JP6794271B2 - スペーサ部材およびこれを備える車軸用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、スペーサ部材およびこれを備える車軸用軸受装置に関する。

下記の特許文献１には、鉄道車両の車軸用軸受装置が開示されている。この車軸用軸受装置は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する転がり軸受と、転がり軸受の軸方向外側に配置され、車軸に対する転がり軸受の軸方向の相対的な位置決めを行う（転がり軸受の軸方向移動を規制する）一組の筒状部材とを備える。一組の筒状部材のうち、車軸の自由端側に配置される第１の筒状部材は“油切り”と、また、車軸の軸方向中央側に配置される第２の筒状部材は“後蓋”とも称され、両筒状部材は、炭素鋼等の機械的強度に優れた鉄系金属材料で形成されるのが一般的である。

大きなラジアル荷重（曲げモーメント）が繰り返し作用する車軸を支持する上記の車軸用軸受装置において、転がり軸受の内輪と筒状部材とを直接接触させた場合、両者の接触部では、両者の微小な相対滑り振動（フレッティング）が繰り返されることに起因する金属の摩耗粉（フレッティング摩耗粉）が生じ易い。この摩耗粉が転がり軸受の内部空間に侵入すると、転がり軸受の内部空間に充填された潤滑剤の早期劣化、ひいては転がり軸受の短寿命化を招来する。このため、特許文献１の車軸用軸受装置は、内輪と筒状部材の間に配置された環状のスペーサ部材をさらに備える。

図９（ａ）に、特許文献１の車軸用軸受装置の部分拡大図を示し、図９（ｂ）に、同車軸用軸受装置を構成するスペーサ部材の部分拡大図を示す。図９（ａ）（ｂ）に示すように、特許文献１のスペーサ部材１０３は、銅合金等の軟質金属で形成された環状の芯金１０４と、芯金１０４の外周縁部に設けられた環状の弾性シール材１０５とを備える。芯金１０４は、互いに対向する内輪１０１の端面１０１ａ及び後蓋１０２の内径側端面１０２ａにそれぞれ当接する第１及び第２の当接面１０４ａ，１０４ｂを有し、内輪１０１と後蓋１０２の直接接触に起因したフレッティング摩耗粉の発生を抑制する。また、弾性シール材１０５は、芯金１０４の軸方向両側にそれぞれ設けられた第１及び第２シール部１０５Ａ，１０５Ｂを有し、第１シール部１０５Ａ及び第２シール部１０５Ｂの端面は、内輪１０１の端面１０１ａ及び後蓋１０２の外径側端面１０２ｂにそれぞれ密着して（圧接されて）内輪１０１と後蓋１０２の間の開口部を密封する。これにより、仮にフレッティング摩耗粉が発生した場合でも、この摩耗粉が転がり軸受の内部空間に侵入するのを可及的に防止することができる。

特開２００４−３３２９０５号公報

鉄道車両の運転中、車軸はラジアル荷重を受けて撓みながら回転するため、スペーサ部材１０３には、その軸方向両側に配置された内輪１０１及び後蓋１０２から、図９（ｂ）中に白抜き矢印で示すような軸方向の圧縮荷重（変動圧縮荷重）が繰り返し入力される。このような圧縮荷重がスペーサ部材１０３に入力された場合、弾性シール材１０５は、芯金１０４よりも低剛性の材料で形成されているため、芯金１０４よりも軸方向に大きく圧縮変形する。このため、スペーサ部材１０３に軸方向の圧縮荷重が繰り返し入力されると、弾性シール材１０５のうち特に軸方向の肉厚が薄い部分（第１シール部１０５Ａの内径側領域１０６）は、内輪１０１と芯金１０４とで繰り返し挟まれることによって過大圧縮ひずみが生じ、この過大圧縮ひずみが生じた部分を起点として弾性シール材１０５が破損等し易くなる。弾性シール材１０５が破損した場合、弾性シール材１０５のシール機能（フレッティング摩耗粉の流出防止機能）が損なわれ、その結果、車軸用軸受装置の短寿命化を招来する。

上記の問題は、以上で説明したように、弾性シール材１０５の第１シール部１０５Ａを内輪１０１に隣接配置した場合のみならず、図９（ｂ）に示す弾性シール材１０５の左右を反転させ、第１シール部１０５Ａを後蓋１０２に隣接配置した場合にも同様に生じ得る。

以上の実情に鑑み、本発明の課題は、シール機能（フレッティング摩耗粉の流出防止機能）を長期間に亘って安定的に発揮することができるシール付スペーサ部材を提供し、これにより、鉄道車両の車軸用軸受装置の耐久性及び信頼性向上に寄与することにある。

上記の課題を解決するために創案された本願の第１発明は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する転がり軸受と、転がり軸受の軸方向外側に配置される筒状部材とを備えた車軸用軸受装置のうち、転がり軸受の内輪と筒状部材の間に配置される環状のスペーサ部材であって、互いに対向する内輪及び筒状部材の端面にそれぞれ当接する第１及び第２当接面を有する環状の芯金と、芯金の外周縁部に設けられ、内輪と筒状部材の間の開口部を密封する環状の弾性シール材とを備え、芯金の軸方向両側にそれぞれ設けられた弾性シール材を構成する第１及び第２シール部のうち、第１シール部が内輪の前記端面に圧接される圧接面を有するスペーサ部材において、芯金が、第１当接面よりも圧接面との軸方向の離間距離が大きい環状の段差面を有し、段差面の少なくとも一部が第１シール部で被覆されていることを特徴する。なお、ここでいう「内輪の前記端面」とは、詳細には、芯金の第１当接面が当接する内輪の端面、である。

上記の構成によれば、スペーサ部材を含む車軸用軸受装置を車軸の外周に取り付けた状態において、内輪とスペーサ部材の芯金との間に介在する弾性シール材の第１シール部の軸方向寸法（第１シール部の軸方向の肉厚。以下同様。）を、図９（ａ）（ｂ）に示す構成に比べて増すことができる。そのため、スペーサ部材に軸方向の圧縮荷重が繰り返し入力されても、弾性シール材（特に第１シール部）に圧縮ひずみが生じ難くなり、弾性シール材のシール機能を長期間に亘って安定的に維持することができる。

弾性シール材の第１シール部に圧縮ひずみが生じる可能性を効果的に低減する上では、内輪の端面に対する第１シール部の潰し代（締め代）をａ、第１シール部の軸方向寸法をｂとしたとき、ａ／ｂ＜０．５の関係式を満たすようにするのが好ましく、ａ／ｂ＜０．２の関係式を満たすようにするのが一層好ましい。

また、内輪の端面と第１シール部の圧接面とを全周に亘って適切に密着させるため、第１シール部の軸方向寸法をｂ、第１シール部の内径寸法（内径面の直径寸法）をφｄ、芯金の外径寸法（最大外径寸法）をφｅとしたとき、φｅ−φｄ＞ｂの関係式を満たすようにするのが好ましく、φｅ−φｄ＞２ｂの関係式を満たすようにするのが一層好ましい。

上記の第１発明は、第２シール部が、筒状部材に設けられた軸方向に延びる円筒状外周面に圧入される円筒状内周面を有する場合に好ましく適用することができる。

また、上記の課題を解決するために創案された本願の第２発明は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する転がり軸受と、転がり軸受の軸方向外側に配置される筒状部材とを備えた車軸用軸受装置のうち、転がり軸受の内輪と筒状部材の間に配置される環状のスペーサ部材であって、互いに対向する筒状部材及び内輪の端面にそれぞれ当接する第１及び第２当接面を有する環状の芯金と、芯金の外周縁部に設けられ、筒状部材と内輪の間の開口部を密封する環状の弾性シール材とを備え、芯金の軸方向両側にそれぞれ設けられた弾性シール材を構成する第１及び第２シール部のうち、第１シール部が筒状部材の前記端面に圧接される圧接面を有するスペーサ部材において、芯金が、第１当接面よりも圧接面との軸方向の離間距離が大きい環状の段差面を有し、段差面の少なくとも一部が第１シール部で被覆されていることを特徴とする。なお、ここでいう「筒状部材の前記端面」とは、詳細には、芯金の第１当接面が当接する筒状部材の端面、である。

このような構成によれば、第１発明と同様の作用効果を享受することができる。

第２発明の構成においても、筒状部材の端面に対する第１シール部の潰し代（締め代）をａ、第１シール部の軸方向寸法をｂとしたとき、ａ／ｂ＜０．５の関係式を満たすようにするのが好ましく、ａ／ｂ＜０．２の関係式を満たすようにするのが一層好ましい。また、第１シール部の軸方向寸法をｂ、第１シール部の内径寸法をφｄ、芯金の外径寸法をφｅとしたとき、φｅ−φｄ＞ｂの関係式を満たすようにするのが好ましく、φｅ−φｄ＞２ｂの関係式を満たすようにするのが一層好ましい。

第２発明は、第２シール部が、内輪に設けられた軸方向に延びる円筒状外周面に圧入される円筒状内周面を有する場合に好ましく適用することができる。

以上の構成において、第１シール部は、段差面の外径側の一部領域を被覆するように設けても良いし（例えば、図２）、段差面の全域を被覆するように設けても良い（例えば、図５）。

また、以上の構成において、第１シール部の圧接面の全域は、芯金よりも外径側に設けることができる（例えば、図５）。このようにすれば、第１シール部に圧縮ひずみが生じる可能性を一層効果的に低減することができる。

芯金には、潤滑剤を保持可能な潤滑剤保持部を設けることができる。潤滑剤保持部を設け、この潤滑剤保持部に潤滑剤を保持させておけば、内輪と筒状部材間の潤滑性が向上する他、芯金自体の摩耗も抑制することができるので、摩耗粉の発生を抑制する上で有利となる。

鉄道車両の車軸を回転可能に支持する転がり軸受と、転がり軸受の軸方向外側に配置された筒状部材とを備え、転がり軸受の内輪と筒状部材の間に本発明に係るスペーサ部材を配置してなる車軸用軸受装置は、本発明に係るスペーサ部材が前述したような作用効果を奏し得ることから、耐久性及び信頼性に富むものとなる。なお、転がり軸受は、ラジアル荷重およびアキシャル荷重の双方を支持することができ、かつこれらの荷重負荷能力に優れた複列円すいころ軸受とするのが好ましい。

以上より、本発明によれば、弾性シール材に圧縮ひずみが生じ難くなり、弾性シール材の耐久性を高めることができるので、フレッティング摩耗粉の流出防止機能（シール機能）に優れたスペーサ部材（弾性シール付のスペーサ部材）を提供することができる。これにより、耐久性及び信頼性に富む車軸用軸受装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係る車軸用軸受装置の全体構造を示す断面図である。 図１に示す車軸用軸受装置を構成するスペーサ部材の部分拡大図である。 図１の部分拡大図である。 （ａ）図および（ｂ）図は、変形例に係るスペーサ部材の部分拡大図である。 本願の第１発明の第２実施形態に係る車軸用軸受装置を構成するスペーサ部材の部分拡大図である。 図５に示すスペーサ部材を備えた車軸用軸受装置の部分拡大図である。 本願の第２発明の第１実施形態に係る車軸用軸受装置の部分拡大図である。 本願の第２発明の第２実施形態に係る車軸用軸受装置の部分拡大図である。 （ａ）図は、従来の車軸用軸受装置の全体構造を示す断面図、（ｂ）図は、（ａ）図に示す車軸用軸受装置を構成するスペーサ部材の部分拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る車軸用軸受装置１の全体構造を示す。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の軸方向両側にそれぞれ配置された第１及び第２の筒状部材としての油切り８及び後蓋９と、転がり軸受３と後蓋９の間に配置された環状のスペーサ部材２０とを備える。

転がり軸受３は、複列の内側軌道面４ａ，４ａを有し、車軸２の外周に装着された内輪４と、複列の外側軌道面５ａ，５ａを有し、図示外の軸箱の内周に装着された外輪５と、対をなす軌道面４ａ，５ａ間に配置された複数の円すいころ６と、円すいころ６の各列を周方向所定間隔で保持する一対の保持器７，７とを備えた、いわゆる複列円すいころ軸受である。図示例では、転がり軸受３の軸方向中央部で突き合わされた一対の分割内輪で内輪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。

転がり軸受３の内部空間にはグリース等の潤滑剤が充填されており、該潤滑剤の外部漏洩及び軸受内部空間への異物侵入は、一対のシール装置１０，１０によって可及的に防止される。各シール装置１０は、シール部材１１と、外径側の端部が外輪５に固定され、内径側の端部が筒状部材に近接配置された段付き円筒状のシールカバー１２とを備え、シール部材１１はシールカバー１２の内径面に取り付け固定される。シール部材１１は、いわゆる接触タイプ又は非接触タイプの何れでも構わない。

油切り８は、車軸２の先端に締結される図示外のナットにより車軸２に固定され、転がり軸受３の内輪４と軸方向で係合している。後蓋９は、車軸２に設けた肩面２ｂと軸方向で係合することによって車軸２に固定され、スペーサ部材２０を介して転がり軸受３の内輪４と軸方向で係合している。このような構成から、車軸２に対する転がり軸受３の軸方向の相対移動が規制され、転がり軸受３の軸方向の位置決めがなされる。

図３にも示すように、本実施形態の転がり軸受３において、スペーサ部材２０に隣接する内輪４の端面Ｍは、軸方向と直交する方向の平坦面に形成されている。また、スペーサ部材２０に隣接する後蓋９の端面は、軸方向と直交する方向の平坦面に形成された内径側端面Ｎ１と、内径側端面Ｎ１よりも車軸２の軸方向中央側にシフトした位置に設けられ、軸方向と直交する方向の平坦面に形成された外径側端面Ｎ２とに区分され、両端面Ｎ１，Ｎ２は、軸方向に延びる円筒状外周面Ｎ３を介して連続している。

図２に、単体（取付け前）のスペーサ部材２０の部分拡大図を示す。スペーサ部材２０は、環状の芯金２１と、芯金２１の外周縁部に設けられた環状の弾性シール材２２とからなる。

芯金２１は、内径側環状部２１ａと、内径側環状部２１ａよりも車軸２の軸方向中央側に位置する外径側環状部２１ｂとを一体に有する段付き円環状をなし、スペーサ部材２０を含む車軸用軸受装置１を車軸２に取り付けた状態（図１及び図３参照）では、内径側環状部２１ａが内輪４と後蓋９とで軸方向両側から挟持される。従って、内径側環状部２１ａの一端面２１ａ１及び他端面２１ａ２は、それぞれ、本願の第１発明でいう第１当接面Ａ１及び第２当接面Ａ２を構成する。また、外径側環状部２１ｂが上記態様で設けられていることにより、外径側環状部２１ｂの一端面２１ｂ１は、第１当接面Ａ１としての内径側環状部２１ａの一端面２１ａ１よりも弾性シール材２２の第１シール部２３の圧接面Ｃ（詳細は後述する）との軸方向の離間距離が大きい。従って、外径側環状部２１ｂの一端面２１ｂ１が本願の第１発明でいう段差面Ｂを構成する。

以上の構成を有する芯金２１は、内輪４及び後蓋９よりも軟質の金属材料（例えば銅合金）で形成された薄板にプレス加工を施すことによって所定形状に成形された、いわゆるプレス成形品とされる。

弾性シール材２２は、芯金２１の軸方向両側にそれぞれ設けられた第１及び第２シール部２３，２４と、芯金２１の外径側に設けられ、両シール部２３，２４を接続する接続部２５とを一体に有する。第１シール部２３は、芯金２１の外径側環状部２１ｂの一端面２１ｂ１（段差面Ｂ）のうち、外径側の一部領域を被覆するように設けられ、第２シール部２４は、芯金２１の外径側環状部２１ｂの他端面２１ｂ２全域を被覆するように設けられている。第１シール部２３の端面２３ａは、芯金２１の内径側環状部２１ａの一端面２１ａ１（第１当接面Ａ１）よりも車軸２の自由端側に位置しており、スペーサ部材２０を車軸２に取り付けた状態（図３参照）では、芯金２１の第１当接面Ａ１が当接する内輪４の端面Ｍの外径側領域に対して圧接される。従って、第１シール部２３の端面２３ａが本願の第１発明でいう圧接面Ｃを構成する。

以上の構成を有する弾性シール材２２は、例えば、ニトリルゴム、アクリルゴムおよびフッ素ゴムの群から選択される何れか一種を主成分とするゴム材料で形成され、本実施形態では、芯金２１をインサート部品とした加硫成形によって芯金２１と一体成形される。

以上の構成を有するスペーサ部材２０は、図３に拡大して示すように、円筒面状に形成された弾性シール材２２の第２シール部２４の内周面（円筒状内周面）２４ｂを後蓋９の円筒状外周面Ｎ３に圧入することによって車軸２の外周に取り付けられる。そして、車軸用軸受装置１を車軸２に取り付けた状態では、芯金２１の内径側環状部２１ａの一端面２１ａ１（第１当接面Ａ１）が内輪４の端面Ｍ（の内径側領域）に当接すると共に、芯金２１の内径側環状部２１ａの他端面２１ａ２（第２当接面Ａ２）が後蓋９の内径側端面Ｎ１に当接する。これにより、車軸２がラジアル荷重を受けて撓みながら回転する状況下においても、内輪４と後蓋９の直接接触が回避されるため、両者の直接接触が繰り返されることに由来するフレッティング摩耗粉の発生が可及的に防止される。

また、車軸用軸受装置１を車軸２に取り付けた状態では、第１シール部２３の端面２３ａが内輪４の端面Ｍ（の外径側領域）に、また、第２シール部２４の端面２４ａが後蓋９の外径側端面Ｎ２に対してそれぞれ圧接されるようにして、弾性シール材２２が軸方向に圧縮変形した状態で内輪４と後蓋９の間に介在する。これにより、内輪４と後蓋９の間の開口部が密封されるため、仮に内輪４と芯金２１の接触部や、後蓋９と芯金２１の接触部で摩耗粉が発生した場合でも、その摩耗粉が、内輪４の外径側に流出して転がり軸受３の内部空間に侵入する可能性が効果的に低減される。

本実施形態において、スペーサ部材２０の芯金２１は、内輪４の端面Ｍに当接する第１当接面Ａ１よりも、圧接面Ｃとの軸方向の離間距離が大きい環状の段差面Ｂを有し、段差面Ｂの少なくとも一部が弾性シール材２２を構成する第１シール部２３で被覆されている。このような構成によれば、内輪４とスペーサ部材２０の芯金２１との間に介在する弾性シール材２２の第１シール部２３の軸方向寸法を、図９（ｂ）に示す従来構成に比べて増すことができる。そのため、車軸２の回転に伴ってスペーサ部材２０に軸方向の圧縮荷重が繰り返し入力されても、弾性シール材２２の第１シール部２３に圧縮ひずみが生じ難くなり、弾性シール材２２のシール機能を長期間に亘って安定的に維持することができる。従って、長寿命で信頼性に富む車軸用軸受装置１を実現することができる。

なお、シール機能を担保する上では、内輪４の端面Ｍに対する弾性シール材２２の第１シール部２３の潰し代（締め代）ａ、すなわち、図２中に示す軸方向寸法ａ（スペーサ部材２０単体の状態における、芯金２１の第１当接面Ａ１と弾性シール材２２の圧接面Ｃの軸方向離間距離）は０．０５ｍｍ以上（ａ≧０．０５ｍｍ）とするのが好ましい。

また、弾性シール材２２の第１シール部２３に圧縮ひずみが生じる可能性を効果的に低減する上では、内輪４の端面Ｍに対する弾性シール材２２の潰し代ａと、第１シール部２３の軸方向寸法ｂ（図２参照）との間に、ａ／ｂ＜０．５の関係式が成立するように、より好ましくはａ／ｂ＜０．２の関係式が成立するように、段差面Ｂの軸方向位置を設定する。

また、本実施形態では、弾性シール材２２が、芯金２１をインサート部品とした加硫成形によって芯金２１と一体に型成形される。この場合、弾性シール材２２の成形過程において、シール材成形用のゴム材料が芯金２１の第１当接面Ａ１に流出して硬化すると、図９（ａ）（ｂ）を参照して説明した従来技術と同様の問題が生じるおそれもある。

そのため、本実施形態では、弾性シール材２２の第１シール部２３を、芯金２１の段差面Ｂのうち、外径側の一部領域のみを被覆するように設けた。このような形状を有する弾性シール材２２を確実に成形可能とするため、芯金２１の内径側環状部２１ａの外径寸法φｃ（図２参照）、および第１シール部２３の内径寸法φｄ（図２参照）の値は、（φｄ−φｃ）／２＞０．５ｍｍの関係式が成立するように設定するのが好ましく、（φｄ−φｃ）／２＞０．８ｍｍの関係式が成立するように設定するのが一層好ましい。

さらに、内輪４の端面Ｍと弾性シール材２２の第１シール部２３の端面２３ａ（圧接面Ｃ）とを全周に亘って適切に密着させるため、芯金２１の外径寸法をφｅ（図２参照）としたとき、第１シール部２３の軸方向寸法ｂおよび内径寸法φｄとの間に、φｅ−φｄ＞ｂの関係式、より好ましくはφｅ−φｄ＞２ｂの関係式が成立するように、各部の寸法を設定する。

以上で説明したスペーサ部材２０を構成する芯金２１のうち、内輪４の端面Ｍ及び後蓋９の内径側端面Ｎ１とそれぞれ当接する第１及び第２当接面Ａ１，Ａ２には、グリース等の潤滑剤を保持可能な潤滑剤保持部を設けることができる。図４（ａ）及び図４（ｂ）はその具体例であり、図４（ａ）では、両当接面Ａ１，Ａ２に設けた溝部２８で潤滑剤保持部を構成し、図４（ｂ）では、両当接面Ａ１，Ａ２に設けた凹部（ディンプル）２９で潤滑剤保持部を構成している。潤滑剤保持部は、これ以外にも、例えば両当接面Ａ１，Ａ２に開口する貫通穴で構成することも可能である。

上記のような潤滑剤保持部を設け、この潤滑剤保持部に適宜の潤滑剤（例えば、潤滑油）を保持させておけば、内輪４と芯金２１の間及び後蓋９と芯金２１の間の潤滑性を高めることができるので、フレッティング摩耗粉の発生を防止する上で有利となる。上述した潤滑剤保持部は、芯金２１を所定形状に型成形（プレス成形）するのと同時に型成形することができ、また、後述する他の実施形態に係るスペーサ部材２０においても採用することができる。

図５に、本願の第１発明の第２実施形態に係るスペーサ部材２０の部分拡大図を示し、図６に、このスペーサ部材２０を構成部品とする車軸用軸受装置１の部分拡大図を示す。図５及び図６に示すように、この実施形態では、スペーサ部材２０を構成する芯金２１及び弾性シール材２２の形状が、図２等を参照して説明した第１実施形態のスペーサ部材２０とは異なる。具体的に説明すると、この実施形態では、芯金２１が、環状部（内径側環状部）２１ａと、内径側環状部２１ａの外径端部から軸方向に延びた筒状部２１ｃとからなり、弾性シール材２２は、芯金２１の筒状部２１ｃ全体を被覆するように芯金２１と一体的に設けられている。

この実施形態においても、スペーサ部材２０の芯金２１は、第１当接面Ａ１（内径側環状部２１ａの一端面２１ａ１）よりも圧接面Ｃとの軸方向の離間距離が大きい段差面Ｂを有し、段差面Ｂの少なくとも一部（本実施形態では段差面Ｂの全域）が弾性シール材２２の第１シール部２３で被覆されている。従って、図６に示す、車軸用軸受装置１を車軸２に取り付けた状態において、内輪４の端面Ｍと芯金２１との間に介在する弾性シール材２２の第１シール部２３の軸方向寸法を、図９（ａ）（ｂ）に示す従来構成よりも増すことができる。これにより、第１シール部２３に圧縮ひずみが生じ難くなり、弾性シール材２２のシール機能を長期間に亘って安定的に維持することができる。なお、本実施形態では、芯金２１の内径側環状部２１ａの一端面２１ａ１の外径端部を肉取りすることで段差面Ｂを形成している。

また、本実施形態のスペーサ部材２０において、内輪４の端面Ｍに対して圧接される弾性シール材２２の第１シール部２３の端面２３ａ（圧接面Ｃ）は、その全域が芯金２１の外径側に設けられている。すなわち、図５に示すように、第１シール部２３のうち端面が圧接面Ｃとして機能する突出部の内径寸法をφｄ’とし、芯金２１の外径寸法をφｅ’としたとき、φｄ’＞φｅ’の関係式が成立する。この場合、車軸２の回転に伴って、スペーサ部材２０に対して軸方向の圧縮荷重が繰り返し入力されても、第１シール部２３には、内輪４と芯金２１との間で挟み潰される部分が実質的になくなる。このため、第１シール部２３に圧縮ひずみが生じる可能性は一層効果的に減じられる。

この実施形態においても、弾性シール材２２のシール機能を担保する上では、内輪４の端面Ｍに対する第１シール部２３の潰し代（締め代）ａ’、すなわち図５中に示す軸方向寸法ａ’は０．０５ｍｍ以上（ａ’≧０．０５ｍｍ）とするのが好ましい。

また、第１シール部２３に圧縮ひずみが生じる可能性を効果的に低減する上では、内輪４の端面Ｍに対する弾性シール材２２（第１シール部２３）の潰し代ａ’と、第１シール部２３の軸方向寸法ｂ’（図５参照）との間に、ａ’／ｂ’＜０．５の関係式が成立するようにするのが好ましく、ａ’／ｂ’＜０．２の関係式が成立するようにするのが一層好ましい。

この実施形態の弾性シール材２２も、芯金２１をインサート部品とした加硫成形により、芯金２１と一体に型成形される。このシール材２２の成形時に、シール材２２成形用のゴム材料が芯金２１の第１当接面Ａ１及び第２当接面Ａ２に流出しないようにするため、第１シール部２３の内径寸法をφｃ’とし、第２シール部２４の円筒状内周面２４ｂの内径寸法をφｆ’としたとき（図５参照）、φｃ’＝φｆ’に設定するのが好ましい。

以下、本願の第２発明の実施形態に係る車軸用軸受装置１を説明する。簡単に説明すると、第２発明の実施形態に係る車軸用軸受装置１は、スペーサ部材２０を介して対向する内輪４の端面と筒状部材としての後蓋９の端面の形状が、第１発明の実施形態に係る車軸用軸受装置１とは反対となっている。

すなわち、第２発明の第１及び第２実施形態に係る車軸用軸受装置１では、図７及び図８にそれぞれ示すように、スペーサ部材２０に隣接する後蓋９の端面Ｎが軸方向と直交する方向の平坦面に形成される一方で、スペーサ部材２０に隣接する転がり軸受３の内輪４の端面が、軸方向と直交する方向の平坦面に形成された内径側端面Ｍ１と、内径側端面Ｍ１よりも車軸２の自由端側にシフトした位置に設けられ、軸方向と直交する方向の平坦面に形成された外径側端面Ｍ２とに区分される。内輪４の内径側端面Ｍ１と外径側端面Ｍ２とは、軸方向に延びた円筒状外周面Ｍ３を介して連続しており、この円筒状外周面Ｍ３に対してスペーサ部材２０の弾性シール材２２を構成する第２シール部２４の円筒状内周面２４ｂが圧入される。

図７に示す第２発明の第１実施形態に係る車軸用軸受装置１では、第１発明の第１実施形態に係る車軸用軸受装置１を構成するスペーサ部材２０（図２参照）が、左右を反転させた状態で取り付けられる。このため、この車軸用軸受装置１を車軸２に取り付けた状態において、スペーサ部材２０を構成する芯金２１は、その内径側環状部２１ａの一端面２１ａ１（第１当接面Ａ１）及び他端面２１ａ２（第２当接面Ａ２）が後蓋９の端面Ｎ（の内径側領域）及び内輪４の内径側端面Ｍ１にそれぞれ当接し、スペーサ部材２０を構成する弾性シール材２２は、第１シール部２３の端面２３ａ（圧接面Ｃ）及び第２シール部２４の端面２４ａが後蓋９の端面Ｎ（の外径側領域）及び内輪４の外径側端面Ｍ２に対してそれぞれ圧接されて、内輪４と後蓋９の間の開口部を密封する。

この実施形態において、スペーサ部材２０の芯金２１は、第１当接面Ａ１よりも圧接面Ｃとの軸方向の離間距離が大きい環状の段差面Ｂを有し、段差面Ｂの外径側領域が弾性シール材２２の第１シール部２３で被覆されている。従って、図３に示す第１発明の第１実施形態に係る車軸用軸受装置１と同様に、長寿命で信頼性に富む車軸用軸受装置１を実現することができる。なお、この実施形態のスペーサ部材２０のその他の特徴的構成は、図２に示すスペーサ部材２０に準ずるので詳細説明を省略する。

図８に示す第２発明の第２実施形態に係る車軸用軸受装置１では、図５に示すスペーサ部材２０が左右を反転させた状態で取り付けられる。このため、この車軸用軸受装置１を車軸２に取り付けた状態においても、スペーサ部材２０を構成する芯金２１は、その内径側環状部２１ａの一端面２１ａ１（第１当接面Ａ１）及び他端面２１ａ２（第２当接面Ａ２）が後蓋９の端面Ｎ（の内径側領域）及び内輪４の内径側端面Ｍ１にそれぞれ当接し、スペーサ部材２０を構成する弾性シール材２２は、第１シール部２３の端面２３ａ（圧接面Ｃ）及び第シール部２４の端面２４ａが後蓋９の端面Ｎ（の外径側領域）及び内輪４の外径側端面Ｍ２に対してそれぞれ圧接されて、内輪４と後蓋９の間の開口部を密封する。

この実施形態においても、スペーサ部材２０の芯金２１は、第１当接面Ａ１よりも圧接面Ｃとの軸方向の離間距離が大きい環状の段差面Ｂを有し、段差面Ｂの全域が弾性シール材２２の第１シール部２３で被覆されている。従って、図６に示す第１発明の第２実施形態に係る車軸用軸受装置１と同様に、長寿命で信頼性に富む車軸用軸受装置１を実現することができる。なお、この実施形態のスペーサ部材２０のその他の特徴的構成は、図５に示すスペーサ部材２０に準ずるので詳細説明を省略する。

以上では、本発明に係るスペーサ部材２０を、転がり軸受３の内輪４と第２の筒状部材としての後蓋９との間にのみ配置した車軸用軸受装置１を説明したが、本発明に係るスペーサ部材２０は、内輪４と第１の筒状部材としての油切り８との間に配置することももちろん可能である。すなわち、本発明は、内輪４と油切り８との間にのみスペーサ部材２０が配置される車軸用軸受装置１や、内輪４と油切り８との間、および内輪４と後蓋９との間のそれぞれにスペーサ部材２０が配置される車軸用軸受装置１にも適用することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 車軸用軸受装置
２ 車軸
３ 転がり軸受
４ 内輪
５ 外輪
８ 油切り（第１の筒状部材）
９ 後蓋（第２の筒状部材）
１０ シール装置
２０ スペーサ部材
２１ 芯金
２２ 弾性シール材
２３ 第１シール部
２４ 第２シール部
２８ 溝部（潤滑剤保持部）
２８ 凹部（潤滑剤保持部）
Ａ１ 第１当接面
Ａ２ 第２当接面
Ｂ 段差面
Ｃ 圧接面

Claims (13)

1. 鉄道車両の車軸を回転自在に支持する転がり軸受と、転がり軸受の軸方向外側に配置される筒状部材とを備えた車軸用軸受装置のうち、転がり軸受の内輪と前記筒状部材の間に配置される環状のスペーサ部材であって、
   互いに対向する前記内輪及び前記筒状部材の端面にそれぞれ当接する第１及び第２当接面を有する環状の芯金と、芯金の外周縁部に設けられ、前記内輪と前記筒状部材の間の開口部を密封する環状の弾性シール材とを備え、前記芯金の軸方向両側にそれぞれ設けられた弾性シール材を構成する第１及び第２シール部のうち、第１シール部が内輪の前記端面に圧接される圧接面を有するスペーサ部材において、
   前記芯金が、前記第１当接面よりも前記圧接面との軸方向の離間距離が大きい環状の段差面を有し、該段差面の少なくとも一部が前記第１シール部で被覆され、
   前記圧接面の全域が前記芯金よりも外径側に設けられ、前記第１シール部が、前記内輪と前記芯金との間で挟み潰される部分を有していないことを特徴とするスペーサ部材。
2. 内輪の前記端面に対する前記第１シール部の潰し代をａ、前記第１シール部の軸方向寸法をｂとしたとき、ａ／ｂ＜０．５の関係式を満たす請求項１に記載のスペーサ部材。
3. 前記第１シール部の軸方向寸法をｂ、前記第１シール部の内径寸法をφｄ、前記芯金の外径寸法をφｅとしたとき、φｅ−φｄ＞ｂの関係式を満たす請求項１又は２に記載のスペーサ部材。
4. 前記第２シール部が、前記筒状部材に設けられた軸方向に延びる円筒状外周面に圧入される円筒状内周面を有する請求項１〜３の何れか一項に記載のスペーサ部材。
5. 鉄道車両の車軸を回転自在に支持する転がり軸受と、転がり軸受の軸方向外側に配置される筒状部材とを備えた車軸用軸受装置のうち、転がり軸受の内輪と前記筒状部材の間に配置される環状のスペーサ部材であって、
   互いに対向する前記筒状部材及び前記内輪の端面にそれぞれ当接する第１及び第２当接面を有する環状の芯金と、芯金の外周縁部に設けられ、前記筒状部材と前記内輪の間の開口部を密封する環状の弾性シール材とを備え、前記芯金の軸方向両側にそれぞれ設けられた弾性シール材を構成する第１及び第２シール部のうち、第１シール部が筒状部材の前記端面に圧接される圧接面を有するスペーサ部材において、
   前記芯金が、前記第１当接面よりも前記圧接面との軸方向の離間距離が大きい環状の段差面を有し、該段差面の少なくとも一部が前記第１シール部で被覆され、
   前記圧接面の全域が前記芯金よりも外径側に設けられ、前記第１シール部が、前記筒状部材と前記芯金との間で挟み潰される部分を有していないことを特徴とするスペーサ部材。
6. 筒状部材の前記端面に対する前記第１シール部の潰し代をａ、前記第１シール部の軸方向寸法をｂとしたとき、ａ／ｂ＜０．５の関係式を満たす請求項５に記載のスペーサ部材。
7. 前記第１シール部の軸方向寸法をｂ、前記第１シール部の内径寸法をφｄ、前記芯金の外径寸法をφｅとしたとき、φｅ−φｄ＞ｂの関係式を満たす請求項５又は６に記載のスペーサ部材。
8. 前記第２シール部が、前記内輪に設けられた軸方向に延びる円筒状外周面に圧入される円筒状内周面を有する請求項５〜７の何れか一項に記載のスペーサ部材。
9. 前記段差面の外径側の一部領域が前記第１シール部で被覆されている請求項１〜８の何れか一項に記載のスペーサ部材。
10. 前記段差面の全域が前記第１シール部で被覆されている請求項１〜８の何れか一項に記載のスペーサ部材。
11. 前記段差面が、前記第１当接面を構成する前記芯金の一端面を部分的に肉取りすることで形成され、
    前記第２当接面の全域が同一平面上に位置している請求項１〜１０の何れか一項に記載のスペーサ部材。
12. 前記芯金が、潤滑剤を保持可能な潤滑剤保持部を有する請求項１〜１１の何れか一項に記載のスペーサ部材。
13. 鉄道車両の車軸を回転自在に支持する転がり軸受と、転がり軸受の軸方向外側に配置された筒状部材と、転がり軸受の内輪と筒状部材の間に配置された請求項１〜１２の何れか一項に記載のスペーサ部材とを備える車軸用軸受装置。

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