(57)【要約】【課題】車軸の撓みによる内輪の傾き及び芯ずれに追従して、後蓋と内輪との接触部での相対滑りの発生及び接触面圧の局所的上昇を防止し、且つ、圧入時の変形を防止し、これにより、フレッチング摩耗を抑制することができる鉄道車両用軸受ユニットを提供する。【解決手段】鉄道車両用軸受ユニット１０は、外輪２１、内輪２２、及び複数の転動体２３を備える転がり軸受２０と、内輪２２より車輪側で車軸５０に外嵌される後蓋３０と、を備え、車軸５０は、内輪２２が外嵌される車軸ジャーナル部５１と、車軸ジャーナル部５１よりも大径であると共に車軸ジャーナル部５１より車輪側に位置する車軸大径部５２と、を有し、後蓋３０の内周面に環状段部３１が設けられ、環状段部３１の内周面３１ａ及び側壁面３１ｂの少なくとも一方に、樹脂部材６０，７０が取り付けられ、後蓋３０が車軸５０に装着された状態で、車軸大径部５２の少なくとも一部分が、樹脂部材６０，７０を介して後蓋３０に間接的に接触する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪が端部に取り付けられる車軸を回転自在に支持するため、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体と、を備える転がり軸受と、
前記内輪より前記車輪側で前記車軸に外嵌される後蓋と、を備える鉄道車両用軸受ユニットにおいて、
前記車軸は、前記内輪が外嵌される車軸ジャーナル部と、前記車軸ジャーナル部よりも大径であると共に前記車軸ジャーナル部より前記車輪側に位置する車軸大径部と、を有し、
前記後蓋の内周面に環状段部が設けられ、
前記環状段部の内周面及び側壁面の少なくとも一方に、樹脂部材が取り付けられ、
前記後蓋が前記車軸に装着された状態で、前記車軸大径部の少なくとも一部分が、前記樹脂部材を介して前記後蓋に間接的に接触することを特徴とする鉄道車両用軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する鉄道車両用軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車軸の端部には鉄道車両用軸受ユニットが取り付けられており、車軸を回転自在に支持すると共に車両の重量を支えている。
【０００３】
この種の鉄道車両用軸受ユニットは、一般的に、鉄道車両に用いられる軸受の一例である複列円すいころ軸受（以下、単に「軸受」ともいう）を備えており、この軸受に鉄道車両の車軸が支持される。そして、この軸受は、一体型の外輪と各列に個別に分割された２つの内輪とを備え、外輪と内輪との間には、保持器に保持された複数の円すいころが転動自在に配置される。この軸受の軸方向両端側には、後蓋（「バッキングリング」とも呼ばれる）及び前蓋が内輪の軸方向端面と当接するように配置されている。
【０００４】
ここで、鉄道車両用軸受ユニットの多くは、車輪の外側に配置されるアウトボードタイプである。このため、鉄道車両の自重など、鉄道車両用軸受ユニットが荷重を受ける際には車軸が撓み、車軸の端部に行く程撓み量が大きくなる。このような状態で車軸が回転すると、後蓋と内輪との接触面でフレッチング摩耗が起きる可能性がある。そして、このフレッチング摩擦が進行した結果、後蓋や内輪の接触面が損傷してしまい、これら損傷した後蓋や内輪を交換しなければならない。また、その摩耗粉が軸受内部へ浸入してグリースが劣化する可能性がある。
【０００５】
そこで、従来技術として、外周縁部に環状の弾性シール材が固着される環状スペーサを内輪と後蓋との間に挟み込むことで、フレッチング摩耗粉の発生を抑制すると共に、発生した摩耗粉を積極的に捕捉して摩耗粉が軸受内部に浸入するのを防止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３２９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の軸受ユニットでは、後蓋は、車輪側の車軸嵌合部分で、車軸と強固に結合された状態（所謂、「剛」の結合）であるため、車軸の撓みによる内輪の傾き及び芯ずれには充分に追従することができず、内輪との接触部で相対滑りが発生し、且つ、圧入によりハの字に変形することにより、内輪との接触部でも均一性がなくなり、更には、その接触部で接触面圧が局所的に高くなる場合もあり、結果的にフレッチング摩耗を抑制できない可能性があった。
【０００８】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車軸の撓みによる内輪の傾き及び芯ずれに追従して、後蓋と内輪との接触部での相対滑りの発生及び接触面圧の局所的上昇を防止し、且つ、圧入時の変形を防止し、これにより、フレッチング摩耗を抑制することができる鉄道車両用軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）車輪が端部に取り付けられる車軸を回転自在に支持するため、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体と、を備える転がり軸受と、内輪より車輪側で車軸に外嵌される後蓋と、を備える鉄道車両用軸受ユニットにおいて、車軸は、内輪が外嵌される車軸ジャーナル部と、車軸ジャーナル部よりも大径であると共に車軸ジャーナル部より車輪側に位置する車軸大径部と、を有し、後蓋の内周面に環状段部が設けられ、環状段部の内周面及び側壁面の少なくとも一方に、樹脂部材が取り付けられ、後蓋が車軸に装着された状態で、車軸大径部の少なくとも一部分が、樹脂部材を介して後蓋に間接的に接触することを特徴とする鉄道車両用軸受ユニット。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鉄道車両用軸受ユニットによれば、後蓋の内周面に環状段部が設けられ、環状段部の内周面及び側壁面の少なくとも一方に、樹脂部材が取り付けられ、後蓋が車軸に装着された状態で、車軸大径部の少なくとも一部分が、樹脂部材を介して後蓋に間接的に接触するため、車軸の撓みによる内輪の傾き及び芯ずれに追従することができる、所謂「柔」の結合構造が実現される。このため、後蓋と内輪との接触部での相対滑りの発生を抑制することができると共に、その接触部での変形及び接触面圧の偏りを抑制することができるため、後蓋と内輪との接触部でのフレッチング摩耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの第１実施形態を説明する要部断面図である。
【図２】図１に示す後蓋を説明する要部拡大断面図である。
【図３】第１実施形態の鉄道車両用軸受ユニットの変形例を説明する要部拡大断面図である。
【図４】本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの第２実施形態を説明する要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの第１実施形態について説明する。
【００１４】
本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット１０は、図１に示すように、複列円すいころ軸受（転がり軸受）２０を備え、この軸受２０により鉄道車両の車軸５０が回転自在に支持されている。また、車軸５０の外端部（図１の右端部）には、鉄道車両の不図示の車輪が取り付けられている。そして、軸受２０は、一体型の外輪２１と各列に個別に分割された２つの内輪２２，２２とを備え、外輪２１と内輪２２，２２との間には、保持器２４に保持される複数の円すいころ（転動体）２３が転動自在に配置される。また、軸受２０の軸方向両端側には、後蓋３０及び不図示の前蓋が、内輪２２の軸方向端面とそれぞれ当接するように配置されている。
【００１５】
また、後蓋３０及び不図示の前蓋の軸受２０寄りの外周側には、段付き円筒状のシールケース４０が設けられており、このシールケース４０は、外輪２１の軸方向端部の内周面に嵌合されている。また、シールケース４０の内周面には、環状のシール４１が取り付けられており、このシール４１は、シールケース４０の内周面と後蓋３０の外周面との間を密封している。これにより、軸受ユニット１０の内部空間への異物の浸入や、内部空間からの潤滑剤の漏出が防止されている。
【００１６】
車軸５０は、図１に示すように、内輪２２，２２が外嵌される車軸ジャーナル部５１と、車軸ジャーナル部５１よりも大径であると共に、車軸ジャーナル部５１より車輪側（軸方向外方）に位置する車軸大径部５２と、を有する。また、車軸ジャーナル部５１は、車軸大径部５２側の端部に軸方向外方に向かって拡径する拡径部５１ａを有する。また、車軸大径部５２は、外周面５２ａと、外周面５２ａの車軸ジャーナル部５１側の周縁から径方向内方に延びる環状平坦面５２ｂと、を有する。
【００１７】
後蓋３０は、図１及び図２に示すように、円環状に形成されており、車軸５０の車軸大径部５２に外嵌されている。そして、後蓋３０の内輪２２側の軸方向端面は、内輪２２の軸方向端面と接触している。
【００１８】
また、後蓋３０の内周面の車輪側の軸方向端部には、車軸５０の車軸大径部５２に嵌合する環状段部３１が形成されており、この環状段部３１は、車軸大径部５２の外周面５２ａに沿う面である内周面３１ａと、車軸大径部５２の環状平坦面５２ｂに沿う面である側壁面３１ｂと、を有する。また、環状段部３１の内周面３１ａの車輪側の軸方向端部には、テーパ面３２が形成されている。また、環状段部３１の内周面３１ａの内輪２２側の軸方向端部には、凹部３３が全周に亘って形成されている。なお、凹部３３は、研削逃げ溝にて、場合によっては無いことも有り得る。
【００１９】
そして、本実施形態では、図２に示すように、後蓋３０の環状段部３１の内周面３１ａに、円筒状の樹脂部材６０が焼付けや圧入などにより取り付けられている。これにより、車軸大径部５２の外周面５２ａは、樹脂部材６０を介して後蓋３０の環状段部３１の内周面３１ａに間接的に接触する。即ち、後蓋３０は、所謂「柔」の結合構造で車軸５０に装着されることになる。なお、本実施形態では、車軸大径部５２の環状平坦面５２ｂは、後蓋３０の環状段部３１の側壁面３１ｂに直接的に接触する。
【００２０】
ここで、本発明の技術的意義について説明する。鉄道車両の自重など、鉄道車両用軸受ユニット１０が荷重を受ける際には車軸５０が撓み、車軸５０の端部に行く程撓み量が大きくなる。さらに、後蓋３０は、車軸５０に外嵌されることで、内輪２２との接触部（接触端面）が変形して接触面積が減少して、その接触部での接触面圧が増加傾向にある。加えて、後蓋３０は、車軸５０との間で生じるクリープ現象及び水浸入等を抑制するため、車軸５０との嵌め合いはタイトに設定される。即ち、鉄道車両用軸受ユニット１０において、フレッチング摩耗の抑制を検討する場合には、後蓋３０と内輪２２との接触関係だけではなく、後蓋３０と車軸５０との接触関係も含めて考慮する必要がある。このように、発明者らは、この点を踏まえて鋭意検討を行った結果、車軸５０の撓みのよる内輪２２の傾き及び芯ずれに追従する、所謂「柔」の結合構造を見出したのである。なお、所謂「柔」の結合構造が実現できれば、樹脂部材６０の材料は、例えば、ゴム材、テフロン材、ナイロン材などの種々の樹脂材を用いることができる。なお、万一、クリープ現象等が発生した場合には、軸きずや、軸きずより発展する軸切損等、重大な損傷につながる。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット１０によれば、後蓋３０の環状段部３１の内周面３１ａに樹脂部材６０が取り付けられ、後蓋３０が車軸５０に装着された状態で、車軸大径部５２の外周面５２ａが、樹脂部材６０を介して後蓋３０に間接的に接触するため、車軸５０の撓みによる内輪２２の傾き及び芯ずれに追従することができる、所謂「柔」の結合構造が実現される。このため、後蓋３０と内輪２２との接触部での相対滑りの発生を抑制すると共に、その接触部での変形及び接触面圧の偏りを抑制することができるため、後蓋３０と内輪２２との接触部でのフレッチング摩耗を抑制することができる。
【００２２】
また、本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット１０によれば、万が一、後蓋３０と車軸５０との間でクリープ現象が発生したとしても、樹脂部材６０が緩衝材として機能するので、車軸５０の損傷を防止することができる。
【００２３】
さらに、本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット１０によれば、樹脂部材６０が、車軸５０の車軸大径部５２との間で弾性変形した状態で取り付けられるため、樹脂部材６０と車軸５０の車軸大径部５２との間に隙間が形成されない。これにより、樹脂部材６０の内周面がシール摺動面として機能するので、嵌め合い部分からの水などの浸入を防止することができる。なお、このとき、後蓋３０は、軸受２０の軸方向の位置、及びシール摺動面としての樹脂部材６０の内周面の径方向の位置をそれぞれ規定するため、樹脂部材６０の径方向の変位を考慮したシール構造とするとよい。
【００２４】
なお、本実施形態の変形例として、図３に示すように、車軸ジャーナル部５１の外周面と車軸大径部５２の外周面５２ａとを拡径部５１ａで接続すると共に、その拡径部５１ａの曲面に沿うように後蓋３０の環状段部３１の側壁面３１ｂを形成して、拡径部５１ａを側壁面３１ｂに接触させるようにしてもよい。また、本変形例では、後蓋３０に凹部３３が形成されていない。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一或いは同等の符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００２６】
本実施形態では、図４に示すように、後蓋３０の環状段部３１の側壁面３１ｂが、上記第１実施形態よりも軸方向で内輪２２側に形成され、この側壁面３１ｂに、円環状の樹脂部材７０が焼付けなどにより取り付けられている。これにより、車軸大径部５２の外周面５２ａは、樹脂部材６０を介して後蓋３０の環状段部３１の内周面３１ａに間接的に接触すると共に、車軸大径部５２の環状平坦面５２ｂは、樹脂部材７０を介して後蓋３０の環状段部３１の側壁面３１ｂに間接的に接触する。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット１０によれば、後蓋３０の環状段部３１の内周面３１ａ及び側壁面３１ｂに、樹脂部材６０，７０がそれぞれ取り付けられ、後蓋３０が車軸５０に装着された状態で、車軸大径部５２の外周面５２ａが、樹脂部材６０を介して後蓋３０に間接的に接触すると共に、車軸大径部５２の環状平坦面５２ｂが、樹脂部材７０を介して後蓋３０に間接的に接触するため、車軸５０の撓みによる内輪２２の傾き及び芯ずれに追従することができる、所謂「柔」の結合構造が実現される。このため、後蓋３０と内輪２２との接触部での相対滑りの発生を抑制すると共に、その接触部での変形及び接触面圧の偏りを抑制することができるため、後蓋３０と内輪２２との接触部でのフレッチング摩耗を抑制することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記第１実施形態では、後蓋３０の環状段部３１の内周面３１ａに樹脂部材６０を、上記第２実施形態では、後蓋３０の環状段部３１の内周面３１ａ及び側壁面３１ｂに樹脂部材６０，７０をそれぞれ取り付けたが、これに限定されず、後蓋３０の環状段部３１の側壁面３１ｂのみに樹脂部材７０を取り付けるようにしてもよい。
また、上記各実施形態では、円すいころが使用される鉄道車両用軸受ユニットに本発明を適用する場合を例示したが、これに限定されず、円筒ころが使用される鉄道車両用軸受ユニットに本発明を適用してもよい。
また、上記各実施形態では、シールケースが設けられる鉄道車両用軸受ユニットに本発明を適用する場合を例示したが、これに限定されず、シールケースが設けられていない鉄道車両用軸受ユニットに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１０    鉄道車両用軸受ユニット
２０    複列円すいころ軸受（転がり軸受）
２１    外輪
２２    内輪
２３    円すいころ（転動体）
３０    後蓋
３１    環状段部
３１ａ  内周面
３１ｂ  側壁面
５０    車軸
５１    車軸ジャーナル部
５２    車軸大径部
５２ａ  外周面
５２ｂ  環状平坦面
６０    樹脂部材
７０    樹脂部材
【図１】
2013130274.tif 000003
【図２】
2013130274.tif 000004
【図３】
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【図４】
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