JPH0972344A

JPH0972344A - 軸受ユニット

Info

Publication number: JPH0972344A
Application number: JP8121906A
Authority: JP
Inventors: Masaru Konno; 大金野; Akira Muramoto; 章村本; Masaharu Nakamura; 正治中村; Hiroji Eto; 博二江藤; Hiromitsu Asai; 拡光浅井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-05-16
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受の保守点検の頻度を大幅に低減する。【解決手段】回転軸１の先端面に、フランジ部３Ａを備
えたキャップ３を回転方向に一体に固定し、そのフラン
ジ部３Ａの軸受２側を向く面にバッキングリング５Ａの
端面を当接し、そのバッキングリング５Ａの他方の端面
を内輪２ｃの端面に当接させる。一方、回転軸１の軸受
２が固定される位置よりも回転軸１中央部寄りには、中
央部側が拡径するテーパ部１Ａ及び大径部１Ｂを形成
し、テーパ部１Ａにバッキングリング５Ｂを外嵌させ、
バッキングリング５Ｂの内端部を大径部１Ｂの先端側段
差部１Ｃに当接させ、バッキングリング５Ｂの先端面を
内輪２ｄの端面に当接させる。そして、バッキングリン
グ５Ａの内輪２ｃ端面に当接する端面５ａと、バッキン
グリング５Ｂの内輪２ｄ端面に当接する端面５ｂとのそ
れぞれに、軸方向の応力変動を吸収する被膜を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、軸受ユニットに
関し、特に、軸受の端面に当接して該軸受を回転軸に固
定するバッキングリングを備えた軸受ユニットにおい
て、それら軸受端面とバッキングリングとの接触面の磨
耗を低減できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、陸上輸送の高速化に伴い、鉄道車
両においても、車軸用軸受の連続使用時間を延長したい
という要求がある。つまり、保守点検の頻度を低減でき
る軸受ユニットの開発要求がある。

【０００３】そして、かかる要求に対して従来は、シー
ル構造を改良することにより、軸受外部からの異物の侵
入を極力防止する、或いは、軸受が固定されるハウジン
グ端面を軸受と同じ材質にするとともに、焼入れ処理を
施してその硬度を上げることにより、微小磨耗による微
粉発生を抑制して潤滑剤としてのグリースの劣化を防止
する、等の改善を図っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】確かに、上記のような
方策を施せばそれに応じて軸受内部やグリースへの金属
粉等の混入を低減することはできるが、軸受ユニットの
保守点検の頻度の飛躍的な低減は達成されていないのが
現状である。

【０００５】即ち、例えば鉄道車両の車軸用の軸受のよ
うに高い剛性と耐衝撃性とが要求される軸受には、複列
の円筒ころ軸受や背面組合せの円錐ころ軸受が適用さ
れ、そのような軸受が一本の車軸に対して二組ずつ使用
される。そして、各車軸には１０トン前後のラジアル荷
重が負荷されるため、車軸自体が、軸に対して垂直方向
に撓みながら回転する所謂ベンディングという現象が発
生する。

【０００６】すると、軸受を車軸に固定するために軸受
内輪等の端面に当接するバッキングリングと内輪端面と
の接触面の応力が、ベンディングの影響により周期的に
変動することになり、その応力変動によって接触面に微
小磨耗（フレッティング）が生じてしまうのである。こ
れに対し、軸受のシールは、その微小磨耗が生じる接触
面の外側に配設されるため、フレッティングで発生した
金属の磨耗粉が軸受内側に混入することを防ぐことはで
きないのである。そして、その磨耗粉が軸受内に多量に
混入した状態を放置してしまうと、軌道面の面荒れやグ
リースの劣化等招き円滑な回転が維持できなくなってし
まう。このため、頻繁な保守点検が必要なのである。

【０００７】本発明は、このような従来の技術が有する
未解決の課題に着目してなされたものであって、保守点
検の頻度を大幅に低減することができる軸受ユニットを
提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回転軸を支持する軸受と、この軸受の端
面に当接して該軸受を前記回転軸に固定するバッキング
リングと、を備えた軸受ユニットにおいて、前記軸受の
端面と前記バッキングリングとの間の応力変動の影響を
低減する応力変動影響低減構造を設けた。

【０００９】なお、上記応力変動影響低減構造として
は、例えば、軸受の端面とバッキングリングとの間に、
それらの間に生じる応力変動を吸収する応力変動吸収層
を介在させることが考えられる。即ち、軸受端面とバッ
キングリングとの間に介在させた応力変動吸収層によっ
て、それら軸受端面とバッキングリングとの接触面の応
力変動が吸収されるので、フレッティングの発生が抑制
される。

【００１０】ここで、応力変動吸収層の具体例として
は、軸受の材質及びバッキングリングの材質の双方より
も硬度の低い材質からなる層が考えられる。かかる硬度
の低い材質としては、銀，鉛，亜鉛，錫等の軟質金属が
適用できる。

【００１１】応力変動吸収層の他の具体例としては、軸
受の材質及びバッキングリングの材質の双方よりも弾性
力が小さく降伏点のある材質からなる層が考えられる。
かかる弾性力が小さく降伏点のある材質としては、ゴム
やプラスチックに代表される高分子エラストマー等が適
用できる。

【００１２】また、応力変動吸収層のその他の具体例と
しては、自己潤滑性を有する材質からなる層が考えられ
る。かかる自己潤滑性を有する材質としては、固体潤滑
剤を含有した摺動性樹脂等が適用でき、例えば、４フッ
化エチレン、二硫化モリブデン、ポリエチレン等の固体
潤滑剤や、摺動性を付与した高分子エラストマー等が適
用できる。

【００１３】そして、上記のような応力変動吸収層は、
バッキングリングの軸受端面に当接する部分の表面に被
膜として設けることができる。例えば、上記のような軟
質金属であればメッキ処理により設けることができる。

【００１４】さらに、応力変動吸収層のその他の具体例
としては、４フッ化エチレン等のフッ素化合物をマトリ
ックス（母体）とし、その中に耐磨耗性粒子を配合した
シートが考えられ、そのようなシートを、軸受の端面や
バッキングリングの金属表面に張り合わせることにより
応力変動影響低減構造を実現することができる。

【００１５】ここで、耐磨耗性粒子としては、例えば住
友化学株式会社製のエコノール（商品名）、ユニチカ株
式会社製のユニベックス（商品名）、鐘紡株式会社製の
ベルパール（商品名）、デュポン社製のポリイミド、日
本カーボン社製の球状カーボン、及び炭酸カルシウム、
グラファイト等のように、これらを取り囲むマトリック
ス層より硬いものであれば適用可能である。

【００１６】耐磨耗性粒子のマトリックス層に対する配
合比率は、２〜６０ｗｔ％が望ましく、好適には、５〜
４０ｗｔ％、さらに好適には、１０〜３０ｗｔ％であ
る。上記シートの厚みとしては、１０〜１０００μｍが
望ましい。１０μｍに満たない程度では、応力変動の吸
収効果が不十分で、フレッティング発生までの時間を十
分に長くできない。逆に、１０００μｍを越えると、軸
受ユニットの寸法公差に与える影響が無視できなくなっ
てしまう。

【００１７】また、本発明における他の上記応力変動影
響低減構造としては、例えば、軸受の端面に当接するバ
ッキングリング端面の硬度を上げることが考えられる。
より具体的には、そのバッキングリング端面の硬度を、
これと接触する軸受端面の硬度と同等又はそれ以上とす
ることにより、応力変動影響低減構造が得られる。つま
り、バッキングリング端面の硬度を上げれば、応力変動
に対する耐性が上がるから、その応力変動のバッキング
リング端面への影響が低減され、そのバッキングリング
におけるフレッティングの発生が抑制される。

【００１８】バッキングリング端面の硬度を上げる具体
例としては、そのバッキングリング端面にクロムメッキ
を施す、チタン化合物等をコーティングすること等が考
えられるが、特に摺動性に優れたＴｉＣ（チタンカーボ
ン）をコーティングすることが、フレッティング防止の
点からも優れている。クロムメッキは、低温で電解し
て、バッキングリングの表面に黒色クロム酸化物を形成
させるものでもよい。また、チタン化合物としては、Ｔ
ｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＣＮ（チタンカーボ
ンナイトライド）等の複合物であってもよい。これらの
高硬度層は、メッキの他に、イオンプレーティング，Ｃ
ＶＤ，スパッタリング等の各手法により形成することが
できる。さらに、それら高硬度薄層の上に、４フッ化エ
チレン，２フッ化エチレン等の複合層を形成してもよ
い。

【００１９】この高硬度層の厚みは、０．３〜２０μｍ
であることが、バッキングリング端面のフレッティング
防止の点からは望ましい。例えば、イオンプレーティン
グ，ＣＶＤによって形成したＴｉＣ層であれば、０．３
〜３μｍが特に望ましく、クロムメッキであれば、０．
５〜２０μｍが望ましい。これら高硬度層の厚みが望ま
しい範囲の下限値に満たない場合には、フレッティング
発生までの時間を十分に長くできない。逆に、上限値を
越えてしまうと、剥離等の別の悪影響が生じてしまう。

【００２０】バッキングリング端面の硬度を上げる他の
具体例としては、或いは、そのバッキングリング端面そ
のものの硬度を上げることが考えられる。例えば、バッ
キングリング表面に対して、浸炭窒化処理，浸炭処理，
浸硫化処理、浸浴窒化処理等を施すことにより、その表
面の硬度を上げることができる。これら浸炭窒化処理等
は、２００μｍ程度の深さまで高硬度層を形成すること
ができる。

【００２１】また、本発明におけるその他の上記応力変
動影響低減構造としては、例えば、軸受の端面に当接す
るバッキングリング端面を、その軸受の端面のエッジ部
に接触しないようなエッジ非接触形状に加工することが
考えられる。つまり、軸受の端面とバッキングリングと
の間の応力は、主として軸受端面のエッジ部に集中し、
バッキングリング端面のうち軸受端面のエッジ部と接触
する部分がフレッティングの起点となるため、そのエッ
ジ部とバッキングリングとの接触をなくせば、応力変動
のバッキングリング端面への影響が低減され、そのバッ
キングリングにおけるフレッティングの発生が抑制され
る。

【００２２】エッジ非接触形状の具体例としては、バッ
キングリング端面にクラウニング加工を施して、バッキ
ングリング厚さ方向中央部が盛り上がるような丸みを付
けることが考えられる。即ち、軸受の内輪等の端面に
は、その内周側及び外周側のそれぞれにチャンファ（面
取り部）が形成されるのが通常であり、その端面の平面
部分とチャンファとの境界部分にエッジ部が形成される
から、そのエッジ部を逃げるようにバッキングリング端
面に丸みを付ければ、上記のエッジ非接触形状が得られ
るのである。

【００２３】また、エッジ非接触形状の他の具体例とし
ては、軸受端面のエッジ部を逃げるように、バッキング
リング端面をテーパ形状とすることが考えられる。即
ち、バッキングリング端面の厚さ方向の中央部は、軸受
端面に当接する平面部とするとともに、バッキングリン
グ端面の軸受端面エッジ部に対向する部分よりも若干中
央部側から端部に至る間（つまり、バッキングリング端
面の軸受端面チャンファ部に対向する部分よりも若干拾
い部分）を、端部に近づくに従って軸受端面から離れる
ような斜面とすれば、上記のエッジ非接触形状が得られ
るのである。

【００２４】さらに、エッジ非接触形状は、バッキング
リング側に形成しなくても、軸受側に形成してもよい。
つまり、軸受の端面に例えばクラウニング加工を施すこ
とにより丸みを付けて、その軸受端面のエッジ部がバッ
キングリング端面に当接しないようにしてもよい。同様
に、軸受の端面をテーパ形状とすることにより、軸受端
面のエッジ部がバッキングリング端面に当接しないよう
にしてもよい。軸受端面をテーパ形状とする場合、その
テーパ面が始まる部分な滑らかな屈曲にすることが望ま
しい。

【００２５】さらに、本発明におけるその他の上記応力
変動影響低減構造としては、上記の応力変動吸収層と、
上記のエッジ非接触形状との両方を組み合わせたもので
あってもよい。つまり、バッキングリング端面又は軸受
端面の形状を、その軸受の端面のエッジ部がバッキング
リング端面に接触しないようなエッジ非接触形状に加工
するとともに、バッキングリングの端面又は軸受端面の
一方若しくは両方に、上記のような応力変動吸収層を形
成するのであり、これによれば、応力変動吸収層とエッ
ジ非接触形状との両方の利点が発揮され、より確実にフ
レッティングの発生が抑制される。

【００２６】また、本発明におけるその他の上記応力変
動影響低減構造としては、上記のバッキングリング端面
の硬度を上げる構造と、上記のエッジ非接触形状との両
方を組み合わせたものであってもよい。つまり、バッキ
ングリング端面又は軸受端面の形状を、その軸受の端面
のエッジ部がバッキングリング端面に接触しないような
エッジ非接触形状に加工するとともに、そのバッキング
リングの端面の硬度を上記のように上げれば、端面硬度
を上げた点とエッジ非接触形状との両方の利点が発揮さ
れ、より確実にフレッティングの発生が抑制される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形
態の構成を示す軸受ユニットの断面図であり、先ず、構
成を説明すると、この軸受ユニットは鉄道車両の車軸用
軸受ユニットであって、回転軸としての車軸１を回転自
在に支持する軸受２を有している。なお、軸受２は、転
動体２ａとして二列の円錐ころを有する背面組合せの複
列円錐ころ軸受であり、転動体２ａの各列毎に設けられ
且つ中間に間座２ｂを挟み込んだ二列の内輪２ｃ，２ｄ
と、転動体２ａの各列で共通の外輪２ｅと、転動体２ａ
の各列毎に設けられた保持器２ｆと、から構成されてい
て、間座２ｂを挟んだ状態の内輪２ｃ，２ｄが車軸１の
先端部分に外嵌している。なお、外輪２ｅの軸方向中央
部の適所には、グリース供給口２ｇが形成されている。

【００２８】そして、車軸１の先端面には、周方向外側
に張り出すフランジ部３Ａを備えたキャップ３が複数の
ボルト４によって回転方向に一体に固定されていて、そ
のフランジ部３Ａの軸受２側を向く面に一方のバッキン
グリング５Ａの端面が当接し、そのバッキングリング５
Ａの他方の端面が、軸受端面としての一方の内輪２ｃの
端面に当接している。

【００２９】一方、車軸１の軸受２が固定される位置よ
りも車軸１中央部寄りには、中央部側が拡径するテーパ
部１Ａ及び大径部１Ｂが形成され、テーパ部１Ａに他方
のバッキングリング５Ｂが外嵌するとともに、そのバッ
キングリング５Ｂの内端部が、大径部１Ｂの先端側段差
部１Ｃに当接するようになっていて、そのバッキングリ
ング５Ｂの先端面が、軸受端面としての他方の内輪２ｄ
の端面に当接している。

【００３０】また、外輪２ｅのキャップ３側の端面と大
径部１Ｂ側端面とのそれぞれには、外輪２ｅから離れる
に従って段階的に縮径する肉薄円筒形のガイド部材６
Ａ，６Ｂが固定されていて、一方のガイド部材６Ａの先
端部は、極僅かな隙間を開けてフランジ部３Ａの外周面
を包囲し、他方のガイド部材６Ｂの先端部は、極僅かな
隙間を開けてバッキングリング５Ｂの外周面を包囲して
いる。

【００３１】そして、バッキングリング５Ａの中央部外
周面とガイド部材６Ａの中央部内周面との間に、オイル
シール７Ａが配設され、バッキングリング５Ｂの中央部
外周面とガイド部材６Ｂの中央部内周面との間に、オイ
ルシール７Ｂが配設されている。かかるオイルシール７
Ａ，７Ｂにより、軸受２の外部から内部への微粉等の侵
入を防止している。

【００３２】かかる軸受２の車軸１への取り付けは、車
軸１の先端側から、バッキングリング５Ｂ，軸受２，バ
ッキングリング５Ａをこの順に嵌め込んだ後に、その車
軸１の先端面にキャップ３を取り付け、ボルト４を締め
付けることにより行われる。なお、これが車軸用軸受ユ
ニットであり、軸受２には車両重量を支えるために大き
なラジアル荷重が負荷されることから、軸受２には、ボ
ルト４，キャップ３及び軸受２の両端面に当接するバッ
キングリング５Ａ，５Ｂを介して、軸方向に数トンの圧
入力を加えるようになっており、その圧入力により軸受
２を車軸１に固定するようになっている。

【００３３】そして、本実施の形態の軸受ユニットにあ
っては、バッキングリング５Ａの内輪２ｃ端面に当接す
る端面５ａと、バッキングリング５Ｂの内輪２ｄ端面に
当接する端面５ｂとのそれぞれに、軸に沿った方向の応
力の変動を吸収する応力変動吸収層としての被膜を形成
している。

【００３４】なお、実際には一本の車軸１に対して図１
に示すような軸受２が両端部それぞれに配設されるが、
同様の構造であるためその図示及び説明は省略する。次
に、本実施の形態の動作を説明する。

【００３５】即ち、車軸１には１０トン前後のラジアル
荷重が負荷されるため、回転中の車軸１にはベンディン
グが発生する。すると、内輪２ｃ端面及びバッキングリ
ング５Ａの端面５ａ間の応力と、内輪２ｄ端面及びバッ
キングリング５Ｂの端面５ｂ間の応力とが、車軸１の回
転に同期して周期的に変動する。

【００３６】しかし、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端
面５ａ，５ｂには、その応力変動を吸収するための被膜
を形成しているため、かかる応力変動に起因して内輪２
ｃ，２ｄの端面やバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５
ａ，５ｂ等にフレッティングが生じてしまうことが防止
される。その結果、金属の磨耗粉が軸受内に多量に混入
することが避けられるから、内輪２ｃ，２ｄや外輪２ｅ
の軌道面の面荒れやグリースの劣化等を招くことがな
く、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が低減
されるのである。

【００３７】図２は本発明の第２の実施の形態における
軸受ユニットの構成を示す断面図であり、図１に示した
構成と同様の部材及び部位には同じ符号を付している。
即ち、この図２に示す軸受ユニットは、図１に示した構
成を実質的に同一であるが、バッキングリング５Ａ，５
Ｂを図１の場合よりも肉薄としている。そして、このよ
うな構成の軸受ユニットであっても、バッキングリング
５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに応力変動吸収層を形成す
ることにより、フレッティング防止効果を得ることがで
きる。

【００３８】図３は本発明の第３の実施の形態を示す図
であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の
構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の
実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付してい
る。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図３
の構成と同様であるためその図示を省略している。

【００３９】即ち、本実施の形態では、バッキングリン
グ５Ｂの端面５ｂ表面に、その硬度を高くした高硬度層
１０を形成し、その高硬度層１０が内輪２ｄの端面に当
接するようにしている。高硬度層１０は、これと当接す
る内輪２ｄ端面と同等又はそれ以上の硬度を有する層で
あり、上述のようなメッキ処理，コーティング処理，浸
炭窒化処理等によって形成される。

【００４０】このような構成であっても、内輪２ｄ及び
バッキングリング５Ｂ間の応力変動に対する端面５ｂの
耐性が、高硬度層１０を形成したことにより向上してい
るから、その端面５ｂにフレッティングが発生し難くな
っている。このため、上記第１の実施の形態と同様に、
従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が低減され
るという利点がある。

【００４１】図４は本発明の第４の実施の形態を示す図
であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の
構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の
実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付してい
る。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図４
の構成と同様であるためその図示を省略している。

【００４２】即ち、本実施の形態では、バッキングリン
グ５Ｂの端面５ｂに特に応力変動吸収層等は設けずに、
その端面５ｂを所定形状に加工することにより、応力変
動の影響を低減できるようにしたものである。

【００４３】つまり、この実施の形態では、バッキング
リング５Ｂの端面５ｂにクラウニング加工を施すことに
より、その端面５ｂに、厚さ方向の中央部が端部に比べ
て盛り上がるような丸みを付けている。これにより、内
輪２ｄの端面のチャンファ部１１と平面部１２との間に
形成されるエッジ部１３が、バッキングリング５Ｂの端
面５ｂに接触しないようにしている。

【００４４】このような構成であれば、内輪２ｄとバッ
キングリング５Ｂとの間の応力が集中するエッジ部１３
が端面５ｂに接触しないから、その応力に変動が生じた
としても、そのエッジ部１３がフレッティング発生の起
点になるようなことが避けられるから、応力変動の端面
５ｂへの影響が低減され、その端面５ｂにおけるフレッ
ティングの発生が抑制される。このため、上記第１の実
施の形態と同様に、従来の軸受ユニットに比べて保守点
検の頻度が低減されるという利点がある。

【００４５】なお、端面５ｂのクラウニング形状は、エ
ッジ１３と端面５ｂとの非接触さえ確保できれば特に限
定されるものではく、基準半径等は任意である。また、
クラウニング加工した部位に、バレル，ショットピーニ
ング等の加工処理を施してもよい。さらには、クラウニ
ング加工を内輪２ｄの端面側に施すことにより、エッジ
部１３が端面５ｂに接触しないようにしても、本実施の
形態と同様の作用効果が得られる。

【００４６】図５は本発明の第５の実施の形態を示す図
であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の
構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の
実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付してい
る。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図５
の構成と同様であるためその図示を省略している。

【００４７】即ち、本実施の形態も、上記第４の実施の
形態と同様に、端面５ｂを所定形状に加工することによ
り、応力変動の影響を低減できるようにしたものであ
る。つまり、この実施の形態では、端面５ｂの内輪２ｄ
端面のチャンファ部１１と対向する部位に、端に近づく
に従ってその内輪２ｄから離れるようなテーパ面１４を
形成している。ただし、テーパ面１４の傾斜が始まる位
置は、エッジ部１３よりも若干中央部寄りとしていて、
エッジ部１３が、バッキングリング５Ｂの端面５ｂに接
触しないようにしている。

【００４８】このような構成であっても、エッジ部１３
が端面５ｂに接触しないから、上記第４の実施の形態と
同様の作用効果が得られる。特に、本実施の形態であれ
ば、端面５ｂにテーパ面１４を形成するだけで済むか
ら、上記各実施の形態、特に上記第４の実施の形態に比
べて、コスト的に有利である。

【００４９】なお、テーパ面１４の形成角度等は特に限
定されるものではなく、要はエッジ１３と端面５ｂとの
非接触さえ確保できればよい。また、内輪２ｄ側をテー
パ形状とすることにより、エッジ部１３が端面５ｂに接
触しないようにしても、本実施の形態と同様の作用効果
が得られる。

【００５０】図６は本発明の第６の実施の形態を示す図
であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の
構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の
実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付してい
る。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図６
の構成と同様であるためその図示を省略している。

【００５１】即ち、本実施の形態では、バッキングリン
グ５Ｂの端面５ｂを、上記第４の実施の形態と同様の形
状とするとともに、その端面５ｂに、上記第１の実施の
形態と同様の応力変動吸収層２０を形成したものであ
る。

【００５２】このような構成であれば、上記第１の実施
の形態及び第４の実施の形態の両方の作用が発揮される
から、応力変動の影響が極めて小さくなるから、フレッ
ティング発生の抑制効果が顕著になって、従来の軸受ユ
ニットに比べて保守点検の頻度が大幅に低減されるとい
う利点がある。

【００５３】図７は本発明の第７の実施の形態を示す図
であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の
構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の
実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付してい
る。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図７
の構成と同様であるためその図示を省略している。

【００５４】即ち、本実施の形態では、バッキングリン
グ５Ｂの端面５ｂを、上記第５の実施の形態と同様の形
状とするとともに、その端面５ｂに、上記第１の実施の
形態と同様の応力変動吸収層２０を形成したものであ
り、このような構成であれば、上記第１の実施の形態及
び第５の実施の形態の両方の作用が発揮されるから、上
記第６の実施の形態と同様の作用効果が得られるし、コ
スト的には上記第６の実施の形態よりも有利となる。

【００５５】なお、上記各実施の形態では、本発明に係
る軸受ユニットを、背面組合せの複列円錐ころ軸受を有
する軸受ユニットに適用した場合を説明したが、本発明
の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば複
列の円筒ころ軸受等の他の軸受であってもよい。

【００５６】また、上記第１，第２，第６，第７の実施
の形態では、主としてバッキングリング５Ａ，５Ｂの端
面５ａ，５ｂに応力変動吸収層を形成した場合について
説明しているが、その端面５ａ，５ｂが当接する内輪２
ｃ，２ｄの端面に応力変動吸収層を形成してもよいし、
或いは両方に形成してもよい。即ち、第６，第７の実施
の形態にあっては、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面
５ａ，５ｂ又は内輪２ｃ，２ｄの端面を上記のようなク
ラウニング形状又はテーパ形状とするとともに、バッキ
ングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂ又は内輪２ｃ，
２ｄの端面の一方若しくは両方に応力変動吸収層を形成
すればよい。

【００５７】さらに、上記第６，第７の実施の形態で
は、端面５ａ，５ｂに応力変動吸収層２０を形成してい
るが、これに代えて上記第３の実施の形態のような高硬
度層１０を形成するようにしてもよい。

【００５８】

【実施例】以下、本発明の実施例を、本発明者等が行っ
た実験の結果を伴って詳細に説明する。

【００５９】なお、下記の実験例１〜３は、上記実施の
形態における図１と同様の構成の軸受ユニットを用いる
とともに、軸受２にラジアル荷重を負荷した状態でモー
タ駆動により車軸１を回転させることにより、車軸１に
強制的にベンディングを引き起し、所定時間（５０時
間，１００時間，２００時間，３００時間，４００時
間，５００時間，１０００時間）経過毎に、内輪２ｃ，
２ｄの端面及びバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５
ａ，５ｂを観察してフレッティングの発生を評価すると
ともに、１０００時間経過後に、内輪２ｃ，２ｄの端面
の表面プロファイルを粗さ測定器（株式会社東京精密
製）で磨耗深さを測定した。また、比較例として、端面
５ａ，５ｂに応力変動吸収層を形成しない軸受２につい
ても、同様の実験を行った。実験条件は、ラジアル荷重：５０００ｋｇｆアキシャル荷重：１５００ｋｇｆ回転数：２０００ｒｐｍ荷重負荷間隔：５秒オン、２５秒オフの繰り返しである。表面の観察結果の一部を表１に示し、磨耗深さ
測定結果の一部を表２に示すとともに、応力変動吸収層
の膜厚と軸受２の耐久時間との関係を、図８にグラフで
示した。〔実験例１〕バッキングリング５Ａ，５Ｂの材質をＳ４
５Ｃとするとともに、その各部の寸法を、内径１２０ｍ
ｍ、外径１７０ｍｍ、長さ７０ｍｍとし、内輪２ｃ，２
ｄ端面との接触面積を約２３００ｍｍ²とした。

【００６０】そして、かかるバッキングリング５Ａ，５
Ｂの端面５ａ，５ｂに、応力変動吸収層としての銀被膜
を、メッキ処理により２μｍ〜５０μｍ形成した。具体
的には、端面５ａ，５ｂを除く部分をクロロプレン系マ
スキング剤で被覆し、アルカリ脱脂、酸洗浄を行った後
に、銅のストライクメッキを１μｍ施し、そして、端面
５ａ，５ｂ表面に、電解メッキにより、銀被膜を施し
た。なお、銀被膜の膜厚は、単位面積当たりの電解電流
と電解時間を制御することで、膜厚の異なる銀被膜を形
成した。〔実験例２〕材質及び寸法が実験例１と同様のバッキン
グリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに、市販されてい
るウレタン系エラストマーを複数種類の厚みで塗膜し
た。〔実験例３〕材質及び寸法が実験例１と同様のバッキン
グリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに、予め燐酸マン
ガンの化成処理を施し、その上に４フッ化エチレンと熱
硬化性樹脂との混合物の被膜処理を施した。化成処理
は、膜重量として、約５．０ｇ／ｍ²（膜厚：約４μｍ
〜５μｍ）の燐酸マンガン塩処理である。そして、上層
の樹脂塗膜層は、４フッ化エチレン１に対しポリアミド
イミド４の割合の被膜層であって、その被膜法は、４フ
ッ化エチレンとポリアミドイミドとの上記比率の混合物
をそれらと同じ重量比の有機溶剤で分散液としたもの
を、エアーを用いたスプレーガンで塗膜層を形成し、２
００度で１時間の加熱処理を施して、端面５ａ，５ｂに
被覆する、という方法である。なお、被膜の厚みは、複
数種類形成した。

【００６１】

【表１】

【００６２】なお、この表１中の各記号の意味は、下記
の通りである。 ○：フレッティング発生無し △：一部フレッティング発生 ×：全面フレッティング発生

【００６３】

【表２】

【００６４】これら表１，表２からも明らかなように、
実験例１〜３のいずれであっても、比較例に比べてフレ
ッティングの防止効果があることが確認できた。実験例
１の構成でフレッティング防止効果が得られるのは、応
力変動が硬度の低い銀等のメッキ層に作用し、そのメッ
キ層に磨耗が生じ、内輪２ｃ，２ｄ端面やバッキングリ
ング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂにはフレッティングは
生じないからである。

【００６５】実験例２の構成でフレッティング防止効果
が得られるのは、介在させた物質の弾性力が小さくて降
伏点が存在すれば、内輪２ｃ，２ｄ端面やバッキングリ
ング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに働く応力が吸収され
るからである。また、その介在させた物質の塑性変形に
よってそれら端面間に隙間ができないため、衝撃がより
緩和される結果、実験例１の場合よりもフレッティング
防止効果が向上すると考えられる。

【００６６】実験例３の構成でフレッティング防止効果
が得られるのは、実験例２の場合と同様であるが、その
介在させた物質が自己潤滑性を有しているため、特に顕
著なフレッティング防止効果が得られる。つまり、金属
表面に化成処理を施し、その上に固体潤滑剤粒子を含有
したマトリックス樹脂層を形成させた実験例３の構造
が、上記実験例１〜３の中ではフレッティングを防止す
る上で最も好ましい。

【００６７】そして、比較例における未処理のバッキン
グリングのフレッティングによる磨耗量が一応の限界値
である１５０μｍに至るまでの耐久時間が４５０時間で
あることから、その耐久時間をクリアできる応力変動吸
収層の膜厚をフレッティング防止に有効な膜厚とすれ
ば、実験例１の構造での膜厚下限値は５０μｍ、実験例
２の構造での膜厚下限値は３０μｍ、実験例３の構造で
の膜厚下限値は５μｍがそれぞれ好ましいと言える。

【００６８】これに対し、いずれの構造でも応力変動吸
収層が１００μｍを越えると、応力変動吸収層にクラッ
クや剥離が発生しやすくなるため、逆にフレッティング
防止に対して悪影響が及ぼされることが確認されてい
る。よって、応力変動吸収層の膜厚上限値は１００μｍ
が好ましい。

【００６９】特にフレッティング防止効果が顕著である
実験例３の構造では、上記の理由から有効と考えられる
応力変動吸収層の膜厚は５μｍ〜１００μｍであるが、
２０μｍ〜１００μｍの範囲内とすることがさらに好ま
しい。

【００７０】なお、上記実験例１の各種条件のうち、ス
トライクメッキは銅に限定されるものではなく、ニッケ
ル等その他の金属であっても同様の効果が得られること
を確認している。また、ストライクメッキの厚みも、
０．５μｍ〜５．０μｍの範囲でも同様の効果が得られ
ることを確認している。銀の他に、鉛や錫等の他の軟質
金属も、銀の場合と略同等の効果が得られることが確認
されているため、端面５ａ，５ｂには銀以外の金属をメ
ッキしてもよく、これら銀，鉛，亜鉛，錫等がフレッテ
ィング防止に有効である。要は、内輪２ｃ，２ｄの材質
及びバッキングリング５Ａ，５Ｂの材質の双方よりも硬
度の低い材質の被膜であれば、実験例１と同様の効果が
得られるのである。

【００７１】また、上記実験例２のように端面５ａ，５
ｂに塗膜して応力変動吸収層を形成する場合、その応力
変動吸収層を形成する物質はエラストマーに限定される
ものではなく、粘弾性体であれば、熱可塑性、熱硬化
性、若しくはゴムと樹脂の重合体であるサーモプラスチ
ックエラストマーや、シリコン配合樹脂を使用しても、
上記実験例２と同様な効果が得られることが確認されて
いる。さらに、そのような物質をシート状に形成し、こ
れを内輪２ｃ，２ｄ端面と端面５ａ，５ｂとの間に挟み
込むか、或いはそのようなシート状にしたものを少なく
とも一方の端面に固着しても、上記実験例２と同様な効
果が得られる。要は、それら端面間に、内輪２ｃ，２ｄ
の材質及びバッキングリング５Ａ，５Ｂの材質の双方よ
りも弾性係数が小さく降伏点のある材質からなる層を介
在させれば、実験例２と同様の効果が得られるのであ
る。

【００７２】さらに、上記実験例３における化成処理膜
は、燐酸マンガン塩に限定されるものではなく、燐酸亜
鉛、燐酸カルシウム、燐酸鉄等の塩でも適用可能であ
り、膜重量も１．０ｇ／ｍ²以上であれば同様の効果が
得られる。また、樹脂塗膜中の固体潤滑剤粒子は、自己
潤滑性のある粒子であれば、他の固体潤滑剤粒子であっ
てもフレッティングを防止できることが確認されてい
る。また、上層の樹脂層はポリアミドイミドの他、エポ
キシ、ウレタン、フェノール等のように金属より弾性係
数が小さい粘弾性体であれば何でもよい。

【００７３】次に、本発明者等が行った他の実験例につ
いて説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限
定していないものについては、上記実験例１〜３と同様
である。〔実験例４〕４フッ化エチレン７０ｗｔ％、住友化学株
式会社製のエコノール（商品名）３０ｗｔ％を配合し、
焼結した材料を厚さ０．３ｍｍのシートとし、そのシー
トをバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに接
着した。接着剤には、スリーボンド株式会社製の２液硬
化型エポキシを使用し、その接着剤をシート全面に塗布
して８０℃で硬化させた。

【００７４】なお、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面
５ａ，５ｂには、予め燐酸マンガン塩被膜を５μｍ施
し、上記シートは、ナトリウムのナフタレン溶液で活性
化処理を施しておいた。〔実験例５〕４フッ化エチレン８５ｗｔ％、デュポン社
製のポリイミド１５ｗｔ％配合し、焼結した材料を厚さ
０．６ｍｍのシートとし、そのシートを、軸受２の各内
輪２ｃ，２ｄのバッキングリング５Ａ，５Ｂ側の端面に
接着した。接着剤には、スリーボンド株式会社製の２液
硬化型エポキシを使用し、シートをアルゴンガスでドラ
イエッチングした後に、各内輪２ｃ，２ｄの端面に接着
した。

【００７５】これら実験例４，５における表面の観察結
果の一部を表３に示す。表３中の記号の意味は、表１の
場合と同様である。なお、経過時間は、上記実験例１〜
３とは異なり、５００〜３５００時間とした。

【００７６】

【表３】

【００７７】この実験例４，５から、応力変動吸収層と
して、４フッ化エチレンのシート材に耐磨耗材を混合さ
せたものを使用すると、フレッティング防止効果が極め
て顕著になることが判った。また、応力変動吸収層は、
バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂでも、内
輪２ａ，２ｄ側の端面でも、同等のフレッティング防止
効果が得られることも判った。さらに、シート表面に、
化学的又は物理的な活性化処理を施すことにより、バッ
キングリング５Ａ，５Ｂ、内輪２ａ，２ｄとの密着性が
向上することも確認された。特にシート材は、コーティ
ング材と異なりシートの厚みが増加しても、応力変動に
よるクラックやわれ等が発生せず、フレッティングに対
して耐久性が優れている。

【００７８】次に、本発明者等が行った他の実験例につ
いて説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限
定していないものについては、上記実験例１〜３と同様
である。〔実験例６〕バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，
５ｂに、高硬度層１０として、クロム層を、メッキ処理
により１〜２０μｍ形成し、その端面５ａ，５ｂの表面
硬度を１１００Ｈｖとした（図３参照）。〔実験例７〕バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，
５ｂに、高硬度層１０として、ＴｉＣ被膜を、イオンプ
レーティングにより２μｍ形成し、その端面５ａ，５ｂ
の表面硬度を２３００Ｈｖとした（図３参照）。〔実験例８〕バッキングリング５Ａ，５Ｂを軸受材質と
同じ鋼炭素クロム鋼で形成するとともに、その端面５
ａ，５ｂに浸炭窒化処理を施して高硬度層１０を形成
し、それら端面５ａ，５ｂの硬度を、内輪２ａ，２ｄの
端面の硬度と同等以上とした（図３参照）。

【００７９】これら実験例６〜８における表面の観察結
果の一部を表４に示す。表４中の記号の意味は、表１の
場合と同様である。

【００８０】

【表４】

【００８１】これら実験例６〜８から、応力変動の影響
を低減するために、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面
５ａ，５ｂに高硬度層１０を形成することにより、充分
なフレッティング抑制効果が得られることが判った。

【００８２】次に、本発明者等が行った他の実験例につ
いて説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限
定していないものについては、上記実験例１〜３と同様
である。〔実験例９〕バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，
５ｂにクラウニング加工を施すことにより、内輪２ａ，
２ｂの端面のエッジ部１３が、端面５ａ，５ｂに接触し
ないようにした（図４参照）。〔実験例１０〕バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５
ａ，５ｂにテーパ面１４を形成することにより、内輪２
ａ，２ｂの端面のエッジ部１３が、端面５ａ，５ｂに接
触しないようにした（図５参照）。

【００８３】これら実験例９，１０における表面の観察
結果の一部を表５に示す。表５中の記号の意味は、表１
の場合と同様である。

【００８４】

【表５】

【００８５】これら実験例９，１０から、バッキングリ
ング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂの形状をクラウニング
形状やテーパ形状とすることにより、エッジ部１３がそ
の端面５ａ，５ｂに接触しないようすれば、充分なフレ
ッティング抑制効果が得られることが判った。次に、本
発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、
実験条件及び実験方法は、特に限定していないものにつ
いては、上記実験例１〜３と同様である。〔実験例１１〕実験例１と実験例９とを組み合わせた
（図６参照）。〔実験例１２〕実験例３と実験例１０とを組み合わせた
（図７参照）。〔実験例１３〕実験例６と実験例６とを組み合わせた
（図６参照）。〔実験例１４〕実験例８と実験例１０とを組み合わせた
（図７参照）。

【００８６】これら実験例１１〜１４における表面の観
察結果の一部を表６に示す。表６中の記号の意味は、表
１の場合と同様である。

【００８７】

【表６】

【００８８】これら実験例１１〜１４によれば、応力変
動吸収層又は高硬度層によるフレッティング抑制効果
と、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに形
成したクラウニング形状又はテーパ形状によるフレッテ
ィング抑制効果との両方が得られるため、フレッティン
グが発生する時間を大幅に遅らせることができ、保守点
検の頻度を極めて大幅に低減できるようになる。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軸受の端面とバッキングリングとの間の応力変動の影響
を低減する応力変動影響低減構造を設けたため、それら
軸受端面とバッキングリングとの接触面の応力変動の影
響を低減でき、フレッティングの発生が抑制されるか
ら、軌道輪の軌道面の面荒れやグリースの劣化等を招く
ことがなく、保守点検の頻度を低減できるという効果が
ある。よって、本発明に係る軸受ユニットは、車軸用軸
受に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す断面図
である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示す断面図
である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の構成を示す断面図
である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の構成を示す断面図
である。

【図５】本発明の第５の実施の形態の構成を示す断面図
である。

【図６】本発明の第６の実施の形態の構成を示す断面図
である。

【図７】本発明の第７の実施の形態の構成を示す断面図
である。

【図８】本発明者等が行った実験の結果を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１車軸（回転軸）２軸受２ａ転動体２ｃ，２ｄ内輪２ｅ外輪５Ａ，５Ｂバッキングリング５ａ，５ｂ端面７Ａ，７Ｂオイルシール１０高硬度層１１チャンファ部１２平面部１３エッジ部１４テーパ面２０応力変動吸収層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江藤博二神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内 (72)発明者浅井拡光神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸を支持する軸受と、この軸受の端
面に当接して該軸受を前記回転軸に固定するバッキング
リングと、を備えた軸受ユニットにおいて、前記軸受の
端面と前記バッキングリングとの間の応力変動の影響を
低減する応力変動影響低減構造を設けたことを特徴とす
る軸受ユニット。