JP2007298086A - 鉄道車両用転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪の側面に当接する当接部材及び内輪からフレッチング摩耗粉が発生しにくい鉄道車両用転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】鉄道車両用転がり軸受装置は、内輪２と、外輪１と、内輪２及び外輪１の間に転動自在に配された複数のころ３と、内輪２の側面と当接するようにそれぞれ配置された後蓋６及び油切り７と、を備えている。内輪２の側面に当接する後蓋６及び油切り７の当接面６ａ，７ａと、後蓋６及び油切り７に当接する内輪２の当接面２ａと、の少なくとも一方には、後蓋６又は油切り７と同等以上の硬さを有し且つ直径２０μｍ以上２００μｍ以下の略球状の微粒子を５０ｍ／ｓ以上の噴射速度で噴射するショットピーニング処理が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する転がり軸受装置に関する。

鉄道車両の車軸の端部には鉄道車両用転がり軸受装置が取り付けられており、車軸を回転自在に支持するとともに車両の重量を支えている。図３に、従来の鉄道車両用転がり軸受装置を示す。
この鉄道車両用転がり軸受装置は、鉄道車両に用いられる軸受の一例である複列円錐ころ軸受１１０（以降は軸受１１０と記す）を備えており、この軸受１１０に鉄道車両の車軸１２０が装着されている。軸受１１０は、一体型の外輪１１１と各列に個別に分割された内輪１１２，１１２とを備え、内輪１１２と外輪１１１との間には、保持器１１４に保持された複数のころ１１５が転動自在に配されている。そして、軸受１１０の軸方向両端側には、後蓋（又はバッキングリング）１２１及び油切り（又はシールウェアリング）１２２が内輪１１２の側面と当接するように配置されている。

ほとんどの鉄道車両用転がり軸受装置は、車輪の外側に配置されているアウトボードタイプであるので、荷重を受けた際には車軸１２０がたわみ、車軸１２０の端部ほどたわみ量が大きくなる。このような状態で車軸１２０が回転すると、後蓋１２１の内輪１１２との当接面１２１ａ、油切り１２２の内輪１１２との当接面１２２ａ、内輪１１２の後蓋１２１との当接面１１２ａ（側面）、及び、内輪１１２の油切り１２２との当接面１１２ａ（側面）に繰り返し応力による応力変動や微小滑りが生じて、フレッチング摩耗が発生する。

このような鉄道車両用転がり軸受装置のフレッチング摩耗対策として、下記のような技術が開示されている。特許文献１には、内輪端面に対し軸方向から後蓋及び油切りが当接する鉄道車両用軸受装置が記載されている。そして、内輪と後蓋との当接部外径、及び、内輪と油切りとの当接部外径の少なくとも一方の当接部外径に対し、両部品の境界に沿って溝を設けるとともに、その溝に対して内径方向に向けて付勢される弾性体を取り付けることにより、フレッチング摩耗粉が軸受内に侵入することを防止している。

また、特許文献２には、内輪端面に対し軸方向から後蓋又は油切りが当接して密封構造を構成する鉄道車両車軸用軸受装置が記載されている。そして、内輪端面と後蓋との間、及び、内輪端面と油切りとの間の少なくとも一方に対し、グリース寿命を延長させる材料を介挿することにより、軸受内へのフレッチング摩耗粉の侵入を抑えるとともに、侵入した場合のグリースの寿命延長を図っている。

さらに、特許文献３には、軌道輪の転走面同士の間に形成される軌道部の端部の近傍に永久磁石を備えた鉄道車両用軸受装置が記載されている。そして、永久磁石の磁気力によってフレッチング摩耗粉を捕捉して、軸受内へのフレッチング摩耗粉の侵入を防止している。
特開平１１−３３６７７４号公報 特開２０００−５２９８６号公報 特開２００５−２２６７９４号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術は、いずれもフレッチングにより発生した摩耗粉が軸受内に侵入することを防止するものであって、フレッチング摩耗粉の発生を抑えるものではない。したがって、フレッチング摩耗粉の発生量によっては、軸受内へのフレッチング摩耗粉の侵入を完全に防止できないことも考えられる。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、内輪の側面に当接する当接部材及び内輪からフレッチング摩耗粉が発生しにくい鉄道車両用転がり軸受装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の鉄道車両用転がり軸受装置は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪の側面に当接する当接部材と、を備え、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する鉄道車両用転がり軸受装置において、前記内輪の側面に当接する前記当接部材の当接面と、前記当接部材に当接する前記内輪の当接面と、の少なくとも一方には、前記当接部材と同等以上の硬さを有し且つ直径２０μｍ以上２００μｍ以下の略球状の微粒子を５０ｍ／ｓ以上の噴射速度で噴射するショットピーニング処理が施されていることを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２の鉄道車両用転がり軸受装置は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪の側面に当接する当接部材と、を備え、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する鉄道車両用転がり軸受装置において、前記内輪の側面に当接する前記当接部材の当接面には、前記当接部材と同等以上の硬さを有し且つ直径２０μｍ以上２００μｍ以下の略球状の微粒子を５０ｍ／ｓ以上の噴射速度で噴射するショットピーニング処理が施されており、前記当接面の表面硬さが前記ショットピーニング処理前の１．３倍以上２倍以下となっていることを特徴とする。

ショットピーニング処理が施された部分には、微小くぼみが均一に形成されるとともに、圧縮残留応力による表面組織の高密度化と硬化とが生じる。表面組織の高密度化と硬化とにより、面圧と微小滑りに耐え得る表面組織となるため、ショットピーニング処理が施された部分（当接面）にはフレッチング摩耗が生じにくい。
また、鉄道車両用転がり軸受装置に潤滑剤を使用した場合には、前記両当接面間に潤滑剤が介在することとなる。この潤滑剤が、ショットピーニング処理により形成された微小くぼみ内に保持されるため、前述した表面組織の高密度化と硬化とによるフレッチング摩耗の抑制効果がより高められる。

さらに、本発明に係る請求項３の鉄道車両用転がり軸受装置は、請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両用転がり軸受装置において、前記微粒子が軟質金属で構成されていることを特徴とする。
このような構成であれば、ショットピーニング処理が施された部分に軟質金属が付着するので、耐摩耗性が向上し、フレッチング摩耗がより生じにくくなる。軟質金属の種類は特に限定されるものではないが、例えばスズがあげられる。

本発明の鉄道車両用転がり軸受装置は、内輪の側面に当接する当接部材及び内輪からフレッチング摩耗粉が発生しにくい。

本発明に係る鉄道車両用転がり軸受装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る鉄道車両用転がり軸受装置の一実施形態を示す断面図である。
図１の鉄道車両用転がり軸受装置は、鉄道車両に用いられる軸受の一例である複列円錐ころ軸受１０（以降は軸受１０と記す）を備えており、この軸受１０に鉄道車両の車軸２０が装着されている。軸受１０は、一体型の外輪１と各列に個別に分割された内輪２，２とを備え、内輪２と外輪１との間には、保持器４に保持された複数のころ３が転動自在に配されている。

そして、軸受１０の軸方向両端側には、後蓋（又はバッキングリング）６及び油切り（又はシールウェアリング）７が内輪２の側面と当接するようにそれぞれ配置されている。詳述すると、車軸２０の端部側（図１においては左側）には、油切り７が配置されており、その反対側である車輪側（図１においては右側）には、後蓋６が配置されている。なお、内輪２の側面に当接する後蓋６及び油切り７が、本発明の構成要件である当接部材に相当し、以降においては、後蓋６及び油切り７を当接部材６，７と記すこともある。

後蓋６及び油切り７の軸受１０寄りの外周側には、異なる内径の円筒部材が連結されて段を有する筒状のシールケース３１が配置されている。シールケース３１の軸受１０側の端部は外輪１に嵌合固定され、他端部は後蓋６又は油切り７の外周面付近に配置されている。また、シールケース３１の内周側には、環状のシール３２が取り付けられている。すなわち、シール３２の外周側がシールケース３１の内周面に固着され、シール３２の内周側が後蓋６又は油切り７の外周面に摺接している。これにより、鉄道車両用転がり軸受装置が密封され、鉄道車両用転がり軸受装置の内部に、ごみ，水分，異物等が外部から侵入することを防ぐとともに、鉄道車両用転がり軸受装置内のグリース等の潤滑剤が外部に漏出することを防いでいる。

当接部材６，７のうち内輪２の側面に当接する部分（当接面６ａ，７ａ）と、内輪２の側面のうち当接部材６，７に当接する部分（当接面２ａ）と、の少なくとも一方には、ショットピーニング処理が施されている。このショットピーニング処理のショット材には、当接部材６，７と同等以上の硬さを有し且つ直径２０μｍ以上２００μｍ以下の略球状の微粒子が用いられる。そして、この微粒子を５０ｍ／ｓ以上の噴射速度で当接面２ａ，６ａ，７ａに噴射することにより、ショットピーニング処理を行う。

ほとんどの鉄道車両用転がり軸受装置は、車輪の外側に配置されているアウトボードタイプであるので、荷重を受けた際には車軸２０がたわみ、車軸２０の端部ほどたわみ量が大きくなる。このような状態で車軸２０が回転すると、当接面２ａ，６ａ，７ａに繰り返し応力による応力変動や微小滑りが生じて、フレッチング摩耗が発生しやすくなる。特に、後蓋６のうち内輪２の側面に当接する当接面６ａと、内輪２の側面のうち後蓋６に当接する当接面２ａとが、フレッチング摩耗の発生が最も顕著であることが多い。

しかしながら、上記のようなショットピーニング処理により、当接面２ａ，６ａ，７ａには、微小くぼみが均一に形成されるとともに、圧縮残留応力による表面組織の高密度化と硬化とが生じている。表面組織の高密度化と硬化とにより、面圧と微小滑りに耐え得る表面組織となるため、ショットピーニング処理が施された部分（当接面２ａ，６ａ，７ａ）にはフレッチング摩耗が生じにくい。なお、当接面２ａ，６ａ，７ａの表面硬さは、ショット材の種類やショットピーニング処理の条件によっても変わるが、ショットピーニング処理前の１．３倍以上２倍以下に硬化されている。後蓋の材料としてよく使用されるＳ４５Ｃ材の場合は、ショットピーニング処理前の１．５倍程度に硬化されることが見込まれる。

また、鉄道車両用転がり軸受装置に潤滑剤を使用した場合には、当接面２ａ，６ａの間及び当接面２ａ，７ａの間に潤滑剤が介在することとなる。この潤滑剤が、ショットピーニング処理により形成された微小くぼみ内に保持されるため、前述した表面組織の高密度化と硬化とによるフレッチング摩耗の抑制効果がより高められる。
さらに、ショット材である微粒子は軟質金属で構成されていることが好ましい。そうすれば、表面組織の高密度化と硬化とが生じるとともに、ショットピーニング処理が施された部分に軟質金属が付着するので、耐摩耗性が向上し、フレッチング摩耗がより生じにくくなる。軟質金属の種類は特に限定されるものではないが、例えばスズが好ましい。

なお、軸受１０の軸方向中方部において、２つの内輪２の側面同士が当接しているが、この部分についても当接面２ａ，６ａ，７ａと同様にフレッチング摩耗の問題が生じる場合があるので、内輪２の側面のうち別の内輪２と当接する部分（当接面２ｂ，２ｂ）にも、当接面２ａ，６ａ，７ａと同様のショットピーニング処理を施すことが好ましい。また、図２に示すように、２つの内輪２の間に間座８が介装される場合には、内輪２の側面のうち間座８と当接する部分（当接面２ｂ）、及び、間座８のうち内輪２と当接する部分（当接面８ａ）についても当接面２ａ，６ａ，７ａと同様にフレッチング摩耗の問題が生じる場合がある。よって、これら当接面２ｂ，８ａにも、当接面２ａ，６ａ，７ａと同様のショットピーニング処理を施すことが好ましい。

さらに、本実施形態においては鉄道車両用転がり軸受装置の例として、軸受が円錐ころ軸受である場合をあげて説明したが、軸受は他種のものでもよい。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。また、軸受は複列に限らず、単列でもよい。

本発明に係る鉄道車両用転がり軸受装置の一実施形態を示す断面図である。 間座を備えた鉄道車両用転がり軸受装置の部分拡大断面図である。 従来の鉄道車両用転がり軸受装置の断面図である。

符号の説明

１ 外輪
２ 内輪
２ａ 当接面
２ｂ 当接面
３ ころ
６ 後蓋（当接部材）
６ａ 当接面
７ 油切り（当接部材）
７ａ 当接面
８ 間座
８ａ 当接面
１０ 複列円錐ころ軸受
２０ 車軸

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪の側面に当接する当接部材と、を備え、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する鉄道車両用転がり軸受装置において、
   前記内輪の側面に当接する前記当接部材の当接面と、前記当接部材に当接する前記内輪の当接面と、の少なくとも一方には、前記当接部材と同等以上の硬さを有し且つ直径２０μｍ以上２００μｍ以下の略球状の微粒子を５０ｍ／ｓ以上の噴射速度で噴射するショットピーニング処理が施されていることを特徴とする鉄道車両用転がり軸受装置。
2. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪の側面に当接する当接部材と、を備え、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する鉄道車両用転がり軸受装置において、
   前記内輪の側面に当接する前記当接部材の当接面には、前記当接部材と同等以上の硬さを有し且つ直径２０μｍ以上２００μｍ以下の略球状の微粒子を５０ｍ／ｓ以上の噴射速度で噴射するショットピーニング処理が施されており、前記当接面の表面硬さが前記ショットピーニング処理前の１．３倍以上２倍以下となっていることを特徴とする鉄道車両用転がり軸受装置。
3. 前記微粒子が軟質金属で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両用転がり軸受装置。

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