JP2009063102A - 転がり軸受用保持器、円すいころ軸受、風力発電機の主軸支持構造、転がり軸受用保持器の製造方法、および転がり軸受の組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性および組立性の高い転がり軸受用保持器を提供する。
【解決手段】転がり軸受用保持器３８は、厚み方向に貫通して円すいころ３７を保持する複数のポケット４２，４３を有する平板の長手方向両端部を当接して形成される筒状部材３９と、端面に筒状部材３９の軸方向端部を受け入れて、筒状部材３９の形状を保持する円周溝４０ａ，４１ａを有するリング部材４０，４１とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、生産性の高い転がり軸受用保持器、およびこのような転がり軸受用保持器を備えた円すいころ軸受や風力発電機の主軸支持構造に関するものである。

従来の転がり軸受は、例えば、特開平１１−１７３３３４号公報（特許文献１）やヨーロッパ特許公報１４０８２４８Ａ２号公報（特許文献２）に記載されている。上記の各公報に記載されている転がり軸受は、大型の軸受、例えば、風力発電機の主軸を支持する軸受等として使用されている。

具体的には、特許文献１に記載されている転がり軸受は、内輪と、外輪と、複数のころと、ピン型保持器とを備える。ピン型保持器は、リング形状の一対の側板と、ころに設けられた貫通孔に嵌まり込んで一対の側板を接続する複数のピンとで構成される。

また、特許文献２に記載されている転がり軸受は、内輪と、外輪と、複数のころと、セグメント保持器とを備える。セグメント保持器は、円弧形状の保持器セグメントを円周方向に複数連ねて円筒形状の保持器を構成する。
特開平１１−１７３３３４号公報 ヨーロッパ特許公報１４０８２４８Ａ２号公報

しかし、特許文献１に記載されている転がり軸受は、ころとピンとが滑り接触するので、ころをスムーズに回転させるためにはピンと貫通孔との隙間を適切に設定する必要がある。また、ピンと側板とを溶接するのに高度な技術を要する。さらには、部品点数が多く、高価である。

また、特許文献２に記載されている転がり軸受は、円筒形状の保持器を形成するのに１０〜２０個程度の保持器セグメントが必要となる。この転がり軸受を組み立てる場合、ころを組み込んだ保持器セグメントを１つずつ軌道面上に配置しなければならず、組立に長時間を要する。

そこで、この発明の目的は、生産性および組立性の高い転がり軸受用保持器、およびこのような転がり軸受用保持器を備えた円すいころ軸受や風力発電機の主軸支持構造を提供することである。

この発明に係る転がり軸受用保持器は、厚み方向に貫通して転動体を保持する複数のポケットを有する平板の長手方向両端部を当接して形成される筒状部材と、端面に筒状部材の軸方向端部を受け入れて、筒状部材の形状を保持する円周溝を有するリング部材とを備える。一実施形態として、リング部材は、径方向から加締めて筒状部材に固定される。

上記構成の保持器は、従来のピン型保持器等と比較して部品点数を大幅に少なくすることができる。また、一体型の保持器であるので、ピン型保持器やセグメント保持器等と比較すると、組立性が向上する。

好ましくは、ポケットは、転動体の転動面に対面する一対の壁面の間隔が径方向外側に向かって広くなる第１のポケットと、径方向内側に向かって広くなる第２のポケットとを含む。そして、第１および第２のポケットは交互に形成されている。これにより、保持器は転動体案内となる。

この発明に係る円すいころ軸受は、外径面に内側軌道面を有する内輪と、内径面に外側軌道面を有する外輪と、内側軌道面および外側軌道面の間に配置される複数の円すいころと、円すいころをポケットに収容する上記のいずれかに記載の転がり軸受用保持器とを備える。

この発明に係る風力発電機の主軸支持構造は、風を受けて回転するブレードと、ブレードを支持する主軸と、主軸を回転自在に支持する上記の円すいころ軸受とを備える。

上記構成の転がり軸受用保持器を採用することにより、生産性および組立性が高く、かつ信頼性の高い円すいころ軸受、および風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。

この発明に係る転がり軸受用保持器の製造方法は、出発材料としてのコイル材を所定の長さに切断して平板を得る工程と、打ち抜き加工によって平板の厚み方向に貫通するポケットを形成する工程と、ローリング形成によって平板の長手方向両端部を当接させて筒状部材を得る工程と、リング部材の円周溝に筒状部材の軸方向端部を嵌め入れる工程とを含む。
上記の製造方法によれば、出発材料をコイル材とすることにより、材料の無駄を少なくすることができる。また、ポケット抜き等の高い精度が要求される加工を平板に対して行うことができる。その結果、生産性の高い転がり軸受用保持器を得ることができる。

この発明に係る転がり軸受の組立方法は、外径面に内側軌道面を有する内輪と、内径面に外側軌道面を有する外輪と、内側軌道面および外側軌道面の間に配置される複数の転動体と、上記の転がり軸受用保持器とを備える転がり軸受の組立方法である。具体的には、第２のポケットと同数の転動体を内側軌道面上に配置する工程と、転がり軸受用保持器を内輪の外径面に被せると共に、内側軌道面に配置されている転動体を第２のポケットに収容する工程と、第１のポケットに径方向外側から転動体を組み込む工程と、内輪と外輪とを組み立てる工程とを含む。上記の組立方法を採用することにより、従来のピン型保持器やセグメント保持器を採用する転がり軸受と比較して、組立性が大幅に向上する。

この発明によれば、筒状部材とリング部材とで一体型の保持器を構成することにより、生産性および組立性の高い転がり軸受用保持器を得ることができる。また、このような転がり軸受用保持器を採用することにより、低コストで信頼性の高い円すいころ軸受、および風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。

図５および図６を参照して、この発明の一実施形態に係る主軸支持構造を採用した風力発電機１１を説明する。風力発電機１１は、支持台１２と、旋回座軸受１３と、ナセル１４と、ブレード１５と、回転軸としての主軸１６と、増速機１７と、発電機１８と、軸受ハウジング１９と、主軸支持用軸受としての円すいころ軸受３１と、旋回用モータ２０と、減速機２１とを備える。

ナセル１４は、支持台１２の上に旋回座軸受１３を介して設置されており、旋回用モータ２０および減速機２１によって水平旋回自在となっている。また、風力発電機１１の主要部品である主軸１６、増速機１７、発電機１８、円すいころ軸受３１、旋回用モータ２０、および減速機２１等を収容するハウジングとして機能する。

ブレード１５は、主軸１６の一端に固定されて風を受けて回転する。主軸１６は、一端がブレード１５に他端が増速機１７それぞれに接続されると共に、軸受ハウジング１９に組み込まれた円すいころ軸受３１によって回転自在に支持されている。そして、ブレード１５の回転を増速機１７を介して発電機１８に伝達する。

円すいころ軸受３１には、ブレード１５が受ける風力等によって大きなアキシアル荷重が負荷されると共に、ブレード１５の自重等によって大きなラジアル荷重および大きなモーメント荷重が負荷される。

そこで、このような環境で使用される主軸支持用軸受として、図１〜図４に示すような円すいころ軸受３１を採用する。なお、図１はこの発明の一実施形態に係る転がり軸受としての円すいころ軸受３１を示す図、図２は図１に示す保持器３８を主軸１６の回転軸線に直交する平面で切断した断面図、図３は図１に示す保持器３８の主な製造工程を示す図、図４は図１に示す円すいころ軸受３１の主な組立工程を示す図である。

まず、図１を参照して、円すいころ軸受３１は、内輪３３，３４を含む組合せ内輪３２と、外輪３６と、転動体としての複数の円すいころ３７と、隣接する円すいころ３７の間隔を保持する保持器３８とを備える。なお、この実施形態においては、内輪３３，３４の小径側端部を突き合わせた背面組み合わせ（「外向き型」という）の円すいころ軸受である。

組合せ内輪３２は、２つの内輪３３，３４と、２つの内輪３３，３４の間に配置される間座３５とを備える。内輪３３は、その外径面の軸方向一方側端部に小鍔３３ａと、軸方向他方側端部に大鍔３３ｂと、小鍔３３ａおよび大鍔３３ｂの間に内側軌道面３３ｃとを有する。内輪３４についても同様である。外輪３６は、その内径面に内側軌道面３３ｃ，３４ｃに対面する外側軌道面３６ａ，３６ｂを有する。保持器３８は、円すいころ３７を収容する第１および第２のポケット４２，４３を有する筒状部材３９と、筒状部材３９の軸方向両端部に配置されるリング部材４０，４１とを備える。

筒状部材３９は、断面形状がテーパ形状（３次元的に見ると円すい台形状）のテーパ部３９ａと、テーパ部３９ａの軸方向両端部に断面形状が軸受回転軸線に平行（３次元的に見ると円筒形状）な平行部３９ｂ，３９ｃとを含む。また、テーパ部３９ａには、円周方向に所定の間隔を空けて第１および第２のポケット４２，４３が形成されている。リング部材４０は、円環形状の部材であって、その軸方向端面に筒状部材３９の平行部３９ｂを受け入れる円周溝４０ａが形成されている。リング部材４１も同様である。

次に、図２を参照して、第１のポケット４２は、円すいころ３７の転動面に対面する一対の壁面４２ａ，４２ｂの間隔が径方向外側に向かって広くなっている。より具体的には、壁面４２ａ，４２ｂは、円すいころ軸受３１の回転中心を通り、軸受回転軸線に平行な平面上に形成される。つまり、壁面４２ａ，４２ｂを径方向内側に延長すると、円すいころ軸受３１の回転中心で両者が交わる。一方、第２のポケット４３は、円すいころ３７の転動面に対面する一対の壁面４３ａ，４３ｂの間隔が径方向内側に向かって広くなっている。

したがって、第１のポケット４２に収容される円すいころ３７は、径方向内側に抜け出ないようになっている。一方、第２のポケット４３に収容される円すいころ３７は、径方向外側に抜け出ないようになっている。その結果、保持器３８は、円すいころ軸受３１内で転動体案内となる。

なお、この実施形態において、第１のポケット４２と第２のポケット４３とは、円周方向に１個ずつ交互に配置されている。しかし、本明細書中の「交互に配置」とは、第１のポケット４２と第２のポケット４３とを所定の規則に沿って並べることを指す。すなわち、第１のポケット４２と第２のポケット４３とを複数個ずつ（例えば、２個ずつ）並べて配置してもよいし、第１のポケット４２と第２のポケット４３とを任意の割合（例えば、２：１）で配置する等してもよい。

次に、図３を参照して、上記構成の保持器３８の製造方法を説明する。まず、第１の工程では、コイル材を所定の長さに切断する（Ｓ１１）。これにより、略長方形状の平板が得られる。出発材料としてコイル材を採用することにより、円盤を絞り加工して保持器を形成する場合と比較して、材料のロスが少ない。

次に、第２の工程では、打ち抜き加工によって平板の厚み方向に貫通する第１および第２のポケット４２，４３を平板の長手方向に交互に形成する（Ｓ１２）。具体的には、平板の厚み方向一方側から第１のポケット４２を打ち抜き、厚み方向他方側から第２のポケット４３を打ち抜く。この工程では平板に打ち抜き加工を施すので、筒状部材にポケットを形成する場合と比較して高精度の加工が行いやすい。

次に、第３の工程では、曲げ加工によって平板を所定の断面形状に成形する（Ｓ１３）。具体的には、テーパ部３９ａと、平行部３９ｂ，３９ｃとを形成する。この工程も、筒状部材に同様の加工を施す場合と比較して、高精度の加工を容易に行うことができる。

次に、第４の工程では、ローリング成形により平板から筒状部材３９を得る（Ｓ１４）。具体的には、平板を所定の曲率に曲げながら長手方向両端部を当接させる。なお、ローリング成形を採用することにより、真円度の高い筒状部材３９を得ることができる。

次に、第５の工程では、リング部材４０，４１の円周溝４０ａ，４１ａに筒状部材３９の軸方向両端部、すなわち平行部３９ｂ，３９ｃを嵌め入れる（Ｓ１５）。さらに、筒状部材３９とリング部材４０，４１とを締結する。例えば、円周溝４０ａ，４１ａの円周上の一部を径方向から加締めてもよいし、円周上の一部で筒状部材３９とリング部材４０，４１とを溶接（スポット溶接）してもよい。なお、この工程では、リング部材４０，４１に代えて、筒状部材３９の当接面を溶接することによって筒状部材３９の形状を保持するようにしてもよい。

上記構成の保持器３８は、従来のピン型保持器等と比較して部品点数を大幅に少なくすることができる。また、各加工工程において高精度の加工を容易に行うことが可能となる。その結果、生産性が高く、かつ高精度の保持器３８を得ることができる。なお、上記の保持器３８は、風力発電機１１の主軸１６を支持する軸受等の大型の軸受に採用することにより、特に有利な効果を奏する。

次に、図４を参照して、図１に示す円すいころ軸受３１の組立方法を説明する。まず、大鍔３３ｂを下にした状態で内輪３３を載置し、内側軌道面３３ｃ上に第２のポケット４３と同数の円すいころ３７を配置する（Ｓ２１）。

次に、保持器３８を内輪３３に被せる（Ｓ２２）。このとき、既に配置されている円すいころ３７を第２のポケット４３に収容する。次に、第１のポケット４２に径方向外側から円すいころ３７を配置する（Ｓ２３）。これにより、内輪３３への円すいころ３７および保持器３８の組み込みが完了する。なお、内輪３３に円すいころ３７および保持器３８を組み込んで一体化したものを内輪３３Ａｓｓｙと呼ぶ。内輪３４についても同様である。

次に、内側軌道面３４ｃと外側軌道面３６ｂとが合わさるように、内輪３４Ａｓｓｙに外輪３６を組み込み、内輪３４Ａｓｓｙと外輪３６が一体となるよう仮止めを行う。次に、主軸１６に内輪３３Ａｓｓｙを組み込む。次に、間座３５を組み込む。次に、内側軌道面３３ｃと外側軌道面３６ａとが合わさるように、内輪３４Ａｓｓｙおよび外輪３６を一体化した状態で主軸１６に組み込む。そして、内輪３３、間座３５、内輪３４に軸方向すきまが生じないように、荷重を加えた状態で固定する。これにより、円すいころ軸受３１の主軸１６への組み込みが完了する。

上記の組立方法を採用することにより、ピン型保持器やセグメント保持器等を採用した従来の転がり軸受と比較して、円すいころ軸受３１の組立性が向上する。なお、上記の組立方法は、風力発電機１１の主軸１６を支持する軸受等の大型の軸受に適用することにより、特に有利な効果を奏する。

なお、上記の各実施形態では、円すいころの小径側端部を突き合わせた外向き形軸受の例を示したが、これに限ることなく、円すいころの大径側端部を突き合わせた正面組み合わせ（以下、「内向き形」という）軸受に適用してもよい。

また、上記の各実施形態においては、円すいころ軸受３１の例を示したが、これに限ることなく、自動調心ころ軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、および４点接触玉軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、あらゆる転がり軸受を採用することができる。

さらに、上記の実施形態においては、風力発電機の主軸支持構造にこの発明を適用した例を示したが、これに限ることなく、この発明は他の用途に使用される転がり軸受にも適用することが可能である。

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。

この発明は、転がり軸受に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す図である。 図１に示す保持器の回転軸線に直交する平面での断面図である。 図１に示す保持器の製造方法の主な工程を示す図である。 図１に示す転がり軸受の組立方法の主な工程を示す図である。 図１の転がり軸受を採用した風力発電機を示す図である。 図５に示す風力発電機の図解的側面図である。

符号の説明

１１ 風力発電機、１２ 支持台、１３ 旋回座軸受、１４ ナセル、１５ ブレード、１６ 主軸、１７ 増速機、１８ 発電機、１９ 軸受ハウジング、２０ 旋回モータ、２１ 減速機、３１ 円すいころ軸受、３２ 組合せ内輪、３３，３４ 内輪、３３ａ，３４ａ 小鍔、３３ｂ，３４ｂ 大鍔、３３ｃ，３４ｃ 内側軌道面、３５ 間座、３６ 外輪、３６ａ，３６ｂ 外側軌道面、３７ 円すいころ、３８ 保持器、３９ 筒状部材、３９ａ テーパ部、３９ｂ，３９ｃ 平行部、４０，４１ リング部材、４０ａ，４１ａ 円周溝、４２，４３ ポケット、４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ 壁面。

Claims (7)

1. 厚み方向に貫通して転動体を保持する複数のポケットを有する平板の長手方向両端部を当接して形成される筒状部材と、
   端面に前記筒状部材の軸方向端部を受け入れて、前記筒状部材の形状を保持する円周溝を有するリング部材とを備える、転がり軸受用保持器。
2. 前記リング部材は、径方向から加締めて前記筒状部材に固定される、請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
3. 前記ポケットは、転動体の転動面に対面する一対の壁面の間隔が径方向外側に向かって広くなる第１のポケットと、径方向内側に向かって広くなる第２のポケットとを含み、
   前記第１および第２のポケットは、交互に形成されている、請求項１または２に記載の転がり軸受用保持器。
4. 外径面に内側軌道面を有する内輪と、
   内径面に外側軌道面を有する外輪と、
   前記内側軌道面および前記外側軌道面の間に配置される複数の円すいころと、
   前記円すいころを前記ポケットに収容する請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受用保持器とを備える、円すいころ軸受。
5. 風を受けて回転するブレードと、
   前記ブレードを支持する主軸と、
   前記主軸を回転自在に支持する請求項４に記載の円すいころ軸受とを備える、風力発電機の主軸支持構造。
6. 請求項１に記載の転がり軸受用保持器を製造する方法であって、
   出発材料としてのコイル材を所定の長さに切断して前記平板を得る工程と、
   打ち抜き加工によって前記平板の厚み方向に貫通する前記ポケットを形成する工程と、
   ローリング形成によって前記平板の長手方向両端部を当接させて前記筒状部材を得る工程と、
   前記リング部材の円周溝に前記筒状部材の軸方向端部を嵌め入れる工程とを含む、転がり軸受用保持器の製造方法。
7. 外径面に内側軌道面を有する内輪と、
   内径面に外側軌道面を有する外輪と、
   前記内側軌道面および前記外側軌道面の間に配置される複数の転動体と、
   請求項３に記載の転がり軸受用保持器とを備える転がり軸受の組立方法であって、
   前記第２のポケットと同数の前記転動体を前記内側軌道面上に配置する工程と、
   前記転がり軸受用保持器を前記内輪の外径面に被せると共に、前記内側軌道面に配置されている前記転動体を前記第２のポケットに収容する工程と、
   前記第１のポケットに径方向外側から前記転動体を組み込む工程と、
   前記内輪と前記外輪とを組み立てる工程とを含む、転がり軸受の組立方法。

Images