JP2018048667A - 軸受の摩耗防止構造とその摩耗防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の部材と第２の部材の間に発生する摩耗を耐摩耗性に優れた簡単な表面処理加工によって防止することができる軸受の摩耗防止構造とその摩耗防止方法を提供する。
【解決手段】摩耗防止部１２は、軸受３と後蓋８との間でこれらの摩耗を防止する。摩耗防止部１２は、複数の分割片１２ａによって分割された状態で、後蓋８の端面８ａに並べて形成されている。摩耗防止部１２は、各分割片１２ａによって分割されたセグメント構造を備えているために、後蓋８が弾性変形したときに後蓋８から剥離するのを防ぎ後蓋８の弾性変形に追従可能である摩耗防止部１２は、高硬度、高耐摩耗性及び低摩擦係数のダイヤモンド状炭素（ダイヤモンドライクカーボン）の膜が好ましい。摩耗防止部１２は、後蓋８の端面８ａに目的とする物質の薄膜を気相中で堆積する気相堆積法によって形成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、第１の部材と第２の部材との間に発生する摩耗をこれらの間の摩耗防止部によって防止する軸受の摩耗防止構造及び軸受の摩耗防止方法に関する。

従来の車軸軸受装置（以下、従来技術１という）は、軸受の内輪の内径以上でこの内輪の内径の1.2倍以下の範囲に、軸受のつば部端面と後蓋との接触面を設け、この接触面に面取りを形成するとともにこの接触面の外方にＯリングを設けている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、軸受の内輪のつば部端面と後蓋との接触面の面取りによって摩耗の発生を減少させるとともに、摩耗粉が軸受内部に侵入するのをＯリングによって防いでいる。

従来の鉄道車両用軸受装置（以下、従来技術２という）は、軸受の内輪と後蓋とが直接接触しないように、軸受の内輪と後蓋との間に環状スペーサを嵌合させている（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、軸受の内輪と後蓋との間に環状スペーサを挿入することによって、軸受の内輪と後蓋とが接触してフレッチング摩耗粉が発生するのを抑制している。

従来の鉄道車両用軸受装置（以下、従来技術３という）は、軸受の内輪と後蓋との当接部の外側に溝部を設け、この溝部に弾性体を取り付けている（例えば、特許文献３参照）。この従来技術３では、溝部に弾性体が嵌め込まれており、軸受の内輪と後蓋との間の摩耗によって発生する摩耗粉が溝部から外側に移動するのをこの弾性体によって阻止している。

従来の軸受ユニット（以下、従来技術４という）は、軸受の内輪と接触する後蓋の端面に応力変動を吸収する高硬度層を形成している（例えば、特許文献４参照）。この従来技術４では、軸受の内輪と後蓋との間の応力変動の影響を高硬度層によって低減している。

従来の軸受装置（以下、従来技術５という）は、軸受の内輪と接触する後蓋の端面にクロム層を形成し、このクロム層の表面にダイヤモンドライクカーボン層を形成している（例えば、特許文献５参照）。この従来技術５では、軸受の内輪と後蓋との当接面に発生するフレッチング摩耗の発生をクロム層及びダイヤモンドライクカーボン層によって抑制している。

特開2001-254735号公報

特開2004-332905号公報

特開平11-336774号公報

特開平09-072344号公報

特開2003-254340号公報

従来技術１では、軸受のつば部端面と後蓋との接触面に面取りを形成しこの面取りの外方にＯリングを配置している。従来技術２では、軸受の内輪と後蓋との間にこれらとは別部材の環状スペーサを嵌合させている。従来技術３では、軸受の内輪と後蓋との当接部に溝部を設け、この溝部に弾性体を取り付けている。このため、従来技術１〜３では、鉄道車両用軸受装置を構成する構成部品の点数が増加し、組立に手間がかかり製造コストが高くなってしまう問題点がある。また、従来技術１〜３は、フレッチング摩耗が発生した場合にフレッチング摩耗粉が軸受内部に侵入するのを防止するなどの対策を施したものであり、フレッチング摩耗の発生自体を抑制することについて着眼されておらず、フレッチング摩耗の根本的な解決には至っていない。

従来技術４，５は、軸受の内輪と接触する後蓋の接触面に硬質被膜によって被覆することによって、軸受の内輪と後蓋との接触によって発生するフレッチング摩耗の発生を防止させるなどの対策を施したものである。しかし、従来技術４，５では、基材となる後蓋の変形に硬質被膜が追従することができず割れてしまう問題があり、必ずしもフレッチング摩耗の発生を防止できるとは言えない。

この発明の課題は、第１の部材と第２の部材との間に発生する摩耗を耐摩耗性に優れた簡単な表面処理加工によって防止することができる軸受の摩耗防止構造とその摩耗防止方法を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図３〜図５、図８、図１０及び図１２〜図１４に示すように、第１の部材（３）と第２の部材（８）との間に発生する摩耗をこれらの間の摩耗防止部（１２）によって防止する軸受の摩耗防止構造であって、前記摩耗防止部は、複数の分割片（１２ａ）によって分割された状態で、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面に並べて形成されていることを特徴とする軸受の摩耗防止構造（１１）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の軸受の摩耗防止構造において、図３〜図５、図１０及び図１３に示すように、前記摩耗防止部は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素の硬質層（１２ｂ）を備えることを特徴とする軸受の摩耗防止構造である。

請求項３の発明は、請求項２に記載の軸受の摩耗防止構造において、図１０に示すように、前記摩耗防止部は、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面と前記硬質層（１２ｂ）との間に、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層（１２ｃ）を備えることを特徴とする軸受の摩耗防止構造である。

請求項４の発明は、請求項１に記載の軸受の摩耗防止構造において、図３〜図５に示すように、前記摩耗防止部は、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層（１２ｂ）を備えることを特徴とする軸受の摩耗防止構造である。

請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止構造において、前記摩耗防止部は、気相堆積法によって形成されていることを特徴とする軸受の摩耗防止構造である。

請求項６の発明は、請求項１から請求項５でのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止構造において、図１２及び図１３に示すように、隣り合う前記分割片間の隙間と対応する位置で、前記第１及び／又は前記第２の部材を撓ませる可撓部（１３）を備えることを特徴とする軸受の摩耗防止構造である。

請求項７の発明は、請求項６に記載の軸受の摩耗防止構造において、前記可撓部は、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面に形成された所定深さの溝部であることを特徴とする軸受の摩耗防止構造である。

請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止構造において、図１、図３及び図５に示すように、前記第１の部材は、軸受（３）であり、前記第２の部材は、前記軸受を所定の位置に位置決めする後蓋（８）であることを特徴とする軸受の摩耗防止構造である。

請求項９の発明は、図３〜図５及び図８〜図１５に示すように、第１の部材（３）と第２の部材（８）との間に発生する摩耗をこれらの間の摩耗防止部（１２）によって防止する軸受の摩耗防止方法であって、前記摩耗防止部が複数の分割片（１２ａ）によって分割された状態で、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面に並べて形成する摩耗防止部形成工程（＃１１０；＃１１０Ａ，１１０Ｂ）を含むことを特徴とする軸受の摩耗防止方法（＃１００）である。

請求項１０の発明は、請求項９に記載の軸受の摩耗防止構方法において、図３〜図５、図１０及び図１３に示すように、前記摩耗防止部形成工程は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素の硬質層（１２ｂ）を形成する工程を含むことを特徴とする軸受の摩耗防止方法である。

請求項１１の発明は、請求項９に記載の軸受の摩耗防止方法において、図１０に示すように、前記摩耗防止部形成工程は、前記第１及び／又は前記第２部材の表面と前記硬質層（１２ａ）との間に、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層（１２ｃ）を形成する工程を含むことを特徴とする軸受の摩耗防止方法である。

請求項１２の発明は、請求項９に記載の軸受の摩耗防止方法において、図３〜図５に示すように、前記摩耗防止部形成工程は、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層（１２ｂ）を形成する工程を含むことを特徴としている軸受の摩耗防止方法である。

請求項１３の発明は、請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止方法において、前記摩耗防止部形成工程は、前記摩耗防止部を気相堆積法によって形成する工程を含むことを特徴とする軸受の摩耗防止方法である。

請求項１４の発明は、請求項９から請求項１３でのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止方法において、図１２〜図１５に示すように、隣り合う前記分割片間の隙間と対応する位置に、前記第１及び／又は前記第２の部材を撓ませる可撓部（１３）を形成する可撓部形成工程を含むことを特徴とする軸受の摩耗防止方法である。

請求項１５の発明は、請求項１４に記載の軸受の摩耗防止方法において、前記可撓部形成工程は、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面に所定深さの溝部を形成する工程を含むことを特徴とする軸受の摩耗防止方法である。

請求項１６の発明は、請求項９から請求項１５までのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止方法において、図１、図３及び図５に示すように、前記第１の部材は、軸受（３）であり、前記第２の部材は、前記軸受を所定の位置に位置決めする後蓋（８）であることを特徴とする軸受の摩耗防止方法である。

この発明によると、第１の部材と第２の部材との間に発生する摩耗を耐摩耗性に優れた簡単な表面処理加工によって防止することができる。

この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える軸受組立体を概略的に示す縦断面図である。 この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のII-IIB線で切断した状態を示す断面図である。 図１のIII部分を模式的に拡大して示す断面図である。 図２（Ａ）のIV部分を模式的に拡大して示す平面図である。 図２（Ｂ）のV部分を模式的に拡大して示す断面図である。 この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋が圧入される車軸が撓んだ状態を模式的に示す縦断面図であり、(Ａ)は摩耗防止構造が存在する場合の縦断面図であり、(Ｂ)は摩耗防止構造が存在しない場合の縦断面図である。 この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋を所定位置よりも反軸端側に圧入した状態を模式的に示す縦断面図であり、（Ａ）は摩耗防止構造が存在する場合の縦断面図であり、（Ｂ）は摩耗防止構造が存在しない場合の縦断面図である。 この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋が弾性変形したときの状態を模式的に示す縦断面図であり、（Ａ）は後蓋が凸状に弾性変形した状態を模式的に示す縦断面図であり、（Ｂ）は後蓋が凹状に弾性変形した状態を模式的に示す縦断面図である。 この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止方法の工程図である。 この発明の第２実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋を模式的に拡大して示す縦断面図である。 この発明の第２実施形態に係る軸受の摩耗防止方法の工程図である。 この発明の第３実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋を模式的に拡大して示す平面図である。 この発明の第３実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋を模式的に拡大して示す縦断面図である。 この発明の第３実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋が弾性変形したときの状態を模式的に示す縦断面図であり、（Ａ）は後蓋が凸状に弾性変形した状態を模式的に示す縦断面図であり、（Ｂ）は後蓋が凹状に弾性変形した状態を模式的に示す縦断面図である。 この発明の第３実施形態に係る軸受の摩耗防止方法の工程図であり、（Ａ）は摩耗防止部形成工程の前に可撓部形成工程を実施する場合の工程図であり、（Ｂ）は摩耗防止部形成工程の後に可撓部形成工程を実施する場合の工程図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１に示す車軸１は、中心軸Ｏを中心として回転する部材である。車軸１は、例えば、鉄道車両の左右一対の車輪がこの車軸１の両端部側に圧入され取り付けられており、この車輪と一体となって回転する。車軸１は、図１に示すように、ジャーナル部１ａと後ぶた座１ｂなどを備えている。ジャーナル部１ａは、軸受３によって支持される部分であり、鉄道車両の車体荷重を支持する。ジャーナル部１ａは、このジャーナル部１ａの外周面に軸受３の内輪３ｄの内周面が嵌め込まれている。後ぶた座１ｂは、後蓋８が装着される部分である。後ぶた座１ｂは、この後ぶた座１ｂの外周面に後蓋８の内周面が嵌め込まれている。

軸受組立体２は、軸受３の主要構成部分を組み立てた部材である。軸受組立体２は、例えば、鉄道車両の軸箱に収容された状態で、台車の台車枠の所定の位置に保持されている。軸受組立体２は、図１に示すように、軸受３と、前蓋４と、固定ボルト５と、密封構造６と、摩耗防止構造１１などを備えている。軸受組立体２は、例えば、グリースなどの潤滑剤が内部に充填された状態で密封されている。

軸受３は、車軸を回転自在に支持する部材であり、車軸１の両端部を回転自在に支持する転がり軸受である。軸受３は、図１に示すように、転動体３ａと、保持器３ｂと、外輪３ｃと、内輪３ｄと、大つば３ｅと、小つば３ｆと、間座３ｇと、端面（表面）３ｈなどを備えている。転動体３ａは、外輪３ｃと内輪３ｄとの間で転がる部材である。保持器３ｂは、転動体３ａを等間隔に保持する部材である。外輪３ｃは、固定部材側に固定される部材である。内輪３ｄは、車軸１と一体となって回転する部材である。大つば３ｅは、内輪３ｄの外側端部に一体に形成されてアキシアル荷重を受ける部分であり、小つば３ｆは内輪３ｄの内側端部に一体に形成されてアキシアル荷重を受ける部分である。間座３ｇは、左右の内輪３ｄ間に挿入されてこれらの隙間及び与圧を調整する部材である。端面３ｈは、摩耗防止部１２の表面（接触面）と接触する部分である。端面３ｈは、後蓋８側の端面８ａと対向する側の表面（大つば３ｅの表面）に円周方向に沿って平坦に形成されている。軸受３は、例えば、内輪３ｄの材質が高炭素クロム軸受鋼又は浸炭はだ焼鋼であり、間座３ｇの材質が機械構造用炭素鋼である。図１に示す軸受３は、転動体３ａとして円すいころを２列配置した複列円すいころ軸受であり、車軸１のジャーナル部１ａの外周面に嵌め合わされている。図１に示す軸受３は、例えば、軸方向のアキシアル荷重を内輪３ｄのつばで受ける複列円すいころ軸受である。

前蓋４は、軸受３及び油切り７を後蓋８との間に挟み込むことによってこの軸受３を所定の位置に位置決めし固定する部材である。前蓋４は、外観が円環状の金属製の部材であり、車軸１の端部に着脱自在に装着されている。

固定ボルト５は、前蓋４を固定する部材である。固定ボルト５は、例えば、車軸１の端部に形成された雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を先端部に有する六角ボルトである。固定ボルト５は、前蓋４の貫通孔に挿入して車軸１に装着されることによって、前蓋４を車軸１の端部に固定し前蓋４の脱出を阻止する。

密封構造６は、軸受組立体２内に潤滑剤を密封する構造である。密封構造６は、軸受組立体２の内部に軸受３を収容した状態でこの軸受組立体２の内部を密封している。密封構造６は、油切り７と、後蓋８と、シールケース９Ａ，９Ｂと、オイルシール１０Ａ，１０Ｂなどを備えている。密封構造６は、油切り７、後蓋８、シールケース９Ａ，９Ｂ及びオイルシール１０Ａ，１０Ｂなどの各構成部材と組み合わせることによって、軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する。

油切り７は、軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する密封構造６の構成部材である。油切り７は、外観が円筒状の金属製の部材である。油切り７は、例えば、材質が機械構造用炭素鋼である。油切り７は、この油切り７の内周面が車軸１のジャーナル部１ａの外周面に圧入されており、前蓋４と軸受３の内輪３ｄとの間に挟み込まれている。

後蓋８は、軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止するする密封構造６の構成部材である。後蓋８は、外観が円筒状の金属製の部材である。後蓋８は、例えば、材質が機械構造用炭素鋼である。後蓋８は、この後蓋８の内周面が車軸１の後ぶた座１ｂの外周面に圧入されており、油切り７との間で軸受３の内輪３ｄを挟み込むことによって、軸受３を所定の位置に位置決めするとともに軸受３に与圧を作用させる。後蓋８は、軸受３と接触する接触部材である。後蓋８は、図２に示すように、端面（表面）８ａと嵌合面８ｂなどを備えている。端面８ａは、軸受３側の端面３ｈと対向する部分である。端面８ａは、内輪３ｄ側の端面３ｈと同様に、この端面３ｈと対向する後蓋８の表面が円周方向に沿って平坦に形成されている。嵌合面８ｂは、車軸１の後ぶた座１ｂの外周面と嵌合する部分であり、後蓋８の内周面に形成されている。

シールケース９Ａ，９Ｂは、軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する密封構造６の構成部材である。シールケース９Ａ，９Ｂは、外観が円筒状の金属製の薄肉部材である。シールケース９Ａは、軸受３の外輪３ｃと前蓋４との間に装着されている。シールケース９Ａは、このシールケース９Ａの一方の端部の外周面が外輪３ｃの内周面と密着し、このシールケース９Ａの他方の端部の内周面がオイルシール１０Ａの外周面と密着している。シールケース９Ｂは、軸受３の外輪３ｃと後蓋８との間に装着されている。シールケース９Ｂは、このシールケース９Ｂの一方の端部の外周面が外輪３ｃの内周面と密着し、このシールケース９Ｂの他方の端部の内周面がオイルシール１０Ｂの外周面と密着している。

オイルシール１０Ａは、油切り７とシールケース９Ａとの間を密封するする密封構造６の構成部材であり、オイルシール１０Ｂは後蓋８とシールケース９Ｂとの間を密封する部材である。オイルシール１０Ａは、油切り７の外周面とシールケース９Ａの内周面との間に挟み込まれており、オイルシール１０Ｂは後蓋８の外周面とシールケース９Ｂの内周面との間に挟み込まれている。オイルシール１０Ａ，１０Ｂは、軸受組立体２の内部から外部に潤滑剤が漏れ出すのを防止するとともに、軸受組立体２の外部から内部に塵埃が侵入するのを防止する。

図１〜図５に示す摩耗防止構造１１は、軸受３と後蓋８との間に発生する摩耗をこれらの間の摩耗防止部１２によって防止する構造である。摩耗防止構造１１は、内輪３ｄ側の端面３ｈと後蓋８側の端面８ａとを直接接触させずに、これらの間に摩耗防止部１２を介在させることによって、これらの端面３ｈ，８ａから摩耗粉（フレッチング摩耗粉）が発生するのを抑制する。摩耗防止構造１１は、摩耗防止部１２などを備えている。

摩耗防止部１２は、軸受３と後蓋８との間でこれらの摩耗を防止する部分である。摩耗防止部１２は、基材である後蓋８の端面８ａに形成されており、軸受３と後蓋８との間に発生する摩耗を防止する。摩耗防止部１２は、軸受３の端面３ｈ及び後蓋８の端面８ａを保護する保護層として機能する。摩耗防止部１２は、図３〜図５に示すように、複数の分割片１２ａによって分割された状態で、後蓋８の端面８ａに並べて形成されている。摩耗防止部１２は、図３及び図５に示すように、単層構造であり、図３〜図５に示すように後蓋８の端面８ａ上に各分割片１２ａが面方向に所定の間隔を開けて形成されている。摩耗防止部１２は、各分割片１２ａによって分割されたセグメント構造を備えており、後蓋８が弾性変形したときに後蓋８の弾性変形に分割片１２ａを追従させて、後蓋８から分割片１２ａが剥離するのを抑制する。

摩耗防止部１２は、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｂを備えている。摩耗防止部１２は、ダイヤモンドのsp3結合とグラファイトのsp2結合の両者を炭素原子の骨格構造としたアモルファス炭素膜である高硬度、高耐摩耗性及び低摩擦係数のダイヤモンド状炭素（ダイヤモンドライクカーボン(Diamond-Like Carbon(DLC)))の膜が好ましい。摩耗防止部１２は、例えば、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する膜として、TiN,TiAlN,SiN,CrN,TiAlBN,W₂N,WNなどの窒化物又はTiC,SiC,CrC,WCなどの炭化物、又はこれらを複合化した膜などである。摩耗防止部１２は、目的とする物質の薄膜を後蓋８の端面８ａに気相中で堆積する気相堆積法によって形成されている。摩耗防止部１２は、例えば、目的とする物質の薄膜を気相内の化学反応によって物質の表面に堆積する化学気相成長(Chemical Vapor Deposition(CVD))、又は目的とする物質の薄膜を気相内の物理的手法によって物質の表面に堆積する物理気相成長(Physical Vapor Deposition(PDV))などの気相堆積法によって形成される。化学気相成長は、例えば、目的とする薄膜の成分を含む原料ガスを反応装置内に供給し、直流、交流又は高周波などを電源としてこの反応装置内の一対の電極間にプラズマを発生させて、物質の表面に薄膜を堆積するプラズマCVDなどである。物理気相成長は、例えば、目的とする薄膜の成分を含む固体原料を熱又はプラズマのエネルギーによって反応装置内で気化し、物質の表面に薄膜を堆積するマグネトロンスパッタリング又はイオンビームスパッタリングなどである。摩耗防止部１２は、表面粗度が小さく比較的平滑な表面によって低摩擦特性を発揮可能な化学気相成長によって形成することが好ましい。

摩耗防止部１２は、膜厚が1nmを下回ると軸受３との摺動によって摩耗してしまう問題点があり、膜厚が200μmを超えると基材である後蓋８の変形に追従できずに剥離する問題点があるため、膜厚が1nm〜200μmの範囲内であることが好ましい。摩耗防止部１２は、平面形状が略四角形であり、一辺が1μmを下回ると密着性の問題点があり、一辺が1mmを超えると基材である後蓋８の変形に追従できずに剥離する問題点があるため、一辺が1μm〜200μmの範囲内であることが好ましい。摩耗防止部１２は、隣り合う分割片間の隙間が0.1μmを下回ると車軸１が撓んだ際に隣り合う分割片１２ａと接触する問題点があり、この隙間が200μmを超えると摩耗防止部１２の接触面圧が大きくなって硬質膜１２ｂが剥離する問題点があるため、この間隔が1μm〜200μmの範囲内であることが好ましい。摩耗防止部１２は、ヤング率が60GPaを下回ると耐摩耗性や低摩擦係数が得られなくなる問題点があるため、ヤング率が60GPa以上であることが好ましく、200GPa以上であることが特に好ましい。

次に、この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止構造の作用を説明する。
図６（Ｂ）に示すように、後蓋８に摩耗防止構造１１が存在しない場合には、車両が軌道上を走行して車軸１に曲げモーメントＭが作用すると、車軸１の軸端側が撓む。このため、車軸１と一体となって後蓋８が回転してこの後蓋８の外周面側の縁部が下方に位置すると、後蓋８の端面８ａと軸受３側の端面３ｈとが下縁部で部分的に偏って接触する。その結果、後蓋８の端面８ａと軸受３側の端面３ｈとの下縁部に繰り返し応力が作用して、軸受３と後蓋８との摩耗によってフレッチング摩耗粉のような異物が発生する。また、図７（Ｂ）に示すように、後蓋８に摩耗防止構造１１が存在しない場合には、後蓋８を車軸１に圧入すると後蓋８の反軸端側が変形して、後蓋８の端面８ａが反った状態で車軸１に後蓋８が装着される。このため、後蓋８の端面８ａの外周面側の縁部が軸受３側の端面３ｈと部分的に偏って接触し、これらの端面３ｈ，８ａの摩耗によってフレッチング摩耗粉のような異物が発生する。

一方、図６（Ａ）に示すように、後蓋８に摩耗防止構造１１が存在する場合には、車軸１の軸端側が撓むと後蓋８の端面８ａと軸受３側の端面３ｈとが下縁部で部分的に偏って接触しようとするが、後蓋８側の端面８ａに形成された摩耗防止部１２の表面が軸受３の端面３ｈと接触しこれらの間の摩擦を緩和する。また、図７（Ａ）に示すように、後蓋８に摩耗防止構造１１が存在する場合には、後蓋８を車軸１に圧入すると後蓋８の端面８ａの外周面側の縁部が軸受３側の端面３ｈと部分的に偏って接触しようとするが、後蓋８側の端面８ａに形成された摩耗防止部１２の表面が軸受３の端面３ｈと接触しこれらの間の摩擦を緩和する。その結果、後蓋８側の端面８ａと軸受３側の端面３ｈとの摩耗によって異物が発生するのが防止される。

図５（Ａ）に示すように車軸１の軸端側が撓んだり、図６（Ａ）に示すように後蓋８を車軸１に圧入したりすると、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように後蓋８が凸状又は凹状に弾性変形する。図３〜図５に示すように、後蓋８の端面８ａに摩耗防止部１２がセグメント状に分割して形成されているため、図８に示すように後蓋８の凸状又は凹状の弾性変形に摩耗防止部１２が追従する。このため、後蓋８が弾性変形したときに発生する歪みが摩耗防止部１２に集中するのが低減される。その結果、各分割片１２ａに作用するせん断応力が低減して、摩耗防止部１２の割れが防止されるとともに、軸受３の端面３ｈからの摩耗防止部１２の剥離が防止される。摩耗防止部１２の表面と軸受３の端面３ｈとが接触して摩耗防止部１２の分割片１２ａが剥離しても、隣り合う分割片１２ａが分離しているため隣接する分割片１２ａには影響がない。また、隣り合う分割片１２ａ間の隙間にフレッチング摩耗粉のような異物が保持されるため、摩耗防止部１２の表面と軸受３の端面３ｈとの間の摩耗が抑制されて、摩擦係数が安定化するとともに相手攻撃性が低減される。さらに、隣り合う分割片１２ａ間の隙間を軸受３内の潤滑剤の液溜めとして利用することによって、耐摩耗性が長期間維持されるとともに低摩擦係数が長期間維持される。

次に、この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止方法について説明する。
図９に示す摩耗防止方法＃１００は、軸受３と後蓋８との間に発生する摩耗をこれらの間の摩耗防止部１２によって防止する方法である。摩耗防止方法＃１００は、摩耗防止部形成工程＃１１０などを含む。摩耗防止部形成工程＃１１０は、図３〜図５に示すように、摩耗防止部１２が複数の分割片１２ａによって分割された状態で、後蓋８の端面８ａにこの分割片１２ａを並べて形成する工程である。摩耗防止部形成工程＃１１０は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素の硬質層１２ｂや、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｂを形成する工程を含み、摩耗防止部１２を気相堆積法によって形成する工程を含む。

摩耗防止部形成工程＃１１０において、反応炉内に後蓋８が設置されてこの後蓋８の端面８ａをマスキングするようにタングステン製のメッシュワイヤが配置される。このときに、例えば、摩耗防止部１２の分割片１２ａの平面形状と同じ格子寸法（メッシュ粗さ）であり、隣り合う分割片１２ａ間の隙間と同じ線径（ワイヤ太さ）であるタングステン製のメッシュワイヤが使用される。次に、摩耗防止部形成工程＃１１０において、化学気相成長又は物理気相成長などの気相堆積法によって反応炉内の後蓋８の端面８ａに硬質層１２ｂが堆積される。その後に、摩耗防止部形成工程＃１１０において、硬質層１２ｂの表面からメッシュワイヤが除去されて、後蓋８の端面８ａに摩耗防止部１２が形成される。

この発明の第１実施形態に係る軸受の摩耗防止構造とその摩耗防止方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、摩耗防止部１２が複数の分割片１２ａによって分割された状態で、後蓋８の端面８ａに並べて形成されている。また、この第１実施形態では、摩耗防止部形成工程＃１１０において、摩耗防止部１２が複数の分割片１２ａによって分割された状態で、後蓋８の端面８ａに並べて形成する。このため、耐摩耗性に優れた表面処理加工によって軸受３と後蓋８との間に発生する摩耗を抑制することができる。また、例えば、摩耗防止部１２が複数の分割片１２ａによって分割されていない場合には、後蓋８が弾性変形すると摩耗防止部１２が割れて後蓋８の端面８ａから摩耗防止部１２が剥離するおそれがある。この第１実施形態では、摩耗防止部１２が複数の分割片１２ａによるセグメント構造を備えるため、後蓋８が弾性変形しても摩耗防止部１２が後蓋８の端面８ａから剥離するのを抑制することができる。

(2) この第１実施形態では、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｂを摩耗防止部１２が備えている。また、この第１実施形態では、摩耗防止部形成工程＃１１０がダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｂを形成する工程を含む。このため、耐摩耗特性に優れた表面処理加工によって高硬度及び低摩擦係数の硬質層１２ｂを軸受３と後蓋８との間に簡単に形成することができる。その結果、軸受３の内輪３ｄと後蓋８の端面８ａとを直接接触面で接触させたときに、これらの間に発生するフレッチング摩耗などを抑制することができる。

(3) この第１実施形態では、摩耗防止部１２が気相堆積法によって形成されている。また、この第１実施形態では、摩耗防止部形成工程＃１１０が摩耗防止部１２を気相堆積法によって形成する工程を含む。このため、従来、軸受３の内輪３ｄ側の接触面と直接接触していた後蓋８の端面８ａ側の接触面にセグメント構造を有する硬質層１２ｂを簡単にコーティングすることができる。

（第２実施形態）
以下では、図１〜図８に示す部分と同一の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図１０に示す摩耗防止部１２は、図３及び図５に示す摩耗防止部１２とは異なり二層構造であり、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素の硬質層１２ｂと、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｃとを備えている。摩耗防止部１２は、図１０に示すように、後蓋８の端面８ａと硬質層１２ｂとの間に、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｃを備えている。摩耗防止部１２は、例えば、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｃとして、TiN,TiAlN,SiN,CrN,TiAlBN,W₂N,WNなどの窒化物又はTiC,SiC,CrC,WCなどの炭化物、又はこれらを複合化した膜などである。摩耗防止部１２は、後蓋８の端面８ａを保護する保護層として下層（中間層）の硬質層１２ｃが機能するとともに、この端面８ａ及びこの硬質層１２ｃを保護する保護層として上層の硬質層１２ｂが機能する。

次に、この発明の第２実施形態に係る軸受の摩耗防止方法について説明する。
図１１に示す摩耗防止方法＃１００は、図１０に示すチタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｃを後蓋８の端面８ａに形成する摩耗防止部形成工程＃１１０Ａと、図１０に示すこの硬質層１２ｃの表面にダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素の硬質層１２ｂを形成する摩耗防止部形成工程＃１１０Ｂとを含む。摩耗防止部形成工程＃１１０Ａにおいて、反応炉内に後蓋８が設置されて、この後蓋８の端面８ａをマスキングするようにタングステン製のメッシュワイヤが配置される。次に、摩耗防止部形成工程＃１１０Ａにおいて、化学気相成長又は物理気相成長などの気相堆積法によって反応炉内の後蓋８の端面８ａに硬質層１２ｃが堆積される。次に、摩耗防止部形成工程＃１１０Ｂにおいて、硬質層１２ｃの表面にメッシュワイヤを残存させた状態で、化学気相成長又は物理気相成長などの気相堆積法によって反応炉内の硬質層１２ｃの表面に硬質層１２ｂが堆積された後に、硬質層１２ｂの表面からメッシュワイヤが除去される。その結果、図１０に示すように、後蓋８の端面８ａに硬質層１２ｂ，１２ｃが積層されて、摩耗防止部１２が形成される。

この発明の第２実施形態に係る軸受の摩耗防止構造とその摩耗防止方法には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、後蓋８の端面８ａと硬質層１２ｂとの間に、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｃを摩耗防止部１２が備えている。また、この第２実施形態では、後蓋８の端面８ａと硬質層１２ｂとの間に、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層１２ｃを形成する工程を摩耗防止部形成工程＃１１０が含む。このため、硬質層１２ｃを中間層として機能させることによって、後蓋８の端面８ａに硬質層１２ｂを強固に付着させて硬質層１２ｂの剥離をより一層抑制することができる。また、硬質層１２ｂが摩耗した後に硬質層１２ｃによってフレッチング摩耗などの発生を長期間抑制することができる。

（第３実施形態）
図１２及び図１３に示す摩耗防止構造１１は、摩耗防止部１２と可撓部１３などを備えている。可撓部１３は、図１３及び図１４に示すように、隣り合う分割片１２ａ間の隙間と対応する位置で、後蓋８を撓ませる部分である。可撓部１３は、後蓋８の端面８ａに形成された所定深さの溝部であり、後蓋８の剛性を部分的に低下させる。可撓部１３は、図１３及び図１４に示すように断面形状が略Ｕ字状に形成されており、図１２に示すように平面形状が略格子状に形成されている。可撓部１３は、図１２に示すように、後蓋８の端面８ａに縦方向及び横方向に直線状に形成されており、この端面８ａから露出した部分（分割片１２ａによって被覆されていない部分）に分割片１２ａの周囲を囲むように形成されている。可撓部１３は、幅が0.1μmを下回ると車軸１が撓んだ際に隣り合う分割片１２ａと接触する問題点があり、この幅が1mmを超えると摩耗防止部１２の接触面圧が大きくなって硬質膜１２ｂが剥離する問題点があるため、この間隔が0.1μm〜1mmの範囲内であることが好ましい。

次に、この発明の第３実施形態に係る軸受の摩耗防止方法について説明する。
図１５に示す摩耗防止方法＃１００は、摩耗防止部形成工程＃１００と可撓部形成工程＃１２０とを含む。可撓部形成工程＃１２０は、隣り合う分割片１２ａ間の隙間と対向する位置に、後蓋８の端面８ａを撓ませる可撓部１３を形成する工程を含み、この後蓋８の端面８ａに所定深さの溝部を形成する工程を含む。可撓部形成工程＃１２０では、図１５（Ａ）に示すように、後蓋８の端面８ａに硬質層１２ｂを形成する摩耗防止部形成工程＃１１０の後に、可撓部１３を予め機械加工などによって形成したり、図１５（Ｂ）に示すように後蓋８の端面８ａに硬質層１２ｂを形成する摩耗防止部形成工程＃１１０の前に、可撓部１３を予め機械加工などによって形成したりする。

この発明の第３実施形態に係る軸受の摩耗防止構造とその摩耗防止方法には、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第３実施形態では、隣り合う分割片１２ａ間の隙間と対応する位置で、後蓋８を可撓部１３が撓ませる。また、この第３実施形態では、隣り合う分割片１２ａ間の隙間と対応する位置に、後蓋８を撓ませる可撓部１３を形成する工程を摩耗防止部形成工程＃１１０が含む。このため、第１実施形態及び第２実施形態に比べて、後蓋８の端面８ａが弾性変形したときに摩耗防止部１２がこの端面８ａから剥離するのを可撓部１３によってより一層抑制することができる。

(2) この第３実施形態では、可撓部１３が後蓋８の端面８ａに形成された所定深さの溝部である。また、この第３実施形態では、可撓部形成工程＃１２０において、後蓋８の端面８ａに所定深さの溝部を形成する。このため、後蓋８の端面８ａに摩耗防止部１２を形成する前又は形成した後に、簡単な機械加工などによってこの端面８ａに可撓部１３を短時間に形成することができる。

（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、鉄道車両の軸受３の摩耗防止構造１１を例に挙げて説明したが、鉄道車両の軸受３にこの発明を限定するものではない。例えば、発電所のタービンなどの回転軸を支持する軸受の摩耗防止構造や、車軸１を駆動する主電動機の軸受の摩耗防止構造についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、軸受３がころ軸受である場合について説明したが、軸受３が玉軸受である場合についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、軸受３が複列円すいころ軸受である場合を例に挙げて説明したが、複列円筒ころ軸受又は球面ころ軸受などについてもこの発明を適用することができる。

(2) この実施形態では、軸受３と後蓋８との間に摩耗防止部１２を配置する場合を例に挙げて説明したが、これらの間に摩耗防止部１２を配置する場合にこの発明を限定するものではない。例えば、後ぶた座１ｂの外周面に圧入される油切り又はフリンガ（スリンガ）と軸受３との間、ジャーナル部１ａの外周面に圧入される油切り７と軸受３との間などに摩耗防止部１２を配置する場合についてもこの発明を適用することができる。同様に、ジャーナル部１ａの外周面に圧入される間座３ｇと軸受３の内輪３ｄとの間、ジャーナル部１ａの外周面に圧入される小つば３ｆと軸受３の間座３ｇとの間などに摩耗防止部１２を配置する場合についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、後蓋８側の端面８ａのみに摩耗防止部１２を形成する場合を例に挙げて説明したが、軸受３側の端面３ｈ及び後蓋８側の端面８ａの双方に摩耗防止部１２を形成したり、軸受３側の端面３ｈのみに摩耗防止部１２を形成したりすることもできる。同様に、隣り合う部材間に発生する摩耗を摩耗防止部１２によって防止する場合に、一方又は双方の部材の表面に摩耗防止部１２を形成することもできる。

(3) この実施形態では、分割片１２ａの平面形状が略四角形である場合を例に挙げて説明したが、分割片１２ａが三角形、円形、三角形及び四角形以外の多角形である場合についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、油切り７を抑える前蓋４を車軸１の端部に固定ボルト５によって固定する軸受組立体を例に挙げて説明したが、車軸１の端部の雄ねじ部と噛み合う軸端ナットによって油切りを抑える軸受組立体２についてもこの発明を適用することができる。

(4) この第２実施形態では、摩耗防止部形成工程＃１１０Ａ，１１０Ｂにおいて、メッシュワイヤを連続的に使用して硬化層１２ｂ，１２ｃを形成する場合を例に挙げて説明したが、このような工程に限定するものではない。例えば、摩耗防止部形成工程＃１１０Ａにおいて、後蓋８の端面８ａに硬質層１２ｃが堆積された後にメッシュワイヤを除去することもできる。この場合には、摩耗防止部形成工程＃１１０Ｂにおいて、隣り合う硬質層１２ｃ間の隙間と対向する位置にメッシュワイヤを配置し、硬質層１２ｃの表面に硬質層１２ｂが堆積された後にこの硬質層１２ｂの表面からメッシュワイヤを除去することもできる。また、この第３実施形態では、後蓋８側の端面８ａのみに可撓部１３を形成する場合を例に挙げて説明したが、軸受３側の端面３ｈ及び後蓋８側の端面８ａの双方に可撓部１３を形成したり、軸受３側の端面３ｈのみに可撓部１３を形成したりすることもできる。同様に、隣り合う部材間の一方又は双方の部材の表面に可撓部１３を形成することもできる。さらに、この第３実施形態では、摩耗防止部１２が硬質層１２ｂの単層構造である場合を例に挙げて説明したが、摩耗防止部１２が硬質層１２ｂ，１２ｃの二層構造である場合についてもこの発明を適用することができる。

１ 車軸
２ 軸受組立体
３ 軸受（第１の部材）
３ｄ 内輪
３ｈ 端面
４ 前蓋
５ 固定ボルト
６ 密封構造
７ 油切り
８ 後蓋（第２の部材）
８ａ 端面
９Ａ，９Ｂ シールケース
１０Ａ，１０Ｂ オイルシール
１１ 摩耗防止構造
１２ 摩耗防止部
１２ａ 分割片
１２ｂ，１２ｃ 硬質層
１３ 可撓部
Ｏ 中心軸

Claims (16)

1. 第１の部材と第２の部材との間に発生する摩耗をこれらの間の摩耗防止部によって防止する軸受の摩耗防止構造であって、
   前記摩耗防止部は、複数の分割片によって分割された状態で、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面に並べて形成されていること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
2. 請求項１に記載の軸受の摩耗防止構造において、
   前記摩耗防止部は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素の硬質層を備えること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
3. 請求項２に記載の軸受の摩耗防止構造において、
   前記摩耗防止部は、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面と前記硬質層との間に、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層を備えること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
4. 請求項１に記載の軸受の摩耗防止構造において、
   前記摩耗防止部は、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層を備えること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止構造において、
   前記摩耗防止部は、気相堆積法によって形成されていること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
6. 請求項１から請求項５でのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止構造において、
   隣り合う前記分割片間の隙間と対応する位置で、前記第１及び／又は前記第２の部材を撓ませる可撓部を備えること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
7. 請求項６に記載の軸受の摩耗防止構造において、
   前記可撓部は、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面に形成された所定深さの溝部であること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止構造において、
   前記第１の部材は、軸受であり、
   前記第２の部材は、前記軸受を所定の位置に位置決めする後蓋であること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
9. 第１の部材と第２の部材との間に発生する摩耗をこれらの間の摩耗防止部によって防止する軸受の摩耗防止方法であって、
   前記摩耗防止部が複数の分割片によって分割された状態で、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面に並べて形成する摩耗防止部形成工程を含むこと、
   を特徴とする軸受の摩耗防止方法。
10. 請求項９に記載の軸受の摩耗防止構方法において、
    前記摩耗防止部形成工程は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素の硬質層を形成する工程を含むこと、
    を特徴とする軸受の摩耗防止方法。
11. 請求項９に記載の軸受の摩耗防止方法において、
    前記摩耗防止部形成工程は、前記第１及び／又は前記第２部材の表面と前記硬質層との間に、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層を形成する工程を含むこと、
    を特徴とする軸受の摩耗防止方法。
12. 請求項９に記載の軸受の摩耗防止方法において、
    前記摩耗防止部形成工程は、チタン、ケイ素、クロム又はタングステンを含有する硬質層を形成する工程を含むこと、
    を特徴とする軸受の摩耗防止方法。
13. 請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止方法において、
    前記摩耗防止部形成工程は、前記摩耗防止部を気相堆積法によって形成する工程を含むこと、
    を特徴とする軸受の摩耗防止方法。
14. 請求項９から請求項１３でのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止方法において、
    隣り合う前記分割片間の隙間と対応する位置に、前記第１及び／又は前記第２の部材を撓ませる可撓部を形成する可撓部形成工程を含むこと、
    を特徴とする軸受の摩耗防止方法。
15. 請求項１４に記載の軸受の摩耗防止方法において、
    前記可撓部形成工程は、前記第１及び／又は前記第２の部材の表面に所定深さの溝部を形成する工程を含むこと、
    を特徴とする軸受の摩耗防止方法。
16. 請求項９から請求項１５までのいずれか１項に記載の軸受の摩耗防止方法において、
    前記第１の部材は、軸受であり、
    前記第２の部材は、前記軸受を所定の位置に位置決めする後蓋であること、
    を特徴とする軸受の摩耗防止方法。

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