JP2008240900A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間停止した直後の始動時においても、潤滑不良を起こすことなく駆動することができる円すいころ軸受を提供する
【解決手段】保持器４０の大径環状部４４に油供給部としての油溜り５０を設ける。このように、潤滑不良を起こしやすい円すいころ３０の大端面３２と内輪２０の大つば面２４との摺動部Ｐに近接した位置に油溜り５０を設けることにより、軸受を駆動した直後に前記摺動部を潤滑することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、円すいころ軸受に関し、例えば鉄道車両の駆動装置用軸受に利用することができる。

図１０に鉄道車両の駆動系の概略構成を示す。図示のように、モータ等の駆動源１０１の出力は、継手１０２を介して小歯車１０３及び大歯車１０４を有する駆動装置１０５に伝達され、所定のギヤ比で減速された上で車軸１０６に伝達される。車軸１０６の両端には、台車枠１０８にばね１０７を介して支持された車箱１０９が配置される。車軸１０６は、車箱１０９内に配した軸受１１０により回転自在に支持され、且つ台車枠に対して適性位置に保持されている。

鉄道車両に用いられる主な軸受としては、車軸用１１０、駆動装置用１１１・１１２、およびモータ用１１３・１１４がある。車軸用軸受１１０としては、複列円筒ころ軸受や外向き型の複列円すいころ軸受が多く用いられ、その潤滑は軸受内部に封入したグリースで行う場合が多い。駆動装置用軸受１１１、１１２は、小歯車１０３と大歯車１０４の支持に用いられる軸受で、ギヤケース１１６内に収容され、何れも内向き形の複列円すいころ軸受が多く用いられる。駆動装置用軸受１１１・１１２の潤滑は、ギヤケース１１６に貯留した潤滑油１１７を大歯車１０４で跳ね上げて行う場合が多い。

特許文献１には、このような鉄道車両の駆動装置に用いられる円すいころ軸受の一例が示されている。

特開２００１−３１７５５１号公報

上記のような鉄道車両、特に冬期の寒冷地を走行する鉄道車両の駆動装置では、長時間停止した後の発進時における円すいころ軸受の潤滑性が問題になることがある。すなわち、鉄道車両の駆動装置では、長時間停車することにより円すいころ軸受の内部の油がほとんど流れ落ちる。このような状態のまま発車すると、大歯車の回転により油浴の油が跳ね上げられて円すいころに十分な油が供給されるまでの間、円すいころは潤滑性に乏しい状態で駆動されることとなる。特に、低温状態では油の粘度が高まるため、大歯車が回転してもなかなか油浴から跳ね上げられず、円すいころに十分な油が供給されるまでに長時間を要する。このように潤滑不足の状態での走行が長期化すると、高負荷のかかる円すいころ大端面と内輪の大つば面との摺動部（図３にＰで示す）に潤滑不良が生じ、この摺動部が摩耗したり、円すいころ軸受の回転トルクが上昇したりする不具合が生じる恐れがある。

本発明の課題は、長時間停止した直後の始動時においても、潤滑不良を起こすことなく駆動することができる円すいころ軸受を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、内周に軌道面を有する外輪と、外周に軌道面を有する内輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に転動自在に介在させた複数の円すいころと、円すいころの小端面と摺動する小径環状部、及び円すいころの大端面と摺動する大径環状部を有し、円すいころを円周方向等間隔位置に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、保持器の大径環状部に油供給部を設けたことを特徴とする。

このように、本発明の円すいころ軸受では、保持器の大径環状部に油供給部が配される。これにより、潤滑不良を起こしやすい円すいころの大端面と内輪の大つば面との摺動部に近接した位置に油供給部が配されるため、長時間停止した直後であっても、この油供給部からいち早く前記摺動部に油が供給されることにより、始動直後に前記摺動部を潤滑することができる。

例えば、保持器の大径環状部の端部に内径向きの屈曲部を設け、この屈曲部の内側に環状の油溜りを形成することにより、前記油供給部を構成することができる。これにより、例えば円すいころ軸受が長時間停止することにより軸受内部の油が流れ落ちた場合であっても、屈曲部で形成された環状の油溜りの下方部に油が保持することができる。軸受が始動すると、前記油溜りに保持した油が保持器の回転に伴って上側に移動し、上方位置まで達した油が重力により落ちて円すいころの大端面と内輪の大つば面との摺動部に供給されることにより、この摺動部の潤滑が行われる（図３矢印Ａ参照）。この環状の油溜りの円周方向複数箇所に仕切り板を設けると、環状空間に溜まった油の流出を遅らせることができるので、油をより一層上方に移動させることが可能となり、これにより前記摺動部に確実に油を供給することができる。尚、屈曲部の内側の領域とは、屈曲部ところの端面との間に形成された領域のことをいうものとする。

あるいは、保持器の大径環状部に多孔性固形潤滑剤を配し、この多孔性固形潤滑剤を油供給部として機能させてもよい。多孔性固形潤滑剤とは、溶融した樹脂材料を発泡させながら固化することで多孔質化し、その多孔質部に潤滑成分を充填してなる固形潤滑剤である。この多孔性固形潤滑剤からにじみ出た油が、円すいころの大端面と内輪の大つば面との摺動部に供給されることにより、この摺動部の潤滑性を高めることができる。

このような円すいころ軸受を組み込んだ鉄道車両の駆動装置は、低温状態で長時間停止した直後であっても、潤滑不良を起こすことなく始動することができる。

以上のように、本発明の円すいころ軸受によると、長時間停止した直後の始動時においても、潤滑不良を起こすことなく駆動することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１に示す本発明の実施形態に係る円すいころ軸受１は、例えば図１０に示すような鉄道車両の駆動装置１０５用の軸受１１１・１１２として使用される。この円すいころ軸受１は、外輪１０と、内輪２０と、複数の円すいころ３０と保持器４０を主要な構成要素としている。

外輪１０は内周に円すい状の軌道面１２を有する。内輪２０は外周に円すい状の軌道面２２を有し、この軌道面２２の大径側に大つば面２４、小径側に小つば面２６が設けられている。外輪１０の軌道面１２と内輪２０の軌道面２２との間に複数の円すいころ３０が転動自在に配列される。複数の円すいころ３０は保持器４０によって所定の円周方向間隔に保持される。円すいころ３０と、外輪１０および内輪２０の各軌道面１２，２２の各円すい角頂点は、図２に示すように、円すいころ軸受１の中心線上の一点Ｏで一致し、円すいころ３０が各軌道面１２，２２に沿って転がり運動できるようになっている。

保持器４０は、円すいころ３０の小端面３１と摺動する小径環状部４２と、円すいころ３０の大端面３２と摺動する大径環状部４４と、これらを連結する柱部４６とを備える。小径環状部４２及び大径環状部４４の端部には、その全周に内径向きの屈曲部４８、４９が設けられる。このように、保持器４０の端部を内径へ向けて屈曲させることにより、円すいころ軸受１の内部に過剰な油が流入することによるトルクの増大を防止することができる。

保持器４０は、例えば、プレス加工や切削加工で形成することができる。また、保持器４０は全体を一体に形成する他、小径側の屈曲部４８、大径側の屈曲部４９、あるいは仕切板５１を別体に形成し、溶接等で保持器４０の所定箇所に固定してもよい。

保持器４０の大径環状部４４の端部に内径向きのフランジ状の屈曲部４９を設けることで、以下のような効果を得ることができる。すなわち、図１に示す円すいころ軸受１が図示の態様の上下方向で使用される場合、長時間停止することで軸受内部の油が流れ落ちても、屈曲部４９で形成される環状の油溜り５０の下方部に油を保持することができる（図１拡大図参照）。この軸受１が長時間停止した後に始動すると、油溜り５０の下方部に保持した油が保持器４０の回転に伴って上方へ移動する。上方へ移動した油は、例えば図３の矢印Ａで示すように、重力により下方へ落ちて円すいころ３０の大端面３２と内輪２０の大つば面２４との摺動部Ｐに供給され、この部分を潤滑する。あるいは、矢印Ｂで示すように、保持器４０の柱部４６を伝って流れ落ち、円すいころ３０に供給されて、円すいころ３０と外輪１０の軌道面１２あるいは内輪２０の軌道面２２との間を潤滑する。

このように、軸受１が長時間停止後に起動する場合でも、保持器４０の大径環状部４４の屈曲部４９により形成された油溜り５０が油を保持することにより、回転直後に摺動部Ｐ等に油を供給することができる。これにより、軸受１が例えば寒冷地を走行する鉄道車両の駆動装置に用いられ、長期間停止した直後に始動する場合であっても、軸受１に潤滑不良が生じる恐れを回避することができる。

本発明の実施形態は上記に限られない。以下に、本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成、機能を有する箇所には同一符号を付して説明を省略する。

上記の実施形態では、保持器４０の大径環状部４４の屈曲部４９の延びる方向がおよそ軸受１の径方向と平行となっているが、屈曲部４９により形成される環状空間の下方部で油を受けることができる限り、屈曲部４９の形状は限定されない。例えば、図４に示すように、屈曲部４９を図３に示す態様よりも浅く曲げてもよい。あるいは、図５に示すように、屈曲部４９を図３に示す態様よりも深く曲げてもよい。

また、図６及び図７に示す円すいころ軸受１のように、屈曲部４９で形成される環状の油溜り５０の円周方向等間隔位置に、複数の仕切板５１を設けても良い。本実施形態では、図７に示すように、環状の油溜り５０の円周方向等間隔の１２箇所に仕切板５１を設けている。これにより、例えば保持器４０が図７の矢印Ｄで示す方向に回転する場合、油溜り５０の下方部に溜まった油（図７に散点で示す）の流出を遅らせることができるので、油をより一層上方に移動させることが可能となり、これにより油を確実に摺動部Ｐ等に供給することができる。

また、図８に示す円すいころ軸受１では、保持器４０の大径環状部４４に屈曲部を設けず、この大径環状部４４の内周面に、多孔性固形潤滑剤からなる油供給部６０を取付けている点で、上記実施形態と構成を異にする。この油供給部６０は例えば環状に設けても良いし、あるいは円周方向に離隔した複数箇所に設けても良い。

ここで、多孔性固形潤滑剤とは、樹脂成分を発泡させて多孔質化し、その多孔質部に潤滑成分を充填させてなる固形潤滑剤である。多孔性固形潤滑剤は、軸受の回転時に加わる外力や毛細管現象等により、多孔質部に充填した潤滑成分が徐々に外部へにじみ出る。この多孔性固形潤滑剤からにじみ出た油が、円すいころ３０の大端面３２と内輪２０の大つば面２４との接触部や、柱部４６を介して円すいころ３０の外周面に供給されることにより、軸受１の潤滑が行われる。

多孔性固形潤滑剤は、樹脂成分の材料を適宜選択して樹脂成分の有する弾性を調整することにより、多孔性固形潤滑剤からにじみ出す潤滑成分の量を必要最小限にすることができる。よって、軸受内部に潤滑成分が必要以上に流入することがなく、軸受外部への潤滑成分の漏れ出しや、軸受内部の回転トルクの増大を防止できる。

また、多孔性固形潤滑剤は、発泡により表面積が大きくなっているため、にじみ出した余剰の潤滑成分を再び発泡体の気泡内に一時的に保持することもできる。従って、多孔性固形潤滑剤からにじみ出す潤滑成分の量を安定させることができるため、長期間にわたって潤滑性能を維持できる。

多孔性固形潤滑剤を構成する樹脂成分としては、樹脂（プラスチック）またはゴムなどのうち、エラストマーまたはプラストマーのいずれかまたは両方を、アロイまたは共重合成分として採用できる。

ゴムの場合は、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンエラストマー、フッ素ゴム、クロロスルフォンゴムなどの各種ゴムを採用できる。

また、プラスチックの場合は、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド４，６樹脂（ＰＡ４，６）、ポリアミド６，６樹脂（ＰＡ６，６）、ポリアミド６Ｔ樹脂（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ樹脂（ＰＡ９Ｔ）などの汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックを採用できる。

多孔性固形潤滑剤に用いる樹脂成分は上記プラスチックなどに限られることなく、軟質ウレタンフォーム、硬質ウレタンフォーム、半硬質ウレタンフォームなどのウレタンフォームなどを用いることもできる。

また、多孔性固形潤滑剤に用いられる潤滑成分としては、発泡体を形成する固形物を溶解しないものであれば種類を選ばずに使用することができるが、例えば潤滑油、グリース、ワックスなどを単独もしくは混合して用いても良い。

潤滑油としては、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、エステル系合成油、エーテル系合成油、炭化水素系合成油、ＧＴＬ基油、フッ素油、シリコーン油等の一般的に使用されている潤滑油またはそれらの混合油が挙げられる。

グリースの増ちょう剤としては、リチウム石鹸、リチウムコンプレックス石鹸、カルシウム石鹸、カルシウムコンプレックス石鹸、アルミニウム石鹸、アルミニウムコンプレックス石鹸等の石鹸類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。

このウレア系増ちょう剤としては、例えば、ジウレア化合物、ポリウレア化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。

ジウレア化合物は、例えばジイソシアネートとモノアミンの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、フェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、へキサンジイソシアネート等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、へキサデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、アニリン、p−トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。

ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン等が挙げられる。グリースの基油としては、前述の潤滑油と同様のものを用いることができる。

また、ワックスとしては、炭化水素系合成ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステル系ワックス、脂肪酸アミド系ワックス、ケトン・アミン類、水素硬化油などどのようなものでも良い。これらのワックスに使用する油成分としては前述の潤滑油と同様のものを用いることができる。

以上述べたような潤滑成分には、さらに二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、有機モリブデン等の摩擦調整剤、アミン、脂肪酸、油脂類等の油性剤、アミン系、フェノール系などの酸化防止剤、石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステルなどの錆止め剤、イオウ系、イオウ−リン系などの極圧剤、有機亜鉛、リン系などの摩耗防止剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤などの各種添加剤を含んでいても良い。

樹脂成分を発泡させる手段としては周知の発泡手段を採用すればよく、例えば、水、アセトン、ヘキサン等の比較的沸点の低い有機溶媒を加熱し、気化させる物理的手法やエアーや窒素などの不活性ガスを外部から吹き込む機械的発泡方法、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）やアゾジカルボンイミド（ＡＤＣＡ）等のように温度や光によって分解し、窒素ガスなどを発生させる分解型発泡剤を使用する、などの方法が挙げられる。また、原料として反応性の高いイソシアネート基を持つ場合には、それと水分子との化学反応によって生じる二酸化炭素による化学的発泡を用いても良い。

このような反応を伴う発泡を用いるには必要に応じて触媒を使用することが望ましく、例えば、３級アミン系触媒や有機金属触媒などが用いられる。

３級アミン系触媒としてはモノアミン類、ジアミン類、トリアミン類、環状アミン類、アルコールアミン類、エーテルアミン類、イミダゾール誘導体、酸ブロックアミン触媒などが挙げられる。

また、有機金属触媒としてはスタナオクタエート、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンマーカプチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンマレエート、ジオクチルチンジマーカプチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、オクテン酸鉛などが挙げられる。また、反応のバランスを整えるなどの目的でこれら複数種類を混合して用いても良い。

また、樹脂成分の多孔質部に潤滑剤を充填する方法としては、樹脂材料の固化後に充填する方法（後含浸）や、潤滑剤に浸漬した状態で樹脂材料の発泡及び固化を行う方法（発泡含浸）等が挙げられる。このうち、発泡含浸によると、樹脂成分の内部に潤滑油を高充填することができる。

多孔性固形潤滑剤は、型内に流し込んで成形してもよく、また常圧で固化した後に裁断や研削等で目的の形状に後加工することもできる。こうして多孔性固形潤滑剤を環状に成形し、保持器４０の大径環状部４４の内周面に油供給部６０として取付ける。このとき、多孔性固形潤滑剤の内部への潤滑剤の充填は、保持器４０に取付ける前に行っても良いし、保持器４０に取付けた後に行っても良い。

以上で説明したような多孔性固形潤滑剤からなる油供給部６０は、図３〜図６で示すような屈曲部４９の内側に形成される環状空間に設けてもよい。例えば、図５に示すように屈曲部４９が軸受１の半径方向よりも深く曲げられている場合は、環状空間への油供給部６０の配設を容易に行うことができる。すなわち、図９に示すように、保持器４０を台７０の上に載置した状態で、溶融樹脂６１を環状空間に注入して発泡させることにより、多孔性固形潤滑剤からなる油供給部６０の成形及び固定を同時に行うことができる。

以上の実施形態では、本発明の円すいころ軸受１が鉄道車両の駆動装置に使用される場合を示したが、これに限らず他の用途にも適用することができる。

本発明に係る円すいころ軸受の断面図である。 円すいころ軸受の断面図である。 円すいころ軸受の拡大断面図である。 他の実施形態の円すいころ軸受の拡大断面図である。 他の実施形態の円すいころ軸受の拡大断面図である。 他の実施形態の円すいころ軸受の拡大断面図である。 図６の円すいころ軸受の保持器をＣ方向から見た正面図である。 他の実施形態の円すいころ軸受の拡大断面図である。 多孔性固形潤滑剤の配設方法を示す断面図である。 鉄道車両の駆動系を説明する側面図である。

符号の説明

１ 円すいころ軸受
１０ 外輪
１２ 軌道面
２０ 内輪
２２ 軌道面
２４ 大つば面
３０ 円すいころ
３１ 小端面
３２ 大端面
４０ 保持器
４２ 小径環状部
４４ 大径環状部
４６ 柱部
４９ 屈曲部
５０ 油溜り（油供給部）
Ｐ 摺動部

Claims (5)

1. 内周に軌道面を有する外輪と、外周に軌道面を有する内輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に転動自在に介在させた複数の円すいころと、円すいころの小端面と摺動する小径環状部、及び円すいころの大端面と摺動する大径環状部を有し、円すいころを円周方向等間隔位置に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、
   保持器の大径環状部に油供給部を設けたことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 保持器の大径環状部の端部に内径向きの屈曲部を設け、この屈曲部の内側に形成される環状の油溜りを油供給部とした請求１記載の円すいころ軸受。
3. 前記環状の油溜りの円周方向複数箇所に仕切り板を設けた請求項２記載の円すいころ軸受。
4. 保持器の大径環状部に多孔性固形潤滑剤からなる油供給部を配した請求項１〜３の何れかに記載の円すいころ軸受。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の円すいころ軸受を組み込んだ鉄道車両の駆動装置。

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