JP4167692B2 - 風力発電機の主軸支持用ころ軸受および主軸支持構造 - Google Patents

Description

この発明は、ころ軸受、保持器セグメントおよび風力発電機の主軸支持構造に関し、特に、大型のころ軸受、大型のころ軸受に含まれる保持器セグメントおよび大型のころ軸受を備える風力発電機の主軸支持構造に関するものである。

ころ軸受は、一般的には、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、複数のころを保持する保持器とから構成される。ころを保持する保持器については、その材質や製造方法等により、樹脂製保持器、プレス保持器、削り保持器、溶接保持器等、様々な種類があり、それぞれ用途や特性に応じて使い分けられている。また、保持器は通常、一体型、すなわち、環状の一つの部品で構成されている。

風を受けるためのブレードが取り付けられた風力発電機の主軸を支持するころ軸受については、大きな荷重を受ける必要があるため、ころ軸受自体も大型となる。そうすると、ころや保持器等、ころ軸受を構成する各構成部材も大型となり、部材の生産や組み立てが困難となる。このような場合、各部材を分割可能とすると、生産や組み立てが容易となる。

ここで、ころ軸受に含まれる保持器を、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した分割型の保持器に関する技術が、ヨーロッパ特許公報１４０８２４８Ａ２（特許文献１）に開示されている。図１１は、特許文献１に開示された分割型の保持器である保持器セグメントを示す斜視図である。図１１を参照して、保持器セグメント１０１ａは、ころを収容する複数のポケット１０４を形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅと、複数の柱部１０３ａ〜１０３ｅを連結するように周方向に延びる連結部１０２ａ、１０２ｂとを有する。

図１２は、図１１に示した保持器セグメント１０１ａを含むころ軸受の一部を示す断面図である。図１１および図１２を参照して、保持器セグメント１０１ａを含むころ軸受１１１の構成を説明すると、ころ軸受１１１は、外輪１１２と、内輪１１３と、複数のころ１１４と、複数のころ１１４を保持する複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等とを有する。複数のころ１１４は、最もころの挙動が安定する位置であるＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）１０５付近において、複数の保持器セグメント１０１ａ等によって保持されている。複数のころ１１４を保持する保持器セグメント１０１ａは、周方向において隣接する同一形状の保持器セグメント１０１ｂ、１０１ｃと、周方向の最も外側にある柱部１０３ａ、１０３ｅが当接するように連なって配置されている。複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等が連なって、ころ軸受１１１に組み込まれ、ころ軸受１１１に含まれる一つの環状の保持器が形成される。
ヨーロッパ特許公報ＥＰ１４０８２４８Ａ２

上記した一つの環状の保持器は、複数の保持器セグメントを周方向に連ねて配置させることにより形成される。複数の保持器セグメントを周方向に連ねて、一つの環状の保持器を形成するには、熱膨張等を考慮した周方向のすき間が必要である。

ここで、この周方向のすき間が広すぎれば、保持器セグメントが周方向に大きく動き、隣接する保持器セグメント同士が衝突し、異音が発生したり、保持器セグメントが破損するおそれがある。また、保持器セグメントは、温度上昇に伴って熱膨張するが、この周方向のすき間が狭い場合には、熱膨張により、隣接する保持器セグメントとのすき間がなくなり、隣接する保持器セグメント同士が押し合うおそれがある。この熱膨張による周方向への応力は、保持器セグメントの摩擦や摩耗の原因となり、これも保持器セグメントの破損の要因となる。

ここで、特許文献１によると、各保持器セグメントを当接させ、周方向に連ねて配置したときに、最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に生じる最後のすき間の寸法を、保持器セグメントの中央を通る円の円周の０．１５％以上、かつ、１％未満と規定することにより、周方向のすき間の寸法を適正にする技術が開示されている。

しかし、たとえば、上記した風力発電機の主軸に使用される場合には、保持器セグメントの中央を通る円の円周の０．１５％以上であると、保持器セグメント同士の衝突による破損が生ずるおそれがある。また、各保持器セグメントはそれぞれ単独で製造されるため、各保持器セグメントにおいて、周方向の寸法誤差を有する。このような寸法誤差を有する保持器セグメントを、周方向に連ねて配置した場合、寸法誤差も累積されていくことになる。したがって、周方向のすき間の寸法を上記した所定の範囲内にするには、各保持器セグメントを高精度で製造しなければならず、保持器セグメントの生産性が悪化し、引いては、ころ軸受の生産性も悪化することになる。

また、特許文献１によると、周方向外側に位置する柱部の周方向外側の端面は、軸方向の中央部が、軸方向の両端部よりも、凹んだ形状となっている。このような構成であれば、隣接する保持器セグメントと、軸方向の両端部においてのみ当接することになり、その部分において接触面圧が高くなる。そうすると、隣接する保持器セグメントと衝突する際に、軸方向の両端部のみが、大きく摩耗したり、欠けが発生し、これも保持器セグメントの破損の要因となる。

この発明の目的は、保持器セグメントの破損のおそれを低減したころ軸受を提供することである。

この発明の他の目的は、破損のおそれを低減した保持器セグメントを提供することである。

この発明のさらに他の目的は、長寿命を実現した風力発電機の主軸支持構造を提供することである。

この発明に係るころ軸受は、風力発電機の主軸を回転可能に支持するためのものであって、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、周方向外側には柱部が位置し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の樹脂製保持器セグメントと、複数の保持器セグメントをすき間無く順次周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、最初の保持器セグメントとの間の最後すき間を、熱膨張による保持器セグメント間の押し合いを防止し、かつ保持器セグメント間の衝突による破損を防止するのに最適な範囲となるように調整するための間座とを備える。ここで、保持器セグメントの周方向外側の端面は、平らであるか、または、その軸方向の中央部が軸方向の両端部よりも周方向外側に膨出している。また、保持器セグメントの線膨張係数は、２．５×１０^−５／℃以下である。また、最初の保持器セグメントと間座とのすき間の周方向の寸法は、周方向に連なった保持器セグメントの連結部を通る円の円周の０．１５％未満である。

このように構成することにより、保持器セグメントの破損のおそれを低減することができる。具体的には、周方向に連ねた保持器セグメント間のすき間の寸法を０．１５％未満として狭くすることにより、保持器セグメントが、ころ軸受の運転時等において、隣接する保持器セグメントと衝突した場合であっても、衝突による衝撃を小さくすることができる。したがって、異音の発生や、保持器セグメントの破損を防止することができる。

ここで、保持器セグメントの線膨張係数を、２．５×１０^−５／℃以下とすることにより、温度変化に伴って膨張する保持器セグメントの周方向のすき間寸法の変化を少なくすることができる。そうすると、保持器セグメントの中央を通る円の円周の０．１５％未満としても、熱膨張によって押し合うおそれは低減される。したがって、温度変化による周方向への保持器セグメント同士の圧迫による破損も防止することができる。

また、保持器セグメントの周方向外側に柱部が位置し、周方向外側の端面が平らであるか、または、その軸方向の中央部が軸方向の両端部よりも周方向外側に膨出しているため、隣接する保持器セグメントとの接触面圧を低くすることができる。したがって、周方向外側の端面の摩耗や欠けを低減させることができ、保持器セグメントの破損のおそれを低減することができる。

さらに、上記したすき間寸法は、間座を配置することによって容易に調整することができるため、保持器セグメントを厳密に製造する必要はなくなり、生産性を向上させることができる。

その結果、保持器セグメントの破損のおそれを低減したころ軸受を提供することができる。

ここで、保持器セグメントとは、一つの環状の保持器を、少なくともころを収容する１つのポケットを有するように、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した単位体である。複数の保持器セグメントが周方向に連なってころ軸受に組み込まれ、一つの環状の保持器を形成する。また、最初の保持器セグメントとは、保持器セグメントを周方向に順次連ねて配置する際に、最初に配置される保持器セグメントをいい、最後の保持器セグメントとは、隣接する保持器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、最後に配置される保持器セグメントをいう。このようにして配置したときに、最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に生じたすき間を、間座によって、適正なすき間寸法となるように調整する。間座は、ころを収容するポケットを有さないものであり、少なくともころを収容する一つのポケットを有する保持器セグメントとは、異なるものである。

好ましくは、保持器セグメントの材質は、充填材を含むＰＥＥＫである。充填材を含むＰＥＥＫ材は、線膨張係数が１．５×１０^−５／℃程度であるため、上記した保持器セグメントに求められる線膨張係数の範囲を満たすことができる。

さらに好ましくは、間座は、金属製である。間座は、ころ軸受に対して、１列当たり少なくとも１つあればよい。さらに、周方向に累積されたすき間寸法によって間座の形状、具体的には周方向の長さ寸法が異なるため、樹脂製として高価な金型を利用し、射出成形等で製造すると、コストが大幅にアップする。ここで、間座を金属製とすることにより、砂型や切削加工等で容易に製造することができ、かつ、一つ一つの間座の形状を容易に変更することができるため、生産性を良好にすることができる。

さらに好ましくは、保持器セグメントの線膨張係数は、外輪、内輪またはころの線膨張係数と同等である。このように構成することにより、ころ軸受の構成部材である外輪、内輪、またはころ等の温度上昇に伴う膨張により、保持器セグメントも同じように膨張する。そうすると、熱膨張による保持器セグメントの周方向のすき間寸法の変化を小さくすることができる。したがって、最適なすき間寸法を維持することができる。なお、この場合において「同等」とは、ころ軸受が使用される状況において、温度変化に伴う外輪等の寸法変化に対し、上記寸法範囲、すなわち、周方向に連なった保持器セグメントの連結部を通る円の円周の０．１５％未満となる値を満たす程度の範囲をいい、軸受のサイズや使用される外輪等の材質によって定められるものである。

この発明の他の局面においては、保持器セグメントは、一つの環状の保持器を、少なくともころを収容する一つのポケットを有するように、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した保持器セグメントであって、ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部と、この複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部とを有する。ここで、周方向外側には柱部が位置し、周方向外側の端面は、平らであるか、または、その軸方向の中央部が軸方向の両端部よりも周方向外側に膨出している。また、その線膨張係数は、２．５×１０^−５／℃以下である。

このような保持器セグメントは、隣接する保持器セグメントとの接触面圧を低くすることができるため、周方向外側の端面の摩耗や欠けを防止することができる。また、その線膨張係数を２．５×１０^−５／℃以下とすることにより、温度上昇によって、軸受構成部材と同じように膨張するため、周方向のすき間寸法の変化を小さくすることができる。したがって、保持器セグメントの破損のおそれを低減することができる。

この発明のさらに他の局面においては、風力発電機の主軸支持構造は、風力を受けるブレードと、その一端がブレードに固定され、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、主軸を回転自在に支持するころ軸受とを有する。ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、周方向外側には柱部が位置し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の樹脂製保持器セグメントと、複数の保持器セグメントをすき間無く順次周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間の最後すき間を、熱膨張による保持器セグメント間の押し合いを防止し、かつ保持器セグメント間の衝突による破損を防止するのに最適な範囲となるように調整するための間座とを備える。ここで、保持器セグメントの周方向外側の端面は、平らであるか、または、その軸方向の中央部が軸方向の両端部よりも周方向外側に膨出している。また、保持器セグメントの線膨張係数は、２．５×１０^−５／℃以下である。また、最初の保持器セグメントと間座とのすき間の周方向の寸法は、周方向に連なった保持器セグメントの連結部を通る円の円周の０．１５％未満である。

このような風力発電機の主軸支持構造は、保持器セグメントの破損のおそれを低減したころ軸受を含むため、長寿命を実現することができる。

この発明によれば、保持器セグメントが、ころ軸受の運転時等において、隣接する保持器セグメントと衝突した場合であっても、衝突による衝撃を小さくすることができる。また、温度変化による周方向への保持器セグメント同士の圧迫による破損も防止することができる。さらに、隣接する保持器セグメントとの接触による周方向外側の端面の摩耗や欠けを防止することができる。ここで、周方向のすき間寸法は、間座を配置することによって容易に調整することができる。その結果、保持器セグメントの破損のおそれを低減したころ軸受を提供することができる。

また、このような保持器セグメントは、隣接する保持器セグメントとの接触面圧を低くすることができるため、周方向外側の端面の摩耗や欠けを防止することができる。また、その線膨張係数を２．５×１０^−５／℃以下とすることにより、温度上昇によって、軸受構成部材と同じように膨張するため、周方向のすき間寸法の変化を小さくすることができる。したがって、保持器セグメントの破損のおそれを低減することができる。

また、このような風力発電機の主軸支持構造は、保持器セグメントの破損のおそれを低減したころ軸受を含むため、長寿命を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメント１１ａを示す斜視図である。図３は、図２に示す保持器セグメント１１ａを、図２中の線ＩＩＩ−ＩＩＩを含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。また、図４は、図２に示す保持器セグメント１１ａを、柱部１４ａの中央を通り、円周方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。なお、理解の容易の観点から、図３および図４において、保持器セグメント１１ａが保持する複数の円錐ころ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを点線で示している。また、一点鎖線でＰＣＤ２２を示す。

図２、図３および図４を参照して、まず、円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメント１１ａの構成について説明する。保持器セグメント１１ａは、一つの環状の保持器を、少なくともころを収容する一つのポケットを有するように、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した形状である。保持器セグメント１１ａは、円錐ころ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを保持するポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成するように、軸に沿う方向に延びる４つの柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと、軸方向の両端に位置し、４つの柱部１４ａ〜１４ｄを連結するように周方向に延びる一対の連結部１５ａ、１５ｂとを含む。ここで、保持器セグメント１１ａは、その周方向外側の端部に柱部１４ａ、１４ｄが位置するよう構成されている。

一対の連結部１５ａ、１５ｂは、複数の保持器セグメント１１ａが円錐ころ軸受に組み込まれた際に、周方向に連なって一つの環状の保持器を形成するように、周方向において所定の曲率半径を有している。一対の連結部１５ａ、１５ｂのうち、円錐ころ１２ａ〜１２ｃの小径側に位置する連結部１５ａの曲率半径は、円錐ころ１２ａ〜１２ｃの大径側に位置する連結部１５ｂの曲率半径よりも小さく構成されている。

ポケット１３ａ〜１３ｃの周方向両側に位置する柱部１４ａ〜１４ｄの内径側および外径側には、案内面１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８ｂ、１８ｃが設けられている。このように構成することにより、保持器セグメントは、ころ案内となり、保持器セグメント１１ａの径方向への移動が規制される。柱部１４ａ〜１４ｄの外径側および内径側には、軸方向の中央部分において、径方向内側または外側に凹んだ形状で、周方向に貫通する油溝１９、２０が設けられている。この油溝１９、２０により、潤滑剤の循環が良好になる。

ここで、周方向外側に位置する柱部１４ａ、１４ｄの周方向外側の端面２１ａ、２１ｂは、平らである。このように構成することにより、隣接する保持器セグメントと当接したときに、端面２１ａ、２１ｂ全体で当接することになり、接触面積を大きくすることができる。そうすると、隣接する保持器セグメントから負荷される荷重に対し、接触面圧を下げることができる。したがって、周方向端部に位置する柱部１４ａ、１４ｄの端面２１ａ、２１ｂの摩耗や欠けを防止して、保持器セグメント１１ａの破損のおそれを低減することができる。

また、保持器セグメント１１ａの線膨張係数は、２．５×１０^−５／℃以下である。このように構成することにより、温度上昇によって保持器セグメント１１ａが膨張しても、周方向に連ねられた保持器セグメント１１ａの周方向のすき間の寸法を、連結部を通る円の円周の０．１５％未満とすることができる。特に、上記した風力発電機の主軸支持構造に使用される状況においては、温度変化は１０℃程度であるため、このように構成することにより、上記した範囲にすることができる。

なお、保持器セグメント１１ａの材質は、充填材を含むＰＥＥＫ(ポリエーテルエーテルケトン)が好ましい。充填材を含むＰＥＥＫ材は、線膨張係数が１．５×１０^−５／℃程度であるため、上記した寸法範囲を満たすことができる。特に、軸受構成部材である内輪や外輪等の材質として代表されるはだ焼鋼は、その線膨張係数が１．１５×１０^−５／℃程度である。そうすると、線膨張係数の差は、３．５×１０^−６／℃となり、上記した状況において、その寸法変化は、非常に小さいものとなる。したがって、ころ軸受が温度上昇によって膨張等しても、保持器セグメント１１ａは、外輪や内輪と同程度膨張するため、周方向のすき間寸法の変化を小さくすることができる。ＰＥＥＫに含まれる充填材として、カーボンファイバーやグラスファイバー等が挙げられる。

このような形状の保持器セグメント１１ａは、光造形によって製造することもできる。すなわち、光硬化性樹脂を使用し、保持器セグメント１１ａの３次元データを基に、レーザー光によって造形することにより、保持器セグメント１１ａを成形する際の金型を必要とすることなく、保持器セグメント１１ａを製造することができる。

次に、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれ、周方向に連なる保持器セグメント１１ａ等の周方向のすき間の寸法を調整する間座について説明する。図５は、円錐ころ軸受に含まれる間座２６の斜視図である。図５を参照して、間座２６の構成について説明すると、間座２６は、軸方向の両端に位置する端部２７ａ、２７ｂと、端部２７ａ、２７ｂ間に位置する中央部２８とを含む。端部２７ａ、２７ｂの軸方向の間隔は、上記した保持器セグメント１１ａに含まれる一対の連結部１５ａ、１５ｂの軸方向の間隔と同じである。また、中央部２８の内径面側および外径面側には、周方向に貫通する油溝３０ａ、３０ｂが設けられている。

ここで、間座２６は、金属製とする。このように構成することにより、間座２６を砂型や切削加工等によって、容易に製造することができる。したがって、間座２６を樹脂製とした場合に、射出成形時に必要な高価な金型を必要とせず、安価に間座２６を製造することができる。なお、間座２６は、砲金製であることが好ましい。間座２６は、保持器セグメント１１ａと共に、ころ軸受内を回転移動する。ここで、このように構成することにより、間座２６の摺動性能を向上させることができる。具体的には、砲金として、ＣＡＣ３０１が挙げられる。

次に、上記した保持器セグメント１１ａおよび間座２６を含む円錐ころ軸受の構成について説明する。図６は、複数の保持器セグメント１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ等および間座２６を周方向に配置させた円錐ころ軸受３１を、軸方向から見た概略断面図である。また、図７は、図６中においてＶＩＩで示す部分の拡大断面図である。ここで、保持器セグメント１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、保持器セグメント１１ａと同一形状であるため、その説明を省略する。なお、図６においては、保持器セグメント１１ａ等に保持される円錐ころ３４を省略している。また、ここでは、複数の保持器セグメント１１ａ〜１１ｄのうち、最初に配置される保持器セグメントを保持器セグメント１１ａとし、最後に配置される保持器セグメントを保持器セグメント１１ｄとする。

図６および図７を参照して、円錐ころ軸受３１は、外輪３２と、内輪３３と、複数の円錐ころ３４と、複数の保持器セグメント１１ａ〜１１ｄと、間座２６とを備える。保持器セグメント１１ａ〜１１ｄは、周方向において、順次連ねられて配置される。ここでは、まず、最初に保持器セグメント１１ａが配置され、次に、保持器セグメント１１ｂが保持器セグメント１１ａと当接するように配置される。その後、保持器セグメント１１ｃが保持器セグメント１１ｂと当接するように配置され、順次、保持器セグメントが配置されていき、最後に、保持器セグメント１１ｄが配置される。

このようにして、周方向に連ねられて、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄが配置される。この場合、上記したように、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄの周方向外側の端面２１ａ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅは平らであるため、隣接する保持器セグメント１１ａ〜１１ｄとの接触面積を大きくすることができる。そうすると、保持器セグメント１１ａから１１ｄとの接触による接触面圧を下げることができ、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄの破損のおそれを低減することができる。

次に、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間に配置される間座２６の配置状態について説明する。図８は、図６においてＶＩＩＩで示す部分の拡大断面図である。また、図１は、図８に示す部分を径方向外側、すなわち、外輪３２側からみた概略図である。図１、図５、図６および図８を参照して、保持器セグメント１１ａ等を順次当接するように連なって配置していき、保持器セグメント１１ａと保持器セグメント１１ｄとの間に生じたすき間３９に、間座２６を配置させる。こうすることにより、保持器セグメント１１ａと間座２６との間に生じる周方向の最後すき間４０の寸法を、容易に設定された範囲にすることができる。最後すき間とは、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄ等を円周上にすき間なしに配置し、さらに、最後の保持器セグメント１１ｄと間座２６とをすき間なしに配置したときに、最初の保持器セグメント１１ａと、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間に配置された間座２６との最大すき間をいう。

具体的には、最後の保持器セグメント１１ｄの柱部１４ｅの周方向外側の端面２１ｆと、間座２６の端部２７ａ、２７ｂの一方側の端面２９ａ、２９ｂとが当接するように、間座２６を配置させる。

ここで、周方向のすき間３９は、各々が独立して製造される保持器セグメント１１ａ〜１１ｄの周方向の寸法誤差を累積したすき間寸法であるため、予め定められた一定の寸法とはならない。すなわち、周方向に連ねて配置する保持器セグメント１１ａ〜１１ｄの寸法精度等によって異なる。このような一定の寸法とならないすき間３９の寸法を間座２６によって適正な最後すき間４０の寸法とするには、すき間３９の寸法に合わせて、適正な最後すき間４０となるように、間座２６の周方向の寸法を調整する必要がある。

このような用途に使用される間座２６を、一定の寸法、すなわち、一定の形状を多量に製造する射出成形で製造すると、たとえば、周方向の寸法が異なる金型を複数必要とすることになるため、高コストとなる。また、すき間寸法を調整するための間座は、比較的単純な形状であり、１つのころ軸受に対し、１列当たり少なくとも１つあればよい。したがって、樹脂製として射出成形で製造するのは、不向きである。

このように、様々な周方向の寸法が必要とされる場合であっても、たとえば、砂型として、間座を金属製にすれば、容易に、型の形状を変更することができ、安価に製造することができる。また、間座２６を金属製にして、切削加工で製造する際にも、要求される寸法通りに切削することができるため、より適正な周方向の寸法を有する形状の間座２６を製造することができる。

また、間座２６は、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄと共に、周方向に回転移動するが、間座２６は、砲金製であるため、その摺動性が良好である。そうすると、回転時において、間座２６が外輪３２や内輪３３、隣接する保持器セグメントを摩耗させるおそれは少なくなる。したがって、円錐ころ軸受３１を構成する部材を摩耗させたり、破損させたりすることはない。

このように構成することにより、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間に間座２６が配置される円錐ころ軸受３１は、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄ等の周方向の寸法誤差に関わらず、保持器セグメント１１ａ、１１ｄの間の最後すき間４０を、設定された範囲にすることができる。そうすると、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄ等を高精度に製造する必要がなくなり、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄ等の生産性が向上する。また、これに伴って、円錐ころ軸受３１の生産性も向上する。

ここで、保持器セグメント１１ａの連結部１５ａを通る円のうち、もっとも径の小さい円上のすき間３９の寸法を寸法Ｃ、端部２７ａの寸法を寸法Ａ、最後すき間４０の寸法を寸法Ｂとすると、最後すき間４０の寸法Ｂは、保持器セグメント１１ａの連結部１５ａを通る円の円周の０．１５％未満とする。

最後すき間４０の周方向の寸法が、円周の０．１５％以上であると、最後すき間４０が広くなり、隣接する保持器セグメント１１ａ〜１１ｄ等が衝突した場合に、周方向外側の端面２１ａ等が欠けたり、異音が発生したりして、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄの破損のおそれがある。

したがって、最後すき間４０の周方向の寸法Ｂを、保持器セグメント１１ａ、１１ｄの連結部１５ａ、１５ｄを通る円の円周の０．１５％未満とすることにより、端面２１ａの欠け等を防止して、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄの破損のおそれを低減することができる。

図９および図１０は、この発明の一実施形態に係るころ軸受を主軸支持軸受７５として適用した、風力発電機の主軸支持構造の一例を示している。主軸支持構造の主要部品を支持するナセル７２のケーシング７３は、高い位置で、旋回座軸受７１を介して支持台７０上に水平旋回自在に設置されている。風力を受けるブレード７７を一端に固定する主軸７６は、ナセル７２のケーシング７３内で、軸受ハウジング７４に組み込まれた主軸支持軸受７５を介して、回転自在に支持されている、主軸７６の他端は増速機７８に接続され、この増速機７８の出力軸が発電機７９のロータ軸に結合されている。ナセル７２は、旋回用モータ８０により、減速機８１を介して任意の角度に旋回させられる。

軸受ハウジング７４に組み込まれた主軸支持軸受７５は、この発明の一実施形態に係るころ軸受であって、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、周方向外側には柱部が位置し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントと、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置される間座とを備える。ここで、保持器セグメントの周方向外側の端面は、平らであるか、または、その軸方向の中央部が軸方向の両端部よりも周方向外側に膨出している。また、保持器セグメントの線膨張係数は、２．５×１０^−５／℃以下である。また、最初の保持器セグメントと間座とのすき間の周方向の寸法は、周方向に連なった保持器セグメントの連結部を通る円の円周の０．１５％未満である。

主軸支持軸受７５は、大きな風力を受けるブレード７７を一端に固定する主軸７６を支持するため、大きな荷重がかかることになる。ここで、上記のように構成することにより、保持器セグメントの破損のおそれは低減するため、風力発電機の主軸支持構造は、長寿命を実現することができる。

なお、上記の実施の形態においては、周方向外側に位置する柱部の周方向外側の端面は、平らであることにしたが、その軸方向の中央部が軸方向の両端部よりも周方向外側に膨出しているよう構成してもよい。このように構成することにより、ころ軸受内において、保持器セグメントが径方向や軸方向に傾いても、エッジ当たりを防止することができる。そうすると、隣接する保持器セグメントとの接触面圧を低くすることができ、周方向外側の端面の摩耗等を低減することができる。したがって、保持器セグメントの破損のおそれを低減することができる。

また、隣接する２つの保持器セグメントの間に、ころを配置してもよい。こうすることにより、円錐ころ軸受に含まれるころの数を多くすることができ、円錐ころ軸受は大荷重を受けることができる。さらに、この場合において、周方向外側に位置する柱部の周方向外側に、案内面を設けることにしてもよい。さらに、間座と保持器セグメントとの間に、ころを配置してもよい。

なお、上記の実施の形態においては、間座は、中央部と端部とから構成されることにしたが、これに限らず、たとえば、略直方体形状等であってもよい。

なお、上記の実施の形態においては、保持器セグメントは、ころを収容するポケットを３つ有することにしたが、これに限らず、４つ以上のポケットを有することにしてもよい。このような構成の保持器セグメントは、案内面が設けられたポケットを多く有するため、より安定して径方向に配置される。

また、上記の実施の形態においては、ころ軸受に備えられるころとして、円錐ころを用いたが、これに限らず、円筒ころや針状ころ、棒状ころ等を用いてもよい。

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。

この発明に係るころ軸受は、保持器セグメントの破損のおそれを低減させる際に、有効に利用される。

この発明に係る保持器セグメントは、破損のおそれを低減させたころ軸受に含まれる際に、有効に利用される。

また、この発明に係る風力発電機の主軸支持構造は、長寿命が要求される風力発電機の主軸支持構造に、有効に利用できる。

最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置した間座を径方向外側から見た図である。 この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメントの斜視図である。 図２に示す保持器セグメントを、図２中の線ＩＩＩ−ＩＩＩを含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。 図２に示す保持器セグメントを、柱部の中央を通り、円周方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。 円錐ころ軸受に含まれる間座を示す斜視図である。 複数の保持器セグメントおよび間座を周方向に配置した場合の円錐ころ軸受の概略断面図である。 隣接する保持器セグメントを示す拡大断面図である。 最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に間座を配置した場合の拡大断面図である。 この発明に係る円錐ころ軸受を用いた風力発電機の主軸支持構造の一例を示す図である。 図９に示す風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。 従来における保持器セグメントの斜視図である。 図１１に示す保持器セグメントを、柱部を含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。

符号の説明

１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 保持器セグメント、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，３４ 円錐ころ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ポケット、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ 柱部、１５ａ，１５ｂ 連結部、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１８ｂ，１８ｃ 案内面、１９，２０，３０ａ，３０ｂ 油溝、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２９ａ，２９ｂ 端面、２２ ＰＣＤ、２６ 間座、２７ａ，２７ｂ 端部、３１ 円錐ころ軸受、３２ 外輪、３３ 内輪、３９ すき間、４０ 最後すき間、７０ 支持台、７１ 旋回座軸受、７２ ナセル、７３ ケーシング、７４ 軸受ハウジング、７５ 主軸支持軸受、７６ 主軸、７７ ブレード、７８ 増速機、７９ 発電機、８０ 旋回用モータ、８１ 減速機。

Claims (4)

1. 風力発電機の主軸を回転可能に支持するためのころ軸受であって、
   外輪と、
   内輪と、
   前記外輪および前記内輪の間に配置される複数のころと、
   前記ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、周方向外側には前記柱部が位置し、前記外輪および前記内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の樹脂製保持器セグメントと、
   前記複数の保持器セグメントをすき間無く順次周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、最初の保持器セグメントとの間の最後すき間を、熱膨張による保持器セグメント間の押し合いを防止し、かつ保持器セグメント間の衝突による破損を防止するのに最適な範囲となるように調整するための間座とを備え、
   前記保持器セグメントの周方向外側の端面は、平らであるか、または、その軸方向の中央部が軸方向の両端部よりも周方向外側に膨出しており、
   前記保持器セグメントの線膨張係数は、２．５×１０^−５／℃以下であり、
   前記最初の保持器セグメントと前記間座とのすき間の周方向の寸法は、周方向に連なった前記保持器セグメントの連結部を通る円の円周の０．１５％未満である、ころ軸受。
2. 前記保持器セグメントの材質は、充填材を含むＰＥＥＫである、請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記保持器セグメントの線膨張係数は、前記外輪、前記内輪または前記ころの線膨張係数と同等である、請求項１または２に記載のころ軸受。
4. 風力を受けるブレードと、
   その一端が前記ブレードに固定され、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、前記主軸を回転自在に支持するころ軸受とを有する風力発電機の主軸支持構造であって、
   前記ころ軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪の間に配置される複数のころと、前記ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、周方向外側には前記柱部が位置し、前記外輪および前記内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の樹脂製保持器セグメントと、前記複数の保持器セグメントをすき間無く順次周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間の最後すき間を、熱膨張による保持器セグメント間の押し合いを防止し、かつ保持器セグメント間の衝突による破損を防止するのに最適な範囲となるように調整するための間座とを備えるころ軸受であって、
   前記保持器セグメントの周方向外側の端面は、平らであるか、または、その軸方向の中央部が軸方向の両端部よりも周方向外側に膨出しており、
   前記保持器セグメントの線膨張係数は、２．５×１０^−５／℃以下であり、
   前記最初の保持器セグメントと前記間座とのすき間の周方向の寸法は、周方向に連なった前記保持器セグメントの連結部を通る円の円周の０．１５％未満である、風力発電機の主軸支持構造。

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