JP2019203540A

JP2019203540A - 旋回軸受

Info

Publication number: JP2019203540A
Application number: JP2018098017A
Authority: JP
Inventors: 晋也中条; Shinya Nakajo
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2019-11-28

Abstract

【課題】樹脂から形成することが容易な間座を用いることにより内外輪との摺動による摩耗を抑制しながら、転動体の離合集散によるトルク変動を防止することができる旋回軸受を提供する。【解決手段】外輪軌道溝（３ａ）が形成された外輪（３）と、内輪軌道溝（１ａ）が形成された内輪（１）と、前記外輪軌道溝（３ａ）と内輪軌道溝（１ａ）との間に介在する複数のボール（５）と、前記複数のボール（５）の間に介装された複数の間座（７）とを備える旋回軸受（Ｂ）において、前記複数の間座（７）のうち少なくとも１つの間座が、両側のボール（５）の一方のボールに接触する第１間座片（１３）と、他方のボールに接触する第２間座片（１５）と、前記第１間座片（１３）と第２間座片（１５）との間に、両間座片（１３，１５）の対向方向（Ｘ）に伸縮自在に介装された弾性体（１７）とを有する弾性間座（７Ｂ）として形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば風力発電用風車のブレードを旋回自在に支持するための旋回軸受、特には旋回軸受の転動体間に介装される間座の構造に関する。

風力発電用の風車等に使用される旋回軸受として一般的に大型のものが使用されるので、これに用いられる保持器も寸法の大きなものが必要になる。大型の保持器としては、潤滑性や重量面で有利な樹脂製の保持器は作製が困難であることから一般的に使用されておらず、圧延鋼板を機械加工することによって作製した鉄板保持器が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、保持器の潤滑は軸受空間に封入されたグリースのような潤滑油によって行われるが、旋回軸受では保持器が軸受の内外輪と摺動することによって潤滑剤が排出され、鉄板保持器の場合は内外輪と金属接触することから保持器の摩耗が進行し易い。他方、風力発電用の風車に用いられる旋回軸受であっても、ナセルの支持に用いられる旋回軸受においては、保持器ではなく、転動体間に樹脂製の間座を介在させることが一般的である（例えば、特許文献２参照。）。このような旋回軸受では、樹脂製の間座を用いることにより、上記の金属接触による摩耗は抑制される。

特開２００９−２７５８６０号公報特開２０１１−０２７１８８号公報

しかし、風力発電装置のブレード用の旋回軸受では、旋回頻度が高いため、転動体間の離合集散によるトルク変動が発生し易い。旋回軸受に保持器ではなく間座を用いた場合、このような転動体の離合集散によるトルク変動を抑えることが困難になる。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、樹脂から形成することが容易な間座を用いることにより内外輪との摺動による摩耗を抑制しながら、転動体の離合集散によるトルク変動を防止することができる旋回軸受を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る旋回軸受は、
内周面に外輪軌道溝が形成された外輪と、
外周面に内輪軌道溝が形成された内輪と、
前記外輪軌道溝と内輪軌道溝との間に介在する転動体である複数のボールと、
前記複数のボールの間に介装された複数の間座と、
を備え、
前記複数の間座のうち少なくとも１つの間座が、
この間座の両側のボールの一方のボールに接触する第１間座片と、
他方のボールに接触する第２間座片と、
前記第１間座片と第２間座片との間に、両間座片の対向方向に伸縮自在に介装された弾性体とを有する弾性間座として形成されている。

この構成によれば、樹脂から形成することが容易な間座を用いることにより内外輪との摺動による摩耗を抑制することが容易になる。しかも、複数の間座のうちの１つに弾性間座を用いるので、この弾性間座の弾性力による伸縮によって複数の転動体間の距離が均等に保たれる。したがって、転動体の離合集散によるトルク変動を防止することができる。

本発明の一実施形態において、前記第１間座片は、両間座片の対向方向に突出するガイド壁を有し、前記第２間座片は、両間座片の対向方向に凹み、前記ガイド壁が嵌合されるガイド溝を有していてもよい。この構成によれば、両間座片が対向方向に相対移動するようにガイドされることにより、両間座片の径方向における相対位置のずれや傾斜の発生が防止される。

本発明の一実施形態において、前記第１間座片および第２間座片は、それぞれ、前記ボールに接触する部分球面状のボール接触凹面を有しており、前記第１間座片の前記ガイド壁は、前記ボール接触凹面と同心状に形成された環状壁であり、前記第２間座片の前記ガイド溝は、前記ボール接触凹面と同心状に形成された環状溝であってもよい。この構成によれば、簡易かつ高強度の構造を有するガイド壁およびガイド溝によって、両間座片の径方向における相対位置のずれや傾斜の発生が確実に防止される。

本発明の一実施形態において、前記内輪および外輪のいずれか一方に、前記内輪の内径側または前記外輪の外径側から前記外輪軌道溝と内輪軌道溝との間の空間に前記ボールおよび前記間座を挿入するための挿入孔が形成されており、前記弾性間座は、最も圧縮された状態において、縦断面視における最大外形寸法が前記挿入孔の孔径よりも小さくなるように形成されていてもよい。この構成によれば、内輪または外輪に設けた挿入孔から間座を軸受内に挿入するという簡単な作業によって旋回軸受を組み立てることが可能になる。

以上のように、本発明に係る旋回軸受によれば、樹脂から形成することが容易な間座を用いることにより内外輪との摺動による摩耗を抑制しながら、転動体の離合集散によるトルク変動を防止することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る旋回軸受の概略構成を示す断面図である。図１の旋回軸受に使用される転動体と間座の配置構成を模式的に示す断面図である。図１の旋回軸受に使用される弾性間座の一例を示す断面斜視図である。図１の旋回軸受に使用される通常間座を示す縦断面図である。図１の旋回軸受に使用される弾性間座の一例を示す縦断面図である。図１の旋回軸受が適用される風力発電用風車の概略構成を示す破断側面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。図１に、本発明の第１実施形態に係る旋回軸受（以下、単に「軸受」という場合がある。）Ｂを示す。この軸受Ｂは、後述するように、例えば、風力発電用風車のブレードを旋回自在に支持するために用いられる。同図に示すように、この軸受Ｂは、軌道輪である内輪１および外輪３と、転動体であるボール５とを備えている。ボール５は、内輪１の外周面に形成された内輪軌道溝１ａと外輪３の内周面に形成された外輪軌道溝３ａとの間に転動自在に介在している。図示の例では、軸受Ｂは２列のボール列を有しているが、単列のボール列を有していてもよい。各列において、ボール５の間には間座７が介装されている。内輪１，外輪３の各軌道溝１ａ，３ａは、いずれも２つの曲面で構
成されている。各軌道溝１ａ，３ａを構成する２つの曲面は、例えば、それぞれ転動体としてのボール５よりも曲率半径が大きく、曲率中心が互いに異なるゴシックアーチ状の断面円弧状である。各ボール５は、内輪軌道溝１ａおよび外輪軌道溝３ａの各曲面に４点で接触している。すなわち、この旋回軸受Ｂは４点接触複列玉軸受として構成されている。ボール５の直径は、例えば２５ｍｍ以上である。

内輪１には、各列の軌道溝１ａ，３ａ間にボール５および間座７を挿入するための挿入孔９が設けられている。挿入孔９は、内輪１に軸受Ｂの径方向に貫通するようにそれぞれ設けられている。各挿入孔９は円筒孔形状に形成されている。内輪１には、各挿入孔９に嵌込まれて内輪１の一部を形成する栓１１が設けられており、この栓１１は、図示しない連結具により内輪１に固定されている。なお、挿入孔９は外輪３に設けられていてもよい。

図２に示すように、本実施形態における複数の間座７のうちの１つの間座７が弾性間座として形成されている。以下の説明では、弾性間座７とそれ以外の間座７を区別して説明する必要がある場合は、弾性間座７を符号７Ｂで示すとともに、弾性間座７Ｂ以外の間座７を「通常間座７Ａ」と称する。

通常間座７Ａは、円筒状の側面７Ａａと、円筒形状の両底面に相当する部分に形成された、両側に位置するボール５に接触する部分球面状のボール接触凹面７Ａｂ，７Ａｂを有する。通常間座７Ａは、例えばＰＡ６，ＰＡ６６，ＰＡ４６のような樹脂から形成されている。

同図に示すように、弾性間座７Ｂは、第１間座片１３、第２間座片１５および弾性体１７を有している。第１間座片１３が弾性間座７Ｂの両側のボール５，５の一方のボール５に接触し、第２間座片１５が他方のボール５に接触する。第１間座片１３と第２間座片１５との間に、弾性体１７が両間座片１３，１５の対向方向Ｘに伸縮自在に設けられている。換言すれば、弾性体１７は、両間座片１３，１５間の距離を変更可能に設けられている。この実施形態では、第１間座片１３および第２間座片１５は、通常間座７Ａと同様、例えばＰＡ６，ＰＡ６６，ＰＡ４６のような樹脂から形成されている。また、弾性体１７として金属製のコイルばねが用いられている。

具体的には、弾性間座７Ｂは、全体として通常間座７Ａに類似した円筒形状を有している。第１間座片１３および第２間座片１５は、円筒状の側面１３ａ，１５ａと、それぞれ、ボール５に接触する部分球面状の第１ボール接触凹面１３ｂ，第２ボール接触凹面１５ｂと、各ボール接触凹面の反対側を向く第１背面１３ｃ，第２背面１５ｃとを有している。第１間座片１３と第２間座片１５とは、背面１３ｃ，１５ｃ同士が対向するように配置されている。

図３に示すように、第１間座片１３は、両間座片１３，１５の対向方向Ｘに突出するガイド壁１９を有している。第２間座片１５は、両間座片１３，１５の対向方向Ｘに凹み、ガイド壁１９が嵌合されるガイド溝２１を有している。すなわち、第１間座片１３の第１背面１３ｃにガイド壁１９が設けられており、第２間座片１５の第２背面１５ｃにガイド溝２１が設けられている。この例では、第１間座片１３のガイド壁１９は、第１ボール接触凹面１３ｂと同心状に形成された環状壁であり、第２間座片１５のガイド溝２１は、第２ボール接触凹面１５ｂと同心状に形成された環状溝である。より詳細には、第２間座片１５のガイド溝２１は、第２間座片１５の側面１５ａに沿って対向方向Ｘに突出する外周環状壁２３と、この外周環状壁２３の内径側に外周環状壁２３から離間して設けられた内周環状壁２５との間に形成されている。ガイド壁１９の第１背面１３ｃからの突出高さ（＝ガイド溝２１の深さ）寸法は、弾性体１７が対向方向Ｘに伸縮していない状態の自然長
寸法よりも小さく、かつ弾性体１７が対向方向Ｘに最大限に圧縮された状態の最小寸法よりも大きい。

両間座片１３，１５の各背面１３ｃ，１５ｃには、さらに、弾性体支持部２７として、円柱状突起が、各背面１３ｃ，１５ｃの径方向中心部にそれぞれ設けられている。各弾性体支持部２７，２７にコイルばねである弾性体１７の両端部が遊嵌されている。このような構成により、コイルばねである弾性体１７の径方向位置が規制されるとともに、伸縮方向が対向方向Ｘに規制され、弾性体１７の位置がずれたり、伸縮方向が傾くことが防止される。なお、両間座片１３，１５の背面１３ｃ，１５ｃに設けられる弾性体支持部２７の態様は、円柱状突起に限定されず、例えば、コイルばねである弾性体１７の端部を収容する凹部であってもよい。

なお、弾性体１７は、両間座片１３，１５の背面１３ｃ，１５ｃ間に、両間座片１３，１５の対向方向Ｘに伸縮自在に設けることができる部材であれば、例示したコイルばねに限らない。弾性体１７がコイルばね以外の部材である場合には、弾性体１７の形状、材質に応じた適宜の弾性体支持部２７を設けることができる。また、弾性体支持部２７は省略してもよい。

ガイド壁１９およびガイド溝２１は、両間座片１３，１５の対向方向Ｘに延びている。したがって、ガイド壁１９がガイド溝２１に嵌合されることにより、両間座片１３，１５は対向方向Ｘに相対移動するようにガイドされる。これにより、両間座片１３，１５の径方向における相対位置のずれや傾斜の発生が防止される。特に、本実施形態ではガイド壁１９およびガイド溝２１を環状壁，環状溝として形成しているので、簡易かつ高強度の構造によって、両間座片１３，１５の径方向における相対位置のずれや傾斜の発生が確実に防止される。なお、この例ではガイド壁１９およびガイド溝２１がそれぞれ１つずつ設けられているが、ガイド壁１９およびガイド溝２１はそれぞれ複数設けられていてもよい。また、この例では、ガイド壁１９およびガイド溝２１は、いずれも全周に渡って連続的に設けられているが、周方向に断続的に設けられていてもよい。

また、本実施形態では、第１間座片１３の第１背面１３ｃに突設された環状壁であるガイド壁１９と、第２間座片１５の第２背面１５ｃに突設された内周環状壁２５とで画定される内方空間に弾性体１７が収容されている。したがって、この例のように金属製の弾性体１７を用いる場合でも、弾性体１７が間座７外部の内輪１または外輪３に接触することが確実に防止される。

図４に示すように、通常間座７Ａの縦断面（軸心を含む平面で切った断面）における最大外形寸法、すなわち縦断面視における対角線長さｄ１は、挿入孔９の孔径よりも小さい値に設定されている。図５に示すように、弾性間座７Ｂは、弾性間座７Ｂが最も圧縮された状態において、縦断面視における最大外形寸法、すなわち縦断面視における対角線長さがｄ２挿入孔９の孔径よりも小さくなるように形成されている。弾性間座７Ｂの最も圧縮された状態とは、同図に示すように、第１間座片１３のガイド壁１９の第２間座片１５のガイド溝２１に最も深く嵌り込んだ状態である。この状態において、弾性間座７Ｂの弾性体１７は、対向方向Ｘに最も圧縮された状態よりも伸長した状態にある。また、この例では、弾性間座７Ｂの最も圧縮された状態において、弾性間座７Ｂの幅寸法（側面の対向方向Ｘ長さ）Ｗ２は、通常間座７Ａの幅寸法Ｗ１（図４）よりも大きい。したがって、弾性間座７Ｂの直径Ｄ２は、通常間座７Ａの直径Ｄ１（図４）よりも小さい。

なお、軸受Ｂの組立て時にボール５（図１）も間座７とともに挿入孔９から軸受内へ挿入されるので、ボール５の直径も挿入孔９の孔径よりも小さい。また、弾性間座７Ｂは、最も圧縮された状態よりも伸長した状態においては、縦断面視における最大外形寸法が挿
入孔９の孔径よりも大きくてもよい。

図６に、旋回軸受Ｂが使用される風力発電用の風車ＷＴの一例を示す。この風車ＷＴでは、支持台３１上にナセル３３が水平旋回自在に設けられており、ナセル３３のケーシング３５内に主軸３７が回転自在に支持されている。主軸３７のケーシング３５外に突出した一端に、旋回翼であるブレード３９が取付けられている。主軸３７の他端は増速機４１に接続され、増速機４１の出力軸が発電機４３のロータ軸に連結されている。

本実施形態で示した４点接触玉軸受である旋回軸受Ｂは、ブレード３９を旋回自在に支持する第１旋回軸受装置４５として使用される。ブレード３９は旋回頻度が高いため、軸受の転動体間の離合集散によるトルク変動が発生し易い。したがって、弾性間座を備える本実施形態に係る旋回軸受Ｂは、ブレード３９の支持に特に適している。もっとも、この旋回軸受Ｂを、ナセル３３を旋回自在に支持する第２旋回軸受装置４７として使用してもよい。また、本実施形態で示した旋回軸受Ｂの用途は風力発電用の風車に限定されない。

なお、本実施形態では、図２に示すように、旋回軸受Ｂの複数の間座７のうちの１つの間座７のみを弾性間座７Ｂとして形成したが、弾性間座７Ｂとして使用する間座７の数はこれに限定されず２つ以上であってもよい。また、複数の間座７のすべてを弾性間座７Ｂとして形成してもよい。

以上説明した本実施形態に係る旋回軸受Ｂによれば、樹脂から形成することが容易な間座７を用いることにより内外輪３との摺動による摩耗を抑制することが容易になる。しかも、複数の間座７のうちの１つに弾性間座７Ｂを用いるので、この弾性間座７Ｂの弾性力による伸縮によって複数の転動体間の距離が均等に保たれる。したがって、転動体の離合集散によるトルク変動を防止することができる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１内輪
１ａ内輪軌道溝
３外輪
３ａ外輪軌道溝
５ボール（転動体）
７間座
７Ｂ弾性間座
９挿入孔
１３第１間座片
１５第２間座片
１７弾性体
１９ガイド壁
２１ガイド溝
Ｂ旋回軸受

Claims

内周面に外輪軌道溝が形成された外輪と、
外周面に内輪軌道溝が形成された内輪と、
前記外輪軌道溝と内輪軌道溝との間に介在する転動体である複数のボールと、
前記複数のボールの間に介装された複数の間座と、
を備え、
前記複数の間座のうち少なくとも１つの間座が、
この間座の両側のボールの一方のボールに接触する第１間座片と、
他方のボールに接触する第２間座片と、
前記第１間座片と第２間座片との間に、両間座片の対向方向に伸縮自在に介装された弾性体と、
を有する弾性間座として形成されている旋回軸受。
請求項１に記載の旋回軸受において、前記第１間座片は、両間座片の対向方向に突出するガイド壁を有し、前記第２間座片は、両間座片の対向方向に凹み、前記ガイド壁が嵌合されるガイド溝を有する旋回軸受。
請求項１または２に記載の旋回軸受において、前記第１間座片および第２間座片は、それぞれ、前記ボールに接触する部分球面状のボール接触凹面を有しており、前記第１間座片の前記ガイド壁は、前記ボール接触凹面と同心状に形成された環状壁であり、前記第２間座片の前記ガイド溝は、前記ボール接触凹面と同心状に形成された環状溝である旋回軸受。
請求項１から３のいずれか一項に記載の旋回軸受において、
前記内輪および外輪のいずれか一方に、前記内輪の内径側または前記外輪の外径側から前記外輪軌道溝と内輪軌道溝との間の空間に前記ボールおよび前記間座を挿入するための挿入孔が形成されており、
前記弾性間座は、最も圧縮された状態において、縦断面視における最大外形寸法が前記挿入孔の孔径よりも小さくなるように形成されている、
旋回軸受。