(57)【要約】【課題】フレッティング摩耗粉の発生を抑制し、かつ、発生した摩耗粉の軸受内部への流出を防止した、製造組立性の良好な鉄道車両用軸受装置。【解決手段】車軸１に装着される転がり軸受２の内輪３の幅面と、車軸１に装着されて車軸１に対する内輪３の軸方向位置を規制する後ろ蓋１１（リング部材）の幅面との間に、外径側周縁部に環状弾性シール材２１を一体に固着した環状スペーサ２０を、弾性シール材２１を後ろ蓋１１の幅面に形成した凸状の段部２５の外周に弾性変形させて嵌合させた状態で、摺接可能に介在させて、内輪３と後ろ蓋１１の対向する幅面で弾性シール材２１を圧接した状態で、内輪３と後ろ蓋１１の接触部内に環状スペーサ２０を弾性シール材２１で封止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸に装着される転がり軸受の内輪の幅面と、前記車軸に装着されて車軸に対する前記内輪の軸方向位置を規制するリング部材の幅面との間に、両幅面に当接させて環状スペーサを介在させた軸受装置において、
前記環状スペーサの外径側周縁部に、前記内輪とリング部材の対向する両幅面に弾性変形して当接する環状弾性シール材を一体に固着したことを特徴とする鉄道車両用軸受装置。
【請求項２】
前記弾性シール材に当接するリング部材及び／又は内輪の幅面に、環状の弾性シール材が挿脱自在に嵌合する段部を形成したことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用軸受装置。
【請求項３】
前記環状スペーサの内径側周縁部に、前記内輪とリング部材の対向する両幅面に弾性変形して当接する環状の第２の弾性シール材を一体に固着したことを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両用軸受装置。
【請求項４】
前記第２の弾性シール材に当接するリング部材及び／又は内輪の幅面に、第２の弾性シール材が挿脱自在に嵌合する第２の段部を形成したことを特徴とする請求項３記載の鉄道車両用軸受装置。
【請求項５】
前記スペーサが、潤滑剤を含油保持する手段を有する銅合金製の薄板である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装置。
【請求項６】
前記転がり軸受が複列の円錐ころ軸受であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鉄道車両用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道車両の車軸を転がり軸受で支持する軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の車軸用軸受装置は、車軸に装着される転がり軸受と、車軸に装着されて転がり軸受の内輪の軸方向位置決めをする前後一組のリング部材を備える。リング部材は、内輪の後方幅面に当接する後ろ蓋と前方幅面に当接する油切り、または、内輪の前後両幅面に当接する後ろ蓋と前蓋で、いずれも焼きならしをした炭素鋼材で構成されている。
【０００３】
図７に一般的な鉄道車両用軸受装置を示す。この軸受装置は、車軸１に装着された転がり軸受２の内輪３の両端に後ろ蓋１１と前蓋１２の一組のリング部材を当接させている。転がり軸受２は、例えば複列の円錐ころ軸受で、分割型の内輪３と、一体型の外輪４と、内輪３と外輪４の間に配置された複列のころ５と、その保持器６を有する。車軸１に後ろ蓋１１が嵌挿され、転がり軸受２が組み付けられ、前蓋１２が嵌挿される。前蓋１２を内輪３の前方幅面を圧接し、内輪３の後方幅面を後ろ蓋１１の前方幅面に圧接させて、車軸１に対する内輪３の軸方向位置を規制している。また、後ろ蓋１１と前蓋１２の各々の外周にオイルシール１４、１４が摺接可能に装着され、各オイルシール１４、１４は外輪４の前後両端から延在させたシールカバー１５、１５の内側に取り付けられる。
【０００４】
このような軸受装置においては、車軸１に鉄道車両特有の過大なラジアル荷重が負荷されると、車軸１に過大な曲モーメントが掛かり、内輪３と後ろ蓋１１の接触部Ｘに繰り返し応力が発生し、内輪３と前蓋１２の接触部Ｙにも繰り返し応力が発生して、各接触部Ｘ，Ｙの接触面がフレッティング（摩耗）して炭素鋼材の微小な摩耗粉が発生する。このようなフレッティング摩耗は、車軸１に過大なラジアル荷重が負荷される鉄道車両にとって不可避なものであり、フレッティング摩耗が継続すると、軸受２の軸方向精度が低下し、発生した摩耗粉が軸受２の内部に侵入して軸受内の潤滑剤を劣化させ、軸受２の寿命を短くする原因となる。
【０００５】
上記のようなフレッティング摩耗粉の発生を抑制する軸受装置として、内輪と後ろ蓋などのリング部材との間に軟質のスペーサ（プレート）を介在させた装置（例えば、特許文献１参照）がある。図８は、内輪３と後ろ蓋１１の接触部Ｘに軟質金属板や樹脂板のスペーサ３２を介在させて、スペーサ３２で内輪３と後ろ蓋１１の直接衝突を回避させ、フレッティング摩耗の発生を抑制するようにしている。スペーサ３２は摩耗すると新品と交換されて、結果的に軸受装置を長寿命なものにする。
【０００６】
また、上記問題を解決するため、内輪とリング部材の直接接触による摩耗で発生したフレッティング摩耗粉が軸受内部に侵入しないようにした軸受装置（例えば、特許文献２の図８参照）が知られている。図９は、内輪３と後ろ蓋１１の接触部Ｘの外周部分にゴムリング等の弾性部材３３を弾圧接触させて、接触部Ｘで発生した摩耗粉が接触部Ｘから外に漏れ出さないようにしたものである。この場合の接触部Ｘの外径側は、内輪３と後ろ蓋１１の同一外径の外周を突き合わせた円周面で、この円周面に弾性部材３３を強固に圧接させることで接触部Ｘを気液密に封止し、摩耗粉が軸受２へと流出しないようにしてある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−０２７２５４公報（図１）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−３５４１３６公報（図８）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図８の鉄道車両用軸受装置は、スペーサ３２が内輪３と後ろ蓋１１の摩耗を抑制してフレッティング摩耗粉の発生を少なくする点において有効であるが、発生した微量の摩耗粉が蓄積するとどうしても軸受内部へと流出して、軸受内部の潤滑剤を劣化させる等のトラブルが発生し、このトラブル発生を抑制することが難しい。
【００１０】
図９の軸受装置においては、内輪３と後ろ蓋１１の接触部Ｘから軸受へのフレッティング摩耗粉の流出が弾性部材３３で抑制できるが、接触部Ｘでの摩耗粉の発生と、摩耗粉の蓄積による不具合が依然として残存する。
【００１１】
以上のことから、図８のスペーサと図９の弾性部材の両方を組合わせて１つの軸受装置に使用することが考えられているが、この場合、構成部品点数が多くなり、軸受装置全体の組付工数が多くなって、軸受装置の製造組立が難しくなる。
【００１２】
本発明の目的とするところは、フレッティング摩耗粉の発生を抑制し、かつ、発生した摩耗粉の軸受内部への流出を抑制した、製造組立性の良好な鉄道車両用軸受装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、車軸に装着される転がり軸受の内輪の幅面と、車軸に装着されて車軸に対する内輪の軸方向位置を規制するリング部材の幅面との間に、両幅面に当接させて環状スペーサを介在させた軸受装置において、環状スペーサの外径側周縁部に、内輪とリング部材の対向する両幅面に弾性変形して当接する環状弾性シール材を一体に固着したことを特徴とする（請求項１の発明）。
【００１４】
本願発明における内輪の幅面に当接するリング部材は、図７で説明したような後ろ蓋と油止め、或いは、後ろ蓋と油止めに代えた前蓋であり、内輪と後ろ蓋の間に環状スペーサを介在させ、また、内輪と油止め又は前蓋の間にも環状スペーサを介在させている。通常においてフレッティング摩耗粉は、内輪と後ろ蓋の間の方が、内輪と油止め又は前蓋の間よりも発生しやすいことから、内輪と後ろ蓋の間だけに環状スペーサを介在させることも有効である。また、環状スペーサは、内輪とリング部材の直接の接触を回避させてフレッティング摩耗粉の発生を極力抑制するもので、銅合金などの軟質金属の薄板が望ましい。この環状スペーサの外径側周縁部に環状のゴムなどの弾性シール材を一体化して固着することで、一部品である弾性シール材付環状スペーサを製作し、この一部品を内輪とリング部材の間に組付ける。内輪とリング部材の対向する幅面に弾性シール材を弾性変形させて当接させることで、環状スペーサの前後両幅面に当接させた内輪とリング部材の幅面の接触部の外周域が環状弾性シール材で気液密に封止される。接触部で発生し蓄積した摩耗粉は、環状スペーサの幅面を伝って弾性シール材へと流れるが、弾性シール材に達したところで流出が阻止されて、弾性シール材を越えて軸受内部へと流入する心配が皆無となる。
【００１５】
また、本発明においては、環状スペーサの外径側周縁部に一体化した弾性シール材に当接するリング部材及び／又は内輪の幅面に、環状の弾性シール材が挿脱自在に嵌合する段部を形成することができる（請求項２の発明）。例えば、リング部材の幅面に段部を形成する場合、リング部材の幅面の環状スペーサに当接する環状の内径部分の外周に沿って凹む段付加工部（段部）を形成し、この段付加工部の外周に弾性シール材の内周を圧接して嵌合させる。このようにリング部材の段部に弾性シール材付スペーサの弾性シール材を嵌合させることで、出荷時や車軸への組込み時に環状スペーサの取付位置がずれず、組付性が良くなり、組付品質を高く設定することができる。以上のような弾性シール材が嵌合する段部は、リング部材の幅面か内輪の幅面のいずれか一方に設けることが製作上に有利であるが、リング部材と内輪の両方に設けて両者の段部に弾性シール材を共に嵌合させることもできる。
【００１６】
また、本発明においては、環状スペーサの内径側周縁部にも弾性シール材を一体に固着することができる（請求項３の発明）。この場合の弾性シール材は、環状スペーサの外径側周縁部に一体に固着する弾性スペーサと区別するため第２の弾性シール材と呼ばれる。この第２の弾性シール材は、環状スペーサの外径側周縁部に一体に固着した弾性スペーサ（以下、必要に応じて第１の弾性スペーサと称する。）と同様に内輪とリング部材の両幅面に弾性変形して密着することで、内輪とリング部材の間の接触部を内外径両方から封止して、摩耗粉の内外径両方への流出を阻止する。
【００１７】
第２の弾性シール材を使用する場合、第２の弾性シール材に当接するリング部材及び／又は内輪の幅面に、第２の弾性シール材が挿脱自在に嵌合する第２の段部を形成することが望ましい（請求項４の発明）。第２の弾性シール材と第１の弾性シール材の双方をリング部材や内輪の対応する段部に嵌合させることで、出荷時や車軸への組込み時の環状スペーサの取付位置の安定性が増し、組付性がより良好となる。
【００１８】
また、本発明においては、環状スペーサが、潤滑剤を含油保持する手段を具えた銅合金製の薄板であることが実用上に望ましい（請求項５の発明）。銅合金製の薄板に潤滑剤を含有保持させる手段としては、表面に縦横方向に形成した潤滑剤保持溝、表面に部分的に形成した多数の微少な窪み、表裏面を貫通させた多数の小径の貫通孔が適切である。銅合金製の環状スペーサ自体に潤滑剤を含有保持させることで、内輪とリング部材間の潤滑性が増し、環状スペーサ自体の摩耗も抑制されて、フレッティング摩耗粉の発生抑制効果が増す。
【００１９】
以上の本発明における転がり軸受は、複列の円錐ころ軸受が実用上に望ましいが、鉄道車両の種類によっては玉軸受であってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態を図１〜図３を参照し、第２の実施の形態を図４〜図６を参照して、以下、順に説明する。なお、これら各実施の形態の鉄道車両用軸受装置は、図７の軸受装置と基本構造が同様であることから、図７と同一、または、相当部分には同一符号を付して、説明の重複を避ける。
【００２１】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示される第１の実施の形態は、内輪３と後ろ蓋１１（リング部材）の接触部Ｘに１枚の弾性シール材付環状スペーサ２０を介在させ、環状スペーサ２０の両側幅面に内輪３の後方幅面と後ろ蓋１１の前方幅面を当接させている。弾性シール材付環状スペーサ２０は、円環状の軟質金属薄板であるスペーサ２０の外径側周縁部に円環状のゴムリングなどの弾性シール材２１を一体に固着した一部品である。
【００２２】
環状スペーサ２０は、例えば銅合金製の軟質金属薄板をプレス成形したもので、外径側周縁部に後方にほぼ９０°折曲したリブ部２０ａを一体に有し、このリブ部２０ａの全面を覆うように弾性シール材２１が一体化される。弾性シール材２１はニトリルゴムなどの耐磨耗性弾性部材で、環状スペーサ２０の円環状リブ部２０ａの表裏面を覆う円環形状で型成形され、リブ部２０ａに固定される。また、リブ部２０ａの開放端部に図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような複数の歯部２０ｂを一体に突設して、この歯部２０ｂと隣接する歯部間にシール材２１を食い込ませるようにして、スペーサ２０とシール材２１の固着強度を高く確保する。環状スペーサ２０の片幅面側に突出させたリブ部２０ａを覆うように形成した環状弾性シール材２１は、環状スペーサ２０の片幅面側に大きく突出し、反対の幅面側には少しだけ突出するようにして、後ろ蓋１１と内輪３の対向する両幅面に後述のように圧接させる。
【００２３】
図１（Ｂ）に後ろ蓋１１の前方幅面Ｍ１と内輪３の後方幅面Ｍ２を示すと、内輪３の幅面Ｍ２は１つの環状平坦面であり、後ろ蓋１１の幅面Ｍ１は環状の内径側平坦面Ｎ１と外径側平坦面Ｎ２に段部２５で二分される。段部２５は、内径側平坦面Ｎ１の外周から略９０°で凹段となった部分で、段部２５の後方端から外径側平坦面Ｎ２が延在する。図２に示すように、段部２５の外周の半径ｒ１は、弾性シール材付環状スペーサ２０における円環状弾性シール材２１の弾性変形しない平常時の半径ｒ２より少し大きく設定される。また、図２に示す平常時の弾性シール材２１の幅Ｗ２は、段部２５の段差Ｗ１とスペーサ２０の板厚の合計より少し大きく設定される。
【００２４】
環状スペーサ２０の外径側周縁部に弾性シール材２１を一体化した弾性シール材付環状スペーサ２０が後ろ蓋１１の幅面Ｍ１で突出する段部２５の外周に圧入的に嵌合されて、後ろ蓋１１に一体に組み付けられる。環状の弾性シール材２１が弾性変形して段部２５の外周と外径側平坦面Ｎ２に圧接し、摺接可能に密着する。弾性シール材２１が段部２５に弾圧的に嵌合することで、後ろ蓋１１と環状スペーサ２０の相対位置関係が一定し、環状スペーサ２０の位置ずれや脱落がなくなる。この後ろ蓋１１を車軸１に嵌挿し、車軸１に軸受２を組付けると、環状スペーサ２０の位置ずれと脱落の心配がなくて、軸受装置の組立性が良好となり、組立精度が安定する。
【００２５】
図１（Ｂ）に示すように、軸受装置の組立完了の時点で環状スペーサ２０が後ろ蓋１１の内径側平坦面Ｎ１と内輪３の幅面Ｍ２に当接して、後ろ蓋１１と内輪３の直接の接触による摩耗を回避して、フレッティング摩耗粉の発生を確実に抑制する。同時に弾性シール材２１が後ろ蓋１１の段部２５外周と外径側平坦面Ｎ２に圧接し、内輪３の幅面Ｍ２に圧接して、後ろ蓋１１と内輪３の間の接触部Ｘの外周域を気液密に封止する。そのため、接触部Ｘでスペーサ摩耗粉が発生しても、この摩耗粉は弾性シール材２１で接触部外方への流出が阻止されて、フレッティング摩耗粉の軸受２内部への流入が確実に阻止され、軸受２を長寿命にすることができる。
【００２６】
また、図１（Ａ）の軸受装置において、車軸１に掛かる負荷で車軸１が撓むと、この撓みに対して後ろ蓋１１の幅面Ｍ１の外径側に凹んで形成された外径側平坦面Ｎ２での隙間が前記撓みを許容する逃げ部分となり、この逃げ部分で接触部Ｘにおけるフレッティング摩耗粉の発生がより効果的に抑制される。
【００２７】
図４（Ａ）、（Ｂ）に示される第２の実施の形態の軸受装置は、環状スペーサ２０の内径側周縁部にも環状弾性シール材２２を一体に固着したものである。この内径側弾性シール材２２が第２の弾性シール材であり、外径側弾性シール材２１が第１の弾性シール材である。第１の弾性シール材２１は、図１と同様に後ろ蓋１１の段部２５の外周に弾性変形させて嵌合される。第２の弾性シール材２２は第１の弾性シール材２１と同質のゴム材で成形するのが製作上に有利であるが、異質の弾性材で構成することも可能である。
【００２８】
第２の弾性シール材２２に対応させて後ろ蓋１１の幅面Ｍ１の内径側に第２の段部２６を形成して、第２の段部２６の内周に第２の弾性シール材２２を弾性変形させて嵌合させるようにする。図５に示すように、第２の段部２６の内周の半径ｒ３を、第２の弾性シール材２２の外径の平常時の半径ｒ４より少し小さく設定し、第２の段部２６の段差Ｗ３とスペーサ２０の板厚の合計を、第２の弾性シール材２２の平常時の幅Ｗ４より少し小さく設定する。このようにすれば軸受装置組立で後ろ蓋１１と内輪３の間の接触部Ｘが外径側が第１の弾性シール材２１で封止され、内径側が第２の弾性シール材２２で封止されて、接触部Ｘから内外径外方向へのフレッティング摩耗粉の流出が阻止され、軸受内部への摩耗粉流入がより高い確実性をもって防止される。
【００２９】
また、後ろ蓋１１の幅面Ｍ１の第２の段部２６より内径側が無くなるため、スペーサ２０と当接する面積が小さくなって、それだけフレッティング摩耗粉の発生量が少なくなる。
【００３０】
また、環状スペーサ２０をグリースなどの潤滑剤を含油保持する銅合金製の薄板にすることができる。例えば、図６（Ａ）に示すように、銅合金製の薄板のスペーサ２０の表裏両面に格子状などの配列で多数の溝２７を形成して、この溝２７をグリース溜めにする。或いは、図６（Ｂ）に示すように、スペーサ２０の表裏両面に水玉模様状に多数の小さな窪み２８を形成して、この窪み２８をグリース溜めにする。このようにスペーサ２０にグリースの含油保持機能を持たせると、内輪３と後ろ蓋１１の各幅面を当接させた接触部Ｘの潤滑性が、溝２７などに溜めたグリースで長期にわたり安定し、接触部Ｘにおけるフレッティング摩耗粉の発生がより少なくなり、軸受２の長寿命化が図れる。
【００３１】
なお、図６に示すようなスペーサの潤滑材含有保持は、図１のスペーサにおいても適用可能であることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、軸受内輪とこの内輪を車軸に対して位置規制する後ろ蓋などのリング部材との接触部でのフレッティング摩耗粉の発生が環状スペーサの介在で抑制され、かつ、スペーサなどから摩耗粉が発生しても、スペーサの外径側周縁部に一体化された弾性シール材が摩耗粉の軸受内部への流出を阻止して軸受の長寿命化が図れ、これにより鉄道車両用軸受装置の保守・点検のメンテナンス周期の長期化が可能となる。
【００３３】
また、環状スペーサの外径側周縁部に弾性シール材を一体に固着して一部品として製作することで、スペーサとシール材の取扱い、保守管理が容易となり、製作コストの低減が図れる。さらに、弾性シール材付環状スペーサをリング部材又は内輪の幅面に設けた段部に嵌合して組付けることで、弾性シール材付環状スペーサの組付性が良好となり、車軸に対する環状スペーサの位置ずれが生じず、高品質な軸受装置の製造組立が容易となる。
【００３４】
また、環状スペーサの内径側周縁部にも弾性シール材を一体に形成することで、内輪とリング部材の接触部の内外径側へのフレッティング摩耗粉の流出が阻止できて、軸受のより長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は第１の実施の形態を示す鉄道車両用軸受装置の断面図、
（Ｂ）は要部の拡大断面図である。
【図２】図１の軸受装置の要部の分解断面図である。
【図３】（Ａ）は図２の弾性シール材付環状スペーサの部分拡大断面図、
（Ｂ）は部分断面を含む部分平面図である。
【図４】（Ａ）は第２の実施の形態を示す鉄道車両用軸受装置の断面図、
（Ｂ）は要部の拡大断面図である。
【図５】図３の軸受装置の要部の分解断面図である。
【図６】（Ａ）は図５の軸受装置におけるスペーサの具体的構造を説明するための部分拡大正面図を含む断面図、
（Ｂ）は他の具体的構造を説明するための断面図である。
【図７】従来の鉄道車両用軸受装置の基本的構造を説明するための断面図である。
【図８】図７の軸受装置の従来構造を説明するための部分拡大断面図である。
【図９】図７の軸受装置の他の従来構造を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
１    車軸
２    軸受
３    内輪
４    外輪
５    ころ
１１    後ろ蓋（リング部材）
Ｘ    接触部
１２    油止め（リング部材）
Ｙ    接触部
２０    環状スペーサ
２１    弾性シール材
２２    弾性シール材
２５    段部
２６    段部
２７    溝（潤滑剤を含油保持する手段）
２８    窪み（潤滑剤を含油保持する手段）
【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】
2004332905.tif 000009
【図８】
2004332905.tif 000010
【図９】
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