(57)【要約】【課題】接地ブラシを使用せず、しかも当該軸受の構成要素に変更を加えることなく、鉄道車両用転がり軸受の電食を防止する。【解決手段】鉄道車両用転がり軸受ユニットは、車軸用軸受10と、通電用転がり軸受30を、軸方向に隣接させて配置し、通電用転がり軸受30の潤滑剤を車軸用軸受10の潤滑剤に比べて通電性を高くすることにより、もっぱら通電用転がり軸受30に電流が流れるようにして車軸用軸受10に流れようとする電流を回避させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両用転がり軸受と、通電用転がり軸受を、軸方向に隣接させて配置し、通電用転がり軸受の潤滑剤を鉄道車両用転がり軸受の潤滑剤に比べて通電性を高くした鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【請求項２】
前記鉄道車両用転がり軸受は、外周に軌道面をもった一対の内輪と、内周に軌道面をもった複列外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に配置した複列の転動体と、各列の転動体を円周方向で所定間隔に保持する保持器とを有し、内部にグリースを封入した車軸用軸受であり、前記一対の内輪を油切りと後ぶたとの間にはさみ込み、前記油切りとの間にアダプタを介して前記通電用転がり軸受を配置した、請求項１の鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【請求項３】
前記通電用転がり軸受は、車軸に固定した内輪と、軸箱に固定した外輪と、内輪と外輪との間に配置した複数の転動体と、転動体を所定間隔に保持する保持器と、シール装置を具備し、前記内輪および外輪の軌道面および前記転動体に金属性固体潤滑剤の被膜を形成した請求項１または２の鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【請求項４】
前記通電用転がり軸受の潤滑剤として通電グリースを使用した請求項１から３のいずれか１項の鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【請求項５】
前記通電用転がり軸受のシール装置はオイルシールを使用したものである請求項３または４の鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【請求項６】
前記通電用転がり軸受の内輪は車軸に取り付けた軸側押さえぶたで固定し、前記通電用転がり軸受の外輪は軸箱に取り付けた押さえぶたで押さえ、軸側押さえぶたと軸箱側押さえぶたとの間にラビリンスシールを形成した請求項３から５のいずれか１項の鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【請求項７】
前記通電用転がり軸受の保持器を銅合金製とした請求項３から６のいずれか１項の鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【請求項８】
前記通電用転がり軸受の保持器を樹脂製とした請求項３から６のいずれか１項の鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【請求項９】
前記通電用転がり軸受のラジアルすきま、アキシアルすきまを前記鉄道車両用転がり軸受のそれよりも大きくした請求項１から８のいずれか１項の鉄道車両車軸用転がり軸受ユニット。
【請求項１０】
前記通電用転がり軸受に、負荷側から弾性体による軽荷重を負荷した請求項１から９のいずれか１項の鉄道車両用転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は鉄道車両用転がり軸受ユニットに関するもので、より詳しくは、鉄道車両用転がり軸受に流れようとする電流を回避させるための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両では、車軸を支持するための車軸用軸受のほか、主電動機用軸受、駆動装置用軸受などが使用されている。車軸用軸受は、内輪を車軸の端部に固定し、外輪を、軸ばねを介して台車に設置した軸箱の内部に固定している。走行レールを帰線として利用している電気鉄道車両の場合、台車に設けた接地装置から車軸用軸受を経由し、車軸、車輪を介して走行レールへ電流を流している。そして、特許文献１には、接地ブラシを使用することで、大容量の電流を流しても軸受の電食のおそれがなく、かつ、メンテナンス性を良好にした技術が記載されている。
【０００３】
すなわち、図２を参照すると、車軸用軸受４０は、車軸４２を回転自在に支持するため、軸箱４６に固定してある。車軸４２の端面には前ぶた４４が取り付けてあり、その前ぶた４４にさらにスリップリング４８が取り付けてある。スリップリング４８はピン５０によって車軸４２と電気的に導通させてある。軸箱４６に固定したブラケット５２に接地ブラシ５４が取り付けてあり、その接地ブラシ５４をスリップリング４８に摺接させる。軸箱４６からブラケット５２、接地ブラシ５４、スリップリング４８、ピン５０を介して車軸４２へ、あるいはその逆に、電流が流れ、車軸用軸受４０には電流が流れないように意図したものである。
【０００４】
特許文献２には、鉄道車両の主電動機に使用する絶縁軸受が記載されている。その絶縁軸受は、外輪と、内輪と、転動体と、保持器と、樹脂製のシールとを備え、シールの体積抵抗率を２×１０10Ω・ｃｍ以上としたものである。
【０００５】
特許文献３には、セラミックを溶射して封孔処理を施したモータ用電食防止型転がり軸受が記載されている。封孔処理に使用される封孔処理剤として、エポキシ基含有成分と硬化剤とを含み、重合性ビニル基含有溶剤を含まず、前記エポキシ基含有成分は、１分子中に含まれるエポキシ基の数が３個以上のポリグリシジルエーテル化合物を必須成分とし、１分子中に含まれるエポキシ基の数が２個のアルキレンジグリシジルエーテル化合物および環状脂肪族ジエポキシ化合物から選ばれた少なくとも１つを含む混合物であり、前記硬化剤を除く、前記エポキシ基含有成分全体に対して、ポリグリシジルエーテル化合物が１０〜８０重量％配合された封孔処理剤を使用することにより、溶射被膜の気孔（間隙）を密に充填することができるというものである。
【特許文献１】特開平１１−２４５８１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０５５５６号公報
【特許文献３】特開２００８―０６９９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車軸軸受を介して電流を流すと、転動体の転動面と軌道面との間で電食が発生し、そのまま継続使用すると、異音、摩耗などの不具合の原因となる。したがって、車軸軸受に流れようとする電流を遮断し、または回避させる必要がある。
【０００７】
特許文献１の接地技術は接地ブラシを介して電流を迂回させるものであるが、回転する部材に接地ブラシをしゅう動させることから、接地ブラシの摩耗による不具合、すなわち接地ブラシからの摩耗粉が潤滑剤に混入し、ひいてはそれに起因する潤滑不良が懸念される。一方、特許文献２、特許文献３に記載されている技術はいずれも、当該軸受の構成要素に何らかの対策を施すものである。
【０００８】
この発明の目的は、接地ブラシを使用せず、しかも当該軸受の構成要素に変更を加えることなく、鉄道車両用転がり軸受の電食を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、鉄道車両用転がり軸受と、通電用転がり軸受を、軸方向に隣接させて配置し、通電用転がり軸受の潤滑剤を鉄道車両用転がり軸受の潤滑剤に比べて通電性を高くすることによって課題を解決したものである。
【００１０】
接地ブラシを使用しないため、接地ブラシを使用した従来の技術における問題点を伴うことなく、鉄道車両用転がり軸受の電食を防止することができる。具体的には、設置ブラシをしゅう動させるのに代えて、通電用転がり軸受を用いて転がり化することで、ブラシの摩耗等による不具合、すなわちブラシの摩耗粉に起因する潤滑剤の劣化を抑制し、長期的に安定した通電性を確保することができる。
【００１１】
鉄道車両用転がり軸受が車軸用軸受である場合、外周に軌道面をもった一対の内輪と、内周に軌道面をもった複列外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に配置した複列の転動体と、各列の転動体を円周方向で所定間隔に保持する保持器とを有し、内部にグリースを封入した車軸用軸受であり、前記一対の内輪を油切りと後ぶたとの間にはさみ込み、前記油切りとの間にアダプタを介して前記通電用転がり軸受を配置し、通電用転がり軸受に積極的に電流を流して、車軸用転がり軸受への電流の流れを回避する（請求項２）。
【００１２】
通電用転がり軸受の潤滑剤を鉄道車両用転がり軸受の潤滑剤に比べて通電性を高くするための手段としては、通電用転がり軸受の転動面および軌道面に金属性固体潤滑剤の被膜を設け（請求項３）、もしくは、通電用転がり軸受の潤滑剤として通電グリースを使用し（請求項４）、またはそれらの両方を採用することが挙げられる。
【００１３】
通電用転がり軸受のシール装置としてはオイルシールを使用した接触型または非接触型を採用することができる（請求項５）。オイルシールを使用した密封性の高いシールを採用することで、グリースの保持力を高め、また、通電用転がり軸受内部への泥水やじんあいといった異物の侵入を防止することができる。しかも、通電用転がり軸受が鉄道車両用転がり軸受よりも軸端側に位置する場合、通電用転がり軸受の密封性高上は同時に鉄道車両用転がり軸受への異物侵入防止にも寄与するため、鉄道車両用転がり軸受の防じん効果も向上する。
【００１４】
通電用転がり軸受の内輪は車軸に取り付けた軸側押さえぶたで固定し、通電用転がり軸受の外輪は軸箱に取り付けた押さえぶたで押さえ、軸側押さえぶたと軸箱側押さえぶたとの間にラビリンスシールを形成させてもよい（請求項６）。このような構成を採用することにより、密封性を向上させ、ひいてはグリース保持力の向上や、軸受ユニット内部へのじんあい侵入の防止、鉄道車両用転がり軸受の防じん効果も期待できる。
【００１５】
通電用転がり軸受の保持器は、銅合金製または樹脂製とするのが好ましい（請求項７、８）。このような構成を採用することにより、保持器の耐衝撃性、耐振動性を向上させることができる。
【００１６】
通電用転がり軸受のラジアルすきま、アキシアルすきまを鉄道車両用転がり軸受のそれよりも大きくすることにより（請求項９）、荷重は鉄道車両用転がり軸受に支持させ、通電用転がり軸受は荷重を受けることなくもっぱら通電機能を担わせる。このように機能を分担させることで、鉄道車両特有の電食を効果的に抑制することができる。
【００１７】
通電用転がり軸受の負荷側から弾性体による軽荷重を負荷するようにしてもよい（請求項１０）。このような構成を採用することにより、転動体の滑りを抑制して確実な通電作用を維持させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、接地ブラシを使用することなく電食防止が図れる。すなわち、鉄道車両用転がり軸受の側方に通電用転がり軸受を付設し、通電用転がり軸受の潤滑剤を鉄道車両用転がり軸受の潤滑剤に比べて通電性を高くすることにより、通電性の良い転がり軸受に選択的に電流が流れ、鉄道車両用転がり軸受への通電を回避して電食を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。なお、鉄道車両用転がり軸受としては鉄道車両車軸用軸受に適用した場合を例にとって説明する。
【００２０】
図１を参照すると、車軸用軸受が符号１０で概括的に指してある。この車軸用軸受１０は複列円すいころ軸受を用いたタイプであって、内輪１２と、外輪１４と、円すいころ１６と、保持器１８と、間座１３を有している。内輪１２は間座１３を挟んで軸方向に一対で使用され、それぞれ外周に軌道面をもっている。外輪１４は内周に２列の軌道面をもったいわゆる複列外輪である。転動体すなわちここでは円すいころ１６は、内輪１２の軌道面と外輪１４の軌道面との間に転動自在に配置される。各列の円すいころ１６は保持器１８によって円周方向に所定間隔に保持される。
【００２１】
外輪１４の両端開口部にはシール装置２０が装着してある。シール装置２０には種々のタイプのものが知られており、そのなかから適宜選択して採用することができる。例えば、外輪１４に固定した静止側部材と、後ぶた４および油切り６に固定した回転側部材とからなり、静止側部材から延出したシールリップを回転側部材にしゅう接させるタイプを挙げることができる。
【００２２】
一対の内輪１２は車軸２の端部にはめ合わせてある。そして、一対の内輪１２の軸方法両側に、後ぶた４と油切り６が配置してある。後ぶた４は、内周に車軸２の肩部２ａに突き合わせて位置決めするための段差を有し、外周にシール装置２０の回転側部材を取り付けるための円筒面が形成してある。油切り６の外周には後ぶた４と同様にシール装置２０の回転側部材を取り付けるための円筒面が形成してある。
【００２３】
外輪１４は軸箱８に固定される。同じ軸箱８内で、外輪１４よりも軸端側に、通電用転がり軸受３０が設置してある。通電用転がり軸受３０は、内輪３２と、外輪３４と、転動体３６と、保持器３８と、シール装置３９を有している。通電用転がり軸受３０には標準の玉軸受を採用するのがコスト面で有利であるが、保持器３８に関しては、耐衝撃性、耐振動性を向上させるため、銅合金製または樹脂製とするのが好ましい。この場合採用できる樹脂の例としては高温用ポリアミド樹脂（ＰＡ４６）が挙げられる。
【００２４】
内輪３２と車軸２との間にはアダプタ２２が介在させてある。アダプタ２２は、通電用転がり軸受３０に標準の玉軸受を使用する場合に、車軸２や油切り６等の周辺部品に変更を加える必要がないようにするためのものである。したがって、必ずしも図示するように互いに別体の油切り６とアダプタ２２を使用する必要はなく、両者を一体化させることも可能である。また、車軸２の支持はもっぱら車軸用軸受１０が行なうため、アダプタ２２と車軸２、内輪３２とのはめあいは軽いしまりばめとすることができる。アダプタ２２の機能は述べたようなものであることから、その材質も導電性があれば特に限定されるものではなく、例えば機械構造炭素鋼を使用することができる。
【００２５】
外輪３４と車軸用軸受１０の外輪１２との間には間座２４が介在させてある。そして、押さえぶた２６、２８をボルトで固定することにより、車軸用軸受１０および通電用転がり軸受３０を含んだ鉄道車両用転がり軸受ユニットを軸方向に位置決めした状態で車軸２上に固定する。より具体的に述べると、押さえぶたは内径側の押さえぶた２６と外径側の押さえぶた２８に分割してあり、内径側の押さえぶた２６はアダプタ２２と通電用転がり軸受３０の内輪３２の端面に当てた状態で車軸２の端面にボルトで固定する。外径側の押さえぶた２８は通電用転がり軸受３０の外輪３４の端面に当てた状態で軸箱８にボルトで固定する。そして、内径側押さえぶた２６の外周縁と外径側押さえぶた２８の内周縁とでラビリンスを形成し、非接触シールの作用を発揮させるようになっている。したがって、通電用転がり軸受３０の密封性が向上し、グリースの保持力が高まり、ひいては軸受ユニット内部への雨水やじんあいの侵入を防止して車軸用軸受１０の防じん効果も期待できる。
【００２６】
通電用転がり軸受３０の潤滑は、通電グリースを封入するか、もしくは転動体および軌道輪３２、３４の軌道面に金属性固体潤滑剤の被膜を形成、または、それらの両方を採用する。このように、通電用転がり軸受３０の潤滑剤を車軸用軸受１０の潤滑剤に比べて通電性を高くし、通電可能に車軸２０に設置することで、車軸用軸受１０への通電を回避して、もっぱら通電用転がり軸受３０を介して電流が流れるようにする。通電グリースの具体例としては、信越化学工業株式会社のＫＳ６６０（商品名）、協同油脂株式会社のマルテンプＬ５４０（「マルテンプ」は登録商標）を挙げることができる。金属性固体潤滑剤の具体例としては、鉛や銀の被膜処理を挙げることができる。通電性の指標としては電気抵抗値を用いる。軸受を回転させた状態で電気抵抗値を測定し、たとえば２０ｋΩ以下であれば通電性を有すると判断する。
【００２７】
通電ブラシを使用した従来の技術は、回転する部材に対して通電ブラシがしゅう接するため摩耗による機能劣化が早いのに対して、通電用転がり軸受３０は転がりであるため、長期的に安定した通電性を確保することができる。
【００２８】
通電用転がり軸受３０のシール装置４０としては例えばオイルシールを使用したタイプが好ましい。オイルシールを代表とする密封性の高いシールを採用することで、グリースの保持力を高め、通電用転がり軸受３０内部への雨水やじんあいといった異物の侵入を防止することにとどまらず、ひいては車軸用軸受１０側への異物侵入も防げるため、車軸用軸受１０の防じん効果向上も期待できる。
【００２９】
通電用転がり軸受のラジアルすきま、アキシアルすきまを車軸用軸受のそれよりも大きくする。これにより、荷重は車軸用軸受１０に支持させ、通電用転がり軸受３０はもっぱら通電機能を担わせる。このように機能を分担させることで、鉄道車両特有の電食を効果的に抑制することができる。
【００３０】
このように通電用転がり軸受３０はもっぱら通電機能を担うものであるため、すでに述べたとおり、車軸２とアダプタ２２、アダプタと内輪３２のはめあいは軽いしまりばめとしてある。ところが、内輪３２と転動体３６の間、外輪３４と転動体３６の間で滑りが生じると、軸受内部の摩耗促進や発熱のおそれがある。そこで、通電用転がり軸受３０の転動体３６の滑りを防止して確実に電流が流れるようにするため、通電用転がり軸受３０の負荷側で、外輪３４の外周面と軸箱８との間に弾性体３５を介在させ、通電用転がり軸受３０に軽荷重を与える。図１に示した実施の形態では、図の上側が負荷側となる。すなわち、軸箱８から外輪３４に、わずかではあるがラジアル荷重が負荷される。
【００３１】
弾性体３５の具体的な形態としては、通電性を有した樹脂材料や、金属製のばねが挙げられる。図１は、弾性体３５を板状の樹脂材料金属製コイルばねとした例である。なお、弾性体３５は外輪３４の全周にわたって存在するリング状のものである必要はなく、少なくとも負荷側すなわちここでは時計表示で１２時を中心とした一定の角度領域に存在すれば足りる。したがって、単一の弾性体を１２時付近に配置するほか、複数の弾性体を当該角度領域にわたって分散配置してもよい。また、板状コイルばねに代えて角柱状皿ばねまたは円柱状の樹脂材料板ばねを採用することもできる。角柱状または円柱状の樹脂材料の場合、軸線を通電用転がり軸受３０の半径方向に向けて配置してもよい。同様に、圧縮コイルばねまたは板ばねの場合も、軸線を通電用転がり軸受３０の半径方向に向けて配置する。
【００３２】
なお、鉄道車両用転がり軸受については車軸用軸受の場合を例にとって説明したが、その他の鉄道車両用転がり軸受にも適用することができる。例えば、駆動装置のギヤケースと車軸側に通電用転がり軸受を設けることで、駆動装置用転がり軸受の電食対策が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例を示す車軸用軸受ユニットの縦断面図である。
【図２】従来の技術を示す鉄道車両車軸用軸受の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２  車軸
２ａ  肩部
４  後ぶた
６  油切り
８  軸箱
１０  車軸用軸受
１２  内輪
１３  間座
１４  外輪
１６  円すいころ（転動体）
１８  保持器
２０  シール装置
２２  アダプタ
２４  間座
２６  押さえぶた（内径側）
２８  押さえぶた（外径側）
３０  通電用転がり軸受
３２  内輪
３４  外輪
３５  弾性体
３６  玉（転動体）
３８  保持器
３９  シール装置
【図１】
2010096207.tif 000003
【図２】
2010096207.tif 000004