JP2007120697A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部に十分な量のグリースを封入することができると共に、軸受の密封性をさらに向上した転がり軸受を提供する。
【解決手段】円筒ころ軸受２１は、軌道輪としての内輪２２と、内輪２２と軸方向幅が同一である軌道輪としての外輪２３と、内輪２２および外輪２３の間に配置された転動体としての円筒ころ２４と、円筒ころ２４の間隔を保持する保持器２５と、内輪２２および外輪２３の両端部に密封シール２６とを備える。外輪２３の外径面および両端面には、絶縁層２３ａが形成されており、密封シール２６は、密封シール取付部２６ａで絶縁層２３ａの一部を覆うように外輪２３に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受、特に、軌道輪に絶縁層を有する鉄道車両主電動機用軸受に関するものである。

従来、鉄道車両主電動機に用いられる軸受は、円筒ころ軸受や深溝玉軸受が用いられている。例えば、図５に示すような円筒ころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２および外輪３の間に配置された転動体としての円筒ころ４と、円筒ころ４の間隔を保持する保持器５とを備える。

鉄道車両主電動機に使用される円筒ころ軸受１は、電食による軸受の損傷を防止するために、図５に示すように、外輪３の外径面および両端面に絶縁層３ａが形成されている。絶縁層３ａは、セラミックス等の絶縁物質を溶射すること等により形成する。

また、鉄道車両主電動機は屋外で使用されるため、軸受周辺構造でグリースポケットを形成するオープンタイプの軸受では、塵埃の混入によるグリースの劣化が懸念される。そこで、図６に示すような円筒ころ軸受１１は、塵埃の混入によるグリースの劣化を防止し、メンテナンス周期を延伸するために密封式軸受とされる。

図５に示したような従来の円筒ころ軸受１において、ころ４のころ長さＬ_１と、内輪２および外輪３の軸方向幅Ｗ_１とが、Ｌ_１／Ｗ_１≧０．４、すなわち軸方向幅Ｗ_１に対してころ長さＬ_１が占める割合が大きい軸受については、軸受体積Ｖ_１と、内部空間容積Ｃ_１とは、Ｃ_１／Ｖ_１≒０．２、ころ４のころ径Ａ_１と軸受厚み寸法Ｔ_１とは、０．２５≦Ａ_１／Ｔ_１≦０．５５の範囲内で設計されるのが一般的である。

なお、本明細書中「軸受体積」とは、軸受の内輪内径面と外輪外径面と内外輪の端面とで囲まれた部分の体積を指し、図５を例にとると、外輪３の外径寸法Ｄ_１と、内輪２の内径寸法ｄ_１と、軸方向幅Ｗ_１と、円周率πとを用いて以下の式で算出される。

また、本明細書中「内部空間容積」とは、内輪、外輪、および密封シールで囲まれた空間のうち、軸受回転時に転動体および保持器が通過しない静止空間の容積を指すものとする。

上記範囲内の円筒ころ軸受の場合、軸受内部空間容積Ｃ_１が小さいので、鉄道車両主電動機用軸受に必要な軸受寿命を確保するのに適切な量のグリースを封入することができないという問題がある。また、この問題は玉軸受にも当てはまる。

なお、玉軸受の場合には、玉の直径Ａ_２と、内輪および外輪の軸方向幅Ｗ_２とが、Ａ_２／Ｗ_２≧０．４の場合、軸受体積Ｖ_２と、内部空間容積Ｃ_２とは、Ｃ_２／Ｖ_２≒０．３、玉の直径Ａ_２と軸受厚み寸法Ｔ_２とは、０．４≦Ａ_２／Ｔ_２≦０．６の範囲内で設計されるのが一般的である。

上記の問題を解決する手段として、内部空間容積に対するグリースの充填比率を引き上げることが考えられるが、この場合、軸受回転時、特に始動時においてグリースの攪拌抵抗が増大し、軸受の急激な温度上昇を招く恐れがあり、適切ではない。

そこで、密封式軸受において、軸受内部に適切な量のグリースを確保することができる円筒ころ軸受が、例えば、特開２００３−１３９７１号公報（特許文献１）に記載されている。

同公報に記載されている円筒ころ軸受１１は、図６に示すように、軸方向幅が長い内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置された円筒ころ１４と、円筒ころ１４の間隔を保持する保持器１５と、グリースを軸受内部に封入する断面形状がＬ字型の密封シール１６とを備える。密封シール１６は、芯金１６ａを絶縁性樹脂１６ｂで覆っている。また、外輪１３の外径面および両端面に絶縁層が形成されている。
特開２００３−１３９７１号公報

図５に示す円筒ころ軸受１をハウジング７に固定する場合、図７に示すように所定の肩高さｈが必要となる。したがって、円筒ころ軸受１が小型の場合、ハウジング７の下端と外輪３とが、外輪３の絶縁層３ａで覆われている部分を越えて接することとなる。

このとき、外輪３とハウジング７との沿面距離は、絶縁層３ａの下端３ｂにおいて、絶縁層３ａの厚みδとなり、非常に小さい。外輪３とハウジング７とは金属等の導体であるので、ハウジング７から絶縁層３ａに一定以上の電圧が印加されると、絶縁層３ａの下端３ｂに沿って沿面放電を生じ、円筒ころ軸受１が電食により破損する恐れがある。

なお、本明細書中で「沿面距離」とは、２つの導体間に挟まれた絶縁部材の表面に沿った最小距離を指すものとする。また、本明細書中で「沿面放電」とは、絶縁部材に一定以上の電圧を印加した場合、絶縁物表面に沿って放電する現象を指すものとする。

また、図６に示すような円筒ころ軸受１１の密封シール１６は、Ｌ字型の断面形状を維持するために導電性の高い芯金１６ａを含むので、軸受全体としての絶縁性能を低下させる恐れがある。

そこで、本発明の目的は、軸受内部に十分な量のグリースを封入することができると共に、軸受の密封性をさらに向上した転がり軸受を提供することである。

この発明に係る転がり軸受は、絶縁層を有する軌道輪と、軌道輪の軌道面と当接する転動体と、軌道輪の端面に位置し、絶縁層の一部を覆う密封部材とを有する。

上記構成とすることにより、外輪とハウジングとが接する部分の沿面距離を十分に確保することができるので、沿面放電等による軸受の電食を防止することができる。

軌道輪は、例えば外輪であって、絶縁層は外輪の外径面および端面に形成されていることが好ましい。これにより、鉄道車両主電動機等に使用する場合であっても、電食による軸受の破損を防止することができる。

または、軌道輪は、例えば内輪であって、絶縁層は内輪の内径面および端面に形成されていることが好ましい。内輪内径面は、外輪外径面と比較して溶射面積が小さいので、絶縁物質を内輪内径面に溶射することによって、溶射コストを削減することが可能となる。

好ましくは、密封部材は、樹脂により形成されているとよい。芯金を含まない密封部材とすることにより、絶縁性に優れた転がり軸受を得ることができる。

この発明は、十分な量の潤滑剤を封入可能な軸受内部空間を確保することができると共に、ハウジングと外輪との十分な沿面距離を確保することにより、絶縁性に優れた転がり軸受を得ることができる。

図１を参照して、この発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受２１を説明する。

円筒ころ軸受２１は、軌道輪としての内輪２２と、内輪２２と軸方向幅が同一である軌道輪としての外輪２３と、内輪２２および外輪２３の間に配置された転動体としての円筒ころ２４と、円筒ころ２４の間隔を保持する保持器２５と、内輪２２および外輪２３の両端部に密封シール２６とを備える。

外輪２３の外径面および両端面には、図２に示すように、絶縁層２３ａが形成されている。絶縁層２３ａは、セラミックス等の絶縁物質を溶射することにより形成し、軸受内部空間には、グリースが充填されている。

密封シール２６は、密封シール取付部２６ａで絶縁層２３ａの一部を覆うように外輪２３に取り付けられている。また、円筒ころ軸受２１をハウジング２７に取り付けた場合、外輪２３とハウジング２７との沿面距離はδ_１となる。なお、沿面放電を防止する観点からδ_１は１ｍｍ以上であることが望ましい。

上記構成とすることにより、外輪２３とハウジング２７とが接する部分の沿面距離を十分に確保することができるので、沿面放電等による軸受の電食を防止することができる。

なお、密封シール２６は、従来は金属製のものや金属製の芯金をゴムなどの絶縁性部材で覆ったものが一般的であるが、樹脂製密封シールを用いることが好ましい。導電性の高い金属を含まない樹脂製密封シール２６とすることにより、円筒ころ軸受２１の絶縁性能の低下を防止することができる。

次に、図３を参照して、この発明の他の実施形態に係る転がり軸受３１を説明する。

円筒ころ軸受３１は、内輪３２と、内輪３２と軸方向幅が同一である外輪３３と、内輪３２および外輪３３の間に配置された転動体としての円筒ころ３４と、円筒ころ３４の間隔を保持する保持器３５と、内輪３２および外輪３３の両端部に端面から突出しない密封部材としての密封シール３６とを備える。また、外輪３３の外径面および両端面には絶縁層が形成されており、密封シール３６は絶縁層の一部を覆っている。

さらに、ころ軸受の軸受体積Ｖ_３と、転がり軸受の内部空間容積Ｃ_３とは、０．２４≦Ｃ_３／Ｖ_３≦０．３０の範囲内に設定する。図３に示す実施形態では、内輪３２および外輪３３の軸方向幅を拡張することにより、上記範囲内の内部空間容積Ｃ_３を得ている。

上記構成とすることにより、絶縁性能の低下を防止する効果が得られると共に、円筒ころ軸受３１の内部空間容積Ｃ_３を上記の範囲に設定することにより、軸受内部に適切な量のグリースを封入することが可能となる。その結果、潤滑性能に優れ、メンテナンス周期を延伸したころ軸受を得ることができる。

なお、Ｃ_３／Ｖ_３＜０．２４では、適切な量のグリースを封入するのに十分な内部空間容積Ｃ_３を確保することができない。一方、Ｃ_３／Ｖ_３＞０．３０では、軸受中心部から遠い位置に充填されているグリースは軸受の潤滑に寄与しないので、潤滑性能の向上の観点からは無意味である。

次に、図４を参照して、この発明の他の実施形態に係る転がり軸受４１を説明する。

円筒ころ軸受４１は、内輪４２と、内輪４２と軸方向幅が同一である外輪４３と、内輪４２および外輪４３の間に配置された転動体としての円筒ころ４４と、円筒ころ４４の間隔を保持する保持器４５と、内輪４２および外輪４３の両端面から略コの字型の断面形状で突出する密封部材としての密封シール４６とを備える。また、外輪４３の外径面および両端面には絶縁層が形成されており、密封シール４６は絶縁層の一部を覆っている。

なお、本明細書中「略コの字型」とは、図４に示す密封シール４６のようなコの字型に留まらず、壁面に凹凸が形成されたものや円弧形状等、一部分が他の部分から突出するあらゆる形状を含むものとする。

上記構成の円筒ころ軸受４１において、ころ４４のころ長さＬ_４と、内輪４２および外輪４３の軸方向幅Ｗ_４とを、Ｌ_４／Ｗ_４≧０．４の範囲内に設定し、円筒ころ軸受４１の軸受体積Ｖ_４と、円筒ころ軸受４１の内部空間容積Ｃ_４とを、０．２５≦Ｃ_４／Ｖ_４≦０．５５の範囲内に設定する。

また、内部空間容積Ｃ_４を上記範囲内に設定するためには、例えば、ころ４４のころ径Ａ_４と、密封シール４６の内輪４２および外輪４３の端面からの突出量Ｂ_４とを、０．１５≦Ｂ_４／Ａ_４≦１．０の範囲内に設定するとよい。

なお、数値範囲の上限値および下限値の意義は、円筒ころ軸受３１の場合と同様である。また、Ｌ_４／Ｗ_４＜０．４、すなわち、軸受の軸方向幅Ｗ_４に対してころ４４のころ長さＬ_４が占める割合が小さい軸受については、既に適切な量のグリースを封入可能な内部空間容積を有していると考えられるので、この実施例では発明の対象からは除外している。

上記構成とすることにより、絶縁性能の低下を防止することができると共に、円筒ころ軸受４１の内部空間容積Ｃ_４を上記の範囲に設定することにより、軸受内部に適切な量のグリースを封入することが可能となる。その結果、潤滑性能に優れ、メンテナンス周期を延伸したころ軸受を得ることができる。

また、密封シール４６の突出量により封入可能なグリース量を調整することができるので、内輪４２および外輪４３に標準品を使用することができる。その結果、円筒ころ軸受４１のコストアップを抑制することができる。

上記の各実施形態においては、外輪の外径面および両端面に絶縁層を有する円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、内輪の内径面および両端面に絶縁層を形成することとしてもよい。内輪内径面は、外輪外径面と比較して溶射面積が小さいので、絶縁層を内輪内径面に溶射することによって、溶射コストを削減することが可能となる。

また、上記の各実施形態においては、円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、４点接触玉軸受、アンギュラ玉軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、あらゆる転がり軸受に適用することができる。

例えば、図２に示す円筒ころ軸受３１と基本構成は同じで、転動体として玉を使用した玉軸受の場合、適切な量のグリースを封入可能とするために、内部空間容積をＣ_５、軸受体積をＶ_５とすると、０．３２≦Ｃ_５／Ｖ_５≦０．４０の範囲内に設定する。

また、図４に示す円筒ころ軸受４１と基本構成は同じで、転動体として玉を有する玉軸受の場合、適切な量のグリースを封入可能とするために、内部空間容積Ｃ_６を、軸受体積をＶ_６、玉の直径をＡ_６と、内輪および外輪の軸方向幅をＷ_６とすると、Ａ_６／Ｗ_６≧０．４の場合に０．３５≦Ｃ_６／Ｖ_６≦０．５５の範囲内に設定する。

さらに、内部空間容積Ｃ_６を上記の範囲内に設定する手段として、例えば、玉の直径Ａ_６と、密封シールの内輪および外輪の端面からの突出量Ｂ_６とを、０．１≦Ｂ_６／Ａ_６≦０．６の範囲内に設定するとよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、鉄道車両主電動機等に使用される転がり軸受に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受であって、密封シールが絶縁層を覆っている状態を示す図である。 図１のＱ部の拡大図である。 この発明の他の実施形態に係る円筒ころ軸受であって、内外輪の軸方向幅を広げた軸受を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る円筒ころ軸受であって、密封シールを軸受両端部から突出するコの字型の断面形状とした図である。 内輪、外輪および密封シールに標準品を用いた転がり軸受を示すである。 内輪の軸方向幅を外輪と比較して広くして、軸受内部空間を大きくした転がり軸受を示す図である。 図５におけるＰ部の拡大図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１ 円筒ころ軸受、２，１２，２２，３２，４２ 内輪、３，１３，２３，３３，４３ 外輪、３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ 絶縁層、３ｂ 絶縁被膜下端、４，１４，２４，３４，４４ 円筒ころ、５，１５，２５，３５，４５ 保持器、６，１６，２６，３６，４６ 密封シール、６ａ，２６ａ 密封シール取付部、１６ａ 芯金、１６ｂ 絶縁性樹脂、７，２７ ハウジング。

Claims (4)

1. 絶縁被膜を有する軌道輪と、
   前記軌道輪の軌道面と当接する転動体と、
   前記軌道輪の端面に位置し、前記絶縁層の一部を覆う密封部材とを有する、転がり軸受。
2. 前記軌道輪は、外輪であって、
   前記絶縁層は、前記外輪の外径面および端面に形成されている、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記軌道輪は、内輪であって、
   前記絶縁層は、前記内輪の内径面および端面に形成されている、請求項１に記載の転がり軸受。
4. 前記密封部材は、樹脂により形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
   

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