JP4484964B2 - 旋回リング - Google Patents

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支承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アウター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アウター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複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問題点があった。

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、内周面の周方向に沿ってボールの負荷転走溝及び無負荷転走溝が互いに平行に配置されたアウターリングと、このアウターリングの内側に配設されると共に外周面の周方向に沿ってボールの負荷転走溝及び無負荷転走溝が互いに平行に配置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隙間に配設されると共に、前記負荷転走溝を転走する多数のボールを介してアウターリングとインナーリングとの間に設けられ、アウターリングの負荷転走溝とインナーリングの無負荷転走溝との間、アウターリングの無負荷転走溝とインナーリングの負荷転走溝との間でボールを無限循環させる複数のボール保持ブロックとから構成されている。

このような本発明の旋回リングは、アウターリング、インナーリング及びこれらの間に配置されたボール保持ブロックから構成されており、ボール保持ブロックは多数のボールを介してアウターリング及びインナーリングの双方に組付けられると共に、ボールの無限循環路を少なくとも一対備えている。一方の無限循環路において、ボールはアウターリングとボール保持ブロックの間で荷重を受けながら転走した後、インナーリングとボール保持ブロックの間を無負荷状態で転走する。また、他方の無限循環路においては、ボールはインナーリングとボール保持ブロックの間で荷重を受けながら転走した後、アウターリングとボール保持ブロックの間を無負荷状態で転走する。従って、ボール保持ブロックに荷重が作用している状態で、かかるボール保持ブロックをアウターリング、インナーリングの双方に対し、これらの周方向に沿って自由に移動させることが可能である。

本発明の旋回リングも従来の旋回軸受と同様にアウターリング及びインナーリングを具備しているが、アウターリングとインナーリングとの間のボール保持ブロックを配置したことから、アウターリングの内径が従来の旋回軸受と同一であれば、インナーリングの内径は従来のそれよりも小さくすることができる。このため、インナーリングの生産に必要な鋼材の量を従来の旋回軸受よりも減じることができ、生産コストの低減化を図ることが可能となる。

本発明の旋回リングの使用態様としては、アウターリング及びインナーリングを同一の構造体に固定する一方、ボール保持ブロックを別の構造体に固定し、アウターリング及びインナーリングに対してボール保持ブロックを旋回させて使用することができる。また、インナーブロック、ボール保持ブロック、アウターブロックを夫々異なった構造体に固定し、アウターリングに対してボール保持ブロック及びインナーリングを別々に旋回させ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。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ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。

以下、添付図面に沿って本発明の旋回リングを詳細に説明する。

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の形態を示すものであり、図１は斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。この旋回リングは、アウターリング１と、このアウターリング１の内径よりも小さな外径を有して該アウターリング１の内側に配置されたインナーリング２と、これらアウターリング１とインナーリング２との間に多数のボール４を介して配置された複数のボール保持ブロック３とから構成されており、前記ボール保持ブロック３は前記アウターリング１及びインナーリング２の双方に対し、その周方向へ自由に移動することが可能となっている。すなわち、アウターリング１及びインナーリング２は前記ボール保持ブロック３に対して別々に旋回運動を行うことが可能となっている。

前記アウターリング１の内周面には、前記ボール４の負荷転走溝１０及び無負荷転走溝１１が周方向に沿って１条ずつ互いに平行に配置されている。この負荷転走溝１０はゴシックアーチ溝形状に形成されており、図２の紙面左右方向に対して４５°で傾斜した２つの円弧曲面の組み合わせから構成されている。各円弧曲面はボール球面の曲率半径よりも若干大きく形成されており、ボール４は各円弧曲面に接した状態で負荷転走溝１０内を転走する。また、前記無負荷転走溝１１はボール球面よりも若干大きな単一の円弧曲面から形成されており、その溝深さは前記負荷転走溝１０のそれよりも僅かに深く設定されている。

前記インナーリング２の外周面には前記ボール４の負荷転走溝２０及び無負荷転走溝２１が周方向に沿って１条ずつ平行に配置されている。これら負荷転走溝２０及び無負荷転走溝２１の構成は前記アウターリング１に形成されたものと同一であるが、図２に示す実施の形態では、インナーリング２の負荷転走溝２０はボール保持ブロック３を挟んでアウターリング１の無負荷転走溝１１と対向する位置に配置されており、インナーリング２の無負荷転走溝２１はボール保持ブロック３を挟んでアウターリング１の負荷転走溝１０と対向する位置に配置されている。

また、これらアウターリング１及びインナーリング２には、周方向に沿ってタップ孔１３，２３が複数形成されており、これらタップ孔１３，２３を利用して固定ボルトを締結することで、アウターリング１及びインナーリング２を構造物に固定することができるようになっている。尚、図２に示す例では、アウターリング１のタップ孔１３とインナーリング２のタップ孔２３が回転軸方向に関して同一の側に形成されているが、これはアウターリング１とインナーリング２を同一の構造物に固定する場合を考慮したためでる。アウターリング１とインナーリング２を別々の構造物に固定するのであれば、例えば、インナーリング２のタップ孔２３を該インナーリング２の反対側の面に形成しても差し支えない。

一方、前記ボール保持ブロック３はアウターリング１の内周面とインナーリング２の外周面との間に形成された環状の隙間に配置されており、かかる隙間に収容し得るよう、全体として円弧状をなしている。また、このボール保持ブロック３には複数のタップ孔３ａが形成されており、これらタップ孔３ａを利用して固定ボルトを締結することで、ボール保持ブロック３を構造物に固定することができるようになっている。

前記ボール保持ブロック３には、アウターリング１と対向する外側面に該アウターリング１の負荷転走溝１０と対向するボール４の負荷転走溝３０が形成されている。この負荷転走溝３０もアウターリング１の負荷転走溝１０と同様にゴシックアーチ溝形状に形成されており、ボール保持ブロック３の負荷転走溝３０とアウターリング１の負荷転走溝１０が対向することでボール４が荷重を受けながら転走する負荷通路Ｌ１が形成されている。また、ボール保持ブロック３の外側面にはアウターリング１の無負荷転走溝１１と対向する無負荷転走溝３１が形成されている。この無負荷転走溝３１はアウターリング１の無負荷転走溝１１と同様にボール球面よりも若干大きな単一の円弧曲面から形成されており、その溝深さは前記負荷転走溝３０のそれよりも僅かに深く設定されている。ボール保持ブロック３の無負荷転走溝３１とアウターリング１の無負荷転走溝１１が対向することで、ボール４が無負荷状態で転走する無負荷通路ＮＬ２が形成されている。尚、前記負荷転走溝の溝形状は、必要とする荷重負荷能力及び荷重作用方向に応じて適宜変更して差し支えない。

一方、インナーリング２と対向するボール保持ブロック３の内側面には、ボール保持ブロック３の外側面に形成された負荷転走溝３０及び無負荷転走溝３１と同様に、負荷転走溝３２及び無負荷転走溝３３が形成されている。但し、負荷転走溝３２及び無負荷転走溝３３の形成位置は外側面のそれらと比較して位置関係が反転しており、負荷転走溝３２がインナーリング２の負荷転走溝２０と対向することでボール４の負荷通路Ｌ２が、かかる無負荷転走溝３３がインナーリング２の無負荷転走溝２１と対向することでボール４の無負荷通路ＮＬ１が形成されている。

また、ボール保持ブロック３は、その外側面に位置する負荷通路Ｌ１と内側面に位置する無負荷通路ＮＬ１とを連結する一対の方向転換路３４を具備すると共に、内側面に位置する負荷通路Ｌ２と外側面に位置する無負荷通路ＮＬ２とを連結する一対の方向転換路３５を具備しており、これによってボール保持ブロック３の周囲には二経路のボール４の無限循環路４０，４１が構築されている。

図３は、前記ボール保持ブロック３に具備された二経路のボール４の無限循環路のうち、アウターリング１との間で荷重を受けているボール４の無限循環路４０（図２において上側に位置する無限循環路）の様子を示す断面図である。前記ボール保持ブロック３は、ブロック本体３６と、このブロック本体３６の両端に位置する一対のエンドプレート３７とから構成されている。ブロック本体３６には前述した負荷転走溝３０及び無負荷転走溝３３が形成される一方、各エンドプレート３７には方向転換路３４が形成されている。そして、各エンドプレート３７をブロック本体３６の両端に固定することによって、アウターリングとブロック本体との間に形成されたボールの負荷通路と、インナーリングとボール保持ブロックとの間に形成されたボールの無負荷通路とが方向転換路によって連結され、ボール保持ブロックにボールの無限循環路が形成されるようになっている。インナーリング２との間で荷重を受けているボール４の無限循環路４１（図２において下側に位置する無限循環路）も同様にして構築されるが、負荷通路と無負荷通路の関係は図３に示したものと反転している。

そして、以上のように構成された旋回リングでは、アウターリング１の周方向へボール保持ブロック３を移動させると、無限循環路４０に配列されたボール４はアウターリング１の負荷転走溝１０とボール保持ブロック３の負荷転走溝３０との間で荷重を受けながら該無限循環路４０内を循環し、それによってボール保持ブロック３をアウターリング１の周方向へ移動させることが可能である。また、インナーリング２の周方向へボール保持ブロック３を移動させると、無限循環路４１に配列されたボール４はインナーリング２の負荷転走溝２０とボール保持ブロック３の負荷転走溝３２との間で荷重を受けながら該無限循環路４１内を循環し、それによってボール保持ブロック３をインナーリングの周方向へ移動させることが可能である。

従って、例えば、アウターリング１とインナーリング２を第一の構造物に固定し、前記ボール保持ブロック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、ボール保持ブロック３に対するアウターリング１の旋回運動は、かかるボール保持ブロック３に対するインナーリング２の旋回運動と無関係なので、図１〜３に示した旋回リングでは、アウターリング１とインナーリング２に対して別々の旋回運動を与えることも可能である。すなわち、アウターリング１、ボール保持ブロック３及びインナーリング２を別々の構造体に固定し、３つの構造体の間で相対的な旋回運動を行わせることができる。

図１〜３に示す例ではアウターリング１の外周面に歯列１４を形成しており、この歯列１４に噛み合うギヤをボール保持ブロック３側の構造物に搭載することで、かかる構造物をアウターリング１側の構造物に対して旋回させることが可能となっている。このような歯列はインナーリング２の内周面に設けても、また、アウターリング１の外周面とインナーリングの内周面２の双方に設けても差し支えない。

また、前記アウターリング１及びインナーリング２はこれら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アウターリング１及びインナーリング２を構成することが可能である。アウターリング１及びインナーリング２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アウターリング１及びインナーリング２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。

更に、ボール保持ブロック３に具備するボール４の無限循環路は必ずしも２経路である必要はなく、アウターリング１とボール保持ブロック３との間、インナーリング２とボール保持ブロック３との間に作用する荷重に応じ、その経路数は適宜決定することが可能である。その場合、アウターリング１及びインナーリング２に形成する負荷転走溝及び無負荷転走溝の条数は、無限循環路の経路数に応じて変更することになる。

図４は、本発明を適用した旋回リングの第二の実施の形態を示すものである。

図２に示した例では、アウターリング１の負荷転走溝１０とインナーリング２の無負荷転走溝２１とがボール保持ブロック３を挟んで対向配置されており、これら負荷転走溝と無負荷転走溝とが同一の無限循環路を構成していた。しかし、図４に示す例では、アウターリング１の負荷転走溝１０とインナーリング２の負荷転走溝２０とがボール保持ブロック３を挟んで対向配置される一方、アウターリング１の無負荷転走溝１１とインナーリング２の無負荷転走溝２１とがボール保持ブロック３を挟んで対向配置されている。このため、アウターリングの上側に位置する負荷転走溝１０とインナーリングの下側に位置する無負荷転走溝２１とが同一の無限循環路を構成し、アウターリングの下側に位置する無負荷転走溝１１１とインナーリングの上側に位置する負荷転走溝２０とが同一の無限循環路を構成している。

このようにアウターリング１の負荷転走溝１０とインナーリング２の負荷転走溝２０を対向して配置すると、図４の紙面上下方向にアキシャル荷重が作用し、あるいは紙面左右方向にラジアル荷重が作用した場合に、アウターレール１及びインナーレール２に対するボール保持ブロック３の姿勢の安定化を図ることが可能となり、アウターリング及びインナーリングに対するボール保持ブロックの旋回運動の更なる円滑化を図ることが可能となる。

図５は、本発明を適用した旋回リングの第三の実施の形態を示すものである。

この第三の実施の形態にかかる旋回リングもアウターリング１、インナーリング２及びボール保持ブロック３とから構成されている。但し、ボール保持ブロック３の周囲には三経路のボール４の無限循環路４０が構築されており、アウターリングには２条の負荷転走溝１０と１条の無負荷転走溝１１が、インナーリングには１条の負荷転走溝と２条の無負荷転走溝が形成されている。

それにより、ボール保持ブロック３とアウターリング１との間にはボール４の負荷通路Ｌ１，無負荷通路ＮＬ２，負荷通路Ｌ３が互いに平行に形成される一方、それらに対向してボール保持ブロック３とインナーリング２との間にはボール４の無負荷通路ＮＬ１，負荷通路Ｌ２，無負荷通路ＮＬ３が互いに平行に形成されている。この図５に示す実施の形態では、ボール保持ブロック３の外側面では負荷通路Ｌ１，Ｌ３が無負荷通路ＮＬ２の上下両側に位置しており、また、ボール保持ブロック３の内側面では無負荷通路ＮＬ１，ＮＬ３が負荷通路Ｌ２の上下両側に位置しているので、アウターリング１及びインナーリング２に対するボール保持ブロック３の姿勢が安定し易いといった特質がある。

このように本発明の旋回リングでは、ボール保持ブロック３の周囲に任意の条数のボール４の無限循環路を設けることが可能であり、必要とする荷重負荷能力や荷重作用方向に応じて無限循環路の条数を任意に選定することが可能である。

Claims (4)

1. 内周面の周方向に沿ってボール(4)の負荷転走溝(10)及び無負荷転走溝(11)が互いに平行に配置されたアウターリング(1)と、
   このアウターリングの内側に配設されると共に外周面の周方向に沿ってボール(4)の負荷転走溝(20)及び無負荷転走溝(21)が互いに平行に配置されたインナーリング(2)と、
   これらアウターリング(1)とインナーリング(2)との隙間に配設されると共に、前記負荷転走溝を転走する多数のボールを介してアウターリングとインナーリングとの間に設けられ、アウターリングの負荷転走溝(10)とインナーリングの無負荷転走溝(21)との間、アウターリングの無負荷転走溝(11)とインナーリングの負荷転走溝(20)との間でボール(4)を無限循環させる複数のボール保持ブロック(3)と、から構成されることを特徴とする旋回リング。
2. 前記アウターリング(1)の負荷転走溝(10)とインナーリング(2)の負荷転走溝(20)は前記ボール保持ブロック(3)を挟んで対向していることを特徴とする請求項１記載の旋回リング。
3. 前記アウターリング(1)及びインナーリング(2)は複数の円弧状レールを組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１記載の旋回リング。
4. 前記アウターリング(1)の外周面又はインナーリング(2)の内周面には周方向に沿って歯列が設けられていることを特徴とする請求項１記載の旋回リング。

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