JP2010096207A - Rolling bearing unit for rail vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は鉄道車両用転がり軸受ユニットに関するもので、より詳しくは、鉄道車両用転がり軸受に流れようとする電流を回避させるための構造に関する。 The present invention relates to a rolling bearing unit for a railway vehicle, and more particularly to a structure for avoiding an electric current that tends to flow through the rolling bearing for a railway vehicle.
鉄道車両では、車軸を支持するための車軸用軸受のほか、主電動機用軸受、駆動装置用軸受などが使用されている。車軸用軸受は、内輪を車軸の端部に固定し、外輪を、軸ばねを介して台車に設置した軸箱の内部に固定している。走行レールを帰線として利用している電気鉄道車両の場合、台車に設けた接地装置から車軸用軸受を経由し、車軸、車輪を介して走行レールへ電流を流している。そして、特許文献1には、接地ブラシを使用することで、大容量の電流を流しても軸受の電食のおそれがなく、かつ、メンテナンス性を良好にした技術が記載されている。 In railway vehicles, in addition to axle bearings for supporting axles, main motor bearings, drive device bearings, and the like are used. In the axle bearing, the inner ring is fixed to the end of the axle, and the outer ring is fixed to the inside of the axle box installed on the carriage via the shaft spring. In the case of an electric railway vehicle using a traveling rail as a return line, a current is passed from the grounding device provided on the carriage to the traveling rail via the axle and wheels via the axle bearing. Patent Document 1 describes a technique in which a grounding brush is used so that there is no risk of electrolytic corrosion of the bearing even when a large-capacity current is passed, and the maintainability is improved.
すなわち、図2を参照すると、車軸用軸受40は、車軸42を回転自在に支持するため、軸箱46に固定してある。車軸42の端面には前ぶた44が取り付けてあり、その前ぶた44にさらにスリップリング48が取り付けてある。スリップリング48はピン50によって車軸42と電気的に導通させてある。軸箱46に固定したブラケット52に接地ブラシ54が取り付けてあり、その接地ブラシ54をスリップリング48に摺接させる。軸箱46からブラケット52、接地ブラシ54、スリップリング48、ピン50を介して車軸42へ、あるいはその逆に、電流が流れ、車軸用軸受40には電流が流れないように意図したものである。
That is, referring to FIG. 2, the axle bearing 40 is fixed to the
特許文献2には、鉄道車両の主電動機に使用する絶縁軸受が記載されている。その絶縁軸受は、外輪と、内輪と、転動体と、保持器と、樹脂製のシールとを備え、シールの体積抵抗率を2×1010Ω・cm以上としたものである。 Patent Document 2 describes an insulating bearing used for a main motor of a railway vehicle. The insulating bearing includes an outer ring, an inner ring, a rolling element, a cage, and a resin seal, and has a volume resistivity of 2 × 10 10 Ω · cm or more.
特許文献3には、セラミックを溶射して封孔処理を施したモータ用電食防止型転がり軸受が記載されている。封孔処理に使用される封孔処理剤として、エポキシ基含有成分と硬化剤とを含み、重合性ビニル基含有溶剤を含まず、前記エポキシ基含有成分は、1分子中に含まれるエポキシ基の数が3個以上のポリグリシジルエーテル化合物を必須成分とし、1分子中に含まれるエポキシ基の数が2個のアルキレンジグリシジルエーテル化合物および環状脂肪族ジエポキシ化合物から選ばれた少なくとも1つを含む混合物であり、前記硬化剤を除く、前記エポキシ基含有成分全体に対して、ポリグリシジルエーテル化合物が10〜80重量%配合された封孔処理剤を使用することにより、溶射被膜の気孔(間隙)を密に充填することができるというものである。
車軸軸受を介して電流を流すと、転動体の転動面と軌道面との間で電食が発生し、そのまま継続使用すると、異音、摩耗などの不具合の原因となる。したがって、車軸軸受に流れようとする電流を遮断し、または回避させる必要がある。 When a current is passed through the axle bearing, electrolytic corrosion occurs between the rolling surface of the rolling elements and the raceway surface. If the current is continued to be used as it is, it may cause problems such as abnormal noise and wear. Therefore, it is necessary to interrupt or avoid the current that flows through the axle bearing.
特許文献1の接地技術は接地ブラシを介して電流を迂回させるものであるが、回転する部材に接地ブラシをしゅう動させることから、接地ブラシの摩耗による不具合、すなわち接地ブラシからの摩耗粉が潤滑剤に混入し、ひいてはそれに起因する潤滑不良が懸念される。一方、特許文献2、特許文献3に記載されている技術はいずれも、当該軸受の構成要素に何らかの対策を施すものである。 The grounding technology of Patent Document 1 bypasses the current through the grounding brush. However, since the grounding brush is slid on the rotating member, the trouble due to wear of the grounding brush, that is, the wear powder from the grounding brush lubricates. There is a concern that it may be mixed with the agent and, as a result, poor lubrication due to it. On the other hand, the techniques described in Patent Document 2 and Patent Document 3 both take some measures against the components of the bearing.
この発明の目的は、接地ブラシを使用せず、しかも当該軸受の構成要素に変更を加えることなく、鉄道車両用転がり軸受の電食を防止することにある。 An object of the present invention is to prevent electric corrosion of a rolling bearing for a railway vehicle without using a grounding brush and without changing the components of the bearing.
この発明は、鉄道車両用転がり軸受と、通電用転がり軸受を、軸方向に隣接させて配置し、通電用転がり軸受の潤滑剤を鉄道車両用転がり軸受の潤滑剤に比べて通電性を高くすることによって課題を解決したものである。 In this invention, a rolling bearing for a railway vehicle and a rolling bearing for energization are arranged adjacent to each other in the axial direction, and the lubricity of the rolling bearing for energization is made higher than that of the rolling bearing for a railway vehicle. This solves the problem.
接地ブラシを使用しないため、接地ブラシを使用した従来の技術における問題点を伴うことなく、鉄道車両用転がり軸受の電食を防止することができる。具体的には、設置ブラシをしゅう動させるのに代えて、通電用転がり軸受を用いて転がり化することで、ブラシの摩耗等による不具合、すなわちブラシの摩耗粉に起因する潤滑剤の劣化を抑制し、長期的に安定した通電性を確保することができる。 Since no grounding brush is used, electric corrosion of rolling bearings for railway vehicles can be prevented without causing problems in the prior art using grounding brushes. Specifically, instead of sliding the installed brush, rolling using an energizing rolling bearing suppresses problems due to brush wear, that is, deterioration of lubricant due to brush wear powder. In addition, it is possible to ensure stable electrical conductivity over the long term.
鉄道車両用転がり軸受が車軸用軸受である場合、外周に軌道面をもった一対の内輪と、内周に軌道面をもった複列外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に配置した複列の転動体と、各列の転動体を円周方向で所定間隔に保持する保持器とを有し、内部にグリースを封入した車軸用軸受であり、前記一対の内輪を油切りと後ぶたとの間にはさみ込み、前記油切りとの間にアダプタを介して前記通電用転がり軸受を配置し、通電用転がり軸受に積極的に電流を流して、車軸用転がり軸受への電流の流れを回避する(請求項2)。 When the rolling bearing for a railway vehicle is an axle bearing, a pair of inner rings having a raceway surface on the outer periphery, a double-row outer ring having a raceway surface on the inner periphery, and a raceway surface of the inner ring and a raceway surface of the outer ring A plurality of rows of rolling elements and a cage for holding each row of rolling elements at a predetermined interval in the circumferential direction, and a bearing for an axle in which grease is sealed. The current-carrying rolling bearing is placed between the cut and the rear lid, and the current-carrying rolling bearing is disposed between the oiler and the oil-cutter via an adapter. Current flow is avoided (claim 2).
通電用転がり軸受の潤滑剤を鉄道車両用転がり軸受の潤滑剤に比べて通電性を高くするための手段としては、通電用転がり軸受の転動面および軌道面に金属性固体潤滑剤の被膜を設け(請求項3)、もしくは、通電用転がり軸受の潤滑剤として通電グリースを使用し(請求項4)、またはそれらの両方を採用することが挙げられる。 As a means to increase the conductivity of the rolling contact bearing lubricant compared to the rolling stock rolling bearing lubricant, a metallic solid lubricant coating is applied to the rolling and raceway surfaces of the rolling contact bearing. It may be provided (Claim 3), or energized grease is used as a lubricant for the energizing rolling bearing (Claim 4), or both of them are employed.
通電用転がり軸受のシール装置としてはオイルシールを使用した接触型または非接触型を採用することができる(請求項5)。オイルシールを使用した密封性の高いシールを採用することで、グリースの保持力を高め、また、通電用転がり軸受内部への泥水やじんあいといった異物の侵入を防止することができる。しかも、通電用転がり軸受が鉄道車両用転がり軸受よりも軸端側に位置する場合、通電用転がり軸受の密封性高上は同時に鉄道車両用転がり軸受への異物侵入防止にも寄与するため、鉄道車両用転がり軸受の防じん効果も向上する。 A contact type or non-contact type using an oil seal can be adopted as a sealing device for the energizing rolling bearing. By adopting a highly hermetic seal using an oil seal, it is possible to increase the retention of grease and to prevent foreign matters such as muddy water and dust from entering the rolling bearing for energization. Moreover, when the energizing rolling bearing is located on the shaft end side of the rolling bearing for the railway vehicle, the high sealing performance of the energizing rolling bearing contributes to the prevention of foreign matter from entering the rolling bearing for the railway vehicle at the same time. The dust prevention effect of rolling bearings for vehicles is also improved.
通電用転がり軸受の内輪は車軸に取り付けた軸側押さえぶたで固定し、通電用転がり軸受の外輪は軸箱に取り付けた押さえぶたで押さえ、軸側押さえぶたと軸箱側押さえぶたとの間にラビリンスシールを形成させてもよい(請求項6)。このような構成を採用することにより、密封性を向上させ、ひいてはグリース保持力の向上や、軸受ユニット内部へのじんあい侵入の防止、鉄道車両用転がり軸受の防じん効果も期待できる。 The inner ring of the current-carrying rolling bearing is fixed with the shaft-side holding lid attached to the axle, and the outer ring of the current-carrying rolling bearing is held with the holding lid attached to the axle box. A labyrinth seal may be formed (claim 6). By adopting such a configuration, it is possible to improve the sealing performance, thereby improving the grease holding power, preventing dust from entering the inside of the bearing unit, and preventing dust from rolling rolling bearings for railway vehicles.
通電用転がり軸受の保持器は、銅合金製または樹脂製とするのが好ましい(請求項7、8)。このような構成を採用することにより、保持器の耐衝撃性、耐振動性を向上させることができる。 The cage of the energizing rolling bearing is preferably made of copper alloy or resin (claims 7 and 8). By adopting such a configuration, the impact resistance and vibration resistance of the cage can be improved.
通電用転がり軸受のラジアルすきま、アキシアルすきまを鉄道車両用転がり軸受のそれよりも大きくすることにより(請求項9)、荷重は鉄道車両用転がり軸受に支持させ、通電用転がり軸受は荷重を受けることなくもっぱら通電機能を担わせる。このように機能を分担させることで、鉄道車両特有の電食を効果的に抑制することができる。 By making the radial clearance and axial clearance of the rolling bearing for energization larger than that of the rolling bearing for railway vehicles (Claim 9), the load is supported by the rolling bearing for railway vehicles, and the energizing rolling bearing receives the load. The power supply function is assumed exclusively. By sharing the function in this way, electric corrosion specific to the railway vehicle can be effectively suppressed.
通電用転がり軸受の負荷側から弾性体による軽荷重を負荷するようにしてもよい(請求項10)。このような構成を採用することにより、転動体の滑りを抑制して確実な通電作用を維持させることができる。 You may make it load the light load by an elastic body from the load side of the rolling bearing for electricity supply (Claim 10). By adopting such a configuration, it is possible to suppress the sliding of the rolling elements and maintain a reliable energization action.
この発明によれば、接地ブラシを使用することなく電食防止が図れる。すなわち、鉄道車両用転がり軸受の側方に通電用転がり軸受を付設し、通電用転がり軸受の潤滑剤を鉄道車両用転がり軸受の潤滑剤に比べて通電性を高くすることにより、通電性の良い転がり軸受に選択的に電流が流れ、鉄道車両用転がり軸受への通電を回避して電食を防止することができる。 According to this invention, it is possible to prevent electrolytic corrosion without using a grounding brush. In other words, a current-carrying rolling bearing is attached to the side of the rolling bearing for a railway vehicle, and the lubricity of the rolling bearing for electrification is made higher than that of the rolling bearing for a railway vehicle, thereby improving the electrical conductivity. A current selectively flows through the rolling bearing, and electric corrosion can be prevented by avoiding energization of the rolling bearing for rolling stock.
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。なお、鉄道車両用転がり軸受としては鉄道車両車軸用軸受に適用した場合を例にとって説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the case where it applies to a railway vehicle axle bearing is demonstrated as an example as a rolling bearing for railway vehicles.
図1を参照すると、車軸用軸受が符号10で概括的に指してある。この車軸用軸受10は複列円すいころ軸受を用いたタイプであって、内輪12と、外輪14と、円すいころ16と、保持器18と、間座13を有している。内輪12は間座13を挟んで軸方向に一対で使用され、それぞれ外周に軌道面をもっている。外輪14は内周に2列の軌道面をもったいわゆる複列外輪である。転動体すなわちここでは円すいころ16は、内輪12の軌道面と外輪14の軌道面との間に転動自在に配置される。各列の円すいころ16は保持器18によって円周方向に所定間隔に保持される。
Referring to FIG. 1, an axle bearing is indicated generally by the
外輪14の両端開口部にはシール装置20が装着してある。シール装置20には種々のタイプのものが知られており、そのなかから適宜選択して採用することができる。例えば、外輪14に固定した静止側部材と、後ぶた4および油切り6に固定した回転側部材とからなり、静止側部材から延出したシールリップを回転側部材にしゅう接させるタイプを挙げることができる。
一対の内輪12は車軸2の端部にはめ合わせてある。そして、一対の内輪12の軸方法両側に、後ぶた4と油切り6が配置してある。後ぶた4は、内周に車軸2の肩部2aに突き合わせて位置決めするための段差を有し、外周にシール装置20の回転側部材を取り付けるための円筒面が形成してある。油切り6の外周には後ぶた4と同様にシール装置20の回転側部材を取り付けるための円筒面が形成してある。
The pair of
外輪14は軸箱8に固定される。同じ軸箱8内で、外輪14よりも軸端側に、通電用転がり軸受30が設置してある。通電用転がり軸受30は、内輪32と、外輪34と、転動体36と、保持器38と、シール装置39を有している。通電用転がり軸受30には標準の玉軸受を採用するのがコスト面で有利であるが、保持器38に関しては、耐衝撃性、耐振動性を向上させるため、銅合金製または樹脂製とするのが好ましい。この場合採用できる樹脂の例としては高温用ポリアミド樹脂(PA46)が挙げられる。
The
内輪32と車軸2との間にはアダプタ22が介在させてある。アダプタ22は、通電用転がり軸受30に標準の玉軸受を使用する場合に、車軸2や油切り6等の周辺部品に変更を加える必要がないようにするためのものである。したがって、必ずしも図示するように互いに別体の油切り6とアダプタ22を使用する必要はなく、両者を一体化させることも可能である。また、車軸2の支持はもっぱら車軸用軸受10が行なうため、アダプタ22と車軸2、内輪32とのはめあいは軽いしまりばめとすることができる。アダプタ22の機能は述べたようなものであることから、その材質も導電性があれば特に限定されるものではなく、例えば機械構造炭素鋼を使用することができる。
An adapter 22 is interposed between the
外輪34と車軸用軸受10の外輪12との間には間座24が介在させてある。そして、押さえぶた26、28をボルトで固定することにより、車軸用軸受10および通電用転がり軸受30を含んだ鉄道車両用転がり軸受ユニットを軸方向に位置決めした状態で車軸2上に固定する。より具体的に述べると、押さえぶたは内径側の押さえぶた26と外径側の押さえぶた28に分割してあり、内径側の押さえぶた26はアダプタ22と通電用転がり軸受30の内輪32の端面に当てた状態で車軸2の端面にボルトで固定する。外径側の押さえぶた28は通電用転がり軸受30の外輪34の端面に当てた状態で軸箱8にボルトで固定する。そして、内径側押さえぶた26の外周縁と外径側押さえぶた28の内周縁とでラビリンスを形成し、非接触シールの作用を発揮させるようになっている。したがって、通電用転がり軸受30の密封性が向上し、グリースの保持力が高まり、ひいては軸受ユニット内部への雨水やじんあいの侵入を防止して車軸用軸受10の防じん効果も期待できる。
A
通電用転がり軸受30の潤滑は、通電グリースを封入するか、もしくは転動体および軌道輪32、34の軌道面に金属性固体潤滑剤の被膜を形成、または、それらの両方を採用する。このように、通電用転がり軸受30の潤滑剤を車軸用軸受10の潤滑剤に比べて通電性を高くし、通電可能に車軸20に設置することで、車軸用軸受10への通電を回避して、もっぱら通電用転がり軸受30を介して電流が流れるようにする。通電グリースの具体例としては、信越化学工業株式会社のKS660(商品名)、協同油脂株式会社のマルテンプL540(「マルテンプ」は登録商標)を挙げることができる。金属性固体潤滑剤の具体例としては、鉛や銀の被膜処理を挙げることができる。通電性の指標としては電気抵抗値を用いる。軸受を回転させた状態で電気抵抗値を測定し、たとえば20kΩ以下であれば通電性を有すると判断する。
For lubrication of the rolling
通電ブラシを使用した従来の技術は、回転する部材に対して通電ブラシがしゅう接するため摩耗による機能劣化が早いのに対して、通電用転がり軸受30は転がりであるため、長期的に安定した通電性を確保することができる。
In the conventional technique using the energizing brush, the energizing brush contacts the rotating member, so that the functional deterioration due to wear is quick. On the other hand, the energizing rolling
通電用転がり軸受30のシール装置40としては例えばオイルシールを使用したタイプが好ましい。オイルシールを代表とする密封性の高いシールを採用することで、グリースの保持力を高め、通電用転がり軸受30内部への雨水やじんあいといった異物の侵入を防止することにとどまらず、ひいては車軸用軸受10側への異物侵入も防げるため、車軸用軸受10の防じん効果向上も期待できる。
As the sealing
通電用転がり軸受のラジアルすきま、アキシアルすきまを車軸用軸受のそれよりも大きくする。これにより、荷重は車軸用軸受10に支持させ、通電用転がり軸受30はもっぱら通電機能を担わせる。このように機能を分担させることで、鉄道車両特有の電食を効果的に抑制することができる。
Increase the radial clearance and axial clearance of the rolling bearings for current application to be larger than that of the axle bearings. As a result, the load is supported by the axle bearing 10, and the energizing rolling
このように通電用転がり軸受30はもっぱら通電機能を担うものであるため、すでに述べたとおり、車軸2とアダプタ22、アダプタと内輪32のはめあいは軽いしまりばめとしてある。ところが、内輪32と転動体36の間、外輪34と転動体36の間で滑りが生じると、軸受内部の摩耗促進や発熱のおそれがある。そこで、通電用転がり軸受30の転動体36の滑りを防止して確実に電流が流れるようにするため、通電用転がり軸受30の負荷側で、外輪34の外周面と軸箱8との間に弾性体35を介在させ、通電用転がり軸受30に軽荷重を与える。図1に示した実施の形態では、図の上側が負荷側となる。すなわち、軸箱8から外輪34に、わずかではあるがラジアル荷重が負荷される。
As described above, since the energizing rolling
弾性体35の具体的な形態としては、通電性を有した樹脂材料や、金属製のばねが挙げられる。図1は、弾性体35を板状の樹脂材料金属製コイルばねとした例である。なお、弾性体35は外輪34の全周にわたって存在するリング状のものである必要はなく、少なくとも負荷側すなわちここでは時計表示で12時を中心とした一定の角度領域に存在すれば足りる。したがって、単一の弾性体を12時付近に配置するほか、複数の弾性体を当該角度領域にわたって分散配置してもよい。また、板状コイルばねに代えて角柱状皿ばねまたは円柱状の樹脂材料板ばねを採用することもできる。角柱状または円柱状の樹脂材料の場合、軸線を通電用転がり軸受30の半径方向に向けて配置してもよい。同様に、圧縮コイルばねまたは板ばねの場合も、軸線を通電用転がり軸受30の半径方向に向けて配置する。
Specific examples of the
なお、鉄道車両用転がり軸受については車軸用軸受の場合を例にとって説明したが、その他の鉄道車両用転がり軸受にも適用することができる。例えば、駆動装置のギヤケースと車軸側に通電用転がり軸受を設けることで、駆動装置用転がり軸受の電食対策が図れる。 In addition, although the rolling bearing for railway vehicles was demonstrated taking the case of the axle bearing as an example, it can be applied also to other rolling bearings for railway vehicles. For example, by providing a rolling bearing for energization on the gear case and the axle side of the driving device, it is possible to take measures against electrolytic corrosion of the rolling bearing for the driving device.
2 車軸
2a 肩部
4 後ぶた
6 油切り
8 軸箱
10 車軸用軸受
12 内輪
13 間座
14 外輪
16 円すいころ(転動体)
18 保持器
20 シール装置
22 アダプタ
24 間座
26 押さえぶた(内径側)
28 押さえぶた(外径側)
30 通電用転がり軸受
32 内輪
34 外輪
35 弾性体
36 玉(転動体)
38 保持器
39 シール装置
2
18
28 Pressing lid (outer diameter side)
30 Rolling bearing for
38
Claims (10)
The rolling bearing unit for railway vehicles according to any one of claims 1 to 9, wherein a light load by an elastic body is applied to the energizing rolling bearing from a load side.
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