JP2005325867A - 鉄道車両用軸受 - Google Patents

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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】鉄道車両用軸受は、車軸に装着される内輪４と、内輪４の外周に複数の転動体６を挟んで配設される外輪５と、車軸に装着されて車軸に対する内輪４の軸方向位置を規制するリング部材２，３と、内輪４とリング部材２，３の両幅面間に介設した環状スペーサ２０とを有する。環状スペーサ２０を黄銅板などの異材プレートで構成し、その外径端を半径方向外方に延在させる。環状スペーサ２０の外径端と外側シールケース１２の内径面との間にラビリンス隙間を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱とフレッティング摩耗を抑制しつつ、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、摩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弾性体付き環状スペーサ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（３６０ｋｍ／ｈ）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両幅面間に介設した環状スペーサとを有する鉄道車両用軸受において、前記環状スペーサを異材プレートで構成すると共に、前記環状スペーサの外径側周縁部を、前記幅面を超えて半径方向外方に延在させ、かつ、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の内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。
従来の鉄道車両用車軸のオイルシールでも図５のように環状スペーサ２０は存在するが、従来は環状スペーサ２０の先端が内輪とリング部材の互いに当接する幅面の範囲内にある。また、仕切板１６が弾性シール部材の内側に設けられるが、この仕切板１６の内径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。このラビリンス隙間は転動体から直接見える位置であり、車軸方向に弾性シール部材１７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１７に衝突し、そのリップ部１７ａ，１７ｂを跳ね上げて外部に漏出する可能性がある。本発明は環状スペーサ２０の外径端を外側シールケース１２に近接するまで延在させるため、転動体６から弾性シール材１７が直接見通せない位置関係となる。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。
内輪とリング部材の幅面内にある環状スペーサの両側には、従来と同様に摩耗粉の漏出を防止する弾性シール部材を挟設することができる。これにより環状スペーサと弾性シール部材を別々に組み込む煩雑さがなくなり、組み立て性が向上する。
環状スペーサの外径端は直線状に外側シールケースに近接させるほか、外径端を軸受側に直角に折曲するか、あるいは軸受側に傾斜して折曲し、これによりラビリンス隙間の長さを稼いでグリースの漏出防止効果をさらに確実なものにできる。環状スペーサの外径端に必要に応じてシール材を取り付け、このシール材の外側シールケース側の面を凹凸面にするなどしてラビリンス効果を高めることができる。
本発明の鉄道車両用車軸は、従来型車軸の内輪とリング部材の両幅面間に挟み込んだスペーサの形を僅かに変更すること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、環状スペーサが車軸と共に回転することにより軸受内からラビリンス隙間を通り外部へ漏れ出ようとするグリースをスリンガー効果で軸受内へと再循環させることができる。
以下に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、スペーサ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。
内輪４（大鍔端面）とリング部材（後ろ蓋）３の互いに当接する両幅面には環状スペーサ２０が挟み込まれている。この環状スペーサは内輪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よりも軟質の例えば黄銅製プレートであり、薄板リング状のものである。環状スペーサ２０の径方向幅、つまり内径および外径間の幅は、この環状スペーサ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。内輪４とリング部材３の互いに当接する両幅面の外周部はＬ字状に切り欠かれ、左右一対の環状の溝部３１，３２が形成される。この溝部３１，３２内に幅面で発生する摩耗粉の漏出防止用としてＯリング３３が嵌合され、環状スペーサ２０との間の隙間をシールする。Ｏリング３３を設ける代わりに、環状スペーサ２０の両側面にゴム材を環状に接着しても同様の摩耗粉漏出防止作用が得られる。
環状スペーサ２０の外径端は幅面を超えて半径方向外方に延在する。外径端は外側シールケース１２の内径面にラビリンス隙間を残して近接する。環状スペーサ２０の外径端の形状は種々の変形が可能であり、ここでは図１の直角折曲げ形状、図２の傾斜形状および図３のシール材付設形状の三種を例示する。
図１は外径端を軸受方向に直角に折曲させたもので、折曲部２０ａの外側面が外側シールケース１２の内径面に折曲部の全幅にわたるラビリンス隙間を残して近接する。環状スペーサ２０の外径端を単に直線的に半径方向外方に延在させるだけでは外径端と外側シールケース１２の内径面との間のラビリンス効果が限定的である。折曲部２０ａを形成することによりラビリンス隙間の長さを稼ぐことができ、ラビリンス効果が高まる。
図２は環状スペーサ２０の外径端を軸受側に傾斜させつつ半径方向外方に所定長さだけ延在させたものである。この場合も傾斜部２０ｂの外側面が外側シールケース１２の内径面（直角に張り出した肩部１２ａ）と所定長さにわたりラビリンス隙間を形成するから、図１と同様にラビリンス効果が高まる。図２の場合は外径端が傾斜していることにより、軸受内から環状スペーサ２０の内側面に接触して遠心力で半径方向外方に飛ばされたグリースが、傾斜部２０ｂの内側面に案内され、図１の構造よりもさらにスムーズに軸受側に戻される効果がある。
図３は環状スペーサ２０自体の形状は図１と同じであるが、環状スペーサ２０の外径端にシール材３４を付設した点が異なる。このシール材３４は折曲部２０ａ全体を一定厚さで被覆する形で取り付ける。シール材３４は適度の弾性のあるゴム製または樹脂製が望ましい。シール材３４の外側シールケース１２内径面に向いた面を凹凸面３４ａとすることにより、凹凸面３４ａに対するグリースの付着性が高まり、ラビリンス隙間によるグリース漏出防止効果を増大させる。シール材３４と外側シールケース１２とは非接触を原則とするが、シール材３４の材質によっては軽接触とすることも可能である。
環状スペーサ２０の内径端は、内輪４幅面に形成した段部外径面４ａに圧嵌合される。これにより環状スペーサ２０を内輪４に一体化した状態での組み付けが可能となり、組み付け作業性が向上する。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば前記実施形態では環状スペーサを黄銅板製としたが、繰り返し荷重に十分耐え得る他の材料で環状スペーサを形成してもよい。
本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用車軸のオイルシール付近の断面図。 本発明の第２実施形態に係る鉄道車両用車軸のオイルシール付近の断面図。 本発明の第３実施形態に係る鉄道車両用車軸のオイルシール付近の断面図。 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付近の断面図。
符号の説明
1 軸受
2, 3 リング部材
4 内輪
4a 段部外径面
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
13 内側シールケース
13a 屈曲部
14 芯金
16 仕切板
17 弾性シール部材
17a リップ部
17b リップ部
17c リップ部
20 環状プレート
20a 折曲部
20b 傾斜部
31,32 溝部
33 Ｏリング
34 シール材

Claims (5)

  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両幅面間に介設した環状スペーサとを有する鉄道車両用軸受において、
    前記環状スペーサを異材プレートで構成すると共に、前記環状スペーサの外径側周縁部を、前記幅面を超えて半径方向外方に延在させ、かつ、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の内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鉄道車両用軸受。
  2. 前記両幅面の外周部と環状スペーサとの間に、弾性シール部材を挟設したことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用軸受。
  3. 前記環状スペーサの外径端を軸受側に直角に折曲し、この折曲部の外側面を前記外側シールケースの内径面にラビリンス隙間を残して平行に近接させたことを特徴とする請求項１または２記載の鉄道車両用軸受。
  4. 前記環状スペーサの外径端を軸受側に傾斜して折曲し、この折曲部の先端を前記外側シールケースの内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１または２記載の鉄道車両用軸受。
  5. 前記環状スペーサの外径端にシール材を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の鉄道車両用軸受。
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