(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、この軸受の固定部材にグリースポケットを有する構成において、グリースポケット内のグリース基油を効率よく軸受内部へ供給させ、軸受の潤滑性能を長期間維持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１６を回転自在に支持する主電動機用主軸の支持構造であり、主軸１６の固定側を支持する第１の転がり玉軸受と、自由側を支持する第２の転がり玉軸受１とを備え、第２の転がり玉軸受１は、主軸１６を内径面で支持する内輪２と、軸受固定部材（鏡蓋７、端蓋８）に固定される外輪３とを有し、軸受空間の軸方向両端が開放され、鏡蓋７と端蓋８は軸受空間と繋がっているグリースポケット１１を有し、外輪３は、軸受固定部材と該外輪の幅面との軸方向隙間に配置されたゴム部材６を介して固定されている。【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、前記第２の転がり玉軸受を固定する軸受固定部材とを備えてなり、
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、前記軸受固定部材に固定される外輪と、これら内・外輪間に介在する複数の玉とを有し、これら内・外輪間の軸受空間の軸方向両端が開放されており、
前記軸受固定部材は、グリースポケットを有し、該グリースポケットと前記軸受空間とが繋がっており、
前記外輪は、前記軸受固定部材と前記外輪の幅面との軸方向隙間に配置されたゴム部材を介して該軸受固定部材に固定されてい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】
前記軸受固定部材が、鏡蓋および端蓋から選ばれる少なくとも１つであり、
前記ゴム部材が、前記外輪の幅面と前記鏡蓋との軸方向隙間、および、前記外輪の幅面と前記端蓋との軸方向隙間から選ばれる少なくとも一方に配置されてい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】
前記ゴム部材が、前記外輪に固定されてい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】
前記外輪および前記ゴム部材の固定部において、両部材が相補的に嵌合可能な形状を有す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】
前記外輪および前記ゴム部材における、前記グリースポケットから前記軸受空間までの基油経路を構成する面に、撥油性被膜を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の主電動機用主軸の支持構造。
【請求項６】
前記ゴム部材が、シリコーンゴムからなる部材であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項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、特に、主軸の固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いた構造において潤滑寿命延伸を目的とした主電動機用主軸の支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、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】
エネルギー効率の向上とともに軸受の昇温を抑制させるためには、円筒ころ軸受に比べて転がり抵抗の小さい深溝玉軸受を使用した方がよい。しかし、軸方向収縮への対応においては、深溝玉軸受の場合、外輪と主電動機ハウジングの嵌め合い面で行なうため、円筒ころ軸受よりも劣ってしまう。そこで、特許文献１には、深溝玉軸受の外輪と主電動機ハウジングの間に変位許容部材を挟んで軸方向へ相対的に変位することを容易となるようにして自由側軸受に深溝玉軸受を適用した主電動機主軸の支持構造が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
この従来技術における自由側軸受周囲の支持構造を図６を参照して説明する。図６に示すように、深溝玉軸受２１は、内輪２２と外輪２３と、この内・外輪間に介在する複数の玉２４と、この玉２４と周方向等間隔に保持する保持器２５とを備えている。外輪２３は、軸受固定部材である鏡蓋２７と端蓋２８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２３の外径面と、鏡蓋２７の該軸受との嵌合面との間に僅かな隙間が形成されている。この隙間に変位許容部材３２が配置され、外輪２３が鏡蓋２７に対して相対的に変位する（滑る）ことを許容している。なお、深溝玉軸受２１の内輪２２は、その内径面で主軸３６を支持し、ストッパ３０と油切り２９とに挟まれて固定されている。
【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】
上記のような主電動機用軸受では、潤滑機能を長期間維持できるよう、軸受幅面側のハウジング部品（鏡蓋や端蓋）にグリースを封入するグリースポケットが、外輪と接する構造で形成されている。グリースポケットに封入されたグリースからは離油した基油が流れ出し、これが軸受内部に供給されて潤滑性能を維持する。例えば、図６に示すように、鏡蓋２７および端蓋２８に、深溝玉軸受２１の軸受空間と繋がったグリースポケット３１が設けられている。ここで、図６に示すように、該支持構造では主軸３６の軸方向への膨張に対応するため、外輪２３の幅面と端蓋２８の間に軸方向の隙間が形成されている。
【０００７】
このように従来技術では、自由側の深溝玉軸受の外輪と主電動機ハウジング（鏡蓋など）との間に変位許容部材を挟むことで軸方向へ相対的に変位することが容易となるが、それに伴い鏡蓋や端蓋のグリースポケットと、自由側の深溝玉軸受の外輪との間に隙間が生じる。このため、グリースポケットのグリースから離油した基油が、軸受内部へ供給されにくくなり、グリースポケットによる潤滑維持機能が低下してしまうおそれがある。
【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、この軸受の固定部材にグリースポケットを有する構成において、グリースポケット内のグリース基油を効率よく軸受内部へ供給させ、軸受の潤滑性能を長期間維持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主電動機用主軸の支持構造であって、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、上記第２の転がり玉軸受を固定する軸受固定部材とを備えてなり、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、上記軸受固定部材に固定される外輪と、これら内・外輪間に介在する複数の玉とを有し、これら内・外輪間の軸受空間の軸方向両端が開放されており、上記軸受固定部材は、グリースポケットを有し、該グリースポケットと上記軸受空間とが繋がっており、上記外輪は、上記軸受固定部材と上記外輪の幅面との軸方向隙間に配置されたゴム部材を介して該軸受固定部材に固定されていることを特徴とする。
【００１０】
上記軸受固定部材が、鏡蓋および端蓋から選ばれる少なくとも１つであり、上記ゴム部材が、上記外輪の幅面と上記鏡蓋との軸方向隙間、および、上記外輪の幅面と上記端蓋との軸方向隙間から選ばれる少なくとも一方に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
上記ゴム部材が、上記外輪に固定されていることを特徴とする。また、上記外輪および上記ゴム部材の固定部において、両部材が相補的に嵌合可能な形状を有することを特徴とする。
【００１２】
上記外輪および上記ゴム部材における、上記グリースポケットから上記軸受空間までの基油経路を構成する面に、撥油性被膜を有することを特徴とする。また、上記ゴム部材が、シリコーンゴムからなる部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の主電動機用主軸の支持構造は、主軸の固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いており、自由側を支持する第２の転がり玉軸受の内・外輪間の軸受空間の軸方向両端が開放され、この外輪を固定する軸受固定部材がグリースポケットを有して該グリースポケットと軸受空間とが繋がっている構成において、上記の第２の転がり玉軸受の外輪が、軸受固定部材と該外輪の幅面との軸方向隙間に配置されたゴム部材を介して該軸受固定部材に固定されているので、軸受内部とグリースポケットとが隙間なく連続した構造となり、グリースポケット内のグリース基油を効率よく軸受内部へ供給でき、軸受の潤滑性能を長期間維持できる。
【００１４】
軸受固定部材が、鏡蓋および端蓋から選ばれる少なくとも１つであり、ゴム部材が、外輪の幅面と鏡蓋との軸方向隙間、および、外輪の幅面と端蓋との軸方向隙間から選ばれる少なくとも一方に配置されているので、既存の製品構成を変更せずに、ゴム部材を追加するのみで容易に上記効果が得られる。
【００１５】
ゴム部材が、外輪に固定されているので、脱落を防止でき、組み込み性にも優れる。また、ゴム部材がシリコーンゴムからなる部材であるので、弾性率が小さく、主軸の膨張・収縮によってゴム部材が圧縮された場合でも、軸受には過剰な負荷は生じない。また、線膨張係数が大きいため、主軸の温度変化による膨張・収縮が生じても、常に軸受内部とグリースポケットとを連続させた形状にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の支持構造を有する鉄道車両主電動機の構成を示す図である。
【図２】自由側である第２軸受装置の構成の一例を示す図である。
【図３】図２におけるゴム部材の拡大斜視図である。
【図４】自由側である第２軸受装置の構成の他の例を示す図である。
【図５】図４におけるゴム部材周囲の拡大図である。
【図６】従来の支持構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の主電動機用主軸の支持構造を適用する鉄道車両の主電動機について図１に基づいて説明する。図１は、主電動機１７の構成を示す図である。図１に示すように、主電動機１７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１８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１６が貫通するように固定されている。主電動機１７において、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で、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１６を介して外部に取り出される。
【００１８】
主電動機１７は、主軸１６をその外周面１６ａ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第１軸受装置１４および第２軸受装置１５をさらに備えている。第１軸受装置１４は、主軸１６の固定側を支持する第１の転がり玉軸受１’を備えており、第２軸受装置１５は、主軸１６の自由側を支持する第２の転がり玉軸受１を備えている。
【００１９】
図２は、自由側である第２軸受装置１５の構成の一例を示す図である。図２に示すように、第２軸受装置１５は、第２の転がり玉軸受１と、鏡蓋７と、端蓋８と、油切り９と、ストッパ１０とを備えている。第２の転がり玉軸受１は、深溝玉軸受であり、外周面に内輪転走面を有する内輪２と、内周面に外輪転走面を有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面と外輪転走面との間に複数個の転動体である玉４が配置されている。玉４は、保持器５により周方向等間隔に保持されている。第２の転がり玉軸受１は、ストッパ１０と油切り９とにより挟まれ、かつ内輪２の内径面が主軸１６の外周面に接触するように配置されている。ここで、鏡蓋７と端蓋８が、外輪３を固定する軸受固定部材である。
【００２０】
図２に示すように、第２の転がり玉軸受１の外輪３は、軸受固定部材である鏡蓋７と端蓋８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３の外径面と、鏡蓋７の該軸受との嵌合面との間に僅かな隙間が形成されている。この隙間に変位許容部材１９が配置され、外輪３が鏡蓋７に対して相対的に変位する（滑る）ことを許容している。この変位許容部材１９としては、例えば樹脂製滑り軸受などの任意の摺動部材が採用できる。
【００２１】
また、主電動機用軸受となる第２の転がり玉軸受１において、潤滑機能を長期間維持できるよう、軸受幅面側のハウジング部品である鏡蓋７と端蓋８にグリースを封入・保持するグリースポケット１１が形成されている。第２の転がり玉軸受１は、内・外輪間の軸受空間の軸方向両端が開放されている。このため、各グリースポケット１１に封入されたグリースからは離油した基油が流れ出し、これが軸方向開放部から軸受内部に供給されて潤滑性能を維持できる。この供給を円滑とするために、各グリースポケット１１は、大きな段差などなく、軸受空間に繋がった構造を有している。なお、第２の転がり玉軸受の潤滑に用いられる基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。
【００２２】
ここで、自由側である第２軸受装置１５では、主軸１６の軸方向への膨張に対応するため、第２の転がり玉軸受１の外輪３の幅面と端蓋８の間、および、外輪３の幅面と鏡蓋７との間に、軸方向の隙間が形成されている。本発明の支持構造では、この隙間にゴム部材６を配置して、外輪３をゴム部材６を介して各軸受固定部材（鏡蓋７、端蓋８）に固定していることに特徴を有する。なお、図２に示す形態では、軸方向両側の軸方向隙間にゴム部材６を配置しているが、支持構造の構成によってはいずれか一方にのみ設ける形態としてもよい。
【００２３】
上記した軸方向の隙間がそのままであると、グリースポケット１１のグリースから離油した基油が、該隙間に流れ、第２の転がり玉軸受１の軸受内部に供給されにくくなる。これに対して、本発明では、上記の隙間にゴム部材６を配置しているため、ゴム部材６が主軸１６の膨張・収縮に応じて弾性変形し、この隙間を密に埋め続け、基油の該隙間への流出を防止できる。この結果、第２の転がり玉軸受１の軸受内部とグリースポケット１１とが連続した形状となり、グリースポケット１１のグリースの基油を効率よく軸受内部へ供給させることができ、軸受の潤滑性能を長期間維持できる。
【００２４】
図２におけるゴム部材の拡大斜視図を図３に示す。図３に示すように、このゴム部材６は、外輪の幅面の幅と同程度の径方向厚みを有する円環形状である。グリースポケットから軸受内部までの基油の経路において障害とならないように、内径部が外輪の幅面より径方向内側に突出しない形状とすることが好ましい。また、軸方向厚みは、外輪の幅面と軸受固定部材との軸方向隙間幅、主軸の膨張・収縮幅、ゴム部材の材質などに応じて適宜設定できる。
【００２５】
ゴム部材のゴム材料としては、シリコーンゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、アクリルゴムなどを採用できるが、以下の理由からシリコーンゴムを採用することが好ましい。シリコーンゴムは、耐熱性や耐寒性に優れるため、鉄道車両が種々の環境で使用される場合でも対応できる。また、弾性率が１０５〜６Ｎ／ｍ２と小さいため、主軸の膨張・収縮によってゴム部材が圧縮された場合でも、軸受には過剰な負荷は生じない。さらに、線膨張係数に着目すると、鉄（主軸など）：１２．１×１０−６／Ｋであるのに対し、シリコーンゴム：２５０〜４００×１０−６／Ｋであり、大きい値となっている。このため、主軸の温度変化による膨張・収縮が生じても、常に安定して軸受内部とグリースポケットを連続させた形状にすることができる。
【００２６】
シリコーンゴムは、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ結合）を有する高重合度のポリオルガノシロキサン類であって、室温においてゴム状弾性を有するものであればよい。シリコーンゴムとしては、ミラブル型シリコーンゴム、液状シリコーンゴムのいずれも使用できる。また、液状シリコーンゴムとしては、付加型液状シリコーンゴム、縮合型液状シリコーンゴムのいずれも使用できる。また、ジメチル系シリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニル系シリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルビニル系シリコーンゴム（ＰＶＭＱ）、メチルフルオロアルキル系シリコーンゴム（ＦＶＭＱ）のいずれも使用できる。
【００２７】
シリコーンゴムには、機械強度、耐油性の改善、硬度の調整、耐熱性の向上、その他の目的で、酸化鉄、酸化チタン、セリウム系化合物、マンガン系化合物、ニッケル系化合物、タングステン系化合物、アルミナ、タルク、クレイ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、珪酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、合成ゼオライト、カーボンブラック、ガラス粉、ハイドロタルサイトなどの公知の充填剤を適宜添加できる。
【００２８】
シリコーンゴムを材料としたゴム部材の成形は、ミラブル型シリコーンゴムを用いる場合では、各材料を、バンバリーミキサー、ニーダー、オープンロールなど通常のゴム用混練機を用いて混練し、通常の有機ゴムと同様に、加熱圧縮成形や射出成形で上述の円環形状などに成形する。また、液状シリコーンゴムを用いる場合は、注入成形、液状射出成形などを採用できる。
【００２９】
他の形態のゴム部材を用いる例を図４および図５に示す。図４は自由側である第２軸受装置１５の構成の他の例を示す図であり、図５は図４におけるゴム部材周囲の拡大図である。図４に示すように、第２軸受装置１５は、ゴム部材６と外輪３の一部構成を除いて図２の形態と同様の構成であり、第２の転がり玉軸受１と、鏡蓋７と、端蓋８と、油切り９と、ストッパ１０と、変位許容部材１９とを備えている。この形態のゴム部材６は、外輪３の幅面に固定されている。なお、図４に示す形態では、軸方向両側の軸方向隙間にゴム部材６を配置しているが、構成によってはいずれか一方にのみ設ける形態としてもよい。
【００３０】
図５に示すように、この形態のゴム部材６は、円環状本体６ａと鍔部６ｂとを有し、鍔部６ｂの外輪側の面に突起部６ｃを有している。これに対して、外輪３は、突起部６ｃと相補的な凹部３ｃを内径面３ｂに有する。ゴム部材６は、鍔部６ｂが外輪３の内径面３ｂに組み合わされ、かつ、突起部６ｃが凹部３ｃに嵌合することで、外輪３の幅面３ａから内径面３ｂまでの範囲に装着されている。これにより、ゴム部材６が外輪３から脱落することを防止でき、組み込みなども容易となる。なお、この形態におけるゴム部材の材料などについては、上記の図２に示す形態の場合と同様である。
【００３１】
また、図２や図５の形態において、外輪３およびゴム部材６における、グリースポケットから第２の転がり玉軸受の軸受空間までの基油経路を構成する面に、撥油性被膜を設けることが好ましい。この構成により、グリースポケットから離油した基油が、積極的に軸受内部へ供給される。具体的な形成箇所としては、例えば、図５に示す形態において、外輪３の内径面３ｂと幅面３ａ、ゴム部材６の全面である。
【００３２】
撥油性被膜は、シリコーン系やフッ素系の撥油剤を用いて形成された被膜である。例えば、シロキサンなどのシリコーン系撥油剤からなる被膜、または、フルオロアルキルシランを用いて形成される被膜などが挙げられる。特に、シリコーンゴム製のゴム部材を用いる場合には、シリコーン系撥油剤を用いることが好ましい。ゴム部材や外輪表面への撥油性被膜の形成は、部材自体を撥油剤を分散させた液中に浸漬した後、その後乾燥させることや、各部材において必要部位にのみ塗布して乾燥させることで形成できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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、この軸受の固定部材にグリースポケットを有する構成において、グリースポケット内のグリース基油を効率よく軸受内部へ供給させ、軸受の潤滑性能を長期間維持できるので、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】
【００３４】
１  第２の転がり玉軸受（自由側）
１’  第１の転がり玉軸受（固定側）
２  内輪
３  外輪
４  玉
５  保持器
６  ゴム部材
７  鏡蓋
８  端蓋
９  油切り
１０  ストッパ
１１  グリースポケット
１２  固定子
１３  回転子
１４  第１軸受装置
１５  第２軸受装置
１６  主軸
１７  主電動機
１８  フレーム
【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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