JP2024042349A - 転がり軸受及び鉄道車両用車軸軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受には基油のみが継続的に供給されるため、グリースの巻き込みよる温度上昇の改善とメンテナンス周期延伸が両立した転がり軸受および鉄道車両用車軸軸受を提供する。【解決手段】内輪と、外輪と、内外輪間に介在する転動体と、内外輪間に配設されて前記転動体を保持する保持器と、内外輪間の開口部を密封する密封装置とを備えた転がり軸受である。密封装置は、グリースが封入される空間であるグリースタンクが形成されるシールケースを有し、グリースタンクに封入されたグリースの基油が軸受へ供給される給油口が少なくとも１か所設けられ、グリースタンク内の容積を、軸受の全空間容積の５～５０％とした。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受及び鉄道車両用車軸軸受に関する。

鉄道車両用軸受は、図４に示すように、外輪１と、一対の内輪２、２と、複列をなす転動体としての円すいころ３と、各列の円すいころ３を円周方向で所定の間隔に保持する保持器４と、外輪１の両端に取り付けられる密封装置Ｓとを主要な構成要素として備える。

外輪１は、図示しない軸箱に組み込まれ、一対の内輪２、２は車軸５の軸端部に嵌合される。一対の内輪２，２を挟んで、車軸５の一端側には油切り６が配設され、その反対側（他端側）には後蓋７が配設されている。

密封装置Ｓは、シールケース１０とこのシールケース１０に収納状となるオイルシールを含むシール部材１１とで構成される。シールケース１０は金属製で、この図例では、大径部１０ａと中径部１０ｂと小径部１０ｃの三段円筒形状をなす。このうち、大径部１０ａは外輪１の内周に例えば圧入を伴って嵌合固定され、これにより密封装置Ｓが外輪１に固定されるようになっている。

ところで、従来の転がり軸受には、グリースが充填されるグリースポケットを形成し、このグリースポケット内のグリースを均等に保持可能で、かつ、軸受内部へのグリースの流入量を適正な状態に維持するようにしているものがある（特許文献１）。

特許文献１の転がり軸受では、密封部材の内部がグリースポケットとして機能させ、軸受内部に適切な量のグリースを封入することを可能としている。また、密封部材内部を円周方向に区切る堰を複数個設けることにより、グリースポケット内のグリースを均等に保持することを可能としている。

また、従来には、メンテナンスフリーで長期間の運転が行える転がり軸受の潤滑構造も提案されている（特許文献２）。

前記特許文献２は、２列の内輪が内輪間座を介して並設された複列の転がり軸受に適用されるものである。この軸受において、内輪間座に、両側の内輪に係合する係合部を設け、両内輪の隣接する端部と内輪間座とにわたって内径面に潤滑剤溜め凹部を設ける。この潤滑剤溜め凹部から内外輪間の空間に開通する潤滑剤流出路を設ける。

この構成によると、潤滑剤溜め凹部内に封入された潤滑剤またはその成分が、軸受の回転に伴う遠心力等で潤滑剤流出路から流出し、外輪間の空間に入る。このとき、潤滑剤流出路の断面を適宜の大きさとしておくこと等により、潤滑剤またはその成分は僅かな量ずつ流出するため、潤滑剤の攪拌抵抗等で軸受温度が急上昇することもなく、良好な潤滑状態となる。このように、潤滑剤溜め凹部から潤滑剤またはその成分が連続して微量供給されるため、潤滑寿命が向上し、長期メンテナンスフリーで使用できる。なお、内外輪間には従来通り潤滑剤を封入しておく。また内輪間座は、係合部が両側の内輪に係合するため、内径面の全体が潤滑剤溜め凹部となっていて軸から離れていても、径方向の位置が保たれる。

特許第４５３７３５０号公報 実開平６－４５１１７号公報

ところで、特許文献１及び特許文献２に記載のものでは、軸受内のグリースの流入量を調整することでメンテナンス周期を延伸でき、グリースのまき込みによる一時的な温度上昇の改善に繋がることが考えられる。しかし、グリース自体を軸受内部に直接封入するため、回転に伴う流入や温度上昇を十分に抑制出来ない可能性が有る。

そこで、本発明は、軸受には基油のみが継続的に供給されるため、グリースの巻き込みによる温度上昇の改善とメンテナンス周期延伸が両立した転がり軸受および鉄道車両用車軸軸受を提供する。

本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、内外輪間に介在する転動体と、内外輪間に配設されて前記転動体を保持する保持器と、内外輪間の開口部を密封する密封装置とを備えた転がり軸受であって、前記密封装置は、グリースが封入されるグリースタンクが形成されるシールケースを有し、グリースタンクに封入されたグリースの基油が前記軸受へ供給される給油口が少なくとも１か所設けられ、グリースタンク内の容積を、前記軸受の全空間容積の５～５０％としたものである。

本発明の転がり軸受は、軸受空間へグリースの基油が給油口を介して供給される。グリースタンクにグリースを封入するため、グリースの攪拌抵抗により温度上昇やグリース巻き込みに伴う突発的な温度上昇を抑制することができる。

前記グリースタンク内の容積を、軸受の全空間容積の５～５０％としたり、好ましくは、軸受の全空間容積の１５～３５％としたりできる。グリースタンクの容積が小さいと封入できるグリース量が少なく、長期的な使用において十分な潤滑性能を得ることができない。一方でグリースタンクの容積を大きくすると、軸受寸法に対して適切な機能（例えば、定格荷重やトルクなど）を有することができず、また軸受及び周辺部品の重量が大きくなるため、軽量化の妨げとなる。このため、グリースタンク内の容積を、軸受の全空間容積の５～５０％程度とするのが好ましく、さらには、１５～３５％とするのがより好ましいものとなる。

前記軸受にグリースの基油を検知するセンサを備えたものが好ましい。このようなセンサを備えたものでは、軸受にグリースの基油が供給されているか検知することができる。このため、グリースの基油が軸受に供給されることで、機能する作用効果を有効に発揮できる転がり軸受を安定して提供できる。ところで、センサとしては、漏油検出器を用いることができる。また、漏油検出器には、測定電極とアース間のインピーダンスを利用するもの、光ファイバを利用するものがある。

前記内輪はその外周の軌道を有するとともに、その軌道の大径側に大鍔を有し、前記グリースタンクの給油口が、前記保持器内径面と内輪の大鍔外径面との間の空間に開口するものが好ましい。このように構成することによって、給油口から安定して軸受にグリースの基油を供給することができる。

本発明に係る鉄道車両用車軸軸受は、前記転がり軸受を備えたものである。このため、本発明に係る鉄道車両用車軸軸受は、軸受のグリースタンクにグリースを封入するため、グリースの攪拌抵抗により温度上昇やグリース巻き込みに伴う突発的な温度上昇を抑制することができる。

鉄道車両用車軸軸受として、内周に複列の軌道を有する外輪と、そのそれぞれの外周に軌道を有する一対の内輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複列の円すいころと、各列の円すいころを円周方向で所定間隔に保持する保持器とを備えたものが好ましい。

本発明では、グリースのまき込みによる一時的な温度上昇の改善、メンテナンス周期の延伸、軸受内部のグリース除去に伴うメンテナンス工数を削減できる。

本発明に係る転がり軸受を用いた鉄道車両用車軸軸受を示す断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 図２のＡ矢視簡略拡大図である。 従来の鉄道車両用車軸軸受を示す断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１～図３に基づいて説明する。図１は本発明の鉄道車両車軸用軸受の要部拡大断面図を示している。鉄道車両車軸用軸受は、車軸２０の小径端部２０ａに装着されるものであって、外輪２１と、一対の内輪２２、２２と、複数の転動体２３を主要な構成要素としている。外輪２１は内周に二列の軌道２１ａ、２１ａを形成した複列外輪である。各内輪２２，２２は外周に軌道２２ａ、２２ａが形成してある。外輪２１の軌道２１ａと内輪２２の軌道２２ａとの間に二列の転動体２３（本実施形態では円すいころ）を転動自在に介在させている。なお、転動体２３は円すいころ２３ａにて構成され、各列の円すいころ２３ａは保持器２４によって円周方向に所定の間隔に保持される。

外輪２１は軸箱（図示省略）に固定され、その軸箱は軸ばねを介して台車枠等に固定される。一対の内輪２２、２２の一方の軸端側に油切り２５が配設されるとともに、一対の内輪２２，２２の他方の軸端側に後蓋２６が配設されている。一対の内輪２２，２２と油切り２５と後蓋２６とが車軸２０の小径端部２０ａに外嵌固定されている。また、内輪２２は、その軌道２２ａの大径側に大鍔２２ｂを有し、その軌道２２ａの小径側に小鍔２２ｃを有する。

油切り２５は、肉厚短円筒体の本体部２５ａと、この本体部２５ａの軸方向外端部に設けられる外鍔部２５ｂを有するリング体からなる。また、後蓋２６は、短筒体の本体部２６ａを有し、この本体部２６ａの軸方向内端部に内鍔部２６ｂが設けられている、

また、本転がり軸受の軸方向開口部には、その開口部を密封する密封装置Ｓ（Ｓａ、Ｓｂ）が配設されている。なお、密封装置Ｓａ、Ｓｂは、同一構造であるので、まず、車軸２０の小径端部２０ａの基端側の密封装置Ｓａについて説明する。

密封装置Ｓａは、図２に示すように、外輪２１の内径側の軸方向端部に装着されるシールケース４０と、このシールケース４０内に配設される第１・第２仕切板４１，４２およびシール部材４３とを備えたものである。

シールケース４０は、大径部４０ａと中径部４０ｂと小径部４０ｃとを有する段付き円筒形状体からなり、大径部４０ａと中径部４０ｂとの間に段付き部４０ｄが設けられ、中径部４０ｂと小径部４０ｃとの間に段付き部４０ｅが設けられる。そして、シールケース４０の大径部４０ａが外輪２１の端部に設けられた周方向切欠部２１ｂに嵌入されている。

シール部材４３は、芯金４４と、この芯金４４に付設されるシールリップ部４５を備える。芯金４４はシールケース４０の中径部４０ｂに内嵌される短円筒形状の第１部４４aと、この第１部４４aの軸受外方端から内径方向に延びる第２部４４ｂとからなり、第２部４４ｂは、外径部４４ｂ１と、内径部４４ｂ２と、外径部４４ｂ１と内径部４４ｂ２を連結する傾斜部４４ｂ３とからなり、内径部４４ｂ２が外径部４４ｂ１より軸受内部側に配置される。そして、外径部４４ｂ１がシールケース４０の段付き部４０ｅに当接乃至密接し内径部４４ｂ２にシールリップ部４５が配置されている。

第１仕切板４１は、シールケース４０の大径部４０ａに嵌入される短円筒体からなる第１部４１aと、第１部４１ａの開口側端部から内径側に伸びる平板リング体の第２部４１ｂと、第２部４１ｂの内径端から軸受内部側へ延びる第３部４１ｃとからなる。この場合、第２部４１ｂの外径側がシールケース４０の段付き部４０ｄに当接している。また、第３部４１ｃは、第２部４１ｂの内径端側から軸受内部側に向かって順次内径側に傾斜する傾斜壁となっている。この傾斜角度θとしては、例えば、０°～９０°程度としている。

また、第２仕切板４２は、シール部材４３の芯金４４の第１部４４ａに内嵌状に嵌合する短円筒体の第１部４２ａと、第１部４２ａの軸受内部側の端部から内径側に伸びる平板リング体の第２部４２ｂと、第２部４２ｂの内径端から軸受内部側へ延びる第３部４２ｃとからなる。なお、第３部４２ｃは軸受軸方向に沿って伸びている。

ところで、後蓋２６には第２仕切板４２を受ける受部材４６が装着されている。この場合、後蓋２６と、内輪との間に隙間４７が設けられ、この隙間４７に、受部材４６の一部が嵌入している。すなわち、隙間４７は、外径側の大隙間部４７aと、内径側の小隙間部４７ｂとがあり、受部材４６は、筒状体からなる本体部４６aと、後蓋２６の内輪側端面の外径端部に係合する係合片４６ｂと、係合片４６ｂと反対側の本体部４６aの端部に連設される断面倒立Ｌ字形の外側部材４６ｃとからなる。そして、受部材４６の本体部４６aの係合片４６ｂ側にて、第２仕切板４２の第３部４２ｃの第２部４２ｂ側が受けられている。なお、隙間４７には、スペーサ４９が配設されている。

外側部材４６ｃは、本体部４６ａから外径側に延びる第１部４６ｃ１と、この第１部４６ｃ１の外径端から軸受内部側へ延びる第２部４６ｃ２とからなる。

このように密封装置を構成することによって、シールケース４０内に、第１仕切板４１と、第２仕切板４２とで、空間、つまりグリースが封入される空間であるグリースタンクＴが形成される。そして、グリースタンクＴから、軸受外方から軸受内部側に向かって伸びる給油路４８が設けられ、保持器内径面と内輪の大鍔外径面との間の空間に開口する油供給口(給油口)４８ａが設けられる。すなわち、給油路４８は、第１仕切板４１の第３部４１ｃと、この第３部４１ｃの内径側に配設される第２仕切板４２の第３部４２ｃの軸受内部側とで構成される。すなわち、中空の短円筒体が形成され、この中空部が給油路４８を形成する。この場合、グリースタンクＴから、軸受外方から軸受内部側に向かって順次断面積が小さくなっており、いわゆる先細りとなっている。なお、この実施形態では、図２に示すように、第１仕切板４１の第３部４１ｃの先端を、第２仕切板４２の第３部４２ｃの先端よりも軸受内部側へ突出させているが、突出させないものであっても、逆に、第２仕切板４２の第３部４２ｃの先端を、第１仕切板４１の第３部４１ｃの先端よりも軸受内部側へ突出させてもよい。

このように構成された密封装置Ｓでは、グリースタンクＴにグリースを充填することになる。ここで、グリースとは、潤滑油の粘度を調整して半個体状にした潤滑剤のことをいい、グリースの成分は、基本的には、基油（原料油）と増ちょう剤、添加剤の３つからなる。基油とは、オイルやグリースの基材となる油のことで、基油は、鉱油と合成油に大別される。合成油は、高温安定性や温度－粘度特性等が優れており、鉱油では対応できない条件では合成油が使用され、基油はグリースの潤滑性、耐熱性、酸化安定性、低温性、対ゴム性、対樹脂性に大きく影響する主成分である。増ちょう剤はグリースを半固体又は固体状に維持させるもので、主に金属（Li、Ca)石けんが主流であるが、非石けん系の有機化合物（ウレア）も多く使用され、構造維持の他にも耐熱性、耐水性、機械安定性に影響を与える。

ところで、グリースタンクＴの容積が小さいと封入できるグリース量が少なく、長期的な使用において十分な潤滑性能を得ることができない。一方でグリースタンクＴの容積を大きくすると、軸受寸法に対して適切な機能（例えば、定格荷重やトルクなど）を有することができず、また軸受及び周辺部品の重量が大きくなるため、軽量化の妨げとなる。

また、グリースタンクＴに封入するグリースは、停止中及び運転中において適当に基油が分離する必要がある。すなわち、油分離が早すぎると油分がなくなり早期のグリース交換が必要となり、油分離が乏しいと潤滑不良の要因となるため、低粘度のグリースが望ましい。

このため、軸受のグリースの基油を検知するセンサ５１を備えるのが好ましい。センサ５１の設置部位とは、給油口４８a近傍の軸受内部に設けるのが好ましい。このようなセンサ５１を備えたものでは、軸受にグリースの基油が供給されているか検知することができる。このため、グリースの基油が軸受内部側に供給されることで、機能する作用効果を有効に発揮できる転がり軸受を安定して提供できる。ところで、センサ５１としては、漏油検出器を用いることができる。また、漏油検出器は、例えば、測定電極とアース間のインピーダンスを測定し、油膜が生じた場合のインピーダンスの上昇を検知する構造のものを用いることができる。また、漏油検出器として、インピーダンスを利用しないものであって、光ファイバを利用するものを用いてもよい。

本発明の転がり軸受は、軸受空間へグリースの基油が給油口４８aを介して供給される。グリースタンクにグリースを封入するため、グリースの攪拌抵抗により温度上昇やグリース巻き込みに伴う突発的な温度上昇を抑制することができる。すなわち、グリースのまき込みによる一時的な温度上昇の改善、メンテナンス周期の延伸、軸受内部のグリース除去に伴うメンテナンス工数を削減できる。

グリースタンクＴ内の容積を、表１でわかるように、軸受の全空間容積の５～５０％とするのが好ましい。このように設定すれば、長期的な使用において十分な潤滑性能を得ることができ、かつ、軸受寸法に対して適切な機能（例えば、定格荷重やトルクなど）を有することができ、軸受及び周辺部品の重量が大きくなるのを有効に防止できて軽量化の妨げにならない。さらには、特に１５～３５％とするのがより好ましいものとなることがわかる。軸受の全空間容積をＶは、密封装置Ｓａ、Ｓｂ内の静止空間Ｓ１、Ｓ２の容積をＡ、Ａ’とし、一対の内輪２２、２２間と、これに対向する外輪２１内面との間の静止空間Ｓ５の容積をＢとし、保持器ところが通過する空間から保持器及びころ自体の体積を省いた動空間Ｓ３、Ｓ４の容積をＡ１、Ａ１’とし、グリースタンクＴ内の容積Ｓ６をＣとしたときに、Ｖ＝（Ａ＋Ａ’＋Ｂ＋Ａ１＋Ａ１’＋Ｃ）である。

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また、グリースタンクＴの給油口４８aが、前記保持器２４内径面と内輪２２の大鍔２１ｂ外径面との間の空間に開口するものが好ましい。このように構成することによって、給油口４８aから安定して軸受にグリースの基油を供給することができる。

ところで、車軸２０の小径端部２０ａの先端側の密封装置Ｓｂも、基端側の密封装置Ｓａと同様な構成であって、詳細な説明を省略する。この場合、第２仕切板４２を受ける受部材４６は、油切り２５に装着されることになる。このため、この密封装置Ｓｂに、密封装置Ｓａと同様の作用効果を奏する。

ところで、給油路４８としては、グリースタンクＴから軸受内部側に向かって順次断面積が小さくなっており、いわゆる先細りとなっているので、グリースタンクＴに保持したグリースの基油が軸受内部側に供給され易くなっている。

そこで、第２仕切板４２の第３部４２ｃの外周面（つまり、グリースタンクＴの内径面）に図３に示すように、基油の流動性を高めるガイド構造Ｇを設けるのが好ましい。この場合、軸受外方から軸受内部側に向かって、幅を順次小としたガイド溝５２を設けている。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、実施形態における鉄道車両車軸軸では、２個ある密封装置Ｓａ，Ｓｂにおいて、いずれも密封装置であっても、本発明の転がり軸受の構成を用いたが、いずれか一方のみ、用いるものであってもよい。また、グリースタンクＴの給油口４８ａとして、保持器２４内径面と内輪２２の大鍔２２ｂ外径面との間の空間に開口させていたが、この場合、ころ端面側に配設するのが好ましい。ころ端面に近いほど効率（軸受への基油の供給効率）がよいと考えられるからである。

また、グリースタンクＴの給油口４８aとして、一つに限るものではなく、２か所以上に設けてもよい。この場合、各給油口４８aから、軸受にグリースの基油が供給される位置であればよい。給油路４８としては、グリースタンクＴから軸受内部側に向かって順次断面積が小さくなっており、いわゆる先細りとなっているが、このように先細りに設定しないものであってもよい。

ところで、シールケース４０内にグリースタンクＴを形成する場合、前記実施形態では、第１・第２仕切板４１，４２を圧入することによって形成していたが、シールケース４０と第１・第２仕切板４１，４２とを一体成形にて形成するものであってもよい。また、グリースタンクＴとして、再度のグリース封入のため、シールケース４０から取り外せるものであってもよい。

鉄道車両車軸用軸受に適用した実施例を例にとってこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、添付図面に示し、かつ、上に述べた実施の形態に限らず、特許請求の範囲に悖ることなく種々の改変を加えて実施をすることが可能である。

一例を挙げるならば、ここでは複列円すいころ軸受を用いた場合を例にとったが、複列円筒ころ軸受を用いた場合にも同様に適用することができる。その場合、円すいころを円筒ころと読み替え、大つばをつばと読み替えるなど、適宜の読み替えをすべきことは言うまでもない。また、用途に関しても鉄道車両用に限られない。

密封装置Ｓも、ここに図示し、かつ述べたものに限らず、とくにリップの形状や構造については任意の形状、構造を採用することができる。例えばＪＩＳ Ｂ ２０４２－１：２０１３に規定されたオイルシールのなかから選択して採用してもよい。

図１に示す構成の鉄道用車両車軸用軸受を形成し、軸受の全空間容積に対するグリースタンクの容積の割合の評価を行った。表１において、ａは、軸受の全空間容積に対するグリースタンクの容積の割合を示し、軸受の全空間容積をＡとし、グリースタンクの容積Ｂとしたときに、ａ(％)＝Ｂ／Ａとしている。この場合、ａ＜５％、５％≦ａ≦５０％、１５％≦ａ≦３５％、５０％＜ａの場合について評価を行った。

表１において、×は十分な潤滑性能が得られないことを示し、△は十分な潤滑性能が得られるが、軸受寸法(軸受サイズ）に対して適切な機能が得られないことを示し、〇は十分な潤滑性能が得られるが、軸受寸法(軸受サイズ）に対して適切な機能が得られるか不明であり、◎は十分な潤滑性能が得られ、軸受サイズに対して適切な機能を有することを示している。ここで、十分な潤滑性能が得られるとは、長期にわたって使用しても、潤滑性能を有効に発揮できるということであり、軸受寸法に対して適切な機能とは、定格荷重やトルクが適正を値を示すことである。

表１から、グリースタンク内の容積を、軸受の全空間容積の５～５０％とするのが好ましく、さらには、１５～３５％とするのがより好ましいことがわかる。

２１ 外輪
２１ａ 軌道
２２ 内輪
２２ａ 軌道
２２ｂ 大鍔
２３ 転動体
２４ 保持器
４０ シールケース
４８ａ 給油口
５１ センサ
Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ 密封装置
Ｔ グリースタンク

Claims (6)

1. 内輪と、外輪と、内外輪間に介在する転動体と、内外輪間に配設されて前記転動体を保持する保持器と、内外輪間の開口部を密封する密封装置とを備えた転がり軸受であって、
   前記密封装置は、グリースが封入されるグリースタンクが形成されるシールケースを有し、グリースタンクに封入されたグリースの基油が前記軸受へ供給される給油口が少なくとも１か所設けられ、前記グリースタンク内の容積を、前記軸受の全空間容積の５～５０％としたことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記グリースタンク内の容積を、前記軸受の全空間容積の１５～３５％としたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記軸受にグリースの基油を検知するセンサを備えたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
4. 前記内輪はその外周の軌道を有するとともに、その軌道の大径側に大鍔を有し、前記グリースタンクの給油口が、前記保持器内径面と内輪の大鍔外径面との間の空間に開口することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
5. 請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の転がり軸受を用いたことを特徴とする鉄道車両車軸軸受。
6. 内周に複列の軌道を有する外輪と、そのそれぞれの外周に軌道を有する一対の内輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複列の円すいころと、各列の円すいころを円周方向で所定間隔に保持する保持器とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両車軸軸受。

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