JP2007170446A

JP2007170446A - 鉄道車両用主電動機の主軸支持構造

Info

Publication number: JP2007170446A
Application number: JP2005365603A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Yamakawa; 司山川
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】長期間の使用に耐えうる鉄道車両用主電動機の主軸支持構造を提供する。
【解決手段】鉄道車両用の主軸支持構造は、鉄道車両用主電動機の主軸と、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、グリースポケットを含む樹脂製のシールとを含む絶縁軸受とを備え、主軸は、絶縁軸受に支持される。ここで、絶縁軸受に含まれる外輪または内輪は、浸炭焼入れされており、転動体は、セラミック製である。また、グリースポケットは、その内部にウレア系グリースを有している。ウレア系グリースを封入したシールを含み、転動体がセラミックボールである絶縁軸受の寿命は、リチウム系グリースを封入したシールを含み、転動体が鋼球である絶縁軸受の寿命と比較して、１０５倍長くなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、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、主電動機の主軸を支持する転がり軸受は、電食を防止し、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。したがって、グリースの封入されたシールが備えられたシール付きの絶縁軸受が使用される。

ここで、このような用途に使用される絶縁軸受の構成の一例について簡単に説明すると、シール付き転がり軸受は、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、転動体の軸方向の両側に位置し、グリースを封入した一対のシールとを含む。シールおよび外輪、内輪、転動体のいずれかには、絶縁処理が施されている。

シールは、多量のグリースを封入するため、軸方向に深さをもつグリースポケットを有する。グリースポケットを有するシールは、グリースが封入された後、絶縁軸受に取り付けられる。グリースポケットへ封入されるグリースは、実績およびコストの観点から、一般的に、リチウム石鹸系の増ちょう剤からなるリチウム系グリースが用いられる。また、転動体についても、一般的には、鉄鋼を材質とした転動体が用いられる。

なお、上記した構成と同様の構成を有する転がり軸受が、特開２００３−１３９７１号公報（特許文献１）、特開２００４−３４６９７２号公報（特許文献２）に開示されている。
特開２００３−１３９７１号公報（段落番号００１４〜００２０、図１）特開２００４−３４６９７２号公報（段落番号００１９〜００３３、図２〜図４）

シールのグリースポケットに封入されるリチウム系のグリースは、一般的に用いられているものの、グリースの寿命が比較的短く、長期間の使用に必ずしも適するものではない。

ここで、リチウム系のグリースに換えて、よりグリース寿命が長いウレア系のグリースを使用することにより、長期間の潤滑性を維持し、これにより長寿命を図ることが考えられる。

ウレア系グリースを有するシールを備える絶縁軸受とリチウム系グリースを有するシールを備える絶縁軸受について、寿命を判定する軸受寿命判定試験を行った。試験条件は、以下の通りである。なお、試験結果は、図６に示す。

軸受型番：６２０４（玉軸受）
回転速度：１００００Ｒ．Ｐ．Ｍ
温度：１５０℃
負荷荷重：６７Ｎ（アキシャル、ラジアル）
グリース封入量：１．８ｇ
図６は、ウレア系グリースを用いた場合とリチウム系グリースを用いた場合の絶縁軸受の寿命を示したグラフである。軸受寿命としては、リチウム系グリースを封入した場合における寿命を１としての寿命比で示している。図６を参照して、ウレア系グリースを用いた場合、リチウム系グリースを用いた場合に比べて、軸受寿命が長くなっており、寿命比は９．７倍となっている。

しかし、リチウム形グリースをウレア系グリースに単に置き換えるのみでは、軸受寿命は１０倍程度しか延長されず、さらなる長寿命が要求される場合に、対応することは困難である。

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、ますます鉄道車両用主電動機の主軸を支持する絶縁軸受および主軸から構成される鉄道車両用主電動機の主軸支持構造の寿命が問題となる。

この発明の目的は、長期間の使用に耐えうる鉄道車両用主電動機の主軸支持構造を提供することである。

この発明に係る鉄道車両用の主軸支持構造は、鉄道車両用主電動機の主軸と、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、グリースポケットを含む樹脂製のシールとを含む絶縁軸受とを備える。主軸は、上記した絶縁軸受に支持される。ここで、絶縁軸受に含まれる外輪または内輪は、浸炭焼入れされており、転動体は、セラミック製である。また、グリースポケットは、その内部にウレア系グリースを有している。

鉄道車両用の主軸支持構造に備えられる絶縁軸受が、グリースポケットを含むシールを含むことにより、長期間の潤滑性を維持するために必要な量のグリースを封入することができる。さらに、封入するグリースを、グリース寿命が長いウレア系グリースとすることにより、長期間にわたって絶縁軸受に潤滑性を付与することができる。また、外輪または内輪を浸炭焼入れすることにより、外輪または内輪の強度を確保することができる。また、転動体をセラミック製とすることにより、長期間にわたって転動体の強度を維持することができる。その結果、長期間の使用に耐えうる鉄道車両用主電動機の主軸支持構造を提供することができる。

この発明によれば、鉄道車両用の主軸支持構造に備えられる絶縁軸受が、グリースポケットを含むシールを含むことにより、長期間の潤滑性を維持するために必要な量のグリースを封入することができる。さらに、封入するグリースを、グリース寿命が長いウレア系グリースとすることにより、長期間にわたって絶縁軸受に潤滑性を付与することができる。また、外輪または内輪を浸炭焼入れすることにより、外輪または内輪の強度を確保することができる。また、転動体をセラミック製とすることにより、長期間にわたって転動体の強度を維持することができる。

その結果、長期間の使用に耐えうる鉄道車両用主電動機の主軸支持構造を提供することができる。

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２は、この発明の一実施形態に係る鉄道車両用の主軸支持構造に備えられる絶縁軸受１１を示す断面図である。図３は、絶縁軸受１１に備えられるシール１６ａの外形を、図２中の矢印Ａの方向からみた図である。図４は、図３において矢印Ｂ−Ｂ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３において、シール１６ａ内に封入されたグリースは図示していない。

図２、図３および図４を参照して、鉄道車両用の主軸支持構造１０は、鉄道車両用主電動機の主軸２４と、絶縁軸受１１とを備える。絶縁軸受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転動体としての玉１４と、玉１４を保持する保持器１５と、玉１４の軸方向の両側に配置される一対のシール１６ａ、１６ｂとを含む。

ここで、外輪１２および内輪１３は、その製造過程において熱処理がなされるが、この場合、外輪１２および内輪１３には、浸炭焼入れによる熱処理がなされている。このように、外輪１２および内輪１３を浸炭焼入れすることにより、外輪１２および内輪１３の強度を向上することができ、外輪１２および内輪１３の長寿命を図ることができる。なお、この場合、外輪１２および内輪１３のいずれか一方、すなわち、外輪１２または内輪１３にのみ、浸炭焼入れ処理を施すことにしてもよい。

絶縁軸受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、主軸２４が配置されており、絶縁軸受１１は、主軸２４を支持している。なお、絶縁軸受１１内には電気が流れるため、電食防止の観点から、その構成部品であるシール１６ａ、１６ｂおよび外輪１２、内輪１３、玉１４のいずれかには、絶縁処理が施されている。具体的には、シール１６ａ、１６ｂの部材は、樹脂製である。また、外輪１２の外径側または内輪１３の内径側は、セラミック製である。

ここで、玉１４は、セラミック製とする。こうすることにより、一般的に、玉１４の材質として用いられる鉄鋼よりも、長期間、強度を維持することができる。したがって、長期間使用される場合において、強度面から軸受寿命が短くなることを防止することができる。

シール１６ａ、１６ｂは、環状であって、一方の断面がコの字状である。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、絶縁軸受１１への取り付け時において、軸方向に深さを有する形状であればよい。このように、軸方向に深さを有するシール１６ａ、１６ｂを備えることにより、多量のグリース１７、すなわち、長期間の潤滑性を維持するために必要な量のグリース１７を、シール１６ａ、１６ｂ内のグリースポケット２２内に封入することができる。

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、絶縁軸受１１に取り付けられる。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２１を円周上に有し、各堰部２１間には、グリース１７が保持されるグリースポケット２２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２２を設けることにより、各グリースポケット２２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２１は、シール１６ａ内において、完全に各グリースポケット２２間を仕切る訳ではなく、仕切られた各グリースポケット２２の間には、連続した空間部２３が設けられており、グリースポケット２２間において空気およびグリース１７の流出入が可能である。

上記したシール１６ａのグリースポケット２２内には、絶縁軸受１１に取り付けられる前に、予めグリース１７が封入される。ここで、封入されるグリース１７は、ウレア化合物を含む、グリース寿命が長いウレア系のグリースである。このように、グリースポケット２２内に封入するグリース１７をウレア系グリースとすることにより、絶縁軸受１１に対し、長期間、潤滑性を付与することができる。なお、この場合、シール１６ａ等が備えられる絶縁軸受１１には、絶縁性が要求されるため、ウレア系グリースは、絶縁性を有するウレア系グリースとすることが好適である。

以上より、このような構成の絶縁軸受１１は、強度および潤滑性が向上されているため、長寿命を図ることができる。そうすると、絶縁軸受１１を備える鉄道車両用の主軸支持構造１０は、長期間の使用にも耐えうる。

ここで、上記した構成の絶縁軸受１１、すなわち、玉１４をセラミックボールとし、グリースポケット２２内にウレア系グリースを封入した絶縁軸受の寿命を測定する寿命試験を行った。ここでは、実施例として、上記した構成の絶縁軸受、比較例として、転動体としての玉を鋼球とし、グリースポケット２２内にリチウム系グリースを封入した絶縁軸受を用いている。

試験条件は、以下の通りである。なお、試験結果は、図１に示す。

回転速度：２７０００ｍｉｎ^−１
負荷荷重：５３０Ｎ（アキシャル荷重）
図１は、実施例と比較例の絶縁軸受の寿命を示したグラフである。ここで、実施例の軸受寿命は、比較例の軸受寿命を１としての寿命比で示している。図１を参照して、比較例の絶縁軸受に比べて、実施例の絶縁軸受の方が、寿命比において、１０５倍に延びている。このように、封入するグリースをリチウム系グリースからウレア系グリースとし、玉を鋼球からセラミックボールとすることにより、寿命比を１０５倍にすることができる。

したがって、実施例の絶縁軸受は、長期間使用することができる。また、このような絶縁軸受と鉄道車両用主電動機の主軸とを備える鉄道車両用主電動機の主軸支持構造は、軸受寿命が長いため、長期間の使用にも耐えうる。

なお、上記の実施の形態においては、転動体として玉を用いたが、これに限らず、転動体をころとしてもよい。

図５は、転動体を円筒ころとした場合の絶縁軸受の構成を示す概略断面図である。図５を参照して、上記した図２に示す絶縁軸受１１と、図５に示す絶縁軸受３１との相違は、転動体として、セラミック製の円筒ころ３２を用いている点である。その他の構成については、図２に示す絶縁軸受１１と同じであるため、その説明を省略する。円筒ころ３２は、線接触で荷重を受けるため、より大きな荷重を受けることができる。

したがって、このように構成することにより、たとえば、高荷重が負荷される場合等においても、長期間の使用を確保することができる。

なお、上記の実施の形態においては、絶縁軸受１１、３１は、軸方向に深さをもつグリースポケット２２等を有する一対のシール１６ａ、１６ｂ等を備えることにしたが、これに限らず、グリースポケット２２を有するシール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。また、シール１６ａ、１６ｂのグリースポケット２２は、複数の堰部２１によって仕切られていたが、これに限らず、堰部２１を設けず、シール１６ａ、１６ｂに一つのグリースポケット２２を有することにしてもよい。

また、絶縁軸受３１に備えられる転動体として、円筒ころ３２の他に、針状ころや棒状ころ、円錐ころ等、他のころを用いてもよい。

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。

この発明に係る鉄道車両用の主軸支持構造は、長期間の使用に耐えうるため、メンテナンス周期の長期化が要求される場合に、有効に利用される。

リチウム系グリースを封入したシールを備え、転動体を鋼球とした絶縁軸受と、ウレア系グリースを封入したシールを備え、転動体をセラミックボールとした絶縁軸受との寿命を比較したグラフである。この発明の一実施形態に係る鉄道車両用の主軸支持構造に備えられる絶縁軸受の一部を示す概略断面図である。図２に示す絶縁軸受に備えられるシールの外形を示す図である。図３に示すシールの断面図である。ころを円筒ころとした場合の絶縁軸受の一部を示す概略断面図である。リチウム系グリースを封入したシールを備え、転動体が鋼球である絶縁軸受と、ウレア系グリースを封入したシールを備え、転動体が鋼球である絶縁軸受との寿命を比較したグラフである。

符号の説明

１０主軸支持構造、１１，３１絶縁軸受、１２外輪、１３内輪、１４玉、１５保持器、１６ａ，１６ｂシール、１７グリース、１８ａ，１８ｂ係合部、１９ａ，１９ｂ凹部、２１堰部、２２グリースポケット、２３空間部、２４主軸、３２円筒ころ。

Claims

鉄道車両用主電動機の主軸と、
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、グリースポケットを含む樹脂製のシールとを含む絶縁軸受とを備え、
前記主軸は、前記絶縁軸受に支持される鉄道車両用主電動機の主軸支持構造であって、
前記外輪または前記内輪は、浸炭焼入れされており、
前記転動体は、セラミック製であり、
前記グリースポケットは、その内部にウレア系グリースを有している、鉄道車両用主電動機の主軸支持構造。