(57)【要約】【課題】軸受形式は４点接触玉軸受で、保持器を用いた構成とし、軸方向寸法がコンパクトで、かつ大きな定格荷重が得られる旋回軸受を提供する。【解決手段】  内輪１および外輪２の溝状の軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ間に、保持器４に保持された複数のボール３が介在する。ボール３は、内外輪１，２の各軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂを構成する２つの曲面１ａａ，１ａｂ，１ｂａ，１ｂｂ，２ａａ，２ａｂ，２ｂａ，２ｂｂにそれぞれ接して４点接触する。保持器４は、各軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに沿って円弧状に湾曲した帯状であって、各ボール３を保持するポケット４ａが円周方向に並んで形成されている。各ポケット４ａの内周面の形状を、この内周面における保持器円周方向の片側につき、それぞれ複数点Ｐ１，Ｐ２でボール３と接触する形状とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪の溝状の軌道面間に、保持器に保持された複数のボールが介在し、前記内輪および外輪の軌道面が、それぞれ溝底の両側に位置する２つの曲面で形成され、前記ボールが前記内外輪の軌道面の前記各曲面に接して４点接触する旋回軸受において、
前記保持器は、前記各軌道面に沿って円弧状に湾曲した帯状であって、各ボールを保持するポケットが円周方向に並んで形成され、前記各ポケットの内周面の形状を、この内周面における保持器円周方向の片側につき、それぞれ複数点で前記ボールと接触する形状としたことを特徴とする旋回軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記保持器における前記ポケット間の部分である柱部の保持器軸方向に沿う断面の形状は、両側部が直線状で、中間部に外径側または内径側に膨らむ膨らみ部を有する旋回軸受。
【請求項３】
請求項２において、前記膨らみ部の保持器軸方向に沿う断面の形状がＶ字形である旋回軸受。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記保持器は鋼板製である旋回軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記ボールの介在する軌道面が複列設けられている旋回軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、風車のブレードを主軸に対して、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持する旋回軸受。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、風車のナセルを支持台に対して旋回自在に支持する旋回軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば風力発電用の風車等の旋回部分に用いられる大型または超大型の旋回軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５および図６は風力発電用の風車の１例を示す。この風車１１は、支持台１２上にナセル１３を水平旋回自在に設け、このナセル１３のケーシング１４内に主軸１５を回転自在に支持し、この主軸１５のケーシング１４外に突出した一端に、旋回翼であるブレード１６を取付けてなる。主軸１５の他端は増速機１７に接続され、増速機１７の出力軸１８が発電機１９のロータ軸に結合されている。
【０００３】
風力発電用の風車は規模が非常に大きく、１枚のブレード１６の長さが数１０メートル、中には１００メートルを超えるものもある。そのため、ブレード１６が主軸１５回りに回転する際に、その回転位置、例えば主軸１５よりも上側の位置と下側の位置とで、ブレード１６が受ける風の風速が異なる。風速が違っていても各ブレード１６が同じ荷重を受けるように、ブレード１６が回転する間に、風速に応じて各ブレード１６の風に向かう角度を調整する。また、常に各ブレード１６が正面から風を受けるように、風向きの変化に応じてナセル１３の向きを変える（ヨー）。なお、風速が速過ぎて多大な荷重を受ける恐れがある場合には、ナセル１３の向きを通常の逆にして、風が抜けるようにすることもある。
【０００４】
このように、風力発電用の風車では、風の状態に合わせてブレード１６の角度およびナセル１３の向きを随時変える必要があるため、ブレード１６およびナセル１３はそれぞれ旋回軸受２１，２２により旋回自在に支持され、図示しない駆動手段により旋回させるようになっている。風車用の旋回軸受の特徴としては、寸法が非常に大きいこと、旋回の揺動角が比較的小さいこと、変動荷重を受けることが挙げられる。
寸法に関しては、ブレード用で外輪外径１０００〜３０００ｍｍ、ヨー用で同１５００〜３５００ｍｍである。揺動角に関しては、ブレード用で最大約９０°程度、ヨー用で最大３６０°である。変動荷重に関しては、ブレード用およびヨー用のいずれについても変動荷重を受けるが、特にブレード用が急激な変動荷重を受けることが多い。
【０００５】
建設機械、工作機械等の幅広い分野において、旋回軸受として、４点接触玉軸受が用いられている（例えば特許文献１，２）。４点接触玉軸受は、内輪および外輪の各軌道面をそれぞれ２つの曲面で形成し、これらの軌道面間に複数のボールを転動自在に介在させたものであり、転動体としてのボールが両軌道面間にしっかりと挟持され、かつ内外輪の剛性も高いので、簡単な構成で大きな負荷容量が得られる。
【特許文献１】特開２００２−３３９９８１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、風車用の旋回軸受にも、４点接触玉軸受を採用することにした。４点接触玉軸受を採用するにあたり、ボールの保持方法について以下のように考えた。すなわち、風車用の旋回軸受は、前述のように変動荷重により比較的狭い旋回範囲内で頻繁に揺動するため、フレッティングが生じやすい。フレッティングを防止するには、内部すきまを負すきまにして、ボールと軌道輪との滑りを抑える必要がある。一方、揺動時に個々のボールの接触角が変わり、ボールの公転速度が変化することにより、ボールの進み遅れが生じるが、負すきまにして負荷域が広がることにより進み遅れの影響は大きくなる。この進み遅れにより各ボールが散らばることがなく、常に各ボールが等間隔に保持されるようにするために、間座スペーサではなく、保持器でボールを保持するのが望ましいという結論に達した。
【０００７】
保持器を用いる場合、風車用のような大型または超大型の旋回軸受では、次の点が課題となる。なお、JIS B 0104-1991によると、大型軸受は外輪外径が１８０〜８００ｍｍのものと定義されている。
【０００８】
第１の課題は、軸方向寸法のコンパクト化である。風車用の旋回軸受は、径方向寸法が非常に大きいため、従来のものは重量が重かった。性能向上とコスト低減のため、なるべく軸方向寸法を短くして、全体をコンパクトで軽量なものとすることが求められる。しかし、軸受の軸方向寸法を短くするために、図７のように保持器４の軸方向幅ｗを狭くすると、軸方向端からポケット４ａまでの寸法ａが狭くなり、保持器４の強度が低下し、ボールの進み遅れによる負荷に耐えられなくなる。
【０００９】
第２の課題は、所定大きさの定格荷重の確保である。風車用の旋回軸受は、最大風速時に非常に大きな荷重を受けるため、大きな定格荷重を必要とする。そのためには、図７のようにボール間ピッチｐを狭くしてボール数を増やすことが考えられるが、ボール間ピッチｐを狭くすると、保持器４の柱部４ｂの最小幅（円周方向寸法）ｂが狭くなり、保持器４の強度が低下し、ボールの進み遅れによる負荷に耐えられなくなる。
【００１０】
この発明は上記背景下でなされたものであり、その目的は、軸受形式は４点接触玉軸受で、保持器を用いた構成とし、軸方向寸法がコンパクトで、かつ大きな定格荷重が得られる旋回軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明にかかる旋回軸受は、内輪および外輪の溝状の軌道面間に、保持器に保持された複数のボールが介在し、前記内輪および外輪の軌道面が、それぞれ溝底の両側に位置する２つの曲面で形成され、前記ボールが前記内外輪の軌道面の前記各曲面に接して４点接触する旋回軸受において、前記保持器は、前記各軌道面に沿って円弧状に湾曲した帯状であって、各ボールを保持するポケットが円周方向に並んで形成され、前記各ポケットの内周面の形状を、この内周面における保持器円周方向の片側につき、それぞれ複数点で前記ボールと接触する形状としたことを特徴とする。
【００１２】
この構成の旋回軸受によれば、軸受形式を４点接触玉軸受としたため、他の形式の軸受に比べて、構成が簡単でありながら定格荷重が大きい。保持器によりボールが確実に保持されるので、ボールの進み遅れによって各ボールが散らばることがなく、常にボールを等間隔に保持できる。
また、保持器の各ポケットの内周面の形状を、この内周面における円周方向の片側につき、それぞれ複数点でボールと接触する形状としたことにより、ボールとの接触により保持器に加わる力を分散させて、保持器のボール接触部の応力を低減させることができる。そのため、保持器の軸方向端からポケットまでの寸法を狭く、かつ保持器の柱部の幅を狭くしても、ボールの進み遅れにより保持器に加わる力に耐えられる。それにより、保持器の軸方向幅を狭くして軸受の軸方向寸法をコンパクト化できるとともに、ボール間ピッチを狭くしてボール数を増やして、より一層定格荷重を増加させることが可能である。
さらに、ポケットの内周面が円周方向の片側につき複数点でボールと接触すると、ボールと保持器とが互いに近接している箇所の面積が広くなり、この近接箇所に潤滑油を多く保持することができるため、軸受の潤滑性が良好である。
【００１３】
この発明において、前記保持器における前記ポケット間の部分である柱部の保持器軸方向に沿う断面の形状は、両側部が直線状で、中間部に外径側または内径側に膨らむ膨らみ部を有する形状とすることができる。前記膨らみ部の保持器軸方向に沿う断面の形状は、例えばＶ字形である。
保持器の柱部の軸方向中間部に膨らみ部を設けることにより、各ポケットの内周面が、この内周面における円周方向の片側につき、複数点でボールと接触するようにできる。膨らみ部の保持器軸方向に沿う断面の形状をＶ字形とすれば、保持器を比較的単純な形状とすることができ、加工が容易である。
【００１４】
この発明において、前記保持器は鋼板製である。
鋼板は、強度が強く、加工が容易であるので、保持器の材料に適する。
【００１５】
この発明において、前記ボールの介在する軌道面が複列設けられていてもよい。
軌道面およびボールが複列設けられていると、単列である場合に比べて、ボール列の数をｎとしたとき静定格荷重をｎ倍にできる。ボールが複列であると、保持器の軸方向幅が広くなるが、単列である場合に比べてｎ倍になることはない。そのため、保持器の軸方向幅をあまり広くすることなく、定格荷重を増加させることができる。
【００１６】
この発明の旋回軸受は、上記の各作用効果が得られるため、風車のブレードを主軸に対して、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持するためや、風車のナセルを支持台に対して旋回自在に支持するために好適に使用できる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の旋回軸受は、内輪および外輪の溝状の軌道面間に、保持器に保持された複数のボールが介在し、前記内輪および外輪の軌道面が、それぞれ溝底の両側に位置する２つの曲面で形成され、前記ボールが前記内外輪の軌道面の前記各曲面に接して４点接触する旋回軸受において、前記保持器は、前記各軌道面に沿って円弧状に湾曲した帯状であって、各ボールを保持するポケットが円周方向に並んで形成され、前記各ポケットの内周面の形状を、この内周面における保持器円周方向の片側につき、それぞれ複数点で前記ボールと接触する形状としたため、軸方向寸法がコンパクトになり、かつ大きな定格荷重が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この旋回軸受は、例えば、風力発電用風車のブレードを主軸に対して、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持する軸受、または風車のナセルを支持台に対して旋回自在に支持する軸受として使用される。
【００１９】
図１において、旋回軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内外輪１，２の複列の軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ間にそれぞれ転動自在に介在する各列複数のボール３と、各列のボール３を別々に保持する保持器４とを備える。内外輪１，２の軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂは、いずれも２つの曲面１ａａ，１ａｂ，１ｂａ，１ｂｂ，２ａａ，２ａｂ，２ｂａ，２ｂｂで構成されている。これら２つの曲面は、それぞれボール３よりも曲率半径が大きく、曲率中心が互いに異なる断面円弧状である。各軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂを構成する一対の曲面間は、溝部１ａｃ，１ｂｃ，２ａｃ，２ｂｃになっている。各ボール３は、内輪軌道面１ａ，１ｂおよび外輪軌道面，２ａ，２ｂの前記各曲面に接して４点接触する。すなわち、この旋回軸受は４点接触複列玉軸受として構成されている。内輪１および外輪２には、取付用ボルト孔５，６がそれぞれ設けられている。内外輪１，２間の軸受空間にはグリースが充填され、この軸受空間の軸方向の両端がシール部材７により密封されている。
【００２０】
図２ないし図４に示すように、各列の保持器４は、各軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに沿って円弧状に湾曲した帯状で、ボール３が嵌り込むポケット４ａが円周方向に並んで形成されている。ポケット４ａ間の部分である柱部４ｂの形状（図４）は、両側部４ｂａが直線状で、中間部が外径側にＶ字形に膨らんだ膨らみ部４ｂｂになっている。このように柱部４ｂの中間部をＶ字形の膨らみ部４ｂｂとすることにより、ポケット４ａの内周面が、円周方向の片側につき２点Ｐ１，Ｐ２でボール３と接触する。膨らみ部４ｂｂがＶ字形であると、保持器４を比較的単純な形状とすることができ、加工が容易である。膨らみ部４ｂｂはＶ字形以外の形状であってもよい。その場合も、ポケット４ａの内周面が、円周方向の片側につき複数点で接触するようにできる。
【００２１】
保持器４は、全周にわたって一体に形成されたものであってもよく、または円周方向で分割された複数のセグメントからなり、これらセグメントを互いに結合したものであってもよく、または前記各セグメントがそれぞれ分離したままのものであってもよい。
【００２２】
保持器４は、例えば鋼板製である。鋼板製である場合、ポケット４ａとなる穴をプレス加工で打ち抜いた後、膨らみ部４ｂｂとなる箇所を所定の形状に曲げ加工することで製作できる。鋼板は、強度が強く、加工が容易であるので、保持器４の材料に適する。保持器４は、鋼板以外の材料で製作してもよい。
【００２３】
この旋回軸受は、軸受形式を４点接触玉軸受とし、かつボール３を複列に配置したため、構成が簡単でありながら定格荷重が大きい。単純計算で、単列の場合に比べて、静定格荷重が２倍である。ボール３が複列であると、保持器４の軸方向幅ｗが広くなるが、単列である場合に比べて２倍になることはない。そのため、保持器４の軸方向幅ｗをあまり広くすることなく、定格荷重を増加させることができる。ボール３は保持器４により確実に保持されるため、ボール３の進み遅れによって各ボール３が散らばることがなく、常にボール３を等間隔に保持できる。
【００２４】
保持器４のポケット４ａの内周面が、円周方向の片側につき２点Ｐ１，Ｐ２でボール３と接触するため、ボール３から保持器４に加わる力が分散されて、保持器４のボール接触部の応力が低減される。そのため、保持器４の軸方向端からポケット４ａまでの寸法ａを狭くしても、または保持器４の柱部４ｂの最小幅ｂを狭くしても、ボール３の進み遅れにより保持器４に加わる力に耐えられる。よって、保持器４の軸方向幅ｗを狭くして軸受の軸方向寸法をコンパクト化できるとともに、ボール間ピッチｐを狭くしてボール数を増やすことにより、定格荷重をより一層増加させることが可能である。
加えて、ポケット４ａの内周面が、円周方向の片側につき２点Ｐ１，Ｐ２でボール３と接触する構成であると、ボール３と保持器４とが互いに近接している箇所の面積が広く、この近接箇所に潤滑油を多く保持することができるため、軸受の潤滑性が良好である。そのため、変動荷重を受ける条件下で、狭い旋回範囲内で頻繁に揺動しても、フレッティングが生じにくい。
【００２５】
以上の説明のように、この旋回軸受は、軸方向寸法をコンパクトにして軽量化を図れ、定格荷重の増大が可能であり、しかもフレッティングが生じにくいことから、風力発電用風車のブレード支持用の旋回軸受２１（図６）またはナセルのヨー支持用の旋回軸受２２（図６）に適する。風力発電用風車以外では、油圧ショベル、クレーン等の建設機械、工作機械の回転テーブル、パラボラアンテナ等に適用できる。
【００２６】
上記実施形態では、ボール３を複列としたが、単列であってもよい。また、保持器４の柱部４ｂの膨らみ部４ｂｂを外径側に膨らむ形状としたが、内径側に膨らむ形状としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施形態にかかる旋回軸受の断面図である。
【図２】同旋回軸受の保持器の一部を展開した平面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】風力発電用風車の一例の一部を切り欠いて表した斜視図である。
【図６】同風力発電用風車の破断側面図である。
【図７】保持器の形状の変化の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…内輪
１ａ，１ｂ…内輪軌道面
１ａａ，１ａｂ，１ｂａ，１ｂｂ，２ａａ，２ａｂ，２ｂａ，２ｂｂ…曲面
２…外輪
２ａ，２ｂ…外輪軌道面
３…ボール
４…保持器
４ａ…ポケット
４ｂ…柱部
４ｂｂ…膨らみ部
２１，２２…旋回軸受
【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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