(57)【要約】【課題】風力発電装置のような低速から高速まで広い範囲の運転条件においても摩擦が小さく、焼付き難い、また、保持器や軌道輪から発生する摩耗粉に起因した潤滑剤劣化が小さく、故障の少ない風力発電装置の主軸支持用転がり軸受を提供する。【解決手段】軌道輪である内輪１１および外輪１２と、この内輪１１および外輪１２間に介在する転動体１３と、転動体１３を回転自在に保持する保持器１４とを備えてなり、風力発電装置においてブレードが取り付けられた主軸３を支持するための主軸支持用転がり軸受５であって、上記保持器１４の表面に、合成樹脂にフラーレンと、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンから選ばれた少なくとも１つの二硫化物とが含まれる樹脂組成物からなる被膜が形成され、上記樹脂組成物全体に対して、上記フラーレンが 0.1〜10 容量％、上記二硫化物が 0.5〜20 容量％含まれる。【選択図】図３
2009133403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置において、ブレードが取り付けられた主軸を支持するための主軸支持用転がり軸受であって、
前記転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する転動体と、前記転動体を回転自在に保持する保持器とを備えてなり、
前記保持器の表面に、合成樹脂にフラーレンと、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンから選ばれた少なくとも１つの二硫化物とが含まれる樹脂組成物からなる被膜が形成され、前記樹脂組成物全体に対して、前記フラーレンが 0.1〜10 容量％、前記二硫化物が 0.5〜20 容量％含まれることを特徴とする風力発電装置の主軸支持用転がり軸受。
【請求項２】
前記合成樹脂がポリイミド系樹脂であることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受。
【請求項３】
前記ポリイミド系樹脂が、伸び率が 60〜120％であるポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項２記載の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受。
【請求項４】
前記被膜の厚みが 1〜50μm であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受。
【請求項５】
前記保持器の表面は前記被膜を形成する前において表面粗さＲａが 0.3〜2.0μm であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受。
【請求項６】
前記保持器と接触する軌道輪の表面粗さＲａが 0.6μm 以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項記載の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受。
【請求項７】
前記被膜が保持器表面の少なくとも軌道輪と接触する部位およびポケット面に形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項記載の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受。
【請求項８】
前記被膜が軌道輪の保持器案内面に形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項記載の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置において羽根（ブレード）が取り付けられた主軸を支持するための転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の風力発電装置における風車主軸用軸受には、転がり軸受、特に図３に示すような大型の複列自動調心ころ軸受が用いられることが多い。主軸３は、ブレードが取り付けられた軸であり、風力を受けることによって回転し、その回転を増速機（図示せず）で増速して発電機を回転させ、発電する。風を受けて発電している際に、ブレードを支える主軸３は、ブレードにかかる風力による軸方向荷重（軸受アキシアル荷重）と、軸径方向（軸受ラジアル荷重）が負荷される。複列自動調心ころ軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重を同時に負荷することができ、調心性を持つため、軸受ハウジングの精度誤差や、取り付け誤差による主軸３の傾きを吸収でき、かつ、運転中の主軸３の撓みを吸収できる。そのため、風力発電用主軸軸受に適した軸受であり、利用されている（非特許文献１参照）。また、風向きに合わせて主軸の向きを調節するため、転がり軸受はナセルの旋回座軸受としても用いられている。さらに効率よく風を受けるためにブレードの角度を調節するが、このブレードの付け根にも転がり軸受が使用されている。
【０００３】
転がり軸受は、内部に封入されたグリースの基油や、あるいは油浴または外部循環装置から供給された油によって潤滑される。油か軌道輪や保持器ポケット面、ないしは保持器案内面に適切に油膜が形成され、金属接触を防ぐことにより安定的に運転される。特に、保持器のポケット面や案内面は滑り条件であるため、油膜が十分でないと発熱が大きく、容易に凝着が生じ摩耗や焼付きを起こしやすい。一般の転がり軸受では回転速度がある程度速いため、油膜が十分となって長寿命が実現されている。
一方、風力発電装置はブレードが取り付けられた主軸を風力により回転させるものであり、風力が弱い時には極めて低い回転数で回転するため、この主軸を支える軸受の油膜は比較的薄く、不安定である。このような状態で運転が継続されると、前述のように滑り条件である保持器のポケット面や案内面では発熱により温度上昇が生じ、潤滑油の低粘度化によりますます油膜が薄くなって、摩耗や焼付きが生じることになる。これらの摩耗粉はグリース等の潤滑性能を劣化させ、軸受の早期損傷を助長するものである。
【０００４】
このような軸受内部の摩耗を抑制する方法としては、極圧性に優れる特殊な添加剤を配合したグリースを封入する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、ころ軸受の保持器表面に四ふっ化エチレン樹脂と二硫化モリブデンを配合した樹脂被膜を形成することにより軸受の焼付きを防止する方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
上述したグリースの添加剤による耐焼付き性の向上では、添加剤が保持器や軌道輪の材料と反応し、極圧性に優れた被膜を形成する。この被膜が金属接触を防止し、摩擦を低減する。この反応にはある程度の高温状態が必要であるが、風力発電装置の主軸のような低回転では反応に十分な温度が得られにくく、効果が得られないまま摩耗や焼付きが発生するという問題がある。
一方、保持器表面に四ふっ化エチレン樹脂と二硫化モリブデンを配合した樹脂被膜を形成する方法では、運動中の反応に頼らず、最初から被膜を設けておく方法であるため確実に効果が得られるが、大型軸受で荷重が大きく、案内面で繰り返しの荷重負荷を受けると剥離したり、風力発電装置のように低速回転で油膜が形成されにくいような条件では摩滅するなどの問題があった。また、風力が強く回転数が高くなると、被膜に作用する繰返し応力の負荷回数が大きくなり、被膜が剥離しやすくなるという問題もあった。
【非特許文献１】ＮＴＮ社カタログ「新世代風車用軸受」Ａ６５．  ＣＡＴ．  Ｎｏ．８  ４０４／４／ＪＥ、２００３年５月１日発行
【特許文献１】特開２００６−１６１６２４号公報
【特許文献２】特許第３５６７９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、風力発電装置のような低速から高速まで広い範囲の運転条件においても摩擦が小さく、焼付き難い、また、保持器や軌道輪から発生する摩耗粉に起因した潤滑剤劣化が小さく、故障の少ない風力発電装置の主軸支持用転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受は、風力発電装置においてブレードが取り付けられた主軸を支持するための主軸支持用転がり軸受であって、上記転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する転動体と、上記転動体を回転自在に保持する保持器とを備えてなり、上記保持器の表面に、合成樹脂にフラーレンと、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンから選ばれた少なくとも１つの二硫化物とが含まれる樹脂組成物からなる被膜が形成され、上記樹脂組成物全体に対して、上記フラーレンが 0.1〜10 容量％、上記二硫化物が 0.5〜20 容量％含まれることを特徴とする。
【０００８】
上記合成樹脂がポリイミド系樹脂であることを特徴とする。また、上記ポリイミド系樹脂が、伸び率が 60％〜120％であるポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする。
また、上記被膜の厚みが 1μm〜50μm であることを特徴とする。
【０００９】
上記保持器の表面は上記被膜を形成する前において表面粗さＲａが 0.3μm〜2.0μm であることを特徴とする。
また、上記保持器と接触する軌道輪の表面粗さＲａが 0.6μm 以下であることを特徴とする。
また、上記被膜が保持器表面の少なくとも軌道輪と接触する部位およびポケット面に形成されたことを特徴とする。
また、上記被膜が軌道輪の保持器案内面に形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受は、保持器の表面に所定の被膜を形成しているので、潤滑油に対するなじみ性に優れる。このため、低速回転で油膜が形成されにくい条件でも、摩擦摩耗を低減でき、焼付かず、使用中に被膜が摩滅しない。また、摩耗低減により、保持器や軌道輪から発生する摩耗粉に起因した潤滑剤劣化も小さい。これらの結果、長期間にわたり優れた潤滑特性を維持でき、故障が少なく高い信頼性を有する。
【００１１】
本発明において樹脂組成物中に、合成樹脂と、フラーレンと、二硫化物とが所定量配合されるので、この樹脂組成物から得られる被膜には微粒子形状のフラーレンと二硫化物粉末とが均一に配合されている。これら添加剤の相乗効果により被膜の耐摩耗性、耐剥離性が向上すると同時に摩擦係数が低下する。また、上記被膜は、極圧剤などの硫黄系添加剤を含有する潤滑油やグリースと接触しても、被膜の剥離や潤滑油等への被膜成分の溶出を抑えることができる。
以上より、軽荷重から突風時の重荷重まで幅広い荷重域で、かつ風向の変化が絶えず生じる状態で運転される風力発電装置の主軸支持用転がり軸受においても、被膜の摩滅や剥離を防止でき、長期間にわたり上記の優れた摺動性能を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。
本発明における風力発電装置の主軸支持装置を図１および図２より説明する。図１は該支持装置を含む風力発電装置全体の模式図であり、図２は図１の主軸支持装置を示す図である。
図１または図２に示すように、風力発電装置１は、風車となる羽根（ブレード）２が取り付けられた主軸３を、ナセル４内の軸受ハウジング１５に設置された主軸支持用転がり軸受５により回転自在に支持し、さらにナセル４内に増速機６および発電機７を設置したものである。増速機６は、主軸３の回転を増速して発電機７の入力軸に伝達するものである。ナセル４は、支持台８上に旋回座軸受１７を介して旋回自在に設置され、図２の旋回用のモータ９の駆動により、減速機１０を介して旋回させられる。ナセル４の旋回は、風向きに羽根２の方向を対向させるために行なわれる。主軸支持用転がり軸受５は、図２の例では２個設けているが、１個であってもよい。
【００１３】
本発明の主軸支持用転がり軸受５の設置構造を図３により説明する。図３は、風力発電装置における主軸支持用転がり軸受５の設置構造を示す図である。
主軸支持用転がり軸受５は、一対の軌道輪となる内輪１１および外輪１２と、これら内外輪１１、１２間に介在した複数の転動体１３とを有する複列の自動調心ころ軸受である。軸受５の外輪１２は軌道面１２ａが球面状とされ、各転動体１３は外周面が外輪軌道面１２ａに沿う球面状のころとされている。内輪１１は各列の軌道面１１ａ、１１ａを個別に有するつば付きの構造とされている。転動体１３は、各列毎に保持器１４で保持されている。軸受５内部には、潤滑油やグリースが封入される。
外輪１２は軸受ハウジング１５の内径面に嵌合して設置され、内輪１１は主軸３の外周に嵌合して主軸３を支持している。軸受ハウジング１５は、軸受５の両端を覆う側壁部１５ａと主軸３との間にラビリンスシール等のシール１６が構成されている。軸受ハウジング１５で密封性が得られるため、軸受５にはシールなしの構造が用いられている。
【００１４】
本発明の主軸支持用転がり軸受５では、上記保持器１４の表面に所定の被膜が形成されている。この被膜は、後述する合成樹脂に、フラーレンと、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンから選ばれた少なくとも１つの二硫化物とが所定量含まれる樹脂組成物から得られる被膜である。
なお、この被膜は、保持器１４の表面の少なくとも軌道輪と接触する部位およびポケット面に形成されていればよい。また、該被膜は、軌道輪の保持器案内面にそれぞれ形成することも可能である。
【００１５】
本発明の主軸支持用転がり軸受５は、アキシアル負荷が可能なラジアル軸受であればよく、上記図３で示した自動調心ころ軸受の他に、アンギュラ玉軸受や、円すいころ軸受、深溝玉軸受等であってもよい。これらの中で、軽荷重から突風時の重荷重まで幅広い荷重域で、かつ風向の変化が絶えず生じる状態で運転される風力発電装置の主軸支持用転がり軸受としては、運転に伴なう主軸の撓みを吸収できる自動調心ころ軸受が好ましい。
また、本発明の主軸支持用転がり軸受は、上記旋回座軸受１７としても利用できる。
【００１６】
本発明に使用できる合成樹脂としては、耐油性を有し、被膜としたときに被膜強度が強く、耐摩耗性に優れた材料であれは、特に限定されない。そのような例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、フラン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、芳香族ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、芳香族ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フッ素樹脂、芳香族ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。これらの中でも好ましいものとして、芳香族ポリアミドイミド樹脂、芳香族ポリイミド樹脂、エポキン樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂は、必要に応じて、繊維状や粒子状の各種充填材を配合することができる。
【００１７】
本発明において、特に好ましい合成樹脂は被膜形成能に優れるポリイミド系樹脂である。ポリイミド系樹脂は分子内にイミド結合を有するポリイミド樹脂、分子内にイミド結合とアミド結合とを有するポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。ポリイミド系樹脂を用いることで、被膜の保持器表面との密着性および耐熱性に優れる。
【００１８】
ポリイミド樹脂の中でも、芳香族ポリイミド樹脂が好ましく、芳香族ポリイミド樹脂は、化１で示す繰返し単位を有する樹脂であり、化１で示す繰返し単位を有する樹脂の前駆体であるポリアミック酸も使用できる。Ｒ1 は芳香族テトラカルボン酸またはその誘導体の残基であり、Ｒ2 は芳香族ジアミンまたはその誘導体の残基である。そのようなＲ1 またはＲ2 としては、フェニル基、ナフチル基、ジフェニル基、およびこれらがメチレン基、エーテル基、カルボニル基、スルホン基等の連結基で連結されている芳香族基が挙げられる。
【化１】
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【００１９】
芳香族テトラカルボン酸またはその誘導体の例としては、ピロメリット酸二無水物、２，２’，３，３’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、ビス（２，３-ジカルボキシフェニル）メタン酸二無水物等が挙げられ、これらは単独あるいは混合して用いられる。
【００２０】
芳香族ジアミンまたはその誘導体の例としては、４，４’-ジアミノジフェニルエ-テル、３，３’-ジアミノジフェニルスルホン、４，４’-ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、４，４'-ビス（３-アミノフェノキシ）ビフェニルエーテルなどのジアミン類またはジイソシアネート類が挙げられる。
【００２１】
上記芳香族テトラカルボン酸またはその誘導体と、芳香族ジアミンまたはその誘導体との組み合わせで得られる芳香族ポリイミド樹脂の例としては、表１に示す繰返し単位を有するものが挙げられる。これらはＲ1 およびＲ2 にヘテロ原子を有しない樹脂である。
【００２２】
表１中の芳香族ポリイミド樹脂において、分子中に占める芳香環の比率が高いポリイミドＣおよびポリイミドＤが好ましく、特にポリイミドＤが本発明に好適である。芳香族ポリイミド樹脂ワニスの市販品としては、例えば宇部興産社製：Ｕワニスが挙げられる。
【表１】
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【００２３】
本発明に使用できるポリアミドイミド樹脂は高分子主鎖内にアミド結合とイミド結合とを有する樹脂であり、ポリカルボン酸またはその誘導体とジアミンまたはその誘導体との反応により得ることができる。
ポリカルボン酸としてはジカルボン酸、トリカルボン酸、およびテトラカルボン酸が挙げられ、ポリアミドイミド樹脂は、（１）ジカルボン酸およびトリカルボン酸とジアミンとの組み合わせ、（２）ジカルボン酸およびテトラカルボン酸とジアミンとの組み合わせ、（３）トリカルボン酸とジアミンとの組み合わせ、（４）トリカルボン酸およびテトラカルボン酸とジアミンとの組み合わせにより得られる。ポリカルボン酸とジアミンとはそれぞれ誘導体であってもよい。ポリカルボン酸の誘導体としては酸無水物、酸塩化物が挙げられ、ジアミンの誘導体としてはジイソシアネートが挙げられる。ジイソシアネートはイソシアネート基の経日変化を避けるために必要なブロック剤で安定化したものを使用してもよい。ブロック剤としては、アルコール、フェノール、オキシム等が挙げられる。
また、ポリカルボン酸とジアミンとはそれぞれ芳香族および脂肪族化合物を用いることができる。本発明に使用できるポリアミドイミド樹脂は伸び率に優れたものが好ましく、芳香族化合物に脂肪族化合物を併用することが好ましい。
また、エポキシ化合物で変性することができる。
【００２４】
トリカルボン酸またはその誘導体の例としては、トリメリット酸無水物、２，２’，３-ビフェニルトリカルボン酸無水物、３，３’，４-ビフェニルトリカルボン酸無水物、３，３’，４-ベンゾフェノントリカルボン酸無水物、１，２，５-ナフタレントリカルボン酸無水物、２，３-ジカルボキシフェニルメチル安息香酸無水物等が挙げられ、これらは単独あるいは混合して用いられる。
これらの中で量産化されており、工業的利用のしやすさからトリメリット酸無水物が好ましい。
【００２５】
テトラカルボン酸またはその誘導体の例としては、ピロメリット酸二無水物、３，３'，４，４'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３'，４，４'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５，６-ピリジンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、４，４'-スルホニルジフタル酸二無水物、ｍ-タ−フェニル-３，３'，４，４'-テトラカルボン酸二無水物、４，４'-オキシジフタル酸二無水物、１，１，１，３，３，３-ヘキサフルオロ-２，２-ビス（２，３-または３，４-ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、２，２-ビス（２，３-または３，４-ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、２，２-ビス［４-（２，３-または３，４-ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物、１，１，１，３，３，３-ヘキサフルオロ-２，２-ビス［４-（２，３-または３，４-ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物、１，３-ビス（３，４-ジカルボキシフェニル）-１，１，３，３-テトラメチルジシロキサン二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ-［２，２，２］-オクト-７-エン-２，３，５，６-テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
【００２６】
ジカルボンまたはその誘導体の例としては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、デカン二酸、ドデカン二酸、ダイマー酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、オキシジ安息香酸、ポリブタジエン系オリゴマーの両末端をカルボキシル基とした脂肪族ジカルボン酸（日本曹達社製：Ｎｉｓｓｏ−ＰＢ、Ｃシリーズ、宇部興産社製：Ｈｙｃａｒ−ＲＬＰ，ＣＴシリーズ、Ｔｈｉｏｋｏｌ社製：ＨＣ−ｐｏｌｙｍｅｒシリーズ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｔｉｒｅ社製：Ｔｅｌａｇｅｎシリーズ、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ社製：Ｂｕｔａｒｅｔｚシリーズ等）、カーボネートジオール類（ダイセル化学社製：ＰＬＡＣＣＥＬ、ＣＤ-２０５、２０５ＰＬ、２０５ＨＬ、２１０、２１０ＰＬ、２１０ＨＬ、２２０、２２０ＰＬ、２２０ＨＬ）の水酸基当量以上のカルボキシル当量となるジカルボン酸を反応させて得られるエステルジカルボン酸等が挙げられる。
【００２７】
芳香族ジアミンまたはその誘導体の例として、ジイソシアネートとしては、４，４'-ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、４，４'-ジフェニルエーテルジイソシアネート、４，４'-［２，２-ビス（４-フェノキシフェニル）プロパン］ジイソシアネート、ビフェニル-４，４'-ジイソシアネート、ビフェニル-３，３'-ジイソシアネート、ビフェニル-３，４'-ジイソシアネート、３，３'-ジメチルビフェニル-４，４'-ジイソシアネート、２，２'-ジメチルビフェニル-４，４'-ジイソシアネート、３，３'-ジエチルビフェニル-４，４'-ジイソシアネート、２，２'-ジエチルビフェニル-４，４'-ジイソシアネート、３，３'-ジメトキシビフェニル-４，４'-ジイソシアネート、２，２'-ジメトキシビフェニル-４，４'-ジイソシアネート、ナフタレン-１，５-ジイソシアネート、ナフタレン-２，６-ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、４，４'-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン-１，４-ジイソシアネート、水添ｍ-キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、カーボネートジオール類（ダイセル化学社製：ＰＬＡＣＣＥＬ、ＣＤ-２０５、２０５ＰＬ、２０５ＨＬ、２１０、２１０ＰＬ、２１０ＨＬ、２２０、２２０ＰＬ、２２０ＨＬ）の水酸基当量以上のイソシアネート当量となるジイソシアネートを反応させて得られるウレタンジイソシアネート等のジイソシアネート類が挙げられる。
【００２８】
ジアミン類としては、ジメチルシロキサンの両末端にアミノ基が結合したシロキサンジアミン（シリコーンオイルＸ-２２-１６１ＡＳ（アミン当量４５０）、Ｘ-２２-１６１Ａ（アミン当量８４０）、Ｘ-２２-１６１Ｂ（アミン当量１５００）、Ｘ-２２-９４０９（アミン当量７００）、Ｘ-２２-１６６０Ｂ-３（アミン当量２２００）（以上、信越化学工業社製）、ＢＹ１６-８５３（アミン当量６５０）、ＢＹ１６-８５３Ｂ（アミン当量２２００）、（以上、東レダウコーニングシリコーン社製））、両末端アミノ化ポリエチレン、両末端アミノ化ポリプロピレン等の両末端アミノ化オリゴマーや両末端アミノ化ポリマー、オキシアルキレン基を有するジアミン（ジェファーミンＤシリーズ、ジェファーミンＥＤシリーズ、ジェファーミンＸＴＪ-５１１、ジェファーミンＸＴＪ-５１２、いずれもサンテクノケミカル社製）等が挙げられる。
【００２９】
芳香族ポリイミド樹脂と異なり、前駆体を経ることなく樹脂溶液の状態でアミド結合とイミド結合との繰返し単位を有するポリアミドイミド樹脂が本発明において特に好ましい。また、ポリアミドイミド樹脂のジイソシアネート変性、ＢＰＤＡ変性、スルホン変性、ゴム変性樹脂を使用できる。ポリアミドイミド樹脂ワニスの市販品としては、例えば日立化成社製：ＨＰＣ５０２０、ＨＰＣ７２００等が挙げられる。
【００３０】
本発明においてポリアミドイミド樹脂は、樹脂被膜の伸び率が 60〜120％のポリアミドイミド樹脂が好ましい。伸び率が 60％未満であると基材となる保持器等との密着性に劣り剥離しやすくなり、硫黄系添加剤を含有する潤滑油やグリースに接触する環境下において被膜剥離等が生じやすくなる。伸び率が 120％をこえると耐熱性が低下したり潤滑油に膨潤しやすくなったりする。樹脂被膜の伸び率が 60〜120％のポリアミドイミド樹脂の市販品としては、例えば日立化成社製：ＨＰＣ５０２０、ＨＰＣ７２００-３０が挙げられる。
【００３１】
本発明においてポリアミドイミド樹脂被膜の伸び率は以下の方法で測定される。
ポリアミドイミド樹脂溶液を、アセトン脱脂後窒素ガスブローにより表面清浄化されたガラス基板上に塗布し、80℃で 30分、その後 150℃で 10分予備乾燥を行ない、最後にポリアミドイミド樹脂の分子構造に適した硬化温度で 30分乾燥する。硬化塗膜をガラス基板より剥離して 80 ± 8μm 厚さの樹脂フィルムを得て、このフィルムを 10 mm×60 mm の短冊状の試験片とし、チャック間距離 20 mm 、引張速度 5 mm／分で室温にて引張試験機により伸び率（％）を測定する。
【００３２】
ポリイミド系樹脂等の合成樹脂に配合されるフラーレンは、炭素５員環と６員環から構成され、球状に閉じた多様な多面体構造を有する炭素分子である。グラファイト、ダイヤモンドに続く第３の炭素同素体として１９８５年にＨ．Ｗ．ＫｒｏｔｏとＲ．Ｅ．Ｓｍａｌｌｅｙ等によって発見された新規な炭素材料である。代表的な分子構造としては、６０個の炭素原子が１２個の五員環と２０個の六員環からなる球状の切頭正二十面体を構成する、いわゆるサッカーボール状の構造のＣ60 が挙げられ、同様に７０個の炭素原子からなるＣ70、さらに炭素数の多い高次フラーレン、例えばＣ76、Ｃ78、Ｃ82、Ｃ84、Ｃ90、Ｃ94、Ｃ96 などが存在する。これらのうちのＣ60 およびＣ70 が代表的なフラーレンである。また、これらを反応させて多量体が得られる。本発明においては、フラーレンであれば球状、あるいは多量体のいずれも使用できる。
【００３３】
フラーレンの製造法には、レーザ蒸発法、抵抗加熱法、アーク放電法、熱分解法などがあり、具体的には、例えば特許第２８０２３２４号に開示されており、これらは、減圧下あるいは不活性ガス存在下、炭素蒸気を生成し、冷却、クラスター成長させることによりフラーレン類を得ている。
【００３４】
一方、近年、経済的で効率のよい大量製造法として燃焼法が実用化されている。燃焼法の例としては、減圧チャンバー内にバーナーを設置した装置を使用し、系内を真空ポンプにて換気しつつ炭化水素原料と酸素とを混合してバーナーに供給し、火炎を生成する。その後、上記火炎により生成した煤状物質を下流に設けた回収装置により回収する。この製造法において、フラーレンは煤中の溶媒可溶分として得られ、溶媒抽出、昇華等により単離される。得られたフラーレンは通常Ｃ60、Ｃ70 および高次フラーレンの混含物であり、さらに精製してＣ60、Ｃ70 等を単離することもできる。
本発明で用いるフラーレンとしては、構造や製造法を特に限定するものではないが、特にＣ60、Ｃ70 の炭素数のもの、あるいはこれらの混合物が好ましい。
【００３５】
フラーレンは固体状の配合剤として、あるいはフラーレンを有機溶剤に溶解、分散させて得られる配合剤として用いることができる。いずれの場合においても、フラーレンはＣ60、Ｃ70 および高次フラーレン単独でも、混含状態でも用いることが可能であるが、樹脂への分散性等の観点から、これらを混合状態で用いることが好ましい。
さらにより分散性を良好にするため、混合時の平均粒子径は 100μm 以下、好ましくは 50μm 以下、より好ましくは 10μm 以下である。
【００３６】
本発明においてフラーレンの配合割合は、樹脂組成物全体に対して、固体状のフラーレンを 0.1〜10 容量％、好ましくは 0.1〜5 容量％配合する。より好ましくは 0.1〜1 容量％配合する。0.1 容量％未満では十分な耐摩耗性を得ることができず、10 容量％をこえると分散不良となり耐摩耗性が悪化する。
【００３７】
二硫化モリブデン、二硫化タングステンは粉末状のものを用いることができる。分散性や被膜の表面平滑性から、粒子径は 10μm 以下、好ましくは 5μm 以下である。二硫化モリブデン、二硫化タングステンの配合割合は、樹脂組成物全体に対して、0.5〜20 容量％、好ましくは 0.5〜15 容量％配合する。より好ましくは 1〜15 容量％配合する。0.5 容量％未満では十分な摩擦摩耗特性を得ることができず、20 容量％をこえると耐摩耗性が悪化する。
【００３８】
本発明において被膜の耐摩耗性を低下させずに、摩擦係数の安定化や初期馴染み性を向上させることを目的に、該被膜を構成する樹脂組成物に、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛等の固体潤滑剤をフラーレンおよび二硫化モリブデンないしは二硫化タングステンと併用して配合することができる。
本発明において被膜の好ましい態様としては、ポリイミド系樹脂に、フラーレンと、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンから選ばれた少なくとも１つの二硫化物とが分散配合された樹脂組成物からなる被膜である。
【００３９】
転がり軸受に用いる保持器の材料としては、特に限定されるものでなく、鉄系金属材料、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、樹脂材料を使用することができる。
鉄系金属材料としては、肌焼き鋼（ＳＮＣＭ、ＳＣＭ）、冷間圧延鋼（ＳＰＣＣ）、熱間圧延鋼（ＳＰＨＣ）、炭素鋼（Ｓ２５Ｃ〜Ｓ５５Ｃ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４〜ＳＵＳ３１６）、軟鋼（ＳＳ４００）、耐熱鋼（Ｍ５０、Ｍ５０Ｎｉｌなど）等を使用できる。
保持器本体としては、軸受鋼、浸炭鋼、または機械構造用炭素鋼、を用いることができ、これらの中で安価で加工が容易な炭素鋼を用いることが好ましい。炭素鋼としては例えばＳ３０Ｃ、またこれらの切削性を改良した快削鋼Ｓ３５ＣＢＮ、Ｓ３５ＣＳなどを挙げることができる。
【００４０】
また、銅系金属材料としては、銅−亜鉛合金（ＣＡＣ３０１、鉄−シリコン−ブロンズ、ＨＢｓＣ１、ＨＢｓＢＥ１、ＢＳＰ１〜３）、銅−アルミニウム−鉄合金（ＡｌＢＣ１）等、アルミニウム系金属としてはアルミ−シリコン合金（ＡＤＣ１２）、ジュラルミン（Ａ２０１７）等を使用できる。
また、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂材料を使用することができる。樹脂材料に補強材としてガラス繊維や炭素繊維等を含有したものも使用できる。
【００４１】
本発明において保持器等に被膜を形成する方法としては、任意の被膜形成方法を採用でき、例えば下記の方法を例示できる。
まず、鉄系金属材料で形成された基材となる保持器等を十分に洗浄し、表面の汚染を除去する。この洗浄方法としては、有機溶剤による浸漬洗浄、超音波洗浄、蒸気洗浄、酸・アルカリ洗浄等による方法が挙げられる。
被膜の密着性を向上させる目的で、前処理としてショットブラスト（ショットピーニング、ＷＰＣ等を含む）、化学的エッチング、リン酸塩被膜処理を保持器に施すことも可能である。基材の表面粗さはＲａ＝0.3μm 以上の範囲で設定することが可能であり、好ましくはＲａ＝0.3〜2.0μm である。Ｒａ＝0.3μm 未満であると、十分なアンカー効果を得ることができず、密着性を向上することができない。一方、基材の表面粗さが大きい場合は仕上がり表面が粗くなるが、研磨などの機械加工により表面粗さを小さく調整すれば保持器として使用可能となる。また、Ｒａ＝0.3〜2.0μm であれば機械加工を施すことなく小さな表面粗さを得ることができ、十分な密着性を得ることが可能である。
【００４２】
次いで、スプレーコーティング法、ディップ（浸漬）コーティング法、静電塗装法、タンブラーコーティング法、電着塗装法等によって、被膜を保持器表面や軌道輪の保持器案内面に形成させる。好ましい被膜の厚さは、1〜50μm、より好ましくは 6〜35μm である。１μm 未満であると運転中に摩滅したり、剥離し十分な耐久性が得られなくなり、50μm をこえると保持器の回転精度に影響を及ぼす寸法精度、例えば真円度が悪化し、さらにコストも高くなり好ましくない。
また、被膜形成の過程で、余分に付着したワニスはふき取り、遠心分離、エアーブロー等の物理的、化学的方法により除去し、所望の厚さに調整することもできる。
被膜形成後は、加熱処理によって溶媒除去、乾燥、融解、架橋等を行ない、表面に被膜が形成された保持器を完成させる。膜厚を増す場合には、重ね塗りをしてもよい。また、被膜完成後に機械加工やタンブラー処理等を行なうことも可能である。
【００４３】
さらに、これら保持器や軌道輪の保持器案内面に形成された被膜と接触する表面の粗さは小さいほうが好ましい。好ましい範囲はＲａ 0.6μm 以下であり、この範囲とすることにより被膜の耐久性を向上させることが可能となる。表面粗さを小さくする方法としてはラッピング、タンブラ、エアロラッピングなどを挙げることができる。
【実施例】
【００４４】
本発明の実施例と比較例に用いた材料を一括して示すと次のとおりである。［  ］内は表２に示す略称である。
（１）ポリアミドイミド樹脂ワニス［ＰＡＩ］
日立化成工業社製：ＨＰＣ-５０２０、伸び率：70％
（２）芳香族ポリイミド樹脂ワニス［ＰＩ］
宇部興産社製：Ｕワニス-Ａ
（３）混合フラーレン［ミックスフラーレン］
フロンティアカーボン社製：混合フラーレン、Ｃ60（直径：0.71 nm ）が約 60 質量％、Ｃ70（長軸径：0.796 nm、短軸径：0.712 nm ）が約 25 質量％で残部が高次フラーレンの混合物である。
（４）炭化ケイ素［ＳｉＣ］
添川理化学社製：試薬、平均粒子径 1μm
（５）二硫化モリブデン粉末［ＭｏＳ2−0.5μm ］
日本モリブデン社製：Ｍ５、平均粒子径 0.5μm
（６）二硫化タングステン粉末［ＷＳ2−1μm ］
日本潤滑剤社製：ＷＳ２Ａ、平均粒子径 1μm
（７）ポリテトラフルオロエチレン粉末［ＰＴＦＥ−0.3μm ］
喜多村社製：ＫＤ-１０００ＡＳディスパージョン（溶媒：ＮＭＰ）、平均粒子径 0.3μm
（８）黒鉛粉末［黒鉛−6μm］
ロンザ社製ＫＳ-６、平均粒子径 6μm
【００４５】
実施例１〜実施例６および比較例２〜比較例１０
ポリアミドイミド樹脂ワニス（溶剤：Ｎ-メチル-２-ピロリドン）の固形分に対し各種充填材を表２に記載の割合でボールミルで十分に均一分散するまで混合して、混合液を摩擦試験用ＳＵＪ２リング〔外径 40 mm×内径 20 mm×厚さ 10 mm （副曲率Ｒ 60 ）、ショットブラストにより表面粗さＲａ 0.7μm：図４の１８〕の外径面にスプレー法にてコーティングした。コーティング後 100 ℃で 1 時間、さらに 150 ℃で 1 時間乾燥し、250℃で 1 時間焼成した。スプレー回数を変化させ、被膜厚みを調整した。なお、フラーレンを配合したコーティング液は、トルエンとＮ-メチル-２-ピロリドンとの混合溶媒（混合重量比率 50:50 ）にフラーレンを 5 重量％濃度で溶解させた濃縮液をあらかじめ用意し、これをポリアミドイミド樹脂ワニスに所定濃度となるよう添加し調製した。なお、表２に記載の各成分の配合割合は固形分での割合であり、すべて容量％である。
得られたリング状試験片を以下に示す摩擦試験に供し、摩擦係数、試験後の被膜の状態を評価した。結果を表２に示す。
【００４６】
実施例７
芳香族ポリイミド樹脂ワニス（溶剤：Ｎ-メチル-２-ピロリドン）を用いて、表２に示す割合でフラーレンと二硫化モリブデンを配合し、コーティング後の焼成温度を 350℃とする以外は実施例１と同様の方法で試験片を作製し、実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。
【００４７】
比較例１
実施例１と同様の試験片を無処理のまま使用し、実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。
【００４８】
比較例１１
摩擦試験用ＳＵＪ２リング〔外径 40 mm×内径 20 mm×厚さ 10 mm （副曲率Ｒ 60 ）〕の表面粗さをＲａ 0.08μm に調整し、実施例４と同様の被膜を形成し、実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。
【００４９】
比較例１２
実施例４と同じリングに対し、鋼鈑２１〔ＳＣＭ４１５浸炭焼入れ焼戻し処理品（Ｈｖ 700）〕の表面粗さをＲａ 3.0μm とし、実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。
【００５０】
＜摩擦試験＞
得られたリング状試験片を用いて摩擦試験を行なった。図４は摩擦試験機を示す図である。図４（ａ）は正面図を、図４（ｂ）は側面図をそれぞれ表す。
回転軸１９にリング状試験片１８を取り付け、アーム部２０のエアスライダー２２に鋼鈑２１を固定する。リング状試験片１８は所定の荷重２３（50N）を図面上方から印加されながら鋼鈑２１〔ＳＣＭ４１５浸炭焼入れ焼戻し処理品（Ｈｖ 700 、表面粗さ Ｒａ 0.1μm ）〕に回転接触する。リング状試験片１８を回転させたときに発生する摩擦力はロードセル２４により検出される。
リング状試験片１８と鋼鈑２１の滑り速度は 毎秒 0.05 m 、および 毎秒 5 m の２条件とした。潤滑油モービルベロシティオイルＮｏ.３（ＶＧ２、エクソンモービル社製）をフェルトパッド２５に含浸し、フェルトパッド２５をリング状試験片１８に接触させることにより潤滑油を摺動面に供給した。なお、試験時間は、毎秒 0.05 m の時は 60 分、毎秒 5 m の時は 30 分とした。
試験終了前 10分間の摩擦係数の平均値を比較した。また、試験後、リング状試験片１８の外径面に形成された被膜の状態を目視により観察し、顕著な摩耗および剥離ともにないものを合格と評価して「○」を、顕著な摩耗はないが剥離あるものを不合格と評価して「△」を、摩耗大のものも不合格と評価して「×」を、それぞれ表記する。
【００５１】
【表２】
2009133403.tif 000005
【００５２】
表２に示すように、実施例１〜実施例７は、フラーレンと、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを所定量配合したポリイミド系樹脂被膜であるので、いずれの滑り速度においても摩擦係数が低く、摩擦試験中の剥離や顕著な摩耗は見られなかった。
【００５３】
また、表２から明らかなように、無処理（比較例１）はいずれの滑り速度においても摩擦係数が高かった。合成樹脂を母材とする被膜を形成した比較例２〜比較例１０では、被膜に所定量のフラーレンおよび、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンから選ばれた少なくとも１つの二硫化物が所定量配合されていないため、特に高速条件において被膜が剥離、または摩耗するものが多かった。比較例３および比較例９は、高速条件でも試験後も被膜は正常な状態を保っていたが、これらは低速条件での摩擦係数が高かった。比較例1０においては、実施例４と同じ組成の樹脂皮膜を形成した場合でも、被膜が薄いため、剥離に至った。さらに、比較例１１および比較例１２に示すように、実施例４と同じ組成の樹脂皮膜を形成した場合でも、基材の表面粗さが小さかったり、相手鋼鈑の粗さが粗い場合には剥離や摩耗により短寿命となった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の風力発電装置の主軸支持用転がり軸受は、保持器表面にフラーレンと、所定の二硫化物とを配合した被膜を形成する。この被膜は保持器との密着性に優れ、かつ、広い速度条件下、保持器と軌道輪の接触による摩擦が小さく摩耗や剥離もないため、焼付きが発生しがたく、長寿命、高信頼性が得られる。そのため、比較的低速回転で運転され、またメインテナンスが容易でない用途の転がり軸受として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明における風力発電装置全体の模式図である。
【図２】本発明における風力発電装置の主軸支持装置を示す図である。
【図３】上記主軸支持装置における本発明の主軸支持用転がり軸受の設置構造を示す図である。
【図４】摩擦試験機を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  風力発電装置
２  羽根（ブレード）
３  主軸
４  ナセル
５  転がり軸受
６  増速機
７  発電機
８  支持台
９  モータ
１０  減速機
１１  内輪
１２  外輪
１３  転動体
１４  保持器
１５  軸受ハウジング
１６  シール
１７  旋回座軸受
１８  リング状試験片
１９  回転軸
２０  アーム部
２１  鋼鈑
２２  エアスライダー
２３  荷重
２４  ロードセル
２５  フェルトパッド
【図１】
2009133403.tif 000006
【図２】
2009133403.tif 000007
【図３】
2009133403.tif 000008
【図４】
2009133403.tif 000009