JP2007519865A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】対向する軸受面１６、１９の間に配置された複数の軸受ころ１２を備えるころ軸受１０において、上記軸受面は、軸受の回転軸線の回りにて互いに回転することができ、上記軸受は、使用すべく設計された全ての荷重状態下にて上記対向する軸受面１６、１９の間の方向に作用する力を提供する偏倚手段１８を備え、軸受ころの各々は、上記対向する軸受面の各々と接触する状態に保持される、ころ軸受である。

Description

本発明は、ころ軸受、特に、これにのみ限定されるものではないが、ころとレース溝（軸受）面との間にてスキッディング（スライディングとしても知られる）が生じる可能性のある、風力タービンの歯車装置におけるような、用途にて使用されるころ軸受に関する。

ころ軸受内のころの回転速度がレース溝の完全な転がりを保証するのに不十分であるとき、ころとレース溝との間にてスキッディングが生じる可能性がある。

ころは、典型的に、軸受の無荷重領域において、その回転速度を減速し、また、荷重領域において、レース溝と接触するため、回転速度は加速する。ころを加速するのに必要な力は、その他のファクタもあるが、ころとレース溝表面との間の速度差、及びころの慣性力に依存する。長期間のスキッディングは、材料のスミアリング(ｓｍｅａｒｉｎｇ)のような表面の損傷を生じ、軸受が破損するに到る可能性があるため、望ましくない。特に、上述した作動状態の結果、油層の厚さが不十分となるとき、金属間接触が生じ、その結果、熱が発生して、スキッドスミアリング（ｓｋｉｄ ｓｍｅａｒｉｎｇ）及びその後の軸受の破損を生じさせる可能性がある。

軸受が低荷重又は零荷重状態にて作用するとき、荷重領域は、極めて小さくなり又は存在しなくなる。その結果、ころとレース溝表面との間にて相対的なスライディングが生じる可能性がある。次に、軸受に対して急激に荷重が加えられ、また、ころとレース溝との相対的回転が速いとき、ころが加速されるに伴い、材料のスミアリングが生ずる。ある時間に亙って、このことは、顕著な表面の損傷を引き起こす可能性がある。

風力タービンの多段歯車装置において、上述の状態は、高速度軸及び中速度軸の軸受に関してしばしば生ずることがある。風の乱流は、歯車装置にて急激に荷重を変化させ、且つころは低荷重時、減速し、また、荷重が増すと、再度、加速する。風力タービンのロータ翼が例えば静止状態まで制御されて減速する間、歯車装置の軸におけるトルクの方向は、しばしば逆となることがあり、荷重領域の位置が変位し、ころのスキッディングが生ずる。

本発明は、軸受の破損に到る可能性のある上述した問題点を緩和し又は解決することのできるころ軸受を提供しようとするものである。

本発明の１つの形態によれば、対向する軸受面の間に配置された複数の軸受ころを備え、上記軸受面は、軸受の回転軸線の回りにて互いに回転することができ、軸受は、上記対向する軸受面の間の方向に作用する力を提供する偏倚手段を備え、これにより使用すべく設計された全ての荷重状態下にて軸受ころの各々は、上記対向する軸受面の各々と接触する状態に保持されるころ軸受が提供される。

本発明は、使用時、主として、半径方向に荷重が加えられる型式のころ軸受に特に適用可能であり、このため、軸受は、軸受の回転軸線に対して考えたとき、軸受内面と外面との間にて半径方向に配置された軸受ころであって、また、上記の回転軸線に対して半径方向に作用する力を提供する上記偏倚手段を有する上記ころ軸受に特に適用可能である。しかし、これと代替的に、本発明のころ軸受は、使用時、主として軸方向に荷重が加えられ、このため、軸受は、軸受の回転軸線の方向に対して考えたとき、軸方向に対向して隔てられた軸受面の間にて軸方向に配置された軸受ころを備え、該軸受ころは、前記軸方向に作用する力を提供する上記偏倚手段を有する型式のものとしてもよい。

軸受面は、例えば、ラジアル型ころ軸受の場合、内側及び外側軸受リングのような１対の軸受リングにより従来の要領にて提供することができる。これと代替的に、上記軸受面の１つ又は各々は、他の構成要素が追加的な機能を果たす一体型の構造にて上記他の構成要素の面により画成されるようにしてもよい。

本発明は、ラジアル型軸受のような、軸受ころが円筒状であるころ軸受に特に適用可能であるが、アキシャル型軸受にて使用されるもののような、テーパー型式の軸受ころ、又は球形ころ軸受及びＣＡＲＢ円環状ころ軸受のようなその他の型式のころ軸受を備える軸受に対して採用することもできる。

偏倚力は、当該軸受ころ又は各軸受ころ自体の変形可能性により提供することができ、このため、該軸受ころは上記偏倚手段として作用し、又は例えば、対向する軸受面の１つに対して固定された変形可能な要素のような追加的な要素により提供することができる。これと追加的に又は代替的に、軸受面は偏倚力を与えるため上記偏倚手段として作用することができ、例えば、軸受面の一部が非応力状態のとき、非円筒状面であり、また、対向する面の間に配置された軸受ころより作用を受けたとき、円筒形（筒形ころ軸受の場合）に向けて僅かに変形可能であるようにすることにより偏倚力を提供することも考えられる。

軸受ころは、非荷重状態にあるとき、ころの回転軸線の方向に向けて考えたとき、ころの端部領域を画成する材料体には、アンダーカット部又は同様に切り込んだ形態が提供され、また、ころの外面は上記端部領域から軸方向内方の位置における外面よりも大きい寸法を有するようにすることにより、軸受ころは上記偏倚手段として作用し得るようにすることができる。このように、端部領域には、半径方向内方に変形可能な張り出し部又はリップ状領域を設け、該張り出し部又はリップ状領域は、組み立てた軸受において、内方に変形し、これにより長手方向断面にて考えたとき、実質的に直線状の軸受面を有し且つ上述した偏倚力を加えて、ころと対向する軸受面の各々との間の接触状態を維持する軸受ころとなる。好ましくは、ころの端部領域の各々は、同様の形状であるものとする。

前節に記載したころ構造と実質的に等価的な要領にて、対向する軸受面の１つ又は各々は、変形可能である、すなわちラジアル型軸受の場合、半径方向に変形可能であり、又はアキシャル型軸受の場合、軸方向に変形可能である少なくとも１つの端部領域を有することができる。アンダーカット部又はその他のかかる端部レリーフ部は、該軸受リングの軸受面に隣接する軸受リングの厚さの半部分に形成されることが好ましい。

本発明は、軸受面又はころの何れかが必ずしもそれぞれの軸受リング又はころの本体の他の部分よりも容易に変形可能である形状の一体領域を備えることを必要とするものではない。本発明は、これに加えて又は代替的に、軸受ころの各々及び（又は）軸受面の少なくとも１つが偏倚手段として作用する変形可能な構成要素が該軸受ころ又は軸受面と関係するようにすることができる。上記の変形可能な構成要素は、可圧縮性であり及び（又は）構成要素の可撓性及び形状の結果、可圧縮性とすることのできる材料からなるようにしてもよい。好ましくは、構成要素は、弾性的に変形可能であり、より好ましくは、エラストマー材料であるものとする。

本発明のころ軸受は、軸受ケージを備え、又はケージ無しとしてもよく、例えば、該ころ軸受は完全に相補的な型式としてもよい。

本発明は、また、高速度軸及び中速度軸の少なくとも１つが本発明に従った型式のころ軸受により支持される多段歯車装置をも提供する。

次に、概略図的な添付図面を参照して、単に一例としてのみ本発明の実施の形態について説明する。

図１には、外側軸受リング１１と、内側軸受リング１３と、内側リング及び外側リングの対向する軸受面１６、１９の間に配置された複数の筒形ころ軸受１２の１つとを備えるラジアル型ころ軸受１０が示されている。

内側リング１３（図２参照）は、機械加工され、端部領域１４の各々にて、通常の作用面１６の上方にて半径方向外方に突出する周方向に伸びる領域１５を提供する。更に、端部領域１４には、リング１３の厚さの半径方向外方半部分に環状凹所１７が形成され、これにより、上記領域１５を備える半径方向に変形可能なリップ領域１８を形成する。このように、内側リングの半径方向剛直度は、上記端部領域にて減少する。領域１５が軸受面１６の上方に突出する程度及びリップ領域１８の可撓性は、軸受の半径方向隙間の程度、作動速度及びころの慣性力を含むことのできるファクタを考慮して選ばれる。

軸受が組み立てた状態（図３参照）にあるとき、リップ領域１８は、ころ１２の軸受面９と接触するため、半径方向内方に変形し、これにより該軸受面は半径方向外方に押されて外側リング１１に対して当接する。

図４には、上述したように、１つ又は各々の軸受リングに代えて、ころの各々に突出部及びアンダーカット部が設けられる１つの実施の形態が示されている。

ころ２０は、ころが非荷重状態にあるとき、中間の軸受面２４から半径方向外方に突出する領域２３を端部２１、２２の各々に提供するよう機械加工される。更に、端部の各々には、凹所２５が形成され、１対の変形可能な環状リップ領域２８が形成される。図４に示した組み立てた状態において、リップ領域は、ころと内側軸受リング２６、外側軸受リング２７の各々との接触状態を維持する偏倚手段として作用する。

図６ないし図８の実施の形態において、偏倚手段は、円筒状軸受面３３と、それぞれの軸方向当接面３４、３５との間にて外側リング３２の隅部領域の位置において、１対の可圧縮性エラストマーリング３０、３１の形態にて提供される。この実施の形態において、偏倚リング３０、３１は、中空で管状の形態であり、これにより、主として各リングの形状のため、可圧縮性を提供するが、中実な断面で且つ可圧縮性材料から成るリングを代替的に採用してもよい。図７には、非応力状態の偏倚リング３０が示され、また、図８には、偏倚リングは外側軸受リング３２ところ３６の隅部との間でそのまま圧縮された状態にて示されている。

図９に示した１つの代替的な形態において、可圧縮性材料から成る中実な断面の偏倚リング４０が外側軸受リング４２の軸受面の中央に形成された環状溝４１内に提供される。

図６ないし図９の実施の形態の各々において、偏倚リングは、ころが内側軸受リング及び外側軸受リングと接触する状態に維持され且つ、内側軸受リングと外側軸受リングとの間にて相対的な回転動作を経験することを保証する作用を果たす。

本発明の上述した実施の形態において、軸受の荷重支承能力は、その他の点にて同様の構造の標準的な従来の軸受よりも小さく、それは、低剛直度領域内で支承される荷重はわずかであるからである。しかし、かかる軸受は、標準的な軸受と比較してより高価となるが、これらの軸受は、多くの場合、軸受の最終的な破損の原因であるスリップ現象に一層良く抵抗するという有利な効果を有する。

本発明の第一の実施の形態に従ったころ軸受の一部分の断面図である。 軸受を組み立てる前の図１の軸受の一部分の図である。 軸受を組み立てた後の図１の軸受の一部分の図である。 本発明の第二の実施の形態に従ったころ軸受の一部分の断面図である。 軸受を組み立てる前の図４の軸受の一部分の図である。 図１に相応する本発明の第三の実施の形態を示す図である。 図２に相応する本発明の第三の実施の形態を示す図である。 図３に相応する本発明の第三の実施の形態を示す図である。 本発明の第四の実施の形態に従ったころ軸受の一部分の断面図である。

Claims (16)

1. 対向する軸受面（１６、１９）の間に配置された複数の軸受ころ（１２）備えるころ軸受（１０）において、前記軸受面は、軸受の回転軸線の回りにて互いに回転することができ、軸受は、前記対向する軸受面（１６、１９）の間の方向に作用する力を提供する偏倚手段（１８）を備え、これにより使用すべく設計された全ての荷重状態下にて軸受ころの各々は、前記対向する軸受面の各々と接触する状態に保持される、ころ軸受。
2. 請求項１に記載のころ軸受において、前記偏倚力は、前記軸受ころ又は各軸受ころ（２０）の可変形性により提供される、ころ軸受。
3. 請求項１又は２に記載のころ軸受において、前記偏倚力は、少なくとも１つの対向する軸受面（１６）の可変形性により提供される、ころ軸受。
4. 請求項２又は３に記載のころ軸受において、前記対向する軸受面の少なくとも１つの軸受面又はころの軸受面における端縁領域が、非応力状態にあるとき、前記軸受面の隣接する面領域の上方に突き出す領域（１５、２３）を備える、ころ軸受。
5. 請求項２ないし４の何れか１つの項に記載のころ軸受において、前記対向する軸受面の少なくとも１つ又はころの軸受面を画成する材料本体は、該軸受面の端縁領域にてアンダーカットされ、これにより該アンダーカット部と軸受面との間に変形可能な張り出し領域（１８、２８）を提供する、ころ軸受。
6. 請求項２ないし５の何れか１つの項に記載のころ軸受において、軸受リング（１３）は、前記対向する軸受面の１つを画成し、該軸受リングにはアンダーカット部（１７）が設けられ、前記アンダーカット部は、前記リングの軸受面に隣接するリングの厚さの半部分に設けられる、ころ軸受。
7. 請求項２ないし６の何れか１つの項に記載のころ軸受において、軸受面の２つの端縁領域の各々に変形可能な張り出し部が設けられる、ころ軸受。
8. 請求項１ないし７の何れか１つの項に記載のころ軸受において、対向する軸受面の少なくとも１つには、偏倚手段として作用する変形可能な構成要素（３０、４０）が関係している、ころ軸受。
9. 請求項８に記載のころ軸受において、前記変形可能な構成要素（３０）は、該構成要素の形状及び可撓性のため、変形可能である、ころ軸受。
10. 請求項８又は９に記載のころ軸受において、変形可能な構成要素（４０）は、該構成要素の材料の可圧縮性のため、変形可能である、ころ軸受。
11. 請求項８ないし１０の何れか１つの項に記載のころ軸受において、変形可能な構成要素は、前記対向する軸受面の１つの軸受面（３３）と前記軸受面と関係した当接面（３４）との間に配置された偏倚リング（３０）である、ころ軸受。
12. 請求項８又は１１の何れか１つの項に記載のころ軸受において、偏倚手段は、軸受面の端縁領域の間の実質的に中央に設けられた偏倚リング（４０）である、ころ軸受。
13. 請求項１ないし１２の何れか１つの項に記載のころ軸受において、ラジアル型ころ軸受である、ころ軸受。
14. 請求項１ないし１３の何れか１つの項に記載のころ軸受において、軸受ころは円筒状である、ころ軸受。
15. 請求項１ないし１３の何れか１つの項に記載のころ軸受において、軸受ころはテーパー型ころである、ころ軸受。
16. 高速度軸及び中速度軸を備える多段歯車装置において、前記軸の少なくとも１つは、請求項１ないし１５の何れか１つの項に記載のころ軸受（１０）により支持される、多段歯車装置。

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