(57)【要約】【課題】潤滑剤封入量の削減と、シール性の向上と、軸受のメンテナンス周期の延長とが可能であり、潤滑寿命の長い鉄道車両用車軸軸受を提供する。【解決手段】外輪３と、内輪２と、内輪間座６と、複列の円すいころ４と、保持器５と、外輪３の両端部に取り付けられた密封装置７とを備えてなる鉄道車両用車軸軸受であって、密封装置７が、シールケース１２とシール部材１１とで構成され、外輪３の中央部空間８ｂ、複列の円すいころ４の周方向間の空間および密封装置７の内部空間９ｂから選ばれた少なくとも一つに、多孔性固形潤滑剤を封入してなり、この多孔性固形潤滑剤は潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物であり、シール部材１１は、内輪２の両端部に取り付けられたスリンガ１０との摺接部位に、多孔性固形潤滑剤を固着してなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に複列の軌道を有する外輪と、それぞれ外周に軌道を有する一対の内輪と、内外輪の軌道間に介在する複列の円すいころと、該円すいころを円周方向で所定間隔に保持する保持器と、外輪の両端部に取り付けられた密封装置とを備えてなる鉄道車両用車軸軸受であって、
前記外輪の中央部空間、複列の円すいころの周方向間の空間および前記密封装置の内部空間から選ばれた少なくとも一つに多孔性固形潤滑剤を封入してなり、該多孔性固形潤滑剤は潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物であることを特徴とする鉄道車両用車軸軸受。
【請求項２】
前記密封装置が、前記外輪の内周面端部に装着する金属製のシールケースと、このシールケースに配設され、前記内輪の両端に取り付けられたスリンガ、油切、または後蓋の外周面に摺接するシール部材とで構成され、
該シール部材は、前記スリンガ、油切、または後蓋との摺接部位に多孔性固形潤滑剤を固着してなり、該多孔性固形潤滑剤は潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物であることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用車軸軸受。
【請求項３】
前記多孔性固形潤滑剤は、成形用金型を用いて発泡・硬化することを特徴とする請求項１または請求項２記載の鉄道車両用車軸軸受。
【請求項４】
前記多孔性固形潤滑剤は、封入する軸受内部空間で発泡・硬化することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の鉄道車両用車軸軸受。
【請求項５】
前記多孔性固形潤滑剤は、ゴム状弾性を有する樹脂またはゴムからなる樹脂成分を具備し、外力による変形により潤滑成分の滲出性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の鉄道車両用車軸軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密封装置を備えた密封装置付き軸受に関し、特に鉄道車両用車軸軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の密封式車軸軸受ではグリースを外輪中央部および複列内輪組立部に封入し潤滑を行なってきた。内輪組立部に封入された大半のグリースは回転により軸受内部から排出され、オイルシール近傍に溜まることが常であり、潤滑寿命の向上に寄与する割合は非常に低いのが現状である。このため、内輪摺動面で潤滑剤が不足することになり、潤滑不良による乗り心地不良や高速運転下での軸受温度上昇による短寿命化、それに伴うメンテナンス周期を短縮して対応せざるを得ない等の問題が生じている。この対策として、従来、遠心力で軸受端部に排出されたグリースを軸受内部に誘導するような構造の密封装置等が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献１よりも潤滑寿命を向上させるためには、回転部位から微量の油分を徐々に供給することが望ましい。しかし、内輪にグリースを塗布しただけでは回転部に生じる遠心力により初期段階でオイルシール近傍など、潤滑寿命の延長に寄与しにくい部位に移動してしまう。摺動面に長期間にわたり潤滑剤の供給を継続することで軸受のメンテナンス周期を延長可能とすることが望まれる。
また、排出されたグリースは内部に残存したグリースが過剰にオイルシール部に排出されないための壁の役割を果たしており、潤滑に必要な量以上にグリースを封入する必要があった。また、外輪中央部のグリースは外輪が回転しないため移動しにくく、メンテナンス時にグリースが多く余ることが見受けられた。
省資源化のためには、グリース封入量を削減する必要があり、解決策が求められていた。
【０００４】
鉄道車両用車軸軸受に用いられる密封装置の役割は、軸受内部へのごみ、水分、異物、摩耗粉などの有害物の侵入を防ぐことと、軸受内部に封入した潤滑剤が軸受外部に漏洩しないようにすることである。
また、密封式車軸軸受ではゴムリップのオイルシールを使用し、外部からの塵埃・水分の侵入、軸受内部からのグリース漏れを防止しシール性を確保してきた。その場合、長年使用されることでゴムリップは損傷しシール性が劣化して塵埃・水分の混入、グリース漏れが発生することがある。塵埃・水分の混入、グリース漏れは潤滑状況を悪化させ、乗り心地不良や高速運転下での軸受温度上昇による短寿命化、それに伴うメンテナンス周期の短縮を余儀なくされる等の問題が生じている。
また、グリース漏れが発生した場合、路線にグリースが漏れることとなり、環境に悪影響を及ぼしかねない。シールの緊迫力を上げることで、シール性を向上させる方法もあるが、異常発熱につながり採用することが困難である。
【特許文献１】特開２００５−１７２２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、潤滑剤封入量の削減と、シール性の向上と、軸受のメンテナンス周期の延長とが可能であり、潤滑寿命の長い鉄道車両用車軸軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の鉄道車両用車軸軸受は内周に複列の軌道を有する外輪と、それぞれ外周に軌道を有する一対の内輪と、一対の内輪に軸方向で挟まれた内輪間座と、内外輪の軌道間に介在する複列の円すいころと、該円すいころを円周方向で所定間隔に保持する保持器と、外輪の両端部に取り付けられた密封装置とを備えてなる鉄道車両用車軸軸受であって、上記外輪の中央部空間、複列の円すいころの周方向間の空間および上記密封装置の内部空間から選ばれた少なくとも一つに多孔性固形潤滑剤を封入してなり、この多孔性固形潤滑剤は潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物であることを特徴とする。
【０００７】
上記密封装置が、上記外輪の内周面端部に装着する金属製のシールケースと、このシールケースに配設され、上記内輪の両端に取り付けられたスリンガ、油切、または後蓋の外周面に摺接するシール部材とで構成され、該シール部材は、上記スリンガ、油切、または後蓋との摺接部位に多孔性固形潤滑剤を固着してなり、該多孔性固形潤滑剤は潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物であることを特徴とする。
【０００８】
上記多孔性固形潤滑剤は、成形用金型を用いて発泡・硬化することを特徴とする。また、上記多孔性固形潤滑剤は、封入する軸受内部空間で発泡・硬化することを特徴とする。
【０００９】
上記多孔性固形潤滑剤は、ゴム状弾性を有する樹脂またはゴムからなる樹脂成分を具備し、外力による変形により潤滑成分の滲出性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鉄道車両用車軸軸受は、外輪の中央部空間、複列の円すいころの周方向間の空間および密封装置の内部空間から選ばれた少なくとも一つに、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物である多孔性固形潤滑剤を封入したので、通常内輪回転で使用される鉄道車両に用いられる密封式車軸軸受において内輪側に潤滑剤を供給する機構を実現できる。
【００１１】
本発明の鉄道車両用車軸軸受に用いる多孔性固形潤滑剤は、多孔質の固形物の形態をとっているため、潤滑剤を蓄えることができ、固形物なので回転による飛散もないため、長期間にわたり潤滑剤を供給し潤滑寿命を向上させることが可能である。また、潤滑剤は多孔性固形潤滑剤に吸蔵されているので、例えば外輪の中央部空間の内輪側に多孔性固形潤滑剤を固着することで軸受の回転に伴う遠心力で外輪側に移動することがなく、内輪側から転動体や軸受摺動部の周囲に潤滑剤を徐放することができる。このため、高速運転下での軸受温度上昇の防止や乗り心地の向上、グリースの補充等のメンテナンス周期の延長等を実現することができる。
また、潤滑剤が飛散したり、潤滑に寄与しない部位に偏在することが無く、封入した潤滑剤は長期にわたって有効活用できるので、従来のグリース単独封入に比べて最大約 80 重量％削減することができ、軸受の小型化、軽量化を図ることができる。
【００１２】
本発明の鉄道車両用車軸軸受においてシール部材は、スリンガ、油切、または後蓋との摺接部位に、多孔性固形潤滑剤が固着されることでゴムリップと 2 重のシール構造となる。また、多孔性固形潤滑剤は、それ自身が潤滑性能を持つため摩擦が小さく、摩擦による発熱も防ぐことができる。その結果、シール性能が向上し、外部からの塵埃・水分の侵入、グリース漏れが発生しにくくなり、潤滑性能を長時間にわたり良好に保つことが可能となり、高速運転下での軸受温度上昇の防止や乗り心地の向上、潤滑の長寿命化、メンテナンス周期の延長につながり、メンテナンスコストの削減につながる。
【００１３】
本発明の鉄道車両用車軸軸受は、成形用金型を用いて成形した多孔性固形潤滑剤を軸受製造時に組込むことができ、組込まれた多孔性固形潤滑剤は潤滑成分を吸蔵しているので軸受組立て後にグリース等の潤滑剤を封入する必要がない。
【００１４】
本発明の鉄道車両用車軸軸受は、封入する軸受内部空間で発泡・硬化させることで多孔性固形潤滑剤を組み込むので、成形用金型を用いる必要がなく、また封入された多孔性固形潤滑剤は潤滑成分を吸蔵しているので軸受組立て後にグリース等の潤滑剤を封入する必要がない。このため、金型製作費や組立て作業費等の製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の鉄道車両用車軸軸受について図面に基づいて説明する。図１は本発明の鉄道車両用車軸軸受の一例を示す断面図である。図２は本発明の鉄道車両用車軸軸受の他の例を示す断面図である。図３は本発明における密封装置の拡大断面図である。
図１および図２に示すように、この軸受は、内周に複列の軌道を有する外輪３と、それぞれ外周に軌道を有する一対の内輪２と、一対の内輪２に軸方向で挟まれた内輪間座６と、内外輪３の軌道間に介在する複列の円すいころ４と、該円すいころ４を円周方向で所定間隔に保持する保持器５と、外輪３の両端部に取り付けられた密封装置７とを備えてなる。
【００１６】
一対の内輪２は内輪間座６を軸幅方向で両側から挟み込む形で車軸（図示せず）の端部に嵌合させ、内輪２は外周に軌道２ａを有している。外輪３の端部の内周面には環状溝３ｂを形成してある。内輪２の軌道２ａと外輪３の軌道３ａとの間に複列の円すいころ４が組み込まれ、各列の円すいころ４は保持器５で円周方向に等間隔に保持されている。
また、図１〜図３に示すように密封装置７は外輪３の内周面端部の環状溝３ｂに装着する金属製のシールケース１２と、このシールケース１２に配設され、内輪２の両端に取り付けられたスリンガ１０の外周面に摺接するシール部材１１とで構成される。
【００１７】
外輪３の中央部空間、複列の円すいころ４の周方向間の空間および密封装置７の内部空間から選ばれた少なくとも一つに、多孔性固形潤滑剤が封入されている。多孔性固形潤滑剤を構成する樹脂成分、潤滑成分および充填方法等は後述する。
外輪３の中央部空間は、図１に示すように内輪間座６と外輪３との隙間を内輪間座６の幅で埋める空間８ａであってもよく、また、図２に示すように内輪間座６、内輪２、円すいころ４、保持器５および外輪３に囲まれた空間全体８ｂであってもよい。
密封装置７の内部空間は、図１に示すようにスリンガ１０とシールケース１２との隙間をスリンガ１０の内輪側端とシール部材１１の内輪側端との長さＬで埋める空間９ａであってもよく、また、図２に示すようにスリンガ１０、シール部材１１、シールケース１２、外輪３、円すいころ４、保持器５および内輪２に囲まれた空間全体９ｂであってもよい。
【００１８】
ここで各空間に封入された多孔性固形潤滑剤は、摺動すると潤滑剤を染み出し摺動面に塗布するため、耐摩耗性に優れ、低発熱である。その結果、摺動発熱を抑制しながら密封性を確保することができ、この低発熱の特徴から軸受の温度上昇が小さく、軸受潤滑油の劣化防止、内輪２および外輪３の寸法変化（軌道面の変形）を抑制できる。また、多孔性固形潤滑剤を単独で封入する他、グリースや潤滑油と併用することもできる。
【００１９】
図３に示すように、シール部材１１の摺接部位、つまり、スリンガ１０の外周面と摺接する部位に、多孔性固形潤滑剤１１ａを固着する。多孔性固形潤滑剤を構成する樹脂成分、潤滑成分および固着方法等は後述する。なお、前述したスリンガ１０の外周面が摩耗あるいは偏心しても、シール部材１１を確実に追従させる必要があることから、シール部材１１の摺接部位の外周にバネ１３を装着し、そのバネ１３の弾性力によりシール部材１１をスリンガ１０の外周面側へ加圧するようにしている。
【００２０】
ここで、シール部材１１に固着される多孔性固形潤滑剤は、摺動すると、潤滑剤を染み出し外周面に塗布するため、耐摩耗性に優れ、低発熱である。その結果、シール部材１１の周速が例えば 16 m/s 以上であっても、摺動発熱を抑制しながら密封性を確保することができ、この低発熱の特徴から密封装置７の温度上昇が小さく、軸受潤滑油の劣化を抑制できる。
【００２１】
シール部材１１の材料としては、ニトリルゴムあるいはアクリルゴムが一般的であるが、高温になる場合にはシリコーンゴム、ふっ素ゴム、四ふっ化エチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などが使われる。シール部材１１と摺接するスリンガ１０の外周面は、耐摩耗性を高めるために熱処理または硬質クロムメッキなどを施すことが望ましい。
【００２２】
本発明の鉄道車両用車軸軸受は、内部に封入した、または、シール摺接部位に固着した多孔性固形潤滑剤の樹脂内に潤滑成分を吸蔵させるので、樹脂の柔軟性により、例えば軸受の回転や受熱による熱膨張、または毛細管現象により潤滑剤を染み出させて樹脂の分子間から外部に徐放できる。この際、染み出す潤滑油等の量は、外力等の大きさに応じて弾性変形する程度を樹脂の選択などによって変えることにより、必要最小限にすることができる。また、上記混合物の配合成分の配合量をコントロールすることにより多孔性固形潤滑剤の密度を変化させることができる。なお、本発明において「吸蔵」とは、液体・半固体状の潤滑成分が他の配合成分と反応することなく、固体の樹脂中に化合物にならないで含まれることをいう。
【００２３】
また、本発明に用いる多孔性固形潤滑剤において樹脂成分は、発泡により表面積が大きくなっており、染み出した余剰の潤滑油等を再び発泡体の気泡内に一時的に保持することもできて染み出す潤滑油等の量は安定しており、また樹脂内に潤滑剤を吸蔵させるとともに気泡内に含浸させることによって非発泡の状態より潤滑油等の保持量も多くなる。
【００２４】
さらに、この多孔性固形潤滑剤は、非発泡体と比較して屈曲時に必要なエネルギーが非常に小さく、潤滑成分を高密度に保持しながら柔軟な変形が可能である。よって、該多孔性固形潤滑剤を軸受内部で発泡・硬化させる方法を採用する場合において、硬化させた後の冷却時に、固形潤滑剤が収縮し円すいころを抱き込んだとしても屈曲・変形時に必要なエネルギーが小さいために容易に変形することができ、回転トルクが大きくなるという問題を防ぐことができる。
【００２５】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤を構成する樹脂成分としては、発泡・硬化後にゴム状弾性を有し、変形により潤滑成分の滲出性を有するものが好ましい。
発泡・硬化は、樹脂生成時に発泡・硬化させる形式であっても、樹脂成分に発泡剤を配合して成形時に発泡・硬化させる形式であってもよい。ここで硬化は架橋反応および／または液状物が固体化する現象を意味する。また、ゴム状弾性とは、ゴム弾性を意味するとともに、外力により加えられた変形がその外力を無くすことにより元の形状に復帰することを意味する。
【００２６】
樹脂成分としては、樹脂（プラスチック）またはゴムなどのうち、エラストマーまたはプラストマーのいずれかまたは両方を、アロイまたは共重合成分として採用できる。
ゴムの場合は、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンエラストマー、フッ素ゴム、クロロスルフォンゴムなどの各種ゴムを採用できる。
また、プラスチックの場合は、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド４，６樹脂（ＰＡ４，６）、ポリアミド６，６樹脂（ＰＡ６，６）、ポリアミド６Ｔ樹脂（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ樹脂（ＰＡ９Ｔ）などの汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックを採用できる。
上記プラスチックなどに限られることなく、軟質ウレタンフォーム、硬質ウレタンフォーム、半硬質ウレタンフォームなどのウレタンフォームなどを用いることもできる。
上記樹脂成分の中で、容易に発泡・硬化して多孔質化するポリウレタン樹脂が好ましい。
【００２７】
本発明に使用できるポリウレタン樹脂は、イソシアネートとポリオールとの反応による発泡・硬化物であるが、分子内にイソシアネート基（−ＮＣＯ）を有するウレタンプレポリマーの発泡・硬化物であることが好ましい。このイソシアネート基は他の置換基によってブロックされていてもよい。分子内に含まれるイソシアネート基は、分子鎖末端であっても、あるいは分子鎖内から分岐した側鎖末端に含まれていてもよい。また、ウレタンプレポリマーは分子鎖内にウレタン結合を有していてもよい。また、ウレタンプレポリマーの硬化剤は、ポリオールでもよいし、ポリアミンでもよい。
【００２８】
ウレタンプレポリマーは、活性水素基を有する化合物とポリイソシアネートとの反応によって得ることができる。
活性水素基を有する化合物としては低分子ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ひまし油系ポリオール等が挙げられる。これらは単独で、または２種類以上の混合物として使用することができる。低分子ポリオールとしては、２価のもの例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，４-ブタンジオール、１，６-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、水添ビスフェノールＡ等、３価以上のもの（３〜８価のもの）例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュークローズ等が挙げられる。
【００２９】
ポリエーテル系ポリオールとしては上記低分子ポリオールのアルキレンオキサイド（炭素数２〜４のアルキレンオキサイド、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド）付加物およびアルキレンオキサイドの開環重合物が挙げられ、具体的にはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが含まれる。
【００３０】
ポリエステル系ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオールおよびポリエーテルエステルポリオール等が挙げられる。ポリエステルポリオールはカルボン酸（脂肪族飽和または不飽和カルボン酸、例えば、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、二量化リノール酸およびまたは芳香族カルボン酸、例えば、フタル酸、イソフタル酸）とポリオール（上記低分子ポリオールおよび／またはポリエーテルポリオール）との縮合重合により得られる。
ポリカプロラクトンポリオールは、グリコール類やトリオール類の重合開始剤にε-カプロラクトン、α-メチル-ε-カプロラクトン、ε-メチル-ε-カプロラクトン等を有機金属化合物、金属キレート化合物、脂肪酸金属アシル化物等の触媒の存在下で付加重合により得られる。ポリエーテルエステルポリオールには、末端にカルボキシル基および／または水酸基を有するポリエステルにアルキレンオキサイド例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等を付加反応させて得られる。ひまし油系ポリオールとしては、ひまし油およびひまし油またはひまし油脂肪酸と上記低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールとのエステル交換あるいは、エステル化ポリオールが挙げられる。
【００３１】
ポリイソシアネートとしては、芳香族ジイソシアネート、脂肪族または脂環式およびポリイソシアネート化合物がある。
芳香族ジイソシアネートは、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４-トリレンジイソシアネート、２，６-トリレンジイソシアネートおよびその混合物、１，５-ナフチレンジイソシアネート、１，３-フェニレンジイソシアネート、１，４-フェニレンジイソシアネートが挙げられる。
脂肪族または脂環式ジイソシアネートは、例えば、１，６-ヘキサメチレンジイソシアネート、１，１２-ドデカンジイソシアネート、１，３-シクロブタンジイソシアネート、１，３-シクロヘキサンジイソシアネート、１，４-シクロヘキサンジイソシアネート、イソプロパンジイソシアネート、２，４-ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート、２，６-ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート、１，３-ヘキサヒドロフェニルジイソシアネート、１，４-ヘキサヒドロフェニルジイソシアネート、２，４′パーヒドロジフェニルメタンジイソシアネート、４，４′-パーヒドロジフェニルメタンジイソシアネートが挙げられる。
ポリイソシアネート化合物としては、４，４′，４″-トリフェニルメタントリイソシアネート、４，６，４′-ジフェニルトリイソシアネート、２，４，４′-ジフェニルエーテルトリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートが挙げられる。また、これらイソシアネートの一部をビウレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサゾリドン、アミド、イミド等に変性したものが挙げられる。
【００３２】
本発明に好適なウレタンプレポリマーとしては、注型用ウレタンプレポリマーとして知られている、ポリラクトンエステルポリオール、ポリエーテルポリオールにポリイソシアネートを付加重合させて得られるプレポリマー等が挙げられる。
上記ポリラクトンエステルポリオールはカプロラクトンを開環反応させて得られるポリラクトンエステルポリオールに短鎖ポリオールの存在下、ポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーが好ましい。
上記ポリエーテルポリオールとしては、アルキレンオキサイドの付加物または開環重合物が挙げられ、これらとポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーが好ましい。
【００３３】
本発明に好適に使用できるウレタンプレポリマーの市販品を例示すれば、ダイセル化学社製の商品名プラクセルＥＰが挙げられる。プラクセルＥＰは室温以上の融点を有する白色固体のウレタンプレポリマーである。また、ポリエーテルポリオールを例示すれば旭硝子社製の商品名プレミノールが挙げられる。プレミノールは 5000〜12000 の分子量を有するポリエーテルポリオールである。
【００３４】
上記ウレタンプレポリマー等を硬化させる硬化剤としては、３，３′-ジクロロ-４，４′-ジアミノジフェニルメタン（以下、ＭＯＣＡと記す）や４，４′-ジアミノ-３，３′-ジエチル-５，５′-ジメチルジフェニルメタン、トリメチレン-ビス-（４-アミノベンゾアート）、ビス（メチルチオ）-２，４-トルエンジアミン、ビス（メチルチオ）-２，６-トルエンジアミン、メチルチオトルエンジアミン、３，５-ジエチルトルエン-２，４-ジアミン、３，５-ジエチルトルエン-２，６-ジアミンに代表される芳香族ポリアミン、上記ポリイソシアネート、１，４-ブタングリコールやトリメチロールプロパンに代表される低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ひまし油系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、水酸基末端液状ポリブタジエン、水酸基末端液状ポリイソプレン、水酸基末端ポリオレフィン系ポリオールやこれら化合物の末端水酸基をイソシアネート基やエポキシ基などで変性した化合物に代表される２個以上の水酸基を有する液状ゴム等を単独でまたは併用して用いることができる。これらの中でコストおよび物性の点で優位であることから、芳香族ポリアミンがポリラクトンエステルポリオールとポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーを硬化させるのに好ましい。
【００３５】
樹脂成分を発泡させる手段としては、周知の発泡手段を採用すればよく、例えば、揮発性ガスを化学反応により生成する化学的発泡方法、水、アセトン、ヘキサン等の比較的沸点の低い有機溶媒を加熱し、気化させる物理的手法や、窒素などの不活性ガスや空気を外部から吹き込む機械的発泡方法、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）等のように加熱処理や光照射によって化学分解させ、窒素ガスなどを発生させる分解型発泡剤を使用するなどの方法が挙げられる。
【００３６】
本発明に使用するウレタンプレポリマーは分子内にイソシアネート基を有するので、水を発泡剤として用いて、イソシアネート基と水分子との化学反応によって生じる二酸化炭素による化学的発泡方法を用いることが好ましい。また、この方法は連続気泡が生成しやすいので好ましい。
【００３７】
また、このような反応を伴う化学的発泡方法を用いる場合には必要に応じて触媒を使用することが好ましく、例えば、３級アミン系触媒や有機金属触媒などが用いられる。３級アミン系触媒としてはモノアミン類、ジアミン類、トリアミン類、環状アミン類、アルコールアミン類、エーテルアミン類、イミダゾール誘導体、酸ブロックアミン触媒などが挙げられる。
また、有機金属触媒としてはスタナオクタエート、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンメルカプチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンマレエート、ジオクチルチンジメルカプチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、オクテン酸塩などが挙げられる。また、反応のバランスを整えるなどの目的でこれら複数種類を混合して用いてもよい。
【００３８】
上記樹脂成分に限られることなくウレタン系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリイミド系接着剤など各種接着剤を発泡および硬化させて使用することもできる。
【００３９】
本発明において樹脂成分中には必要に応じて各種添加剤を用いることができる。添加剤としてはヒンダードフェノール系に代表される酸化防止剤、補強剤（カ−ボンブラック、ホワイトカーボン、コロイダルシリカなど）、無機充填剤（炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、クレイ、硅石粉など）老化防止剤、難燃剤、金属不活性剤、帯電防止剤、防黴剤やフィラーおよび着色剤などが挙げられる。
【００４０】
本発明に使用できる潤滑成分は、発泡体を形成する固形成分を溶解しないものであれば種類を選ばずに使用することができる。潤滑成分としては、例えば潤滑油、グリース、ワックスなどを単独で、もしくは混合して使用できる。
潤滑油としては、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、エステル系合成油、エーテル系合成油、炭化水素系合成油、ＧＴＬ基油、フッ素油、シリコーン油等が挙げられる。これらは単独でも混合油としても使用できる。
樹脂材料と潤滑油が極性などの化学的な相性によって溶解、分散しない場合には、粘度の近い潤滑油を使用することで、物理的に混合しやすくなり、潤滑油の偏析を防ぐことが可能となる。
【００４１】
グリースは、基油に増ちょう剤を加えたものであり、基油としては上述の潤滑油を挙げることができる。増ちょう剤としては、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００４２】
ジウレア化合物は、例えばジイソシアネートとモノアミンの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、フェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、へキサンジイソシアネート等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、へキサデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、アニリン、p-トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。
ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン等が挙げられる。
【００４３】
ワックスとしては、炭化水素系合成ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステル系ワックス、脂肪酸アミド系ワックス、ケトン・アミン類、水素硬化油などを挙げることができる。これらのワックスに油を混合してもよく、使用する油成分としては上述の潤滑油と同様のものを用いることができる。
【００４４】
潤滑成分には、さらに二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、有機モリブデン等の摩擦調整剤、アミン、脂肪酸、油脂類等の油性剤、アミン系、フェノール系などの酸化防止剤、石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステルなどの錆止め剤、イオウ系、イオウ−リン系などの極圧剤、有機亜鉛、リン系などの摩耗防止剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。
【００４５】
上記グリースにおける基油の配合割合は、グリース成分全体に対して、基油が 1〜98 重量％、好ましくは 5〜95 重量％である。基油が 1 重量％未満であると、潤滑油を必要箇所に十分に供給することが困難になる。また 98 重量％より多いときには、低温でも固まらずに液状のままとなる。
【００４６】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分と樹脂成分とを必須成分とし、これに硬化剤や、発泡剤を配合した混合物を発泡・硬化させて得られる。
上記潤滑成分の配合割合は、混合物全体に対して、1〜90 重量％、好ましくは 5〜80 重量％である。潤滑成分が 1 重量％未満であると、潤滑成分の供給量が少なく、十分な寿命を得ることができない、または潤滑剤不足により摩擦係数が増大し摩耗の原因になる。90 重量％より多いときには固化しなくなる。
樹脂の配合割合は、混合物全体に対して、8〜98 重量％、好ましくは 20〜80 重量％である。8 重量％より少ないときは固化せず、98 重量％より多いときには潤滑成分の供給量が少なく、十分な寿命を得ることができない。
【００４７】
上記硬化剤の配合割合は、樹脂の配合量と発泡倍率により、上記発泡剤の配合割合は、後述する発泡倍率との関係でそれぞれ定まる。
【００４８】
上記混合物を混合する方法としては、特に限定されることなく、例えばヘンシェルミキサー、リボンミキサー、ジューサーミキサー、ミキシングヘッド等、一般に用いられる撹拌機を使用して混合することができる。
上記混合物は、市販のシリコーン系整泡剤などの界面活性剤を使用し、各原料分子を均一に分散させておくことが望ましい。また、この整泡剤の種類によって表面張力を制御し、生じる気泡の種類を連続気泡または独立気泡に制御することが可能となる。このような界面活性剤としては陰イオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
【００４９】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、軸受の回転や温度上昇に伴う気泡の膨張などの外力によって潤滑剤を軸受摺動部に供給することが可能なものである。
潤滑成分を樹脂内部に吸蔵するには、潤滑成分の存在下で発泡反応と硬化反応とを同時に行なわせる反応型含浸法を採用することが望ましい。このようにすると潤滑剤を樹脂内部に高充填することが可能となり、その後には潤滑剤を含浸して補充する後含浸工程を省略できる。
これに対して発泡固形体をあらかじめ成形しておき、これに潤滑剤を含浸させる後含浸法だけでは、樹脂内部に十分な量の液体潤滑剤が染み込まないので、潤滑剤保持力が十分でなく、短時間で潤滑剤が放出されて長期的に使用すると潤滑剤が供給不足となる場合がある。このため、後含浸工程は、反応型含浸法の補助手段として採用することが好ましい。
【００５０】
本発明の鉄道車両用車軸軸受において、外輪の中央部空間、円すいころの周方向間の空間および密封装置の内部空間に多孔性固形潤滑剤を封入する方法については、（１）多孔性固形潤滑剤を成形して得た成形体を軸受に組み込む方法、（２）多孔性固形潤滑剤の成形を軸受内で行なう方法等、特に制限なく採用できる。
【００５１】
本発明の鉄道車両用車軸軸受に組み込むための多孔性固形潤滑剤の成形体を得る方法は、成形金型を用いる方法や常圧下で発泡・硬化後、所定の形状に切削する方法等、特に制限なく採用できる。
成形金型を用いる場合、多孔性固形潤滑剤を単独で成形する単独成形方法と、内輪間座などが金型に装着された状態で成形する一体成形方法とがある。
上記単独成形方法は、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とする混合物を型内に流し込んだ後、発泡・硬化させる方法である。
上記一体成形方法は、内輪間座などを型内にはめ込み、内輪間座の外周部に潤滑成分および樹脂成分を必須成分とする混合物を流し込んだ後、発泡・硬化させる方法である。
【００５２】
多孔性固形潤滑剤の成形を軸受内で行なう方法は、例えば、図２に示す外輪の中央部空間８ｂ、密封装置の内部空間９ｂに潤滑成分および樹脂成分を必須成分とする混合物を流し込んだ後、発泡・硬化させる方法である。この方法では、図２に示す外輪の中央部空間８ｂ、密封装置７の内部空間９ｂ、複列の円すいころ４の周方向間の空間（図示省略）のそれぞれの空間全体にわたって多孔性固形潤滑剤を封入することができる。また、成形用金型を用いる必要がなく、封入された多孔性固形潤滑剤は潤滑成分を吸蔵しているので軸受組立て後にグリース等の潤滑剤を封入する必要がない。よって、金型製作費の排除や組立て作業費の削減等による製造コストの低減が可能となる。
【００５３】
シール部材がスリンガなどと摺接する部位に、多孔性固形潤滑剤を固着する方法は、シール部材の摺接部位に固着された多孔性固形潤滑剤がスリンガなどの回転によって脱落しない方法であれば特に制限なく採用できる。
例えば、シール部材の摺接部位に嵌合溝を設けて、該嵌合溝内に上記混合物が充填された状態で発泡・硬化を行なうことにより固着する方法、接着剤をシール部材の摺接部位に塗布して予め成形しておいた多孔性固形潤滑剤を貼り合わせる方法等が挙げられる。なお、接着剤は使用する樹脂とシール部材の材質により適切な接着剤を選べばよい。
【００５４】
発泡・硬化時において発泡により多孔質化される際に生成させる気泡は気泡が連通している連続気泡であることが好ましい。これは、多孔性固形潤滑剤に吸蔵されている潤滑成分が軸受の回転や温度上昇に伴う気泡の膨張などの外力によって連続気泡を介して多孔性固形潤滑剤の表面から染み出し軸受摺動部に直接供給されるためである。気泡間が連通していない独立気泡の場合は固形成分中の潤滑油の全量が一時的に独立気泡中に隔離され気泡間での移動が困難となり、必要なときに円すいころ等の周囲に十分供給されない場合がある。
【００５５】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤の発泡倍率は 1.1〜100 倍であることが好ましい。さらに好ましくは 1.1〜10 倍である。なぜなら発泡倍率 1.1 倍未満の場合は気泡体積が小さく、外部応力が加わったときに変形を許容できないし、または多孔質化した固形物が硬すぎるため、外部応力に追随した変形ができないなどの不具合がある。また、100 倍をこえる場合は外部応力に耐える強度を得ることが困難となり、破損や破壊に至ることがある。
【００５６】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤の具体例を以下に例示する。
［具体例１］
ウレタンプレポリマー（ダイセル化学社製：プラクセルＥＰ１１３０）55 重量％に、シリコーン系整泡剤（東レ社製：ＳＲＸ２９８）2 重量％とウレアグリース（新日本石油社製：バイロノックユニバーサルＮ６Ｃ）37 重量％を加え、120℃でよく撹拌した。これにアミン系硬化剤（イハラケミカル社製：イハラキュアミンＭＴ）4 重量％を加え、撹拌した後、発泡剤としてのイオン交換水 2 重量％を加えて混合物を得た。内輪間座を型内にはめ込んだ成形用金型に混合物を流し込み、120℃で1 時間放置して硬化させた。この内輪間座を組み込んで鉄道車両用車軸軸受を得た。
【００５７】
［具体例２］
ポリエーテルポリオール（旭硝子社製：プレミノールＳＸ４００４）20 重量％に、シリコーン系整泡剤（東レ社製：ＳＲＸ２９８）0.5 重量％、潤滑油（新日本石油社製：タービン１００）70 重量％、アミン系触媒（東ソー社製：ＴＯＹＯＣＡＴ  ＤＢ２）0.5 重量％、発泡剤としての水を 0.5 重量％加え、90℃で加熱してよく撹拌した。これにイソシアネート（日本ポリウレタン社製：コロネートＴ８０）8.5 重量％を加えてよく撹拌し混合物を得た。内輪間座を型内にはめ込んだ成形用金型に混合物を流し込み、120℃で 1 時間放置して硬化させた。この内輪間座を組み込んで鉄道車両用車軸軸受を得た。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の鉄道車両用車軸軸受は内輪回転で使用される鉄道車両に用いられる密封式車軸軸受において内輪側に潤滑剤を供給する機構を実現できるので、鉄道車両に用いられる密封式車軸軸受として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の鉄道車両用車軸軸受の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の鉄道車両用車軸軸受の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明における密封装置の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
２    内輪
２ａ  軌道
３    外輪
３ａ  軌道
３ｂ  環状凹部
４    ころ
５    保持器
６    内輪間座
７    密封装置
８ａ、８ｂ  外輪の中央部空間
９ａ、９ｂ  密封装置の内部空間
１０    スリンガ
１１    シール部材
１１ａ  多孔性固形潤滑剤
１２    シールケース
１３    バネ
【図１】
2008215418.tif 000003
【図２】
2008215418.tif 000004
【図３】
2008215418.tif 000005