(57)【要約】【課題】簡単な加工によって軸受の内部に異物が侵入するのを防止することができる軸受の異物侵入防止構造を提供する。【解決手段】異物侵入防止構造１２は、軸受に異物が侵入するのを防止する。収集部１３は、軸受と後蓋９との間の接触面９ａの摩耗によって発生する異物を収集し、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに部分的に配置されている。収集部１３は、後蓋９の接触面９ａの周方向に間隔をあけて配置されている。後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに部分的な凹部として収集部１３を形成されているため、後蓋９側の接触面９ａの接触面積の低下が抑制されて、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧の増大が抑制される。接触面９ａの摩耗によって異物が発生してもこの異物が収集部１３の凹部１３ａに捕集されて、軸受の内部への異物の侵入が抑制される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受に異物が侵入するのを防止する軸受の異物侵入防止構造であって、
前記軸受とこの軸受が接触する接触部材との間の接触面の摩耗によって発生する異物を収集する収集部を備え、
前記収集部は、前記接触部材側及び／又は前記軸受側の接触面の接触面圧が高くなる領域に部分的に配置されていること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記収集部は、前記接触部材側及び／又は前記軸受側の接触面の周方向に間隔をあけて配置されていること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項３】
請求項２に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記収集部は、前記接触面の周方向に間隔をあけて、前記異物を収集する凹部を備えること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項４】
請求項１に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記収集部は、前記接触部材側及び／又は前記軸受側の接触面の周方向に連続して、この接触面の中心軸からこの収集部までの距離が変化するように配置されていること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項５】
請求項４に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記収集部は、前記接触面の周方向に連続して、前記異物を収集する溝部を備えること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面と前記接触部材側の接触面とが略均一に接触するように、前記接触部材及び／又は前記軸受を撓ませる可撓部を備えること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項７】
請求項６に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記可撓部は、前記異物を収集する溝部であり、前記接触面の周方向に連続してこの溝部が形成されていること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記収集部は、前記接触面に略均一に配置されていること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記収集部は、前記接触面の内周部側よりも外周部側のほうが高密度になるように配置されていること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項１０】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記収集部は、前記接触面の外周部側よりも内周部側のほうが高密度になるように配置されていること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、
前記収集部は、前記軸受の内輪と接触する後蓋又は油切りに形成されていること、
を特徴とする軸受の異物侵入防止構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受に異物が侵入するのを防止する軸受の異物侵入防止構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車軸軸受装置（以下、従来技術１という）は、軸受の内輪の内径以上でこの内輪の内径の1.2倍以下の範囲に、軸受のつば部端面と後蓋との接触面を設け、この接触面の外方に環状溝を形成している（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、軸受の内輪のつば部端面と後蓋との接触面の摩耗によって発生するフレッチング摩耗粉を環状溝に閉じ込めている。
【０００３】
従来の鉄道車両用軸受装置（以下、従来技術２という）は、軸受の内輪と後蓋とが直接接触しないように、軸受の内輪と後蓋との間に環状スペーサを嵌合させている（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、軸受の内輪と後蓋との間に環状スペーサを挿入することによって、軸受の内輪と後蓋とが接触してフレッチング摩耗粉が発生するのを抑制している。
【０００４】
従来の鉄道車両用軸受装置（以下、従来技術３という）は、軸受の内輪と後蓋又は油切りとの間の接触面に溝を形成し、この溝に対して内径方向に向けて付勢する弾性体を取り付けている（例えば、特許文献３参照）。この従来技術３では、軸受の内輪と後蓋又は油切りとの接触面の摩耗によって発生するフレッチング摩耗粉が、この接触面に沿って外径方向に移動するのを弾性体によって阻止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2001-254735号公報
【０００６】
【特許文献２】特開2004-332905号公報
【０００７】
【特許文献３】特開平11-336774号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術１では、軸受のつば部端面と後蓋との接触面の外方に環状溝を形成している。このため、従来技術１では、軸受のつば部端面と後蓋との接触面の接触面圧が低い位置に環状溝を形成したときには、この接触面の接触面圧の高い位置から発生するフレッチング摩耗粉をこの環状溝に閉じ込めることができない問題点がある。従来技術２では、軸受の内輪と後蓋との間にこれらとは別部材の環状スペーサを嵌合させている。従来技術３では、軸受の内輪と後蓋又は油切りとの間の接触面に形成した溝に、軸受や後蓋などとは別部材の弾性体を取り付けている。このため、従来技術２，３では、鉄道車両用軸受装置を構成する構成部品の点数が増加し、組立に手間がかかり製造コストが高くなってしまう問題点がある。
【０００９】
この発明の課題は、機械部品の点数を増加させることなく簡単な加工によって軸受の内部に異物が侵入するのを防止することができる軸受の異物侵入防止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】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図２〜図５及び図７〜図１７に示すように、軸受（３）に異物（Ｓ）が侵入するのを防止する軸受の異物侵入防止構造であって、前記軸受とこの軸受が接触する接触部材（９）との間の接触面（３ｇ，９ａ）の摩耗によって発生する異物を収集する収集部（１３）を備え、前記収集部は、図４に示すように、前記接触部材側及び／又は前記軸受側の接触面の接触面圧が高くなる領域（Ａ）に部分的に配置されていることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造（１１）である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の軸受の異物侵入防止構造において、図２、図４及び図７〜図１１に示すように、前記収集部は、前記接触部材側及び／又は前記軸受側の接触面（９ａ）の周方向に間隔をあけて配置されていることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２に記載の軸受の異物侵入防止構造において、前記収集部は、前記接触面の周方向に間隔をあけて、前記異物を収集する凹部（１３ａ）を備えることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１に記載の軸受の異物侵入防止構造において、図１２及び図１３に示すように、前記収集部は、前記接触部材側及び／又は前記軸受側の接触面（９ａ）の周方向に連続して、この接触面の中心軸（Ｏ）からこの収集部までの距離（Ｌ31，Ｌ32）が変化するように配置されていることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載の軸受の異物侵入防止構造において、前記収集部は、前記接触面の周方向に連続して、前記異物を収集する溝部（１３ｂ）を備えることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、図１４〜図１７に示すように、 前記軸受と前記接触部材とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、前記軸受側の接触面（３ｇ）と前記接触部材側の接触面（９ａ）とが略均一に接触するように、前記接触部材及び／又は前記軸受を撓ませる可撓部（１４）を備えることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６に記載の軸受の異物侵入防止構造において、前記可撓部は、前記異物を収集する溝部（１４ａ）であり、前記接触面の周方向に連続してこの溝部が形成されていることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、図２、図４及び図７〜図１１に示すように、前記収集部は、前記接触面に略均一に配置されていることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、図７に示すように、前記収集部は、前記接触面の内周部（Ａ1）側よりも外周部（Ａ2）側のほうが高密度になるように配置されていることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、図８に示すように、前記収集部は、前記接触面の外周部（Ａ2）側よりも内周部(Ａ1)側のほうが高密度になるように配置されていることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【００２０】
請求項１１の発明は、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の軸受の異物侵入防止構造において、図１〜図５及び図７〜図１７に示すように、 前記収集部は、前記軸受（３）の内輪（３ｄ）と接触する後蓋（９）又は油切りに形成されていることを特徴とする軸受の異物侵入防止構造である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によると、機械部品の点数を増加させることなく簡単な加工によって軸受の内部に異物が侵入するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造を備える軸受組立体を概略的に示す縦断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造を備える後蓋の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のII-IIB線で切断した状態を示す断面図である。
【図３】図２（Ｂ）のIII部分を拡大して示す平面図である。
【図４】図２（Ａ）のIV部分を模式的に拡大して示す平面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造の作用を説明するための模式図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造を備える後蓋の接触面の接触面圧の変化を示す模式図であり、（Ａ）は車軸にラジアル荷重が作用して車軸が撓んだ状態を示す縦断面図であり、（Ｂ）は負荷側の接触面の状態を拡大して示す部分断面図であり、（Ｃ）は非負荷側の接触面の状態を拡大して示す部分断面図であり、（Ｄ）は後蓋の回転位置による接触面圧の変化を示すグラフであり、（Ｅ）は後蓋の回転位置を示す正面図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造を備える後蓋の接触面の一部を模式的に拡大して示す平面図である。
【図８】この発明の第３実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造を備える後蓋の接触面の一部を模式的に拡大して示す平面図である。
【図９】この発明の第４実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造を備える後蓋の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のIX-IXB線で切断した状態を示す断面図である。
【図１０】図９（Ａ）のX部分を模式的に拡大して示す平面図である。
【図１１】この発明の第５実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造の収集部を模式的に拡大して示す平面図であり、（Ａ）〜（Ｅ）は各収集部の平面図である。
【図１２】この発明の第６実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造を備える後蓋の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXII-XIIB線で切断した状態を示す断面図である。
【図１３】図１２（Ａ）のXIII部分を模式的に拡大して示す平面図である。
【図１４】この発明の第７実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造を備える後蓋の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXVI-XVIB線で切断した状態を示す断面図である。
【図１５】図１４（Ｂ）のXV部分を拡大して示す平面図である。
【図１６】図１４（Ａ）のXVI部分を模式的に拡大して示す平面図である。
【図１７】この発明の第７実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造の可撓部の作用を模式的に説明するための縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１に示す車軸１は、中心軸Ｏを中心として回転する部材である。車軸１は、例えば、鉄道車両の左右一対の車輪がこの車軸１の両端部側に圧入され取り付けられており、この車輪と一体となって回転する。車軸１は、ジャーナル部１ａと、ちりよけ座１ｂと、輪座１ｃと、中径部１ｄと、溝部１ｅなどを備えている。ジャーナル部１ａは、軸受３によって支持される部分である。ジャーナル部１ａは、鉄道車両の車体荷重を支持しており、このジャーナル部１ａの外周面に軸受３の内輪３ｄの内周面が嵌め込まれている。ちりよけ座１ｂは、後蓋９が装着される部分である。ちりよけ座１ｂは、車軸１の反軸端側（車軸１の端部とは反対側(図１に示す輪座１ｃ側)）に形成されており、ちりよけ座１ｂの外周面に後蓋９の内周面が圧入され嵌め込まれている。輪座１ｃは、車輪が装着される部分である。輪座１ｃは、車輪のボス穴の内周面が圧入され嵌め込まれており、車軸１の所定の位置に車輪を固定する。中径部１ｄは、ジャーナル部１ａと輪座１ｃとの間に形成された段部である。溝部１ｅは、車軸１の中心軸Ｏと平行にこの車軸１の端部に所定の深さ及び長さで形成された凹部である。
【００２４】
軸受組立体２は、軸受３の主要構成部分を組み立てた部材である。軸受組立体２は、例えば、鉄道車両の軸箱に収容された状態で、台車の台車枠の所定の位置に保持される。軸受組立体２は、軸受３と、軸端ナット４と、小蓋５と、緩み止めボルト６と、密封構造７と、異物侵入防止構造１２などを備えている。軸受組立体２は、例えば、グリースなどの潤滑剤が内部に充填された状態で密封されている。
【００２５】
軸受３は、車軸１を回転自在に支持する部材である。図１に示す軸受３は、車軸１の両端部を回転自在に支持する転がり軸受である。軸受３は、外輪３ｃと内輪３ｄとの間で転がる転動体３ａと、この転動体３ａを等間隔に保持する保持器３ｂと、軸箱側に固定される外輪３ｃと、車軸１と一体となって回転する内輪３ｄと、この内輪３ｄの外側端部に一体に形成されてアキシアル荷重を受けるつば３ｅと、左右の内輪３ｄ間に挿入されてこれらの隙間及び与圧を調整する間座３ｆと、後蓋９側の接触面９ａと接触する接触面（端面）３ｇと、油切り８側の接触面８ａと接触する接触面（端面）３ｈなどを備えている。図１に示す軸受３は、転動体３ａとして円すいころを２列配置した複列円すいころ軸受であり、車軸１のジャーナル部１ａの外周面に嵌め合わされている。図１に示す軸受３は、例えば、軸方向のアキシアル荷重を内輪３ｄのつばで受ける複列円すいころ軸受である。
【００２６】
軸端ナット４は、後蓋９との間に油切り８及び軸受３を挟み込むことによってこの軸受３を所定の位置に位置決めし固定する部材である。軸端ナット４は、外観が円環状の部材であり、車軸１の端部に形成された雄ねじ部と噛み合う雌ねじ部が内周面に形成されており、この車軸１の端部に着脱自在に装着されている。軸端ナット４は、車軸１の雄ねじ部に締め付けることによって、軸受３、油切り８及び後蓋９に与圧を作用させる。軸端ナット４は、車軸１の長さ方向に押圧力（加圧力）を作用させることによって、軸受３の内輪３ｄの接触面３ｇと後蓋９の接触面９ａとを密着させるとともに、軸受３の内輪３ｄの接触面３ｈと油切り８の接触面８ａとを密着させる。
【００２７】
小蓋５は、車軸１と嵌合する部材である。小蓋５は、外観が円環状の金属製の部材である。小蓋５は、内周部から突出して車軸１の溝部１ｅと嵌合する突起部５ａを備えている。小蓋５は、車軸１の溝部１ｅに突起部５ａを嵌合させることによって車軸１と一体となって回転する。
【００２８】
緩み止めボルト６は、軸端ナット４の緩みを防止する部材である。緩み止めボルト６は、軸端ナット４の端面に所定の深さで形成された雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を先端部に備えている。緩み止めボルト６は、小蓋５の貫通孔を貫通して軸端ナット４に着脱自在に装着されており、小蓋５の突起部５ａを車軸１の溝部１ｅと嵌合させた状態で軸端ナット４と小蓋５とを一体化させて、軸端ナット４の回転を阻止する。
【００２９】
密封構造７は、軸受組立体２を密封する構造である。密封構造７は、軸受組立体２の内部に軸受３を収容した状態でこの軸受組立体２の内部を密封し、軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止するとともに、軸受３内に外部から異物が侵入するのを防止する。密封構造７は、油切り(スリンガ(フリンガ))８と、後蓋９と、シールケース１０Ａ，１０Ｂと、オイルシール１１Ａ，１１Ｂなどを備えている。密封構造７は、油切り８、後蓋９、シールケース１０Ａ，１０Ｂ、オイルシール１１Ａ，１１Ｂなどの各構成部材を組み合わせることによって、軸受３の内部から外部に潤滑剤が漏れ出すのを防止するとともに、軸受３の内部に外部から異物が侵入するのを防止する。
【００３０】
油切り８は、軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する部材である。油切り８は、軸受３の内部から軸端側に向かって潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する密封部材として機能するとともに、車軸１の所定の位置に軸受３を位置決めする位置決め部材としても機能する。油切り８は、軸受３と接触する接触部材であり、軸受３の内輪３ｄと接触する。油切り８は、この油切り８の内周面が車軸１のジャーナル部１ａの外周面に圧入されて車軸１と一体となって回転可能に嵌合しており、軸端ナット４と軸受３の内輪３ｄとの間に挟み込まれている。油切り８は、軸受３側の接触面３ｈと接触する接触面８ａを備えている。接触面８ａは、接触面３ｈと同様に油切り８の端面の円周方向に沿って平坦に形成されている。
【００３１】
図１及び図２に示す後蓋９は、軸箱の軸端側の開口部を塞ぐ部材である。後蓋９は、軸受３の内部から反軸端側に向かって潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する密封部材として機能する。後蓋９は、外観が円筒状の金属製の部材である。後蓋９は、この後蓋９の内周面が車軸１のちりよけ座１ｂの外周面に圧入されて車軸１と一体となって回転可能に嵌合する回転体である。後蓋９は、図１に示すように、車軸１の軸端側から圧入されたときに嵌合面９ｂの段部が、車軸１のちりよけ座１ｂと中径部１ｄとの間の段部に引っ掛かることによって車軸１の所定位置に位置決めされる。後蓋９は、油切り８との間に軸受３の内輪３ｄを挟み込むことによって、軸受３を車軸１の所定の位置に位置決めするとともに軸受３に与圧（押圧力）を作用させる。後蓋９は、軸受３と接触する接触部材であり、軸受３の内輪３ｄと接触している。後蓋９は、図２に示すように、接触面９ａと嵌合面９ｂなどを備えている。接触面９ａは、軸受３側の接触面３ｇと接触する部分である。接触面９ａは、接触面３ｇと同様に後蓋９の端面の円周方向に沿って平坦に形成されている。嵌合面９ｂは、車軸１のちりよけ座１ｂの外周面と嵌合する部分であり、後蓋９の内周面に形成されている。
【００３２】
図１に示すシールケース１０Ａ，１０Ｂは、軸受３内の潤滑剤が外部に漏れ出すのを防止する部材である。シールケース１０Ａは、軸受３と油切り８との間から軸受３の内部の潤滑剤が軸端側に向かって外部に漏れ出すのを防止し、シールケース１０Ｂは軸受３と後蓋９との間から軸受３の内部の潤滑剤が反軸端側に向かって外部に漏れ出すのを防止する。シールケース１０Ａ，１０Ｂは、外観が円筒状の金属製の薄肉部材である。シールケース１０Ａは、軸受３の外輪３ｃと軸端ナット４との間に装着されている。シールケース１０Ａは、このシールケース１０Ａの一方の端部の外周面が外輪３ｃの内周面と密着し、このシールケース９Ａの他方の端部の内周面が油切り８の外周面と隙間をあけて対向している。シールケース１０Ｂは、軸受３の外輪３ｃと後蓋９との間に装着されている。シールケース１０Ｂは、このシールケース１０Ｂの一方の端部の外周面が外輪３ｃの内周面と密着し、このシールケース１０Ｂの他方の端部の内周面が後蓋９の外周面と隙間をあけて対向している。
【００３３】
オイルシール１１Ａは、油切り８とシールケース１０Ａとの間を密封する部材であり、オイルシール１１Ｂは後蓋９とシールケース１０Ｂとの間を密封する部材である。オイルシール１１Ａは、油切り８の外周面とシールケース１０Ａの内周面との間に挟み込まれており、オイルシール１１Ｂは後蓋９の外周面とシールケース１０Ｂの内周面との間に挟み込まれている。オイルシール１１Ａ，１１Ｂは、軸受組立体２の内部から外部に潤滑剤が漏れ出すのを防止するとともに、軸受組立体２の外部から内部に塵埃が侵入するのを防止する。
【００３４】
図１〜図５に示す異物侵入防止構造１２は、軸受３に異物Ｓが侵入するのを防止する構造である。異物侵入防止構造１２は、図５に示すように、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとの間に発生する異物Ｓが軸受３内に侵入するのを防止する。ここで、異物Ｓは、例えば、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、車軸１に曲げモーメントＭが作用して車軸１の端部が撓み、内輪３ｄ側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとに繰り返し応力が発生したときにこれらの接触面３ｇ，９ａから発生する摩耗粉（フレッチング摩耗粉）である。異物侵入防止構造１２は、図２〜図５に示す収集部１３などを備えている。
【００３５】
図２〜図５に示す収集部１３は、軸受３と後蓋９との間の接触面３ｇ，９ａの摩耗によって発生する異物Ｓを収集する部分である。収集部１３は、図１に示すように、軸受３の内輪３ｄと接触する後蓋９に形成されており、図４に示すように後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに部分的に配置されている。ここで、接触面圧が高くなる領域Ａは、軸受３と後蓋９とが接触する接触面３ｇ，９ａの中で、接触面３ｇと接触面９ａとが特に強く密着する領域である。接触面圧が高くなる領域Ａは、例えば、図６（Ａ）に示すように、車軸１に曲げモーメントＭが作用して車軸１の端部が撓んだときに、図６（Ｃ）に示すように内輪３ｄの下縁部側の接触面３ｇと後蓋９の下縁部側の接触面９ａとが密着する領域である。接触面圧が高くなる領域Ａは、図４に示すように、後蓋９の中心軸（車軸１の中心軸）Ｏを中心とする接触面９ａ内の内周部Ａ1と外周部Ａ2との間に形成される。収集部１３は、図２（Ａ）及び図４に示すように、後蓋９側の接触面９ａの周方向に間隔をあけて配置されている。収集部１３は、図２〜図４に示すように、接触面９ａの周方向に間隔をあけて、異物Ｓを収集する凹部１３ａを備えている。凹部１３ａは、底部を有する穴部であり、接触面９ａに所定の深さで形成されている。収集部１３は、図４に示すように、接触面圧が高くなる領域Ａの中央部に存在する凹部１３ａが、外周部Ａ2寄りに存在する隣り合う凹部１３ａの間と、内周部Ａ1寄りに存在する隣り合う凹部１３ａの間とを塞ぐように位置しており、接触面９ａの外周部Ａ2側から内周部Ａ1側に向かって移動する異物Ｓがいずれかの凹部１３ａによって捕集されるようにこれらの凹部１３ａを配置している。収集部１３は、図４に示すように、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに部分的に形成することによって、可能な限りこの接触面９ａの接触面積の低下を抑制しつつ、この接触面９ａの接触面圧の増大を抑制する。
【００３６】
収集部１３は、図２（Ａ）及び図４に示すように、後蓋９の中心軸Ｏを中心として、接触面９ａの周方向に沿って部分的に形成されている。収集部１３は、図４に示すように、平面形状が菱形であり、２本の対角線のうち長さが長い一方の対角線を接触面９ａの周方向に向け、長さが短い他方の対角線を接触面９ａの径方向に向けて配置されている。収集部１３は、図４に示すように、接触面９ａに所定の長さＬ1及び幅Ｗ1で形成されており、後蓋９の中心軸Ｏを中心に所定の中心角θ1で放射状に形成されている。収集部１３は、接触面圧が高くなる領域Ａの中央部、外周部Ａ2寄り及び内周部Ａ1寄りに形成されており、図２（Ａ）及び図４に示すように接触面９ａの周方向及び径方向に所定の間隔をあけて、この接触面９ａに略均一に配置されている。収集部１３は、図６（Ｄ）に示すように、接触面９ａの接触面圧の振幅が大きくなる領域（図４に示す接触面圧が高くなる領域Ａ）と一致するように接触面９ａに形成されており、図２（Ｂ）及び図３に示すように後蓋９の外径側に配置されている。収集部１３は、図３に示すように、開口部の縁部に丸みが形成されているとともに、底部の応力集中を緩和するために底部にも丸みが付与されている。収集部１３は、例えば、レーザ彫刻などのレーザ加工、切削などの機械加工又は鋳造などの成型加工によって接触面９ａに形成される。
【００３７】
次に、この発明の第１実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造の作用を説明する。
車両が軌道上を走行すると、図１及び図６に示す車軸１が回転して、軸受３の内輪３ｄと後蓋９とが車軸１と一体となって回転する。このとき、図６（Ａ）に示すラジアル荷重が車軸１に作用するため、車軸１に曲げモーメントＭが作用して車軸１の端部が撓む。このため、図６（Ｅ）に示す回転位置Ｐ1では図６（Ｂ）に示すように内輪３ｄの上縁部側の接触面３ｇと後蓋９の上縁部側の接触面９ａとの間に僅かに隙間が形成されて、図６（Ｄ）に示すようにこれらの接触面３ｇ，９ａにおける接触面圧が低くなる。一方、図６（Ｅ）に示す回転位置Ｐ3では図６（Ｃ）に示すように内輪３ｄの下縁部側の接触面３ｇと後蓋９の下縁部側の接触面９ａとが密着して、図６（Ｃ）（Ｄ）に示すようにこれらの接触面３ｇ，９ａにおける接触面圧が高くなる。その結果、図６（Ｂ）（Ｃ）に示すように、車軸１が撓むと内輪３ｄの上縁部と後蓋９の上縁部とに繰り返し応力が発生して、これらの接触面３ｇ，９ａの摩耗によって異物Ｓが発生する。
【００３８】
図６（Ｃ）に示す軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとの接触面圧が高くなる領域Ａに、図４に示す収集部１３が部分的に形成されている。例えば、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに連続的な溝部として収集部１３を形成したときには、後蓋９側の接触面９ａの接触面積の低下が大きくなる。このため、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が増大し、接触面３ｇ，９ａの摩耗によって異物Ｓが発生する。この実施形態では、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに部分的な凹部として収集部１３を形成している。このため、後蓋９側の接触面９ａの接触面積の低下が抑制されて、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧の増大が抑制される。また、図５に示すように、接触面３ｇ，９ａの摩耗によって異物Ｓが発生してもこの異物Ｓが収集部１３の凹部１３ａに捕集されて、軸受３の内部への異物Ｓの侵入が抑制される。
【００３９】
この発明の第１実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、軸受３とこの軸受３が接触する後蓋９との間の接触面３ｇ，９ａの摩耗によって発生する異物Ｓを収集部１３が収集し、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに収集部１３が部分的に配置されている。このため、後蓋９の接触面９ａの接触面積が低下するのを抑え、接触面９ａの接触面圧が増大して接触面３ｇ，９ａが摩耗するのを抑えることができる。また、軸受３の構成部品の点数を増加させずに後蓋９の構造を改良することによって、異物Ｓを簡単に収集することができるとともに、異物Ｓが軸受３の内部に侵入するのを抑制することができる。
【００４０】
(2) この第１実施形態では、後蓋９側の接触面９ａの周方向に収集部１３が間隔をあけて配置されている。このため、例えば、後蓋９側の接触面９ａの周方向に収集部１３を連続して配置する場合に比べて、接触面９ａの周方向に収集部１３が部分的に配置することができる。その結果、接触面９ａの一箇所に面圧が集中することがなく、接触面９ａの接触面圧の増大を抑えることができる。
【００４１】
(3) この第１実施形態では、接触面９ａの周方向に間隔をあけて、異物Ｓを収集する凹部１３ａを収集部１３が備えている。このため、レーザ彫刻などのレーザ加工又は切削などの機械加工によって既存の後蓋９又は新品の後蓋９に加工時に凹部１３ａを形成したり、鋳造などの成型加工によって新品の後蓋９に凹部１３ａを加工時に形成したりすることができる。その結果、後蓋９の接触面９ａに簡単な構造の凹部１３ａを形成するだけで収集部１３によって異物Ｓを容易に捕集することができる。
【００４２】
(4) この第１実施形態では、収集部１３が接触面９ａに略均一に配置されている。このため、接触面９ａに収集部１３を均等に分散させることによって、接触面９ａの接触面圧の均一性を確保してこの接触面圧の不均一性を解消することができる。
【００４３】
(5) この第１実施形態では、軸受３の内輪３ｄと接触する後蓋９に収集部１３が形成されている。このため、後蓋９に簡単な加工を施すだけで、接触面９ａの接触面圧の増大を抑制することができるとともに、軸受３の内部への異物Ｓの侵入を防止することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
以下では、図１〜図６に示す部分と同一の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図７に示す収集部１３は、接触面９ａの内周部Ａ1側よりも外周部Ａ2側のほうが高密度に配置されている。収集部１３は、接触面圧が高くなる領域Ａの中央部の周方向の設置個数よりも内周部Ａ1側の周方向の設置個数が少なくなるように形成されているとともに、この中央部の周方向の設置個数よりも外周部Ａ2側の周方向の設置個数が多くなるように形成されている。
【００４５】
この発明の第２実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、接触面９ａの内周側よりも外周側のほうが高密度になるように収集部１３が配置されている。このため、接触面圧が高く摩耗が著しい接触面９ａの外周側から発生する摩耗粉を、比較的高密度に配置されている接触面９ａの外周側の収集部１３によって効率的に収集することができる。
【００４６】
（第３実施形態）
図８に示す収集部１３は、図７に示す収集部１３とは逆に、接触面９ａの外周部Ａ2側よりも内周部Ａ1側のほうが高密度に配置されている。収集部１３は、接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａの中央部の周方向の設置個数よりも内周部Ａ1側の周方向の設置個数が多くなるように形成されているとともに、この中央部の周方向の設置個数よりも外周部Ａ2側の周方向の設置個数が少なくなるように形成されている。
【００４７】
この発明の第３実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第３実施形態では、接触面９ａの外周部Ａ2側よりも内周部Ａ1側のほうが高密度になるように収集部１３が配置されている。例えば、接触面圧が比較的高くなる接触面９ａの外周部Ａ2側に収集部１３を形成すると外周部Ａ2側の接触面圧が増大し、接触面９ａの外周部Ａ2側と内周部Ａ1側との間で接触面圧が不均一になる。この第３実施形態では、接触面圧が比較的高くなる接触面９ａの外周部Ａ2側よりも、接触面圧が比較的低くなる接触面９ａの内周部Ａ1側に収集部１３を高密度に配置している。その結果、接触面９ａの内周部Ａ1側の接触面圧を比較的高くしつつも、接触面９ａの外周部Ａ2側の接触面圧が過度に増大するのを抑えることによって、接触面９ａの外周部Ａ2側及び内周部Ａ1側の接触面圧の不均一を解消することができる。
【００４８】
（第４実施形態）
図９（Ａ）及び図１０に示す収集部１３は、平面形状が正方形又は長方形のような四角形であり、対向する２組の対辺のうち１組の対辺を周方向に向け、１組の対辺を径方向に向けて配置されている。収集部１３は、図４に示すように、接触面９ａに所定の長さＬ2及び幅Ｗ2に形成されており、後蓋９の中心軸Ｏを中心に所定の中心角θ2で放射状に形成されている。収集部１３は、図９（Ａ）及び図１０に示すように、接触面９ａの周方向及び径方向に所定の間隔をあけて、この接触面９ａに略均一に配置されている。収集部１３は、図１０に示すように、接触面圧が高くなる領域Ａの外周部Ａ2寄り及び内周部Ａ1寄りに形成されており、いずれも同じ中心角θ2で周方向に形成されている。この第４実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
【００４９】
（第５実施形態）
図１１（Ａ）に示す収集部１３は、平面形状が二等辺三角形であって頂角が直角又は鈍角であり、底辺を内周部Ａ1側に向け、頂角を外周部Ａ2側に向けて配置されている。図１１（Ｂ）に示す収集部１３は、平面形状が正方形又は長方形であり、２本の対角線のうち一方の対角線を周方向に向け、他方の対角線を径方向に向けて配置されている。図１１（Ｃ）に示す収集部１３は、平面形状が二等辺三角形であって頂角が直角又は鋭角であり、底辺を内周部Ａ1側に向け、頂角を外周部Ａ2側に向けて配置されている。図１１（Ｄ）に示す収集部１３は、平面形状が楕円形であり、長軸を周方向に向け、短軸を径方向に向けて配置されている。図１１（Ｅ）に示す収集部１３は、1/2楕円形であり、曲線部を外周部Ａ2側に向け、直線部を内周部Ａ1側に向けて配置されている。この第５実施形態には、第１実施形態及び第４実施形態と同様の効果がある。
【００５０】
（第６実施形態）
図１２及び図１３に示す収集部１３は、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに部分的に配置されている。収集部１３は、後蓋９側の接触面９ａの周方向に連続して、この接触面９ａの中心軸Ｏからこの収集部１３までの距離Ｌ31，Ｌ32が変化するように配置されている。収集部１３は、接触面９ａの周方向に連続して、異物Ｓを収集する溝部１３ｂを備えている。収集部１３は、図１３に示すように、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａに進入及び進出を繰り返すように、この接触面圧が高くなる領域Ａに部分的に形成することによって、可能な限りこの接触面９ａの接触面積の低下を抑制しつつ、この接触面９ａの接触面圧の増大を抑制する。
【００５１】
収集部１３は、図１２（Ａ）及び図１３に示すように、後蓋９の中心軸Ｏを中心として、接触面９ａの周方向に沿って連続して形成されている。収集部１３は、平面形状が正弦波のような波形であり、２本の波形のうち一方の波形が内周部Ａ1側に配置されており、他方の波形が外周部Ａ2側に配置されている。収集部１３は、図１３に示すように、一定の幅Ｗ3に形成されており、後蓋９の中心軸Ｏを中心に所定の中心角θ3の範囲内で波形が１周期分になるように形成されている。収集部１３は、図１２（Ａ）及び図１３に示すように、接触面９ａの径方向に所定の間隔をあけて、この接触面９ａに略均一に配置されている。収集部１３は、例えば、レーザ彫刻などのレーザ加工、切削などの機械加工又は鋳造などの成型加工によって接触面９ａに形成される。
【００５２】
この発明の第６実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第６実施形態では、後蓋９側の接触面９ａの周方向に連続して、この接触面９ａの中心軸Ｏから収集部１３までの距離Ｌ31，Ｌ32が変化するように収集部１３が配置されている。このため、後蓋９側の接触面９ａの接触面圧が高くなる領域Ａと収集部１３の位置とがこの接触面９ａの周方向の全域で重ならず部分的に重なるため、接触面圧の増大を抑えることができる。
【００５３】
(2) この第６実施形態では、接触面９ａの周方向に連続して、異物Ｓを収集する溝部１３ｂを収集部１３が備えている。このため、レーザ彫刻などのレーザ加工又は切削などの機械加工によって既存の後蓋９又は新品の後蓋９に加工時に溝部１３ｂを形成したり、鋳造などの成型加工によって新品の後蓋９に溝部１３ｂを加工時に形成したりすることができる。その結果、後蓋９の接触面９ａに簡単な構造の溝部１３ｂを形成するだけで収集部１３によって異物Ｓを容易に捕集することができる。
【００５４】
（第７実施形態）
図１４〜図１６に示す異物侵入防止構造１２は、収集部１３と可撓部１４などを備えている。可撓部１４は、軸受３と後蓋９とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが略均一に接触するように、後蓋９を撓ませる部分である。可撓部１４は、図１４（Ａ）及び図１５に示すように、接触面９ａの周方向に連続して、異物Ｓを収集する溝部１４ａを備えている。可撓部１４は、後蓋９の厚みを部分的に薄くした薄肉部であり、後蓋９が弾性変形して後蓋９の接触面９ａが撓むように、後蓋９の接触面９ａに形成されている。可撓部１４は、後蓋９の曲げ剛性を部分的に低下させることによって、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが略均一に接触するように後蓋９を撓ませて、これらの間の接触面圧を略均一にする。可撓部１４は、後蓋９の接触面９ａの径方向に所定の間隔をあけて、この後蓋９の中心軸Ｏを中心として、この接触面９ａの周方向に沿って連続して形成されている。可撓部１４は、図１６に示すように、一定の幅Ｗ4に形成されており、接触面９ａの径方向に所定の間隔をあけて、この接触面９ａに略均一に配置されている。可撓部１４は、図１５に示すように、開口部の縁部に丸みが形成されているとともに、底部の応力集中を緩和するために底部に丸みが付与されている。可撓部１４は、例えば、レーザ彫刻などのレーザ加工、切削などの機械加工又は鋳造などの成型加工によって接触面９ａに形成される。
【００５５】
次に、この発明の第７実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造の作用を説明する。
図１７に示すように、後蓋９に可撓部１４が存在する場合には、車軸１の撓みに追従して後蓋９が可撓部１４で撓む。例えば、後蓋９の上方付近では溝部１４ａの開口部側が開くように後蓋９が弾性変形し、後蓋９の下方付近では溝部１４ａの開口部側が開くように後蓋９が弾性変形する。このため、後蓋９の接触面９ａが軸受３側の接触面３ｇと略均一に接触し、これらの接触面３ｇ，９ａの接触面圧の略均一になって、これらの接触面３ｇ，９ａの摩耗によって異物Ｓが発生するのが防止される。
【００５６】
この発明の第７実施形態に係る軸受の異物侵入防止構造には、第１実施形態〜第６実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第７実施形態では、軸受３と後蓋９とが密着する方向に押圧力を作用させたときに、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが略均一に接触するように、後蓋９を可撓部１４が撓ませる。このため、例えば、図１７に示すように車軸１が撓み、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとが偏って接触したときに、軸受３側の接触面３ｇと後蓋９側の接触面９ａとの間の接触面圧を略均一にすることができる。その結果、軸受３の接触面３ｇ及び後蓋９の接触面９ａにおけるフレッチング摩耗などの発生を防止することができる。
【００５７】
(2) この第７実施形態では、可撓部１４が異物Ｓを収集する溝部であり、接触面９ａの周方向に連続してこの溝部が形成されている。このため、既存の後蓋９や新品の後蓋９に切削などの機械加工によって溝部を形成したり、後蓋９を鋳造などの成型加工によって製造するときに成形加工と同時に溝部を形成したりすることができる。その結果、後蓋９の接触面９ａに簡単な構造の溝部を形成するだけで可撓部１４によって後蓋９を容易に撓ませることができる。
【実施例】
【００５８】
【表１】
2019143766.tif 000003
【００５９】
表１に示す実施例１，２及び比較例に係る後蓋について解析を実施した。実施例１は、図４に示すように、収集部１３の平面形状が菱形の後蓋であり、従来例の接触面に長さＬ1=10mm、幅Ｗ1=5mm及び中心角θ1=15°の収集部１３を形成した後蓋である。実施例２は、図１０に示すように、収集部１３の平面形状が正方形の後蓋であり、従来例の接触面に長さＬ2=5mm、幅Ｗ2=5mm及び中心角θ1=30°の収集部１３を形成した後蓋である。従来例は、図４及び図１０に示す収集部１３が存在しない後蓋である。解析では、内輪と後蓋との間に水平方向に荷重200kNを負荷させたときに幅39mmの接触面の接触面圧を算出した。
【００６０】
従来例は、内輪と後蓋とが接触する接触面積が0.03m2であり、接触面圧が約6.667MPaである。一方、実施例１は、内輪と後蓋とが接触する接触面積が0.0291m2であり、接触面圧が6.873MPaである。実施例２は、内輪と後蓋とが接触する接触面積が0.0291m2であり、接触面圧が6.8027MPaである。その結果、実施例１，２は、従来例に比べて接触面積の低下が僅かであり、従来例に比べて接触面圧の増加も僅かであった。このため、図４及び図１０に示すような収集部１３を後蓋に形成したときには、接触面積の低下を抑えつつ接触面圧の増加を抑えることが確認された。
【００６１】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、鉄道車両の軸受３の異物侵入防止構造１２を例に挙げて説明したが、鉄道車両の軸受３に限定するものではない。例えば、発電所のタービンなどの回転軸を支持する軸受の異物侵入防止構造や、車軸１を駆動する主電動機の軸受の異物侵入防止構造についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、軸受３がころ軸受である場合について説明したが、軸受３が玉軸受である場合についても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、軸受３が複列円すいころ軸受である場合を例に挙げて説明したが、複列円筒ころ軸受又は球面ころ軸受などについても、この発明を適用することができる。
【００６２】
(2) この実施形態では、軸受３と接触する接触部材が後蓋９である場合を例に挙げて説明したが、後蓋９に限定するものではない。例えば、軸受３と接触する油切り８のような接触部材についても、この発明を適用することができる。この場合には、軸受３側の接触面３ｈに収集部１３を配置したり、油切り８側の接触面８ａ及び軸受３側の接触面３ｈの双方に収集部１３を配置したりする場合についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、後蓋９側の接触面９ａに収集部１３を配置する場合を例に挙げて説明したが、収集部１３の配置箇所を接触面９ａに限定するものではない。例えば、軸受３側の接触面３ｇに収集部１３を配置したり、後蓋９側及び軸受３側の両方に収集部１３を配置したりする場合についても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、車軸１の端部の雄ねじ部と噛み合う軸端ナット４を備える軸受組立体２を例に挙げて説明したが、車軸１の端部に固定する前蓋を備える軸受組立体２についてもこの発明を適用することができる。
【００６３】
(3) この第１実施形態では、接触面圧が高くなる領域Ａに収集部１３を均一に配置する場合を例に挙げて説明したが、接触面９ａの中央部よりも外周部Ａ2側及び内周部Ａ1側のほうが高密度になるように収集部１３を配置する場合についても、この発明を適用することができる。また、この第５実施形態では、収集部１３の平面形状が楕円形又は1/2楕円形である場合を例に挙げて説明したが、円形又は半円形である場合についても、この発明を適用することができる。
【００６４】
(4) この第６実施形態では、収集部１３の平面形状が正弦波である場合を例に挙げて説明したが、収集部１３の平面形状が稲妻形、ジグザグ、三角形又は鋸刃形などの他の波形である場合についても、この発明を適用することができる。また、この第６実施形態では、収集部１３が二本である場合を例に挙げて説明したが、収集部１３の本数、太さ又は波形の一周期分の中心角θ3を任意に設定した場合についても、この発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  車軸
２  軸受組立体
３  軸受
３ｄ  内輪
３ｇ  接触面
４  軸端ナット
５  小蓋
６  緩み止めボルト
７  密封構造
８  油切り（接触部材）
８ａ  接触面
９  後蓋（接触部材）
１０Ａ，１０Ｂ  シールケース
１１Ａ，１１Ｂ  オイルシール
１２  異物侵入防止構造
１３  収集部
１３ａ  凹部
１３ｂ  溝部
１４  可撓部
１４ａ  溝部
Ｏ  中心軸
Ｓ  異物
Ａ  接触面圧が高くなる領域
Ａ1  内周部
Ａ2  外周部
Ｌ31，Ｌ32  距離
【図１】
2019143766.tif 000004
【図２】
2019143766.tif 000005
【図３】
2019143766.tif 000006
【図４】
2019143766.tif 000007
【図５】
2019143766.tif 000008
【図６】
2019143766.tif 000009
【図７】
2019143766.tif 000010
【図８】
2019143766.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2019143766.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
2019143766.tif 000019
【図１７】
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