(57)【要約】【課題】  単純な構造の給排油機構で、潤滑性能を維持しつつ、軸受の回転に伴う攪拌抵抗を小さく保つことにより、軸受の温度上昇を抑えた複列転がり軸受を提供する。【解決手段】  複列円錐ころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に複列に配置された円錐ころ１４と、円錐ころ１５の間隔を保持する保持器１５とを備え、軸受両端部には、軸受内部に潤滑油を供給する給油口１６が形成され、分割した外輪１３の間に位置する間座１７には、排油口１３ａが形成されている。【選択図】      図２
2006214545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に複列に配置された転動体とを備える複列転がり軸受であって、
前記転がり軸受の両端面には、潤滑油を供給する給油口が設けられ、
前記外輪には、隣接する前記転動体間に位置する領域に、半径方向に貫通する排油口が設けられていることを特徴とする、複列転がり軸受。
【請求項２】
前記外輪は、２つの外輪部材と間座とを含み、
前記排油口は、前記間座に設けられる、請求項１に記載の複列転がり軸受。
【請求項３】
前記複列転がり軸受は、前記転動体として円錐ころを有する複列円錐ころ軸受である、請求項１または２に記載の複列転がり軸受。
【請求項４】
前記複列転がり軸受は、左右の列の前記円錐ころの大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受である、請求項３に記載の複列転がり軸受。
【請求項５】
前記転動体は、左右の列で負荷容量が互いに異なる、請求項１〜４のいずれかに記載の複列転がり軸受。
【請求項６】
風力を受けるブレードと、
前記ブレードの回転を増速する増速機と、
前記増速機が備える回転軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備えた風力発電機用増速機の回転軸支持構造において、
前記複列転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に複列に配置された転動体とを備え、前記転がり軸受の両端面には、潤滑油を供給する給油口が設けられ、前記外輪には、隣接する前記転動体間に位置する領域に、半径方向に貫通する排油口が設けられていることを特徴とする、風力発電機用増速機の回転軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複列転がり軸受、特に、風力発電機用増速機の回転軸を支持する複列転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンで無尽蔵なエネルギを利用できる風力発電が注目されている。大型の風力発電設備では、風車を備えた発電機本体が地上から数十ｍの高さに設置されているので、風力発電機の回転軸を支持する軸受の保守には大変な労力と危険が伴う。そのため、風力発電機の回転軸を支持する軸受には、高い信頼性と耐久寿命が要求される。
【０００３】
軸受の信頼性および耐久寿命は、軸受の潤滑性能と深い関係がある。軸受内部への潤滑油の供給量が不足すると、回転不良による軸受の破損の危険性が高まる。一方で、潤滑油を過剰供給すると、軸受内部に潤滑油が滞留することにより攪拌抵抗が増大し、軸受の温度上昇の原因となる。その結果、軸受の許容温度を上回ると軸受の破損につながる。
【０００４】
そこで、軸受の潤滑性能を向上させることにより、長寿命化を図った軸受が、例えば、特開２００４−３３２９２８号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００５】
同公報によると、図１に示すような内輪２と、中央部に給油口３ａを有する外輪３と、玉４と、保持器５とを備えるアンギュラ玉軸受と、その周辺構造として潤滑剤の給排油機構を備える軸受装置１が記載されている。
【０００６】
給排油機構は、軸受の両端部に外輪３と微小隙間δ１，δ２を隔てて配設され、潤滑剤貯蔵空間６ａ，７ａを有する排出間座６，７と、円周上の複数個所に切り欠き部８ａを有する外輪間座８，９と、給油タンク（図示せず）と外輪３の給油口３ａとを接続する給油路１０ａおよび潤滑剤貯蔵空間１０ｂを有するハウジング１０とからなる。
【０００７】
潤滑剤は、給油路１０ａを通って給油口３ａから軸受内部に入り、軸受内部を潤滑する。排出間座６，７の表面６ｂ，７ｂに接触した潤滑剤は、遠心力等により、微小隙間δ１，δ２から軸受外部に排出され、潤滑剤貯蔵空間６ａ，７ａ，１０ｂに蓄えられる。
【特許文献１】特開２００４−３３２９２８号公報（段落番号００３３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記公報に記載された軸受装置１は、排出間座６，７の回転により強制的に潤滑剤を排出することで、軸受内部に潤滑剤が滞留するのを抑制する。その結果、軸受の温度上昇の原因となる攪拌抵抗を小さく維持することが可能となる。
【０００９】
しかし、上記したような給排油機構は周辺構造が複雑となるため、風力発電機用増速機に取り付けた場合、増速機自体を大型化せざるを得ない。一方、潤滑剤を軸受両端部より自然に排出する方法では、排出力が小さく、潤滑剤の滞留による攪拌抵抗の増大を抑えることができない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、単純な構造の給排油機構で、潤滑性能を維持しつつ、軸受の回転に伴う攪拌抵抗を小さく保つことにより、軸受の温度上昇を抑えた複列転がり軸受を提供することである。
【００１１】
さらに、この発明の他の目的は、上記のような複列転がり軸受を備えた風力発電機用増速機の回転軸支持構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る複列転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に複列に配置された転動体とを備え、その両端面には、潤滑油を供給する給油口が設けられ、外輪には、隣接する転動体間に位置する領域に、半径方向に貫通する排油口が設けられている。
【００１３】
上記構成とすることにより、潤滑油の排出がスムーズとなり、必要量以上の潤滑油が軸受内部に滞留することがなくなるので、軸受の回転に伴う攪拌抵抗を小さく保つことができ、軸受の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００１４】
また、軸受周辺部に複雑な給排油機構を設ける必要がなくなるので、軸受の周辺構造を単純化することができる。
【００１５】
また、外輪は、２つの外輪部材と間座とを含み、排油口は間座に設けてもよい。これにより、分割外輪を有する複列転がり軸受にも、この発明を適用することが可能となる。
【００１６】
複列転がり軸受は、例えば、転動体として円錐ころを有する複列円錐ころ軸受である。
【００１７】
また、複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受とするのが好ましい。
【００１８】
好ましくは、転動体は、左右の列で負荷容量が互いに異なる。これにより、風力発電機用増速機の回転軸支持等の左右の列に不均等な荷重がかかる環境に使用される場合に、負荷に応じた適切な支持を各列で行うことができる。
【００１９】
この発明に係る風力発電機用増速機の回転軸支持構造は、風力を受けるブレードと、ブレードの回転を増速する増速機と、増速機が備える回転軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備える。
【００２０】
複列転がり軸受に注目すると、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に複列に配置された転動体とを備え、その両端面には、潤滑油を供給する給油口が設けられ、外輪には、隣接する転動体間に位置する領域に、半径方向に貫通する排油口が設けられている。
【００２１】
上記構成とすることにより、潤滑油の排出がスムーズとなり、必要量以上の潤滑油が軸受内部に滞留することがなくなるので、軸受の回転に伴う攪拌抵抗を小さく保つことができ、軸受の温度上昇を抑えることが可能となる。その結果、信頼性が高く、長寿命の風力発電機用増速機の回転軸支持構造が得られる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明は、単純な構造の給排油機構で、軸受内部の潤滑油量を適正値に保つことができるので、潤滑性能を維持しつつ、軸受の回転に伴う攪拌抵抗を小さく保つことができ、軸受の温度上昇を抑えた複列転がり軸受を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明の一実施形態に係る複列転がり軸受は、例えば、図２に示すように２つの内輪部材の大径側端部を突き合わせた内輪１２と、間座１７を挟んで２つの外輪部材を突き合わせた外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に複列に配置された円錐ころ１４と、円錐ころ１４の間隔を保持する保持器１５とを備える複列円錐ころ軸受１１である。
【００２４】
また、複列円錐ころ軸受１１は、左右の列の円錐ころ１４の小径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受である。
【００２５】
間座１７には、径方向に貫通する排油口１３ａが形成され、軸受両端部には、軸受内部に潤滑油を供給する給油口１６が形成される。図２に示す複列円錐ころ軸受１１では、内輪１２および外輪１３の間に給油口１６を設けている。
【００２６】
複列円錐ころ軸受１１の潤滑は、例えば、循環給油で行われる。具体的には、給油タンク（図示せず）の潤滑油を軸受両端に設けられた給油口１６から軸受内部に供給し、排油口１３ａから排出する。排出された潤滑油はろ過および冷却され、再び給油タンクに戻される。なお、図中の太線矢印は、潤滑油の流れる方向を示すものとする。
【００２７】
上記構成とすることにより、潤滑油の排出がスムーズとなり、必要量以上の潤滑油が軸受内部に滞留することがなくなるので、複列円錐ころ軸受１１の回転に伴う攪拌抵抗を小さく保つことができ、複列円錐ころ軸受１１の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００２８】
また、軸受の両側から潤滑油を供給することにより、軸受の左右の列を適正に潤滑および冷却することができるので、潤滑性能を高め、かつ、温度上昇を抑えることが可能となる。
【００２９】
さらに、軸受周辺部に複雑な給排油機構を設ける必要がなくなるので、複列円錐ころ軸受１１の周辺構造を単純化することができる。
【００３０】
なお、図２に示した複列円錐ころ軸受１１においては、内輪１２を一体として形成することとしてもよい。
【００３１】
また、図２に示した実施形態では、複列円錐ころ軸受１１は、左右の列の円錐ころ１４の大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受である例を示したが、これに限ることなく、軸受の左右の列の円錐ころ１４の小径側端部を向かい合わせた背面組み合わせ軸受としてもよい。これにより、軸受の回転中心線と、左右の列の円錐ころ１４と内外輪１２，１３の接触線との交点の距離（以下「作用点間距離」という）が長くなるので、ラジアル剛性が向上する。
【００３２】
この場合、間座１７に径方向に貫通する給油口１３ａを設け、軸受両端部に排油口１６を設けることにより、上記と同様の効果が望める。また、外輪１３を一体として形成する場合には、外輪１３の隣接する円錐ころ１４の間に位置する領域に給油口１３ａを設けることとしてもよい。
【００３３】
さらには、図２に示した実施形態では、左右の列の円錐ころを同じ大きさとしたが、これに限ることなく、左右の列の円錐ころのころ長さを互いに異ならせることとしてもよいし、左右の列の円錐ころのころ径を互いに異ならせることとしてもよい。
【００３４】
これにより、ころ長さおよび／またはころ径を大きくした列の負荷容量が大きくなるので、風力発電機用増速機の回転軸支持等の左右の列に不均等な荷重がかかる環境に使用される場合に、負荷に応じた適切な支持を各列で行うことができる。
【００３５】
次に、図３を参照して、この発明に係る風力発電機用増速機の回転軸支持構造について説明する。
【００３６】
風力発電機用増速機５０は、風力を受けるブレードとともに回転する入力軸５１と、中間軸５２と、入力軸５１の回転を増速して中間軸５２に伝達する遊星歯車機構５５とからなる第１増速装置と、中間軸５２，５３と、発電機に接続された出力軸５４と、中間軸５２，５３および出力軸５４をはすば歯車５６〜５９によって連結する平行軸歯車機構の第２増速装置とを備える。
【００３７】
遊星歯車機構５５は、中間軸５２に接続された太陽歯車６０と、ハウジングに固定された内歯歯車６１と、軸受６３を介して入力軸５１に接続され、太陽歯車６０および内歯歯車６１に噛み合う遊星歯車６２とからなる。太陽歯車６０、内歯歯車６１および遊星歯車６２には、はすば歯車が用いられている。
【００３８】
中間軸５２，５３および出力軸５４は、それぞれハウジングに固定された複列転がり軸受６４〜６９により支持されている。
【００３９】
第１増速装置は、遊星歯車６２が入力軸５１の回転に伴って太陽歯車６０の周りを公転する際に、内歯歯車６１と噛み合うことにより自転する。太陽歯車６０は、自転する遊星歯車６２と噛み合うことにより、入力軸５１の回転を中間軸５２に伝達する。このとき、太陽歯車６０と内歯歯車６１の歯数の差が大きい程、入力軸５１の回転が増速されて中間軸５２に伝達される。
【００４０】
第２増速装置は、中間軸５２の回転をはすば歯車５６〜５９により、中間軸５３を介して出力軸５４に伝達する。このとき、はすば歯車５６とはすば歯車５７、および、はすば歯車５８とはすば歯車５９の歯数の差が大きい程、中間軸５２の回転が増速されて出力軸５４に伝達される。
【００４１】
上記の実施形態において、回転軸としての入力軸５１、中間軸５２，５３および出力軸５４を支持する軸受として、図２に示すような本発明の一実施形態に係る複列転がり軸受が用いられる。
【００４２】
上記構成とすることにより、潤滑油の排出がスムーズとなり、必要量以上の潤滑油が軸受内部に滞留することがなくなるので、軸受の回転に伴う攪拌抵抗を小さく保つことができ、軸受の温度上昇を抑えることが可能となる。その結果、信頼性が高く、長寿命の風力発電機の回転軸支持構造が得られる。
【００４３】
また、風力発電機用増速機５０で使用される各種歯車について、その一部または全部に平歯車を用いてもよいが、はすば歯車を用いることにより、伝動が極めて円滑で、振動音が少なく、大きな力を伝えることが可能な増速機を得ることができる。
【００４４】
はすば歯車を用いる場合、入力軸５１、中間軸５２，５３、出力軸５４は、それぞれ、はすば歯車の噛み合いによりアキシアル方向荷重を受けることになる。
【００４５】
例えば、出力軸５４については、出力軸５４が複列転がり軸受６９側から見て時計回りに回転する場合、出力軸５４は、はすば歯車５９から図の右方向に向かうアキシアル荷重を受けることになる。
【００４６】
そこで、複列転がり軸受６８のはすば歯車５９に近いほうの列と、複列転がり軸受６９のはすば歯車５９から遠いほうの列との負荷容量を高くすることにより、各列の負荷状況に応じた適切な支持が行えるので、信頼性が高く、長寿命の風力発電機用増速機が得られる。
【００４７】
次に、本発明の効果を確認するために、図４に示すような構成の複列円錐ころ軸受２１，３１，４１について、ラジアル荷重およびアキシアル荷重を負荷した状態で回転させた場合の、軸受の温度変化を確認する試験を行った。
【００４８】
なお、複列円錐ころ軸受２１，３１，４１は、潤滑油の給油口および排油口の位置がそれぞれ異なる。図４（ａ）に示す複列円錐ころ軸受２１は、軸受の一方端面に給油口２２を備え、他方端面に排油口２３を備える。図４（ｂ）に示す複列円錐ころ軸受３１は、分割外輪の間に位置する間座に径方向に貫通する給油口３２を備え、軸受両端面に排油口３３を備える。図４（ｃ）に示す複列円錐ころ軸受４１は、軸受両端面に給油口４２を備え、分割外輪の間に位置する間座に径方向に貫通する排油口４３を備える。また、各図中の太線矢印は、潤滑油の流れる方向を示すものとする。
【００４９】
また、試験条件は以下の通りである。
【００５０】
回転速度      ：１０００ｒｐｍ〜２４００ｒｐｍ（すきま０．４５ｍｍ）
ラジアル荷重  ：２ｋＮ
アキシアル荷重：２ｋＮ
油量          ：３Ｌ／ｍｉｎ
油種          ：タービン５６
上記の試験条件により、図５に示すような結果を得た。図５によると、図４（ｂ）に示す複列円錐ころ軸受３１の温度上昇幅が最も大きく、それに対して、図４（ｃ）に示す複列円錐ころ軸受４１の温度上昇幅が最も小さい。
【００５１】
以上の結果から、軸受両端面に給油口を備え、かつ、分割外輪の間に位置する間座に径方向に貫通する排油口を備える複列円錐ころ軸受は、軸受内部の潤滑油量を適正値に保つことができるので、潤滑性能を維持しつつ、軸受の回転に伴う攪拌抵抗を小さく保つことができることを確認した。
【００５２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
この発明は、風力発電機用増速機等の回転軸を支持する複列転がり軸受に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の給排油機構を備えた転がり軸受を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る複列円錐ころ軸受を示す断面図である。
【図３】本発明に係る複列円錐ころ軸受を用いた風力発電機用増速機の回転軸支持構造の一例を示す図である。
【図４】本発明の効果を確認する試験に使用した複列円錐ころ軸受を示す断面図である。
【図５】本発明の効果を確認する試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  軸受装置、２，１２  内輪、３，１３  外輪、３ａ，１６，２２，３２，４２  給油口、４  玉、５，１５  保持器、６，７  排出間座、６ａ，７ａ，１０ｂ  潤滑剤貯蔵空間、６ｂ，７ｂ  排出間座表面、８，９  外輪間座、８ａ  切り欠き、１０  ハウジング、１１，２１，３１，４１  複列円錐ころ軸受、１３ａ、２３，３３，４３  排油口、１４  円錐ころ、１７  間座、５０  風力発電機用増速機、５１  入力軸、５２，５３  中間軸、５４  出力軸、５５  遊星歯車機構、５６，５７，５８，５９  はすば歯車、６０  太陽歯車、６１  内歯歯車、６２  遊星歯車、６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９  複列転がり軸受。
【図１】
2006214545.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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