(57)【要約】【課題】異音の発生や破損のおそれが少なく、潤滑性能に優れた転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受は、鍔部としての大鍔１２ａおよび小鍔１２ｂを有する内輪１２と、外輪（図示せず）と、内輪１２および外輪の間に配置される複数の円錐ころ１３と、複数の円錐ころ１３を収容するポケットを有する保持器１４とを備える円錐ころ軸受１１である。この保持器１４は、軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメント１４ａ・・・に分割されている。保持器セグメント１４ａは、一対のリング部１５ａ，１５ｂと、一対のリング部１５ａ，１５ｂの間に配置され、円錐ころ１３を収容するポケットを形成するように軸方向に延びる複数の柱部１６と、リング部１５ａ，１５ｂの内径面から径方向内側に突出して内輪１２の鍔部に当接する内輪当接部１８ａ，１８ｂを有するを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍔部を有する内輪と、
前記内輪の外径面に沿って配置される複数のころと、
前記複数のころを収容するポケットを有する保持器とを備え、
前記保持器は、軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメントに分割されており、
前記各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、前記一対のリング部間に配置され、前記ポケットを形成するように軸方向に延びる複数の柱部と、前記一対のリング部の内径面から径方向内側に突出して前記内輪の前記鍔部に当接する内輪当接部とを有する、転がり軸受。
【請求項２】
前記柱部は、前記ポケット内に収容された前記ころの内径側への移動を制限するころ止め部を有する、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は、樹脂製である、請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記ころは、円錐ころである、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項５】
複数のころを収容するポケットを有し、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割される保持器セグメントであって、
前記各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、前記一対のリング部間に配置され、前記ポケットを形成するように軸方向に延びる複数の柱部と、前記一対のリング部の内径面から径方向内側に突出して軸受内輪の鍔部に当接する内輪当接部とを有する、保持器セグメント。
【請求項６】
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転がり軸受とを有する風力発電機の主軸支持構造であって、
前記転がり軸受は、鍔部を有する内輪と、前記内輪の外径面に沿って配置される複数のころと、前記複数のころを収容するポケットを有する保持器とを備え、前記保持器は、軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメントに分割されており、前記各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、前記一対のリング部間に配置され、前記ポケットを形成するように軸方向に延びる複数の柱部と、前記一対のリング部の内径面から径方向内側に突出して前記内輪の前記鍔部に当接する内輪当接部とを有する、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、転がり軸受、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する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受は、一般的には、外輪と、内輪と、外輪と内輪と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】
ここで、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転がり軸受については、大きな荷重を受ける必要があるため、転がり軸受自体も大型となる。そうすると、ころや保持器等の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】
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６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６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１０３と、複数の柱部１０３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。各ポケット１０４の周方向両側に位置する柱部１０３の内径側には、ポケット１０４に収容されるころが内径側へ抜け出るのを防止する内径側ころ止め部が設けられている。一方、外径側には、ころが外径側へ抜け出るのを防止する外径側ころ止め部は設けられておらず、平らである。また、柱部１０３の外径側の端面には、外輪との距離を保つための突出部１０６ａが設けられており、柱部１０３の内径側の端面には、内輪との距離を保つための突出部１０６ｂ（図示せず）が設けられている。
【０００５】
図７は、図６に示した保持器セグメント１０１ａを含む転がり軸受の一部を示す断面図である。図６および図７を参照して、保持器セグメント１０１ａを含む転がり軸受１１１の構成を説明すると、転がり軸受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、周方向の端面１０７が当接するように連なって組み合わされている。複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等が連なって組み合わされ、転がり軸受１１１に含まれる一つの環状の保持器が形成されている。
【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１０３の外径側端面に設けられた突出部１０６ａおよび内径側端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、上記した構成の転がり軸受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の軌道面１１５と柱部１０３の内径側端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の軌道面１１６と柱部１０３の外径側端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、転がり軸受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が破損する恐れがある。さらには、軸受回転時に突出部１０６ａが軌道面１１５，１１６の油膜を掻き取って、転がり軸受１１１の潤滑性能を著しく低下させる恐れがある。
【００１０】
この発明の目的は、異音の発生や破損のおそれが少なく、潤滑性能に優れた転がり軸受、転がり軸受に安定して配置される保持器セグメント、およびこのような転がり軸受を備え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】
【００１１】
この発明に係る転がり軸受は、鍔部を有する内輪と、内輪の外径面に沿って配置される複数のころと、複数のころを収容するポケットを有する保持器とを備える。そして、保持器は、軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメントに分割されている。さらに、各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、一対のリング部間に配置され、ポケットを形成するように軸方向に延びる複数の柱部と、一対のリング部の内径面から径方向内側に突出して内輪の鍔部に当接する内輪当接部とを有する。また、柱部は、ポケット内に収容されたころの内径側への移動を制限するころ止め部と有することが好ましい。
【００１２】
上記構成の転がり軸受において、各保持器セグメントの径方向内側への移動は内輪鍔部によって制限され、径方向外側への移動はころによって制限される。これにより、軸受回転時における保持器の挙動が安定し、保持器セグメントと外輪や内輪との接触による異音の発生や保持器セグメント等の破損を抑制することができる。さらに、軸受回転時に保持器セグメントが内外輪の軌道面と接触することがないので、潤滑性に優れた転がり軸受を得ることができる。ここで、保持器セグメントとは、一体型の環状の保持器を、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した単位体であり、複数の保持器セグメントが周方向に連なって組み合わさり、１つの環状の保持器が形成される。
【００１３】
好ましくは、保持器セグメントは、樹脂製である。保持器セグメントは、一体型の保持器と比較して、小型であり、かつ、単純形状である。そうすると、保持器セグメントを樹脂製とすることにより、射出成型等による製造が可能になり、大量生産が容易になる。
【００１４】
好ましくは、ころは、円錐ころである。上記した風力発電機の主軸等に使用される大型の転がり軸受においては、大きなスラスト荷重やモーメント荷重、ラジアル荷重等を受ける必要があるため、ころを円錐ころとした円錐ころ軸受が適用される。このような円錐ころ軸受に適用されると、円錐ころ軸受が大型となった場合でも、生産性が良好になるとともに、保持器セグメントを安定して転がり軸受内に配置することができ、外輪等との接触による異音の発生等を抑制することができる。
【００１５】
この発明に係る保持器セグメントは、複数のころを収容するポケットを有し、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割される保持器セグメントである。具体的には、各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、一対のリング部間に配置され、ポケットを形成するように軸方向に延びる複数の柱部と、一対のリング部の内径面から径方向内側に突出して軸受内輪の鍔部に当接する内輪当接部とを有する。
このような保持器セグメントは、軸受内輪の鍔部によって案内されるため、軸受内輪の軌道面と接触することがない。その結果、軸受回転時に保持器セグメントが軌道面の油膜を掻き取ることがなくなるので、軸受の潤滑性能が向上する。
【００１６】
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転がり軸受とを有する。転がり軸受に注目すると、鍔部を有する内輪と、内輪の外径面に沿って配置される複数のころと、複数のころを収容するポケットを有する保持器とを備える。そして、保持器は、軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメントに分割されている。さらに、各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、一対のリング部間に配置され、ポケットを形成するように軸方向に延びる複数の柱部と、一対のリング部の内径面から径方向内側に突出して内輪の鍔部に当接する内輪当接部とを有する。
【００１７】
上記構成の転がり軸受は、軸受回転時に保持器セグメントが内輪の軌道面と接触することがないので潤滑性に優れている。このような転がり軸受を風力発電機の主軸を支持する軸受として採用することにより、信頼性の高い風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、保持器セグメントの径方向の移動が、内輪の鍔部ところとによって制限される。その結果、保持器セグメントと外輪および内輪との接触による異音の発生や保持器セグメントの破損を抑制できると共に、潤滑性に優れた転がり軸受を得ることができる。
【００１９】
また、このような保持器セグメントを備える転がり軸受を風力発電機の主軸を支持する軸受に採用することにより、信頼性の高い風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図１〜図３を参照して、この発明の一実施の形態に係る転がり軸受、および保持器セグメントを説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す図であって、図２は図１に示す保持器セグメントを矢印Ａの方向から見た図であり、図３は図１のＢ−Ｂにおける断面図である。
【００２１】
図１を参照して、転がり軸受は、内輪１２と、外輪（図示せず）と、内輪１２および外輪の間に配置される複数の円錐ころ１３と、複数の円錐ころ１３を収容するポケットを有する保持器１４とを備える円錐ころ軸受１１である。この保持器１４は、軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメント１４ａ・・・に分割されている。
【００２２】
内輪１２は、円環状の部材で、その外径面に軸方向の両端部に鍔部としての大鍔１２ａおよび小鍔１２ｂとを有し、大鍔１２ａと小鍔１２ｂとの間に円錐ころ１３を受け入れる転動面が設けられている。
【００２３】
図２は、保持器セグメント１４ａの拡大図である。図２を参照して、保持器セグメント１４ａは、一対のリング部１５ａ，１５ｂと、一対のリング部１５ａ，１５ｂの間に配置され、円錐ころ１３を収容するポケットを形成するように軸方向に延びる複数の柱部１６とを有する。図２に示す実施形態においては、４本の柱部１６によって３つのポケットが形成され、各ポケットに１つずつの円錐ころ１３が収容されている。なお、他の保持器セグメントの構成も保持器セグメント１４ａと同様であるので、説明は省略する。
【００２４】
リング部１５ａ，１５ｂは、それぞれ円弧形状で、両端部に隣接する保持器セグメントと突合する突合端面１７と、図１に示すようにリング部１５ａ，１５ｂの内径面から径方向内側に突出する内輪当接部１８ａ，１８ｂを有する。この保持器セグメントを組み合わせると、内輪１２および外輪に沿う円環形状となる。また、円錐ころ１３を適切に保持するために、円錐ころ１３の大端面側に位置するリング部１５ａの曲率半径は、小端面側に位置するリング部１５ｂの曲率半径より大きく設定されている。
【００２５】
図３は、図１のＢ−Ｂ断面における断面図であって、柱部１６の形状を示す図である。なお、単純化のために内輪１２およびリング部１５ａの図示は省略している。図３を参照して、柱部１６のポケットを形成する端面は、円錐ころ１３の転動面に沿う曲面形状であって、その最内径部には、円錐ころ１３の内径側への移動を制限するころ止め部１６ａが設けられている。また、図２に示すように、柱部１６の幅寸法はリング部１５ｂ側からリング部１５ａ側に向かって大きくなっており、ポケットは円錐ころ１３の外形に沿う台形形状となっている。
【００２６】
上記構成の保持器セグメント１４ａを円錐ころ軸受１１に組み込んだ場合、内輪当接部１８ａは内輪１２の大鍔１２ａに当接し、内輪当接部１８ｂは内輪１２の小鍔１２ｂに当接する。したがって、保持器セグメント１４ａが天の位置にあるときは、内輪当接部材１８ａ，１８ｂが鍔部１２ａ，１２ｂと接触し、保持器セグメント１４ａは内輪鍔案内となる。
【００２７】
一方、保持器セグメント１４ａが地の位置にあるときには、ころ止め部１６ａによって保持器セグメント１４ａの下方向への移動が制限される。したがって、このときの保持器セグメント１４ａはころ案内となる。
【００２８】
このように、保持器セグメント１４ａの径方向内側への移動を内輪鍔部１２ａ，１２ｂによって制限し、径方向外側への移動を円錐ころ１３によって制限することによって、保持器セグメント１４ａと内輪１２および外輪との接触による異音の発生や保持器セグメント１４ａの破損を抑制することができる。また、保持器セグメント１４ａが内外輪の軌道面の油膜を掻き取る心配がなくなるので、潤滑性に優れた転がり軸受を得ることができる。
【００２９】
なお、上記実施形態において、突合端面１７が左右両端の柱部１６から突出している例を示したが、これに限ることなく、例えば、突合端面１７が両端の柱部１６から突出しない形状とすることもできる。ただし、隣接する保持器セグメントそれぞれの柱部１６が接触する構造の場合、軸受回転時に柱部１６が変形または破損する恐れがあるので、隣接する保持器セグメントの柱部１６同士が接触しない構造とするのが望ましい。
【００３０】
また、上記実施形態において、隣接する保持器セグメント間に円錐ころ１３を収容しない例を示したが、これに限ることなく、隣接する保持器セグメントの突合部分にポケットを形成して、円錐ころ１３を収容することとしてもよい。これにより、円錐ころ軸受１１の負荷容量が増大する。
【００３１】
また、保持器１４は、２以上の任意の数の保持器セグメントを組み合わせることにより形成することができ、各保持器セグメントに収容可能なころ本数も任意に選択できるものとする。また、全ての保持器セグメントを組み合わせたときに、保持器セグメント間に形成される円周方向隙間を埋めるために、保持器セグメント間に隙間調整用の間座を配置してもよい。
【００３２】
さらに、上記の実施形態においては、ころとして円錐ころ１３を採用した単列の円錐ころ軸受１１の例を示したが、この発明は、複列の円錐ころ軸受であってもよい。また、球面ころを採用した自動調心ころ軸受、円筒ころを採用した円筒ころ軸受、あらゆる転がり軸受に適用可能である。
【００３３】
なお、このような保持器セグメントを備える転がり軸受を大型にした場合であっても、保持器セグメントは小型であり、かつ、単純形状であるため、その材質を樹脂製とし、射出成型等することによって、容易に製造することができる。こうすることにより、生産性が良好となる。
【００３４】
また、上記の実施の形態においては、保持器セグメントに含まれるリング部１５ａ、１５ｂは、予め所定の曲率を有するように構成している。しかし、リング部１５ａ、１５ｂを、可撓性のある樹脂等の部材で構成し、周方向に弾性を持たせ、製造時においては所定の曲率を有さず、真直ぐな形状とし、転がり軸受に組み込む際に、所定の曲率を持たせて組み込むことができるようにしてもよい。こうすることにより、製造時において、保持器セグメントをより単純な形状とすることができ、さらに生産性等が良好となる。
【００３５】
図４および図５は、上記した円錐ころ軸受１１を主軸支持軸受３５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。風力を受けるブレード３７を一端に固定する主軸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。そして、軸受ハウジング３４に組み込まれた主軸支持軸受３５には、例えば図１〜図３に示したようなこの発明の一実施形態に係る転がり軸受を採用する。
【００３６】
主軸支持軸受３５は、大きな風力を受けるブレード３７を一端に固定する主軸３６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３５自体も大型にする必要がある。ここで、分割が可能な保持器セグメントを備える転がり軸受とすることにより、保持器の生産性、取扱い性、組み立て性が良好となるため、転がり軸受自体の生産性も良好となる。
【００３７】
また、上記構成の転がり軸受は、保持器セグメントと内外輪との接触に伴う異音の発生や保持器セグメントの破損を防止できると共に、円錐ころ軸受の潤滑性能が向上するので、信頼性の高い風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。
【００３８】
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】
【００３９】
この発明に係る保持器セグメントは、風力発電機の主軸を支持する軸受等の大型の転がり軸受に有利に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を示す断面図である。
【図２】図１に示す円錐ころ軸受を矢印Ａ方向から見た図である。
【図３】図１に示す円錐ころ軸受のＢ−Ｂ断面における断面図である。
【図４】この発明に係る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に示す風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。
【図６】従来における保持器セグメントの斜視図である。
【図７】図６に示す保持器セグメントを、柱部を含む断面で切断した場合の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１  円錐ころ軸受、１２  内輪、１２ａ  大鍔、１２ｂ  小鍔、１３  円錐ころ、１４  保持器、１４ａ，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ  保持器セグメント、１５ａ，１５ｂ  リング部、１６  柱部、１７  突合端面、１８ａ，１８ｂ  内輪当接部、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、１０２ａ，１０２ｂ  連結部、１０３  柱部、１０４  ポケット、１０５  ＰＣＤ、１０６ａ，１０６ｂ  突出部、１０７  端面、１１１  転がり軸受、１１２  外輪、１１３  内輪、１１４  ころ、１１５，１１６  軌道面。
【図１】
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【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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