JP4460309B2 - ドラグラインスイングシャフト用密閉球状ローラベアリング - Google Patents

Description

本出願は、２００２年４月２３日に出願された米国特許仮出願第６０／３７４，８６６に関し、その優先権を主張する。

本発明は、一般的に球状ローラベアリングに関し、より詳細には専用のシールを有する球状ローラベアリングに関する。

一般に、軸方向位置ずれの可能性があるところには常に球状ローラベアリングが使われる。球状ローラベアリングの内部構造が、回転摩擦を減少させるベアリングの能力をなお保持しながら、ベアリングの内輪がベアリングの外輪から軸方向に位置ずれすることを可能にする。

球状ローラベアリングの内部構造要素の配置は、ベアリングを外部の汚染物質からシールすることに関して、また潤滑剤をベアリングの内部に保持することについて特別な問題を提起している。大部分のベアリングのシールは、ベアリングの内輪または外輪のいずれかに堅固に取り付けられ、もう一端がもう一方の軌道輪にワイパ接触する、比較的堅固なシール部材を使用している。したがって、一方の軌道輪がもう一方の軌道輪から位置ずれを起こすとシール材料がもう一方の軌道輪とのワイパ接触から離れるので、このようなシールには軸方向の位置ずれを許容する能力は、たとえあるとしてもごくわずかであり、したがって潤滑剤がベアリングから漏洩し、汚染物質がベアリングの内部部材に入り込むようになる。潤滑剤の喪失及びベアリングへの汚染物質の侵入は、ベアリングの急速な磨耗及び劣化を引き起こし、その結果大幅な保守及び高額の費用をもたらす。

球状ローラベアリング適用例の１つは、鉱業で使用されるドラグラインマシンである。ドラグラインマシンは、露天掘り鉱山、露天掘り鉱床、及び運河建設に使用される一般的な採鉱装置である。一般に、ドラグラインマシンは、通常巨大な動力式クレーンであり、地表面でスコップを引きずって材料を掘り起こし、それを集めて他のところに移動させるブーム及びケーブルを有する。スコップが満たされると、ドラグラインマシン全体は中心軸の周りを回転し、それによりドラグラインマシンのブームの位置が変えられる。この中心軸及びそれに付随するピニオン軸、所謂スイングシャフトは垂直であり、通常高級潤滑剤で潤滑される。ドラグライン軸のベアリングは縦に取り付けられており、ドラグラインマシンの環境は、通常広範囲の危険で浸透性の汚染物質を含むので、従来のラビリンス形のシールでは、ドラグライン軸のベアリングがその潤滑剤を失い、汚染物質がベアリングに侵入することが可能である。このベアリングの汚染及び潤滑剤喪失による急速な磨耗の結果、ベアリングの頻繁な交換が生ずる。このような急速かつ予期せざる磨耗の結果、破局的な破損が生じ、ドラグラインの掘削装置の駆動系列の大きな修理が必要となることがあり、その結果装置が長時間停止することがある。

この問題を防止するために、様々な設計が使用されてきた。場合によっては、ベアリングの近傍にシールドプレートが置かれてきた。シールドプレートは、ある種の汚染物質のベアリングへの侵入を防ぐことに部分的に成功したが、これらのプレートは、縦に置かれたベアリング内に潤滑剤を保持することができず、潤滑剤がベアリングの底部から漏洩し得るようになる。この潤滑剤の喪失の結果、過剰なベアリングの磨耗及びベアリングの破損が生ずる。全体として、この問題に対する解決策は無く、ドラグライン軸ベアリングの破損が、ベアリング保守及び取替えに起因する重大な費用、労力及びダウン時間を鉱山運営者にもたらしている。

本発明は、ベアリング内に潤滑剤を保持し、汚染物質を排除するために軌道輪と軌道輪との間にシールを設けたまま、内輪が外輪から位置ずれすることを可能にすることができる球状ローラベアリングを提供することによってこれらのまたは他の問題を解決する。さらに、本発明は、汚染物質のベアリングへの侵入をさらに防ぐ、独特な設計の覆い装置を提供する。

本発明は、独自に設計されたシールを使用し、またベアリング表面に覆い板を使用することにより、内輪と外輪との間にシールをなお設けたまま、特定の量の軸方向位置ずれを可能にする能力を有する球状ローラベアリングにある。

より詳細には、本発明は、ベアリングの両端部に使用される、独自に設計された接触シールを含む。本発明のシール性能をさらに高めるための覆い板をも使用してベアリングを囲み外部の汚染物質から保護する。

本ベアリングは、独自に設計されており、それによってこの球状軸受けを、カートリッジタイプの交換ベアリングとして働くユニット化されたベアリングとして取り付けることができるパッケージベアリングとして利用できるようになる。本発明のシール、フランジ及び耐磨耗リングは、ベアリングの据付け者がベアリングまたはベアリングの構成要素を破損させることなくベアリングを操作し取り付けることを可能にする。この目的をさらに進めるために、本発明品は、ベアリングの据付場所への輸送に先立ち、事前潤滑、事前調整及び事前シールされる。実際、本ベアリングはベアリングの予想耐用年数にわたってシールされ潤滑される。

本発明の他の目的及び特徴は、一部にはおのずから明らかになり、また一部には以下で指摘する。

図面の複数の図を通して、対応する参照符号は対応する部品を示す。

本発明の実施形態はいくつかあるが、本明細書で説明する具体的な実施形態は、鉱山用ドラグラインマシンのシャフト用に使用する球状ローラベアリングである。

図面を参照すると、図１は球状ローラベアリングＡを示す。球状ローラベアリングＡは、従来型構成部品である内輪１、外輪２、１組の球状ローラ３、及び保持器４を含む。ただし、球状ローラベアリングは、ベアリングの構成要素を保護しシールする働きをする他のシール用構成部品も含む。これらのシール用構成部品には、上側耐磨耗シールリング５、下側耐磨耗シールリング６、上側密閉リング７、下側密閉リング８、２つの接触リップシール９、及び２つのシール保持器１０などがある。

内輪１及び外輪２は各々、間隔をあけて配置された反対方向に傾斜した軌道面を有し、内側軌道面は１１及び１２として識別され、外側軌道面は１３及び１４として識別される。第１列の球状ローラ３Ａは、対向する軌道面１１及び１３に接触し、その上を転がり、第２列の球状ローラ３Ｂは、対向する軌道面１２及び１４に接触し、その上を転がる。球状ローラ３Ａ及び３Ｂは、保持器４によって離隔されている。内輪１は、ドラグラインのシャフト１６を受ける中央ボア１５を備える。軌道面１１、１２、１３、及び１４は全て、球状ローラの曲率と一致する曲率を有する。

内輪１は、内輪１の前側面１８及び後側面１９に２つのロック用オフセット１７を有する。上側耐磨耗シールリング５が内輪の前側面１８に取り付けられ、下側耐磨耗シールリング６が内輪の後側面１９に取り付けられる。上側耐磨耗シールリング５及び下側耐磨耗シールリング６は各々ロックショルダ２０を有する。ロックオフセット１７及びロックショルダ２０は、協働して上側耐磨耗シールリング５を内輪１の前側面１８に、下側耐磨耗シールリング６を内輪１の後側面１９に固定する。これらの要素は、一緒になって内輪と上側耐磨耗シールリング５及び下側耐磨耗シールリング６との間のロック装置を構成する。

図２は、下側耐磨耗シールリング６と内輪１との間のこのロック装置の詳細を示す。下側耐磨耗シールリング６と内輪１との間のロック装置は、上側耐磨耗シールリング５と内輪１との間のロック装置と、後者が前者の鏡像であることを除き同じである。下側耐磨耗シールリング６は、第１の環状リップ２１、第１のオフセット２２、第１の環状溝２３、第１の前側面２４、及び第１のオフセット面２５を有する。内輪１は、第２の環状リップ２６、第２のオフセット２７、第２の環状溝２８、第２のオフセット面２９、及び前側面１９を有する。

組立ての際、下側耐磨耗シールリング６は、位置合わせの上、内輪１に圧力嵌めされる。実際には、下側耐磨耗シールリング６と内輪１との間は締り嵌めである。下側耐磨耗シールリング６は、第１の前側面２４が第２のオフセット面２９に非常に近くなるまで内輪１に圧入される。第１のオフセット面２５は、第１の前側面２４と第２のオフセット面２９が互いに接触する前に、内輪１の後側面１９に接触する。第１の環状リップ２１が第２の環状溝２８と係合してロック状態となり、第２の環状リップ２６が第１の環状溝２３と係合してロック状態となる。第１のオフセット２２も第２のオフセット２７と係合してロック状態になる。したがって、組立後、下側耐磨耗シールリング６は、内輪１と係合してロック状態となる。

図２に示す寸法は、ロック装置の一実施形態を示すが、これらの寸法を調整して下側耐磨耗シールリング６と内輪１との嵌めあいをきつくしたり緩くしたりできることを理解されたい。実際には、当技術分野では、このタイプの締り嵌めは周知であり、具体的な適用に際し必要に応じて、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの寸法を調整することができる。下側耐磨耗シールリング６を内輪１に結合する方法は、これらの２つの構成部品を有効に係合して一体のアセンブリとするのに充分などんな方式でもよいことも理解されたい。例えば、結合方法には、得られるアセンブリが位置合わせされており適切である限り、溶接、ボンド接着、リベット結合、ボルト留め、または締り嵌めなどが含まれ得る。さらに他の実施形態では、一個の部品として機械加工することにより、下側耐磨耗シールリング６を内輪１と一体にして仕上げることもある。しかし、取付け方法にかかわらず、内輪１の中央ボア１５の寸法は、下側耐磨耗シールリング６及び上側耐磨耗シールリング５それぞれの中央ボア４５及び４６と同じ寸法になる。さらに、内輪１並びに上側耐磨耗シールリング５及び下側耐磨耗シールリング６は、これらの３つの構成要素が組み立てられたとき、中央ボア１５が中央ボア４５及び４６と同心で寸法的に整合するように全体的に構成されている。

再度図１を参照すると、下側耐磨耗シールリング６及び上側耐磨耗シールリング５は各々耐磨耗シール表面３０を有する。シール保持器１０が、外輪２の前側面３１及び後側面３２に取り付けられる。外輪２は、シール保持器１０のフランジ３４と係合してシール保持器１０を外輪２の面上に保持する２つのはめ込み段差（ｓｎａｐ ｓｔｅｐ）３３を有する。２つの接触リップシール９は、シール保持器１０と、上側耐磨耗シールリング５及び下側耐磨耗シールリング６の耐磨耗シール表面との間に配置され、そこでこの耐磨耗シール表面３０にワイパ接触する。好ましい実施形態では、接触リップシール９は、リップと、このリップを部分的に包むケースを有する。

接触リップシール９の設計により、接触リップシールがこの向きになっていると、ベアリングアセンブリＡの動作を助けることができる。より詳細には、図１に示すように、接触リップ９Ａが保持されている潤滑剤に向いている場合は、接触リップシール９はよりうまく潤滑剤をベアリングアセンブリＡ内に保持することができる。同様に、接触リップ９Ａが生じ得る汚染物質に向いている場合は、接触リップシール９はベアリングアセンブリＡへの汚染物質の侵入を防ぐようによりよく働く。したがって、本発明の第１の実施形態は、図１に示す向きになった接触リップシール９を有する。しかし、第２の実施形態では、上側耐磨耗シールリング５に接触する接触リップシール９を反対側の向きにして接触リップ９Ａが内輪１から離れる方に向くようにし、生じ得る汚染物質のベアリングアセンブリＡへの侵入をよりよく防止する。従って、第２の実施形態では、下側接触リップシール９は潤滑剤をベアリングアセンブリＡ内によりよく保持するような向きになり、上側接触リップシール９は汚染物質のベアリングアセンブリＡへの侵入をよりよく防止する方向に向く。接触リップシール９の向きに関するさらに他の実施形態も本発明の範囲に留まる。

下側密閉リング８は下側耐磨耗シールリング６に、上側密閉リング７は上側耐磨耗シールリング５に取り付けられる。下側密閉リング８は、フランジ３５、フランジ表面３８、オフセット表面３６、及びフランジ先端３９を有するリング表面３７を有する。フランジ表面３８の内径は、下側耐磨耗シールリング６の環状表面４０と締り嵌めを生じ、下側密閉リング８を下側耐磨耗シールリング６に取り付けることができるような寸法になっている。オフセット表面３６は、約４５度の角度で外輪２の後面３２に向かって傾斜している。この角度は、約３０度〜約６０度に変えることもできるが、なお本発明の範囲内にあることを理解されたい。リング表面３７の長さは、フランジの先端３９がシール保持器１０から充分な量後退し、内輪１が外輪２から軸方向に最大の位置ずれを起こしてもシール保持器１０とフランジ先端３９との間に接触を起こさないようになっている。その結果、フランジ先端３９とシール保持器１０との間に隙間ができるが、その隙間は、汚染物質のベアリングアセンブリ内への侵入を妨げるように充分に狭くなくてはならない。フランジの先端３９は、ベアリング据付けまたは操作の間、外輪２が傾けられるとき接触リップシール９に破損が起こらないようにする。

上側覆い７は輪形であり、上側覆い７の内径４１と上側耐磨耗リング５の環状表面４０との間に締り嵌めを生ずる大きさの内径４１を有する。上側覆い７は、約１０１．６ｍｍ（４．００インチ）×約７６．２ｍｍ（３．００インチ）の寸法の観察窓４２を有する。観察窓４２を覆う点検用のプレート４３が、２つの留め具４４により上側覆い７に取り付けられる。球状ローラベアリングＡをドラグラインマシンのシャフト１６に取り付けた後、保守員が時折留め具４４及び点検用のプレート４３を取り外し、球状ローラベアリングＡの状態を検査する。

上側耐磨耗シールリング５及び下側耐磨耗シールリング６は、球状ローラベアリングＡ操作用アイボルト取付けのためのねじ切りされた一連の吊上げ孔４７を有する。本実施形態では、ねじ切りされた吊上げ孔４７が使われるが、球状ローラベアリングを持ち上げ操作するために如何なるタイプの方法も利用することができ、それが本発明の範囲に留まることを理解されたい。

図３は、本発明の代替実施形態を示す。この実施形態は、底部密閉リングの構造及び本発明品をドラグライン掘削機に据え付ける方法以外は、前述の実施形態と同じである。

代替実施形態の底部密閉リング８Ａは、溶接された組立体としてのワッシャ３５Ａ及びリング３７Ａを備える。底部密閉リング８Ａの他の構造も、その構造が下側耐磨耗シールリング６の環状表面４０に接触し、底部覆いシールリング８Ａとシール保持器１０の表面との間の隙間が瓦礫や汚染物質の侵入を妨げる限り、許容されることを理解されたい。

この代替実施形態では、上側密閉リング７を上側耐磨耗シールリング５からねじ外すことにより上側密閉リング７を上側耐磨耗リング５から取り外すことを可能にする、整合するねじ山を上側密閉リング７及び上側耐磨耗シールリング５に有する設計も組み入れている。上側密閉リング７を上側耐磨耗シールリング５に仮付け溶接して、構成要素間を半永久的に結合することもできる。上側密閉リング７を取り外す必要が発生したときには、仮付け溶接を削りとり、上側密閉リングのねじを上側耐磨耗シールリング５から外すことができる。

図３の代替実施形態は、１つが下側耐磨耗シールリング６上にあり、１つが上側耐磨耗シールリング５上にある２つの環状突起５０をも示す。環状突起５０は、汚染物質がベアリングアセンブリＡに侵入するのを防ぐ助けになり、下側密閉リング８Ａを下側シールリング６上に、上側密閉リング７を上側耐磨耗シールリング５上に配置するための位置決め用としての働きもする。

図３は、複数の留め具５２も示す。複数の留め具５２は、２つのシール保持器１０を外輪２に固定するために使われる。内輪１に配置された２つの環状の斜めに切った表面５１も示されている。２つの斜めに切った表面５１は、ベアリングアセンブリＡをドラグラインのシャフト１６に取り付ける助けになる。

図１及び図３に示す本発明の実施形態の態様を様々に組み合わせ、本発明の範囲から逸脱せずに他の代替実施形態をもたらすことができることを理解されたい。

以上の説明では、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明をこの他にも球状ローラベアリングが使用できるどのような構造にも適するように簡単に適合させることができることは明白である。

上記を考慮すると、本発明の複数の目的が達成され、他の有利な結果も得られることが理解されよう。上記構造に、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更を加えることができるので、上記説明に含まれ或いは添付図面に示される全ての事項は、限定的な意味ではなく、例示的なものとして解釈するものとする。

本発明の球状ローラベアリングの断面図である。 本発明のシールの耐磨耗プレートと軌道輪との間のロック装置の断面図である。 本発明の代替実施形態を示す、球状ローラベアリングの断面図である。

Claims (6)

1. 外輪と、
   内輪であって、前記外輪と前記内輪との間に環状の空間が存在するように、前記外輪内に設けられ、ドラグラインスイングシャフトと整合する大きさの中央ボアを有するところの内輪と、
   前記内輪と前記外輪との間の前記環状の空間に設けられた第１の複数の球状回転要素及び第２の複数の球状回転要素と、
   前記内輪の上端に設けられた上側耐磨耗シールリングと、
   前記内輪の下端に設けられた下側耐磨耗シールリングと、
   前記上側耐磨耗シールリングに取り付けられ、前記環状の空間の上端を覆う上側密閉リングと、
   前記下側耐磨耗シールリングに取り付けられ、前記環状の空間の下端を覆う下側密閉リングと、
   前記外輪から伸びる少なくとも１つの接触リップシール保持器と、
   前記接触リップシール保持器によって保持され、前記上側耐磨耗シールリング及び前記下側耐磨耗シールリングのうちの１つと接触する少なくとも１つの接触リップシールと、
   を備える、ドラグライン掘削機のドラグラインスイングシャフト用密閉球状ローラベアリング。
2. 前記内輪及び前記外輪の各々が、第１の傾斜した軌道面及び第２の傾斜した軌道面を有し、前記第１の傾斜した軌道面は、前記第２の傾斜した軌道面から間隔をあけて配置され、そして、前記軌道面に対して反対向きに傾斜しており、前記第１及び第２の軌道面の各々は、前記第１及び第２の複数の球状回転要素の曲率と同一の曲率を有する、請求項１に記載の密閉球状ローラベアリング。
3. 前記下側耐磨耗シールリングと前記内輪との間、及び、前記上側耐磨耗シールリングと前記内輪との間がロック係合されている、請求項２に記載の密閉球状ローラベアリング。
4. 前記上側耐磨耗シールリング上に配置され、前記上側耐磨耗シールリングの前記第１のロックショルダに動作的に係合しこれに固定されるように構成された第１のロックオフセットをさらに前記内輪の前面に備え、そして、前記下側耐磨耗シールリング上に配置され、前記下側耐磨耗シールリングの前記第２のロックショルダに動作的に係合しこれに固定されるように構成された第２のロックオフセットをさらに前記内輪の後面に備える、請求項３に記載の密閉球状ローラベアリング。
5. 前記第１及び第２のロックショルダの各々が、環状リップ、第１のオフセット、第１の環状溝、第１の環状面、及び第１のオフセット面を備え、そして、前記第１及び第２のロックオフセット各々が、第２の環状リップ、第２のオフセット、第２の環状溝、第２のオフセット面及び前面を備える、請求項４に記載の密閉球状ローラベアリング。
6. 前記下側密閉リングの端部と前記少なくとも１つの接触リップシール保持器との間に、前記フランジ先端部と前記少なくとも１つの接触リップシール保持器との間に接触を起こすことなく、前記内輪と前記外輪との間の軸方向位置ずれを許容するための隙間がある、請求項１に記載の密閉球状ローラベアリング。

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