(57)【要約】【課題】  品質の低下を抑止することができる多点接触玉軸受を提供する。【解決手段】  本発明の３点接触玉軸受１は、外輪２もしくは内輪３のうち少なくとも一方が回転軸Ｌを中心として回転する多点接触玉軸受であって、外輪２と、外輪２の内側に配置される内輪３と、外輪２と内輪３との間を転動する複数の玉５と、複数の玉５を保持するための保持器６とを備えている。内輪３は、回転軸Ｌ方向で互いに隣り合うように配置された内輪３ａおよび３ｂを有しており、内輪３ｂは、溝１１ａと、内輪３ｂに面した側面１２ａとの境界に面取り部８ａを有している。【選択図】        図２
2006105202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪もしくは内輪のうち少なくとも一方が回転軸を中心として回転する多点接触玉軸受であって、
前記外輪と、
前記外輪の内側に配置される前記内輪と、
前記外輪と前記内輪との間を転動する複数の玉と、
前記複数の玉を保持するための保持器とを備え、
前記内輪は、前記回転軸方向で互いに隣り合うように配置された第１および第２の内輪を有し、
前記第１の内輪は、外周面と、前記第２の内輪に面した側面との境界に面取り部を有する、多点接触玉軸受。
【請求項２】
前記第２の内輪は、外周面と、前記第１の内輪に面した側面との境界に面取り部を有する、請求項１に記載の多点接触玉軸受。
【請求項３】
前記面取り部は平面である、請求項１または２に記載の多点接触玉軸受。
【請求項４】
前記第１の内輪は、前記外周面に形成された円弧の断面形状の溝を有し、
前記第１の内輪の前記面取り部が形成されていない場合に、前記内輪の組込み時における前記第１の内輪と前記玉との接触部の接線と、前記回転軸とのなす角を角α1とし、前記平面と前記回転軸とのなす角を角α2とするとき、角α2の角度は角α1の角度よりも小さい、請求項３に記載の多点接触玉軸受。
【請求項５】
前記面取り部は曲面である、請求項１または２に記載の多点接触玉軸受。
【請求項６】
ガスタービンに使用される、請求項１〜５のいずれかに記載の多点接触玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多点接触玉軸受に関し、より特定的には、産業機械や航空機などのガスタービンに使用される多点接触玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受には様々な種類のものがある。このうち、多点接触玉軸受は、内輪および外輪をラジアル方向に押し付けたときに、玉が内輪および外輪と３点以上で接触する構造となっている。多点接触玉軸受のうち、玉が内輪および外輪と３点で接触する構造のものが３点接触玉軸受であり、玉が内輪および外輪と４点で接触する構造のものが４点接触玉軸受である。多点接触玉軸受は、純アキシアル荷重またはアキシアル荷重が大きい剛性荷重の下での使用に適しており、このような荷重の下では、多点接触玉軸受は２点接触状態となる。多点接触玉軸受は、特に、産業機械や航空機などに用いられるガスタービンへの使用に好適である。
【０００３】
図６は、従来の３点接触玉軸受の構成を示す断面図である。なお、図６では、回転軸Ｌよりも上部のみを示している。図６に示すように、従来の３点接触玉軸受１０１は、外輪１０２と、内輪１０３と、複数の玉１０５と、保持器１０６とを備えている。内輪１０３は外輪１０２の内側に配置されている。複数の玉１０５の各々は、外輪１０２と内輪１０３との間において、内輪１０３の円周に沿って等間隔に配置されている。保持器１０６は複数の玉１０５の各々を転動可能に保持している。内輪１０３は、３点接触玉軸受１０１の回転軸Ｌ方向における中央部のラジアル平面で２つに分割されており、内輪１０３ａおよび内輪１０３ｂを有している。内輪１０３ａおよび内輪１０３ｂは、回転軸Ｌ方向で互いに隣り合うように配置されている。外輪１０２は、その内周面に玉１０５の転走面となる溝１１０を有している。また、内輪１０３ａおよび１０３ｂの各々は、溝１１０に対向するように、その外周面に玉１０５の転走面となる溝１１１ａ，１１１ｂの各々を有している。なお、従来の３点接触玉軸受は、たとえば特開平９−１３３１３０号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
３点接触玉軸受１０１の製造の際、３点接触玉軸受１０１は、外輪１０２を立てた状態（回転軸Ｌが水平な状態）で、保持器１０６と、保持器１０６に転動可能に保持された複数の玉１０５との各々を外輪１０２の内側に配置し、次に内輪１０３ａおよび１０３ｂを回転軸Ｌに沿った方向に移動させ、保持器１０６の内側に組み込むことによって組み立てられる。
【特許文献１】特開平９−１３３１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の３点接触玉軸受１０１においては、内輪１０３ａまたは内輪１０３ｂの組み込みの際に玉１０５の表面に圧痕が生じるという問題があった。玉１０５の表面に圧痕が生じると、玉１０５の転走面となる外輪１０２の溝１１０や、内輪１０３ａ，１０３ｂの各々の溝１１１ａおよび１１１ｂに圧痕がスタンプされ、面荒れが生じる。また、圧痕を起点として玉１０５の表面が剥離する。その結果、３点接触玉軸受１０１の品質が低下する。このような問題は、３点接触玉軸受に限らず、多点接触玉軸受全般に共通した問題であった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、品質の低下を抑止することができる多点接触玉軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の多点接触玉軸受は、外輪もしくは内輪のうち少なくとも一方が回転軸を中心として回転する多点接触玉軸受であって、外輪と、外輪の内側に配置される内輪と、外輪と内輪との間を転動する複数の玉と、複数の玉を保持するための保持器とを備えている。内輪は、回転軸方向で互いに隣り合うように配置された第１および第２の内輪を有しており、第１の内輪は、外周面と、第２の内輪に面した側面との境界に面取り部を有している。
【０００８】
本発明の多点接触玉軸受によれば、第１の内輪の組み込みの際に玉と面取り部とが接触するので、第１の内輪の角部と外輪の角部との間に玉を挟み込むことなく第１の内輪を組み込むことができる。したがって、第１の内輪の組み込みの際に玉の表面に圧痕が生じにくくなり、品質の低下を抑止することができる。
【０００９】
本発明の多点接触玉軸受において好ましくは、第２の内輪は、外周面と、第１の内輪に面した側面との境界に面取り部を有している。これにより、第２の内輪の組み込みの際に、第２の内輪の角部と外輪の角部との間に玉を挟み込むことがなくなる。したがって、第２の内輪の組み込みの際にも玉の表面に圧痕が生じにくくなる。
【００１０】
本発明の多点接触玉軸受において好ましくは、面取り部は平面である。これにより、面取り部を容易に形成することができる。
【００１１】
本発明の多点接触玉軸受において好ましくは、第１の内輪は、外周面に形成された円弧の断面形状の溝を有している。第１の内輪の面取り部が形成されていない場合に、第１の内輪の組込み時における第１の内輪と前記玉との接触部の接線と、回転軸とのなす角を角α1とする。また、面取り部の平面と回転軸とのなす角を角α2とする。角α2の角度は角α1の角度よりも小さい。
【００１２】
これにより、面取り部から玉が受ける力に対する、回転軸に垂直な方向の力の成分の割合が大きくなるので、第１の内輪を一層組み込みやすくなる。
【００１３】
本発明の多点接触玉軸受において好ましくは、面取り部は曲面である。これにより、面取り部の端部に角部が生じなくなるので、内輪の組み込みの際に玉の表面に圧痕が一層生じにくくなる。
【００１４】
本発明の多点接触玉軸受において好ましくは、ガスタービンに使用される。ガスタービン用軸受は、ＤＮ値が１．５〜２．０×１０6であって、温度２２０℃〜２９０℃という厳しい条件で使用される。したがって、本発明の多点接触玉軸受が好適である。なお、「ＤＮ値」とは軸受の高速運転の指標となる数値であり、内輪の内径「Ｄ」（ｍｍ）と、軸受の回転数「Ｎ」（ｒｐｍ）との積で表わされる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の多点接触玉軸受によれば、第１の内輪の組み込みの際に玉と面取り部とが接触するので、第１の内輪の角部と外輪の角部との間に玉を挟み込むことなく第１の内輪を組み込むことができる。したがって、第１の内輪の組み込みの際に玉の表面に圧痕が生じにくくなり、品質の低下を抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における３点接触玉軸受を使用したガスタービンの構成を示す概略断面図である。図１に示すように、ガスタービンエンジン５０は、低圧ロータ組立体５２と、高圧ロータ組立体５３とを主に備えている。低圧ロータ組立体５２は高圧ロータ組立体５３内で回転するように配置されている。
【００１８】
低圧ロータ組立体５２は、ロータ軸としての低圧回転軸６１と、ファンロータ６２と、低圧タービンロータ６３とを有している。ファンロータ６２はガスタービンエンジン５０の前端に配置されており、低圧タービンロータ６３はガスタービンエンジン５０の後端に配置されている。低圧回転軸６１はガスタービンエンジン５０の前端から後端まで長手方向軸線に沿って延びており、ファンロータ６２と低圧タービンロータ６３とは低圧回転軸６１で互いに連結されている。
【００１９】
高圧ロータ組立体５３は、高圧圧縮機ロータ６５と、高圧タービンロータ６６とを有している。高圧圧縮機ロータ６５はファンロータ６２の後方に配置されており、高圧タービンロータ６６は低圧タービンロータ６３の前方に配置されている。高圧圧縮機ロータ６５は高圧タービンロータ６６に直接連結されている。低圧回転軸６１と高圧ロータ組立体５３とは同軸であり、低圧回転軸６１が高圧ロータ組立体５３内で回転するように配置されている。
【００２０】
また、ガスタービンエンジン５０は、前フレーム６８と後フレーム６９とをさらに備えている。前フレーム６８はファンロータ６２と高圧圧縮機ロータ６５との間に配置されており、後フレーム６９は低圧タービンロータ６３の後ろに配置されている。前フレーム６８および後フレーム６９の内部で低圧回転軸６１が回転するように配置されている。
【００２１】
本実施の形態の３点接触玉軸受は、たとえばガスタービンに使用される軸受７０〜７４として使用される。軸受７０および７１は、低圧回転軸６１と前フレーム６８との間に配置されている。軸受７０および７１において、内輪は低圧回転軸６１に固定されており、外輪は前フレーム６８に固定されている。軸受７２は、高圧圧縮機ロータ６５と前フレーム６８との間に配置されている。軸受７２において、内輪は高圧圧縮機ロータ６５に固定されており、外輪は前フレーム６８に固定されている。軸受７３は、低圧回転軸６１と高圧タービンロータ６６との間に配置されている。軸受７３において、内輪は低圧回転軸６１に固定されており、外輪は高圧タービンロータ６６に固定されている。軸受７４は、低圧回転軸６１と後フレーム６９との間に配置されている。軸受７４において、内輪は低圧回転軸６１に固定されており、外輪は後フレーム６９に固定されている。
【００２２】
続いて、本実施の形態の３点接触玉軸受の具体的構成について説明する。
【００２３】
図２は、図１のガスタービンで使用される３点接触玉軸受の構成を示す断面図である。なお、図２では、回転軸Ｌよりも上部のみを示している。図２に示すように、３点接触玉軸受１は、外輪２もしくは内輪３のうち少なくとも一方が回転軸Ｌを中心として回転するものであって、外輪２と、内輪３と、複数の玉５と、保持器６とを備えている。内輪３は外輪２の内側に配置されている。複数の玉５の各々は、外輪２と内輪３との間において、内輪３の円周に沿って等間隔に配置されている。保持器６は複数の玉５の各々を転動可能に保持している。内輪３は、回転軸Ｌ方向における中央部のラジアル平面で２つに分割されており、内輪３ａおよび内輪３ｂを有している。内輪３ａおよび内輪３ｂは、回転軸Ｌ方向で互いに隣り合うように配置されている。
【００２４】
外輪２は、その内周面に玉５の転走面となる溝１０を有している。溝１０は、回転軸Ｌを含む平面で切った場合に円弧の断面形状となっている。また、内輪３ａ，３ｂの各々は、溝１０に対向するように、その外周面に玉５の転走面となる溝１１ａ，１１ｂの各々を有している。溝１１ａ，１１ｂの各々は、回転軸Ｌを含む平面で切った場合に円弧の断面形状となっている。内輪３ａは、その外周面に形成された溝１１ａと、内輪３ｂに面した側面１２ａとの境界に面取り部８ａを有している。また、内輪３ｂは、その外周面に形成された溝１１ｂと、内輪３ａに面した側面１２ｂとの境界に面取り部８ｂを有している。本実施の形態において、面取り部８ａおよび８ｂの各々は平面である。
【００２５】
ここで、面取り部８ａ，８ｂの各々を大きくしすぎると、玉５と内輪３ａ，３ｂの各々との接触点を確保することができなくなるので、玉５と内輪３ａ，３ｂの各々との接触点を確保し得る大きさで面取り部８ａ，８ｂは形成される。また、面取り部８ａ，８ｂを形成することで、側面１２ａと側面１２ｂとの接触面積が小さくなり、側面１２ａと側面１２ｂとの面圧が上昇する。そこで、側面１２ａと側面１２ｂとの面圧が上昇しすぎないような大きさで面取り部８ａ，８ｂを形成することが好ましい。
【００２６】
側面１２ｂとは反対側の内輪３ｂの側面付近には、鍔部１５が形成されている。鍔部１５は、特に３点接触玉軸受１が航空機用ガスタービンなどに使用される場合に、ロータ軸から３点接触玉軸受１を引き抜く際に治具を引っ掛けるためのものである。
【００２７】
本願発明者らは、従来の３点接触玉軸受において、内輪の組み込みの際に玉の表面に圧痕が生じるという問題は、以下の原因によるものであることを見出した。
【００２８】
図３は、従来の３点接触玉軸受における内輪の組み込み方法を模式的に示す断面図である。図３を参照して、内輪１０３ａは、図３中右側から回転軸Ｌ方向（図３中左方向）へ内輪１０３ａを移動することにより保持器１０６の内側に組み込まれる。外輪１０２を立てた状態では、回転軸Ｌよりも上方に存在する玉１０５はその自重によって下方に移動している。図３において玉１０５は、アキシアル方向に移動可能な距離ｄだけ標準の位置から下方に移動している。この状態で内輪１０３ａを組み込もうとすると、内輪１０３ａの角部１０８ａと、外輪１０２の角部１１９ｂとによって玉１０５が挟み込まれた状態になる。ここで、角部１０８ａは、内輪１０３ａの溝１１１ａと、内輪１０３ｂに面した側面１１２ａとの境界に形成された角部である。また、角部１１９ｂは、外輪１０２の溝１１０と、外輪１０２の内周面１０２ａとの境界に形成された角部である。玉１０５が挟み込まれた状態で内輪１０３ａの移動に伴なう圧力を玉１０５が受ける結果、角部１０８ａおよび１１９ｂによって玉１０５の表面に圧痕が形成されるという問題が生じる。また、玉１０５が標準の位置まで戻りにくくなり、内輪１０３ａを組み込みにくくなる。
【００２９】
一方、本実施の形態の３点接触玉軸受１では、内輪３ａの組み込みの際に玉５の表面に圧痕が生じにくくなり、品質の低下を抑止することができる。これについて以下に説明する。
【００３０】
図４は、本発明の実施の形態１における内輪の組み込み方法を模式的に示す断面図である。図４を参照して、内輪３ａは、図４中右側から回転軸Ｌ方向（図４中左方向）へ内輪３ａを移動することにより保持器６の内側に組み込まれる。外輪２を立てた状態では、回転軸Ｌよりも上方に存在する玉５はその自重によって下方に移動している。図４では、玉５は、アキシアル方向に移動可能な距離ｄだけ標準の位置から下方に移動している。距離ｄはたとえば２．５ｍｍである。この状態で内輪３ａを移動すると、玉５は内輪３ａの面取り部８ａと接触した状態になり、面取り部８ａから力ｆ1を受ける。
【００３１】
力ｆ1のうち、回転軸Ｌ方向の力ｆ1xは、外輪２の溝１０と、外輪２の内周面２ａとの境界に形成された角部１９ｂから受ける力ｆ2と釣り合うので、玉５は回転軸方向には移動しない。その結果、玉５は、面取り部から受ける回転軸Ｌに垂直な方向の力ｆ1yを受けて標準の位置まで押し上げられる。このように、本実施の形態では玉５を角部の間に挟み込むことなく内輪３ａを組み込むことができるので、内輪３ａの組み込みの際に玉５の表面に圧痕が生じにくくなる。
【００３２】
また、本実施の形態において、内輪３ｂは、溝１１ｂと、内輪３ａに面した側面１２ｂとの境界に面取り部８ｂを有している。これにより、内輪３ｂを組み込みの際にも、玉５を角部の間に挟み込むことなく内輪３ｂを組み込むことができるので、玉５の表面に圧痕が生じにくくなる。
【００３３】
また、本実施の形態において、面取り部８ａ，８ｂは平面であるので、面取り部８ａ，８ｂを容易に形成することができる。
【００３４】
さらに、図３に示す構造のように、内輪１０３ａの面取り部が形成されていない場合において、内輪１０３ａの組み込み時に角部１０８ａと接触する接触部における玉１０５の接線を接線Ｔとする。接線Ｔと回転軸Ｌとがなす角を角α1とする。図４において、面取り部８ａの平面と回転軸Ｌとのなす角を角α2とする。角α2の角度は角α1の角度よりも小さい。これによって、力ｆ1に対する力ｆ1yの割合を大きくすることができるので、内輪３ａを一層組み込みやすくなる。
【００３５】
なお、図３を参照して、従来の３点接触玉軸受１０１においても、内輪１０３ａの側面１１２ａと溝１１１ａとの境界における角部１０８ａが面取りされたり、丸みをつけられたりしている。しかし、これらの加工は、内輪１０３ａの取り扱いの際に角部１０８ａでけがをしないことを目的としてされるものであり、面取りおよび丸みは最小限に形成されている。具体的には、従来では、面取りＣが０．１ｍｍ以下となるような処理が行なわれている。または、丸みＲが０．１ｍｍ以下となるような処理が行なわれている。これに対して本発明の面取り部は、面取りＣおよび丸みＲが従来よりも大きくなるように加工されている。すなわち、本発明における面取りＣは０．１ｍｍよりも大きい。または、丸みＲは０．１ｍｍよりも大きい。
【００３６】
また、本実施の形態では、内輪３ａが面取り部８ａを有しており、かつ内輪３ｂが面取り部８ｂを有している場合について示した。しかし、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、少なくとも内輪３ａまたは３ｂのいずれかが面取り部を有していればよい。
【００３７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における３点接触玉軸受の構成を示す断面図である。図５に示すように、本実施の形態の３点接触玉軸受２１において、内輪２３は内輪２３ａと内輪２３ｂとを有している。内輪２３ａは、その外周面に形成された溝１１ａと、内輪２３ｂに面した側面１２ａとの境界に面取り部２８ａを有している。また、内輪２３ｂは、その外周面に形成された溝１１ｂと、内輪２３ａに面した側面１２ｂとの境界に面取り部２８ｂを有している。本実施の形態において、面取り部２８ａおよび２８ｂの各々は曲面であり、緩やかに盛り上がっている（Ｒがつけられている）。
【００３８】
なお、これ以外の３点接触玉軸受２１の構成は、図２に示す実施の形態１における３点接触玉軸受１の構成とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態の３点接触玉軸受２１において、面取り部２８ａは曲面である。これにより、面取り部２８ａの端部に角部が生じなくなるので、内輪２３ａの組み込みの際に玉５の表面に圧痕が一層生じにくくなる。
【００４０】
なお、実施の形態１および２では、多点接触玉軸受が３点接触玉軸受である場合について示したが、本発明はこのような場合の他、４点接触玉軸受である場合についても適用可能である。
【００４１】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１における３点接触玉軸受を使用したガスタービンの構成を示す概略断面図である。
【図２】図１のガスタービンで使用される３点接触玉軸受の構成を示す断面図である。
【図３】従来の３点接触玉軸受における内輪の組み込み方法を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における内輪の組み込み方法を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における３点接触玉軸受の構成を示す断面図である。
【図６】従来の３点接触玉軸受の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，２１，１０１  ３点接触玉軸受、２，１０２  外輪、２ａ，１０２ａ  内周面、３，３ａ，３ｂ，２３，２３ａ，２３ｂ，１０３，１０３ａ，１０３ｂ  内輪、５，１０５  玉、６，１０６  保持器、８ａ，８ｂ，２８ａ，２８ｂ  面取り部、１０，１１ａ，１１ｂ，１１０，１１１ａ，１１１ｂ  溝、１２ａ，１２ｂ，１１２ａ  側面、１５  鍔部、１９ｂ，１０８ａ，１１９ｂ  角部、５０  ガスタービンエンジン、５２  低圧ロータ組立体、５３  高圧ロータ組立体、６１  低圧回転軸、６２  ファンロータ、６３  低圧タービンロータ、６５  高圧圧縮機ロータ、６６  高圧タービンロータ、６８  前フレーム、６９  後フレーム、７０〜７４  軸受。
【図１】
2006105202.tif 000003
【図２】
2006105202.tif 000004
【図３】
2006105202.tif 000005
【図４】
2006105202.tif 000006
【図５】
2006105202.tif 000007
【図６】
2006105202.tif 000008