JP2014100769A - ベアリング圧入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークに対し、上下方向から２つのベアリングアウターを圧入するベアリング圧入装置に関する。回転駆動部が不要で、構造が簡単なベアリング圧入装置を提供すること。
【解決手段】それぞれが移動部と固定部を有する複数の直動ガイドと、シリンダとピストンを有し、ピストンは突出状態と引込状態の間を上下する直動シリンダと、複数の直動ガイドの移動部と直動シリンダのシリンダが固定され、開口部をピストンが挿通する昇降板と、直動ガイドの固定部が固定され、開口部を直動シリンダのシリンダが挿通する定盤と、昇降板の上面に載置され、開口部をピストンが挿通する下側圧入治具と、直動シリンダのピストンに取り付けられるストッパーと、ストッパーとワークの間に配設され、開口部をピストンが挿通する上側圧入治具と、を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ベアリング圧入装置に関し、特に、圧入によってワークにベアリングアウターを取り付ける装置に関するものである。

エレベータに搭載されている巻上機のロータは、ラジアル荷重とアキシャル荷重の双方を受けるため、２個の円錐ころベアリングが対向して取り付けられる。円錐ころベアリングをロータに圧入するには、ワーク（ロータ）の上下に圧入ヘッドを取り付け、上の圧入ヘッドを圧入シリンダの本体に固定し、下の圧入ヘッドはシリンダロッド連結部に固定することが行われている（例えば特許文献１）。

円錐ころベアリングのベアリングアウターを上下の圧入ヘッドに固定した後、圧入シリンダは別のシリンダで下降させる。シリンダロッドをシリンダロッド連結部に差込み、シリンダロッド連結部をアクチュエータで回転させると上の圧入ヘッドと下の圧入ヘッドが結合する。その状態で圧入シリンダを引き込み、上下のベアリングアウターを１回の動作で同時にロータに圧入する。

このようなベアリング圧入方法においては、上圧入ヘッドと下圧入ヘッドとの連結部にスプライン加工を施し、圧入部を回転させて加工部を噛み合わせることで連結を行っている。この方法では、スプラインという複雑な加工が必要であるため、装置の製造コストが増大する。圧入部を下降および回転させる動力源も別途必要である。

特開２００５−９６０５１号公報

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、高性能かつ省作業なベアリング圧入装置を低コストで提供することを目的としている。

この発明に係るベアリング圧入装置は、それぞれが移動部と固定部を有する複数の直動ガイドと、シリンダとピストンを有し、ピストンは突出状態と引込状態の間を上下する直動シリンダと、複数の直動ガイドの移動部と直動シリンダのシリンダが固定され、開口部をピストンが挿通する昇降板と、直動ガイドの固定部が固定され、開口部を直動シリンダのシリンダが挿通する定盤と、昇降板の上面に載置され、開口部をピストンが挿通する下側圧入治具と、直動シリンダのピストンに取り付けられるストッパーと、ストッパーとワークの間に配設され、開口部をピストンが挿通する上側圧入治具と、を備えている。

この発明によれば、アクチュエータが圧入用のみであり、回転駆動部が存在しないので装置構成が簡易に済む。そのため装置の製作コストと納期を削減できる。

ロータの外観を示す斜視図である。 ロータの内部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における、ベアリング圧入装置の構成を示す図である。 ピストンとストッパーの外観形状を示す図である。 ピストンの先端部の構成を示す図である。 ブロックとロータ本体の外観形状を示す図である。 ブロックの取付け位置を示す図である。 上側圧入治具と下側圧入治具の外観形状を示す斜視図である。 上側圧入治具と下側圧入治具の内部構成を示す断面図である。 ベアリング圧入装置の動作手順を示す最初の図である。 ベアリング圧入装置の動作手順を示す２番目の図である。 ベアリング圧入装置の動作手順を示す３番目の図である。 ベアリング圧入装置の動作手順を示す４番目の図である。 本発明の実施の形態２に関わるベアリング圧入装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に関わる位置決め機構の構成を示す図である。 本発明の実施の形態４に関わる下側圧入治具の形状を示す斜視図である。

以下に本発明にかかるベアリング圧入装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の既述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

実施の形態１．
先ず、本発明に係るベアリング圧入装置で使用されるワークの構造について説明する。図1は、エレベータの巻上機等に搭載されているロータを示す斜視図である。ロータ５０はロータ本体1、ベアリングアウター２およびベアリングアウター３から構成されている。ロータ本体1は、ロータ大径部１ａとロータ小径部１ｂからなる。ここで、ベアリングアウター２とベアリングアウター３は、外輪と内輪が分離可能な構造を持ったラジアルベアリングの外輪を指している。

ロータ５０の内部構造を図２に示す断面図を使って説明する。ロータ本体1の内側には、着座面６ａと着座面６ｂを有する着座部６が形成されている。着座部６は、上圧入口４と下圧入口５の壁面全周に渡って飛び出しているリング状の突起で、その内径はベアリングアウター２とベアリングアウター３の内径よりも大きくなっている。ベアリングアウター２はロータ本体１の大径側に設けられた上圧入口４から圧入され、着座面６ａに隙間なく密着した状態で収まる。ベアリングアウター３はロータ本体１の小径側に設けられた下圧入口５から圧入され、着座面６ｂに密着した状態で収まる。

図３は、実施の形態１によるベアリング圧入装置１００を示す概念図である。昇降ユニット１１は、直動シリンダ７、昇降板８、下側圧入治具９および直動ガイド１０などから構成されている。直動シリンダ７は、主に、シリンダ７ａとピストン（プランジャ）１３から構成されている。シリンダ７ａは、装置定盤１２の中央開口部１２ａを挿通するように配置され、かつ端部で昇降板８に固定されている。ピストン１３は昇降板８に設けられている開口８ａ（図９参照）を貫通している。直動ガイド１０は、装置定盤１２に固定される固定部（外筒）１０ａと昇降板８に固定される移動部（スプライン軸）１０ｂから主に構成されていて、回転運動と同時に軸方向の往復直線運動ができる。昇降ユニット１１は、２本以上設けられている直動ガイド１０によって装置定盤１２に対して上下方向に自由に移動する。直動シリンダ７は、油圧方式または空圧方式のどちらでも良い。直動ガイド１０はボールスプライン、リニアガイド等の剛性と直進精度を兼ね備えた製品を選択する。

直動シリンダ７のピストン１３のくびれ加工部に馬蹄状の金属厚板をはめ込んでストッパー１５とし、圧入中は上側圧入治具１４がピストン１３から抜けないようにしている。ロータ本体１は、ワークとピストン１３の垂直を出すために、装置定盤１２に固定されているブロック１７の上に設置される。装置定盤１２の上には位置決め部１８が固定されている。ロータ本体１の設置時には当て面１９をロータ小径部１ｂの外径面に当て決めし、ロータ本体１の軸芯を直動シリンダ７のピストン１３の芯に一致させる。位置決め部１８の当て面１９の位置調整には、押しネジ等を使用する。位置決め部１８は、ピストン１３の同一半径円周上に９０度おきに４個設置されている。

上側圧入治具１４には中央に開口２４ａが設けてある。下側圧入治具９には中央に開口２４ｂが設けてある。直動シリンダ７のピストン１３は、開口２４ａと開口２４ｂを挿通しており、上下方向に自由に移動できる。ピストン１３には、ロータ本体１を設置後にその上方からベアリングアウター２と上側圧入治具１４とストッパー１５を設置する。上側圧入治具１４に直動シリンダ７からの力を伝動し圧入を行うため、ストッパー１５がピストン１３の先端付近に取り付けられる。直動シリンダ７によってピストン１３が引き込まれれば、ストッパー１５が上側圧入治具１４を上から押し込む。

図４と図５は、ピストン１３とストッパー１５の関係を示す斜視図と断面図である。ストッパー１５は下方の上側圧入治具１４がピストン１３から抜けることを阻止する。ピストン１３には先端付近にくびれ部１６が加工されている。このくびれ部１６はピストン１３に加工で形成する以外に、ピストン１３の先端にストリッパボルト等の段付きネジを組付けて類似形状を形成しても良い。鋼板製のストッパー１５には、片側開放したＵ字の貫通長穴１５ａが形成されている。貫通長穴１５ａはくびれ部１６に差し込めば余裕をもって嵌まる寸法に加工されている。ストッパー１５の外寸法はピストン１３の直径よりも大きい。ストッパー１５がくびれ部１６に嵌ることによって、上側圧入治具１４がピストン１３から抜けることがなくなり、直動シリンダ７から受けた引き下げの力を上側圧入治具１４に伝えてベアリングアウター２を圧入することが出来る。

図６と図７はブロック１７の設置位置を示す概念図である。ブロック１７は、ピストン１３の同一半径円周上かつ昇降板８より外周に３つ以上設置されている。ブロック１７の高さはすべて±０．０２mm以内の精度に納まっている。３つ以上のブロックのうち２つは最小６０度以上の間隔が空いている。間隔が近い２つのブロック以外のブロック１７は、２つのブロック１７に対向して配置し、ロータ本体１のバランスを３点支持で保つ。

図８は、下側圧入治具９および上側圧入治具１４の構造を示す概念図である。下側圧入治具９は、ベアリング押し部９ａとベアリングガイド部９ｂから構成されている。同様に上側圧入治具１４は、ベアリング押し部１４ａとベアリングガイド部１４ｂから構成されている。ベアリング押し部９ａに加工された押し面１４ｃが圧入時にベアリングアウター３を押し込む役割を果たす。同様にベアリング押し部１４ａに加工された押し面１４ｃが圧入時にベアリングアウター２を押し込む役割を果たす。ベアリング押し部９ａおよびベアリング押し部１４ａは、炭素鋼等の焼入れ可能な材料を用い、押し面９ｃおよび押し面１４ｃの表面をロックウェル硬さ（HRc）４０以上に焼入れし耐久性を付加する。

図９は、下側圧入治具９および上側圧入治具１４とピストン１３の構造を示す概念図である。ロータ本体１に対してベアリングアウター２およびベアリングアウター３をまっすぐ圧入するため、押し面１４ｃおよび押し面９ｃには、それぞれ幾何公差を高精度に規定する。下側圧入治具９では、押し面９ｃと治具底面２３との平行度を０．０１mmとする。上側圧入治具１４では、ピストン１３が挿通する開口２４ａについて、軸径と開口径の関係を隙間嵌め（公差：H７-h７程度）とする。開口２４ａの壁面と押し面１４ｃとの垂直
度は０．０１mmとする。

ベアリングガイド部９ｂとベアリングガイド部１４ｂはそれぞれベアリングアウター２とベアリングアウター３の内径面のテーパに対応した形状となっている。ベアリングガイド部１４ｂとベアリングアウター２との間には一定量のクリアランス２５ａが設けてある。同様にベアリングガイド部９ｂとベアリングアウター３との間には一定量のクリアランス２５ｂが設けてある。ベアリングアウター２、３の設置時にラフな位置決めが出来るように、そして圧入時に上圧入口４と下圧入口５の入口にてベアリングアウター２、３が倣う余裕分として機能している。

クリアランス２５ａの大きさは、ベアリングアウター２の外径とベアリング押し部１４ａの外径より決定される。同様にクリアランス２５ｂの大きさは、ベアリングアウター３の外径とベアリング押し部９ａの外径より決定される。ベアリングアウター３はベアリング押し部９ａに対して面全体で接触している必要がある一方、ベアリングガイド部９ｂは下圧入口５に対する接触を避けるためベアリングアウター３より小さい必要がある。同様にベアリング押し部１４ａに対してベアリングアウター２が面全体で接触している必要がある一方、ベアリングガイド部１４ｂは上圧入口４に対する接触を避けるためベアリングアウター２より小さい必要がある。これらの条件より最適なクリアランス量を計算により決定する。

図１０から図１３は、本発明の実施の形態１によるベアリング圧入装置の動作手順を示す概念図である。まず、図１０に基づいて圧入の準備手順から説明する。直動シリンダ７を引込状態にして、ベアリングアウター３を下側圧入治具９の上に設置し、その上からロータ本体１をかぶせる。ロータ本体１は、ロータ小径部１０ｂを位置決め部１８の当て面１９に当てながら、ブロック１７の上に置かれる。

次に図１１に示すように、直動シリンダ７を突出状態にして、ピストン１３を引き伸ばす。この状態では、ピストン１３はロータ本体１の上圧入口４と下圧入口５を通過して、ロータ本体１の上方に突き出ている。その後、ベアリングアウター２をロータ本体１の大径側（上方）から上圧入口４の入り口に設置する。続けて上側圧入治具１４をピストン１３に挿通し、ベアリング押し部１４ａとベアリングアウター２を静かに接触させる。次にストッパー１５をピストン１３のくびれ部１６に組付ける。

次に図１２に基づいて圧入動作手順を説明する。まずピストン１３を下降させ、直動シリンダ７を引込状態にする。するとストッパー１５が上側圧入治具１４を引っ掛けて下方へ移動し、ベアリングアウター２を上圧入口４へ圧入し始める。ベアリングアウター２が着座面６ａに接地する、あるいは圧入の負荷が昇降ユニット１１の総重量を超えると、反作用力によって昇降ユニット１１が引っ張り上げられる。移動部１０ａと昇降板８が上昇し、下側圧入治具９がベアリングアウター３を下圧入口５へ圧入し始める。そのまま圧入を続けベアリングアウター２、３が両方とも着座部６に接地すると、直動シリンダ７が与えている圧入負荷が急上昇する。急上昇を放置すれば直動シリンダ７が故障するため、この圧入負荷の急上昇に対しあらかじめ規定値を設定しておき、負荷が規定値を超えた時点で自動的に負荷を停止し圧入を終了する。

最後に、図１３に示すようにピストン１３を押し上げて突出状態にし、昇降ユニット１１を元の高さへ下げる。ストッパー１５がピストン１３とともに上がってくるので、ストッパー１５をくびれ部１６から引き抜いて回収する。その後、ベアリングアウター２の上に残された上側圧入治具１４をピストン１３から引き抜いて回収する。上側圧入治具１４を回収後、ピストン１３を引き込み、退避させた上で完成したロータ５０を搬出する。

このような構成にすることで、ベアリング圧入装置は回転駆動を行う構造が不要になり、また直動のアクチュエータも１つしか必要としない。簡易な装置構成で上下のベアリングアウターを同時に圧入することが出来るため、装置コストおよび装置の製作期間の低減が可能である。また、圧入負荷はすべてベアリングアウター２、３と着座部６が受け持つため、ロータ本体１のその他主要部に変形を起こすことがない。よって、安価で短時間に不良の少ないベアリング圧入が可能である。またワークより上に稼動部が無いため装置定盤とピストンは最低限の強度があれば良い。上圧入治具を軸と共に引き込むためのストッパーについてもスプライン加工のような複雑な加工ではなく、軸先端付近に旋盤でくびれを彫る簡易な加工で済む。そのため装置製作コストと納期を削減できる。また、圧入負荷がベアリングアウターとロータの着座部にしか加わらないため、ロータの他の主要部に力が加わって品質不良を起こすことがない。

実施の形態２．
図１４は、実施の形態２に関るベアリング圧入装置１００を示す概念図である。位置決め部１８の代わりに、治具３１を使用してセンタリングを行っている。治具３１は、下側圧入治具９の上に設置し、ロータ本体１の着座部６の中央穴に対して、はめあいによってベアリングアウター３との位置決めを行う。この方法は、ロータ本体１の着座部６の中央穴の直径に、軸合わせに要求される精度以下の公差が設定されていることが前提になる。

実施の形態３．
実施の形態３に関るベアリング圧入装置を図１５に基づいて説明する。図１５はベアリング圧入装置１００の位置決め機構を示す概念図である。クランプ部３６は、ロータ本体１を挟んで向かい合って２箇所に配置されている。両方のクランプ部３６の左右先端にはガイドローラ３７を２つ取り付けている。アクチュエータ３５はプーリ付きの回転軸３４とタイミングベルト３４でクランプ部３６に連結している。クランプ部３６の双方をボールネジ３２で水平移動させ、一つのアクチュエータ３５でクランプ動作を行う。ロータ本体１が４つのガイドローラ３７すべてに接触するまでクランプ部３６を動作させることで、位置決め方向の位置決めと、位置決め方向とは９０度ずれた方向の位置決めを同時に実施できる。

実施の形態４．
実施の形態４に関るベアリング圧入装置を図１６に基づいて説明する。図１６は、ベアリング圧入装置１００の下側圧入治具を示す概念図である。下側圧入治具９は、外径が大きく異なる多種のベアリングをそれぞれ設置および圧入ができるよう、テーパ面を有するベアリング押し部９ａと円柱状のベアリングガイド部９ｂを階段状に積み重ねた構造としている。外径の一番小さいベアリングアウター３ａを圧入するには、ベアリング押し部９ａ１とベアリングガイド部９ｂ１を使用する。中間の大きさのベアリングアウター３ｂを圧入するには、ベアリング押し部９ａ２とベアリングガイド部９ｂ２を使用する。外径の一番大きいベアリングアウター３ｃを圧入するには、ベアリング押し部９ａ３とベアリングガイド部９ｂ３を使用する。このような構造とすることで、多品種のワークに対して下側圧入治具９を段取替えする必要がなくなり、作業時間の短縮となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ ロータ本体、２ ベアリングアウター、３ ベアリングアウター、４ 上圧入口、５ 下圧入口、６ 着座部、７ 直動シリンダ、７ａ シリンダ、７ｂ ピストン、８ 昇降板、８ａ 開口、９ 下側圧入治具、９ａ ベアリング押し部、９ｂ ベアリングガイド部、９ｃ ベアリング押し面、１０ 直動ガイド、１０ａ 固定部、１０ｂ 移動部、１１ 昇降ユニット、１２ 装置定盤、１３ ピストン、１４ 上側圧入治具、１５ ストッパー、１６ くびれ部、１７ ブロック、１８ 位置決め部、１９ 当て面、２３ 治具底面、２４ 開口、２５ クリアランス、 ３１ 位置決め治具、３２ ボールネジ、３３ タイミングベルト、３４ 回転軸、３５ アクチュエータ、３６ クランプ部、３７ ガイドローラ、５０ ロータ

Claims (6)

1. それぞれが移動部と固定部を有する複数の直動ガイドと、
   シリンダとピストンを有し、前記ピストンは突出状態と引込状態の間を上下する直動シリンダと、
   前記複数の直動ガイドの移動部と前記直動シリンダのシリンダが固定され、開口部を前記ピストンが挿通する昇降板と、
   前記直動ガイドの固定部が固定され、開口部を前記直動シリンダのシリンダが挿通する定盤と、
   前記昇降板の上面に載置され、開口部を前記ピストンが挿通する下側圧入治具と、
   前記直動シリンダのピストンに取り付けられるストッパーと、
   前記ストッパーとワークの間に配設され、開口部を前記ピストンが挿通する上側圧入治具と、を備えているベアリング圧入装置。
2. 前記ピストンの状態が前記突出状態から前記引込状態に変化し、前記ストッパーが前記上側圧入治具に衝突すると、前記直動ガイドの移動部が上方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のベアリング圧入装置。
3. 前記定盤に固定され、当て面を有する位置決め部を複数個備えていることを特徴とする請求項１に記載のベアリング圧入装置。
4. 前記ワークに嵌合する円筒状の位置決め治具を備えていることを特徴とする請求項１に記載のベアリング圧入装置。
5. 角部にガイドローラを有し、互いに連動して前記ワークを挟み込む２個のクランプ部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のベアリング圧入装置。
6. 前記下側圧入治具は、外径の異なる複数のテーパ面を有することを特徴とする請求項１に記載のベアリング圧入装置。