JP2020051575A - 円すいころ軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器への内輪の組み立て作業が簡素化されるとともに、組立設備の小型化を図ることができる構造を有する円すいころ軸受用保持器を提供する。【解決手段】内輪（１）と、外輪（２）と、内外輪間に介装された複数の円すいころ（５）とを備える円すいころ軸受（Ｂ）に用いられる、複数の円すいころ（５）を保持する保持器（７）において、前記円すいころ（５）の側面を保持する複数の柱部（２１）と、前記複数の柱部（２１）の小径側端部を全周に渡って連結するとともに、前記円すいころ（５）の小径側端面を保持する円環状の小径側連結部（２３）と、各柱部（２１）の大径側端部に、この柱部（２１）から周方向両側に突出するように設けられて前記円すいころ（５）の大径側端面を保持する大径側保持部（２５）とが設けられ、当該保持器（７）の周方向に等間隔に位置する複数箇所において、隣接する大径側保持部（２５）同士が互いに切り離されている。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば風力発電用風車の主軸を回転自在に支持する大型の円すいころ軸受に用いられる保持器に関する。

近年、風力発電装置のような大型の装置に、一つの軸受で大きなスラスト荷重およびラジアル荷重を受けることができる円すいころ軸受が使用されている。このような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。

一般的に、円すいころ軸受用の保持器は、周方向に複数並べられてその間に各円すいころを保持するポケットを形成する柱部と、小径側および大径側にそれぞれ設けられて複数の柱部を連結する円環状部とを有する。このような構造を有する円すいころ軸受の組立ては、従来、内輪、保持器および円すいころからなるアセンブリを外輪に組み付けることにより行われる。そのうち上記アセンブリの組立ては一般的に以下のような手順で行われている。保持器は、製造当初正規の寸法、形状に成形される。その後、この保持器に円すいころを保持させるが、この状態（軸受完成後の正規の寸法）では円すいころの内接円径が内輪の小つば側端の外径よりも小さく、内輪を保持器に組み付ける際に接触が避けられない。そこで、円すいころを保持させた状態の保持器の小径側部分を、保持器の内側からプレス機によって各柱部を外側に折り曲げて拡径する工程により、保持器に保持された円すいころの内接円径を拡大させる。この状態の保持器に内輪を小つば側から挿入し、内輪を正規の位置に配置した後、円環状の治具によって保持器柱部の小径側を加締めることにより、正規の寸法に戻す。これによって内輪、保持器および円すいころのアセンブリが完成する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１６６６５２号公報

しかし、アセンブリを上記の手順で組み立てる場合、保持器の柱部に対して、拡径時と加締め時の計２回の塑性変形作業が必要となる。しかも、保持器を２回塑性変形させることにより、保持器の寸法精度を確保することが難しくなる。さらには、軸受および保持器の大型化が進むにつれ、アセンブリの組立てに用いるプレス機や治具などの設備も大型化することになるから、製造コストの増大につながるとともに、組立スペースの確保が困難になる。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、保持器への内輪の組み込み作業が簡素化されるとともに、組立設備の小型化を図ることができる構造を有する円すいころ軸受用保持器を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る円すいころ軸受用保持器は、軌道輪である内輪および外輪と、これら内外輪の間に介装された複数の円すいころとを備える円すい
ころ軸受に用いられる、前記複数の円すいころを保持する保持器であって、
前記円すいころの側面を保持するように構成された複数の柱部と、
前記複数の柱部の小径側端部を全周に渡って連結するとともに、前記円すいころの小径側端面を保持するように構成された円環状の小径側連結部と、
各柱部の大径側端部に、この柱部から周方向両側に突出するように設けられて前記円すいころの大径側端面を保持するように構成された大径側保持部と、
を備え、
当該保持器の周方向に等間隔に位置する複数箇所において、隣接する大径側保持部同士が互いに切り離されている。
なお、本明細書において、大径側保持部が隣接する大径側保持部から「切り離されている」とは、大径側保持部同士が離間しているか、または単に接触しているのみで連結されていない状態を指す。

この構成の保持器は、保持器の柱部の大径側端部が円環状に全周に渡って連結されておらず、周方向の複数位置で互いに切り離されている。したがって、保持器自体の完成時には、予め柱部を拡径させておくことが可能となるから、保持器、円すいころおよび内輪からなるアセンブリを組み立てる過程において、柱部の塑性変形作業が、内輪組み付け後の加締め工程の１回のみで済む。また、この保持器は、１本または数本の柱部毎に、小径側端部を支点として塑性変形させやすい構造を有しているから、全周に渡る複数の柱部のすべてを大がかりなプレス機等の設備で塑性変形させる代わりに、１本または数本の柱部毎に小型の治具等によって塑性変形させることが可能になる。これにより、組立設備の小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態において、各柱部の前記大径側保持部が、隣接する大径側保持部から切り離されていてもよい。この構成によれば、複数の柱部の各々が大径側端部において拘束されないので、各柱部が一層小径側端部を支点として塑性変形させやすい構造となる。

本発明の一実施形態において、当該保持器の正規寸法において、各柱部の前記大径側保持部が隣接する大径側保持部から離間していてもよい。本明細書において「保持器の正規寸法」とは、保持器が軸受に組み込まれて使用される状態における設計寸法を指す。この構成によれば、保持器の柱部によって円すいころの側面を確実に保持することができる。

本発明に係る円すいころ軸受は、
内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、
外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、
前記外輪軌道面と内輪軌道面との間に介在する転動体である複数の円すいころと、
前記複数の円すいころを保持する、上記の保持器と、
を備える。

この構成によれば、上述した効果を有する保持器を備えることにより、円すいころ軸受としても組立作業の簡素化、組立設備の小型化を図ることができる。

以上のように、本発明に係る円すいころ軸受用保持器によれば、この保持器を用いる軸受の組立作業が簡素化されるとともに、組立設備の小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る保持器７が使用される円すいころ軸受の概略構成を示す縦断面図である。 図１の保持器、円すいころおよび内輪からなるアセンブリを示す斜視図である。 図２の保持器を示す展開図である。 図２の保持器の一変形例を示す展開図である。 図２のアセンブリの組立て方法の一例を模式的に示す説明図である。 図２のアセンブリの組立て方法の他の例を模式的に示す説明図である。 図１の円すいころ軸受が適用される風力発電装置の概略構成の一例を示す断面図である。

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、本発明の一実施形態に係る保持器が適用される円すいころ軸受の一例を示す。この円すいころ軸受（以下、単に「軸受」という。）Ｂは、例えば、風力発電用の風車の主軸を回転自在に支持するために用いられる。同図に示すように、軸受Ｂは、軸方向に並ぶ２列の内輪１，１と、外輪３と、複数の円すいころ５と、保持器７とを備える。２列の内輪１，１の間には、内輪間座９が介装されている。

各内輪１の外周面に内輪軌道面１ａが形成されている。この内輪軌道面１ａの一方側端部に小つば１３が設けられており、他方側端部に大つば１５が設けられている。これら内輪１，１は、内輪間座９を挟んで互いの小つば１３，１３が向かい合わせとなるように配置されている。外輪３の内周面には、内輪１の２列の内輪軌道面１ａ，１ａに対応する複列の外輪軌道面３ａ，３ａが形成されている。

転動体である円すいころ５は、小径側端面５ａと、大径側端面と、転動面となる側面５ｃとを有している。各列の円すいころ５は、小径側端面５ａが内輪１の小つば１３，１３側、つまり軸心方向の中央側を向くように、内輪１と外輪３との間に配置されている。つまり、この軸受Ｂは、左右の列の円すいころ５の小径側端面５ａ同士を突き合わせた背面組み合わせ軸受である。

なお、図１には複列の円すいころ軸受Ｂを例として示したが、保持器７は、単列の円すいころ軸受にも使用することができる。

図２に、保持器７、円すいころ５および保持器７からなるアセンブリ（以下、単に「アセンブリ」という。）１７を示す。同図に示すように、保持器７は、全体としてリング形状の部材であって、柱部２１、小径側連結部２３および大径側保持部２５を有している。柱部２１は周方向に等間隔に複数設けられている。各柱部２１は径方向視で軸方向に沿って延びるとともに、縦断面視で軸心方向に対して傾斜している。柱部２１によって各円すいころ５の側面５ｃが保持される。

小径側連結部２３は、円環状に形成され、複数の柱部２１の小径側端部を全周に渡って連結している。図３に示すように、小径側連結部２３によって各円すいころ５の小径側端面５ａが保持される。大径側保持部２５は、各柱部２１の大径側端部に、この柱部２１から周方向両側に突出するように設けられている。大径側保持部２５によって円すいころ５の大径側端面が保持される。周方向に隣接する２つの柱部２１，２１これら柱部２１を連結する小径側連結部２３、およびこれら柱部２１，２１の各大径側保持部２５，２５によって、円すいころ５を収容する空間であるポケットＰが形成されている。

本実施形態において、保持器７の周方向に等間隔に位置する複数箇所において、隣接す
る大径側保持部２５，２５同士が互いに切り離されている。より具体的には、保持器７の正規寸法において、各柱部２１の大径側保持部２５が、隣接する大径側保持部２５から離間している。

具体的には、この例では、大径側保持部２５を含む柱部２１の大径側端部は径方向視でほぼＴ字形状を有している。大径側保持部２５の突出部分によって、円すいころ５の大径側端面の周縁部が保持される。

なお、本実施形態として、各柱部２１の大径側保持部２５が、隣接する大径側保持部２５から離間しており、各柱部２１の大径側端部が拘束されていない構成を示した。もっとも、図４に変形例として示すように、保持器７の複数の大径側保持部２５のうちの一部の大径側保持部２５が隣接する大径側保持部２５と一体的に形成されるなどにより連結されていてもよい。例えば、隣接する２つの柱部２１毎に大径側保持部２５が互いに連結されていてよい。

各大径側保持部２５が、保持器７の正規寸法の状態において、隣接する大径側保持部２５から離間するように周方向の突出長さが設定されることにより、円すいころ５の側面５ｃを確実に保持することができる。もっとも、この実施形態と異なり、大径側保持部２５が、軸受Ｂに組み込まれた正規寸法の状態において、隣接する大径側保持部２５と接触するように形成されていてもよい。

他方、大径側保持部２５の周方向の突出長さは、柱部２１の周方向への弾性変形も考慮したうえで確実に円すいころ５の大径側端面の周縁部を保持できる長さに設定される。また、大径側保持部２５は、後述するように、アセンブリ１７の組立てにおいて、大径側保持部２５は小型の治具によって内径側に押されて柱部２１を塑性変形させる部分となり得る。したがって、大径側保持部２５の外周面は一定以上の面積を有していることが好ましい。このような観点から、大径側保持部２５の柱部２１からの突出長さは、保持される円すいころ５の大径側端面の半径の２５％以上であることが好ましい。

次に、本実施形態に係る保持器７を用いてアセンブリ１７（図２）を組み立てる場合の組立方法について説明する。

図５に示すように、保持器７は、正規寸法よりも柱部２１が拡径した寸法で作製される（この状態の保持器７を、以下「仮完成保持器７Ａ」と呼ぶ。）。その後、仮完成保持器７Ａの各ポケットＰに円すいころ５が組み付けられ、仮完成保持器７Ａと円すいころ５からなる仮組み体３３が形成される（仮組み工程Ｓ１）。仮完成保持器７Ａは、仮完成保持器７Ａに円すいころ５を組み付けた状態での円すいころ５の内接円径が、内輪１の小つば１３の外径よりも大きい寸法に作製される。

この仮組み体３３に、仮組み体３３の大径側から内輪１が挿入され、円すいころ５の転走面と内輪軌道面との軸方向位置が一致するように配置される（内輪挿入工程Ｓ２）。この状態から、仮完成保持器７Ａの柱部２１を正規寸法位置まで内径側に加締める（加締め工程Ｓ３）。加締め工程Ｓ３を経てアセンブリ１７が完成する。仮完成保持器７Ａは、柱部２１の大径側端部の大径側保持部２５が互いに切り離されていることから、この大径側保持部２５を内径側へ押し込むことにより、柱部２１の小径側端部を支点として容易に正規寸法の状態へ塑性変形させることができる。そこで、加締め工程Ｓ３は、小型の治具３５を１つ１つの大径側保持部２５の外径面に当てて内径側に押し込む作業を繰り返すことによって行うことができる。もっとも、図６に示すように、加締め工程Ｓ３を、円環状の治具３７を用いて、すべての柱部２１について一度の作業で行ってもよい。

なお、保持器７の柱部２１の塑性変形を容易にして上記のように加締め工程Ｓ３を簡素化するためには、本実施形態のように大径側端部に互いに切り離された大径側保持部２５を設けるのではなく、大径側端部に全周に渡る大径側連結部を設け、小径側端部に互いに切り離された小径側保持部を設けることも考えられる。しかし、仮にこのような構成とした場合、保持器７に保持された円すいころ５との位置関係から、水平方向から治具によって押し付けるためのスペースが狭くなり作業が困難になる。これに対して、本実施形態に係る保持器７であれば、治具３５を水平方向から当てるためのスペースが円すいころ５によって制限されない。また、円環状の治具３７を使用する場合においても、小径側端部に互いに切り離された小径側保持部を設けた場合、曲げの支点となる大径側端部から遠い部分から治具に接触することになるので、本実施形態に係る保持器７と比べて、治具３７に沿って柱部２１を加締めることが難しくなる。このような理由から、本実施形態では、小径側端部ではなく、大径側端部に互いに切り離された大径側保持部２５を設けている。

図７に、軸受Ｂが使用される風力発電用の風車の一例を示す。この風車４１では、支持台４３上にナセル４５が水平旋回自在に設けられており、ナセル４５のケーシング４７内に主軸４９が回転自在に支持されている。主軸４９のケーシング４７外に突出した一端に、旋回翼であるブレード５１が取付けられている。主軸４９の他端は増速機５３に接続され、増速機５３の出力軸５５が発電機５７のロータ軸に連結されている。

本実施形態に係る保持器７が使用される円すいころ軸受Ｂは、主軸４９を回転自在に支持する主軸軸受６１として使用される。ナセル４５を旋回自在に支持する第１旋回軸受６３および／またはブレード５１を旋回自在に支持する第２旋回軸受６５としては、例えば４点接触玉軸受が使用される。

以上説明した本実施形態に係る保持器７では、保持器７の柱部２１の大径側端部が円環状に全周に渡って連結されておらず、周方向の複数位置で互いに切り離されている。したがって、保持器７自体の完成時には予め正規の寸法よりも柱部２１を拡径させておくことが可能となるから、アセンブリ１７を組み立てる過程において柱部２１の塑性変形作業が加締め工程の１回のみで済む。また、この保持器７は、１本または数本の柱部２１毎に、小径側端部を支点として塑性変形させやすい構造を有しているから、柱部２１全体を大がかりなプレス機等の設備で塑性変形させる代わりに、１本または数本の柱部２１毎に小型の治具３５等によって塑性変形させることが可能になる。これにより、図５に示したような小型の治具による加締めが可能となり、組立設備の小型化を図ることができる。

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
３ 外輪
５ 円すいころ
５ａ 円すいころの小径側端面
５ｂ 円すいころの大径側端面
７ 保持器
２１ 柱部
２３ 小径側連結部
２５ 大径側保持部
Ｂ 円すいころ軸受

Claims (4)

1. 軌道輪である内輪および外輪と、これら内外輪の間に介装された複数の円すいころとを備える円すいころ軸受に用いられる、前記複数の円すいころを保持する保持器であって、
   前記円すいころの側面を保持するように構成された複数の柱部と、
   前記複数の柱部の小径側端部を全周に渡って連結するとともに、前記円すいころの小径側端面を保持するように構成された円環状の小径側連結部と、
   各柱部の大径側端部に、この柱部から周方向両側に突出するように設けられて前記円すいころの大径側端面を保持するように構成された大径側保持部と、
   を備え、
   当該保持器の周方向に等間隔に位置する複数箇所において、隣接する大径側保持部同士が互いに切り離されている、
   る円すいころ軸受用保持器。
2. 請求項１に記載の円すいころ軸受用保持器において、各柱部の前記大径側保持部が、隣接する大径側保持部から切り離されている円すいころ軸受用保持器。
3. 請求項１または２に記載の円すいころ軸受用保持器において、当該保持器の正規寸法において、各柱部の前記大径側保持部が隣接する大径側保持部から離間している円すいころ軸受用保持器。
4. 内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、
   外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、
   前記外輪軌道面と内輪軌道面との間に介在する転動体である複数の円すいころと、
   前記複数の円すいころを保持する、請求項１から３のいずれか一項に記載の保持器と、を備える円すいころ軸受。

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