JP2013019470A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シールが摩耗して締め代が小さくなっても、シールを交換することなく、所望の締め代を有する状態に復帰させることが可能となる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】転がり軸受１０と、回転軸３に外嵌する筒体２０と、内輪１１と筒体２０との間に設けられるスペーサ３０と、ハウジング２と筒体２０の外周面との間に設けられるシール４０とを備えている。筒体２０は、回転軸３の一部に螺合するナット部２１と、シール４０が摺接するシール面２３を外周面に有しているシール接触部２２とを有している。シール面２３は、軸方向一方側に向かって拡径するテーパ面である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、転がり軸受装置に関する。

風力発電機の主軸を回転自在に支持する装置として、転がり軸受を備えた軸受装置が知られており、例えば特許文献１に記載の風力発電機用の転がり軸受には、予圧が付与されている。
図７は、風力発電機の一部の概略構成を示している説明図である。この風力発電機は、図外の発電機及び増速機の他に、プロペラ８４と一体回転する主軸８２、主軸８２を収容しているハウジング８１、及び、主軸８２をハウジング８１に対して回転可能に支持している転がり軸受装置８３を備えている。

各転がり軸受装置８３は、図７の拡大図に示しているように、転がり軸受８８と、主軸８２に外嵌している筒状の間座９０と、主軸８２の一部に螺合しているナット８９と、ハウジング８１に取り付けられ間座９０の外周面９０ａに接触しているシール９１とを備えている。ナット８９を回転させ間座９０を締め付けることにより、間座９０を転がり軸受８８の内輪８５側へ押し付けることができ、また、押し付け力を付与した状態でナット８９は主軸８２に固定される。この押し付け力により転がり軸受８８に予圧が付与された状態となる。
そして、主軸８２が回転すると、内輪８５、間座９０及びナット８９が共に回転する。

特開２００５−１６４０４７号公報（請求項３参照）

上記のような風力発電機では、要求される寿命が少なくとも２０年として設計されている。しかし、図７において、シール９１のシールリップ９１ａは、間座９０の外周面９０ａに摺動し続けることから摩耗し、この摩耗が進むと間座９０の外周面９０ａに対する締め代が小さくなる。この場合、シール９１の外周面９０ａに対する緊迫力が弱くなりシール性能が低下することから、設計寿命の年数（２０年）よりも短い年数（例えば４〜５年）で、シール９１を交換する必要が生じてしまう。

このように、従来では、シールリップ９１ａの摩耗が進むとシール９１を交換する必要があるが、特に上記のような風力発電機の場合、シール９１の直径は大きいことから（例えば、直径１ｍ）交換作業に時間を要する。また、このような直径の大きなシール９１は汎用品ではなく高価であることから、シール９１を頻繁に取り替えるとメンテナンス費用が高くなるという問題点もある。

そこで本発明の目的は、シールが摩耗して締め代が小さくなっても、シールを交換することなく、所望の締め代を有する状態に復帰させることが可能となり、長寿命を達成することができる転がり軸受装置を提供する。

本発明は、回転軸に外嵌する内輪、外輪及びこれら内外輪間の転動体を有し、ハウジングに対して当該回転軸を回転可能に支持する転がり軸受と、前記回転軸に外嵌する筒体と、前記内輪と前記筒体との間に設けられるスペーサと、前記ハウジングと前記筒体の外周面との間に設けられるシールとを備え、前記筒体は、前記回転軸の一部に螺合するナット部と、前記シールが摺接するシール面を外周面に有しているシール接触部とを有し、前記シール面は、軸方向一方側に向かって拡径するテーパ面であることを特徴とする。

本発明によれば、筒体が有するシール接触部のシール面は、軸方向の一方側に向かって拡径するテーパ面であることから、当該シール接触部の軸方向の位置を変更することにより、当該シール面におけるシールの締め代（潰れ代）を大きくすることが可能となる。そして、シール接触部の軸方向の位置を変更するために、内輪と筒体との間に設けられているスペーサを取り除きナット部を回転させればよい、又は、ナット部を回転させてスペーサを追加すればよい。
このように、シール接触部のシール面におけるシールの締め代を大きくすることが可能であることから、シールの摩耗が進んでも、シールを交換することなく、所望の締め代を有する状態に復帰させることができる。

また、前記スペーサは、前記内輪と前記筒体との間に複数枚設けられるのが好ましい。
この場合、シール接触部の軸方向の位置を多段階にわたって変更することができ、所望の締め代を得ることができる。

また、前記シール面は、前記内輪から離れる側となる軸方向外側に向かって拡径するテーパ面であるのが好ましい。
この場合、スペーサを取り除いてシール接触部を内輪に接近する方向へ位置変更すると、シールの締め代を大きくすることが可能となる。

本発明の転がり軸受装置によれば、シールの摩耗が進んでも、シール接触部の軸方向の位置を変更することにより、当該シール接触部のシール面におけるシールの締め代を大きくすることが可能となる。このため、シールを交換することなく、所望の締め代を有する状態に復帰させ密封性を確保し、長寿命を達成することができる。

本発明の転がり軸受装置を備えている風力発電機の一部の概略構成を示している説明図である。 図１の転がり軸受装置の断面図である。 図１の状態から、スペーサを抜き取った状態の転がり軸受装置の断面図である。 スペーサを抜き取った後、ナット部を締め付けた状態の転がり軸受装置の断面図である。 スペーサを軸方向から見た図である。 別の実施形態に係る転がり軸受装置の断面図である。 従来の転がり軸受装置を備えている風力発電機の一部の概略構成を示している説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の転がり軸受装置を備えている風力発電機の一部の概略構成を示している説明図である。この風力発電機は、図外の発電機及び増速機の他に、プロペラ８と一体回転する回転軸（主軸）３、回転軸３を収容しているハウジング２、及び、回転軸３をハウジング２に対して回転可能に支持している一対の転がり軸受装置４，５を備えている。

一対の転がり軸受装置４，５は、軸方向に離れて設けられており、本実施形態では、プロペラ８側である一方の転がり軸受装置４と、図外の発電機側である他方の転がり軸受装置５とは、径が異なるが同じ構成である。以下、発電機側の転がり軸受装置５について説明する。

図２は、転がり軸受装置５の断面図である。この転がり軸受装置５は、回転軸３に外嵌しハウジング２に対してこの回転軸３を回転可能に支持している転がり軸受１０と、回転軸３に外嵌している筒体２０と、転がり軸受１０と筒体２０との間に設けられているスペーサ（シム）３０と、ハウジング２の内周面２ａに設けられている筒状部６と筒体２０の外周面との間に設けられているシール４０とを備えている。

転がり軸受１０は、回転軸３に外嵌している内輪１１、ハウジング２の内周面に取り付けられている外輪１２、及び、内輪１１と外輪１２との間に設けられているころ（転動体）１３，１３を有しており、本実施形態の転がり軸受１０は、複列自動調心ころ軸受である。外輪１２は、ハウジング２の内周面に固定されている環状の位置決め部材１４によって軸方向に位置決めされている。

筒体２０は、回転軸３に外嵌している筒状の部材であり、内輪１１に近い側であるシール接触部２２と、内輪１１から離れている側であるナット部２１とを有している。本実施形態では、シール接触部２２とナット部２１とは一体ものとして成形されており、シール接触部２２とナット部２１とは一体的に回転する。シール接触部２２とナット部２１とは共に筒形状である。

ナット部２１は、内周面に雌ねじ２１ａが形成されており、この雌ねじ２１ａによってナット部２１は、回転軸３の外周面３ａの一部に形成されている雄ねじ部３ｂと螺合している。
シール接触部２２は、内周面２２ａに雌ねじが形成されておらず、その内周面２２ａは、回転軸３の外周面３ａとの間で、摺動可能な又は隙間を形成している平滑な面である。
ナット部２１を回転させることにより、シール接触部２２は当該ナット部２１と一体となって回転しながら軸方向に移動することができ、シール接触部２２の軸方向の位置を調整することができる。

そして、この筒体２０では、ナット部２１を締め付ける方向（シール接触部２２を転がり軸受１０に接近させる方向）に回転させることで、シール接触部２２がスペーサ３０を介して内輪１１を軸方向に押すことができ、内輪１１を軸方向について位置決め固定することができる。ナット部２１は、締め付けた状態で弛むことがなく、その位置で維持される。なお、このナット部２１には回り止めがされる構成がさらに付加されていてもよい。また、転がり軸受１０が円すいころ軸受である場合は、ナット部２１を締め付ける方向に回転させることで、この転がり軸受１０に予圧を付与してもよい。

スペーサ（シム）３０は、円環板状であり、内輪１１と筒体２０（シール接触部２２）との間に設けられている。スペーサ３０は、複数枚が軸方向に並んで設けられているのが好ましく、本実施形態（図２）では、２枚のスペーサ３０が設けられている。スペーサ３０の厚さは、数ミリ（２〜３ミリ）程度であり、異なる厚さのスペーサ３０が設けられていてもよい。また、スペーサ３０の枚数は２枚に限らず、これより多くてもよい。

各スペーサ３０は、複数枚の分割片を組み合わして一つの円環板状として構成したものであり、図５（Ａ）に示している本実施形態では、２枚の分割片３５，３６によって円環板状として構成されている。分割片３５，３６それぞれは円弧形状（半円形状）であり、これら一組の分割片３５，３６により、一つのスペーサ３０となる。
また、図５（Ｂ）に示しているように、スペーサ３０を、４枚の分割片３１，３２，３３，３４によって円環板状として構成してもよい。分割片３１，３２，３３，３４それぞれは円弧形状であり、これら一組の分割片３１，３２，３３，３４により、一つのスペーサ３０となる。分割片の数はその他であってもよく、例えば３枚の分割片で一つのスペーサ３０としてもよい。なお、組み込み性を考慮すると、図５（Ａ）に示す二分割のスペーサ３０（分割片３５，３６）が好ましい。

シール４０は、筒体２０のシール接触部２２の外周面（シール面２３）に接触するゴム製のシールリップ４１を有している。さらに、本実施形態では、ハウジング２の内周面２ａに筒状部６が取り付けられており、シールリップ４１を有しているシール本体部４０ａが、筒状部６の内周側に取り付けられている。
このシール４０は、転がり軸受１０側から潤滑剤（グリース）が軸方向外側Ｍ（図２の右側）に漏れるのを防止していると共に、外側Ｍから転がり軸受１０側へと異物が侵入するのを防止している。

シール本体部４０ａを保持している筒状部６は、軸方向から外輪１２の側面に接触した状態にあり、筒状部６は、外輪１２と押さえ部材７とによって挟まれた状態にある。押さえ部材７は、ハウジング２に着脱可能に取り付けられており、この押さえ部材７は、シール本体部４０ａ及び筒状部６が軸方向外側Ｍに脱落するのを防いでいる。
筒状部６はハウジング２に含まれている部分であり、本実施形態では、筒状部６がハウジング２の本体部と別体である場合を説明しているが、筒状部６はハウジング２の本体部と一体であってもよい。

筒体２０に関してさらに説明する。筒体２０は、上記のとおり、回転軸３の雄ねじ部３ｂに螺合しているナット部２１と、シールリップ４１が外周面に摺接しているシール接触部２２とを有しており、シール接触部２２の外周面は、シールリップ４１と接触するシール面２３を有している。
そして、このシール接触部２２のシール面（外周面）２３は、軸方向一方側（本実施形態では、内輪１１から離れる側となる軸方向外側Ｍ）に向かって拡径するテーパ面である。シールリップ４１は、このシール面２３に対して所定の締め代（潰れ代）を有した状態で接触している。

以上の実施形態に係る転がり軸受装置５のメンテナンス方法について説明する。
図１に示している風力発電機では、プロペラ８と共に回転軸３が継続的に回転する。筒体２０は、ナット部２１が回り止めされた状態で回転軸３に螺合していることから、回転軸３と共に回転する。このため、シール４０のシールリップ４１は、筒体２０のシール面２３に摺接し、長期間使用するとシールリップ４１の摩耗が進む。この結果、シール面２３におけるシールリップ４１の締め代（潰れ代）が、設置当初と比較して小さくなる。

そこで、メンテナンスとして、図３に示しているように、ナット部２１を弛める方向に回転して、内輪１１とシール接触部２２との間から、スペーサ３０を抜き取る。本実施形態（図３）では、１枚のスペーサ３０を抜き取っている。
このスペーサ３０の抜き取りは、図５（Ａ）に示しているように、分割片３５，３６それぞれを径方向外側に移動させることで実現できる。抜き取ったスペーサ３０（分割片３５，３６）は、回転軸３とハウジング２との間から軸方向外側Ｍへと取り出される。

そして、ナット部２１を締め付ける方向に回転させ、ナット部２１と共にシール接触部２２を内輪１１側へと軸方向に移動させ、残っているスペーサ３０をシール接触部２２の軸方向端面２２ｂと内輪１１の側面１１ａとの間で挟んだ状態とし、ナット部２１をさらに締め付ける（図４参照）。ナット部２１及びシール接触部２２の軸方向の移動量は、抜き取ったスペーサ３０の厚さと等しくなる。

ここで、筒体２０が有するシール接触部２２のシール面２３は、上記のとおり、軸方向外側Ｍに向かって拡径するテーパ面である。このため、スペーサ３０を取り除き、ナット部２１を締め付ける方向に回転させ、シール接触部２２の軸方向の位置を内輪１１に接近する側へと変更することにより、シールリップ４１が接触する位置における、シール接触部２２のシール面２３の外径が大きくなる。なお、シールリップ４１の位置は、軸方向に関して不変である。これにより、シール面２３におけるシールリップ４１の締め代を大きくすることが可能となる。

以上のように、シール接触部２２を内輪１１側へ移動させることにより、当該シール接触部２２のシール面２３におけるシールリップ４１の締め代を大きくすることができるので、シール４０を交換することなく、シールリップ４１とシール面２３との間で所望の締め代を有する状態に復帰させることができる。また、シール面２３のうち、シールリップ４１が接触する面（摺動面）も新たな面となる。

特に、図１に示している風力発電機では、要求される寿命が少なくとも２０年として設計されているのに対して、この設計寿命期間内に、シールリップ４１の摩耗が進みシール性能が低下することがある。しかし、この場合であっても、年に一度又は数年に一度行われるメンテナンスの際に、シール４０（シールリップ４１）の締め代を検査し、それに応じて、上記のような、シール面２３とシール４０（シールリップ４１）との間の締め代を、大きくする調整を行えばよい。
これにより、風力発電機の設計寿命の間、シール４０を使用し続けることが可能となり、前記設計寿命中にシール４０の交換が不要となる。

また、スペーサ３０は、内輪１１と筒体２０との間に複数枚設けられていることから、シール接触部２２の軸方向の位置を、多段階にわたって変更することができ、所望の締め代を得ることができる。また、厚さの異なるスペーサ３０を設けておくことにより、シール接触部２２の軸方向位置の微調整が可能となる。

なお、上記の実施形態の筒体２０は、ナット部２１とシール接触部２２とが一体ものである場合を説明したが、別体であってもよい。つまり、ナット部２１とは独立したシール接触部２２であってもよく、この場合、シール接触部２２は筒状の間座となる。
この場合であっても、ナット部２１を弛める方向に回転させることで、シール接触部２２を軸方向に自由に移動させることができる状態となり、スペーサ３０を取り除いた後、ナット部２１を締め付ける方向に回転させることで、シール接触部２２の軸方向の位置を変えて固定することができる。

また、前記実施形態（図２）では、シール接触部２２のシール面（外周面）２３が、軸方向外側Ｍに向かって拡径するテーパ面である場合を説明した。しかし、これとは反対に、図６に示しているように、シール接触部２２のシール面（外周面）１２３は、内輪１１側に向かって拡径するテーパ面であってもよい。この場合、シール面１２３におけるシール４０（シールリップ４１）の締め代を大きくするためには、ナット部２１を弛める方向に回転させ、シール接触部２２の軸方向の位置を軸方向外側に移動させ、新たなスペーサ３０を追加してから、ナット部２１を締め付ければよい。
これにより、シールリップ４１が接触する位置においてシール接触部２２のシール面１２３の外径が大きくなり、シール面１２３におけるシールリップ４１の締め代を大きくすることが可能となる。このため、前記実施形態と同様に、シール４０の交換は不要となる。

また、前記実施形態では、シール接触部２２の外周面の全体をテーパ面とし、このテーパ面をシール面２３（１２３）としているが、シール接触部２２の外周面の一部がテーパ面であってもよく、この一部であるテーパ面をシール面２３（１２３）とすればよい。
本発明の転がり軸受装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
また、本実施形態では、シール４０が、筒状部６を介してハウジング２の本体部に取り付けられている場合を説明したが、シール４０はハウジング２の本体部の内周面に直接的に取り付けられていてもよい。

２：ハウジング ３：回転軸 ４：転がり軸受装置 ５：転がり軸受装置 １０：転がり軸受 １１：内輪 １２：外輪 １３：ころ（転動体） ２０：筒体 ２１：ナット部 ２２：シール接触部 ２３：テーパ面 ３０：スペーサ ４０：シール

Claims (3)

1. 回転軸に外嵌する内輪、外輪及びこれら内外輪間の転動体を有し、ハウジングに対して当該回転軸を回転可能に支持する転がり軸受と、
   前記回転軸に外嵌する筒体と、
   前記内輪と前記筒体との間に設けられるスペーサと、
   前記ハウジングと前記筒体の外周面との間に設けられるシールと、
   を備え、
   前記筒体は、前記回転軸の一部に螺合するナット部と、前記シールが摺接するシール面を外周面に有しているシール接触部と、を有し、
   前記シール面は、軸方向一方側に向かって拡径するテーパ面であることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記スペーサは、前記内輪と前記筒体との間に複数枚設けられる請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 前記シール面は、前記内輪から離れる側となる軸方向外側に向かって拡径するテーパ面である請求項１又は２に記載の転がり軸受装置。
   

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