WO2017217172A1

WO2017217172A1 - 軸受装置

Info

Publication number: WO2017217172A1
Application number: PCT/JP2017/018446
Authority: WO
Inventors: 上野　正典
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2017-12-21
Also published as: JP2017223283A

Abstract

転がり軸受の外輪側に設けられたシール部材５４を転がり軸受の内輪側に設けられた後ろ蓋に接触させてシール装置を構成する。シール部材５４は、芯金５４１とリップ部５４２とで構成する。リップ部５４２に芯金５４１に固定した固定部５４２ａと、固定部５４２ａから延びるメインリップ５４２ｂとを設け、メインリップ５４２ｂの先端部５４２ｂ１を後ろ蓋に接触させる。芯金５４１に、メインリップ５４２ｂのうち先端部５４２ｂ１よりも固定部５４２ａ側の領域と、後ろ蓋との間に配置され、かつメインリップ５４２ｂに対して分離したリップ支持部５４１ｃを設ける。

Description

軸受装置

　本発明は、シール部材を有する軸受装置に関する。

　軸受装置には、例えば特許文献１に示されるような鉄道車両の車軸支持に使用されるものがあり、この種の軸受装置を図６に例示する。

　この軸受装置は、軸受１００と、シール装置１５０とを具備する。軸受１００は、転がり軸受の１種の複列の円すいころ軸受であり、内周に軌道面を有する外輪１１０と、外周に軌道面を有する内輪１２０と、転動体としての円すいころ１３０とを備える。円すいころ１３０は、外輪１１０の軌道面と内輪１２０の軌道面との間に複列に配置されている。

　シール装置１５０は、外輪１１０の内周面の軸方向両端部に嵌合固定されたシールケース１５２と、各シールケース１５２の内周に固定されたシール部材１５４と、内輪１２０の軸方向両側に配された油切り１６１、後ろ蓋１６２とから成る。このシール部材１５４は、油切り１６１、後ろ蓋１６２との間で接触シールを構成する。この構成により、シール装置１５０は、軸受１００の外輪１１０と内輪１２０との間の空間（軸受１００の内部空間）を軸方向両端においてシールする。

　詳述すれば、図７に示すように、シール部材１５４は、メインリップ１５４ａとダストリップ１５４ｂと、これらのリップ１５４ａ，１５４ｂが設けられた芯金１５４１とを具備する。各リップ１５４ａ，１５４ｂが軸方向に離隔した２箇所で後ろ蓋１６２と接触する。これにより、軸受１００の内部空間からのグリース等の潤滑剤の漏洩や、内部空間への塵埃や水等の浸入を防止する。

　メインリップ１５４ａ，ダストリップ１５４ｂ等のシールリップは、その用途、使用条件に合わせて、適正な緊迫力を発揮するようにその形状、剛性等が設定される。しかしながら、車軸の回転中には、軸受の昇温により、シール部材１５４で密閉された軸受内部空間の圧力（軸受内圧）が増大する。軸受内圧が大きくなると、メインリップ１５４ａ（あるいはダストリップ１５４ｂ）が摺動面に押し付けられて緊迫力が増加することにより、トルクが増すと共に、発熱が助長される。加えて、シールリップが、その変形により、摺動面と適正な接触状態を維持できなくなり、シールリップの先端の摩耗が促進され密封性能が低下する虞がある。

　軸受内圧の上昇に伴うシールリップの緊迫力の増加を回避するための発明としては、例えば、特許文献２に開示されたものがある。当該発明は、軸受装置の内圧上昇時、内気を軸受装置の外部へ排出させる内圧調整機構（ベント）と、軸受配設空間からシール配設空間へ内気を流動させる内気流動機構とが設けられた軸受装置用密封装置に関するものである。内気流動機構がグリース膜によって塞がれても、圧力差によってグリース膜を開孔させることが可能なように、内気流動機構として、仕切り板の内周部の径を部分的に拡大させる切欠き若しくは貫通孔が形成されていることを特徴とするものである。

特開２００７－２５５５９９号公報特許第４８１１１９４号公報

　しかしながら、特許文献２の構成では、内圧調整機構（ベント）を付加する必要があるため、高コスト化する。また、シールリップの緊迫力は、軸受内圧の変動以外の要因によっても変化する。例えばメインリップ１５４ａ、ダストリップ１５４ｂ、後ろ蓋１６２で囲まれた空間（リップ間空間Ｓ’）は、車軸回転中に昇温するため、リップ間空間Ｓ’の圧力が増大する。リップ間空間Ｓ’内の圧力が限度を超えると、ダストリップ１５４ｂの先端が後ろ蓋１６２から離反し、リップ間空間Ｓ’内の空気が大気に放出され、その後のダストリップ１５４ｂの弾性変形でリップ間空間Ｓ’が元の密閉状態に戻る。この状態で車軸の回転を停止すると、温度の低下に伴ってリップ間空間Ｓ’の圧力が低下し、リップ間空間Ｓ’が負圧の状態となって、メインリップ１５４ａやダストリップ１５４ｂが油切り１６１や後ろ蓋１６２の表面に吸着し、シールリップの緊迫力が増大する。また、油切り１６１や後ろ蓋１６２の回転によるメインリップ１５４ａの吸い込み作用によってリップ間空間Ｓ’の圧力が低下し、リップ間空間Ｓ’が負圧の状態となって、シールリップの緊迫力が増大する。この状態から車軸を再度回転させれば、各リップ１５４ａ，１５４ｂの摩耗が進行することになる。特許文献２の構成では、このようなシールリップの吸着による緊迫力の増大には対処できない。

　以上に述べた課題の解決手段として、メインリップ１５４ａやダストリップ１５４ｂそのものの剛性を向上させることが考えられる。しかしながら、かかる構成を採用した場合、リップの締め代を従来と同様に設定すると、メインリップ１５４ａおよびダストリップ１５４ｂの緊迫力が大きくなる。これにより、トルクが大きくなると共に発熱が大きくなり、メインリップ１５４ａ，ダストリップ１５４ｂの摩耗が大きくなる。その一方、締め代を小さくすると、密封性能の低下につながる虞がある。

　本発明は、上記事情に鑑み、シールリップの緊迫力の増大に伴うトルクロス、温度上昇、シールリップの異常摩耗等を防止することを目的とする。

　前記課題を解決するため、本発明は、内周に軌道面を備えた外輪を含み、回転側および固定側の何れか一方となる外径側の部材と、外周に軌道面を備えた内輪を含み、回転側および固定側の他方となる内径側の部材と、前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に介在する転動体と、外径側の部材および内径側の部材のうち、どちらか一方の部材に固定される芯金、および芯金に固定された弾性材料からなるリップ部を有するシール部材とを備え、リップ部に、芯金に固定される固定部と、固定部から延び、かつその先端部を他方の部材と接触させた第一リップとを設けた軸受装置において、前記芯金に、第一リップのうち前記先端部よりも固定部側の領域と、前記他方の部材との間に配置され、かつ第一リップに対して分離したリップ支持部を設けたことを特徴とする。

　かかる構成によれば、軸受内部空間の昇温等で軸受内圧が高まり、この圧力によって第一リップが他方の部材に向けて変形した際にも、第一リップがリップ支持部によって支持され、第一リップのそれ以上の変形が規制される。これにより、第一リップの緊迫力の増加を抑制することができる。一方、第一リップは、芯金のリップ支持部と分離しているので、芯金の剛性が第一リップの緊迫力に与える影響は無視できる程度となる。また、第一リップは、他方の部材から離反する方向へは規制されることなく容易に変形することができる。従って、第一リップの締め代を従来品と同程度に設定した場合でも、適正な緊迫力を得ることが可能となり、第一リップの緊迫力を適正値に設定することが容易となる。

　前記シール部材に、前記第一リップよりも軸受外部側で前記他方の部材と接触する第二リップを設けることもできる。かかる構成であれば、第一リップ、第二リップ、および他方の部材で区画された空間（リップ間空間）に負圧が生じ、この負圧によって第一リップが他方の部材側に吸着された際にも、第一リップがリップ支持部によって支持され、第一リップのそれ以上の変形が規制される。従って、かかる要因による第一リップの緊迫力の増加を防止することが可能となる。

　製造コストの低廉化等の観点から、第一リップとリップ支持部との間に隙間を設けるのが好ましい。緊迫力の増大を防止するためにも隙間の幅は極力小さくするのが好ましく、具体的には隙間の幅は１．５ｍｍ以下とする。

　確実なシール効果を得るため、第一リップの緊迫力は２０Ｎ以上とするのが好ましい。

　上記構成においては、前記芯金に貫通孔を設け、前記第一リップと第二リップを、前記貫通孔を介して一体化するのが好ましい。これにより、第一リップと第二リップの双方を芯金に対して確実に固定することができる。

　前記転動体としては複列の円錐ころを使用することができる。以上に述べた軸受装置は、鉄道車両車軸に使用するのが好適である。

　本発明によれば、第一リップで区画された空間内で圧力変動が生じた際にも、それに伴う第一リップの緊迫力の増加を抑制することができる。従って、これに伴うトルクロスの増大、発熱、リップの異常摩耗等の問題を回避することができる。

本発明の実施形態に係る軸受装置の軸方向断面図である。図１のＢ部分の拡大図である。本発明の実施形態に係る軸受装置の要部拡大軸方向断面図である。本発明の変形例に係る軸受装置の要部拡大軸方向断面図である。本発明の変形例に係る軸受装置の要部拡大軸方向断面図である。従来の軸受装置の軸方向断面図である。図６のＡ部分の拡大図である。

　以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。

　図１に、本発明の実施形態に係る軸受装置を示す。この軸受装置は、鉄道車両の車軸支持用として使用されるものであり、軸受１と、シール装置５０とを具備する。軸受１は、転がり軸受の１種である複列の円すいころ軸受であり、外輪１０と、二つの内輪２０と、転動体としての複数の円すいころ３０と、保持器４０とを備える。外輪１０は、内周に複列に配置された円すい状の軌道面１２を有し、内輪２０は、外周に円すい状の軌道面２２を有する。二つの内輪２０の小径側端部を突き合わせて配置することで、複列の軌道面２２が形成される。内輪２０の小径側端部を直接突き合わせて配置する他、小径側端部の間に間座を配置してもよい。外輪１０の軌道面１２と内輪２０の軌道面２２との間には、複列に配置した円すいころ３０を介在させる。保持器４０は、各列の円すいころ３０を円周方向等間隔に保持する。外輪１０と内輪２０との間に形成される空間（軸受内部空間）にはグリース等の潤滑剤が封入され、この空間を軸方向両端部においてシール装置５０がシールしている。

　外輪１０は、外周面を鉄道車両の軸箱（図示省略）の内周面に嵌合し軸方向端面を軸方向に固定することで当該軸箱に固定される。二つの内輪２０の軸受外部側には、それぞれ摺接部材としての油切り６１と後ろ蓋６２が配される。車軸２の軸端には蓋部材６４がボルト６６で固定され、この蓋部材６４と車軸２の肩部との間で、車軸２の外周に嵌合した油切り６１、内輪２０及び後ろ蓋６２が挟持固定される。

　図２に拡大して示すように、シール装置５０は、段付き円筒状を成したシールケース５２と、シール部材５４と、断面Ｌ字型の仕切り板５５と、後ろ蓋６２とで構成される。２つのシールケース５２は、それぞれの軸方向一端部（軸受内部側の端部）が、外輪１０の軸方向両端の開口部内周に圧入固定される。２つのシールケース５２の先端部は、後ろ蓋６２の端面に形成された凹部６２ａに挿入され、これにより非接触シールを構成している。なお、以下の説明では、軸方向一方側のシール装置５０（図１の右側のシール装置）を例に挙げて説明しているが、一方のシール装置５０だけではなく、他方のシール装置５０にも同様の構成を適用することができる。

　シールケース５２の内周に仕切り板５５が圧入固定され、仕切り板５５の内周にシール部材５４が圧入固定される。仕切り板５５の内周端は、後ろ蓋６２の外周面に近接して非接触シールを構成する。この仕切り板５５は、軸受１の内部空間に充填されたグリース等の潤滑剤が直接シール部材５４に押し寄せる事態を防止する。

　以上に述べた各部材のうち、外輪１０と、シールケース５２と、仕切り板５５とで、軸受装置の固定側となる外径側の部材が構成され、二つの内輪２０と油切り６１と後ろ蓋６２とで、軸受装置の回転側となる内径側の部材が構成される。

　図２に示すように、シール部材５４は所謂オイルシールであり、金属製の芯金５４１と、芯金５４１に固定された弾性材料からなるリップ部５４２，５４３と、ガータスプリング５４４とを具備する。芯金５４１、リップ部５４２，５４３、およびガータスプリング５４４は何れも環状に形成されている。

　芯金５４１は、仕切り板５５の内周に圧入固定される円筒状の圧入部５４１ａと、圧入部５４１ａの軸受外部側の端部から内径側に延びる平板状の径方向部５４１ｂと、径方向部５４１ｂの内径端部から軸受内部側ほど内径側に変位するように傾斜した円すい状のリップ支持部５４１ｃとを一体に有する。

　リップ部５４２，５４３は、例えばニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で形成される。このリップ部５４２，５４３は、例えば加硫接着等の手段で芯金に５４１に固定されている。リップ部５４２，５４３は、樹脂で形成することもできる。

　図３に示すように、本実施形態のシール部材５４は、二つのリップ部５４２，５４３を有する。一方のリップ部５４２は芯金５４１の表面（軸受内部側の面）に被着形成され、他方のリップ部５４３は、芯金５４１の裏面（軸受外部側の面）に被着形成される。一方のリップ部５４２は、芯金５４１に固定される固定部５４２ａと、固定部５４２ａから軸受内部側に向けて延びるメインリップ５４２ｂ（第一リップ）とを有する。裏面側に設けられる他方のリップ部５４３は、芯金５４１に固定された固定部５４３ａと、固定部５４３ａから軸受外部側に向けて延びるダストリップ５４３ｂ（第二リップ）とを有する。

　ダストリップ５４３ｂの先端部５４３ｂ１は、メインリップ５４２ｂの先端部５４２ｂ１よりも軸受外部側に位置する。両リップ５４２ｂ，５４３ｂの先端部５４２ｂ１，５４３ｂ１は、何れも後ろ蓋６２の外周面（摺動面）に対して締め代を持って接触している。メインリップ５４２ｂの先端部５４２ｂ１と、ダストリップ５４３ｂの先端部５４３ｂ１と、後ろ蓋６２の外周面とで、他所に対して区画されたリップ間空間Ｓが形成される。

　ガータスプリング５４４は、メインリップ５４２ｂの先端部５４２ｂ１の外周に装着されている。ガータスプリング５４４の縮径方向の弾性力と前締め代との協働で、メインリップ５４２ｂの先端部５４２ｂ１に所定の大きさの緊迫力（２０Ｎ以上で５０Ｎ以下）が与えられる。

　芯金５４１のリップ支持部５４１ｃの先端は、リップ間空間Ｓに至るまで延びており、リップ支持部５４１ｃは、メインリップ５４２ｂの内周面のうち先端部５４２ｂ１よりも固定部５４２ａ側の領域と、後ろ蓋６２（図２参照）の外周面との間に位置している。メインリップ５４２ｂの内周面とリップ支持部５４１ｃの外周面との間には、軸受内部側が開口した環状の隙間ｃがある。そのため、メインリップ５４２ｂとリップ支持部５４１ｃは分離された状態にある。リップ部５４２のうち、隙間ｃの存在しない領域が芯金５４１に固定される固定部５４２ａを構成する。

　以上に述べた構成であれば、メインリップ５４２ｂは、その先端部５４２ｂ１が摺動面（後ろ蓋６２の外周面）から離反する方向（拡径方向）には（図３の白矢印参照）、変形自在となる。一方、当該先端部５４２ｂ１が摺動面に押し付けられる方向では、メインリップ５４２ｂの変形は、隙間ｃの範囲内では許容されるが、隙間ｃがゼロになった後は芯金５４１のリップ支持部５４１ｃによって当該変形が規制される。そのため、メインリップ先端部５４２ｂ１の緊迫力の増大を防止することができる。

　例えば車軸回転中の軸受内部空間の昇温により、シール部材５４で密封された軸受内部空間の圧力（軸受内圧）が高圧となった場合、この内圧によってメインリップ５４２ｂはその先端部５４２ｂ１が摺動面に押し付けられる方向に変形しようとする。この際、当該変形は上記のようにリップ支持部５４１ｃによって規制されるため、メインリップ先端部５４２ｂ１は縮径せず、メインリップ先端部５４２ｂ１の緊迫力の増大を回避することができる。この効果は、特許文献２のように内圧調整機構（ベント）を付加することなく得られるため、シール装置の低コスト化を図る上でも有効となる。また、車軸の回転から停止への切り替えに伴ってリップ間空間Ｓでの空気が膨張後、収縮し、これによりリップ間空間Ｓが負圧となって、メインリップ５４２ｂが摺動面に吸着された際にも、同様の作用によりメインリップ先端部５４２ｂ１の緊迫力の増大を防止することができる。また、油切り６１や後ろ蓋６２の回転によるメインリップ５４２ｂの吸い込み作用によってリップ間空間Ｓが負圧の状態となった際にも、同様の作用によりメインリップ先端部５４２ｂ１の緊迫力の増大を防止することができる。

　このように本発明によれば、メインリップ５４２ｂで区画された空間の圧力変動に伴うメインリップ５４２ｂ、さらにはダストリップ５４３ｂの緊迫力の増大を回避できる。従って、緊迫力の増大によるトルクロス、温度上昇、異常摩耗等の問題を回避することが可能となる。

　その一方で、メインリップ５４２ｂは、その先端部５４２ｂ１が摺動面から離反する方向には変形自在であるから、メインリップ先端部５４２ｂ１と摺動面の間に所定の締め代を与えることで、適切な緊迫力を得ることができる。この時、芯金５４１の剛性でメインリップ先端部５４２ｂ１の緊迫力が左右されることはない。従って、既存の締め代と緊迫力の関係をそのまま活用することができ、シール部材５４の設計が容易なものとなる。

　以上の効果を得るためにも、芯金５４１のリップ支持部５４１ｃとメインリップ５４２ｂの間の隙間ｃは極力小さくするのが好ましい。具体的には、隙間ｃの幅は１．５ｍｍ以下とするのが好ましい。上記の効果を得るためには、リップ支持部５４１ｃとメインリップ５４２ｂとが分離されていれば足りるのであり、両者が分離されている限り隙間を０としても構わない。両者の分離は、加硫接着の時点でリップ支持部５４１ｃとメインリップ５４２ｂの間に隙間ｃを形成する他、加硫接着後に刃物等によりメインリップ５４２ｂと芯金５４１のリップ支持部５４１ｃを切り離すことで行うこともできる。

　図４に示す実施形態は、芯金５４１に貫通孔５４１ｄを設けて、当該貫通孔５４１ｄを通じて二つのリップ部５４２，５４３を一体化させたものである。かかる構成では、一方のリップ部５４２のメインリップ５４２ｂと他方のリップ部５４３のダストリップ５４３ｂとが同じリップ部に形成された形となる。

　以上に示す実施形態では、芯金５４１のリップ支持部５４１ｃとメインリップ５４２ｂとの間に隙間ｃを形成しているが、図５に示すようにリップ支持部５４１ｃを一方のリップ部５４２で被覆し、この被覆部５４２ｃとメインリップ５４２ｂとの間に隙間ｃを形成してもよい。

　本発明は上記実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内であれば、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、内圧を開放するためのベントがシール部材５４に設けられていなかったが、シール部材５４にベントが設けられていてもよい。この場合には、万一、グリース等によってベントが塞がれた場合においても、上記のシール部材５４の効果により、シール部材５４への圧力の作用による悪影響を防ぐことができる。また、ダストリップ５４３ｂを省略し、メインリップ５４２ｂだけでシールリップを形成することもできる。かかる構成でも、軸受内圧の上昇によりメインリップ５４２ｂの緊迫力が増大する事態を防止することができる。

　また、上記実施形態では、シール部材５４を、仕切り板５５を介してシールケース５２に固定しているが、シール部材５４を固定する部材は上述の外径側の部材から任意に選択することができ、例えばシール部材５４を外輪１０の内周面に固定することもできる。また、メインリップ５４２ｂやダストリップ５４３ｂを摺接させる部材も、上述の内径側の部材から任意に選択することができ、例えば各リップ先端部５４２ｂ１，５４３ｂ１を内輪２０の外周面に直接摺接させることもできる。

１　　　軸受
１０　　外輪
１２　　軌道面
２０　　内輪
２２　　軌道面
３０　　円すいころ（転動体）
５２　　シールケース（外径側の部材）
５４　　シール部材
５４１　芯金
５４１ｃ　リップ支持部
５４２　リップ部
５４３　リップ部
５４２ａ　固定部
５４２ｂ　メインリップ（第一リップ）
５４２ｂ１　先端部
５４３ａ　固定部
５４３ｂ　ダストリップ（第二リップ）
５４３ｂ１　先端部
５４１ｄ　貫通孔
５５　　仕切り板（外径側の部材）
６１　　油切り（内径側の部材）
６２　　後ろ蓋（内径側の部材）
ｃ　　　隙間

Claims

　内周に軌道面を備えた外輪を含み、回転側および固定側の何れか一方となる外径側の部材と、外周に軌道面を備えた内輪を含み、回転側および固定側の他方となる内径側の部材と、前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に介在する転動体と、外径側の部材および内径側の部材のうち、どちらか一方の部材に固定される芯金、および芯金に固定された弾性材料からなるリップ部を有するシール部材とを備え、リップ部に、芯金に固定される固定部と、固定部から延び、かつその先端部を他方の部材と接触させた第一リップとを設けた軸受装置において、
　前記芯金に、第一リップのうち前記先端部よりも固定部側の領域と、前記他方の部材との間に配置され、かつ第一リップに対して分離したリップ支持部を設けたことを特徴とする軸受装置。
　前記シール部材に、前記第一リップよりも軸受外部側で前記他方の部材と接触する第二リップを設けた請求項１に記載の軸受装置。
　前記第一リップとリップ支持部との間に隙間を設けた請求項１または２記載の軸受装置。
　前記隙間の幅を１．５ｍｍ以下とした請求項３記載の軸受装置。
　前記第一リップの緊迫力が２０Ｎ以上である請求項１～４の何れか１項に記載の軸受装置。
　前記芯金に貫通孔が設けられ、前記第一リップと第二リップが、前記貫通孔を介して一体化されている請求項２～５の何れか１項に記載の軸受装置。
　前記転動体として複列円錐ころが使用された請求項１～６の何れか１項に記載の軸受装置。
　鉄道車両車軸に使用される請求項１～７の何れか１項に記載の軸受装置。