JP2013053716A

JP2013053716A - 調心機能付き転がり軸受及び回転輪支持構造

Info

Publication number: JP2013053716A
Application number: JP2011193781A
Authority: JP
Inventors: Hideki Fujiwara; 英樹藤原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】外輪１０が回転する機器に適用され、この外輪１０と、内輪２０が外嵌している中心軸３との間に傾きが発生した場合に、調心性を有することができる軸受を提供する。
【解決手段】内周に軌道面１１が形成されている外輪１０と、外周に軌道面２１，２２が形成されている内輪２０と、内輪２０と外輪１０との間に介在し軌道面１１及び軌道面２１，２２を転走する二列のころ３１，３２とを備えている。内輪２０は、軸受中心線Ｌ上の一点Ｑを中心とする凹状の球面に沿った凹球面２５が内周に形成されているの外側リング２３と、この外側リング２３の径方向内側に設けられ凹球面２５に面接触している凸球面２６が外周に形成されている内側リング２４とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、外輪が回転する調心機能付き転がり軸受、及び、この調心機能付き転がり軸受を有している回転輪支持構造に関する。

例えば風力発電設備における、ブレードによって回転する回転体（主軸）は、転がり軸受によって回転可能に支持されているが、この転がり軸受として、特に自動調心ころ軸受が採用されている（例えば、特許文献１参照）。自動調心ころ軸受は、負荷能力が高いという利点を有している他にも、外輪の内周に形成されている凹状の球面軌道の中心が、軸受中心線上の一点と一致していることから調心性を有しており、回転体の取付誤差及び回転体のたわみによって内輪と外輪との間に傾きが発生する場合にも、使用することができる。

また、風力発電設備には、様々な型式のものが提案されているが、同期発電機型の場合、ブレードによって回転する回転体は、中心軸の回りを回転する筒状のケース（回転輪）と一体の構成であり、この中心軸とケースとの間に設けられた転がり軸受によって、回転体は回転可能となる。

特開２０１１−６４２２４号公報

特許文献１に記載の自動調心ころ軸受は、内周に凹状の球面軌道が形成されている外輪と、外周に凹状の球面軌道が二列形成されている内輪と、これら外輪と内輪との間に介在している樽型のころ（スフェリカルローラ）とを有しており、内輪が回転する場合に、良好な調心機能を発揮することができるが、外輪が回転する場合、この調心機能を発揮させることはできない。
これは、次の理由による。図５に示しているように、ころ９１は内輪９２によって軸方向の移動が拘束されているため、例えば、外輪９３に対して内輪９２が傾いた場合（傾き角度はθ）、ころ９１は内輪９２に追従して傾くこととなる。
このため、内輪９２が当該内輪９２の中心線Ｃ２回りに回転する場合（内輪回転の場合）は、内輪９２の回転方向と、ころ９１の転走方向とは、いずれも傾いた内輪９２の中心線Ｃ２回りの方向となって、一致するが、外輪９３が当該内輪９３の中心線Ｃ１回りに回転する場合（外輪回転の場合）には、中心線Ｃ１回りである外輪９３の回転方向Ｒ１と、中心線Ｃ２回りであるころ９１の転走方向Ｒ２とが一致しなくなる。この結果、外輪回転の場合には、ころ９１と外輪９３との間で滑りが発生し、外輪９３の滑らかな回転が阻害されたり、外輪９３の軌道面９４及びころ９１の転走面９５が異常摩耗したりするなどの不具合が生じる。

したがって、上記のとおり、同期発電機型の風力発電設備における転がり軸受では、回転体と共に外輪が回転することから、この風力発電設備に従来の自動調心ころ軸受を採用することができない。

そこで、本発明の目的は、外輪が回転する機器に適用され、この外輪と内輪が外嵌している軸との間に傾きが発生した場合であっても、従来のような不具合を発生させることなく、調心性を有することができる軸受を提供すること、及び、このような調心性を有することができる軸受を備えた回転体支持構造を提供することである。

本発明の調心機能付き転がり軸受は、内周に軌道面が形成されている外輪と、外周に軌道面が形成されている内輪と、前記外輪と前記内輪との間に介在し前記軌道面を転走する二列の転動体とを備え、前記内輪は、前記軌道面が外周に形成されていると共に軸受中心線上の一点を中心とする凹状の球面に沿った凹球面が内周に形成されているの外側リングと、この外側リングの径方向内側に設けられ前記凹球面に面接触している凸球面が外周に形成されている内側リングと、を有していることを特徴とする。

本発明によれば、外輪側が回転する機器にこの調心機能付き転がり軸受が適用され、この外輪と、内輪が外嵌している軸との間に傾きが発生した場合であっても、内輪における凹球面と凸球面との間で滑りが生じることができる。このため、外輪の回転方向と、転動体の転走方向とは一致することから、従来のような不具合を発生させることなく、調心性を有することができる。

また、前記外側リングの径方向内側部には、前記内側リングの軸方向寸法以上の溝幅を有し、当該外側リングの軸方向外側から当該内側リングを挿し入れて当該外側リングの径方向内側に嵌め入れるための軸方向溝が、軸受中心線回りに１８０°ずらして一対形成されているのが好ましい。
内側リングの最大外径は、外側リングの最小内径よりも大きくなるが、前記軸方向溝が形成されていることで、内側リングを分割構造にしなくても、内側リングを外側リングの径方向内側に設けることが可能となる。

また、前記外輪の内周面に形成されている軌道面は、軸受中心線側の一点を中心とする凹状の球面に沿った形状であり、前記転動体は、この球面に沿った形状の軌道面に接触する球面ころであるのが好ましい。
この場合、負荷容量を大きくすることができ、特に、大きなラジアル荷重が作用する機器の転がり軸受として好適である。

また、本発明の回転輪支持構造は、中心軸と、この中心軸の径方向外側に設けられている環状の回転輪と、前記中心軸に対して前記回転輪を回転可能に支持している調心機能付き転がり軸受とを有し、前記調心機能付き転がり軸受は、前記回転輪と一体回転可能であり内周に軌道面が形成されている外輪と、前記中心軸と一体であり外周に軌道が形成されている内輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在し前記軌道面を転走する二列の転動体とを備え、前記内輪は、前記軌道面が外周に形成されていると共に軸受中心線上の一点を中心とする凹状の球面に沿った凹球面が内周に形成されているの外側リングと、この外側リングの径方向内側に設けられ前記凹球面に面接触している凸球面が外周に形成されている内側リングとを有していることを特徴とする。

本発明の回転輪支持構造が有している調心機能付き転がり軸受によれば、内輪と一体である中心軸と、回転輪と一体回転する外輪との間に傾きが発生した場合であっても、内輪における凹球面と凸球面との間で滑りが生じることができ、転動体の転走方向と外輪の回転方向とは一致することから、従来のような不具合を発生させることなく、調心性を有することができる。

本発明の調心機能付き転がり軸受によれば、外輪が回転する機器に適用され、この外輪と、内輪が外嵌している軸との間に傾きが発生した場合であっても、従来のような不具合を発生させることなく、調心性を有することができる。
そして、このような調心性を有することができる調心機能付き転がり軸受を備えた回転輪支持構造が得られる。

本発明の回転輪支持構造の実施の一形態を示す縦断面図である。調心機能付き転がり軸受の縦断面図であり、内輪が外嵌する軸と外輪との間に傾きが生じる前の状態を示している。内輪を軸方向から見た図であり、（Ａ）は、外側リングを内側リングに取り付ける途中の状態を示し、（Ｂ）は、取り付けた後の状態を示している。調心機能付き転がり軸受の縦断面図であり、内輪が外嵌する軸と外輪との間に傾きが生じている状態を示している。従来の調心機能付き転がり軸受の縦断面図であり、内輪と外輪との間に傾きが生じている状態を示している。

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、本発明の回転輪支持構造の実施の一形態を示す縦断面図である。本実施形態の回転輪支持構造１は、同期発電機型である風力発電機のナセル（図示せず）内に設けられる構造体であり、この回転輪支持構造１は、ブレード（図示せず）によって回転する回転体２と、回転しない中心軸３と、この中心軸３の径方向外側に設けられており中心軸３の回りを回転する環状のケース（回転輪）４とを備えている。ケース４と回転体２とは連結されており一体回転する。そして、中心軸３とケース４との間に設けられている調心機能付き転がり軸受５によって、中心軸３に対して、回転体２及びケース４は回転可能となる。

調心機能付き転がり軸受５は、軸方向に離れた２箇所の位置で中心軸３に外嵌して取り付けられており、これら転がり軸受５によって、ケース４が回転可能に支持されている。軸方向両側の調心機能付き転がり軸受５は、同じ構成である。

図２は、調心機能付き転がり軸受５の縦断面図である。本実施形態の調心機能付き転がり軸受５は、内周に断面凹状の球面による軌道面１１が形成されている外輪１０、外周に断面凹状の球面による軌道面２１，２２が二列形成されている内輪２０、並びに、内輪２０の二列の軌道面２１，２２それぞれと外輪１０の軌道面１１との間に介在し軌道面２１，２２及び軌道面１１を共に転走する二列の転動体として樽型である球面ころ（スフェリカルローラ）３１，３２を、備えている複列のころ軸受である。さらに、この転がり軸受５は、ころ３１，３２を周方向（転走方向）で等間隔に保持する保持器３３を備えている。

外輪１０は、ケース４の内周面６に嵌合した状態でケース４に固定されており、外輪１０はケース４と一体回転する。外輪１０の軌道面１１は、軸受中心線Ｌ上の一点Ｑを中心とする凹状の球面に沿った形状である。一つの球面に沿って形成されている軌道面１１に、二列のころ３１，３２の双方が接触する。つまり、軌道面１１の軸方向両側の部分をころ３１，３２が転走する。

内輪２０は、二分割構造であり、径方向外側にある環状の外側リング２３と、径方向内側にある環状の内側リング２４とを有している。
外側リング２３は、外周に前記軌道面２１，２２が形成されていると共に、内周に凹球面２５が形成されている。凹球面２５は、軸受中心線Ｌ上の一点Ｑを中心とする凹状の球面に沿った形状である。図２では、この凹球面２５（球面）の半径をＲで示している。
内側リング２４は、外側リング２３の径方向内側に設けられており、外側リング２３の凹球面２５に面接触している凸球面２６が外周に形成されている。内側リング２４は、中心軸３に外嵌して取り付けられている。なお、軌道面２１，２２は、凹状の球面に沿った形状であり、ころ３１，３２が接触する。

凹球面２５と凸球面２６とは、相互間で滑りが生じるように平滑な面として形成されている。また、この調心機能付き転がり軸受５は、潤滑剤により潤滑されており、凹球面２５と凸球面２６との間も、この潤滑剤によって潤滑される。
外側リング２３と内側リング２４とは、軸方向寸法が同じとされており、その軸方向中心に前記一点Ｑが位置している。外側リング２３及び内側リング２４は、一点Ｑを通り軸受中心線Ｌと直交する面を挟んで対称の構造である。

外側リング２３の外周面に軌道面２１，２２が形成されており、この軌道面２１，２２をころ３１，３２が転走する。外側リング２３の軸方向両側には、径方向外側へ突出している鍔部２８，２９が形成されている。ころ３１，３２それぞれの軸方向端面が鍔部２８，２９に接触することにより、ころ３１，３２が軸方向外側に移動するのを制限しているつまり、ころ３１，３２は軸方向に関して外側リング２３に拘束されており、ころ３１，３２は外側リング２３に追従することとなる。

図２に示しているように、内側リング２４の最大外径Ｄａは、外側リング２３の最小内径Ｄｂよりも大きい。そこで、内側リング２４を外側リング２３の径方向内側に嵌め入れるために、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、外側リング２３の径方向内側部２３ａには、内側リング２４の軸方向寸法以上の溝幅Ｗ１を有している軸方向溝３０が、軸受中心線Ｌ回りに１８０°ずらして一対形成されており、外側リング２３の軸方向外側から、内側リング２４を、これら軸方向溝３０に挿し入れて外側リング２３の径方向内側に嵌め入れている。

すなわち、図３（Ａ）に示すように、外側リング２３の中心線に対して内側リング２４の中心線を直交させた状態として、外側リング２３及び内側リング２４を配置し、この内側リング２４を外側リング２３の中心線（軸受中心線Ｌ）に沿って直線的に移動させ、内側リング２４を、軸方向溝３０を通じて外側リング２３の径方向内側の空間に挿入し、内側リング２４を９０°回転させればよい（図３（Ｂ）の状態）。
以上のように、この軸方向溝３０によれば、内側リング２４を分割構造にしなくても、内側リング２４を外側リング２３の径方向内側に設けることが可能となる。

なお、軸方向溝３０は、図２に示すように、外側リング２３の一方側の側面（図２では右側の側面）から、軸方向の中心Ｐまでの片側の範囲に形成されている。そして、図３に示すように、一対の軸方向溝３０は１８０°離れていることから、溝底３０ａ同士は対向する形態となり、対向する溝底３０ａ間の距離は、内側リング２４の最大外径Ｄａとほぼ同一（最大外径Ｄａよりも僅かに大きい）に設定されている。

以上のように構成された調心機能付き転がり軸受５による調心機能について説明する。
図２は、外輪１０と内輪２０（内輪２０が外嵌している中心軸３）とが傾いていない状態、つまり、外輪１０の中心線と内輪２０の中心線とが、軸受中心線Ｌと一致している状態である。

これに対して、図４に示すように、外輪１０に対して内輪２０（内輪２０が外嵌している中心軸３）が傾くと、つまり、外輪１０の中心線Ｃ１と内輪２０が外嵌している中心軸３の中心線Ｃ２とが傾くと（傾き角度がθ）、外輪１０に対する外側リング２３の姿勢は変化しないが、この外側リング２３に対する内側リング２４の姿勢（傾斜角度）が変化する。これは、外側リング２３の凹球面２５と、内側リング２４の凸球面２６との間で滑りが生じるためであり、外側リング２３に対して内側リング２４が一点Ｑを中心として傾くことができるためである。

この結果、外輪１０が中心線Ｃ１回りに回転すると、ころ３１，３２は、外輪１０の軌道面１１及び内輪２０の軌道面２１，２２を転走するが、ころ３１，３２が転走する方向も、中心線Ｃ１回りの状態を保つことができる。つまり、外輪１０の回転方向と、ころ３１，３２の転走方向とは、同じ中心線Ｃ１回りの方向となる。

以上のように、外輪１０側が回転する同期発電機型である風力発電機に、本実施形態の調心機能付き転がり軸受５が適用され、外輪１０と、内輪２０が外嵌している中心軸３との間に傾き（傾き角度θ）が発生した場合であっても、内輪２０における凹球面２５と凸球面２６との間で滑りが生じることができる。このため、外輪１０の回転方向Ｒ１と、ころ３１，３２の転走方向Ｒ２とは、中心線Ｃ１回りの周方向で一致する。
このため、従来（図５参照）では、外輪回転の場合に発生していたような不具合（外輪９３の回転方向Ｒ１ところ９１の転走方向Ｒ２とが一致しないことにより、ころ９１と外輪９３との間で滑りが発生したり、外輪９３の滑らかな回転が阻害されたり、外輪９３の軌道面９４及びころ９１の転走面９５が異常摩耗したりするなどの不具合）を生じさせることがなく、調心性を有することができる。

また、本実施形態では、転動体を樽型の球面ころ３１，３２とし、外輪１０の軌道面１１は、軸受中心線側の一点（厳密には、軸受中心線Ｌ上の一点Ｑ）を中心とする凹状の球面に沿った形状であり、また、内輪２０の軌道面２１，２２は、凹状の球面に沿った形状であり、軌道面１１及び軌道面２１，２２に、球面ころ３１，３２が接触する構成である。このため、この転がり軸受５の負荷容量は高く、特に、ラジアル荷重が大きくなる風力発電機用の転がり軸受として、好適である。
さらに、球面ころ３１，３２と、外輪１０の軌道面１１との間においても、調心機能を一部有することができる。つまり、内輪２０における主とした調心機能に加えて、この外輪１０における調心機能を補助的に有することができる。
また、球面ころ３１，３２と、外輪１０の軌道面１１との間においても、調心機能を有することができるので、中心線Ｃ１に対して傾いた状態にある内輪２０の中心線Ｃ２回りに外輪１０が回転する場合であっても、本実施形態の転がり軸受５によれば、外側リング２３と外輪１０との間で調心性を有することが可能となる。

また、本発明の調心機能付き転がり軸受５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良い。上記実施形態では、転動体が樽型のころ３１，３２である調心機能付き転がり軸受５を説明したが、ころ３１，３２は樽型以外に、円筒ころ又は円錐ころであってもよく、さらには、転動体を、ころ３１，３２の代わりに玉としてもよい。そして、転動体の型式に応じて、外輪１０の軌道面１１、外側リング２３の軌道面２１，２２を形成すればよい。

また、上記実施形態では、内側リング２４を外側リング２３の径方向内側に設けるために、外側リング２３に軸方向溝３０を形成した場合を説明したが、軸方向溝３０を形成しないで内側リング２４を、分割し（例えば４分割）、周方向に複数の分割円弧部が並ぶ構造としてもよい。
さらに、調心機能付き転がり軸受５を備えている回転輪支持構造は、同期発電機型である風力発電機以外にも、適用可能であり、外輪１０側が回転するとともに、内外輪で傾きが生じる機器に適用することができる。

１：回転輪支持構造３：中心軸４：ケース（回転輪）５：調心機能付き転がり軸受１０：外輪１１：軌道面２０：内輪２１：軌道面２２：軌道面２３：外側リング２３ａ：径方向内側部２４：内側リング２５：凹球面２６：凸球面３０：軸方向溝３１：ころ（転動体）３２：ころ（転動体）Ｌ：軸受中心線Ｑ：一点Ｗ１：溝幅

Claims

内周に軌道面が形成されている外輪と、外周に軌道面が形成されている内輪と、前記外輪と前記内輪との間に介在し前記軌道面を転走する二列の転動体と、を備え、
前記内輪は、前記軌道面が外周に形成されていると共に軸受中心線上の一点を中心とする凹状の球面に沿った凹球面が内周に形成されているの外側リングと、この外側リングの径方向内側に設けられ前記凹球面に面接触している凸球面が外周に形成されている内側リングと、を有していることを特徴とする調心機能付き転がり軸受。
前記外側リングの径方向内側部には、前記内側リングの軸方向寸法以上の溝幅を有し、当該外側リングの軸方向外側から当該内側リングを挿し入れて当該外側リングの径方向内側に嵌め入れるための軸方向溝が、軸受中心線回りに１８０°ずらして一対形成されている請求項１に記載の調心機能付き転がり軸受。
前記外輪の内周面に形成されている軌道面は、軸受中心線側の一点を中心とする凹状の球面に沿った形状であり、
前記転動体は、この球面に沿った形状の軌道面に接触する球面ころである請求項１又は２に記載の調心機能付き転がり軸受。
中心軸と、この中心軸の径方向外側に設けられている環状の回転輪と、前記中心軸に対して前記回転輪を回転可能に支持している調心機能付き転がり軸受と、を有し、
前記調心機能付き転がり軸受は、前記回転輪と一体回転可能であり内周に軌道面が形成されている外輪と、前記中心軸と一体であり外周に軌道が形成されている内輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在し前記軌道面を転走する二列の転動体と、を備え、
前記内輪は、前記軌道面が外周に形成されていると共に軸受中心線上の一点を中心とする凹状の球面に沿った凹球面が内周に形成されているの外側リングと、この外側リングの径方向内側に設けられ前記凹球面に面接触している凸球面が外周に形成されている内側リングと、を有していることを特徴とする回転輪支持構造。