(57)【要約】【課題】遊星歯車１０を遊星軸１１に対して回転自在に支持する為の１対の円筒ころ軸受１２、１２の寿命を向上させる。この為に、遊星歯車装置の使用に伴って生じる、これら各円筒ころ軸受１２、１２のラジアル隙間の増加量を抑えられる構造を実現する。【解決手段】上記各円筒ころ軸受１２、１２に就いてそれぞれ、外輪１６の材質の線膨張係数を、内輪１８の材質の線膨張係数よりも小さくする。この様な構成を採用する事により、上記課題を解決する。【選択図】図３
2009197882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備え、遊星歯車装置を構成する遊星軸の周囲に遊星歯車を回転自在に支持する為、この遊星軸に上記内輪を外嵌固定すると共に、上記遊星歯車に上記外輪を内嵌固定した状態で使用される遊星歯車支持用転がり軸受に於いて、上記外輪の材質の線膨張係数が上記内輪の材質の線膨張係数よりも小さい事を特徴とする遊星歯車支持用転がり軸受。
【請求項２】
遊星軸と、この遊星軸の周囲に配置した遊星歯車と、この遊星軸に対してこの遊星歯車を回転自在に支持する為に、この遊星軸の外周面とこの遊星歯車の内周面との間に設けられた転がり軸受とを備えた遊星歯車装置に於いて、この転がり軸受が請求項１に記載した遊星歯車支持用転がり軸受である事を特徴とする遊星歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば風力発電装置用増速機等に組み込んで使用する遊星歯車装置と、この遊星歯車装置を構成する遊星歯車支持用転がり軸受との改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１〜３は、特許文献１に記載された、風力発電装置用増速機を示している。この風力発電装置用増速機は、ケーシング１と、このケーシング１内に収納した、遊星歯車装置２及び二次増速装置３とを備える。
このうちのケーシング１の内側には、入力軸４と、この入力軸４に対して同心に配置した低速軸５と、この低速軸５に対して平行に配置した中間軸６及び出力軸７とを、それぞれ軸受により、回転自在に支持している。
【０００３】
又、上記遊星歯車装置２は、上記入力軸４の回転を増速して、上記低速軸５に伝達する役割を果たす。この様な遊星歯車装置２は、上記低速軸５の一端部（図１の左端部）外周面に一体形成した太陽歯車８と、上記ケーシング１の内周面に一体形成すると共に、この太陽歯車８の周囲に同心に配置したリング歯車９と、これら太陽歯車８とリング歯車９との間に円周方向に関して等間隔に配置した、３個の円筒状の遊星歯車１０、１０とを備える。そして、これら各遊星歯車１０、１０の外周面に設けた歯をそれぞれ、上記太陽歯車８の外周面に設けた歯と、上記リング歯車９の内周面に設けた歯とに噛合させている。又、上記各遊星歯車１０、１０はそれぞれ、上記太陽歯車８及びリング歯車９と平行な円柱状の遊星軸１１、１１の周囲に、複列に配置した１対ずつの円筒ころ軸受１２、１２を介して、回転自在に支持している。又、上記各遊星軸１１、１１の基端部（図１、３の左端部）はそれぞれ、上記入力軸４の一端部（図１の右端部）に一体形成したキャリア１３に支持固定している。
【０００４】
又、図３に詳示する様に、上記複列に配置した１対の円筒ころ軸受１２、１２はそれぞれ、内周面の軸方向中間部に円筒状の外輪軌道１４を、同じく両端部に１対の内向鍔部１５、１５を、それぞれ設けた外輪１６と、外周面の軸方向中間部に円筒状の内輪軌道１７を設けた内輪１８と、この内輪軌道１７と上記外輪軌道１４との間に転動自在に設けられた複数個の円筒ころ１９、１９とを備える。そして、上記両円筒ころ軸受１２、１２を構成する両外輪１６、１６を、上記遊星歯車１０の軸方向両端部に締り嵌めで内嵌固定すると共に、同じく両内輪１８、１８を、上記遊星軸１１の軸方向両端寄り部分に締り嵌めで外嵌固定している。又、この状態で、上記両外輪１６、１６の軸方向の位置決めを図る為、これら両外輪１６、１６の互いに対向する側の軸方向端面を、それぞれ上記遊星歯車１０の内周面の軸方向中央部に形成した凸部２０の軸方向両側面に突き当てている。これと共に、上記両内輪１８、１８の軸方向の位置決めを図る為、上記遊星軸１１の外周面の基端寄り部分に存在する段差面２１と、この遊星軸１１の先端（図１、３の右端）寄り部分に外嵌固定した抑え環２２とにより、上記両内輪１８、１８及びこれら両内輪１８、１８同士の間に配置した円筒状の間座２３を、軸方向両側から挟持している。
【０００５】
又、前記二次増速装置３は、前記低速軸５の回転を更に増速して、前記出力軸７に伝達する役割を果たす。この様な二次増速装置３は、上記低速軸５の中間部に外嵌固定した大径の入力歯車２４を、前記中間軸６の中間部外周面に一体形成した小径の第一中間歯車２５に噛合させると共に、上記中間軸６の一端部（図１の左端部）に外嵌固定した大径の第二中間歯車２６を、上記出力軸７の一端部（図１の左端部）外周面に一体形成した出力歯車２７に噛合させる事で構成している。
又、前記ケーシング１の内部空間の下部には、上述した遊星歯車装置２及び二次増速装置３を湯浴潤滑する為の潤滑油２８を貯溜している。
【０００６】
上述の様に構成する風力発電装置用増速機を使用する際には、前記入力軸４のうちで上記ケーシング１外に突出した部分に、図示しない風車の主軸等を接続する。これと共に、上記出力軸６のうちで上記ケーシング１外に突出した部分に、図示しない発電機を接続する。この状態で、上記風車の主軸等と共に上記入力軸４が回転すると、この入力軸４の回転が遊星歯車装置２により増速されて、低速軸５に伝達される。即ち、上記風車の主軸等と共に上記入力軸４が回転すると、この入力軸４と一体のキャリア１３、並びに、このキャリア１３に支持固定された各遊星軸１１、１１が、上記入力軸４と共に回転（公転）する。これに伴い、これら各遊星軸１１、１１の周囲に支持された各遊星歯車１０、１０が、自転しつつ公転する。この結果、これら各遊星歯車１０、１０と噛合した太陽歯車８、並びに、この太陽歯車８と一体の上記低速軸５が、上記入力軸４よりも速い速度で回転する。又、この様に低速軸５が回転すると、この低速軸５の回転が上記二次増速装置３により更に増速されて、上記出力軸７に伝達される。そして、この出力軸７の回転に基づいて、上記発電機が発電を行う。
【０００７】
ところで、上述した様な風力発電装置用増速機の使用時には、各構成部材間で発生する摩擦熱に基づいて、上記各遊星歯車１０、１０の内径側に設けられた各円筒ころ軸受１２、１２の温度が上昇する。特に、実質的に外輪回転の態様で使用される、これら各円筒ころ軸受１２、１２の場合には、比較的発熱量が多い上記遊星歯車１０に接している外輪１６の温度が、比較的発熱量が少ない上記遊星軸１１に接している内輪１８の温度よりも高くなる。一方、これら外輪１６と内輪１８との材質は、通常、互いに同じである。この為、上述の様に各円筒ころ軸受１２、１２の温度が上昇すると、上記外輪１６の熱膨張量が、上記内輪１８の熱膨張量よりも多くなり、その分だけ、（各円筒ころ１９、１９の温度上昇に伴う膨張分を考慮しても）上記各円筒ころ軸受１２、１２のラジアル隙間が増加する。又、このラジアル隙間の増加に伴って、上記各遊星歯車１０、１０のミスアライメント（これら各遊星歯車１０、１０と周辺部材との間の組み付け誤差）が増大し、上記遊星歯車装置２のギヤ荷重（回転伝達抵抗）が増大する。この結果、上記各円筒ころ軸受１２、１２の負荷荷重が増大し、延いては、これら各円筒ころ軸受１２、１２の寿命が低下する。尚、本発明に関連する他の刊行物として、非特許文献１がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２６３３５７号公報
【非特許文献１】「ＮＳＫ  テクニカルレポート」、日本精工株式会社、２００４年、ｐ. ２１４−２１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した様な不都合を緩和する為、遊星歯車装置の使用に伴って生じる、遊星歯車支持用転がり軸受のラジアル隙間の増加量を抑えられる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の遊星歯車支持用転がり軸受及び遊星歯車装置のうち、請求項１に記載した遊星歯車支持用転がり軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。そして、遊星歯車装置を構成するキャリアに支持固定した遊星軸の周囲に遊星歯車を回転自在に支持する為、この遊星軸に上記内輪を外嵌固定すると共に、上記遊星歯車に上記外輪を内嵌固定した状態で使用される。
特に、本発明の遊星歯車支持用転がり軸受に於いては、上記外輪の材質の線膨張係数が、上記内輪の材質の線膨張係数よりも小さい。
この様な特徴を有する本発明の遊星歯車支持用転がり軸受を実施する場合、両軌道輪の材質の線膨張係数の差（比）は、これら両軌道輪の直径の差（比）や、各転動体の直径及び材質に応じて、適切に（温度変化に伴うラジアル隙間の変化を抑えられる様に）規制する。例えば、上記内輪の材質として、ＳＵＪ２（熱処理：焼入れ、焼戻し。線膨張係数：１２．５×１０-6／℃）又はＳＣｒ４２０（熱処理：焼入れ、低温焼戻し。線膨張係数：１２．８×１０-6／℃）を採用すると共に、上記外輪の材質として、ＳＡＥ４３２０（熱処理：焼入れ、低温焼戻し。線膨張係数：１１．７×１０-6／℃）を採用する。尚、これら各材質の線膨張係数の値は、それぞれ非特許文献１に記載されている値を示している。
【００１１】
又、本発明のうち、請求項２に記載した遊星歯車装置は、遊星軸と、この遊星軸の周囲に配置した遊星歯車と、この遊星軸に対してこの遊星歯車を回転自在に支持する為に、この遊星軸の外周面とこの遊星歯車の内周面との間に設けられた転がり軸受とを備える。
特に、本発明の遊星歯車装置に於いては、この転がり軸受が、上述の請求項１に記載した遊星歯車支持用転がり軸受である。
【発明の効果】
【００１２】
上述の様に構成する本発明の遊星歯車支持用転がり軸受及び遊星歯車装置の場合には、使用時に、遊星歯車支持用転がり軸受を構成する外輪の温度が内輪の温度よりも高くなる事に伴って生じる、これら外輪と内輪との間の熱膨張量差を抑えられる。従って、その分だけ、遊星歯車支持用転がり軸受のラジアル隙間の増加量を抑えられる。この結果、このラジアル隙間が増加する事に伴って生じる不都合を緩和できる。具体的には、このラジアル隙間の増加に伴う、遊星歯車のミスアライメント（この遊星歯車と周辺部材との間の組み付け誤差）の増大量を抑えられる。この為、このミスアライメントの増大に伴う、遊星歯車装置のギヤ荷重の増大量を抑えられる。従って、このギヤ荷重の増大に伴う、遊星歯車支持用転がり軸受の負荷荷重の増大量を抑えられる。この結果、この遊星歯車支持用転がり軸受の寿命を向上させる事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態の１例に就いて、前述の図１〜３に加え、図４を参照しつつ説明する。尚、本例の特徴は、それぞれが遊星歯車支持用転がり軸受である、各円筒ころ軸受１２、１２を構成する外輪１６及び内輪１８の材質を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１〜３に示した従来構造の場合と同様である。この為、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００１４】
本例の場合には、上記外輪１６の材質の線膨張係数を、上記内輪１８の材質の線膨張係数よりも小さくしている。この為に具体的には、上記外輪１６の材質として、ＳＡＥ４３２０（熱処理：焼入れ、低温焼戻し。線膨張係数：１１．７×１０-6／℃）を採用すると共に、上記内輪１８の材質として、ＳＵＪ２（熱処理：焼入れ、焼戻し。線膨張係数：１２．５×１０-6／℃）を採用している。
【００１５】
上述の様に構成する本例の遊星歯車支持用転がり軸受及び遊星歯車装置の場合には、上記外輪１６と上記内輪１８との材質（線膨張係数）を互いに同じにしたものに比べて、使用時に上記外輪１６の温度が上記内輪１８の温度よりも高くなる事に伴って生じる、これら外輪１６と内輪１８との間の熱膨張量差を小さくできる。従って、その分だけ、上記各円筒ころ軸受１２、１２のラジアル隙間の増加量を抑えられる。図４は、この様な本発明の効果を確認する為に行ったコンピュータシミュレーションの結果を示している。試算条件は、以下の通りである。
＜円筒ころ軸受１２のＪＩＳ呼び番号＞
ＮＮＣＦ５０４４（内径２２０mm、外径３４０mm、幅１６０mm）
＜円筒ころ軸受１２のはめあい＞
遊星軸１１に対してｈ６
遊星歯車１０に対してＲ６
＜その他＞
軸受温度（平均温度）が７０℃で、（内輪１８の温度）−（外輪１６の温度）＝−２．５℃を生じ、且つ、軸受温度が４５℃で、（内輪１８の温度）−（外輪１６の温度）＝−１．２５℃を生じると仮定。
【００１６】
上述の図４から明らかな様に、本例の場合には、各円筒ころ軸受１２、１２のラジアル隙間の増加量を抑えられる為、このラジアル隙間の増加に伴って生じる不都合を緩和できる。具体的には、このラジアル隙間の増加に伴う、各遊星歯車１０、１０のミスアライメント（これら各遊星歯車１０、１０と周辺部材との間の組み付け誤差）の増大量を抑えられる。この為、このミスアライメントの増大に伴う、遊星歯車装置２のギヤ荷重の増大量を抑えられる。従って、このギヤ荷重の増大に伴う、上記各円筒ころ軸受１２、１２の負荷荷重の増大量を抑えられる。この結果、これら各円筒ころ軸受１２、１２の寿命を向上させる事ができる。
【００１７】
尚、本発明の遊星歯車支持用転がり軸受及び遊星歯車装置は、上述した実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載した要件を満たす、各種の構造に適用可能である。例えば、本発明の対象となる遊星歯車装置は、風力発電装置用増速機以外の機械に組み込んで使用するものであっても良い。又、本発明を実施する場合、遊星歯車支持用転がり軸受を構成する軌道輪の材質として、ＳＣｒ４２０、ＳＡＥ４３２０等の浸炭材を用いると、亀裂の進展が遅く、軸受全体が破損する迄の時間が長くなると言う効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の対象となる遊星歯車装置を組み込んだ、風力発電装置用増速機の１例を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１の要部拡大図。
【図４】軸受温度とラジアル隙間との関係を示す線図。
【符号の説明】
【００１９】
１    ケーシング
２    遊星歯車装置
３    二次増速装置
４    入力軸
５    低速軸
６    中間軸
７    出力軸
８    太陽歯車
９    リング歯車
１０    遊星歯車
１１    遊星軸
１２    円筒ころ軸受
１３    キャリア
１４    外輪軌道
１５    内向鍔部
１６    外輪
１７    内輪軌道
１８    内輪
１９    円筒ころ
２０    凸部
２１    段差面
２２    抑え環
２３    間座
２４    入力歯車
２５    第一中間歯車
２６    第二中間歯車
２７    出力歯車
２８    潤滑油
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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