JP7247598B2 - 転がり軸受装置 - Google Patents
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Description
外輪82aと内輪83との間には複数の円筒ころ84が組み込まれており、外輪82aは、円筒ころ84を介して、トンネル掘削時に作用するアキシアル荷重を支持している。また、外輪82aの径方向内方には、内輪83との間に円筒ころ85が組み込まれており、内輪83に固定されたカッターヘッド81が、外輪82aと同軸に回転する。更に、外輪82bと内輪83との間に円筒ころ86が組み込まれており、内輪83が軸方向の所定の位置で保持されている。
転がり軸受装置80が回転すると、保持器87は、円筒ころ85とともに中心軸mの回りで回転する。このとき、一対の環状体88、88が、外輪82や内輪83とすべり接触をするので、通常、保持器87を黄銅などの銅合金で製造することにより、すべり面に凝着等の不具合が生じるのを防いでいる。
そこで、本発明は、内輪や外輪とすべり接触しても凝着等の問題を生じにくい保持器を安価に製造することによって、転がり軸受装置の製造コストを低減することを目的としている。
トンネル掘削機は、地盤を掘削して円形断面の穴を施工する機械装置であって、地盤を掘削する刃を備えたカッターヘッド2が、転がり軸受装置1で支持されている。以下の説明では、転がり軸受装置1の中心軸mの方向を軸方向といい、中心軸mと直交する方向を径方向、中心軸mの周囲を周回する方向を周方向という。また、軸方向で図の左方を「軸方向一方」といい、右方を「軸方向他方」という。
こうして、第1内輪4aでは、第1アキシアル軌道面16は、内側軌道面15より径方向外方側で軸方向一方側にずれた位置に備えられている。
また、第1内輪4aの第1内周面29は、中心軸mと同軸の円筒形状の内周面である。第1内周面29は第1側面28の軸方向他方側であって第2側面30の軸方向一方側に備えられている。
第3軸方向延在面31は、第4アキシアル軌道面17の内周から軸方向一方側に延在しており、中心軸mを中心とする円筒形状の外周面である。第3軸方向延在面31の直径は、第1軸方向延在面26の直径と、略同じである。第3側面32は、第2内輪4bの軸方向一方側の側面である。第3側面32は、第3軸方向延在面31の軸方向一方側端部から径方向内方に延在しており、中心軸mと直交する平面である。第3側面32は、第2側面30と当接する。
また、第2内輪4bの第2内周面33は、中心軸mと同軸の円筒形状の内周面である。第2内周面33は、第3側面32の軸方向他方側であって第4側面34の軸方向一方側に備えられている。第1内輪4aの第1内周面29の直径と、第2内輪4bの第2内周面33の直径とは、略同じである。
歯43は、第1外周面42の軸方向他方側であって第7側面44の軸方向一方側に備えられている。歯43は、径方向外方側に中心軸mを中心とする歯先円、径方向内方側に中心軸mを中心とする歯底円を備える。
第2外輪5bには、第6側面41と第3径方向延在面39とを軸方向に貫通する複数の第2貫通穴24が設けられている。第2貫通穴24は、第1外輪5aと第2外輪5bとの中心線を一致させたとき複数の第2ねじ孔23と連通するよう備えられている。
第2円筒ころ7は、JIS G4805-2008 高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ2、SUJ3、SUJ5から選ばれる鋼材)を用いている。第2保持器10を構成する第2保持器セグメントは、JIS H3250-2015 銅及び銅合金の棒のアルミニウム青銅(C6161、C6191、C6241)、高力黄銅(C6782、C6783)、JIS H5121-2016 銅合金連続鋳造鋳物の高力黄銅(CAC301C、CAC302C、CAC303C、CAC304C)から選ばれる銅合金を用いている。
第3円筒ころ8は、JIS G4805-2008 高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ2、SUJ3、SUJ5から選ばれる鋼材)を用いている。第3保持器11を構成する第3の保持器セグメントは、JIS H3250-2015 銅及び銅合金の棒のアルミニウム青銅(C6161、C6191、C6241)、高力黄銅(C6782、C6783)、JIS H5121-2016 銅合金連続鋳造鋳物の高力黄銅(CAC301C、CAC302C、CAC303C、CAC304C)から選ばれる銅合金を用いている。
カッターヘッド2は、第2外輪5b(歯車)の外周の歯43と組み合わされる歯を有する、図示しない回転駆動する歯車を介して動力原から伝達される動力で駆動される。カッターヘッド2が、回転しながら、転がり軸受装置1とともに軸方向一方側に移動することによって、地盤にトンネルなどの穴を施工することができる。地盤を掘削するときには、軸方向に大きなアキシアル荷重が作用する。この荷重は、第2スラスト列の軸受部で支持される。このとき、ラジアル列の軸受部には、主に、外輪5やカッターヘッド2の重量が、ラジアル荷重として作用している。
第2シール14が、軸方向他方側における第2外輪5bと第2内輪4bとのすきまを密封している。第2シール14は、中心軸mを中心として第2内輪4bの第4軸方向延在面35に形成された径方向内方側に窪む環状溝に固定されている。第2シール14は第2外輪5bの第7側面44と摺動可能に接触する。
これにより、地盤掘削時の水や塵埃等が転がり軸受装置1の内輪4と外輪5と第1シール13と第2シール14とで囲まれた空間に浸入するのを防止している。
第1円筒ころ6は、鋼製のころである。第1実施形態では、第1円筒ころ6は、JIS G4805-2008 高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ2、SUJ3、SUJ5から選ばれる鋼材)を用いている。
なお、周方向に隣り合う第1保持器セグメント9sと第1保持器セグメント9sとの接続部では、双方の周方向端部の柱53が組み合わされて、一の柱を構成している。
第1環状体51の内周に取り付けた各内径側第1摺動部材55の内周面をつなぐ仮想の内周面の直径と、第2環状体52の内周に取り付けた各内径側第2摺動部材57の内周面をつなぐ仮想の内周面の直径とは、内輪4の内側軌道面15の外径よりわずかに大径である。
第1環状体51の外周に取り付けた各外径側第1摺動部材54の外周面をつなぐ仮想の外周面の直径と、第2環状体52の外周に取り付けた各外径側第2摺動部材56の外周面をつなぐ仮想の外周面の直径とは、外輪5の外側軌道面18の内径よりわずかに小径である。
こうして、価格の高い銅合金の使用量を削減することによって、第1保持器9の製造コストを大幅に低減することができる。なお、外径側第1摺動部材54と外径側第2摺動部材56と内径側第1摺動部材55と内径側第2摺動部材57の形状や、一つの第1保持器9に組み込む個数などは例示であり、ここで説明した形態に限定されるものではない。
図4(a)は、図3においてZで示した位置における第1保持器セグメント9sの軸方向部分断面図である。図4(b)は、図4(a)と同一の向きの部分断面図で、内径側第1摺動部材55と第1環状体51を溶接接合した後であって、かつ、外径側第1摺動部材54と第1環状体51を溶接接合した後であって、研削加工(詳細について後述する)をする前の状態を示している。
図5(a)は、図3においてZで示した位置における第1保持器セグメント9sの軸方向部分断面図である。図5(b)は、図5(a)と同一の向きの部分断面図で、内径側第2摺動部材57(第2の摺動部材)と第2環状体52を溶接接合した後であって、かつ、外径側第2摺動部材56(第2の摺動部材)と第2環状体52を溶接接合した後であって、研削加工(詳細について後述する)をする前の状態を示している。
図5(b)は、第2環状体52と外径側第2摺動部材56が溶接接合され、また、第2環状体52と内径側第2摺動部材57が溶接接合され、外径側第3ビード73、外径側第4ビード74、内径側第3ビード75、内径側第4ビード76が形成された状態を示す。
外径側第1摺動部材54の内周と第1環状体51の外周には、それぞれ概ね45°の傾斜角の開先が設けられている。この状態で、外径側第1摺動部材54の軸方向両側において、第1環状体51と外径側第1摺動部材54との当接部が、第1環状体51の周方向に沿って溶接接合される。溶接方法としては、アーク溶接が好適に使用される。こうして、外径側第1摺動部材54の軸方向両側に、第1環状体51と外径側第1摺動部材54とを接合する外径側第1ビード69、外径側第2ビード70が形成される。
外径側第2摺動部材56の内周と第2環状体52の外周には、それぞれ概ね45°の傾斜角の開先が設けられている。この状態で、外径側第2摺動部材56の軸方向両側において、第2環状体52と外径側第2摺動部材56との当接部が、第2環状体52の周方向に沿って溶接接合される。溶接方法としては、アーク溶接が好適に使用される。こうして、外径側第2摺動部材56の軸方向両側に、第2環状体52と外径側第2摺動部材56とを接合する外径側第3ビード73、外径側第4ビード74が形成される。
内径側第1摺動部材55の外周と第1環状体51の内周には、それぞれ概ね45°の傾斜角の開先が設けられている。この状態で、内径側第1摺動部材55の軸方向両側において、第1環状体51と内径側第1摺動部材55との当接部が、第1環状体51の周方向に沿って溶接接合される。溶接方法としては、アーク溶接が好適に使用される。こうして、内径側第1摺動部材55の軸方向両側に、第1環状体51と内径側第1摺動部材55とを接合する内径側第1ビード71、内径側第2ビード72が形成される。
内径側第2摺動部材57の外周と第2環状体52の内周には、それぞれ概ね45°の傾斜角の開先が設けられている。この状態で、内径側第2摺動部材57の軸方向両側において、第2環状体52と内径側第2摺動部材57との当接部が、第2環状体52の周方向に沿って溶接接合される。溶接方法としては、アーク溶接が好適に使用される。こうして、内径側第2摺動部材57の軸方向両側に、第2環状体52と内径側第2摺動部材57とを接合する内径側第3ビード75、内径側第4ビード76が形成される。
また、外径側第1摺動部材54の軸方向他方向側の外径側第2ビード70(第1のビード)は、外径側第1摺動部材54の側面54bから軸方向他方向側に向けて盛り上がった状態で形成される。第1実施形態では、外径側第1摺動部材54の軸方向他方向側で径方向に露出する第1環状体51の外周面51bの軸方向の寸法δ54(δ54=t51-t54)が、軸方向で外径側第2ビード70の盛上り量より大きく設定されている。このため、溶接終了後においても、外径側第2ビード70より軸方向他方向側で、第1環状体51の外周面51bの一部が径方向に露出しており、外径側第2ビード70は、側面63より軸方向一方向側に形成されている。このため、外径側第2ビード70が、側面63(ポケット58の内側の面である)に突出しない。
また、内径側第1摺動部材55の軸方向他方向側の内径側第2ビード72(第2のビード)は、内径側第1摺動部材55の側面55bから軸方向他方向側に向けて盛り上がった状態で形成される。第1実施形態では、内径側第1摺動部材55の軸方向他方向側で径方向に露出する第1環状体51の内周面51aの軸方向の寸法δ55(δ55=t51-t55)が、軸方向で内径側第2ビード72の盛上り量より大きく設定されている。このため、溶接終了後においても、内径側第2ビード72より軸方向他方向側で、第1環状体51の内周面51aの一部が径方向に露出しており、内径側第2ビード72は、側面63より軸方向一方向側に形成されている。このため、内径側第2ビード72が、側面63(ポケット58の内側の面である)に突出しない。
また、外径側第2摺動部材56の軸方向一方向側の外径側第4ビード74(第3のビード)は、外径側第2摺動部材56の側面56bから軸方向一方向側に向けて盛り上がった状態で形成される。
第1実施形態では、外径側第2摺動部材56の軸方向一方向側で径方向に露出する第2環状体52の外周面52bの軸方向の寸法δ56(δ56=t52-t56)が、軸方向で外径側第4ビード74の盛上り量より大きく設定されている。このため、溶接終了後においても、外径側第4ビード74より軸方向他方向側で、第2環状体52の外周面52bの一部が径方向に露出しており、外径側第4ビード74は、側面64より軸方向他方向側に形成されている。このため、外径側第4ビード74が、側面64(ポケット58の内側の面である)に突出しない。
また、内径側第2摺動部材57の軸方向一方向側の内径側第4ビード76(第3のビード)は、内径側第2摺動部材57の側面57bから軸方向一方向側に向けて盛り上がった状態で形成される。第1実施形態では、内径側第2摺動部材57の軸方向一方向側で径方向に露出する第2環状体52の内周面52aの軸方向の寸法δ57(δ57=t52-t57)が、軸方向で内径側第4ビード76の盛上り量より大きく設定されている。このため、溶接終了後においても、内径側第4ビード76より軸方向一方向側で、第2環状体52の内周面52aの一部が径方向に露出しており、内径側第4ビード76は、側面64より軸方向他方向側に形成されている。このため、内径側第4ビード76が、側面64(ポケット58の内側の面である)に突出しない。
また、凹部62の底面62bの周方向の幅W2は、外径側第3ビード73と内径側第3ビード75とが形成されている範囲L2と同一か若しくはこれよりやや広い。外径側第3ビード73と内径側第3ビード75との盛り上がり部は研削により除去されている。このため、外径側第3ビード73と内径側第3ビード75とは、第2環状体52の側面61よりも軸方向一方側(軸方向に第1円筒ころ6に近い側)に窪んでいる。
凹部62の側面61からの深さt2は、0より大きく、かつ、外径側第3ビード73と内径側第3ビード75との溶け込み深さD2(図5(b)参照)より小さい値であればよい。更に好ましくは、深さt2は、外径側第2摺動部材56と第2環状体52及び内径側第2摺動部材57と第2環状体52を確実に接合するために、溶け込み深さD2の2分の1以下とするのがよい。
また、外径側第3ビード73と内径側第3ビード75とが、第2環状体52の軸方向他方側の側面61より、軸方向一方側に凹んだ位置に形成される。同時に、外径側第3ビード73が残存しているので、外径側第2摺動部材56と第2環状体52とが確実に接合された状態にすることができる。また、内径側第3ビード75が残存しているので、内径側第2摺動部材57と第2環状体52とが確実に接合された状態にすることができる。
第1環状体51の外径側第1ビード69と内径側第1ビード71とが底面60bと同じ平面になるよう研削されているため、外径側第1ビード69と第1径方向延在面25と、及び、内径側第1ビード71と第1径方向延在面25とは接触しない。また、第2環状体52の外径側第3ビード73と内径側第3ビード75とが底面62bと同じ平面になるよう研削されているため、外径側第3ビード73と第3側面32と、及び、内径側第3ビード75と第3側面32とは接触しない。
また、第1環状体51にある各凹部60、第2環状体52にある各凹部62は、グリースなどの潤滑剤を保持するので、第1保持器9と第1径方向延在面25、第3側面32との潤滑状態を良好にすることができる。
また、内径側第1摺動部材55の軸方向他方向側では、第1環状体51と内径側第1摺動部材55を接合する内径側第2ビード72が、第1環状体51の軸方向他方側の側面63から軸方向一方向側に離れて形成されており、ポケット58の内側に突出しない。このため、内径側第2ビード72が、円筒ころ21と接触しない。これにより、第1保持器9が回転するときに、内径側第2ビード72が摩耗したり、脱落したりする不具合を確実に防止できる。
また、第2環状体52と内径側第2摺動部材57を、軸方向他方向側で接合する内径側第4ビード76は、第2環状体52の軸方向一方向側の側面64から軸方向他方向側に離れて形成されている。このため、内径側第4ビード76は、ポケット58の内側に突出しない。このため、内径側第4ビード76が、円筒ころ21と接触しない。これにより、第1保持器9が回転するときに、内径側第4ビード76が摩耗したり、脱落したりする不具合を確実に防止できる。
また、第1保持器9が回転するときには、鋼製の外輪5の外側軌道面18と銅合金製の外径側第1摺動部材54や銅合金製の外径側第2摺動部材56とが、又は、鋼製の内輪4の内側軌道面15と銅合金製の内径側第1摺動部材55又は銅合金製の内径側第2摺動部材57とが、すべり接触をするので、すべり面で凝着等の不具合が生じにくい。
このとき、凹部160は、軸方向の深さt3が、外径側第1ビード169と内径側第1ビード171の盛上り高さh1より深く形成されており(t3>h1)、外径側第1ビード169と内径側第1ビード171は、第1環状体151の最も軸方向一方側にある側面159より、軸方向他方側に凹んだ状態で形成されている。
外径側第1摺動部材154及び内径側第1摺動部材155の軸方向他方側では、外径側第2ビード170及び内径側第2ビード172が形成されている。外径側第2ビード170及び内径側第2ビード172は、第1環状体151の軸方向他方側の側面163から軸方向一方向側に離れて形成されており、ポケット158の内側に突出しない。
このとき、凹部162は、軸方向の深さt4が、外径側第3ビード173と内径側第3ビード175の盛上り高さh2より深く形成されており(t4>h2)、外径側第3ビード173と内径側第3ビード175は、第2環状体152の最も軸方向他方側にある側面161より、軸方向一方側に凹んだ状態で形成されている。
外径側第2摺動部材156及び内径側第2摺動部材157の軸方向一方側では、外径側第4ビード174及び内径側第4ビード176が形成されている。外径側第4ビード174及び内径側第4ビード176は、第2環状体152の軸方向他方側の側面164から軸方向他方向側に離れて形成されており、ポケット158の内側に突出しない。
また、上記に例示した実施形態では、外径側第1摺動部材54が第1環状体51の外周に、外径側第2摺動部材56が第2環状体52の外周に、それぞれ取り付けられている。また、内径側第1摺動部材55が第1環状体51の内周に、内径側第2摺動部材57が第2環状体52の内周に、それぞれ取り付けられている。しかしながら、第1保持器9が一体の環状で、中心軸mの周りで回転するときは、外径側第1摺動部材54及び外径側第2摺動部材56が、それぞれ外輪5の外側軌道面18と摺動するか、内径側第1摺動部材55及び内径側第2摺動部材57が、それぞれ内輪4の内側軌道面15と摺動するか、何れか一方で案内される場合もあるため、外径側第1摺動部材54が第1環状体51の外周に、及び/又は、外径側第2摺動部材56が第2環状体52の外周に取り付けられる一方、第1環状体51の内周に摺動部材を取り付けず、第2環状体52の内周に摺動部材を取り付けなくてもよい。
あるいは、内径側第1摺動部材55が第1環状体51の内周に、及び/又は、内径側第2摺動部材57が第2環状体52の内周に取り付けられる一方、第1環状体51の外周に摺動部材を取り付けず、第2環状体52の外周に摺動部材を取り付けなくてもよい。
また、上記に例示した実施形態では、外径側第1摺動部材54が第1環状体51の外周に、外径側第2摺動部材56が第2環状体52の外周に、それぞれ取り付けられている。また、内径側第1摺動部材55が第1環状体51の内周に、内径側第2摺動部材57が第2環状体52の内周に、それぞれ取り付けられている。しかしながら、第1環状体51の外周に外径側第1摺動部材54を取り付けるともに、第1環状体51の内周に内径側第1摺動部材55を取り付けて、第2環状体52に摺動部材をとりつけなくてもよい。あるいは、第2環状体52の外周に外径側第2摺動部材56を取り付けるともに、第2環状体52の内周に内径側第2摺動部材57を取り付けて、第1環状体51に摺動部材をとりつけなくてもよい。
さらには、第1環状体51の外周に外径側第1摺動部材54を取り付けるともに、第2環状体52の内周に内径側第2摺動部材57を取り付けて、その他の位置に摺動部材をとりつけなくてもよい。あるいは、第2環状体52の外周に外径側第2摺動部材56を取り付けるともに、第1環状体51の内周に内径側第1摺動部材55を取り付けて、その他の位置に摺動部材をとりつけなくてもよい。これらの第1実施形態の変更例は、第2実施形態の保持器109においても同様に適用できる。
Claims (3)
- 外周に内側軌道面を備えた第1軌道輪と、
前記第1軌道輪の径方向外側に配置され、内周に外側軌道面を備えた第2軌道輪と、
前記内側軌道面と外側軌道面の間に転動自在に設けられた複数の転動体と、
前記転動体を保持する保持器と、を備えた転がり軸受装置であって、
前記保持器は、
前記第1又は第2軌道輪の中心軸の方向を軸方向として、
前記転動体に沿って前記転動体の軸方向一方向側に配置された第1環状体と、
前記第1環状体の軸方向他方向側の側面から、互いに周方向に隣接する前記転動体の間を通って軸方向他方向側に延在する複数の柱を有し、
前記第1環状体の外周に、周方向に断続的に第1の摺動部材が溶接接合されるとともに、前記第1環状体の内周に、周方向に断続的に第2の摺動部材が溶接接合され、
前記第1の摺動部材の少なくとも軸方向他方向側に、前記第1環状体と前記第1の摺動部材とを接合する第1のビードが形成されており、
前記第1のビードは、前記第1環状体の軸方向他方向側の側面より軸方向一方向側に形成されており、
前記第2の摺動部材の少なくとも軸方向他方向側に、前記第1環状体と前記第2の摺動部材とを接合する第2のビードが形成されており、
前記第2のビードは、前記第1環状体の軸方向他方向側の側面より軸方向一方向側に形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。 - 前記保持器は、前記転動体に沿って前記転動体の軸方向他方向側に配置された第2環状体を更に有し、複数の前記柱は、前記第2環状体の軸方向一方向側の側面とつながることを特徴とする請求項1に記載する転がり軸受装置。
- 前記第2環状体の外周及び内周の少なくともいずれか一方に、周方向に断続的に第3の摺動部材が溶接接合され、少なくとも前記第3の摺動部材の軸方向一方向側に、前記第2環状体と前記第3の摺動部材とを接合する第3のビードが形成されており、
前記第3のビードは、前記第2環状体の軸方向一方向側の側面より軸方向他方向側に形成されていることを特徴とする請求項2に記載する転がり軸受装置。
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JP2016128720A (ja) | 2010-08-18 | 2016-07-14 | 日本精工株式会社 | 転がり軸受及び工作機械用主軸装置 |
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