JP2007132494A - 転がり軸受および鉄道車両用主電動機の主軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な機構を要さず、転がり軸受およびその周辺部の状態を容易に検知することができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１１は、外輪１２と、内輪１３と、外輪１２と内輪１３との間に配置される円筒ころ１４と、円筒ころ１４を保持する保持器１５と、その内部にグリース１７を封入するグリースポケット２２ａ等を含む一対のシール１６ａ、１６ｂとを備える。シール１６ａ、１６ｂは、外輪１２および内輪１３から軸方向に突出している。シール１６ａと主軸２６との間には、すき間２７が生じており、シール１６ａの内径面２１側には、センサ２０が設けられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受および鉄道車両用主電動機の主軸支持構造に関する。

鉄道車両の主電動機に使用される転がり軸受は、外部からの異物の混入を防止するとともに、メンテナンスの周期を延ばし、長期間にわたって潤滑性を維持する必要がある。特に、昨今は、長年の使用による劣化検査等の目的から、車両走行距離で４５万ｋｍ毎に行われていた検査周期が、走行車両数の増加、鉄道車両に関する技術レベルの向上により、６０万ｋｍ毎まで延長されることになり、ますます転がり軸受の寿命が問題となる。

ここで、このような用途に使用される転がり軸受の構成の一例について簡単に説明すると、転がり軸受は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される転動体としての円筒ころと、円筒ころを保持する保持器とを備える。

また、長期間の潤滑性の維持等を目的としたメンテナンスの観点から、上記した転がり軸受およびその周辺部には、たとえば、転がり軸受の温度を検知したり、転がり軸受に支持される回転軸の回転数を測定するために、様々なセンサが取り付けられる。なお、センサによって、回転軸の回転数を測定する転がり軸受が、特開平６−３０００４６号公報（特許文献１）に開示されている。
特開平６−３０００４６号公報（段落番号００１８、図１）

特許文献１によると、交互に異極をもつように磁化された磁化領域を有する外側シールリング要素および磁化を検知するセンサを、新たに転がり軸受に設け、回転軸の回転に連動して極性が変化する外側シールリング要素をセンサによって検知することにより、回転軸の回転数を測定している。このような機構は、センサ以外に外側シールリング要素を新たに設ける必要があり、機構が複雑となって、コストが増大するおそれがある。

また、従来のオープンタイプの軸受、すなわち、シールを有さず、周辺部材からグリースを供給するタイプの転がり軸受においては、転がり軸受とその周辺部材とが密接して配置されており、各種のセンサを設けるスペースがほとんどない。したがって、回転軸の回転数や、たとえば、転がり軸受の温度等を測定することは困難であった。

この発明は、簡易な機構で、転がり軸受およびその周辺部の状態を容易に検知することができる転がり軸受および鉄道車両用主電動機の主軸支持構造を提供することを目的とする。

この発明に係る転がり軸受は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される転動体と、転動体を保持する保持器と、その内部にグリースを封入するグリースポケットを含むシールとを備える。ここで、シールは、外輪または内輪から軸方向に突出しており、シールには、センサが設けられている。

このような軸方向に突出したシールを備える転がり軸受は、転がり軸受の周辺に配置されるハウジングや回転軸等の周辺部材と、軸方向に突出したシールとの干渉を避けるように構成される。そうすると、シールと周辺部材との間にすき間が生じることになる。このすき間を利用して、回転軸の回転数や転がり軸受の温度等を測定するためのセンサを、シールに設けることができる。また、この場合、センサをシールに取り付けるだけでよいので、複雑な機構を要することはない。

好ましくは、センサは、シールの内径面に設けられている。シールの内径側には、転がり軸受に支持される回転軸が存在している。ここで、シールは軸方向に突出しているため、センサを、シールと周辺部材との間に設けられたすき間に設置する。こうすることにより、このすき間を利用して、たとえば、回転軸の回転数を測定するための回転センサ等を、シールに設けることができる。

より好ましくは、センサは、シールの外径面または幅方向側面に設けられている。シールの外径側には、ハウジング等の周辺部材が存在している。ここで、シールは軸方向に突出しているため、センサを、シールとハウジング等の周辺部材との間に設けられたすき間に設置する。こうすることにより、このすき間を利用して、たとえば、転がり軸受の温度を測定するための温度センサ等を、シールに設けることができる。また、シールの幅方向側面に関しても、周辺部材と干渉しない範囲内において、各種のセンサを、シールに設けることができる。

さらに好ましくは、センサは、シールの内側に設けられている。こうすることにより、シールの外径側や内径側に周辺部材が配置され、センサを取り付けるスペースがなくとも、シールにセンサを設けることができる。

この発明の他の局面においては、鉄道車両用主電動機の主軸支持構造は、上記したいずれかに記載された転がり軸受と、鉄道車両用主電動機の主軸とを備え、主軸は転がり軸受に支持される。このように構成することにより、新たなスペースおよび複雑な機構を設けることなく、転がり軸受に各種のセンサを取り付けることができるため、鉄道車両用主電動機の主軸支持構造は、メンテナンスが簡易となる。

この発明によれば、軸方向に突出したシールと周辺部材との間に生じたすき間を利用して、回転軸の回転数や転がり軸受の温度等を測定するためのセンサを、シールに設けることができる。そうすると、転がり軸受およびその周辺部の状態を容易に検知することができる。なお、この場合、センサをシールに取り付けるだけでよいので、複雑な機構を要することはない。

また、このような転がり軸受と、鉄道車両用の主電動機に使用される主軸とを備える鉄道車両用主電動機の主軸支持構造は、メンテナンスが簡易になる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る転がり軸受１１を示す断面図である。図２は、転がり軸受１１に備えられるシール１６ａおよび内輪１３を、図１中の矢印Ａの方向からみた概略図である。図３は、図２において、矢印Ｂ−Ｂで示す断面で切断した場合のシール１６ａの断面図である。なお、理解の容易の観点から、図２において、シール１６ａに封入されているグリースは図示していない。図１、図２および図３を参照して、転がり軸受１１は、外輪１２と、内輪１３と、外輪１２と内輪１３との間に配置される円筒ころ１４と、円筒ころ１４を保持する保持器１５と、円筒ころ１４の軸方向の両側に配置される一対のシール１６ａ、１６ｂとを備える。

転がり軸受１１は、外輪１２の外側部分をハウジング（図示せず）に取り付けられ、固定される。また、内輪１３の内側には、図１中の一点鎖線で示す鉄道車両用主電動機の主軸２６が配置され、転がり軸受１１は、主軸２６を支持している。なお、転がり軸受１１内は、電食防止の観点から、外輪１２等には、絶縁処理が施されていることが望ましい。

シール１６ａ、１６ｂは、環状であって、一方の断面がコの字状であり、外輪１２および内輪１３から軸方向に突出している。ここで、断面コの字状とは、正確に断面がコの字形状のもののみを指すのではなく、断面がＵ字状やＶ字状等、転がり軸受１１への取り付け時において、軸方向に突出する形状であればよい。シール１６ａ、１６ｂには、コの字状に開口された外径側に、係合部１８ａ、１８ｂが設けられている。係合部１８ａ、１８ｂと、外輪１２の内径側に設けられた凹部１９ａ、１９ｂと係合させることにより、転がり軸受１１に取り付けられる。

このように、外輪１２および内輪１３から軸方向に突出するシール１６ａ、１６ｂを備えることにより、多量のグリース１７を、シール１６ａ、１６ｂに含まれるグリースポケット２２ａ等内に封入することができる。この場合、シール１６ａ、１６ｂは、外輪１２または内輪１３のいずれかよりも軸方向に突出していればよい。なお、シール１６ａ、１６ｂは同様の構成であるため、以下、シール１６ｂについては、その説明を省略する。

シール１６ａは、複数の堰部２３を円周上に有し、各堰部２３間には、グリース１７が保持されるグリースポケット２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈが設けられる。このように、シール１６ａ内に複数のグリースポケット２２ａ〜２２ｈを設けることにより、各グリースポケット２２ａ〜２２ｈ内にグリース１７を充填することができるため、多量のグリース１７を封入することができる。なお、堰部２３は、シール１６ａ内において、完全に各グリースポケット２２ａ〜２２ｈ間を仕切る訳ではなく、仕切られた各グリースポケット２２ａ〜２２ｈ間には、連続した空間部２４が設けられている。したがって、グリースポケット２２ａ〜２２ｈ間において空気およびグリース１７の流出入が可能であり、グリース１７の封入に際しては、この空間部２４を利用することができる。

ここで、シール１６ａには、センサ２０が設けられており、その位置は、軸方向に突出したシール１６ａのうち、グリースポケット２２ａが位置する部分の内径面２１側である。シール１６ａは、軸方向に突出しているため、上記のように転がり軸受１１にシール１６ａを取り付けた場合、主軸２６とシール１６ａの内径面２１との間に、すき間２７が生じることになる。このすき間２７を利用して、シール１６ａの内径面２１側にセンサ２０を取り付けることにより、主軸２６や内輪１３、ハウジング等の周辺部材と干渉することなく、シール１６ａにセンサ２０を設けることができる。また、このような位置にセンサ２０を取り付けることにより、複雑な機構を設けることなく、的確に主軸２６の回転数を測定したり、転がり軸受１１の温度を検知したりすることができる。

センサ２０には、主軸２６の回転数を測定する回転センサ、シール１６ａのグリースポケット２２ａに封入されたグリース１７の油分離や酸化等の劣化状態を検知するグリース劣化検知センサ、転がり軸受１１の温度を検知する温度センサ、転がり軸受１１の振動を検知する振動センサ等、様々な種類がある。

ここで、センサ２０が、回転数を測定する回転センサである場合の、主軸２６の回転数を測定する方法の一例について説明する。まず、内輪１３の幅面２８側に、センサ２０によって検知可能なスリット２５を設ける。主軸２６が、図２中の矢印Ｃまたはその逆方向に回転すると、これに伴い、主軸２６に固定された内輪１３の幅面２８に設けられたスリット２５も回転する。シール１６ａに取り付けられたセンサ２０は、主軸２６に伴って回転しないため、図１中の矢印Ａの方向において、スリット２５の出現回数を検知することにより、主軸２６の回転数を測定することができる。このような測定においては、上記した特許文献１のように、主軸２６の回転を磁化等に変換せず、直接主軸２６の回転数を数えるため、的確に回転数を測定することができる。

また、このような転がり軸受１１と鉄道車両用主電動機の主軸２６とを備え、主軸２６が上記した転がり軸受１１に支持される鉄道車両用主電動機の主軸支持構造についても、新たなスペースおよび複雑な機構を設けることなく、センサを取り付けることができる。そうすると、簡易な機構で、転がり軸受およびその周辺部の状態を容易に検知することができ、長期間安定して使用することができる。

なお、上記の実施の形態においては、シール１６ａの内径面２１側にセンサ２０を取り付けることにしたが、これに限らず、シール１６ａの外径面側および幅面側にセンサ２０を設けることにしてもよい。また、シール１６ａの外側、すなわち、グリース１７を有しない側にセンサ２０を取り付けることにしたが、これに限らず、シール１６ａの内側、すなわち、グリース１７を有する側にセンサ２０を設けることにしてもよい。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、これらの場合の転がり軸受の一部を示す断面図である。図４（Ａ）は、シールの外径面側にセンサを取り付けた場合、図４（Ｂ）は、シールの幅面側にセンサを取り付けた場合、図４（Ｃ）は、シールの内側にセンサを取り付けた場合を示す。

図４（Ａ）を参照して、転がり軸受３１に備えられたシール３２の外径面３３側には、センサ３４が設けられている。周辺部材との干渉等により、シール３２の内径側にセンサ３４が取り付けられない場合でも、このような位置にセンサ３４を取り付けることにより、新たにスペースを設けることなく、かつ、周辺部材と干渉しない位置に、センサ３４を設けることができる。

また、図４（Ｂ）を参照して、幅面側にセンサと干渉する周辺部材がない場合には、転がり軸受３６に備えられたシール３７において、シール３７の幅面３８に、センサ３９を設けてもよい。シール３７の外径側および内径側にセンサ３９が取り付けられない場合でも、このような位置にセンサ３９を取り付けることにより、新たにスペースを設けることなく、かつ、周辺部材と干渉しない位置に、センサ３９を設けることができる。

この場合、たとえば、センサ３４、３９を、転がり軸受３１、３６の温度を検知するサーモラベル等の温度センサとすると、図４（Ａ）においては、矢印Ｄで示す方向から、図４（Ｂ）においては、矢印Ｅで示す方向から、センサ３４、３９を容易に目視することができ、転がり軸受３１、３６の温度を容易に検知することができる。なお、センサ３４、３９が、色によって温度を検出するセンサである場合では、センサ３４、３９の側部に、温度と色の相関関係を示す色見本を貼付しておき、矢印Ｄ、Ｅの方向からセンサ３４、３９の色および色見本を目視して比較することにより、転がり軸受３１、３６の温度を容易に把握することができるようにしてもよい。

また、図４（Ｃ）に示すように、転がり軸受４１において、グリース１７が封入されているシール４２の内側の幅面４３にセンサ４４を取り付けてもよい。こうすることにより、シール４２の外径側、内径側および幅面側に干渉する部材があっても、新たにスペースを設けることなく、周辺部材と干渉しない位置に、センサ４４を設けることができる。この場合、外部から目視するタイプのセンサである場合には、シール４２を樹脂製として透明にすることにより、外側から容易に目視することができるようにしてもよい。ここで、センサ４４は、シール４２のグリースポケット４５内のグリース１７と直接接触することになるため、グリース１７の酸化や油分離状態等、グリース１７の性状を検知するグリース劣化検知センサとすることが好適である。

なお、上記した箇所に、複数のセンサを設けてもよい。こうすることにより、転がり軸受およびその周辺部の状態を、より詳しく検知することができる。具体的には、シールの内径側には、主軸の回転数を測定する回転センサ、シールの外径側には、転がり軸受の温度を検知する温度センサ、シールの内側には、グリースの劣化状態を検知するグリース劣化検知センサを設ける。こうすることにより、新たなスペースおよび複雑な機構を設けることなく、主軸の回転数、転がり軸受の温度、グリースの劣化状態を確認することができる。

また、転がり軸受１１は、シール１６ａ、またはシール１６ｂのいずれかのみを備える構成であってもよい。さらに、シール１６ａ、１６ｂのグリースポケット２２ａ〜２２ｈ等は、複数の堰部２３によって仕切られていたが、これに限らず、堰部２３を設けず、シール１６ａ、１６ｂに一つのグリースポケットを有することにしてもよい。

なお、転がり軸受１１に備えられる転動体として、上記の実施の形態においては円筒ころを使用したが、針状ころや棒状ころ等、他の転動体を用いてもよい。

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。

この発明に係る転がり軸受は、簡易な機構で、転がり軸受およびその周辺部の状態を容易に検知することができるため、メンテナンスが容易となり、長期間の安定した潤滑性が要求される鉄道車両用主電動機の主軸支持構造等に、有効に利用される。また、この発明に係る鉄道車両用主電動機の主軸支持構造は、メンテナンスが容易であるため、長期間の安定した潤滑性を容易に維持することができる。

この発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 転がり軸受に備えられるシールの外形を示す図である。 図２に示すシールの断面図である。 センサをシールに取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）シールの外径面側、（Ｂ）シールの幅面側、（Ｃ）シールの内側に取り付けた状態を示す。

符号の説明

１１，３１，３６，４１ 転がり軸受、１２ 外輪、１３ 内輪、１４ 円筒ころ、１５ 保持器、１６ａ，１６ｂ，３２，３７，４２ シール、１７ グリース、１８ａ，１８ｂ 係合部、１９ａ，１９ｂ 凹部、２０，３４，３９，４４ センサ、２１ 内径面、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，４５ グリースポケット、２３ 堰部、２４ 空間部、２５ スリット、２６ 主軸、２７ すき間、２８，３８，４３ 幅面、３３ 外径面。

Claims (5)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置される転動体と、前記転動体を保持する保持器と、その内部にグリースを封入するグリースポケットを含むシールとを備える転がり軸受であって、
   前記シールは、前記外輪または前記内輪から軸方向に突出しており、
   前記シールには、センサが設けられている、転がり軸受。
2. 前記センサは、前記シールの内径面に設けられている、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記センサは、前記シールの外径面または幅方向側面に設けられている、請求項１に記載の転がり軸受。
4. 前記センサは、前記シールの内側に設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載された転がり軸受と、
   鉄道車両用主電動機の主軸とを備え、
   前記主軸は前記転がり軸受に支持される、鉄道車両用主電動機の主軸支持構造。

Images