JP4926453B2 - 鉄道車両用主電動機用転がり軸受および鉄道車両用主電動機の主軸支持構造 - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受および鉄道車両用主電動機の主軸支持構造に関する。

鉄道車両の主電動機に使用される転がり軸受は、外部からの異物の混入を防止するとともに、メンテナンスの周期を延ばし、長期間にわたって潤滑性を維持する必要がある。したがって、グリースの封入されたシールが備えられたシール付きの転がり軸受が使用される。特に、昨今は、長年の使用による劣化検査等の目的から、車両走行距離で４５万ｋｍ毎に行われていた検査周期が、走行車両数の増加、鉄道車両に関する技術レベルの向上により、６０万ｋｍ毎まで延長されることになり、ますます転がり軸受の寿命、すなわち、長期間にわたる潤滑性の維持が問題となる。

ここで、このような用途に使用されるシール付きの転がり軸受の構成の一例について簡単に説明すると、シール付き転がり軸受は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される転動体としての円筒ころと、円筒ころを保持する保持器と、円筒ころの軸方向の両側に位置し、グリースを封入した一対のシールとを備える。シールは、多量のグリースを封入するため、軸方向に深さをもつグリースポケットを有する。

なお、上記した構成と同様の構成を有する転がり軸受が、特開２００３−１３９７１号公報（特許文献１）、特開２００４−３４６９７２号公報（特許文献２）に開示されている。

グリースポケットを有するシールは、グリースが封入された後に、転がり軸受に取り付けられる。グリースの封入に際しては、グリース流入口およびグリース排出口を有するグリース封入装置を用いたスポット封入方法により、シールのグリースポケットに封入するのが、一般的である。

ここで、グリースの封入方法の一例について、簡単に説明する。まず、グリース封入装置の構造について説明する。図５は、グリース封入装置の一部を示す断面図であり、図６は、図５に示すグリース封入装置を、図５中の矢印Ｚの方向からみた図である。図５および図６を参照して、グリース封入装置１０１は、外部１０５からグリース封入装置１０１内にグリースを流し込む１つのグリース流入口１０２と、グリース流入口１０２から流し込まれたグリースをグリース流出口１０４へ誘導する導通部１０３と、グリースポケット１０６内へグリースを排出する複数のグリース流出口１０４と、グリース封入装置１０１の下部側に位置し、複数のグリース流出口１０４が設けられているシール取付け面１１０とを備える。

次に、グリース封入方法について図５および図６を参照して説明する。まず、グリースポケット１０６を有するシール１１１が、シール取付け面１１０の下部に取り付けられる。次に、外部１０５からグリース流入口１０２に、グリース１０７を流し込む。そうすると、グリース封入装置１０１内に流し込まれたグリース１０７は、導通部１０３を通って図７中の矢印Ｘおよび矢印Ｙに示す方向に流れ、複数のグリース流出口１０４に到達する。その後、グリース１０７が、複数のグリース流出口１０４からグリース１０７が排出され、シール１１１のグリースポケット１０６内に流れ込む。このようにして、グリースポケット１０６の内部に、グリース１０７が封入される。
特開２００３−１３９７１号公報（段落番号００１４〜００２０、図１） 特開２００４−３４６９７２号公報（段落番号００１９〜００３３、図２〜図４）

グリースポケット１０６内へのグリース１０７の封入に際し、封入するグリース１０７のちょう度が適当でないと、グリースポケット１０６内に、グリース１０７を適切に封入することができないおそれがある。

これを、図７を用いて詳しく説明する。図７は、上記した方法において、ちょう度の低いグリース１０７が、シール１１１のグリースポケット１０６内に封入された状態を示す図である。図７を参照して、封入されるグリース１０７のちょう度が低い、すなわち、グリース１０７がいわゆる硬い場合においては、シール１１１のグリースポケット１０６内に封入される際に、各グリース流出口１０４の直下付近に固まり状になって蓄積されることになる。そうすると、シール１１１のグリースポケット１０６内、具体的には、グリースポケット１０６の内壁面１０８側に、すき間１０９が生じることになる。このすき間１０９を有したまま、グリース流出口１０４からグリース１０７が溢れ出て、グリース１０７の封入が完了することになる。

このすき間１０９部分には、グリース１０７が充填されていないため、グリースポケット１０６の内部において、無駄なスペースが存在することになる。このような状態においては、長期間の潤滑性を維持するための十分なグリース１０７の量を封入することができない。

また、このすき間１０９部分においては、グリース１０７とグリースポケット１０６の内壁面１０８とが接触していないことになる。グリースポケット１０６の内壁面１０８に接触していないグリース１０７は、グリースポケット１０６内での保持力が低く、グリースポケット１０６から容易に脱落することになる。そうすると、大量のグリース１０７が一時的に転がり軸受の内部に流れ込み、攪拌抵抗の増大に伴う異常発熱を引き起こすおそれがある。

一方、封入するグリース１０７のちょうどが高い、すなわち、グリース１０７がいわゆる軟らかい場合においては、グリース１０７を封入するに際し、上記のような問題はなく、グリースポケット１０６の内壁面１０８側までグリース１０７は流れ込み、すき間なくグリース１０７は封入される。

しかし、封入されたグリース１０７は、ちょう度が高いため、流動性が高く、グリースポケット１０６内での保持力が低くなり、容易にグリースポケット１０６から脱落することになる。特に、大きな容積を有するグリースポケット１０６内に封入される場合、グリースポケット１０６内でのグリース１０７の動きの自由度が高く、高い保持力が必要である。しかし、グリース１０７のちょう度が高いと、保持力が十分ではなく、大量のグリース１０７が一時的に転がり軸受の内部に流れ込み、その結果、攪拌抵抗の増大に伴う異常発熱を引き起こすおそれがある。

このような問題を有する転がり軸受を、鉄道車両用主電動機の主軸を支持する主軸支持構造に使用した場合、長期間の使用に耐えることができないおそれがある。

この発明は、長期間の潤滑性を維持することができる転がり軸受および長期間の使用に耐えうる鉄道車両用主電動機の主軸支持構造を提供することを目的とする。

この発明に係る転がり軸受は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される転動体と、転動体を保持する保持器と、グリースポケットを含むシールとを備える。グリースポケットは、その内部にグリースを有し、グリースのちょう度は、２６０〜３００である。

シールがグリースポケットを含むことにより、グリースを多量に封入することができ、また、封入するグリースのちょう度を、２６０〜３００とすることにより、グリースをグリースポケット内に適切に封入することができる。

具体的には、グリースのちょう度を２６０よりも大きくすることにより、グリースポケットへの封入時に、グリースポケット内にすき間を生じることはなく、長期間の潤滑性維持のために必要なグリース量を封入することができる。さらに、グリースポケットの内壁面と接触していない部分がなくなるため、グリースポケット内での保持力を高くすることができる。また、グリースのちょう度を３００よりも小さくすることにより、使用時においても、高い保持力でグリースポケット内に保持され、転がり軸受内に一時に大量に流れ込むことはない。したがって、長期間にわたって転がり軸受に潤滑性を付与することができる。

好ましくは、４０℃におけるグリースの基油粘度は、９０〜１５０ｃＳｔである。封入されるグリースは、基油（潤滑油）と増ちょう剤とその他の添加剤等から構成されるが、４０℃におけるグリースの基油粘度を、このように規定することによっても、長期間にわたって転がり軸受に潤滑性を付与することができる。

この発明の他の局面においては、鉄道車両用主電動機の主軸支持構造は、上記した転がり軸受と、鉄道車両用主電動機の主軸とを備え、主軸は転がり軸受に支持される。

このように構成することにより、長期間の使用に耐えうる鉄道車両用主電動機の主軸支持構造を提供することができる。

この発明によれば、シールがグリースポケットを含むことにより、グリースを多量に封入することができ、また、封入するグリースのちょう度を、２６０〜３００とすることにより、グリースをグリースポケット内に適切に封入することができる。そうすると、長期間にわたって転がり軸受に潤滑性を付与することができる。

また、このような転がり軸受と、鉄道車両用の主電動機に使用される主軸とを備える鉄道車両用主電動機の主軸支持構造は、長期間の使用に耐えうる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、この発明の一実施形態に係る転がり軸受１１を示す断面図である。図３は、転がり軸受１１に備えられるシール１６ａの外形を示す図である。図４は、図３に示すシール１６ａの断面図である。図２、図３および図４を参照して、転がり軸受１１は、外輪１２と、内輪１３と、外輪１２と内輪１３との間に配置される円筒ころ１４と、円筒ころ１４を保持する保持器１５と、円筒ころ１４の軸方向の両側に配置される一対のシール１６ａ、１６ｂとを備える。

転がり軸受１１は、外輪１２の外側部分をハウジング（図示せず）に取り付けられ、固定される。また、内輪１３の内側には、鉄道車両用主電動機の主軸（図示せず）が配置され、主軸を支持している。なお、転がり軸受１１内には電気が流れるため、電食防止の観点から、その構成部品であるシール１６ａ、１６ｂおよび外輪１２、内輪１３、円筒ころ１４のいずれかには、絶縁処理が施されている。

シール１６ａ、１６ｂは、環状であって、一方の断面がコの字状である。ここで、断面コの字状とは、正確に断面がコの字形状のもののみを指すのではなく、断面がＵ字状やＶ字状等、転がり軸受１１への取り付け時において、軸方向に深さを有する形状であればよい。

シール１６ａ、１６ｂには、コの字状に開口された外径側に、係合部１８ａ、１８ｂが設けられている。係合部１８ａ、１８ｂと、外輪１２の内径側に設けられた凹部１９ａ、１９ｂと係合させることにより、転がり軸受１１に取り付けられる。このように、軸方向に深さを有するシール１６ａ、１６ｂを備えることにより、多量のグリース１７を、シール１６ａ、１６ｂ内のグリースポケット２２内に封入することができる。シール１６ａ、１６ｂは同様の構成であるため、以下、シール１６ｂについては、その説明を省略する。

シール１６ａは、複数の堰部２１を円周上等配に有し、各堰部２１間には、グリース１７が保持されるグリースポケット２２が設けられる。このように、シール１６ａ内に複数のグリースポケット２２を設けることにより、各グリースポケット２２内にグリース１７を充填することができるため、多量のグリース１７を封入することができる。なお、堰部２１は、シール１６ａ内において、完全に各グリースポケット２２間を仕切る訳ではなく、仕切られた各グリースポケット２２の間には、連続した空間部２３が設けられている。したがって、グリースポケット２２間において空気およびグリース１７の流出入が可能であり、グリース１７の封入に際しては、この空間部２３を利用することができる。

上記したシール１６ａのグリースポケット２２内には、予めグリース１７が封入され、その後、上記したように転がり軸受１１に取り付けられる。ここで、封入されるグリース１７のちょう度は、２６０〜３００である。

図１は、ちょう度が２６０〜３００のグリース１７を、シール１６ａに封入した状態を示す図である。図１を参照して、グリース１７のちょう度が２６０〜３００であると、シール１６ａのグリースポケット２２内にグリース１７がすき間なく封入される。このようにグリース１７が封入されたシール１６ａは、グリースポケット２２内において無駄なスペースがなく、長期間の潤滑性を維持するために必要なグリース１７の量を確保している。また、グリースポケット２２の内壁面３７と封入されたグリース１７との接触していない部分はないため、シール１６ａ内でのグリース１７の保持力は高く、使用時においては、一定のちょう度を有しているため、一時に大量に流れ出すことはなく、徐々にグリース１７が転がり軸受１１側へ流れ出す。

一方、グリース１７のちょう度が２６０未満であると、グリース１７がいわゆる硬い状態となり、グリース１７の封入時において、図７のように、シール１６ａのグリースポケット２２内にすき間を生ずることになる。そうすると、長期間の潤滑性を維持するために必要なグリース１７の量を封入することができない。さらに、グリース１７とグリースポケット２２の内壁面３７との接触しない部分を有するため、グリースポケット２２内でのグリース１７の保持力も低くなる。

また、グリース１７のちょう度が３００よりも大きいと、グリース１７がいわゆる軟らかい状態となる。この場合、グリース封入時において、グリースポケット内にすき間を生ずることはないが、グリース１７の流動性が高く、グリースポケット２２内におけるグリース１７の保持力が低くなり、グリース１７が転がり軸受１１内に一時に大量に流れ込むおそれがある。

しかし、このように、封入するグリース１７のちょう度を２６０〜３００とすることにより、グリース１７の封入時において、すき間を生じることはなく、また、使用時においても、一時に流れ込むおそれはない。そうすると、転がり軸受１１に長期間の潤滑性を付与することができ、このようなグリース１７が封入されたシール１６ａを備える転がり軸受１１の寿命を長くすることができる。

なお、この場合、グリース１７のちょう度を規定する代わりに、４０℃におけるグリースの基油粘度を、９０〜１５０ｃＳｔ（センチストークス）、または０．００００９〜０．０００１５ｍ^２／Ｓと規定することにしてもよい。グリース１７は、基油（潤滑油）と増ちょう剤とその他の添加剤等から構成されるが、ちょう度と相関関係を有する４０℃におけるグリースの基油粘度を、このように規定することによっても、グリース１７をグリースポケット２２内に適切に保持することができ、長期間にわたって転がり軸受１１に潤滑性を付与することができる。

また、このような転がり軸受１１と鉄道車両用主電動機の主軸とを備え、主軸が上記した転がり軸受１１に支持される鉄道車両用主電動機の主軸支持構造は、長期間の使用に耐えうる。

なお、上記の実施の形態においては、転がり軸受１１は、軸方向に深さをもつグリースポケット２２を有する一対のシール１６ａ、１６ｂを備えることにしたが、これに限らず、グリースポケット２２を有するシール１６ａ、またはシール１６ｂのいずれかのみを備える構成であってもよい。また、シール１６ａ、１６ｂのグリースポケット２２は、複数の堰部２１によって仕切られていたが、これに限らず、堰部２１を設けず、シール１６ａ、１６ｂに一つのグリースポケット２２を有することにしてもよい。

なお、転がり軸受１１に備えられる転動体として、上記の実施の形態においては円筒ころを使用したが、針状ころや棒状ころ等、他の転動体を用いてもよい。

また、上記の実施の形態においては、転がり軸受１１を、鉄道車両用主電動機に使用した場合について説明したが、これに限らず、他の用途、たとえば、汎用電動機や風車用軸受等、長期間メンテナンスフリーな状況で使用される転がり軸受についても、適用される。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係る転がり軸受は、軸受寿命が長く、長期間の使用に耐えうるため、鉄道車両用主電動機の主軸支持構造等、メンテナンス周期の長期化が要求される場合に、有効に利用される。

ちょう度が２６０〜３００であるグリースを封入したシールを示す図である。 この発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 転がり軸受に備えられるシールの外形を示す図である。 図３に示すシールの断面図である。 従来におけるグリース封入装置の一部を示す断面図である。 図５に示すグリース封入装置を、図５における矢印Ｚの方向からみた図である。 ちょう度が２６０よりも低いグリースを封入したシールを示す図である。

符号の説明

１１ 転がり軸受、１２ 外輪、１３ 内輪、１４ 円筒ころ、１５ 保持器、１６ａ，１６ｂ シール、１７ グリース、１８ａ，１８ｂ 係合部、１９ａ，１９ｂ 凹部、２１ 堰部、２２ グリースポケット、２３ 空間部。

Claims (3)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置される転動体と、前記転動体を保持する保持器と、グリースポケットを含むシールとを備え、鉄道車両用主電動機の主軸を支持する鉄道車両用主電動機用転がり軸受であって、
   前記シールおよび、前記外輪、前記内輪、前記転動体のいずれかには、絶縁処理が施されており、
   前記シールは、軸方向に深さを有する形状であり、
   円周上等配に設けられた複数の堰部によって仕切られた複数の前記グリースポケットの各々は、その内部にグリースを有し、
   前記グリースのちょう度は、２６０〜３００である、鉄道車両用主電動機用転がり軸受。
2. ４０℃における前記グリースの基油粘度は、９０〜１５０ｃＳｔである、請求項１に記載の鉄道車両用主電動機用転がり軸受。
3. 請求項１または２に記載された鉄道車両用主電動機用転がり軸受と、
   鉄道車両用主電動機の主軸とを備え、
   前記主軸は前記鉄道車両用主電動機用転がり軸受に支持される、鉄道車両用主電動機の主軸支持構造。
   

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