JP2024074709A - ころ軸受および風力発電機の主軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器セグメント同士の衝突及びころと保持器セグメントのすべりによる摩耗を低減させたころ軸受および風力発電機の主軸支持構造を提供する【解決手段】内輪と、その外周に同芯状に配置される外輪と、前記外輪及び前記内輪の間に配置される複数のころと、前記ころを収容するポケットを有し、前記外輪及び前記外輪の間で周方向に順次連ねて配置されることで保持器を構成する複数の保持器セグメントとを備え、前記保持器セグメントは、隣り合う保持器セグメント同士が対向する２つの周方向の端面の表面粗さがRa6.3μm以下であり、かつ、前記ポケットの内側の表面粗さがRa1.6μm以下である、ころ軸受。【選択図】図６

Description

本発明は、一般産業機械の軸受、風力発電装置の主軸受などに用いられるころ軸受、およびこれを用いた、特に外径が例えば１ｍを超えるような大型の回転軸を有する風力発電機の主軸支持構造に関する。

通常、転がり軸受では転動体たるころを保持する保持器が使用されるが、この保持器は環状の一つの部品で構成され、金属製のプレス保持器、切削保持器、溶接保持器や樹脂製保持器等が存在し、用途や特性により使い分けられている。ここで例えば風力発電機の主軸を支持する転がり軸受は、大きな荷重を受けるために大型になり、部材の生産や組み立てが困難となる。このような大型の転がり軸受における大型の保持器の生産、組立を容易にするために、保持器を分割可能にした樹脂製の保持器セグメントが考案された。（特許文献１，２）

特許第４２３１０８２号公報 特開２００９－５２７４６号公報

従来の保持器セグメントでは、保持器セグメント同士が衝突することによる保持器セグメントの周方向端面の摩耗、及び、内部のポケットと呼ばれる部分に収容されるころの自転と保持器セグメントのすべりとによる保持器内ポケット面の摩耗が生じる。これらの摩耗により保持器セグメント間または保持器セグメントところとの間の隙間（例えば特許文献１）が大きくなり、異常音や異常振動の要因となる。また、これらの摩耗による摩耗粉によって、内外輪軌道面またはころ転動面の損傷の可能性がある。

本発明の目的は、以上の従来技術の課題を解決すべく、保持器セグメント同士の衝突及びころと保持器セグメントのすべりによる摩耗を低減させたころ軸受および風力発電機の主軸支持構造を提供することである。

概して、本発明は、以下の様に保持器セグメントの表面粗さを改善することで、保持器セグメント同士の衝突及びころと保持器セグメントのすべりによる摩耗を低減させるものである。これにより、保持器セグメントの摩耗量が減少して、軸受の故障リスクが低減される。

上記目的を達成するために、本発明に係るころ軸受は、
内輪と、その外周に同芯状に配置される外輪と、前記外輪及び前記内輪の間に配置される複数のころと、前記ころを収容するポケットを有し、前記外輪及び前記内輪の間で周方向に順次連ねて配置されることで保持器を構成する複数の保持器セグメントとを備え、
前記保持器セグメントは、隣り合う保持器セグメント同士が対向する２つの周方向の端面の表面粗さがRa6.3μm以下であり、かつ、前記ポケットの内側の表面粗さがRa1.6μm以下である。
なお、前記保持器セグメントは、ころ案内であってもよい。また、前記保持器セグメントは、外輪案内であってもよい。

上記構成によると、本発明に係るころ軸受は、前記保持器セグメントは、隣り合う保持器セグメント同士が対向する２つの周方向の端面の表面粗さがRa6.3μm以下であり、かつ、前記ポケットの内側の表面粗さがRa1.6μm以下である。よって、本発明に係るころ軸受は、前記保持器セグメント同士の衝突及びころと保持器セグメントのすべりによる摩耗を低減でき、前記保持器セグメントの摩耗量が減少して、軸受の故障リスクが低減できる。

前記保持器セグメントは、その線膨張係数が1.3×10-5/℃以上、かつ、1.7×10-5/℃以下であってもよい。この構成により、保持器セグメントが大きく膨張した場合に、複数の保持器セグメント間の周方向寸法（例えば隙間も含む）が負になって互いに接触した状態になり、保持器同士が突っ張ってしまうことが想定されるところ、これを回避することができる。

前記保持器は、少なくとも１箇所の隣り合う保持器セグメント同士の間において隙間を有し、
室温において、前記隙間の周方向の寸法は、前記保持器の軸を中心とする円であって前記保持器セグメントの上記端面の中央を通る円の円周の0.075%よりも大きく、かつ、0.12%よりも小さくてもよい。
これにより、保持器セグメントが熱膨張した場合に、隙間を確保し得る構成に寄与する。

前記保持器セグメントは、充填剤を含む樹脂製であり、
前記充填剤は、少なくとも炭素繊維またはガラス繊維のいずれかを含んでもよい。
また、前記樹脂は、ポリエーテルエーテルケトンであってもよい。
また、前記樹脂中における前記充填剤の充填比率は、20重量%以上、40重量%以下であってもよい。
これらの構成により、保持器セグメントをポリエーテルエーテルケトン等の樹脂で構成でき、充填剤の添加により線膨張係数の低下や強度強化等が可能となる。

前記保持器セグメントは、案内爪を有し、
前記案内爪における接触部の周方向内包側の位置に凹部が形成されており、
前記凹部は、前記保持器セグメントを成形する際に生ずる収縮ひけにより形成されてもよい。これにより、追加工無しに凹部を形成できる。

前記保持器において、各ポケットの隣り合う柱部の外径側に案内爪を設けて前記ころを前記保持器セグメントの内径側からポケット内に挿入可能とし、各保持器セグメントの大径側側面に環状に配置される連結部材を有し、この連結部材を着脱自在に係合する係合部を各保持器セグメントに設けて、各保持器セグメントを連結してもよい。これにより、ころ軸受を製造する際に、ころの脱落等の懸念が低減する。

本発明にかかる風力発電機の主軸支持構造は、
風力を受けるブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組み込まれて主軸を回転自在に支持する請求項１または２に記載のころ軸受とを含む。

上記構成によると、本発明にかかる風力発電機の主軸支持構造は、上に記載の各機能を有するころ軸受を含んでいる。よって、上述の各効果を奏することができる。

前記ころ径をＤ，前記ころ径の測定位置における前記内輪及び前記外輪の軌道面間距離をdとすると、複数の前記ころのそれぞれの転動面の少なくとも1箇所で、D>dを満たしてもよい。これにより、長寿命で信頼性の高い風力発電機の主軸指示構造を得ることができる。

本発明にかかるころ軸受および風力発電機の主軸支持構造は、保持器セグメント同士の衝突及びころと保持器セグメントのすべりによる摩耗を低減できる。

本発明の第１実施形態に係る保持器セグメントの一構成を示す概略斜視図である。 図１の保持器セグメントにころを挿入した状態を示す概略縦断面図である。 保持器の公転動作を示す概略横断面図である。 本発明の第２実施形態に係る風力発電機の主軸支持構造の一構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る円すいころ軸受の実施形態を示す断面図である。 図５の円すいころ軸受に使用するセグメント保持器のセグメントを示す斜視図である。 図６のセグメントに円すいころを挿入した状態を示す断面図である。 図５の円すいころ軸受における外輪を外した状態を示す斜視図である。 図５の円すいころ軸受における外輪を外した状態の正面図である。 図５の円すいころ軸受の組立て手順を示す斜視図である。 図１０の組立て手順を別角度から見た斜視図である。 内輪の大端面を下にした状態で内輪に円すいころを配置した際における円すいころと内輪の大鍔部との関係を示す模式図である。 図５の円すいころ軸受の組立て途中の状態を示す斜視図である。 図５の円すいころ軸受の組立て途中の状態を示す斜視図である。 図１４の断面図である。 図１４の状態から環状治具を外した断面図である。 内輪アッシーを反転させて外輪に組込む状態を示す断面図である。 内輪アッシーを外輪に組込んだ状態を示す断面図である。 内輪の軌道面に配置した円すいころの回転状態を示す模式図である。 内輪の軌道面に配置した円すいころを回転させたときの内輪の小鍔部の高さと円すいころとの関係を示す模式図である。 この発明に係る円すいころ軸受の他の実施形態を示す断面図である。 比較例の円すいころ軸受の断面図である。 比較例の円すいころ軸受に使用されているセグメント保持器を構成する保持器セグメントに円すいころを挿入する状態を示す斜視図である。 比較例の円すいころ軸受の組立て手順を示す断面図である。 従来のころ軸受の縦断面図である。 従来のころ軸受に使用されている保持器セグメントを示す斜視図である。 図１の保持器セグメントの一部をポケットの内方側から見た断面図である。 同保持器セグメントのポケット部分の拡大断面図である。

（第１実施形態）
以下、この発明の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明の第１実施形態に係るころ軸受１は、図５に例示するように、内輪１１と、その外周に同芯状に配置される外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の間に配置される複数のころ１５と、ころ１５を収容するポケット１６を有し、内輪１１及び外輪１２の間で周方向に順次連ねて配置されることで保持器１７を構成するセグメント（保持器セグメントとも呼ぶ）２０とを備える。本実施形態のポケット１６は、ころ１５を一定間隔に保持する機能を有する。なお、ころ１５は、本実施形態では円すいころであるが、円筒ころであってもよい。また、保持器セグメント２０は、ころ案内であってもよく、外輪案内であってもよい。

本実施形態の保持器セグメント２０は、例えば図１に示すように、軸受１の回転軸線（図５の一点鎖線）に沿う方向に延びる複数の柱部２３と、複数の柱部２３を連結するように軸受１の周方向に延びる一組の連結部２Ｃ（後で詳説する図５の小径側弧状部２１および大径側弧状部２２に対応）によりころ１５を収納するポケット１６を形成する。複数の保持器セグメント２０は、図２のように外輪１２と内輪１１の間で周方向に順次連ねて複数配置されることで保持器１７を構成する。なお、保持器セグメント２０の間には、少なくとも１箇所に隙間ＧＰが存在する部分があり、同図では、一の保持器セグメント（最初の保持器セグメントとも呼ぶ）２０Ｆと他の保持器セグメント（最後の保持器セグメントとも呼ぶ）２０Ｌとの間の１箇所に寸法Ｒの隙間ＧＰが存在している。本実施形態では、保持器セグメント２０は、例えば充填剤を含む樹脂製である。

例えば風力発電機ＷＧの主軸３０３は後述の図４に示すように横軸で使用され、上記軸受１を主軸支持軸受２０１として使用した場合において、図３の例では保持器セグメント２０は矢印で示す方向に軸３０３Ａ周りに公転運動を行う。この公転運動の際、各保持器セグメント２０は、隣接する保持器セグメントを押すように運動し、図３のように鉛直方向に沿うように隙間ＧＰが存在する場合には隙間ＧＰにおいて自由落下する。この自由落下により、隣り合う保持器セグメント同士が対向する２つの周方向の端面である、保持器セグメント２０の端面ＦＳ１、ＦＳ２（図１）同士が衝突する。この衝突が繰り返されることで例えば図３の状態では、隣り合う保持器セグメント同士が対向する２つの周方向の端面である、最初の保持器セグメント２０Ｆの端面ＦＳ１Ｆと最後の保持器セグメント２０Ｌの端面ＦＳ２Ｌとが摩耗する可能性がある。ここで、端面ＦＳ１、ＦＳ２における軸受１の径方向の表面粗さを、Ra6.3μm以下とすることで、この摩耗を低減することができる。ここでRaとは、算術平均粗さのことである。表面粗さは、例えばJIS規格の計測法により一意に計測し得る。

転がり軸受１に使用されるころ１５は、一般的に金属を素材としており、樹脂製の保持器セグメント２０と比べて硬度が高い。このため、保持器セグメント２０のころ１５を収納するポケット１６の内側の面、すなわち、ころ１５と接触する面は、ころ１５の衝突や自転運動により摩耗を起こす。ここで、図１に斜線で示したポケットの内側の面のうち、柱部側の面１６ａの回転軸方向の表面粗さはRa1.6μm以下とし、連結部側の面１６ｂの軸受径方向の表面粗さはRa1.6μm以下とすることで、ころ１５とポケット１６との接触による摩耗を低減することができる。ここで、上記の各摩耗抑制効果を下表に示す。丸印が上記効果を奏する場合であり、三角印が上記効果が若干弱い場合であり、バツ印は上記効果を奏しない場合である。

本実施形態の保持器１７は、複数の保持器セグメント２０を周方向に隙間なく配置した場合、上述の様に一の保持器セグメント（最初の保持器セグメントと呼ぶ）２０Ｆと他の保持器セグメント（最後の保持器セグメントと呼ぶ）２０Ｌとの間の１箇所に隙間ＧＰを有するようにしてある。この隙間は、保持器セグメント２０同士の衝突による強度的な問題等や、保持器セグメント２０同士の周方向の突っ張りあいによる変形等を防止することを目的として設けられる。この隙間の周方向の寸法を、室温において、保持器１７の軸（図５の一点鎖線で示す回転軸線）を中心とする円であって保持器セグメント２０の端面ＦＳ１、ＦＳ２の中央を通る円Ｃまたは各転動体（ころ）１５の中心を通る円Ｃまたは各転動体（ころ）１５同士の接点を通る円Ｃの円周の0.075%よりも大きく、かつ0.12%より小さくすることで、保持器セグメントが熱膨張した場合に、隙間を確保し得る構成に寄与する。

軸受１は、使用時において摩擦等により温度が上昇する。保持器セグメント２０に樹脂が用いられる場合、一般的に樹脂は鋼よりも線膨張係数が大きいため、軸受１の温度上昇時に軌道輪よりも保持器セグメント２０が大きく膨張することで、保持器セグメント２０間の周方向隙間が負になり、保持器セグメント２０同士が突っ張ってしまうことが想定される。そこで、例えば保持器セグメント２０の材質に線膨張係数を低下させる充填剤を含ませるなどして、その線膨張係数を1.3×10-5/℃以上、かつ1.7×10-5/℃以下である樹脂とすることで、複数の保持器セグメント間の周方向寸法（例えば隙間も含む）が負になることを回避することができる。

使用される樹脂は、ポリエーテルエーテルケトンであることが好ましい。この素材は樹脂の中では比較的、線膨張係数が小さく、充填剤を含ませることで線膨張係数を低下させることができる。また充填剤は、炭素繊維またはガラス繊維であることが好ましい。これらの充填剤は、繊維状であるため効率的に線膨張係数を低下させることができる。樹脂中の充填剤比率は、充填による不具合の発生防止および線膨張係数の低下のために20重量%以上、40重量%以下であることが好ましい。

保持器セグメント２０は、案内爪２４（図２）を有し、案内爪２４における図２７および図２８に示す接触部３４の周方向内方側の位置に凹部３５が形成されている。この凹部３５は、保持器セグメント２０（図１）を成形する際に生ずる収縮ひけにより形成されている。これにより、追加工無しに凹部を形成できる。

（第２実施形態）
図４は、上記軸受１を主軸支持軸受２０１として使用した第２実施形態に係る風力発電機ＷＧの主軸支持構造の一例を示している。少なくとも、風力を受けるブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組み込まれて主軸を回転自在に支持するころ軸受とにより、本実施形態の風力発電機の主軸支持構造ＳＴが構成される。具体的には、ナセル４０１のケーシング２００は旋回座軸受４０５を介して支持台４０３上の高い位置で水平旋回自在に支持されている。本実施形態では、風力を受けるブレード３０１を一端で固定し該ブレードとともに回転する主軸３０３は、固定部材に組み込まれたころ軸受に回転自在に支持されており、具体的にはケーシング２００内の軸受ハウジング２０３に組み込まれた主軸支持軸受２０１を介して回転自在に支持されている。ここで、例えばケーシング２００、軸受ハウジング２０３が、固定部材となりうる。主軸の他端はケーシング２００内の増速機２０５に接続され、増速機２０５の出力軸が発電機２０７のロータ軸（回転軸）に結合されている。この発電機２０７により風力発電を行う。

ここで、ころ１５のころ径をD（図２）、前記ころ径Dを測定した位置における内輪１１及び外輪１２の軌道面間距離をd（図２）とすると、複数のころ１５のそれぞれの転動面の少なくとも1箇所で、D>dを満たしている。これにより、長寿命で信頼性の高い風力発電機の主軸指示構造を得ることができる。
なお、図２において軌道面間距離dは模式的に示されている。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る、一般産業機械に用いるころ軸受、風力発電装置の主軸に用いるころ軸受など、特に外径が１ｍを超えるような大型の回転軸を回転自在に支持するころ軸受に関して説明する。なお以下では、ころ軸受の一例として、円すいころ軸受を例に説明する。

まず比較例（従来例）について説明する。図２２の断面図に示すように、円すいころ軸受１００は、内輪１０１と、その外周に同芯状に配置された外輪１０２と、これら内輪１０１及び外輪１０２との間に配設される円すいころ１０３と、円すいころ１０３を周方向に一定間隔で保持する保持器１０４とによって構成される。

円すいころ軸受１００の保持器１０４は、一般的に鋼板製である。鋼板製の保持器１０４は、風力発電装置に使用されるような大型の円すいころ軸受１００の場合、円すいころ１０３も大型で使用本数も多いため、自重や保持した円すいころ１０３の重量により変形することがある。また、鋼板製の保持器１０４は、通常プレス加工によって製作されるが、外径が１ｍを超えるような大型のものになると、設備上の問題によって加工が困難になる。また、鋼板製の保持器１０４は、その板厚を大きくすることで強度を確保することができるものの、一般に、大型の部品は製造設備上の問題によりプレス加工が難しく、加工上の制約からプレス加工することができる板厚には限界がある。一方、保持器１０４を削り出しにより製造すると、プレス品と比較して大幅なコストアップとなり、材料の無駄も
多くなる。

これらの問題を解決するために、保持器１０４を図２３に示すような複数のセグメント１０４Ａに分割し、セグメント１０４Ａを環状に組合せた保持器（セグメント保持器とも呼ぶ）がある（特許第５０１０３５３号公報）。このセグメント保持器としては樹脂製のものが主流になっている。

ところで、単列の円すいころ軸受１００を、例えば、風車に組込む際は、図２４に示すように、まず、内輪１０１、円すいころ１０３及び保持器１０４を一体化しておき、この一体化した内輪アッシーを、小径側を下に向けた反転状態にして外輪１０２に組込むようにしている。

ところが、図２３に示すような複数のセグメント１０４Ａを組合せたセグメント保持器の場合、内輪アッシーを反転させると、各セグメント１０４Ａがばらける。このセグメント１０４Ａがばらけるのを防止するために、環状に配置したセグメント１０４Ａの外周をワイヤーなどの連結部材で連結し、環状に配置したセグメント１０４Ａを一体化するということが提案されている（特開２０１４-２０３９３号公報、特許第５７０２５３４号公報、特開２０１８-８０７４７号公報）。

図２３に示すセグメント１０４Ａを組合せた従来のセグメント保持器は、転動体案内方式であり、円すいころ１０３と外径側で接触する外径側の案内爪１０５を有するポケットと、円すいころ１０３と内径側で接触する内径側の案内爪１０６を有するポケットとを、周方向に交互に設けた構成になっており、円すいころ１０３は、セグメント１０４Ａのポケットに内径側と外径側から挿入されている。

このため、環状に配置した各セグメント１０４Ａをワイヤーなどの連結部材で連結して一体化しても、内輪アッシーを反転させると、内径側から挿入した円すいころ１０３は外径側の案内爪１０５によって脱落が防止されるものの、外径側から挿入した円すいころ１０３は内径側に案内爪１０６があるため、脱落してしまう。このため、組立てに手間が掛かるという問題がある。

また、内輪アッシーを外輪１０２に組込んだ後も、各セグメントを一体化するワイヤーなどの連結部材がそのまま残されていると、円すいころ軸受１００の運転中に連結部材が外れて故障に繋がる可能性がある。

そこで、この第３実施形態は、内輪アッシーを外輪に組込む際に、内輪アッシーを反転させても、セグメント保持器のセグメントがばらけることなく、また、セグメントのポケットから円すいころが脱落しないようにし、しかも内輪アッシーを外輪に組込んだ後に、各セグメントを一体化する連結部材を取外すことが可能な円すいころ軸受を提供しようとするものである（第３実施形態の課題）。

上記の課題を解決するため、この第３実施形態は、内輪と、その外周に同芯状に配置される外輪と、内輪及び外輪の間に配置される複数の円すいころと、円すいころを一定間隔に保持するポケットを有する保持器とを備え、内輪は、外周に各円すいころが転動する軌道面と、この軌道面を挟む軸方向の両側に円すいころの端面が接触する大鍔部と小鍔部を有し、保持器は、周方向に複数のセグメントに分割したセグメント保持器であり、セグメントは、所定間隔離して対向させた一対の小径側弧状部及び大径側弧状部と、この小径側弧状部及び大径側弧状部の間に架設した複数の柱部とを有し、隣り合う２つの柱部と小径側弧状部と大径側弧状部とによって囲まれる空間を、円すいころを収容するポケットとし、内輪、円すいころ及び保持器を一体化した内輪アッシーの状態で外輪に組込まれる円すいころ軸受において、各ポケットの隣り合う柱部の外径側に案内爪を設けて円すいころをセグメントの内径側からポケット内に挿入可能とし、各セグメントの大径側側面に環状に配置される連結部材を有し、この連結部材を着脱自在に係合する係合部を、各セグメントの大径側弧状部の大径側側面に設けて各セグメントを連結することを特徴とする。

前記連結部材の端部相互は、連結部材自体に締結部を設けて連結しても、ターンバックル、結束バンドのような締結部材により連結してもよい。

前記小径側弧状部の小径側側面に、小径側に突き出すウィング部を設け、環状に配置した各セグメントの大径側を連結部材で連結する際に、環状に配置した各セグメントの小径側の前記ウィング部に環状治具を嵌めることが好ましい。

前記セグメントの大径側弧状部の大径側側面の両端側に、前記係合部を有する突出部を設け、この両端側の突出部の間に前記締結部または締結部材を配置することが好ましい。

前記内輪の大端面を下にして内輪の軌道面に円すいころを配置した状態で、円すいころの大径側端面と接触する内輪の大鍔部が内輪の中心軸に対して直交する直線に対する角度をＩ、前記大鍔部の先端の面取り幅をＨ、前記内輪の中心軸から円すいころの重心までの距離をｙ１、前記大鍔部の径をＪとしたときに、前記大鍔部の径は次の条件を満たすようにする。

（Ｊ／２）－Ｈ ｃｏs Ｉ＞ｙ１

前記連結部材の端部相互を締結部または締結部材により連結して隣り合うセグメント同士を突き合わして固定した状態で、前記内輪の小鍔部の径をＭ、円すいころの小径側の端面と接触する内輪の小鍔部が内輪の中心軸に対して直交する直線に対する角度をＬ、前記小鍔部の先端の面取り幅をＫ、円すいころを内輪の大鍔部の先端を中心にして回転させた際に、小鍔部の側面と円すいころの小径側の端面とが接触する接触点Ｃから中心軸までの距離をｙ３としたときに、小鍔部の高さは次の条件を満たすようにする。

（Ｍ／２）－Ｋ ｃｏs Ｌ＞ｙ３

前記環状治具は、内輪、円すいころ及び保持器を一体化した内輪アッシーを外輪に組込む前に取外すことができる。

前記連結部材は、内輪アッシーを外輪に組込んだ後に、取外すことが好ましい。

また、複数のセグメントを周方向に無間隙に配置した場合に、最初に配置されるセグメントと最後に配置されるセグメントとの間に隙間を有する。ここで、室温において、隙間の周方向の寸法は、保持器セグメントの中央を通る円の円周の０．１２％よりも小さい。なお、最初のセグメントとは、複数のセグメントを周方向に順次連ねて配置する際に、最初に配置されるセグメントをいい、最後のセグメントとは、隣接するセグメントを当接させ、周方向に順次連ねて配置していった際に、最後に配置されるセグメントをいう。複数の保持器セグメントが周方向に連なって円すいころ軸受に組み込まれ、一つの環状の保持器を構成する。

前記セグメントは、樹脂製のものを使用する。前記樹脂の線膨張係数は、１．７×１０^－５／℃以下である。

前記セグメントを形成する樹脂としては、充填材として炭素繊維、ガラス繊維またはカーボンブラックを配合したポリエーテルエーテルケトンを使用することができる。前記樹脂中の充填材の充填比率は２０重量％以上、４０重量％以下として、セグメント間の周方向の隙間を上記した範囲とすることにより、保持器セグメント同士の衝突による強度的な不具合等や、セグメント同士の周方向の突っ張りあいによる変形等を防止することができる。

前記連結部材を複数に分割し、分割された各連結部材の端部相互のそれぞれを前記締結部または締結部材により連結するようにしてもよい。

複数の前記締結部または締結部材は、円周状に等分に配置することが好ましい。前記小径側弧状部の小径側側面に、小径側連結部材と、前記小径側連結部材との小径側係合部を設け、前記小径側係合部に前記小径側連結部材を着脱可能に係合することで環状に配置した各セグメントを連結するようにしてもよい。

効果について説明すると、この第３実施形態に係る円すいころ軸受は、内輪、円すいころ及び保持器を一体化した内輪アッシーの状態で外輪に組込む際に、内輪アッシーを反転させても、環状に配置した各セグメントの大径側が連結部材によって連結されているため、各セグメントがばらけることがない。

また、セグメントのポケットを形成する柱部の外径側に案内爪を設け、円すいころをポケットの内径側から挿入しているため、内輪アッシーを反転させても、円すいころがポケットから脱落しない。

環状に配置した各セグメントの大径側を連結部材によって連結する際に、環状に配置した各セグメントの小径側のウィング部に環状治具を嵌めることによって、各セグメントの小径側の開きを抑制することができる。

環状に配置した各セグメントの大径側の連結部材の端部相互は、締結部または締結部材により連結されているので、内輪アッシーを外輪に組込んだ後に、締結部または締結部材を外すことにより、連結部材を取り外すことができるので、運転中に連結部材が外れて故障するということを防止できる。

以下、第３実施形態を添付図面に基づいて説明する。

この実施形態に係る円すいころ軸受１は、図５に示すように、内輪１１と、その外周に同芯状に配置される外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の間に配置される複数の円すいころ１５と、円すいころ１５を一定間隔に保持するポケット１６を有する保持器１７とを備える。

外輪１２は、内周に各円すいころ１５が転動する軌道面１４を有する。

内輪１１は、外周に各円すいころ１５が転動する軌道面１３と、この軌道面１３を挟む軸方向の両側に円すいころ１５の端面が接触する大鍔部１９と小鍔部１８とを有する。

風力発電の主軸等の支持に用いられる大型の円すいころ軸受１の場合、円すいころ１５の平均径は４０ｍｍ以上、軸受の外径は１ｍ以上である。

保持器１７は、図６に示すように、複数のセグメント（保持器セグメントとも呼ぶ）２０からなるセグメント保持器である。

セグメント２０は、図６に示すように、所定間隔離して対向させた一対の小径側弧状部２１及び大径側弧状部２２と、この小径側弧状部２１及び大径側弧状部２２の間に架設した複数の柱部２３とを有し、隣り合う２つの柱部２３と小径側弧状部２１と大径側弧状部２２とによって囲まれる空間を、円すいころ１５を収容するポケット１６としている。

この実施形態では、柱部２３を１つのセグメント２０に６つ設け、隣り合う柱部２３間に円すいころ１５を収納する５つのポケット１６を設けている。

各ポケット１６を形成する隣り合う柱部２３の対向面の外径側には、図７に示すように、ポケット１６に挿入した円すいころ１５の外径側への抜け出しを防止する案内爪２４を設けている。

また、セグメント２０を環状に並べて形成される保持器１７は、外輪案内方式であり、柱部２３の軸方向の両端外面に、円弧状の案内突部２９を設けている。案内突部２９は、両端の柱部２３を含む任意の柱部２３のみに設けてもよい。

セグメント２０は、小径側弧状部２１と大径側弧状部２２の端面部同士が突き合わされた状態で環状に配置される。

セグメント２０の大径側弧状部２２の大径側側面の両端側には、環状に配置した各セグメント２０の大径側に配置される連結部材２５の係合部２７を有する突出部２６が軸方向に突出するように設けられている。セグメント２０の大径側弧状部２２の大径側側面の両端側にある突出部２６は、隣接するセグメント２０間の突出部２６同士の接触を避けるように設けることが好ましい。

前記環状治具３１は、図１５に示すように、内輪１１の小径側の端面に当接するリング部３１ａと、このリング部３１ａの軸方向の端部から外径側に向かって突設されたＬ字形の係合部３１ｂとからなり、リング部３１ａを内輪１１の小径側の端面に当接させた状態で、Ｌ字形の係合部３１ｂを前記セグメント２０のウィング部２８に嵌めるようにしている。

各セグメント２０の大径側に巻き回される連結部材２５は、ターンバックルなどの締結部材３０によって結束される。締結部材３０がターンバックルで構成される場合、雌ねじ部を有する胴部を有し、このターンバックルの胴部に連結部材２５の端部に設けた雄ねじ部をねじ込むことにより、連結部材２５の端部相互を連結することができ、胴部の回転により、連結部材２５に張力を与えることができ、締め付け方向と逆方向に胴部を回転させることにより、連結部材２５の両端の結束を解除することができる。なお、連結部材２５の端部相互の連結は、連結部材２５の端部に締結部を設けて連結部材２５同士を巻き付け、あるいは結束バンドを用いて連結するようにしてもよい。

連結部材２５としては、ワイヤーまたはベルトを使用することができる。連結部材２５として、ワイヤーを使用する場合、締結部材３０としては、着脱可能なフックあるいはターンバックルを使用することができる。ターンバックルは、着脱可能であり、締め付け力が緩まず、また、締め付け力が調整可能であるため、最も好ましい。連結部材２５として、ベルトを使用する場合、締結部材３０としては、着脱可能なバックルを使用すると、締め付け力が緩まないので、好ましい。

セグメント２０は、樹脂製または鋼製である。セグメント２０を形成する樹脂としては、炭素繊維を配合したポリエーテルエーテルケトンまたはガラス繊維を配合したポリエーテルエーテルケトンを使用することができる。

セグメント２０を使用した円すいころ軸受１の組立ては、次のようにして行う。

まず、外輪１２に組込む前に、図８及び図９に示すように、内輪１１、円すいころ１５及び保持器１７を一体化した内輪アッシーを組立てる。

この内輪アッシーを組立てるには、まず、図１０及び図１１に示すように、内輪１１の大端面を下にした状態で、内輪１１の軌道面１３に円すいころ１５を並べる。

内輪１１の大端面を下にした状態で、円すいころ１５を軌道面１３上に配置していくと、円すいころ１５が自重により内輪１１から脱落する可能性がある。この円すいころ１５の内輪１１からの脱落を防止するために、内輪１１の中心軸から大鍔部１９の先端までの距離を、内輪１１の中心軸から円すいころ１５の重心までの距離よりも大きくしており、大鍔部１９の径Ｊは次式を満足する。

（Ｊ／２）－Ｈ ｃｏs Ｉ＞ｙ１

すなわち、図１２に示すように、内輪１１の大端面を下にして内輪１１の軌道面１３に円すいころ１５を配置した状態で、内輪１１の大鍔部１９の円すいころ１５と接触する側面が内輪１１の中心軸に対して直交する直線に対する角度をＩ、大鍔部１９の先端の面取り幅をＨ、内輪１１の中心軸から円すいころ１５の重心までの距離をｙ１、大鍔部１９の径をＪとしたとき、上記の式を満たせば、円すいころ１５の脱落を防止することができる。なお、図１２において、Ｄは円すいころ１５の大端面の径、Ｇは円すいころ１５の小端面の径、Ｆは円すいころ１５の長さ、Ｅは中心軸から軌道面１３の大鍔部１９側の端部までの距離を示している。

円すいころ１５を内輪１１の軌道面１３上に並べた後、図１３に示すように、各セグメント２０を順次外径側から被せると、各セグメント２０の内径側から円すいころ１５がポケット１６内に挿入される。

この後、図１４に示すように、環状に配列されたセグメント２０の小径側側面に突出するウィング部２８に環状治具３１を嵌め、大径側側面に突出する突出部２６の係合部２７に連結部材２５を通し、セグメント２０の外径側に巻き回した連結部材２５の端部相互を締結部材３０によって結束し、締結部材３０によって連結部材２５を締め付けて、環状に配置した複数のセグメント２０を一体化する。

締結部材３０は、大径側弧状部２２の大径側の側面両端側に突出する突出部２６の間に位置し、両端側の突出部２６の間が締結部材３０の収容部になっている。

前記連結部材２５は、周方向に連続する一本でもよいが、周方向に複数に分割され、分割された各連結部材２５の端部相互をそれぞれ締結部材３０により連結するようにしてもよい。連結部材２５を複数に分割する場合、締結部材３０は、円周状に等分に配置することが好ましい。

環状に配置されたセグメント２０の外周に連結部材２５を巻き回し、連結部材２５を締結部材３０で締め付けると、環状に配置されたセグメント２０の小径側が開こうとするので、この開きを抑制するために、連結部材２５を締め付ける際には、環状に配置されたセグメント２０の小径側のウィング部２８に環状治具３１を嵌めている。

環状治具３１は、図１５に示すように、環状に配置されたセグメント２０の小径側弧状部２１のウィング部２８に軸方向から被せられ、内輪アッシーを組立てた後に、中心軸に沿って移動させることによって取外せるようになっている(図１６)。

次に、この内輪アッシーの外輪１２への組込みは、図１７に示すように、内輪アッシーの小径側を下に向けた反転状態にして行う。

この内輪アッシーを外輪１２へ組込む際に、内輪アッシーを、小径側を下に向けた反転状態にしても環状に配置されたセグメント２０は外周側が連結部材２５によって連結されているので、セグメント２０がばらけることはない。

また、各セグメント２０のポケット１６内に挿入された円すいころ１５も、ポケット１６を形成する柱部２３の外径側に設けた案内爪２４によってポケット１６から抜け出さない。

内輪アッシーを組立てる際に使用した環状治具３１は、外輪１２へ組込む際には取り除くようにする。

環状治具３１を取り除いた状態で、内輪アッシーを、小径側を下に向けた反転状態にしても、連結部材２５によって連結された各セグメント２０は、各セグメント２０のポケット１６に挿入保持された円すいころ１５が、内輪１１の軌道面１３の軸方向両側に位置する大鍔部１９と小鍔部１８との間に嵌まり、円すいころ１５が内輪１１の小鍔部１８に引っ掛っているため、各セグメント２０の脱落が防止される。

この各セグメント２０の脱落を防止する内輪１１の小鍔部１８の高さは、次の条件を満たしている。

内輪１１の大鍔部１９と小鍔部１８との間に嵌められた円すいころ１５が回転する場合、円すいころ１５の大端面が大鍔部１９に接していない時は、図１９の模式図に示すように、点Ａを中心に回転し、円すいころ１５の大端面が大鍔部１９に接している時は、点Ｂを中心に回転すると考えられる。

円すいころ１５の大端面が大鍔部１９に接し、点Ｂを中心に回転する場合、図２０の模式図に示すように、内輪１１の小鍔部１８の径Ｍが十分に大きければ、円すいころ１５の小径側の端面が、小鍔部１８の側面の点Ｃに接触するため、円すいころ１５の回転が抑制され、円すいころ１５が内輪１１の小鍔部１８に引っ掛かる。

この円すいころ１５が引っ掛かる小鍔部１８の側面の点Ｃは、図２０に示すように、円すいころ１５が回転した時の円すいころ１５の小端面角部の軌跡を描いたスプライン曲線と小鍔部１８の側面との交点であり、このとき、内輪１１の小鍔部１８の径Ｍは、次の条件を満たしている。

（Ｍ／２）－Ｋ ｃｏs Ｌ＞ｙ３

ここで、内輪１１の小鍔部１８の径をＭ、内輪１１の小鍔部１８の点Ｃ側の側面が内輪１１の中心軸に対して直交する直線に対する角度をＬ、小鍔部１８の先端の面取り幅をＫ、円すいころ１５を内輪１１の大鍔部１９の先端のＢ点を中心にして回転させた際に、小鍔部１８の側面と円すいころ１５の小径側の端面とが接触する接触点Ｃから中心軸までの距離をｙ３としている。

以上のように、内輪アッシーの小径側が下に向くように反転させて外輪１２に組込むことにより、図１８に示すように、円すいころ軸受１を組立てることができる。

図１８に示すように、円すいころ軸受１の組立てが完了すると、各セグメント２０の外周を締め付けている連結部材２５を、締結部材３０を緩めて取外しても各セグメント２０がばらけることがないので、円すいころ軸受１を装置に組込んだ後に、連結部材２５は取外しておくことができる。

以上の実施形態は、小径側弧状部２１の小径側側面に、小径側に突き出すウィング部２８を設け、環状に配置した各セグメント２０の大径側を連結部材２５で結束する際に、環状に配置した各セグメント２０の小径側の前記ウィング部に環状治具３１を嵌めるようにしているが、図２１に示す実施形態のように、小径側弧状部２１の小径側側面に、小径側係合部３２を設け、この小径側係合部３２に、環状に配置した各セグメントの小径側に巻き回される連結部材３３を通し、この連結部材２５の端部相互を締結部材（図示省略）により着脱可能に結束するようにして、環状治具３１を使用しないようにしてもよい。

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。

１：ころ軸受、円すいころ軸受
２Ｃ：（一組の）連結部
１１：内輪
１２：外輪
１３：軌道面
１４：軌道面
１５：ころ、円すいころ
１６：ポケット
１６ａ：（ポケットの内側の面のうち）柱部側の面
１６ｂ：（ポケットの内側の面のうち）連結部側の面
１７：（セグメント）保持器
１８：小鍔部
１９：大鍔部
２０：（保持器）セグメント
２１：小径側弧状部
２２：大径側弧状部
２３：柱部
２４：案内爪
２５：連結部材
２６：突出部
２７：係合部
２８：ウィング部
２９：案内突部
３０：締結部または締結部材
３１：環状治具
３２：小径側係合部
３３：連結部材
２００：ケーシング（固定部材）
２０３：軸受ハウジング（固定部材）
３０１：ブレード
３０３：主軸
Ｃ：端面の中央を通る円（または、ころの中心を通る円、各ころ同士の接点を通る円）
ＦＳ１，ＦＳ１Ｆ，ＦＳ２、ＦＳ２Ｌ：端面
ＧＰ：隙間
ＳＴ：（風力発電機の）主軸支持構造
ＷＧ：風力発電機

Claims (12)

1. 内輪と、その外周に同芯状に配置される外輪と、前記外輪及び前記内輪の間に配置される複数のころと、前記ころを収容するポケットを有し、前記外輪及び前記内輪の間で周方向に順次連ねて配置されることで保持器を構成する複数の保持器セグメントとを備え、
   前記保持器セグメントは、隣り合う保持器セグメント同士が対向する２つの周方向の端面の表面粗さがRa6.3μm以下であり、かつ、前記ポケットの内側の表面粗さがRa1.6μm以下である、
   ころ軸受。
2. 前記保持器セグメントは、その線膨張係数が1.3×10-5/℃以上、かつ、1.7×10-5/℃以下である、
   請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記保持器は、少なくとも１箇所の隣り合う保持器セグメント同士の間において隙間を有し、
   室温において、前記隙間の周方向の寸法は、前記保持器の軸を中心とする円であって前記保持器セグメントの上記端面の中央を通る円の円周の0.075%よりも大きく、かつ、0.12%よりも小さい、
   請求項１または２に記載のころ軸受。
4. 前記保持器セグメントは、充填剤を含む樹脂製であり、
   前記充填剤は、少なくとも炭素繊維またはガラス繊維のいずれかを含む、
   請求項３に記載のころ軸受。
5. 前記樹脂は、ポリエーテルエーテルケトンである、
   請求項４に記載のころ軸受。
6. 前記樹脂中における前記充填剤の充填比率は、20重量%以上、40重量%以下である、
   請求項４に記載のころ軸受。
7. 前記保持器セグメントは、案内爪を有し、
   前記案内爪における接触部の周方向内包側の位置に凹部が形成されており、
   前記凹部は、前記保持器セグメントを成形する際に生ずる収縮ひけにより形成される、
   請求項１または２に記載のころ軸受。
8. 前記保持器セグメントは、ころ案内である、
   請求項１または２に記載のころ軸受。
9. 前記保持器セグメントは、外輪案内である、
   請求項１または２に記載のころ軸受。
10. 前記保持器において、各ポケットの隣り合う柱部の外径側に案内爪を設けて前記ころを前記保持器セグメントの内径側からポケット内に挿入可能とし、各保持器セグメントの大径側側面に環状に配置される連結部材を有し、この連結部材を着脱自在に係合する係合部を各保持器セグメントに設けて、各保持器セグメントを連結する、
    請求項１または２に記載のころ軸受。
11. 風力を受けるブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組み込まれて主軸を回転自在に支持する請求項１または２に記載のころ軸受とを含む、
    風力発電機の主軸支持構造。
12. 前記ころ径をＤ，前記ころ径の測定位置における前記内輪及び前記外輪の軌道面間距離をdとすると、複数の前記ころのそれぞれの転動面の少なくとも1箇所で、D>dを満たす、
    請求項１１に記載の風力発電機の主軸支持構造。

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