(57)【要約】【課題】潤滑剤の種類に影響されること無く、軸受内部に封入された潤滑剤を効率良く循環させることで、軸受の潤滑性能を長期に亘って一定に維持する。【解決手段】鉄道車両の車軸を支持する内輪１及び外輪３と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体５と、これら複数の転動体を保持しながら内外輪間に沿って公転する保持器１１と、内外輪の両側に設けられ且つ軸受内部の空間領域を軸受外部から密封する密封機構とを備え、密封機構は、基端部２５ｅが外輪に固定され且つ当該基端部から軸受内部を覆うように延出した環状のシールケース２５を有する。シールケースと保持器との間には、軸受内部に封入された潤滑剤Ｊを収容可能な空間領域が構成され、シールケースには、軸受内部に封入された潤滑剤を前記空間領域に収容させるために、当該空間領域に向けて傾斜した傾斜部２５ｃが設けられている。【選択図】図１
2007321938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対回転可能に鉄道車両の車軸を支持する内輪及び当該内輪の外側に対向配置された外輪と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、これら複数の転動体を保持しながら内外輪間に沿って公転する保持器と、内外輪の両側に設けられ且つ軸受内部の空間領域を軸受外部から密封する密封機構とを備えた鉄道車両車軸用軸受であって、
密封機構は、基端部が外輪に固定され且つ当該基端部から軸受内部を覆うように延出した環状のシールケースを備えていると共に、当該シールケースと保持器との間には、軸受内部に封入された潤滑剤を収容可能な空間領域が構成されており、
シールケースには、軸受内部に封入された潤滑剤を前記空間領域に収容させるために、当該空間領域に向けて傾斜した傾斜部が設けられていることを特徴とする鉄道車両車軸用軸受。
【請求項２】
シールケースは、基端部から軸受のラジアル方向に延出した環状のラジアル延出部と、当該ラジアル延出部から折り返されてアキシアル方向に延出した環状のアキシアル延出部とを備えており、前記傾斜部は、ラジアル延出部とアキシアル延出部との間に連続して介在されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両車軸用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受の潤滑性能を長期に亘って一定に維持するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両車軸には、例えば特許文献１に開示されたような各種の円すいころ軸受が用いられている。その一例として図１(ａ)に示された円すいころ軸受は、相対回転可能に対向配置された軌道輪(内輪１、外輪３)と、内外輪1,3の対向面にそれぞれ周方向に連続して形成された軌道面1s,3s間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体(ころ)５と、複数の転動体(ころ)５を１つずつ回転自在に保持しながら、内外輪1,3間に沿って公転する樹脂製の保持器１１とが設けられている。
【０００３】
かかる軸受において、鉄道車両車軸(回転軸)１３には、２つの内輪１が背面同士を環状の間座１５に当て付けた状態で嵌合されており、これら２つの内輪１の外側に対向して単体(一体型)の外輪３がハウジング(図示しない)に嵌合されている。この場合、それぞれの内輪１の対向面には、間座１５側から離間する方向に沿って末広がり状に傾斜した環状の内輪軌道面１ｓが形成されており、一方、外輪３の対向面には、各内輪１の内輪軌道面１ｓに沿って傾斜した２つの環状の外輪軌道面３ｓが形成されている。
【０００４】
また、各内輪軌道面１ｓの両側には、当該軌道面1s,3sに沿って環状の鍔部7,9が突出されており、その突出端7e,9eの径寸法が相互に異なっている。具体的に説明すると、各内輪１において、間座１５側の鍔部７(以下、小径鍔部７という)は、比較的小径の突出端７ｅとなり、反間座１５側の突出端９ｅ(以下、大径鍔部９という)は、間座１５側の鍔部７よりも比較的大径の突出端９ｅとなっている。
【０００５】
このような構成を成す２つの内輪１の両側には、それぞれ、環状の油切り部材17,19が鉄道車両車軸(回転軸)１３に嵌合されており、その一方側(図１(ａ)中向って左側)の油切り部材１７に対して押圧体２１をアキシアル方向に当て付けてボルト２３で締め付けることで、円すいころ軸受に所定の予圧を付与することができる。この状態において、鉄道車両車軸(回転軸)１３を回転させると、内外輪1,3が回転中心軸Ｑ回りに相対回転する間(軸受回転中)に、当該内外輪1,3の軌道面1s,3s間に保持器１１と共に組み込まれた複数の転動体(ころ)５は、各鍔部7,9の案内面7s,9sによって保持・案内されながら軌道面1s,3sに沿って転動する。
【０００６】
また、軸受回転中における潤滑性能を一定に維持するために、例えばちょう度２８０前後程度の潤滑剤(グリース)Ｊ(図１(ｃ))が軸受内部に封入されている。この場合、グリースＪの軸受外部への漏洩防止を図ると共に、異物(例えば、水、塵埃)の軸受内部への浸入防止を図るために、内外輪1,3の両側には、軸受内部を軸受外部から密封するための密封機構が設けられている。なお、内外輪1,3の両側に設けられた密封機構は、互いに同一の構成を成しているため、その一方側(図１(ａ)中向って右側)の密封機構について、図１(ｃ)を参照して説明する。
【０００７】
図１(ｃ)に示すように、密封機構は、基端部２５ｅが外輪３に固定され、その先端部２５ｔが油切り部材１９に非接触状態に位置決めされた環状のシールケース２５と、当該シールケース２５と油切り部材１９との間に介在された密封部材２７とを備えて構成されている。この場合、シールケース２５は、基端部２５ｅから軸受内部を覆うように先端部２５ｔに向けて延出されている。
【０００８】
かかる密封機構において、シールケース２５は、基端部２５ｅから軸受のラジアル方向(回転中心軸Ｑに直交する方向)に延出した環状のラジアル延出部２５ａと、当該ラジアル延出部２５ａから折り返されてアキシアル方向(回転中心軸Ｑに平行な方向)に延出した環状のアキシアル延出部２５ｂとを経由した後、先端部２５ｔに連続して構成されている。また、先端部２５ｔと油切り部材１９との間には、ラビリンス(狭いすきま)２５ｈが構成されている。
【０００９】
また、密封部材２７は、アキシアル延出部２５ｂの内側面２５ｓ(油切り部材１９に対向する側面)に固定され且つラジアル方向に延出した環状のスリンガ２９と、スリンガ２９の内側に固定され且つ油切り部材１９方向に延出した環状の心金３１と、心金３１の延出端に取り付けられた環状のゴム製リップ３３とを備えている。この場合、リップ３３の一部には、環状の押えリング３５が掛け渡されており、当該押えリング３５の弾性的な絞付力によってリップ３３を油切り部材１９に摺接させている。また、スリンガ２９の延出端は、油切り部材１９に対して非接触状態に位置決めされており、当該スリンガ２９の延出端と油切り部材１９との間には、ラビリンス(狭いすきま)２９ｈが構成されている。
【００１０】
このような密封機構によれば、シールケース２５と密封部材２７との構成が相互に組合されることで軸受内部の密封性が高められ、軸受回転中における潤滑性能が一定に維持されている。このとき、内外輪1,3間に保持器１１と共に組み込まれた複数の転動体(ころ)５は、保持器１１により１つずつ回転自在に保持されながら、同時に潤滑剤(グリース)Ｊにより保持器１１や軌道面1s,3sとの間の摩擦抵抗が低減されつつ軌道面1s,3sに沿って転動する。
【００１１】
なお、保持器１１は、例えば図４(ａ)に示すように、内外輪1,3間に沿って周方向に連続し且つ互いに同中心に所定の間隔を空けて対向配置された２つの円環部2,4と、これら円環部2,4の間に亘って延出し且つ当該円環部2,4に沿って周方向に等間隔で配列された複数の柱部６と、２つの円環部2,4の内周面2s,4sと複数の柱部６両側の内壁面６ｓとで区画された複数のポケット８とを備えて構成されている。
【００１２】
かかる構成において、複数の転動体(ころ)５は、当該保持器１１の各ポケット８に１つずつ回転自在に保持されるようになっている。この場合、２つの円環部2,4は、内外輪1,3の軌道面1s,3sの傾斜方向に沿って互いに異なる径に設計されている。即ち、一方の円環部(大径側円環部)４は、他方の円環部(小径側円環部)２よりも比較的大径に設計されており、これにより、保持器１１は、その全体が円錐台形状を成している。
【００１３】
また、円すいころ軸受に封入された潤滑剤(グリース)Ｊは、軸受回転中(内外輪1,3の相対回転中)、軸受内部に生じた遠心力や振動により、例えば外輪軌道面３ｓや上述した各柱部６の内壁面６ｓを伝ってシールケース２５方向に排出された後、当該シールケース２５で覆われた空間領域に収容されるようになっている。ここで、空間領域とは、例えば図１(ｃ)に示すように、保持器１１とシールケース２５との間の空間領域を指す。具体的には、シールケース２５の基端部２５ｅからラジアル延出部２５ａを経由してアキシアル延出部２５ｂに亘る部分(スリンガ２９の直近まで)と保持器１１(大径側円環部４)との間の空間領域を指す。
【００１４】
そして、保持器１１とシールケース２５との間の空間領域に収容された潤滑剤(グリース)Ｊは、各転動体(ころ)５の転動と共に保持器１１が公転することで再び内外輪1,3間に戻され、これにより、軸受内部に潤滑剤(グリース)Ｊを循環させることができるようになっている。
ところで、軸受の潤滑性能を更に長期に亘って一定に維持するためには、軸受内部に潤滑剤(グリース)Ｊを効率良く循環させる必要があるが、そのためには、保持器１１とシールケース２５との間の空間領域に対して効率良く潤滑剤(グリース)Ｊを収容させる必要がある。
【００１５】
しかしながら、図１(ｃ)に示されたような既存の密封機構では、特にアキシアル延出部２５ｂの内側面２５ｓが回転中心軸Ｑと平行な方向にストレートに延びているため、潤滑剤(グリース)Ｊの種類(例えば、粘度の高低、流動性の良し悪し)によっては、当該潤滑剤(グリース)Ｊが内側面２５ｓに残留してしまう場合がある。そうなると、保持器１１とシールケース２５との間の空間領域に効率良く潤滑剤(グリース)Ｊを収容させることが困難となり、その結果、軸受内部に潤滑剤(グリース)Ｊを効率良く循環させることが困難になってしまう場合がある。
【特許文献１】特開平２００２−１３９０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、潤滑剤の種類に影響されること無く、軸受内部に封入された潤滑剤を効率良く循環させることで、軸受の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な鉄道車両車軸用軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる目的を達成するために、本発明は、互いに相対回転可能に鉄道車両の車軸を支持する内輪及び当該内輪の外側に対向配置された外輪と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、これら複数の転動体を保持しながら内外輪間に沿って公転する保持器と、内外輪の両側に設けられ且つ軸受内部の空間領域を軸受外部から密封する密封機構とを備えた鉄道車両車軸用軸受であって、密封機構は、基端部が外輪に固定され且つ当該基端部から軸受内部を覆うように延出した環状のシールケースを備えていると共に、当該シールケースと保持器との間には、軸受内部に封入された潤滑剤を収容可能な空間領域が構成されており、シールケースには、軸受内部に封入された潤滑剤を前記空間領域に収容させるために、当該空間領域に向けて傾斜した傾斜部が設けられている。
【００１８】
この場合、シールケースは、基端部から軸受のラジアル方向に延出した環状のラジアル延出部と、当該ラジアル延出部から折り返されてアキシアル方向に延出した環状のアキシアル延出部とを備えており、前記傾斜部は、ラジアル延出部とアキシアル延出部との間に連続して介在されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、潤滑剤の種類に影響されること無く、軸受内部に封入された潤滑剤を効率良く循環させることで、軸受の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な鉄道車両車軸用軸受を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態に係る鉄道車両車軸用軸受について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施の形態の軸受は、図１(ａ)に示された円すいころ軸受の密封機構の改良であり、他の構成は、同図の軸受と同一であるため、以下では、改良された密封機構の説明にとどめる。
【００２１】
図１(ａ),(ｂ)に示すように、本実施の形態の鉄道車両車軸用軸受に適用された密封機構は、基端部２５ｅが外輪３に固定され且つ当該基端部２５ｅから軸受内部を覆うように延出した環状のシールケース２５を備えており、当該シールケース２５と保持器１１との間には、軸受内部に封入された潤滑剤(グリース)Ｊを収容可能な空間領域が構成されている。そして、シールケース２５には、軸受内部に封入された潤滑剤(グリース)Ｊを前記空間領域に収容させるために、当該空間領域に向けて傾斜した傾斜部２５ｃが設けられている。
【００２２】
具体的に説明すると、シールケース２５は、基端部２５ｅから軸受のラジアル方向に延出した環状のラジアル延出部２５ａと、当該ラジアル延出部２５ａから折り返されてアキシアル方向に延出した環状のアキシアル延出部２５ｂとを備えており、上述した傾斜部２５ｃは、ラジアル延出部２５ａとアキシアル延出部２５ｂとの間に連続して介在されている。かかる傾斜部２５ｃは、アキシアル延出部２５ｂからラジアル延出部２５ａに向って末広がり状に傾斜している。
【００２３】
ここで、傾斜部２５ｃの傾斜角度については、アキシアル延出部２５ｂと同一平面上に位置付けられる角度を０°とし、ラジアル延出部２５ｃと同一平面上に位置付けられる角度を９０°とすると、０°より大きく且つ９０°未満の範囲で任意に設定することができる。要するに、例えば外輪軌道面３ｓや上述した各柱部６の内壁面６ｓを伝ってシールケース２５方向に排出された潤滑剤(グリース)Ｊを、傾斜部２５ｃのスロープ２５ｋに沿って保持器１１とシールケース２５との間の空間領域にスムーズに導入できるような傾斜角度であれば良い。この場合、傾斜部２５ｃの傾斜角度は、軸受内部に封入する潤滑剤(グリース)Ｊの種類(例えば、粘度の高低、流動性の良し悪し)に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００２４】
また、傾斜部２５ｃの形成範囲としては、例えばスリンガ２９の直近からラジアル延出部２５ａに向って全体的に傾斜させても良いし、ラジアル延出部２５ａ寄りの部分を傾斜させるようにしても良い。更に、傾斜部２５ｃのスロープ２５ｋにおける潤滑剤(グリース)Ｊの導入性を向上させるために、例えばスロープ２５ｋの表面に平滑仕上げ加工を施して滑りを良くするようにしても良い。また、図面上において、傾斜部２５ｃのスロープ２５ｋは、略ストレートに連続して傾斜させているが、曲面状に形成しても良いし、階段状に傾斜させるようにしても良い。
【００２５】
以上、本実施の形態によれば、シールケース２５と保持器１１との間の空間領域に向けて傾斜した傾斜部２５ｃをシールケース２５に設けたことで、潤滑剤(グリース)Ｊの種類(例えば、粘度の高低、流動性の良し悪し)に影響されること無く、例えば外輪軌道面３ｓや上述した各柱部６の内壁面６ｓを伝ってシールケース２５方向に排出された潤滑剤(グリース)Ｊを全て上記空間領域に収容させることができる。この場合、軸受内部に潤滑剤(グリース)Ｊを効率良く循環させることが可能となり、その結果、軸受の潤滑性能を更に長期に亘って一定に維持することができる。
【００２６】
なお、上述した実施の形態では、円すいころ軸受を想定して説明した関係上、転動体(ころ)５としては、円すいころが適用されることになるが、これ以外の構成として、例えば円筒ころ、針状ころ、球面ころ、凸面ころなどを用いた軸受にも上述した密封機構を適用することができる。また、上述した実施の形態では、内輪１を鉄道車両車軸(回転軸)１３に嵌合させた軸受構成について説明したが、外輪３を鉄道車両車軸(回転軸)１３に嵌合させるような軸受構成にも上述した密封機構を適用することができる。更に、シールケース２５の材質としては、例えば既存の金属材料や樹脂材料を使用目的や使用環境に応じて任意に選択して適用することができるため、特に限定しない。
【００２７】
ところで、上述した円すいころ軸受を組み立てる場合には、例えば図２(ｂ)に示すように、保持器１１の各ポケット８に転動体(ころ)５を保持させた後、環状の小径鍔部７を各転動体(ころ)５に位置付けるように内輪１を矢印Ｙ方向に移動させる。このとき、小径鍔部７は、回転対称軸Ｚが軸受の回転中心軸Ｑ(図１(ａ)、図３(ａ))に向けて集束して配列された各転動体(ころ)５の内側に入り込んでいくが、その後、当該小径鍔部７における突出端７ｅの環状表面７ｍと各転動体(ころ)５の転動面５ｍとの間の高低差Ｇにより、それ以上、内輪１を矢印Ｙ方向に移動させることができない状態となる。
【００２８】
この状態において、保持器１１と共に複数の転動体(ころ)５を内輪１の軌道面１ｓに組み込むためには、各転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて当該軌道面１ｓに組み込むことになる。このとき、保持器１１の小径側円環部２には、当該小径側円環部２を外径方向に押し広げようとする力が作用するが、小径側円環部２は、円錐台形状を成す保持器において径方向に幅広のフランジ状を成しており、大径側円環部４に比べて高い剛性を発揮する。この場合、各転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて当該軌道面１ｓに組み込む際に保持器に加わった力は、その殆どが剛性の低い大径側円環部４に作用し、当該大径側円環部４を外径方向に押し広げようとする。このため、内輪１の軌道面１ｓに対する各転動体(ころ)５の組み込みが困難な状態となる。
【００２９】
そこで、本発明の第１の変形例として、図２(ｃ)に示すような保持器１１の構成を適用することが好ましい。この場合、各柱部６両側の内壁面６ｓのうち小径側円環部２寄りの領域には、当該保持器と共に複数の転動体(ころ)５を軸受内部(図面では、内輪１)に組み込む際に各転動体(ころ)５と接触する接触部６ａが形成され、且つ、各柱部６両側の内壁面６ｓのうち大径側円環部４寄りの領域には、常に各転動体(ころ)５と非接触となる非接触部６ｂが形成されている。
【００３０】
かかる構成によれば、図２(ｂ)に示すように、環状の鍔部７が突出された内輪１に対して保持器１１と共に複数の転動体(ころ)５を組み込む際、鍔部７の突出端７ｅに当接した各転動体(ころ)５により各柱部６の接触部６ａのみが押圧され、内壁面６ｓの非接触部６ｂには、各転動体(ころ)５が接触しない。このため、小径側円環部２のみが外径方向に押し広げられる。この状態で、内輪１を更に矢印Ｙ方向に移動させることで、保持器１１に保持された各転動体(ころ)５を鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて当該内輪１の軌道面１ｓに組み込むことができる。なお、図２(ａ)には、保持器１１と共に複数の転動体(ころ)５が内輪１の軌道面１ｓに組み込まれた状態が一部拡大して示されている。
【００３１】
このように、内輪１の軌道面１ｓに対する各転動体(ころ)５の組込時に、小径側円環部２のみを外径方向に押し広げるようにしたことにより、各転動体(ころ)５と内輪１の軌道面１ｓとの間に働く高低差Ｇ(図１(ｂ))に応じた締付力(圧縮力)を低減させることができる。これにより、組込時において各転動体(ころ)５や内輪１(軌道面１ｓ)が傷付いたり、破損するといったような不具合の発生を抑制することができる。従って、かかる組込方法によって保持器１１と共に複数の転動体(ころ)５が組み込まれた軸受によれば、当該軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能となる。
【００３２】
また、第１の変形例において、接触部６ａの形成領域(例えば、長さ、幅など)は、例えば保持器の種類や形状、大きさや剛性などによって任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。要するに、各転動体(ころ)５の組込時に小径側円環部２のみが外径方向に押し広げられるように接触部６ａが形成できれば良い。この場合、非接触部６ｂの形成領域については、少なくとも各転動体(ころ)５の組込時に、当該非接触部６ｂに各転動体(ころ)５が接触しないように形成されていれば良く、その形成領域(例えば、長さ、幅など)は、例えば接触部６ａの形成領域に応じて設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００３３】
また、各柱部６両側の内壁面６ｓにおいて、接触部６ａは、転動体(ころ)５の転動面５ｍと接触するようにポケット８の開口を狭める向きに出っ張らせて形成され、これに対して、非接触部６ｂは、転動体(ころ)５の転動面５ｍから離間するようにポケット８の開口を広げる向きに引っ込めて形成される。この場合、接触部６ａの出張量や非接触部６ｂの引込量は、例えば保持器１１の形状や大きさや、ポケット８の形状や大きさ、或いは、ポケット８に保持される転動体(ころ)５の転動面５ｍの形状や大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００３４】
また、接触部６ａの形状としては、内輪１の軌道面１ｓへの各転動体(ころ)５の組込時(図２(ｂ))に、当該転動体(ころ)５が接触するような形状であれば良く、例えば矩形状、台形状、三角形状、円形状、楕円形状など各種の形状を適用することが可能である。この場合、非接触部６ｂの形状は、転動体(ころ)５の組込時(図２(ｂ))並びに組込後(図２(ａ))において常に柱部６の内壁面６ｓに接触しないような形状であれば良く、接触部６ａ同様に各種の形状を適用することが可能である。
【００３５】
図２(ｃ)には一例として、柱部６両側の内壁面６ｓに沿って略台形状に形成された接触部６ａが示されている。かかる接触部６ａは、小径側円環部２に接合された柱部６の端部６ｅから当該柱部６両側を通り且つ大径側円環部４の端部６ｅに向うに従ってアキシアル方向(軸受の回転中心軸Ｑ(図１(ａ)、図３(ａ))に平行な方向)に先細り形状を成し、そのまま当該大径側円環部４の内径側に潜り込むように延出されている。
図２(ｄ)には他の構成例として、柱部６両側の内壁面６ｓに沿って略矩形状に形成された接触部６ａが示されている。かかる接触部６ａは、小径側円環部２に接合された柱部６の端部６ｅから当該柱部６両側をラジアル方向(軸受の回転中心軸Ｑ)に直交する方向)に横断して形成されている。
【００３６】
いずれの場合でも、組込時における接触部６ａと転動体(ころ)５の転動面５ｍとの接触状態としては、例えば接触部６ａと転動面５ｍとを互いに面状或いは線状に接触させれば良い。ここで、接触部６ａを転動面５ｍに面接触させる場合、例えば接触部６ａを転動面５ｍの形状(例えば、曲率半径)に一致させて形成すれば良い。これに対して、接触部６ａを転動面５ｍに線接触させる場合、例えば接触部６ａを転動面５ｍの曲率半径よりも大きな曲率半径に形成すれば良い。なお、これ以外にも、組込時に接触部６ａと転動面５ｍとが互いに接触できれば、接触部６ａは、任意の形状とすることができる。
【００３７】
また、接触部６ａ及び非接触部６ｂの形成方法としては、例えば保持器の成形時に一体的に成形(例えば、射出成形、型成形)しても良いし、或いは、保持器の成形後に、接触部６ａが残留するように非接触部６ｂを削り加工しても良い。また、内壁面６ｓに接触部６ａ及び非接触部６ｂが形成された各柱部６を別体で成形し、これを円環部2,4間に後付けするようにしても良い。
【００３８】
なお、図２(ｃ),(ｄ)には、保持器１１と共に複数の転動体(ころ)５が内輪１の軌道面１ｓに組み込まれた後において、各転動体(ころ)５が柱部６の内壁面６ｓに接触する部位６ｐが一点鎖線で示されている。当該接触部位６ｐは、例えば内外輪1,3の回転中に各転動体(ころ)５を安定して位置決め保持させる関係上、組込時には、なるべく各転動体(ころ)５が当接しないようにすることが好ましい。
【００３９】
そこで、上述した図２(ｂ)の組込(組立)工程に際し、以下のような熱処理を施しても良い。即ち、環状の鍔部(小径鍔部７、大径鍔部９)が突出された軌道輪(図面では、内輪１)に対して保持器と共に複数の転動体(ころ)５を組み込む際に、保持器を加熱して熱膨張させる。これにより、当該保持器に保持された各転動体(ころ)５を上記接触部位６ｐに当接させること無く(また、当接したとしても軽度な押圧力で当接させて)、鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて当該内輪１の軌道面１ｓに組み込むことができる。この場合、保持器の加熱タイミングとしては、例えば複数の転動体(ころ)５を保持する前に、予め保持器だけを加熱して熱膨張させた後、当該保持器に複数の転動体(ころ)５を保持させ、その状態で、各転動体(ころ)５を鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて内輪１の軌道面１ｓに組み込む。
【００４０】
ここで、保持器の熱膨張量としては、例えば図２(ｂ)の組立方法において説明したような高低差Ｇを無くする程度か、それ以上に保持器１１全体を拡大させれば良い。なお、高低差Ｇとは、保持器１１を加熱しない場合において、各転動体(ころ)５が小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越える量を指す。別の捉え方をすると、保持器１１を加熱しない場合において、環状の配列された複数の転動体(ころ)５が環状の小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越える際、各転動体(ころ)５は外径方向に拡げられることになるが、このときの外径方向への拡大量を高低差Ｇとして表現することもできる。
【００４１】
このように保持器１１を熱膨張させることで、各転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅに干渉させること無く、内輪１の軌道面１ｓに対してスムーズに組み込むことができる。このとき、各転動体(ころ)５と小径鍔部７の突出端７ｅとの間で例えば摩擦や衝突などの干渉は生じないため、各転動体(ころ)５や内輪１(小径鍔部７)が傷付いたり、破損するといった問題も起こらない。更に、このとき、小径鍔部７の突出端７ｅから各転動体(ころ)５に対して外力が作用することは無いため、組込時において保持器に対するストレス(圧力)を無くすることができる。これにより、当該ストレス(圧力)による保持器１１自体の変形や破損といった不具合も生じない。従って、かかる軸受組立方法によって保持器１１と共に複数の転動体(ころ)５が組み込まれた軸受によれば、当該軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能となる。
【００４２】
なお、加熱により熱膨張させた保持器１１は、各転動体(ころ)５を内輪１の軌道面１ｓに組み込んだ後、そのまま放置して自然に冷却したり、或いは、既存の冷却装置などで冷却することで、加熱前の初期状態に復帰させることができる。これにより、複数の転動体(ころ)５は、保持器１１によって１つずつ回転自在に保持された状態で内輪１の軌道面１ｓに安定して組み込まれる(図２(ａ))。このとき、各転動体(ころ)５の転動面５ｍを内輪１の軌道面１ｓに対して正確に着座させることができる。この後、外輪３を組み付けることで、保持器１１と共に内外輪1,3間に組み込まれた複数の転動体(ころ)５は、当該内外輪1,3の軌道面1s,3s間に沿って安定して転動可能となり、その結果、軸受(内外輪1,3)の回転性能を長期に亘って一定に維持することができる。
【００４３】
また、保持器１１の加熱タイミングとしては、上述の方法に限定されることは無く、以下のように設定しても良い。まず、予め保持器１１に保持させた複数の転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅに対して位置決めする。その状態で、各転動体(ころ)５及び保持器１１並びに小径鍔部７が突出された内輪１を同時に加熱して当該保持器１１を熱膨張させる。このとき、各転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて当該内輪１の軌道面１ｓに組み込む。
【００４４】
かかる軸受組立方法は、樹脂製の保持器１１と鋼材製の転動体(ころ)５及び内輪１との間の線膨張係数の違いを利用したものである。この場合、鋼材に比べて樹脂の線膨張係数が大きいため、転動体(ころ)５及び内輪１に比べて保持器１１の熱膨張量は大きくなる。これにより、上記同様の効果を実現することができる。なお、当該効果については既に説明済みであるため、その説明は省略する。また、上述したような熱処理において、保持器１１を加熱する際の加熱温度や加熱時間については、例えば保持器１１の形状や大きさ、材質(樹脂の種類)などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００４５】
また、第２の変形例として図３(ａ)に示すように、環状の小径鍔部７の突出端７ｅにおいて、その環状表面７ｍを所定傾斜角度αのテーパ面７ｍとして形成しても良い。なお、テーパ面７ｍは、内輪１の軌道面１ｓへの各転動体(ころ)５の組込方向に沿って末広がり状に連続的に傾斜させて形成されている。
【００４６】
ここで、テーパ面７ｍの傾斜角度αは、軌道輪(内輪１)の回転中心を通る回転中心軸Ｑとテーパ面７ｍとの成す角度で規定されている。この場合、傾斜角度αは、例えば保持器１１に保持された状態における各転動体(ころ)５の転動面５ｍと上記中心軸Ｑとの成す角度に設定しても良いし、或いは、内輪１の軌道面１ｓと上記中心軸Ｑとの成す角度に設定しても良い。いずれの場合でも、傾斜角度αは、例えば転動体(ころ)５の種類や大きさ並びにその形状、或いは軌道輪(内輪１)の形状や大きさ、小径鍔部７の突出端７ｅの大きさや形状などに応じて最適な角度に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
【００４７】
以上、第２の変形例によれば、小径鍔部７の突出端７ｅにテーパ面７ｍを形成したことにより、複数の転動体(ころ)５を内輪１の軌道面１ｓに組み込む際に、各転動体(ころ)５がテーパ面７ｍに沿って案内されるため、全ての転動体(ころ)５をばらつくこと無くスムーズに且つ正確に軌道面１ｓに組み込むことができる。これにより、組込作業がし易くなり、軸受の組立効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００４８】
また、第３の変形例として図３(ｂ)に示すように、上述したテーパ面７ｍのうち最も軌道面１ｓ寄りの部位(エッジ部とも言う)に、内輪１(軸受)の回転中心軸Ｑと平行に所定量だけ延在させた環状のストレート面７mpを形成しても良い。この場合、ストレート面７mpの形成幅δは、例えば内輪１の形状や大きさ、或いは小径鍔部７の突出端７ｅの形状や大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
【００４９】
以上、第３の変形例によれば、小径鍔部７の突出端７ｅにおいて、そのテーパ面７ｍにストレート面７mpを形成することで、複数の転動体(ころ)５を内輪１の軌道面１ｓに組み込む際に、各転動体(ころ)５が上記エッジ部に相互に干渉して当該転動体(ころ)５が例えば傷付いたり磨耗するといった不具合の発生を防止することができる。また、内輪１に対する熱処理後にストレート面７mpに対して各種の仕上げ加工(例えば、Ｌ３加工、研削加工など)を施すことで、小径鍔部７の寸法のバラツキを無くすことが可能となり、その結果、内輪１の歩留まりを向上させることができる。
【００５０】
また、上述した実施の形態(図１(ｂ))、第１〜第３の変形例(図１(ｄ)、図３(ａ),(ｂ))に対して下記のような新たな構成を付加することも可能である。
即ち、図４〜図６には、本発明の第４の変形例に係る保持器１１が示されており、このような保持器１１において、各ポケット８には、円環部2,4のうち柱部６の両端部６ｅに隣接した部分を所定深さだけ窪ませて形成した逃げ部１０が設けられている。この場合、逃げ部１０は、各ポケット８の四隅に設けられており、軸受の回転中心軸Ｑ(図１(ａ)、図３(ａ))に沿った方向に窪ませて(凹ませて)形成されている。別の言い方をすると、各逃げ部１０は、軸受回転方向に沿って窪ませて(凹ませて)形成されてはいない。
【００５１】
具体的に説明すると、図４(ｂ)〜(ｄ)に示すように、逃げ部１０は、円環部2,4を横断して平坦状に形成された１つの平坦状面１０ｓと、平坦状面１０ｓの両側から円環部2,4及び柱部６に向けて所定の曲率(例えば、曲率半径)で連続した２つの円弧状面R1,R2とから構成されている。ここで、平坦状面１０ｓは、軸受の回転中心軸Ｑを直交する方向に沿って平行に円環部2,4を横断して形成されており、２つの円弧状面R1,R2のうち、一方の円弧状面Ｒ１は、平坦状面１０ｓの一方側から円環部2,4の内周面2s,4sに連続し、且つ、他方の円弧状面Ｒ２は、平坦状面１０ｓの他方側から柱部６の内壁面６ｓに連続している。
【００５２】
このような逃げ部１０において、２つの円弧状面R1,R2から１つの平坦状面１０ｓに亘る全体の幅寸法を２ｎとすると、当該幅寸法２ｎは、転動体(ころ)５(図２(ａ))の端面に形成された面取り５ｒ(図２(ａ))の寸法よりも大きく設定されている。また、逃げ部１０は、その深さ寸法ｋを円環部2,4の幅寸法Ｈの１０％〜３０％の範囲に設定して構成されている。ここで、逃げ部１０の深さ寸法ｋが円弧状面R1,R2の曲率半径ρと近似(ρ＝ｋ)しているとして、曲率半径ρと幅寸法Ｈとの比(ρ／Ｈ)で表わすと、当該逃げ部１０は、０.１≦ρ／Ｈ≦０.３なる関係を満足するように設定されている。
【００５３】
なお、図面上において、各円弧状面R1,R2は、連続した一定(単一)の曲率半径ρで形成されているが、この場合、曲率半径ρの大きさは、例えば逃げ部１０の深さ寸法ｋや幅寸法２ｎに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。また、逃げ部１０の深さ寸法ｋや幅寸法２ｎは、例えば転動体(ころ)５の大きさや形状、当該転動体(ころ)５を保持するポケット８の大きさや形状に応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
【００５４】
以上、第４の変形例の保持器１１によれば、１つの平坦状面１０ｓの両側から円環部2,4及び柱部６に向けて所定の曲率半径ρで連続した２つの円弧状面で構成された逃げ部１０をポケット８の四隅に設けたことにより、曲率半径の増大が制約された条件下においてもポケット８の四隅への過度の応力集中を低減することができる。これにより、従来に比べて保持器１１の強度を一定に維持することが可能となり、その結果、当該保持器１１の延命化や信頼性の向上を図ることができる。
【００５５】
また、本変形例によれば、逃げ部１０の幅寸法２ｎを転動体(ころ)５の端面に形成された面取り５ｒの寸法よりも大きく設定したことにより、軸受に封入されている潤滑剤(グリース、油)の掻き取り防止や保持器１１のポケット８の偏磨耗の防止を図ることができる。即ち、各ポケット８の四隅において、潤滑剤を転動体(ころ)５の端面に付着・保持させることが可能となり、これにより、転動体(ころ)５の端面と内外輪1,3のつば面(図面上では、内輪１の軌道面１ｓの両側に突設された鍔部7,9の案内面7s,9s(図２(ａ),(ｂ)))との接触部位に常時潤滑剤を供給し続けることができる。この結果、転動体(ころ)５及び内外輪1,3の磨耗や摩損を低減させることが可能となり、軸受寿命の延命化を図ることができる。
【００５６】
更に、本変形例によれば、逃げ部１０の深さ寸法ｋを円環部2,4の幅寸法Ｈの１０％〜３０％の範囲に設定したことにより、保持器１１全体としての強度を一定に維持することが可能となり、その結果、軸受の回転性能を長期に亘って一定に維持することができる。特に新幹線などの高速鉄道車両に設けられた回転軸(例えば、車軸)や、その主電動機の出力軸を支持する軸受には、高速回転下において高負荷が作用するため、それに対応するように保持器１１の強度も高いものが要求されるが、本変形例の保持器１１は、これに充分に対応することができる。
【００５７】
ここで、上述したような第４の変形例に係る保持器１１の効果について、応力の発生モデルを用いて実証する。
図５(ａ)には、ポケット８(図４)に逃げ部１０の無い保持器モデルが示されており、その円環部2,4は、厚さ寸法Ｔ＝８、幅寸法Ｈ＝１０の割合に設定され、その柱部６は、長さ寸法Ｅ＝１５、円環部中央までの柱長Ｌ＝２０の割合に設定されている。そして、柱部６に荷重Ｆ＝５０(例えば、５０ニュートン)を作用させて保持器モデルにモーメントＭを発生させる。このとき、柱部６には均等な分布荷重Ｗが作用しているものとする。
【００５８】
かかる条件下における材料力学的な関係から、柱部６に生じる応力σ０(基準応力)は、下記の(２)(３)式より(１)式として算出される。
σ０＝Ｍ／Ｚ  (Ｚ：断面係数)  …  (１)
Ｍ＝Ｗ・Ｌ２／２  …  (２)
Ｚ＝Ｔ・Ｈ２／６  …  (３)
【００５９】
図５(ｂ)には、ポケット８(図４)に既存の逃げ部１０ａを有する保持器モデルが示されており、逃げ部１０ａは、柱部６の端部６ｅに隣接した部分において、単一の曲率半径ρのみで形成された円弧形状を成している。この場合、円環部2,4に生じる曲げ応力を材料力学的な関係から求めると、応力集中を考慮した場合の各ポケット８の四隅で発生する引張応力σmaxは、(４)式として算出される。
σmax＝ασ０  (α：応力集中係数)  …  (４)
【００６０】
ここで、図５(ｂ)の保持器モデルについて、有限要素法に基づく構造解析(ＦＥＭ解析)を行って、その解析結果から得られたσmaxと材料力学的に求めた基準応力σ０とから応力集中係数αは、(５)式として算出される。
α＝σmax／σ０  …  (５)
【００６１】
図６(ａ)には、図５(ｂ)の保持器モデルにおける応力集中係数αの算出結果が示されており、逃げ部１０ａの曲率半径をρ、深さ寸法をｋ、円環部2,4の幅寸法をＨとし、ρ＝ｋとすると、応力集中係数αは、ρ／Ｈ＝０.１〜０.３の範囲で極値(α＝３.６５〜３.７６、αmin＝３.３９)をとることがわかる。
【００６２】
図５(ｃ)には、ポケット８(図４)に既存の逃げ部１０を有する本変形例の保持器モデルが示されており、逃げ部１０の幅寸法を２ｎ、ρ／Ｈ＝０.２とし、これに基づいて応力集中係数αを算出すると、図６(ｂ)に示すような算出結果が得られる。かかる算出結果によれば、ｎ／ρ＝１.０は、図６(ａ)の応力集中係数αの最小値(αmin＝３.３９)を示した諸寸法(単一の曲率半径ρ)であり、当該ｎ／ρが１.０を越えると、応力集中係数αが減少し、応力の集中を低減させる効果を発揮することがわかる。この場合、ｎ／ρ＝２.０以降は略一定の極値をとるため、ｎ／ρが２.０以上となるように逃げ部１０を設定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】(ａ)は、鉄道車両車軸用軸受の全体構成を概略的に示す断面図、(ｂ)は、本発明の一実施の形態に係る鉄道車両車軸用軸受に適用された密封機構の構成を一部拡大して示す断面図、(ｃ)は、既存の鉄道車両車軸用軸受に適用された密封機構の構成を一部拡大して示す断面図。
【図２】(ａ)は、保持器と共に複数の転動体が内輪の軌道面に組み込まれた状態を一部拡大して示す断面図、(ｂ)は、各転動体を軸受に組み込んでいる状態を示す断面図、(ｃ)は、本発明の第１の変形例に係る保持器の構成を一部拡大して示す断面図、(ｄ)は、第１の変形例における他の構成例に係る保持器を一部拡大して示す断面図。
【図３】(ａ)は、本発明の第２の変形例に係る軸受の構成を分解し、その一部を拡大して示す断面図、(ｂ)は、本発明の第３の変形例に係る軸受の構成を一部拡大して示す断面図。
【図４】(ａ)は、本発明の第４の変形例に係る構成が施された保持器を示す斜視図、(ｂ)は、同図(ａ)の保持器の一部を外側から見た拡大図、(ｃ)は、同図(ａ)の保持器の一部を内側から見た拡大図、(ｄ)は、逃げ部の構成を拡大して示す図。
【図５】応力の発生モデルを示す図であって、(ａ)は、ポケットに逃げ部の無い保持器モデル、(ｂ)は、既存の逃げ部を有する保持器モデル、(ｃ)は、第４の変形例の保持器モデル。
【図６】応力集中計数のＦＥＭ解析結果を示す図であって、(ａ)は、既存の保持器における解析結果、(ｂ)は、第４の変形例の保持器の解析結果。
【符号の説明】
【００６４】
１  内輪
３  外輪
５  転動体(ころ)
１１  保持器
２５  シールケース
２５ｃ  シールケースの傾斜部
２５ｅ  シールケースの基端部
【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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