(57)【要約】【課題】後蓋の車軸への取り付け時又は車軸回転時において後蓋が変形しようとしたとしても、後蓋の変形を抑制して、後蓋の内輪側へのエッジ当たり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を有する転がり軸受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、後蓋３０の車輪側の軸方向端面３４に凹部３５が形成され、後蓋３０の環状段部３１の互いに直交する内周面３１ａと側壁面３１ｂが、車軸５０の車軸大径部５２の互いに直交する外周面５２ａと環状平坦面５２ｂにそれぞれ接触する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の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、を有する転がり軸受と、
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、
前記車軸大径部は、軸方向に延びる外周面と、径方向に延び前記外周面と直交する環状平坦面と、を有し、
前記後蓋の前記車輪側の軸方向端面に凹部が設けられ、
前記後蓋の内周面に環状段部が設けられ、
前記環状段部は、軸方向に延びる内周面と、径方向に延び前記内周面と直交する側壁面と、を有し、
前記環状段部の前記内周面が前記車軸大径部の前記外周面に接触すると共に、前記環状段部の前記側壁面が前記車軸大径部の前記環状平坦面に接触することを特徴とする鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項２】
前記凹部は、前記後蓋の前記車輪側の軸方向端面において、全周に亘って形成される円環状の凹部、又は、周方向に沿って複数箇所形成される凹部であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項３】
前記後蓋の前記内輪側の軸方向端面は、軸を通る断面視で、径方向外方に向かって沿った曲面形状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項４】
前記曲面形状が、多項関数、指数関数、三角関数、対数関数のいずれか１つ、又はいずれか２つ以上の組み合わせで規定されることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項５】
前記曲面形状が、点群に基づく近似曲線、補完曲線のいずれか１つ又は組み合わせで規定されることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項６】
前記曲面形状が前記組み合わせで規定される場合、曲線同士の接続部分が滑らかな形状で形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【請求項７】
前記後蓋の前記内輪側の前記軸方向端面に高周波焼入れが施される場合、前記高周波焼入れの後に前記曲面形状が施されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の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、弾性シール部材のプレートを内輪と後蓋との間に挟みこむことで内輪と後蓋との摩耗を防ぎ、摩耗したプレートを適宜交換するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、後蓋の自由端側の端面にダイヤモンドライクカーボン膜を被覆して、フレッチング摩耗を防止するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、内輪と後蓋の端面同士を突き合わせた接触部の外周側に形成される凹溝に弾性密封部材を圧入し、摩耗粉を積極的に捕捉することで、摩耗粉が軸受内部に浸入することを防止するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。また、後蓋の嵌め合い面の外径側に凹部を設けることで、嵌め合い面の端部の剛性を低下させ弾性変形を許容して、嵌め合い面圧によるエッジ当たりの発生を抑制するものが知られている（例えば、特許文献４参照）。また、後蓋の非接触部を直線又は球面形状とし曲面を与えることで、後蓋と内輪が万が一接触した場合にも、エッジ当たりによって異常な高面圧が発生しないようにするものが知られている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３２９０５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４３４０号公報
【特許文献３】特開２００１−３５４１３６号公報
【特許文献４】特開２００８−０８２３９２号公報
【特許文献５】特開２００６−３００１３０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、従来の鉄道車両用軸受ユニットでは、車軸に外嵌される後蓋の内周部において、後蓋の車軸への組み込み時に後蓋が変形してしまう、或いは、車軸回転時の車軸の撓みによって後蓋が変形してしまうことがあり、これにより、後蓋が内輪側へエッジ当たりしてしまうことがある。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜５に記載の鉄道車両用軸受ユニットでは、上記した後蓋の変形を抑制して、後蓋の内輪側へのエッジ当たりを抑制することについては考慮されていなかった。
【０００９】
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、後蓋の車軸への取り付け時又は車軸回転時において後蓋が変形しようとしたとしても、後蓋の変形を抑制して、後蓋の内輪側へのエッジ当たり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】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）鉄道車両の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、を有する転がり軸受と、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、車軸大径部は、軸方向に延びる外周面と、径方向に延び外周面と直交する環状平坦面と、を有し、後蓋の車輪側の軸方向端面に凹部が設けられ、後蓋の内周面に環状段部が設けられ、環状段部は、軸方向に延びる内周面と、径方向に延び内周面と直交する側壁面と、を有し、環状段部の内周面が車軸大径部の外周面に接触すると共に、環状段部の側壁面が車軸大径部の環状平坦面に接触することを特徴とする鉄道車両用軸受ユニット。
（２）凹部は、後蓋の車輪側の軸方向端面において、全周に亘って形成される円環状の凹部、又は、周方向に沿って複数箇所形成される凹部であることを特徴とする（１）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
（３）後蓋の内輪側の軸方向端面は、軸を通る断面視で、径方向外方に向かって沿った曲面形状に形成されることを特徴とする（１）又は（２）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
（４）曲面形状が、多項関数、指数関数、三角関数、対数関数のいずれか１つ、又はいずれか２つ以上の組み合わせで規定されることを特徴とする（３）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
（５）曲面形状が、点群に基づく近似曲線、補完曲線のいずれか１つ又は組み合わせで規定されることを特徴とする（３）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
（６）曲面形状が組み合わせで規定される場合、曲線同士の接続部分が滑らかな形状で形成されることを特徴とする（４）又は（５）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。
（７）後蓋の内輪側の軸方向端面に高周波焼入れが施される場合、高周波焼入れの後に曲面形状が施されることを特徴とする（３）〜（６）のいずれか１つに記載の鉄道車両用軸受ユニット。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の鉄道車両用軸受ユニットによれば、後蓋の車輪側の軸方向端面に凹部が設けられ、後蓋の環状段部の互いに直交する内周面と側壁面が、車軸大径部の互いに直交する外周面と環状平坦面にそれぞれ接触するため、後蓋の車軸への取り付け時又は車軸回転時において後蓋が変形しようとしたとしても、後蓋の変形を抑制して、後蓋の内輪側へのエッジ当たり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。
【００１２】
また、本発明の鉄道車両用軸受ユニットによれば、後蓋の内輪側の軸方向端面は、軸を通る断面視で、径方向外方に向かって沿った曲面形状に形成されるため、後蓋が倒れ込んだ場合でも、後蓋と内輪との接触面を広くして最大接触面圧を大きく低減することができると共に、接触面圧分布を均等にすることができる。これにより、後蓋と内輪との接触面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】
【００１３】
【図１】本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの一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】図１に示す凹部を説明する後蓋を車輪側から見た図である。
【図４】図１に示す凹部の変形例を説明する後蓋を車輪側から見た図である。
【図５】図２に示す後蓋の内輪側の軸方向端面の曲面形状を説明するための曲線図である。
【図６】後蓋の内輪側の軸方向端面の曲面形状の変形例を説明する曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、軸方向に延びる外周面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、外周面５２ａと直交する環状平坦面５２ｂと、を有する。
【００１８】
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に圧入にて外嵌されている。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。
【００１９】
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、軸方向に延びる内周面３１ａと、内周面３１ａの内輪２２側の周縁から径方向内方に延び、内周面３１ａと直交する側壁面３１ｂと、を有する。これにより、後蓋３０の環状段部３１の互いに直交する内周面３１ａと側壁面３１ｂは、車軸大径部５２の互いに直交する外周面５２ａと環状平坦面５２ｂにそれぞれ接触する。また、後蓋３０の外周面の内輪２２側の軸方向端部には、段部３２が全周に亘って形成されている。
【００２０】
また、後蓋３０の内輪２２側の軸方向端面３３は、軸を通る断面視で、径方向外方に向かって沿った曲面形状に形成される。また、この軸方向端面３３の両方の周縁は、Ｒ形状又はフィレット形状に形成される。なお、この曲面形状は、軸方向端面３３に高周波焼入れが施される場合、この高周波焼入れの後に施される。
【００２１】
ここで、図２に示すように、軸を通る断面視で後蓋３０の内周面に一致し且つ軸方向で所定位置である点を原点Ｐとして、径方向位置をｒ、軸方向位置をｈとするｒ−ｈ座標を設定すると、曲面形状は、図５に示す二次関数曲線で規定される。これにより、後蓋３０の軸方向端面３３は、断面視で、径方向内方の部分で最も盛り上がり、そして径方向外方の行くに従って二次関数的に低くなる形状に形成される。なお、本実施形態では、曲面形状を二次関数曲線で規定するが、これに限定されず、３次以上の多項関数、指数関数、三角関数、対数関数などで規定してもよい。また、曲面形状は、鉄道車両用軸受ユニット１０を車軸５０に組み付けるときの後蓋３０の変形を考慮して決定するとよい。
【００２２】
また、図１及び図３に示すように、後蓋３０の車輪側の軸方向端面３４には、凹部３５が全周に亘って円環状に形成されている。なお、凹部３５の深さは、後蓋３０の変形に応じて適宜設定される。また、円環状の凹部３５は、径方向に複数本設けられていてもよい。また、円環状の凹部３５の場合は、ラビリンスとして不図示のハウジングとの組み立てにも活用することができる。さらに、図４に示すように、凹部３５は、周方向に沿って略等間隔に複数箇所（図４では４箇所）に穴として形成されていてもよい。
【００２３】
このように構成された、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の車輪側の軸方向端面３４に凹部３５が形成されるため、後蓋３０の車軸５０への取り付け時において、後蓋３０の内輪２２側の軸方向端面３３への変形を抑制することができる。また、車軸回転時において、後蓋３０の嵌め合い部の内輪２２側へ傾こうとする力を凹部３５により吸収することができるので、後蓋３０の内輪２２側の軸方向端部の変形を抑制することができる。これらにより、後蓋３０の内輪２２側へのエッジ当たりを抑制することができる。
【００２４】
また、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の互いに直交する内周面３１ａと側壁面３１ｂが、車軸大径部５２の互いに直交する外周面５２ａと環状平坦面５２ｂにそれぞれ接触するため、後蓋３０の車軸５０への取り付け時又は車軸回転時において後蓋３０が変形しようとしたとしても、環状段部３１の側壁面３１ｂにより後蓋３０の変形を抑制して、後蓋３０の内輪２２側へのエッジ当たりを抑制することができる。
【００２５】
また、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の内輪２２側の軸方向端面３３は、軸を通る断面視で、径方向外方に向かって沿った曲面形状に形成されるため、後蓋３０が倒れ込んだ場合でも、後蓋３０と内輪２２との接触面を広くして最大接触面圧を大きく低減することができると共に、接触面圧分布を均等にすることができる。これにより、後蓋３０と内輪２２との接触面でのフレッチング摩耗を抑制することができる。
【００２６】
なお、本実施形態の変形例として、図６に示すように、後蓋３０の軸方向端面３３の曲面形状は、ｒ−ｈ座標（図２参照）において、軸方向端面３３の径方向内側部分が第１曲線で規定されると共に、軸方向端面３３の径方向外側部分が第２曲線で規定されていてもよい。また、第１及び第２曲線同士の接続部分は、滑らかなＲ形状に形成されている。即ち、軸方向端面３３の曲面形状は、第１曲線及び第２曲線の組み合わせで規定され、加えて、第１曲線と第２曲線との間が滑らかなＲ形状で接続されている。
【００２７】
ここで、第１曲線及び第２曲線は、互いに異なる関数曲線であり、それぞれの曲線は、多項関数、指数関数、三角関数、対数関数のいずれかで規定されている。また、第１曲線及び第２曲線は、離散点群で表される曲線、例えば、点群に基づく近似曲線、補完曲線で規定されていてもよい。なお、曲面形状を理論的に規定するのが難しい場合、実験データ又はコンピュータシミュレーションで導出可能な離散点群で規定するのが有効である。
【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。
【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
３３    後蓋の内輪側の軸方向端面
３４    後蓋の車輪側の軸方向端面
３５    凹部
５０    車軸
５１    車軸ジャーナル部
５２    車軸大径部
５２ａ  環状平坦面
５２ｂ  外周面
【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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