JP2009103159A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 極寒環境下でも潤滑性能を低下させずに使用できる転がり軸受を提供する。
【解決手段】 転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内輪２および外輪３間に転動自在に配置された複数の転動体４とを備える。前記内輪２と外輪３との間の軸受空間Ｓ１に潤滑剤６が充填されている。前記潤滑剤６を昇温させる昇温装置１１を設ける。例えば前記昇温装置１１は、前記軸受空間の軸方向外側を覆うリング状部材１３を設け、このリング状部材１３の軸方向内面にヒータ１２を取付けたものとする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鉄道車両用軸受や風力発電機用軸受等として極寒環境下で使用するのに適した転がり軸受に関する。

上記鉄道車両用軸受や風力発電機用軸受は、地域や季節により環境条件が大きく異なる。このような環境条件の違いにより、特に潤滑剤の機能が大きな影響を受ける。鉄道車両用軸受の潤滑剤については、潤滑性能の向上を目的とした研究開発が進んでいる（例えば特許文献１）。ただし、従来の潤滑剤の研究開発は、主に軸受の高速化、高温化に対するものであり、低温対策の研究は十分ではない。現在、マイナス４０℃以下の極寒環境化で使用できる潤滑剤はほとんど無い。
特許第２９６５７９４号公報

上記のような極寒環境下で軸受が使用される場合、軸受に充填されているグリ−ス等の潤滑剤が固体化してしまい、運転起動時における潤滑剤の機能が大きく低下する。さらに、固体化した潤滑剤が軸受の各部品間の摺動を妨げるとともに、潤滑剤を攪拌するための力が膨大となるため、各部品への負荷荷重が増大する。その結果、最悪の事態として、保持器等が破損に至ることもあり得る。このような問題は、潤滑剤がグリ−スである場合、油である場合のいずれについても生じる。

この発明の目的は、極寒環境下でも潤滑性能を低下させずに使用できる転がり軸受を提供することである。

この発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、これら内輪および外輪間に転動自在に配置された複数の転動体とを備え、前記内輪と外輪との間の軸受空間に潤滑剤が充填された転がり軸受において、前記潤滑剤を昇温させる昇温装置を設けたことを特徴とする。
この構成によれば、極寒環境下であっても、昇温装置により潤滑剤を適正な温度まで昇温、または恒温状態に保つことができるため、常に潤滑性能が良好な状態で軸受を使用できる。

前記昇温装置は、前記軸受空間の軸方向外側を覆うリング状部材を設け、このリング状部材の軸方向内面にヒータを取付けたものとするのが良い。その場合、前記リング状部品は、例えば前記外輪に固定する。
軸受空間の軸方向外側を覆うリング状部材を設け、このリング状部材の軸方向内面にヒータを取付けると、軸受空間に充填されている潤滑剤をヒータにより効果的に加熱することができる。また、リング状部材により、ヒータの熱が軸方向外側に散逸するのを防げる。

前記昇温装置は、前記軸受空間、または軸受空間と前記リング状部品間の昇温装置内空間の温度を検知し、その検知結果に応じて前記ヒータをオンオフ切り替える検温切替手段を有するのがよい。検温切替手段は、サ−モスタットであってもよく、また温度検知部とヒータのオンオフ切替部を別に設けたものであってもよい。
上記検温切替手段を有すると、軸受空間または昇温装置内空間の温度変化に応じてヒータをオンオフ切り替えて、上記空間を常に適正温度に維持することができる。

前記リング状部品は、前記軸受空間および前記昇温装置内空間を外部から遮蔽するシ−ル機能を有するのが好ましい。その場合、前記昇温装置内空間に前記潤滑剤を封入してもよい。
リング状部品にシ−ル機能を持たせることにより、軸受内部からの潤滑剤の漏れ、および外部から軸受内部への異物の浸入を防ぐことができる。昇温装置内空間に潤滑剤を封入した場合は、多くの量の潤滑剤を確保することができ、転がり軸受の長時間の使用が可能になる。

前記リング状部品は金属製であり、かつ前記ヒータは電熱式である場合には、前記内輪および外輪における少なくとも前記リング状部品が接触する箇所に絶縁被膜を設けるとよい。あるいは、前記内輪または外輪に軸受外部からの電流を遮断する絶縁被膜を設けてもよい。
リング状部品は金属製であり、かつヒータは電熱式である場合、ヒータに電気を供給する配線から漏洩した電気が内輪や外輪に流れ、内輪や外輪が迷走電流腐食を起こす恐れがある。内輪および外輪における少なくともリング状部品が接触する箇所に絶縁被膜を設けるか、あるいは前記内輪または外輪に軸受外部からの電流を遮断する絶縁被膜を設けることで、上記迷走電流腐食を防ぐことができる。

この発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、これら内輪および外輪間に転動自在に配置された複数の転動体とを備え、前記内輪と外輪との間の空間に潤滑剤が充填されたものにおいて、前記潤滑剤を昇温させる昇温装置を設けたため、極寒環境下でも潤滑性能を低下させずに使用できる。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。この転がり軸受は、軸受本体１と、この軸受本体１の軸方向両側にそれぞれ設けた昇温装置１１とでなる。軸受本体１は、内輪２と、外輪３と、これら内輪２および外輪３間に転動自在に配置された複数の転動体４とを有する。転動体４は円筒ころであり、各転動体４は、リング状の保持器５の円周方向に並ぶ複数のポケット５ａにそれぞれ保持されている。外輪３の内周には軸方向に並ぶ一対のつば部３ａが設けられ、これら一対のつば部３ａ間に転動体４が配置されている。内輪２および外輪３の間の軸受空間Ｓ１には、潤滑剤６が充填してある。

昇温装置１１は、電熱式のヒータ１２により前記潤滑剤６を昇温させるものであり、ヒータ１２を取付けるリング状部品１３を有する。リング状部品１３は、軸方向と垂直な垂直部１３ａと、この垂直部１３ａの外周端から軸方向内側に延びる外周筒部１３ｂと、前記垂直部１３ａの内周端から軸方向内側の延びる内周筒部１３ｃとでなる。外周筒部１３ｂは内周筒部１３ｃよりも軸方向内側に長く延びており、外周筒部１３ｂの先端外周側に形成された凸部１４を、外輪３の内周面に形成された溝部３ｂに係合させることにより、リング状部材１３が外輪３に固定されている。リング状部品１３は上記形状とすることで、前記軸受空間Ｓ１の軸方向外側を覆うものとされている。リング状部品１３と軸受空間Ｓ１との間は昇温装置内空間Ｓ２である。

ヒータ１２は、リング状部材１３の垂直部１３ａの軸方向内面に取付けられる。垂直部１３ａの形状に合わせて、ヒータ１２は円環の一部が途切れたＣ形の形状とされている。そして、ヒータ１２の途切れた箇所に相当するリング状部材垂直部１３ａの軸方向内面に、温度検知とスイッチング用の検温切替手段が取付けられている。この実施形態では、検温切替手段がサ−モスタット１５が取付けられている。このサ−モスタット１５は、第１のリ−ド線１６を介してヒータ１２を電気的に接続される、かつ第２のリ−ド線１７を介して外部電源（図示せず）と電気的に接続されている。なお、第２のリ−ド線１７は、リング状部材垂直部１３ａに形成されたリ−ド線孔１８を通って、垂直部１３ａの軸方向内側から外側へ抜けている。

前記サ−モスタット１５は、昇温装置内空間Ｓ２の温度を検知し、その検知温度が所定の発熱開始温度以下である場合はヒータ１２に電流を流し、検知温度が前記発熱開始温度よりも高い所定の発熱停止温度以上になった場合は電流を遮断するように作用する。すなわち、昇温装置内空間Ｓ２の温度が一定範囲内にあるときだけヒータ１２が発熱するようになっている。例えば、発熱開始温度はマイナス２０℃、発熱停止温度はプラス２０℃である。発熱開始温度をマイナス２０℃とすれば、潤滑剤６が固化する前に昇温させることができる。また、発熱停止温度をプラス２０℃とすれば、低温下であっても、軸受が回転し始めることにより、直ぐに常温程度まで上がると考えられる。

前記リング状部品１３の材質は、例えば金属とされる。リング状部品１３が金属製である場合は、図１の部分拡大図に示すように、外輪３における少なくともリング状部品１３が接触する箇所に、迷走電流腐食を防止するための絶縁被膜１９を設けるのがよい。絶縁被膜１９は、樹脂等の絶縁材料を溶射や射出成形により成形することができる。
また、軸受外部から漏洩電流が軸受内に流れることがあり、この場合でも電食を伴うことがある。この対策を潤滑固化対策と同時に行えるようにするため、内輪２の軸側部材との接触あるいは近接する部分、または外輪３のハウジング側部材との接触あるいは近接する部分に樹脂等の絶縁材料を溶射や射出成形により成形することができる（図示省略）。
さらには、上記内輪２または外輪３に絶縁被膜をすること無く、転動体４をセラミック材料等の絶縁体とする方法でもよい。

この転がり軸受は、鉄道車両用軸受や風力発電機用軸受として使用される。使用時に、昇降装置１１は、昇温装置内空間Ｓ２の温度が発熱開始温度以下になると、ヒータ１２に電流を流して、ヒータ１２を発熱させる。ヒータ１２は潤滑剤６が充填されている軸受空間Ｓ１と対向して設けられているため、潤滑剤６が効果的に加熱される。また、ヒータ１２が取付けられたリング状部品１３が金属である場合は、ヒータ１２の熱がリング状部品１３を経て効率良くに軸受本体１に伝わる。これにより、潤滑剤６が昇温し、潤滑剤６が固体化されていた場合は流体に戻り、固体化する直前である場合は固体化することが防止される。昇温装置内空間Ｓ２の温度が発熱停止温度以上になると、ヒータ１２に流れる電流を遮断し、ヒータ１２の発熱を停止する。
このように、昇温装置内空間Ｓ２の温度変化に応じてヒータ１２のオンオフを切り替えることにより、マイナス４０℃以下の極寒環境下であっても、潤滑剤６を適正な温度まで昇温、または恒温状態に保つことができる。このため、常に潤滑性能が良好な状態で軸受を使用できる。

図３および図４はこの発明の第２の実施形態を示す。この転がり軸受は、第１の実施形態と比べて、昇温装置１１のリング状部品１３の形状が異なる。第２の実施形態のリング状部品１３は、第１の実施形態と異なり、内周筒部１３ｃが軸受空間Ｓ１内まで軸方向内側に長く延びており、その先端が内輪２の外周面に近接している。そのため、軸受空間Ｓ１および昇温装置内空間Ｓ２が外部から遮蔽された状態となっている。すなわち、リング状部品１３は、軸受空間Ｓ１および昇温装置内空間Ｓ２を外部から遮蔽するシ−ル機能を有している。この第２の実施形態では、昇温装置内空間Ｓ２にも潤滑剤６が封入されている。また、リング状部品１３が金属製である場合は、図３の部分拡大図に示すように、外輪３における少なくともリング状部品１３が接触する箇所の他、内輪２におけるリング状部品１３が近接する箇所にも、迷走電流腐食を防止するための絶縁被膜１９が設けられる。他は第１の実施形態と同じ構成である。

この第２の実施形態の転がり軸受は、リング状部品１３に軸受空間Ｓ１および昇温装置内空間Ｓ２を外部から遮蔽するシ−ル機能を持たせることにより、軸受内部からの潤滑剤６の漏れ、および外部から軸受内部への異物の浸入を防ぐことができる。また、昇温装置内空間Ｓ２にも潤滑剤６が封入されているため、多くの量の潤滑剤６を確保することができ、長時間の使用が可能である。

また、第２の実施形態の転がり軸受は、軸受空間Ｓ１および昇温装置内空間Ｓ２が外部から遮蔽されているため、潤滑剤６として油も使用できる。潤滑剤６が油であっても、極寒環境下では固体化するため、この発明の適用が有効である。

上記各実施形態では、サ−モスタット１５により昇温装置内空間Ｓ２の温度を検知するが、昇温装置内空間Ｓ２の温度を検知する代わりに、軸受空間Ｓ１の温度を検知するようにしてもよい。また、検温切替手段をサ−モスタット１５としているが、検温切替手段は温度検知部とヒータのオンオフ切替部とが別体とし、温度検知部だけを昇温装置１１に設け、オンオフ切替部は昇温装置１１の外部に設けた構成としてもよい。

上記各実施形態の軸受本体１の形式は円筒ころ軸受であるが、軸受本体１の形式が玉軸受、あるいは円すいころ軸受である場合にも本発明は適用できる。また、この転がり軸受の用途は、鉄道車両用軸受および風力発電機用軸受に限らず、発電機、汎用モ−タ、自動車等の寒冷地で使用される可能性のあるあらゆる機械類の軸受を対象としている。

この発明の第１の実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。 （Ａ）同転がり軸受の昇温装置の正面図、（Ｂ）その破断側面図である。 この発明の第２の実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。 （Ａ）同転がり軸受の昇温装置の正面図、（Ｂ）その破断側面図である。

符号の説明

１…軸受本体
２…内輪
３…外輪
４…転動体
６…潤滑剤
１１…昇温装置
１２…ヒータ
１３…リング状部品
１５…サ−モスタット
１９…絶縁被膜
Ｓ１…軸受空間
Ｓ２…昇温装置内空間

Claims (9)

1. 内輪と、外輪と、これら内輪および外輪間に転動自在に配置された複数の転動体とを備え、前記内輪と外輪との間の軸受空間に潤滑剤が充填された転がり軸受において、前記潤滑剤を昇温させる昇温装置を設けたことを特徴とする転がり軸受。
2. 請求項１において、前記昇温装置は、前記軸受空間の軸方向外側を覆うリング状部材を設け、このリング状部材の軸方向内面にヒータを取付けたものである転がり軸受。
3. 請求項２において、前記リング状部品は、前記外輪に固定されている転がり軸受。
4. 請求項２ないし請求項３のいずれか１項において、前記昇温装置は、前記軸受空間、または軸受空間と前記リング状部品間の昇温装置内空間の温度を検知し、その検知結果に応じて前記ヒータをオンオフ切り替える検温切替手段を有する転がり軸受。
5. 請求項４において、前記切替手段はサーモスタットである転がり軸受。
6. 請求項２または請求項５において、前記リング状部品は、前記軸受空間および前記昇温装置内空間を外部から遮蔽するシ−ル機能を有する転がり軸受。
7. 請求項６において、前記昇温装置内空間に前記潤滑剤を封入した転がり軸受。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記リング状部品は金属製であり、かつ前記ヒータは電熱式であり、前記内輪および外輪における少なくとも前記リング状部品が接触する箇所に絶縁被膜を設けた転がり軸受。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記内輪または外輪に軸受外部からの電流を遮断する絶縁被膜を設けた転がり軸受。

Images