特開 2024-87583 鉄道車両用車軸軸受ユニット及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024087583

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】鉄道車両用車軸軸受ユニット及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 35/07 20060101AFI20240624BHJP

   F16C 33/78 20060101ALI20240624BHJP

   F16C 19/38 20060101ALI20240624BHJP

   F16C 33/58 20060101ALI20240624BHJP

   B61F 15/12 20060101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

F16C35/07

F16C33/78 C

F16C19/38

F16C33/58

B61F15/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202480

(22)【出願日】2022-12-19

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】久保田 秋穂

【テーマコード（参考）】

3J117

3J216

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J117AA06

3J117CA06

3J117DA01

3J117DB01

3J216AA03

3J216AA14

3J216AB12

3J216BA02

3J216CA01

3J216CB03

3J216CB11

3J701AA16

3J701AA32

3J701AA43

3J701AA54

3J701AA62

3J701BA53

3J701BA69

3J701BA73

3J701BA77

3J701DA20

3J701FA31

3J701GA01

3J701XB03

3J701XB33

(57)【要約】

【課題】内輪と後蓋との間において潤滑剤を保持することができ、フレッティングによる摩耗の発生を抑制することができる鉄道車両用車軸軸受ユニットを提供する。
【解決手段】鉄道車両用車軸軸受ユニットは、外輪、内輪、及び前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体を有し、車軸に外装される転がり軸受と、内輪における車軸方向一端部側に配置された円環状の後蓋２７と、を有し、車軸を回転自在に支持する。後蓋２７は、内輪に当接する内輪側面２８を有し、内輪側面２８は、円周方向に交互に隣接する複数の第１領域２８ａと第２領域２８ｂとを有し、第１領域２８ａの表面硬さは、第２領域２８ｂの表面硬さよりも硬く、第２領域２８ｂは内輪から離隔する凹部を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外輪、内輪、及び前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体を有し、車軸に外装される転がり軸受と、
前記内輪における車軸方向一端部側に配置された円環状の後蓋と、を有し、
前記車軸を回転自在に支持する鉄道車両用車軸軸受ユニットであって、
前記後蓋は、前記内輪に当接する内輪側面を有し、
前記内輪側面は、円周方向に交互に隣接する複数の第１領域と第２領域とを有し、
前記第１領域の表面硬さは、前記第２領域の表面硬さよりも硬く、
前記第２領域は前記内輪から離隔する凹部を有することを特徴とする、鉄道車両用車軸軸受ユニット。

【請求項2】

前記第１領域は硬化層を有し、前記第２領域は硬化層を有さないことを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両用車軸軸受ユニット。

【請求項3】

前記内輪側面の外周部に、円環状のシール部材を有することを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両用車軸軸受ユニット。

【請求項4】

前記内輪側面の外周部に、円環状のシール部材を有することを特徴とする、請求項２に記載の鉄道車両用車軸軸受ユニット。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の鉄道車両用車軸軸受ユニットの製造方法であって、
前記後蓋を形成する工程を有し、
前記後蓋を形成する工程は、
前記後蓋における前記内輪に当接させる面を円周方向に複数の領域に分割し、交互に隣り合う一方の領域のみにレーザ焼入れを実施する工程と、
前記レーザ焼入れ後の、前記後蓋における前記内輪に当接させる面を研削して、前記一方の領域に前記第１領域を形成するとともに、他方の領域に前記第２領域を形成する工程と、を有することを特徴とする、鉄道車両用車軸軸受ユニットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する鉄道車両用車軸軸受ユニット及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、鉄道車両の車軸の端部には鉄道車両用車軸軸受ユニットが取り付けられており、車軸を回転自在に支持すると共に車両の重量を支えている。

【0003】

この種の鉄道車両用車軸軸受ユニットは、一般的に、鉄道車両用車軸軸受の一例である複列円錐ころ軸受（以下、単に「軸受」ともいう。）を備えており、この軸受に鉄道車両の車軸が支持される。そして、この軸受は、単一の外輪と各列に個別に分割された２つの内輪とを備え、外輪と内輪の２列の軌道面間には、保持器に保持された複数の円錐ころが転動自在に配置される。この軸受の軸方向両端側には、前蓋及び後蓋（「バッキングリング」とも呼ばれる。）が内輪の軸方向端面と当接するように配置されている。

【0004】

ところで、上記のように構成された鉄道車両用車軸軸受ユニットにおいては、軸受装置が車両の重量を支持するため、軸受装置に対して大きな荷重が印加され、車軸が撓む場合がある。このように、車軸が撓んだ状態で車輪が回転すると、内輪と後蓋とが互いに回転して擦れ合い、これらが摺接する面でフレッティングと称する摩耗が発生し、摩耗粉が軸受の内部に混入するおそれがある。その結果、転動体や軌道面が損傷し、軸受寿命が低下するという問題点が発生する。

【0005】

そこで、特許文献１には、フレッティング摩耗を抑制、並びに防止することが可能な車両用軸受装置が開示されている。上記特許文献１に記載の車両用軸受装置は、例えば後蓋のような位置決め部材の端面と、この端面に当接する内輪の端面とにおける硬度の差を、所定の値以下に設定することにより、耐摩耗性の向上を図っている。

【0006】

また、特許文献２には、内輪と後ろ蓋との接触面における摩耗粉の発生を抑制し、良好な潤滑状態のより一層の長期間維持を可能とする鉄道車両用軸受装置が提案されている。上記特許文献２に記載の軸受装置は、外輪に取り付けられ外輪から幅方向に突出したシール部材を備え、内輪を外輪よりも幅方向に突出させて内輪延出部分の外径面にシール部材を摺接させたものである。

【0007】

上記のように構成された特許文献２に記載の軸受装置によると、内輪と後蓋との接触面で発生する摩耗粉が軸受内に侵入することを、シール部材により阻止されるため、摩耗粉が軸受内部に混入せず、良好な潤滑状態が長期間維持できる。また、特許文献２には、内輪延出部分と後蓋との接触面における円周方向複数箇所に、半径方向に延びる溝潤滑剤溜め凹部を設け、その内部に潤滑剤を充填しても良いことが記載されている。

【0008】

さらに、特許文献３には、油切りや後ろ蓋の摩耗の防止が図れる鉄道車両用軸受ユニットが開示されている。上記特許文献３においても、後蓋側に、径方向溝で構成された潤滑剤収容凹部を設け、潤滑剤を充填することにより、長期間にわたって潤滑効果が維持されることが記載されている。また、特許文献３には、後ろ蓋の軸受内輪との接触面を表面硬化層とすることにより、接触面の摩耗を防止することができることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００８－６４３１０号公報

【特許文献2】特開２００１－１１６０５５号公報

【特許文献3】特開平８－１２８４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上記特許文献１に記載の軸受ユニットは、潤滑剤を使用するものではないため、潤滑剤を使用してより一層フレッティング摩耗を抑制することができる方法について、要求が高まっている。

【0011】

また、上記特許文献２に記載の軸受装置は、内輪形状を変更する必要があるため、製造コストが増大する。さらに、上記特許文献２に記載の軸受装置、及び特許文献３に記載の軸受ユニットは、後蓋の半径方向に延びる溝潤滑剤溜め凹部を設けているが、その製造方法については言及されておらず、容易に低コストで潤滑剤を保持することができる空間を形成することができる製造方法についても更なる検討が望まれている。

【0012】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、内輪と後蓋との間において潤滑剤を保持することができ、フレッティングによる摩耗の発生を抑制することができる鉄道車両用車軸軸受ユニット、及び該鉄道車両用車軸軸受ユニットを容易に低コストで製造することができる鉄道車両用車軸軸受ユニットの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の上記目的は、鉄道車両用車軸軸受ユニットに係る下記（１）の構成により達成される。
（１） 外輪、内輪、及び前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体を有し、車軸に外装される転がり軸受と、
前記内輪における車軸方向一端部側に配置された円環状の後蓋と、を有し、
前記車軸を回転自在に支持する鉄道車両用車軸軸受ユニットであって、
前記後蓋は、前記内輪に当接する内輪側面を有し、
前記内輪側面は、円周方向に交互に隣接する複数の第１領域と第２領域とを有し、
前記第１領域の表面硬さは、前記第２領域の表面硬さよりも硬く、
前記第２領域は前記内輪から離隔する凹部を有することを特徴とする、鉄道車両用車軸軸受ユニット。

【0014】

この構成によると、内輪と後蓋との間に形成された凹部に潤滑剤を保持することができるため、フレッティングによる摩耗の発生を抑制することができる。

【0015】

また、鉄道車両用車軸軸受ユニットに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の（２）及び（３）に関する。

【0016】

（２） 前記第１領域は硬化層を有し、前記第２領域は硬化層を有さないことを特徴とする、（１）に記載の鉄道車両用車軸軸受ユニット。

【0017】

この構成によると、内輪に摺接する第１領域に硬化層を有するため、フレッティングによる摩耗の発生をより一層抑制することができる。

【0018】

（３） 前記内輪側面の外周部に、円環状のシール部材を有することを特徴とする、（１）又は（２）に記載の鉄道車両用車軸軸受ユニット。

【0019】

この構成によると、内輪と後蓋との間に導入された潤滑剤の外部への漏出を防止することができる。

【0020】

本発明の上記目的は、鉄道車両用車軸軸受ユニットの製造方法に係る下記（４）の構成により達成される。
（４） （１）～（３）のいずれか１つに記載の鉄道車両用車軸軸受ユニットの製造方法であって、
前記後蓋を形成する工程を有し、
前記後蓋を形成する工程は、
前記後蓋における前記内輪に当接させる面を円周方向に複数の領域に分割し、交互に隣り合う一方の領域のみにレーザ焼入れを実施する工程と、
前記レーザ焼入れ後の、前記後蓋における前記内輪に当接させる面を研削して、前記一方の領域に前記第１領域を形成するとともに、他方の領域に前記第２領域を形成する工程と、を有することを特徴とする、鉄道車両用車軸軸受ユニットの製造方法。

【0021】

この構成によると、摩耗の発生を抑制することができ、長寿命の鉄道車両用車軸軸受ユニットを容易に低コストで製造することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の鉄道車両用車軸軸受ユニットによれば、内輪と後蓋との間において潤滑剤を保持することができ、フレッティングによる摩耗の発生を抑制することができる。また、本発明の製造方法によれば、フレッティングによる摩耗の発生を抑制することができる鉄道車両用車軸軸受ユニットを容易に低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用車軸軸受ユニットを示す模式的断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用車軸軸受ユニットにおける後蓋を拡大して示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態に係る鉄道車両用車軸軸受ユニットについて、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用車軸軸受ユニットを示す模式的断面図である。また図２は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用車軸軸受ユニットにおける後蓋を拡大して示す斜視図である。

【0025】

［鉄道車両用車軸軸受ユニット］
図１に示すように、本実施形態の鉄道車両用車軸軸受ユニット１０は、鉄道車両の車軸５０に外装される複列円錐ころ軸受（転がり軸受）２０と、この複列円錐ころ軸受２０の車軸方向両端側に配置された円環状の後蓋２７及び前蓋３０とを備え、この鉄道車両用車軸軸受ユニット１０により車軸５０が回転自在に支持されている。また、車軸５０の一端部（すなわち、図１において軸径が大きくなっている部分）には、鉄道車両における不図示の車輪が取り付けられている。

【0026】

複列円錐ころ軸受２０は、単一の外輪２１と、各列に個別に分割された２つの内輪２３ａ，２３ｂと、外輪２１と内輪２３ａ，２３ｂとの２列の軌道面間に転動自在に配置される複数の円錐ころ（転動体）２２と、複数の円錐ころ２２を保持する保持器２４と、を備える。なお、外輪２１の軸方向中央部の適所には、軸受空間内に潤滑剤を封入するための潤滑剤供給口２５が形成されている。

【0027】

後蓋２７は、内輪２３ａにおける車軸方向一端部側（図１中、右側）に、内輪２３ａの車軸方向端面と当接されるように、車軸５０の周りに配置されており、内輪２３ａと後蓋２７との間には潤滑剤が導入されている。同様に、前蓋３０は、内輪２３ｂにおける車軸方向他端部側（図１中、左側）に、内輪２３ｂの車軸方向端面と当接されるように、車軸５０の周りに配置されており、内輪２３ａと後蓋２７との間には潤滑剤が導入されている。そして、内輪２３ａ，２３ｂ、後蓋２７及び前蓋３０は、車軸５０の外周面段差部５１とナット１１との間で挟みつけられ、車軸５０の他方の軸端部５２側からボルト１３で固定されている。また、外輪２１は、不図示のハウジングに固定されることにより、軸方向に位置決めされている。

【0028】

さらに、複列円錐ころ軸受２０の車軸方向一端部側には、内輪２３ａと外輪２１との間の空間を外部空間から封止するように、円環状のシール部材２９ａが装着されている。同様に、複列円錐ころ軸受２０の車軸方向他端部側には、内輪２３ｂと外輪２１との間の空間を外部空間から封止するように、円環状のシール部材２９ｂが装着されている。

【0029】

車軸方向一端部側におけるシール部材２９ａは、外輪２１の内径部に取付けられて、外輪２１から軸方向外側に延出したシール外環３１ａと、このシール外環３１ａの内径面と後蓋２７との間に取付けられた弾性シール材３３ａとを有し、弾性シール材３３ａが後蓋２７の外径面２７ａに摺接する。また、車軸方向他端部側におけるシール部材２９ｂもまた、外輪２１の内径部に取付けられて、外輪２１から軸方向外側に延出したシール外環３１ｂと、このシール外環３１ｂの内径面と前蓋３０との間に取付けられた弾性シール材３３ｂとを有し、弾性シール材３３ｂが前蓋３０の外径面に摺接する。これらのシール部材２９ａ，２９ｂによって、複列円錐ころ軸受２０内への異物の侵入や、軸受内部からの潤滑剤の漏出が防止されている。

【0030】

シール外環３１ａ，３１ｂは、３段の段付き円筒状に屈曲した断面形状を有している。なお、後蓋２７側におけるシール外環３１ａの先端部分は、後蓋２７の幅面に形成された環状溝２７ｂに遊嵌してラビリンスシールを構成している。

【0031】

続いて図２に示すように、本実施形態において、後蓋２７における内輪側面２８は、複数の第１領域２８ａと、この第１領域２８ａに隣接して形成された第２領域２８ｂとを有する。すなわち、第１領域２８ａと第２領域２８ｂとは、内輪側面２８において円周方向に交互に形成されている。また、第１領域２８ａの表面硬さは、第２領域２８ｂの表面硬さよりも硬いものとなっている。具体的には、第１領域２８ａの表面は、後述するレーザ焼入れにより硬化層が形成されており、第２領域２８ｂにはレーザ焼入れを実施しておらず、硬化層が形成されていない。

【0032】

さらにまた、第２領域２８ｂは、第１領域２８ａから窪んだ凹部（図示せず）となっている。したがって、後蓋２７を内輪２３ａに当接させた状態において、第２領域２８ｂは内輪２３ａから離隔し、内輪２３ａと第２領域２８ｂとの間に空隙部が形成される。

【0033】

このように構成された本実施形態に係る鉄道車両用車軸軸受ユニット１０においては、第２領域２８ｂが窪んだ形状を有し、内輪２３ａと第２領域２８ｂとの間に空隙部が形成される。したがって、後蓋２７と内輪２３ａとの間に潤滑剤を導入すると、上記空隙部に潤滑剤が保持されるため、潤滑剤の油膜形成効果により、後蓋２７と内輪２３ａとの間におけるフレッティング摩耗の発生を防止することができる。

【0034】

また、後述するように、内輪２３ａと摺接する第１領域２８ａの表面には、焼き入れにより硬化層が形成されているため、複列円錐ころ軸受２０に対して大きな荷重が印加され、内輪２３ａと後蓋２７とが擦れ合っても、第１領域２８ａの損傷を防止することができる。その結果、摩耗粉が複列円錐ころ軸受２０の内部に混入し、円錐ころ２２の表面や、内輪２３ａ，２３ｂ及び外輪２１における円錐ころ２２との接触面（軌道面）が損傷することを防止することができ、軸受寿命を長くすることができる。

【0035】

また、本実施形態においては、シール部材２９ａが、後蓋２７における内輪側面２８の外周部に、内輪２３ａと外輪２１との間の空間を封止するように、円環状のシール部材２９ａを設けている。したがって、シール部材２９ａによって、複列円錐ころ軸受２０内への異物の侵入や、軸受内部からの潤滑剤の漏出が防止されるのみでなく、後蓋２７と内輪２３ａとの間に導入された潤滑剤の漏出も防止することができる。

【0036】

［鉄道車両用車軸軸受ユニットの製造方法］
上記鉄道車両用車軸軸受ユニットの製造方法について、図１及び図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る鉄道車両用車軸軸受ユニット１０の製造方法は、例えば図１に示すように、外輪２１と、内輪２３ａ，２３ｂと、複数の円錐ころ２２等とを有する複列円錐ころ軸受２０を作製する工程と、後蓋２７及び前蓋３０を形成する工程と、複列円錐ころ軸受２０、後蓋２７及び前蓋３０を車軸５０に組付ける工程と、を有する。

【0037】

後蓋２７を形成する工程として、まず、後蓋２７における内輪２３ａに当接させる面を、円周方向に複数の領域に分割し、交互に隣り合う一方の領域のみにレーザ焼入れを実施する。これにより、レーザ焼入れを実施した一方の領域のみに、焼入れによる硬化層が形成され、レーザ焼入れを実施していない他方の領域には、硬化層が形成されない。その後、焼入れ後の後蓋２７における、内輪２３ａに当接させる面を研削する。これにより、硬化層が形成されていない他方の領域のみが研削され、凹部が形成される。すなわち、本実施形態に係る鉄道車両用車軸軸受ユニット１０における後蓋２７の第１領域２８ａとは、レーザ焼入れを実施して硬化層が形成された領域であり、第２領域２８ｂとは、研削により凹部が形成された領域である。

【0038】

上記のような本実施形態に係る製造方法によると、円周方向に分割された複数の領域のうち、隣り合う一方の領域のみにレーザ焼入れを実施した後に、一般的に実施されている研削加工を行うのみで、凹部を有する第２領域２８ｂを形成することができる。そして、後蓋２７の内輪側面２８に凹部を形成することにより、潤滑剤が保持されて、フレッティング摩耗が抑制された鉄道車両用車軸軸受ユニットを得ることができる。すなわち、本実施形態に係る製造方法によると、長寿命な鉄道車両用車軸軸受ユニットを容易に低コストで製造することができる。

【0039】

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、シール部材２９ａ，２９ｂの構造について、異物の侵入や潤滑剤の漏出を防止する効果を有する構造であれば特に限定されず、種々の構造のシール部材を使用することができる。

【0040】

また、本実施形態では、鉄道車両用車軸軸受ユニットとして、複列円錐ころ軸受２０が適用されているが、これに限定されず、他の形式の転がり軸受が適用されてもよい。

【符号の説明】

【0041】

１０ 鉄道車両用車軸軸受ユニット
２０ 複列円錐ころ軸受（転がり軸受）
２１ 外輪
２２ 円錐ころ（転動体）
２３ａ，２３ｂ 内輪
２４ 保持器
２７ 後蓋
２８ａ 第１領域
２８ｂ 第２領域
２９ａ，２９ｂ シール部材
３０ 前蓋
３１ａ，３１ｂ シール外環
３３ａ，３３ｂ 弾性シール材
５０ 車軸

【図1】

【図2】