JP6552110B2 - 軸受の摩耗防止構造 - Google Patents

Description

この発明は、軸受とこの軸受と接触する接触部材とが不均一に接触するときに、これらの接触面に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造に関する。

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、この接触面の外方に環状溝を形成している（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摩耗によって発生するフレッチング摩耗粉を環状溝に閉じ込めている。

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ユニット（以下、従来技術３という）は、軸受の内輪と後蓋とが均一に接触するように後蓋側の接触面の形状を変更している（例えば、特許文献３参照）。この従来技術３では、軸受の内輪と後蓋との接触部が平坦面にならないように後蓋側の接触部を凸状の曲面に形成し、軸受の内輪と後蓋との接触部における接触面圧の偏りを解消している。

特開2001-254735号公報

特開2004-332905号公報

特開2011-112122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の外方に環状溝を形成している。このため、従来技術１では、軸受のつば部端面と後蓋との接触面の接触面圧が低い位置に環状溝を形成したときには、この接触面の接触面圧の高い位置から発生するフレッチング摩耗粉をこの環状溝に閉じ込めることができず、フレッチング摩耗の発生自体を防ぐこともできない問題点がある。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。このため、従来技術２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、これらの従来技術１，２では、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ことを目的としており、フレッチング摩耗そのものを防止することができない問題点がある。従来技術３では、後蓋側の接触部を多項式や指数関数などの断面曲線に形成する必要があり、断面曲線の設計や後蓋の加工に手間がかかる問題点がある。

この発明の課題は、簡単な加工によって軸受と接触部材とを略均一に接触させ軸受の摩耗を防止することができる軸受の摩耗防止構造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２〜図９及び図１１に示すように、軸受（３）とこの軸受と接触する接触部材（９）とが不均一に接触するときに、これらの接触面（３ｇ，９ａ）に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造であって、 前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面（３ｇ）と前記接触部材側の接触面（９ａ）とが略均一に接触するように、この接触部材を撓ませる可撓部（１３）を備え、前記可撓部は、前記接触部材の薄肉部であることを特徴とする軸受の摩耗防止構造（１２）である。

請求項２の発明は、図２〜図６及び図１１に示すように、軸受（３）とこの軸受と接触する接触部材（９）とが不均一に接触するときに、これらの接触面（３ｇ，９ａ）に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造であって、前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面（３ｇ）と前記接触部材側の接触面（９ａ）とが略均一に接触するように、この接触部材を撓ませる可撓部（１３）を備え、前記可撓部は、前記接触部材の長さ方向に所定の間隔をあけて、この接触部材の外周面（９ｃ）及び／又は内周面（９ｂ）の円周方向に形成された複数本の溝部（１４ａ）を備えることを特徴とする軸受の摩耗防止構造（１２）である。

請求項３の発明は、図７〜図９に示すように、 軸受（３）とこの軸受と接触する接触部材（９）とが不均一に接触するときに、これらの接触面（３ｇ，９ａ）に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造であって、前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面（３ｇ）と前記接触部材側の接触面（９ａ）とが略均一に接触するように、この接触部材を撓ませる可撓部（１３）を備え、前記可撓部は、前記接触部材の外周面（９ｃ）及び／又は内周面（９ｂ）の円周方向に形成された一本の溝部（１４ｂ）を備えることを特徴とする軸受の摩耗防止構造（１２）である。

請求項４の発明は、図１１に示すように、軸受（３）とこの軸受と接触する接触部材（９）とが不均一に接触するときに、これらの接触面（３ｇ，９ａ）に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造であって、前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面（３ｇ）と前記接触部材側の接触面（９ａ）とが略均一に接触するように、この接触部材を撓ませる可撓部（１３）を備え、前記可撓部は、前記接触部材の長さ方向に所定の間隔をあけて、この接触部材の外周面（９ｃ）の円周方向に形成された複数本の溝部（１４ｂ）を備え、前記可撓部の複数本の溝部は、回転体である前記接触部材と所定の間隔をあけて固定される固定体（１５）の複数本の溝部（１５ａ）と隙間をあけて対向し、前記可撓部の複数本の溝部と前記固定体の複数本の溝部は、この可撓部の複数本の溝部とこの固定体の複数本の溝部との間の隙間を密封するラビリンスシール部（１６）を構成することを特徴とする軸受の摩耗防止構造（１２）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、図２〜図９及び図１１に示すように、前記可撓部は、前記軸受の内輪と接触する後蓋（９）又は油切り（８）に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。

この発明によると、簡単な加工によって軸受と接触部材とを略均一に接触させ軸受の摩耗を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。 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一部を省略して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２実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋の一部を省略して示す縦断面図であり、（Ａ）は後蓋の内周面に可撓部を備える場合の縦断面図であり、（Ｂ）は後蓋の外周面及び内周面に可撓部を備える場合の縦断面図である。 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の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のVII-VIIB線で切断した状態を示す断面図である。 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の一部を省略して示す縦断面図である。 この発明の第４実施形態に係る軸受の摩耗防止構造を備える後蓋の一部を省略して示す縦断面図であり、（Ａ）は後蓋の内周面に可撓部を備える場合の縦断面図であり、（Ｂ）は後蓋の外周面及び内周面に可撓部を備える場合の縦断面図である。 この発明の第５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５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のラビリンスシール部の一部を省略して示す縦断面図である。 この発明の実施例１に係る後蓋の有限要素解析による結果を示すコンター図である。 この発明の実施例２に係る後蓋の有限要素解析による結果を示すコンター図である。 従来例に係る後蓋の有限要素解析による結果を示すコンター図である。 この発明の実施例及び比較例に係る後蓋の接触面の圧力分布を示すグラフである。

（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、ちりよけ座１ｂと、輪座１ｃと、中径部１ｄと、溝部１ｅ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。ちりよけ座１ｂは、後蓋９が装着される部分である。ちりよけ座１ｂは、車軸１の反軸端側（車軸１の端部とは反対側(図１に示す輪座１ｃ側)）に形成されており、ちりよけ座１ｂの外周面に後蓋９の内周面が圧入され嵌め込まれている。輪座１ｃは、車輪が装着される部分である。輪座１ｃは、車輪のボス穴の内周面が圧入され嵌め込まれており車軸１の所定の位置に車輪を固定する。中径部１ｄは、ジャーナル部１ａと輪座１ｃとの間に形成された段部である。溝部１ｅは、車軸１の中心軸Ｏと平行にこの車軸１の端部に所定の深さ及び長さで形成された凹部である。

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、軸端ナット４と、小蓋５と、緩み止めボルト６と、密封構造７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１を回転自在に支持する部材である。図１に示す軸受３は、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、外輪３ｃと内輪３ｄとの間で転がる転動体３ａと、この転動体３ａを等間隔に保持する保持器３ｂと、軸箱側に固定される外輪３ｃと、車軸１と一体となって回転する内輪３ｄと、この内輪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つば３ｅと、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間座３ｆと、後蓋９側の接触面９ａと接触する平坦な接触面（端面）３ｇなどを備えている。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。

軸端ナット４は、後蓋９との間に油切り８及び軸受３を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。軸端ナット４は、外観が円環状の部材であり、車軸１の端部に形成された雄ねじ部と噛み合う雌ねじ部が内周面に形成されており、この車軸１の端部に着脱自在に装着されている。軸端ナット４は、車軸１の雄ねじ部に締め付けることによって、軸受３、油切り８及び後蓋９に与圧を作用させる。軸端ナット４は、車軸１の長さ方向に押圧力（加圧力）を作用させることによって、軸受３の内輪３ｄの接触面３ｇと後蓋９の接触面９ａとを密着させるとともに、軸受３の内輪３ｄの接触面３ｇと油切り８の接触面８ａとを密着させる。

小蓋５は、車軸１と嵌合する部材である。小蓋５は、外観が円環状の金属製の部材である。小蓋５は、内周部から突出して車軸１の溝部１ｅと嵌合する突起部５ａを備えている。小蓋５は、車軸１の溝部１ｅに突起部５ａを嵌合させることによって車軸１と一体となって回転する。

緩み止めボルト６は、軸端ナット４の緩みを防止する部材である。緩み止めボルト６は、軸端ナット４の端面に所定の深さで形成された雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を先端部に備えている。緩み止めボルト６は、小蓋５の貫通孔を貫通して軸端ナット４に着脱自在に装着されており、小蓋５の突起部５ａを車軸１の溝部１ｅと嵌合させた状態で軸端ナット４と小蓋５とを一体化させて、軸端ナット４の回転を阻止する。

密封構造７は、軸受組立体２を密封する構造である。密封構造７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、軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止するとともに、軸受３内に外部から異物が侵入するのを防止する。密封構造７は、油切り(スリンガ(フリンガ))８と、後蓋９と、シールケース１０Ａ，１０Ｂと、オイルシール１１Ａ，１１Ｂなどを備えている。密封構造７は、油切り８、後蓋９、シールケース１０Ａ，１０Ｂ、オイルシール１１Ａ，１１Ｂなどの各構成部材を組み合わせることによって、軸受３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３の内部に外部から異物が侵入するのを防止する。

油切り８は、軸受３の内部から軸端側に向かって潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する部材である。油切り８は、外観が円筒状の金属製の部材である。油切り８は、この油切り８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車軸１と一体となって回転可能に嵌合しており、軸端ナット４と軸受３の内輪３ｄとの間に挟み込まれている。油切り８は、接触面８ａと、内周面（内径面）８ｂと、外周面（外径面）８ｃなどを備えている。

接触面８ａは、軸受３側の接触面３ｇと接触する部分である。接触面８ａは、接触面３ｇと同様に油切り８の端面の円周方向に沿って平坦に形成されている。内周面８ｂは、車軸１と嵌合する側の表面である。内周面８ｂは、車軸１のジャーナル部１ａの外周面と嵌合する嵌合面である。外周面８ｃは、車軸１と嵌合する側とは反対側の表面である。外周面８ｃは、シールケース１０Ａの端部の内周面と非接触で対向する対向面８ｄと、オイルシール１１Ａの先端部（リップ）が摺動する摺動面８ｅとを備えている。

図１及び図２に示す後蓋９は、軸受３の内部から反軸端側に向かって潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止するする部材である。後蓋９は、外観が円筒状の金属製の部材である。後蓋９は、この後蓋９の内周面が車軸１のちりよけ座１ｂの外周面に圧入されて車軸１と一体となって回転可能に嵌合する回転体である。後蓋９は、図１及び図３に示すように、車軸１の軸端側から圧入されたときに嵌合面９ｄと嵌合面９ｅとの間の段部が、車軸１のちりよけ座１ｂと中径部１ｄとの間の段部に引っ掛かることによって車軸１の所定位置に位置決めされる。後蓋９は、図１に示すように、油切り８との間に軸受３の内輪３ｄを挟み込むことによって、軸受３を車軸１の所定の位置に位置決めするとともに軸受３に与圧（押圧力）を作用させる。後蓋９は、図１及び図３に示すように、軸受３と接触する接触部材であり、軸受３の内輪３ｄと接触している。後蓋９は、図１〜図３に示すように、接触面９ａと、内周面（内径面）９ｂと、外周面（外径面）９ｃと、摩耗防止構造１２などを備えている。

図１〜図３に示す接触面９ａは、軸受３側の接触面３ｇと接触する部分である。接触面９ａは、接触面３ｇと同様に後蓋９の端面の円周方向に沿って平坦に形成されている。内周面９ｂは、車軸１と嵌合する側の表面である。内周面９ｂは、ちりよけ座１ｂの軸端側の傾斜面と嵌合する嵌合面９ｄと、中径部１ｄの軸端側の円周面と嵌合する嵌合面９ｅと、車軸１のちりよけ座１ｂの軸端側の傾斜面との間に隙間を形成し車軸１とは嵌合しない非嵌合面９ｆとを備えている。外周面９ｃは、車軸１と嵌合する側とは反対側の表面である。外周面９ｃは、図１及び図３に示すシールケース１０Ｂの端部の内周面と非接触で対向する対向面９ｇと、図３に示すオイルシール１１Ｂのリップ（先端部）１１ａが摺動する摺動面９ｈと、図１及び図３に示すシールケース１０Ｂ及びオイルシール１１Ｂが摺動しない非摺動面９ｉとを備えている。

図１に示すシールケース１０Ａは、軸受３と油切り８との間から軸受３の内部の潤滑剤が軸端側に向かって外部に漏れ出すのを防止する部材である。シールケース１０Ｂは、軸受３と後蓋９との間から軸受３の内部の潤滑剤が反軸端側に向かって外部に漏れ出すのを防止する部材である。シールケース１０Ａ，１０Ｂ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１０Ａは、軸受３の外輪３ｃと油切り８との間に装着されている。シールケース１０Ａは、このシールケース１０Ａ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１０Ａの他方の端部の内周面が油切り８の対向面８ｄと隙間をあけて対向する。シールケース１０Ｂは、軸受３の外輪３ｃと後蓋９との間に装着されている。シールケース１０Ｂは、このシールケース１０Ｂ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１０Ｂの他方の端部の内周面が後蓋９の対向面９ｇと隙間をあけて対向する。

オイルシール１１Ａは、油切り８とシールケース１０Ａとの間を密封する部材であり、オイルシール１１Ｂは後蓋９とシールケース１０Ｂとの間を密封する部材である。オイルシール１１Ａは、油切り８の外周面８ｃとシールケース１０Ａの内周面との間に挟み込まれており、オイルシール１１Ｂは後蓋９の外周面９ｃとシールケース１０Ｂの内周面との間に挟み込まれている。オイルシール１１Ｂは、図３に示すように、後蓋９の摺動面９ｈと摺動するリップ１１ａを備えており、オイルシール１１Ａも油切り８の摺動面８ｅと摺動するリップ１１ａと同一構造のリップを備えている。オイルシール１１Ａ，１１Ｂ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の外部から内部に異物が侵入するのを防止する。

図１〜図３に示す摩耗防止構造１２は、軸受３とこの軸受３と接触する後蓋９とが不均一に接触するときに、これらの接触面３ｇ，９ａに発生する摩耗を防止する構造である。摩耗防止構造１２は、例えば、図４（Ａ）に示すように車両走行中に車軸１が撓んだり、図５（Ａ）に示すように軸受圧入時に後蓋９の反軸端側が変形したりして、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが偏って接触するようなときに、接触面３ｇと接触面９ａとが略均一に接触するように後蓋９を撓ませる。摩耗防止構造１２は、図２（Ｂ）及び図３に示す可撓部１３などを備えている。

図２（Ｂ）及び図３に示す可撓部１３は、軸受３と後蓋９とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが略均一に接触するように、この後蓋９を撓ませる部分である。可撓部１３は、後蓋９の厚みを部分的に薄くした後蓋９の薄肉部であり、軸受３の内輪３ｄと接触する後蓋９に形成されている。可撓部１３は、後蓋９の接触面９ａ側が撓み後蓋９が弾性変形するように、後蓋９の接触面９ａ寄りに形成されている。可撓部１３は、後蓋９の曲げ剛性を部分的に低下させることによって、図１及び図３に示す軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが略均一に接触するように後蓋９を撓ませて、これらの間の接触面圧を略均一にする。可撓部１３は、図２（Ｂ）及び図３に示すように、後蓋９の長さ方向（車軸１の中心軸Ｏと平行な方向）に所定の間隔をあけて、この後蓋９の外周面９ｃの円周方向に形成された複数本の溝部１４ａを備えている。

図２（Ｂ）及び図３に示す溝部１４ａは、後蓋９の中心軸Ｏに対して直交して後蓋９の外周面９ｃに所定の深さで直線状に形成されており、底部の応力集中を緩和するために底部に丸みが付与されている。溝部１４ａは、例えば、後蓋９の製造後の切削などの機械加工、又は後蓋９の製造時の鋳造などの成形加工時に後蓋９に形成される切り込みである。溝部１４ａは、図３に示すように、この後蓋９の外周面９ｃとオイルシール１１Ｂのリップ１１ａとの間から潤滑剤が漏れ出さないように、リップ１１ａが外周面９ｃと摺動する摺動面９ｈ以外の非摺動面９ｉに形成されている。

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４（Ｂ）に示すように、後蓋９に摩耗防止構造１２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９が回転してこの後蓋９の外周面９ｃ側の縁部が下方に位置すると、後蓋９の接触面９ａと軸受３側の接触面３ｇとが下縁部で部分的に偏って接触する。その結果、後蓋９の接触面９ａと軸受３側の接触面３ｇとの下縁部に繰り返し応力が作用して、軸受３と後蓋９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５（Ｂ）に示すように、後蓋９に摩耗防止構造１２が存在しない場合には、後蓋９を車軸１に圧入すると後蓋９の反軸端側が変形して、後蓋９の接触面９ａが反った状態で車軸１に後蓋９が装着される。このため、後蓋９の接触面９ａの外周面９ｃ側の縁部が軸受３側の接触面３ｇと部分的に偏って接触し、これらの接触面３ｇ，９ａ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４（Ａ）に示すように、後蓋９に摩耗防止構造１２が存在する場合には、車軸１の撓みに追従して後蓋９が可撓部１３で撓む。例えば、後蓋９の上方付近では溝部１４ａの開口部側が開くように後蓋９が弾性変形し、後蓋９の下方付近では溝部１４ａの開口部側が閉じるように後蓋９が弾性変形する。このため、後蓋９の接触面９ａが軸受３側の接触面３ｇと略均一に接触し、これらの接触面３ｇ，９ａの接触面圧の略均一になって、これらの接触面３ｇ，９ａの摩耗によって異物が発生するのが防止される。また、図５（Ｂ）に示すように、後蓋９に摩耗防止構造１２が存在する場合には、後蓋９を車軸１に圧入すると後蓋９の反軸端側が変形するが、後蓋９の変形に追従して後蓋９が可撓部１３で撓む。例えば、後蓋９の外周面９ｃ側の縁部では溝部１４ａの開口部側が閉じるように後蓋９が弾性変形する。このため、後蓋９の接触面９ａが軸受３側の接触面３ｇと略均一に接触し、これらの接触面３ｇ，９ａの接触面圧の略均一になって、これらの接触面３ｇ，９ａの摩耗によって異物が発生するのが防止される。

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、軸受３と後蓋９とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが略均一に接触するように、この後蓋９を可撓部１３が撓ませる。このため、例えば、図４（Ｂ）に示すように車軸１が撓んだり、図５（Ｂ）に示すように後蓋９の反軸端側が変形したりして、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが偏って接触したときに、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示すように軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとの間の接触面圧を略均一にすることができる。その結果、軸受３の接触面３ｇ及び後蓋９の接触面９ａにおけるフレッチング摩耗などの発生を防止することができる。

(2) この第１実施形態では、可撓部１３が後蓋９の薄肉部である。このため、後蓋９の曲げ剛性を部分的に低下させて可撓部１３を簡単に撓ませることができる。その結果、軸受３と後蓋９とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、軸受３と後蓋９とを略均一に接触させることができる。

(3) この第１実施形態では、後蓋９の長さ方向に所定の間隔をあけて、この後蓋９の外周面９ｃの円周方向に複数本の溝部１４ａが形成されている。このため、既存の後蓋９や新品の後蓋９に切削などの機械加工によって溝部１４ａを形成したり、後蓋９を鋳造などの成型加工によって製造するときに成形加工と同時に溝部１４ａを形成したりすることができる。その結果、簡単な加工によって後蓋９の外周面９ｃの円周方向に可撓部１３を形成することができる。

(4) この第１実施形態では、軸受３の内輪３ｄと接触する後蓋９に可撓部１３が形成されている。このため、後蓋９に簡単な加工を施すだけで、フレッチング摩耗粉の発生を抑制することができ、フレッチング摩耗粉が軸受３の内部に侵入するのを防止することができる。

（第２実施形態）
以下では、図１〜図５に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図６（Ａ）に示す可撓部１３は、図２に示す可撓部１３とは異なり、後蓋９の長さ方向（車軸１の中心軸Ｏと平行な方向）に所定の間隔をあけて、この後蓋９の内周面９ｂの円周方向に形成された複数本の溝部１４ａを備えている。溝部１４ａは、後蓋９の中心軸Ｏに対して直交して後蓋９の内周面９ｂに所定の深さで直線状に形成されており、底部の応力集中を緩和するために底部に丸みが付与されている。

図６（Ｂ）に示す可撓部１３は、図２、図３及び図６（Ａ）に示す可撓部１３とは異なり、後蓋９の長さ方向（車軸１の中心軸Ｏと平行な方向）に所定の間隔をあけて、この後蓋９の内周面９ｂ及び外周面９ｃの円周方向に形成された複数本の溝部１４ａを備えている。可撓部１３は、例えば、後蓋９の機械的強度が低下しないように、内周面９ｂ側の溝部１４ａと外周面９ｃ側の溝部１４ａとが後蓋９の厚さ方向で重ならないように、互い違いに形成されている。溝部１４ａは、後蓋９の中心軸Ｏに対して直交して後蓋９の内周面９ｂ及び外周面９ｃに所定の深さで直線状に形成されており、底部の応力集中を緩和するために底部に丸みが付与されている。この第２実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。

（第３実施形態）
図７（Ｂ）及び図８に示す可撓部１３は、図２（Ｂ）及び図３に示す可撓部１３とは異なり、後蓋９の外周面９ｃの円周方向に形成された一本の溝部１４ｂを備えている。図７（Ｂ）及び図８に示す可撓部１３は、図２（Ｂ）及び図３に示す溝部１４ａよりも幅が広い単数の溝部１４ｂが外周面９ｃの円周方向に形成されている。溝部１４ｂは、後蓋９の中心軸Ｏに対して直交して後蓋９の外周面９ｃに所定の深さで直線状に形成されており、底部の応力集中を緩和するために底部に丸みが付与されている。

この発明の第３実施形態に係る軸受の摩耗防止構造には、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。
この第３実施形態では、可撓部１３が後蓋９の外周面９ｃの円周方向に一本の溝部１４ｂが形成されている。このため、第１実施形態及び第２実施形態に比べて、単数の溝部１４ｂを簡単な加工によって後蓋９の外周面９ｃの円周方向に短時間で形成することができる。

（第４実施形態）
図９（Ａ）に示す可撓部１３は、図７及び図８に示す可撓部１３とは異なり、後蓋９の内周面９ｂの円周方向に形成された溝部１４ｂを備えている。溝部１４ｂは、図９（Ａ）に示すように、後蓋９の中心軸Ｏに対して直交して後蓋９の内周面９ｂに所定の深さで直線状に形成されており、底部の応力集中を緩和するために底部に丸みが付与されている。図９（Ｂ）に示す可撓部１３は、図７、図８及び図９（Ａ）に示す可撓部１３とは異なり、後蓋９の内周面９ｂ及び外周面９ｃの円周方向に形成された溝部１４ｂを備えている。可撓部１３は、例えば、後蓋９の機械的強度が低下しないように内周面９ｂ側の溝部１４ｂの深さと外周面９ｃ側の溝部１４ｂの深さとが設定されている。溝部１４ｂは、図９（Ｂ）に示すように、後蓋９の中心軸Ｏに対して直交して後蓋９の内周面９ｂ及び外周面９ｃに所定の深さで直線状に形成されており、底部の応力集中を緩和するために底部に丸みが付与されている。この第４実施形態には、第３実施形態と同様の効果がある。

（第５実施形態）
図１０に示す軸受組立体２は、図１に示す軸受組立体２とは異なり、図１１に示すように可撓部１３側の複数本の溝部１４ａが固定体１５側の複数本の溝部１５ａと隙間をあけて対向することによって、これらの隙間を密封するラビリンスシール部１６を構成している。密封構造７は、図１０に示す油切り８と、図１０及び図１１に示す後蓋９と、図１０に示すシールケース１０Ａ，１０Ｂと、オイルシール１１Ａ，１１Ｂと、図１０及び図１１に示すラビリンスシール部１６などを備えている。固定体１５は、回転体である後蓋９と所定の間隔をあけて固定される部材である。固定体１５は、例えば、軸受組立体２を収容する軸箱の一部を構成するケーシング部である。固定体１５は、図１１に示すように、反軸端側の端部に可撓部１３側の複数本の溝部１４ａと同じ間隔（ピッチ）で複数本の溝部１５ａが形成されている。

図１１に示すラビリンスシール部１６は、可撓部１３側の複数本の溝部１４ａと固定体１５側の複数本の溝部１５ａとの間に所定の隙間をあけることによって、これらの隙間を密封する部分である。ラビリンスシール部１６は、後蓋９と固定体１５との間から潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する非接触型密封装置である。ラビリンスシール部１６は、可撓部１３側の溝部１４ａと固定体１５側の溝部１５ａとの間の隙間を気体が通過するときに発生する絞り作用と渦損失とによって潤滑剤の漏れを防止する。ラビリンスシール部１６は、後蓋９と固定体１５との間に凹凸の隙間を複数段に組み合わせて段毎に漏れ圧を徐々に緩和させ低下させる。

この発明の第５実施形態に係る軸受の摩耗防止構造には、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５実施形態では、可撓部１３が後蓋９の長さ方向に所定の間隔をあけて、この後蓋９の外周面の円周方向に複数本の溝部１４ａが形成されている。また、この第５実施形態では、可撓部１３側の複数本の溝部１４ａが固定体１５側の複数本の溝部１５ａと隙間をあけて対向することによって、これらの隙間を密封するラビリンスシール部１６を構成する。このため、図１及び図３に示すようなオイルシール１１Ｂを省略することができるとともに、可撓部１３側の複数本の溝部１４ａをラビリンスシール部１６としての一部として利用することができる。

実施例１，２及び従来例に係る後蓋を備える軸受組立体について有限要素解析を実施した。図１２に示す実施例１は、図１〜図５に示す第１実施形態に係る後蓋９に対応し、外周面に３本の溝部を有する後蓋である。図１３に示す実施例２は、図７及び図８に示す第３実施形態に係る後蓋９に対応し、外周面に１本の溝部を有する後蓋である。図１４に示す従来例は、外周面に溝部を有さない従来品の後蓋である。図１２〜図１４に示す実施例１，２及び従来例に係る後蓋は、車軸の所定位置よりも反軸端側に圧入した状態で軸受の内輪と接触させている。

従来例に係る後蓋は、図１４に示すように、車軸のちりよけ座と中径部との間の段部とこの後蓋の嵌合面との接触面圧が高くなっており、軸受側の接触面と後蓋側の接触面とが偏って接触しておりこれらの接触面における接触面圧が不均一であることが解析によって確認された。その結果、従来例に係る後蓋は、軸受側の接触面と後蓋側の接触面との間でフレッチング摩耗が発生することが予測される。

一方、実施例１，２に係る後蓋は、図１２及び図１３に示すように、図１４に示す従来例と同様に車軸のちりよけ座と中径部との間の段部とこの後蓋の嵌合面との接触面圧が高くなっている。しかし、実施例１，２に係る後蓋は、図１２及び図１３に示すように、軸受側の接触面と後蓋側の接触面とが略均一に接触しておりこれらの接触面における接触面圧が略均一であることが解析によって確認された。その結果、実施例１，２に係る後蓋は、軸受側の接触面と後蓋側の接触面との間のフレッチング摩耗の発生を抑制可能であることが予測される。

図１５に示す縦軸は、接触面圧[MPa]であり、横軸は内周面からの距離[mm]である。実施例１，２に係る後蓋は、図１５に示すように、従来例に係る後蓋に比べて、外周面寄りの接触面圧が低下しており、内周面側から外周面側までの略全域において接触面圧の変化を低減可能であることが確認された。また、実施例２に係る後蓋は、実施例１に係る後蓋に比べて、内周面側から外周面側までの略全域において接触面圧が略均一であり、軸受側の接触面と後蓋側の接触面との間のフレッチング摩耗の発生をより一層抑制可能であることが確認された。

（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１２を例に挙げて説明したが、鉄道車両の軸受３に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と接触する接触部材が後蓋９である場合を例に挙げて説明したが後蓋９に限定するものではない。例えば、ちりよけ座１ｂの外周面に圧入し軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する油切りのような接触部材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９の中心軸Ｏに対して直交して後蓋９の内周面９ｂ又は外周面９ｃに溝部１４ａ，１４ｂを直線状に形成する場合を例に挙げて説明したが、溝部１４ａ，１４ｂをテーパ状又は曲面状のような任意の形状で形成することもできる。さらに、この実施形態では、車軸１の端部の雄ねじ部と噛み合う軸端ナット４を備える軸受組立体２を例に挙げて説明したが、油切り８を抑える前蓋を車軸１の端部に固定ボルトによって固定する軸受組立体についてもこの発明を適用することができる。

(3) この第１実施形態、第２実施形態及び第５実施形態では、溝部１４ａが三本である場合を例に挙げて説明したが、溝部１４ａが二本又は四本以上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、この第２実施形態では、後蓋９の厚さ方向で重ならないように後蓋９の内周面９ｂ及び外周面９ｃに溝部１４ａを互い違いに形成する場合を例に挙げて説明したが、後蓋９の厚さ方向で重なるように後蓋９の内周面９ｂ及び外周面９ｃに溝部１４ｂを形成することもできる。同様に、この第４実施形態では、後蓋９の厚さ方向で重なるように後蓋９の内周面９ｂ及び外周面９ｃに溝部１４ｂを形成する場合を例に挙げて説明したが、後蓋９の厚さ方向で重ならないように後蓋９の内周面９ｂ及び外周面９ｃに溝部１４ｂを互い違いに形成することもできる。さらに、この第５実施形態では、後蓋９側の溝部１４ａと固定体１５側の溝部１５ａとを凹凸部分が一致するように対向させる場合を例に挙げて説明したが、これらを凹凸部分が互い違いになるように対向させることもできる。

１ 車軸
２ 軸受組立体
３ 軸受
３ｄ 内輪
３ｇ 接触面
４ 軸端ナット
５ 小蓋
６ 回り止めボルト
７ 密封構造
８ 油切り
９ 後蓋（接触部材）
９ａ 接触面
９ｂ 内周面
９ｃ 外周面
９ｄ，９ｅ 嵌合面
９ｆ 非嵌合面
９ｇ 対向面
９ｈ 摺動面
９ｉ 非摺動面
１０Ａ，１０Ｂ シールケース
１１Ａ，１１Ｂ オイルシール
１２ 摩耗防止構造
１３ 可撓部
１４ａ，１４ｂ 溝部
１５ 固定部
１５ａ 溝部
１６ ラビリンスシール部
Ｏ 中心軸

Claims (5)

1. 軸受とこの軸受と接触する接触部材とが不均一に接触するときに、これらの接触面に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造であって、
   前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面と前記接触部材側の接触面とが略均一に接触するように、この接触部材を撓ませる可撓部を備え、
   前記可撓部は、前記接触部材の薄肉部であること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
2. 軸受とこの軸受と接触する接触部材とが不均一に接触するときに、これらの接触面に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造であって、
   前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面と前記接触部材側の接触面とが略均一に接触するように、この接触部材を撓ませる可撓部を備え、
   前記可撓部は、前記接触部材の長さ方向に所定の間隔をあけて、この接触部材の外周面及び／又は内周面の円周方向に形成された複数本の溝部を備えること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
3. 軸受とこの軸受と接触する接触部材とが不均一に接触するときに、これらの接触面に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造であって、
   前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面と前記接触部材側の接触面とが略均一に接触するように、この接触部材を撓ませる可撓部を備え、
   前記可撓部は、前記接触部材の外周面及び／又は内周面の円周方向に形成された一本の溝部を備えること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。
4. 軸受とこの軸受と接触する接触部材とが不均一に接触するときに、これらの接触面に発生する摩耗を防止する軸受の摩耗防止構造であって、
   前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面と前記接触部材側の接触面とが略均一に接触するように、この接触部材を撓ませる可撓部を備え、
   前記可撓部は、前記接触部材の長さ方向に所定の間隔をあけて、この接触部材の外周面の円周方向に形成された複数本の溝部を備え、
   前記可撓部の複数本の溝部は、回転体である前記接触部材と所定の間隔をあけて固定される固定体の複数本の溝部と隙間をあけて対向し、
   前記可撓部の複数本の溝部と前記固定体の複数本の溝部は、この可撓部の複数本の溝部とこの固定体の複数本の溝部との間の隙間を密封するラビリンスシール部を構成すること、
   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、
   前記可撓部は、前記軸受の内輪と接触する後蓋又は油切りに形成されていること、
   を特徴とする軸受の摩耗防止構造。