(57)【要約】【課題】  円錐ころがスキューしても、円錐ころ大端面と内輪大鍔面の接触部分で焼付きが生じにくい円錐ころ軸受を提供することである。【解決手段】  円錐ころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置された円錐ころ１４と、円錐ころ１４の間隔を保持する保持器１５と、円錐ころ軸受１１の端部を密封する密封部材（図示せず）とを備える。そして、円錐ころ１４の大端面中央部の曲率半径Ｒ１と、円錐ころ１４の大端面外縁部の曲率半径Ｒ２とは、Ｒ２／Ｒ１≧０．９８の関係を有する。【選択図】      図４
2006316837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、
外輪と、
前記内輪および前記外輪の間に配置された円錐ころとを備え、
前記円錐ころの大端面中央部の曲率半径Ｒ１と、前記円錐ころの大端面外縁部の曲率半径Ｒ２とは、
Ｒ２／Ｒ１≧０．９８
の関係を有する、円錐ころ軸受。
【請求項２】
軸と、
前記軸を回転自在に支持する円錐ころ軸受とを備える、鉄道車両車軸支持構造において、
前記円錐ころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置された円錐ころとを備え、前記円錐ころの大端面中央部の曲率半径Ｒ１と、前記円錐ころの大端面外縁部の曲率半径Ｒ２とは、
Ｒ２／Ｒ１≧０．９８
の関係を有することを特徴とする、鉄道車両車軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高速回転、高負荷環境下で使用される円錐ころ軸受、および、そのような円錐ころ軸受を備えた鉄道車両車軸支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両車軸等を支持する軸受としては、主に複列円錐ころ軸受が採用されている。例えば、図１に示すように、複列円錐ころ軸受１は、２つの内輪部材の小径側端部を突き合わせた内輪２と、外輪３と、内輪２および外輪３の間に複列に配置された円錐ころ４と、円錐ころ４の間隔を保持する保持器５と、両端面を密封する密封シール６とを備える。
【０００３】
複列円錐ころ軸受１は、ラジアル荷重と両方向のスラスト荷重を受けることができ、かつ、負荷容量が大きいことから、大きな荷重が負荷される鉄道車両車軸１０を支持する軸受として好適である。
【０００４】
しかしながら、最近の鉄道車両の高速化に伴い、車軸を支持する複列円錐ころ軸受１には、図２に示すように、円錐ころ４のスキューによって円錐ころ４の大端面が内輪２の大鍔面に接触し、焼付き等を生じるという問題がある。そこで、円錐ころ４の大端面と内輪２の大鍔面との接触面におけるエッジロードを緩和するために、例えば、特開２０００−８７９６３号公報（特許文献１）が記載されているような構造が採用されている円錐ころ軸受がある。
【０００５】
上記公報によると、図２に示すように、円錐ころ４の大端面外縁部の曲率半径Ｒ２を大端面中央部の曲率Ｒ１より小さく設定する（以下、曲率半径の小さい部分を「だらし部」という）。例えば、０．９０≦Ｒ２／Ｒ１≦０．９４程度に設定する。
【０００６】
これにより、円錐ころ４がスキューした場合であっても、だらし部がクラウニングとして機能し、エッジロードを緩和することができると記載されている。
【特許文献１】特開２０００−８７９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記公報に記載されている軸受において、円錐ころ４の大端面は、その中央部とだらし部とで曲率半径が異なるので、大端面の中央部と外縁部とで接触楕円面積が変化する。例えば、図３に示すように、大端面中央部が内輪大鍔面と接触する場合（図３（ａ））と比較して、大端面だらし部が内輪大鍔面と接触する場合（図３（ｂ））は接触楕円面積が小さい。これにより、円錐ころ４がスキューして、だらし部と内輪大鍔面が接触すると、接触部分の接触面圧が増大し、接触部分に焼付きを生じる可能性がある。
【０００８】
また、鉄道車両等の高速回転、高負荷環境下で使用される場合には、円錐ころ４のスキューが発生する可能性が高く、円錐ころ４と内輪２との接触面の焼付きに起因するトラブルが発生する恐れが大きい。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、円錐ころがスキューしても、円錐ころ大端面と内輪大鍔面との接触部分で焼付きが生じにくい構造の円錐ころ軸受、および、そのような円錐ころ軸受を備えた鉄道車両車軸支持構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る円錐ころ軸受は、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された円錐ころとを備え、円錐ころの大端面中央部の曲率半径Ｒ１と、円錐ころの大端面外縁部の曲率半径Ｒ２とは、Ｒ２／Ｒ１≧０．９８の関係を有する。
【００１１】
上記構成とすることにより、円錐ころ大端面の中央部と外縁部とで接触楕円面積がほぼ同一となるので、円錐ころがスキューしても、接触部分に焼付きが生じにくい円錐ころ軸受を得ることができる。なお、接触楕円面積を同一にする観点からは、Ｒ２／Ｒ１＝１．００が理想的であるが、これは、製造上の誤差を考慮すると非常に困難である。
【００１２】
この発明に係る鉄道車両主軸支持構造は、軸と、軸を回転自在に支持する円錐ころ軸受とを備える。円錐ころ軸受に注目すると、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された円錐ころとを備え、円錐ころの大端面中央部の曲率半径Ｒ１と、円錐ころの大端面外縁部の曲率半径Ｒ２とは、Ｒ２／Ｒ１≧０．９８の関係を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成のように、円錐ころのスキューによる焼付きを防止できる構造の円錐ころ軸受を使用することにより、高速回転、高負荷環境下でも円錐ころ軸受の焼付きに起因するトラブルを防止可能な鉄道車両車軸支持構造を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、円錐ころ大端面の中央部と外縁部とで接触楕円面積がほぼ同一となるので、円錐ころがスキューしても、接触部分に焼付きが生じにくい円錐ころ軸受を得ることができる。
【００１５】
また、そのような円錐ころ軸受を鉄道車両の車軸を支持する軸受として使用することにより、高速回転、高負荷環境下でも円錐ころ軸受の焼付きに起因するトラブルの発生を防止した鉄道車両車軸支持構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図４および図５を参照して、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を説明する。
【００１７】
円錐ころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置された円錐ころ１４と、円錐ころ１４の間隔を保持する保持器１５と、円錐ころ軸受１１の端部を密封する密封部材（図示せず）とを備える。そして、円錐ころ１４の大端面中央部の曲率半径Ｒ１と、円錐ころ１４の大端面外縁部の曲率半径Ｒ２とは、Ｒ２／Ｒ１≧０．９８の関係を有する。
【００１８】
上記構成とすることにより、図５に示すように、円錐ころ１４の大端面中央部で内輪１２の大鍔面と接触した場合でも、円錐ころ１４の大端面外縁部で内輪１２の大鍔面と接触した場合でも、接触部分での接触楕円面積がほぼ同一となるので、円錐ころ１４がスキューしても接触部分の焼付きが生じにくい構造の円錐ころ軸受１１を得ることができる。なお、接触楕円面積を同一にする観点からは、Ｒ２／Ｒ１＝１．００が理想的であるが、これは、製造上の誤差を考慮すると非常に困難である。
【００１９】
また、この発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸支持構造は、図１に示したような軸と、軸を回転自在に支持する円錐ころ軸受とを備える鉄道車両車軸支持構造において、円錐ころ軸受として、図４に示したような、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受１１を使用する。
【００２０】
上記構成とすることにより、高速回転で、高い荷重が負荷される鉄道車両の車軸においても、円錐ころ１４の大端面と内輪１２の大鍔面との接触部分の焼付きに起因するトラブルを防止することができる。
【００２１】
次に、本発明の効果を確認するために、図４に示したような本発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受（本件発明品）と、従来の円錐ころ軸受（従来品）とのそれぞれについて、耐焼付き性能を確認する試験を行った。試験は、軸受を所定回転数で一定時間回転させて一定時間停止させるサイクルを、円錐ころ軸受の焼付きによる温度上昇が検出されるまで繰り返し行った。なお、本件発明品としては、Ｒ２／Ｒ１＝０．９９の軸受を使用した。試験条件を以下に示す。また、試験結果は図６および図７の通りである。
【００２２】
軸受：φ７０×φ１５０（内径×外径、背面組み合わせ軸受）
雰囲気温度：−１５℃
アキシアル隙間：６５μｍ
潤滑：ギヤオイルＬＷ８０Ｗ−９０
これによると、従来品は、図６に示したように３サイクル目の途中で焼付きによる温度上昇が検出されたのに対し、本件発明品は、図７に示したように５サイクル目の途中まで回転可能であった。以上から、この発明によって円錐ころ軸受の耐焼付き性能が向上したことが確認された。
【００２３】
上記の各実施形態においては、単列の円錐ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、複列円錐ころ軸受を用いてもよい。また、複列円錐ころ軸受は、円錐ころの大径側端部を突き合わせた正面組み合わせ（以下、「内向き形」という）軸受であってもよいし、円錐ころの小径側端部を突き合わせた背面組み合わせ（以下、「外向き形」という）軸受であってもよい。
【００２４】
内向き形軸受とした場合には、外輪の肉厚が円周上であまり差のないバランスの良い設計ができるとともに、同じ断面高さであれば、外向き形軸受より負荷容量を大きくすることができる。一方、外向き形軸受とした場合には、軸受の回転中心線と、左右の列の円錐ころと内外輪の接触線との交点の距離（「作用点間距離」という）が長くなるので、モーメント荷重を受けるのに有利な構造となる。
【００２５】
また、上記の実施形態においては、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を使用した鉄道車両用車軸支持構造の例を示したが、これに限ることなく、鉄道車両や自動車等の歯車軸を支持する軸受として使用することも可能である。
【００２６】
中心軸を有する歯車と、中心軸を回転可能に支持する円錐ころ軸受とを備える歯車軸支持構造には、歯車の噛み合いにより大きな荷重が負荷されるので、円錐ころのスキューが発生しやすい。そこで、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を使用することにより、円錐ころ軸受の焼付きに起因するトラブルを防止可能な歯車軸支持構造を得ることができる。
【００２７】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明は、高速回転で高い荷重が負荷される鉄道車両車軸等を支持する円錐ころ軸受に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】鉄道車両用の車軸を支持する複列円錐ころ軸受を示す図である。
【図２】図１に示す円錐ころ軸受のＰ部の拡大図である。
【図３】従来の円錐ころ大端面の中央部および外縁部での接触楕円の大きさを示す概念図である。
【図４】この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を示す断面図である。
【図５】図４に示す円錐ころ軸受の円錐ころ大端面の中央部および外縁部での接触楕円の大きさを示す概念図である。
【図６】従来の円錐ころ軸受の耐焼付き性能試験の結果を示す図である。
【図７】この発明に係る円錐ころ軸受の耐焼付き性能試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，１１  円錐ころ軸受、２，１２  内輪、３，１３  外輪、４，１４  円錐ころ、４ａ  大端面端部、５，１５  保持器、６  密封シール、１０  軸。
【図１】
2006316837.tif 000003
【図２】
2006316837.tif 000004
【図３】
2006316837.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006316837.tif 000008
【図７】
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