JP5583486B2 - 鉄道車両の車軸用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車軸用軸受装置に関する。

図１３に、公知の鉄道車両の車軸用軸受装置を示す。同図に示す車軸用軸受装置１００は、転がり軸受１１０と、転がり軸受１１０の軸方向両側に配設され、転がり軸受１１０の内輪１１１を軸方向に挟持した前蓋１０２および後蓋１０３と、転がり軸受１１０の一端および他端にそれぞれ配設されたシール装置１２０，１２０とを備える。転がり軸受１１０は、いわゆる複列円すいころ軸受であり、鉄道車両の車軸１０１に固定された内輪１１１と、鉄道車両の軸箱（図示せず）に固定された外輪１１２と、内輪１１１と外輪１１２の軌道面間に複列配置された転動体としての円すいころ１１３と、円すいころ１１３を円周方向所定間隔で保持する保持器１１４とを備える。

車軸１０１の基端側に配設されたシール装置１２０は、外輪１１２の端部内径に固定されたシールケース１２１、およびシールケース１２１の内周に固定されたシール部材１２２からなる外輪側シール部材と、後蓋１０３とで構成される。詳しくは、図１３中の拡大図に示すように、シール部材１２２の内径端部に設けたシールリップ１２２ａ，１２２ｂを後蓋１０３の外径面に接触させることで構成した接触シールと、シールケース１２１の先端１２１ａを後蓋１０３の端面に設けた環状溝１０３ａに隙間を介して嵌合させることで構成した非接触シール（ラビリンスシール）とで内外輪１１１，１１２間の開口部がシールされる。車軸１０１の先端側に配設されたシール装置１２０も、実質的にこれと同様の構成である。これにより、転がり軸受１１０の内部空間（内輪１１１と外輪１１２との間に形成される環状空間）に充填したグリース等の潤滑剤の外部漏洩や、軸受内部空間への塵埃等の異物浸入が可及的に防止される（以上、例えば特許文献１を参照）。

特開２００３−３３６６５１号公報

上記のような接触シール構造を有するシール装置は、軸受装置の密封性を高めるうえで好適である。しかしながら、接触シールは、相手側部材（図１３に示す例では蓋部材）との摺接を伴うシール構造である関係上、軸受温度の不当上昇や軸受トルクの増大を招来し易いという問題があり、このような問題は、車軸の回転速度が高速化するにつれて顕著に現れる。近年、種々の鉄道会社において運行速度の高速化が検討されていることから、軸受温度の不当上昇や軸受トルクの増大といった問題を解消しつつも、高いシール性を確保することが求められている。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鉄道車両の車軸用軸受装置において、低トルク化および低発熱化を図りつつ、高いシール性能を確保することにある。

上記の目的を達成するために創案された本発明に係る鉄道車両の車軸用軸受装置は、鉄道車両の車軸に固定された内輪と、鉄道車両の軸箱に固定された外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面の間に配置された複列の転動体とを備えた鉄道車両の車軸用軸受装置において、内輪と外輪との間の開口部を、軸受内部側から軸受外部側に向けて順に連設した第１軸方向ラビリンス、第１径方向ラビリンスおよび第２軸方向ラビリンスを少なくとも有するラビリンスシールのみによりシールし、第２軸方向ラビリンスを、第１軸方向ラビリンスの外径側に配置すると共に、第１軸方向ラビリンスを、外輪に取り付けた外輪側シール部材と内輪に設けた軸方向に延びる延長部との間に形成し、ラビリンスシールの延びる方向とは異なる方向に延び、ラビリンスシールの一部を介して軸受外部空間と連通した分岐部を設け、この分岐部を、内輪の軸方向外側に配設された蓋部材と、内輪の端面と蓋部材の端面との間に介設された環状部を有する分岐部形成部材との間に形成したことを特徴とする。なお、本発明でいう軸受内部側および軸受外部側とは、それぞれ、ラビリンスシールの大気開口部に対して相対的に離反する側および近接する側をいう。

上記のように、本発明に係る鉄道車両の車軸用軸受装置では、内外輪間の開口部がラビリンスシール（非接触シール）のみでシールされることから、接触シールと非接触シールとを併用することで内外輪間の開口部をシールする図１３に示す従来のシール構造に比べて、低トルク化および低発熱化を達成することができる。また、ラビリンスシールは、軸受内部側から軸受外部側に向けて順に連設された第１軸方向ラビリンス、第１径方向ラビリンスおよび第２軸方向ラビリンスを少なくとも有し、第２軸方向ラビリンスは、第１軸方向ラビリンスの外径側に配置される。このような構成によれば、ラビリンスシール内に異物が浸入した場合であっても、浸入した異物は、車軸が回転するのに伴って第１径方向ラビリンス内に作用する遠心力により、軸受外部側の第２軸方向ラビリンスに押し戻される。そのため、軸受内部側に位置する第１軸方向ラビリンスには異物が到達し難く、従って軸受内部空間への異物浸入が可及的に防止される。

また、ラビリンスシールのシール性能は、ラビリンスシールを構成する各ラビリンス（隙間）の幅精度によって左右されるが、例えばラビリンスシールを構成するラビリンスの全てを、外輪に取り付けられる外輪側シール部材と、転がり軸受とは別に設けられる部材（例えば蓋部材）との間に形成した場合には、ラビリンスの幅精度を高めることが難しくなる。これに対して本発明では、第１軸方向ラビリンスが、外輪に取り付けられた外輪側シール部材と内輪に一体的に設けた延長部との間に形成されることから、少なくとも第１軸方向ラビリンスの幅精度は容易に高めることができ、しかも第１軸方向ラビリンスの軸方向寸法を十分に確保することができる。さらに、ラビリンスシールの延びる方向とは異なる方向に延び、ラビリンスシールの一部を介して軸受外部空間と連通した分岐部を設けている。このようにすれば、ラビリンスシール内に浸入した異物を分岐部で捕捉し、また、捕捉した異物をラビリンスシールを介して軸受外部空間（大気）に排出することができるので、軸受内部空間への異物浸入防止効果が高まる。従って、本発明によれば、この種の車軸用軸受装置の低トルク化および低発熱化を達成しつつ、高いシール性能を安定的に確保することができる。

上記構成において、ラビリンスシールは、第２軸方向ラビリンスの軸受外部側の端部から外径側に延びた第２径方向ラビリンスをさらに有するものとすることができる。このような構成によれば、車軸回転時には、車軸の回転に伴って第２径方向ラビリンスに作用する遠心力によってラビリンスシールへの異物浸入が効果的に防止される。また、ラビリンスシール（第２径方向ラビリンス）に異物が浸入しても、上記遠心力により異物が軸受外部側に押し戻される。従って、更なるシール性能の向上を図ることができる。

上記構成において、第１軸方向ラビリンスを形成する対向二面の少なくとも一方に、第１軸方向ラビリンスの隙間幅を部分的に縮小させる環状突起を設けても良い。これに加え、若しくはこれに替えて、第２軸方向ラビリンスを形成する対向二面の少なくとも一方に、第２軸方向ラビリンスの隙間幅を部分的に縮小させる環状突起を設けても良い。このようにすれば、ラビリンスシールのシール性能が一層高まり、軸受内部空間への異物浸入が一層効果的に防止される。

上記の分岐部は、例えば、その外径端部がラビリンスシールに開口した環状空間で構成することができる。

本発明に係る車軸用軸受装置は、内輪の軸方向端部側に配設された蓋部材と、この蓋部材との間に上記の分岐部を形成する分岐部形成部材とをさらに備えるものとすることができる。分岐部形成部材は、内輪の端面と蓋部材の端面との間に介設された環状部と、環状部の外径端部から蓋部材の外径面に沿って軸方向に延びる筒状部とを有するものとすることができる。そして、蓋部材の外径面と分岐部形成部材の筒状部の内径面との間に、弾性材料からなる弾性部を圧縮状態で介在させることにより、蓋部材を車軸に締結することができる。このようにすれば、上記の機能を奏する分岐部を容易に形成しつつ、車軸に対する蓋部材の固定力を増すことができる。弾性部は、分岐部形成部材および蓋部材とは別体に設けても良いし、分岐部形成部材又は蓋部材と一体的に設けても良い。

分岐部形成部材は車軸に嵌合固定しても良いし、分岐部形成部材に、環状部の内径端部から軸方向に延びる小径筒状部を設け、この小径筒状部を内輪の内径面に嵌合するようにしても良い。

ラビリンスシールに、第１軸方向ラビリンスの軸受内部側の端部から外径側に延びた第３径方向ラビリンスをさらに設ければ、転がり軸受の内部空間に充填される潤滑剤の外部漏洩防止効果が高められる。第３径方向ラビリンスは、外輪側シール部材と内輪との間に形成することができ、このようにすれば、第３径方向ラビリンスの幅精度を容易に高めることができるので、高いシール性能を確保することができる。

また、ラビリンスシールは、第３径方向ラビリンスの外径端部から軸方向に延びた第３軸方向ラビリンスと、第３軸方向ラビリンスの軸受内部側の端部から外径側に延びた第４径方向ラビリンスとをさらに有するものとすることもでき、このようにすれば、軸受内部空間に充填された潤滑剤の外部漏洩防止効果が一層高められる。第３軸方向ラビリンスおよび第４径方向ラビリンスを、外輪側シール部材と内輪に取り付けた第１内輪側シール部材との間に形成すれば、これら第３軸方向ラビリンスおよび第４径方向ラビリンスの幅精度を容易に高めることができる。

以上の構成において、第１軸方向ラビリンス、第１径方向ラビリンスおよび第２軸方向ラビリンスを、外輪側シール部材と内輪の延長部に取り付けた第２内輪側シール部材との間に形成するようにすれば、これらのラビリンスの幅精度を容易に高めることができ、望ましい。また、この第２内輪側シール部材で、分岐部形成部材の外径面を拘束することもできる。

車軸用軸受装置が蓋部材を備えるものである場合、ラビリンスシールは、外輪側シール部材と蓋部材との間に形成され、第２径方向ラビリンスの外径端部から軸方向に延びた第４軸方向ラビリンスと、該第４軸方向ラビリンスの軸受外部側の端部から外径側に延びた第５径方向ラビリンスとをさらに有するものとすることができる。

以上に示すように、本発明によれば、鉄道車両の車軸用軸受装置において、低トルク化および低発熱化を図りつつ、高いシール性能を確保することができる。これにより、鉄道車両の運行速度の高速化にも貢献し得る軸受構造とすることができる。

本発明の第１実施形態に係る車軸用軸受装置の含軸断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る車軸用軸受装置の要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る車軸用軸受装置の要部拡大断面図である。 図４に示す車軸用軸受装置の変形例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る車軸用軸受装置の要部拡大断面図である。 （ａ）図は本発明の第５実施形態に係る車軸用軸受装置の要部拡大断面図、（ｂ）図は（ａ）図に示す車軸用軸受装置の変形例を示す図である。 図７（ａ）（ｂ）に示す車軸用軸受装置の変形例を示す図である。 （ａ）（ｂ）図共に、本発明の実施形態に係る車軸用軸受装置の変形例を示す要部拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）図は、何れも、本発明の実施形態に係る車軸用軸受装置の変形例を示す要部拡大図である。 本発明に係る車軸用軸受装置の変形例を示す要部拡大図である。 本発明に係る車軸用軸受装置の変形例を示す要部拡大図である。 従来の車軸用軸受装置の全体構造を示す含軸断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１２に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る車軸用軸受装置１の全体構造を示す含軸断面図である。同図に示す車軸用軸受装置１は、鉄道車両の車軸２を回転自在に支持するものであって、車軸２の外周に取り付けられた転がり軸受３と、一対のシール装置１０，１０と、転がり軸受３の軸方向両側に配設された蓋部材（前蓋８および後蓋９）とを主要な構成として備える。

転がり軸受３は、いわゆる複列円すいころ軸受であり、複列の内側軌道面４ａ，４ａを有し、車軸２の外周に固定された内輪４と、複列の外側軌道面５ａ，５ａを有し、鉄道車両の軸箱（図示せず）に固定された外輪５と、内外輪４，５の軌道面４ａ，５ａ間に配置された転動体としての円すいころ６と、円すいころ６の各列を円周方向所定間隔で保持する一対の保持器７，７とを備える。図示例では、一対の分割内輪を軸方向に突き合わせることで内輪４を構成しているが、内輪４として、一対の分割内輪の間に間座（スペーサ）を介在させたものや、単一部材で構成されたものを用いることもできる。

前蓋８は、車軸２の先端面２ａに締結したボルト部材Ｂにより車軸２に固定され、後蓋９は、車軸２に設けた肩面２ｂと軸方向で係合するようにして車軸２に固定されている。内輪４と前蓋８との間、および内輪４と後蓋９との間には、分岐部形成部材として機能する中間部材３０，３０がそれぞれ配設されている。車軸２の先端側（図１中左側）に配設された中間部材３０は、内輪４および前蓋８の端面に対して隙間無く密着し、また、車軸２の基端側（図１中右側）に配設された中間部材３０は、内輪４および後蓋９の端面に対して隙間無く密着している。以上の構成から、車軸２に対する転がり軸受３（内輪４）の軸方向相対位置が決定付けられ、また、車軸２に対する転がり軸受３の軸方向相対移動が規制される。なお、中間部材３０の構成や機能については後に詳述する。

図２に、車軸２の基端側に配設されたシール装置１０の近傍を拡大して示す。シール装置１０は、外輪５に取り付けられた外輪側シール部材１１と、車軸２に取り付けられた内輪４、後蓋９および中間部材３０とで主要部が構成され、これらの部材の協働で形成したラビリンスシールＬｓにより転がり軸受３の一端開口部をシールする。これにより、軸受内部空間（内輪４と外輪５との間に形成される環状空間）に充填されたグリース等の潤滑剤の外部漏洩や、軸受内部空間への異物浸入が可及的に防止される。ラビリンスシールＬｓは、軸受内部側（ラビリンスシールＬｓの大気開口部から離反した側）から軸受外部側（ラビリンスシールＬｓの大気開口部に近接した側）に向けて順に連設された第１軸方向ラビリンスＬａ１、第１径方向ラビリンスＬｂ１および第２軸方向ラビリンスＬａ２を有する。なお、図１および図２を含めて本発明の実施形態を示す図面においては、理解の容易化のため、ラビリンスシールＬｓを構成する各ラビリンスの隙間幅を誇張して描いている。また、車軸２の先端側に配設されたシール装置１０は、車軸２の基端側に配設されたシール装置１０と実質的に同一の構成を具備することから、詳細な説明を省略する。

外輪側シール部材１１は、大径部１２ａ、中径部１２ｂおよび小径部１２ｃを一体に有する段付き円筒状をなし、大径部１２ａが外輪５の端部内径に固定された第１外輪側シール部材１２と、第１外輪側シール部材１２の内周に固定された第２外輪側シール部材１３とで構成される。第２外輪側シール部材１３は、第１外輪側シール部材１２の中径部１２ｂ内周に固定された大径部１３ａ、大径部１３ａの反転がり軸受側の端部から内径側に延びた第１環状部１３ｂ、第１環状部１３ｂの内径端部から軸方向に延びた小径部１３ｃ、および小径部１３ｃの転がり軸受側の端部から外径側に延びた第２環状部１３ｄを一体に有する。第１および第２外輪側シール部材１２，１３は、例えば金属材料のプレス成形品とされる。

なお、第１外輪側シール部材１２の中径部１２ｂは、転がり軸受３から離反する側に向かって徐々に拡径している。係る態様で形成された中径部１２ｂは、外輪側シール部材１１を外輪５から取り外す際に使用する治具の引掛け部として活用することができる。そのため、外輪５からの外輪側シール部材１１の取り外しが容易化される。後述するその他の実施形態においても同様である。

内輪４は、外輪５の端面よりも車軸２の基端側に延びた延長部４ｂを一体に有する。これにより、外輪５に取り付けた外輪側シール部材１１と内輪４との間に形成される環状空間の容積が拡大し、潤滑剤の保持能力が向上する。

分岐部形成部材としての中間部材３０は、互いに対向する内輪４（延長部４ｂ）の端面と後蓋９の端面との間に介在する環状部３０ａと、環状部３０ａの外径端部から後蓋９の外径面に沿って軸方向に延びた筒状部３０ｂとを一体に有する断面逆Ｌ字状をなし、例えば黄銅、銅合金、ステンレス鋼等の金属材料で形成される。互いに対向する中間部材３０の筒状部３０ｂの内径面と後蓋９の外径面との間には、樹脂材料やゴム材料等の弾性材料からなる弾性部３１が圧縮状態で介在しており、これにより、車軸２に対する後蓋９の取付け強度が増す。弾性部３１は、中間部材３０や後蓋９とは別部材としても良いし、中間部材３０をインサート部品として型成形しても良い。

そして、第２外輪側シール部材１３の小径部１３ｃが、内輪４の延長部４ｂの外径面に近接配置されることにより第１軸方向ラビリンスＬａ１が形成される。また、第２外輪側シール部材１３の第１環状部１３ｂが中間部材３０の環状部３０ａに近接配置されることにより、内径端部が第１軸方向ラビリンスＬａ１の軸受外部側の端部に繋がった第１径方向ラビリンスＬｂ１が形成される。また、第１外輪側シール部材１２の小径部１２ｃが中間部材３０の環状部３０ｂの外径面に近接配置されることにより、第１径方向ラビリンスＬｂ１の外径端部から軸方向に延びた第２軸方向ラビリンスＬａ２が形成される。

以上に示すように、本発明に係る車軸用軸受装置１では、内外輪４，５間の開口部が非接触シールであるラビリンスシールＬｓでシールされることから、接触シールと非接触シールを併用することで内外輪間の開口部をシールする図１３に示す従来のシール構造に比べて、転がり軸受３、ひいては車軸用軸受装置１の低トルク化および低発熱化を図ることができる。また、ラビリンスシールＬｓは、軸受内部側から軸受外部側に向けて順に連設された第１軸方向ラビリンスＬａ１、第１径方向ラビリンスＬｂ１および第２軸方向ラビリンスＬａ２を有し、第２軸方向ラビリンスＬａ２は、第１軸方向ラビリンスＬａ１の外径側に配置される。そのため、ラビリンスシールＬｓに異物が浸入した場合であっても、浸入した異物は、車軸２が回転するのに伴って第１径方向ラビリンスＬｂ１に作用する遠心力により、軸受外部側の第２軸方向ラビリンスＬａ２に押し戻される。従って、軸受内部側に位置する第１軸方向ラビリンスＬａ１には異物が到達し難く、軸受内部空間への異物浸入が可及的に防止される。

ラビリンスシールＬｓのシール性能は、ラビリンスシールＬｓを構成する各ラビリンスの幅精度によって左右されるが、例えばラビリンスシールＬｓを構成する全てのラビリンスを、外輪５に取り付けられる外輪側シール部材１１と、転がり軸受３とは別に設けられる部材（ここでは後蓋９や中間部材３０）との間に形成した場合には、各ラビリンスの幅精度を高めることが、ひいては所期のシール性能を確保することが難しくなる。これに対して本発明では、第１軸方向ラビリンスＬａ１が、外輪側シール部材１１と内輪４に一体的に設けた延長部４ｂとの間に形成されることから、少なくとも第１軸方向ラビリンスＬａ１の幅精度は容易に高めることができ、しかも第１軸方向ラビリンスＬａ１の軸方向寸法を十分に確保することができる。従って、この種の車軸用軸受装置１の低トルク化および低発熱化を達成しつつ、高いシール性能を安定的に確保することができる。

本実施形態のラビリンスシールＬｓは、第２軸方向ラビリンスＬａ２の軸受外部側の端部から外径側に延びた第２径方向ラビリンスＬｂ２をさらに有する。第２径方向ラビリンスＬｂ２は、第１外輪側シール部材１２の小径部１２ｃを蓋部材８の端面に近接配置することで形成される。係る構成の第２径方向ラビリンスＬｂ２を設けておけば、車軸２の回転時には、車軸２の回転に伴って第２径方向ラビリンスＬｂ２内に作用する遠心力によってラビリンスシールＬｓへの異物浸入が効果的に防止される。また、ラビリンスシールＬｓ（第２径方向ラビリンスＬｂ２）に異物が浸入しても、上記の遠心力により異物が軸受外部に円滑に排出される。

ラビリンスシールＬｓは、第１軸方向ラビリンスＬａ１の軸受内部側の端部から外径側に延びた第３径方向ラビリンスＬｂ３をさらに有する。第３径方向ラビリンスＬｂ３は、第２外輪側シール部材１３の第２環状部１３ｄを内輪４の肩面４ｃに近接配置することで形成される。このようにすれば、転がり軸受３の内部空間に充填された潤滑剤の外部漏洩防止効果が高められる。この第３径方向ラビリンスＬｂ３は、外輪側シール部材１１（第２外輪側シール部材１３）と内輪４との間に形成されるから、その幅精度を容易に高めて高いシール性能を確保することができる。

加えて、ラビリンスシールＬｓの延びる方向とは異なる方向に延び、ラビリンスシールＬｓの一部（ここでは第２径方向ラビリンスＬｂ２）を介して軸受外部空間（大気）と連通した分岐部３２が設けられる。本実施形態の分岐部３２は、第２径方向ラビリンスＬｂ２の内径端部から内径側に延びるようにして外径端部がラビリンスシールＬｓに開口した環状空間で構成され、この環状空間は、中間部材３０の端面（筒状部３０ｂおよび弾性部３１の端面）とこれに対向する後蓋９の端面とを近接配置することで形成されている。

このような分岐部３２を設けておけば、ラビリンスシールＬｓ内に異物が浸入したとしても、この異物の少なくとも一部を分岐部３２で捕捉することができるので、軸受内部空間に異物が浸入する可能性を減じるうえで有効となる。特に、本実施形態のように、分岐部３２を、第２径方向ラビリンスＬｂ２の内径端部から内径側に延びた環状空間で構成すれば、分岐部３２にて捕捉された異物が、車軸２の回転に伴って作用する遠心力により、さらにはその自重により、第２径方向ラビリンスＬｂ２を介して軸受外部に円滑に排出される。

以上、本発明の一実施形態に係る車軸用軸受装置１について説明を行ったが、上述した車軸用軸受装置１には種々の変更を施すことが可能である。以下、本発明の他の実施形態について説明を行うが、上記の実施形態と共通する部材・部位には共通の参照番号を付し、重複説明を省略する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る車軸用軸受装置１の要部拡大断面図である。同図に示す車軸用軸受装置１が図２に示したものと異なる主な点は、ラビリンスシールＬｓが、第３径方向ラビリンスＬｂ３の外径端部から軸方向に延びた第３軸方向ラビリンスＬａ３と、第３軸方向ラビリンスＬａ３の軸受内部側の端部から外径側に延びた第４径方向ラビリンスＬｂ４とをさらに有する点にある。このようにすれば、軸受内部空間に充填された潤滑剤の外部漏洩防止効果が一層高められる。第３軸方向ラビリンスＬａ３および第４径方向ラビリンスＬｂ４は、内輪４の外径面に取り付けた内輪側シール部材（第１内輪側シール部材１４）と外輪側シール部材１１（第２外輪側シール部材１３）との間に形成される。そのため、両ラビリンスＬａ３，Ｌｂ４の幅精度を容易に高めることができ、高いシール性能が確保される。

図４は、本発明の第３実施形態に係る車軸用軸受装置１の要部拡大断面図である。同図に示す車軸用軸受装置１では、上述した第１内輪側シール部材１４に加え、第２内輪側シール部材１５を内輪４の延長部４ｂ外径面に取付け固定し、この第２内輪側シール部材１５と外輪側シール部材１１との間に第１軸方向ラビリンスＬａ１、第１径方向ラビリンスＬｂ１および第２軸方向ラビリンスＬａ２を形成している。このようにすれば、各ラビリンスＬａ１，Ｌｂ１，Ｌａ２の幅精度を容易に高めることができるので、シール性能が一層向上する。また、第２内輪側シール部材１５の反内輪側の端部を中間部材３０の筒状部３０ｂ外径に嵌合し、中間部材３０の外径面を拘束している。これにより、中間部材３０、ひいては後蓋９の車軸２に対する固定力が増す。従って、軸受性能の安定化が図られる。

第１内輪側シール部材１４は、図５に示すように、分離可能に設けられた保持部１４ａおよびシール部１４ｂで構成することも可能である。保持部１４ａは内輪４の外径面に固定され、シール部１４ｂは保持部１４ａの内径に固定されて外輪側シール部材１１の第２外輪側シール部材１３との間にラビリンスＬｂ３，Ｌａ３，Ｌｂ４を形成している。この場合、シール部１４ｂと第２内輪側シール部材１５との間には、第３および第４径方向ラビリンスＬｂ３，Ｌｂ４の隙間幅よりも幅狭の軸方向隙間ｘ１を設けておくのが望ましい。仮に保持部１４ａとシール部１４ｂとが分離したとしても、径方向ラビリンスＬｂ３，Ｌｂ４の隙間幅を確保することができるからである。

なお、図４に示す車軸用軸受装置１は、図２に示した車軸用軸受装置１の内輪４に、第１および第２内輪側シール部材１４，１５を取り付けた構成に相当するものであるが、第１内輪側シール部材１４を省略し、第２内輪側シール部材１５のみを内輪４に取り付けた構成を採用することも可能である（図示省略）。

図６は、本発明の第４実施形態に係る車軸用軸受装置１の要部拡大断面図であって、図４に示す車軸用軸受装置１の変形例である。この実施形態では、後蓋９に、第１外輪側シール部材１２の小径部１２ｃ外径に位置する筒状部を設け、この筒状部に対して第１外輪側シール部材１２（小径部１２ｃ、および、中径部１２ｂと小径部１２ｃとを繋ぐ環状部分）を近接配置することにより、第２径方向ラビリンスＬｂ２の外径端部から軸方向に延びた第４軸方向ラビリンスＬａ４と、この第４軸方向ラビリンスＬａ４の軸受外部側の端部から外径側に延びた第５径方向ラビリンスＬｂ５とを形成している。このような構成によれば、より一層のシール性能向上が図られる。なお、当該実施形態にて付加した構成を、図２および図３に示す車軸用軸受装置１に付加することも可能である。

図７（ａ）は、本発明の第５実施形態に係る車軸用軸受装置１の要部拡大断面図である。同図に示す車軸用軸受装置１は、第１外輪側シール部材１２の小径部１２ｃを後蓋９の外径面に近接配置することにより、小径部１２ｃと後蓋９の対向二面間に第２軸方向ラビリンスＬａ２を形成した点において、図２に示す車軸用軸受装置１と構成を異にしている。また、これに伴い、分岐部３２は、軸方向に延びる部分と、径方向に延びる部分とを具備した断面逆Ｌ字状に形成される。

この場合、図７（ｂ）に示すように、後蓋９を、第１外輪側シール部材１２の小径部１２ｃとの間に、第２軸方向ラビリンスＬａ２の軸受外部側の端部から外径側に延びた第２径方向ラビリンスＬｂ２を形成し得るような形状とすることも可能である。

また、特に図７（ａ）（ｂ）に示す車軸用軸受装置１においては、図８に示すように、ラビリンスシールＬｓを構成する第１径方向ラビリンスＬｂ１を屈曲した形態に形成しても良い。詳しくは、第２外輪側シール部材１３の第１環状部１３ｂの内径部を転がり軸受３側に屈曲させ、第１環状部１３ｂの外径部（後蓋９の端面と対向する部分）と第２内輪側シール部材１５の径方向に延びる部分とを軸方向でオーバーラップさせる。すなわち、図８中の符号ｘ３で示される寸法が、ｘ３＞０の関係式を満たすように、各部材の形状等を変更する。このようにすれば、図７（ａ）（ｂ）に示す構成に比べ、第１径方向ラビリンスＬｂ１に浸入してきた異物が分岐部３２の側に向かい易くなる。従って、軸受内部空間への異物浸入防止効果が図７（ａ）（ｂ）に示す構成に比べて高まる。

以上で説明した何れの実施形態に係る車軸用軸受装置１においても、軸受外部からの異物浸入防止効果を一層高めるべく、ラビリンスシールＬｓの第１軸方向ラビリンスＬａ１を形成する対向二面の少なくとも一方に、第１軸方向ラビリンスＬａ１の隙間幅を部分的に縮小させる環状突起４０を一又は複数設けても良い［図９（ａ）（ｂ）参照］。図９（ａ）は、図２等に示す実施形態において内輪４の延長部４ｂ外径面に一の環状突起４０を設けた場合を示すものであり、図９（ｂ）は、図４等に示す実施形態において第２内輪側シール部材１５の外径面に一の環状突起４０を設けた場合を示すものである。

なお、上記の環状突起４０は、その一部が、第１径方向ラビリンスＬｂ１にはみ出るように設けるのが望ましい。すなわち、同図中の符号ｘ４で示される寸法が、ｘ４＞０の関係式を満たすように、環状突起４０を設けるのが望ましい。車軸２の回転に伴って作用する遠心力による異物排出効果を高め得るからである。

また、以上で説明した何れの実施形態に係る車軸用軸受装置１においても、軸受外部からの異物浸入防止効果を一層高めるべく、ラビリンスシールＬｓの第２軸方向ラビリンスＬａ２を形成する対向二面の少なくとも一方に、第２軸方向ラビリンスＬａ２の隙間幅を部分的に縮小させる環状突起４１を一又は複数設けても良い［図１０（ａ）〜（ｃ）参照］。なお、図１０（ａ）は、図２等に示す実施形態において中間部材３０の筒状部３０ｂ外径面に一の環状突起４１を設けた場合を示すものであり、図１０（ｂ）は、図４等に示す実施形態において、内輪４に取り付けた第２内輪側シール部材１５の外径面に一の環状突起４１を設けた場合を示すものである。また、図１０（ｃ）は、図７および図８に示す実施形態において、後蓋９の外径面に二つの環状突起４１を設けた場合を示すものである。

また、以上で説明した何れの実施形態に係る車軸用軸受装置１においても、図１１に示すように、外輪５の内径面と第１外輪側シール部材１２の外径面との間に、ゴムや樹脂で形成された弾性シール４２を介在させても良い。これにより、外輪５と第１外輪側シール部材１２との間の密封性を高め、両者間に形成される隙間を介しての異物浸入や潤滑剤漏れを防止することができる。

以上で説明した実施形態においては、内輪４の延長部４ｂと後蓋９との間に介在する分岐部形成部材としての中間部材３０を車軸２の外径面に固定しているが、図１２に示すように、中間部材３０に、環状部３０ａの内径端部から軸方向に延びる小径部３０ｃを一体に設け、この小径部３０ｃを内輪４の延長部４ｂ内径面に嵌合するようにしても良い。このようにすれば、当該車軸用軸受装置１の組み立ておよび分解を容易に行うことができる。

また、以上で説明した何れの実施形態に係る車軸用軸受装置１においても、転がり軸受３の端部と外輪側シール部材１１との間に形成される環状空間の容積は、軸受内部空間に充填された潤滑剤総量（潤滑剤の総体積）の少なくとも１／２以上とするのが望ましい。転がり軸受３の潤滑性能を十分に確保しつつ、潤滑剤の外部漏洩を可及的に防止するためである。

以上では、転がり軸受３として複列円すいころ軸受を用いた車軸用軸受装置１に本発明を適用した場合について説明を行ったが、転がり軸受３としてその他の軸受、例えば複列円筒ころ軸受を用いた車軸用軸受装置１に、上記した本発明を適用することももちろん可能である。

１ 車軸用軸受装置
２ 車軸
３ 転がり軸受
４ 内輪
４ｂ 延長部
５ 外輪
６ 円すいころ（転動体）
８ 前蓋
９ 後蓋
１０ シール装置
１１ 外輪側シール部材
１２ 第１外輪側シール部材
１３ 第２外輪側シール部材
１４ 第１内輪側シール部材
１５ 第２内輪側シール部材
３０ 中間部材（分岐部形成部材）
３１ 弾性部
３２ 分岐部
４０、４１ 環状突起
Ｌｓ ラビリンスシール
Ｌａ１ 第１軸方向ラビリンス
Ｌａ２ 第２軸方向ラビリンス
Ｌａ３ 第３軸方向ラビリンス
Ｌａ４ 第４軸方向ラビリンス
Ｌｂ１ 第１径方向ラビリンス
Ｌｂ２ 第２径方向ラビリンス
Ｌｂ３ 第３径方向ラビリンス
Ｌｂ４ 第４径方向ラビリンス
Ｌｂ５ 第５径方向ラビリンス

Claims (12)

1. 鉄道車両の車軸に固定された内輪と、鉄道車両の軸箱に固定された外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面の間に配置された複列の転動体とを備えた鉄道車両の車軸用軸受装置において、
   内輪と外輪との間の開口部を、軸受内部側から軸受外部側に向けて順に連設した第１軸方向ラビリンス、第１径方向ラビリンスおよび第２軸方向ラビリンスを少なくとも有するラビリンスシールのみによりシールし、
   第２軸方向ラビリンスを、第１軸方向ラビリンスの外径側に配置すると共に、第１軸方向ラビリンスを、外輪に取り付けた外輪側シール部材と内輪に設けた軸方向に延びる延長部との間に形成し、
   ラビリンスシールの延びる方向とは異なる方向に延び、ラビリンスシールの一部を介して軸受外部空間と連通した分岐部を設け、この分岐部を、内輪の軸方向外側に配設された蓋部材と、内輪の端面と蓋部材の端面との間に介設された環状部を有する分岐部形成部材との間に形成したことを特徴とする鉄道車両の車軸用軸受装置。
2. ラビリンスシールは、第２軸方向ラビリンスの軸受外部側の端部から外径側に延びた第２径方向ラビリンスをさらに有する請求項１に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
3. 第１軸方向ラビリンスを形成する対向二面の少なくとも一方に、第１軸方向ラビリンスの隙間幅を部分的に縮小させる環状突起を設けた請求項１又は２に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
4. 第２軸方向ラビリンスを形成する対向二面の少なくとも一方に、第２軸方向ラビリンスの隙間幅を部分的に縮小させる環状突起を設けた請求項１〜３の何れか一項に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
5. 分岐部を、その外径端部がラビリンスシールに開口した環状空間で構成した請求項１〜４の何れか一項に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
6. 分岐部形成部材が、さらに、環状部の外径端部から蓋部材の外径面に沿って軸方向に延びる筒状部を有し、
   蓋部材の外径面と前記筒状部の内径面との間に、弾性材料からなる弾性部を圧縮状態で介在させることにより、蓋部材を車軸に締結した請求項１〜５の何れか一項に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
7. 分岐部形成部材に、前記環状部の内径端部から軸方向に延びる小径筒状部を設け、この小径筒状部を内輪の内径面に嵌合させた請求項１〜６の何れか一項に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
8. ラビリンスシールは、第１軸方向ラビリンスの軸受内部側の端部から外径側に延びた第３径方向ラビリンスをさらに有し、この第３径方向ラビリンスを、前記外輪側シール部材と内輪との間に形成した請求項２〜７の何れか一項に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
9. ラビリンスシールは、第３径方向ラビリンスの外径端部から軸方向に延びた第３軸方向ラビリンスと、該第３軸方向ラビリンスの軸受内部側の端部から外径側に延びた第４径方向ラビリンスとをさらに有し、
   第３軸方向ラビリンスおよび第４径方向ラビリンスを、前記外輪側シール部材と内輪に取り付けた第１内輪側シール部材との間に形成した請求項８に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
10. 第１軸方向ラビリンス、第１径方向ラビリンスおよび第２軸方向ラビリンスを、前記外輪側シール部材と内輪の延長部に取り付けた第２内輪側シール部材との間に形成した請求項１〜９の何れか一項に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
11. 第２内輪側シール部材で分岐部形成部材の外径面を拘束した請求項１０に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。
12. ラビリンスシールは、前記外輪側シール部材と蓋部材との間に形成され、第２径方向ラビリンスの外径端部から軸方向に延びた第４軸方向ラビリンスと、第４軸方向ラビリンスの軸受外部側の端部から外径側に延びた第５径方向ラビリンスとをさらに有する請求項９〜１１の何れか一項に記載の鉄道車両の車軸用軸受装置。

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