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JP2016142364A - 鉄道車両用軸受装置 - Google Patents

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JP2016142364A JP2015019419A JP2015019419A JP2016142364A JP 2016142364 A JP2016142364 A JP 2016142364A JP 2015019419 A JP2015019419 A JP 2015019419A JP 2015019419 A JP2015019419 A JP 2015019419A JP 2016142364 A JP2016142364 A JP 2016142364A
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鈴木 健吾
Kengo Suzuki
健吾 鈴木
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

【課題】フレッティングによる摩耗を抑制するとともに、車軸への組み付け作業を容易に行うことができるようにする。
【解決手段】鉄道車両用軸受装置1は、外周面に軌道6を有する内輪7と、内周面に軌道8を有する外輪9と、内輪7の軌道6と外輪9の軌道8との間で転動可能に保持される転動体10とを備える軸受2と、内輪7と外輪9との間を密封する密封装置12と、軸受2を車軸Sに固定するための前蓋3及び後蓋4と、軸受2の内輪7と後蓋4との間に介在するスペーサ5と、を備え、スペーサ5の一部が内輪7の外周面に嵌合するものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば鉄道車両の車軸に用いられる軸受装置に関する。
従来、鉄道車両の車軸に使用される軸受装置として、円すいころ軸受と、車軸に対して円すいころ軸受の位置決めを行う前蓋及び後蓋とを備えたものがある。この軸受装置における円すいころ軸受は、外周面に軌道を有する一対の内輪と、内周面に複列の軌道を有する外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間で転動可能に保持される円すいころと、軸受内部に充填されるグリースの漏れを防止するとともに、異物が軸受内部に侵入することを防止する密封装置(オイルシール)とを備える。この軸受装置では、前蓋が一対の内輪のうちの一方に当接し、後ろ蓋が他方の内輪に当接することにより、円すいころ軸受を車軸の所定位置に固定している(例えば特許文献1参照)。
上記のような鉄道車両用軸受装置では、車軸に鉄道車両特有の過大なラジアル荷重が負荷されると、この車軸に過大な曲げモーメントが作用し、車軸の撓み(ベンディング)が生じる。このように車軸が撓んだ状態で回転する結果、内輪と後蓋の接触部分に繰り返し応力が発生し、接触部分が摩耗する(フレッティング)ことになる。
フレッティングによる摩耗は、車軸に過大なラジアル荷重が負荷される鉄道車両にとって不可避なものであり、この摩耗が進行すると、軸受装置の軸方向精度が低下し、発生した摩耗粉が車軸軸受の内部に侵入して軸受内の潤滑剤を劣化させ、軸受装置の寿命を短くする原因となる。このようなフレッティングによる摩耗を抑制するため、同文献の軸受装置では、内輪と後蓋との間に環状スペーサを介在させている。
特開2004−332905号公報
上記のような従来の軸受装置では、車軸に組み付ける際に、内輪と車軸との間にスティックスリップが生じる場合がある。スティックスリップとは、摩擦面間に生ずる微視的な摩擦面の付着、滑りの繰り返しによって引き起こされる自励振動をいい、内輪を車軸に圧入する際に生じ得る。スティックスリップが生じると、その振動により、車軸に挿通した環状スペーサが斜めに倒れ込んでしまい、その位置決めをすることができずに組み付け作業が困難になる場合があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、フレッティングによる摩耗を抑制するとともに、車軸への組み付け作業を容易に行うことが可能な鉄道車両用軸受装置を提供することを目的とする。
本発明に係る鉄道車両用軸受装置は、上記の課題を解決するためのものであって、外周面に軌道を有する内輪と、内周面に軌道を有する外輪と、前記内輪の前記軌道と前記外輪の前記軌道との間で転動可能に保持される転動体とを有する軸受と、前記軸受を車軸に固定するための前蓋及び後蓋と、前記内輪と前記後蓋との間に介在するスペーサと、を備え、前記スペーサの一部が前記内輪の外周面に嵌合するように構成されるものである。
このように、スペーサを内輪と後蓋との間に介在させることにより、内輪と後蓋の間のフレッティングによる摩耗を抑制できる。この場合、スペーサの一部を内輪の外周面に嵌合させることで、このスペーサの位置決め及び固定を確実に行うことができる。このようにスペーサを内輪に固定することにより、軸受装置の車軸への組み付けの際に、スティックスリップが生じたとしても、スペーサが倒れ込むということが確実に防止され、この組み付け作業を容易に効率良く行うことが可能になる。
また、上記構成において、前記スペーサの一部は、前記内輪の外周面に嵌合するスリーブとして構成され、前記軸受は、前記外輪の前記内周面に取り付けられるとともに、前記スリーブに摺接するシール本体を備えることが好ましい。
このように、スペーサの一部をスリーブとして内輪の外周面に嵌合させるとともに、このスリーブにシール本体を摺接させることにより、内輪と外輪の間を密封(シール)することが可能になる。さらに、シール本体は、内輪の外周面に摺接することがないため、内輪が摩耗することも防止できる。
また、上記構成において、前記スペーサは、前記スリーブから半径方向内方に突出するとともに前記内輪の端面と前記後蓋の端面の双方に接触する内側突出部を備えることが好ましい。この内側突出部が内輪の端面と後蓋の端面に当接することによって、内輪と後蓋とのフレッティングによる摩耗を抑制することが可能になる。
また、軸受装置は、前記スリーブから半径方向外方に突出するとともに、軸受内部側で前記シール本体を覆う外側突出部を備えることが好ましい。これによって、車軸の回転中に軸受内部に封入されているグリース等の潤滑剤が飛散した場合に、この潤滑剤はこの外側突出部に接触することになり、外側突出部は飛散した潤滑剤がシール本体に付着することを防止する。これによって、シール本体のシール機能を長期にわたって維持することが可能になる。
また、フレッティングによる摩耗に対する耐摩耗性を十分に確保するために、前記スペーサは、鋼材又は黄銅により構成されることが望ましい。この場合、スペーサの一部であるスリーブも同じ材料で構成することにより、シール本体の摺接に対するスリーブの耐摩耗性も十分に確保され得る。
また、本発明に係る軸受装置によれば、前記スリーブの内周面と前記内輪の前記外周面との間に弾性体による環状部材を介在させることが望ましい。
通常、内輪と車軸の寸法関係はしまりばめとなるように設計されており、スリーブを内輪の外周面に嵌合することによって、この部分において局部的に面圧が高くなって、車軸の局部的な摩耗の原因となるおそれがある。上記のように弾性変形可能な環状部材をスリーブと内輪との間に介在させることで、スリーブに内輪が圧入されたときに、この環状部材の弾性変形によってこの内輪の変形による車軸への影響を可及的に小さくすることが可能になる。
また、本発明に係る軸受装置によれば、フレッティングによる摩耗に対する耐摩耗性を向上させるために、前記スペーサにダイヤモンドライクカーボンによる被膜を形成してもよい。この場合、スペーサの一部であるスリーブにも被膜を形成することにより、シール本体の摺接に対するスリーブの耐摩耗性も向上することになる。
以上のように、本発明によれば、フレッティングによる摩耗を抑制するとともに、軸受装置の車軸への組み付け作業を容易に行うことが可能になる。
図1は、本発明に係る軸受装置の一実施形態を示す断面図である。 図2は、軸受装置の要部拡大断面図である。 図3は、本発明に係る軸受装置の他の例を示す要部拡大断面図である。 図4は、本発明に係る軸受装置の他の例を示す要部拡大断面図である。 図5は、本発明に係る軸受装置の他の例を示す要部拡大断面図である。 図6は、本発明に係る軸受装置の他の例を示す要部拡大断面図である。
以下、本発明に係る鉄道車両用軸受装置(以下、単に「軸受装置」という)を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図1及び図2は、本発明に係る軸受装置の一実施形態を示す。
図1は、軸受装置1を鉄道車両の車軸Sに組み付けた例を示す。軸受装置1は、円すいころ軸受2と、円すいころ軸受2を固定するための前蓋3および後蓋4と、円すいころ軸受2と後蓋4との間に介在する環状のスペーサ5とを備える。
なお、本明細書では、車軸Sの軸方向端部寄りの位置を「前」又は「前側」といい、この前(側)よりも車軸Sの軸方向中央寄りの位置を「後」又は「後側」という。また、本明細書において、「半径方向」とは、基本的には車軸Sの半径方向をいうが、この車軸Sに同心状に配置される前蓋3、後蓋4、後述する円すいころ軸受2における内輪7、外輪9、スリーブ21,31およびシールケース33等の半径方向をいう場合もある。また、この半径方向において、その中心(車軸Sの軸心)から離れる方向を「半径方向外方」といい、その中心に向かう方向を「半径方向内方」という。また、相対的な位置関係を述べる場合において、半径方向内方側の位置を「内」又は「内側」といい、この内(側)よりも半径方向外方側の位置を「外」又は「外側」という。
円すいころ軸受2は、外周面に円すい状の軌道6を有する一対の内輪7f,7rと、内周面に円すい状の軌道8を有する外輪9と、内輪7の軌道6と外輪9の軌道8との間に転動自在に設けられる複数の円すいころ(転動体)10と、各円すいころ10を所定の間隔をおいて転動可能に保持する保持器11f,11rと、内輪7f,7rと外輪9との間を密封する密封装置(オイルシール)12f,12rとを備える。
各内輪7f,7rは、その軌道6を挟むように、一端部に小つば14を有し、他端部に大つば15を有する。各内輪7f,7rは、軌道6に円すいころ10の側面(転動面)を接触させるとともに、小つば14と大つば15との間で円すいころ10が転動するようにこの円すいころ10を保持している。なお、一対の内輪7f,7rの間には、間座13が設けられている。
外輪9は、その内周面に、円すい状に構成される複列の軌道8と、環状凹部16f,16rとを有する。環状凹部16f,16rは、外輪9の軸心方向における両端部(前端部及び後端部)に形成されている。また、外輪9の軸心方向中央部には、軸受内圧を解放するための空気抜栓17が設けられている。
複数の円すいころ10は、一対の内輪7f,7rの軌道6及び外輪9の複列の軌道8に対応して、複列に配列されている。各円すいころ10は、大径端部18と小径端部19とを有する。複列に配列される円すいころ10において、一方の列における円すいころ10の小径端部19と他方の列における円すいころ10の小径端部19とが対向するように配置される。
保持器11f,11rは、一対の内輪7f,7rの軌道6及び外輪9の複列の軌道8に対応するように、前側の保持器11fと後側の保持器11rとを含む。各保持器11f,11rは、環状(筒状)に構成されるとともに、複数の円すいころ10を円周方向において等間隔で保持する。各保持器11f,11rは、各円すいころ10の間隔を維持しつつ、各円すいころ10の転動可能に保持するポケット20を有する。
図1に示すように、密封装置12f,12rは、円すいころ軸受2の前側で内輪7fと外輪9との間を密封する第1密封装置12fと、円すいころ軸受2の後側で内輪7rと外輪9との間を密封する第2密封装置12rとを含む。
第1密封装置12fは、前側の内輪7fの外周面に嵌め込まれるスリーブ(以下「第1スリーブ」という)21と、この第1スリーブ21に摺接するシール本体(以下「第1シール本体」という)22とを備える。
第1スリーブ21は、例えば、黄銅板、高力黄銅鋳物、冷間圧延鋼板、熱間圧延軟鋼板、高張力鋼板、ステンレス鋼板、高溶融めっき鋼板等によって製造され得る。第1スリーブ21の板厚は0.8mm〜2.0mmとされることが望ましいが、この板厚に限定されるものではない。
第1スリーブ21は、前側の内輪7fにおける大つば15の外周面に嵌合されている。この第1スリーブ21は直線状の内側円筒部23と、この内側円筒部23から半径方向外方に突出する環状の外側突出部24と、この外側突出部24の半径方向外端部から後方に突出する外側円筒部25とを備える。
第1シール本体22は、芯金26と、この芯金26に一体に形成される弾性シール27とを備える。芯金26は、外輪9に取り付けられる円筒状の取付部28と、弾性シール27を支持する支持部29とを備える。取付部28は、外輪9における前側の環状凹部16fに嵌め込まれている。支持部29は、取付部28の一端部(前端部)から半径方向内方に突出する円環状に構成される。
弾性シール27は、ゴム製であり、焼き付けによって支持部29と一体に構成される。弾性シール27は、3つのシールリップ30を備える。3つのシールリップ30のうち、1つのシールリップ30は、第1スリーブ21における外側円筒部25の内周面に近接している。
残りの2つのシールリップ30のうち、1つのシールリップ30は、第1スリーブ21の内側円筒部23の外周面に近接しており、もう1つのシールリップ30は、内側円筒部23の外周面に接触している。なお、第1スリーブ21の外側突出部24及び外側円筒部25は第1シール本体22の弾性シール27を覆うカバー部としても機能する。
図2は、第2密封装置12rの拡大断面図を示す。図1、図2に示すように、第2密封装置12rは、後側の内輪7rの外周面に嵌合されるスリーブ(以下「第2スリーブ」という)31と、この第2スリーブ31に摺接するシール本体(以下「第2シール本体」という)32と、第2シール本体32を収納するシールケース33とを備える。
第2スリーブ31は、直線状の円筒形状に構成されており、後側の内輪7rにおける大つば15の外周面に嵌め込まれている。この第2スリーブ31の後端部には、スペーサ5が一体に設けられている。スペーサ5は、第2スリーブ31の後端部から半径方向内方に突出する内側突出部として構成される。
一体に構成されるスペーサ5と第2スリーブ31は、例えば、黄銅板、高力黄銅鋳物、冷間圧延鋼板、熱間圧延軟鋼板、高張力鋼板、ステンレス鋼板、高溶融めっき鋼板等によって製造され得る。スペーサ5及び第2スリーブ31の板厚は、第1スリーブ21と同様に、0.8mm〜2.0mmとされることが望ましいが、この板厚に限定されるものではない。
スペーサ5は、第2スリーブ31が後側の内輪7rにおける大つば15に取り付けられたときに、その一方の面、すなわち前側の面がこの内輪7rの後端部(後端面)に接触する。また、スペーサ5の他方の面、すなわち後側の面は、後蓋4の前端部(前端面)に接触している。したがって、このスペーサ5は、後側の内輪7rの後端部と後蓋4の前端部とによって挟まれた状態となっている。
第2スリーブ31の表面には、シール本体32の摺動に対する第2スリーブ31の耐摩耗性を向上させるために、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)による被膜を形成してもよい。同様に、この被膜は、スペーサ5の両面に形成してもよい。これにより、後側の内輪7rと後蓋4とのフレッティングによる摩耗に対するスペーサ5の耐摩耗性が向上する。
第2シール本体32は、第1シール本体22と同様に、芯金34と、弾性シール35とを備える。芯金34は、外輪9の後端部における環状凹部16rに取り付けられる取付部36と、弾性シール35を支持する支持部37とを備える。第2シール本体32の取付部36は、シールケース33に嵌め込まれるとともに、このシールケース33を介して外輪9の環状凹部16rに取り付けられる。支持部37は、取付部36の一端部から半径方向内方に突出する円環状に構成される。
弾性シール35は、ゴム製であり、焼き付けにより支持部37と一体に構成される。また、弾性シール35は、2つのシールリップ38を備える。この2つのシールリップ38のうち、一方のシールリップ38は、第2スリーブ31における第2スリーブ31の外周面に近接しており、他方のシールリップ38は、第2スリーブ31の外周面に接触している。
シールケース33は、外輪9の後端部における環状凹部16rに嵌め込まれる円筒状の取付部39と、この取付部39の一端部から半径方向内方に突出する環状の内側突出部40とを備える。取付部39は、その内周面に第2シール本体32の取付部36が嵌合した状態で、外輪9の環状凹部16rに嵌合している。このように、円すいころ軸受2は、第2シール本体32の取付部32とシールケース33の取付部39との二重の嵌合構造により、高い密封性を確保している。
シールケース33の内側突出部40は、第2シール本体32を後側から覆うカバー部として機能する。この内側突出部40は、その突出端部が第2スリーブ31における外周面に近接するように構成される。これにより、内側突出部40と第2スリーブ31との間にラビリンスシールが形成されている。
前蓋3は、車軸Sの端部を覆うためのものであり、車軸Sの端部の径よりも大径な円板状に構成される。前蓋3は、ボルト41を挿通可能な挿通孔42と、前側の内輪7fに当接する当接部43とを備える。前蓋3は、車軸Sの端部に形成されたねじ穴44にこの挿通孔42を一致させ、この挿通孔42を通じてボルト41をねじ穴44に螺合させることにより、車軸Sに固定される。このとき、前蓋3の当接部43は、前側の内輪7fにおける前端部に当接する。
後蓋4は、円環状に構成されており、その内側に車軸Sが挿通されている。この後蓋4は、小径円筒部45と、後方に向かうにつれて拡径するテーパ部46と、大径円筒部47とを有する。後蓋4の前端部、すなわち小径円筒部45の前端部は、第2スリーブ31のスペーサ5に接触している。
小径円筒部45の外径は、後側の内輪7rにおける大つば15の外径よりも小さく設定される。また、大径円筒部47の外径は、後側の内輪7rにおける大つば15の外径よりも大きく、外輪9の後端部における環状凹部16rの径又はシールケース33における取付部39の外径とほぼ同じである。
以上説明した本実施形態に係る軸受装置1によれば、スペーサ5を後側の内輪7rの後端面と後蓋4の前端面との間に介在させることにより、この内輪7rと後蓋4の間のフレッティングによる摩耗を抑制できる。このスペーサ5は、第2スリーブ31と一体に構成されていることから、スペーサ5の一部である第2スリーブ31を後側の内輪7rの外周面に嵌合させることによって、このスペーサ5を内輪7rに位置決め及び固定されることになる。これにより、軸受装置1を車軸Sに組み付ける場合において、内輪7rを車軸Sに圧入する際にスティックスリップが生じたとしても、スペーサ5は内輪7rに固定されているため、振動によって倒れ込むということがない。
したがって、軸受装置1を容易に効率良く車軸Sに組み付けることができるようになる。また、第2スリーブ31を内輪7rの外周面に嵌合させたときに、スペーサ5が内輪7rの後端面に当接することにより、この第2スリーブ31の位置決めも同時に行われる。したがって、本実施形態のように第2シール本体32を第2スリーブ31の外周面に摺接させる場合において、第2シール本体32に対する第2スリーブ31の位置決めを行う必要がなくなり、この観点からも車軸Sに対する軸受装置1の組み付け作業をより効率良く行うことができる。また、スペーサ5を第2スリーブ31と一体に構成することにより、部品点数を低減することにもなり、これも組み付け作業性の向上に大きく寄与することになる。さらに、軸受装置1のメンテナンス時には、第2スリーブ31とスペーサ5を同時に交換できることから、このメンテナンス作業をも容易に効率よく行うことができる。
図3は、本発明に係る軸受装置1における他の例を示す。この例では、第2密封装置12rにおけるシールケース33の構成が図1及び図2の例とは異なる。この例におけるシールケース33は、外輪9の後端部における環状凹部16rに取り付けられる円筒状の取付部39と、この取付部39の一端から半径方向内方に突出する第1内側突出部40aと、この第1内側突出部40aから後方に突出する円筒部48と、この円筒部48の後端部から半径方向内方に突出する第2内側突出部40bとを備える。
この例では、シールケース33の第1内側突出部40aの突出端部を第2スリーブ31における外周面に近接させることにより、その間にラビリンスシールが形成されている。また、第2内側突出部40bの突出端部を後蓋4における小径円筒部45の外周面に近接させることにより、その間にラビリンスシールが形成されている。
図4及び図5は、本発明に係る軸受装置1における他の例を示す。これらの例では、第2密封装置12rにおける第2スリーブ31の構成が図1及び図2の例とは異なる。これらの例における第2スリーブ31では、第2スリーブ31の一端部(後端部)に、半径方向内方に突出するスペーサ5(内側突出部)が形成されるとともに、第2スリーブ31の他端部(前端部)に、半径方向外方に突出する外側突出部49が形成されている。
この外側突出部49は、回転中に軸受内部のグリースが飛散して弾性シール35に接触することを防止するためのものである。このため、外側突出部49は、軸受内部側で、第2シール本体32の弾性シール35(本例では図示せず)よりも前側に位置している。また、外側突出部49における半径方向外方への突出高さは、弾性シール35のシールリップ38の全体を覆うことが可能な高さに設定されることが望ましい。さらに、図5の例では、外側突出部49の突出端部に、後方に向かって傾斜する傾斜部50が設けられている。
図6は、本発明に係る軸受装置1における他の例を示す。この例では、スペーサ5の一部である第2スリーブ31の構成が図1及び図2の例とは異なる。この例では、第2スリーブ31の内周面に、弾性体(例えばゴム製)によって構成される環状部材51が設けられている。この例では、弾性変形可能な環状部材51を第2スリーブ31と内輪7rとの間に介在させることで、第2スリーブ31に内輪7rが圧入されたときに、この環状部材51の弾性変形によって内輪7rの変形による車軸Sとの局部的な摩耗が生じることを防止できる。
なお、本発明に係る軸受装置1は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明に係る軸受装置1は、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明に係る軸受装置1は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記実施形態では、第2スリーブ31とスペーサ5とを一体に構成した例を説明したが、これに限定されず、第1スリーブ21についても第2スリーブ32と同じ構成にしてもよい。すなわち、第1スリーブ21とスペーサ(内側突出部)とを一体に構成し、この第1スリーブ21を前側の内輪7fの外周面に嵌め込むとともに、スペーサ(内側突出部)を前側の内輪7fの前端面と前蓋3の当接部43との間に介在させてもよい。
上記実施形態において、第2スリーブ31の内周面に弾性体からなる環状部材51を設けた例を示したが、これに限定されず、環状部材51を第2スリーブ31とは別体に構成し、この環状部材51を内輪7rの外周面に取り付けた後に、第2スリーブ31を環状部材51の外周面に取り付けるようにしてもよい。また、環状部材51を内輪7rの大つば15の外周面に固着して一体化してもよい。
上記の実施形態では、転がり軸受として円すいころ軸受2を例示したが、これに限定されず、円筒ころ軸受その他の軸受についても本発明を適用できる。
上記の実施形態では、環状に構成されたスペーサ5を例示したが、これに限らず、例えば、第2スリーブ31の後端部の複数箇所から半径方向内方に突出する複数の内側突出部を形成し、これらをスペーサ5としてもよい。
1 軸受装置
2 軸受(円すいころ軸受)
3 前蓋
4 後蓋
5 スペーサ
7 内輪
9 外輪
10 転動体(円すいころ)
11 保持器
12 密封装置
31 第2スリーブ
32 シール本体
49 外側突出部
51 環状部材
S 車軸

Claims (7)

  1. 外周面に軌道を有する内輪と、内周面に軌道を有する外輪と、前記内輪の前記軌道と前記外輪の前記軌道との間で転動可能に保持される転動体とを有する軸受と、
    前記軸受を車軸に固定するための前蓋及び後蓋と、
    前記内輪と前記後蓋との間に介在するスペーサと、を備え、
    前記スペーサの一部が前記内輪の外周面に嵌合する鉄道車両用軸受装置。
  2. 前記スペーサの一部は、前記内輪の外周面に嵌合するスリーブとして構成され、
    前記軸受は、前記外輪の前記内周面に取り付けられるとともに、前記スペーサの前記スリーブに摺接するシール本体を備える請求項1に記載の鉄道車両用軸受装置。
  3. 前記スペーサは、前記スリーブから半径方向内方に突出するとともに前記内輪の端部と前記後蓋の端面の双方に接触する内側突出部を備える請求項2に記載の鉄道車両用軸受装置。
  4. 前記スリーブから半径方向外方に突出するとともに、軸受内部側で前記シール本体を覆う外側突出部を備える請求項2又は3に記載の鉄道車両用軸受装置。
  5. 前記スペーサは、鋼材又は黄銅により構成される請求項1から4のいずれか1項に記載の鉄道車両用軸受装置。
  6. 前記スリーブの内周面と前記内輪の前記外周面との間に弾性体による環状部材が介在する請求項2から5のいずれか1項に記載の鉄道車両用軸受装置。
  7. 前記スペーサにダイヤモンドライクカーボンによる被膜が形成される請求項2から6のいずれか1項に記載の鉄道車両用軸受装置。
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