JP2005172201A - 密封装置付き軸受 - Google Patents

Abstract

【解決手段】それぞれ外周に軌道2aを有する一対の内輪２と、内周に複列の軌道3aを有する外輪３と、内輪２の軌道2aと外輪３の軌道3aとの間に介在する複列の円すいころ４と、各列の円すいころ４を円周方向で所定間隔に保持する保持器５と、外輪３の両端部に取り付けられた密封装置10とを備えた密封装置付き軸受であって、密封装置10が、外輪３に装着する金属製のシールケース12と、シールケース12に固着し内輪２の大つば2bの外周面に摺接するリップ24を有するシール本体20とで構成され、密封装置10により、軸受回転によって軸受端部に排出されたグリースを軸受内部へ誘導するようにした。
【効果】回転に伴って軸受端部に押し出されたグリースを軸受内部に再供給することによって軸受内封入グリースを有効に活用し、潤滑寿命延伸を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は密封装置を備えた密封装置付き軸受に関するもので、主に鉄道車両車軸用軸受として使用される。

密封装置の役割は、軸受内部へのごみ、水分、異物、摩耗粉などの有害物の侵入を防ぐことと、軸受内部に封入した潤滑剤が洩れないようにすることである。従来、密封型軸受では軸受回転に伴い軸受端部へ排出されたグリースは再び軸受内部に戻ることなく、したがって潤滑に寄与せず、主に複列外輪の中央部から供給されるベースオイルにより潤滑性能を確保している。
特開平１１−３５１２６６号公報（図５）

近年、軸受の高速化およびメンテナンス周期延伸に伴い、軸受内部に封入されたグリースが早期に軸受端部に排出され、軸受内部グリースが少なくなると、潤滑寿命が確保できないという問題が発生する。また、軸受端部に多量のグリースが排出され保持されると、グリース漏れが発生しやすくなるばかりでなく、グリースがシールリップを押し付けることによってリップ発熱の原因ともなる。本発明はこれらの問題点を除去することを目的とするものである。

本発明は、円すいころ軸受の回転による遠心力で軸端側に排出されたグリースを軸受内に戻す形状をしたオイルシールを装着することにより軸受内封入グリースを有効に活用し、潤滑寿命延伸を図るようにしたものである。

すなわち、本発明の密封装置付き軸受は、内周に複列の軌道を有する外輪と、それぞれ外周に軌道を有する一対の内輪と、外輪の軌道と内輪の軌道との間に介在する複列の円すいころと、各列の円すいころを円周方向で所定間隔に保持する保持器と、外輪の両端部に取り付けられた密封装置とを備え、前記密封装置が、外輪に装着する金属製のシールケースと、前記シールケースに固着し、前記内輪の大つばの外周面に摺接するリップを有するシール本体とで構成され、前記密封装置により、円すいころ軸受の回転による遠心力で軸受端部に排出されたグリースを軸受内部へ誘導するようにしたことを特徴とするものである。シール本体のリップを内輪の大つばに摺接させることで、油切りや後ろ蓋といった従来使用されていた部品を省略することができるため、部品点数の削減、軸方向寸法のコンパクト化が可能となる。

シールケースは、外輪の内周に形成された環状溝と嵌合する円筒部と、円筒部の一方の端部から半径方向に延在する円板部と、円板部の内径端部から円筒部の他方の端部側へ向かって縮径した傾斜部とからなり、傾斜部にシール本体を固着させることができる。

シール本体は、シールケースの傾斜部の下端付近からほぼ軸方向に延びたメインリップを有する。このメインシールによって、シールケースの円筒部および円板部の内面から傾斜部に沿って誘導されたグリースがさらに内輪の大つば面方向へ導かれる。

メインリップの先端から前記内輪の大つばの外周面の軌道側端部までの距離を、軸受のアキシアルすきまの２〜３倍とするのが好ましい。メインリップの先端から内輪の大つばの軌道側端部までの距離を極力短縮することにより、良好な潤滑が要求される内輪の大つば面と円すいころ大端面との間にグリースを供給しやすくなる。ただし、円すいころ大端面との干渉を避けるため、上記の数値範囲にとどめるものである。

シールケースの内周面にＰＴＦＥ樹脂層を設けてもよい。シールケースの内周面に沿ってグリースが円滑に移動できるようにするためである。

なお、鉄道車両の車軸では、車軸が車輪と共に回転するタイプが一般的であるが、たとえば電動機と一体になった車輪のみが回転し、車軸は回転しないタイプも存在する。したがって、本発明の密封装置付き軸受は、外輪が静止して内輪が回転する内輪回転タイプと、内輪が静止して外輪が回転する外輪回転タイプの双方に適用することができる。

本発明によれば、軸受の回転により軸端側に排出されたグリースを軸受内に戻す形状をしたオイルシールを装着することで、遠心力により外輪軌道から軸端側に排出されたグリースがシールケースの傾斜部に沿って円すいころ端部に押し出され、軸受内封入グリースを有効に活用し、潤滑寿命延伸を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１に、鉄道車両車軸用軸受等に使用される複列外向き円すいころ軸受を示す。この軸受は、内輪２と、外輪３と、円すいころ４と、保持器５を有し、両端に密封装置１０を備えている。

一対の内輪２は車軸（図示せず）の端部に嵌合させ、内輪２は外周に軌道２ａを有し、軌道２ａの背面側に大つば２ｂ、正面側に小つば２ｃを有している。外輪３は内周に複列の軌道３ａを有する。外輪３の中央部には貫通孔３ｂを設けてあり、この貫通孔３ｂにグリースニップル３ｃを取り付けてある。外輪３の端部の内周面には環状溝３ｄを形成してある。内輪２の軌道２ａと外輪３の軌道３ａとの間に複列の円すいころ４が組み込まれ、各列の円すいころ４は保持器５で円周方向に等間隔に保持されている。

密封装置１０は、図２に拡大して示すように、シールケース１２とシール本体２０とからなる。

シールケース１２は、円筒部１４と、円板部１６と、傾斜部１８とからなる。円筒部１４は外輪に装着するための部分であり、外輪３の内周に形成された環状溝３ｄに圧入し得る外径を有する。円板部１６は、円筒部１４の一方の端部から半径方向内側に向かって延在する。傾斜部１８は、円板部１４の内径端部から円筒部１４の他方の端部側へ向かって縮径している。この傾斜部１８にシール本体２０を固着させてある。なお、円板部１６は円筒部１４と傾斜部１８を接続する部分であるが、必ずしも図示するように半径方向に延在する平板状である必要はなく、断面円弧状の曲面であってもよい。また、傾斜部１８の断面形状も、図示するように直線的に延在するもののほか、凹円弧または凸円弧状とすることも可能である。

シール本体２０はゴム製で、基部２２にてシールケース１２の傾斜部１８に一体的に焼き付けてある。シール本体２０の材料としては、ニトリルゴムあるいはアクリルゴムが一般的であるが、高温になる場合にはシリコーンゴム、ふっ素ゴム、四ふっ化エチレン（ＰＴＦＥ）などが使われる。シール本体２０はメインリップ２４とダストリップ２６を有し、メインリップ２４の外周にガータスプリング２８を装着してある。ガータスプリング２８は必ずしも必要ではない。メインリップ２４は基部２２からほぼ軸方向に軸受内部に向かって延びている。ダストリップ２６はメインリップ２４とは逆方向に向かって、基部２２から縮径している。水や異物の侵入の心配がないような雰囲気で使用する場合など、ダストリップ２６は省略することも可能である。逆に、ダストリップ２６を二重あるいは三重にすることも可能である。

再び図１を参照すると、メインリップ２４およびダストリップ２６は内輪２の大つば２ｂの外周面と摺接する。このように内輪２の大つば２ｂの外周面をシール摺動部とすることにより、油切りや後ろ蓋を廃止することができ、軸受の特に軸方向のコンパクト化が可能となる。この場合、大つば２ｂの外周面は、耐摩耗性を高めるために熱処理または硬質クロムメッキなどを施すことが望ましい。

さらに、メインリップ２４の先端から内輪２の大つば２ｂの外周面の軌道２ａ側端部までの距離Ｌを極力小さくする。そうすることによって、シールケース１２からシール本体２０に沿ったグリース（塊）の流れ落ちが僅かになったときでも、グリースから滲み出した基油（液体）が内輪の大つば外周面にたまり、すぐ近傍の大つば面ところ大端面との間を潤滑する。距離Ｌの具体例を挙げるならば、軸受アキシアルすきまの２〜３倍が適当である。シール本体２０と円すいころ４との干渉を避けるためである。ここで、一般に軸受アキシアルすきまは０．５mm〜０．９mm程度である。

図示する実施の形態のように、軸受が円すいころ軸受である場合、軸受回転に伴う遠心力の作用で、潤滑油は外輪の軌道の内側から外側へ流れる傾向にある。したがって、回転に伴って軸受内部から排出されるグリースは一旦シールケース１２内に入り、そこから、シールケース１２の円筒部１４および平板部１６の内面に沿って白抜き矢印で示すように流動する。続いてオイルシール２０の基部２２に沿って流れ、メインリップ２４の先端から内輪２の大つば２ｂの外周面を経て大つば面と円すいころ４の大端面との間に供給される。このようにして、軸受回転に伴い軸受内部から軸端側に押し出されてくるグリースを、その押し出し力を利用して軸受内部に再供給するべく、誘導するのである。したがって、シールケース１２の内表面は、たとえば、テフロン（登録商標）加工を施したり、ＰＴＦＥなどの樹脂材料を接着したりして、軸受から押し出されたグリースがシールケース１２の内表面に沿って容易に移動できるように平滑な面となっている。また、シール本体２０の基部２２は図示するようにシールケース１２の傾斜部１８の上端部まで連続しているのが望ましい。

シール本体２０の基部２２に沿ったグリース（半固体）の流れ落ちがわずかになっても、グリースから滲み出した基油（液体）が大つば外周面にたまり、その近傍の大つば面と円すいころ大端面との間を潤滑する。このように、大つば面と円すいころ大端面とは滑り接触をするため良好な潤滑状態が要求される部分であるところ、メインリップ２４の先端を大つば面側に極力近づけることにより、当該部分の潤滑状態を良好に保つことができる。

次に、図３に示す実施の形態について説明する。なお、図１の実施の形態と実質的に同じ要素には同じ符号を付して重複した記述を避けることとするが、図１の実施の形態が内輪回転下で使用される軸受であるのに対し、図３の実施の形態は特に外輪回転下で使用される軸受である点で図１の実施の形態とは相違する。

この図３の実施の形態は、複列外向き円すいころ軸受の中央部に微量給脂機能を備えたグリースポケットＧを設け、特に高速回転においても長期にわたって安定した潤滑性能を確保できるようにしたものである。従来、車軸用軸受には内輪組立て部とともに内輪中央部にグリースを封入している。外輪中央部のグリースは、軸受回転時の遠心力および振動により内輪側に徐々に排出され、潤滑性能確保に最も寄与している。高速回転の場合、中央部のグリースをいかに長期間確保し、潤滑を供給しつづけるかが寿命延伸のポイントとなる。近年軸受の高速化およびメンテナンス周期延伸に伴い、中央部グリースの供給が早期に絶たれ軸受の潤滑寿命が確保できないという問題が発生している。外輪回転下で遠心力が作用する側にグリースを貯留すると、列車がレール継ぎ目等で振動を受けてグリースが上下方向に攪拌されても、大部分のグリースは連続して外輪軌道面に吐出（供給）されてしまう。このため、微量ずつ長期にわたってグリースを吐出することができない。

そこで、図３に示すように、中央部のグリースを高速回転時においても長期間保持が可能とするために、一対の内輪２の中央部にグリースポケットＧを設け、軸受回転時の遠心力および振動を利用し、潤滑性能確保に必要最小限のグリースを長期間にわたって供給できるようにする。より詳細に述べるならば、一対の内輪２の中央部に、グリースを保持して微量給脂機能を発揮するグリースポケットＧを設ける。グリースポケットＧは、軸方向に離間した互いに平行な一対の円板７で構成され、略Ｕ字形の断面を呈している。ここでは一対の内輪２間に内輪間座６を介在させ、その内輪間座６の両端部外周面に形成した環状段部にそれぞれ円板７を嵌合させてある。各円板７は、内輪２の小つば２ｃの外周面よりも大径側に給脂孔８を有する。また、グリースポケットＧの内壁面には、グリースの移動を容易にするため、テフロン（登録商標）加工やＰＴＦＥ等の樹脂剤を接着するのが好ましい。軸受回転時の遠心力および振動により、太線矢印で示すように、グリースポケットＧから給脂孔８を通じて内輪２の軌道２ａに、長期間にわたり必要最小限のグリースが供給される。

外輪３の中央部の内周面９は、グリースポケットＧとの間隔を必要最小限とするように凸形状を呈している。従来円筒面としてあった外輪３の中央部内径面を外輪３の軌道３ａに直通した凸面９とすることにより、太線矢印で示すように、遠心力で外輪内径側に寄せられたグリースが外輪３とのわずかなすきまから少量のグリースを外輪軌道面に長期間にわたり供給できる機構となっている。

この実施の形態では、固定輪である内輪２側にグリースを貯留するようにしているため、レール継ぎ目通過時の外部振動で内輪から外輪側に落下してきたグリースからベースオイルが供給されるので、長期にわたって少しずつグリースを供給できる。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の第一の実施の形態を示す断面図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の第二の実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

２ 内輪
２ａ 軌道
２ｂ 大つば
２ｃ 小つば
３ 外輪
３ａ 軌道
３ｂ 貫通孔
３ｃ グリースニップル
３ｄ 環状凹部
４ ころ
５ 保持器
６ 内輪間座
７ 円板
８ 給脂孔
９ 外輪の中央部内周面
１０ 密封装置
１２ シールケース
１４ 円筒部
１６ 円板部
１８ 傾斜部
２０ シール本体
２２ 基部
２４ メインリップ
２６ ダストリップ
２８ ガータスプリング
Ｇ グリースポケット

Claims (5)

1. 内周に複列の軌道を有する外輪と、それぞれ外周に軌道を有する一対の内輪と、外輪の軌道と内輪の軌道との間に介在する複列の円すいころと、各列の円すいころを円周方向で所定間隔に保持する保持器と、外輪の両端部に取り付けられた密封装置とを備え、前記密封装置が、外輪に装着する金属製のシールケースと、前記シールケースに固着し、前記内輪の大つばの外周面に摺接するリップを有するシール本体とで構成され、前記密封装置により、前記円すいころ軸受の回転による遠心力で軸受端部に排出されたグリースを軸受内部へ誘導するようにしたことを特徴とする密封装置付き軸受。
2. 前記シールケースが、外輪の内周に形成された環状溝と嵌合する円筒部と、円筒部の一方の端部から半径方向に延在する円板部と、円板部の内径端部から円筒部の他方の端部側へ向かって縮径した傾斜部とからなり、前記傾斜部にシール本体を固着させたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き軸受。
3. シール本体が、シールケースの傾斜部の下端付近からほぼ軸方向に延びたメインリップを有することを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き軸受。
4. 前記メインリップの先端から前記内輪の大つばの外周面の軌道側端部までの距離が、軸受のアキシアルすきまの２〜３倍であることを特徴とする請求項３に記載の密封装置付き軸受。
5. シールケースの内周面にＰＴＦＥ樹脂層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き軸受。