JP2005325866A - 鉄道車両用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転域でもグリースが漏れ出ない鉄道車両用車軸を提供する。
【解決手段】鉄道車両用車軸のオイルシール１１を、外輪５の内径に基端部が嵌合し先端部がリング部材３側に延在する外側シールケース１２と、外側シールケース１２から半径方向内方に延在する芯金１４と、芯金１４の内側内輪寄りで外側シールケース１２から半径方向内方に延在すると共にその延在端が内輪４とリング部材３の当接部位外周側にラビリンス隙間を残して近接する仕切板１６と、リング部材３の当接部位外周側に隣接する外径部に嵌合され外側シールケース１２の先端部を微小隙間を残して閉塞する内側シールケース１３と、芯金１４の先端に取り付けられ内側シールケース１３との間でシール作用をなす弾性シール部材１７で構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弾性シール部材の発熱を抑制しつつ、密封性、耐水性および耐ダスト性を向上させた鉄道車両用軸受に関する。

鉄道車両では密封型車軸軸受（円錐ころ軸受または円筒ころ軸受）が使用される。円錐ころ軸受を使用した車軸軸受を図４に示す。軸受１の内輪４の両側に各々接して、油切り２および後ろ蓋３が設けられる。車軸には鉄道車両の荷重によって大きな曲げモーメントが作用し、内輪４と油切り２との接触面ａ、および、内輪４と後ろ蓋３との接触面ｂには、繰返し応力が発生する。とりわけ、後者の接触面ｂにはより大きな繰返し応力が発生する。油切り２および後ろ蓋３は、焼ならししただけの炭素鋼を使用することが多い。このため、接触面ａ，ｂは前記繰返し応力により短期間のうちに摩耗（フレッティング摩耗）しやすい。摩耗による軸受寿命短縮を避けるため接触面ａ，ｂに銅合金などの軟質金属を挟み込むこともあるが、磨耗粉自体の発生は避けられない。摩耗粉が軸受１内の潤滑剤に混入すると、潤滑剤の劣化の原因となる。

摩耗粉の軸受１内への侵入防止対策として、図５に示すように、内輪４と後ろ蓋３との接触面ｂの外径部に円環状の溝５を形成し、この溝５内に円環状の弾性体１５を嵌め込んだものが提案されている（特許文献１参照）。なお、図示はしないが、内輪４と油切り２との接触面ａにも同様に弾性体１５を嵌め込む。この構成によると、接触面ａ，ｂで発生した摩耗粉が、外径方向に移動しようとしても弾性体１５によって阻止される。そのため、軸受１内に摩耗粉が混入することが防止できる。弾性体１５は、フレッティング摩耗を防止するリング状の異材プレートと一体にしたシール付きプレート２０として装着する場合もある。

内輪４と外輪５との間には、内外輪の軌道面を潤滑するためにグリースが充填される。内外輪間の端部は、グリースが漏れ出ないように、また外部からのダストが内外輪間に侵入しないように、オイルシール９，１１が配設される。このオイルシール９，１１は、一方オイルシール１１について図５に示すように、外輪５の内径に基端部が嵌合し先端部が前記リング部材（後ろ蓋３）側に延在した外側シールケース１２と、リング部材（後ろ蓋３）の外径面に嵌合すると共に外側シールケース１２の先端部を微小隙間を残して閉塞する内側シールケース１３とを有する。外側シールケース１２には、その内径面に、半径方向内方に延在した芯金１４と、この芯金１４の内側内輪寄りで同じく半径方向内方に延在した仕切板１６が固着される。仕切板１６の延在端は内側シールケース１３の外径面にラビリンス隙間を残して近接する。芯金１４の先端には弾性シール部材１７が固着される。この弾性シール部材１７は断面二股状をなし、内側シールケース１３の外径面にそれぞれ軽接触する第１リップ部１７ａと第２リップ部１７ｂを有する。これらがグリースが外部に漏れ出るのを防止する主リップを構成する。第１リップ部１７ａと第２リップ部１７ｂを軽接触させるのは、摩擦による発熱の抑制およびリップ部１７ａ，１７ｂの損傷を防止するためである。弾性シール部材１７には第１リップ部１７ａおよび第２リップ部１７ｂから離間して、第３リップ部１７ｃが形成される。この第３リップ部１７ｃは内側シールケース１３の屈曲部１３ａ内面にラビリンス隙間を残して近接する。第３リップ部１７ｃは外部からの異物の侵入を防止するダストリップを構成する。
特開平１１−３３６７７４号公報 特開２００３−４９８５６号公報

従来のオイルシールは車軸が通常回転数の範囲内であれば安定したシール性能を発揮する。しかし、例えば２３３０ｒｐｍ以上の高速回転では、軸受内のグリースが漏れ出す場合があり、密封信頼性の点では改善する余地があった。
本発明は、従来のオイルシールの構造を大幅に変えることなく、したがって部品点数も殆ど増大させることなく効果的なラビリンス隙間を追加することでオイルシールの密封性を向上させ、低発熱、耐水性、耐ダスト性を備えた鉄道車両用軸受を提供する。

本発明の鉄道車両用軸受は、車軸に装着される内輪と、前記内輪の外周に複数の転動体を挟んで配設される外輪と、前記車軸に装着されて車軸に対する前記内輪の軸方向位置を規制するリング部材と、前記内輪とリング部材の各幅面が相互に当接する部位の外周側であって前記内外輪間をシールするオイルシールとを有する鉄道車両用軸受において、前記オイルシールを、前記外輪の内径に基端部が嵌合し先端部が前記リング部材側に延在する外側シールケースと、前記外側シールケースから半径方向内方に延在する芯金と、前記芯金の内側内輪寄りで前記外側シールケースから半径方向内方に延在すると共に、その延在端が前記内輪とリング部材の当接部位外周側にラビリンス隙間を残して近接する仕切板と、前記リング部材の前記当接部位外周側に隣接する外径部に嵌合され、前記外側シールケースの先端部を微小隙間を残して閉塞する内側シールケースと、前記芯金の先端に取り付けられ、前記内側シールケースとの間でシール作用をなす弾性シール部材とで構成した。

従来の鉄道車両用車軸のオイルシールでも仕切板は存在するが、従来は仕切板の先端が内側シールケースの外径面にラビリンス隙間を残して近接するのみである。ラビリンス隙間はこの一カ所だけであり、しかもこのラビリンス隙間は転動体から直接見える位置で車軸方向に弾性シール部材へと直線的に連通する。このため、車軸の高速回転時に転動体から飛散したグリースの一部がラビリンス隙間を抜けて直接弾性シール部材に衝突し、そのリップ部を跳ね上げて外部に漏出する可能性がある。本発明は仕切板の先端の屈曲部を環状溝内に挿入しているので、この屈曲部の周囲に形成されるラビリンス隙間は屈曲しており、しかも転動体からは直接見えない位置にある。したがって、車軸高速回転時でのオイルシールの漏出抑制効果が高まる。

内側シールケースの先端部に、従来と同様、外側シールケースの先端部内径側と平行となる屈曲部を形成することができる。この屈曲部内周面に対して、弾性シール部材のリップ部をラビリンス隙間を残して近接させる。仕切板の先端周りのラビリンス隙間や弾性シール部材をグリースが乗り越えても、最後のリップ部で外部への漏出を阻止する。

外側シールケースの先端部は、半径方向内方に屈曲させて内側シールケースの屈曲部外径面にラビリンス隙間を残して近接させることができる。このラビリンス隙間により外部ダストの軸受内への侵入を阻止する。外側シールケースの屈曲部は、車軸からオイルシール（外側シールケース）を取り外す際の治具の係合部としても利用可能である。

本発明の鉄道車両用車軸は、従来型車軸のオイルシールの仕切板を変形するなど僅かな変更で効果的なラビリンス隙間を追加することができ、車軸高速回転時の車軸内グリースの漏出を効果的に阻止することができる。また、外側シールケースに形成した屈曲部は、車軸からオイルシールを取り外す際の治具の係合部として利用可能であるから、オイルシールを容易に分解でき、オイルシールの再利用を促進することができる。

本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図４は従来の鉄道車両用車軸を示すが、オイルシール以外は本発明と同じであるから必要部分を援用する。本発明は図４の鉄道車両の車軸に用いられるものであり、軸受１とその内輪４の両側に各々接して設けられたリング部材としての油切り２および後ろ蓋３を有する。軸受１は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ６，６に対して設けた分割型の内輪４，４と、一体型の外輪５と、前記ころ６，６と、保持器７と、前記両内輪４，４間に設けられた内輪間座８とで構成される。軸受１の内外輪４，５は軸受鋼または浸炭鋼製であり、油切り２および後ろ蓋３は焼きならしを施した炭素鋼製である。軸受１は、円筒ころ軸受であっても良い。

油切り２は、車軸に取付けられて外周にオイルシール９を摺接させる。オイルシール９は外輪５に幅方向に突出して取付けられたリング状のシールケース１０の内周に取付けられる。後ろ蓋３は、車軸に軸受１よりも中央側で取付けられて外周にオイルシール１１を摺接させる。オイルシール１１は外輪５に幅方向に突出して取付けられたリング状のシールケース１２の内周に取付けられる。このシールケース１２および前記油切り２側のシールケース１０は、外輪５を取付けるハウジング（図示せず）に取付けられたものであっても良い。

シール付きプレート２０は、リング状の異材プレート２１の外径部全周に弾性体１５を固着した部品である。異材プレート２１は、内輪４、油切り２、および後ろ蓋３のいずれとも異なる材質、好ましくはこれらの部品２〜４よりも軟質のプレートであり、薄板リング状のものである。シール付きプレート２０の径方向幅、つまり内径および外径間の幅は、このプレート２０を介在させない場合に内輪４と油切り２，後ろ蓋３とが接触する範囲の全体にわたる幅とされている。

本発明の鉄道車両用軸受は、この前提構成の軸受において、図１に示すオイルシールを、内輪４（大鍔端面）と後ろ蓋３の各幅面の相互当接部位の外周側（および内輪４と油切り２の各幅面の相互当接部位の外周側）に配設する（後者のオイルシールは図示省略する）。オイルシール１１は図１に示す断面構造を有し、この断面構造は軸受全周に連続する。オイルシール１１は、外輪５の内径に基端部が嵌合し先端部が前記リング部材（後ろ蓋３）側に延在した外側シールケース１２と、リング部材（後ろ蓋３）の外径面に嵌合すると共に外側シールケース１２の先端部を微小隙間を残して閉塞する内側シールケース１３を有する。外側シールケース１２には、その内径面に、半径方向内方に延在した芯金１４と、この芯金１４の内側内輪４寄りで同じく半径方向内方に延在した仕切板１６が溶接や圧嵌めなど任意の手段で固着される。芯金１４は断面がクランク状に２カ所で屈曲した円環状金物で構成される。芯金１４の中間部１４ａが外側シールケース１２の内径面に固着される。この固着の際、芯金１４の端部屈曲部１４ｂが外側シールケース１２の段部１２ａに当接して芯金１４の軸方向の位置決めをする。

仕切板１６は断面がほぼＬ字状をなす円環状金物で構成される。仕切板１６の延在端は、内輪４とリング部材（後ろ蓋３）の当接部位外周側にラビリンス隙間を残して近接する。詳しくは、内輪４とリング部材（後ろ蓋３）の当接部位外周側に、内輪側に形成された断面Ｌ字状段部４ａによって環状溝２３が形成される。この環状溝２３は、内輪４と後ろ蓋３との接触面ｂの外径部に形成される円環状の溝５の外径側に連通する。仕切板１６の延在端は後ろ蓋３側にほぼ直角に屈曲し、この屈曲部１６ａが環状溝２３の底に近い位置まで挿入される。また、内側シールケース１３の内端は半径方向内方に直角に屈曲し、この屈曲部１３ｂが環状溝２３の側壁に嵌合する。この内側シールケース１３の内端屈曲部１３ｂと、前記仕切板１６の屈曲部内側面とが、ラビリンス隙間を残して環状溝２３内で対向する。したがって、図１の拡大図に示すように、仕切板１６の屈曲部１６ａの周囲に内側から順に、第１ラビリンス隙間Ｌ１、第２ラビリンス隙間Ｌ２、第３ラビリンス隙間Ｌ３、第４ラビリンス隙間Ｌ４、第５ラビリンス隙間Ｌ５が形成される。これら複数箇所で屈曲したラビリンス隙間Ｌ１〜Ｌ５により、軸受高速回転時における軸受内グリースの漏出が防止される。

芯金１４の先端には弾性シール部材１７が固着される。この弾性シール部材１７は内径側が第１リップ部１７ａと第２リップ部１７ｂを有する断面二股状をなし、第１リップ部１７ａと第２リップ部１７ｂが内側シールケース１３の外径面にそれぞれ軽接触する。内側の第１リップ部１７ａは主としてグリースが外部に漏れ出るのを防止する。外側の第２リップ部１７ｂは主として外部からのダストが軸受内に侵入するのを防止する。第１リップ部１７ａと第２リップ部１７ｂを軽接触させるのは、摩擦による発熱の抑制およびリップの損傷を防止するためである。すなわち、第１リップ部１７ａと第２リップ部１７ｂの腹の部分がリング部材（後ろ蓋）ないし内側シールケース１３に当接すると、異常発熱を引き起こすほか、第１リップ部１７ａと第２リップ部１７ｂの摩擦抵抗を増加させ、第１リップ部１７ａと第２リップ部１７ｂの劣化が促進されることによるオイルシール１１の密閉性能低下が生じる。なお、第２リップ部１７ｂには必要に応じて逆止弁を単数または複数箇所形成することができる。

弾性シール部材１７には第１リップ部１７ａおよび第２リップ部１７ｂから離間して、第３リップ部１７ｃが形成される。この第３リップ部１７ｃは弾性シール部材１７の外側面から内側シールケース１３の屈曲部１３ａ内面にほぼ水平方向（車軸方向）に延在し、内側シールケース１３の屈曲部１３ａ内面にラビリンス隙間を残して近接する。

本発明の鉄道車両用車軸は以上のように構成され、この鉄道車両用車軸を分解する場合は、図２のように治具２４を使用する。すなわち、治具２４を外輪５にセットし、ボルト２５を回すことにより軸受１から簡単にオイルシール１１を取り外すことができる。このような作業の容易性はオイルシール１１の再利用の可能性を増大させる。治具２４は、詳しくは図２のように、外輪５外径面に嵌合する円板状の第１治具２４ａと、図３に示す円板状の第２治具２４ｂと、第１および第２治具をそれぞれの中心で連結する第１ボルト２５と、周方向等配位置で第２治具２４ｂの周縁３カ所に複数の第２ボルト２６で取り付けられ、外側シールケース１２の屈曲段部１２ａに係合可能な扇部材２４ｃで構成される。第１治具２４ａを外輪５に係合させると共に扇部材２４ｃを外側シールケース１２の屈曲段部１２ａに係合させ、この状態（図２の状態）で第１ボルト２５を第１治具２４ａのばか孔２７に挿入し、ボルト先端を第２治具２４ｂのねじ孔２７に螺合させ締め増し方向に回転させることにより、外側シールケース１２を歪ませることなく軸受１から簡単に取り外すことができる。

本発明に係る鉄道車両用車軸のオイルシールの断面図。 本発明に係る鉄道車両用車軸の分解時の断面図。 オイルシール取外し用治具の正面図。 従来の鉄道車両用車軸の断面図。 従来の鉄道車両用車軸のオイルシールの断面図。

符号の説明

1 軸受
2 油切り
3 リング部材
4 内輪
4a Ｌ字状段部
6 ころ
5 外輪
7 保持器
8 内輪間座
9,11 オイルシール
12 外側シールケース
12a 屈曲段部
13 内側シールケース
13a 屈曲部
13b 屈曲部
14 芯金
14a 中間部
14b 端部屈曲部
15 弾性体
16 仕切板
16a 屈曲部
17 弾性シール部材
17a リップ部
17b リップ部
17c リップ部
20 プレート
21 異材プレート
23 環状溝
24 治具
24a 第1治具
24b 第2治具
24c 扇部材
25 第１ボルト
26 第２ボルト
27 ばか孔
28 ねじ孔
Ｌ１-Ｌ５ ラビリンス隙間

Claims (3)

1. 車軸に装着される内輪と、前記内輪の外周に複数の転動体を挟んで配設される外輪と、前記車軸に装着されて車軸に対する前記内輪の軸方向位置を規制するリング部材と、前記内輪とリング部材の各幅面が相互に当接する部位の外周側であって前記内外輪間をシールするオイルシールとを有する鉄道車両用軸受において、前記オイルシールを、
   前記外輪の内径に基端部が嵌合し先端部が前記リング部材側に延在する外側シールケースと、
   前記外側シールケースから半径方向内方に延在する芯金と、
   前記芯金の内側内輪寄りで前記外側シールケースから半径方向内方に延在すると共に、その延在端が前記内輪とリング部材の当接部位外周側にラビリンス隙間を残して近接する仕切板と、
   前記リング部材の前記当接部位外周側に隣接する外径部に嵌合され、前記外側シールケースの先端部を微小隙間を残して閉塞する内側シールケースと、
   前記芯金の先端に取り付けられ、前記内側シールケースとの間でシール作用をなす弾性シール部材とで構成したことを特徴とする鉄道車両用軸受。
2. 前記内側シールケースの先端部に、前記外側シールケースの先端部内径側と平行となる屈曲部を形成すると共に、前記屈曲部内周面に対して前記弾性シール部材のリップ部をラビリンス隙間を残して近接させたことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用軸受。
3. 前記外側シールケースの先端部を半径方向内方に屈曲させて前記内側シールケースの屈曲部外径面にラビリンス隙間を残して近接させたことを特徴とする
   請求項２記載の鉄道車両用軸受。

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