JP2010019314A - 転動体を用いた支持機構 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体に生じる摩擦を低減することで支持機構としての耐久性を向上させることができ、しかも地中や水中などでも気中と同様に使用することができる。
【解決手段】ころ軸受１は、内輪２と、内輪２に対向する外輪３と、内輪２と外輪３との間で双方に接触する複数の円筒ころ４、４、…と、複数の円筒ころ４、４、…のうち隣り合う円筒ころ４、４どうしが接触しないようにその間に介装された間隔保持具１０とを備え、内輪２と外輪３とが相対的に回転自在となっている。間隔保持具１０は、互いに所定距離を保持した状態で回転軸１１ａ、１２ａが平行な一対のローラ１１、１２と、これらローラ１１、１２の両端で回転軸１１ａ、１２ａをそれぞれ連結するローラ連結材１３とからなり、一つの円筒ころ４を挟んで隣り合う一方の間隔保持具１０に対して間隔保持具連結材１４によって連結されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、円筒ころや球体などの転動体を用いた支持機構に関する。

従来、機械的に回転する機能を有する機構において、その回転に伴う摩擦を低減するものとして、転がり軸受が知られている。転がり軸受は、軌道輪（外輪、内輪）と、球体（玉）又はころ等の転動体と、その転動体を保持するリテーナリング等の保持器とから構成されており、主として負荷の荷重方向によって、ラジアル軸受とスラスト軸受に区分されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１７８２５号公報

しかしながら、従来の転動体を用いた軸受では、以下のような問題があった。
すなわち、軸受の構成要素である保持器は、個々の転動体が互いに接触しないように隔離するためのものであるが、保持器と転動体とが接触するため、一般的にはその接触部分に潤滑剤を十分に供給する必要があり、供給量が不足していたり、軸受内にゴミや異物が混入すると、保持器と転動体との間の摩擦が大きくなり、この軸受を使用した回転機構の駆動力が増大するという欠点があるうえ、軸受の耐久性（寿命）が低下するという問題があった。
また、水中や地中で使用される機械の軸受は密封式となっているが、気中で使用する場合と比べると軸受内に異物が混入しやすい現状がある。とくに、例えば建設現場などの劣悪な条件下で使用される掘削機械の回転部などに使用される軸受では、故障の頻度が増えるといった問題があり、その点で改良する余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、転動体に生じる摩擦を低減することで支持機構としての耐久性を向上させることができ、しかも地中や水中などでも気中と同様に使用することができる転動体を用いた支持機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る転動体を用いた支持機構では、支持基盤と、支持基盤に対向する支持対象物と、支持基盤と支持対象物との間で双方に接触する複数の転動体と、複数の転動体のうち隣り合う転動体どうしが接触しないようにその間に介装された間隔保持具とを備え、支持基盤と支持対象物とが相対的にスライド自在又は回転自在となる構成とされる転動体を用いた支持機構であって、間隔保持具は、互いに所定距離を保持した状態で回転軸が平行な一対のローラと、これらローラの両端で回転軸をそれぞれ連結するローラ連結材とからなり、それぞれのローラが転動体に対して回転自在な状態で接していることを特徴としている。

本発明では、隣り合う転動体どうしが接触することがないうえ、転動体が間隔保持具の一対のローラのみに接触し、それらローラが転動体に対して回転自在である構成であり、支持基盤と支持対象物とが相対的にスライド又は回転する際には、転動する転動体の回転とともに一対のローラも回転するため、従来のように保持器によって各転動体が保持される構造の軸受などの支持機構と比べて、転動体とローラとの摩擦を低減することができる。

また、本発明に係る転動体を用いた支持機構では、間隔保持具は、一つの転動体を挟んで隣り合う一方の間隔保持具に対して間隔保持具連結材によって連結されていることが好ましい。

本発明では、二つの間隔保持具が双方の間で挟む一つの転動体を介して連結されているので、例えば転動体どうしの間隔が広がる場合であっても、その間隔において間隔保持具が傾いたり、移動して所定の位置に維持できなくなってローラが転動体に接触しなくなるといった不具合をなくすことができる。つまり、間隔保持具のローラのみが転動体に接触する状態を維持することができるので、転動体の摩擦を低減させることができる。

また、本発明に係る転動体を用いた支持機構では、支持基盤が上下方向で下側に配置されるとともに、支持対象物が上側に配置され、支持基盤には、転動体の回転軸方向の両側の位置にガイド部材が設けられ、支持対象物側に位置するローラの回転軸がガイド部材に載置した状態で支持されていることが好ましい。

本発明では、転動体どうしの間隔が広がる場合であっても、間隔保持具の支持対象物側に位置するローラがガイド部材に沿って移動可能に支持されているので、前記間隔において間隔保持具が傾いたりすることがなく、一対のローラを所定位置に保持することができるので、間隔保持具のローラのみが転動体に接触する状態を維持することができ、転動体の摩擦を低減させることができる。

本発明の転動体を用いた支持機構によれば、従来使用されている転動体用の保持器が不要となるうえ、転動体が間隔保持具の一対のローラのみに接触し、それらローラが転動体に対して回転自在である構成であるので、転動体に生じる摩擦を低減することができ、軸受などの支持機構としての耐久性の向上を図ることができる。
そして、潤滑剤を使用せずに転動体の摩擦を低減できる構造であるので、内部にごみ、水分、異物などが浸入して転動体と間隔保持具との間の接触摩擦が増大するといった不具合がなくなるので、水中、泥水中、地中などの悪い使用条件であっても気中と同様に使用することができ、例えば前記悪い条件で使用される掘削機械などにおいても本支持機構を適用することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態による転動体を用いた支持機構について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるころ軸受の構造を示す一部破断平面図、図２は図１に示すころ軸受の拡大図、図３は図２に示すＡ−Ａ線矢視図、図４は間隔保持具の作用を説明するための図である。

図１に示す符号１は内外輪を有する回転運動用のころ軸受であり、本第１の実施の形態による支持機構に相当するものである。ころ軸受１は、例えば水中や地中で使用される掘削機械におけるカッタの回転機構などに適用されている。
すなわち、ころ軸受１（支持機構）は、リング状をなす内輪２（支持基盤）と、この内輪２に対向する外輪３（支持対象物）と、内輪２と外輪３との間で双方に接触する複数の円筒状の円筒ころ４、４、…（転動体）と、複数の円筒ころ４、４、…のうち隣り合う円筒ころ４、４が接触しないようにその間に介装された間隔保持具１０とを備えて構成されている。

つまり、ころ軸受１は、円筒ころ４と間隔保持具１０とがころ軸受１の周方向（軌道軸方向）に交互に配置され、間隔保持具１０、１０の相互間で一つの円筒ころ４を挟み込んで支持する構成であり、内輪２と外輪３とが円筒ころ４に接触しつつ相対的に回転自在となる構成となっている。
そして、図２及び図３に示すように、円筒ころ４、４、…の回転軸方向の両端側には、円筒ころ４の回転軸方向への移動を規制するためのガイド部材５、５（図２の二点鎖線）が内輪２に固定されている。ガイド部材５、５は、断面視でＬ字形状をなし、その一辺が内輪２の外周部２ａに固定されている。

図２及び図３に示すように、間隔保持具１０は、円筒ころ４の外径寸法よりも小さい離間距離を保持するとともに、回転軸１１ａ、１２ａが平行な一対の外輪３側のローラ１１、内輪２側のローラ１２と、両ローラ１１、１２の両端で回転軸１１ａ、１２ａをそれぞれ連結するローラ連結材１３（１３Ａ、１３Ｂ）とからなる。そして、間隔保持具１０は、両ローラ１１、１２の回転軸１１ａ、１２ａを結ぶ直線がリング状のころ軸受１の略径方向となるような向きで配置されている。

つまり、外輪３側のローラ１１及び内輪２側のローラ１２は、円筒ころ４、４の間に介装された状態で、複数の円筒ころ４、４、…の中心を通る中心軸線を挟んでほぼ対称となるとともに、両円筒ころ４、４に接するように配置されている。そして、外輪３側のローラ１１における回転軸１１ａの軸端の軸受と、内輪２側のローラ１２における回転軸１２ａの軸端の軸受とがローラ連結材１３Ａ、１３Ｂによって連結された構成となっている。

また、間隔保持具１０は、一つの円筒ころ４を挟んで隣り合う一方の間隔保持具１０に対して間隔保持具連結材１４（１４Ａ、１４Ｂ）によって連結されている。具体的には、間隔保持具連結材１４Ａ、１４Ｂは、その両端が外輪３側のローラ１１、１１における回転軸１１ａ、１１ａのローラ連結材１３Ａ、１３Ｂより外側の位置に回転自在に支持されている。

次に、本第１の実施の形態によるころ軸受１の作用について図面に基づいて説明する。
図２及び図３に示すように、本ころ軸受１では、隣り合う円筒ころ４、４どうしが接触することがないうえ、円筒ころ４が間隔保持具１０の一対の外輪３側のローラ１１及び内輪２側のローラ１２のみに接触し、それらローラ１１、１２が円筒ころ４に対して回転自在である構成であり、内輪２と外輪３とが相対的に回転する際には、転動する円筒ころ４の回転とともに一対のローラ１１、１２も回転するため、従来のように保持器によって各転動体が保持される構造の軸受などの支持機構と比べて、円筒ころ４とローラ１１、１２との摩擦を低減することができる。

また、図４に示すように、二つの間隔保持具１０、１０が双方の間で挟む一つの円筒ころ４を介して連結されているので、例えば円筒ころ４、４どうしの間隔が広がる場合（図４に示す円筒ころ４、４の間の間隔Ｓ）であっても、その間隔Ｓにおいて間隔保持具１０が傾いたり、移動して所定の位置に維持できなくなってローラ１１、１２が円筒ころ４に接触しなくなるといった不具合をなくすことができる。つまり、間隔保持具１０のローラ１１、１２のみが円筒ころ４に接触する状態を維持することができるので、円筒ころ４の摩擦を低減させることができる。

上述のように本第１の実施の形態による転動体を用いた支持機構では、従来使用されている円筒ころ用の保持器が不要となるうえ、円筒ころ４が間隔保持具１０の一対のローラ１１、１２のみに接触し、それらローラ１１、１２が円筒ころ４に対して回転自在である構成であるので、円筒ころ４に生じる摩擦を低減することができ、ころ軸受１の耐久性の向上を図ることができる。
そして、潤滑剤を使用せずに円筒ころの摩擦を低減できる構造であるので、内部にごみ、水分、異物などが浸入して円筒ころと間隔保持具１０との間の接触摩擦が増大するといった不具合がなくなるので、水中、泥水中、地中などの悪い使用条件であっても気中と同様に使用することができ、例えば前記悪い条件で使用される掘削機械などにおいても本ころ軸受１を適用することができる。

次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
図５は第２の実施の形態によるころ軸受の構造を示す部分展開図、図６は図５に示すころ軸受の平面図である。

図５及び図６に示す第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態の支持機構として回転運動用のころ軸受１（図２参照）としているが、これに代えて直線運動用のころ軸受１Ａとしたものである。さらに、第２の実施の形態における第１の実施の形態と異なる構成は、第１の実施の形態では間隔保持具１０、１０どうしを間隔保持具連結材１４Ａ、１４Ｂによって連結した構造としているが、これに代えて間隔保持具連結枠１５を設けている点である。なお、図５及び図６では、円筒ころ４、４、…を挟持する本願発明の支持基盤、支持対象物に相当する部材が省略されている。なお、間隔保持具１０の構成は、第１の実施の形態と同様であるので詳しい説明は省略する。

ころ軸受１Ａは、所定間隔をあけて直線状に配列された複数の円筒ころ４、４、…（本第２の実施の形態では４個）と、各円筒ころ４の配列方向で両側に設けられた間隔保持具１０、１０（本第２の実施の形態では５個）と、前記複数の円筒ころ４、４、…と間隔保持具１０、１０、…とを囲うようにして保持する間隔保持具連結枠１５とから構成されている。間隔保持具連結枠１５は、平面視で四角形状に枠組みされた形状をなしている。つまり、５個の間隔保持具１０、１０、…のうち円筒ころ４の前記配列方向で両端部に位置する間隔保持具１０（これを符号１０Ａ、１０Ｂとする）のローラ連結材１３に間隔保持具連結枠１５が固定された状態となっている。このような構成により、本ころ軸受１Ａでは、複数の円筒ころ４、４、…を介して図示しない支持基盤と支持対象物とが相対的にスライドする構造となっている。

本第２の実施の形態では、各円筒ころ４は、一対のローラ１１、１２のみに接触した状態となり、それらローラ１１、１２が円筒ころ４に対して回転自在である構成であるため、図示しない支持基盤と支持対象物とが相対的にスライドする際には、転動する円筒ころ４の回転とともに一対のローラ１１、１２も回転することになる。そのため、第１の実施の形態と同様に円筒ころ４とローラ１１、１２との摩擦を低減することができ、ころ軸受１Ａの耐久性の向上を図ることができる。

次に、図７は第３の実施の形態によるころ軸受の構造を示す部分展開図、図８は図７に示すＢ−Ｂ線矢視図である。
図７及び図８に示すように、第３の実施の形態は、第１の実施の形態のころ軸受１の間隔保持具連結材１４（図２及び図３参照）を設けない構成となっている。すなわち、ころ軸受１Ｂは、単体の間隔保持具１０がすべての円筒ころ４、４、…の相互間に独立した間隔保持具１０を挟み込んだ状態となっている。間隔保持具１０は、第１の実施の形態と同様であり、一対の外輪３側のローラ１１、内輪２側のローラ１２と間隔保持具連結材１３（１３Ａ、１３Ｂ）とからなる。

第３の実施の形態では、隣り合う円筒ころ４、４どうしが接触することがないうえ、円筒ころ４が間隔保持具１０の一対のローラ１１、１２のみに接触し、それらローラ１１、１２が円筒ころ４に対して回転自在である構成であり、内輪２と外輪３とが相対的に回転する際には、転動する円筒ころ４の回転とともに一対のローラ１１、１２も回転するため、第１の実施の形態と同様に円筒ころ４とローラ１１、１２との摩擦を低減することができる。

次に、図９は第４の実施の形態によるころ軸受の構造を示す部分展開図、図１０は図９に示すＣ−Ｃ線矢視図である。
図９及び図１０に示すように、第４の実施の形態によるころ軸受１Ｃは、直線運動用の支持機構であり、上述した第３の実施の形態の間隔保持具１０の形状が異なるとともに、第１の実施の形態のガイド部材５、５（図２、３参照）の寸法を特定した構造となっている。
すなわち、ころ軸受１Ｃでは、上下方向で下側に下側基盤２Ａ（支持基盤）が設けられ、下側基盤２Ａの上側に対向して上側基盤３Ａ（支持対象物）が設けられている。そして、下側基盤２Ａの上面２ｂには円筒ころ４の回転軸方向（図１０の左右方向）の両側の位置においてガイド部材６、６（図９の二点鎖線）が設けられている。ガイド部材６は、二辺の平板（固定側平板６ａ、ガイド側平板６ｂ）を断面視略Ｌ字状に組み合わせたアングルなどの鋼材からなり、その固定側平板６ａが下側基盤２Ａに固定されている。ガイド側平板６ｂの高さ寸法（つまり、下側基盤２Ａと上側基盤３Ａとの離間方向の寸法）は、ガイド部材６が固定された状態で、一対のローラ１１、１２がそれぞれ複数の円筒ころ４、４、…の中心を通る軌道線（図９に示す符号Ｏ）を挟んで下側基盤２Ａ側及び上側基盤３Ａ側にほぼ対称位置となるような寸法とされる。

また、上側基盤３Ａ側のローラ１１の回転軸１１ａには、その軸方向で両端部側がローラ連結材１３Ａ、１３Ｂより突出させて延ばされ、その両端に係止板１６、１６が固定されている。そして、連結材１３と係止板１６とによって形成される凹部がガイド部材６の係止端６ｃに係合され、間隔保持具１０の上側基盤３側のローラ１１の回転軸１１ａがガイド部材６、６に載置した状態で支持された構成となっている。

本第４の実施の形態では、円筒ころ４、４どうしの間隔が広がる場合であっても、間隔保持具１０の上側基盤３Ａ側に位置するローラ１１がガイド部材６、６に載置した状態で支持されているので、前記間隔において間隔保持具１０が傾いたりすることがなく、一対のローラ１１、１２を所定位置に保持することができるので、間隔保持具１０のローラ１１、１２のみが円筒ころ４に接触する状態を維持することができ、円筒ころ４の摩擦を低減させることができる。

以上、本発明による転動体を用いた支持機構の第１乃至第４の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１〜第４の実施の形態では転動体として円筒ころを採用しているが、これに限定されることはなく、球体であってもよい。
また、第１、３の実施の形態ではリング状の回転運動用の支持機構（ころ軸受１、１Ｂ）とし、第２、４の実施の形態では直線運動用の支持機構（ころ軸受１Ａ、１Ｃ）としているが、第１〜４の実施の形態の支持機構の対象は、回転運動用、直線運動用のいずれの支持機構であってもかまわない。
さらに、円筒ころ４、間隔保持具１０（ローラ１１、１２、ローラ連結材１３）、間隔保持具連結材１４、間隔保持具連結枠１５などの形状、外径寸法等はとくに制限されることはなく、ころ軸受（支持機構）の大きさなどの条件に応じて任意に設定することができる。

本発明の第１の実施の形態によるころ軸受の構造を示す一部破断平面図である。 図１に示すころ軸受の拡大図である。 図２に示すＡ−Ａ線矢視図である。 間隔保持具の作用を説明するための図である。 第２の実施の形態によるころ軸受の構造を示す部分展開図である。 図５に示すころ軸受の平面図である。 第３の実施の形態によるころ軸受の構造を示す部分展開図である。 図７に示すＢ−Ｂ線矢視図である。 第４の実施の形態によるころ軸受の構造を示す部分展開図である。 図９に示すＣ−Ｃ線矢視図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ころ軸受（支持機構）
２ 内輪（支持基盤）
２Ａ 下側基盤（支持基盤）
３ 外輪（支持対象物）
３Ａ 上側基盤（支持対象物）
４ 円筒ころ（転動体）
５、６ ガイド部材
１０ 間隔保持具
１１ 外輪側のローラ
１２ 内輪側のローラ
１３ ローラ連結材
１４ 間隔保持具連結材
１５ 間隔保持具連結枠
１６ 係止板

Claims (3)

1. 支持基盤と、該支持基盤に対向する支持対象物と、前記支持基盤と前記支持対象物との間で双方に接触する複数の転動体と、複数の前記転動体のうち隣り合う転動体どうしが接触しないようにその間に介装された間隔保持具とを備え、前記支持基盤と前記支持対象物とが相対的にスライド自在又は回転自在となる構成とされる転動体を用いた支持機構であって、
   前記間隔保持具は、互いに所定距離を保持した状態で回転軸が平行な一対のローラと、これらローラの両端で回転軸をそれぞれ連結するローラ連結材とからなり、
   それぞれの前記ローラが前記転動体に対して回転自在な状態で接していることを特徴とする転動体を用いた支持機構。
2. 前記間隔保持具は、一つの転動体を挟んで隣り合う一方の前記間隔保持具に対して間隔保持具連結材によって連結されていることを特徴とする請求項１に記載の転動体を用いた支持機構。
3. 前記支持基盤が上下方向で下側に配置されるとともに、前記支持対象物が上側に配置され、
   前記支持基盤には、前記転動体の回転軸方向の両側の位置にガイド部材が設けられ、
   前記支持対象物側に位置するローラの回転軸が前記ガイド部材に載置した状態で支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の転動体を用いた支持機構。

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