(57)【要約】【課題】車軸用軸受装置において、前蓋の耐久強度を低下させることなくその軽量化を図る。【解決手段】車軸２の外周に取り付けられた転がり軸受１０と、転がり軸受１０の一端側に配設され、車軸２の端面２ａと非接触の状態で車軸２に対してボルト６で固定された前蓋３とを供える車軸用軸受装置１である。前蓋３のボルト挿通孔３ｃの両端縁部に、Ｒ面取り３ｃ１，３ｃ２を設ける。かかる構成とすることで、ボルト６の締結時に、ボルト挿通孔３ｃの周辺部分に作用する応力を緩和することができる。そのため、応力緩和分だけボルト挿通孔３ｃの周辺部分を薄肉化することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸の外周に取り付けられた転がり軸受と、転がり軸受の一端側に配設され、車軸の端面と非接触の状態で車軸に対してボルト止めされた前蓋とを備える車軸用軸受装置において、
前蓋のボルト挿通孔の両端縁部に、Ｒ面取りを設けたことを特徴とする車軸用軸受装置。
【請求項２】
Ｒ面取りのＲ値が、ボルト挿通孔の孔半径×０．１５以上に設定された請求項１記載の車軸用軸受装置。
【請求項３】
前蓋のうち、少なくともＲ面取りの表面粗さが０．８μｍＲａ以下とされた請求項１記載の車軸用軸受装置。
【請求項４】
転がり軸受に接近した側のＲ面取りの一端に隣接して、当該Ｒ面取りの接線方向に延びるテーパ面が設けられた請求項１記載の車軸用軸受装置。
【請求項５】
テーパ面の角度が７°以上に設定された請求項４記載の車軸用軸受装置。
【請求項６】
転がり軸受に接近した側のＲ面取りの一端に隣接して肉盛り部が設けられた請求項１記載の車軸用軸受装置。
【請求項７】
肉盛り部が、ボルト挿通孔の周方向で部分的に設けられた請求項５記載の車軸用軸受装置。
【請求項８】
前蓋が有底筒状に形成され、その内周隅部に肉盛りを施した請求項１記載の車軸用軸受装置。
【請求項９】
鉄道車両の車軸支持用軸受装置として用いた請求項１〜８の何れか記載の車軸用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車軸用軸受装置に関し、例えば鉄道車両の車軸支持用に用いられる車軸用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に、複列円すいころ軸受を用いた公知の車軸用軸受装置（以下、単に「軸受装置」という）の一例を示す。同図に示す軸受装置５０は、車軸５１の外周に取り付けられた転がり軸受６０と、転がり軸受６０の一端側に配設された前蓋５２および転がり軸受６０の他端側に配設された後蓋５３とを主要な構成として備える。図示例の転がり軸受６０は、いわゆる複列円すいころ軸受であり、一対の内輪６１，６１と、外輪６２と、内外輪６１，６２間に複列配設された円すいころ６３と、円すいころ６３を周方向所定間隔で保持する保持器６４とを主要な構成として備える。前蓋５２は、車軸５１の端面と非接触の状態で車軸５１に対してボルト５５止めされる一方、後蓋５３は、車軸５１に設けた段部と軸方向に係合するようにして車軸５１の外周に固定される。かかる態様で固定された前蓋５２および後蓋５３により、車軸５１に対する転がり軸受６０の軸方向の相対移動が規制される（以上、例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３６６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、軸受装置５０の軽量化を目的として、前蓋５２を薄肉化する試みがなされているが、前蓋５２は、上記の態様で車軸５１に対してボルト止めされるためその強度、特にボルト挿通孔の周辺部分の強度が問題となる。すなわち、前蓋５２は、車軸５１の端面と非接触の状態で車軸５１に対してボルト止めされるため、特にボルト挿通孔の周辺部分にはボルト５５の締結に伴って応力集中が生じ、かつこの状態が永続する。そのため、何ら対策を講じることなく薄肉化するだけでは、前蓋５２が経時変形、ひいては経時破損等するおそれがあり、その結果、軸受装置５０の本来的な機能が損なわれるおそれがある。
【０００４】
本発明の課題は、この種の車軸用軸受装置において、前蓋の耐久強度を低下させることなくその軽量化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る車軸用軸受装置は、車軸の外周に取り付けられた転がり軸受と、転がり軸受の一端側に配設され、車軸の端面と非接触の状態で車軸に対してボルト止めされた前蓋とを備えるものにおいて、前蓋のボルト挿通孔の両端縁部に、Ｒ面取りを設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
このように、前蓋のボルト挿通孔の両端縁部にＲ面取りを設ければ、ボルトの締結に伴ってボルト挿通孔の周辺部に作用する応力をＲ面取りで分散して、孔周辺部に生じる応力集中を緩和することができる。そのため、前蓋、特にボルト挿通孔周辺部分の耐久強度を高めることができる。これにより、応力集中を緩和し得る分（耐久強度が高まる分）だけ前蓋、厳密にはボルト挿通孔の周辺部分を薄肉化しても、ボルトの締結に伴って前蓋が経時変形等するような事態が可及的に防止されるので、軸受としての本来的な機能を損なうことなく車軸用軸受装置の軽量化を図ることができる。なお、ボルト挿通孔の両端縁部のうち、相対的に軸受から離反した側（ボルト挿入側）の端縁部には通常Ｃ面取りが設けられているが、本願発明者が検証した結果、このＣ面取りはあくまでもボルト挿入時の案内面として機能するものであり、応力を分散させる機能が十分ではないことが判明した。
【０００７】
上記構成において、Ｒ面取りのＲ値があまりに小さいと、ボルト締結時の応力を効果的に分散させることができず、耐久強度を十分に高めることが難しくなるおそれがある。かかる事態に鑑みて本願発明者が鋭意研究を重ねた結果、Ｒ値は、ボルト挿通孔の孔半径×０．１５以上に設定するのが望ましいことを見出すに至った。
【０００８】
上記構成において、前蓋のうち、少なくともＲ面取りの表面粗さは０．８μｍＲａ以下に仕上げておくのが望ましい。ボルト締結に伴って特に応力が集中する部位の疲れ限度（疲労限度）を高め、前蓋の耐久強度を高めることができるからである。なお、０．８μｍＲａ以下の表面粗さは、バレル研磨やペーパーラップ等の一般的な仕上げ加工で得ることができ、この種の仕上げ加工であれば、特段のコスト増を招くこともない。
【０００９】
上記の構成に加え、両Ｒ面取りのうち、転がり軸受に接近した側のＲ面取りの一端に隣接して、当該Ｒ面取りの接線方向に延びるテーパ面を設けることができる。このようにすれば、ボルト挿通孔の周辺部に作用する応力を当該テーパ面でさらに分散させることができるので、応力集中を一層緩和することができる。応力集中の緩和効果を有効に享受するためには、上記テーパ面の角度（厳密には、前蓋の軸線と直交する方向に延びる端面に対する角度）は７°以上に設定するのが望ましい。
【００１０】
また、両Ｒ面取りのうち、転がり軸受に接近した側のＲ面取りの一端に隣接して肉盛り部を設けることもできる。このようにすれば、ボルト挿通孔の周辺部分の剛性が高まるので、ボルト締結力に対する耐久強度を一層高めることができる。耐久強度向上の観点から言えば、肉盛り部はボルト挿通孔を取り囲むような環状形態とするのが望ましいが、これでは重量増を招くおそれがある。そのため、肉盛り部は、ボルト挿通孔の周方向で部分的（円弧状）に設けるのが望ましく、特に、前蓋の中心（中心軸線）に近接した領域に円弧状に設けるのが望ましい。
【００１１】
なお、転がり軸受に接近した側のＲ面取りの一端に隣接して上記テーパ面、あるいは上記肉盛り部を設けるようにしたのは以下示す理由による。すなわち、ボルト挿通孔の両端開口部のうち、転がり軸受から離反した側の開口部周辺領域にはボルト頭部の座面が当接するため、この部分に形状的な工夫を施すことはボルトの固定精度、ひいては車軸に対する前蓋の固定精度や固定強度に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。
【００１２】
前蓋は、図７にも示すように、ボルト挿通孔が設けられた円盤部と、円盤部の外径端から軸方向に延びる筒状部とを一体に有する有底筒状に形成されるのが一般的である。この場合において、前蓋の内周隅部（内周角部）には、前蓋の高強度化を目的として、肉盛りを施しても良い。
【００１３】
以上の構成を有する車軸用軸受装置は、例えば鉄道車両の車軸支持用軸受装置として好適に用いることができる。この場合、本発明に係る車軸用軸受装置を構成する転がり軸受としては、負荷能力の高い、いわゆる複列円筒ころ軸受や複列円すいころ軸受が好適に使用可能である。
【発明の効果】
【００１４】
以上に示すように、本発明によれば、ボルト締結力に対する耐久強度を低下させることなく前蓋の軽量化を図ることができる。これにより、この種の車軸用軸受装置の軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る車軸用軸受装置１（以下、簡略化して「軸受装置１」ともいう）の全体構成を示す断面図であり、より詳細には、鉄道車両の車軸に取り付けて用いられる軸受装置１の全体構成を示す断面図である。同図に示す軸受装置１は、車軸２の外周に取り付けられた転がり軸受１０と、転がり軸受１０の両端に配設されたシール装置７と、転がり軸受１０の一端側（図中左側）に配設された前蓋３と、転がり軸受１０の他端側（図中右側）に配設された後蓋４とを主要な構成として備える。前蓋３および後蓋４は、後述する手段で車軸２に対して固定されて、車軸２に対する転がり軸受１０の軸方向の相対移動を規制する。
【００１７】
転がり軸受１０は、ここでは複列円すいころ軸受であり、内周面に複列の軌道面１１ａ，１１ａを有する外輪１１と、外周面に軌道面１２ａを有し、間座１５を介して軸方向に並べて設けられた一対の内輪１２，１２と、両輪１１，１２の軌道面間に転動自在に配設された複数の円すいころ１３と、円すいころ１３を円周方向所定間隔で保持する保持器１４とを備える。外輪１１と内輪１２との間に形成される環状空間には、潤滑剤（例えば、潤滑グリース）が充填されている。なお、間座１５は必ずしも設ける必要はなく、内輪１２，１２は、対向する端面を互いに当接させた状態で軸方向に並べて配置するようにしても良い。また、内輪１２は、単一部材で構成されたものであっても良い。
【００１８】
転がり軸受１０（内輪１２，１２）の軸方向両側には、それぞれ、円環状のスリンガ５，５が設けられている。このスリンガ５，５は、締まり嵌めなどの手段で車軸２の外周に固定され、転がり軸受１０の内輪１２，１２を両端側から挟みこんで、車軸２に対する転がり軸受１０の軸方向の相対的な位置決めを行っている。
【００１９】
図示例のシール装置７は、外径端部が外輪１１の開口部内周に固定された芯金７ａと、ゴムあるいは熱可塑性エラストマー等の可撓性材料で形成され、芯金７ａの内径端部に設けられたシール本体７ｂとで主要部が構成される。シール本体７ｂは、一又は複数（図示例は二つ）のシールリップ７ｂ１，７ｂ２を有し、このシールリップ７ｂ１，７ｂ２をスリンガ５の外周面に接触させることによって軸受内部への異物侵入や軸受外部への潤滑剤漏れを防止する。なお、図示例のシール本体７ｂにおいて、相対的に転がり軸受１０に接近した側のシールリップ７ｂ２は外径側に屈曲しており、このシールリップ７ｂ２の屈曲部分にシールリップ７ｂ２を内径側に附勢する止め輪（例えば、ガータスプリング）７ｃが嵌合される。これにより、軸受１０の内圧が高まった場合等における当該シールリップ７ｂ２の拡開動作が効果的に防止されるので、軸受内部への異物侵入や外部への潤滑剤漏れが一層効果的に防止される。この止め輪７ｃは必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設ければ足りる。
【００２０】
後蓋４は円環状を呈し、車軸２に設けられた肩面２ｂとスリンガ５とで挟持されるようにして、車軸２の外周に固定される。
【００２１】
前蓋３は、図２にも拡大して示すように、円盤状の蓋部３ａと、蓋部３ａの外径端から軸方向に延びる筒状部３ｂとを一体に有する有底筒状をなす。蓋部３ａの周方向複数箇所（例えば、３箇所）には、その両端面３ａ１，３ａ２に開口したボルト挿通孔３ｃが設けられる。このボルト挿通孔３ｃの両端縁部にはＲ面取り３ｃ１，３ｃ２が設けられる。筒状部３ｂには、小径内周面３ｂ１と大径内周面３ｂ２とが設けられ、両内周面３ｂ１，３ｂ２は軸線と直交する方向の段差面３ｂ３で接続される。そして、この前蓋３は、筒状部３ｂの大径内周面３ｂ２を車軸２の自由端側（図中左側）に配設されたスリンガ５の一端外周に嵌合させた状態で、ボルト挿通孔３ｃを介して車軸２の自由端（端面２ａ）に締結されたボルト６により車軸２に固定される。車軸２に対して固定された状態で、前蓋３は、車軸２の端面２ａと非接触とされる。なお、ボルト６の緩み止め、ボルト６の頭部座面の食い込み防止等を目的として、ボルト６の頭部と蓋部３ａとの間に座金（ワッシャ）を介在させても良い。
【００２２】
上記のように、前蓋３のボルト挿通孔３ｃの両端縁部にＲ面取り３ｃ１，３ｃ２を設ければ、ボルト６の締結に伴ってボルト挿通孔３ｃの周辺部に生じる応力をＲ面取り３ｃ１，３ｃ２で分散して、ボルト挿通孔３ｃの周辺部分に生じる応力集中を緩和することができる。そのため、前蓋３、特にそのボルト挿通孔３ｃ周辺部分の耐久強度を高めることができる。これにより、応力集中を緩和し得る分（耐久強度が高まる分）だけ前蓋３、厳密にはボルト挿通孔３ｃの周辺部分を薄肉化しても、ボルト６の締結に伴って前蓋３が経時変形等するような事態が可及的に防止されるので、軸受としての本来的な機能を損なうことなく車軸用軸受装置１の軽量化を図ることができる。なお、このような効果を奏する上で、両Ｒ面取り３ｃ１，３ｃ２の大きさ（Ｒ値）は必ずしも同一とする必要はなく、相互に異ならせても良い。
【００２３】
但し、Ｒ面取り３ｃ１，３ｃ２のＲ値があまりに小さいと、応力を効果的に分散させることができず、ボルト締結力に対する耐久強度を十分に高めることができないおそれがある。かかる事態に鑑み、Ｒ面取りのＲ値は、ボルト挿通孔３ｃの孔半径×０．１５以上とするのが望ましく、ボルト挿通孔３ｃの孔径がφ２５とされた本実施形態においては、両Ｒ面取り３ｃ１，３ｃ２のＲ＝２とした。因みに、かかる構成とした場合、Ｒ面取り３ｃ１，３ｃ２を設けない場合に比べて約１０％程度の応力緩和効果が得られた。具体的には、本発明の構成を適用したものと適用していないものとについてＦＥＭ解析を行い、本発明の構成を適用していない図６（ａ）の構成では、ボルト挿通孔３ｃの周辺部分（Ｒ面取り３ｃ２を設けた領域に相当する部分）の最大応力は３００ＭＰａであったのに対し、本発明の構成を適用した図６（ｂ）の構成では、ボルト挿通孔３ｃの周辺部分（Ｒ面取り３ｃ２）の最大応力は２７０ＭＰａであった。
【００２４】
なお、前蓋３のうち、少なくともＲ面取り３ｃ１，３ｃ２（より望ましくはさらにその周辺領域）の表面粗さは、０．８μｍＲａ以下とするのが望ましい。疲れ限度（疲労限度）を高めて、前蓋３の更なる耐久強度の向上を図ることができるからである。かかる表面粗さは、例えば、バレル研磨やペーパーラップ等の簡易な仕上げ処理をＲ面取り３ｃ１，３ｃ２に施すことによって得ることができる。
【００２５】
以上、本発明に係る車軸用軸受装置１の一実施形態について説明を行ったが、車軸用軸受装置１、厳密にはこれを構成する前蓋３には種々の変形を加えることができる。以下、その具体例を図面に基づいて説明するが、付加した構成についてのみ詳述し、その他の構成には図２と共通の参照番号を付して重複説明を省略する。
【００２６】
図３に示す前蓋３は、転がり軸受１０に接近した側（前蓋３の内底面３ａ２側）のＲ面取り３ｃ２の一端（内底面側一端）に隣接して、このＲ面取り３ｃ２の略接線方向に延びる角度θのテーパ面３ａ３をさらに設けた点において図２に示す構成と相違する。かかる構成とすれば、ボルト挿通孔３ｃの周辺部分に作用する応力をテーパ面３ａ３でさらに分散させることができるので、応力集中を一層緩和することができる。なお、応力集中の緩和効果を有効に享受する上では、テーパ面３ａ３の角度θ（厳密には、前蓋３の端面３ａ２に対する角度θ）をθ≧７°以上とするのが望ましい。
【００２７】
図４（ａ）に示す前蓋３は、前蓋３の内底面３ａ２側のＲ面取り３ｃ２の一端に隣接して肉盛り部３ｄをさらに設けた点において図２に示す構成と相違する。かかる構成とすれば、ボルト挿通孔３ｃの周辺部分の剛性を高めることができるので、ボルト締結力に対する耐久強度を一層高めることができる。なお、耐久強度向上の観点から言えば、肉盛り部３ｄはボルト挿通孔３ｃを取り囲むような環状形態に形成するのが望ましいが、これでは重量増を招くおそれがある。そのため、肉盛り部３ｄは、図４（ｂ）にも示すように、ボルト挿通孔３ｃの周方向で部分的（円弧状）に設けるのが望ましく、特に、相対的に前蓋３の中心（中心軸線）に近接した領域に円弧状に設けるのが望ましい。
【００２８】
図３および図４に示す構成においては、相対的に転がり軸受１０に接近した側のＲ面取り３ｃ２に隣接した部位に変形を加えた構成としているが、これは以下示す理由による。すなわち、ボルト挿通孔３ｃの両端開口部のうち、相対的に転がり軸受１０から離反した側（前蓋３の外底面３ａ１側）の周辺部分にはボルト６の頭部座面が当接するため、この部分に上記のような変形を加えるとボルト６の固定精度、ひいては車軸２に対する前蓋３の固定精度や固定強度に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。
【００２９】
また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、有底筒状を呈する前蓋３の内周隅部（内周角部）には、この前蓋３の強度向上を目的として、肉盛り３ｅ（同図中示す点線が従来構成を示す）を施すこともできる。肉盛り３ｅは全周に亘って設けても良いし、円周方向で断続的に設けても良い。なお、図５（ａ）（ｂ）は、図２に示す前蓋３に肉盛りを施したものであるが、かかる構成を図３や図４に示す構成の前蓋３に適用することももちろん可能である。
【００３０】
以上では、転がり軸受１０として複列円すいころ軸受を用いた車軸用軸受装置１について説明を行ったが、転がり軸受１０としてその他の軸受、例えば複列円筒ころ軸受を用いた車軸用軸受装置１に上記本発明の構成を適用することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る車軸用軸受装置の全体構成を示す含軸断面図である。
【図２】図１に示す前蓋の拡大断面図である。
【図３】図２に示す前蓋の変形例を示す拡大断面図である。
【図４】（ａ）図は図２に示す前蓋の変形例を示す拡大断面図、（ｂ）図は（ａ）図をＡ方向から見た部分平面図である。
【図５】（ａ）図および（ｂ）図は、図１に示す車軸用軸受装置の変形例を部分的に示す断面図である。
【図６】（ａ）図は従来構成の前蓋のＦＥＭ解析結果を示す図、（ｂ）図は図２に示す前蓋のＦＥＭ解析結果を示す図である。
【図７】従来の車輪用軸受装置の全体構成を示す含軸断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      車軸用軸受装置
２      車軸
３      前蓋
３ｃ    ボルト挿通孔
３ｃ１、３ｃ２  Ｒ面取り
４      後蓋
５      スリンガ
６      ボルト
７      シール装置
１０    転がり軸受（複列円すいころ軸受）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図６】
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