特許 7165039 転がり軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-25

(45)【発行日】2022-11-02

(54)【発明の名称】転がり軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/64 20060101AFI20221026BHJP

   F16C 19/38 20060101ALI20221026BHJP

   F16C 33/78 20060101ALI20221026BHJP

【ＦＩ】

F16C33/64

F16C19/38

F16C33/78 E

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018227241

(22)【出願日】2018-12-04

(65)【公開番号】P2020090974

(43)【公開日】2020-06-11

【審査請求日】2021-09-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100182453

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 英明

(72)【発明者】

【氏名】山口 裕也

(72)【発明者】

【氏名】豊田 司

【審査官】倉田 和博

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２０５５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６４－０３８３２０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－３２９３６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３３／５８－３３／６４

Ｆ１６Ｃ １９／００－１９／５６

Ｆ１６Ｃ ３３／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に配置される転動体と、前記外輪の内周面に嵌合する密封部材と、を備え、前記外輪の外周面から端面に渡って絶縁層が設けられた転がり軸受において、
前記外輪の端面と内周面との間に、前記外輪の端面よりも軸方向内側に傾斜する第１面取り部を設けると共に、前記第１面取り部の軸方向内側に、前記外輪の端面に対して前記第１面取り部よりも軸方向内側に大きく傾斜する第２面取り部を設け、
前記第１面取り部の表面に絶縁層が設けられ、前記第２面取り部の表面に絶縁層は設けられていないことを特徴とする転がり軸受。

【請求項2】

内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に配置される転動体と、前記内輪の外周面に嵌合する密封部材と、を備え、前記内輪の内周面から端面に渡って絶縁層が設けられた転がり軸受において、
前記内輪の端面と外周面との間に、前記内輪の端面よりも軸方向内側に傾斜する第１面取り部を設けると共に、前記第１面取り部の軸方向内側に、前記内輪の端面に対して前記第１面取り部よりも軸方向内側に大きく傾斜する第２面取り部を設け、
前記第１面取り部の表面に絶縁層が設けられ、前記第２面取り部の表面に絶縁層は設けられていないことを特徴とする転がり軸受。

【請求項3】

鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両車軸用軸受に用いられる請求項１又は２に記載の転がり軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両用車軸軸受、汎用モータ、発電機用ジェネレータ等、主に軸受内部を電流が流れるような構造の装置に用いられる転がり軸受であって、表面に絶縁層が設けられた転がり軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、鉄道車両用車軸軸受は、主電動機の電流を車輪からレールへ接地する接地用集電装置が不完全な場合に、主電動機の電流が転がり軸受の内外輪及び転動体を通って、車輪とレール間に流れる。このとき、軸受転動体と外輪軌道面との間又は内輪軌道面との間で放電が生じ、放電部分に電食を生じることがある。その他の発電機用ジェネレータ等、軸受内部を電流が流れるような構造の装置に用いられる軸受においても、同様に電食を生じることがある。

【0003】

このような電食を防止する手段として、転がり軸受の外輪及び内輪の少なくとも一方の表面にセラミックス等の絶縁層を設けることが知られている。

【0004】

図７に、外輪２００の表面に絶縁層３００が設けられた従来の転がり軸受を示す。

【0005】

図７に示す転がり軸受は、鉄道車両の車軸を支持する転がり軸受である。この種の転がり軸受においては、外輪２００が軸方向に移動しないように軸箱などのハウジング１００によって固定される。ここで、確実に外輪２００を固定するには、図７に示すように、ハウジング１００の肩高さｈを大きくし、ハウジング１００と外輪２００との接触面積を大きく確保する必要がある。しかしながら、このように、ハウジング１００の肩高さｈを大きくすると、ハウジング１００と外輪２００（非絶縁部）との間の沿面距離αが絶縁層３００の厚みδ分だけとなるため（α＝δ）、ハウジング１００と外輪２００との間に一定以上の電位差が生じた場合に、絶縁層３００の端部に沿って沿面放電が生じ、電食が発生する虞がある。

【0006】

斯かる沿面放電の問題を解決するため、特許文献１では、図８に示すように、外輪２００の角部に面取り部２００ａを形成し、面取り部２００ａを絶縁層３００で被覆する構成が提案されている。この場合、ハウジングと外輪（非絶縁部）との間の沿面距離αが、面取り部２００ａの軸方向長さγ分だけ増加するので（α＝δ＋γ）、軸受の絶縁性能を向上させることができる。なお、本明細書中での「沿面距離」とは、２つの導体間に挟まれた絶縁層（絶縁部材）の表面に沿った最小距離を言う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００７－２０５５５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、鉄道車両用車軸軸受においては、軸受内に充填される潤滑剤の漏れを防ぐために密封部材が設けられているものがある。密封部材は、外輪の内周面あるいは内輪の外周面に嵌合し、外輪と内輪の間に装着される。このとき、密封部材が嵌合する外輪又は内輪に、図８に示すような絶縁層３００を有する面取り部２００ａがあると、密封部材を装着する際に密封部材が面取り部２００ａの絶縁層３００に接触することで、絶縁層３００が損傷する虞がある。

【0009】

特に、鉄道車両の車軸を支持する転がり軸受においては、耐環境性と強度を確保するため、密封部材として樹脂製のものを用いることができないため（金属製の芯金を有する剛性の高い密封部材を使用する必要があるため）、密封部材が絶縁層に接触した際に、絶縁層が損傷する可能性が大きくなる。

【0010】

そこで、本発明は、密封部材の装着に伴う絶縁層の損傷を防止し、絶縁性能の向上も図れる転がり軸受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】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明は、内輪と、外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に配置される転動体と、外輪の内周面に嵌合する密封部材と、を備え、外輪の外周面から端面に渡って絶縁層が設けられた転がり軸受において、外輪の端面と内周面との間に、外輪の端面よりも軸方向内側に傾斜する第１面取り部を設けると共に、第１面取り部の軸方向内側に、外輪の端面に対して第１面取り部よりも軸方向内側に大きく傾斜する第２面取り部を設け、第１面取り部の表面に絶縁層が設けられ、第２面取り部の表面に絶縁層は設けられていないことを特徴とする。

【0012】

このように、外輪の端面と内周面との間に、絶縁層を有する第１面取り部と、絶縁層を有しない第２面取り部とを設けることで、第１面取り部の絶縁層を損傷させることなく、密封部材を軸受内に容易に装着することができる。すなわち、密封部材を軸受内に装着する際、密封部材の外周面を第２面取り部に接触させて案内することで、密封部材を軸受内に容易に装着することができる。このとき、密封部材が第２面取り部に接触しても、第２面取り部には絶縁層が設けられていないので、密封部材の接触による絶縁層の損傷の虞はない。一方、第１面取り部には絶縁層が設けられていることで、第１面取り部が外輪の端面よりも軸方向内側に傾斜している分、沿面距離が長くなり、絶縁性能を向上させることができる。また、沿面距離が長くなることで、外輪を固定するハウジングを外輪の端面に対して広い範囲に渡って（外輪の内周面に近い位置にまで）接触させることができるようになり、転がり軸受の軸方向移動を確実に規制して位置決めできるようになる。

【0013】

また、本発明は、内輪と、外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に配置される転動体と、内輪の外周面に嵌合する密封部材と、を備え、内輪の内周面から端面に渡って絶縁層が設けられた転がり軸受において、内輪の端面と外周面との間に、内輪の端面よりも軸方向内側に傾斜する第１面取り部を設けると共に、第１面取り部の軸方向内側に、内輪の端面に対して第１面取り部よりも軸方向内側に大きく傾斜する第２面取り部を設け、第１面取り部の表面に絶縁層が設けられ、第２面取り部の表面に絶縁層は設けられていないことを特徴とする。

【0014】

このように、第１面取り部及び第２面取り部を、転がり軸受の内輪に設けてもよい。この場合も上述の外輪の場合と同様に、絶縁性能を向上させつつ、密封部材の装着に伴う絶縁層の損傷を防止できる。

【0015】

また、本発明に係る転がり軸受は、例えば、鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両車軸用軸受に用いることが可能である。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、密封部材の装着に伴う絶縁層の損傷を防止できると共に、沿面距離も長くすることができるので、絶縁性能の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る車軸用軸受装置の断面図である。

【図2】転がり軸受の一端部側を拡大して示す断面図である。

【図3】外輪の端部を拡大して示す断面図である。

【図4】比較例に係る外輪の端部を拡大して示す断面図である。

【図5】本発明の構成を内輪に適用した例を示す断面図である。

【図6】内輪の端部を拡大して示す断面図である。

【図7】外輪の表面に絶縁層が設けられた従来の転がり軸受の断面図である。

【図8】絶縁層を有する面取り部が設けられた従来の転がり軸受の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図１～図３に基づいて、本発明に係る転がり軸受を鉄道車両の車軸用軸受装置に適用した場合を例に説明する。

【0019】

図１に示す車軸用軸受装置１は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持するものである。図１に示すように、車軸用軸受装置１は、車軸（図示省略）の外周に取り付けられた転がり軸受４と、一対の密封部材５と、ハウジングとしての軸箱６と、転がり軸受４の車両外側（図１の左側）に設けられた油切り７と、転がり軸受４の車両内側（図１の右側）に設けられた後蓋８など、を備える。

【0020】

転がり軸受４は、いわゆる複列円すいころ軸受であり、複列の内側軌道面１１ａを有し、車軸の外周に固定された内輪１１と、複列の外側軌道面１２ａを有し、軸箱６に固定された外輪１２と、内外輪１１，１２の軌道面１１ａ，１２ａ間に配置された転動体としての円すいころ１３と、円すいころ１３の各列を円周方向所定間隔で保持する一対の保持器１４と、を備える。図示例では、内輪１１を構成する一対の分割内輪の間に間座（スペーサ）１５を介在させているが、一対の分割内輪を軸方向に直接突き合わせたものや、単一部材で構成されたものであってもよい。内輪１１と油切り７との間、及び、内輪１１と後蓋８との間には、それぞれシール付きプレート９が介在している。

【0021】

密封部材５は、リング状のオイルシール１８と、内周にオイルシール１８を保持するリング状のシールケース１９と、で構成されている。なお、密封部材５は、シールケース１９を有さず、オイルシール１８のみで構成されるものであってもよい。オイルシール１８は、油切り７又は後蓋８の外周面に対して摺接可能に装着されている。一方、シールケース１９は、内輪１１と外輪１２との間に圧入されることにより、外輪１２の内周面に嵌合して固定されている（締り嵌め）。また、シールケース１９の端部は、油切り７又は後蓋８に対して近接しており、シールケース１９と油切り７との間、及び、シールケース１９と後蓋８との間に、ラビリンスシールが形成されている。

【0022】

図２は、転がり軸受４の一端部側（図１における左端部側）を拡大して示す図である。

【0023】

図２に示すように、転がり軸受４においては、沿面放電などによる転がり軸受４の電食を防止するため、外輪１２の表面にセラミックスなどから成る絶縁層３０が設けられている。絶縁層３０は、軸箱６が接触する面である、外輪１２の外周面１２ｃから端面１２ｄに渡って設けられている。

【0024】

ここで、本実施形態のように、絶縁層３０が、外輪１２の端面１２ｄと内周面１２ｂとの間の角部１２ｅ、あるいは内周面１２ｂの近傍にまで設けられていると、シールケース１９を装着する際に、シールケース１９が角部１２ｅの絶縁層３０に接触する可能性がある。そして、シールケース１９が絶縁層３０に接触することにより、絶縁層３０が損傷すると、絶縁性能が低下し、電食が発生する虞がある。そこで、本実施形態においては、絶縁層３０の損傷を回避するため、以下のような対策を講じている。

【0025】

図３は、外輪１２の端部を拡大して示す断面図である。

【0026】

図３に示すように、本実施形態では、外輪１２の端面１２ｄと内周面１２ｂとの間（角部１２ｅ）に、互いに異なる角度で傾斜する第１面取り部Ａ及び第２面取り部Ｂが設けられている。第１面取り部Ａは、第２面取り部Ｂよりも軸方向外側（図３の左側）に配置され、外輪１２の端面１２ｄに対して角度θ１で傾斜している。一方、第２面取り部Ｂは、第１面取り部Ａよりも軸方向内側（図３の右側）に配置され、外輪１２の端面１２ｄに対して第１面取り部Ａよりも大きい角度θ２で傾斜している。第１面取り部Ａ及び第２面取り部Ｂは、それぞれ直線状の傾斜面で形成されており、これらの間の尖った角部を介して互いに連続している。また、第１面取り部Ａの表面には絶縁層３０が設けられている。これに対して、第２面取り部Ｂの表面には絶縁層３０は設けられていない。

【0027】

なお、第２面取り部Ｂには、絶縁層３０が全くないことが望ましいが、僅かに絶縁層３０が形成されている部分があってもよい。具体的には、第２面取り部Ｂ全体の表面積のうち、絶縁層３０が設けられていない部分の面積が９０％以上であればよい。従って、ここでいう「絶縁層が設けられていない」とは、第２面取り部Ｂに、絶縁層３０が全く設けられていない場合のほか、第２面取り部Ｂ全体の表面積のうち、絶縁層３０が設けられていない部分の面積が９０％以上である場合も含むものとする。

【0028】

このように、絶縁層３０を有する第１面取り部Ａとは別に、絶縁層３０を有しない第２面取り部Ｂを設けることで、第２面取り部Ｂを、シールケース装着時のガイド面として利用することができる。すなわち、シールケース１９を軸受内に装着する際、シールケース１９の外周面を第２面取り部Ｂに接触させて案内することで、シールケース１９を軸受内に容易に装着することができる。また、このとき、シールケース１９が第２面取り部Ｂに接触しても、第２面取り部Ｂには絶縁層３０が設けられていないので、シールケース１９の接触による絶縁層３０の損傷の虞はない。

【0029】

一方、第１面取り部Ａには絶縁層３０が設けられていることで、軸箱６から外輪１２の非絶縁部までの沿面距離α１（図３参照）を長くすることができる。すなわち、図４に示す比較例のように、面取り部Ｃに絶縁層３０が設けられていない場合は、沿面距離α２を軸方向に長くすることができないが、図３に示す本実施形態のように、絶縁層３０が第１面取り部Ｂに設けられていることで、沿面距離α１を軸方向に伸ばして長くすることが可能である。これにより、転がり軸受の絶縁性能が向上し、沿面放電などによる電食を効果的に防止できるようになる。

【0030】

以上のように、本実施形態に係る転がり軸受によれば、外輪１２の端面１２ｄと内周面１２ｂとの間に、絶縁層３０を有する第１面取り部Ａと、絶縁層３０を有しない第２面取り部Ｂとを設けることで、第１面取り部Ａの絶縁層３０を損傷させることなく第２面取り部Ｂによってシールケース１９を案内して軸受内に容易に装着することができる。また、第１面取り部Ａに絶縁層３０を設けることで、沿面距離を長くすることができ、絶縁性能の向上も実現できるようになる。特に、鉄道車両用車軸軸受においては、剛性の高い密封部材が用いられるため、密封部材を軸受内に装着する際に絶縁層が損傷する虞がある。従って、このような転がり軸受に本発明を適用した場合は、大きな効果を期待できる。

【0031】

また、沿面距離が長くなることで、軸箱６などのハウジングを外輪１２の端面１２ｄに対して広い範囲に渡って（外輪１２の内周面１２ｂに近い位置にまで）接触させることができるようになる。これにより、転がり軸受４の軸方向移動を確実に規制して位置決めすることが可能となる。

【0032】

また、本実施形態に係る転がり軸受においては、第１面取り部Ａと第２面取り部Ｂとが異なる角度で傾斜しているため、軸方向からの絶縁材料の溶射のみで、第２面取り部Ｂに絶縁材料を付着させずに、第１面取り部Ａと外輪１２の端面１２ｄとに絶縁層３０を形成することができる。従って、溶射工数が増加することはなく、生産性を維持することが可能である。

【0033】

以上、図３に基づき、外輪１２の一方の端部における構成、及び、その作用・効果について説明したが、外輪１２の他方の端部においても同様である。よって、他方の端部における構成、及び、その作用・効果については説明を省略する。

【0034】

また、本発明は、上述の実施形態のように、絶縁層３０が外輪１２に設けられている構成に限らず、絶縁層３０が内輪１１に設けられている構成にも適用可能である。

【0035】

例えば、図５に示す例のように、軸受４内に装着される密封部材５が、内輪１１の外周面１１ｃに対して圧入（締り嵌め）により嵌合し固定される場合は、内輪１１の外周面１１ｃ近傍に絶縁層３０が設けられていると（図例では、内輪１１の内周面１１ｂ及び端面１１ｄに絶縁層３０が設けられている。）、密封部材５を装着する際に絶縁層３０が損傷する虞がある。従って、このような内輪１１に対しても、図６に示すように、内輪１１の端面１１ｄと外周面１１ｃとの間に、内輪１１の端面１１ｄよりも軸方向内側に傾斜し絶縁層３０を有する第１面取り部Ａと、第１面取り部よりも軸方向内側に大きく傾斜し絶縁層３０を有しない第２面取り部Ｂとを設けることで、上述の実施形態と同様に、絶縁性能を向上させつつ、密封部材の装着に伴う絶縁層の損傷を防止できるようになる。なお、図５及び図６において、図１～図３と同一の符号の部材については、同一の機能もしくは形状を有する部材であるので、説明を省略する。

【0036】

さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

【0037】

上述の実施形態では、本発明を複列円すいころ軸受に適用した場合を例に説明したが、本発明は、円すいころ軸受に限らず、円筒ころ軸受や深溝玉軸受、あるいはその他の転がり軸受にも適用可能である。また、単列の転がり軸受であってもよい。

【0038】

また、本発明は、鉄道車両の車軸を支持する転がり軸受（鉄道車両車軸用軸受）に限らず、汎用モータ、発電機用ジェネレータ、風力発電装置などに用いられる転がり軸受にも適用可能である。

【符号の説明】

【0039】

１ 車軸用軸受装置
４ 転がり軸受
５ 密封部材
１１ 内輪
１１ａ 内側軌道面
１１ｂ 内周面
１１ｃ 外周面
１１ｄ 端面
１２ 外輪
１２ａ 外側軌道面
１２ｂ 内周面
１２ｃ 外周面
１２ｄ 端面
１３ 円すいころ（転動体）
１４ 保持器
３０ 絶縁層
Ａ 第１面取り部
Ｂ 第２面取り部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】