JP6786323B2 - 車軸用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両等の車軸を支持する車軸用軸受装置に関する。

図４に、鉄道車両の車軸１０１を支持する軸受装置の一例を示す。この軸受装置は、転がり軸受１０２と、転がり軸受１０２の軸方向両側に配された後蓋１１１及び油切り１１２とを備える。転がり軸受１０２は、複列の円すいころ軸受であり、分割型の内輪１０３と、一体型の外輪１０４と、内輪１０３と外輪１０４との間に配置された複列の円すいころ１０５と、各列の円すいころ１０５を周方向等間隔に保持する保持器１０６とを備える。車軸１の外周に後蓋１１１、転がり軸受１０２、及び油切り１１２を嵌合させた後、図示しない軸端ナット又は前蓋を車軸１０１の端部に取り付けて、これと後蓋１１１とで転がり軸受１０２及び油切り１１２を軸方向両側から挟持することにより、転がり軸受１０２が車軸１０１に対して軸方向で位置決めされる。

車軸１０１に過大なラジアル荷重が負荷されて大きな曲げモーメントが加わると、転がり軸受１０２の内輪１０３と後蓋１１１との接触部Ｘ’、及び、内輪１０３と油切り１１２との接触部Ｙ’にフレッティング摩耗が生じ、微小な摩耗粉が発生する。特に、内輪１０３と後蓋１１１との間の接触部Ｘ’は、内輪１０３と油切り１１２との接触部Ｙ’よりもフレッティング摩耗が生じやすい。フレッティング摩耗が継続すると、転がり軸受１０２の車軸１０１に対する軸方向の位置精度が低下すると共に、発生した摩耗粉が転がり軸受１０２の内部に侵入して軸受内の潤滑剤を劣化させ、転がり軸受１０２の寿命が短くなる要因となる。

そこで、下記の特許文献１では、図５に示すように、内輪１０３と後蓋１１１との間に、スペーサ１２１（環状スペーサ）と、その外径端に固着されたシール部１２２（弾性シール材）とからなるスペーサ部材１２０（弾性シール材付環状スペーサ）を配している。このように、内輪１０３と後蓋１１１との間にスペーサ１２１を介在させることで、内輪１０３と後蓋１１１との直接接触を回避して、フレッティング摩耗を抑制することができる。また、スペーサ１２１の外径端に設けたシール部１２２を、弾性変形させながら内輪１０３及び後蓋１１１の双方に全周で密着させることにより、内輪１０３と後蓋１１１との間の隙間を封止することができる。これにより、スペーサ１２１を介した内輪１０３と後蓋１１１との接触部Ｘ’で生じた摩耗粉を、シール部１２２により封止することができるため、摩耗粉が転がり軸受１０２の内部に侵入する事態を確実に防止できる。

特許第４０６０２３２号公報

上記のシール部は、内輪と後蓋とで挟持されることにより弾性変形した状態で、車軸の撓み及び回転により繰り返し変動荷重を受けるため、長期の使用により損傷するおそれがある。スペーサ部材は、車軸軸受の定期検査毎に交換されるため、通常、上記のような損傷が生じるまで使用され続けることはない。しかし、万が一、予期しない要因によりシール部に損傷が生じ、シール部がスペーサから分離されると、シール部が内輪と後蓋との間の隙間から外径側に飛び出して転がり軸受の内部（内輪と外輪との間）に巻き込まれ、軸受性能を損なうおそれがある。

本発明は、車軸用軸受装置において、万が一、シール部が損傷してスペーサと分離されても、転がり軸受の内部に巻き込まれて軸受性能を損なうリスクを回避することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、内輪、外輪、及びこれらの間に介在された複数の転動体を有する転がり軸受と、前記内輪の軸方向一方側に設けられたリング部材と、前記内輪と前記リング部材とで挟持されたスペーサと、前記スペーサの外径端に固着され、前記内輪及び前記リング部材の双方に弾性変形しながら全周で密着するシール部とを備えた車軸用軸受装置において、前記内輪と前記リング部材との軸方向間に、前記スペーサが介在する第一の軸方向隙間と、前記第一の軸方向隙間よりも大きく、前記シール部が介在する第二の軸方向隙間と、前記第二の軸方向隙間の外径側に設けられ、前記第二の軸方向隙間よりも小さい第三の軸方向隙間とを設けた車軸用軸受装置を提供する。

このように、本発明に係る車軸用軸受装置では、第二の軸方向隙間の外径側に、第二の軸方向隙間よりも小さい第三の軸方向隙間を設けた。これにより、万が一、第二の軸方向隙間に配されたシール部がスペーサから分離されても、幅の狭い第三の軸方向隙間によりシール部の外径側への移動を規制することができる。従って、シール部が、内輪と後蓋との間の隙間から外径側に飛び出して転がり軸受の内部に侵入する事態を回避できる。

上記の車軸用軸受装置は、前記リング部材の端面に、内径端に設けられた第一領域と、前記第一領域の外径側に設けられ、前記第一領域よりも前記内輪から離反する側に後退した第二領域と、前記第二領域の外径側に設けられ、前記第二領域よりも前記内輪に接近する側に迫り出した第三領域とを設けることができる。この場合、前記内輪の軸方向一方側の端面と、前記リング部材の端面の前記第一領域、前記第二領域、及び前記第三領域との軸方向間に、それぞれ前記第一の軸方向隙間、前記第二の軸方向隙間、及び前記第三の軸方向隙間が形成される。

第三の軸方向隙間を、シール部の軸方向寸法よりも小さく、且つ、シール部の半径方向の肉厚よりも小さくすれば、シール部が第三の軸方向隙間を通り抜ける事態を確実に防止できる。

上記の車軸用軸受装置の転がり軸受は、例えば、前記外輪と前記内輪との間に前記転動体として複列の円すいころが介在された、複列の円すいころ軸受とすることができる。

以上のように、本発明に係る車軸用軸受装置によれば、万が一、シール部が損傷してスペーサと分離されても、転がり軸受の内部に巻き込まれて軸受性能を損なうリスクを回避できる。

本発明の一実施形態に係る車軸用軸受装置の断面図である。 図１の拡大図である。 後蓋の端面にスペーサ部材を組み付ける様子を示す断面図である。 従来の車軸用軸受装置の断面図である。 図４の拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係る車軸用軸受装置は、鉄道車両の車軸１を支持するものであり、図１に示すように、転がり軸受２と、転がり軸受２の軸方向両側に配された一対のリング部材としての後蓋１１及び油切り１２とを主に備える。尚、以下の説明では、車軸１の軸端側（図中左側）を「軸端側」、その反対側（図中右側）を「基端側」と言う。

転がり軸受２は、複列の円すいころ軸受であり、外周面に複列の軌道を有する内輪３と、内周面に複列の軌道を有する外輪４と、内輪３の軌道と外輪４の軌道との間に配置された転動体としての複列の円すいころ５と、各列の円すいころ５を周方向等間隔に保持する保持器６とを備える。図示例では、内輪３は軌道ごとに分割して設けられ、外輪４は一体に設けられる。一対の内輪３は、互いに軸方向に当接した状態で、鉄道車両の車軸１の外周に圧入される。外輪４の外周面は、鉄道車両の軸箱（図示省略）に固定される。外輪４の軸方向両端には、シールカバー１５を介してオイルシール１４が装着される。オイルシール１４は、後蓋１１及び油切り１２、あるいはこれらに装着された部材（シールスリーブ等）と摺接することで、転がり軸受２の内部空間を密封する。尚、一対の内輪３の軸方向間に間座を配してもよい。また、外輪４を軌道ごとに分割してもよい。また、転がり軸受２は、円すいころ軸受に限らず、例えば円筒ころ軸受や玉軸受であってもよい。

後蓋１１及び油切り１２は、何れも炭素鋼材で形成され、圧入や焼嵌めにより車軸１に取り付けられる。後蓋１１、転がり軸受２、油切り１２を車軸１の外周に嵌合させた後、図示しない軸端ナットを車軸１の軸端に締め込み、あるいは、前蓋を車軸１の軸端にボルト等で固定し、軸端ナット又は前蓋と後蓋１１とで油切り１２及び転がり軸受２の内輪３を軸方向両側から挟持することにより、転がり軸受２が車軸１に対して軸方向で位置決めされる。

図２に示すように、後蓋１１の軸端側の端面１１ａと、内輪３の基端側の端面３ａとは、軸方向で対向している。図示例では、後蓋１１の端面１１ａに、内径端に設けられた第一領域１１ａ１と、第一領域１１ａ１の外径側に設けられ、第一領域１１ａ１よりも内輪３から離反する側に後退した第二領域１１ａ２と、第二領域１１ａ２の外径側に設けられ、第二領域１１ａ２よりも内輪３に接近する側に迫り出した第三領域１１ａ３とが形成される。各領域１１ａ１、１１ａ２、１１ａ３は、それぞれ軸方向と直交する円環状の平坦面で構成される。第一領域１１ａ１の外径端と第二領域１１ａ２の内径端とは、円筒面１１ａ４を介して接続される。第二領域１１ａ２の外径端と第三領域１１ａ３の内径端とは、円筒面１１ａ５を介して接続される。

内輪３の基端側の端面３ａのうち、少なくとも後蓋１１の端面１１ａと対向する領域は、軸方向と直交する単一の平坦面で構成される。図示例では、内輪３の端面３ａの全域が平坦面である。内輪３の端面３ａと後蓋１１の端面１１ａの第一領域１１ａ１、第二領域１１ａ２、第三領域１１ａ３との間には、それぞれ第一の軸方向隙間Ｇ１、第二の軸方向隙間Ｇ２、第三の軸方向隙間Ｇ３が形成される。第二の軸方向隙間Ｇ２は、第一の軸方向隙間Ｇ１の外径側に設けられ、第一の軸方向隙間Ｇ１よりも大きい。第三の軸方向隙間Ｇ３は、第二の軸方向隙間Ｇ２の外径側に設けられ、第二の軸方向隙間Ｇ２よりも小さい。

後蓋１１の軸端側の端面１１ａと基端側の内輪３の基端側の端面３ａとの間には、スペーサ部材２０が介在される。スペーサ部材２０は、スペーサ２１とシール部２２とを有する。

スペーサ２１は、環状の平板からなり、例えば金属板、特に銅合金等の軟質金属板からなる。スペーサ２１の外径端には、基端側に略直角に折り曲げられたリブ２１ａが一体に設けられる。

シール部２２は、ゴム等の弾性材料で形成され、スペーサ２１の外径端に固着される。シール部２２は、環状をなし、スペーサ２１の外径端の全周に設けられる。図示例では、シール部２２が、断面略矩形状をなし、スペーサ２１のリブ２１ａの全体を覆うように設けられる。図３に示すように、スペーサ部材２０を軸受装置に組み付ける前の状態では、シール部２２の内径ｒ２は、後蓋１１の円筒面１１ａ４の径ｒ１よりも若干小さい。これにより、組み付け時に、図３に矢印で示すようにスペーサ部材２０を後蓋１１に軸端側から接近させ、シール部２２の内周面と後蓋１１の円筒面１１ａ４とを締め代を介して嵌合させることで、スペーサ部材２０と後蓋１１とを一体化することができるため、組み付け作業が容易化される。

スペーサ２１は、第一の軸方向隙間Ｇ１に配され、内輪３の端面３ａと後蓋１１の端面１１ａの第一領域１１ａ１とで軸方向両側から圧接されている。これにより、内輪３と後蓋１１との直接接触が回避され、これらの間のフレッティング摩耗を抑えることができる。

シール部２２は、第二の軸方向隙間Ｇ２に配され、弾性変形しながら、内輪３及び後蓋１１の双方に全周で密着している。図示例では、シール部２２が、内輪３の端面３ａ、後蓋１１の端面１１ａの第二領域１１ａ２及び円筒面１１ａ４のそれぞれと全周で密着している。これにより、スペーサ２１の外径側に設けられた第二の軸方向隙間Ｇ２が、シール部２２により完全に封止されるため、スペーサ２１を介した内輪３と後蓋１１とのフレッティングにより生じる摩耗粉をシール部２２よりも内径側に閉じ込めることができる。

シール部２２が配された第二の軸方向隙間Ｇ２の外径側には、第二の軸方向隙間Ｇ２よりも小さい第三の軸方向隙間Ｇ３が設けられている。これにより、万が一、シール部２２が損傷してスペーサ２１から分離された場合でも、幅の狭い第三の軸方向隙間Ｇ３によりシール部２２の外径側への移動が規制されるため、シール部２２が、後蓋１１と内輪３との間の隙間から外径側に飛び出して転がり軸受２の内部に侵入する事態を回避できる。

このとき、第三の軸方向隙間Ｇ３は、軸受装置に組み込む前の状態のシール部２２の軸方向寸法Ｌ及び半径方向の肉厚Ｗ（図３参照）の何れよりも小さくすることが好ましい。これにより、シール部２２がどのような姿勢になっても、第三の軸方向隙間Ｇ３よりも幅が大きくなるため、シール部２２が第三の軸方向隙間Ｇ３を通り抜けることを確実に回避できる。

シール部２２の通り抜けを規制するためには、第三の軸方向隙間Ｇ３はなるべく小さい方が好ましい。従って、例えば、後蓋１１の端面１１ａの第三領域１１ａ３を第一領域１１ａ１よりも軸端側に配し、第三の軸方向隙間Ｇ３を第一の軸方向隙間Ｇ１よりも小さくしてもよい。ただし、第三の軸方向隙間Ｇ３が小さすぎると、組立時において、スペーサ２１を介在させた状態で内輪３及び後蓋１１を軸方向両側から加圧した際に、第三の軸方向隙間Ｇ３を介して対向する面同士（内輪３の端面３ａと後蓋１１の端面１１ａの第三領域１１ａ３）が当接してしまい、スペーサ２１と内輪３及び後蓋１１とを完全に密着させることができないおそれがある。また、第三の軸方向隙間Ｇ３が小さすぎると、軸受装置の使用中に車軸１が撓んだ際に、第三の軸方向隙間Ｇ３を介して対向する面同士が摺動し、摩耗粉等が生じるおそれがある。従って、第三の軸方向隙間Ｇ３は、ある程度（例えば０．１ｍｍ以上）確保することが好ましく、例えば、第一の軸方向隙間Ｇ１以上とすることが好ましい。すなわち、後蓋１１の端面１１ａの第三領域１１ａ３は、第一領域１１ａ１と同じ軸方向位置、もしくはそれよりも基端側に配することが好ましい。特に、後蓋１１の端面１１ａの第三領域１１ａ３と第一領域１１ａ１とを同じ軸方向位置に配すれば、後蓋１１の端面１１ａの加工が容易化される。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、後蓋１１の端面１１ａに、軸方向位置の異なる領域１１ａ１〜１１ａ３を設けることで、各軸方向隙間Ｇ１〜Ｇ３を形成したが、これに限らず、内輪３の端面３ａに、軸方向位置の異なる複数の領域を設けることで、各軸方向隙間Ｇ１〜Ｇ３を形成してもよい。あるいは、後蓋１１の端面１１ａ及び内輪３の端面３ａの双方に、軸方向位置の異なる複数の領域を設けることで、各軸方向隙間Ｇ１〜Ｇ３を形成してもよい。

また、上記の実施形態では、後蓋１１と内輪３との接触部Ｘにスペーサ部材２０（スペーサ２１及びシール部２２）を介在させた場合を示したが、これに限らず、油切り１２と内輪３との接触部Ｙに、上記と同様のスペーサ部材を介在させてもよい。ただし、基端側の接触部Ｘの方が軸端側の接触部Ｙよりもフレッティング摩耗が生じやすいため、少なくとも基端側の接触部Ｘにスペーサ部材を介在させることが好ましい。

１ 車軸
２ 転がり軸受
３ 内輪
４ 外輪
５ 円すいころ（転動体）
６ 保持器
１１ 後蓋（リング部材）
１１ａ 端面
１１ａ１ 第一領域
１１ａ２ 第二領域
１１ａ３ 第三領域
２０ スペーサ部材
２１ スペーサ
２２ シール部
Ｇ１ 第一の軸方向隙間
Ｇ２ 第二の軸方向隙間
Ｇ３ 第三の軸方向隙間

Claims (5)

1. 内輪、外輪、及びこれらの間に介在された複数の転動体を有する転がり軸受と、前記内輪の軸方向一方側に設けられたリング部材と、前記外輪と前記リング部材との間に設けられ、前記転がり軸受の内部空間を密封するオイルシールと、前記内輪と前記リング部材とで挟持されたスペーサと、前記スペーサの外径端に固着され、前記内輪及び前記リング部材の双方に弾性変形しながら全周で密着するシール部とを備えた車軸用軸受装置において、
   前記内輪と前記リング部材との軸方向間に、前記スペーサが介在する第一の軸方向隙間と、前記第一の軸方向隙間よりも大きく、前記シール部が介在する第二の軸方向隙間と、前記第二の軸方向隙間の外径側に設けられ、前記第二の軸方向隙間よりも小さい第三の軸方向隙間とを設け、
   前記第三の軸方向隙間の内径端が前記第二の軸方向隙間に開口し、前記第三の軸方向隙間の外径端が前記転がり軸受の内部空間に開口した車軸用軸受装置。
2. 前記リング部材の端面に、内径端に設けられた第一領域と、前記第一領域の外径側に設けられ、前記第一領域よりも前記内輪から離反する側に後退した第二領域と、前記第二領域の外径側に設けられ、前記第二領域よりも前記内輪に接近する側に迫り出した第三領域とを設け、
   前記内輪の軸方向一方側の端面と、前記リング部材の端面の前記第一領域、前記第二領域、及び前記第三領域との軸方向間に、それぞれ前記第一の軸方向隙間、前記第二の軸方向隙間、及び前記第三の軸方向隙間を形成した請求項１に記載の車軸用軸受装置。
3. 前記第三の軸方向隙間が、前記シール部の軸方向寸法よりも小さく、且つ、前記シール部の半径方向の肉厚よりも小さい請求項１又は２に記載の車軸用軸受装置。
4. 前記転がり軸受の前記外輪と前記内輪との間に、前記転動体として複列の円すいころが介在された請求項１〜３の何れか１項に記載の車軸用軸受装置。
5. 鉄道車両の車軸を支持する請求項１〜４の何れか１項に記載の車軸用軸受装置。

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