JP2011074956A - 鉄道車両用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両用軸受装置において、車軸への組付け時に後蓋に生じる応力集中を緩和する。
【解決手段】鉄道車両用軸受装置は、複列の円すいころ軸受と、軸方向両端にシール装置と、内輪の軸方向の位置決めを行う前蓋、後蓋とを備える。後蓋は、車軸２と嵌合する嵌合面４１と、内輪と軸方向に当接し、ボルトによる軸方向の締付け力を受ける受け面と、車軸２と軸方向に当接する当接面と、大径部４４と、シールリップとの摺接面４５とを有する。嵌合面４１よりも軸端側の内周面と車軸２との間には所定の隙間が形成される。嵌合面４１の軸端側の端縁５０に最も近い外径側の隅部４６は、２以上の断面Ｒ部を含む形状をなしており、具体的には、摺接面４５とつながる第１断面Ｒ部４７と、大径部４４の軸端側の端面４４ａとつながる第２断面Ｒ部４８と、第１断面Ｒ部４７と第２断面Ｒ部４８とをつなぐ傾斜状のテーパ面部４９とで構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉄道車両用軸受装置に関し、特に車軸の支持に用いられる鉄道車両用軸受装置に関する。

従来、鉄道車両の車軸用軸受装置には高い剛性と耐衝撃性とが要求されることから、車軸に対して内輪を強固に固定するために前蓋と後蓋を使用する場合がある。この場合、内輪を間に挟んで車軸の自由端側（軸端側）に前蓋を、車軸の車輪側（軸基端側）に後蓋をそれぞれ配設する。そして、例えば後蓋を車軸に嵌合固定すると共に前蓋をボルトで車軸の軸端側から締め付けることで、前蓋と後蓋との間に介在させた内輪を挟持固定する。これにより、内輪が車軸に対して軸方向に位置決めされた状態で組み込まれる。（例えば、下記特許文献１を参照）。

特開２００３−２５４３４０号公報

しかし、上記挟持固定の際に軸方向の締付け力として後蓋に付与される荷重は数十トンにも及ぶことがあるため、後蓋の形状によっては変形を生じ、隅部など応力集中を生じ易い箇所に過大な応力、例えば材料の降伏応力以上の応力が生じる場合が懸念される。

例えば断面Ｒ形状をなす隅部であれば、その曲率半径を大きくすることで応力緩和を図ることができるようにも思われるが、この種の軸受装置においては組込み先の部品との関係で軸受装置全体の寸法が制限され、また、シール装置など後蓋の周辺部材との関係で後蓋自体の寸法が制限される。例えば、後蓋との間で接触シールを構成するシール装置を配設する場合、シールリップと摺接する面を後蓋の外周に設ける必要があるが、この場合には、シールリップを有するシール装置の取付けスペースを確保するために後蓋の外径寸法が制限される。このように、応力集中を生じる部位の単純な設計変更のみで応力緩和を図ることは難しい。

もちろん、上記の問題は後蓋に限ったものではなく、例えば車軸の軸基端側に設けた油切りなど、内輪と車軸との間に介在して前蓋等とで内輪を挟持固定し、これにより内輪の車軸に対する軸方向の位置決めを行う部材について同様に起こり得る。

以上の事情に鑑み、本明細書では、鉄道車両用軸受装置において、車軸に転がり軸受を組付ける際に後蓋に生じる応力集中を緩和することを本発明により解決すべき技術的課題とする。

前記課題の解決は本発明に係る鉄道車両用軸受装置により達成される。すなわち、この軸受装置は、内輪、外輪、および内輪と外輪との間に配設される複数の転動体を有する転がり軸受と、車軸と軸方向で当接して内輪の位置決めを行う位置決め部材とを具備するもので、位置決め部材は、車軸に嵌合固定される嵌合面と、嵌合面の軸端側に位置し、軸方向に当接する内輪から軸方向力を受ける受け面とを有し、嵌合面よりも軸端側の内周面と車軸との間には隙間が形成される鉄道車両用軸受装置において、位置決め部材の外周に設けた隅部のうち、嵌合面の軸端側の端縁に最も近い隅部を、２以上の断面Ｒ部を含む形状とした点をもって特徴付けられる。

このように、本発明は、後蓋などの位置決め部材が軸方向力を受けて外径側に突出する変形（曲げ変形）を生じる場合の外径側の隅部における応力緩和を狙ったものである。すなわち、押し締め等により上記構成の位置決め部材に軸方向力が作用した場合、嵌合面の軸端側の端縁に最も近い隅部には外側引張りの曲げ応力が発生するところ、この隅部を、２以上の断面Ｒ部を含む形状とすることで、隅部に生じる引張り応力が複数の断面Ｒ部に分散される。これにより、上記隅部に生じる曲げ応力の最大値（最大曲げ応力）を下げて、隅部全体で応力緩和を図ることができる。

この場合、嵌合面の端縁から隅部の各断面Ｒ部までの距離を共に等しくしてもよい。例えば、位置決め部材が嵌合面よりも軸基端側で車軸と軸方向に当接する場合、車軸に対して拘束される部分（すなわち嵌合面と車軸との嵌合部分）の軸端側の端縁を起点として曲げ変形を生じることになる。そのため、この端縁から隅部を構成する各断面Ｒ部までの距離を共に等しくすることで、各々の断面Ｒ部に生じる応力が均等化される。これにより、隅部全体の応力緩和をより効果的に図ることができる。

ここで、隅部は、隅部の軸端側の外周面とつながる第１断面Ｒ部と、隅部よりも外径側の端面とつながる第２断面Ｒ部と、第１断面Ｒ部と第２断面Ｒ部とをつなぐテーパ面部とで構成されるものであってもよい。このように構成することで、隅部全体を断面Ｒ部のみで構成する場合と比べてテーパ面部を肉厚に形成することができ、これによっても応力緩和効果を高めることができる。

また、この場合においても、嵌合面の軸端側の端縁から第１断面Ｒ部までの距離と、第２断面Ｒ部までの距離とを等しくしてもよい。具体的には、端縁から第１断面Ｒ部までの最短距離をＡ、第２断面Ｒ部までの最短距離をＢとしたとき、０．９５≦Ａ／Ｂ≦１．０５を満たすように、位置決め部材における各断面Ｒ部と嵌合面との位置関係を定めるようにしてもよい。このように、曲げ変形の起点となる位置から双方の断面Ｒ部までの距離を上記範囲内に設定することで、隅部を複数の断面Ｒ部で構成したことによる応力分散効果の実効を図ることができる。

また、嵌合面の軸端側で車軸と軸方向に当接する断面Ｒ部を設ける場合には、この断面Ｒ部の曲率中心から前記隅部の各断面Ｒ部までの距離を共に等しくしてもよい。このように、位置決め部材が、嵌合面の軸端側に、車軸と軸方向に当接する部分を有する場合には、曲げ変形の起点となる位置が嵌合面の端縁から更に軸端側に移行する。そのため、上記構成の場合には、車軸と軸方向に当接する断面Ｒ部の曲率中心から外周に設けた隅部の各断面Ｒ部までの距離を共に等しくすることで、各々の断面Ｒ部に生じる応力を均等化することができる。

また、本発明に係る軸受装置は、位置決め部材との間に接触シールを構成するシール装置をさらに備え、位置決め部材の外周に、隅部よりも軸端側に位置しシール装置のシールリップと摺接する摺接面を設けたものであってもよい。本発明によれば、隅部の単一Ｒを大きく取らなくても隅部の応力緩和を図ることができる。そのため、上記のように隅部に隣接する外周面をシールリップとの摺接面として（シールリップから適当な押付け力を受けることのできる状態で）使用することができる。

上記の場合、摺接面を、軸方向力が受け面に作用している状態ではシールリップと摺接可能なように、軸方向力が未作用の状態では軸端側に向けて縮径する形状としてもよい。これは、押し締め等で位置決め部材に軸方向力が作用し、位置決め部材の軸端側が曲げ変形を生じた場合に摺接面の撓み量（変形量）を予め見込んで設計したものである。従い、上記構成によれば、押し締め等により内輪を前蓋等との間で挟持固定した状態（組付けが完了した状態）では摺接面がシールリップから適正な押圧力を受けて摺接し得る形状（例えば径一定の円筒面形状）に戻すことができる。

上記のように、本発明によれば、鉄道車両用軸受装置において、車軸に転がり軸受を組付ける際に後蓋に生じる応力集中を緩和することができる。

本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用軸受装置の全体断面図である。 鉄道車両用軸受装置を構成する後蓋の全体断面図である。 後蓋の隅部周辺の拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る鉄道車両用軸受装置の要部断面図であって、後蓋の隅部周辺の拡大断面図である。 上記第２実施形態の変形例に係る鉄道車両用軸受装置の要部断面図であって、後蓋の隅部周辺の拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る鉄道車両用軸受装置の要部断面図であって、後蓋の隅部周辺の拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に係る鉄道車両用軸受装置の要部断面図であって、後蓋の隅部周辺の拡大断面図である。 本発明の第５実施形態に係る鉄道車両用軸受装置の要部断面図であって、後蓋の隅部周辺の拡大断面図である。 本発明の第６実施形態に係る鉄道車両用軸受装置の要部断面図であって、鉄道車両用軸受装置を構成する後蓋の全体断面図である。 従来構成に係る鉄道車両用軸受装置の要部の応力解析結果を示す３次元解析モデルの斜視図である。 本発明に係る鉄道車両用軸受装置の要部の応力解析結果を示す３次元解析モデルの斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１の断面図を示している。この鉄道車両用軸受装置１は鉄道車両の車軸２を回転支持するためのものであって、複列の円すいころ軸受１０と、円すいころ軸受１０の軸方向両端に配設され軸受内部空間をシールするためのシール装置２０，２０と、円すいころ軸受１０の内輪１１における軸方向の位置決めを行うための前蓋３０、および位置決め部材としての後蓋４０とを主に備える。ここで、円すいころ軸受１０は、一対の内輪１１，１１と、外輪１２と、各内輪１１の外周に設けられた円すい状の軌道面１３と、外輪１２の外周に設けられた同じく円すい状の軌道面１４と、双方の軌道面１３，１４間に転動自在に配設された複数の円すいころ１５と、複数の円すいころ１５を円周方向に所定の間隔を隔てて保持する保持器１６とを有する。一対の内輪１１，１１は互いに軸方向に当接させた状態で共に車軸２の外周に配設されている。一対の内輪１１，１１間に間座等を配設しても構わない。外輪１２は内周に２列の軌道面１４，１４を有する複列外輪である。円すいころ１５と、内輪１１の軌道面１３および外輪１２の軌道面１４の各円すい角頂点は各列ともに、図示は省略するが、円すいころ軸受１０の中心線上の一点で一致し、円すいころ１５が各軌道面１３，１４に沿って転動できるようになっている。また、円すいころ軸受１０の内部空間にはグリースなどの潤滑剤が充填されている。

シール装置２０は、外輪１２の両端開口部に装着したシールケース２１と、シールケース２１の内部に取付けたオイルシール２２とで構成される。オイルシール２２のシールリップ２３を後述する後蓋４０の摺接面４５に接触させて後蓋４０との間に接触式シールを構成する。これにより、円すいころ軸受１０の内部に充填したグリースの漏洩を防止し、かつ、外部から水や塵埃が侵入するのを防止するようにしている。

外輪１２は軸受箱２４に嵌合固定される。内輪１１は、車軸２の外周に配設され、その軸方向両側に配置した前蓋３０と後蓋４０とで軸方向に位置決めされている。すなわち、車軸２の軸端側（自由端側）に位置する前蓋３０を配置すると共に、前蓋３０とは反対の軸基端側（車輪側）に後蓋４０を配置する。この場合、後蓋４０は、車軸２と軸方向に当接した状態で車軸２に固定されている。そして、これら前蓋３０と後蓋４０とで軸方向に並んで配置された一対の内輪１１，１１を軸方向の両側から挟み込み、ボルトで前蓋３０を車軸２の軸端側から締付けることで上記一対の内輪１１，１１が軸方向に挟持固定される。これにより、内輪１１および外輪１２が、車軸２に対して軸方向に位置決めされた状態で組み込まれる。この実施形態では、軸端側の内輪１１と前蓋３０との間に油切り３１が介在させてあり、ボルトで前蓋３０を締付けることで、前蓋３０の軸基端側に位置する油切り３１と後蓋４０との間に配設された一対の内輪１１，１１が位置決め固定されるようになっている。

図２に示すように、後蓋４０は全体として筒状をなすもので、その内周に、車軸２の円筒状外周面に嵌合固定される嵌合面４１を有する。また、後蓋４０の嵌合面４１よりも軸端側には、内輪１１の軸基端側の端面と軸方向に当接し、ボルトによる軸方向の締付け力を受ける受け面４３が設けられている。この受け面４３は、その全面にわたって嵌合面４１よりも内径側に設けられている。一方、後蓋４０の嵌合面４１よりも軸基端側には、車軸２と軸方向に当接する当接面４２が設けられており、この当接面４２を車軸２の車輪側の肩端面に当接させることで、車軸２に対する後蓋４０の軸方向の位置決めが行われるようになっている。嵌合面４１の外径側には、その軸方向両端に比べて大径となる大径部４４が形成されている。また、大径部４４の軸端側には、平滑かつ円筒状をなし、軸方向に対向させたシールリップ２３と摺接可能な摺接面４５が設けられている。なお、後蓋４０の嵌合面４１と受け面４３とをつなぐ内周面と車軸２との間には所定の隙間が形成されている。この隙間は、車軸２の外周面が車輪側から自由端側に向かうにつれて連続的ないし段階的に縮径するのに合わせて、後蓋４０の嵌合面４１より軸端側の内周面を自由端側に向けて縮径する形状とすることで形成される。この実施形態では、嵌合面４１より軸基端側の内周面についても当接面４２との接合部から自由端側に向けて縮径する形状となっており、この軸基端側の内周面と車軸２との間に所定の隙間が形成されている。

摺接面４５と大径部４４との間の隅部４６は、２以上の断面Ｒ部を含む形状をなすもので、この実施形態では、図３に示すように、摺接面４５とつながる第１断面Ｒ部４７と、大径部４４の軸端側の端面４４ａとつながる第２断面Ｒ部４８と、第１断面Ｒ部４７と第２断面Ｒ部４８とをつなぐ傾斜状のテーパ面部４９とで構成されている。隅部４６は、嵌合面４１よりも軸端側に位置しており、また、嵌合面４１よりも外径側に位置している。また、同図に示すように、この隅部４６は、車軸２の外周面に嵌合固定される嵌合面４１の軸端側の端縁５０（より正確には、嵌合面４１と車軸２との嵌合部分の軸端側の端部）に最も近い隅部であり、端縁５０から各断面Ｒ部４７，４８までの距離は互いに等しくなるように設定されている。上記構成の場合であれば、図３において、端縁５０から第１断面Ｒ部４７までの最短距離Ａと、端縁５０から第２断面Ｒ部４８までの最短距離Ｂとが等しくなるように、隅部４６の形状ならびに隅部４６と端縁５０の配置が設定されている。具体的には、上記距離Ａと距離Ｂとの比Ａ／Ｂが０．９５以上１．０５以下となるように隅部４６の形状および端縁５０との相対位置を定めるのがよく、上記距離の比Ａ／Ｂが０．９９以上１．０１以下となるように定めるのがさらによい。この図示例では、第１断面Ｒ部４７の曲率中心をＯ₁、第２断面Ｒ部４８の曲率中心をＯ₂としたとき、線分Ｏ₁−Ｏ₂の垂直二等分線が端縁５０を通過するように構成される。また、この垂直二等分線を基準として隅部４６が対称形状をなすように構成される。従って、この場合、端縁５０から各断面Ｒ部４７，４８の曲率中心Ｏ₁，Ｏ₂までの距離も互いに等しい。

また、この実施形態では、大径部４４の外周面に１又は複数本の溝５１が全周にわたって設けてあり、対向する金属環２５の内周面との間に広狭の隙間を軸方向に交互に組合せてなるシールすき間２６が形成されている（図１を参照）。この金属環２５は、例えば二つ割りなどの分割構造を有し、ボルト締結で相互に固定される。また、金属環２５の上半体を軸受箱２４の上部（下部は図示を省略している）に嵌合固定することで、軸受箱２４に取付けられる。

上記構成の後蓋４０を備えた鉄道車両用軸受装置１の組立ては、例えば以下のようにして行われる。まず、図２に示すように、当接面４２が車軸２と軸方向に当接する位置まで後蓋４０を車軸２の外周に導入し、内周に設けた嵌合面４１を車軸２の円筒状外周面に嵌合固定することで、後蓋４０を車軸２に対して位置決め固定する。然る後、外輪１２の軸方向両端部にシール装置２０を装着したサブアッシーとしての転がり軸受１０を車軸２の外周に導入すると共に、油切り３１、および、前蓋３０をそれぞれ車軸２の軸端側（自由端側）から導入する。そして、前蓋３０と後蓋４０との間に転がり軸受１０の一対の内輪１１，１１を介在させた状態で、前蓋３０をボルトで締め付ける（押し締めする）ことにより、前蓋３０と後蓋４０とで一対の内輪１１，１１を挟持固定する。さらに増し締めを行ってもよい。この際、後蓋４０は前もって車軸２に対して位置決め固定されているので、この後蓋４０と前蓋３０との間で挟持固定される一対の内輪１１，１１も軸方向所定位置に位置決めされた状態で車軸２に固定される。

上記組付けの際、嵌合面４１および当接面４２によって位置決め固定された状態の後蓋４０は、図２に示すように、受け面４３において、軸基端側の内輪１１から軸方向の締付け力（軸方向力）を受ける。この場合、後蓋４０は、主に嵌合面４１の端縁５０よりも軸端側で外径側に膨らむ向きの曲げ変形を生じ、嵌合面４１の外径側に設けられた大径部４４の軸端側の隅部４６には曲げ応力が発生する。ここで、隅部４６は、２つの断面Ｒ部４７，４８を含む形状となっているため、隅部４６に発生する曲げ応力（主として引張応力）が双方の断面Ｒ部４７，４８に分散され、隅部４６に生じる応力集中を緩和することができる。

特に、この実施形態では、後蓋４０の曲げ変形の起点となる嵌合面４１の軸端側のの端縁５０から第１断面Ｒ部４７までの最短距離Ａと、端縁５０から第２断面Ｒ部４８までの最短距離Ｂとを等しくしているので、双方の断面Ｒ部４７，４８に均等に応力が分散することとなり、隅部４６における応力緩和がより効果的に図られる。

以上、本発明の第１実施形態を説明したが、本発明の範囲は当該実施形態に限定して解釈されるべきものではなく、後蓋４０などの位置決め部材の外径側に設けた隅部４６が、２以上の断面Ｒ部を含む形状をなすもの全てに及ぶことはもちろんである。以下、他の実施形態の例を説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１の要部断面図であって、隅部４６周辺の拡大断面図を示している。同図における鉄道車両用軸受装置１は、車軸２に嵌合固定される嵌合面４１よりも軸端側に断面Ｒ状の隅部５２を設けた点において、上記第１実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１と相違する。ここで、嵌合面４１と内径側の隅部５２とは滑らかにつながっており、その境界まで車軸２の円筒状外周面が嵌合固定されている。この場合においても、後蓋４０の曲げ変形は、嵌合面４１の軸端側の端縁５０を基準（起点）として考えることができ、端縁５０に最も近い（外径側の）隅部４６を、上記第１実施形態と同様、２以上の断面Ｒ部を含む形状とすることで、隅部４６に生じる曲げ応力が双方の断面Ｒ部４７，４８に分散される。これにより、隅部４６における応力緩和が図られる。また、この実施形態においても、端縁５０から第１断面Ｒ部４７までの最短距離Ａと、第２断面Ｒ部４８までの最短距離Ｂとを等しくすることで、双方の断面Ｒ部４７，４８において均等に応力が分散され、隅部４６における応力緩和がより効果的に図られる。

なお、上記第２実施形態では、嵌合面４１と隅部５２との境界まで車軸２の外周面が嵌合固定されている場合を例示したが、例えば図５に示すように、嵌合面４１と車軸２との嵌合部分から更に軸端側に離れた位置に断面Ｒ状の隅部５２を設けた構成を採ることもできる。この場合においても、嵌合面４１の端縁５０（正確には、嵌合面４１と車軸２との嵌合部分の軸端側の端部）に最も近い外径側の隅部４６を、２以上の断面Ｒ部を含む形状とすることで、隅部４６における応力緩和を図ることができる。

図６は、本発明の第３実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１の要部断面図であって、隅部４６周辺の拡大断面図を示している。この実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１は、嵌合面４１とその軸端側でつながる断面Ｒ状の隅部５２が車軸２と軸方向に当接している点で、上記第１および第２実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１と相違する。この場合、後蓋４０の曲げ変形は、車軸２の肩部と軸方向に当接する断面Ｒ状の隅部５２の曲率中心を基準（起点）として考えることができる。従い、同図に示す形態においては、隅部５２の曲率中心Ｏ₃から最も近い隅部４６の第１断面Ｒ部４７までの最短距離Ａと、上記曲率中心Ｏ３から第２断面Ｒ部４８までの最短距離Ｂとを共に等しくすることで、双方の断面Ｒ部４７，４８において均等に応力が分散され、隅部４６における応力緩和がより効果的に図られる。また、後蓋４０の内周に設けた隅部５２と車軸２とを軸方向に当接させる形態を採るのであれば、後蓋４０の軸基端側の端面（当接面４２）を車軸２に軸方向に当接させなくても、後蓋４０を車軸２に対して正確に位置決め固定することができる。

図７は、本発明の第４実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１の要部断面図であって、隅部４６周辺の拡大断面図を示している。この実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１は、後蓋４０の外径側の隅部４６が、円弧長さの異なる２つの断面Ｒ部４７，４８を有する点で、上記第１〜第３実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１と相違する。また、この図示例では、摺接面４５とつながる軸端側の第１断面Ｒ部４７の円弧長さが、大径部４４の端面４４ａとつながる軸基端側の第２断面Ｒ部４８の円弧長さよりも短い。そのため、嵌合面４１の軸端側の端縁５０が、例えば後蓋４０の曲げ変形の起点として考えられる場合、この端縁５０から第１断面Ｒ部４７までの最短距離Ａと、第２断面Ｒ部４８までの最短距離Ｂとが等しくなるように、外径側の隅部４６の一部が嵌合面４１とその外径側で重複する位置にまで、隅部４６を軸基端側に移動させた形状を採っている。

もちろん、上記のように、各断面Ｒ部４７，４８までの距離Ａ，Ｂの比を必ずしも等しく設定する必要はない。隅部４６を２以上の断面Ｒ部を含む形状とすることで、所定の応力緩和効果は得られるためである。従って、例えば何れの実施形態においても、双方の断面Ｒ部４７，４８あるいはこれらを含めた隅部４６全体を嵌合面４１の外径側に配置することも可能である。

図８は、本発明の第５実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１の要部断面図であって、隅部４６周辺の拡大断面図を示している。この実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１は、後蓋４０の外径側の隅部４６が、２以上の断面Ｒ部（ここでは２つの断面Ｒ部４７，４８）のみで構成されている点で、上記第１〜第４実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１と相違する。この場合、隅部４６は、互いに曲率半径の異なる２つの断面Ｒ部４７，４８のみで構成される。もちろん、このような構成によっても、隅部４６に生じる曲げ応力を緩和することは可能である。

図９は、本発明の第６実施形態に係る鉄道車両用軸受装置１の要部断面図であって、内輪１１の組付け前後における後蓋４０の変形態様を概念的に示している。同図において、破線で示す部分は、内輪１１から軸方向の締付け力（軸方向力）を受ける前の後蓋４０の形状（主に端縁５０より軸端側の部分）を示し、実線で示す部分は、内輪１１から軸方向の締付け力を受けて内輪１１（円すいころ軸受１０）のアセンブリが完了した状態での後蓋４０の形状を示している。同図中破線で示すように、軸方向の締付け力を受ける前の後蓋４０単体の形状、特に外径側の隅部４６より軸端側に位置する外周面４５’の形状は、隅部４６から受け面４３に近づくにつれて縮径するように設定されている。また、その縮径の度合いは、後蓋４０の、主に車軸２との嵌合固定部分よりも軸端側の部分が内輪１１からの締付け力を受けて外径側に膨らむように曲げ変形を生じることを見越して適当な形状、寸法に設定される。正確には、外径側に曲げ変形を生じた結果、図２や図９に示すように、シールリップ２３との間に適度な押付け力を確保した状態で摺接可能となる摺接面４５が形成されるように、曲げ変形前の外周面４５’形状が設定される。

なお、以上の説明では、内輪１１の軸基端側の端面と軸方向に当接し、ボルトによる軸方向の締付け力を受ける受け面４３が、その全面にわたって嵌合面４１よりも内径側に設けられている後蓋４０を例示したが、もちろんこれに限る必要はない。受け面４３の一部が嵌合面４１よりも外径側に位置するように後蓋４０の形状を定めることも可能である。あるいは、受け面４３の全面が嵌合面４１よりも外径側に位置するように後蓋４０の形状を定めることも可能である。

また、以上の説明では、位置決め部材として後蓋４０を備えたものを例示したが、もちろん、これには限られない。例えば軸基端側（車輪側）に配置される油切りなど、車軸に固定して内輪の位置決めを行う部材については、本発明を適用することができる。

また、以上の説明では、シールケース２１と、シールケース２１の内側に取り付けられた金属環の内径側端部に一体に形成された弾性体としてのシールリップ２３でオイルシール２２（シール装置２０）を構成した場合を例示したが、もちろん、これに限られることはない。例えば、樹脂等からなる断面Ｚ状の弾性体を後蓋４０に摺接させ、この弾性体（摺接体）を収容する空間内にグリース等を充填してなる、いわゆるＺシールや、固定側とスラスト方向に摺接する弾性体（摺接体）を備えた、いわゆるＶリングなど、弾性的に対向部材と摺接することでシールを形成する接触式シールなどを備えた軸受装置に対しても本発明を適用できる。もちろん、接触式シールに代えて、後蓋の外周面に適当なシールすき間を設けて、ラビリンスシールなどの非接触シールを形成したものに対しても本発明を適用できる。

また、以上の説明では、潤滑剤として比較的粘度の高いグリースを例示したが、これに限ることなく、例えば潤滑油など他の潤滑剤を使用する場合にも本発明を適用できることはもちろんである。

また、以上の説明では、複列の円すいころ軸受１０を備えた鉄道車両用軸受装置１に本発明を適用した場合を説明したが、円すいころ軸受１０の形態は特に問わない。すなわち、４列等の複列だけでなく、単列の円すいころ軸受１０に対しても本発明を適用することができる。また、円すいころ軸受１０に限らず、円筒ころ軸受や調心ころ軸受など他の種類のころ軸受にも適用することができる。さらには、鉄道車両の車軸２の支持に用いられる限りにおいて、玉を転動体とする玉軸受など転がり軸受全般に対して本発明を適用することができる。

本発明の効果を確認するため、鉄道車両用軸受装置を構成する後蓋につき応力解析を行い、従来構成の解析結果と本発明に係る構成の解析結果とを比較した。ここで、図２に示す後蓋４０を本発明に係る解析対象とし、図２示す後蓋４０の隅部４６を単一のＲ部で構成したもの（図示は省略）を従来構成に係る解析対象として、それぞれ３次元解析モデルを作成した。従来構成および本発明ともに、後蓋４０の嵌合面４１および当接面４２を固定面とし、受け面４３に等分布荷重を付与した状態の応力分布を解析により求めた。上記３次元解析モデルでは、軸対称性を考慮して、従来構成および本発明ともに後蓋４０の１／４について解析を実施した。

図１０に従来構成の場合の解析結果（応力分布）を、図１１に本発明の場合の解析結果（応力分布）をそれぞれ示す。これらの図から分かるように、後蓋全体としては従来構成の場合と本発明の場合とでそれほど応力分布に違いは見られない。しかし、隅部４６における応力値について比較すると、図１０に示す従来構成の場合に１０４ＭＰａを示したのに対し、図１１に示す本発明の場合には８５ＭＰａを示した。このことから、特に隅部４６に生じる応力集中が緩和されていることが分かる。

１ 鉄道車両用軸受装置
２ 車軸
１０ 円すいころ軸受
１１ 内輪
１２ 外輪
１５ 円すいころ
２０ シール装置
２３ シールリップ
３０ 前蓋
４０ 後蓋
４１ 嵌合面
４２ 当接面
４３ 受け面
４５ 摺接面
４６ 隅部
４７，４８ 断面Ｒ部
４９ テーパ面部
５０ 係合部
５２ 隅部
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３ 曲率中心

Claims (7)

1. 内輪、外輪、および内輪と外輪との間に配設される複数の転動体を有する転がり軸受と、車軸と軸方向で当接して内輪の位置決めを行う位置決め部材とを具備するもので、位置決め部材は、車軸に嵌合固定される嵌合面と、嵌合面の軸端側に位置し、軸方向に当接する内輪から軸方向力を受ける受け面とを有し、嵌合面よりも軸端側の内周面と車軸との間には隙間が形成される鉄道車両用軸受装置において、
   位置決め部材の外周に設けた隅部のうち、嵌合面の軸端側の端縁に最も近い隅部を、２以上の断面Ｒ部を含む形状としたことを特徴とする鉄道車両用軸受装置。
2. 前記端縁から前記隅部の各断面Ｒ部までの距離を共に等しくした請求項１に記載の鉄道車両用軸受装置。
3. 前記隅部は、該隅部の軸端側の外周面とつながる第１断面Ｒ部と、前記隅部よりも外径側の端面とつながる第２断面Ｒ部と、第１断面Ｒ部と第２断面Ｒ部とをつなぐテーパ面部とで構成される請求項１又は２に記載の鉄道車両用軸受装置。
4. 前記端縁から第１断面Ｒ部までの最短距離をＡ、第２断面Ｒ部までの最短距離をＢとしたとき、０．９５≦Ａ／Ｂ≦１．０５を満たすようにした請求項３に記載の鉄道車両用軸受装置。
5. 嵌合面の軸端側で車軸と軸方向に当接する断面Ｒ部を設け、この断面Ｒ部の曲率中心から前記隅部の各断面Ｒ部までの距離を共に等しくした請求項１に記載の鉄道車両用軸受装置。
6. 位置決め部材との間に接触シールを構成するシール装置をさらに備え、位置決め部材の外周に、前記隅部よりも軸端側に位置しシール装置のシールリップと摺接する摺接面を設けた請求項１に記載の鉄道車両用軸受装置。
7. 摺接面を、前記軸方向力が受け面に作用している状態ではシールリップと摺接可能なように、前記軸方向力が未作用の状態では軸端側に向けて縮径する形状とした請求項６に記載の鉄道車両用軸受装置。