(57)【要約】【課題】内輪と後蓋との接触面圧の偏りを解消して、フレッチング摩耗の発生を防止することができる鉄道車両用軸受ユニットを提供する。【解決手段】車軸１に嵌合される複列軸受３と、複列軸受３の内輪１２の車軸軸方向内側端面に接触し、車軸１に嵌合される後蓋２３と、を備え、後蓋２３の内輪１２との接触部２３ａが曲面により形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸に嵌合される複列軸受と、
前記複列軸受の内輪の車軸軸方向内側端面に接触し、前記車軸に嵌合される後蓋と、を備え、
前記後蓋の前記内輪との接触部が曲面により形成されることを特徴とする鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項２】
前記接触部の断面曲線は、多項式、指数関数、三角関数、対数関数、或いはそれらの組み合わせで表現されることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項３】
前記接触部の断面曲線は、点群を元にした近似曲線、補完曲線、或いはそれらの組み合わせで表現されることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項４】
前記接触部の断面曲線は、複数の異なる曲線を有し、
前記複数の異なる曲線は連続するように繋がれることを特徴とする請求項２又は３に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項５】
高周波焼入れ後に前記接触部を曲面にする加工を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用軸受ユニットに関し、より詳細には、フレッチング摩耗を防止するのに好適な鉄道車両用軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、一般的な鉄道車両車軸用複列軸受を備えた鉄道車両車軸の支持構造を示したものである。ここに示した鉄道車両車軸の支持構造は、鉄道車両車軸（以下、単に車軸とも云う）１を鉄道車両車軸用複列軸受（以下、単に複列軸受とも云う）３によって回転自在に支承したものである。
【０００３】
この鉄道車両車軸用複列軸受３は、軸方向に分割された一対の内輪１１，１２と、単一の外輪１４と、各内輪１１，１２と外輪１４との間に装備される複数個の転動体１５と、内外輪間の転動体１５の相互を等間隔に保持する保持器１６，１７と、を備える。なお、図示した例の場合、転動体１５は円錐ころである。
【０００４】
一対の内輪１１，１２は、車軸１に外嵌されており、外輪１４は、図示しない軸受箱に内嵌されている。内輪１１，１２は、車軸１の肩部１ａに後蓋２３を嵌合した後に車軸１に嵌挿され、さらに前蓋２４が車軸１に嵌挿される。そして、車軸１の軸端には、内周面に回り止め突起２５ａを突設した小蓋２５が、回り止め突起２５ａを車軸１の外周の係止溝１ｂに係合させた状態で装着されている。この小蓋２５と前蓋２４とをボルト２７によって連結・一体化することで、前蓋２４の回転が不可能になり、前蓋２４の緩み止めがなされる。
【０００５】
また、複列軸受３の両側には、接触型の密封装置２８が装着されており、この密封装置２８によって複列軸受３内への異物の侵入や、軸受内部からの潤滑剤の漏出が防止されている。
【０００６】
このような軸受装置において、車軸１に鉄道車両特有の多大なラジアル荷重が負荷されると、車軸１に多大な曲げモーメントが掛かり、内輪１１と前蓋２４及び後蓋２３との各接触部に繰り返し応力が発生して、これら接触部にフレッチング摩耗が発生する。このため、内輪１１や後蓋２３を交換する必要が生じたり、摩耗粉が軸受内部に侵入してグリースを劣化させ、軸受寿命が低下するという可能性がある。
【０００７】
このため、内輪と後蓋との間に弾性シール材を一体に固着した軟質金属薄板からなる環状スペーサを挟んで、内輪と後蓋の摩耗を抑制すると共に、スペーサによって摩耗粉が発生した場合にも弾性シール材によって摩耗粉の軸受内部への侵入を防止することが考案されている（例えば、特許文献１参照）。また、後蓋の端面に対してダイヤモンドライクカーボン膜を被覆することで、フレッチング摩耗の発生を抑制したものも考案されている（例えば、特許文献２参照）。また、接触部で発生した摩耗粉が軸受内部へ侵入しないような構造が考案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
また、図９及び図１０に示すように、後蓋２３の内輪１２との接触部２３ａを平坦面とすると共に、後蓋２３の非接触部２３ｂに円錐形状や凸状球面形状といったクラウニングを行い、内輪端面と非接触部とが接触した場合でも、接触部分の接触面圧を小さくするものが考案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３３２９０５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４３４０号公報
【特許文献３】特開２００１−３５４１３６号公報
【特許文献４】特開２００６−３００１３０号公報（第６図、第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１〜４のいずれも内輪と後蓋との接触部は平坦面であるため、車軸に多大な曲げモーメントがかかると、外径側の接触面圧は局所的に高くなり、フレッチング摩耗が発生してしまうという課題があった。このような課題は、接触部の端部を丸面取りするだけでは、最大接触面圧の発生位置が僅かに移動するに留まり、十分に解決することができない。また、上記特許文献４では、非接触部にクラウニングが施されているが、接触部は依然として平坦面であるため、車軸の撓みや後蓋の変形によって接触部と非接触部との境界部分において内輪が接触すると、接触面積が小さくなり、接触面圧が多大となって、フレッチング摩耗を生じる可能性があった。
【００１１】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内輪と後蓋との接触面圧の偏りを解消して、フレッチング摩耗の発生を防止することができる鉄道車両用軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）車軸に嵌合される複列軸受と、複列軸受の内輪の車軸軸方向内側端面に接触し、車軸に嵌合される後蓋と、を備え、後蓋の内輪との接触部が曲面により形成されることを特徴とする鉄道車両用軸受ユニット。
（２）接触部の断面曲線は、多項式、指数関数、三角関数、対数関数、或いはそれらの組み合わせで表現されることを特徴とする（１）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
（３）接触部の断面曲線は、点群を元にした近似曲線、補完曲線、或いはそれらの組み合わせで表現されることを特徴とする（１）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
（４）接触部の断面曲線は、複数の異なる曲線を有し、複数の異なる曲線は連続するように繋がれることを特徴とする（２）又は（３）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
（５）高周波焼入れ後に接触部を曲面にする加工を行うことを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鉄道車両用軸受ユニットによれば、後蓋の内輪との接触部が曲面により形成されるため、内輪と後蓋との接触面圧の偏りを解消して、フレッチング摩耗の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの一実施形態を説明するための要部拡大断面図である。
【図２】図１に示す後蓋の単体の断面図である。
【図３】図２に示す後蓋の接触部の断面曲線を説明するためのグラフである。
【図４】後蓋の接触部の断面曲線の第１変形例を説明するためのグラフである。
【図５】後蓋の接触部の断面曲線の第２変形例を説明するためのグラフである。
【図６】後蓋の接触部の断面曲線の第３変形例を説明するためのグラフである。
【図７】後蓋の接触部の断面曲線の第４変形例を説明するためのグラフである。
【図８】従来の鉄道車両用軸受ユニットを説明するための断面図である。
【図９】従来の後蓋の接触部を説明するための拡大断面図である。
【図１０】更に従来の後蓋の接触部を説明するための拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記図８〜図１０に記載の鉄道車両用軸受ユニットと同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。また、図２〜図７に示す矢印ｒは後蓋の径方向外側を示し、矢印ｈは後蓋の軸方向外側を示す。
【００１６】
本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット軸受装置では、図１及び図２に示すように、後蓋２３の内輪１２との接触部２３ａを断面曲線Ｃ１からなる凸状の曲面により形成する。従って、接触部２３ａには平坦面は形成されない。
【００１７】
断面曲線Ｃ１は、２次曲線で表現されており、図３に示すように、断面曲線Ｃ１の頂点Ｐ１が、後蓋２３の接触部２３ａの径方向内端部に位置している。なお、断面曲線Ｃ１は、多項式、指数関数、三角関数、対数関数、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよく、また、点群を元にした近似曲線、補完曲線、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよい。また、断面曲線Ｃ１は、軸受ユニットを車軸１に組み付けた時の後蓋２３の変形から決定するとよい。また、断面曲線Ｃ１の径方向両端が丸面取りされている場合は、断面曲線Ｃ１と面取り部が滑らかに連続すればよく、直接連続することができない場合は、フィレットを設けるようにするとよい。さらに、後蓋２３の接触部２３ａに高周波焼入れを施す場合は、焼入れにより形状が変化してしまうため、焼入れ後に接触部２３ａを凸状の曲面にする加工を行うとよい。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態の鉄道車両用軸受ユニットによれば、後蓋２３の内輪１２との接触部２３ａが断面曲線Ｃ１からなる凸状の曲面により形成されるため、内輪１２と後蓋２３との接触面圧の偏りを解消することができるので、フレッチング摩耗の発生を防止することができる。また、軸受ユニットを車軸１に組み付けた時の後蓋２３の変形後において、後蓋２３と内輪１２が広い面積で接触するので、最大接触面圧を大きく低減することができる。
【００１９】
本実施形態の第１変形例として、図４に示すように、後蓋２３の内輪１２との接触部２３ａを断面曲線Ｃ２からなる凸状の曲面により形成してもよい。この断面曲線Ｃ２は、接触部２３ａの径方向内側に形成される第１曲線Ｃ２ａ（図４の一点鎖線部分）と、接触部２３ａの径方向外側に形成される第２曲線Ｃ２ｂ（図４の二点鎖線部分）と、第１曲線Ｃ２ａと第２曲線Ｃ２ｂとの間の境界部分に形成され、第１曲線Ｃ２ａと第２曲線Ｃ２ｂを滑らかに連続するように繋ぐ丸面取りである面取曲線Ｃ２ｃ（図４の点線部分）と、から構成される。また、断面曲線Ｃ２の頂点Ｐ２は、上記断面曲線Ｃ１と同様に、後蓋２３の接触部２３ａの径方向内端部に位置している。なお、第１曲線Ｃ２ａと第２曲線Ｃ２ｂを直接連続させることができる場合は、第１曲線Ｃ２ａと第２曲線Ｃ２ｂとを直接滑らかに連続するように繋いでもよい。
【００２０】
第１及び第２曲線Ｃ２ａ，Ｃ２ｂは、上記断面曲線Ｃ１と同様に、２次曲線で表現されている。また、第１及び第２曲線Ｃ２ａ，Ｃ２ｂは、多項式、指数関数、三角関数、対数関数、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよく、また、点群を元にした近似曲線、補完曲線、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよい。
【００２１】
本実施形態の第２変形例として、図５に示すように、後蓋２３の内輪１２との接触部２３ａを断面曲線Ｃ３からなる凸状の曲面により形成してもよい。この断面曲線Ｃ３の頂点Ｐ３は、後蓋２３の接触部２３ａの径方向内端部に位置せず、且つ接触部２３ａの径方向内側寄りに位置している。
【００２２】
断面曲線Ｃ３は、上記断面曲線Ｃ１と同様に、２次曲線で表現されている。また、断面曲線Ｃ３は、多項式、指数関数、三角関数、対数関数、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよく、また、点群を元にした近似曲線、補完曲線、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよい。
【００２３】
本実施形態の第３変形例として、図６に示すように、後蓋２３の内輪１２との接触部２３ａを断面曲線Ｃ４からなる凹状の曲面により形成してもよい。この断面曲線Ｃ４の底点Ｐ４は、接触部２３ａの径方向外側寄りに位置している。なお、底点とは、凹曲線の最も底に位置する点のことである。
【００２４】
断面曲線Ｃ４は、上記断面曲線Ｃ１と同様に、２次曲線で表現されている。また、断面曲線Ｃ４は、多項式、指数関数、三角関数、対数関数、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよく、また、点群を元にした近似曲線、補完曲線、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよい。
【００２５】
本実施形態の第４変形例として、図７に示すように、後蓋２３の内輪１２との接触部２３ａを断面曲線Ｃ５からなる連続した凹凸状の曲面により形成してもよい。この断面曲線Ｃ５は、接触部２３ａの径方向内端部側から径方向外側に向かって頂点Ｐ５ａ、底点Ｐ５ｂ、頂点Ｐ５ｃ、底点Ｐ５ｄ、頂点Ｐ５ｅの順となるように凸状曲線と凹状曲線が連続して並んでいる。
【００２６】
断面曲線Ｃ５は、多項式、指数関数、三角関数、対数関数、或いはそれらの組み合わせで表現されている。また、断面曲線Ｃ５は、点群を元にした近似曲線、補完曲線、或いはそれらの組み合わせで表現されていてもよい。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記第１変形例では、後蓋２３の接触部２３ａの曲面を、２種類の断面曲線を滑らかに連続するように繋げることにより構成しているが、これに限定されず、３種類以上の断面曲線を滑らかに連続するように繋げることにより構成してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１    鉄道車両車軸（車軸）
３    鉄道車両車軸用複列軸受（複列軸受）
１１    内輪
１２    内輪
１４    外輪
１５    転動体
２３    後蓋
２３ａ  接触部
Ｃ１    断面曲線
Ｃ２    断面曲線
Ｃ３    断面曲線
Ｃ４    断面曲線
Ｃ５    断面曲線
【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６】
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【図７】
2011112122.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011112122.tif 000011
【図１０】
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