(57)【要約】【課題】疲労試験機に用いるベアリングの磨耗を防止する。【解決手段】回転軸５に固定されるインナリング１１と、ベースフレーム１に固定されるアウタリング１２と、インナリング１１とアウタリング１２の間に設けられる中間リング１３と、インナリング１１と中間リング１３の間、および中間リング１３とアウタリング１２の間に、それぞれ互いに相対回転可能に介装される転動体１４と、中間リング１３に回転力を付与する回転力付与手段１７とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を支持部材に回転可能に支持するベアリング装置であって、
前記回転体に固定される第１のリングと、
前記支持部材に固定される第２のリングと、
前記第１のリングと前記第２のリングの間に設けられる中間リングと、
前記第１のリングと前記中間リングの間、および前記中間リングと前記第２のリングの間に、それぞれ互いに相対回転可能に介装される転動体と、
前記中間リングに回転力を付与する回転力付与手段とを備えることを特徴とするベアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のベアリング装置において、
前記回転力付与手段は、前記中間リングに回転駆動力を付与するアクチュエータを有することを特徴とするベアリング装置。
【請求項３】
請求項１に記載のベアリング装置において、
前記回転力付与手段は、前記回転体の回転に伴い前記中間リングに回転力を付与する動力付与機構を有することを特徴とするベアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のベアリング装置において、
前記動力付与機構は、前記中間リングの一方向のみの回転を許可するラチェット機構を有することを特徴とするベアリング装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のベアリング装置と、
前記ベアリング装置を介して前記回転体を回動させ、供試体に繰り返し試験力を負荷する試験力負荷手段とを備えることを特徴とする疲労試験機。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のベアリング装置を、前記回転体の支持機構として組み込んだ、反転動作可能な電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじり疲労試験機などに用いられるベアリング装置、疲労試験機および電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、供試体にねじりトルクを繰り返し負荷するようにしたねじり疲労試験機が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の試験機では、供試体の両端部を保持具で保持するとともに、一方の保持具をアクチュエータの駆動により回転駆動軸を介して回動させ、供試体にねじりトルクを負荷する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、回転駆動軸は通常、ベアリングにより回転可能に支持される。しかしながら、ねじり疲労試験機は、回転駆動軸を繰り返し微少量回動させて、供試体にねじりトルクを負荷するため、転動体の表面に潤滑剤が十分に行き渡らずに磨耗を生じるおそれがあり、耐久性の低下が問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、回転体を支持部材に回転可能に支持するベアリング装置であって、回転体に固定される第１のリングと、支持部材に固定される第２のリングと、第１のリングと第２のリングの間に設けられる中間リングと、第１のリングと中間リングの間、および中間リングと第２のリングの間に、それぞれ互いに相対回転可能に介装される転動体と、中間リングに回転力を付与する回転力付与手段とを備えることを特徴とする。
回転力付与手段として、中間リングに回転駆動力を付与するアクチュエータを設けることもできる。
回転体の回転に伴い中間リングに回転力を付与する動力付与機構を設けるようにしてもよい。
動力付与機構としては、中間リングの一方向のみの回転を許可するラチェット機構を用いることができる。
本発明による疲労試験機は、上述のベアリング装置と、ベアリング装置を介して回転体を回動させ、供試体に繰り返し試験力を負荷する試験力負荷手段とを備えることを特徴とする。
本発明による電動機は、上述のベアリング装置を、回転体の支持機構として組み込んだ反転動作可能なものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、第１のリングと第２のリングの間に中間リングを設け、中間リングに回転力を付与するようにしたので、転動体の表面に潤滑剤を十分に行き渡らせることができ、磨耗を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図４を参照して本発明によるベアリング装置の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るベアリング装置を有する試験機の一例であり、ねじり疲労試験機の概略構成を示している。ベースフレーム１にはトルクセル２を介して保持具３が固定され、保持具３により供試体Ｗの一端部が保持されている。また、この保持具３に対向して、回転軸５の端部に保持具４が固定され、保持具４により供試体Ｗの他端部が保持されている。
【０００８】
回転軸５はベアリングを介してベースフレーム１から回転可能に支持され、例えば油圧駆動装置により回動される。この回転軸５の回動により、保持具４を介して供試体Ｗにねじりトルクが負荷される。油圧駆動装置は、油圧源６と、油圧源６からの圧油により回転軸５を駆動するトルクアクチュエータ７と、油圧源６からトルクアクチュエータ７の圧油の流れを制御するサーボ弁８と、サーボ弁８を制御する制御装置１０とを有する。制御装置１０には、回転軸５の回転角を検出する角度検出器９と、供試体Ｗに作用するトルクを検出するトルクセル２からの信号が入力される。
【０００９】
このようなねじり疲労試験機は、回転軸５を繰り返し微少量回動（揺動）し、供試体Ｗに繰り返しねじりトルクを負荷する。このため、回転軸５を例えば図２に示すようなボールベアリングＢＲを介して支持したのでは、ねじり疲労試験時にボールＢＬの接触点Ｓがほとんど変化せず、接触点Ｓに潤滑剤が行き渡らずにベアリングが潤滑不良となり、磨耗が生じるおそれがある。これを防止するため、本実施の形態は以下のようにベアリング装置を構成する。
【００１０】
図３は、第１の実施の形態に係るベアリング装置の要部構成を概略的に示す図である。回転軸５の外周面には円環状のインナリング１１が固定され、ベースフレーム１の軸受け部周面には円環状のアウタリング１２が固定されている。インナリング１１とアウタリング１２の間には円環状の中間リング１３が介装され、ベアリングは二重筒構造をなしている。インナリング１１と中間リング１３の間、およびアウタリング１２と中間リング１３の間にはそれぞれ周方向に複数のボール１４が配設され、ボール１４を介して中間リング１３がインナリング１１とアウタリング１２に対し相対回転可能である。なお、二重筒構造のベアリングは、例えば径の異なる一対のベアリングを用意し、一方のベアリングのアウタリングと他方のベアリングのインナリングを一体化して中間リング１３とすることで簡単に構成できる。
【００１１】
中間リング１３の端部外周面には、全周にわたってギヤ部１５が設けられている。ギヤ部１５には歯車１６が噛合し、歯車１６は、ベースフレーム１に固定されたモータ１７により回転駆動される。これによりモータ１７の駆動力が歯車１６を介して中間リング１３に伝達され、歯車１６の回転に伴い中間リング１３が回転する。
【００１２】
第１の実施の形態の動作を説明する。ねじり疲労試験時には、制御装置１０からの信号によりサーボ弁８を制御してトルクアクチュエータ７を駆動し、回転軸５を所定の速度で繰り返し微少量回動させる。このときモータ１７も併せて駆動し、モータ駆動により中間リング１３を回転させる。これにより中間リング１３の回転に伴いボール１４が転がりながら回転する。すなわちボール１４は公転しながら自転する。
【００１３】
図４（ａ）は、ねじり疲労試験時のボール１４の回転角αの変化の一例を示す図である。なお、回転角αは、図４（ｂ）に示すようにボール１４が回転して接触点がＳ０からＳ１に変化したときのＳ０とＳ１とのなす角度として定義する。図４（ａ）の特性Ｌ１は本実施の形態に係るベアリング装置の特性であり、特性Ｌ２は本実施の形態の比較例である。特性Ｌ１では時間ｔ１で回転角αがα１（例えば３６０°）となる。
【００１４】
ねじり疲労試験時には回転角５の揺動によりボール１４の回転角αが変動するが、本実施の形態では、中間リング１３の回転によりボール１４を公転させるため、特性Ｌ１に示すように回転角αは変動しながら徐々に大きくなる。これによりボール１４とリング１１〜１３との接触点Ｓが大きく変化するため、ボール１４の全面に潤滑剤が行き渡り、ベアリングの磨耗を防止できる。これに対し、例えば図２のようにベアリングＢＲを構成した場合には、特性Ｌ２に示すように回転角αは変動するだけでほとんど変化しないので、ボール１４の表面全体に潤滑剤を十分に行き渡らせることが困難である。
【００１５】
なお、中間リング１３の回転速度は、モータ１７の駆動速度およびギヤ部１５と歯車１６のギヤ比により定まるが、この回転速度は、回転軸５の駆動速度よりも十分に遅くなるように設定されている。試験時にモータ１７を常時駆動するのではなく、所定の時間間隔で駆動するようにしてもよい。ボール１４の回転角αが所定角度α１となる時間ｔ１だけ、モータ１７を駆動するようにしてもよい。
【００１６】
第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）回転体５に固定されるインナリング１１とベースフレーム１に固定されるアウタリング１２との間にボール１４を介して中間リング１３を配設し、モータ１７の駆動により中間リング１３を回転させるようにした。これによりねじり疲労試験時にボール１４の回転角αが徐々に大きくなって、ボール１４の表面全体に潤滑剤を行き渡らせることができ、潤滑切れによるベアリングの磨耗を防止できる。
（２）モータ１７により中間リング１３を強制的に回転させるので、ボール１４の回転角αを精度良く増加させることができ、潤滑不良を確実に防止できる。
【００１７】
−第２の実施の形態−
図５，６を参照して本発明によるベアリング装置の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、モータ駆動により中間リング１３を強制的に回転させるようにしたが、第２の実施では、回転軸５の回転に伴い中間リング１３が自己回転するように構成する。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００１８】
図５は、第２の実施の形態に係るベアリング装置の要部構成を概略的に示す図である。なお、図３と同一の箇所には同一の符号を付している。中間リング１３の端部外周面には、全周にわたってギヤ部２１が設けられている。ベースフレーム１にはアーム２２が取り付けられている。アーム２２とギヤ部２１はラチェット機構を構成する。
【００１９】
図６は、ラチェット機構の構成を示す図である。アーム２２には爪２３が設けられ、爪２３が中間リング１３のギヤ部２１に係合している。アーム２２は、中間リング１３からの押し付け力により弾性変形可能なように例えば基端部２４が薄肉化され、ばね２５で支持されている。爪２３は一方向に傾斜して形成され、アーム２２が弾性変形することで中間リング１３は矢印Ｒ方向のみに回転可能となっている。
【００２０】
ボール１４とリング１１〜１３との接触面には摩擦があるため、ねじり疲労試験時に回転軸５を回動させると、その回転トルクはボール１４を介して中間リング１３に作用する。これによりアーム２２は中間リング１３により押されて弾性変形し、爪２３の係合がはずれて中間リング１３が回転する。この場合、中間リング１３はラチェット機構により一方向のみに回転する。このため中間リング１３の回転量が徐々に大きくなり、これに伴いボール１４の回転角αも大きくなり、ボール１４の表面全体に潤滑剤を行き渡らせることができる。
【００２１】
このように第２の実施の形態は、ラチェット機構を介して中間リング１３に一方向の回転力を付与するようにしたので、潤滑切れによるベアリングの磨耗を防止できる。回転軸５の回転力を用いて中間リング１３を回転させるので、中間リング１３に外部からの駆動力を直接付与しなくても、中間リング１３は自己回転する。このため中間リング駆動用のアクチュエータ（図３のモータ１７等）が不要であり、構成を簡素化できる。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、ラチェット機構を介して中間リング１３とアーム２２とを係合し、中間リング１３に回転力を付与するようにしたが、ラチェット機構を用いずに回転軸５の回転に伴い中間リング１３に回転力を付与するようにしてもよく、動力付与機構の構成は上述したものに限らない。第１の実施の形態では、モータ１７により中間リング１３を駆動するようにしたが、他のアクチュエータを用いてもよい。中間リング１３に回転力を付与する回転力付与手段の構成は、上述したものに限らず、いかなるものでもよい。
【００２３】
インナリング１１（第１のリング）とアウタリング１２（第２のリング）と中間リング１３によりベアリング装置を構成するのであれば、ベアリング装置の構成は上述したものに限らない。中間リング１３を挟んで第１のリング１１と第２のリング１２を径方向に配置してラジアルベアリングとしたが、これらを軸方向に配置してスラストベアリングとすることもできる。支持部材としてのベースフレーム１の構成はいかなるものでもよく、軸以外の回転体を支持することもできる。上記実施の形態では、ベアリング装置の転動体としてボール１４を用いたが、転動体はボール以外であってもよい。サーボ弁８を制御してトルクアクチュエータ７を駆動して回転軸５を回動させるようにしたが、試験力負荷手段の構成はこれに限らない。
【００２４】
上記実施の形態では、ベアリング装置をねじり疲労試験機に適用したが、回転体を繰り返し微少量回転させて供試体Ｗに繰り返し試験力を負荷する他の疲労試験機にも同様に適用可能である。例えばねじ棹を回転させてクロスヘッドを繰り返し高周波数で昇降させる疲労試験機のねじ棹の支持部にも適用可能である。また、ＡＣサーボモータやＤＣサーボモータ等の反転動作可能な電動機の支持機構として、本発明のベアリング装置を組み込むこともできる。
【００２５】
図７に電動機に組み込んだ場合の一例を示す。なお、図７（ａ）は、モータ駆動により中間リング１１３を強制的に回転させる例（図３に対応）であり、図７（ｂ）は、ラチェット機構を設けた例（図５に対応）である。図７に示すように電動機の回転軸１０５にはリング１１１（第１のリング）が固定され、支持部材としてのケース１０１にはリング１１２（第２のリング）が固定されている。リング１１１とリング１１２は軸方向に配置され、その間にボール１１４を介して中間リング１１３が回転可能に支持されている。図７（ａ）では、中間リング１１３のギヤ部１１５に歯車１１６を介してモータ１１７が噛合され、モータ１１７の駆動により中間リング１１３が回転される。図７（ｂ）では、ケース１０１の端面に弾性変形可能なアーム１２２が取り付けられ、アーム１２２の爪に中間リング１１３のギヤ部１２１が係合し、中間リング１１３が一方向のみに回転する。なお、電動機への具体的な適用例は図７のものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のベアリング装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るベアリング装置を有するねじり疲労試験機の概略構成を示す図。
【図２】本実施の形態の比較例を示す図。
【図３】第１の実施の形態に係るベアリング装置の要部構成を概略的に示す図。
【図４】本発明の作用効果を説明する図。
【図５】第２の実施の形態に係るベアリング装置の要部構成を概略的に示す図。
【図６】図５のラチェット機構の構成を示す図。
【図７】図２，図５の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１  ベースフレーム
５  回転軸
７  トルクアクチュエータ
８  サーボ弁
１１  インナリング
１２  アウタリング
１３  中間リング
１４  ボール
１７  モータ
２１  ギヤ部
２２  アーム
２３  爪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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