(57)【要約】【課題】柱部の強度を保ちつつ、転動体と柱部の間に十分な潤滑剤を供給し、摩耗を減らして長寿命の転がり軸受用保持器及び転がり軸受を供給すること。【解決手段】転がり軸受用の保持器において、保持器５のころ４と摺接する案内面８又は保持器５のころ４の端面と摺接する面のうち、少なくとも一方にディンプル状の微小な凹部１４が複数設けられている。また、該ディンプル状の微小な凹部１４には、固体潤滑剤が埋設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する一対の軌道輪の間に介在された複数の転動体を転動自在に保持する転がり軸受け用保持器において、
前記転動体が摺接する前記保持器の摺接面に、ディンプル状の微小な凹部が複数設けてあることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項２】
前記転がり軸受用保持器は、
相対向する一対の環状板と、
該環状板の間に設けられて当該環状板を接続し、前記転動体が収容される複数のポケットを区画する複数の柱部と、を備えてなり、
前記環状板および柱部は、一の部材から一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項３】
前記ディンプル状の微小な凹部は、前記転動体が摺接する前記保持器の面のうち、前記転動体が摺接する案内面又は前記転動体端面が摺接する面の、少なくとも一方に設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項４】
前記ディンプル状の微小な凹部の中には、固体潤滑剤が埋設してあることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項５】
前記ポケットは、隅部に逃げ溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項６】
前記ポケットは、隅部において、前記転動体が摺接する前記保持器の案内面と前記転動体端面が摺接する前記保持器の面とが滑らかに連続するように外方に向かう円弧面で繋がれていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器を備えていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項８】
前記転がり軸受は、ころ軸受であることを特徴とする請求項７に記載の転がり軸受。
【請求項９】
前記転がり軸受は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持することを特徴とする請求項７又は８に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受用保持器及び転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、転がり軸受用保持器においては、転動体と保持器との潤滑を良好に保ち、保持器の摩耗を低減し、転がり軸受の長寿命化が図られている。
【０００３】
例えば、ころ軸受用保持器としては、特許文献１に開示してあるように、円周方向で隣り合う柱部間にころ収納用の窓孔を備えたころ軸受用保持器において、柱部の内側面に、ころに付着した異物を掻き取るための凹溝が設けてある。
【０００４】
また、従来、鉄道車両の車軸を支持するための転がり軸受(以降においては、鉄道車両車軸用転がり軸受と記す)としては、黄銅製保持器を備える円筒ころ軸受や鉄製プレス保持器を備える円すいころ軸受が最も一般的に用いられている。しかし、近年においては、鉄道車両車軸用転がり軸受の長寿命化及び軽量化の要求が強いため、保持器の合成樹脂化が進み始めている。具体的には、特許文献２に開示してあるように、使用環境温度から、ガラス繊維を強化繊維材として用いたナイロン６６等のポリアミド樹脂が、保持器の材料として用いられている。
【特許文献１】特開２００６−１１２５８４号公報
【特許文献２】特開２００５−２３３３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示したころ軸受用保持器のように、柱部の転動体案内面に凹溝を設置すると、転動体と柱部の間で油膜が形成できず、柱部自体の摩耗が生じるという問題がある。また、保持器全体の強度が低下し、柱部の端部で折れてしまうという問題がある。
【０００６】
また、鉄道車両に於いては、さらなる鉄道車両の高速化が要求されており、その高速化に伴う鉄道車両車軸用転がり軸受の保持器と転動体との潤滑不良により、保持器自体の振動（自励振動）が発生する虞れがある。
【０００７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、第１には、柱部の強度を保ちつつ、転動体と柱部の間に十分な潤滑剤を供給し、摩耗を減らして長寿命の転がり軸受用保持器及び転がり軸受を提供し、第２には、走行中における潤滑不良を抑制し、信頼性の高い鉄道車両車軸用としての転がり軸受用保持器及び転がり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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受用保持器は、相対向する一対の軌道輪の間に介在された複数の転動体を転動自在に保持する転がり軸受け用の保持器において、前記転動体が摺接する前記保持器の摺接面に、ディンプル状の微小な凹部が複数設けてあることを特徴とする。
【０００９】
また、前記転がり軸受用保持器は、相対向する一対の環状板と、該環状板の間に設けられて当該環状板を接続し、前記転動体が収容される複数のポケットを区画する複数の柱部と、を備えてなり、前記環状板および柱部は、一の部材から一体に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
好適には、前記ディンプル状の微小な凹部は、前記転動体が摺接する前記保持器の面のうち、前記転動体が摺接する案内面又は前記転動体端面が摺接する面の、少なくとも一方に設けてあることを特徴とする。
【００１１】
また、好適には、前記ディンプル状の微小な凹部の中には、固体潤滑剤が埋設してあることを特徴とする。
【００１２】
さらに好適には、前記ポケットは、隅部に逃げ溝が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、好適には、前記ポケットは、隅部において、前記転動体が摺接する前記保持器の案内面と前記転動体端面が摺接する前記保持器の面とが滑らかに連続するように外方に向かう円弧面で繋がれていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る転がり軸受は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器を備えていることを特徴とする。
【００１５】
好適には、前記転がり軸受は、ころ軸受であることを特徴とする
さらに好適には、前記転がり軸受は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の転がり軸受用保持器及び転がり軸受によれば、柱部の強度を保ちつつ、転動体と柱部の間に十分な潤滑剤を供給し、摩耗を減らして長寿命化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の鉄道車両車軸用の転がり軸受用保持器及び転がり軸受によれば、鉄道車両の走行中における潤滑不良を抑制し、信頼性が高いという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る転がり軸受用保持器及び転がり軸受を、スラスト円筒ころ軸受及び鉄道車両車軸用転がり軸受を例に図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係るスラスト円筒ころ軸受の要部の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した保持器の要部の正面図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示した保持器の要部の斜視図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示した保持器の案内面の拡大図である。
【００２０】
スラスト円筒ころ軸受１は、軸方向Ｘで相対向する一対の軌道輪２０，３０を備えており、これら軌道輪２０，３０の間に、転動体である円柱状のころ４が転動自在に複数個配置されている。
【００２１】
ころ４は、軌道輪２０，３０の間に組み込まれた環状の保持器５によって、周方向に一定の間隔を隔ててそれぞれ転動自在に保持されている。
【００２２】
保持器５は、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂等の合成樹脂を射出成形することにより形成してあり、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、一の部材から円環状をなす平板として一体に形成されている。
【００２３】
保持器５は、相対向する一対の環状板２，３と、これら環状板２，３の間を接続する複数の柱部６とを一体に備え、環状板２，３と柱部６の周方向両側の案内面８とによって略長方形状のポケット７を区画している。
【００２４】
ポケット７は、ころ４と同数が保持器５の円周方向にほぼ等間隔に設けられており、各ポケット７は、ころ４が個別に組み込まれた状態で、ころ４をポケット７内で保持器５の円周方向に転動自在とする大きさで略長方形状に形成されている。
【００２５】
略長方形状のポケット７の四つの隅部には、所定の曲率半径を有して、保持器５の幅方向に直線的に貫通する逃げ溝４０が設けられている。
【００２６】
なお、図示例では、逃げ溝４０は、凹んだぬすみ部として形成されており、この逃げ溝４０の曲率半径Ｒｃを、関連する他の寸法に対し所定の関係とすることによって最適化を図っている。また、隅部での応力集中を緩和するための対策として、凹んだぬすみ部に代えて、ころ４が摺接する案内面８と、ころ４の端面が摺接する環状板２、３の内側面とを滑らかに連続するように外方に向かう円弧面で繋いで形成することも考えられる。
【００２７】
さて、本実施の形態では、保持器５の柱部６には、図１（ｃ）（ｄ）に示すように、ころ４が摺接する案内面８があり、案内面８には、ディンプル状の微小な凹部１４が複数設けられている。
【００２８】
また、ころ４の端面と保持器５とが摺接する環状板２、３の内側面にも、ディンプル状の微小な凹部１４が複数設けられている。
【００２９】
このようなディンプル状の微小な凹部１４は、保持器５の射出成形の際に用いる金型に、予め、精密工作機械、又はレーザ加工、フォトリソグラフィーを用いたエッチング等を用いて、微小な凸部を形成しておくことにより、保持器５に形成することができる。
【００３０】
以上から、本実施の形態によれば、柱部６の強度を保ちつつ、ころ４と柱部６の間に十分な潤滑剤を供給し、摩耗を減らして保持器の長寿命化を図ることができる。すなわち、ころ４が摺接する保持器５の面にディンプル状の微小な凹部１４を設けることにより、油溜り効果で油膜が形成されて摩耗を抑制するという効果を有し、また、温度の上昇や振動・異音の抑制の効果も有する。
【００３１】
以下、本発明の第１実施の形態であるスラスト円筒ころ軸受を用いた試験について説明する。
【００３２】
本発明の効果を確認するために、保持器５の案内面８又はころ端面と摺接する環状板２、３の面に適宜形状及び面積率を変えたディンプル状の微小な凹部１４を複数設けて、その騒音を騒音計で測定した。
【００３３】
寿命試験は、５０００ｒｐｍで回転中に脱脂して強制的に潤滑不良状態にし、保持器の耐久性を評価した。
【００３４】
また、保持器５の案内面８と、ころ端面と摺接する環状板２、３の面との両方に適宜形状及び面積率を変えたディンプル状の微小な凹部１４を複数設けた保持器についても上記と同様の試験を行った。
【００３５】
表１及び表２に、通常の保持器を用いた比較例１の寿命を１としたときの相対的な寿命比をそれぞれ示した。また、比較例２は、特許文献１に示してある保持器案内面に凹溝が設けられているものである。
【００３６】
【表１】
2008144879.tif 000003
【００３７】
【表２】
2008144879.tif 000004
【００３８】
本実施例において、保持器５のころ４と摺接する案内面８又は保持器５のころ端面と摺接する面にディンプル状の微小な凹部１４を施すことにより、騒音の減少が見られた。
【００３９】
また、寿命においても長寿命が得られるパターンが存在することが分かった。
【００４０】
さらに、保持器５のころ４と摺接する案内面８と、保持器５のころ端面と摺接する面との両方にディンプル状の微小な凹部１４を施した場合においても寿命の延長が見られた。
【００４１】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００４２】
上記実施の形態では、ころ４の端面と摺接する保持器５は、一の部材から一体に形成されている一体型のもみ抜き保持器を例に説明したが、これに限定されず、分割型のもみ抜き保持器にも適用可能である。
【００４３】
ころ軸受に用いられる保持器としては、分割型タイプのもみ抜き保持器や一体型タイプのもみ抜き保持器が一般的であるが、鋼材や合金等を旋削により所定の断面形状にした後、窓孔を打ち抜き形成してもよく、また、板金にプレス加工により所定の断面形状にした後、窓孔を打ち抜き形成し、円環状に折り曲げて両端を溶接したものでもよい。
【００４４】
上記実施の形態では、保持器５は、合成樹脂組成物からなる例で説明したが、保持器の材質はこれに限定されず、例えば、保持器５を銅合金等からなる金属から形成しても良い。
【００４５】
また、上記実施の形態では、保持器５のポケット７は、隣接するポケット７毎に交互にころ挿入部１０の向きが逆となるように形成されているが、これに限定されず、ころ挿入部１０の向きは、２つ毎や３つ毎等の所望の配列で逆となるように構成しても良い。
【００４６】
次に、本発明の第２実施の形態に係る鉄道車両車軸用転がり軸受について、円筒ころ軸受での実施を例として説明する。
【００４７】
図２は、本発明の第２実施の形態に係る鉄道車両車軸用転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【００４８】
図３（ａ）は、図２の鉄道車両車軸用転がり軸受で車軸を支持された鉄道車両の要部を示す図であり、（ｂ）は、図２に示した保持器の案内面の拡大図である。
【００４９】
図２の鉄道車両車軸用転がり軸受１１０は、外周面に軌道面１０１ａを有する内輪１０１と、内輪１０１の軌道面１０１ａに対向する軌道面１０２ａを内周面に有する外輪１０２と、内輪１０１及び外輪１０２の間に転動自在に配された複数の転動体である円筒ころ１０３と、内輪１０１及び外輪１０２の間に円筒ころ１０３を転動自在に保持する保持器１０４と、を備えている。
【００５０】
この保持器１０４には、円筒ころ１０３を保持するための円筒形のポケット１０４ａが、周方向にわたって互いに等間隔をあけて形成されていて、円筒ころ１０３は周方向に等配に配置される。
【００５１】
次に、上記のような鉄道車両車軸用転がり軸受１１０によって車軸を回転自在に支持された鉄道車両について説明する。
【００５２】
図３（ａ）に示すように、鉄道車両車軸用転がり軸受１１０，１１０の内輪１０１，１０１は、レール１１２上を走行する車輪１１３が備えられた車軸１１５の両端に隣接して嵌合されており、外輪１０２，１０２は鉄道車両の車体（図示せず）を支える台車枠（図示せず）に取り付けられている。これにより、鉄道車両の車軸１１５が、車体に対して回転自在に支持されることとなる。
【００５３】
図２及び図３（ａ）から分かるように、鉄道車両車軸用転がり軸受１１０は２個一組で用いられている。そのうち車輪側に配された方の鉄道車両車軸用転がり軸受１１０（図２及び図３（ａ）においては右側の軸受）の外輪１０２は、その内周面の軸方向両端部につば１０５，１０５を有し、内輪１０１はその外周面の車輪側端部のみにつば１０６ａを有している。
【００５４】
また、反車輪側に配された方の鉄道車両車軸用転がり軸受１１０（図２及び図３（ａ）においては左側の軸受）の外輪１０２は、その内周面の軸方向両端部につば１０５，１０５を有し、内輪１０１はつばを有しておらず反車輪側につば輪１０６ｂを備えている。なお、このつば輪１０６ｂは、車軸１１５に嵌合された上にロックナット等で固定されている。
【００５５】
これらの鉄道車両車軸用転がり軸受１１０，１１０に備えられている保持器１０４、１０４は、樹脂とガラス繊維とを含有する樹脂組成物で構成されている。
【００５６】
以下に、樹脂組成物に使用される樹脂について詳細に説明する。
【００５７】
樹脂の種類は特に限定されるものではないが、保持器の耐熱性及び耐疲労性を考慮すると、ポリフェニレンサルファイド樹脂やポリアミド樹脂（芳香族ポリアミド樹脂，ポリアミド４６，ポリアミド６６等）等が好適である。ポリフェニレンサルファイド樹脂は吸水性が低く、耐熱性に優れ、また成形性が良好であることから、低吸水性で寸法安定性に優れ、１５０〜１８０℃の高温下で使用可能な保持器を射出成形法により低コストで製造することができる。よって、将来的に鉄道車両の高速化が進み、鉄道車両車軸用転がり軸受の使用温度がさらに上昇したとしても、ポリフェニレンサルファイド樹脂は使用可能である。
【００５８】
また、芳香族ポリアミド樹脂は、高融点，高強度を有し、１２０〜１４０℃の高温下で使用可能である。さらに、ポリアミド４６も１２０〜１４０℃の耐熱性を有し、衝撃強度や耐疲労性に優れているので、破損しにくく信頼性の高い保持器が得られる。ポリアミド６６は、耐熱性は１００〜１２０℃であるが、衝撃強度，耐疲労性等のバランスがよく、材料コストが低いので、鉄道車両車軸用転がり軸受に用いられる保持器の材料として最も好適である。
【００５９】
さて、本実施の形態では、図３（ｂ）に示すように、これらの樹脂組成物により形成される保持器において、円筒ころ１０３が摺接する保持器１０４表面に、ディンプル状の微小な凹部１１４を複数形成しており、このことにより良好な潤滑を得ることができ、保持器１０４の自励振動を抑制することができる。
【００６０】
ディンプル状の微小な凹部１１４の形成方法は、樹脂組成物を射出成形で成形する際の金型に予め微小な突起を複数形成することで形成することができる。金型の加工方法としては、レーザ加工、フォトリソグラフィーによるエッチング、精密工作機械による研削、放電加工などにより任意の形状に形成することができる。
【００６１】
また、ディンプル状の微小な凹部１１４内に埋設する固体潤滑剤は、ショット加工により表面に固定してもよいし、スパックやＣＶＤ、蒸着によって表面に成膜してもよい。
【００６２】
なお、固体潤滑剤の種類は特に限定されるものではないが、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、鉛、錫、亜鉛、金、銀、ビスマス、二硫化タングステン、窒化ホウ素などが好ましい。これらの固体潤滑剤は単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、バインダと混合して用いてもよい。
【００６３】
以上から、本実施の形態は、鉄道車両車軸用転がり軸受において、円筒ころ１０３が摺接する保持器１０４の面にディンプル状の微小な凹部１１４が複数設けられていることにより、高速回転下においても油溜まり効果で潤滑剤がディンプル状の微小な凹部１１４内に保持され、摺接面に常に十分な潤滑剤を供給できるため、潤滑不良を抑制し保持器の自励振動を抑制するという効果を有する。したがって、自励振動による保持器の破損を防ぐという効果を有する。また、振動のみならず摩耗の抑制や温度上昇、果音発生の抑制の効果も有する。
【００６４】
さらに摩耗が発生した場合でも、ディンプル状の微小な凹部１１４内に固体潤滑剤を埋設していることで、ディンプル状の微小な凹部１１４から潤滑剤が供給され、良好な潤滑が得られる効果も有する。
【００６５】
以下、本発明の第２実施の形態である鉄道車両車軸用転がり軸受を用いた試験について説明する。
【００６６】
本発明の効果を確認するために、本発明の第２実施の形態に係る鉄道車両車軸用転がり軸受である円筒ころ軸受を用いて、保持器１０４の案内面又は保持器１０４のころ端面と摺接する面に、適宜形状及び面積比を変えたディンプル状の微小な凹部１１４を複数設けて、その振動を振動計で測定した。
【００６７】
寿命試験は、５０００ｒｐｍで回転中に脱脂して強制的に潤滑不良状態にし、振動が急激に上昇するまでの時間を耐久時間とし、保持器の耐久性を評価した。
【００６８】
また、保持器１０４の案内面又は保持器１０４のころ端面と摺接する面に適宜形状及び面積率を変えたディンプル状の微小な凹部１１４に、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを埋設した保持器についても上記と同様の試験を行った。
【００６９】
表３及び表４に、通常の保持器を用いた比較例１の寿命を１としたときの相対的な寿命比をそれぞれ示した。
【００７０】
なお、固体潤滑剤の埋設はショットピーニングにより行った。保持器全体に固体潤滑剤をショットすることにより、初期の保持器と転動体との摺接する部分での摩擦特性が向上し、さらにディンプル状の微小な凹部１１４の中に固体潤滑剤が保持されるために、摩耗が生じた際にも潤滑剤として作用し、さらなる摩耗や振動や温度上昇を防ぐ効果がある。
【００７１】
また、保持器１０４に使用した樹脂組成物は、ポリアミド６６であり、ガラス繊維が２５％含まれているものである。
【００７２】
【表３】
2008144879.tif 000005
【００７３】
【表４】
2008144879.tif 000006
【００７４】
本実施例において、保持器１０４のころと摺接する案内面又は保持器１０４のころ端面と摺接する面にディンプル状の微小な凹部１１４を施すことにより、寿命の延長が見られた。
【００７５】
さらに固体潤滑剤を表面に吹きつけることにより、寿命の延長が見られた。
【００７６】
なお、本実施の形態は、本発明の一例を示したものであって、本発明は、本実施の形態に限定されるものではない。
【００７７】
例えば、本実施の形態においては、転がり軸受として円筒ころ軸受を例示して説明したが、本発明の転がり軸受は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。
【００７８】
例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受、スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００７９】
また、本実施の形態は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する転がり軸受であるが、例えば自動車のように、鉄道車両以外の車両の車軸の支持にも使用可能である。
【００８０】
さらに、車両の車軸の支持以外の一般的な用途にも、問題なく使用可能である。また複列組み合わせ転がり軸受にも使用可能である。
【００８１】
上記実施の形態では、保持器１０４は、合成樹脂組成物からなる例で説明したが、保持器１０４の材質は、これに限定されず、例えば、保持器１０４を銅合金等からなる金属から形成しても良い。すなわち、本発明に係る鉄道車両車軸用転がり軸受の保持器は、黄銅製保持器や鉄製プレス保持器、合成樹脂保持器などがあるが、いずれの材料でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係るスラスト円筒ころ軸受の要部の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した保持器の要部の正面図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示した保持器の要部の斜視図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示した保持器の案内面の拡大図である。
【図２】本発明の第２実施の形態の鉄道車両車軸用転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図３】（ａ）は、図２の鉄道車両車軸用転がり軸受で車軸を支持された鉄道車両の要部を示す図であり、（ｂ）は、図２に示した保持器の案内面の拡大図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  スラスト円筒ころ軸受
２、３  環状板
４  ころ
５  保持器
６  柱部
７  ポケット
８  案内面
１０  ころ挿入部
１４  凹部
２０、３０  軌道輪
４０  逃げ溝
１０１  内輪
１０２  外輪
１０３  円筒ころ
１０４  保持器
１１０  鉄道車両車軸用転がり軸受
１１４  凹部
１１５  車軸
【図１】
2008144879.tif 000007
【図２】
2008144879.tif 000008
【図３】
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