(57)【要約】【課題】製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑制し、かつグリース寿命を延伸することが要求される主電動機主軸の支持構造および当該主電動機主軸の支持構造を備える鉄道車両の主電動機を提供する。【解決手段】主電動機主軸の支持構造は、主軸２０の固定側を支持する第１軸受８２と、主軸２０の自由側を支持する第２軸受８６とを備えている。第１軸受８２および第２軸受８６のそれぞれは、外輪８２ａ，８６ａと、内輪８２ｂ，８６ｂと、セラミック製の玉である転動体８２ｃ，８６ｃと、樹脂からなる保持器８２ｄ，８６ｄとを備えている。第２軸受８６の外輪８６ａは、第２軸受８６の外輪８６ａが主軸２０の軸方向においてハウジング８８に対して相対的に変位することを許容する変位許容部材８７を挟んでハウジング８８に対向して配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の主電動機の主軸を、前記主軸の外周面に対向して配置される第１固定部材および第２固定部材に対して軸周りに回転自在に支持する主電動機主軸の支持構造であって、
前記主軸の固定側を前記第１固定部材に対して支持する第１軸受と、
前記主軸の自由側を前記第２固定部材に対して支持する第２軸受とを備え、
前記第１軸受および前記第２軸受のそれぞれは、
内周面に外輪転走面を有し、鋼からなる外輪と、
外周面に内輪転走面を有し、前記内輪転走面が前記外輪転走面に対向するように前記外輪の内側に配置され、前記主軸の外周面に固定され、鋼からなる内輪と、
前記外輪転走面および前記内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体と、
前記転動体を周方向に所定のピッチで保持する保持器とを備え、
前記転動体は、セラミック製の玉であり、
前記保持器は樹脂からなっており、
前記第１軸受の前記外輪は、前記第１固定部材に対して固定されており、
前記第２軸受の前記外輪は、前記第２軸受の前記外輪が前記主軸の軸方向において前記第２固定部材に対して相対的に変位することを許容する変位許容部材を挟んで前記第２固定部材に対向して配置される、主電動機主軸の支持構造。
【請求項２】
前記第１軸受および前記第２軸受は開放形軸受である、請求項１に記載の主電動機主軸の支持構造。
【請求項３】
前記転動体は窒化珪素からなっている、請求項１または２に記載の主電動機主軸の支持構造。
【請求項４】
前記保持器はポリアミド樹脂からなっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の主電動機主軸の支持構造。
【請求項５】
前記第１軸受および前記第２軸受は深溝玉軸受である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の主電動機主軸の支持構造。
【請求項６】
前記変位許容部材は、前記第２軸受の前記外輪が、前記第２固定部材に対して滑ることを許容する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の主電動機主軸の支持構造。
【請求項７】
前記変位許容部材はすべり軸受である、請求項６に記載の主電動機主軸の支持構造。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の主電動機主軸の支持構造を備える、鉄道車両の主電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主電動機主軸の支持構造および鉄道車両の主電動機に関するものであって、より特定的には、製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑制し、かつグリース寿命を延伸することが可能な主電動機主軸の支持構造および当該主電動機主軸の支持構造を備える鉄道車両の主電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両の主電動機用の軸受においては、温度変化に起因した主軸の軸方向への膨張および収縮に対応するため、固定側の軸受として玉軸受が用られる一方で、自由側の軸受としては主軸の膨張および収縮に対応可能な円筒ころ軸受が用いられる。固定側の玉軸受は、たとえば深溝玉軸受であり、鋼球と鉄板波型保持器とを備えている。また、自由側の円筒ころ軸受は、鋼製の円筒ころと黄銅揉抜保持器とを備えている。そして、これらの主電動機用軸受が高温、高速回転下で使用される場合には、たとえばリチウム石鹸および鉱油を有するグリースが潤滑油として用いられる。また、主軸の固定側および自由側の両方を支持する軸受として玉軸受を採用した主電動機も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
鉄道車両の主電動機用軸受におけるグリースの潤滑寿命は、軸受の転動疲労寿命に対して短いため、現状では所定の走行距離毎に実施される車両の分解検査においてグリースの詰め替え作業が行なわれる。また、現状のメンテナンス周期においてもグリースの劣化が進行している場合が多く、メンテナンス周期をさらに延伸するためにはグリースの潤滑寿命を延伸することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０９３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようなグリースの劣化は、主電動機の高速回転時の発熱による軸受の昇温や、鋼からなる転動体および保持器の摩擦により生じる金属摩耗粉がグリース中に混入することに主に起因している。そのため、メンテナンス周期のさらなる延伸という観点から、軸受の昇温やグリース中の金属成分の増加を抑制することにより、グリースの潤滑寿命を延伸することが要求される。
【０００６】
また、従来の主電動機用軸受は、外輪および内輪などの軌道部材と転動体とが同種材料（鋼）により構成されているため、たとえば主電動機を鉄道車両から分離して単体で輸送する際には、内輪および外輪の軌道面と転動体との接触部においてフレッティング摩耗が生じるという問題がある。また、これらの軸受には電食防止のためにセラミックス溶射による絶縁処理が施されるため、軸受の製造コストが上昇するという問題もある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑制し、かつグリース寿命を延伸することが可能な主電動機主軸の支持構造および当該主電動機主軸の支持構造を備える鉄道車両の主電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の主電動機主軸の支持構造は、鉄道車両の主電動機の主軸を、主軸の外周面に対向して配置される第１固定部材および第２固定部材に対して軸周りに回転自在に支持する主電動機主軸の支持構造である。上記主電動機主軸の支持構造は、主軸の固定側を第１固定部材に対して支持する第１軸受と、主軸の自由側を第２固定部材に対して支持する第２軸受とを備えている。第１軸受および第２軸受のそれぞれは、内周面に外輪転走面を有し、鋼からなる外輪と、外周面に内輪転走面を有し、内輪転走面が外輪転走面に対向するように外輪の内側に配置され、主軸の外周面に固定され、鋼からなる内輪と、外輪転走面および内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体と、転動体を周方向に所定のピッチで保持する保持器とを備えている。転動体は、セラミック製の玉である。保持器は樹脂からなっている。第１軸受の外輪は、第１固定部材に対して固定されている。第２軸受の外輪は、第２軸受の外輪が主軸の軸方向において第２固定部材に対して相対的に変位することを許容する変位許容部材を挟んで第２固定部材に対向して配置されている。
【０００９】
本発明の主電動機主軸の支持構造において、第１軸受および第２軸受は、セラミック製の玉である転動体を備えているため、主電動機の動作時における軸受の昇温が抑制される。また、外輪や内輪に絶縁処理を施すことなく軸受の絶縁性が確保されるため、製造コストを低減することができる。また、本発明の主電動機主軸の支持構造において、第１軸受および第２軸受は、樹脂からなる保持器を備えているため、金属からなる保持器を備える軸受において問題となる保持器と転動体との摩擦による金属摩耗粉の発生を抑制することができる。また、本発明の主電動機主軸の支持構造において、第１軸受および第２軸受を構成する転動体と内輪および外輪とはそれぞれ異種材料から構成されているため、内輪および外輪の軌道面と転動体との接触部におけるフレッティングの発生を抑制することができる。また、本発明の主電動機主軸の支持構造では、玉軸受である第１軸受および第２軸受が主軸の固定側および自由側を支持する軸受として用られるため、円筒ころ軸受が用いられる場合に比べて転がり抵抗が小さくなり、エネルギー効率が向上するとともに軸受の昇温が抑制される。その結果、主電動機の動作時におけるエネルギー損失を低減し、またグリース寿命を延伸することができる。また、本発明の主電動機主軸の支持構造では、第１軸受および第２軸受の転動体が玉形状を有するため、転動体をセラミック製にすることによる製造コストの上昇を円筒ころ軸受が用いられる場合に比べて抑制することができる。このように、本発明の主電動機主軸の支持構造によれば、製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑制し、かつグリース寿命を延伸することが可能な主電動機主軸の支持構造を提供することができる。
【００１０】
上記主電動機主軸の支持構造において、第１軸受および第２軸受は、開放形軸受であってもよい。これにより、第１軸受および第２軸受へのグリースの供給が容易になり、その結果第１軸受および第２軸受の潤滑が容易になる。ここで、開放形軸受とは、外輪と内輪とにより挟まれる空間を閉じるシール部材を有さない軸受を意味する。
【００１１】
また、第１軸受および第２軸受では、保持器は樹脂からなっており、その強度および剛性の確保という観点から保持器の厚みは大きくなっている。そのため、外輪と内輪とにより挟まれる空間は狭くなっており、シール部材により当該空間を閉じる場合には当該空間に十分なグリースを保持させることが困難である。したがって、このような第１軸受および第２軸受においては、円滑な潤滑を行なうという観点から開放形軸受を用いることが好適である。
【００１２】
上記主電動機主軸の支持構造において、第１軸受および第２軸受の転動体は窒化珪素からなっていてもよい。このように、転動体を構成する材料としては、主電動機の主軸を支持する軸受の使用環境下で転動疲労寿命に優れる窒化珪素を採用することができる。
【００１３】
上記主電動機主軸の支持構造において、第１軸受および第２軸受の保持器はポリアミド樹脂からなっていてもよい。このように、保持器を構成する材料としては耐久性に優れるポリアミド樹脂を採用することができる。
【００１４】
上記主電動機主軸の支持構造において、第１軸受および第２軸受は、深溝玉軸受であってもよい。このように、第１軸受および第２軸受には、転がり抵抗が小さい深溝玉軸受を採用することができる。
【００１５】
上記主電動機主軸の支持構造において、変位許容部材は、第２軸受の外輪が、第２固定部材に対して滑ることを許容する部材であってもよい。これにより、主軸の軸方向への膨張および収縮に対して容易に対応することができる。
【００１６】
上記主電動機主軸の支持構造において、変位許容部材はすべり軸受であってもよい。これにより、主軸の軸方向への膨張および収縮に対してより容易に対応することができる。
【００１７】
本発明の鉄道車両の主電動機は、製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑制し、かつグリース寿命を延伸することが可能な上記本発明の主電動機主軸の支持構造を備えている。したがって、本発明の鉄道車両の主電動機によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、メンテナンス周期を延伸することが可能な鉄道車両の主電動機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から明らかなように、本発明の主電動機主軸の支持構造および鉄道車両の主電動機によれば、製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑制し、かつグリース寿命を延伸することが可能な主電動機主軸の支持構造および当該主電動機主軸の支持構造を備える鉄道車両の主電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】台車の構成を部分的に示す概略図である。
【図２】主電動機の構成を示す概略図である。
【図３】主電動機の構成を拡大して示す概略図である。
【図４】主電動機の構成を拡大して示す概略図である。
【図５】主電動機用軸受の構成を示す概略図である。
【図６】主電動機用軸受の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図７】主電動機用軸受の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図８】主電動機の回転速度と主電動機用軸受の温度上昇との関係を示す図である。
【図９】主電動機のｄｍｎ値とグリースの潤滑寿命（左軸）および潤滑寿命比（右軸）との関係を示す図である。
【図１０】窒化珪素ボールおよびＳＵＪ２ボールを用いた場合の微動摩耗試験の結果を示す図である。
【図１１】樹脂保持器および鉄板保持器を用いた場合のグリース中に含まれる鉄分量の対比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００２１】
まず、本実施の形態の台車の構成について説明する。本実施の形態の台車１は、鉄道車両に備えられる台車であって、台車本体２と、主電動機１０と、カップリング３０と、駆動装置４０と、車軸５０と、車輪６０と、車軸軸受装置７０とを備えている。また、主電動機１０は、本実施の形態の鉄道車両の主電動機である。
【００２２】
主電動機１０は、主電動機取付部２ａにおいて台車本体２に支持されている。また、主電動機１０の主軸２０は、カップリング３０を介して駆動装置４０に接続されている。駆動装置４０は、主軸２０に固定された小歯車４１と、車軸５０に固定された大歯車４２とを有し、小歯車４１と大歯車４２とは互いに噛み合うように配置されている。車軸５０には、一対の車輪６０が固定されており、その両端は車軸軸受装置７０により台車本体２に対して支持されている。また、車軸軸受装置７０は、台枠２ｂにおいて台車本体２に支持されている。
【００２３】
次に、本実施の形態の鉄道車両の主電動機１０による車輪６０の動作について説明する。図１を参照して、まず、主電動機１０が動作することにより主軸２０が回転する。このとき、主軸２０の当該回転は、カップリング３０を介して駆動装置４０に伝達され、主軸２０に固定された小歯車４１が回転する。そして、小歯車４１の当該回転により、小歯車４１と噛み合う大歯車４２が回転する。そして、大歯車４２に固定された車軸５０が回転することにより、車軸５０の両端に固定された車輪６０が回転し、台車１が走行する。なお、主電動機１０の動作については後述する。
【００２４】
次に、本実施の形態の鉄道車両の主電動機１０の構成について説明する。図２を参照して、主電動機１０は、コイル１２ａを有する固定子１２と、固定子１２に対向するように配置された回転子１３と、固定子１２および回転子１３を取り囲むように配置されたフレーム１１とを主に備えている。回転子１３の中心部（回転軸）を含む部位には、主軸２０が貫通するように固定されている。また、主電動機１０は、主電動機１０の主軸２０を主軸２０の外周面２０ａに対向して配置される第１固定部材としてのハウジング８３および第２固定部材としてのハウジング８８に対して軸周りに回転自在に支持する本実施の形態の主電動機主軸の支持構造としての第１軸受装置８０および第２軸受装置８１をさらに備えている。
【００２５】
次に、本実施の形態の主電動機１０の動作について説明する。図２を参照して、まず、３相交流電流が固定子１２のコイル１２ａに供給される。このとき、回転子１３の周りに回転磁界が形成され、この回転磁界により回転子１３に誘導電流が発生する。このように、回転子１３の周りに回転磁界が形成され、かつ回転子１３に誘導電流が発生することにより、回転子１３を回転軸周りに回転させるように働く電磁力が発生し、回転子１３が回転する。そして、回転子１３の当該回転は、主軸２０を介して外部に取り出される。
【００２６】
次に、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造について説明する。図２を参照して、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造は、主軸２０の固定側をハウジング８３に対して支持する第１軸受装置８０と、主軸２０の自由側をハウジング８８に対して支持する第２軸受装置８１とを備えている。図３を参照して、第１軸受装置８０は、第１軸受８２と、ハウジング８３と、前蓋８４と、端蓋８５とを備えている。第１軸受８２は、外輪８２ａと、内輪８２ｂと、転動体８２ｃと、保持器８２ｄとを有している。第１軸受８２は、前蓋８４と端蓋８５とにより挟まれ、また内輪８２ｂの内周面が主軸２０の外周面２０ａに固定され、かつ外輪８２ａの外周面がハウジング８３に対して固定されている。また、第１軸受８２は、本実施の形態の主電動機用軸受である。
【００２７】
図４を参照して、第２軸受装置８１は、第２軸受８６と、ハウジング８８と、前蓋８４と、端蓋８５とを備えている。第２軸受８６は、外輪８６ａと、内輪８６ｂと、転動体８６ｃと、保持器８６ｄとを有している。第２軸受８６は、前蓋８４と端蓋８５とにより挟まれ、かつ内輪８６ｂの内周面が主軸２０の外周面２０ａに固定されている。また、第２軸受８６は、第１軸受８２と同様に、本実施の形態の主電動機用軸受である。
【００２８】
第２軸受８６の外輪８６ａは、第２軸受８６の外輪８６ａが主軸２０の軸方向においてハウジング８８に対して相対的に変位することを許容する変位許容部材８７を挟んでハウジング８８に対向して配置されている。より具体的には、変位許容部材８７は、第２軸受８６の外輪８６ａが、ハウジング８８に対して滑ることを許容する部材であって、たとえば金属からなる円筒部材の内周面に樹脂が配置されたすべり軸受である。このようにすることにより、主軸２０の自由側を支持する軸受として玉軸受である第２軸受８６を用いた場合でも、主軸２０の軸方向への膨張および収縮に対して容易に対応することができる。また、図４に示すように、第２軸受８６の外輪８６ａと端蓋８５との間には、上述のような主軸２０の軸方向への膨張に対応するために空隙８５ａが形成されている。
【００２９】
次に、本実施の形態の主電動機用軸受９０について説明する。主電動機用軸受９０は、図３および図４に示すように、鉄道車両の主電動機１０において、主軸２０を、主軸２０の外周面２０ａに対向して配置される部材、たとえばハウジング８３，８８に対して軸周りに回転自在に支持する主電動機用軸受であって、たとえば深溝玉軸受である。
【００３０】
図５を参照して、主電動機用軸受９０は、内周面に外輪転走面９１ａを有する外輪９１と、外周面に内輪転走面９２ａを有する内輪９２と、複数の転動体９３と、保持器９４とを備えている。内輪９２は、内輪転走面９２ａが外輪９１の外輪転走面９１ａに対向するように外輪９１の内側に配置されている。外輪９１および内輪９２は、鋼からなっており、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼、ＳＣＭ４２０などの機械構造用合金鋼、またはＳ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼からなっている。
【００３１】
転動体９３は、たとえばＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）からなるセラミック製の玉であり、外輪転走面９１ａおよび内輪転走面９２ａに接触し、外輪転走面９１ａおよび内輪転走面９２ａの周方向に沿った円環状の軌道上に複数並べて配置されている。保持器９４は、たとえばナイロンなどのポリアミド樹脂からなっており、転動体９３を周方向に所定のピッチで保持している。
【００３２】
このように、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、第１軸受８２および第２軸受８６である主電動機用軸受９０はセラミック製の玉である転動体９３を備えているため、主電動機の動作時における軸受の昇温が抑制される。また、外輪９１や内輪９２に絶縁処理施すことなく軸受の絶縁性が確保されるため、製造コストを低減することができる。また、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０は樹脂からなる保持器９４を備えているため、金属からなる保持器を備える軸受において問題となる保持器と転動体との摩擦による金属摩耗粉の発生を抑制することができる。また、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０の転動体９３と内輪９２および外輪９１とがそれぞれ異種材料から構成されているため、内輪９２および外輪９１の軌道面と転動体９３との接触部におけるフレッティングの発生を抑制することができる。また、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造では、玉軸受である主電動機用軸受９０が主軸２０の固定側および自由側を支持する軸受として用られるため、円筒ころ軸受が用いられる場合に比べて転がり抵抗が小さくなり、エネルギー効率が向上するとともに軸受の昇温が抑制される。その結果、主電動機１０の動作時におけるエネルギー損失を低減し、またグリース寿命を延伸することができる。また、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造では、主電動機用軸受９０の転動体９３が玉形状を有するため、転動体をセラミック製にすることによる製造コストの上昇を円筒ころ軸受が用いられる場合に比べて抑制することができる。このように、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造は、製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑制し、かつグリース寿命を延伸することが可能な主電動機主軸の支持構造である。また、本実施の形態の鉄道車両の主電動機１０は、製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑止し、かつグリース寿命を延伸することが可能な上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造を備えているため、製造コストの上昇を抑制しつつ、メンテナンス周期を延伸することが可能な鉄道車両の主電動機である。
【００３３】
また、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０は、図５に示すように外輪９１と内輪９２とにより挟まれる空間がシール部材等により閉じられない開放形軸受であってもよい。これにより、主電動機用軸受９０へのグリースの供給が容易になり、その結果主電動機用軸９０の潤滑が容易になる。
【００３４】
また、主電動機用軸受９０では、保持器９４は樹脂からなっており、その強度および剛性の確保という観点から保持器９４の厚みは大きくなっている。そのため、外輪９１と内輪９２とにより挟まれる空間は狭くなっており、シール部材により当該空間を閉じる場合には当該空間に十分なグリースを保持させることが困難である。したがって、このような主電動機用軸受９０においては、円滑な潤滑を行なうという観点から開放形軸受を用いることが好適である。
【００３５】
また、上述のように、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０の転動体９３を構成する材料は、主電動機の主軸を支持する軸受としての使用環境下において転動疲労寿命に優れるＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）であってもよいが、これに限られるものではない。すなわち、転動体９３は、たとえばＺｒ（ジルコニア）やＡｌ２Ｏ３（アルミナ）からなるセラミック製の玉であってもよい。
【００３６】
また、上述のように、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０の保持器９４はポリアミド樹脂からなっていてもよい。このように、保持器を構成する材料としては耐久性に優れるポリアミド樹脂を採用することができる。
【００３７】
また、上述のように、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０は、深溝玉軸受であってもよい。このように、主電動機用軸受９０には、転がり抵抗が小さい深溝玉軸受を採用することができる。
【００３８】
次に、本実施の形態の主電動機用軸受の製造方法について説明する。本実施の形態に係る主電動機用軸受の製造方法では、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造を構成する上記本実施の形態の主電動機用軸受９０を製造することができる。図６を参照して、本実施の形態に係る主電動機用軸受の製造方法では、まず、転動体を製造する工程（Ｓ１０）と、外輪および内輪などの軌道部材を製造する工程（Ｓ２０）と、保持器を製造する工程（Ｓ３０）とが実施される。そして、上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）において製造された外輪および内輪と、転動体と、保持器とを組み合わせる工程（Ｓ４０）が実施されることにより主電動機用軸受９０が製造される。また、転動体を製造する工程（Ｓ１０）では、たとえば以下に説明するようにして、たとえばＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）からなる転動体が製造される。
【００３９】
図７を参照して、まず、工程（Ｓ１１）として、たとえばＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）からなる原料粉末を準備する工程が実施される。次に、工程（Ｓ１２）として、混合工程が実施される。この工程（Ｓ１２）では、工程（Ｓ１１）において準備されたＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）粉末に、焼結助剤を添加して混合する。なお、この工程（Ｓ１２）は、焼結助剤を添加しない場合には省略されてもよい。
【００４０】
次に、工程（Ｓ１３）として、成形工程が実施される。この工程（Ｓ１３）では、原料粉末または原料粉末と焼結助剤との混合物が、転動体の概略形状に成形される。具体的には、たとえばプレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法により、原料粉末または原料粉末と焼結助剤との混合物が転動体の概略形状に成形された成形体が作製される。
【００４１】
次に、工程（Ｓ１４）として、焼結工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、上記成形体が焼結されることにより焼結体が作製される。具体的には、上記成形体が、たとえばヘリウム、ネオン、アルゴンおよび窒素などの不活性ガスの雰囲気中において、ヒート加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱などの加熱方法により加熱されることにより焼結され、転動体の概略形状を有する焼結体が作製される。
【００４２】
次に、工程（Ｓ１５）として、仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ１５）では、上記焼結体の表面が加工され、この表面を含む領域が除去される。上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ１５）が実施されることにより、Ｓｉ３Ｎ４からなる転動体が製造される。
【実施例１】
【００４３】
まず、軸受の回転時における昇温の抑制に関して、本発明の効果を確認する試験を行なった。まず、鋼球およびセラミックボールである転動体を有する軸受を準備した。そして、これらの軸受を所定の回転速度で動作させた際の外輪の温度上昇について調査した。また、この調査結果に基づいて、外輪の温度上昇とグリースの潤滑寿命との関係についても考察した。
【００４４】
図８は、軸受の回転速度およびｄｍｎ値と軸受の外輪の温度上昇との関係を示す図である。ここで、ｄｍｎ値とは、軸受の球回転直径と軸受の回転数との積を示す値である。また、図９は、軸受のｄｍｎ値と、軸受の外輪温度の値を用いてＢｏｏｓｅｒの式より算出したグリースの潤滑寿命（左軸）、およびセラミックボールと鋼球とを用いた場合のグリースの潤滑寿命比との関係を示す図である。図８に示すように、ｄｍｎ値が６５×１０４において、セラミックボールを用いた場合には、鋼球を用いた場合に比べて外輪の温度上昇は約８℃小さかった。また、図９に示すように、ｄｍｎ値が６５×１０４において、セラミックボールを用いた場合のグリースの潤滑寿命は、鋼球を用いた場合の約１．５倍と見積もられた。このことにより、セラミックボールである転動体を有する軸受を用いることにより、軸受の回転時の温度上昇が抑制され、その結果グリースの寿命を延伸可能であることが明らかとなった。
【実施例２】
【００４５】
次に、フレッティングの発生の抑制に関して、本発明の効果を確認する実験を行なった。まず、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）ボールおよびＳＵＪ２ボールとを準備した。そして、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）ボールおよびＳＵＪ２ボールを振動するプレートと接触させ、プレートの摩耗深さを調査する微動摩耗試験を行なった。また、試験条件は以下の通りとした。ボールサイズは５／１６とした。プレートはＳＵＪ２製のものを使用した。試験荷重は１９．６ｋＮとした。このとき、Ｓｉ３Ｎ４ボールおよびＳＵＪ２ボールとプレートとの最大接触面圧は、それぞれ１６４０ＭＰａおよび１４６０ＭＰａであった。振幅は０．４７ｍｍとした。振動（周波）数は３０Ｈｚとした。負荷回数は８．６×１０５回とした。試験時間は８時間とした。また、潤滑油は使用しなかった。
【００４６】
図１０は、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）ボールおよびＳＵＪ２ボールを用いた場合の微動摩耗試験の結果を示す図である。図１０から明らかなように、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）ボールの方が、ＳＵＪ２ボールに比べてプレートの最大摩耗深さがより小さかった。このことより、ＳＵＪ２などの金属からなる外輪や内輪を有する軸受においては、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）などのセラミック製のボールである転動体を用いることにより、転動体と外輪および内輪との凝着力が低減され、結果としてフレッティングの発生を抑制可能であることが明らかとなった。
【実施例３】
【００４７】
次に、グリース中への金属摩耗粉の混入の抑制に関して、樹脂保持器を採用することによる効果を確認する実験を行なった。まず、樹脂保持器および鉄板保持器を有する軸受を準備した。そして、これらの軸受を所定の条件で動作させた後に、グリース中に含まれる鉄分量を調査した。また、試験条件は以下の通りとした。軸受としては、複列円錐ころ軸受（内径：１２０ｍｍ、外径：２２０ｍｍ、内輪幅：１５５ｍｍ、外輪幅：１６０ｍｍ）を用いた。回転速度は２１２５ｒｐｍとした。ラジアル荷重は、４８．０±９．８ｋＮとした。試験時間は約２１２０時間とした。
【００４８】
図１１は、樹脂保持器および鉄板保持器を用いた場合のグリース中に含まれる鉄分量の対比を示す図である。図１１から明らかなように、樹脂保持器を用いた場合の方が、鉄板保持器を用いた場合に比べてグリース中に含まれる鉄分量が著しく少なかった。このことから、樹脂保持器を有する軸受を用いることにより、グリース中への金属の混入を抑制可能であることが明らかとなった。
【００４９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の主電動機主軸の支持構造および鉄道車両の主電動機は、製造コストの上昇およびフレッティングの発生を抑制し、かつグリース寿命を延伸することが要求される主電動機主軸の支持構造および当該主電動機主軸の支持構造を備える鉄道車両の主電動機において特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００５１】
１  台車、２  台車本体、２ａ  主電動機取付部、２ｂ  台枠、１０  主電動機、１１  フレーム、１２  固定子、１２ａ  コイル、１３  回転子、２０  主軸、２０ａ  外周面、３０  カップリング、４０  駆動装置、４１  小歯車、４２  大歯車、５０  車軸、６０  車輪、７０  車軸軸受装置、８０  第１軸受装置、８１  第２軸受装置、８２  第１軸受、８３，８８  ハウジング、８４  前蓋、８５  端蓋、８６  第２軸受、８７  変位許容部材、９０  主電動機用軸受、９１，８２ａ，８６ａ  外輪、９２，８２ｂ，８６ｂ  内輪、９３，８２ｃ，８６ｃ  転動体、９４，８２ｄ，８６ｄ  保持器、９１ａ  外輪転走面、９２ａ  内輪転走面。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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