(57)【要約】【課題】  回転軸に組込んだ後に、円錐ころの適正な回転を維持可能な円錐ころ軸受を提供する。【解決手段】  円錐ころ軸受１１は、大鍔１２ａおよび小鍔１２ｂを有する内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置された複数の円錐ころ１４と、円錐ころ１４を保持する保持器１５とを備える。そして、内輪１２は、小鍔１２ｂ側の締代が大鍔１２ａ側よりも小さくなるように、小鍔１２ｂ側の内径寸法ｄｂを大鍔１２ａの内径寸法ｄａより大きくする。【選択図】      図１
2007078042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小鍔および大鍔を有する内輪と、
外輪と、
前記内輪および前記外輪の間に配置された複数の円錐ころとを備え、
前記内輪は、前記小鍔側の締代が前記大鍔側よりも小さくなるように、前記小鍔側の内径寸法が前記大鍔側の内径寸法より大きい、円錐ころ軸受。
【請求項２】
前記回転軸の内径をｄ０、外径をｄとし、
前記大鍔側の外径をＤａ、締代をΔｄａ、膨張率をλａとし、
前記小鍔側の外径をＤｂ、締代をΔｄｂ、膨張率をλｂとすると、
前記大鍔側と前記小鍔側との締代の比Δｄｂ／Δｄａの許容値χおよび膨張率λａ，λｂは、
【数１】
2007078042.tif 000014
【数２】
2007078042.tif 000015
【数３】
2007078042.tif 000016
を満たす、請求項１に記載の円錐ころ軸受。
【請求項３】
回転軸と、
前記回転軸を回転可能に支持する円錐ころ軸受とを備える回転軸支持構造であって、
前記円錐ころ軸受は、小鍔および大鍔を有し、前記回転軸に焼き嵌め固定される内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置された複数の円錐ころとを備え、前記内輪の内径面の締代は、前記小鍔側が前記大鍔側より小さい、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、円錐ころ軸受に関し、特に、風力発電機の主軸等を支持する円錐ころ軸受および回転軸支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力発電機の主軸等を支持する軸受として、例えば、特開２００２−１２２１４６号公報（特許文献１）に、図６に示すような円錐ころ軸受１が記載されている。同公報によると、円錐ころ軸受１は、大鍔２ａおよび小鍔２ｂを有する内輪２と、外輪３と、内輪２および外輪３の間に配置された複数の円錐ころ４と、円錐ころ４を保持する保持器５とを備える。
【０００３】
上記構成の円錐ころ軸受１は、負荷容量が非常に高く、かつ、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを同時に支持することができるので、風力発電機の主軸等の高負荷環境下で使用する軸受として好適である。
【０００４】
上記構成の円錐ころ軸受１を風力発電機の主軸等に組込む方法を、図７を参照して説明する。円錐ころ軸受１は、図７（ａ）に示すように、内輪２の軌道面の延長線、外輪３の軌道面の延長線、および円錐ころ４の転動面の延長線が回転軸１０の中心線上の一点Ｏで一致する（以下、点Ｏを「コーンセンタ」という）。この状態で、円錐ころ４の転動面と内輪２および外輪３の軌道面との接触位置の中心は、円錐ころ４の長さ方向中央部付近となるので、円錐ころ４は円滑に回転することができる。
【０００５】
また、内輪２の内径寸法を回転軸１０の径より僅かに小さく設計する（以下、この寸法差を「締代」という）。これにより、円錐ころ軸受１を回転軸１０上に焼き嵌めによって確実に固定することができる。
【０００６】
そして、図７（ｂ）に示すように、内輪２の内径寸法が回転軸１０の径より大きくなるまで円錐ころ軸受１を熱膨張させて、回転軸１０に組込む。その後、円錐ころ軸受１が冷却されると、図７（ｃ）に示すように、回転軸１０に固定される。
【特許文献１】特開２００２−１２２１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に示した組み込み方法において、回転軸１０は、内輪２の収縮によって接触面圧を受ける。一方、内輪２も、その反作用として回転軸１０から接触面圧を受けることとなる。
【０００８】
ここで、大鍔２ａ側と小鍔２ｂ側とで同寸法の締代を設けている場合、肉厚の薄い小鍔２ｂ側は、肉厚の厚い大鍔２ａ側と比較して剛性が低いため、図７（ｃ）に示すように小鍔２ｂ側が大鍔２ａ側に対してより大きく膨張し、内輪２の軌道面の傾き角が嵌め合い前に対して小さくなる。その結果、円錐ころ４と、内輪２との接触点の中心が円錐ころ４の小径側に移動するので、円錐ころ４の円滑な回転を阻害する。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、回転軸に組込んだ後に、円錐ころの適正な回転を維持可能な円錐ころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る円錐ころ軸受は、小鍔および大鍔を有する内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された複数の円錐ころとを備え、内輪は、小鍔側の締代が大鍔側よりも小さくなるように、小鍔側の内径寸法が大鍔側の内径寸法より大きい。
【００１１】
上記構成とすることにより、回転軸に組込んだ後の内輪の膨張量を小鍔側と大鍔側とで均等にすることが可能となる。その結果、内外輪の軌道面と円錐ころの転動面との接触が適正な状態となるので、円錐ころの円滑な回転を得ることができる。
【００１２】
好ましくは、回転軸の内径をｄ０、外径をｄとし、大鍔側の外径をＤａ、締代をΔｄａ、膨張率をλａとし、小鍔側の外径をＤｂ、締代をΔｄｂ、膨張率をλｂとすると、大鍔側と小鍔側との締代の比Δｄｂ／Δｄａの許容値χおよび膨張率λａ，λｂは、以下の数式を満たす。
【００１３】
【数１】
2007078042.tif 000003
【００１４】
【数２】
2007078042.tif 000004
【００１５】
【数３】
2007078042.tif 000005
【００１６】
大径側の締代Δｄａと小径側の締代Δｄｂとを以下の範囲内に設定することにより、回転軸への組込み時の内輪の軌道面角度が変化することによる回転不良を防止することができる。
【００１７】
この発明に係る回転軸支持構造は、回転軸と、回転軸を回転可能に支持する円錐ころ軸受とを備える。円錐ころ軸受に注目すると、小鍔および大鍔を有し回転軸に焼き嵌め固定される内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された複数の円錐ころとを備え、内輪の内径面の締代は、小鍔側が大鍔側より小さい。
【００１８】
上記構成とすることにより、回転軸から内輪に作用する接触面圧による変形量が、内輪の小鍔側から大鍔側にかけて均等となる。その結果、回転軸への組込み後においても、円錐ころの円滑な回転を維持可能な回転軸支持構造を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明は、回転軸に組込んだ後において、円錐ころの円滑な回転を維持可能な円錐ころ軸受および回転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】
図１を参照して、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受１１を説明する。
【００２１】
円錐ころ軸受１１は、大鍔１２ａおよび小鍔１２ｂを有する内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置された複数の円錐ころ１４と、円錐ころ１４を保持する保持器１５とを備える。そして、内輪１２は、小鍔１２ｂ側の内径寸法ｄｂが大鍔１２ａの内径寸法ｄａより大きい。なお、図１では、寸法関係を明確にするために内輪１２の内径面の形状を誇張して作図している。
【００２２】
次に、図２を参照して、円錐ころ軸受１１を回転軸２０に焼き嵌めする方法を説明する。
【００２３】
まず、円錐ころ軸受１１は、回転軸２０を回転可能に支持する軸受であって、図２（ａ）に示すように、内輪１２および外輪１３の軌道面の延長線と円錐ころ１４の転動面の延長線とが、回転軸２０の中心線上のコーンセンタＯで一致する。また、内輪１２は、内径寸法が小鍔１２ｂ側と大鍔１２ａ側とで異なり、小鍔１２ｂ側の締代は、大鍔１２ａ側の締代より小さい。
【００２４】
そして、図２（ｂ）に示すように、内輪１２の内径寸法が回転軸２０の径より大きくなるまで円錐ころ軸受１１を熱膨張させて、回転軸２０に組込む。その後、円錐ころ軸受１１が冷却されると、図２（ｃ）に示すように、回転軸２０に固定される。
【００２５】
上記構成の円錐ころ軸受１１は、大鍔１２ａ側の締代が、小鍔１２ｂ側と比較して大きいので、回転軸２０から内輪１２に作用する接触面圧も大鍔１２ａ側が大きく、小鍔１２ｂ側が小さい。
【００２６】
一方、肉厚の厚い大鍔１２ａ側は、肉厚の薄い小鍔１２ｂ側と比較して、回転軸２０からの接触面圧に対抗する力も強いので、結果として、内輪１２の変形量は、軌道面全域で均等となる。
【００２７】
これにより、円錐ころ軸受を回転軸に組込んだ後においても、内輪軌道面の傾き角が変化しないので、円錐ころ１４の円滑な回転を維持可能な円錐ころ軸受および回転軸支持構造を得ることができる。
【００２８】
次に、図３〜図５を参照して、大鍔１２ａ側と小鍔１２ｂ側との締代の関係を説明する。
【００２９】
まず、図３は膨張量を導出するモデル図であり、内径をｄ０、外径をｄとする小径円筒２１と内径をｄ０−Δｄ、外径をＤとする大径円筒２２とが嵌合している図である。このとき、大径円筒２２の膨張量ΔＤは、締代をΔｄ、膨張率をλとすると以下の式で表される。
【００３０】
【数４】
2007078042.tif 000006
【００３１】
【数５】
2007078042.tif 000007
【００３２】
上記の式を図４（ａ）に示すような、内径をｄ０、外径をＤ０とする中空軸２３に嵌合するこの発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受の内輪２４に当てはめると、大鍔２４ａ側および小鍔２４ｂ側の膨張量および膨張率は、以下の式で表される。なお、大鍔２４ａ側の外径をＤａ、一方側の締代をΔｄａ／２、一方側の外径の膨張量をΔＤａ／２、膨張率をλａとし、小鍔２４ｂ側の外径をＤｂ、一方側の締代をΔｄｂ／２、一方側の外径の膨張量をΔＤｂ／２、膨張率をλｂとする。また、中実軸の場合には、内径ｄ０＝０として計算を行う。
【００３３】
【数６】
2007078042.tif 000008
【００３４】
【数７】
2007078042.tif 000009
【００３５】
【数８】
2007078042.tif 000010
【００３６】
【数９】
2007078042.tif 000011
【００３７】
ここで、内輪２４を中空軸２３に組込む前後で軌道面角度が一定となる場合とは、ΔＤａ＝ΔＤｂの時であるから、数式６および数式８にこの関係を代入すると、大鍔２４ａ側と小鍔２４ｂ側の締代は、数式１０によって表される。
【００３８】
【数１０】
2007078042.tif 000012
【００３９】
上記の関係式は、内輪２４の軌道面角度を一定に保つ上での理想的な関係であるが、現実には円錐ころの円滑な回転を妨げない範囲として、締代の幅に図４(ｂ)に示すような誤差が許容される。
【００４０】
そこで、図４（ｂ）と数式１０から、円錐ころの円滑な回転を維持するための大鍔２４ａ側と小鍔２４ｂ側との締代の比Δｄｂ／Δｄａの許容値χを算出すると、数式１１のようになる。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＰ部の拡大図であり、小鍔２４ｂ側の理想的な締代を示す直線ｌと、最小の締代を示すｌ１と、最大の締代を示すｌ２とを図示している。
【００４１】
【数１１】
2007078042.tif 000013
【００４２】
締代を上記範囲外に設定した場合、例えば、χが下限値より小さくなった場合、円錐ころと内輪軌道面との接触点の中心が大径側に移動し、χが上限値よりも大きくなった場合、円錐ころと内輪軌道面との接触点の中心が小径側に移動し、どちらの場合も円錐ころの円滑な回転を阻害することとなる。
【００４３】
次に、上記の関係式を用いて、図５に示すようなこの発明の一実施形態に係る円錐ころ用内輪２６の小鍔２６ｂ側の締代Δｄｂを算出する。なお、中空軸２５の内径を５０ｍｍ、外径を１００ｍｍとし、大鍔２６ａ側の外径を１５０ｍｍ、一方側の締代を０．０５ｍｍとし、小鍔２６ｂ側の外径を１２５ｍｍとする。
【００４４】
このとき、数式７から大鍔２６ａ側の膨張率λａ＝９／１６、数式９から小鍔２６ｂ側の膨張率λｂ＝５／７となり、これを数式１１に代入すると、０．５７５＜χ＜１となる。さらに、大鍔２６ａ側の締代Δｄａ＝０．１０ｍｍであるから、小鍔２６ｂ側の締代Δｄｂは、０．０５８ｍｍ＜Δｄｂ＜０．１ｍｍの範囲内に設定するとよい。さらに、数式１０から締代Δｄｂの最適値は、Δｄｂ＝０．０７９ｍｍとなる。
【００４５】
上記の各実施形態においては、単列の円錐ころ軸受を使用した回転軸支持構造の例を示したが、これに限ることなく、複列および多列の円錐ころ軸受を使用した回転軸支持構造にも適用可能である。
【００４６】
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】
【００４７】
この発明は、円錐ころ軸受に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を示す図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を回転軸に組込む工程を示す模式図である。
【図３】締代を有する２つの円筒を嵌合させたときの膨張率を算出するモデル図である。
【図４】図３をこの発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受の内輪に当てはめた図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＰ部の拡大図である。
【図５】この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受用内輪を示す図である。
【図６】従来の円錐ころ軸受を示す図である。
【図７】従来の円錐ころ軸受を回転軸に組込む工程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１１  円錐ころ軸受、２，１２，２４，２６  内輪、２ａ，１２ａ，２４ａ，２６ａ  大鍔、２ｂ，１２ｂ，２４ｂ，２６ｂ  小鍔、３，１３  外輪、４，１４  円錐ころ、５，１５  保持器、１０，２０  回転軸、２１  小径円筒、２２  大径円筒、２３，２５  中空軸。
【図１】
2007078042.tif 000017
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007078042.tif 000021
【図６】
2007078042.tif 000022
【図７】
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