(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、
内輪と、
前記外輪および前記内輪の間に配置される複数のころと、
前記ころを保持する第一および第二ポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、前記外輪および前記内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントとを備え、風力発電機に備えられる主軸を回転自在に支持するころ軸受であって、
前記複数の保持器セグメントは、それぞれ独立しており、
前記保持器セグメントは、ころ案内であり、
前記複数の保持器セグメントを周方向に順次連ねて配置した際に、最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間には、熱膨張を考慮した周方向のすき間が設けられており、
前記第一ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも内径側には、前記第一ポケットの両側の側壁面と前記保持器セグメントの内径面との交わる部分である角部を除いた部分で前記第一ポケットに保持されたころと接触し、前記第一ポケットに保持されたころを案内する内径側案内面が設けられており、
前記第一ポケットの両側の側壁面のうち、前記内径側案内面が設けられた部分以外の部分は、前記内径側案内面に対して屈曲しており、
前記第二ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも外径側には、前記第二ポケットの両側の側壁面と前記保持器セグメントの外径面との交わる部分である角部を除いた部分で前記第二ポケットに保持されたころと接触し、前記第二ポケットに保持されたころを案内する外径側案内面が設けられており、
前記第二ポケットの両側の側壁面のうち、前記外径側案内面が設けられた部分以外の部分は、前記外径側案内面に対して屈曲しており、
前記保持器セグメントを外径側に移動させ、前記内径側案内面と前記ころとを接触させた場合に、前記内径側案内面の角部と前記ころとは、非接触であり、
前記保持器セグメントを内径側に移動させ、前記外径側案内面と前記ころとを接触させた場合に、前記外径側案内面の角部と前記ころとは、非接触である、ころ軸受。
【請求項２】
前記内径側および外径側案内面は、その断面が円弧状であり、
前記円弧の曲率半径は、前記ころの曲率半径よりも大きく、
前記円弧の曲率中心は、ころピッチ円直径よりも内径側および外径側にある、請求項１に記載のころ軸受。
【請求項３】
周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置される間座を備える、請求項１または２に記載のころ軸受。
【請求項４】
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ころ軸受とを有する風力発電機の主軸支持構造であって、
前記ころ軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪の間に配置される複数のころと、前記ころを保持する第一および第二ポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、前記外輪および前記内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントとを備え、
前記複数の保持器セグメントは、それぞれ独立しており、
前記保持器セグメントは、ころ案内であり、
前記複数の保持器セグメントを周方向に順次連ねて配置した際に、最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間には、熱膨張を考慮した周方向のすき間が設けられており、
前記第一ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも内径側には、前記第一ポケットの両側の側壁面と前記保持器セグメントの内径面との交わる部分である角部を除いた部分で前記第一ポケットに保持されたころと接触し、前記第一ポケットに保持されたころを案内する内径側案内面が設けられており、
前記第一ポケットの両側の側壁面のうち、前記内径側案内面が設けられた部分以外の部分は、前記内径側案内面に対して屈曲しており、
前記第二ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも外径側には、前記第二ポケットの両側の側壁面と前記保持器セグメントの外径面との交わる部分である角部を除いた部分で前記第二ポケットに保持されたころと接触し、前記第二ポケットに保持されたころを案内する外径側案内面が設けられており、
前記第二ポケットの両側の側壁面のうち、前記外径側案内面が設けられた部分以外の部分は、前記外径側案内面に対して屈曲しており、
前記保持器セグメントを外径側に移動させ、前記内径側案内面と前記ころとを接触させた場合に、前記内径側案内面の角部と前記ころとは、非接触であり、
前記保持器セグメントを内径側に移動させ、前記外径側案内面と前記ころとを接触させた場合に、前記外径側案内面の角部と前記ころとは、非接触である、風力発電機の主軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ころ軸受、保持器セグメントおよび風力発電機の主軸支持構造に関し、特に、大型のころ軸受、大型のころ軸受に含まれる保持器セグメントおよびこのような大型のころ軸受を備える風力発電機の主軸支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ころ軸受は、一般的には、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、複数のころを保持する保持器とから構成される。ころを保持する保持器については、その材質や製造方法等により、樹脂製保持器、プレス保持器、削り保持器、溶接保持器等、様々な種類があり、それぞれ用途や特性に応じて使い分けられている。また、保持器は通常、一体型、すなわち、環状の一つの部品で構成されている。
【０００３】
風を受けるためのブレードが取り付けられた風力発電機の主軸を支持するころ軸受については、大きな荷重を受ける必要があるため、ころ軸受自体も大型となる。そうすると、ころや保持器等、ころ軸受を構成する各構成部材も大型となり、部材の生産や組み立てが困難となる。このような場合、各部材を分割可能とすると、生産や組み立てが容易となる。
【０００４】
ここで、ころ軸受に含まれる保持器を、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した分割型の保持器に関する技術が、ヨーロッパ特許公報１４０８２４８Ａ２（特許文献１）に開示されている。図１２は、特許文献１に開示された分割型の保持器である保持器セグメントを示す斜視図である。図１２を参照して、保持器セグメント１０１ａは、ころを収容する複数のポケット１０４を形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅと、複数の柱部１０３ａ〜１０３ｅを連結するように周方向に延びる連結部１０２ａ、１０２ｂとを有する。
【０００５】
図１３は、図１２に示した保持器セグメント１０１ａを含むころ軸受の一部を示す断面図である。図１２および図１３を参照して、保持器セグメント１０１ａを含むころ軸受１１１の構成を説明すると、ころ軸受１１１は、外輪１１２と、内輪１１３と、複数のころ１１４と、複数のころ１１４を保持する複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等とを有する。複数のころ１１４は、最もころの挙動が安定する位置であるＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ  Ｃｉｒｃｌｅ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ）１０５付近において、複数の保持器セグメント１０１ａ等によって保持されている。複数のころ１１４を保持する保持器セグメント１０１ａは、周方向において隣接する同一形状の保持器セグメント１０１ｂ、１０１ｃと、周方向の最も外側にある柱部１０３ａ、１０３ｅが当接するように連なって配置されている。複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等が連なって、ころ軸受１１１に組み込まれ、ころ軸受１１１に含まれる一つの環状の保持器が形成される。
【特許文献１】ヨーロッパ特許公報ＥＰ１４０８２４８Ａ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によると、保持器セグメント１０１ａは、柱部１０３ａ〜１０３ｅの外径面に設けられた突出部１０６ａおよび内径面に設けられた突出部１０６ｂによって、外輪１１２および内輪１１３からの距離を保っている。すなわち、保持器セグメント１０１ａは、外輪１１２または内輪１１３によって案内される軌道輪案内である。
【０００７】
上記したように、各保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等は、独立しており、周方向に連結されていないため、保持器セグメント１０１ａ等が軌道輪案内である場合には、外輪１１２および内輪１１３の間で容易に移動し、径方向において、その位置は不安定となる。
【０００８】
具体的には、たとえば、上記した構成のころ軸受１１１を、横向きに配置して使用した場合、保持器セグメント１０１ａが天の位置にあるときは、保持器セグメント１０１ａは、下方向に移動し、下部に位置する内輪１１３の外径面１１５と柱部１０３ａ〜１０３ｅの内径面に設けられた突出部１０６ｂとが接触して、内輪１１３に案内される内輪案内となる。一方、保持器セグメント１０１ａが地の位置にあるときは、保持器セグメント１０１ａは下方向に動き、下部に位置する外輪１１２の内径面１１６と柱部１０３ａ〜１０３ｅの外径面に設けられた突出部１０６ａとが接触して、外輪１１２に案内される外輪案内となる。
【０００９】
このように、保持器セグメント１０１ａが容易に径方向に移動し、ころ軸受１１１内における位置によって内輪案内となったり、外輪案内となったりすれば、保持器セグメント１０１ａの径方向の位置が不安定となり、外輪１１２や内輪１１３と接するときに異音が発生したり、保持器セグメント１０１ａが破損するおそれがある。
【００１０】
ここで、保持器セグメント１０１ａをころ案内とすると、外輪１１２や内輪１１３との接触による異音の発生や、保持器セグメント１０１ａの破損を低減することができる。
【００１１】
しかし、保持器セグメント１０１ａをころ案内とした場合においても、保持器セグメント１０１ａの案内面の角部ところとが接触すると、案内面の角部が破損したり、角部ところとの摩擦や摩耗が生じ、トルクが増大したり、発熱したりするおそれがある。
【００１２】
これを図１４を参照して説明する。図１４は、ころ案内である保持器セグメントのうち、ころを保持するポケット周辺部分を、軸方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。図１４を参照して、保持器１２１のポケット１２３の両側の側壁面には、ころ１２２を案内する案内面１２４が設けられている。案内面１２４は、その断面が円弧状であり、その曲率中心は、ころ１２２の曲率中心Ｑ１と同じである。すなわち、ころ１２２の円弧と案内面１２４の円弧とが同心円状に形成されている。また、案内面１２４の曲率半径Ｔ２は、ころ１２２の曲率半径Ｔ１よりも若干大きく構成されている。
【００１３】
このような構成であると、たとえば、上記した天の位置または地の位置からころ１２２が転動し始めるときに、ころ１２２は、案内面１２４と内径面１２６ａまたは外径面１２６ｂとの境界部分である角部１２５ａ、１２５ｂで接触して、保持器１２１を案内することになる。そうすると、角部１２５ａ、１２５ｂが破損したり、角部１２５ａ、１２５ｂところ１２２との摩擦によるトルクの増大や発熱を引き起こすおそれがある。
【００１４】
ここで、図１５に示すように、保持器１３１のポケット１３３の側壁面に設けられる案内面１３４を構成する円弧の曲率半径Ｔ４を、ころ１３２の曲率半径Ｔ３よりも大きくし、その曲率中心Ｑ３を、ＰＣＤ１３６上において、ころ１３２の曲率中心Ｑ２と異なる位置とすることによっても、上記した状態においては、保持器１３１の案内時に、角部１３５ａ、１３５ｂところ１３２とが接触することになる。したがって、角部１３５ａ、１３５ｂが破損したり、角部１３５ａ、１３５ｂところ１３２との摩擦によるトルクの増大や発熱を引き起こすおそれがある。
【００１５】
この発明の目的は、ころを円滑に転動させることができ、かつ、保持器セグメントの破損のおそれを低減したころ軸受を提供することである。
【００１６】
この発明の他の目的は、ころを円滑に転動させることができ、かつ、破損のおそれの少ない保持器セグメントを提供することである。
【００１７】
この発明のさらに他の目的は、長寿命を実現した風力発電機の主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】
【００１８】
この発明に係るころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持する第一および第二ポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントとを備える。第一ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも内径側には、第一ポケットに保持されたころを案内する内径側案内面が設けられている。第二ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも外径側には、第二ポケットに保持されたころを案内する外径側案内面が設けられている。ここで、内径側案内面および外径側案内面ところとは、２つの線で接触する。
【００１９】
このように構成することにより、保持器セグメントはころ案内となり、保持器セグメントが外径側に移動しようとしても、第一ポケットに保持されたころと内径側案内面とが、２つの線で接触する。また、保持器セグメントが内径側に移動しようとしても、第二ポケットに保持されたころと外径側案内面とが２つの線で接触する。このように、内径側案内面および外径側案内面ところとが、２つの線で接触し、保持器セグメントの移動が規制されることになる。そうすると、内径側および外径側案内面の角部と、第一および第二ポケットに保持されたころとが接触することはない。すなわち、上記した状態において、保持器セグメントが天の位置または地の位置にあるときでも、ころの転動開始時において、内径側および外径側案内面の角部ところとが接触することはない。したがって、内径側および外径側案内面の角部が破損したり、角部ところとの接触による摩擦や発熱、トルクの増大等を防止することができる。その結果、ころを円滑に転動させることができ、かつ、保持器セグメントの破損のおそれを低減することができる。
【００２０】
ここで、２つの線とは、保持器セグメントを、軸方向に直交する平面で切断した場合に、第一ポケットの両側の側壁面のうち、内径側案内面を形成する２つの線または第二ポケットの両側の側壁面のうち、外径側案内面を形成する２つの線をいい、案内面と保持器セグメントの外径面および内径面との交わる部分である角部（エッジ）は含まないものである。また、保持器セグメントとは、一つの環状の保持器を、少なくともころを収容する第一および第二ポケットを有するように、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した単位体である。複数の保持器セグメントが周方向に連なってころ軸受に組み込まれ、一つの環状の保持器を形成する。第一ポケットとは、ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも内径側に案内面が設けられているポケットをいい、第二ポケットとは、ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも外径側に案内面が設けられているポケットをいう。
【００２１】
好ましくは、内径側および外径側案内面は、その断面が円弧状であり、円弧の曲率半径は、ころの曲率半径よりも大きく、円弧の曲率中心は、ころピッチ円直径よりも内径側および外径側にある。このように構成することにより、案内面が、断面円弧状の曲面であっても、内径側または外径側案内面と第一および第二ポケットに保持されたころとを、２つの線で接触させることができる。したがって、ころを円滑に転動させることができ、保持器セグメントの破損のおそれを低減することができる。
【００２２】
さらに好ましくは、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置される間座を備える。
【００２３】
複数の保持器セグメントを周方向に連ねて、一つの環状の保持器を形成するには、熱膨張等を考慮した周方向の適正な範囲のすき間が必要である。しかし、各保持器セグメントはそれぞれ単独で製造されるため、各保持器セグメントにおいて、周方向の寸法誤差を有する。このような保持器セグメントを、周方向に連ねて配置した場合、寸法誤差も累積されていくことになる。すき間の寸法を所定の範囲内にするには、各保持器セグメントを高精度で製造しなければならない。
【００２４】
ここで、周方向のすき間の寸法を調整する際に、隣接する保持器セグメント間に、すき間調整用の間座を配置することにより、各保持器セグメントを高精度で製造する必要はなくなり、保持器セグメントの生産性が向上する。また、これに伴い、ころ軸受の生産性も良好になる。
【００２５】
なお、最初の保持器セグメントとは、保持器セグメントを周方向に順次連ねて配置する際に、最初に配置される保持器セグメントをいい、最後の保持器セグメントとは、隣接する保持器セグメントを当接させ、周方向に順次連ねて配置していった際に、最後に配置される保持器セグメントをいう。このようにして配置したときに、最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に生じたすき間を、間座によって、適正なすき間寸法となるように調整する。間座は、ころを収容するポケットを有さないものであり、少なくともころを収容する一つのポケットを有する保持器セグメントとは、異なるものである。
【００２６】
この発明の他の局面においては、保持器セグメントは、一つの環状の保持器を、少なくともころを収容する第一および第二ポケットを有するように、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した保持器セグメントであって、ころを保持する第一および第二ポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有する。第一ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも内径側には、第一ポケットに保持されたころを案内する内径側案内面が設けられている。第二ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも外径側には、第二ポケットに保持されたころを案内する外径側案内面が設けられている。ここで、内径側案内面および外径側案内面ところとは、２つの線で接触する。
【００２７】
このような保持器セグメントは、内径側および外径側案内面ところとが２つの線で接触するため、保持器セグメントの案内面の角部ところとが接触することはない。そうすると、ころを円滑に転動させることができ、かつ、保持器セグメントの破損を防止することができる。
【００２８】
この発明のさらに他の局面においては、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ころ軸受とを有する。ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持する第一および第二ポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントとを備える。第一ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも内径側には、第一ポケットに保持されたころを案内する内径側案内面が設けられている。第二ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも外径側には、第二ポケットに保持されたころを案内する外径側案内面が設けられている。ここで、内径側案内面および外径側案内面ところとは、２つの線で接触する。
【００２９】
このような風力発電機の主軸支持構造は、ころを円滑に転動させることができ、かつ、保持器セグメントの破損のおそれが低減されたころ軸受を含むため、長寿命を実現することができる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、保持器セグメントはころ案内となり、保持器セグメントが外径側に移動しようとしても、第一ポケットに保持されたころと内径側案内面とが、２つの線で接触する。また、保持器セグメントが内径側に移動しようとしても、第二ポケットに保持されたころと外径側案内面とが２つの線で接触する。このように、内径側案内面および外径側案内面ところとが、２つの線で接触し、保持器セグメントの移動が規制されることになる。そうすると、内径側および外径側案内面の角部と、第一および第二ポケットに保持されたころとが接触することはない。したがって、内径側および外径側案内面の角部が破損したり、角部ところとの接触による摩擦や発熱、トルクの増大等を防止することができる。その結果、ころを円滑に転動させることができ、かつ、保持器セグメントの破損のおそれを低減することができる。
【００３１】
また、このような保持器セグメントは、内径側および外径側案内面ところとが２つの線で接触するため、保持器セグメントの案内面の角部ところとが接触することはない。そうすると、ころを円滑に転動させることができ、かつ、保持器セグメントの破損を防止することができる。
【００３２】
また、このような風力発電機の主軸支持構造は、ころを円滑に転動させることができ、かつ、保持器セグメントの破損のおそれが低減されたころ軸受を含むため、長寿命を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメント１１ａを示す斜視図である。図３は、図２に示す保持器セグメント１１ａを、図２中の線ＩＩＩ−ＩＩＩを含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。図１は、図３に示す断面のうち、ポケット１３ａ周辺を示す拡大断面図である。また、図４は、図２に示す保持器セグメント１１ａを、柱部１４ａの中央を通り、円周方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。なお、理解の容易の観点から、図１においては、ポケット１３ａに保持される円錐ころ１２ａを実線で、図３および図４においては、保持器セグメント１１ａが保持する複数の円錐ころ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを点線で示している。また、一点鎖線でＰＣＤ２２を示す。
【００３４】
図１、図２、図３および図４を参照して、まず、円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメント１１ａの構成について説明する。保持器セグメント１１ａは、一つの環状の保持器を、少なくともころを収容する一つのポケットを有するように、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した形状である。保持器セグメント１１ａは、円錐ころ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを保持するポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成するように、軸に沿う方向に延びる４つの柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと、軸方向の両端に位置し、４つの柱部１４ａ〜１４ｄを連結するように周方向に延びる一対の連結部１５ａ、１５ｂと、軸方向の両端に位置し、周方向に突出する一対の突部１６ａ、１６ｂとを含む。
【００３５】
一対の連結部１５ａ、１５ｂおよび一対の突部１６ａ、１６ｂは、複数の保持器セグメント１１ａが円錐ころ軸受に組み込まれた際に、周方向に連なって一つの環状の保持器を形成するように、周方向において所定の曲率半径を有している。一対の連結部１５ａ、１５ｂおよび一対の突部１６ａ、１６ｂのうち、円錐ころ１２ａ〜１２ｃの小径側に位置する連結部１５ａ、突部１６ａの曲率半径は、円錐ころ１２ａ〜１２ｃの大径側に位置する連結部１５ｂ、突部１６ｂの曲率半径よりも小さく構成されている。
【００３６】
保持器セグメント１１ａは、他の保持器セグメントと端面２１ａ、２１ｂ同士を当接させて配置した場合に、一対の突部１６ａ、１６ｂにより、保持器セグメント１１ａと他の保持器セグメントとの間に、円錐ころを収容するポケットを形成する。
【００３７】
柱部１４ａ〜１４ｄの外径側および内径側には、軸方向の中央部分において、径方向内側または外側に凹んだ形状で、周方向に貫通する油溝１９、２０が設けられている。この油溝１９、２０により、潤滑剤の循環が良好になる。
【００３８】
ここで、円錐ころ１２ａを保持する第一ポケットとしてのポケット１３ａの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径、すなわち、ＰＣＤ２２よりも内径側には、その断面が円弧状である内径側案内面１７ａ、１７ｂが設けられている。このように構成することにより、保持器セグメント１１ａはころ案内となり、ポケット１３ａに保持された円錐ころ１２ａによって、外径側への移動が規制される。内径側案内面１７ａ、１７ｂを構成する円弧の曲率半径Ｒ１は、その断面における円錐ころ１２ａの曲率半径Ｒ２よりも大きく構成されている。また、その曲率中心Ｐは、ＰＣＤ２２よりも外径側に位置する。なお、円錐ころ１２ｃを保持する第一ポケットとしてのポケット１３ｃの両側の側壁面のうち、ＰＣＤ２２よりも内径側にも、その断面が円弧状である内径側案内面１７ｃ、１７ｄが設けられている。内径側案内面１７ｃ、１７ｄの構成は、内径側案内面１７ａ、１７ｂと同様であるため、その説明を省略する。
【００３９】
一方、円錐ころ１２ｂを保持する第二ポケットとしてのポケット１３ｂの両側の側壁面のうち、ＰＣＤ２２よりも外径側には、その断面が円弧状である外径側案内面１８ｂ、１８ｃが設けられている。外径側案内面１８ｂ、１８ｃを構成する円弧の曲率半径についても上記した内径側案内面１７ａ〜１７ｄと同様に、その断面における円錐ころ１２ａの曲率半径よりも大きく構成されている。また、その曲率中心は、ＰＣＤ２２よりも内径側に位置する。
【００４０】
このように構成することにより、保持器セグメント１１ａはころ案内となり、ポケット１３ａ、１３ｃに保持された円錐ころ１２ａ、１２ｃによって、外径側への移動が規制され、ポケット１３ｂに保持された円錐ころ１２ｂによって、内径側への移動が規制される。
【００４１】
なお、周方向外側に位置する柱部１４ａ、１４ｄの周方向外側の端面にも、外径側案内面１８ｂ、１８ｃと同様の構成の外径側案内面１８ａ、１８ｄが設けられている。また、上記したポケット１３ａ〜１３ｃには、保持器セグメント１１ａの径方向および周方向の若干の移動を許容する案内すき間が設けられている。なお、ここでは、理解の容易の観点から、内径側案内面１７ａ〜１７ｄ、外径側案内面１８ａ〜１８ｄの曲率半径を同じとする。
【００４２】
ここで、ポケット１３ａにおいて、内径側案内面１７ａ、１７ｂと円錐ころ１２ａとは、２つの線で接触する。すなわち、保持器セグメント１１ａが外径側に移動する際には、内径側案内面１７ａ、１７ｂを示す２つの線と、円錐ころ１２ａとが接触する。そうすると、保持器セグメント１１ａが外径側に移動する際に、内径側案内面１７ａ、１７ｂと保持器セグメント１１ａの内径面２４ａとの交わる部分である角部２３ａと、円錐ころ１２ａとが接触することはない。同様に、ポケット１３ｃにおいては、内径側案内面１７ｃ、１７ｄと円錐ころ１２ｃとは、２つの線で接触するよう構成されており、角部２３ｃと円錐ころ１２ｃとが接触することはない。
【００４３】
同様に、第二ポケットであるポケット１３ｂにおいて、保持器セグメント１１ａが内径側に移動しようとしても、外径側案内面１８ｂ、１８ｃを示す２つの線と、円錐ころ１２ｂとが接触する。そうすると、保持器セグメント１１ａが内径側に移動する際に、外径側案内面１８ｂ、１８ｃと保持器セグメント１１ａの外径面２４ｂとの交わる部分である角部２３ｂと、円錐ころ１２ｂとが接触することはない。
【００４４】
したがって、保持器セグメント１１ａが内径側または外径側に移動する際に、第一および第二ポケットに保持された円錐ころ１２ａ〜１２ｃと角部２３ａ〜２３ｃとが接触することはないため、円錐ころ１２ａ〜１２ｃから角部２３ａ〜２３ｃに対して荷重が負荷されることはない。
【００４５】
その結果、保持器セグメント１１ａの角部２３ａ〜２３ｃの破損を防止することができる。また、角部２３ａ〜２３ｃと円錐ころ１２ａ〜１２ｃとの接触による摩擦や発熱、トルクの増大等を防止することができる。
【００４６】
なお、この場合、Ｒ１とＲ２の関係は、１．０２Ｒ２＜Ｒ１＜１．１５Ｒ２とすることが好ましい。このように構成することにより、適切に、保持器セグメント１１ａをころ案内とすることができる。
【００４７】
また、保持器セグメント１１ａが外径側に移動した際に、円錐ころ１２ａが内径側案内面１７ａに接触する接触点をＳとし、Ｓと円錐ころ１２ａの中心軸線とを含む平面３６ａと、ＰＣＤ２２に接し、円錐ころ１２ａの中心軸線を含む平面３６ｂとのなす角度をθ°とすると、４０°＜θ°＜７０°の関係を有するように構成する。円錐ころ１２ａが内径側案内面１７ｂに接触する接触点と円錐ころ１２ａの中心軸線とを含む平面と、ＰＣＤ２２に接し、円錐ころ１２ａの中心軸線を含む平面３６ｂとのなす角度についても、同様に構成する。
【００４８】
こうすることによって、適切に、保持器セグメント１１ａを案内することができる。具体的には、θ°を４０°よりも大きくすることにより、案内すき間のうち、保持器セグメント１１ａの径方向の移動量を少なくすることができる。また、θ°を７０°よりも小さくすることにより、案内すき間のうち、保持器セグメント１１ａの周方向の移動量を少なくすることができる。
【００４９】
第二ポケットであるポケット１３ｂにおいても同様に、保持器セグメント１１ａが内径側に移動した際に、円錐ころ１２ｂが外径側案内面１８ｂ、１８ｃに接触する接触点と円錐ころ１２ｂの中心軸線とを含む平面と、ＰＣＤ２２に接し、円錐ころ１２ｂの中心軸線を含む平面とのなす角度についても、同様の構成とすることが好ましい。また、外径側案内面１８ａ、１８ｄについても、同様の構成とすることが好ましい。
【００５０】
ここで、内径側案内面１７ａ、１７ｂよりも外径側の側壁面には、油溜まり２５が設けられている。油溜まり２５は、周方向に凹むように、溝状に設けられている。このように構成することにより、油溜まり２５に潤滑剤を保持させることができる。そうすると、油溜まり２５から円錐ころ１２ａに潤滑剤を供給することができ、円錐ころ１２ａを円滑に転動させることができる。なお、このような部分は、円錐ころ１２ａと接触することはなく、強度を必要とされないため、図１に示すように、周方向に凹むような溝状の油溜まり２５を設けて、より多くの潤滑剤を保持することができる。また、滑らかなＲ形状で内径側案内面１７ａ、１７ｂと連ねるようにして、油溜まり２５を設けてもよい。なお、同様に、内径側案内面１７ｃ、１７ｄよりも内径側の側壁面や外径側案内面１８ａ〜１８ｄよりも内径側の側壁面にも、油溜まりを設けてもよい。
【００５１】
次に、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれ、周方向に連なる保持器セグメント１１ａ等の周方向のすき間の寸法を調整する間座について説明する。図５は、円錐ころ軸受に含まれる間座２６の斜視図である。図５を参照して、間座２６の構成について説明すると、間座２６は、軸方向の両端に位置する端部２７ａ、２７ｂと、端部２７ａ、２７ｂ間に位置する中央部２８とを含む。端部２７ａ、２７ｂの軸方向の間隔は、上記した保持器セグメント１１ａに含まれる一対の突部１６ａ、１６ｂの軸方向の間隔と同じである。また、中央部２８の内径面側および外径面側には、周方向に貫通する油溝３０ａ、３０ｂが設けられている。
【００５２】
次に、上記した保持器セグメント１１ａおよび間座２６を含む円錐ころ軸受の構成について説明する。図６は、複数の保持器セグメント１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ等および間座２６を周方向に配置させた円錐ころ軸受３１を、軸方向から見た概略断面図である。また、図７は、図６中においてＶＩＩで示す部分の拡大断面図である。ここで、保持器セグメント１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、保持器セグメント１１ａと同一形状であるため、その説明を省略する。なお、図６においては、保持器セグメント１１ａ等に保持される円錐ころ３４を省略している。また、ここでは、複数の保持器セグメント１１ａ〜１１ｄのうち、最初に配置される保持器セグメントを保持器セグメント１１ａとし、最後に配置される保持器セグメントを保持器セグメント１１ｄとする。
【００５３】
図６および図７を参照して、円錐ころ軸受３１は、外輪３２と、内輪３３と、複数の円錐ころ３４と、複数の保持器セグメント１１ａ〜１１ｄと、間座２６とを備える。保持器セグメント１１ａ〜１１ｄは、周方向において、順次連ねられて配置される。ここでは、まず、最初に保持器セグメント１１ａが配置され、次に、保持器セグメント１１ｂが保持器セグメント１１ａと当接するように配置される。その後、保持器セグメント１１ｃが保持器セグメント１１ｂと当接するように配置され、順次、保持器セグメントが配置されていき、最後に、保持器セグメント１１ｄが配置される。ここで、隣接する２つの保持器セグメント１１ａ、１１ｂ等の間には、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間を除いて、形成されるポケット３５に円錐ころ３４が配置される。ここで、ポケット３５は、第二ポケットとなる。
【００５４】
上記したように、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄはころ案内であり、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄの案内時において、ポケット１３、３５の両側の側壁面に設けられた内径側および外径側案内面１７、１８と円錐ころ３４とは、２つの線で接触する。したがって、円錐ころ３４と保持器セグメント１１ａ〜１１ｄとが、角部２３で接触することはないため、角部２３の破損を防止することができ、また、摩耗や発熱、トルクの増大等も防止することができる。
【００５５】
次に、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間に配置される間座２６の配置状態について説明する。図８は、図６においてＶＩＩＩで示す部分の拡大断面図である。図５、図６および図８を参照して、保持器セグメント１１ａ等を順次当接するように連なって配置していき、保持器セグメント１１ａと保持器セグメント１１ｄとの間に生じたすき間３９に、間座２６を配置させる。こうすることにより、保持器セグメント１１ａと間座２６との間に生じる周方向の最後すき間４０の寸法を、容易に設定された範囲にすることができる。最後すき間とは、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄ等を円周上にすき間なしに配置し、さらに、最後の保持器セグメント１１ｄと間座２６とをすき間なしに配置したときに、最初の保持器セグメント１１ａと、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間に配置された間座２６との最大すき間をいう。
【００５６】
なお、上記の実施の形態においては、内径側および外径側案内面を、その断面が円弧状としたが、これに限らず、平面であってもよい。図９は、この場合の保持器セグメントの第一ポケット付近を示す拡大断面図であり、図１に対応する。図９を参照して、保持器セグメント４１に含まれる第一ポケットとしてのポケット４３の両側の側壁面に設けられた内径側案内面４４ａ、４４ｂは、それぞれ平面から構成されている。
【００５７】
ここで、内径側案内面４４ａ、４４ｂとポケット４３に保持される円錐ころ４２とが、２つの線で接触する。このように構成することにより、内径側の角部４５ａと円錐ころ４２とが接触することはなく、角部４５ａの破損を防止することができる。同様に、保持器セグメント４１に含まれる第二ポケットの外径側案内面を、それぞれ平面で構成し、外径側案内面と、第二ポケットに保持される円錐ころとを、２つの線で接触するよう構成する。こうすることにより、外径側の角部と、円錐ころとの接触を防止して、外径側の角部の破損を防止することができる。
【００５８】
なお、この場合も、上記したように、円錐ころ４２が内径側案内面４４ａに接触する接触点をＳ’とし、Ｓ’と円錐ころ４２の中心軸線とを含む平面４６ａと、ＰＣＤ４７に接し、円錐ころ４２の中心軸線を含む平面４６ｂとのなす角度をθ’°とすると、４０°＜θ’°＜７０°とすることが好ましい。同様に、その他の内径側案内面４４ｂ等や保持器セグメント４１に含まれる第二ポケットの外径側案内面についても、同様に構成とすることが好ましい。また、上記と同様に、内径側案内面４４ａ、４４ｂの外径側には、油溜まり４８を設けることにしてもよい。
【００５９】
また、上記の実施の形態においては、保持器セグメントのポケットの側壁面に設けられる内径側および外径側案内面は、その断面が、それぞれ一つの曲率半径、一つの曲率中心で構成されることにしたが、これに限らず、複数の円弧から構成されることにしてもよい。また、曲面と平面とを含んでいてもよい。さらに、内径側および外径側案内面は、軸方向に連ねて設けられていてもよいし、軸方向に部分的に設けられていてもよい。
【００６０】
図１０および図１１は、この発明の一実施形態に係るころ軸受を主軸支持軸受７５として適用した、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７２のケーシング７３は、高い位置で、旋回座軸受７１を介して支持台７０上に水平旋回自在に設置されている。風力を受けるブレード７７を一端に固定する主軸７６は、ナセル７２のケーシング７３内で、軸受ハウジング７４に組み込まれた主軸支持軸受７５を介して、回転自在に支持されている、主軸７６の他端は増速機７８に接続され、この増速機７８の出力軸が発電機７９のロータ軸に結合されている。ナセル７２は、旋回用モータ８０により、減速機８１を介して任意の角度に旋回させられる。
【００６１】
軸受ハウジング７４に組み込まれた主軸支持軸受７５は、この発明の一実施形態に係るころ軸受であって、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持する第一および第二ポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントとを備える。第一ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも内径側には、第一ポケットに保持されたころを案内する内径側案内面が設けられている。第二ポケットの両側の側壁面のうち、ころピッチ円直径よりも外径側には、第二ポケットに保持されたころを案内する外径側案内面が設けられている。ここで、内径側案内面および外径側案内面ところとは、２つの線で接触する。
【００６２】
主軸支持軸受７５は、大きな風力を受けるブレード７７を一端に固定する主軸７６を支持するため、大きな荷重がかかることになる。そうすると、主軸支持軸受７５自体も大型にする必要がある。ここで、生産性向上等のため、一つの環状の保持器を分割した形状の保持器セグメントとし、上記のような構成とすることにより、保持器セグメントの破損を防止することができる。そうすると、風力発電機の主軸支持構造は、長寿命を実現することができる。
【００６３】
なお、上記の実施の形態においては、第一ポケットとして、一つのポケットの両側の側壁面に２つの内径側案内面を設け、第二ポケットとして、他のポケットの両側の側壁面に２つの外径側案内面を設けることにしたが、これに限らず、一つのポケットに、２つの内径側案内面および２つの外径側案内面を設け、上記のような関係となるよう構成してもよい。すなわち、一つのポケットが第一および第二ポケットを兼用することにしてもよい。なお、この場合、軸方向からころを挿入させることにより、ポケット内にころを保持させることが可能である。
【００６４】
また、上記の実施の形態においては、保持器セグメントは、周方向に突出する突部を有することにしたが、これに限らず、突部を有さないタイプ、すなわち、周方向外側に柱部が配置される構成の保持器セグメントについても、適用される。
【００６５】
なお、上記の実施の形態においては、円錐ころ軸受は、間座を含むことにしたが、これに限らず、このような間座を含まないタイプの円錐ころ軸受についても、適用される。また、間座の形状についても、たとえば、略直方体形状や、中央部が周方向に膨出した形状等であっても構わない。さらに、隣接する保持器セグメントの間に、ころを配置しなくともよいし、間座と保持器セグメントとの間に、ころを配置してもよい。
【００６６】
なお、上記の実施の形態においては、保持器セグメントは、ころを収容するポケットを３つ有することにしたが、これに限らず、４つ以上のポケットを有することにしてもよい。このような構成の保持器セグメントは、案内面が設けられたポケットを多く有するため、より安定して径方向に配置される。
【００６７】
また、上記の実施の形態においては、ころ軸受に備えられるころとして、円錐ころを用いたが、これに限らず、円筒ころや針状ころ、棒状ころ等を用いてもよい。
【００６８】
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】
【００６９】
この発明に係るころ軸受は、ころを円滑に転動させることができ、かつ、保持器セグメントの破損を防止することができるため、長寿命が要求されるころ軸受に有効に利用される。
【００７０】
この発明に係る保持器セグメントは、ころを円滑に転動させることができ、かつ、破損のおそれが少ないため、長寿命が要求されるころ軸受に備えられる場合に、有効に利用される。
【００７１】
また、この発明に係る風力発電機の主軸支持構造についても、長寿命が要求される風力発電機の主軸支持構造に、有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメントの第一ポケット周辺を示す拡大断面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメントの斜視図である。
【図３】図２に示す保持器セグメントを、図２中の線ＩＩＩ−ＩＩＩを含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。
【図４】図２に示す保持器セグメントを、柱部の中央を通り、円周方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。
【図５】円錐ころ軸受に含まれる間座を示す斜視図である。
【図６】複数の保持器セグメントおよび間座を周方向に配置した場合の円錐ころ軸受の概略断面図である。
【図７】隣接する保持器セグメントを示す拡大断面図である。
【図８】最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に間座を配置した場合の拡大断面図である。
【図９】この発明の他の実施形態に係る保持器セグメントの第一ポケット周辺を示す拡大断面図である。
【図１０】この発明に係る円錐ころ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１１】図１０に示す風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。
【図１２】従来における保持器セグメントの斜視図である。
【図１３】図１２に示す保持器セグメントを、柱部を含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。
【図１４】従来における保持器のポケット周辺を示す拡大断面図であり、案内面の円弧が、ころの円弧と同心円状のものである。
【図１５】従来における保持器のポケット周辺を示す拡大断面図であり、案内面を構成する円弧の曲率中心が、ＰＣＤ上にあるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，４１  保持器セグメント、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，３４，４２  円錐ころ、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，３５，４３  ポケット、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  柱部、１５ａ，１５ｂ  連結部、１６ａ，１６ｂ  突部、１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，４４ａ，４４ｂ  内径側案内面、１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ  外径側案内面、１９，２０，３０ａ，３０ｂ  油溝、２１ａ，２１ｂ  端面、２２，４７  ＰＣＤ、２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，４５ａ  角部、２４ａ  内径面、２４ｂ  外径面、２５，４８  油溜まり、２６  間座、２７ａ，２７ｂ  端部、２８  中央部、３１  円錐ころ軸受、３２  外輪、３３  内輪、３６ａ，３６ｂ，４６ａ，４６ｂ  平面、３９  すき間、４０  最後すき間、７０  支持台、７１  旋回座軸受、７２  ナセル、７３  ケーシング、７４  軸受ハウジング、７５  主軸支持軸受、７６  主軸、７７  ブレード、７８  増速機、７９  発電機、８０  旋回用モータ、８１  減速機。
【図１】
0004573791.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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