JP2009180313A - 旋回リング - Google Patents

Abstract

【課題】
旋回直径の大きな構造を容易に且つ低コストで生産することが可能な旋回リングを提供することにある。
【解決手段】
多数の転動体２と、内周面又は外周面の周方向に沿って前記転動体２の転走面を有する軌道リング１と、前記転動体２を当該軌道リング１の内周面又は外周面の周方向に沿って配列した円環状の転動体ケージ４と、前記軌道リング１の転走面１１と対向する転走面３１を有し、当該軌道リング１の周方向に沿って移動自在に設けられると共に、前記軌道リング１の周方向に沿って配置された複数のブロック３と、から構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固定構造物に対する可動構造物の旋回運動を可能とする旋回リングに関する。

例えば、風力発電装置においては、風車及びこの風車により回転駆動される発電機を収容したナセルがタワー上部に搭載されており、このナセルは風車が正面から風力を受けるよう、風向きに応じてタワーに対してヨー旋回（略水平面上の旋回）するように構成されている。

そして、前記ナセルをタワーに対してヨー旋回させる構造としては、複数のボール又はローラを介してインナーリングと軌道リングとを組み合わせた旋回軸受が使用されており、インナーリング又は軌道リングの一方がタワーに、他方がナセルに固定されるようになっている（特開２００７−１０７４１１）。

一方、パワーショベルやクレーンなどの建設機械においても、下部構造体であるトラックフレームに対して運転席やカウンタウェイトを備えた上部フレームが旋回可能に搭載されており、かかる旋回構造として前記旋回軸受が使用されている（特開２００５−６１５７４）。

前記旋回軸受は、内周面に沿って転動体の転走面が形成されたアウターリングと、アウターリング側の転走面に対向する転走面が外周面に形成されたインナーリングと、これらアウターリングとインナーリングとの間で荷重を受けながら転走する多数の転動体とから構成されている。転動体としてはボール又はローラのいずれを使用することも可能であるが、ボールではなくローラを使用する場合には、荷重によってインナーリングとアウターリングが分離することのないよう、１条の転走面に対してローラをクロスローラ構造で配置するか、あるいは転走面を複列とし、各転走面でローラの傾斜方向を異ならせる必要がある。
特開２００７−１０７４１１ 特開２００５−６１５７４

近年、前記風力発電装置は定格出力の増強を図るための大型化が進行しており、それに伴って風車直径が増大し、ナセルが大型化する傾向にある。このため、前記旋回構造に使用される旋回軸受も大径化が著しく、直径４ｍ以上の巨大な旋回軸受が必要とされるケースも発生している。

しかし、そのような巨大な旋回軸受のインナーリング及びアウターリングの生産には特殊な設備が必要であり、また、生産に適した大径の鋼材を調達しなければならないことから、生産コストが嵩むといった問題があった。更に、製品が大径化するほど鋼材の入手が困難となり、また、製品コストにおける素材費の割合が高くなることから、この点においても生産コストが嵩むものとなっていた。加えて、近年は地球温暖化問題との関係から、風力発電等の自然エネルギか注目されており、風力発電装置に対する需要が増大化する傾向にあるが、前述した大径の旋回軸受は短期間で大量に生産することはできず、需要に対して供給が追いつかないといった課題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、旋回直径の大きな構造を容易に且つ低コストで生産することが可能な旋回リングを提供することにある。

すなわち、本発明の旋回リングは、多数の転動体と、内周面又は外周面の周方向に沿って前記転動体の転走面を有する軌道リングと、前記転動体を当該軌道リングの内周面又は外周面の周方向に沿って配列した円環状の転動体ケージと、この軌道リングの転走面と対向する転走面を有し、当該軌道リングの周方向に沿って移動自在に設けられると共に、前記軌道リングの周方向に沿って配置された複数のブロックとから構成されている。

この本発明の旋回リングでは、前記軌道リングの内周面又は外周面に沿って転動体ケージが配置されており、転動体はこの転動体ケージによって軌道リングの転走面に配列され、保持されている。一方、前記ブロックは軌道リングの転走面と対向する転動体の転走面を有し、前記転動体の転動に伴って軌道リングの周方向へ自在に移動することが可能となっている。軌道リングの内側又は外側にはその周方向に沿って複数のブロックが配置されており、互いに隣接するブロックの間では前記転動体がブロックに接することなく転動体ケージによって保持された状態にある。

そして、このような構成によれば、例えば、前記軌道リングを第一の構造物に、各ブロックを第二の構造物に固定することにより、第二の構造物を第一の構造物に対して自在に旋回させることが可能となる。このとき、前記ブロックの移動方向長さや配置個数は軌道リングの直径や必要とする負荷荷重に応じて適宜選択することが可能であり、また、軌道リングの周方向におけるブロックの配置も本発明の旋回リングの使用用途に応じて任意に変更することが可能である。このため、アウターリングに対してインナーリングを組み付けていた従来の旋回軸受に比べ、生産に使用する鋼材の量を著しく減じることができ、生産コストの低減化を図ることが可能となる。また、軌道リングが大型化しても、個々のブロックの大きさはそれほど変化しないので、ブロックの製作は容易であり、この点においても生産コストの低減化を図ることが可能となる。

本発明の旋回リングにおいて、前記転動体としてはボール又はローラのいずれを使用しても差し支えない。また、転動体の転走面は軌道リングの内周面又は外周面のいずれに形成しても差し支えなく、例えば、転走面を軌道リングの内周面に形成するのであれば、前記ブロックは軌道リングの半径方向内側に配置され、転走面を軌道リングの外周面に形成するのであれば、前記ブロックは軌道リングの半径方向外側に配置される。

また、軌道リングに形成する転動体の転走面の条数はこの旋回リングに要求される荷重負荷能力に応じて適宜設計変更して差し支えない。更に、軌道リングにおける転動体の転走面の形成位置は、この旋回リングに対する荷重の作用方向に応じて適宜設計変更して差し支えなく、例えば、ラジアル荷重用の転走面を内周面に形成することに加え、スラスト荷重用の転走面を軸方向に面して形成するようにしても良い。

以下、添付図面を用いて本発明の旋回リングの実施の形態を詳細に説明する。

図１及び図２は本発明を適用した旋回リングの第一の実施形態を示すものである。図１は旋回リングの全体を示した斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。この旋回リングは、無端円環状の軌道リング１と、多数のボール２を介してこの軌道リング１の内周面に組付けられた複数のブロック３と、前記ボール２を軌道リング１に対して保持するボールケージ４とから構成されており、前記ブロック３が軌道リング１の周方向へ自由に移動することが可能となっている。そして、ブロック３に固定された第一の構造物を軌道リング１に固定された第二の構造物に対して自在に旋回させ得るようになっている。

また、前記軌道リング１の外周面には周方向に沿って歯列１０が設けられており、この歯列に噛み合うピニオンギヤをブロック３側の第一の構造物に搭載することで、かかる構造物を軌道リング１側の第二の構造物に対して旋回させることが可能となっている。

軌道リング１の内周面にはボール２の転走面１１が周方向に沿って形成されている。軌道リング１に形成する転走面１１の条数は必要とする荷重の負荷能力に応じて適宜選択することが可能であるが、図１及び図２に示す実施の形態では２条の転走面１１が互いに平行に形成されている。これらの転走面１１はその長手方向に垂直な断面がゴシックアーチ溝形状に形成され、軌道リング１とブロック３との間に軸方向と垂直なラジアル荷重、軸方向と平行なスラスト荷重のいずれが作用しても、これらの荷重を負荷し得るように構成されている。尚、前記転走面の断面形状はゴシックアーチ溝形状に限らず、必要とする荷重負荷能力及び荷重作用方向に応じ、適宜変更して差し支えない。

また、前記軌道リング１には、軸方向に沿って設けられたタップ孔が周方向に沿って複数配列されており、これらタップ孔を利用して固定ボルトを締結することで、軌道リング１を前記第二の構造物に固定することができるようになっている。

一方、前記ブロック３は軌道リング１の内周面に沿った円弧状に形成されており、図１に示す旋回リングでは軌道リング１の内周面と向かい合うようにして４基のブロック３が配置されている。各ブロック３は軌道リング１の転走面１１と対向する転走面３１を有しており、この転走面３１を転走する多数のボール２を介して軌道リング１に組付けられている。各ブロック３に形成された転走面３１は当該ブロック３の長手方向の両端面３２に突き抜けており、前記ボール２は一方の端面３２から他方の端面３２までの間で前記転走面３１を転走する。

また、前記ブロック３にはタップ孔３３が形成されており、このタップ孔３３に螺合する固定ボルトを締結することによって構造物をブロック３に固定することができるようになっている。

前記ボール２は軌道リング１とブロック３との間にのみ存在するのではなく、軌道リング１の周方向の全域に略等間隔で配置されている。すなわち、軌道リング１の内周面にはボール２の転走面１１が２条平行に形成されていることから、ボール２も各転走面１１に対応し、軌道リング１の内周面に対して２列で配列されている。

また、軌道リング１とブロック３との間には当該軌道リング１の内周面に沿った円環状のボールケージ４が配置されており、このボールケージ４が前述した多数のボール２を軌道リング１の各転走面１１に対して保持している。ボールケージ４には前記ボール２が回転自在に収容される保持孔４０が一定の間隔で多数設けられており、ボール２はこれら保持孔４０に収容された状態で軌道リング１の転走面１１及びブロック３の転走面３１を転走する。

前記ボール２は保持孔４０の内部に封じ込められており、ボールケージ４を軌道リング１及びブロック３から分離した状態でも、ボール２が保持孔４０から離脱することのない構造となっている。このようにボールケージ４はボール２を完全に保持する構造としても良いが、軌道リング１との組み合わせにおいてボール２が保持孔４０から離脱しない構造であれば良い。例えば、保持孔４０のブロック３側の開口縁をボール２の直径よりも僅かに窄め、少なくともボール２がブロック３側へは抜け出さないように構成すれば、ボールケージ４を軌道リング１に組み付けた状態では、ボール２が前記保持孔４０から離脱するのを防止することができる。

このボールケージ４は、例えば、帯状の鉄板に前記保持孔４０を打ち抜いた後に、それを環状に成形して製作することができる。また、かかるボールケージ４を合成樹脂の射出成形によって製作することもできる。この際、ボールケージ４は単一の部材から軌道リング１の内周面を覆う環状に形成しても良いし、円弧状に形成された分割ケージを組み合わせて環状のボールケージ４として良い。但し、円弧状の分割ケージを組み合わせて環状ボールケージ４とする場合、分割ケージの個数はブロック３の個数よりも小さく設定しておくのが好ましい。このように設定すれば、各分割ケージはいずれかのブロック３と軌道リング１との間に挟まれた状態となるので、互いに隣接する分割ケージ同士を結合せずとも、各分割ケージが軌道リング１から分離してしまうことがなく、分割ケージ同士を結合する手間を省略することができる。

そして、以上のように構成された旋回リングでは、軌道リング１の周方向へブロック３を移動させると、ボールケージ４に保持されたボール２が軌道リング１の転走面１１とブロック３の転走面３１との間で荷重を負荷しながら転走し、それによってブロック３を軌道リング１の周方向へ軽い力で移動させることが可能である。

ボール２が軌道リング１とブロック３との間で転動すると、かかるボール２を保持するボールケージ４は軌道リング１の周方向に沿って回転する。この回転速度はアウターブロック１に対するブロック３の回転速度の半分である。このため、ブロック３は軌道リング１の転走面１１を周方向に転動するボール２を次々と追い越すようにして当該軌道リング１の内側をその周方向へ移動する。

従って、例えば、軌道リング１を第一の構造物に固定し、前記ブロック３を第二の構造物に固定することで、第一の構造物に対する旋回運動を第二の構造物に与えることが可能となる。

また、この旋回リングのブロック３はその形状が極めて単純であり、鋼板からの切り出しの他、鍛造加工によっても容易に製造することが可能である。

図１に示す例では、前記軌道リング１は円環状に形成されているが、これを周方向に沿って複数に分割しても差し支えない。すなわち、複数の円弧状レールを繋ぎ合わせることによって軌道リング１を構成することが可能である。軌道リング１が大型化する場合には、当該旋回リングの製作前においては鋼材の入手が困難となり、製作後においては使用場所への搬送が困難となるので、このように複数の円弧状レールを組み合わせて軌道リング１を製作することにより、生産コスト及び搬送コストの低減化を図ることが可能となる。

また、図１に示す第一の実施形態では、軌道リング１の内周面にボール２の転走面１１を形成し、軌道リング１の半径方向内側にブロック３を配置したが、軌道リングの外周面に転走面を形成し、かかる軌道リングの半径方向外側に前記ブロックを配置するように構成しても良い。この場合、前記歯列１０は軌道リング１の外周面ではなく、内周面に形成される。

次に、図３は本発明の旋回リングの第二の実施形態を示すものである。

前述の第一の実施形態にかかる旋回リングでは、ボール２の転走面１１，３１が軌道リング１の内周面とこれに対向するブロック３の外周面に形成されており、軌道リング１とブロック３との間におけるボール２の配置が主にラジアル荷重に対して有効なものであった。しかし、この第二の実施形態の旋回リングでは、軌道リング５の軸方向に面した両端面にもボール２の転走面１２を形成し、かかる軸方向に対して作用するスラスト荷重の負荷能力を向上させている。

前記軌道リング５の形状は第一の実施形態の軌道リング１と略同一である。但し、軌道リング５には軸方向に垂直な端面に対しても周方向に沿った転走面１２が形成されており、内周面に形成された２条の転走面１１と合わせて計４条の転走面が軌道リング５に形成されている。また、軌道リング５の外周面には第一の実施形態と同様に周方向に沿って歯列１０が設けられている。

一方、この軌道リング５と組み合わされるブロック６は、第一の実施形態と同様、軌道リング１の内周面に沿った円弧状に形成されており、複数基のブロック６が軌道リング５の周方向に間隔をおいて配置されている。各ブロック６はその外周面に前記軌道リング５の一部を収容する案内溝６０を有し、この案内溝６０の底面には軌道リング１の転走面１１と対向する転走面６１が形成されている。また、案内溝６０の互いに対向する一対の内側面の夫々には前記軌道リング５の転走面１２と対向する転走面６２が１条ずつ形成されている。

従って、ブロック６は軌道リング５の周方向に垂直な断面形状が略Ｃ形状をなしており、４列に配置されたボール２を介して軌道リング３に組付けられている。また、ブロック６と軌道リング５との隙間にはボールケージ７が配置されており、４列に並んだボール２はこのボールケージ７に配列されている。このボールケージ７はブロックの案内溝６０の内部に収容されると共に、軌道リング５の内周面とこの内周面に隣接して軸方向に垂直な両端面とを覆っており、軌道リング５の内周面に沿った円環状に形成されている。

そして、以上のように構成された第二の実施形態の旋回リングにおいても、軌道リング５の周方向へブロック６を移動させると、ボールケージ７に保持されたボール２が軌道リング５の転走面１１，１２とブロック６の転走面６１，６２との間で荷重を負荷しながら転走し、それによってブロック６を軌道リング５の周方向へ軽い力で移動させることが可能である。

また、この第二の実施形態の旋回リングでは、軌道リング５の軸方向に位置する両端面に対してもボール２の転走面１２を設けたことから、ブロック６の旋回軸方向に作用するスラスト荷重に対する負荷能力が高まり、ラジアル荷重及びスラスト荷重が組合わさった複合荷重に対しても充分な負荷能力を発揮し、各種用途に適用することが可能である。

尚、この第二の実施形態では、軌道リング５の内周面にボール２の転走面１１を形成する一方、ブロック６の外周面に前記軌道リング５の一部を収容する案内溝６０を形成したが、軌道リングの外周面にボールの転走面を形成し、前記ブロックの内周面に前記軌道リング５の一部を収容する案内溝を形成するように構成しても良い。

次に、図４は本発明の旋回リングの第三の実施形態を示すものである。

この第三の実施形態にかかる旋回リングでは、軌道リング８とブロック９との関係が、図３に示した第二の実施形態の旋回リングと逆になっている。すなわち、軌道リング８にはその内周面に前記ブロック９の一部を収容する案内溝８０を有し、この案内溝８０の底面にはボール２の転走面８１が２条平行に形成されている。また、案内溝８０の互いに対向する一対の内側面の夫々にもボール２の転走面８２が１条ずつ形成されている。尚、軌道リング８の外周面には第二の実施形態と同様に周方向に沿って歯列１０が設けられている。

前記軌道リングに案内溝を具備させるため、かかる軌道リングはリング本体８ａとこれに固定されるリングプレート８ｂとから構成されている。前記ブロック９と後述するボールケージ２０をリング本体８ａに組み付けた後に、リングプレート８ｂをリング本体８ａに固定することで、案内溝９０の内部にブロック９とボールケージ２０を収容することが可能となっている。

一方、この軌道リング８と組み合わされるブロック９は、第一の実施形態と同様、軌道リング８の内周面に沿った円弧状に形成されており、複数基のブロック９が軌道リング８の周方向に間隔をおいて配置されている。各ブロック９はその一部が前記軌道リング８の案内溝に収容されており、外周面には軌道リングの転走面８１と対向する転走面９１が形成される一方、旋回軸方向に位置する両端面には軌道リングの転走面８２と対向する転走面９２が１条ずつ形成されている。

従って、ブロック９は４列に配置されたボール２を介して軌道リング８に組付けられており、旋回軸方向の両側から軌道リング８によって抱え込まれた状態となっている。また、ブロック９と軌道リング８との隙間にはボールケージ２０が配置されており、４列に並んだボール２はこのボールケージ２０に配列されている。このボールケージ２０は軌道リング８の案内溝８０の内部に収容されると共に、ブロック９の外周面と旋回軸方向の両端面とを覆っており、軌道リング８の案内溝８０を覆う環状に形成されている。

そして、以上のように構成された第三の実施形態の旋回リングも、ブロック９の旋回軸方向に作用するスラスト荷重に対する負荷能力が高まり、ラジアル荷重及びスラスト荷重が組合わさった複合荷重に対しても充分な負荷能力を発揮し、各種用途に適用することが可能である。

また、この第三の実施形態では、軌道リング８の内周面に前記ブロック９の一部を収容する案内溝８０を形成し、かかる案内溝８０の内部にボール２の転走面８１を形成したが、軌道リングの外周面に前記ブロックの一部を収容する案内溝を形成し、かかる案内溝の内部にボール２の転走面を形成するように構成しても良い。

尚、以上説明してきた実施の形態では転動体としてボールを使用した例を説明してきたが、本発明の旋回リングは転動体としてローラを使用することも可能である。

本発明の旋回リングの第一の実施形態を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 本発明の旋回リングの第二の実施形態を示す断面図である。 本発明の旋回リングの第三の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１…軌道リング、２…ボール（転動体）、３…ブロック、４…ブロック保持手段、１０…転走面

Claims (3)

1. 多数の転動体と、内周面又は外周面の周方向に沿って前記転動体の転走面を有する軌道リングと、前記転動体を当該軌道リングの内周面又は外周面の周方向に沿って配列した円環状の転動体ケージと、前記軌道リングの転走面と対向する転走面を有し、当該軌道リングの周方向に沿って移動自在に設けられると共に、前記軌道リングの周方向に沿って配置された複数のブロックと、を含むことを特徴とする旋回リング。
2. 前記軌道リングはその内周面又は外周面に前記ブロックの一部を収容する案内溝を有し、かかる案内溝の互いに対向する一対の内側面に前記転動体の転走面を設けたことを特徴とする請求項１記載の旋回リング。
3. 前記ブロックはその内周面又は外周面に前記軌道リングの一部を収容する案内溝を有し、かかる案内溝の互いに対向する一対の内側面に前記転動体の転走面を設けたことを特徴とする請求項１記載の旋回リング。