(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に軌道面を形成した外輪と、前記外輪の軌道面に対向して外周に軌道面を形成した内輪と、前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に配置さ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において、
前記保持器が周方向に分割された複数の保持器セグメントで構成され、各保持器セグメントに複数の転動体が収容されたものであって、前記保持器セグメントから分離独立した別体で形成され、前記保持器セグメントに対して移動可能な少なくとも１つのセパレータを設け、該セパレータを前記転動体間に介在させたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記保持器セグメントを樹脂の射出成形により形成したことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記保持器セグメントを軌道輪で案内されるように構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記保持器セグメントを内輪で案内されるように構成し、内輪で案内される保持器セグメントの内周部位に、複数の凹部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記セパレータの側面を、転動体の一部を収容する形状としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記セパレータが転動体で案内され、前記セパレータが転動体のピッチ円上に位置する状態で、セパレータと外輪軌道面および内輪軌道面との隙間を、セパレータが前記軌道面側へ径方向で移動可能な最大距離より大きくしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記セパレータが内輪の軌道面で案内されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
前記セパレータの外径側端と内径側端の少なくとも一方に凹部を設け、この凹部を介して円周方向に連通させたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項９】
前記セパレータの側面に、転動体との間に隙間を形成するための凹部を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１０】
前記セパレータを樹脂で形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１１】
前記セパレータを焼結金属で形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１２】
前記転がり軸受を円筒ころ軸受としたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の転がり軸受に使用されるセパレータを介在させた保持器セグメントからなる保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば風力発電装置の主軸受等に使用される大形の転がり軸受に適用される転がり軸受および保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、風力発電装置の主軸受等に使用される大形の転がり軸受では、環状一体型の保持器の製作が困難であるため、周方向に配置される複数のセグメントに分割された保持器が用いられることがある(例えば特許文献１)。
【０００３】
この種の転がり軸受用保持器のセグメントを図７に示す。このセグメント３０では、１つの転動体３１を収納するポケット３２を形成するように、軸方向に延在する柱部３３が複数配設され、この柱部の両端が周方向に延在する連結部３４で連結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４１０５７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このセグメント３０の柱部３３には、運転中の軸受における転動体３１の離合集散に伴う引っ張り応力が作用し、柱部３３の根元(連結部３４との結合部位)に応力が集中するため、柱部３３を細くすることができない。その結果、軸受に収容可能な転動体３１の本数を増やすことができず、このことが、軸受の負荷容量の向上や寿命の向上の妨げとなっている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、分割型保持器を適用した転がり軸受における負荷容量と寿命を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記の課題を解決するため種々検討した結果、保持器セグメントから分離独立した別体のセパレータ構造とすることにより、セパレータに引張応力が作用しない新規な着想に至った。
【０００８】
前記課題を解決するための技術的手段として、本発明は、内周に軌道面を形成した外輪と、前記外輪の軌道面に対向して外周に軌道面を形成した内輪と、前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に配置さ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において、前記保持器が周方向に分割された複数の保持器セグメントで構成され、各保持器セグメントに複数の転動体が収容されたものであって、前記保持器セグメントから分離独立した別体で形成され、前記保持器セグメントに対して移動可能な少なくとも１つのセパレータを設け、該セパレータを前記転動体間に介在させたことを特徴とするものである。
【０００９】
本構成では、従来の柱部の代わりとなるセパレータに、転動体の引張応力が作用しないため、その円周方向肉厚を薄くすることができる。その結果、本構成の保持器を適用した転がり軸受に収容可能な転動体の本数が増加し、この軸受の負荷容量と寿命の向上が可能となる。
【００１０】
また、保持器セグメントの体積が柱部の分減少する他、保持器セグメントの形状もはしご状から枠状へと単純化される。そのため、保持器セグメントを樹脂の射出成形により形成する本構成では、射出成形性が向上し、より大きな保持器セグメントの成形が可能となる。その結果、1つの保持器セグメントが収納可能な転動体の本数が増加すると共に、本構成の保持器を適用する転がり軸受も大型化が可能となる。
【００１１】
保持器セグメントに別体のセパレータを介在させた構造であるので、各保持器セグメントの円周方向長さを管理することで、円周方向隙間を調整することができるため、転動体とセパレータのみの場合に比べて円周方向隙間を容易に調整することができる。
【００１２】
保持器セグメントを樹脂の射出成形により形成してもよい。これにより、保持器セグメントの量産性に優れた保持器セグメントにすることができる。
【００１３】
保持器セグメントを軌道輪で案内されるように構成してもよい。さらに保持器セグメントを内輪で案内されるように構成し、内輪で案内される保持器セグメントの内周部位に複数の凹部を設けてもよい。これにより、運転時の保持器セグメントの挙動を安定させることができ、保持器セグメントの内周と内輪の外径面との間、および軸受内部への潤滑剤の出入りを容易にすることができる。
【００１４】
セパレータの側面を、転動体の一部を収容可能な形状としてもよい。また、セパレータが内輪の軌道面で案内されてもよい。これにより、転がり軸受の運転時におけるセパレータの挙動を安定させることができる。
【００１５】
前記セパレータが転動体で案内され、前記セパレータが転動体のピッチ円上に位置する状態で、セパレータと外輪軌道面および内輪軌道面との隙間を、セパレータが前記軌道面側へ径方向で移動可能な最大距離より大きくしてもよい。このような寸法関係になっていれば、セパレータは転動体により半径方向に案内され、外輪の軌道面や内輪の軌道面には接触しない。これにより、より一層円滑な回転が可能となる。また、セパレータが軌道面と接触しないので、セパレータおよび軌道面への有害な傷の発生を抑制することができる。
【００１６】
セパレータの外径側端と内径側端の少なくとも一方に凹部を設け、この凹部を介して円周方向に連通させてもよい。また、セパレータの側面の案内面に凹部を設けてもよい。これにより、潤滑剤の保持や貫流性能が良好で、セパレータと転動体の接触面や転動体と軌道面の接触部に潤滑剤が供給されやすくなる。
【００１７】
セパレータを樹脂で形成してもよい。セパレータを、量産性と自己潤滑性に優れたものとすることができる。セパレータを焼結金属で形成してもよい。これにより、セパレータを量産性に優れたものとすることができる。また、焼結金属はその気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、セパレータを潤滑性に優れたものとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、分割型保持器を適用した転がり軸受における負荷容量と寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る転がり軸受の側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る保持器セグメントの斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る転がり軸受の断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る保持器セグメントの斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る転がり軸受の断面図である。
【図６】本発明に係る保持器セグメントの他例の斜視図である。
【図７】従来の保持器セグメントの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。
【００２１】
図１に、本発明の第１実施形態に係る転がり軸受を示す。この実施形態は、Ｎ形の単列の円筒ころ軸受Ｎ２９／７１０（φ７１０×φ９５０×１４０）に本発明を適用したもので、この円筒ころ軸受は、例えば、風力発電装置の主軸の支持用として使用されるものである。後述する別の実施形態でも同じである。
【００２２】
この円筒ころ軸受１は、軌道輪としての外輪２と、軌道輪としての内輪３と、転動体としての複数の円筒ころ４と、保持器５を主要な構成とする。外輪２は、内周面に軌道面２ａを有し、つば部を有しない。内輪３は、外周面に軌道面３ａを有し、軌道面３ａの軸方向両端につば部３ｂを有する。ころ４は、外輪２の軌道面２ａと内輪３の軌道面３ａとの間に転動自在に介在する。
【００２３】
保持器５は、周方向に配置される複数の保持器セグメント６に分割されており、本実施形態では、保持器セグメント６の数は６個である。各保持器セグメント６には、６個のころ４が収容され、各ころ４間に介在された５個のセパレータ７により、ころ４は相互に周方向に離隔される。本実施形態では、保持器セグメント６は、内輪３のつば部３ｂの外径面で案内される。つば部３ｂで案内される保持器セグメント６の内周面には複数の凹部６ｅが設けられ、潤滑剤の出入りを容易にする。
【００２４】
図２は一つの保持器セグメント６の部分を拡大した斜視図である。図示のように、保持器セグメント６は、周方向両端の柱部６ａと、これらの柱部６ａの軸方向両端を連結する２つの連結部６ｂから構成される。保持器セグメント６の連結部６ｂは、外輪２と内輪３との間に配置され、外輪２の軌道面２ａと内輪３のつば部３ｂ外周面に沿って、円弧状に湾曲している。保持器セグメント６の柱部６ａと連結部６ｂとにより形成された空間６ｃに６個のころ４と５個のセパレータ７が収容されている。空間６ｃ内で、隣り合うころ４、４の間にセパレータ７が介在されている。セパレータ７は保持器セグメント６とは別体で形成されている。なお、図２では、理解しやすいように、セパレータ７の１つを空間６ｃから取り出した状態として図示している。保持器セグメント６の連結部６ｂの内周面６ｄには凹部６ｅが複数形成され、保持器セグメント６の連結部６ｂの内周面６ｄと内輪３のつば部３ｂ外径面との間、および内部への潤滑剤の出入りが容易になっている。隣り合う保持器セグメント６の柱部６ａの円周方向の端面６ｆは間隔をもって配置されるが（図１参照）、隣り合う保持器セグメント６、６が接近したときに当接する面となる。
【００２５】
図２において空間６ｃから取り出したセパレータ７に基づいて詳細に説明する。セパレータ７は、その側面に、ころ４を案内する平面状の案内面８とその内径側および外径側に突出しころ４の脱落を防止する傾斜面９、１０が形成されている。このように、セパレータ７の側面は、ころ４の一部が収容される形状になっており、運転時のセパレータ７の挙動を安定させることができる。セパレータ７は、外輪２の軌道面２ａに対向する端面１１、１１および内輪３の軌道面３ａに対向する端面１２、１２を有する。セパレータ７の端面１１、１１間に凹部１３が形成され、端面１２、１２間に凹部１４が形成されている。この凹部１３、１４により潤滑剤の保持や貫流についての特性が向上する。
【００２６】
図３は、本実施形態の円筒ころ軸受の組立状態を示す部分的な横断面図である。この図では、ころ４の断面はハッチングを省略している。セパレータ７の側面は、ころ４を案内する平面状の案内面８とその内径側および外径側に突出しころ４の脱落を防止する傾斜面９、１０が形成されており、ころ４の一部が収容される形状になっている。セパレータ７は、保持器セグメント６とは別体構造になっているので、セパレータ７には引張応力が作用しないため、案内面８の円周方向の肉厚Ｂは薄くすることができる。その結果、ころ軸受１に収容可能なころ４の本数が増加し、高負荷容量化が可能となる。セパレータ７の側面が平面状の案内面８と傾斜面９、１０から形成されているので、ころ４との間に潤滑油が流入しやすい。セパレータ７は、内輪３の軌道面３ａで案内される。したがって、セパレータ７が半径方向内側に移動して、セパレータ７の内径側端面１２が内輪３の軌道面３ａに接触したときにも、セパレータ７の傾斜面１０ところ４の転動面との間には隙間が残っている。セパレータ７には凹部１３、１４が設けられているので、潤滑剤の保持や貫流性能が良好で、セパレータ７ところ４の接触面やころ４と軌道面２ａ、３ａの接触部に潤滑剤が供給されやすくなる。
【００２７】
次に、本実施形態の円筒ころ軸受１の組立の手順を説明する。軌道面３ａの両端につば部３ｂを有する内輪３に保持器セグメント６を配置し、保持器セグメント６の空間６ｃに、ころ４、セパレータ７、ころ４、セパレータ７と交互に並べていく。図２は保持器セグメント６の空間６ｃから一つのセパレータ７を取り出して示したが、この状態は、保持器セグメント６の空間６ｃにころ４とセパレータ７を並べた後、最後に組み立てるセパレータ７の状態と同じである。図２の状態で、ころ４とセパレータ７を保持器セグメント６の円周方向両端の柱部６ａ側に寄せた後、最後の１つのセパレータ７をころ４、４間に挿入する。このとき、セパレータ７の円周方向の幅Ａが、ころ４、４間に生じる隙間の累積量よりも、若干大きく設定されており、セパレータ７の弾性変形によって、円周方向の幅Ａを乗り越えて挿入される。このような構成により、保持器セグメント６からころ４やセパレータ７が脱落することを防止することができる。上記の手順を繰り返して、内輪３の軌道面３ａの周りの全ての保持器セグメント５に、ころ４とセパレータ７を組み立てる。その後、外輪２の軌道面２ａを、軸方向からころ４上に嵌合させて、軸受の組立が終了する。図３では、セパレータ７の案内面８のところの円周方向の肉厚Ｂと円周方向の幅Ａの差を実際より大きく表し、一方、案内面８ところ４との隙間は小さく表しているが、保持器セグメント６内でころ４とセパレータ７が配置されている状態を分かりやすくするために誇張して示している。
【００２８】
セパレータ７の材質は、例えば樹脂、焼結金属、金属（合金を含む、以下同様）等である。樹脂は成形が容易で、セパレータ７の製作に好適である。また、樹脂は、一般的に優れた自己潤滑性を有し、セパレータ７を、ころ４や外輪２や内輪３に対して円滑に摺動させることが可能である。樹脂の種類は特に限定しないが、ポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンに代表されるエンジニアリングプラスティックは、機械的強度、耐熱性および耐油性に優れており、長期にわたり安定した機能を発揮する。この場合、セパレータ７の製作方法は射出成形によるものとし、グラスファイバーやカーボンファイバーなどの充填材を配合してもよい。
【００２９】
焼結金属は、上述の樹脂と同様、成形が容易なためセパレータ７の製作に好適である。また、焼結金属は、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、セパレータ７を、ころ４や外輪２や内輪３に対して円滑に摺動させることが可能である。さらに、焼結金属は、線膨張係数が樹脂に比べて小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。焼結金属製のセパレータ７の製作方法は、固相焼結であっても液相焼結であってもよい。固相焼結は、気孔内に効果的に潤滑材を含浸させることができる。液相焼結は、固相焼結に見られる気孔を融点の低い金属で埋めることができ、セパレータ７の強度を向上させることができる。例を挙げるならば、焼結母材を銅とし、封孔金属をアルミニウムとする。
【００３０】
セパレータ７を金属で製作する場合には、金属の種類は特に限定されないが、黄銅が好ましい。製作方法は、鋳造、切削、鍛造、プレス等、特に限定されないが、製造コスト面ではロストワックス等に代表される鋳造や鍛造が好ましく、特に高精度で製作する場合は切削による追加工や削り出しが好ましい。
【００３１】
保持器セグメント６は、樹脂の射出成形により形成することが好ましいが、これに限定されることはない。例えば、セパレータ７の材質や製作方法と同様のものであってもよい。
【００３２】
以上の構成により、本実施形態では、以下の効果が得られる。すなわち、セパレータ７に、ころ４の引張応力が作用しないため、その円周方向肉厚を薄くすることができる。その結果、軸受に収容可能なころ３の本数が増加し、軸受の負荷容量と寿命の向上が可能となる。具体的には、軸受内のころ３の数は、図７で説明した従来の分割型保持器を使用した場合の３０本から３６本に増加し、軸受の定格荷重は、動定格荷重が１５％、静定格荷重が２０％向上する。
【００３３】
以下に、別の実施形態を説明するが、第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３４】
図４に、本発明の第２実施形態に係る保持器の要部を示す。なお、図４では、理解しやすいように、セパレータ７の１つを保持器セグメント６の空間６ｃから取り出した状態として図示している。この実施形態は、セパレータ７がころ４により半径方向に案内される形式であり、セパレータ７の形状が第１実施形態とは異なる。
【００３５】
図４に示すように、セパレータ７は、その側面にころ４と当接する案内面８を有し、案内面８はころ４の転動面に略沿った円弧状に形成され、図５（ｂ）に示すように、案内面８の円弧の曲率半径は、ころ４の半径より若干大きく設定されている。この構成では、隣り合うころ４、４でセパレータ７を挟んで拘束し、セパレータ７が軌道面２ａ、３ａと接触しないので、セパレータ７および軌道面２ａ、３ａへの有害な傷の発生を抑制することができる。また、ころ４と案内面８との間に潤滑油が入りやすくなる。案内面８にはころ４の軸方向に離間した溝部７ｂ２（凹部）が形成されている。案内面８の外径側には切欠き部７ｂ１が設けられ、一方、案内面８の内径側には切欠き部７ｂ３が設けられている。切欠き部７ｂ１と７ｂ３との間を溝部７ｂ２により接続されているので、潤滑油の半径方向の通路を形成し、案内面８ところ４との接触部に潤滑剤が一層供給されやすくなる。さらに、セパレータ７の内径側端に凹部７ａ１、７ａ２、７ａ３が設けられ、外径側端には凹部７ａ４、７ａ５が設けられている。これらの凹部７ａ１、７ａ２、７ａ３、７ａ４、７ａ５により、潤滑剤の保持や貫流性能が良好で、セパレータ７ところ４の接触面やころ４と軌道面２ａ、３ａの接触部に潤滑剤が供給されやすくなる。
【００３６】
図５は、本実施形態の円筒ころ軸受の組立状態を示す部分的な横断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の二点鎖線で囲った部分を拡大した図である。図５（ｂ）に示すように、セパレータ７は、その側面にころ４と当接する案内面８を有し、案内面８はころ４の転動面に略沿った円弧状に形成され、案内面８の円弧の曲率半径は、ころ４の半径より若干大きく設定されている。図５は、セパレータ７がころ４のピッチ円上に位置する状態で図示している。また、図５の状態は、図５（ａ）において二点差線で囲まれたセパレータ７（図５（ｂ）で拡大されたセパレータ７）以外のセパレータ７ところ４とが、相互に当接した状態で、保持器セグメント６における両端の柱部６ａの側に寄せられた状態である。すなわち、セパレータ７とその両側のころ４とが最も離れた状態である。この状態で、ころ４のピッチ円の外径側と内径側のそれぞれで、セパレータ７と軌道面２ａ、３ａとの隙間は、セパレータ７が軌道面２ａ、３ａの側へ径方向で移動可能な最大距離より大きく設定されている。
【００３７】
図５（ｂ）に基づいて詳述する。セパレータ７がころ４のピッチ円上に位置する状態で、セパレータ７の半径方向外径側の端面１１と軌道面２ａとの隙間をｇ１、セパレータ７が軌道面２ａの側へ径方向で移動可能な最大距離をｄ１とした場合、ｇ１＞ｄ１の関係を満たす。一方、セパレータ７の半径方向内径側の端面１２と軌道面３ａとの隙間をｇ２、セパレータ７が軌道面３ａの側へ径方向で移動可能な最大距離をｄ２とした場合、ｇ２＞ｄ２の関係を満たす。このような寸法関係になっているので、セパレータ７はころ４により半径方向に案内され、外輪２の軌道面２ａや内輪３の軌道面３ａには接触しない。これにより、本実施形態の円筒ころ軸受は、より一層円滑な回転が可能となる。
【００３８】
本実施形態の円筒ころ軸受１の組立の手順は、前述した第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、図５（ａ）、（ｂ）では、第１の実施形態と同様、セパレータ７の案内面８の部位の円周方向肉厚Ｂと円周方向の幅Ａの差を大きく表し、一方、案内面８ところ４との隙間は小さく表しているが、保持器セグメント５内でころ４とセパレータ７が配置されている状態を分かりやすくするために誇張して示している。しかしながら、前述した寸法関係になっているので、セパレータ７はころ４により半径方向に案内され、外輪２の軌道面２ａや内輪３の軌道面３ａには接触しないように設定される。
【００３９】
上記実施形態では、セパレータ７は複雑な形状であるが、本発明はこれに限定されることなく、セパレータ７が保持器セグメント６から分離されていればよい。例えば図６に示すように単純な平板状であってもよい。
【００４０】
上記実施形態では、円筒ころ軸受を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、転がり軸受であれば適用可能である。例えば、円錐ころ軸受等の他種のころ軸受や深溝玉軸受等の玉軸受等の他種の転がり軸受に適用してもよい。
【００４１】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内であれば、様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    円筒ころ軸受
２    外輪
２ａ  軌道面
３    内輪
３ａ  軌道面
４    円筒ころ（転動体）
５    保持器
６    保持器セグメント
６ｅ  凹部
７    セパレータ
７ａ  凹部
１３  凹部
１４    凹部
ｇ１，ｇ２  隙間
ｄ１，ｄ２  最大距離
【図１】
0005595832.tif 000002
【図２】
0005595832.tif 000003
【図３】
0005595832.tif 000004
【図４】
0005595832.tif 000005
【図５】
0005595832.tif 000006
【図６】
0005595832.tif 000007
【図７】
0005595832.tif 000008