JP2009041728A

JP2009041728A - 転がり軸受装置

Info

Publication number: JP2009041728A
Application number: JP2007209644A
Authority: JP
Inventors: Youji Horii; 庸児堀井; Shinichi Shirota; 伸一城田; Yukio Oura; 大浦　　行雄
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP4973379B2

Abstract

【課題】潤滑剤(油)の循環効率を向上させることで軸受の温度上昇を抑制することが可能な冷却性能及び潤滑性能に優れた転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】軸と共に回転する内輪２と、内輪に対向配置された外輪4a,4bと、内外輪間に複列で転動自在に組み込まれた複数の転動体(ころ)６とを備え、内輪は、軸(鉄道車両車軸)Ａｘに嵌合された軸端ナット１４と油切り部材１６との間に挟持された状態で位置決め固定され、且つ、油浴潤滑で用いられる転がり軸受装置であって、内輪には、その軸端ナットに隣接した位置に、当該軸端ナットの外径よりも大きな径寸法を有する突起部１８ｔが少なくとも１つ設けられていると共に、その油切り部材に隣接した位置に、当該内輪外径及び油切り部材の外径よりも大きな径寸法を有するリング部材３２が少なくとも１つ設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、油浴潤滑で用いられる転がり軸受装置に関し、特に鉄道車両車軸用軸受の改良に関する。

現在、油浴潤滑で用いられる転がり軸受装置として、例えば鉄道車両車軸用軸受には、油浴潤滑による潤滑方式が多く用いられている。その一例として、特許文献１には、外輪外周を覆って装着された軸箱内に、潤滑剤である油を油溜りを通して循環させるための前蓋側環状流路部と後蓋側環状流路部とが互いに同容積で構成された鉄道車両が示されている。また、特許文献２には、軸受回転時の遠心力を利用したスリンガー効果によって、潤滑剤である油を油通過流路を通して循環させる円筒ころ軸受装置が示されている。

ところで、特許文献１,２をはじめ各種の鉄道車両車軸用軸受は、高速回転環境下で連続して使用されている。このため、軸受の高速回転に伴って撹拌される潤滑剤(油)の撹拌抵抗の大きさによっては、潤滑剤(油)の循環効率が低下し、潤滑剤(油)と軸受との間の熱交換による軸受の冷却性能を一定に維持することができなってしまう場合がある。この場合、軸受周りの発熱量が大きくなり、軸受の温度が許容範囲を超えて上昇してしまう。そうなると、軸受の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが困難になり、その結果、軸受が早期に劣化したり、潤滑剤(油)が軸受外部へ漏洩したりしてしまう虞がある。
特開２００６−８３９４５号公報特開平１１−２３０１７８号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、潤滑剤(油)の循環効率を向上させることで軸受の温度上昇を抑制することが可能な冷却性能及び潤滑性能に優れた転がり軸受装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、軸と共に回転する内輪と、内輪に対向配置された外輪と、内外輪間に複列で転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、内輪は、軸に嵌合された軸端ナットと油切り部材との間に挟持された状態で位置決め固定され、且つ、油浴潤滑で用いられる転がり軸受装置であって、内輪には、その軸端ナットに隣接した位置に、当該軸端ナットの外径よりも大きな径寸法を有する突起部が少なくとも１つ設けられていると共に、その油切り部材に隣接した位置に、当該内輪外径及び油切り部材の外径よりも大きな径寸法を有するリング部材が少なくとも１つ設けられている。
このような発明において、外輪は、外輪間座を介在した状態で複列に構成配置されており、外輪間座には、その外周を一部周方向に沿って連続して窪ませたグルービング溝が形成されていると共に、当該外輪間座を半径方向に貫通して形成された複数の貫通穴がグルービング溝に沿って所定間隔で設けられている。

本発明によれば、潤滑剤(油)の循環効率を向上させることで軸受の温度上昇を抑制することが可能な冷却性能及び潤滑性能に優れた転がり軸受装置を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受装置について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、転がり軸受装置の一例として鉄道車両車軸用軸受を想定して説明する。

図１(ａ)には、鉄道車両車軸用軸受として、油浴潤滑で用いられる複列円筒ころ軸受が示されており、当該複列円筒ころ軸受には、軸(鉄道車両車軸)Ａｘと共に回転する内輪２と、内輪２に対向配置された外輪4a,4bと、内輪２及び外輪4a,4bの対向面にそれぞれ周方向に連続し且つ複列で形成された軌道面2s,4s間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体(ころ)６と、複数の転動体(ころ)６を１つずつ回転自在に保持しながら、内外輪2,4a,4b間に沿って公転する保持器８とが設けられている。

この軸受において、鉄道車両車軸Ａｘには、単体(一体型)の内輪２が嵌合されており、当該内輪２の外側に対向して複数(図面では一例として２つ)の外輪4a,4bが環状の軸箱１０に嵌合(固定)されている。この場合、各外輪4a,4bは、外輪間座１２を介在した状態で複列に構成配置されており、それぞれの外輪4a,4bの対向面(内周)に軌道面４ｓ(即ち、外輪軌道面４ｓ)が形成されている。一方、単体の内輪２には、複列の外輪軌道面４ｓに対向する対向面(外周)に軌道面２ｓ(即ち、内輪軌道面２ｓ)が形成されている。

また、２つの外輪軌道面４ｓの両側には、それぞれ、当該軌道面４ｓに沿って環状の外輪つば部４ｔが突設されており、一方、１つの内輪軌道面２ｓの両側には、当該軌道面２ｓに沿って環状の内輪つば部２ｔが突出されている。この場合、内輪２は、鉄道車両車軸Ａｘに嵌合された軸端ナット１４と油切り部材１６との間に挟持された状態で位置決め固定されており、当該内輪２の軸端ナット１４に隣接した位置には、一方の内輪つば部２ｔが一体成形されたつば輪１８が設けられていると共に、当該内輪２の油切り部材１６に隣接した位置には、他方の内輪つば部２ｔが突設されている。

このような構成において、外輪間座１２を介して複列配置された２つの外輪4a,4bは、軸箱１０に嵌合した前蓋２０と後蓋２２との間に挟持された状態で固定されている。この場合、後蓋２２は、鉄道車両車軸Ａｘに嵌合された油切り部材１６に嵌合して位置決めされている。この状態において、軸端ナット１４によって内輪２を油切り部材１６に当て付けてボルト２４で締め付けることで、当該内輪２を、軸箱１０に嵌合(固定)された複列の外輪4a,4bに対向して、鉄道車両車軸Ａｘに固定させることができると共に、つば輪１８を軸端ナット１４と内輪２との間に挟持された状態で位置決め固定することができる。

なお、前蓋２０は、鉄道車両車軸Ａｘの軸端側全体を覆うように軸箱１０に嵌合されており、一方、後蓋２２と油切り部材１６との間には、異物(水や塵埃など)の浸入防止及び後述する潤滑剤(油)の漏洩防止を図るために密封機構が構築されている。この場合、後蓋２２と油切り部材１６との間の密封機構として、オイルシール２６とラビリンスシール２８とが併用されているが、これら各シール26,28の種類や形状は、例えば当該軸受の使用目的や使用環境に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、当該軸受に対する密封性能を更に向上させるため、前蓋２０及び後蓋２２と軸箱１０とが嵌合する各部に例えばＯリング３０を介在させることが好ましい。

この状態において、鉄道車両車軸ＡＸを回転させると、内外輪2,4a,4bが相対回転する間(軸受回転中)に、当該内外輪2,4a,4bの軌道面2s,4s間に保持器８と共に組み込まれた複数の転動体(ころ)６は、各つば部2t,4tに保持・案内されながら軌道面2s,4sに沿って転動する。このとき、軸受回転中における潤滑性能を一定に維持し、円滑な回転性能を実現するために、円筒ころ軸受には、油浴潤滑を用いるための油浴潤滑構成が施されている。

油浴潤滑構成において、軸箱１０の内周の下部側(図中下側)には、所定量の潤滑剤(油)を溜めるための軸箱油溜り部１０ｇが複列の外輪4a,4bに対向して設けられている。この場合、軸箱油溜り部１０ｇは、水平方向に延出する鉄道車両車軸Ａｘに転がり軸受装置(複列円筒ころ軸受)をセットした状態において、垂直下方に位置して設けられている。これにより、転がり軸受装置に封入された潤滑剤(油)は、その自重により常に軸箱油溜り部１０ｇに流れ込むことになる。なお、潤滑剤(油)の封入量は、軸受の静止状態(非回転状態)において、その油面(図示しない)が、複列円筒ころ軸受の最下位の外輪つば部４ｔを越えた位置(要するに、外輪軌道面４ｓが油に浸かる位置)に位置付けられるように設定することが好ましい。

また、軸箱油溜り部１０ｇの両側には、それぞれ前蓋側油路１０ａと後蓋側油路１０ｂとが構成されている。前蓋側油路１０ａは、前蓋２０寄りの外輪４ａと軸箱１０との間に構成されており、前蓋内部２０ｐ(前蓋２０と複列円筒ころ軸受と鉄道車両車軸Ａｘの軸端とで囲まれた領域)に連通している。一方、後蓋側油路１０ｂは、後蓋２２寄りの外輪４ｂと軸箱１０との間に構成されており、後蓋内部２２ｐ(後蓋２２と油切り部材１６と軸箱１０と複列円筒ころ軸受とで囲まれた領域)に連通している。

なお、後蓋内部には、オイルシール２６と複列円筒ころ軸受との間に、潤滑剤(油)の流れを塞き止めるための仕切板は設けられていない。

このような転がり軸受装置(複列円筒ころ軸受)において、軸端ナット１４と内輪２との間に挟持された状態で位置決め固定されているつば輪１８には、軸端ナット１４の外径よりも大きな径寸法を有する突起部１８ｔが設けられている。また、油切り部材１６と内輪２との間には、リング部材３２が介在されており、当該リング部材３２は、油切り部材１６と内輪２との間に挟持された状態で位置決め固定されている。そして、かかるリング部材３２は、内輪外径(内輪つば部２ｔの外径)及び油切り部材１６の外径よりも大きな径寸法を有している。

なお、つば輪１８に突設した突起部１８ｔは、図面上で２つ例示しているが(図３(ａ)参照)、例えば図３(ｂ),(ｃ)に示すように、１つ(単体)の突起部１８ｔとしても良い。この場合、同図(ｂ)の突起部１８ｔには、後述する潤滑剤(油)の流れ方向Ｆａに沿ってテーパが施されており、これにより潤滑剤(油)の循環効率を向上させている。また、同図(ｃ)の突起部１８ｔは、矩形状を成しているが、このような形状であっても潤滑剤(油)の循環効率に影響は無い。更に、同図(ｃ)のように、後述する潤滑剤(油)の流れ方向Ｆａに沿って上流側が低く下流側が高くなるように、互いに高低差を持たせた２つの突起部１８ｔとしても良い。

この場合、つば輪１８において、つば部２ｔのつば高さと、突起部１８ｔの突起部径との高低差は、例えば潤滑剤(油)の種類(例えば、粘度)や、軸受回転時における潤滑剤(油)の循環速度、或いは、当該軸受の使用目的や使用環境に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、つば部２ｔの数は、２つに限定されることは無く、３つ以上にしても良い。要するに、軸端ナット１４の外径よりも大きな径寸法を有する突起部１８ｔであれば、その数や形状などについて制限は無い。

一方、リング部材３２については、図面上で１つ例示しているが、これに限定されることは無く、２つ以上にしても良い。この場合、リング部材３２の形状は、上述したつば部２ｔと同様に、後述する潤滑剤(油)の流れ方向Ｆａに沿ってテーパを施しても良いし、上流側が低く且つ下流側が高くなるように、互いに高低差を持たせた２つのリング部材３２を構成しても良い。要するに、油切り部材１６の外径よりも大きな径寸法を有するリング部材３２であれば、その数や形状などについて制限は無い。

また、上述したつば輪１８及びリング部材３２は、それぞれ、内輪２とは別体で構成しても良いし、或いは、内輪２と一体で成形しても良い。なお、つば輪１８及びリング部材３２を内輪２とは別体で構成する場合において、つば輪１８及びリング部材３２の材質としては、例えば金属又は非金属のいずれでも良いが、非金属にすることで軸受全体の軽量化を図ることができる。

更に、図４(ａ)に示すように、外輪間座１２には、その外周を一部周方向に沿って連続して窪ませたグルービング溝１２ｇが形成されていると共に、当該外輪間座１２を半径方向に貫通して形成された複数の貫通穴１２ｈがグルービング溝１２ｇに沿って所定間隔(例えば、等間隔)で設けられている。この場合、各貫通穴１２ｈの大きさ(穴径)や数は、例えば外輪間座１２やグルービング溝１２ｇの大きさ(幅寸法、周方向長さ)、或いは、潤滑剤(油)の種類(例えば、粘度)や、軸受回転時における潤滑剤(油)の循環速度に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。

また、複数の貫通穴１２ｈの形状は、円形の丸穴に限定されることは無く、グルービング溝１２ｇに沿って所定量延長させた長穴形状の貫通穴１２ｈ(図４(ｂ)参照)としても良い。更に、例えば図４(ｂ)に示すように、長穴形状の貫通穴１２ｈと丸穴形状の貫通穴１２ｈとを混在させても良い。この場合、当該外輪間座１２を外輪4a,4b相互間に介在させる際には、長穴形状の貫通穴１２ｈが軸箱油溜り部１０ｇに対向するように位置決めすることが好ましい。

上述したように、軸箱油溜り部１０ｇは、水平方向に延出する鉄道車両車軸Ａｘに転がり軸受装置(複列円筒ころ軸受)をセットした状態において、垂直下方に位置して設けられている。このため、長穴形状の貫通穴１２ｈを軸箱油溜り部１０ｇに対向させることで、転がり軸受装置に封入された潤滑剤(油)を、その自重により長穴形状の貫通穴１２ｈを介してスムーズに軸箱油溜り部１０ｇに流れ込ませることができる。

また、外輪間座１２の外周に形成されたグルービング溝１２ｇは、軸受回転時における遠心力によって貫通穴１２ｈから排出された潤滑剤(油)を、当該グルービング溝１２ｇに沿って周方向に移動させて、軸箱油溜り部１０ｇにスムーズに導入させる機能を有する。更に、複数の貫通穴１２ｈは、軸受回転時に撹拌された潤滑剤(油)を軸箱油溜り部１０ｇに向けて回収させる機能と同時に、当該潤滑剤(油)を軸箱油溜り部１０ｇから軸受内部に向けて給油(循環)させる機能を有する。

このような転がり軸受装置(複列円筒ころ軸受)によれば、軸受回転時に、鉄道車両車軸Ａｘと共に内輪２両側のつば輪１８及びリング部材３２が回転すると、軸箱１０内部に封入された潤滑剤(油)にスリンガー効果が作用し、これにより、当該潤滑剤(油)を軸方向に沿って強制的に環流させる。このとき、軸箱油溜り部１０ｇの潤滑剤(油)は、外輪間座１２の各貫通穴１２ｈから内外輪2,4a,4b間に流入した後、その流れ方向が軸方向に沿って２方向に分岐する。この場合、その一方の流れ方向Ｆａでは、潤滑剤(油)をつば輪１８に向けて還流させると共に、その他方の流れ方向Ｆｂでは、潤滑剤(油)をリング部材３２に向けて環流させる。

ここで、つば輪１８には、つば部２ｔのつば高さ及び軸端ナット１４の外径よりも大きな径寸法の突起部１８ｔが設けられており、これにより、スリンガー効果が増幅され、潤滑剤(油)をつば輪１８に向けて強く誘導し且つ還流させる。この結果、つば輪１８まで誘導され且つ環流した潤滑剤(油)は、前蓋内部２０ｐを経由した後、前蓋側油路１０ａから再び軸箱油溜り部１０ｇに戻される。

一方、リング部材３２は、内輪外径(内輪つば部２ｔの外径)及び油切り部材１６の外径よりも大きな径寸法を有している。この場合、リング部材３２が内輪つば部２ｔの外径よりも大きな径寸法を有することにより、スリンガー効果が増幅され、潤滑剤(油)をリング部材３２に向けて強く誘導し且つ還流させる。この結果、リング部材３２まで誘導され且つ環流した潤滑剤(油)は、後蓋内部２２ｐを経由した後、後蓋側油路１０ｂから再び軸箱油溜り部１０ｇに戻される。更に、リング部材３２が油切り部材１６の外径よりも大きな径寸法を有することにより、リング部材３２まで誘導され且つ環流した潤滑剤(油)は、当該リング部材３２によって振り飛ばされる。これにより、オイルシール２６への潤滑剤(油)の過剰な浸入が防止され、その結果、当該オイルシール２６からの潤滑剤(油)の漏洩防止が図られる。

このように、前蓋側油路１０ａ及び後蓋側油路１０ｂから軸箱油溜り部１０ｇに戻された潤滑剤(油)は、つば輪１８及びリング部材３２の回転に伴うスリンガー効果によって、再び外輪間座１２の各貫通穴１２ｈから内外輪2,4a,4b間に流入する。これにより、軸箱１０内部には、潤滑剤(油)の循環経路が構成され、当該循環経路に沿って潤滑剤(油)を循環させることができる。

この場合、軸箱１０内部の潤滑剤(油)の循環経路は、潤滑剤(油)を強制的に且つ円滑に循環させるため、軸受回転時における潤滑剤(油)の撹拌抵抗の影響を受けること無く、潤滑剤(油)の循環効率を一定に維持し且つ向上させることができる。このため、潤滑剤(油)と軸受との間の熱交換による軸受の冷却性能を維持・向上させることができ、その結果、軸受周りの発熱量が小さくなり、軸受の温度を許容範囲内に維持することができる。これにより、軸受の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができるため、軸受を長期に亘って連続して且つ安定して使用し続けることができる。

ここで、軸受の回転数変化と外輪4a,4bの温度上昇との関係について考察すると、図２(ａ)に示すように、本実施の形態に係る軸受装置(実施例１)は、従来品に比べて回転数の増加に伴う温度上昇が小さいことが分かる。また、軸受内を循環する潤滑剤(油)の軸方向位置(図１(ｂ)の位置PA,PB,PC)と温度上昇との関係について考察すると、図２(ｂ)に示すように、軸箱油溜り部１０ｇの外輪間座１２付近の位置ＰＢでは、従来品に比べて温度上昇があるものの、その他の位置において、本実施の形態に係る軸受装置(実施例１)は、従来品に比べて温度上昇が小さいことが分かる。これにより、本実施の形態に係る軸受装置は、熱交換効率を向上させ、冷却性能に優れていることが実証された。

なお、本実施の形態において、後蓋側油路１０ｂをリング部材３２に対向する位置或いはそれを軸方向に超えた位置まで延長させることで、リング部材３２まで誘導され且つ環流した潤滑剤(油)を更に効率良く軸箱油溜り部１０ｇに導入させることができる。

また、本実施の形態において、リング部材３２は、軸受の使用状態において突発的に発生する軸方向への潤滑剤(油)の環流を確実に止める仕切板としての機能も有する。これにより、潤滑剤(油)の流れを塞き止めるための仕切板が不要となり、その結果、部品点数の削減による軸受の製造コストの低減を図ることができる。

また、本実施の形態において、転がり軸受装置としては、複列円筒ころ軸受に限定されることは無く、例えば複列円すいころ軸受に上述したような構成を施すことで、同様の作用効果を実現することができる。

また、本実施の形態では、上記突起部１８ｔをつば輪１８に設けた場合を想定したが、これに限定されることは無い。例えば、つば輪１８を設けること無く、内輪軌道面２ｓの両側に内輪つば部２ｔを突設し、その一方の内輪つば部２ｔ(軸端ナット１４に隣接した位置の内輪つば部２ｔ)に、上記突起部１８ｔを設けるようにしても良い。

(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受装置の構成を示す断面図、(ｂ)は、同図(ａ)の内外輪周りの構成を一部拡大して示す断面図。 (ａ)は、軸受の回転数変化と外輪の温度上昇との関係を示す図、(ｂ)は、軸受内を循環する潤滑剤(油)の軸方向位置と温度上昇との関係を示す図。 (ａ)〜(ｄ)は、それぞれ、つば輪に設けられた突起部の形状を示す断面図。転がり軸受装置に設けられた外輪間座の構成を示す図であって、(ａ)は、正面図、(ｂ)は、側面図、(ｃ)は、斜視図。転がり軸受装置に設けられた外輪間座の他の構成を示す図であって、(ａ)は、正面図、(ｂ)は、側面図、(ｃ)は、斜視図。

符号の説明

２内輪
4a,4b 外輪
６転動体
１４軸端ナット
１６油切り部材
１８つば輪
１８ｔ突起部
３２リング部材
Ａｘ軸(鉄道車両車軸)

Claims

軸と共に回転する内輪と、内輪に対向配置された外輪と、内外輪間に複列で転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、内輪は、軸に嵌合された軸端ナットと油切り部材との間に挟持された状態で位置決め固定され、且つ、油浴潤滑で用いられる転がり軸受装置であって、
内輪には、その軸端ナットに隣接した位置に、当該軸端ナットの外径よりも大きな径寸法を有する突起部が少なくとも１つ設けられていると共に、その油切り部材に隣接した位置に、当該内輪外径及び油切り部材の外径よりも大きな径寸法を有するリング部材が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする転がり軸受装置。
外輪は、外輪間座を介在した状態で複列に構成配置されており、外輪間座には、その外周を一部周方向に沿って連続して窪ませたグルービング溝が形成されていると共に、当該外輪間座を半径方向に貫通して形成された複数の貫通穴がグルービング溝に沿って所定間隔で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。