(57)【要約】【課題】  左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に応じた適切な支持が行なえる複列転がり軸受を提供する。【解決手段】  複列転がり軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、転動体として一方の列にボール１４が、他方の列に球面ころ１５がそれぞれ配置されている。ボール１４および球面ころ１５は、それぞれ保持器１６，１７によって保持されている。内輪１２は、ボールを受け入れる軌道溝１２ａと、球面ころの外径面に沿う断面円弧状の軌道面１２ｂを有する。外輪１３の軌道面１３ａは、球面ころ１５の外周面に沿う球面形状である。【選択図】      図２
2006177447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の列に軌道面を有する内輪と、
左右の列に共通の軌道面を有する外輪と、
一方の列に配置された転動体としてのボールと、他方の列に配置された転動体としてのころとを備える、複列転がり軸受。
【請求項２】
前記ころは、球面ころであり、
前記内輪は、一方の列の軌道面がボールを受け入れる溝であり、他方の列の軌道面が前記球面ころの外径面に沿う断面円弧状の軌道面であり、
前記外輪は、軌道面が前記球面ころの外径面に沿う球面状凹部である、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、前記ボールを保持する第１保持器と、
前記ころを保持し、前記第１保持器とは独立して回動可能な第２保持器とを有する、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、左右の列の接触角が同一である、請求項１〜３のいずれかに記載の複列転がり軸受。
【請求項５】
風力を受けるブレードと、
その一端が前記ブレードに固定され、ブレードとともに回転する主軸と、
固定部材に組み込まれ、前記主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の主軸支持構造において、
前記複列転がり軸受は、左右の列に軌道面を有する内輪と、左右の列に共通の軌道面を有する外輪と、一方の列に配置された転動体としてのボールと、他方の列に配置された転動体としてのころとを備えることを特徴とする、風力発電機の主軸支持構造。
【請求項６】
中心軸を有するはすば歯車と、
固定部材に組み込まれ、前記中心軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備えたはすば歯車の支持構造において、
前記複列転がり軸受は、左右の列に軌道面を有する内輪と、左右の列に共通の軌道面を有する外輪と、一方の列に配置された転動体としてのボールと、他方の列に配置された転動体としてのころとを備えることを特徴とする、はすば歯車の支持構造。
【請求項７】
垂直軸と、
固定部材に組み込まれ、前記垂直軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備えた垂直軸支持構造において、
前記複列転がり軸受は、左右の列に軌道面を有する内輪と、左右の列に共通の軌道面を有する外輪と、一方の列に配置された転動体としてのボールと、他方の列に配置された転動体としてのころとを備えることを特徴とする、垂直軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複列転がり軸受に関し、特に左右の列の転動体に不均等な荷重が作用する複列転がり軸受およびそのような軸受を備えた支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機の主軸を回転自在に支持するのに好適な軸受として、例えば特開２００４−１１７３７号公報（特許文献１）に自動調心ころ軸受を用いた例が開示されている。この公報に開示されているように、大型の風力発電機における主軸用軸受には、図１に示すような大型の複列自動調心ころ軸受１が用いられることが多い。
【０００３】
風力発電機の風車の主軸２は、ブレード３が設けられた先端側を片持ち支持するようにハウジング４に取り付けられるので、その片持ち支持用の軸受として、通常、主軸２の撓みに対応可能な大型の自動調心ころ軸受１が使用される。ブレード３が風力を受けると、主軸２がブレード３とともに回転する。この主軸２の回転は、増速機（図示せず）で増速されて発電機に伝達され、発電する。
【０００４】
自動調心ころ軸受１は、内輪５と、外輪６と、複列の球面ころ７，８とを備える。風を受けて発電しているとき、ブレード３を支える主軸２には、ブレード３にかかる風力による軸方向荷重（軸受アキシアル荷重）と、軸やブレードの自重による径方向荷重（軸受ラジアル荷重）が負荷される。複列自動調心ころ軸受１は、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを同時に受けることができ、かつ調心性をもつため、ハウジング４の精度誤差や、取り付け誤差による主軸２の傾きを吸収でき、かつ運転中の主軸２の撓みを吸収できる。
【特許文献１】特開２００４−１１７３７号公報（段落番号０００２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の風力発電機の主軸支持用の複列自動調心ころ軸受１では、風車の回転中はラジアル荷重に対してアキシアル荷重が大きくなる。この場合、複列の球面ころ７，８のうち、ブレード３から遠い方の列の球面ころ８が、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを同時に受けることになる。ブレード３に近い方の列の球面ころ７については、アキシアル荷重があまりかからず、専らラジアル荷重を受けることになる。
【０００６】
一方、無風状態においては、主軸支持用軸受１にかかる荷重は専らラジアル荷重となる。そのため、ブレード３に近い方の列の球面ころ７については、風車の回転中よりも、風車が回転しない無風状態のときの方が大きなラジアル荷重を受けることになる。
【０００７】
上記のように、風力発電機の主軸支持用複列自動調心ころ軸受１の場合、ブレード３から遠い方の列の球面ころ８の負荷が大きくなるので、ブレード３に近い方の列の球面ころ７に比べて転がり疲労寿命が短くなる。一方、ブレード３に近い方の列の球面ころ７では軽負荷となり、球面ころ７と内外輪５，６の軌道面５ａ，６ａとの間で滑りを生じ、表面損傷や摩耗の問題を引き起こす。大きな荷重に対応するために軸受サイズを大きくすることが考えられるが、軽負荷側では余裕が大きくなりすぎ、不経済である。
【０００８】
この発明の目的は、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に応じた適切な支持が行なえて、実質寿命を延長することができ、また、材料に無駄のない経済的な複列転がり軸受を提供することである。
【０００９】
また、左右の列で異なる荷重が作用するような支持構造、例えば、風力発電機の主軸支持構造、はすば歯車支持構造、または、垂直軸支持構造等にこの軸受を用いることにより、信頼性が高く、長寿命の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】
【００１０】
この発明に係る複列転がり軸受は、左右の列に軌道面を有する内輪と、左右の列に共通の軌道面を有する外輪と、一方の列に配置された転動体としてのボールと、他方の列に配置された転動体としてのころとを備える複列転がり軸受である。
【００１１】
上記構成とすることにより、ころを配置した列の負荷容量を大きくすることができる。また、ボールを配置した列は、軽負荷でもボールと内外輪との間ですべりを生じにくい。その結果、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に応じた適切な支持が行えるので、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的な複列転がり軸受が得られる。
【００１２】
好ましくは、ころは、球面ころであり、内輪は、一方の列の軌道面がボールを受け入れる溝であって、他方の列の軌道面が球面ころの外径面に沿う断面円弧状の軌道面であり、外輪は、軌道面が球面ころの外径面に沿う球面状凹部である。これにより、軸の撓み等による芯ずれに対して調心性を有する複列転がり軸受が得られる。
【００１３】
好ましくは、複列転がり軸受は、ボールを保持する第１保持器と、ころを保持し、第１保持器とは独立して回動可能な第２保持器とを有する。これにより、ボールところの周速の差を吸収して、回転をスムーズにすることができる。
【００１４】
さらに、複列転がり軸受は、左右の列の接触角が同一であることが好ましい。これにより、外輪に左右対称の標準品を使用することができるので、製造コストを抑えることが可能となる。さらに、外輪の精度測定時に左右の列を同じ測定条件で測定することができるので、測定作業を効率的に行うことができる。
【００１５】
この発明に係る風力発電機の主軸支持構造は、風力を受けるブレードと、その一端がブレードに固定され、ブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組み込まれ、主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の主軸支持構造である。複列転がり軸受に注目すると、左右の列に軌道面を有する内輪と、左右の列に共通の軌道面を有する外輪と、一方の列に配置された転動体としてのボールと、他方の列に配置された転動体としてのころとを備えることを特徴とする。
【００１６】
上記構成により、主軸に作用する特性に応じた適正な支持が行えるので、信頼性が高く、長寿命の主軸支持構造が得られる。
【００１７】
この発明に係るはすば歯車支持構造は、中心軸を有するはすば歯車と、固定部材に組み込まれ、中心軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備えたはすば歯車の支持構造である。複列転がり軸受に注目すると、左右の列に軌道面を有する内輪と、左右の列に共通の軌道面を有する外輪と、一方の列に配置された転動体としてのボールと、他方の列に配置された転動体としてのころとを備えることを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る垂直軸支持構造は、垂直軸と、固定部材に組み込まれ、垂直軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備えた垂直軸支持構造である。複列転がり軸受に注目すると、左右の列に軌道面を有する内輪と、左右の列に共通の軌道面を有する外輪と、一方の列に配置された転動体としてのボールと、他方の列に配置された転動体としてのころとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の複列転がり軸受は、左右の列で負荷容量を異ならせることにより、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に応じた適切な支持が行えるので、実質寿命を延長することができ、また、材料に無駄がなく経済的である。
【００２０】
また、左右の列で異なる荷重が作用するような支持構造、例えば、風力発電機の主軸支持構造、はすば歯車支持構造、または、垂直軸支持構造などにこの軸受を用いることにより、信頼性が高く、長寿命の支持構造が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図２を参照して、この発明に係る複列転がり軸受１１を説明する。
【００２２】
複列転がり軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、転動体として一方の列に配置されたボール１４と、転動体として他方の列に配置された球面ころ１５とを備える。ボール１４および球面ころ１５は、それぞれ保持器１６，１７によって保持されている。内輪１２は、ボール１４を受け入れる軌道溝１２ａと、球面ころ１５の外径面に沿う断面円弧状の軌道面１２ｂとを有する。外輪１３の軌道面１３ａは、球面ころ１５の外周面に沿う球面形状である。２つの保持器１６，１７は、互いに独立して回動可能である。
【００２３】
上記構成の複列転がり軸受１１は、球面ころ１５を用いた右側列の軸受１１ｂの負荷容量が、ボール１４を用いた左側列の軸受１１ａよりも高くなる。
【００２４】
さらに、軸受中心軸に垂直な平面と、内輪１２および外輪１３によって左右の列の転動体１４，１５へ伝えられる合力の作用線とがなす接触角θ１，θ２を、θ１＜θ２とすることにより、右側列の軸受１１ｂのアキシアル負荷能力を左側列の軸受１１ａよりも高くすることができる。
【００２５】
また、一般的に玉軸受は、ころ軸受と比較して軽負荷条件下でも玉と軌道面のすべりが発生しにくいので、左右の列で異なる荷重が作用する環境で使用する場合に、転動体としてボール１４を用いた左側列の軸受１１ｂを軽負荷側に配置することにより、各列の負荷状況に応じた適切な支持を行うことができる。
【００２６】
さらに、ボール１４は、球面ころ１５と比較して、組み込み性、生産性等が優れており、製造コストも安いので、低価格の軸受を提供することができる。
【００２７】
次に、図３を参照して、この発明の他の実施形態に係る複列転がり軸受２１を説明する。
【００２８】
複列転がり軸受２１は、内輪２２と、外輪２３と、転動体としてのボール２４および球面ころ２５と、保持器２６，２７とを備える。また、軸受の左右の列２１ａ，２１ｂの接触角θ１，θ２は同一である。
【００２９】
上記構成のように、軸受の左右の列２１ａ，２１ｂの接触角θ１，θ２を同一とすることにより、外輪２３に左右対称の標準品を使用することができるので、製造コストを抑えることが可能となる。さらに、外輪２３の精度測定時に左右の列を同じ測定条件で測定することができるので、測定作業を効率的に行うことができる。
【００３０】
上記の各実施形態においては、転動体としてのころは球面ころを用いた例を示したが、これに限ることなく、円筒ころを用いてもよく、または、円錐ころを用いてもよい。
【００３１】
さらに、この場合には、軸受自体に調心性を持たせることができないので、外輪の外径面を凸状球面とし、外輪のさらに外側に、外輪の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リングを配置してもよい。
【００３２】
また、左右の列の転動体を保持する保持器を一体としてもよいが、左右の保持器を独立して回動可能とすることにより、ボールと球面ころとの周速の違いを吸収することができる。
【００３３】
図４および図５は、図２および図３に示したような本発明の実施形態に係る複列転がり軸受が適用された風力発電機の主軸支持構造の一例を示している。主軸支持構造の主要部品を支持するナセル３２のケーシング３３は、高い位置で、旋回座軸受３１を介して支持台３０上に水平旋回自在に設置されている。一端にブレード３７を保持する主軸３６は、ナセル３２のケーシング３３内で、軸受ハウジング３４に組み込まれた主軸支持軸受３５を介して回転自在に支持されている。主軸３６の他端は増速機３８に接続され、この増速機３８の出力軸が発電機３９のロータ軸に結合されている。ナセル３２は、旋回用モータ４０により、減速機４１を介して任意の角度に旋回させられる。
【００３４】
図示した実施形態では、主軸支持軸受３５は２個並べて設置されているが、１個であってもよい。この主軸支持軸受３５として、本発明の実施形態に係る複列転がり軸受が用いられる。
【００３５】
この場合、大きな負荷がかかるブレード３７から遠い方の列に、転動体として球面ころを用いる。一方、主としてラジアル荷重のみが加わるブレード３７に近い方の列には、転動体としてボールを用いる。これにより、各列の負荷状況に応じて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の主軸支持構造が得られる。
【００３６】
次に、図６および図７を参照して、はすば歯車支持構造に本発明に係る複列転がり軸受を適用した例を説明する。
【００３７】
図６は、はすば歯車５１と、はすば歯車５２とを噛み合わせた状態を示す図である。はすば歯車は、歯筋がつるまき線に沿ってねじれているので、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できる。そのため、静音性や高トルクが求められる環境で使用される。
【００３８】
図７は、入力軸６１と、出力軸６２とが、それぞれ、はすば歯車６３，６４によって連結された動力伝達機構を示す図である。出力軸６２は本発明に係る複列転がり軸受６５によって支持されている。複列転がり軸受６５は、内輪６６と、外輪６７と、転動体としてのボール６８および球面ころ６９とを備え、ハウジングに固定されている。
【００３９】
この動力伝達機構において、出力軸６２が複列転がり軸受６５側から見て右回転する場合、出力軸６２には、はすば歯車６４に伝達される動力Ｆのラジアル方向の分力Ｆｒと、アキシアル方向の分力Ｆａが作用する。
【００４０】
この場合、ラジアル荷重とアキシアル荷重を共に受けることになるはすば歯車６４から遠い方の列に、転動体として球面ころ６９を用いる。主としてラジアル荷重のみが加わるはすば歯車６４に近い方の列には、転動体としてボール６８を用いる。これにより、各列の負荷状況に応じて適切な支持が行えるので、信頼性が高く、長寿命のはすば歯車支持構造が得られる。
【００４１】
次に、図８を参照して、垂直軸支持構造に本発明に係る複列転がり軸受を適用した例を説明する。
【００４２】
図８を参照して、垂直軸７１は、本発明に係る複列転がり軸受７２によって支持されている。複列転がり軸受７２は、内輪７３と、外輪７４と、転動体としてのボール７５および球面ころ７６とを備え、ハウジングに固定されている。ここで、垂直軸は厳密に鉛直方向に支持されている必要はなく、鉛直方向からある程度の角度をもって支持される場合を含むものとする。
【００４３】
この垂直軸支持構造において、垂直軸７１は、その自重により軸方向荷重Ｆａが作用する。この場合、大きな負荷がかかる軸受の下の列に、転動体として球面ころ７６を用いる。一方、軽負荷となる軸受の上の列には、転動体としてボール７５を用いる。これにより、各列の負荷状況に応じて適切な支持が行えるので、信頼性が高く、長寿命の垂直軸支持構造が得られる。
【００４４】
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】
【００４５】
この発明は、左右の列に不均等な荷重が付加される環境で使用する複列転がり軸受およびそのような軸受を備えた支持構造に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】風力発電機の主軸支持軸受の従来例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転がり軸受であって、左右の列の転動体として、一方の列に玉、他方の列に球面ころを用いた状態を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る複列転がり軸受であって、左右の列の転動体として、一方の列に玉、他方の列に球面ころを用いて、左右の列の接触角を同一とした状態を示す図である。
【図４】本発明に係る複列転がり軸受を用いた風力発電機の主軸支持構造の一例を示す図である。
【図５】図４に示した風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。
【図６】一対のはすば歯車を噛み合わせた状態を示す図である。
【図７】本発明に係る複列転がり軸受を用いたはすば歯車支持構造の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る複列転がり軸受を用いた垂直軸支持構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  複列自動調心ころ軸受、２  風力発電機主軸、３  ブレード、４  ハウジング、５，１２，２２，６６，７３  内輪、５ａ，１２ｂ  内輪軌道面、１２ａ  内輪軌道溝、６，１３，２３，６７，７４  外輪、６ａ，１３ａ  外輪軌道面、７，８，１５，２５，６９，７６  球面ころ、１４，２４，６８，７５  ボール、１１，２１，６５，７２  複列転がり軸受、１６，１７，１６，２７  保持器、３０  支持台、３１  旋回座軸受、３２  ナセル、３３  ケーシング、３４  軸受ハウジング、３５  主軸支持軸受、３６  主軸、３７  ブレード、３８  増速機、３９  発電機、４０  旋回用モータ、４１減速機、５１，５２，６３，６４  はすば歯車、６１  入力軸、６２  出力軸。
【図１】
2006177447.tif 000003
【図２】
2006177447.tif 000004
【図３】
2006177447.tif 000005
【図４】
2006177447.tif 000006
【図５】
2006177447.tif 000007
【図６】
2006177447.tif 000008
【図７】
2006177447.tif 000009
【図８】
2006177447.tif 000010