(57)【要約】【課題】車両の車軸を回転自在に支持するのに使用されたとしても、グリースの寿命が長くて、長期に亘って損傷を起こしにくい複列円錐ころ軸受を提供すること。【解決手段】第１円錐ころ１０の軸方向の第２円錐ころ１１側とは反対側に位置する第１非拡散領域６０の容積と第２円錐ころ１１の軸方向の第１円錐ころ１０側とは反対側に位置する第２非拡散領域６１の容積とのうちで小さい方の容積以内で、かつ、軸方向において第１円錐ころ１０と第２円錐ころ１１との間に位置する第３非拡散領域６２の４０％以内の容積のグリースを、外輪８、第１および第２内輪６,７、第１密封装置５０および第２密封装置５１で囲まれたグリース封入領域に封入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、
内輪と、
上記外輪と上記内輪との間に配置されると共に、上記外輪の軸方向に互いに間隔をおいて位置する第１円錐ころおよび第２円錐ころと、
上記第１円錐ころが収容されるポケットを有する環状の第１保持器および上記第２円錐ころが収容されるポケットを有する環状の第２保持器と、
上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間の上記軸方向の一方の側の開口を密封する第１密封装置および上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間の上記軸方向の他方の側の開口を密封する第２密封装置と
を備え、
上記外輪、上記内輪、上記第１密封装置および上記第２密封装置で囲まれた第１領域において、その第１領域から、上記第１円錐ころ、上記第２円錐ころ、上記第１保持器および上記第２保持器が通過する第２領域と、その第２領域の径方向の内方に位置する第３領域とを除いた領域を非拡散領域とするとき、
上記非拡散領域において、上記第１円錐ころの上記軸方向の上記第２円錐ころ側とは反対側に位置する部分の容積と、上記第２円錐ころの上記軸方向の上記第１円錐ころ側とは反対側に位置する部分の容積とのうちで小さい方の容積以内で、かつ、上記非拡散領域において、上記軸方向において上記第１円錐ころと上記第２円錐ころとの間に位置する部分の容積の４０％以下の容積のグリースが、上記第１領域に封入されていることを特徴とする複列円錐ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複列円錐ころ軸受に関する。特に、本発明は、鉄道車両、特に、新幹線の車両の車軸を回転自在に支持するのに使用されれば好ましい複列円錐ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道の車両の車軸を回転自在に支持する複列円錐ころ軸受としては、特開平７−３０１２４４号公報（特許文献１）に記載されているものがある。
【０００３】
この複列円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、上記外輪と上記内輪との間に軸方向に２列に配置された複数の円錐ころとを有する。
【０００４】
上記外輪と上記内輪との間の軸方向の一方の側の開口と、他方の側の開口とは、各側に一つずつ配置された密封装置によって、密封されている。
【特許文献１】特開平７−３０１２４４号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、上記鉄道の車輌の車軸を回転自在に支持する複列円錐ころ軸受において、グリースが所定の寿命よりも速く劣化し易いことを見出した。更に、グリースの劣化に基づいて、軸受の損傷が発生している場合が、あることも発見した。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、車両の車軸を回転自在に支持するのに使用されたとしても、グリースの寿命が長くて、長期に亘って損傷を起こしにくい複列円錐ころ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の複列円錐ころ軸受は、
外輪と、
内輪と、
上記外輪と上記内輪との間に配置されると共に、上記外輪の軸方向に互いに間隔をおいて位置する第１円錐ころおよび第２円錐ころと、
上記第１円錐ころが収容されるポケットを有する環状の第１保持器および上記第２円錐ころが収容されるポケットを有する環状の第２保持器と、
上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間の上記軸方向の一方の側の開口を密封する第１密封装置および上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間の上記軸方向の他方の側の開口を密封する第２密封装置と
を備え、
上記外輪、上記内輪、上記第１密封装置および上記第２密封装置で囲まれた第１領域において、その第１領域から、上記第１円錐ころ、上記第２円錐ころ、上記第１保持器および上記第２保持器が通過する第２領域と、その第２領域の径方向の内方に位置する第３領域とを除いた領域を非拡散領域とするとき、
上記非拡散領域において、上記第１円錐ころの上記軸方向の上記第２円錐ころ側とは反対側に位置する部分の容積と、上記第２円錐ころの上記軸方向の上記第１円錐ころ側とは反対側に位置する部分の容積とのうちで小さい方の容積以内で、かつ、上記非拡散領域において、上記軸方向において上記第１円錐ころと上記第２円錐ころとの間に位置する部分の容積の４０％以下の容積のグリースが、上記第１領域に封入されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明者は、上記グリースの劣化の問題の原因を調査するため、試験装置において、試験装置の回転軸と、試験装置のハウジングとの間に、複列円錐ころ軸受装置を設置した後で、回転軸の回転速度を２０００ｒ／ｍｉｎを越える高速で回転させて、複列円錐ころ軸受装置内のグリースの時間的な変遷を調査した。
【０００９】
その結果、上記グリースの劣化の原因となる以下の現象およびグリースの劣化の発生原因を発見した。
【００１０】
すなわち、複列円錐ころ軸受が、新幹線の車軸に設置される場合等、大きな振動が発生し易い環境下に設置される場合においては、複列円錐ころ軸受（以下、単に、軸受という）内のグリースの殆ど全てが、ある一定時間の間、軸受の軸方向の一方の軸方向の外方に移動する現象が発生することがある。このとき、軸方向の一方の外方の非拡散領域（正確にいうと、第１円錐ころまたは第２円錐ころの軸方向の外方に位置する非拡散領域の部分）に入り切らなかったグリースが、保持器や円錐ころで拡散されて温度上昇し、グリースの劣化の原因になっていることを発見した。
【００１１】
すなわち、従来、車両の車軸に設定される複列円錐ころ軸受においては、車軸の回転速度が高速であることから、軸受の焼付きを防止するため、軸受内には、略グリース封入領域を満たす量のグリースが封入されている。このことから、余剰のグリースが攪拌されて高温になって、グリースの劣化が起こり易くなっていることを発見した。
【００１２】
すなわち、発明者は、複列円錐ころ軸受のグリース封入領域において、上記第１円錐ころの上記軸方向の上記第２円錐ころ側とは反対側に位置する領域から、保持器が通過する領域および保持器が通過する領域の径方向の内方に位置する領域を除いた領域を第１非拡散領域と定義し、複列円錐ころ軸受のグリース封入領域において、上記第２円錐ころの上記軸方向の上記第１円錐ころ側とは反対側に位置する領域から、保持器が通過する領域および保持器が通過する領域の径方向の内方に位置する領域を除いた領域を第２非拡散領域と定義したとき、封入されるグリースの量が、第１非拡散領域と第２非拡散領域のうちで容積が小さい方の領域よりも大きければ、上記拡散の問題が発生して、グリースの劣化が起こり易いことを見出した。
【００１３】
また、本発明者は、複列円錐ころ軸受のグリース封入領域において、上記軸方向において上記第１円錐ころと上記第２円錐ころとの間に位置する領域から保持器が通過する領域および保持器が通過する領域の径方向の内方に位置する領域を除いた領域を、第３非拡散領域と定義したとき、封入されるグリースの量が、上記第３非拡散領域の４０％よりも大きい場合に、グリースの攪拌が大きくてグリースの温度上昇が大きくてグリースが劣化し易い一方、封入されるグリースの量が、上記第３非拡散領域の４０％以下である場合に、グリースの攪拌が抑制されて、グリースの温度上昇が抑制されて、グリースの劣化を抑制できることを発見した。
【００１４】
本発明によれば、上記外輪、上記内輪、上記第１密封装置および上記第２密封装置で囲まれた第１領域に封入されているグリースの量が、上記第１非拡散領域の容積と上記第２非拡散領域の容積とのうちで小さい方の容積以内で、かつ、上記第３非拡散領域の４０％以内であるから、グリースの攪拌を抑制できて、グリースの温度上昇を抑制できて、グリースの劣化を抑制できる。したがって、複列円錐ころ軸受のグリースの寿命を長くすることができて、軌道輪や円錐ころの焼付きを抑制できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の複列円錐こと軸受装置によれば、グリースの劣化を抑制できて、複列円錐ころ軸受のグリースの寿命を長くすることができ、軌道輪や円錐ころの焼付きを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態の複列円錐ころ軸受の軸方向の模式断面図である。
【００１８】
この複列円錐ころ軸受は、鉄道車両の車軸１を回転自在に支持している。
【００１９】
この複列円錐ころ軸受は、第１内輪６、第２内輪７、外輪８、転動体としての複数の第１円錐ころ１０、転動体としての複数の第２円錐ころ１１、環状の後蓋３、環状の油切り４、筒状の第１シールケース３７、筒状の第２シールケース３８、第１シール部材４８、および、第２シール部材４９を備える。上記第１内輪６と第２内輪７とは、複合内輪を構成している。また、上記第１シールケース３７、第１シール部材４８および油切り４は、第１密封装置５０を構成する一方、第２シールケース３８、第２シール部材４９および後蓋３は、第２密封装置５１を構成している。
【００２０】
上記車軸１は、円筒外周面部１４と、拡径外周面部１７とを有し、上記拡径外周面部１７は、円筒外周面部１４につながっている。上記拡径外周面部１７は、軸方向に円筒外周面部１４から離れるにしたがって、外径が大きくなっている。上記拡径外周面部１７は、軸方向の断面において、略放物線状の形状を有している。
【００２１】
上記第１内輪６は、外周に円錐軌道面２１を有すると共に、第２内輪７は、外周に円錐軌道面２２を有している。上記第１内輪６と第２内輪７とは、同一であり、第１内輪６の円錐軌道面２１の小径側の端面は、第２内輪７の円錐軌道面２２の小径側の端面に当接している。
【００２２】
一方、上記外輪８は、互いに軸方向に隣接する第１円錐軌道面３１および第２円錐軌道面３２を有している。上記第１円錐軌道面３１の内径は、第２円錐軌道面３２側にいくにしたがって小さくなり、第２円錐軌道面３２の内径は、第１円錐軌道面３１側にいくにしたがって小さくなっている。
【００２３】
上記複数の第１円錐ころ１０は、第１内輪６の円錐軌道面２１と、外輪８の第１円錐軌道面３１との間に、第１保持器４１に保持された状態で、周方向に所定の間隔を隔てられて配置されている。また、上記複数の第２円錐ころ１１は、第２内輪７の第１円錐軌道面２２と、外輪８の第２円錐軌道面３２との間に、第２保持器４２に保持された状態で、周方向に所定の間隔を隔てられて配置されている。
【００２４】
上記後蓋３は、車軸１の拡径外周面部１７に対応する形状を有する拡径内周面部４４を有している。上記後蓋３の拡径内周面部４４が、車軸１の拡径外周面部１７に嵌り込むことにより、後蓋３が、車軸１の所定位置に固定されるようになっている。上記後蓋３の車軸１の第２内輪７側の端面は、第２内輪７の軸方向の後蓋３側の端面と当接している。
【００２５】
上記油切り４は、環状部材であり、軸方向において第１内輪６の後蓋３側とは反対側に位置している。油切り４の軸方向の一方の側の端面は、第１内輪６の第２内輪７側とは反対側の端面に当接している。油切り４は、車軸２の端部にネジで固定された前蓋（図示せず）によって、後蓋３側に力を付与されている。上記車軸１に対して位置決めされた前蓋および後蓋３で、第１および第２内輪６,７と油切り４とを挟み込むことにより、第１および第２内輪６,７と油切り４とを軸方向に位置決めしている。
【００２６】
上記筒状の第１シールケース３７は、外輪７の軸方向の一端部の内周面に取り付けられ、筒状の第２シールケース３８は、外輪７の軸方向の他端部の内周面に取り付けられている。また、上記第１シール部材４８は、第１シールケース３７と、油切り４との間を密封し、第２シール部材４９は、第２シールケース３８と、後蓋３との間を密封している。
【００２７】
図１に示すように、上記後蓋３の第２内輪７側の端面には、周方向に延在するＯリング溝が形成され、Ｏリング５６が、そのＯリング溝に配置されている。上記Ｏリング５６は、摩耗粉等の外部の異物が複列円錐ころ軸受の内部のグリースに混入することを防止し、また、複列円錐ころ軸受の内部のグリースが外部に漏洩することを防止している。
【００２８】
図１に示すように、車軸１において油切り４の軸方向の第１内輪６側とは反対側に位置する部分の外径は、円筒外周面部１４の外径よりも小さくなっている。このようにして、後蓋３、第１および第２内輪６,７および油切り４を軸方向に圧入する際に、後蓋３、第１および第２内輪６,７および油切り４が、車軸１において油切り４の軸方向の第１内輪６側とは反対側に位置する部分に接触しないようにして、圧入を行い易くし、かつ、各部材に傷が付くことを抑制している。
【００２９】
この複列円錐ころ軸受においては、第１非拡散領域、第２非拡散領域および第３非拡散領域を次に定義するとき、グリース封入領域である第１領域（外輪８、内輪６,７、第１密封装置５０、および、第２密封装置５１で囲まれた領域）に、第１非拡散領域６０と第２非拡散領域６１とのうちで小さい方の容積以下で、かつ、第３非拡散領域６２の容積の４０％以下の容積を有するグリースが、封入されている。
【００３０】
ここで、第１非拡散領域は、図１に６０で示す横の点線で示されるハッチング領域、すなわち、複列円錐ころ軸受のグリース封入領域（第１領域）において、第１円錐ころ１０の軸方向の第２円錐ころ１１側とは反対側に位置する領域から、保持器４１が通過する領域および保持器４１が通過する領域の径方向の内方に位置する領域を除いた領域である。
【００３１】
また、第２非拡散領域は、図１に６１で示す横の点線で示されるハッチング領域、すなわち、複列円錐ころ軸受のグリース封入領域において、第２円錐ころ１１の軸方向の第１円錐ころ１０側とは反対側に位置する領域から、保持器４２が通過する領域および保持器４２が通過する領域の径方向の内方に位置する領域を除いた領域である。
【００３２】
また、第３非拡散領域は、図１に６２で示す横の点線で示されるハッチング領域、すなわち、複列円錐ころ軸受のグリース封入領域において、軸方向において第１円錐ころ１０と第２円錐ころ１１との間に位置する領域から保持器４１,４２が通過する領域および保持器４１,４２が通過する領域の径方向の内方に位置する領域を除いた領域である。
【００３３】
以下の表１は、一実験例において、同一の複列円錐ころ軸受において、グリース封入領域に封入するグリースの量を変化させたときに、グリースの温度が、許容できない温度である１２０℃以上上昇したか否かを示すデータである。
【００３４】
尚、試験は、複列円錐ころ軸受が設置される試験装置の回転軸の回転速度を２０００ｒ／ｍｉｎを越える高速で回転させて行った。また、横軸の％は、図１において第３非拡散領域６２に対応する領域の容積に対する封入されたグリースの容積の比を示している。また、表１において、○で示すサンプルは、１２０℃以上の温度上昇を起こさなかったサンプルであり、×で示すサンプルは、１２０℃以上の温度上昇を起こしたサンプルである。また、この試験は、第１非拡散領域と第２非拡散領域のうちで小さい方の容積よりも、第３非拡散領域の４０％の容積の方が小さい複列円錐ころ軸受を使用して行った。
［表１］
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【００３５】
表１のサンプルに代表されるように、グリースの封入量が第３非拡散領域の５０％以上であるとき、複列円錐ころ軸受の仕様によらず如何なる複列円錐ころ軸受の仕様においても、グリースの過度な温度上昇が測定されると共に、複列円錐ころ軸受のトルクが大きくなった。
【００３６】
一方、表１のサンプル２,３,４に代表されるように、グリースの封入量が第３非拡散領域の１０％以上かつ４０％以下であるとき、複列円錐ころ軸受の仕様によらず如何なる複列円錐ころ軸受の仕様においても、グリースの許容できない温度上昇が測定されなかった。しかしながら、グリースの封入量を第３非拡散領域の１０％未満とすると、グリースの量が不足して、潤滑不足による焼付きが起こる。したがって、グリースの封入量が第３非拡散領域の１０％以上かつ４０％以下であるとき、グリースの劣化を抑制できて好ましい。また、グリースの封入量を、第３非拡散領域の２０％以上かつ４０％以下にすると、許容できないグリースの温度上昇を防止できる。
【００３７】
また、本発明者は、更なる試験を行った。そして、本発明者は、第１非拡散領域と第２非拡散領域のうちで小さい方の容積よりも、第３非拡散領域の４０％の容積の方が大きい場合、グリースの封入量を、第３非拡散領域の４０％にしたとしても、グリースの許容できない温度上昇が発生することを確認した。また、この場合、如何なる複列円錐ころ軸受の仕様においても、第１非拡散領域と第２非拡散領域のうちで小さい方の容積よりも、第３非拡散領域の４０％の容積が大きい場合には、グリースの封入量を、第１非拡散領域と第２非拡散領域のうちで小さい方の容積以下にすれば、許容できない温度上昇が起こらないことも確認した。
【００３８】
上記実施形態の複列円錐ころ軸受によれば、外輪８、内輪６,７、第１密封装置５０および第２密封装置５１で囲まれた室内に封入されている第１領域に封入されているグリースの量が、第１円錐ころ１０の軸方向の第２円錐ころ１１側とは反対側に位置する第１非拡散領域６０の容積と第２円錐ころ１１の軸方向の第１円錐ころ１０側とは反対側に位置する第２非拡散領域６１の容積とのうちで小さい方の容積以内で、かつ、軸方向において第１円錐ころ１０と第２円錐ころ１１との間に位置する第３非拡散領域６２の４０％以内であるから、グリースの攪拌を抑制できて、グリースの温度上昇を抑制できて、グリースの劣化を抑制できる。したがって、複列円錐ころ軸受のグリースの寿命を長くすることができて、軌道輪６,７,８や円錐ころ１０,１１の焼付きを抑制できる。
【００３９】
尚、上記実施形態の複列円錐ころ軸受では、第２内輪７の上記端面と後蓋３の上記端面との間をＯリング５６で密封したが、この発明では、内輪と環状部材との間にＯリングが存在しなくても良い。また、この発明の複列円錐ころ軸受では、外輪および内輪の少なくとも一方は、一体型であっても、複数の環状部材からなる複合型であってもどちらでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
３  後蓋
４  油切り
６  第１内輪
７  第２内輪
８  外輪
１０  第１円錐ころ
１１  第２円錐ころ
３７  第１シールケース
３８  第２シールケース
４８  第１シール装置
４９  第２シール装置
５０  第１密封装置
５１  第２密封装置
【図１】
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