(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-24
(45)【発行日】2022-12-02
(54)【発明の名称】ベアリング装置
(51)【国際特許分類】
F16C 33/58 20060101AFI20221125BHJP
F16C 19/16 20060101ALI20221125BHJP
F16C 19/06 20060101ALI20221125BHJP
【FI】
F16C33/58
F16C19/16
F16C19/06
(21)【出願番号】P 2022083839
(22)【出願日】2022-05-23
【審査請求日】2022-05-23
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】522203271
【氏名又は名称】日本モノレース工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003410
【氏名又は名称】弁理士法人テクノピア国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100116942
【氏名又は名称】岩田 雅信
(74)【代理人】
【識別番号】100167704
【氏名又は名称】中川 裕人
(72)【発明者】
【氏名】福田 誠
(72)【発明者】
【氏名】香山 俊
(72)【発明者】
【氏名】重水 芳彦
(72)【発明者】
【氏名】武藤 光雄
【審査官】倉田 和博
(56)【参考文献】
【文献】特開昭54-064242(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第108518421(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16C 33/58-33/64
F16C 19/00-19/56
E02F 9/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定部に対して可動部が回転される構造体に用いられると共に外輪又は内輪の一方が固定輪として前記固定部に取り付けられ他方が回転輪として前記可動部に取り付けられ前記外輪と前記内輪の間に複数のベアリング球が配置される配置空間が形成されたベアリング装置であって、
前記外輪又は前記内輪の少なくとも一方に挿入穴が形成され、
一部が前記配置空間側に突出する状態で前記挿入穴に挿入された回転規制体が設けられ、
前記回転規制体によって前記回転輪の回転が規制され、
前記回転規制体として一部が前記挿入穴と前記配置空間の間で移動可能な剛球と前記剛球を前記挿入穴から前記配置空間側へ付勢する付勢バネとを有する規制ユニットが設けられた
ベアリング装置。
【請求項2】
固定部に対して可動部が回転される構造体に用いられると共に外輪又は内輪の一方が固定輪として前記固定部に取り付けられ他方が回転輪として前記可動部に取り付けられ前記外輪と前記内輪の間に複数のベアリング球が配置される配置空間が形成されたベアリング装置であって、
前記外輪又は前記内輪の少なくとも一方に挿入穴が形成され、
一部が前記配置空間側に突出する状態で前記挿入穴に挿入された回転規制体が設けられ、
前記回転規制体によって前記回転輪の回転が規制され、
前記回転輪に前記挿入穴が形成され、
前記回転規制体として軸状の規制ピンが設けられた
ベアリング装置。
【請求項3】
前記外輪と前記内輪にそれぞれ前記挿入穴が形成され、
一部が前記挿入穴と前記配置空間の間で移動可能な剛球と前記剛球を前記挿入穴から前記配置空間側へ付勢する付勢バネとを有する規制ユニットが第1の回転規制体として設けられ、
前記規制ピンが第2の回転規制体として設けられ、
前記第1の回転規制体が前記固定輪の前記挿入穴に挿入された
請求項2に記載のベアリング装置。
【請求項4】
前記配置空間の全周において複数の前記ベアリング球が隣接して配置された
請求項1、請求項2又は請求項3に記載のベアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は外輪と内輪とベアリング球を有し外輪又は内輪の一方が他方に対して回転されるベアリング装置についての技術分野に関する。
【背景技術】
【0002】
外輪と内輪と複数のベアリング球を有し外輪又は内輪の一方が他方に対して回転されるベアリング装置がある。ベアリング装置には外輪と内輪の間に配置空間が形成され、配置空間に複数のベアリング球が周方向に並んで配置されている。
【0003】
このようなベアリング装置は可動部と固定部を有する各種の構造体において用いられ、構造体にベアリング装置が用いられることにより可動部が固定部に対して円滑に回転(旋回)される。可動部には外輪又は内輪の一方が取り付けられ、固定部には外輪又は内輪の他方が取り付けられる。
【0004】
一方、構造体においては可動部の回転が停止されるときに、停止制御が行われた後に慣性により可動部が固定部に対して回転される可能性がある。
【0005】
そこで、ベアリング装置が用いられた構造体には、可動部の過度の回転の防止や可動部の停止位置の精度の向上を図るためにブレーキ機構が設けられているものがある(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。特に、建築物の解体等を行うための破砕機(解体機)等の重量の大きな構造体においては、大きな慣性力が付与され易いため、ブレーキ機構が設けられることは重要であり、可動部の過度の回転の防止による作業者の安全性の向上等を図ることも可能になる。
【0006】
特許文献1及び特許文献2に記載されたブレーキ機構においては、球体が凹部に挿入されて回転輪として機能する内輪に押し付けられることにより、内輪に制動力が付与されて可動部が停止される構成にされている。ブレーキ機構は外輪と内輪が並ぶ方向に直交する方向において、ベアリング装置の外側に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開2018-80492号公報
【文献】特開2013-174110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、上記のようなブレーキ機構を有する構造体においては、ブレーキ機構によって可動部の過度の回転の防止等を確保することが可能であるが、ブレーキ機構がベアリング装置の外側に配置されているとベアリング装置が用いられる構造体の大型化を来たすおそれがある。
【0009】
そこで、本発明ベアリング装置は、ベアリング装置が用いられる構造体の小型化を確保した上で回転輪に制動力を付与することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係るベアリング装置は、固定部に対して可動部が回転される構造体に用いられると共に外輪又は内輪の一方が固定輪として前記固定部に取り付けられ他方が回転輪として前記可動部に取り付けられ前記外輪と前記内輪の間に複数のベアリング球が配置される配置空間が形成されたベアリング装置であって、前記外輪又は前記内輪の少なくとも一方に挿入穴が形成され、一部が前記配置空間側に突出する状態で前記挿入穴に挿入された回転規制体が設けられ、前記回転規制体によって前記回転輪の回転が規制され、前記回転規制体として一部が前記挿入穴と前記配置空間の間で移動可能な剛球と前記剛球を前記挿入穴から前記配置空間側へ付勢する付勢バネとを有する規制ユニットが設けられたものである。
【0011】
これにより、外輪と内輪の外面側に位置されない回転規制体から回転輪に制動力が付与される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、外輪と内輪の外面側に位置されない回転規制体から回転輪に制動力が付与されるため、ベアリング装置が用いられる構造体の小型化を確保した上で回転輪に制動力を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】
図2乃至
図9と共に本発明ベアリング装置の実施の形態を示すものであり、本図は、ベアリング装置が用いられる構造体である破砕機を示す正面図である。
【
図7】
図3のVII-VII線に沿う断面図である。
【
図8】第1の測定における測定結果を示すグラフ図である。
【
図9】第2の測定における測定結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に、本発明ベアリング装置を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。
【0015】
<破砕機の概略構成>
先ず、ベアリング装置(旋回ベアリング)1が用いられる構造体の一例として、建築物の解体等を行うための破砕機100について説明する(
図1参照)。但し、ベアリング装置1が用いられる構造体は破砕機100に限られることはなく、ベアリング装置1は可動部が固定部に対して回転(旋回)される構造を有する他の各種の構造体に用いることが可能である。
【0016】
破砕機100は破砕対象物を挟み込んで破砕する本体101と図示しない油圧ショベル等のアームに着脱されるブラケット102とを有し、本体101とブラケット102が連結構造部103を介して連結されている。本体101はブラケット102に対して回転可能(旋回可能)にされ、本体101が可動部として機能しブラケット102が固定部として機能する。
【0017】
本体101はブラケット102に連結構造部103を介して連結されたベース部101aとベース部101aに互いに離隔する方向へ回動可能に連結された一対の挟持部101bとを有している。
【0018】
ブラケット102はボルト等の締結具を介して油圧ショベル等のアームに取り付けられる。
【0019】
連結構造部103の内部にはベアリング装置1が配置されている。
【0020】
<ベアリング装置の構成>
次に、ベアリング装置1の構成について説明する(
図2乃至
図7参照)。
【0021】
ベアリング装置1は外輪2と内輪3と複数のベアリング球4を有している(
図2乃至
図4参照)。外輪2は、例えば、破砕機100のブラケット102に取り付けられて固定輪として機能し、内輪3は、例えば、破砕機100の本体101に取り付けられて回転輪として機能する。内輪3は外輪2の内側に位置されている。
【0022】
尚、ベアリング装置1においては、内輪3が破砕機100のブラケット102に取り付けられて固定輪として機能し、外輪2が破砕機100の本体101に取り付けられて回転輪として機能する構成にされていてもよい。
【0023】
外輪2には厚み方向に貫通された複数の被取付孔2aが周方向に等間隔に離隔して形成されている。外輪2は被取付孔2aに取付ボルト等の取付具が挿入されてブラケット102に取り付けられる。外輪2には厚み方向に貫通された固定孔2bが二つの被取付孔2aの間に形成されている。
【0024】
外輪2には内周面に開口された球配置凹部5が形成され、球配置凹部5は周方向に延びて環状に形成されている(
図4参照)。外輪2には径方向に貫通された複数の第1の挿入穴6が周方向に離隔して形成されている(
図3参照)。第1の挿入穴6は、例えば、五つが形成され、内周面に螺溝6aを有している(
図5参照)。外輪2には径方向に開口された投入孔2cが形成され、投入孔2cは固定孔2bに連通されている(
図3及び
図4参照)。第1の挿入穴6の球配置凹部5側の開口縁には内方に張り出されたフランジ状の受け突部6bが設けられている(
図6参照)。
【0025】
外輪2には弾性変形可能な円環状の第1のシール7が取り付けられている(
図3及び
図4参照)。第1のシール7は一部が外輪2から内方に突出された状態で外輪2に取り付けられている。
【0026】
内輪3には厚み方向に貫通された複数の被取付孔3aが周方向に等間隔に離隔して形成されている(
図2及び
図3参照)。内輪3は被取付孔3aに取付ボルト等の取付具が挿入されて本体101に取り付けられる。
【0027】
内輪3には外周面に開口された球配置凹部8が形成され、球配置凹部8は周方向に延びて環状に形成されている(
図4参照)。内輪3には球配置凹部8に連通された複数の第2の挿入穴9が周方向に離隔して形成されている。第2の挿入穴9は、例えば、六つが周方向に略等間隔に離隔して形成されている。
【0028】
内輪3には弾性変形可能な円環状の第2のシール10が取り付けられている(
図3及び
図4参照)。第2のシール10は一部が内輪3から外方に突出された状態で内輪3に取り付けられている。
【0029】
内輪3が外輪2の内側に位置された状態において、外輪2の球配置凹部5と内輪3の球配置凹部8とによって配置空間11が形成される(
図4参照)。
【0030】
内輪3が外輪2の内側に位置された状態において、外輪2の投入孔2cから配置空間11に複数のベアリング球4が順次挿入される。配置空間11に全てのベアリング球4が挿入されると、投入孔2cが塞栓12によって閉塞される。塞栓12には圧入孔12aが形成されている。投入孔2cが塞栓12によって閉塞された状態において、外輪2の固定孔2bと塞栓12の圧入孔12aとに亘ってテーパーピン13が圧入され、塞栓12が外輪2に固定されてベアリング球4の投入孔2cからの脱落が防止される。
【0031】
尚、配置空間11にベアリング球4に加えて間座が挿入される場合には、投入孔2cから配置空間11にベアリング球4と間座が挿入される。
【0032】
外輪2と内輪3の間には隙間が形成されるが、この隙間は第1のシール7が内輪3に弾性により押し付けられると共に第2のシール10が外輪2に弾性により押し付けられることにより閉塞される。従って、隙間からの配置空間11への水分や油分や塵埃等の侵入が防止される。
【0033】
外輪2の五つの第1の挿入穴6にはそれぞれ第1の回転規制体として機能する規制ユニット14が挿入される(
図5及び
図6参照)。
【0034】
規制ユニット14はガイドカラー15と付勢バネ16と剛球17と止め栓18を有している。
【0035】
ガイドカラー15は円筒状に形成され、外径が第1の挿入穴6の径より僅かに小さくされている。付勢バネ16としては、例えば、圧縮コイルバネが用いられている。付勢バネ16は外径がガイドカラー15の内径より小さくされている。剛球17は金属材料によって形成され、例えば、40個から45個が用いられている。止め栓18は外周面が螺合部18aとして形成されている。
【0036】
規制ユニット14は第1の挿入穴6に剛球17とガイドカラー15と付勢バネ16が順に外輪2の外周面側から挿入され、止め栓18の螺合部18aが螺溝6aに螺合されてガイドカラー15と付勢バネ16と剛球17が第1の挿入穴6に保持される。規制ユニット14が第1の挿入穴6に挿入された状態においては、ガイドカラー15の内部に付勢バネ16が位置され剛球17が付勢バネ16によって球配置凹部5側に付勢される。ガイドカラー15は第1の挿入穴6の受け突部6bに押し付けられ、剛球17は付勢バネ16の付勢力によって付勢され一部が第1の挿入穴6から球配置凹部5側に突出されベアリング球4に接触される。
【0037】
内輪3の六つの第2の挿入穴9にはそれぞれ第2の回転規制体として機能する規制ピン19が圧入により挿入される。
【0038】
規制ピン19は丸軸状に形成され、軸方向における両端部が、例えば、半球状に形成されている。規制ピン19は一端部19aが第2の挿入穴9から球配置凹部8側に突出される。
【0039】
尚、上記には、外輪2にも内輪3にもギヤ部を有さないベアリング装置1を例として示したが、ベアリング装置1には、例えば、外輪2の外周部にギヤ部が設けられていてもよく、内輪3の内周部にギヤ部が設けられていてもよい。
【0040】
<ベアリング装置における動作>
続いて、ベアリング装置1における動作について説明する。
【0041】
破砕機100において可動部として機能する本体101が固定部として機能するブラケット102に対して回転(旋回)されると、本体101の回転に伴って回転輪として機能する内輪3が固定輪として機能する外輪2に対して回転される。
【0042】
内輪3の回転時にはベアリング球4が配置空間11において外輪2と内輪3に対して転動しながら回転される。このとき内輪3の回転に伴ってベアリング球4が規制ピン19の一端部19aに接し、規制ピン19によってベアリング球4が強制的に周方向へ送られる。従って、内輪3の外輪2に対する円滑な回転状態が確保される。
【0043】
また、内輪3の回転時には、ベアリング球4が規制ユニット14の剛球17に接して内輪3の回転に対する負荷が生じるが、ベアリング球4が剛球17を乗り越えようとするときに剛球17が付勢バネ16の付勢力に反して第1の挿入穴6に引き込まれる方向へ変位されるため、内輪3の回転が許容される。
【0044】
一方、回転(旋回)している本体101が停止されるときには、本体101の減速に伴って内輪3も減速されるが慣性により内輪3の回転が継続される。このときベアリング球4が規制ユニット14の剛球17に接して内輪3の回転に対する負荷が生じるため、内輪3の慣性による回転が迅速に停止される。また、同時に、ベアリング球4が規制ピン19の一端部19aに接するため、規制ピン19によっても内輪3の回転に対する負荷が生じ、内輪3の慣性による回転が一層迅速に停止される。
【0045】
<ベアリング装置に関する測定>
次いで、ベアリング装置1に関する測定の結果について説明する(
図8及び
図9参照)。
【0046】
先ず、第1の測定の結果について説明する(
図8参照)。第1の測定は、規制ピン19が第2の挿入穴9に挿入されていない状態において、五つの第1の挿入穴6に挿入する規制ユニット14の数を変化させてモーターの負荷率の変動を測定した。
【0047】
具体的には、第1の回転ギヤと第2の回転ギヤが噛合された状態において、第1の回転ギヤの中心部にモーターの軸部を連結し、第2の回転ギヤに内輪3を同軸上において連結し、一定の回転数でモーターを回転させたときのモーターに生じる負荷の値を測定した。
【0048】
図8に示すグラフにおいて、横軸は時間(msec)であり縦軸はモーターに生じる負荷率(%)である。モーターに生じる100%の負荷は予め測定されており、負荷率は100%の負荷が生じるときの値に対する比率を示している。従って、負荷率が高い程モーターに生じる負荷が大きい。
【0049】
第1の測定においては、五つの第1の挿入穴6に便宜上P1からP5までの番号を付し、P1からP5までの何れかに規制ユニット14が挿入されたときの測定を行った。測定は規制ユニット14が、P2のみに挿入された場合と、P2とP3に挿入された場合と、P2とP3とP4に挿入された場合と、P2とP3とP4とP5に挿入された場合と、P1からP5までの全てに挿入された場合とについて行った。
【0050】
図8において、内輪3の回転に対して規制ユニット14の負荷が生じていないときに負荷率が最低値になり、内輪3の回転に対して規制ユニット14の負荷が最も大きいときに負荷率が最高値になり、この負荷率の変動が大きいほど規制ユニット14による内輪3の回転に対する制動の効果が高い。
【0051】
図8に示すように、何れの第1の挿入穴6に規制ユニット14が挿入された場合においても、内輪3の回転に対する規制ユニット14による高い効果が得られることが解る。特に、二つ以上の規制ユニット14が設けられた場合には、内輪3の回転に対する規制ユニット14による一層高い効果が得られることが解る。また、規制ユニット14の数が増えるに従って内輪3の回転に対する規制ユニット14の効果が高まることも解る。
【0052】
次に、第2の測定の結果について説明する(
図9参照)。第2の測定は、ベアリング装置1において、配置空間11にベアリング球4のみが配置された場合と配置空間11にベアリング球4と間座が配置された場合とについて、モーターの負荷率の変動を測定した。間座は樹脂材料によって形成され、四つのベアリング球4に対して一つが配置される構成にされた。
【0053】
モーターや回転ギヤの構成とグラフの意味については第1の測定と同様であるため、説明は省略する。
【0054】
図9に示すように、配置空間11にベアリング球4のみが配置された場合の方が負荷率が高く、内輪3の回転に対する規制ユニット14による効果が高いことが解る。但し、ベアリング球4に加えて間座が配置された場合においても、内輪3の回転に対する規制ユニット14による十分な効果を生じることが解る。
【0055】
<まとめ>
以上に記載した通り、ベアリング装置1にあっては、外輪2又は内輪3の少なくとも一方に挿入穴(第1の挿入穴6又は第2の挿入穴9)が形成され、一部が配置空間11側に突出する状態で挿入穴に挿入された回転規制体(規制ユニット14又は規制ピン19)が設けられ、回転規制体によって回転輪(内輪3又は外輪2)の回転が規制される。
【0056】
従って、外輪2と内輪3の外面側に位置されない回転規制体によって回転輪の回転が規制されるため、ベアリング装置1が用いられる構造体(破砕機100)の小型化を確保した上で回転輪に制動力を付与することができる。これにより、回転輪の回転動作の停止時に慣性による回転が迅速に停止され、構造体における可動部(本体101)の過度の回転の防止や可動部の停止位置の精度の向上を図ることができる。
【0057】
また、規制ユニット14と規制ピン19がベアリング装置1の内部に位置されるため、ベアリング装置1の小型化及び構造の簡素化を図った上で回転輪に制動力を付与して回転輪を迅速に停止させることができる。
【0058】
さらに、回転輪に挿入穴が形成され、回転規制体として軸状の規制ピン19が設けられているため、規制ピン19によって配置空間11においてベアリング球4が強制的に周方向へ移動され、回転輪の固定輪に対する円滑な回転状態を確保することができる。
【0059】
さらにまた、回転規制体として一部が挿入穴と配置空間11の間で移動可能な剛球17と剛球17を挿入穴から配置空間11側へ付勢する付勢バネ16とを有する規制ユニット14が設けられている。
【0060】
従って、回転輪の回転時にベアリング球4との接触状態に応じて剛球17が変位されるため、回転輪の固定輪に対する円滑な回転状態を確保した上で回転輪の回転動作の停止時に慣性による回転を一層迅速に停止させることができる。
【0061】
また、外輪2と内輪3にそれぞれ第1の挿入穴6と第2の挿入穴9が形成され、規制ユニット14が第1の挿入穴6に挿入され、規制ピン19が第2の挿入穴9に挿入されている。
【0062】
従って、規制ピン19によって配置空間11においてベアリング球4が強制的に周方向へ移動されると共に回転輪の回転時にベアリング球4との接触状態に応じて剛球17が変位されるため、回転輪の固定輪に対する円滑な回転状態を確保することができると共に回転輪の回転動作の停止時に慣性による回転を一層迅速に停止させることができる。
【0063】
加えて、配置空間11の全周において複数のベアリング球4が隣接して配置されることにより、配置空間11に間座が配置されず配置空間11に配置されるベアリング球4の数が増えるため、回転規制体からベアリング球4に付与される回転に対する負荷が増加して回転輪の回転動作の停止時に慣性による回転をより一層迅速に停止させることができる。
【0064】
但し、ベアリング装置1においては、配置空間11に複数のベアリング球4に加えて間座が配置されていてもよい。
【0065】
<その他>
上記には、回転規制体として規制ユニット14と規制ピン19が設けられ、固定輪として機能する外輪2に規制ユニット14が配置され、回転輪として機能する内輪3に規制ピン19が配置された構成の例を示したが、ベアリング装置1においては回転規制体の例としてこのような例に限られることはない。
【0066】
例えば、固定輪には規制ユニット14と規制ピン19の何れも配置されず、回転輪に規制ピン19が配置された構成にされていてもよい。この場合には回転輪に対する制動力は小さいが、構造の簡素化及び製造コストの低減を図った上で回転輪の円滑な回転状態を確保することができる。
【0067】
また、固定輪又は回転輪の一方に規制ユニット14が配置され他方には規制ユニット14と規制ピン19の何れも配置されない構成にされていてもよい。この場合には回転輪に対する十分な制動力を確保した上で製造コストの低減を図ることができる。
【0068】
さらに、固定輪と回転輪の双方にそれぞれ規制ユニット14が配置された構成にされていてもよい。この場合には回転輪に対する大きな制動力を確保することができる。
【符号の説明】
【0069】
100 破砕機(構造体)
101 本体(可動部)
102 ブラケット(固定部)
1 ベアリング装置
2 外輪
3 内輪
4 ベアリング球
6 第1の挿入穴
9 第2の挿入穴
11 配置空間
14 規制ユニット
16 付勢バネ
17 剛球
19 規制ピン
【要約】
【課題】 ベアリング装置が用いられる構造体の小型化を確保した上で回転輪に制動力を付与する。
【解決手段】 固定部に対して可動部が回転される構造体に用いられると共に外輪又は内輪の一方が固定輪として固定部に取り付けられ他方が回転輪として可動部に取り付けられ外輪と内輪の間に複数のベアリング球が配置される配置空間が形成されたベアリング装置において、外輪又は内輪の少なくとも一方に挿入穴が形成され、一部が配置空間側に突出する状態で挿入穴に挿入された回転規制体が設けられ、回転規制体によって回転輪の回転が規制される。
【選択図】
図6