(57)【要約】      （修正有）【課題】車軸等の回転軸が撓み変形して両内輪が微小動きしても、車軸等の回転軸の外径面にフレッティング疵が発生しないようにする。【解決手段】車軸１０（回転軸）の自由端側に装着される複列外向きの円すいころ軸受１３において、当該円すいころ軸受１３はその軸方向二つの内輪１３ｂの内径面１３ｇに軸受相当幅のカラー１５の外径面１５ａが中間ばめまたはすきまばめされて当該カラー１５が装着されてなり、カラー１５の内径面１５ｃが車軸１０の外径面１０ｆにしまりばめされて車軸１０に組み付け可能とされ、かつ、この組み付け後はカラー１５の膨張により内輪１３ｂとカラー１５と車軸１０との三者全体がしまりばめ状態で嵌合する構成。【選択図】図１
2006105320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の自由端側の外径面に軸方向二つの内輪が並置状態で組み付けられる複列外向きの円すいころ軸受において、軸受相当幅のカラーが上記両内輪の内径面に中間ばめないしはすきまばめによって装着されてなり、上記カラーは、上記回転軸にしまりばめによって組み付けられ、かつ、この組み付け状態ではカラーの外径方向への膨張により両内輪とカラーと回転軸との三者が相互にしまりばめの状態に嵌合する、ことを特徴する円すいころ軸受。
【請求項２】
上記カラーは、軸方向一方端に外径方向に延びるフランジ部を備え、かつ、このフランジ部が軸方向一方の内輪の大端側端面に宛がわれて軸方向他方側への脱落を防止されている、ことを特徴する請求項１に記載の円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の自由端側に装着される複列外向きの円すいころ軸受に関し、特には、例えば鉄道車両等の車軸を支持するのに好適に用いる円すいころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５および図６を参照して、回転軸として例えば鉄道車両の車軸に車体を支持させるのに用いる円すいころ軸受の構造を説明する。図５において左右方向を軸方向とする。車軸１０は、車輪１１が固定される大径部１０ａと、後蓋１２が固定される軸肩部１０ｂと、複列外向きの円すいころ軸受１３が配置される小径部１０ｃとを備え、軸端１０ｄに前蓋１４が締め付けられることにより、円すいころ軸受１３は車軸１０に装着されて固定される。以上の構成において、車軸１０の大径部１０ａは片持ち支持側とされ、小径部１０ｃは大きな荷重が負荷される自由端側となっている。円すいころ軸受１３は、単一の外輪１３ａと、軸方向二つの内輪１３ｂと、外輪１３ａと両内輪１３ｂとの間に複列で配置される円すいころ群１３ｃと、各列の円すいころ群１３ｃそれぞれを保持する二つの保持器１３ｄとにより構成されている。外輪１３ａは車体側に固定され、両内輪１３ｂは、互いの小端部の端面１３ｅ，１３ｅが突き合わされた状態で車軸小径部１０ｃにしまりばめされる。両内輪１３ｂの小端側の内径面端縁には所定曲率の面取部１３ｆが形成されている（特許文献１参照。）。なお、両内輪１３ｂの内径面は、内径一定で車軸１０が緊密嵌合する円筒状の直線部１３ｇと、上記面取部１３ｆとが交差しており、この交差部位は面取部の立ち上がり部１３ｈであり、上記曲率に応じた角部となっている。
【０００３】
上記特許文献１の明細書の記載によれば、上記車軸支持構造では、車軸１０が片持ち支持されていること、衝撃荷重が大きいことにより、車軸１０の撓みが発生する。この撓みによって、両内輪１３ｂの上記立ち上がり部１３ｈ近傍に繰り返し荷重が負荷されて車軸１０と内輪１３ｂとの嵌め合い面において車軸１０表面にフレッティング疵が発生するおそれがあった。このようなフレッチング疵は、車軸強度を低下させるので望ましくない。このフレッチング疵を抑制するため、面取角度γを所定値以下に設定しかつ立ち上がり部部１３ｈに連続するように曲率半径５ｍｍ以上の円弧部を設けた構成とすることが図られている。
【０００４】
本発明者は、このようなフレッティング疵の発生原因と発生位置とを以下のように鋭意検討した。まず、車軸１０は、特許文献１に記述されているごとく、その大径部１０ａ側で片持ち支持され、自由端側の小径部１０ｃに車輪や車体等からの衝撃重量が負荷されて、図６で示すような状態に撓み変形する。そして、この撓みの方向が一定した状態で車軸１０の回転が継続されたときの両内輪１３ｂの微小な動きがフレッティング疵の発生原因となっていた。
【０００５】
しかしながら、フレッティング疵の実際的な主な発生位置については、内輪１３ｂの上記立ち上がり部１３ｈに対応する車軸外径面位置ではなく、その立ち上がり部１３ｈから大端側寄り（立ち上がり部近傍）の車軸外径面位置に発生していた。ところで、従来技術では、立ち上がり部１３ｈ位置に対応してフレッティング疵の発生防止を図っているから、その発生防止の抑制効果が低くならざるを得なかった。また、車軸１０の撓み度合いによっては、そのフレッティング疵の発生位置も変化する可能性があるため、立ち上がり部１３ｈの近傍にフレッティング疵が発生するとしても、フレッティング疵の正確な発生位置を特定しにくいので、従来技術では、フレッティング疵の発生を確実に抑制することは困難であった。さらに、従来技術によるフレッティング疵の発生防止構造では円すいころ軸受１３の設計の自由度が低くなる。
【０００６】
上記したフレッティング疵の発生に関しては、鉄道車両の車軸を代表例として説明したものであり、一端側が片持ち支持され、他端側が自由状態とされてかつ該他端側に荷重が負荷される回転軸を回転自在に支持する円すいころ軸受装置のすべてに適用することができる。
【特許文献１】特開平７−２９３５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、車軸等の回転軸が撓み変形して両内輪が微小動きしても、車軸等の回転軸外径面にフレッティング疵が発生しないようにすることを解決すべき課題としている。本発明はまた、僅かな部材を追加するだけで、上記フレッティング疵の発生防止を極めて効果的に抑制可能とすることを他の解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による円すいころ軸受は、回転軸の自由端側の外径面に軸方向二つの内輪が並置状態で組み付けられる複列外向きの円すいころ軸受において、軸受相当幅のカラーが上記両内輪の内径面に中間ばめないしはすきまばめによって装着されてなり、上記カラーは、上記回転軸にしまりばめによって組み付けられ、かつ、この組み付け状態ではカラーの外径方向への膨張により両内輪とカラーと回転軸との三者が相互にしまりばめの状態に嵌合することを特徴するものである。
【０００９】
本発明によると、回転軸が撓み変形し、これに伴いカラーが撓み変形して両内輪が微小動きして、カラー外径面にフレッティング疵が発生したとしても、回転軸そのものにはフレッティング疵が発生しない。また、簡素な構造であるから安価に済む上、カラーと両内輪との嵌め合いが中間ばめないしはすきまばめであるから、カラーの両内輪への組み込みや両内輪からの抜き出しを容易に行うことができる。
【００１０】
上記カラーは、軸方向一方端に外径方向に延びるフランジ部を備え、かつ、このフランジ部が軸方向一方の内輪の大端側端面に宛がわれて軸方向他方側への脱落を防止されていることが好ましい。
【００１１】
上記回転軸は、鉄道車両用の車軸であることが好ましい。車軸は、車輪が固定される大径部が片持ち支持側となり、円すいころ軸受が配置される小径部側が自由端側となるから、この円すいころ軸受の軸方向二つの内輪と車軸との間に介在するカラーにより、車軸の撓み変形に際してのその外径面に対するフレッティング疵の発生を効果的に防止し、このフレッティング疵の発生による強度の低下を防止できて好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、車軸外径面にフレッティング疵が発生することを効果的に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】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る円すいころ軸受を説明する。図１は、実施の形態の円すいころ軸受が組み込まれた、鉄道車両車軸支持用の円すいころ軸受装置の縦断断面図、図２は、図１の要部の拡大断面図、図３は、鉄道車両車軸支持装置の車軸が撓み変形した状態を示す図である。各図においては、図中の左右方向を軸方向とする。
【００１４】
図１および図２を参照して、車軸１０は、車輪１１がしまりばめで固定される大径部１０ａと、後蓋１２が固定される軸肩部１０ｂと、複列外向きの円すいころ軸受１３が配置される小径部（車軸の自由端側）１０ｃとを備え、軸端１０ｄに前蓋１４が締め付け固定される。軸肩部１０ｂと小径部１０ｃとは段差があり、Ｒ加工された車軸段差部１０ｅとなっている。以上の構成において、車軸１０は、大径部１０ａ側で片持ち支持された構成となっている。
【００１５】
円すいころ軸受１３は、単一の外輪１３ａと、軸方向二つの内輪１３ｂと、外輪１３ａと両内輪１３ｂとの間に複列で配置される円すいころ群１３ｃと、各列の円すいころ群１３ｃそれぞれを保持する二つの保持器１３ｄとにより構成されている。外輪１３ａは車体側に固定され、両内輪１３ｂは、互いの小端部の端面１３ｅが突き合わされて密着されている。両内輪１３ｂの小端側の内径面端縁には所定曲率の面取部１３ｆが形成されている。両内輪１３ｂの内径面は、内径一定で車軸１０が緊密嵌合する円筒状の直線部１３ｇと、上記面取部１３ｆとが交差しており、この交差部位は面取部の立ち上がり部１３ｈである。両内輪１３ｂの大端側端面内径側には、円環状に切欠きされた凹部１３ｉが形成されている。
【００１６】
両内輪１３ｂには軸受相当幅の円筒状カラー１５が装着されている。
【００１７】
カラー１５の内径面１５ｃと両内輪１３ｂの内径面１３ｇとの嵌め合いは、中間ばめまたはすきまばめである。この中間ばめまたはすきまばめの状態は、カラー１５が車軸１０に組み込まれる前の初期の嵌め合い関係である。
【００１８】
カラー１５が車軸１０に組み込まれる前では、カラー１５の内径面１５ｃと車軸１０の外径面１０ｆとの嵌め合いはしまりばめである。
【００１９】
円すいころ軸受１３がカラー１５と共に車軸１０に組み付けられると、カラー１５は外径方向に膨張し、カラー１５の内径面１５ｃと車軸１０の外径面との嵌め合いは中間ばめないしはすきまばめからしまりばめ（数十ミクロン程度の締め代）となる。
【００２０】
以上において、カラー１５は軸受内径の１/２０程度の肉厚（車軸径がφ１００−１３０であるときカラー肉厚は５ｍｍ以下が好ましい。）と軸方向一定の内外径を有する円筒体により構成されており、かつ、軸方向一方側端部に外径方向に延びる環状のフランジ部１５ｂが形成されている。
【００２１】
カラー１５の肉厚は図解の理解のため誇張して厚く示されている。
カラー１５のフランジ部１５ｂは一方側（図１，２では車軸先端側）の内輪１３ｂの大端側端面に設けた円環状の凹部１３ｉに係合収納されており、これによって、カラー１５は該内輪１３ｂに軸方向に位置決めされて固定されている。
【００２２】
円すいころ軸受１３は不図示のシール等と組み合わされてカラー１５と共に車軸１０に圧入されたり、引き抜かれたりする。この引き抜き時では、カラー１５にフランジ部１５ｂが設けられていないと、カラー１５は円すいころ軸受１３から抜けて下方に落下するおそれがある。また、車軸１０の車軸段差部１０ｅはＲ加工されているために、カラー１５が車軸段差部１０ｅ方向に抜けて該段差部１０ｅに接触して疵を付けてしまうおそれがある。
【００２３】
実施の形態では、カラー１５は上記フランジ部１５ｂにより一方の内輪１３ｂに固定されているから軸方向他方に容易に抜け出ることがなく、上記した抜き出し時の落下を防止できる。また、他方側（車軸段差部１０ｅ寄り側）ではフランジ部１５ｂが形成されていないことにより、車軸段差部１０ｅへのカラー１５の接触を防止できるものとなっている。
【００２４】
カラー１５の材質として、金属製であれば特に限定されないが、例えば機械構造用炭素鋼Ｓ〜Ｃ、一般構造用圧延鋼ＳＳ〜、ステンレス鋼ＳＵＳ〜、鋳鋼ＳＣ〜、あるいは鋳鉄ＦＣ〜を使用することができる。カラー１５に対しては、焼入れ、焼戻し、焼きならし等の調質処理を施すことが好ましいが、調質処理を施すことに限定されない。また、カラー１５に種々の熱処理、表面処理を行うことができる。カラー１５は、薄肉パイプ材の機械加工により、あるいは、バー材の熱間鍛造とその後の機械加工により、あるいは、円筒状の鋳型を用いた遠心鋳造加工により、あるいは、鋼板の曲げ加工、等により製造することができる。
【００２５】
以上の構成を備えた円すいころ軸受装置において、車軸１０が円すいころ軸受１３が装着された小径部１０ｃ側で図３で示すように撓み変形した場合、車軸１０の撓み変形に伴い、カラー１５もほぼ同様に撓み変形する。両内輪１３ｂの小端側の内径面１３ｇでは、コーナー部１３ｈではなくその近傍部位１３ｊでカラー１５の外径面１５ａと当接するとともに、そのコーナー部１３ｈの近傍部位１３ｊがその当接箇所で微小に動くことになる。
【００２６】
両内輪１３ｂの上記動きは、上述したごとく、カラー１５の外径面１５ａにおいて、コーナー部１３ｈの近傍部位１３ｊが当接する箇所でフレッティング疵を発生させる動きである。この場合、実施の形態では、カラー１５の外径面に耐フレッティングのための特殊な表面処理や、あるいは材質の選定により、そのフレッティング疵の発生を減少ないし抑制することができる。
【００２７】
一方、カラー１５は、車軸１０の撓み変形に伴い撓み変形することができるので、カラー１５の内径面１５ａは軸方向全体において車軸１０の外径面１０ｆとは一様な当接状態となり、カラー１５の内径面全体にわたり車軸１０の外径面との当接において応力集中するような接触部位が存在しないので、車軸１０の外径面１０ｆにフレッティング疵が発生することを防止できる。
【００２８】
なお、カラー１５の軸方向両側のフランジ部１５ｂは、図４で示すように、両内輪１３ｂの大端側端面１３ｋに嵌合することなく宛がわれる形態としてもよい。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態においては、車軸１０が撓み変形し、これに伴いカラー１５が撓み変形して両内輪１３ｂが微小動きしても、車軸１０の外径面にはフレッティング疵が発生するのを減少ないしは抑制することができる。
【００３０】
なお、上記においては、両内輪１３ｂの小端部側においての車軸１０のフレッティング疵の発生防止であったが、両内輪１３ｂの大端部側においての車軸１０のフレッティング疵の発生防止においても同様に実施することができる。
【００３１】
また、カラー１５は、フランジ部１５ｂを軸方向両側に設けているが、それが脱落するおそれがある方向とは反対の側だけに設けてもよい。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、当業者には容易に理解されるように、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、種々の変形や変更が可能であることはもちろんである。かかる変形や変形は本発明および特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る円すいころ軸受装置の断面図
【図２】図１の要部の拡大断面図
【図３】車軸が撓み変形したときの図１の円すいころ軸受装置の断面図
【図４】本発明の実施の形態に係る円すいころ軸受装置においてカラーの変形例を示す図
【図５】従来の円すいころ軸受装置の断面図
【図６】車軸が撓み変形したときの図５の円すいころ軸受装置の断面図
【符号の説明】
【００３４】
１０  車軸
１３  円すいころ軸受
１３ｂ  内輪
１５  カラー
１５ｂ  フランジ部
【図１】
2006105320.tif 000003
【図２】
2006105320.tif 000004
【図３】
2006105320.tif 000005
【図４】
2006105320.tif 000006
【図５】
2006105320.tif 000007
【図６】
2006105320.tif 000008