(57)【要約】【課題】  車軸に生じるスタンプ傷の発生をより効果的に防止することができる車軸用軸受装置を提供する。【解決手段】  本発明の車軸用軸受装置１は、軸方向に並べて車軸Ｓに外嵌される一対の内輪１２，１３と、内輪１２，１３の外周側に配置された外輪１１と、前記内外輪間に二列に配置された複数の円錐ころ１４，１５と、を備えている。一対の内輪１２，１３には、端面１２ｃ，１３ｃから突出して車軸Ｓの外周面ｓ２に外嵌しているとともに車軸Ｓの撓みに応じて弾性変形可能な薄肉部４１，４２が軸方向に沿って設けられている。【選択図】      図２
2012167750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に並べて車軸に外嵌される一対の内輪と、
前記一対の内輪の外周外方に配置された外輪と、
前記内外輪間に二列に配置された複数の転動体と、を備えた車軸用軸受装置において、
前記一対の内輪の内、少なくとも一方には、前記車軸の撓みに応じて弾性変形可能な環状の薄肉部が、他方の内輪と対向する端部の内周側に設けられていることを特徴とする車軸用軸受装置。
【請求項２】
前記一対の内輪、前記外輪、及び前記転動体は、複列の円錐ころ軸受を構成しており、
前記一対の内輪の内、前記車軸に一体回転可能に設けられる車輪側に位置する内輪の小鍔側の端部に前記薄肉部が設けられている請求項１に記載の車軸用軸受装置。
【請求項３】
前記薄肉部の基端部には、当該基端部に作用する応力を分散させるための凹曲面が形成されている請求項１又は２に記載の車軸用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車軸などを支持する車軸用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する車軸用軸受装置としては、複列円錐ころ軸受を構成してなるものがある。
図５は、従来の車軸用軸受装置の断面図である。図５において、車軸用軸受装置１００は、軸方向に並べて車軸１０１の端部に外嵌される一対の内輪１０２と、これら一対の内輪１０２の外周側に配置された外輪１０３と、これら内外輪１０２，１０３間に複列に配置された複数の円錐ころと１０４を備えている。
車軸１０１には、図示しない鉄道車両の車輪が一体回転可能に設けられている。上記車軸用軸受装置１００は、車軸１０１を車両に対して回転自在に支持する。
【０００３】
ここで、車軸１０１は、車両を支持しているために軸線に直交する方向に撓みが生じる。さらに、車軸１０１は、車両の走行によって回転するので、撓みが生じた状態で回転することとなり、車軸１０１と、当該車軸１０１に外嵌される内輪１０２との間で微小な滑り（フレッティング）が生じる。
特に、一対の内輪１０２が互いに対向する側の端部１０２ａには、車軸１０１の撓みによって応力が集中するため、上記フレッティングにより車軸１０１の外周面に顕著な摩耗（フレッティング摩耗）を生じさせ、車軸１０１の外周面にスタンプ傷を生じさせるおそれがあった。
上記フレッティング摩耗によるスタンプ傷は、車軸１０１の疲労破壊等の起点になる可能性があるため、その発生を防止する必要がある。
【０００４】
そこで、車軸１０１の外周面と、内輪１０２の内周面との間に極圧添加剤を介在させて両者間の潤滑性を高めることでフレッティング摩耗を抑制し、車軸１０１の外周面にスタンプ傷が生じるのを防止するといった試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来例においても、依然として、内輪１０２の端部付近に生じる応力集中によって、車軸１０１の外周面にスタンプ傷が生じるのを十分に防止することができなかった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、車軸に生じるスタンプ傷の発生をより効果的に防止することができる車軸用軸受装置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】
本発明は、軸方向に並べて車軸に外嵌される一対の内輪と、前記一対の内輪の外周外方に配置された外輪と、前記内外輪間に二列に配置された複数の転動体と、を備えた車軸用軸受装置において、前記一対の内輪の内、少なくとも一方には、前記車軸の撓みに応じて弾性変形可能な環状の薄肉部が、他方の内輪と対向する端部の内周側に設けられていることを特徴としている。
【０００９】
上記のように構成された車軸用軸受装置によれば、内輪の端部の内周側に設けられた薄肉部が、車軸の撓みに応じて弾性変形可能であるので、当該車軸に撓みが生じたとしても、当該薄肉部は車軸の撓みに追従することができ、内輪端部における車軸の外周面に対する応力集中が生じるのを緩和することができる。これにより、フレッティング摩耗を抑制でき、車軸外周面のスタンプ傷の発生をより効果的に防止することができる。
【００１０】
上記車軸用軸受装置において、前記一対の内輪、前記外輪、及び前記転動体は、複列の円錐ころ軸受を構成しており、前記一対の内輪の内、前記車軸に一体回転可能に設けられる車輪側に位置する内輪の小鍔側の端部に前記薄肉部が設けられていることが好ましい。
この場合、車軸外周面においてスタンプ傷が特に発生し易い、車輪側に位置する内輪の小鍔側に薄肉部を設けたので、スタンプ傷の発生を一層効果的に防止することができる。
【００１１】
前記薄肉部の基端部には、当該基端部に作用する応力を分散させるための凹曲面が形成されていることが好ましい。
この場合、薄肉部が車軸の撓みに応じて弾性変形する際に当該薄肉部の基端部に作用する応力を凹曲面によって分散させることができ、薄肉部の弾性変形により基端部に応力が集中するのを抑制できる。この結果、薄肉部が弾性変形することによって基端部から破損するのを防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の車軸用軸受装置によれば、車軸に生じるスタンプ傷の発生をより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る鉄道車両の車軸用軸受装置の構成を示す断面図である。
【図２】内輪の小鍔部側の端面近傍を拡大した断面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る鉄道車両の車軸用軸受装置の要部断面図である。
【図４】本発明の第三の実施形態に係る鉄道車両の車軸用軸受装置の要部断面図である。
【図５】従来の車軸用軸受装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係る鉄道車両の車軸用軸受装置の構成を示す断面図である。この車軸用軸受装置１は、鉄道車両の車軸Ｓを車体に対して回転自在に支持するものである。
【００１５】
図１において、車軸用軸受装置１は、車軸Ｓの端部に外嵌固定された複列の円錐ころ軸受１０を備えている。なお、車軸Ｓに一体回転可能に固定される前記鉄道車両の車輪Ｗは、車軸用軸受装置１よりも、軸方向内側に形成される取付面ｓ３に固定される。
円錐ころ軸受１０は、車両側に固定される外輪１１と、車軸Ｓに一体回転可能に固定された一対の内輪１２，１３と、これら内外輪間に転動自在かつ二列に配置された転動体としての円錐ころ１４，１５と、円錐ころ１４，１５をそれぞれ保持する保持器１６，１７とを備えている。
外輪１１は、機械構造用合金鋼や、軸受鋼等を用いて円筒状に一体的に形成された部材であり、その内周面には、一対の外輪軌道１１ａ，１１ｂが設けられている。
一対の内輪１２，１３は、機械構造用合金鋼や、軸受鋼等を用いて円筒状に形成された部材であり、軸方向に並べて車軸Ｓに外嵌固定されている。内輪１２，１３の外周面には、それぞれ、上記の外輪軌道１１ａ，１１ｂに対向する内輪軌道１２ａ，１３ａが設けられている。
外輪軌道１１ａ，１１ｂと、内輪軌道１２ａ，１３ａとの間には、上述の円錐ころ１４，１５が転動自在に配置されており、外輪１１及び内輪１２，１３は、互いに相対回転自在である。また、一対の内輪１２，１３は、互いの小鍔部１２ｂ，１３ｂ側の端部を、環状の間座１８を介在した状態で対向させて配置されている。
【００１６】
車軸用軸受装置１は、円錐ころ軸受１０の両端を密封する一対の密封装置２０をさらに備えている。この密封装置２０は、外輪１１の軸方向両端に固定されており、内外輪１１，１２，１３間を密封するためのシール部材２１と、このシール部材２１を外輪１１の軸方向外側で保持するシールケース２２とを備えている。
シールケース２２は、例えば、ＳＰＣＣ等の冷延鋼板をプレス加工することによって形成された環状の部材であり、外輪１１の肩部１１ｃの内周面に圧入されている。
シール部材２１は、後述する車軸Ｓに外嵌固定された環状部材３０（３１）の外周面に摺接するシールリップ（図示せず）を有している。シール部材２１は、前記シールリップによって、外輪１１に圧入固定されたシールケース２２と、環状部材３０（３１）の外周面との間を密封し、内輪１２，１３と外輪１１との間の環状開口を密封している。
【００１７】
車軸用軸受装置１の両端には、車軸Ｓに一体回転可能に外嵌固定された上述の環状部材３０，３１が配置されている。環状部材３０，３１は、互いに突き合わされた内輪１２，１３を軸方向両側から挟持するように車軸Ｓに外嵌固定されている。
車軸Ｓの基端部側に配置されている環状部材３１は、車軸Ｓに形成されている段部ｓ１に当接しており、軸方向基端側への移動が規制されている。さらに、車軸Ｓの先端部には、ボルト３２によって固定された蓋部材３３が配置されている。この蓋部材３３は、車軸Ｓの先端部側に配置された環状部材３０に当接して配置されており、車軸用軸受装置１の内輪１２，１３、及びその両端に配置された環状部材３０，３１を車軸Ｓの段部ｓ１との間で挟持し、車軸用軸受装置１の軸方向位置を保持している。
また、この環状部材３０，３１には、それぞれ、径外方向に突出した凸部３０ａ，３１ａが形成されている。この凸部３０ａ，３１ａには、それぞれ、シールケース２２の先端２２ａが挿入される環状溝が形成されている。この環状溝と、これに挿入されるシールケース２２の先端２２ａとは、ラビリンスシールを構成しており、シールケース２２と、環状部材３０，３１との間の密封性をより高めている。
【００１８】
図２は、内輪１２，１３の小鍔部１２ｂ，１３ｂ側の端部近傍を拡大した断面図である。図２に示すように、互いに対向する内輪１２，１３の小鍔部１２ｂ，１３ｂ側の端部内周側には、端面１２ｃ，１３ｃから突出している環状の薄肉部４１，４２が軸方向に沿って設けられている。
以下、これら薄肉部４１，４２は、同様の構成なので内輪１３の端部側に着目して説明する。
薄肉部４２は、軸方向の断面がほぼ矩形状であり、その内周面４２ａが内輪１３の内周面と面一に形成されて車軸Ｓの外周面ｓ２に外嵌している。また、薄肉部４２は、径方向の厚み寸法が、車軸Ｓに生じる軸方向に直交する方向の撓み量に対して弾性変形可能な程度に内輪１３に対して薄肉に設定されている。より具体的に、内輪１２，１３の内径が、１２０ｍｍの場合、薄肉部４２の径方向の厚みは２〜３ｍｍ、軸方向寸法は５ｍｍ程度に設定されている。
【００１９】
内輪１２，１３の間に介在している間座１８は、その軸方向両端にそれぞれ内輪１２，１３の端面１２ｃ，１３ｃに当接している当接面５１ａを有する環状部５１と、環状部５１の内周面５１ｂから径方向内側に突出して車軸Ｓの外周面ｓ２に外嵌している突出部５２とを備えている。
間座１８は、突出部５２の端面５２ａと、薄肉部４２の先端面４２ｂとの間、及び、環状部５１の内周面５１ｂと、薄肉部４２の外周面４２ｃとの間において、所定の隙間が形成される寸法に設定されている。従って、間座１８は、薄肉部４２に対して接触することなく、内輪１２，１３の間に介在している。よって、薄肉部４２は、車軸Ｓが軸方向に直交する方向に撓むことで弾性変形しようとしたときに、間座１８によってその変形が規制されることがない。このように、薄肉部４２は、車軸Ｓの撓みに応じて弾性変形可能とされている。
【００２０】
薄肉部４２は、車軸Ｓの撓みに応じて弾性変形可能であるので、その内周面４２ａは、撓んだ状態で回転する車軸Ｓの外周面ｓ２に対して追従し、面接触の状態を維持することができる。この結果、薄肉部４２の内周側端縁４２ａ１が径方向内側に押圧される応力が過大になるのを抑制することができ、この内周側端縁４２ａ１近傍に応力集中が生じるのを緩和することができる。
【００２１】
すなわち、上記のように構成された車軸用軸受装置１によれば、内輪１３（１２）の小鍔部側の端部の内周側に設けられた薄肉部４２（４１）が、車軸Ｓの撓みに応じて弾性変形可能であるので、当該車軸Ｓに撓みが生じたとしても、薄肉部４２（４１）は車軸Ｓの撓みに追従することができ、内輪１３（１２）の端部における車軸Ｓの外周面ｓ２に対する応力集中が生じるのを緩和することができる。これにより、フレッティング摩耗を抑制でき、車軸Ｓの外周面ｓ２のスタンプ傷の発生をより効果的に防止することができる。
【００２２】
図３は、本発明の第二の実施形態に係る鉄道車両の車軸用軸受装置１の要部断面図である。本実施形態では、内輪１２，１３の小鍔部１２ｂ，１３ｂ側の端部の薄肉部４１，４２は、端面１２ｃ，１３ｃから軸方向に凹む凹部１２ｄ，１３ｄを形成することで形成されている。以下、内輪１３側に着目して説明する。
凹部１３ｄは、薄肉部４２の外周面４２ｃと、端面１３ｃの内周側端縁から軸方向大径端側に向かって縮径するように傾斜するテーパ面１３ｃ２とを含んで構成されている。凹部１３ｄは、軸方向からみて、内輪軌道１３ａの位置に到達しない程度の位置まで凹むように形成されている。つまり、凹部１３ｄは、軸方向からみて、内輪軌道１３ａと重ならないように形成されている。
【００２３】
また、薄肉部４２の基端部である、テーパ面１３ｃ２と、薄肉部４２の外周面４２ｃとの境界部には、両面１３ｃ２，４２ｃを繋ぐ凹曲面部５０が形成されている。
内輪１３の端部内周面側に設けられた薄肉部４２の先端面４２ｂは、内輪１３の端面１３ｃに対して、軸方向に間座１８側に突出する寸法で形成されている。
【００２４】
間座１８は、その端面が、内輪１３の端面１３ｃに当接する当接面１８ａと、当接面１８ａの端縁から間座１８の軸方向中心に向かって縮径するように傾斜するテーパ面１８ｂとを有している。
間座１８は、テーパ面１８ｂによって、内輪１３の当接面１３ｃ１よりも間座１８側に突出して形成されている薄肉部４２に接触することなく、内輪１２，１３の間に介在している。よって、本実施形態においても、薄肉部４２は、車軸Ｓが撓むことで弾性変形しようとしたときに、間座１８によってその変形が規制されることがなく、薄肉部４２は、車軸Ｓの撓みに応じて弾性変形可能とされている。
【００２５】
このため、本実施形態によれば、上記第一の実施形態と同様、内輪１２，１３の端部における車軸Ｓの外周面ｓ２に対する応力集中が生じるのを緩和でき、フレッティング摩耗を抑制することができる。この結果、車軸Ｓの外周面ｓ２のスタンプ傷の発生をより効果的に防止することができる。
【００２６】
また、本実施形態では、薄肉部４２の基端部には、テーパ面１３ｃ２と、薄肉部４２の外周面４２ｃとを繋ぐ凹曲面部５０が形成されているので、薄肉部４２が車軸Ｓの撓みに応じて弾性変形する際に当該薄肉部４２の基端部に作用する応力を凹曲面部５０によって分散させることができる。この結果、薄肉部４２（４１）の弾性変形により前記基端部に応力が集中するのを抑制でき、薄肉部４２（４１）が弾性変形することによって前記基端部から破損するのを防止できる。
【００２７】
図４は、本発明の第三の実施形態に係る鉄道車両の車軸用軸受装置１の要部断面図である。本実施形態では、間座１８を備えておらず、内輪１２，１３が互いに突き合わされて直接当接している点で、上記各実施形態と相違している。
本実施形態の車軸用軸受装置１の内輪１２，１３において、互いに対向する端面１２ｃ，１３ｃは、互いに突き合わされて当接している。
薄肉部４１，４２は、上記第二の実施形態と同様、端面１２ｃ，１３ｃから軸方向に凹む凹部１２ｄ，１３ｄを形成することで形成されている。以下、内輪１３側に着目して説明する。
凹部１３ｄは、端面１３ｃの内周端縁から軸方向大径端側に延びる内周面１３ｃ３と、内周面１３ｃ３の端縁から径方向内側に延びる環状壁１３ｃ４と、薄肉部４２の外周面４２ｃを含んで構成されている。凹部１３ｄは、軸方向からみて、内輪軌道１３ａの位置に到達しない程度の位置まで凹むように形成されている。つまり、凹部１３ｄは、軸方向からみて、内輪軌道１３ａと重ならないように形成されている。
【００２８】
薄肉部４２の基端部には、上記第二の実施形態と同様、環状壁１３ｃ４と、薄肉部４２の外周面４２ｃとを繋ぐ凹曲面部５０が形成されている。
薄肉部４２の先端面４２ｂは、内輪１３の端面１３ｃに対して軸方向に突出しない寸法に形成されている。
従って、本実施形態のように、一対の内輪の間に間座を配置しない構成においても、薄肉部４２（４１）は、車軸Ｓが撓むことで弾性変形しようとしたときに、他の部材によってその変形が規制されることがなく、薄肉部４２（４１）は、車軸Ｓの撓みに応じて弾性変形可能とされている。この結果、上記各実施形態と同様車軸Ｓの外周面ｓ２のスタンプ傷の発生をより効果的に防止することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、一対の内輪１２，１３の小鍔部１２ｂ，１３ｂ側に薄肉部４１，４２を形成した場合を例示したが、内輪１２，１３の内、少なくともいずれか一方に薄肉部を設けることもできる。
この場合、特に、車軸Ｓ外周面においてスタンプ傷が特に発生し易い、車輪Ｗ側に位置する内輪１３の小鍔部１３ｂ側の端部に薄肉部を設けることが好ましい。これにより、スタンプ傷の発生を一層効果的に防止することができる。
また、内輪１２，１３の大鍔部側に同様の薄肉部を設けてもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、薄肉部４１が、軸方向断面がほぼ矩形状に形成した場合を例示したが、車軸Ｓの外周面ｓ２に外嵌し車軸Ｓの撓みに応じて弾性変形可能に薄肉に形成されていれば、矩形以外の異形形状とすることもできる。
【００３１】
また、上記各実施形態では、鉄道車両の車軸を支持する車軸用軸受装置に、本発明を適用した場合を例示したが、自動車等鉄道以外の車両の車軸を支持する軸受装置に適用することもできる。また、上記各実施形態では、複列の円錐ころ軸受を構成する軸受装置に本発明を適用した場合を示したが、複列の円筒ころ軸受や、アンギュラ玉軸受等についても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１：車軸用軸受装置      １１：外輪      １２，１３：内輪
１２ｃ，１３ｃ：端面（軸方向端面）      １４，１５：円錐ころ（転動体）
４１，４２：薄肉部      ５０：凹曲面部      Ｓ：車軸      ｓ２：外周面
Ｗ：車輪
【図１】
2012167750.tif 000003
【図２】
2012167750.tif 000004
【図３】
2012167750.tif 000005
【図４】
2012167750.tif 000006
【図５】
2012167750.tif 000007