JP2008249104A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受の負荷容量を低下させることなく、保持器の強度アップを図る。
【解決手段】 内輪２０及び外輪１０と、複数のころ３０と、複数のころを円周方向で等間隔に保持する保持器４０とで円すいころ軸受を構成する。保持器４０を、ころピッチ円Ｐの外径側に配置された外側保持器４０Ａと、ころピッチ円Ｐの内径側に配置された内側保持器４０Ｂとで構成し、円すいころ３０の外周面を、外側保持器４０Ａと内側保持器４０Ｂの柱部４３、４７に同時接触させる。外側保持器４０Ａと内側保持器４０Ｂは、両保持器間の隙間に配置した弾性部材５２で一体化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ころ軸受、特に鉄道車両の駆動装置用のころ軸受に関する。

図１０に、鉄道車両の駆動系の概略構造を示す。図示のように、モータ等の駆動源１０１の出力は、継手１０２を介して小歯車１０３および大歯車１０４を有する駆動装置１０５に伝達され、所定のギヤ比で減速された上で車軸１０６に伝達される。車軸１０６の両端には、台車枠１０８にばね１０７を介して支持された軸箱１０９が配置される。車軸１０６は、軸箱１０９内に配した軸受１１０により、回転自在に支持され、かつ台車枠１０８に対して適正位置に保持されている。

鉄道車両に用いられる主な軸受としては、車軸用１１０、駆動装置用１１１・１１２、およびモータ用１１３・１１４がある。車軸用軸受１１０としては、複列円筒ころ軸受や外向き形の複列円すいころ軸受が多く用いられ、その潤滑は軸受内部に封入したグリースで行う場合が多い。駆動装置用軸受１１１、１１２は、ギヤケース１１６内で小歯車１０３と大歯車１０４を支持する軸受で、何れも単列円すいころ軸受の正面組合わせが多く用いられる。駆動装置用軸受１１１、１１２の潤滑は、ギヤケース１１６に貯留した潤滑油１１７を大歯車１０４で跳ね上げて行う場合が多い。

これら鉄道車両用の各種軸受のうち、駆動装置用の円すいころ軸受が、例えば特開２００６−３２２５０４号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００６−３２２５０４号公報

駆動装置用軸受の保持器には、回転中に生じる円すいころの進みや遅れ、振動（歯車噛み合い振動および外部振動）、円すいころのスキュー等により、柱部を介してポケットの隅部に応力が集中する。この応力が大きくなると、保持器の耐久性に支障を来たすため、何らかの方法で保持器に発生する応力を低くすることが必要となる。応力低減のための対策として、保持器の厚みを増してその剛性を上げることが考えられるが、保持器の厚みが増せば、保持器に組込み可能な円すいころの本数が少なくなるため、軸受の負荷容量が低下する。この他、保持器に生じる応力を低減するため、円すいころの軽量化も検討されているが、軽量化に伴って円すいころの剛性が低下するため、同様に軸受の負荷容量低下を招く。このように既存の応力対策は、何れも軸受負荷容量が低下するデメリットがある。

そこで、本発明は、軸受の負荷容量を低下させることなく、保持器の強度アップを図ることを目的とする。

本発明は、内輪及び外輪と、複数のころと、柱部で円周方向に区画された複数のポケットを有し、各ポケットで複数のころを円周方向等間隔に保持する保持器とを備えたころ軸受において、保持器を、ころピッチ円の外径側に配置された外側保持器と、ころピッチ円の内径側に配置された内側保持器とで構成し、かつ外側保持器と内側保持器との間に弾性部材を配置したことを特徴とする。

かかる構成においては、保持器がころピッチ円を挟んで内径側と外径側の双方に形成されているため、ころの遅れや進みにより、ころ外周面が保持器の柱部側面に衝突した際にも、衝撃力が双方の保持器に分散される。そのため、個々の保持器の柱部で発生する応力が小さくなり、保持器全体で強度アップを図ることができる。また、外側保持器と内側保持器との間に弾性部材を配置することにより、ころと衝突した内側保持器および外側保持器の振動が弾性部材で吸収されるため、騒音の発生を防止することができる。

外側保持器と内側保持器を一体化すれば、外側保持器と内側保持器の相対回転を防止し、ころ外周面を両保持器の柱部に確実に同時接触させることができる。

ころの外周面を、外側保持器と内側保持器に同時接触させれば、外側保持器の柱部と内側保持器の柱部に生じる衝撃力を均一化でき、一方の保持器の寿命が他方に比べて極端に低下する、といった事態を防止することができる。

また、外側保持器の、ポケットを挟んで円周方向で対峙する柱部側面間の間隔を内径側ほど拡大させると共に、内側保持器の、ポケットを挟んで円周方向で対峙する柱部側面間の間隔を外径側ほど拡大させれば、ころが２つの保持器で外径側および内径側から拘束されるので、非負荷圏でのころの不安定な挙動を防止することができ、振動・騒音の発生が抑制される。

内側保持器と外側保持器からなる保持器を、内輪の外周面と接触可能にすれば、保持器の回転が内輪外周面に案内される。この際、保持器の最も内径側に存在する部分と内輪外周面との間の隙間幅が小さくなる。そのため、回転中の保持器の姿勢を安定化させて保持器を発生源とする振動を抑制することができる。

鉄道車両の駆動装置用軸受では、軸受に作用するラジアル荷重およびアキシャル荷重が一般機械用に比べて格段に大きく、かつ歯車噛み合い振動や外部振動の影響も受けやすい。そのため、保持器の強度アップに対する要請が特に大きい。上記のころ軸受を用いることで、駆動装置用軸受の耐久性を向上させることができる。

外側保持器と内側保持器とを嵌合させれば、外側保持器と内側保持器を強固に結合することができ、両者を確実に一体化することができる。

本発明によれば、ころ外周面が保持器の柱部に衝突した際にも、衝撃力が両方の保持器に分散されるので、衝突時に個々の保持器に発生する応力が小さくなる。従って、保持器全体で強度アップを図ることができ、ころ軸受の耐久性を高めることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１に、鉄道車両の駆動装置１０５（図１０参照）に使用される軸受の一例として円すいころ軸受を示す。この円すいころ軸受は、外輪１０、内輪２０、複数の円すいころ３０、及び保持器４０を備えている。

外輪１０は内周に円すい状の軌道面１２を有する。内輪２０は外周に円すい状の軌道面２２を有し、この軌道面２２の大径側に大鍔部２４、小径側に小鍔部２６が設けられている。外輪１０の軌道面１２と内輪２０の軌道面２２との間に複数の円すいころ３０が転動自在に配列される。各円すいころ３０は保持器４０によって円周方向で等間隔に保持される。円すいころ３０と、外輪１０および内輪２０の各軌道面１２，２２の各円すい角頂点は、円すいころ軸受１の軸心Ｏ上の一点で一致し、円すいころ３０が各軌道面１２，２２に沿って転がり運動できるようになっている。

保持器４０は、ころピッチ円（Ｐ−Ｐ）の外径側に配置された外側保持器４０Ａと、ころピッチ円の内径側に配置された内側保持器４０Ｂとで構成される。外側保持器４０Ａおよび内側保持器４０Ｂは、何れも例えば金属板のプレス加工で形成することができる。

外側保持器４０Ａは、図２の斜視図に示すように、第１環状部４１と、第２環状部４２と、これらを軸方向に連結する複数の柱部４３とで一体に構成される。第１環状部４１は第２環状部４２よりも小径である。第１環状部４１、第２環状部４２、及び柱部４３で囲まれて形成されたポケット４４には、それぞれ円すいころ３０が収容され、これによって円すいころ３０が円周方向で等間隔に保持される。小径側の第１環状部４１は、筒部４１ａと、筒部４１ａの端部から内径側に延びる鍔部４１ｂとで構成される。本実施形態において、筒部４１ａの外周面および柱部４３の外周面は、一連の円すい面状をなし、第２環状部４２の外周面は、軸心Ｏを中心とする円筒面状である。

内側保持器４０Ｂは、図１に示すように、第１環状部４５と、第２環状部４６と、複数の柱部４７とで一体に形成されている（斜視図は省略する）。これら第１環状部４５、第２環状部４６、及び柱部４７で円すいころ３０を収容するポケット４８が形成される。第１環状部４５、柱部４７、および第２環状部４６の外周面は、一連の円すい面状に形成されている。外側保持器４０Ａと異なり、内側保持器４０Ｂには鍔部４１ｂは存在しない。

図３に示すように、外側保持器４０Ａの各柱部４３の側面４３ａ、および内側保持器４０Ｂの各柱部４７の側面４７ａは、何れもテーパ面状に形成されている。外側保持器４０Ａでは、ポケット４４を挟んで円周方向で対峙する側面４３ａ間の間隔が内径側ほど拡大し、内側保持器４０Ｂでは、ポケット４８を挟んで円周方向で対峙する側面４７ａ間の間隔が外径側ほど拡大している。この構成では、円すいころ３０がピッチ円Ｐを挟んだ外径側と内径側の双方から保持器４０Ａ、４０Ｂで拘束されるので、非負荷圏にあっても円すいころ３０が不安定な挙動をとることはなく、円すいころ３０を発生源とする振動や騒音を抑制することができる。外側保持器４０Ａの柱部側面４３ａと円すいころ３０の外周面との間、および内側保持器４０Ｂの柱部側面４７ａと円すいころ３０の外周面との間には、それぞれポケット隙間Ｃ１、Ｃ２が形成され、このポケット隙間Ｃ１，Ｃ２を等幅（Ｃ１＝Ｃ２）にすることで、円すいころ３０を、外側保持器４０Ａの柱部側面４３ａ、および内側保持器４０Ｂの柱部側面４７ａと同時に接触させることが可能となる。円すいころ３０は、保持器４ａ、４ｂに対してポケット隙間Ｃ１，Ｃ２が０となるまで内外径方向に相対移動可能であり、それ以上の相対移動は柱部側面４３ａ、４７ａと円すいころ３０の外周面との当接によって規制される。

この実施形態では、ポケット隙間Ｃ１，Ｃ２が０になっても、外側保持器４０Ａは外輪１０と接触せず、内側保持器４０Ｂは内輪２０と接触しない。よって、両保持器４ａ、４ｂの回転は、円すいころ３０のみによって案内される（いわゆる転動体案内）。

外側保持器４０Ａと内側保持器４０Ｂとの間の隙間には、防振部材としての弾性部材５２が配置されている。弾性部材５２としては、振動吸収機能を有する素材、例えば防振ゴムとして販売されるゴム素材を使用することができる。この弾性部材５２が外側保持器４０Ａおよび内側保持器４０Ｂに密着することで、両保持器４０Ａ、４０Ｂが一体化されている。図３に示すように、弾性部材５２の円周方向の両側面と円すいころ３０の外周面との間には、ポケット隙間Ｃ１、Ｃ２以上の幅の隙間が形成されている。

ゴム素材としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンエラストマー、フッ素ゴム、クロロスルフォンゴムなどの各種ゴムを採用できる。これらのゴム材料の中から、使用するグリースや潤滑油に対する耐油性、および使用温度に対する耐熱性を具備するものが選択して使用される。

この円すいころ軸受は、以下の手順で組み立てられる。先ず、内輪２０の外周に外側保持器４０Ａおよび内側保持器４０Ｂを組み込み、両保持器４０Ａ、４０Ｂの円周方向のポケット位置を整合させる。この際、予め外側保持器４０Ａおよび内側保持器４０Ｂの間に弾性部材５２を介在させておく。次に、外側保持器４０Ａの柱部４３を弾性変形させながら、外側保持器４０Ａの外径側から円すいころ３０を押し込み、外側保持器４０Ａのポケット４３と内側保持器４０Ｂのポケット４８に円すいころ３０を収容する。各ポケットに全ての円すいころ３０を組み込んだ後、円すいころ３０の外径側に外輪１０を組み込むことにより、内輪１０の軌道面１２と外輪２０の軌道面２２との間に円すいころ３０を介在させた図１に示す円すいころ軸受が完成する。

以上の構成の円すいころ軸受によれば、円すいころ３０に保持器４０の回転に対して遅れや進みが生じても、円すいころ３０の外周面が外側保持器４０Ａの柱部側面４３ａと内側保持器４０Ｂの柱部側面４７ａに同時接触する。そのため、衝突時における柱部側面４３ａ、４７ａの面圧が小さくなって、両保持器４０Ａ、４０Ｂの柱部４３、４７で生じる応力が小さくなる。従って、保持器４０全体の強度をアップさせることができ、円すいころ軸受の耐久性向上が図られる。この場合、外側保持器４０Ａと内側保持器４０Ｂが弾性部材５２を介して一体化されているため、両保持器４０Ａ、４０Ｂが相対移動することはなく、円すいころ３０の外周面と各柱部側面４３ａ、４７ａとを確実に同時接触させることができる。この場合、弾性部材５２が振動を吸収する防振部材として機能するため、保持器４０を発生源とする振動を抑制することができる。

一体化した外側保持器４０Ａと内側保持器４０Ｂの結合強度をさらに増すため、図４〜７に示すように、弾性部材５２による結合に加え、外側保持器４０Ａの鍔部４１ｂと内側保持器４０Ｂの一方の端部（例えば小径端部）を機械的な結合手段５３を用いて結合してもよい。この結合手段５３としては、図４において、リベット等の締結部材を用いて鍔部４１ｂと内側保持器４０Ｂの小径端を結合する他、図５〜図７に示すように、外側保持器４０Ａの鍔部４１ｂと内側保持器４０Ｂの小径端部を嵌合（圧入も含む）する構成も採用することもできる。

図５〜図７に示す実施形態のうち、図５（ａ）〜（ｃ）は、鍔部４１ｂと内側保持器４０Ｂの小径端部を円周方向で凹凸嵌合させた例である。詳細には、図５（ａ）に示すように、外側保持器４０Ａの鍔部４１ｂの内径端に、半径方向に延びた凹凸部５３ａを設けると共に、軸方向に延びた凹凸部５３ｂを内側保持器４０Ｂの小径端に設け、同図（ｃ）に示すように、両凹凸部５３ａ、５３ｂを締め代をもって嵌合させたものである。また、図６は、外側保持器４０Ａの鍔部４１ｂの内周面に内側保持器４０Ｂの小径端部の外周面を締め代をもって嵌合させたものであり、図７は、外側保持器４０Ａの鍔部４１ｂの先端を円すいころ３０側に折り曲げると共に、内側保持器４０Ｂの小径端部の内径側に切欠きを設け、この切欠きに鍔部４１ｂの先端を締め代を持って嵌合させたものである。

特に、図６に示す実施形態では、内側保持器４０Ｂの軸方向の両端部の内周面と、内輪２０の小鍔部２６および大鍔部２４の外周面との間の隙間ｔ１’、ｔ２’を図１に示す実施形態における同様の隙間ｔ１、ｔ２よりも小さくし（ｔ１’＜ｔ１、ｔ２’＜ｔ２）、内側保持器４０Ｂの軸方向両端を、内輪２０の小鍔部２６および大鍔部２４の両外周面と接触可能にしてある（ｔ１’＝ｔ２’）。これにより保持器４０の姿勢が安定化するので、保持器４の無駄な動きによる振動の発生を抑制することができる。

同様の効果は、一体化した保持器４０の少なくとも一部領域が内輪２０の外周面と接触可能である限り得ることができる。従って、例えば図７に示すように、外側保持器４０Ａの鍔部４１ｂを小鍔部２６の外周面と接触させてもよいし、軸方向の一端部でのみ外側保持器４０Ａもしくは内側保持器４０Ｂを内輪２０に接触させてもよい。また、内輪２０に大鍔部２４や小鍔部２６が存在しない場合も、同様に外側保持器４０Ａや内側保持器４０Ｂを内輪２０に接触させることで同様の効果を得ることができる。

外側保持器４０Ａや内側保持器４０Ｂの剛性が高く、弾性変形させることが困難である場合には、以下に述べる（１）〜（５）の何れかの手順で軸受を組み立てることもできる。

（１）外側保持器４０Ａの第２環状部４２を別体に構成する。すなわち、外側保持器４０Ａを、第１環状部４１および柱部４３を有する（第２環状部４２のない）櫛形部品と、第２環状部４２とに分割する。内輪２０に内側保持器４０Ｂと円すいころ３０を組み込んだ後、外側保持器４０Ａの櫛形部品を小径側から組み込み、柱部４３間に円すいころ３０を収容する。次いで、第２環状部４２と櫛形部品をリベット等で固定し、外側保持器４０Ａを一体化させる。櫛形部品と第２環状部４２の固定は、柱部４３を第２環状部４２に凹凸嵌合させることにより行うこともできる。外側保持器４０Ａの一体化後に外輪１０を組み込むことにより、図１に示す円すいころ軸受が完成する。

（２）予め外側保持器４０Ａを円周方向の複数箇所で分割しておく。内輪２０に内側保持器４０Ｂと円すいころ３０を組み込んだ後、外側保持器４０Ａの分割体を組み込み、例えば分割体の環状部４１、４２同士を凹凸嵌合させて外側保持器４０Ａを一体化する。外側保持器４０Ａを２分割した場合は、組み込みの際、保持器径が大きくなるように分割体を弾性変形させる。３分割以上にした場合には、このような弾性変形は不要である。このように外側保持器４０Ａを一体化してから、アセンブリに外輪１０を組み込む。

（３）予め内側保持器４０Ｂを円周方向の複数箇所で分割しておく。外側保持器４０Ａに円すいころ３０を組み込んだ後、内側保持器４０Ｂの分割体を組み込み、例えば分割体の環状部４５、４６同士を凹凸嵌合させて内側保持器４０Ｂを一体化することにより、外側保持器４０Ａ、内側保持器４０Ｂ、および円すいころ３０からなるアセンブリを製作する。内側保持器４０Ｂを２分割した場合は、組み込みの際、保持器径が小さくなるように分割体を弾性変形させる。３分割以上にした場合には、このような弾性変形は不要である。

この場合、内輪２０のアセンブリへの組み込みは、例えば以下の手順で行うことができる。先ず、円すいころ３０の内接円径が内輪２０の小鍔部２６の外径寸法よりも大きくなるように、予め外側保持器４０Ａの柱部４３の小径側を拡径方向に塑性変形させておく。この状態で、円すいころ３０および内側保持器４０Ｂの組み込みを行った後、アセンブリに内輪２０を組み込み、次いで外側保持器４０Ａの柱部４３の小径側を外径側から加締めて縮径方向に塑性変形させ、外側保持器４０Ａを元の形状に戻す。あるいは、図８および図９に示すように、内輪２０の小鍔部を別体の鍔輪２６’とし、鍔輪２６’のない状態でアセンブリに内輪２０を組み込んだ後、鍔輪２６’を組み込むようにしてもよい。図８は、鍔輪２６’を締め代をもって内輪２０の外周面に嵌合させた例であり、図９は、鍔輪２６’の端面を内輪２０の端面に密着させた例である。図９の構成では、鍔輪２６’が分離するので、実機組み込み時には、間座やナット等を用いて鍔輪２６’をアキシャル方向で固定する必要がある。

（４）内側保持器４０Ｂの第１環状部４５を別体に構成する。外側保持器４０Ａに円すいころ３０を組み込んだ後、内側保持器４０Ｂの櫛形部品を大径側から組み込み、柱部４７間に円すいころ３０を収容する。次いで、別体の第１環状部４５と櫛形部品をリベット等を用いて一体化し、外側保持器４０Ａ、内側保持器４０Ｂ、および円すいころ３０からなるアセンブリを製作する。内側保持器４０Ｂの一体化は、柱部４７を利用して櫛形部品と第２環状部４６を凹凸嵌合させても行うことができる。アセンブリへの内輪２０の組み込みは、上記（３）で説明したのと同様の手順で行なうことができる。

（５）上記（４）の別体とした第１環状部４５を使用せず、外側保持器４０Ａの鍔部４１ｂに、内側保持器４０Ｂを構成する櫛形部品の先端部分を直接凹凸嵌合させてもよい。この場合、外側保持器４０Ａの鍔部４１ｂが内側保持器４０Ｂの第１環状部４５の役割を果たす。内輪２０の組み込みは、上記（３）で説明したのと同様の手順で行なうことができる。

以上の説明では、円すいころ軸受を例示しているが、本発明は、円すいころ軸受以外にも円筒ころ軸受や自動調心ころ軸受等の他のころ軸受にも同様に適用することができる。

本発明にかかる円すいころ軸受の軸方向の断面図である。 外側保持器の斜視図である。 前記円すいころ軸受の軸方向と直交方向の断面図である。 本発明にかかる円すいころ軸受の軸方向の断面図である。 （ａ）図は、外側保持器を小径側から見た正面図、（ｂ）図は内側保持器を小径側から見た正面図、（ｃ）図は外側保持器と内側保持器の嵌合部を内径側から見た平面図である。 本発明にかかる円すいころ軸受の軸方向の断面図である。 本発明にかかる円すいころ軸受の軸方向の断面図である。 本発明にかかる円すいころ軸受の軸方向の断面図である。 本発明にかかる円すいころ軸受の軸方向の断面図である。 鉄道車両の駆動系の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 外輪
１２ 軌道面
２０ 内輪
２２ 軌道面
２４ 大鍔部
２６ 小鍔部
３０ 円すいころ
４０ 保持器
４０Ａ 外側保持器
４０Ｂ 内側保持器
４１ 第１環状部
４２ 第２環状部
４３ 柱部
４４ ポケット
４５ 第１環状部
４６ 第２環状部
４７ 柱部
４８ ポケット
５２ 弾性部材
５３ 結合手段
Ｐ ピッチ円
Ｃ１ ポケット隙間
Ｃ２ ポケット隙間

Claims (6)

1. 内輪及び外輪と、複数のころと、柱部で円周方向に区画された複数のポケットを有し、各ポケットで複数のころを円周方向等間隔に保持する保持器とを備えたころ軸受において、
   保持器を、ころピッチ円の外径側に配置された外側保持器と、ころピッチ円の内径側に配置された内側保持器とで構成し、かつ外側保持器と内側保持器との間に弾性部材を配置したころ軸受。
2. 外側保持器と内側保持器を一体化した請求項１記載のころ軸受。
3. ころの外周面を、外側保持器と内側保持器に同時接触可能とした請求項１または２記載のころ軸受。
4. 外側保持器の、ポケットを挟んで円周方向で対峙する柱部側面間の間隔を内径側ほど拡大させると共に、内側保持器の、ポケットを挟んで円周方向で対峙する柱部側面間の間隔を外径側ほど拡大させた請求項１〜３何れか記載のころ軸受。
5. 保持器を、内輪の外周面と接触可能にした請求項１〜４何れか記載のころ軸受。
6. 鉄道車両の駆動装置に使用した請求項１〜５何れか記載のころ軸受。

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