JP2008303893A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転かつ軽負荷の状況に於いて、スキッディングの発生の防止を図れる構造を実現する。
【解決手段】回転輪である内輪１２ａの外周面の軸方向両端部に、静止輪である外輪１１ａに向け径方向に突出する状態で全周に外向鍔部１９ａ、１９ｂを設ける。そして、これら外向鍔部１９ａ、１９ｂの内側面と、各円筒ころ１３、１３の軸方向両端面の一部とを近接対向させる。又、保持器１８ａの内周面の軸方向両端部を、上記外向鍔部１９ａ、１９ｂの外周面に近接対向させる。これにより、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

この発明に係る円筒ころ軸受は、風力発電装置を構成するロータ（ブレード等の羽付きの回転体）の回転中心部に結合固定した回転軸と発電機との間に設けた変速機を構成する回転軸を、上記風力発電装置のナセルに対して回転自在に支持する為に利用する。

近年、二酸化炭素の削減等により地球環境を改善する事を目的として、自然エネルギを利用する発電方法である風力発電が注目される様になっている。図５〜６は風力発電装置の従来構造の１例として、特許文献１に記載された構造を示している。図５はプロペラ形風力発電装置の全体構成図である。風車１は図５に示す様に、風の運動エネルギを取り込むブレード２とロータ３、ナセル４、及びこのナセル４を地上から十分に（例えば約４０ｍ）離れた高さ位置に設置するタワー５から構成される。又、ナセル４の内部には、図６に示す様に、回転軸６、転がり軸受７、７、増速機８、発電機９が納まっており、この回転軸６は転がり軸受７、７によって上記ナセル４に、回転自在に取り付けられている。そして、風の運動エネルギから上記ブレード２が取り込んだ回転力は、上記回転軸６に伝達され、更に、上記増速機８で増速されてから上記発電機９に伝達され発電する。

上記増速機８等の変速機内部で使用される軸受は、大きなラジアル荷重を支承すべく、円筒ころ軸受が多数使用されている。そして、この円筒ころ軸受を構成する複数の円筒ころの軸方向変位を抑え、この円筒ころ軸受の構成各部材、即ち、外輪と内輪と複数の円筒ころとが軸方向にずれるのを防止できる構造として、鍔付きの円筒ころ軸受を使用している。

図７は、この様な鍔付きの円筒ころ軸受の１例として特許文献２に記載された構造を示している。この円筒ころ軸受１０は、外輪１１（特許請求の範囲の静止輪に相当）と内輪１２（特許請求項の範囲の回転輪に相当）と複数の円筒ころ１３、１３とを備えている。
このうちの外輪１１は、内周面の中間部に円筒面状の外輪軌道１４を、同じく両端部に、１対の内向鍔部１５ａ、１５ｂを、それぞれ設けている。又、上記内輪１２は、外周面の中間部に円筒面状の内輪軌道１６を、同じく一端部に外向鍔部１７を、それぞれ設けている。この様な円筒ころ軸受１０は所謂ＮＪ型と言われる構造である。

更に、上記複数の円筒ころ１３、１３は、黄銅等の、自己潤滑性を有し比較的軟質な金属により造られた、円環状の保持器１８により、転動自在に保持された状態で、上記外輪軌道１４と上記内輪軌道１６との間に設けている。この状態で、上記各円筒ころ１３、１３の転動面がこれら外輪軌道１４及び内輪軌道１６に転がり接触する。これに対して、上記各円筒ころ１３、１３の軸方向両端面のうち、これら各円筒ころ１３、１３の径方向に関して外径寄り部分は、上記各内向鍔部１５ａ、１５ｂの内側面と、上記外向鍔部１７の内側面とに、近接対向若しくは滑り接触する。又、この状態で、上記保持器１８の両端部外周面を、上記外輪１１の両端部に設けた上記各内向鍔部１５ａ、１５ｂの内周面に近接対向させる事により、上記保持器１８の直径方向位置を上記外輪１１により規制する、外輪案内としている。
又、図示はしないが、上記図７に示した円筒ころ軸受１０の構造とは別に、上記内輪１２に外向鍔部１７を設けない（ＮＵ型の）円筒ころ軸受を使用する事もできる。
尚、上記保持器１８は、上記ＮＪ型の場合には、上記外向鍔部１７外周面に、上記ＮＵ型の場合には内輪１２に接触する事はない。この為、この内輪１２から、上記保持器１８に、上記円筒ころ１３、１３の公転方向の駆動力が伝わる事はない。

上述した様な円筒ころ軸受１０を組み込んだ、上記図５〜６に示す風車１は、一般的には、上記ロータ３を風上に向けた状態で使用される。又、一般的に、この様な風車１は、周囲の風速（上記ロータ３への向かい風の速さ）が、カットイン風速と呼ばれる所定の下限風速以上で、且つ、カットアウト風速と呼ばれる所定の上限風速以下の場合にのみ、上記発電機９を回転駆動する様に構成している。即ち、安定した電力を得る為、周囲の風速がカットイン風速未満の場合には、上記回転軸６と上記発電機９との接続をクラッチ装置等により断ち、この発電機９を回転駆動しない様に制御している。
この様な制御の場合、カットイン風速に達してから、クラッチ装置等を接続するまでの間、上記円筒ころ軸受１０は、無負荷且つ高速回転領域と言った状況に置かれる。一般に、この円筒ころ軸受１０の様な構造の円筒ころ軸受を、内輪１２を回転輪として、高速回転領域且つ軽負荷（基本動定格荷重の２％以下）で使用した場合に、上記内輪１２の内輪軌道１６と上記各円筒ころ１３、１３の転動面との接触部で、これら各円筒ころ１３、１３の公転方向への駆動力が十分に伝わらず、この接触部でスキッディングと呼ばれる激しい公転滑りを起こす場合がある事が知られている。このスキッディングが発生すると、上記接触部の油膜形成が不十分になる為、この接触部が高温になり、スミアリングと呼ばれる局所的な焼き付等の損傷が起こる可能性がある。特に大型の円筒ころ軸受の場合は、上述の様な問題が顕著になる。
風速により起動と停止を繰り返す制御を行なっている風力発電装置を構成する円筒ころ軸受は、高速回転かつ軽負荷の状況に置かれる事が多い。この為、上記スキッディングの発生の防止を図れる様な構造の円筒ころ軸受の実現が望まれている。

特開２００５−２０７５１７号公報 特開２００４−８４７０５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、高速回転且つ軽負荷の状況下で運転されても、スキッディングの発生の防止を図る事ができる円筒ころ軸受の構造を実現すべく発明したものである。

本発明の対象となる円筒ころ軸受は、静止輪と、回転輪と、複数個の円筒ころと、保持器とを備える。
このうちの静止輪は、静止側周面に円筒面状の静止側軌道面を有する。
又、上記回転輪は、この静止側周面と径方向に対向する回転側周面に円筒面状の回転側軌道面を有する。
又、上記各円筒ころは、この回転側軌道面と上記静止側軌道面との間に転動自在に設けられている。
又、上記保持器は、円筒状のもので、上記各円筒ころを転動自在に保持している。

特に、本発明の転がり軸受に於いては、上記回転輪は上記回転側周面の軸方向両端部に、上記静止側軌道面に向け径方向に突出する状態で全周に設けられた、第一、第二の鍔部を備えている。
又、上記保持器は、内外両周面のうちの一方の周面であって上記第一、第二の鍔部と対向する側の周面である被案内周面を、上記第一、第二の鍔部の周面に近接対向させる事により、径方向に関する位置決めを図っている。
又、この様な本発明の転がり軸受は、例えば風力発電装置等の回転支持部に組み込まれて使用される。

上述の様に構成する本発明の円筒ころ軸受の場合、各円筒ころの軸方向両側端面のうち、これら各円筒ころの径方向に関して外径寄り部分は、回転輪の回転側周面の軸方向両端部に設けた第一、第二の鍔部のそれぞれの内側面と、潤滑油を介して、上記各円筒ころの正常な自転運動を妨げない程度且つこれら各円筒ころに公転方向の駆動力を伝える事ができる状態で近接対向している。
又、保持器は、内外両周面のうちの一方の周面であって上記第一、第二の鍔部と対向する側（回転輪側）の周面である被案内周面を、これら第一、第二の鍔部の周面に、上記公転方向に駆動力を伝える事ができる状態で近接対向している。そして、上記回転輪から上記保持器に伝わった上記公転方向の駆動力は、この保持器に形成しているポケットの内周面と上記各円筒ころとの接触部を介してこれら各円筒ころに伝わる。
これらの事から、高速回転且つ軽負荷の状況に於いて、上記公転方向の駆動力を上記回転輪からこれら各円筒ころに、この回転輪の回転側軌道面とこれら各円筒ころの転動面との接触部のみで伝える場合に比べて、効率良く伝える事ができる。この為、上記回転輪の回転側軌道面と上記各円筒ころの転動面との接触部に於ける、スキッディングの発生の防止を図る事ができる。
又、上述した様に保持器の径方向に関する位置決めを図っている為、この保持器の内外両周面のうち、上記被案内周面と反対側の周面と静止輪の静止側周面との間には、大きな環状隙間を確保する事ができる。この為、潤滑油等がこの環状隙間を通じて、上記各円筒ころを配置した内部空間に進入し易くなり、軸受内部の潤滑性の向上を図る事ができる。

［実施の形態の第１例］
図１〜２は請求項１〜２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。
本例の円筒ころ軸受１０ａは、特許請求の範囲に記載した静止輪に相当する外輪１１ａと、特許請求の範囲に記載した回転輪に相当する内輪１２ａと、複数個の円筒ころ１３、１３と、保持器１８ａとを備える。
このうちの外輪１１ａは、内周面に凹円筒面状の外輪軌道１４を設けている。又、この内周面の一端部（図１の左端部）に、内向鍔部２０を設けている。又、この内周面の他端部に係止溝２３ａを、全周に亙り形成している。そして、この係止溝２３ａに、円輪状又は欠円輪状に形成した止め輪２４ａを係止して、上記外輪１１ａからの上記各円筒ころ１３、１３の抜け止めを図っている。
又、上記内輪１２ａは、外周面の中間部に凸円筒面状の内輪軌道１６を、同じく両端部に、特許請求の範囲に記載した第一、第二の鍔部に相当する１対の外向鍔部１９ａ、１９ｂを、それぞれ設けている。

又、上記複数の円筒ころ１３、１３は、次述する保持器１８ａにより保持された状態で、上記外輪軌道１４と上記内輪軌道１６との間に転動自在に設けられている。又、上記各円筒ころ１３、１３の軸方向両側端面のうち、これら各円筒ころ１３、１３の径方向に関して外径寄り部分（円筒ころ１０ａの径方向に関して内径寄り部分）は、上記外向鍔部１９ａ、１９ｂのそれぞれの内側面に、油膜を介した状態で近接対向している。
又、上記保持器１８ａは、黄銅、鋼系合金（ステンレス鋼等）、アルミニウム合金、芳香族ナイロンの如き合成樹脂等により円環状に造り、必要に応じて強度や耐磨耗性向上の為の表面処理を施している。本例の場合、上記保持器１８ａは、所謂籠型保持器と呼ばれるもので、円周方向等間隔複数個所にポケット２５、２５を、内外両周面同士を径方向に貫通する状態で設けている。そして、これら各ポケット２５、２５に上記各円筒ころ１３、１３を、転動自在に保持している。尚、上記保持器１８ａの加工方法は限定しない。
又、上記保持器１８ａの内周面のうち軸方向両端部を、上記外向鍔部１９ａ、１９ｂの外周面に油膜を介した状態で近接対向させる事により、この保持器１８ａの両端部内周面を、この保持器１８ａの径方向に関する位置決めを図る為の被案内周面としている。

この様な本例の円筒ころ軸受１０ａの場合、上記各円筒ころ１３、１３の軸方向両側端面のうち、これら各円筒ころ１３、１３の径方向に関して外径寄り部分（円筒ころ軸受１０ａの径方向に関して内径寄り部分）と、上記各外向鍔部１９ａ、１９ｂのそれぞれの内側面とは、この内輪１２ａから上記各円筒ころ１３、１３に、これら各円筒ころ１３、１３の公転方向の駆動力が伝わる状態で接触している。尚、この接触状態は、上記各円筒ころ１３、１３の正常な自転運動を妨げない程度（軽い当接状態）である。
又、上記保持器１８ａは、この保持器１８ａの内周面と上記両外向鍔部１９ａ、１９ｂの外周面との接触部を介して、上記公転方向の駆動力を伝えられる。そして、この駆動力は、この保持器１８ａに形成している各ポケット２５、２５の内周面と上記各円筒ころ１３、１３の外周面との接触部を介して、これら各円筒ころ１３、１３に伝わる。
上述した様に、高速回転且つ軽負荷状態に於いて、上記内輪１２ａから各円筒ころ１３、１３に、直接又は上記保持器１８ａを介して、上記公転方向の駆動力が伝わる。この為、これら各円筒ころ１３、１３の公転運動を確実に行なわせて、上記内輪１２ａの内輪軌道１６と上記各円筒ころ１３、１３の転動面との接触部のみで上記駆動力が伝わる場合に比べ、スキッディングが発生する事を有効に防止できる。
又、上述した様に保持器１８ａの径方向に関する位置決めを図っている為、この保持器１８ａの上記被案内周面と反対側の周面である外周面と、上記外輪１１ａの内周面との間には、大きな環状隙間２６を確保できる。この為、潤滑油等がこの環状隙間２６を通じて、上記各円筒ころ１３、１３を配置した内部空間に進入し易くなり、軸受内部の潤滑性の向上を図る事ができる。

尚、本例の円筒ころ軸受１０ａの場合、大きなラジアル荷重を支承できるだけでなく、上記各円筒ころ１３、１３の軸方向両端面と、上記各外向鍔部１９ａ、１９ｂのうちの一方（図１の右方）の外向鍔部１９ｂ、並びに、上記内向鍔部２０との係合により、アキシアル荷重を支承できる。即ち、図１で内輪１２ａに左方向のアキシアル荷重が加わった場合に、上記内向鍔部２０の内側面と上記各円筒ころ１３、１３の軸方向他端面（図１の左端面）外径寄り部分とが摺接すると同時に、上記一方の外向鍔部１９ｂの内側面と上記各円筒ころ１３、１３の軸方向一端面（図１の右端面）外径寄り部分とが摺接して、上記アキシアル荷重を支承する。
尚、上記内向鍔部２０を形成しない構造とする事もできるが、この場合は、アキシアル荷重を支承する事はできない。

［実施の形態の第２例］
図３〜４はやはり請求項１〜２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。
本例の円筒ころ軸受１０ｂの場合には、特許請求の範囲に記載した回転輪に相当する外輪１１ｂの内周面両端部に、特許請求の範囲に記載した第一、第二の鍔部に相当する１対の内向鍔部２１ａ、２１ｂを、それぞれ設けている。
又、特許請求の範囲に記載した静止輪に相当する内輪１２ｂの外周面の一端部（図３の左端部）に、外向鍔部２２を設けている。又、この外周面の他端部に係止溝２３ｂを、全周に亙り形成している。そして、この係止溝２３ｂに、円輪状又は欠円輪状に形成した止め輪２４ｂを係止して、上記内輪１２ｂからの各円筒ころ１３、１３の抜け止めを図っている。
又、保持器１８ｂの外周面のうち軸方向両端部を、上記両内向鍔部２１ａ、２１ｂの内周面に油膜を介した状態で近接対向させる事により、上記保持器１８ｂの両端部外周面をこの保持器１８ｂの直径方向位置決めを行なう被案内周面としている。
径方向に関する内外が逆になった以外の部分の構成及び作用に就いては、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、重複する説明は省略する。

本発明の実施の形態の第１例を示す、円筒ころ軸受の断面図。 同じく、図１のＡ−Ａ断面図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、円筒ころ軸受の断面図。 同じく、図３のＢ−Ｂ断面図。 本発明の対象となる円筒ころ軸受を組み込む風力発電装置の１例を示す図。 同じく風力発電装置のナセル内部を示す部分切断斜視図。 従来構造の円筒ころ軸受の断面図。

符号の説明

１ 風車
２ ブレード
３ ロータ
４ ナセル
５ タワー
６ 回転軸
７ 軸受
８ 増速機
９ 発電機
１０、１０ａ、１０ｂ 円筒ころ軸受
１１、１１ａ、１１ｂ 外輪
１２、１２ａ、１２ｂ 内輪
１３ 円筒ころ
１４ 外輪軌道
１５ａ、１５ｂ 内向鍔部
１６ 内輪軌道
１７ 外向鍔部
１８、１８ａ、１８ｂ 保持器
１９ａ、１９ｂ 外向鍔部
２０ 内向鍔部
２１ａ、２１ｂ 内向鍔部
２２ 外向鍔部
２３ａ、２３ｂ 係止溝
２４ａ、２４ｂ 止め輪
２５ ポケット
２６ 環状隙間

Claims (2)

1. 静止側周面に円筒面状の静止側軌道面を有する静止輪と、この静止側周面と径方向に対向する回転側周面に円筒面状の回転側軌道面を有する回転輪と、この回転側軌道面と上記静止側軌道面との間に転動自在に設けられた複数個の円筒ころと、これら各円筒ころを転動自在に保持する円筒状の保持器とを備えた円筒ころ軸受に於いて、
   上記回転輪は上記回転側周面の軸方向両端部に、上記静止側軌道面に向け径方向に突出する状態で全周に設けられた第一、第二の鍔部を備え、
   上記保持器は、内外両周面のうちの一方の周面であって上記第一、第二の鍔部と対向する側の周面である被案内周面を、これら第一、第二の鍔部の周面に近接対向させる事により、径方向に関する位置決めを図っている事を特徴とする円筒ころ軸受。
2. 風力発電装置の回転支持部に組み込まれる、請求項１に記載した円筒ころ軸受。

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