JP2007255536A - 円錐ころ軸受、間座および風力発電機の主軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】間座の破損のおそれを低減した円錐ころ軸受を提供する。
【解決手段】円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間で周方向に連ねて配置される複数の円錐ころと、隣接する円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面の間隔が円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている樹脂製の複数の間座１１を含み、この複数の間座１１が互いに分離して設けられている間座型保持器とを備える。間座１１は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有する。ここで、肉厚部には、その肉厚を減ずる空所１９が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、円錐ころ軸受、間座および風力発電機の主軸支持構造に関し、特に、大型の円錐ころ軸受、これに含まれる間座および大型の風力発電機の主軸支持構造に関するものである。

ころ軸受は、一般的には、外輪と、内輪と、外輪および内輪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、プレス保持器、削り保持器、溶接保持器、ピン型保持器等、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。

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ころ軸受については、大きな荷重を受ける必要があるため、ころ軸受自体も大型となる。そうすると、ころや保持器等、ころ軸受を構成する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、各部材を分割すると、生産や組み立てが容易となる。

ここで、玉軸受において、保持器を分割した分割型の間座タイプの保持器に関する技術が、実開平５−９２５３７号公報（特許文献１）に記載されている。
実開平５−９２５３７号公報（段落番号０００７、図１）

上記した分割型の間座を樹脂製にした場合、肉厚を厚くしたり、複雑な形状にすることにより、強度不足を補う場合がある。このような場合、間座の各部において、肉厚の薄い部分と肉厚の厚い部分とが存在することになる。

ここで、このような樹脂製の間座を射出成形によって製造すると、肉厚部分と肉薄部分との間で、冷却速度が異なってしまう。そうすると、間座の内部にボイドや空孔が生じたり、内部応力の不均一が発生することになる。このような強度低下を引き起こす内部欠陥を有する間座は、破損のおそれが高い。

この発明の目的は、間座の破損のおそれを低減した円錐ころ軸受を提供することである。

この発明の他の目的は、破損のおそれを低減した間座を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、長寿命を実現した風力発電機の主軸支持構造を提供することである。

この発明に係る円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間で周方向に連ねて配置される複数の円錐ころと、隣接する円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面の間隔が円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている樹脂製の複数の間座を含み、この複数の間座が互いに分離して設けられている間座型保持器とを備える。間座は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有する。ここで、肉厚部には、その肉厚を減ずる空所が設けられている。

このように構成することにより、間座の各部の肉厚をほぼ均一にすることができる。そうすると、射出成形によって樹脂製の間座を製造する際に、間座の各部の冷却速度をほぼ同じにすることができる。したがって、射出成形時において、間座の内部に生じるボイドや空孔、内部応力の不均一等、強度不足を引き起こす内部欠陥の発生を抑制することができる。その結果、間座の破損を防止することができる。

好ましくは、空所には、潤滑剤が保持される。このように構成することにより、空所内に保持された潤滑剤を、間座の各部に供給することができる。そうすると、たとえば、供給された潤滑剤によって、隣接する円錐ころを円滑に転動させたり、隣接する円錐ころとの接触による摩耗や摩擦を低減することができる。

さらに好ましくは、空所は、隣接する円錐ころと対向する面に設けられている。こうすることにより、円錐ころの転動時において荷重が負荷される部分の破損を防止することができる。

この発明の他の局面においては、間座は、隣接する円錐ころの間に配置されたときに、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面の間隔が円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている樹脂製の間座である。間座は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有する。ここで、肉厚部には、その肉厚を減ずる空所が設けられている。

このような間座は、肉厚部に設けられた空所により、射出成形時において、間座の各部の冷却速度をほぼ同じにすることができる。したがって、内部欠陥の発生を抑制することができ、破損のおそれが低減される。

この発明のさらに他の局面においては、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円錐ころ軸受とを有する。円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間で周方向に連ねて配置される複数の円錐ころと、隣接する円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面の間隔が円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている樹脂製の複数の間座を含み、この複数の間座が互いに分離して設けられている間座型保持器とを備える。間座は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有する。ここで、肉厚部には、その肉厚を減ずる空所が設けられている。

このような風力発電機の主軸支持構造は、間座の破損のおそれを低減した円錐ころ軸受を含むため、長寿命を実現することができる。

この発明によれば、間座の各部の肉厚をほぼ均一にすることができる。そうすると、射出成形によって樹脂製の間座を製造する際に、間座の各部の冷却速度をほぼ同じにすることができる。したがって、射出成形時において、間座の内部に生じるボイドや空孔、内部応力の不均一等、強度不足を引き起こす内部欠陥の発生を抑制することができる。その結果、間座の破損を防止することができる。

また、このような間座は、肉厚部に設けられた空所により、射出成形時において、間座の各部の冷却速度をほぼ同じにすることができる。したがって、内部欠陥の発生を抑制することができ、破損のおそれが低減される。

また、このような風力発電機の主軸支持構造は、間座の破損のおそれを低減した円錐ころ軸受を含むため、長寿命を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る間座型保持器に含まれる間座１１の斜視図である。また、図２は、図１に示す間座１１を径方向外側、すなわち、図１に示す矢印ＩＩの方向から見た図である。なお、図２においては、間座１１に含まれる小径側および大径側突出部を表していない。

図１および図２を参照して、間座１１は、上面１４ａが外輪に対向し、下面１４ｂが内輪に対向するよう、隣接する円錐ころの間に配置される。間座１１は、円錐ころの転動面に沿った曲面を有する案内面１２ａ、１２ｂを含む。隣接する円錐ころの間に配置されたときに、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面である案内面１２ａと案内面１２ｂとの周方向の間隔は、小径側端面１３ａから大径側端面１３ｂに向かって徐々に大きくなっている。こうすることにより、隣接する円錐ころの間に間座１１を配置したときに、円錐ころの転動面に沿うように配置することができ、円錐ころと間座１１とのころ長さ方向の間隔を一定に保つことができる。

間座１１の内径側、すなわち、下面１４ｂ側には、隣接する円錐ころの内径側への脱落を防止する内径側ころ止め部１６が設けられている。円錐ころが内径側へ移動しようとしても、隣接する間座１１の内径側ころ止め部１６が円錐ころに引っ掛かり、円錐ころの内径側への脱落を防止することができる。また、相対的に、間座１１が外径側へ移動しようとしても、内径側ころ止め部１６が、隣接する円錐ころに引っ掛かり、間座１１の外径側への脱落を防止することができる。

間座１１の外径側、すなわち、上面１４ａ側には、隣接する円錐ころの外径側への脱落を防止する外径側ころ止め部１７が設けられている。円錐ころが外径側へ移動しようとしても、隣接する間座の外径側ころ止め部１７が円錐ころに引っ掛かり、円錐ころの外径側への脱落を防止することができる。また、間座１１の内径側への脱落も防止することができる。

なお、上記した内径側ころ止め部１６、外径側ころ止め部１７は、間座１１の軸方向に連なって設けられている。

間座１１の小径側端面１３ａ、大径側端面１３ｂには、隣接する円錐ころの間に配置したときに、円錐ころの小端面、大端面にそれぞれ当接する小径側突出部１５ａおよび大径側突出部１５ｂが設けられている。このように構成することにより、この小径側突出部１５ａおよび大径側突出部１５ｂを利用して、間座１１と内輪との当接状態を維持することができる。また、小径側突出部１５ａ、大径側突出部１５ｂを、隣接する円錐ころの小端面、大端面に当接させて、間座１１の軸方向の移動も規制することができる。

上記した間座１１は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有する。肉厚部とは、その表面とその中心部分との距離が長い部分である。ここで、間座１１の肉厚部には、その肉厚を減ずる空所１９が複数設けられている。空所１９は、たとえば、具体的には、間座１１に設けられた案内面１２ａ、１２ｂの軸方向および径方向の中央部分において、周方向内側に凹んで、その肉厚を減ずるように設けられている。このようにして、間座１１の肉厚部に、複数の空所１９が設けられている。

このように構成することにより、間座１１の各部において、肉の厚い部分がなくなり、肉厚がほぼ均一になる。そうすると、間座１１を射出成形によって製造する際に、冷却する金型の表面から遠い部分がなくなり、冷却速度が、各部においてほぼ同じになる。したがって、冷却速度の違いによって生じるボイドや空孔、内部応力の不均一等、強度低下を引き起こす内部欠陥の発生を抑制することができる。その結果、間座１１の破損のおそれを低減することができる。

図３は、図１および図２に示した間座１１を含む間座型保持器を備える円錐ころ軸受２１を、間座１１の中央を通り、円周方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。また、図４は、図３に示す円錐ころ軸受２１のうち、間座１１および隣接する円錐ころ２４を小端面側から見た図である。図１、図２、図３および図４を参照して、円錐ころ軸受２１は、外輪２２と、内輪２３と、外輪２２および内輪２３の間に配置された複数の円錐ころ２４と、隣接する円錐ころ２４の間に配置される間座１１を複数含み、この複数の間座１１が互いに分離して設けられている間座型保持器と、円周方向に配置されたすべての間座１１に当接するように円環状に延び、複数の間座１１を内輪２３側へ拘束する小径側側輪２５ａ、大径側側輪２５ｂとを備える。

小径側側輪２５ａは、内輪２３の小鍔２８ａ側、大径側側輪２５ｂは、内輪２３の大鍔２８ｂ側に配置される。間座１１は、隣接する円錐ころ２４の間に、その案内面１２ａ、１２ｂが、円錐ころ２４の転動面とそれぞれ対面するように配置される。小径側側輪２５ａ、大径側側輪２５ｂは、それぞれに設けられた張出部２６ａ、２６ｂを、間座１１の小径側突出部１５ａ、大径側突出部１５ｂ上に位置するようにして間座１１と当接し、内輪２３と間座１１との当接状態を維持して、複数の間座１１を内輪２３側へ拘束する。このように、小径側側輪２５ａ、大径側側輪２５ｂを利用して、間座１１を内輪２３側へ拘束することにより、容易に、円錐ころ軸受２１を組立てることができる。

間座１１は、隣接する円錐ころ２４と、円錐ころ軸受２１の運転時等において、衝突する。このような場合、間座１１の内部に内部欠陥が存在し、強度不足となると、間座１１は、破損してしまうおそれがある。しかし、上記した間座１１においては、その肉厚部において、その肉厚を減ずるような空所１９が設けられており、射出成形時において、内部欠陥の発生を抑制されているため、強度不足となることはない。したがって、間座１１が、隣接する円錐ころ２４と衝突した際にも、間座１１の破損するおそれは低減される。

また、隣接する円錐ころ２４と対向する面は、隣接する円錐ころ２４から荷重が負荷される。しかし、このような部分に空所１９を設け、内部欠陥の発生を抑制することにより、強度不足とならず、間座１１の破損を防止することができる。

また、空所１９には、潤滑剤が保持されるよう構成されている。空所１９は、その肉厚を減ずるように形成されており、その周辺に位置する面から凹んだ形状であるため、この凹形状を利用して、容易に、潤滑剤を保持することができる。

このように構成することにより、空所１９に保持された潤滑剤を、間座１１の各部や隣接する円錐ころ２４に供給することができる。そうすると、たとえば、隣接する円錐ころ２４を、円滑に転動させることができる。なお、空所１９には、予め潤滑剤を封入して保持させておいてもよいし、円錐ころ軸受２１の運転時等において、外部側から、適当に供給することにしてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、間座１１の案内面１２ａ、１２ｂが凹むように空所１９を設けることにしたが、これに限らず、他の面が凹むように空所を設けることにしてもよい。図５は、この場合の間座を、間座の中央を通り、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。図５を参照して、間座３１の上面３３ａおよび下面３３ｂ側に、間座３１の肉厚を減ずるように、空所３２ａ、３２ｂが設けられている。すなわち、上面３３ａ、下面３３ｂが凹むように、空所３２ａ、３２ｂが設けられている。こうすることによっても、間座３１の肉厚を減ずることができ、肉厚をほぼ均一にすることができる。

また、空所は、径方向や軸方向、周方向に貫通していてもよい。図６は、この場合の間座を、間座の中央を通り、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。図６を参照して、間座３６に設けられた空所３７は、小径側端面から大径側端面に貫通している。すなわち、空所３７は、間座３６を軸方向に貫通した形状である。こうすることによっても、間座３６の肉厚を減ずることができ、肉厚をほぼ均一にすることができる。なお、軸方向や周方向に貫通するよう、空所３７を設けてもよい。ここで、貫通とは、たとえば、図５に示すように、間座３１の面上を貫通する場合のみでなく、図６に示すように、間座３６の内部を貫通する場合も含む。

図７および図８は、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を主軸支持軸受７５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７２のケーシング７３は、高い位置で、旋回座軸受７１を介して支持台７０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７７を一端に固定する主軸７６は、ナセル７２のケーシング７３内で、軸受ハウジング７４に組み込まれた主軸支持軸受７５を介して、回転自在に支持されている、主軸７６の他端は増速機７８に接続され、この増速機７８の出力軸が発電機７９のロータ軸に結合されている。ナセル７２は、旋回用モータ８０により、減速機８１を介して任意の角度に旋回させられる。

軸受ハウジング７４に組み込まれた主軸支持軸受７５は、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受であって、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間で周方向に連ねて配置される複数の円錐ころと、隣接する円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面の間隔が円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている樹脂製の複数の間座を含み、この複数の間座が互いに分離して設けられている間座型保持器とを備える。間座は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有する。ここで、肉厚部には、その肉厚を減ずる空所が設けられている。

主軸支持軸受７５は、大きな風力を受けるブレード７７を一端に固定する主軸７６を支持するため、大きな荷重がかかることになる。ここで、円錐ころを保持する保持器を分割型とし、上記のような構成とすると、間座の破損を防止することができる。そうすると、風力発電機の主軸支持構造の長寿命を実現することができる。

なお、上記の実施の形態において、小径側および大径側側輪は、組立て後において取り外してもよいし、そのままの状態にしておいてもよい。さらに、側輪は、小径側または大径側のいずれか一方にのみ、設けられた構成であってもよい。

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。

この発明に係る円錐ころ軸受は、間座の破損を防止することができるため、長寿命が要求される場合に、有効に利用される。

また、この発明に係る間座は、破損のおそれが低減しているため、長寿命が要求される円錐ころ軸受に備えられる場合に、有効に利用される。

また、この発明に係る風力発電機の主軸支持構造は、間座の破損のおそれを低減した円錐ころ軸受を含むため、長寿命が要求される場合に、有効に利用される。

この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれる間座の斜視図である。 図１に示す間座を径方向外側から見た図である。 この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を、間座の中央を通り、円周方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。 図３に示す円錐ころ軸受のうち、間座および隣接する円錐ころを小端面側から見た図である。 この発明の他の実施形態に係る間座を、その中央を通り、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る間座を、その中央を通り、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。 この発明に係る円錐ころ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７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。

符号の説明

１１，３１，３６ 間座、１２ａ，１２ｂ 案内面、１３ａ 小径側端面、１３ｂ 大径側端面、１４ａ，３３ａ 上面、１４ｂ，３３ｂ 下面、１５ａ 小径側突出部、１５ｂ 大径側突出部、１６ 内径側ころ止め部、１７ 外径側ころ止め部、１９，３２ａ，３２ｂ，３７ 空所、２１ 円錐ころ軸受、２２ 外輪、２３ 内輪、２４ 円錐ころ、２５ａ 小径側側輪、２５ｂ 大径側側輪、２６ａ，２６ｂ 張出部、２８ａ 小鍔、２８ｂ 大鍔、７０ 支持台、７１ 旋回座軸受、７２ ナセル、７３ ケーシング、７４ 軸受ハウジング、７５ 主軸支持軸受、７６ 主軸、７７ ブレード、７８ 増速機、７９ 発電機、８０ 旋回用モータ、８１ 減速機。

Claims (5)

1. 外輪と、
   内輪と、
   前記外輪および前記内輪の間で周方向に連ねて配置される複数の円錐ころと、
   隣接する前記円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する前記円錐ころに当接する面の間隔が前記円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている樹脂製の複数の間座を含み、この複数の間座が互いに分離して設けられている間座型保持器とを備える円錐ころ軸受であって、
   前記間座は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有し、
   前記肉厚部には、その肉厚を減ずる空所が設けられている、円錐ころ軸受。
2. 前記空所には、潤滑剤が保持される、請求項１に記載の円錐ころ軸受。
3. 前記空所は、隣接する円錐ころと対向する面に設けられている、請求項１または２に記載の円錐ころ軸受。
4. 隣接する円錐ころの間に配置されたときに、ころピッチ円直径において隣接する前記円錐ころに当接する面の間隔が前記円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている樹脂製の間座であって、
   前記間座は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有し、
   前記肉厚部には、その肉厚を減ずる空所が設けられている、間座。
5. 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円錐ころ軸受とを有する風力発電機の主軸支持構造であって、
   前記円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪の間で周方向に連ねて配置される複数の円錐ころと、隣接する前記円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する前記円錐ころに当接する面の間隔が前記円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている樹脂製の複数の間座を含み、この複数の間座が互いに分離して設けられている間座型保持器とを備える円錐ころ軸受であって、
   前記間座は、肉の厚い肉厚部と、肉の薄い肉薄部とを有し、
   前記肉厚部には、その肉厚を減ずる空所が設けられている、風力発電機の主軸支持構造。

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