(57)【要約】【課題】水や異物を積極的に排出する。【解決手段】鉄道車両車軸用軸受装置は、車軸20に固定する内輪12と、軸箱30に固定する外輪14と、内輪12と外輪14との間に介在させた転動体16と、転動体16を所定間隔に保持する保持器18と、車軸20の肩面20aと内輪12との間に配置した回転部材24と、軸箱30に固定した静止部材32とを具備し、回転部材24の外周に設けた環状突条24aと静止部材32の内周に設けた環状溝34とでラビリンスシールを形成させ、環状突条24cに少なくとも１の突起24dを形成し、かつ、環状溝34に貫通穴36を設けてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸に固定する内輪と、軸箱に固定する外輪と、内輪と外輪との間に介在させた転動体と、転動体を所定間隔に保持する保持器と、車軸の肩面と内輪との間に配置した回転部材と、軸箱に固定した静止部材とを具備し、
前記回転部材の外周に設けた環状突条と前記静止部材の内周に設けた環状溝とでラビリンス部を形成させ、前記環状突条に外径側に突出した突起を設け、かつ、前記環状溝に貫通穴を設けた鉄道車両車軸用軸受装置。
【請求項２】
車軸の回転に伴い、前記突起でラビリンス部にある異物を掻き出し、前記貫通穴から外部へ強制的に排出することを特徴とする請求項１の鉄道車両車軸用軸受装置。
【請求項３】
前記突起の先端に弾性変形可能なリップを付加した請求項１の鉄道車両車軸用軸受装置。
【請求項４】
前記突起は歯車形状である請求項１の鉄道車両車軸用軸受装置。
【請求項５】
前記貫通穴は軸受装置下部に配置した請求項１の鉄道車両車軸用軸受装置。
【請求項６】
前記貫通穴の断面積は軸受内部側より外部側が小さい請求項１の鉄道車両車軸用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は鉄道車両車軸用軸受装置すなわち鉄道車両の車軸を支持するための軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両車軸用軸受装置では、特許文献１に見られるように、内輪端に連設したつば輪の外周面にラビリンス溝を設け、外輪端に外筒金具を突設して非接触式オイルシール機構を形成させた構造が一般的である。つば輪と外筒金具との間に形成されるすきまを複雑な流路とすることで、拡大縮小抵抗、粘性摩擦抵抗などを利用して流体すなわち軸受内部に封入された潤滑剤の流出、外部からの異物の侵入を抑制する機構である。このようなラビリンスシールは非接触構造であるためシール部の発熱・摩耗による損傷がない。
【特許文献１】実開平５−３２２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の鉄道車両車軸用軸受装置に用いられるラビリンスシールは、周方向に走る溝を複数設け、溝と溝間にできる凹凸によってすきまを複雑にすることで、水や異物が容易に進入できないようにしている。しかし、様々なラビリンスシール形状が知られているが、広・狭の繰返しからなるすきま構造をシビアに管理する必要があるので、ラビリンスシールを軸受に付設するシールで構成することは難しい。
【０００４】
さらに、ラビリンスシールでは基本的に軸受装置内部と外気が連通しているため、鉄道車両車軸用軸受装置に適用した場合、豪雨時や、鉄道車両の停止時、低速時には確実な密封効果は得られず、軸受内部に封入された潤滑剤の流出、外部からの異物の侵入を招くおそれがある。すなわち、多少の異物侵入は避けられない状況である。また、複雑なすきまを有しているため、一度水や異物がすきま内に侵入したら、そのまま内部にとどまることが考えられる。とくに、雨天が多く、降水量が多い地域や豪雪地域では、軸受内部への侵入が懸念されている。
一方、近年、鉄道車両の高速化が進んでおり、接触式シールではシールリップとシール面との摺動による発熱が懸念される。
【０００５】
この発明の目的は、上述の問題点を除去して、鉄道車両車軸用軸受装置のシール性を一層高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、回転する後蓋の外周にラビリンスシール構造を設けるとともに、このラビリンスシール部に進入した水などの異物を掻き出して排出を促すことによりラビリンスシール部に異物がとどまることを防ぐようにしたものである。
【０００７】
すなわち、この発明の鉄道車両車軸用軸受装置は、車軸に固定する内輪と、軸箱に固定する外輪と、内輪と外輪との間に介在させた転動体と、転動体を所定間隔に保持する保持器と、車軸の肩面と内輪との間に配置した回転部材と、軸箱に固定した静止部材とを具備し、前記回転部材の外周に設けた環状突条と前記静止部材の内周に設けた環状溝とでラビリンス部を形成させ、前記環状突条に外径側に突出した突起を設け、かつ、前記環状溝に貫通穴を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、静止部材にはたとえば軸箱に固定した金属環が該当し、回転部材にはたとえば車軸に固定した後蓋が該当する。
回転部材は車軸と共に回転する部材であるため、その回転に伴って突起が静止部材の環状溝内を円周方向に移動し、その結果、ラビリンス部に進入した水その他の異物を掻き出し、貫通穴から外部へ強制的に排出する。突起をもった回転部材が回転すると、遠心力の作用で動圧が発生し、突起の外周側の圧力が高まる。したがって、ラビリンス部に存在する異物を排出するとともに、外部からの進入を阻む作用が得られる。
【０００９】
突起の数や配置は任意であるが、回転バランスを考慮に入れた設定とするのが望ましい。突起の形状も任意であるが、一例として、歯車形状を挙げることができる。突起は、回転に伴ってラビリンス部に存在する異物を掻き出すというその作用を発揮させるうえからは、環状突条から外径側に突出したもののほか、環状突条の側壁から軸方向に突出したものであってもよい。
【００１０】
突起の先端に弾性変形可能なリップを付加することにより、異物を掻き出して積極的に排出する作用を助長することができる。そのような作用をするリップとしては、ゴムやプラスチックといった弾性材料でできたものが好ましい。
【００１１】
貫通穴は単数または複数設ける。貫通穴の配置については、ラビリンス部に存在する異物を排出するというその作用を存分に発揮させるうえからは軸受装置の下部に配置するのが望ましい。時計表示で表現するならば、６時付近に設けるほか、４時付近から７時付近にかけての領域に複数設けてもよい。
貫通穴の排出作用は貫通穴が環状溝の内側と外側を連通させることによって発揮するものであるから、そのような作用が得られる限り貫通穴の向きは問わない。つまり、回転部材の半径方向、軸方向、あるいは斜めであってもよい。貫通穴の断面積は内側よりも外側を小さくすることにより排出が促進される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、オイルシールによる接触式シールに加えて、ラビリンスシールによる非接触シールを併用することにより、シール効果が向上する。しかも、ラビリンス部に進入した異物を遠心力およびくさび作用により積極的に掻き出すことが可能である。
遠心力が作用すると後蓋の周囲にある異物や水は突起に沿って外径側へ移動し、突起部が貫通穴を通過するときには貫通穴へ押し込まれ、そうして外部へ排出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
図１に、複列円すいころ軸受を用いた鉄道車両車軸軸受装置の縦断面を示す。複列円すいころ軸受（以下では単に軸受ともいう）１０は、一対の内輪１２と、外輪１４と、複数の転動体１６と、一対の保持器１８を主要な構成要素としている。
【００１４】
内輪１２は外周に軌道を有する単列内輪を一対で使用し、軸方向に隣接した状態で二点鎖線で示す車軸２０に嵌合させるようになっている。
外輪１４は内周に２列の軌道をもった複列外輪で、軸受箱に取り付けるようになっている。
転動体１６はここでは円すいころで、内輪１２の軌道と外輪１４の軌道との間に転動自在に介在させてある。
保持器１８は円周方向に所定間隔で形成したポケット内に転動体１６を収容することによって転動体１６を円周方向に所定間隔に保持する。
【００１５】
軸受１０の両端開口部にシールケース２６とオイルシール２８とからなるシール装置が配置してあり、オイルシール２８で密封された軸受１０の内部にグリースが封入される。シールケース２６は段付き円筒形状で、大径端部を外輪１４の両端内周面に嵌合させてある。オイルシール２８はシールケース２６の中径段部に保持させてある。オイルシール２８は周知のシールリップを有する接触タイプである。オイルシール２８のシールリップは回転部材に形成したシール面に弾性的に接触させる。ここでは、油切り２２と後蓋２４が回転部材に該当し、油切り２２にはシール面２２ａが、後蓋２４にはシール面２４ａが設けてある。
【００１６】
また、シールケース２６と油切り２２との間およびシールケース２６と後蓋２４との間にはラビリンスシールが形成されている。ラビリンスシールは、回転部と静止部との間に曲がった通路を作り、漏れを少なくするものと定義される（JIS B 0119）。油切り２２側では、シールケース２６の小径端部の内周面と油切り２２の外周面との間に微小すきまを形成している。後蓋２４側では、シールケース２６の小径端部を後蓋２４の側壁に形成した環状溝２４ｂに進入させて両者間に微小すきまを形成している。
【００１７】
図１は軸受１０を車軸２０に組み込んだ状態で、一対の内輪１２の軸方向両側に油切り２２と後蓋２４が配置してある。後蓋２４を車軸２０の肩面２０ａに当て、車軸２０の軸端のおねじ部２０ｂにナット（図示せず）を締め付けることにより、軸受１０を車軸２０上に固定する。なお、ナットに代えて、前蓋と呼ばれる部品を車軸２０の端面にボルトを用いて固定する場合もある。図１では現れていないが、後蓋２４よりも車軸中央寄りに車輪が固定される。後蓋２４がある部分は外部に露出し、水や塵埃がかかりやすい環境にある。
【００１８】
軸箱３０には金属環３２が取り付けてある。金属環３２は後蓋２４と対応する軸方向位置を占め、両者間にラビリンス部を形成する。すなわち、後蓋２４の外周には複数の環状突条２４ｃが形成してあり、金属環３２の内周には複数の環状溝３４が形成してある。そして、後蓋２４の環状突条２４ｃを金属環３２の環状溝３４に部分的に進入させた配置とすることにより、広狭の環状すきまが軸方向に交互に現れるいわゆるラビリンスが形成される。図２に示すように、取付けを考慮して金属環３２は二つ割りなどの分割タイプとし、ボルトで固定するのが好ましい。なお、図１および図２から分かるように、金属環３２の上半体と軸箱３０をインローで嵌め合わせることにより軸方向および半径方向の位置決めがしてある。
【００１９】
なお、環状突条といい環状溝というも、いずれも角ねじ類似の縦断面形状を呈する。そして、隣り合った環状突条の間は環状溝となり、同様に、隣り合った環状溝の間は環状突条となる。これらの環状溝／突条の段数は軸受装置の幅により任意に設定が可能である。
【００２０】
図３に示すように、後蓋２４の環状突条２４ｃには突起２４ｄが設けてある。同図は３つの突起２４ｄを設けた例であるが、突起２４ｄの数は任意であり、回転時のバランスと排出効率を考慮してさらに多数設けてもよい。なお、図３は、回転バランスを考慮してＡ断面における突起２４ｄとＢ断面における突起２４ｄの位相を変えた例を示している。
突起２４ｄの形状は図４に示すように歯車形状としてもよい。この場合、歯数は製造性、掻き出し効果を考慮して任意に設定することができる。
【００２１】
回転方向が一定の場合は、図５に示すように、回転方向に対して排出効果を高めた形状を採用することも有効である。図示するように突起２４ｄに斜面を持たせることで、突起２４ｄが貫通穴３６を通過する際、突起２４ｄ付近に随伴する異物や水を斜面によって外側へ押し出す作用が働き、外径側に位置する突起２４ｄの先端部の雰囲気は圧縮された状態にあるため、それらの異物や水が貫通穴３６に近づくとその貫通穴３６に引き込まれる。突起２４ｄの斜面と金属管３２の内周面とで形成されるくざび状空間の先端にいくほど圧力が高まるため、そこへ貫通穴３６のような空間が広がると水はたちまちそちら側へ移動する。
【００２２】
多量に水が浸入するような環境では、突起２４ｄの先端にリップを設けるなどして排出効率を上げることが望ましい。ゴムやプラスチック等の弾性材料でできた弾性変形可能なリップとし、金属環の環状溝に弾性的に接触させるようにしてもよい。
【００２３】
金属管３２の環状溝３４の間の環状突条は、外部からの進入に対して有効な断面形状をとることができる。具体的には、丸（図６（Ａ））、三角（図６（Ｂ））などが挙げられるが、これら以外の任意の形状を採用することも可能である。
【００２４】
隣り合った環状突条３４の間は環状溝となるが、その環状溝の下部に貫通穴３６が設けてある。図１では時計表示の６時の位置の貫通穴３６が現れている。後蓋２４が回転することで突起２４ｄの先端部がすきま内の水などを掻き出し、下部の貫通穴３６から外部へ排出する機構である。貫通穴３６は必要に応じて単数または複数設けることができる 。図７は、時計表示の４時から７時にかけて５分間隔で貫通穴３６を配置した例である。
【００２５】
貫通穴３６の断面積は、軸受内部側よりも外気側を小さくすることで、内部から外部への排出が促進される。すなわち、（軸受内圧）×（貫通穴の軸受内部側断面積）＞（大気圧）×（貫通穴の外気側断面積）の関係となるように設定することにより、軸受内部側の圧力が低い場合でも、貫通穴３６から水などが排出されやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】鉄道車両車軸用軸受装置の縦断面図である。
【図２】図１のII矢視図である。
【図３】（Ａ）は図１のＡ‐Ａ断面図、（Ｂ）は図１のＢ‐Ｂ断面図である。
【図４】（Ａ）は図１の後蓋の変形態様を示す部分図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ‐Ｂ断面図である。
【図５】後蓋の別の変形態様を示す図４（Ｂ）と類似の断面図である。
【図６】（Ａ）（Ｂ）は金属環の別の実施例を示す図４（Ａ）と類似の断面図である。
【図７】金属環の正面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  軸受
１２  内輪
１４  外輪
１６  ころ
１８  保持器
２０  車軸
２０ａ  肩面
２０ｂ  おねじ部
２２  油切り
２４  後蓋
２４ａ  シール面
２４ｂ  環状溝
２４ｃ  環状突条
２４ｄ  突起
２６  シールケース
２８  オイルシール
３０  軸箱
３２  金属環
３４  環状溝
３６  貫通穴
【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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