(57)【要約】      （修正有）【課題】主として屋外で使う建設機械や農業機械などの旋回用ベアリングを安価かつ短納期に製作できる構造としたものを提供する。【解決手段】回転軸を同軸として持つ内輪３と外輪２とで構成されるベアリングにおいて、前記内輪３もしくは前記外輪２のいずれかの輪が、前記他の輪を抱持し、前記同軸中心に滑り回転を行うことにより、ベアリングとしてモーメントなどの外力を受けとめることが可能となっている構造としたことを特徴とする。【選択図】図５
2010112499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸を持つ内輪と外輪とで構成されるベアリングにおいて、前記内輪もしくは前記外輪のいずれかの輪が、前記他の輪を抱持し、前記同軸中心に滑り回転を行うことを特徴とするベアリング。
【請求項２】
請求項1記載のベアリングにおいて、環状のピストンとそれが内設される輪とは互いに円周方向の力を伝達する係止部を有するとともに、当該ピストンは前記同軸方向に移動して、その頂部がそれが内設されていない輪を面圧接可能に内設されたことを特徴とするベアリング。
【請求項３】
請求項2記載のベアリングにおいて、前記面圧接される界面に摩擦材を取り付けたことを特徴とするベアリング。
【請求項４】
請求項3記載のベアリングにおいて、前記面圧接される界面に異物が浸入しないようにシールを取り付けたことを特徴とするベアリング。
【請求項５】
環状でない少なくとも1つ以上のピストンが、ベアリング軸方向に移動して、各ピストンの頂部がそれが内設されていない輪を面圧接可能に内設されたことを特徴とする請求項1記載のベアリング。
【請求項６】
請求項5記載のベアリングにおいて、前記面圧接される界面に摩擦材を取り付けたことを特徴とするベアリング。
【請求項７】
請求項6記載のベアリングにおいて、前記面圧接される界面に異物が浸入しないようにシールを取り付けたことを特徴とするベアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適用分野で言うと建設機械、農業機械、クレーン、その他の一般機械などに用いられるベアリングに関する。
荷重で言うとラジアル荷重、両方向のスラスト荷重、モーメント荷重を受けるベアリングに関する。
俗に旋回ベアリング、モーメントベアリングの範疇でもある。
そして旋回停止状態を保持するブレーキ付きのベアリングにも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラジアル荷重、両方向のスラスト荷重、モーメント荷重を受けるベアリングは、転動体を介した4点接触型ベアリングやクロスローラーベアリングなどの転がり軸受けが知られている。
また本出願人が発明した旋回停止状態を保持するブレーキ付きのベアリングがある。（特許文献1参照）
【特許文献１】特開2005-282833回転停止手段を有するベアリング
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明が解決しようとする課題を説明する前に、従来のベアリングについて簡単に触れておく。
図1に示すように、従来のベアリング1は、外輪2と内輪3と転動体4の3つの主たる要素で構成されている。
転動体4は外輪2と内輪3とで形成される軌道5を転がる。転動体4は外輪2と内輪3とを結びつける“かなめ”という無くてはならない存在であり、外輪2と内輪3とを自在に回転させ、しかも内外輪からのさまざまな外力をも受容するという極めて重要な役割を持っている。
この例では転動体4はボールを用いているが、ローラーでも良い。
転動体4の保持器は図示していないが、有っても無くても良い。
そしてベアリング取付用のボルト穴6やシール7や歯車8を有している。
【０００４】
従来のベアリングの課題は、単刀直入に言うと、製造コストが高い、納期がめちゃくちゃ長いというものである。以下に詳細を述べる。
製造コストが高い根源的な理由は、その存在理由である軌道そのものの存在にある。軌道は誠にシンプルな形状をしているけれども、作成するには多くの工程を要するからである。
内外輪で形成する軌道に転動体が転がるが、転動体と軌道は点接触もしくは線接触するので、相当な面圧がかかる。ゆえにそれを受容できる材料強度を得るため、転動体及び軌道には焼入れ工程は必須となる。
また転動体は文字通り軌道を転がり、μオーダーの工作精度が要求されるので、焼入れ後の研削工程も必須工程となっている。
上述したように軌道作成には、一般的な機械加工の後に、焼入れと研削工程を必要とするので、非常なコストアップになっている。
さらにその焼入れ工程や研削工程は専門工程なので、社外の専門メーカーに外注する場合が多く、さらなるコストアップとなっている。
長納期となる原因は、これらの焼入れ工程や研削工程などの工程を社外で行うことによって、納期管理が難しくなるからである。この理由によって納期が半年から1年もかかってしまい、ビジネスチャンスを失ってしまう。
そして最後にこのような見えていない問題もある。
その問題とは、回転精度の過剰品質である。
建設機械や農業機械、クレーンなどの大型の機械の旋回装置では、工作機械のようにμオーダーの回転精度を必要としないことが多い。つまり大きな対象物を旋回させるのだから、0.1〜1mmオーダー程度の回転精度で十分な場合が多い。
転がり軸受けは回転軸の同心円上に転動体が存在しなければ、スムーズに回転しないので、μオーダーの回転精度を出さなければいけないが、それが組み込まれる屋外の機械装置が要求する回転精度からみると、過剰品質な場合が大半である。
【０００５】
また本発明人は図2〜3に示すブレーキを内蔵したブレーキベアリングを発明したが、このベアリングにおいても軌道に起因する同じような問題を抱えている。
ブレーキベアリングについて簡単に説明すると、外輪2と内輪3は転動体4を介して自在に回転できる一方で、外輪に内設されたリング状のピストン9が、回転軸に平行に移動して内輪3を面圧接することで、強力なブレーキ作用を得ることができる。
またこのブレーキベアリングはベアリングに強力なブレーキを内蔵した点では画期的であるが、さらに超強力なブレーキ力を得ようとすると、図4のように複数のブレーキ板10を備える必要があり、さらなるコスト高となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した従来のベアリングの課題を解決するために、軌道つまり転動体を持たないベアリング、換言すれば内輪と外輪とが直接滑り接触を行うベアリングとする。
すなわち請求項1に記載したように、内輪もしくは外輪のいずれかの輪が、他の輪を抱持し、輪の中心軸を回転中心として滑り回転を行うベアリングとする。
さらに従来のブレーキベアリングにおける同様な課題を解決するために、同じように転動体を持たない請求項2記載のベアリングとする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項1に記載した発明によれば、軌道を持たないので、従来の半額程度と遥かに安価にベアリングを製造できる。
納期についても社外工程となる熱処理や研削工程が無く、自社内の機械加工のみで製作できるので、納期は従来の半年〜1年から数週間程度と大幅に短縮される。
また品質においても、転動体が無く内輪と外輪が面接触するので、ベアリングの耐モーメント性が大幅に向上する。
これは別な見方をすると、ベアリングを小型軽量化できることを意味する。すなわち小型化できれば、素材や加工費がさらに安価となる。
また回転精度の観点から見ると、すべり回転する機械公差なので従来の転がり軸受けには劣るが、屋外で使う建設機械などの要求精度からすれば十分満足できるレベルである。
結局、請求項1に記載した発明は、転動体を有するベアリングより回転トルクは高いという短所があるが、QCD（Qはクオリティ、Cはコスト、Dはデリバリー）が劇的に改善され、短所を補ってあまり有る、メリットが多いベアリングとなる。
【０００８】
請求項2に記載した発明によれば、従来のブレーキベアリングに比べて、軌道が無いメリットを享受できる。すなわち、製造コスト、納期、耐モーメント性において同様な効果が得られる。
さらに軌道を無くしたことに起因する固有かつ顕著な効果が得られる。その効果とはブレーキ力が従来の2倍となることである。
従来のブレーキベアリングは摩擦面が1面であるのに対し、本発明では摩擦面が2面と倍増するので、ブレーキ力も2倍となる。
結局、この発明によれば、従来のおよそ半額のコスト、数週間の短納期で製造でき、さらにブレーキ力は倍増するというまことに顕著な効果が得られる。
【０００９】
請求項3に記載した発明によれば、摩擦界面に摩擦材を介したので、さらなるブレーキ効果が得られる。
【００１０】
請求項4記載の発明によると、請求項3記載の発明にシールを配設したのでより安定したブレーキ効果が保証される。
【００１１】
また請求項5〜7記載のベアリングは、加圧するピストンの形態が請求項2〜4記載の発明と異なるだけで、それぞれ請求項2〜4記載の発明と同じ効果を得ている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に請求項1に記載した発明の実施例を、図5〜7に示し、以下に説明する。
図5〜7を見ると分かるように、ベアリングの構成要素として外輪2と内輪3しか無く、1つの輪が他の輪に抱持されている。
図5と6に示す外輪2に内輪3が抱持されている実施例について詳しく述べる。
いずれの実施例においても、外輪2は断面コの字に作られ、そこに内輪3を抱持している。それゆえ外輪2から見ると、内輪3は軸中心の滑り回転しか許されず、他の左右上下方向は動きが拘束されている。
内輪3は外輪2にしっかりと抱持される構造なので、ベアリングとしてモーメントなどの外力を受けとめることが可能となっている。
従来のベアリングでは内外輪は転動体を介して点または線接触により外力を受けとめていたのに対して、この実施例では面接触なので、外力に対して遥かに有利である。
もちろん受容できる外力は、ベアリング断面形状や材料強度によって決定されるのは言うまでもない。
そして応力集中部位や角部は適切なRや面取りをしても良い。
【００１３】
外輪2は外輪本体2aと、リング状の板2bの2つの部材からなる。外輪本体2aにはベアリング取付け用のボルト穴6とリング状の板2bを止めるボルト穴11が設けられ、内輪を挿入した後でリング状の板2bがボルト止めされる。図にはこのボルトは図示していない。この状態で、内輪は外輪に抱持される。
またベアリング取付け用のボルト穴6とリング状の板を止めるボルト穴11を兼用するように通し穴にしても良い。
そしてリング状の板をボルト止めする代わりに溶接止めにしても良い。
内輪3にもベアリング取付け用のボルト穴6が設けられている。
内輪3には旋回用の歯車8が設けられているが、外輪2に設けてもよく、必要がなければ設けなくても良い。
【００１４】
内輪と外輪の接触面は滑り抵抗を少なくするために、グリスなどで潤滑しても良く、滑り抵抗を減ずるメッキや二硫化モリブデンのような潤滑剤をコーティングしても良い。
またモーメントなどの外力に耐える目的で材料強度を向上させる必要が有れば、調質や高周波焼き入れなどの熱処理を行っても良い。
図6はさらなる外力に耐えるように拘束面を増やした例である。
図7は内輪3に外輪2が抱持されている実施例である。
【００１５】
請求項2に記載した発明の実施例を図8に示す。
外輪2が内輪3を抱持し、転動体を持たない点は請求項1記載のベアリングと同じであるが、外輪2には図3で見たようなリング状のピストン9が新たに内設されている。
それについて、以下に説明する。
図8に示すように、外輪2にはピストンが内設される環状のホール12が形成されている。
そのホール12には2つのシール溝13が設けられ、シール14が挿入され流体の漏れを防止している。このシール溝はピストン9側に設けても良い。
シール14はOリングであるが、他のシール部材でも構わない。
外輪2には少なくとも1箇所設けられたポート15から圧油等の流体が管路を通って、ピストン底面16に圧力を及ぼし、ピストン9は直線運動をする。
ピストン9の頂部17は内輪上面18と面当たり、すなわち面圧接するように進行方向に対して垂直な平面である。また頂部17はピストン底面16とほぼ同形な相似形とし、圧接面積を確保している。
またこのピストン9は可動輪である内輪3に内設し、固定輪である外輪2を面圧接するようにしても良い。
【００１６】
ピストン頂部17が発生する摩擦力によって、内外輪の相対回転を停止するもしくは停止状態を保つためには、輪からピストン9へ円周方向の力を伝達しなければならない。つまり環状であるピストン9には、ホール12と係合する係止部が必要であって、その部位が円周方向の力を伝達する。逆に係止部がないと、ピストンは環状であるから相手輪と一緒にクルクル連れ回りして、摩擦面での摩擦力は全く意味を為さない。
その係止部は図8に示すように、ホール12の側壁には凸形状の係止部19aが円周方向に複数個設けられ、相対するピストン9には、はめ合う凹形状の係止部20aが形成されている。実施例では2つの側壁ともに係止部が設けられているが、1つの側壁でも構わない。そしてホール12の側壁に凹形状の係止部を、相対するピストン9に凸形状の係止部を形成しても良い。また係止部はこれらが連なったスプライン状でも構わない。
【００１７】
異なる係止部の例を図9に示す。ホールの底面に、突出した係止部19bを円周方向に複数個設け、ピストンにはそれらと勘合する穴20bを複数個設けたものである。突出した係止部19bの形状は、円柱や四角柱など勘合する穴20bと同形であれば何でも良い。また、逆に突出した係止部をピストン側に、それらと勘合する穴をホール底面に設けても良い。この例では突出した係止部19bは外輪2つまりベアリングと別部品であるが、一体として突出した係止部19bを外輪2に形成しても構わない。
【００１８】
ピストン9の作用を図8を例に説明する。
ピストン9がベアリング回転軸に平行に移動し、ピストン頂部17がそのピストン9を含まない輪、すなわち内輪上面18を垂直にかつ均一に面当たりして摩擦力を発生させる。
また同時に内輪下面21はリング状の板2bの上面と面当たりするので、この面においても摩擦力が発生する。
結局ピストン9の作用は、内輪の上下2つの面で摩擦力を発生させて、内輪3と外輪2との相対回転運動を停止し、強固に停止状態を保持する。
【００１９】
内輪にモーメントが作用した時には、内輪上面18がピストン9をはさんで、外輪端面と面接触するように構成しているので、外輪端面がモーメントを受容する。
たとえピストン9がブレーキ作用をしている、すなわち内輪上面18を面圧接している時でも、外輪端面がモーメントを受容するので、ピストン9は安定したブレーキ作用を行うことができる。
【００２０】
請求項1に記載した発明においては、段落14に記載したような内外輪の滑り抵抗を積極的に減ずるための手段を講じても良いのであるが、請求項2に記載した発明においては、逆に内外輪の滑り抵抗を積極的に増ずるための手段を講じても良い。
例えば、無潤滑にしたり、滑り抵抗を増ずるメッキや材質変更などを実施しても良い。
【００２１】
次に請求項3及び4に記載した発明の実施例を図9に示し説明する。
摩擦材22は、繊維、樹脂、ゴム、金属、などからなるいわゆるブレーキやクラッチ用として用いられる材質である。
この実施例では、内輪の上面18、下面21ともに摩擦材22が介している。
上側の摩擦面では、環状に成形された摩擦材22は接着剤でピストン9と内輪上面18ともに固着されている。
下側の摩擦面では、同じく環状に成形された摩擦材22が内輪の下面21に固着されている。
上側の摩擦面では、摩擦材22はピストン9と内輪上面18との両方に固着したが、ピストン9か、または内輪上面18のみに取り付けても構わない。
逆に下側の摩擦面では、摩擦材22が内輪下面21のみに固着したが、内輪下面21とリング板上面の両面に固着してもよい。
摩擦材22は環状に成形したものでなく、長方形や円形であっても摩擦面に沿って環状に配置すればよく、ネジやかしめて固定してもよい。
またピストン9をはさんで2つのシール23が、円周状に配設され、摩擦材と相手面を含む空間は密封されている。
同様に内輪下面21の摩擦材22を含む摩擦界面も、2つのシール23が、円周状に配設され、その空間は密封されている。
シール23はOリングやダストシール、オイルシール、リップシールなどのシール部材である。
請求項3記載の発明によると、請求項2記載の発明よりさらにブレーキトルクが増幅される。
請求項4記載の発明によると、請求項3記載の発明にシールを配設したのでより安定したブレーキ効果が保証される。
【００２２】
請求項5に記載した、環状でないピストンを内設したベアリングの実施例を図10〜11より説明する。
図10のAA断面である図11に示すように、環状でないピストン9が少なくとも1つ以上見られる。これらのピストン9及びホールの形状は、円柱形状や四角柱形状など任意の形状で良いが、製作上円柱形状が好ましいのは述べるまでもない。
またそれらのピストン9が入るホールは、後述する管路が許す限り、どこに配置しても良い。
外輪2に設けられた各ホールに流体を供給するため、周方向の管路が必要となる。
図10では、周方向の管路24は外輪に溝を周方向に形成し、後にカバー25を被せて形成している。このカバー25は溶接止めでも、シールを用いてボルト止めでも良い。
そして各ホールから周方向の管路24への管路26を設ける。
こうすれば、外輪に少なくとも1箇所設けられたポートから圧油等の流体が周方向の管路24から各ホールへの管路26を通って、各ピストン底面に圧力を及ぼし、全てのピストン9は直線運動をする。
環状でないピストンは、環状のピストンに比べて、係止部を設ける必要がない。さらに複数のピストンを設ければ、受圧面積を多く確保でき、環状のピストンと同様な効果を得ることができる。
これらのピストンは固定側である外輪2に内設されているが、回転側である内輪3に内設しても良い。
【００２３】
請求項6記載の発明は、図9と同様に摩擦界面に摩擦材を介したのでさらなるブレーキ効果が得られる。
【００２４】
請求項7記載の発明によると、請求6記載の発明にシールを配設したのでより安定したブレーキ効果が保証される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の4点接触型ベアリングの断面図である。
【図２】従来のブレーキベアリングの要部断面図である。
【図３】図2のA方向から見たベアリング全図である。
【図４】多層型ブレーキベアリングの要部断面図である。
【図５】請求項1に記載した発明の実施例1である。
【図６】請求項1に記載した発明の実施例2である。
【図７】請求項1に記載した発明の実施例3である。
【図８】請求項2に記載した発明の実施例1である。
【図９】請求項4に記載した発明の実施例1である。
【図１０】請求項5に記載した発明の実施例1である。
【図１１】図10のA方向から見たベアリング全図である。
【符号の説明】
【００２６】
1  従来の4点接触型ベアリング
2  外輪
2a   外輪本体
2b   リング状の板
3  内輪
4  転動体
5  軌道
6  ベアリング取付け用ボルト穴
7  シール
8  歯車
9  ピストン
10  摩擦板
11  リング状の板を止めるボルト穴
12  ホール
13  シール溝
14  シール
15  ポート
16  ピストン底面
17  ピストン頂部
18  内輪上面
19a  ホールの係止部
19b  ホールの係止部
20a  ピストンの係止部
20b  ピストンの係止部
21  内輪下面
22  摩擦材
23  シール
24  周方向の管路
25  カバー
26  各ホールへの管路
【図１】
2010112499.tif 000003
【図２】
2010112499.tif 000004
【図３】
2010112499.tif 000005
【図４】
2010112499.tif 000006
【図５】
2010112499.tif 000007
【図６】
2010112499.tif 000008
【図７】
2010112499.tif 000009
【図８】
2010112499.tif 000010
【図９】
2010112499.tif 000011
【図１０】
2010112499.tif 000012
【図１１】
2010112499.tif 000013