JP4537350B2

JP4537350B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP4537350B2
Application number: JP2006171521A
Authority: JP
Inventors: 司山川
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: JP2008002540A

Description

この発明は、転がり軸受、特に、軌道輪に絶縁層を有する鉄道車両主電動機用軸受に関するものである。

従来、鉄道車両主電動機に用いられる軸受は、円筒ころ軸受や深溝玉軸受が用いられている。例えば、図４に示すような円筒ころ軸受１０１は、内輪１０２と、外輪１０３と、内輪１０２および外輪１０３の間に配置された転動体としての円筒ころ１０４と、円筒ころ１０４の間隔を保持する保持器１０５と、グリースを封入する密封シール１０６とを備える。

また、鉄道車両主電動機に使用される円筒ころ軸受１０１は、電食による軸受の損傷を防止するために、外輪１０３の外径面および両端面は絶縁被膜１０３ａで覆われている。絶縁被膜１０３ａは、セラミックス等を溶射することにより形成する。

さらに、鉄道車両主電動機は屋外で使用されるため、軸受周辺構造でグリースポケットを形成するオープンタイプの軸受では、塵埃の混入によるグリースの劣化が懸念される。そこで、円筒ころ軸受１０１は、塵埃の混入によるグリースの劣化を防止し、メンテナンス周期を延伸するために密封式軸受とされる。

上記構成の円筒ころ軸受１０１の場合、軸受内部の空間が小さいので、鉄道車両主電動機用軸受に必要な軸受寿命を確保するのに十分な量のグリースを封入することができないという問題がある。

しかし、上記の問題を解決する手段として、内部空間容積に対するグリースの充填比率を引き上げることが考えられるが、この場合、軸受回転時、特に始動時においてグリースの攪拌抵抗が増大し、軸受の急激な温度上昇を招く恐れがあり、適切ではない。

そこで、密封式軸受において、軸受内部に十分な量のグリースを確保することができる円筒ころ軸受が、例えば、特開２００４−３４６９７２号公報（特許文献１）に記載されている。

図５を参照して、特開２００４−３４６９７２号公報（特許文献１）に記載されている円筒ころ軸受１１１は、内輪１１２と、外輪１１３と、内輪１１２および外輪１１３の間に配置された円筒ころ１１４と、円筒ころ１１４の間隔を保持する保持器１１５と、内輪１１２および外輪１１３の両端面からコの字型に突出する密封シール１１６とを備え、外輪１１３の外径面および両端面は絶縁被膜１１７で覆われている。

上記の各公報に記載された円筒ころ軸受１０１，１１１は、軸受端面から突出した密封シール１１６がグリースポケットとして機能するので、軸受内部に封入可能なグリース量が増加する。

しかし、上記構成の円筒ころ軸受において、軸受回転時の温度上昇によってグリースの粘度が低下すると、グリースポケット内のグリースが軸受下部に偏るという問題がある。このグリースが軸受内部に大量に流入すると、攪拌抵抗が増大し、急激な温度上昇を招く恐れがある。

そこで、図５に示す円筒ころ軸受１１１は、グリースポケット内のグリースを均等に保持するために、密封シール１１６の内壁面から突出する堰１１８により、グリースポケットを複数の分割領域に区切っている。これにより、グリースが軸受下部に偏るのを防止することができる。
特開２００４−３４６９７２号公報

図５に示す円筒ころ軸受１１１に採用されている密封シール１１６は、複数の独立した分割領域を有するので、各分割領域毎にグリースの注入口１１９を設けてグリースを封入する必要があり、グリース封入に要する作業工数が大幅に増大すると共に、密封シール１１６の構造が複雑になるという問題がある。

また、円筒ころ軸受１１１に採用されている密封シール１１６は、グリースポケット内のグリースを均等に保持することはできるが、粘度の低下したグリースが軸受内部に過剰に流入するのを阻止することはできない。

そこで、この発明の目的は、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ことができる転がり軸受を提供することである。

この発明に係る転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された複数の転動体と、内輪および外輪の両端面からコの字型の断面形状で突出する密封部材とを備える。そして、密封部材は、内壁面から突出して、密封部材内部を円周方向に区切る複数の堰と、開口端の一部を覆うリング形状の蓋とを有し、密封部材の開口端には、径方向内側の内壁面と蓋との間に内側隙間と、径方向外側の内壁面と蓋との間に外側隙間とが設けられている。

上記構成の転がり軸受は、密封部材の内部がグリースポケットとして機能するので、軸受内部に適切な量のグリースを封入することが可能となる。また、密封部材内部を円周方向に区切る堰を複数個所に設けることにより、グリースポケット内のグリースを均等に保持することができる。さらに、密封部材の開口端の一部を覆う蓋を設けることにより、軸受内部への過剰なグリースの流入を阻止することが可能となる。

好ましくは、内側隙間の隙間量δ_１は、０．１ｍｍ≦δ_１≦０．５ｍｍを満たす。内側隙間は、密封部材内部に封入されたグリースのうちの基油が染み出して軸受内部に流入するために設けた隙間である。したがって、内側隙間の隙間量δ_１が小さすぎると、基油の軸受内部への流入を阻害して軸受の潤滑性を低下させる。一方、隙間量δ_１が大きすぎると、軸受内部への過剰なグリースの流入を阻止することができない。

さらに好ましくは、外側隙間の隙間量をδ_２、開口端の径方向寸法をｔとすると、１／３≦δ_２／ｔ≦１／２を満たす。外側隙間は、軸受内部の余分なグリースを排出するために設けた隙間である。したがって、外側隙間の隙間量δ_２が小さすぎると、余分なグリースの排出を阻害する。一方、隙間量δ_２が大きすぎると、密封部材内部のグリースが外側隙間からも軸受内部に過剰に流入し、軸受の攪拌抵抗を増大させる。

なお、内側隙間からのグリース流入量が外側隙間へのグリース排出量を大幅に上回ると、軸受内部の攪拌抵抗が徐々に増大して軸受のスムーズな回転を阻害するので、一般的には、内側隙間および外側隙間の隙間量は、δ_１＜δ_２であることが望ましい。

好ましくは、堰は、密封部材の開口端の方向を向く端面に蓋と係合する係合爪を有し、蓋は、係合爪に対面する位置に係合爪を受け入れる凹部を有する。このように、蓋を堰にワンタッチで取り付け可能とすることにより、密封部材の組立性が向上する。

好ましくは、内輪の内径面および端面、または外輪の外径面および端面には、絶縁層が設けられている。これにより、鉄道車両用主電動機の回転軸を支持する軸受として使用することができる。

この発明によれば、密封部材の内部を円周方向に分割する堰と、密封部材の開口端の一部を覆う蓋とを設けることにより、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ことができる転がり軸受を得ることができる。

図１〜図３を参照して、この発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受１１を説明する。なお、図１は円筒ころ軸受１１を示す断面図、図２は密封シール１６の正面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける拡大断面図である。

まず、図１を参照して、円筒ころ軸受１１は、内輪１２と、内輪１２と軸方向幅が同一であって、外径面および両端面に絶縁被膜１３ａが形成されている外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置された転動体としての円筒ころ１４と、円筒ころ１４の間隔を保持する保持器１５と、軸受両端部を密封する密封部材としての密封シール１６とを備える。

絶縁被膜１３ａは、セラミックス等の絶縁物質を溶射することにより形成する。また、軸受内部空間には、グリースが充填されている。グリースとしては、例えば、リチウム系グリースやウレア系グリースが使用される。

密封シール１６は、樹脂材料を射出成型した断面形状が略コの字型の部材であって、内部に複数の堰１７と、蓋１８とが配置されており、径方向外側の壁面を貫通するグリース注入口１９が設けられている。この密封シール１６は、互いに開口端１６ａを向かい合わせた状態で、内輪１２および外輪１３の両端部の２箇所から突出している。なお、密封シール１６の内側の空間は、軸受の潤滑剤としてのグリースを封入するグリースポケットとして機能する。また、この実施形態では、内輪１２を回転側軌道輪、外輪１３を非回転側軌道輪としているので、密封シール１６は、外輪１３に固定されて、内輪１２との間には僅かな隙間が設けられている。

次に、図１および図２を参照して、堰１７は、密封シール１６の内壁面の複数箇所から突出して、密封シール１６の内部を複数の分割領域１６ｂと、隣接する分割領域１６ｂの間に連通する連続領域１６ｃとに分割している。なお、この実施形態において、堰１７は、密封シール１６と同種の樹脂材料で形成されており、密封シール１６の射出成型時に一体形成されている。また、連続領域１６ｃは密封シール１６の開口端１６ａ側に設けられている。

蓋１８は、円板の中央に穴が設けられたリング状の部材であって、樹脂材料で形成されている。この蓋１８は、堰１７の開口端１６ａの方向を向く端面に当接して、開口端１６ａの一部を覆っている。そして、蓋１８を配置したことにより開口端１６ａには、径方向内側の内壁面と蓋１８との間の内側隙間１６ｄと、径方向外側の内壁面と蓋１８との間の外側隙間１６ｅとが形成されている。

ここで、開口端１６ａに設けられた隙間のうち、内側隙間１６ｄは、グリースポケット内に封入されたグリースから基油が染み出して軸受内部に流入する流入路として機能する。一方、外側隙間１６ｅは、軸受内部にある余分なグリース（特に、運転初期に軸受内部にあるグリース）を排出する排出路として機能すると共に、内側隙間１６ｄと同じく、グリースポケット内に封入されたグリースから基油が軸受内部に流入する流入路としても機能する。

具体的には、グリースポケットに封入されたグリースから基油だけが染み出して内側隙間１６ｄおよび外側隙間１６ｅから軸受内部に流入する。内輪１２を回転側軌道輪として軸受が回転した場合、軸受内部のグリース（基油）は、軸受内部の塵埃や磨耗粉を取り込みながら遠心力によって径方向外側に移動する。

次に、図３を参照して、堰１７には、密封シール１６の開口端１６ａの方向を向く端面に蓋１８と係合する係合爪１７ａが形成されている。一方、蓋１８には、堰１７の係合爪１７ａに対面する位置に係合爪１７ａを受け入れる凹部としての穴１８ａが形成されている。この実施形態では、堰１７の係合爪１７ａと蓋１８の穴１８ａとが係合することにより、蓋１８を固定している。

また、蓋１８の内径寸法および外径寸法は、内側隙間１６ｂの隙間量δ_１を０．１ｍｍ≦δ_１≦０．５ｍｍ、外側隙間１６ｅの隙間量をδ_２、開口端１６ａの径方向寸法をｔとすると、１／３≦δ_２／ｔ≦１／２を満たすように設定する。

上記構成の円筒ころ軸受１１は、外輪１３の外径面および両端面に絶縁被膜１３ａを形成すると共に、密封シール１６に絶縁性の高い樹脂材料を使用することにより、全体としての絶縁性能が向上する。

また、グリースポケットとなる密封シール１６の内側を複数の分割領域１６ｂに区切ることによって、軸受回転時にグリースの粘度が低下した場合でも、各分割領域１６ｂに封入したグリースが他の分割領域１６ｂに流出するのを防止できる。これにより、グリースポケット内でグリースを均等に保持することができる。

また、開口端１６ａの一部を覆う蓋１８を設けたことにより、グリースポケットから軸受内部へのグリースの過剰流入を防止することが可能となる。さらに、内側隙間１６ｄと外側隙間１６ｅとを設けたことにより、グリースの基油のみの供給がスムーズとなるので、潤滑性に優れた円筒ころ軸受１１を得ることができる。

ここで、内側隙間１６ｄの隙間量δ_１が小さすぎると、基油の軸受内部への流入を阻害して円筒ころ軸受１１の潤滑性を低下させる。一方、隙間量δ_１が大きすぎると、軸受内部への過剰なグリースの流入を阻止することができない。また、外側隙間１６ｅの隙間量δ_２が小さすぎると、余分なグリースの排出を阻害する。一方、隙間量δ_２が大きすぎると、密封シール１６内部のグリースが外側隙間１６ｅからも軸受内部に過剰に流入し、軸受の攪拌抵抗を増大させる。したがって、内側隙間１６ｄおよび外側隙間１６ｅは、上記の寸法範囲内で設定することが望ましい。

なお、内側隙間１６ｄからのグリース流入量が外側隙間１６ｅへのグリース排出量を大幅に上回ると、軸受内部の攪拌抵抗が徐々に増大して円筒ころ軸受１１のスムーズな回転を阻害するので、一般的には、内側隙間１６ｄおよび外側隙間１６ｅの隙間量δ_１，δ_２は、δ_１＜δ_２であることが望ましい。

次に、密封シール１６にグリースを封入する方法を説明する。まず、第１の工程として、密封シール１６の開口端１６ａにシールを貼る等して開口端１６ａを閉鎖し、分割領域１６ｂおよび連続領域１６ｃを外部から密封する。次に、第２の工程として、密封シール１６に設けられたグリース注入口１９からグリースを注入する。このグリースは連続領域１６ｃを経由して全ての分割領域１６ｂに供給されるので、この工程終了後には全ての分割領域１６ｂおよび連続領域１６ｃがグリースで満たされることになる。次に、第３の工程として、開口端１６ａの閉鎖を解いて連続領域１６ｃを満たす余分なグリースを除去する。最後に、第４の工程として、係合爪１７ａと穴１８ａと係合させて、蓋１８を取り付ける。

上記構成の密封シール１６は、連続領域１６ｃを設けたことにより、グリース注入口１９を１箇所設けるだけで、全ての分割領域１６ｂにグリースを注入することができる。これにより、グリースの注入作業が簡素化される。また、連続領域１６ｃを密封シール１６の開口端側に設けることにより、過剰に充填されたグリースを容易に除去することができるので、適正な量のグリースを封入することができる。

なお、上記の実施形態においては、グリース注入口１９を径方向外側の壁面に設けた例を示したが、これに限ることなく、例えば径方向内側の壁面に設けてもよい。また、グリース注入口１９を複数個設けてもよい。複数のグリース注入口１９から同時にグリースを注入することにより、グリース注入時間を短縮することができる。

また、上記の実施形態においては、グリース注入口１９を密封シール１６に設けた例を示したが、これに限ることなく、例えば開口端１６ａを閉鎖するシールに設けてもよい。これにより、密封シール１６本体にグリース注入口を形成する工程を省略することができる。

また、上記の実施形態においては、堰１７を密封シール１６の円周上に均等に設けた例を示したが、これに限ることなく、グリースの偏りを効果的に防止できる位置に重点的に配置してよく、また、任意の数の堰１７を設けることができる。

また、上記の実施形態においては、全ての堰１７に係合爪１７ａを設けた例を示したが、これに限ることなく、一部の堰１７に係合爪１７ａを設けてもよい。この場合、蓋１８には、係合爪１７ａを設けた堰１７に対面する位置にのみ穴１８ａを設ければよい。なお、蓋１８を確実に固定するためには、係合爪１７ａは複数箇所に均等に設けるのが望ましい。

また、上記の実施形態においては、凹部としての穴１８ａを蓋１８の端面を貫通する貫通孔とした例を示したが、これに限ることなく、蓋１８の端面を貫通しないものであってもよい。

また、上記の実施形態においては、堰１７に設けられた係合爪１７ａと蓋１８に設けられた穴１８ａとを係合させて、蓋１８を固定した例を示したが、これに限ることなく、蓋１８を固定可能な任意の構成を採用することができる。例えば、蓋１８の堰１７と対面する端面に係合爪を設けて、堰１７の開口端１６ａを向く端面に蓋１８に設けられた係合爪を受け入れる凹部を設けて、両者を係合させてもよい。

また、上記の実施形態においては、連続領域１６ｃを密封シール１６の開口端１６ａ側に設けた例を示したが、これに限ることなく、径方向外側に設けてもよいし、径方向内側に設けてもよい。さらには、上記の例を組み合わせて、複数箇所に設けることとしてもよい。

また、上記構成の密封シール１６において、シール本体と、堰１７と、蓋１８とは相互に異なる材料で形成してもよいが、熱膨張率の差に起因する内側隙間１６ｄおよび外側隙間１６ｅの隙間量の変化を防止するためには、同種材料で形成するのが望ましい。また、シール本体と堰１７とは別体として製造して組み合わせてもよい。

また、上記構成の円筒ころ軸受１１において、内輪１２を回転側軌道輪、外輪１３を非回転側軌道輪とした例を示したが、これに限ることなく、内輪１２を非回転側軌道輪、外輪１３を回転側軌道輪とした場合にも、この発明を適用することができる。

また、上記構成の円筒ころ軸受１１には、内輪１２と外輪１３とに標準品を使用することができる。これにより、製品のコストアップを抑制することが可能となる。さらに、密封式軸受とすることにより、周辺部材によるラビリンス構造を簡素化することができるので、モータの小型化および軽量化が可能になる。

また、上記の各実施形態においては、外輪の外径面および両端面に絶縁層を有する円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、内輪の内径面および両端面に絶縁層を形成することとしてもよい。内輪内径面は、外輪外径面と比較して溶射面積が小さいので、絶縁被膜を内輪内径面に溶射することによって、溶射コストを削減することが可能となる。また、絶縁層が密封シールと軌道輪との接合部に干渉しなので、密封シールの固定方法を簡素なものとすることができる。

さらに、上記の実施形態においては、円筒ころ軸受１１の例を示したが、これに限ることなく、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、４点接触玉軸受、アンギュラ玉軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、あらゆる転がり軸受に適用することができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、鉄道車両主電動機等に使用される転がり軸受に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受を示す図である。図１の密封シールの正面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける拡大断面図である。従来の標準的なころ軸受を示す図である。密封シールを内輪および外輪の端面から突出させて、軸受内部空間を大きくしたころ軸受の一例を示す図である。

符号の説明

１１，１０１，１１１円筒ころ軸受、１２，１０２，１１２内輪、１３，１０３，１１３外輪、１４，１０４，１１４円筒ころ、１５，１０５，１１５保持器、１６，１０６，１１６密封シール、１６ａ開口端、１６ｂ分割領域、１６ｃ連続領域、１６ｄ内側隙間、１６ｅ外側隙間、１７，１１８堰、１７ａ係合爪、１８蓋、１８ａ穴、１３ａ，１０３ａ，１１７絶縁被膜、１９，１１９グリース注入口。

Claims

内輪と、
外輪と、
前記内輪および前記外輪の間に配置された複数の転動体と、
前記内輪および前記外輪の両端面からコの字型の断面形状で突出する密封部材とを備え、
前記密封部材は、
内壁面から突出して、密封部材内部を円周方向に区切る複数の堰と、
開口端の一部を覆うリング形状の蓋とを有し、
前記密封部材の開口端には、径方向内側の内壁面と前記蓋との間に内側隙間と、径方向外側の内壁面と前記蓋との間に外側隙間とが設けられている、転がり軸受。
前記内側隙間の隙間量δ_１は、
０．１ｍｍ≦δ_１≦０．５ｍｍ
を満たす、請求項１に記載の転がり軸受。
前記外側隙間の隙間量をδ_２、前記開口端の径方向寸法をｔとすると、
１／３≦δ_２／ｔ≦１／２
を満たす、請求項１または２に記載の転がり軸受。
前記堰は、前記密封部材の開口端の方向を向く端面に前記蓋と係合する係合爪を有し、
前記蓋は、前記係合爪に対面する位置に前記係合爪を受け入れる凹部を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
前記内輪の内径面および端面、または前記外輪の外径面および端面には、絶縁層が設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。