(57)【要約】【課題】転がり軸受に封入されるグリースの量を増加させつつその増加量に見合った潤滑性能の向上効果を得ること。【解決手段】転がり軸受の外輪３は、複列の軌道面３ａ、および複列の軌道面３ａの間に位置する内部内周面３ｂを有する。外輪３の内部内周面３ｂに周方向溝１５を設け、周方向溝１５の溝底面１５ａで大径部１３を形成した。周方向溝１５が延びる方向の外輪３の内周に、大径部１３よりも小径でかつ大径部１３と滑らかにつながった小径部１４を設けた。【選択図】図２
2013194880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複列の軌道面、および複列の軌道面間に位置する内部内周面を有する固定側の外輪と、外輪の軌道面に対向する複列の軌道面を有する回転側の内輪と、外輪と内輪の軌道面間に配置された複列の転動体と、外輪と内輪の間の空間に封入されたグリースとを備えた転がり軸受において、
前記外輪の内部内周面に周方向溝を設け、周方向溝の溝底面で大径部を形成し、周方向溝が延びる方向の外輪内周に、大径部よりも小径でかつ大径部と滑らかにつながった小径部を設けたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記小径部を内部内周面よりも大径に形成した請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記小径部を内部内周面と同径に形成した請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記小径部を内部内周面よりも小径に形成した請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記小径部の軸方向両側を、相互間の軸方向距離が外径側で拡大する傾斜面状に形成した請求項４に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記周方向溝を軸心に対して偏心させて形成した請求項１〜５何れか１項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記小径部を、外輪に取り付けた別部材の内周面で構成した請求項１〜６の何れか１項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
前記小径部もしくは大径部のうち、どちらか一方または双方の周方向位置を識別するための表示を外輪の端面に設けた請求項１〜７の何れか１項に記載の転がり軸受。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載された転がり軸受を有する鉄道車両車軸用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、例えば鉄道車両の車軸の支持に使用される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車軸を支持する軸受としては、背面組み合わせの複列の円錐ころ軸受が広く用いられる。図６に示す転がり軸受３１は、この背面組み合わせの複列の円錐ころ軸受である。
【０００３】
この転がり軸受３１は、円錐状の軌道面を有する外輪３２と、同じく円錐状の軌道面を有する内輪３３と、円錐ころ３４と、シール装置３５とを主要な構成要素として備える。外輪３２の内周面と内輪３３の外周面との間の空間（軸受の内部空間）には、グリースが封入されており、このグリースの漏洩や異物の浸入が、外輪３２の内周の軸方向両側に装着したシール装置３５により防止される。外輪３２が車両側の軸箱に固定され、内輪３３が車軸３６に固定される。
【０００４】
この種の複列の円錐ころ軸受では、使用時に、車軸３６と共に内輪３３が回転する。その際に生じる遠心力により、グリースは、軸方向両側に押し込まれ、シール装置３５近傍に滞留する傾向がある。このため、なんら対策を施さない場合、封入されたグリースのうち、軸受３１の回転部の潤滑に寄与する割合は少なくなり、軸受寿命の低下やメンテナンス周期の短期化等を招く。
【０００５】
このような問題に対する対策として、軸受３１の内部空間に封入するグリースの量を増加させることが考えられる。このための軸受の構成として、例えば特許文献１では、図６に示すように、外輪３２の中央部内径面に環状の凹部３７を設けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３０１２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような環状凹部３７が外輪３２に設けられていると、この環状凹部３７にグリースが溜まる。図６のように、軸受３１が車軸３６を支持した状態では、環状凹部３７内に付着したグリースから分離した基油は、重力の影響により、環状凹部３７内を流下し環状凹部３７の下側に溜まる。しかし、外輪３２に設けられた環状凹部３７の両側の側面が、半径方向に伸びているため、この環状凹部３７の下側に溜まった基油は、この側面を乗り越えることができず、軌道面には供給され難い。そのため、環状凹部３７によって軸受の内部空間に保持できるグリースの量を増加させることはできても、グリースの増加に見合った潤滑性能の向上効果を得ることはできない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、転がり軸受に封入されるグリースの量を増加させつつその増加量に見合った潤滑性能の向上効果を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための本発明の転がり軸受は、複列の軌道面、および複列の軌道面間に位置する内部内周面を有する固定側の外輪と、外輪の軌道面に対向する複列の軌道面を有する回転側の内輪と、外輪と内輪の軌道面間に配置された複列の転動体と、外輪と内輪の間の空間に封入されたグリースとを備えた転がり軸受において、前記外輪の内部内周面に周方向溝を設け、周方向溝の溝底面で大径部を形成し、周方向溝が延びる方向の外輪内周に、大径部よりも小径でかつ大径部と滑らかにつながった小径部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、大径部と小径部は、転がり軸受の軸心からの距離が大径であるものと小径であるものとを意味する。
【００１１】
以上の構成においては、周方向溝の溝底面で形成した大径部が外輪の内部内周面に対して凹部を形成するので、内部内周面に周方向溝が存在しない場合と比べ、この周方向溝の容量分だけ転がり軸受に封入できるグリース量が増加する。
【００１２】
軸受の運転中は、遠心力の影響で周方向溝に潤滑グリースが溜まり、溜まったグリースから基油が分離する。周方向溝が延びる方向の外輪内周に、大径部よりも小径でかつ大径部と滑らかにつながる小径部を設けることにより、小径部と内部内周面の境界では、基油が小径部から内部内周面に移行する際の障害となる段差が小さくなり、あるいは消失する。そのため、小径部に達した基油が内部内周面を介して外輪軌道面に供給され易くなり、軌道面での潤滑に寄与する潤滑グリースの割合が高まる。従って、転がり軸受に封入されるグリースの量を増加させつつその増加量に見合った潤滑性能の向上効果を得ることが可能となる。
【００１３】
上記の構成では、前記小径部を内部内周面よりも大径に形成し、内部内周面と同径に形成し、あるいは内部内周面よりも小径に形成することができる。通常は、以上に列挙した順で、小径部に達した基油の外輪軌道面への供給がよりスムーズなものとなる。
【００１４】
小径部を内部内周面より小径に形成した場合では、小径部の軸方向両側を、相互間の軸方向距離が外径側で拡大する傾斜面状に形成するのが望ましい。これにより、小径部に達した基油の外輪軌道面への供給がさらにスムーズなものとなる。
【００１５】
外輪内周の小径部は、例えば周方向溝を軸心に対して偏心させることで形成することができる。
【００１６】
また、小径部は、外輪に取り付けた別部材の内周面で構成することもできる。かかる構成であれば、別部材の形状・寸法を変えることで小径部の形態を変更することができ、設計変更が容易なものとなる。この場合、周方向溝を軸心と同軸の環状に形成し、この周方向溝に前記別部材を取り付けるようにすれば、周方向溝を精度良く低コストに形成することが可能となる。
【００１７】
上記何れかの構成において少なくとも小径部に撥油被膜を形成すれば、小径部に達した基油が被膜ではじかれるため、小径部から外輪軌道面への基油の供給がよりスムーズに行われる。
【００１８】
上記何れかの構成において、前記小径部もしくは大径部のうち、どちらか一方または双方の周方向位置を識別するための表示を外輪の端面に設ければ、作業者が外輪をハウジングに固定する際に、表示を視認することによって小径部を下にして軸受装置を組み付けることが容易となる。
【００１９】
上記何れかの構成において、浸炭焼入れした際の過浸炭による外輪の割損を防止するため、前記大径部における外輪の最小肉厚を、外輪の外径寸法の３％以上にするのが望ましい。
【００２０】
上記何れかの構成において、前記外輪を、小径部を下にしてハウジングに固定するのが望ましい。この構成であれば、大径部に溜まったグリースから分離した基油が重力で小径部に集まるため、小径部から外輪軌道面に供給される基油量が増大する。
【００２１】
上記何れかの構成の転がり軸受を有する鉄道車両車軸用軸受装置であれば、各構成の転がり軸受に対応した上記の効果が享受できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、周方向溝の容量分だけ転がり軸受に封入できるグリース量が増す。また、軸受の運転中にグリースから分離した基油が小径部から外輪軌道面へ供給され易くなるため、軸受の潤滑性が向上する。これにより、転がり軸受に封入されるグリースの量を増加させつつその増加量に見合った潤滑性能の向上効果を得ることができ、転がり軸受の軸受寿命の増大やメンテナンス周期の長期化等を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る転がり軸受の軸方向断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る転がり軸受の外輪を示す断面図であって、（Ａ）が軸方向断面図、（Ｂ）が径方向断面図（（Ａ）のＡ−Ａ線断面図）である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る転がり軸受の外輪を示す断面図であって、（Ａ）が軸方向断面図、（Ｂ）が径方向断面図（（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図）である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る転がり軸受の外輪を示す断面図であって、（Ａ）が軸方向断面図、（Ｂ）が径方向断面図（（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図）である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例を示す断面図であって、（Ａ）が外輪の軸方向断面図、（Ｂ）がその径方向断面図（（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図）である。
【図６】従来の転がり軸受の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。
【００２５】
図１に、本発明の第１実施形態に係る転がり軸受１を示す。この転がり軸受１は、鉄道車両の車軸２を支持するもので、図１では、背面組み合わせの複列の円すいころ軸受を例示している。転がり軸受１は、外輪３と、内輪４と、転動体としての複数の円すいころ５と、保持器６と、シール装置７とを主要な構成要素として備える。転がり軸受１と、車軸２とで鉄道車両車軸用軸受装置が構成される。
【００２６】
外輪３の内周面には、複列の円すい状の軌道面３ａと、複列の軌道面３ａの間に設けられた内部内周面３ｂとが同軸に設けられる。円すい状軌道面３ａの内径端と内部内周面３ｂの軸方向端部とは同一の内径寸法を有する。内輪４は、外周面に複列の円すい状の軌道面４ａを有し、軌道面４ａごとに分割されて形成される。円すいころ５は、対向する外輪３の軌道面３ａと内輪４の軌道面４ａとの間に転動自在に介在している。複列配置された円すいころ５の各ころ列で、各円すいころ５が保持器６によって円周方向等間隔に保持されている。外輪３と内輪４との間に形成される空間（転がり軸受１の内部空間）にはグリース等の潤滑剤が封入され、この空間を軸方向両端部においてシール装置７がシールしている。シール装置７は、例えば外輪に圧入されるシールケース７ａと、図示省略のシールリップを有するシール部材で構成される。シール装置７は、油切り８との間で接触シールを構成する。
【００２７】
外輪３は、外周面３ｃをハウジングとしての鉄道車両の軸箱９に固定される。分割された内輪４は、その間に配された間座１０と、その軸方向両側に配された油切り８と共に、車軸２に外嵌される。これらの部材は、車軸２の先端側に蓋部材１１をボルト１２によって締結することによって、蓋部材１１と車軸２の肩部２ａとの間で挟持固定される。
【００２８】
図２（Ｂ）に示すように、外輪３の内部内周面３ｂには、内部内周面３ｂより大径の大径部１３と、大径部１３よりも小径をなし、大径部１３の１８０°対向位置に形成され、かつ大径部１３と滑らかにつながった小径部１４とが設けられている。ここで、大径部１３と小径部１４は、転がり軸受１の軸心Ｏからの距離が大径であるものと小径であるものとを意味する。外輪３は、小径部１４が最下端に位置し、大径部１３が最上端に位置するように軸箱９に固定されている。
【００２９】
図２（Ｂ）に示すように、外輪３の内部内周面３ｂには有端の周方向溝１５が設けられている。周方向溝１５の溝底面１５ａは断面真円状であり、かつその中心が軸心Ｏに対して上方に偏心している。そのため、周方向溝１５の溝深さは、最上端が最も大きく、下方に向かうほど浅くなっている。最下端では周方向溝１５の溝深さは０になっており、周方向溝１５の周方向両端が内部内周面３ｂに滑らかにつながっている。周方向溝１５の底面１５ａの最上端を含む周辺領域が大径部１３を構成し、周方向溝１５の周方向両端間の内部内周面３ｂが小径部１４を構成する。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、周方向溝１５は、底面１５ａとその軸方向両側の２つの側面１５ｂから構成されている。側面１５ｂは、両側面１５ｂ間の距離が内径側で拡大する傾斜状に形成されている。
【００３１】
大径部１３における外輪３の最小肉厚は、外輪の外径寸法の３％以上とする。これによって、外輪３の製作時に浸炭焼入れした場合でも、過浸炭による外輪３の割損を抑制することができる。かかる構成は特に外輪３を肌焼鋼で形成した場合に有益となる。
【００３２】
また、図示は省略するが、外輪３の端面３ｄには、大径部１３（特に溝深さの最大の部分部）と小径部１４のうち、どちらか一方または双方の位置を識別するための表示が設けられている。このような表示を外輪３の製作段階で端面３ｄに形成しておけば、外輪３の軸箱９への取り付けの際に、作業者がこの表示を視認することによって、大径部１３を最上端に配置し、小径部１４を最下端に配置することが容易となり、組み立て時の作業性が増す。この表示の一例として、外輪端面３ｄに例えば円形状、くさび形状等の識別表示を刻印したものが考えられる。
【００３３】
以上のように構成された転がり軸受１では、次のような効果を享受できる。
【００３４】
転がり軸受１の運転中は、遠心力により周方向溝１５にグリースが溜まり、溜まったグリースから基油が分離する。分離した基油は、小径部１４が周方向溝１５の延びる方向に形成されていること、大径部１３と小径部１４が周方向溝１５を介して滑らかにつながっていること、および小径部１４が下側に位置するように外輪３が軸箱９に固定されていること、から重力の作用を受けて周方向溝１５を下方に流れ、小径部１４に移行する。
【００３５】
本実施形態の転がり軸受では、図６で説明した転がり軸受３１とは異なり、小径部１４の軸方向両側に段差が存在しない。このため、周方向溝１５を流下して小径部１４に達した基油は、内部内周面３ｂを介して外輪３の軌道面３ａにスムーズに移行する。外輪軌道面３ａに達した基油は、円すいころ５の転がりにより外輪軌道面３ａ全体に行き渡る。
【００３６】
このように、基油が小径部１４およびその周辺でスムーズに外輪３の軌道面３ａに供給されるため、外輪３の軌道面３ａに対する基油の供給量を増大させることができる。そのため、軌道面３ａに潤沢な基油を供給することができ、軸受の潤滑性能が向上する。
【００３７】
また、周方向溝１５を形成することで内部内周面３ｂに凹部が形成されるので、内部内周面３ｂに周方向溝が存在しない場合と比べ、この大径部１３の容量分だけ転がり軸受１に封入できるグリース量が増加する。従って、転がり軸受１に封入されるグリースの量を増加させつつその増加量に見合った潤滑性能の向上効果を得ることが可能となる。
【００３８】
以上の説明では、周方向溝１５を有端として、小径部１４を内部内周面３ｂと同径寸法に形成した場合を例示したが、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、軸心Ｏに対して偏心させた周方向溝１５を環状に形成してもよい。この場合、周方向溝１５の内部内周面３ｂに対する深さは最上端で最大となり、最下端で最小となる。従って、周方向溝１５の溝底面１５ａの最上端を含む円周方向の周辺領域で大径部１３が形成され、溝底面１５ａの最下端を含む円周方向の周辺領域で小径部１４が形成される。この場合でも小径部１４における溝底面１５ａと内部内周面３ｂとの間の段差が小さくなるので、小径部１４に集まった基油を、内部内周面３ｂを経てスムーズに外輪軌道面３ａに移行させることができる。
【００３９】
この構成では、小径部１４から内部内周面３ｂへの基油の移動をよりスムーズに行うため、図５（Ａ）に示すように、小径部１４において、周方向溝１５の両側面１５ｂを、内径側ほど相互間の軸方向距離を拡大させた傾斜面状に形成するのが望ましい。
【００４０】
図３に、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受１の外輪３を示す。図２（Ａ）（Ｂ）に示す第１実施形態では、小径部１４を内部内周面３ｂと同径もしくは内部内周面３ｂよりも大径に形成していたが、この第２実施形態では、小径部１４を内部内周面３ｂよりも小径に形成している。
【００４１】
第２実施形態でも、図３（Ｂ）に示すように、外輪３の内部内周面３ｂに、外輪３（軸受１）の軸心Ｏに対して上側に偏心する有端の周方向溝１５が設けられている。
【００４２】
周方向溝１５の円周方向両端間では、内部内周面３ｂの軸方向一部領域（図面では中央領域）が円周方向である程度の幅をもって内径側に突出し、外輪３と一体の突出部１６を構成している。この突出部１６の内周面は、中心を軸心Ｏよりも上方に偏心させ、かつ曲率半径を内部内周面３ｂの曲率半径よりも大きくした円弧状断面を有する。そのため、突出部１６の内周面の内部内周面３ｂからの突出幅は下方に向けて徐々に大きくなり、最下端で最も大きくなっている。この構成でも周方向溝１５の底面１５ａの最上端を含む円周方向の周辺領域が大径部１３を構成し、突出部１６の内周面の最下端を含む円周方向の周辺領域が小径部１４を構成する。周方向溝１５の底面１５ａの両端は滑らかに突出部１６の内周面につながっており、そのために大径部１３から小径部１４にかけての領域には基油の流通を阻害するような段差が形成されておらず、基油は滑らかに小径部１４に移行することができる。
【００４３】
また、図３（Ａ）に示すように、突出部１６の軸方向両側は、その円周方向全長にわたって山形に形成され、その頂部を挟む軸方向両側は相互間の軸方向距離が外径側で拡大する傾斜面１６ａで構成されている。その他の構成については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、小径部１４が内部内周面３ｂから内径側に突出しており、同一の周方向位置では、外輪３の軌道面３ａより内径側にある。そのため、小径部１４に流入した基油がより外輪３の軌道面３ａに流れ込みやすくなる。この基油の流れ込みは、小径部１４の軸方向両側が傾斜面１６ａで構成されているため、さらに円滑化する。
【００４５】
図４に、本発明の第３実施形態に係る転がり軸受１の外輪３を示す。この実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）（Ｂ）に示す第２実施形態と異なり、突出部１６を外輪３とは別部材１７で形成している。
【００４６】
具体的に説明すると、外輪３の内部内周面３ｂには、内部内周面３ｂと同軸で、かつ内部内周面３ｂよりも大径の周方向溝１５が環状に設けられている。内部内周面３ｂに対する周方向溝１５の深さは一定である。また、周方向溝１５の両側面１５ｂは半径方向に延びる面としている。周方向溝１５の下端には、外輪とは別体の後付部材１７が圧入等の手段で取り付けられている。後付部材１７は円周方向に延びる薄肉円弧状の部材で、その外周面は周方向溝１５の溝底面１５ａと同曲率の円弧面状に形成される。後付部材１７の内周面は、軸心Ｏに対して上方に偏心した円弧面状をなし、かつその曲率半径は外周面の曲率半径よりも大きい。そのため、突出部１６の内部内周面３ｂからの突出幅は下方に向けて徐々に大きくなり、最下端で最も大きくなっている。以上の構成では、周方向溝１５の溝底面１５ａのうち、最上端を含む円周方向の周辺領域が大径部１３を構成し、後付部材１７の内周面のうち、最下端を含む円周方向の一部領域が小径部１４を構成する。
【００４７】
後付部材１７の円周方向両端は傾斜面１７ａになっており、この傾斜面１７ａは周方向溝１５の溝底面１５ａおよび後付部材１７の内周面に滑らかにつながっている。そのため、大径部１３から小径部１４に至る基油の流通が阻害されることはない。
【００４８】
本実施形態では、周方向溝１５が内部内周面３ｂと同軸に形成されているので、周方向溝１５を旋削等により加工する際にも心出しが容易であり、周方向溝１５の加工精度を高めることができる。また、後付部材１７の形状を変更することで、小径部１４の形状を容易に変更することができ、設計変更にも容易に対応可能となる。その他の構成については、第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
以上に述べた各実施形態において、小径部１４にはＰＴＦＥ等からなる撥油被膜を形成するのが望ましい。このように小径部１４に撥油被膜を形成することで、小径部１４に移行した基油が撥油作用を受けるため、内部内周面３ｂ、さらには外輪軌道面３ａに移行し易くなる。この撥油被膜は、外輪３の内周面の最下端付近のみに限定して形成する他、周方向溝１５の延びる方向であって、かつ外輪３の内周面の下側半分（図５に両矢印Ｘで例示する軸心Ｏの鉛直方向直下の周方向位置から両側に９０°までの範囲）の領域全てに形成してもよい。
【００５０】
以上の各実施形態では、鉄道車両の車軸２の支持に使用される転がり軸受１を例示したが、本発明の転がり軸受はこれに限定されず、例えば圧延機をはじめとする産業機器一般での回転軸の支持に広く使用することが可能である。また、上記実施形態では、転がり軸受１の軸受形式として複列の円すいころ軸受を例示したが、これ以外の軸受形式、例えば複列の円筒ころ軸受や複列の玉軸受等の転がり軸受についても本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１      転がり軸受
２      車軸
３      外輪
３ａ    軌道面
３ｂ    内部内周面
３ｃ    外周面
３ｄ    端面
４      内輪
４ａ    軌道面
５      ころ（転動体）
１３    大径部
１４    小径部
１５    周方向溝
１５ａ  底面
１５ｂ  側面
１６    突出部
１７    別部材
Ｏ      軸心
【図１】
2013194880.tif 000003
【図２】
2013194880.tif 000004
【図３】
2013194880.tif 000005
【図４】
2013194880.tif 000006
【図５】
2013194880.tif 000007
【図６】
2013194880.tif 000008