(57)【要約】【課題】鉄道車両の主電動機用主軸の支持構造として、主軸の固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いる構成において、隙間嵌めとする自由側の転がり玉軸受の外輪外径面におけるフレッティングを防止できる主電動機用主軸の支持構造を提供する。【解決手段】鉄道車両の主電動機の主軸を回転自在に支持する支持構造であり、主軸の固定側を支持する第１の転がり玉軸受と、主軸の自由側を支持する第２の転がり玉軸受８６とを備え、第２の転がり玉軸受８６は、主軸を内径面で支持する内輪８６ｂと、軸受固定部材に隙間嵌めで固定される外輪８６ａと、これら内・外輪間に介在する複数の玉８６ｃとを有し、外輪８６ａの幅面８６ｅ、および、軸受固定部材における外輪８６ａの幅面８６ｅとの嵌合面８３ｂから選ばれる少なくとも１つに、外輪８６ａの内径面の位置から外径面の位置まで径方向に貫通する切欠き部８８を有する。【選択図】図６
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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回転自在に支持する主電動機用主軸の支持構造であって、前記主軸の固定側を支持する第１の転がり玉軸受と、前記主軸の自由側を支持する第２の転がり玉軸受とを備え、
前記第２の転がり玉軸受は、前記主軸を内径面で支持する内輪と、軸受固定部材に隙間嵌めで固定される外輪と、これら内・外輪間に介在する複数の玉とを有し、
前記外輪の幅面、および、前記軸受固定部材における前記外輪の幅面との嵌合面から選ばれる少なくとも１つに、前記外輪の内径面の位置から外径面の位置まで径方向に貫通する切欠き部を有することを特徴とする主電動機用主軸の支持構造。
【請求項２】
前記第２の転がり玉軸受は、前記外輪の幅面に前記切欠き部を有することを特徴とする請求項１記載の主電動機用主軸の支持構造。
【請求項３】
前記第２の転がり玉軸受は、前記外輪の外径面に繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の主電動機用主軸の支持構造。
【請求項４】
前記繊維が合成樹脂繊維であり、前記植毛部が静電植毛部であることを特徴とする請求項３記載の主電動機用主軸の支持構造。
【請求項５】
前記植毛部に、潤滑剤が予め塗布されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の主電動機用主軸の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両の主電動機用主軸の支持構造に関し、主軸の固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いた主電動機用主軸の支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の主電動機用の軸受は、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転がり玉軸受が用いられる一方で、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場合が多い。固定側の転がり玉軸受は、例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。
【０００３】
また、固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いた支持構造も提案されている。自由側も玉軸受とすることで、円筒ころ軸受を用いる場合と比較して転がり抵抗が小さくなり、エネルギー効率が向上し、軸受の昇温も抑制できる。このため、主電動機の動作時におけるエネルギー損失を低減でき、またグリース寿命を延長できる。
【０００４】
従来、固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いた支持構造として、例えば特許文献１が提案されている。特許文献１では、鉄道車両の主電動機の主軸を回転自在に支持する主電動機用主軸の支持構造として、主軸の固定側を支持する第１軸受（転がり玉軸受）と、主軸の自由側を支持する第２軸受（転がり玉軸受）とを備え、これら転がり玉軸受においてセラミックス製の玉を用い、第２軸受の外輪が、主軸の軸方向において該軸受の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該固定部材に固定される構造が記載されている（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２０１３−１３９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述のとおり、鉄道車両の主電動機用の軸受は、温度変化に起因した主軸の軸方向への伸び（膨張）を許容する必要があるため、主軸の固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いた場合には、自由側の転がり玉軸受については、外輪と固定部材であるハウジングとの嵌め合いをルーズ（隙間嵌め）とする必要がある。
【０００７】
しかしながら、鉄道車両で使用される主電動機は振動の影響を受けやすいため、嵌め合いがルーズの場合、該軸受の外輪外径面にフレッティングが生じ、軸受の機能が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、鉄道車両の主電動機用主軸の支持構造として、主軸の固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いる構成において、隙間嵌めとする自由側の転がり玉軸受の外輪外径面におけるフレッティングを防止できる主電動機用主軸の支持構造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】
【０００９】
本発明の主電動機用主軸の支持構造は、鉄道車両の主電動機の主軸を回転自在に支持するものであり、上記主軸の固定側を支持する第１の転がり玉軸受と、上記主軸の自由側を支持する第２の転がり玉軸受とを備え、上記第２の転がり玉軸受は、上記主軸を内径面で支持する内輪と、軸受固定部材に隙間嵌めで固定される外輪と、これら内・外輪間に介在する複数の玉とを有し、上記外輪の幅面、および、上記軸受固定部材における上記外輪の幅面との嵌合面から選ばれる少なくとも１つに、上記外輪の内径面の位置から外径面の位置まで径方向に貫通する切欠き部を有することを特徴とする。特に、上記第２の転がり玉軸受は、上記外輪の幅面に上記切欠き部を有することを特徴とする。
【００１０】
上記第２の転がり玉軸受は、上記外輪の外径面に繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とする。また、上記繊維が合成樹脂繊維であり、上記植毛部が静電植毛部であることを特徴とする。また、上記植毛部に、潤滑剤が予め塗布されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の主電動機用主軸の支持構造は、鉄道車両の主電動機の主軸を回転自在に支持するものであり、主軸の固定側を支持する第１の転がり玉軸受と、主軸の自由側を支持する第２の転がり玉軸受とを備え、第２の転がり玉軸受は、主軸を内径面で支持する内輪と、軸受固定部材に隙間嵌めで固定される外輪と、これら内・外輪間に介在する複数の玉とを有し、外輪幅面、および、軸受固定部材における外輪幅面との嵌合面から選ばれる少なくとも１つに、外輪の内径面の位置から外径面の位置まで径方向に貫通する切欠き部を有するので、自由側の第２の転がり玉軸受の外輪幅面と軸受固定部材との嵌合部において、軸受内の潤滑油（グリースの基油）が毛細管現象により、上記の切欠き部に積極的に浸透し、更にその油は外輪外径面に達する。この油により外輪外径面と軸受固定部材との接触面が潤滑され、上記構成において外輪外径面におけるフレッティングの発生を防止できる。
【００１２】
また、外輪外径面に所定の植毛部を形成することで、振動が緩和されるとともに、該植毛部に上記切欠き部を介して供給された油が浸透・保持され、上記フレッティングの発生をより防止できる。
【００１３】
植毛部を構成する繊維が合成樹脂繊維であり、該植毛部が静電植毛部であるので、油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、かつ、均質で密な植毛部となる。また、植毛部に、潤滑剤を組み込み時に予め塗布しておくことで、切欠き部を介した外輪外径面への油の供給が十分でない使用初期から、この外輪外径面におけるフレッティングの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の支持構造を有する鉄道車両の台車の構成を示す図である。
【図２】主電動機の構成を示す図である。
【図３】第１の転がり玉軸受周囲の構成を示す拡大図である。
【図４】第２の転がり玉軸受周囲の構成を示す拡大図である。
【図５】主電動機用軸受を示す断面図および側面図である。
【図６】主電動機用軸受（植毛部あり）の周囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の主電動機用主軸の支持構造を有する鉄道車両の台車の構成を説明する。図１は、この台車の構成を示す図である。図１に示すように、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。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。
【００１６】
図１を参照して、主電動機１０による車輪６０の動作について説明する。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。この小歯車４１の回転により、小歯車４１と噛み合う大歯車４２が回転する。この大歯車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。
【００１７】
図２は、主電動機１０の構成を示す図である。図２に示すように、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、主軸２０を主軸２０の外周面２０ａに対向して配置される部材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用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。
【００１８】
図２を参照して、主電動機１０の動作について説明する。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。この回転子１３の回転は、主軸２０を介して外部に取り出される。また、図２を参照して、主電動機用主軸の支持構造について説明する。主電動機用主軸の支持構造は、主軸２０の固定側を支持する第１の転がり玉軸受を備えた第１軸受装置８０と、主軸２０の自由側を支持する第２の転がり玉軸受を備えた第２軸受装置８１とを備えている。
【００１９】
図３は、第１軸受装置８０の構成を示す拡大図である。図３に示すように、第１軸受装置８０は、第１の転がり玉軸受８２と、ハウジング８３と、ストッパ８４と、端蓋８５と、油切り８５ａとを備えている。１１は上述したフレームである。第１の転がり玉軸受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の転がり玉軸受８２は、ストッパ８４と油切り８５ａとにより挟まれ、また内輪８２ｂの内径面が主軸２０の外周面２０ａに接触し、かつ外輪８２ａの外径面がハウジング８３に対して固定されている。
【００２０】
図４は、第２軸受装置８１の構成を示す拡大図である。図４に示すように、第２軸受装置８１は、第２の転がり玉軸受８６と、ハウジング８３と、ストッパ８４と、端蓋８５と、油切り８５ａとを備えている。１１は上述したフレームである。第２の転がり玉軸受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の転がり玉軸受８６は、ストッパ８４と油切り８５ａとにより挟まれ、かつ内輪８６ｂの内径面が主軸２０の外周面２０ａに接触するように配置されている。ここで、ハウジング８３と端蓋８５が、外輪８６ａを固定する軸受固定部材である。
【００２１】
図５および図６は、第２の転がり玉軸受の一例を示す図である。図５（ａ）は切欠き部を有する該軸受の断面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。また、図６は切欠き部と植毛部を有する該軸受を含む第２軸受装置の拡大図である。図５（ａ）に示すように、第２の転がり玉軸受８６は、外輪８６ａの幅面８６ｅに、切欠き部８８を有する。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、この切欠き部８８は、外輪８６ａの円周方向１箇所で、外輪８６ａの内径面の位置から外径面の位置まで径方向に貫通する溝である。
【００２２】
図６に示すように、第２の転がり玉軸受８６の外輪８６ａは、軸受固定部材であるハウジング８３と端蓋８５に対して、嵌め合いをルーズ（隙間嵌め）とされている。径方向には、外輪８６ａの外径面８６ｆと、ハウジング８３の該軸受との嵌合面８３ａとの間に僅かな隙間が形成されている。一方、軸方向には、主軸の軸方向への膨張に対応するため、外輪８６ａの幅面８６ｇと、端蓋８５の該軸受との嵌合面８５ｃとの間に、上記径方向の隙間より大きい隙間８５ｂが形成されている。
【００２３】
図６に示す形態では、第２の転がり玉軸受８６は、図５に示した切欠き部８８に加えて、外輪８６ａの外径面８６ｆに植毛部８７が形成されている。ここで、軸受固定部材であるハウジング８３の該軸受との嵌合面８３ｂと、第２の転がり玉軸受８６の外輪８６ａの幅面８６ｅとで構成される嵌合部において、切欠き部８８が油通路となる。軸受内の潤滑油（グリースの基油）が毛細管現象により、切欠き部８８に積極的に浸透する。また、その油は外輪８６ａの外径面８６ｆに達した後、植毛部８７に浸透して保持される。上述の隙間８５ｂのみであると、毛細管現象が得られにくく、潤滑油は外径面８６ｆに十分には供給されない。なお、図６に示す形態に対して、第２の転がり玉軸受８６には切欠き部を設けず、ハウジング８３の該軸受との嵌合面８３ｂにおいて、第２の転がり玉軸受８６の上記切欠き部８８と同等の切欠き部を形成してもよい。
【００２４】
ハウジング８３と第２の転がり玉軸受８６との嵌合部において、植毛部８７がクッションとなり、外輪８６ａの外径面８６ｆとハウジング８３の嵌合面８３ａとが直接接触することを防止でき、また振動を緩衝できる。さらに、これらの面が植毛部８７に保持された油により潤滑される。この結果、外輪８６ａの外径面８６ｆにおけるフレッティングの発生を防止できる。
【００２５】
外輪８６ａおよび内輪８６ｂは、鋼から形成され、例えば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から形成されている。また、転動体８６ｃは、鉄系金属材製の玉であり、外輪軌道面および内輪軌道面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。その他、第２の転がり玉軸受８６は、図６等に示すように、外輪８６ａと内輪８６ｂとの間の軸受空間がシール部材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、該軸受内部へのグリースやの潤滑油の供給が容易になる。
【００２６】
植毛部８７は、短繊維を植毛して形成される。植毛方法としては、吹き付けや静電植毛を採用できる。保持器の案内面のような曲面においても、多量の繊維を短時間で密に垂直に植毛できることから、静電植毛を採用することが好ましい。静電植毛方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、短繊維を帯電させて静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。また、静電吹き付け植毛（ファイバーコート）も採用できる。
【００２７】
植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００２８】
繊維（短繊維）の形状としては、特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ０．２〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましく、植毛部の繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が１〜４０％が好ましい。短繊維の形状として、ストレートやベンド（先端部が曲がった形状）があり、いずれも使用できる。また、短繊維の断面形状として、円形や多角形状があり、いずれも使用できる。
【００２９】
接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００３０】
第１および第２の転がり玉軸受は、潤滑剤（潤滑油やグリース）で潤滑される。これら潤滑剤は内・外輪間の軸受空間に供給・封入され、軌道面などに介在して潤滑がなされる。潤滑油やグリースとしては、通常、主電動機用軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。
【００３１】
また、植毛部に、潤滑剤を予め塗布しておくことが好ましい。これにより、切欠き部を介した外輪外径面への油の供給が十分でない使用初期から、この外輪外径面におけるフレッティングの発生を防止できる。この潤滑剤としては、軸受に使用するグリースと同等のグリース、または、軸受に使用するグリースに含まれる基油と同等の基油であることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の支持構造は、主軸の固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いる構成において、隙間嵌めとする自由側の転がり玉軸受の外輪外径面におけるフレッティングを防止できるので、鉄道車両の主電動機用主軸の支持構造として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  台車
２  台車本体
１０  主電動機
１１  フレーム
１２  固定子
１３  回転子
２０  主軸
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の転がり軸受
８１  第２の転がり軸受
８２  第１軸受
８３  ハウジング
８４  ストッパ
８５  端蓋
８５ａ  油切り
８６  第２軸受
８７  植毛部
８８  切欠き部
【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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