JP2008057791A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】とくに運転初期の潤滑不足による焼付きや保持器ポケット面の摩耗を防ぐ。
【解決手段】円すいころ軸受は、内輪20と、外輪40と、内輪20の軌道と外輪の軌道との間に転動自在に介在する複数の円すいころ30と、円すいころ30を収容するためのポケットを円周方向等間隔に配置した保持器50とからなり、軸受内に油溜り用仕切り板60を設けてある。
【選択図】図６

Description

この発明は鉄道車両駆動装置用軸受等に用いられる円すいころ軸受に関する。より詳しくは、はねかけ潤滑で使用される場合でも円すいころ大端面と内輪大つば面との耐焼付き性の改善、保持器ポケット面の摩耗防止を図った円すいころ軸受に関する。

図７に示すように、鉄道車両の駆動装置２は、主電動機３の出力軸４から小歯車６と大歯車７を介して、車輪９を支持した車軸８に動力を伝達するようになっている。小歯車６を取り付けた歯車軸５は、一対の円すいころ軸受１によって回転自在に支持されている。大歯車７に比べて小歯車６の方が回転数が高く、負荷も大きい。したがって、円すいころ軸受１は過酷な環境下で使用されることになるが、このような環境下でもすぐれた転動疲労寿命と信頼性が要求される。

円すいころ軸受１は転動体として円すいころを用いたラジアル軸受であって、図８（ａ）に示すように、内輪１２と、外輪１４と、内・外輪１２，１４間に転動自在に介在する複数の円すいころ１３と、円すいころ１３を円周方向で等間隔に保持するための保持器１５とを主要な構成要素としている。円すいころ軸受の回転中、円すいころ１３にはその小端面１６側から大端面１７側に向かう推力が発生し、この推力は、内輪１２の大径側に設けられた大つば面１８で支持される。なお、円すいころ１３の大端面１７には円形のぬすみ１９を設けてある。

円すいころ１３の大端面１７と接触するポケット面の内径部に、大端面１７と平行な傾斜部を設けることにより、エッジ当たりを防止し、ポケット面の摩耗を抑制することで保持器１５の寿命向上を図ることが知られている（特許文献１）。
特開２０００−１３０４４３号公報（段落番号０００６−００１１、図１）

軸受運転時、円すいころ１３の大端面１７側の保持器１５のポケット面は、円すいころ１３のぬすみ１９と大端面１７とのつなぎ部分で接触するため、エッジ当たりとなる。そのため、ポケット面が摩耗してバリやカエリが発生する場合があり、保持器寿命を低下させる原因となる。

また、鉄道車両駆動装置用軸受に用いられる円すいころ軸受１の場合、歯車のかみ合いを利用したはねかけ潤滑（運動部分によってはね上げられた潤滑油の飛沫による潤滑方法）なので、運転初期とりわけ低温（たとえば−１０〜−２０℃）始動時に潤滑不足になりやすい。また、円すいころ１３の大端面１７のぬすみ１９が保持器１５の大径側ポケット面にかかっているため、図８（ｂ）に示すように、ぬすみ１９の最外径部分がエッジ当たりとなり、保持器１５の大径側ポケット面の摩耗を助長する。その結果、円すいころ１３の大端面１７と内輪１２の大つば面１８との間で焼付き等の不具合が生じたり、保持器１５のポケット面の摩耗を起こしたりする可能性があった。

本発明の目的は、上述の従来の技術における問題点を解消した円すいころ軸受用保持器を提供することにある。具体的には、とくに運転初期の潤滑不足による焼付きやポケット面の摩耗を防ぐことである。

請求項１の発明は、内輪２０と、外輪４０と、内輪２０の軌道２２と外輪４０の軌道４２との間に転動自在に介在する複数の円すいころ３０と、円すいころ３０を収容するためのポケット５６を円周方向等間隔に配置した保持器５０とからなり、軸受内に油溜り用仕切り板６０を設けたことを特徴とする円すいころ軸受である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の円すいころ軸受において、油溜り用仕切り板６０が、外輪４０と嵌合する金属製リング６２と、金属製リング６２と一体化した弾性体リップ６４とで構成されていることを特徴とするものである。油溜り用仕切り板６０が金属製リング６２と弾性体リップ６４とで構成されているため、油溜り構造を確保したままコーンアセンブリ（２０，３０，５０）と外輪４０との分離・組立を行うことが可能である。

請求項３の発明のように、弾性体リップ６４に肉薄部６６を設けることによって、弾性体リップ６４の腰が局部的に弱くなるため、分離・組立がさらに容易となる。

請求項１の発明によれば、油溜り用仕切板６０によって油溜りが形成され、円すいころ３０の大端面３６に潤滑油が浸っているため、初期運転時に軸受への回転飛沫による潤滑油供給が少ない場合でも、内輪２０の大つば２６での焼付きを防止することができる。

また、請求項２の発明のように、油溜り用仕切り板６０を、外輪４０と嵌合する金属製リング６２と、金属製リング６２と一体化した弾性体リップ６４とで構成することにより、油溜りの構造を確保したままコーンアセンブリ（２０，３０，５０）と外輪４０の分離・組立を行うことができる。腰の強い金属製リング６２と外輪４０との強固な嵌合のため、コーンアセンブリ（２０，３０，５０）を引き抜くときに、油溜り用仕切板６０がはずれることはない。

請求項３の発明のように、弾性体リップ６４に肉薄部６６を設けることにより、外輪４０に対するコーンアセンブリ（２０，３０，５０）の抜き差しを一層容易に行うことができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。
まず、図２（ａ）および図３を参照して円すいころ軸受の基本的構成について説明する。円すいころ軸受は、内輪２０と、複数の円すいころ３０と、外輪４０と、保持器５０とを主要な構成要素としている。

内輪２０はコーンとも呼ばれ、外周面に円すい形の軌道２２を形成している。内輪２０は、軌道２２の小径側から外側に突き出た小つば２４と、軌道２２の大径側から外側に突き出た大つば２６を有する。大つば２６は、軌道２２の背面側にあって、円すいころ３０を案内し、円すいころ３０の大端面３６の推力を支持する役割を果たす。符号２８は大つば面を指し、符号２７は軌道２２と大つば面２８との境界付近に設けた逃げ（図４ａ参照）を指している。外輪４０はカップとも呼ばれ、内周面に円すい形の軌道４２を有する。

内輪２０の軌道２２と外輪４０の軌道４２との間に複数の円すいころ３０が転動自在に介在する。各円すいころ３０の、軌道２２，４２と転がり接触する表面すなわち転動面３２は実質的に円すい形となっている。転動面３２の直径の小さいほうのころ端面を小端面３４といい、転動面３２の直径の大きいほうのころ端面を大端面３６という。大端面３６は、研削効率を高めるためなどのため、あらかじめ鍛造加工のときなどに円形にくぼませてあり、このころ端面のくぼみをここではぬすみ３８と呼ぶこととする。

円すいころ３０を保持するための保持器５０は概ね円すい台形状であって、図３に示すように、軸方向に離間した一対の環状体５２ａ，５２ｂと、円周等配位置でころ中心方向に延びて両環状体５２ａ，５２ｂを橋絡する複数の柱５４と、内径側の環状体５２ｂの先端を内径側に折り曲げて形成された環状のリブ５２ｃとを有している。そして、隣り合う柱５４間に、円すいころ３０を収容するための台形窓形のポケット５６が形成されている。

円すいころ軸受では、軌道２２，４２から円すいころ３０に加わる荷重の合力が円すいころ３０をその大端面３６側に押す方向に作用する。そのため、円すいころ３０はその大端面３６が内輪２０の大つば面２８に押し付けられて案内され、ここで滑り接触が生ずる。

図１に示すように、円すいころ３０の大端面３６と接触する保持器５０の大径側ポケット面５８を、円周方向に、言い換えるならば平面で見て、凸曲面としてもよい（図９参照）。この場合、円すいころ３０の大端面３６とポケット面５８との当たり位置は図１（ｂ）に斜線で示す領域となる。

図１（ｃ）は、円すいころ３０の大端面３６と接触する保持器５０の大径側ポケット面５８を、板厚方向に、言い換えるならば軸心を含む断面において、凸曲面としたものである（図１０参照）。この場合、円すいころ３０の大端面３６とポケット面５８との当たり位置は図１（ｄ）に斜線で示す領域となる。

このように、保持器５０のポケット面５８を凸曲面とすることで、円すいころ３０の大端面３６とぬすみ３８とのつなぎ部の接触を避けることで、エッジ当たりによる摩耗を軽減することができる。また、保持器５０のポケット面５８が凸曲面となることで、図１（ａ）に斜線で示すように、ポケット両端側（隅Ｒ側）に油溜りとなる空間を確保することができ、その部分から保持器５０の接触部分へ油が供給されるので、接触部の摩耗を軽減させることができる。前記空間は、円すいころ３０の大端面３６と保持器５０のポケット面５８とがわずかに離れた領域であり、したがって、毛細管現象が期待できるため多くの油を保持できる。

次に、図２は、円すいころ３０の大端面３６のぬすみ３８の面積を小さくしたものである。円形のぬすみ３８の最外径部の包絡円径を保持器５０の大径側ポケット面５８の内径より小さく設定する。その結果、図２（ｂ）から理解できるように、円すいころ３０はぬすみ３８の最外径部が内壁面を通過することなく自転するため、エッジ当たりしない。

図４は、円すいころ３０の大端面３６の面取り３７を二点鎖線で示す従来の面取りよりも小さくしたものである。そうすることによって円すいころ３０の大端面３６と内輪２０の大つば面２８とが近接した領域の増加分を、図４（ａ）では（ｂ）符号Ｓで、図４（ｂ）ではクロスハッチングで示す。このように、円すいころ３０の大端面３６と内輪２０の大つば面２８とが近接した領域が広くなるため、毛細管現象による保油性が高くなって、円すいころ３０の大端面３６の付着油量が多くできる。

また、円すいころ３０がスキューした場合に、円すいころ３０の大端面３６と内輪２０の大つば面２８との接触楕円がはみ出しにくい。

具体的には、二点鎖線で示す従来の面取りがころ径の３〜５％であるのに対し、内輪２０の大つば２６の逃げ２７とほぼ一致する１．５〜３．０％に設定するのが望ましい。これ以上小さくすると、逃げ２７部分との間でエッジ当たりを招くおそれがあり、また、円すいころ３０を塑性加工（ヘッダー）する際の型寿命が激減するなどの不具合が生ずる。

円すいころ３０の大端面３６を広くすることで、運転停止時に付着残存している潤滑油をより多くし、この付着潤滑油を有効に潤滑に寄与させることができる。また、円すいころ３０の大端面３６が広くなっているので、大端面３６を安定して高精度な球面に仕上げることができる。さらに、円すいころ３０がスキューすると、円すいころ３０の大端面３６と内輪２０の大つば面２８との接点は大端面３６からころ外径方向に偏移し、接触楕円がはみ出す傾向になる。はみ出すとエッジ応力が過大になり、早期焼付きを招くところ、本発明では円すいころ３０の大端面３６の面取り３７を小さくしたので、この接触楕円のはみ出しの臨界スキュー角を大きくすることができる。スキュー角を同じ臨界角とする場合、ころ接点を内輪２０の軌道２２側に近接して設定できるために、軸受の低トルク化も図ることができる。

図５および図６に示す実施の形態は、油溜り用仕切板６０を設けることにより、円すいころ軸受の初期運転時に潤滑を補助するための油溜りを形成したものである。油溜り用仕切板６０は、図６（ａ）に示すように、当該油溜りのオイルレベルが円すいころ３０の大端面３６にかかる内径となっている。

また、内輪２０、円すいころ３０および保持器５０からなるサブユニットをコーンアセンブリと呼ぶが、油溜り用仕切板６０を装着したままコーンアセンブリ（２０，３０，５０）と外輪４０とを分離可能とするため、図６（ｂ）に示すように、油溜り用仕切板６０は金属製リング６２と弾性体リップ６４との複合体で構成されている。金属製リング６２は断面Ｌ字状で、外輪４０と嵌合する円筒部６２ａと、円筒部６２ａの一端から内径側に折り曲げられた内向きフランジ部６２ｂとからなる。円筒部６２ａの他端部外周面には，外輪４０の嵌合溝４４とはまり合う凸部６２ｃを設けてある。内向きフランジ部６２ｂの内径φｄはコーンアセンブリ（２０，３０，５０）の包絡外径より小さい。

弾性体リップ６４は可撓性のある材料で成形するものとし、たとえばニトリルゴムその他のゴム製とすることができる。弾性体リップ６４は金属製リング６２と一体的に焼き付けることができる。図６（ｃ）に符号６３で示すように、金属製リング６２の外周にまでゴムを巻きつけることによりシール性が向上する。図６（ａ）から理解できるとおり、弾性体リップ６４の内径がオイルレベルを規定する。そして、オイルレベルは最下位の円すいころ３０のころ中心位置付近に位置するのが望ましい。ここで、ころ中心とは、ころ軸方向中央におけるころ中心を意味する。なお、図６（ａ）では、オイルレベルが最下位の円すいころ３０のころ中心よりも低い位置にあるが、保持器５０と円すいころ３０の大端面３６との間の潤滑に着目するならば、最小限、保持器５０のポケット面５８に掛かっている必要があるということを示している。

さらに、図６（ｂ）に示すように、弾性体リップ６４に肉薄部６６を設けることにより、局部的に弾性体リップ６４の腰を弱くして、弾性体リップ６４が過大な力を加えることなく折れ曲がる（ラッパ状に拡がる）ようにすることができる。このような構成を採用することにより、外輪４０に対してコーンアセンブリ（２０，３０，５０）を一層容易に抜き差しできることとなる。

なお、図５および図６に示した上述の構造は、円すいころ軸受だけでなく、つば付き円筒ころ軸受にも同等の作用効果を伴って適用することができる。

（ａ）は保持器と円すいころとの接触部の部分平面図、（ｂ）は図１（ａ）の正面図、（ｃ）は保持器と円すいころとの接触部の部分断面図、（ｄ）は図１（ｃ）の側面図である。 （ａ）は円すいころ軸受の部分断面図、（ｂ）は図２（ａ）のｂ矢視図である。 保持器の斜視図である。 （ａ）は内輪大つばと円すいころとの接触部分の拡大断面図、（ｂ）は図４（ａ）のｂ矢視図である。 本発明の実施の形態を説明するための円すいころ軸受の断面図である。 （ａ）は図５に示す円すいころ軸受の要部拡大図、（ｂ）は図５における油溜り用仕切り板の拡大図、（ｃ）は油溜り用仕切り板の別の例を示す拡大図である。 従来の技術を説明するための鉄道車両の駆動装置の断面図である。 （ａ）は図７における円すいころ軸受の断面図、（ｂ）は図８（ａ）のｂ矢視図である。 図１（ａ）と類似の部分平面図である。 図１（ｃ）と類似の部分断面図である。

符号の説明

２０ 内輪
２２ 軌道
２４ 小つば
２６ 大つば
２７ 逃げ
２８ 大つば面
３０ 円すいころ
３２ 転動面
３４ 小端面
３６ 大端面
３８ ぬすみ
４０ 外輪
４２ 軌道
４４ 嵌合溝
５０ 保持器
５２ａ 環状体
５２ｂ 環状体
５２ｃ リブ
５４ 柱
５６ ポケット
５８ 大径側のポケット面
６０ 油溜り用仕切り板
６２ 金属製リング
６２ａ 円筒部
６２ｂ 内向きフランジ
６２ｃ 凸部
６４ 弾性体リップ
６６ 肉薄部

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に転動自在に介在する複数の円すいころと、円すいころを収容するためのポケットを円周方向等間隔に配置した保持器とからなり、軸受内に油溜り用仕切り板を設けたことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 油溜り用仕切り板が、外輪と嵌合する金属製リングと、金属製リングと一体化した弾性体リップとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. 弾性体リップに肉薄部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の円すいころ軸受。

Images