JP6146026B2 - 転がり軸受用保持器、及びこれを備えた転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置の主軸を支持するための転がり軸受等に好適に適用することができる保持器、及びこれを備えた転がり軸受に関する。

風力発電機の主軸を支持するために使用される転がり軸受としては、例えば円すいころ軸受があり、その保持器にはピン型保持器が使用される場合がある（例えば、特許文献１参照）。このピン型保持器は、円すいころの軸方向両側に配置された一対の保持リングと、周方向に間隔をあけて配設され、一対の保持リングに両端が連結される複数のピンとを備えている。そして、円すいころの中心軸線上に形成された貫通孔にピンを挿通させることによって、複数の円すいころの周方向の間隔が保持されるようになっている。

また、風力発電装置の主軸を支持するために使用される転がり軸受は、直径が１〜２ｍ程度もあり、非常に大型で重量も大きくなる。そのため、最近では、ピン型保持器に代えて、軽量化が可能な合成樹脂製の保持器も利用されつつある。ただし、合成樹脂製の保持器は、大型になる程その全体を一体成形するのが困難となるため、通常、周方向の一部分ごとに成形された分割型の保持器が用いられる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２５６１６８号公報 特開２０１２−７７８８２号公報

上記のようなピン型保持器の場合、円すいころの貫通孔とピンとの摺接面にはグリースによる潤滑が必要になる。しかし、貫通孔の内部にはグリースが入り難く、グリースの供給作業が非常に面倒となっていた。また、大型のピン型保持器は、保管や運搬等の取り扱いが困難であった。
一方、合成樹脂製の分割型保持器は、潤滑や取り扱いはそれほど困難ではないが転がり軸受の組立性に若干の難がある。つまり、転がり軸受を組み立てるには、内輪の外周側に保持器を環状に配列しつつ、保持器のポケットに円すいころを挿入していくが、保持器が分割されていると、内輪の外周側から離脱し易くなり、同時に円すいころも内輪から離脱し易くなる。
また、分割型の保持器は、外径寸法が異なる転がり軸受の間で部品を流用することができず、ピン型保持器においてもピン以外の部品の流用は困難である。そのため、外径寸法が異なる転がり軸受間の部品の共通化によるコストの低減を図ることが困難であった。

本発明は、以上のような実情に鑑み、転がり軸受の組立性を確保することができ、運搬等の取り扱いが容易で、外径寸法が異なる転がり軸受間で部品の共通化を可能とする転がり軸受用保持器及びこれを備えた転がり軸受を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る転がり軸受用保持器は、転がり軸受の周方向に配列された複数の転動体の間に配置される複数の棒状部材と、周方向に隣接する棒状部材を連結する複数の連結部材とを有しており、全体として環状に形成された転がり軸受用保持器であって、周方向に隣接する連結部材同士が、当該連結部材に連結された前記棒状部材の長さ方向に沿った軸心を中心として互いに屈曲可能に構成され、前記棒状部材は、少なくとも前記転動体の転動面と対向する部分の外周面が前記軸心回りに回転可能であり、前記棒状部材の前記外周面に、前記転動体の転動面に点接触する接触部が形成され、前記接触部は、前記棒状部材の外周面を径方向外方に膨出する円弧面に形成することにより構成されていることを特徴とする。

本発明の転がり軸受用保持器は、転がり軸受の周方向に配列された複数の転動体の間に配置される複数の棒状部材と、周方向に隣接する棒状部材を連結する複数の連結部材とを有しているので、周方向に隣接する転動体の間隔を棒状部材によって適切に保持することができる。
また、保持器の全体を周方向に連なった環状に形成することができるので、転がり軸受を組み立てる際に、保持器を内輪の外周側から離脱し難くすることができ、組立性も確保することができる。

更に、周方向に隣接する連結部材同士が、当該連結部材に連結された棒状部材の長さ方向に沿った軸心を中心として互いに屈曲可能に構成されているので、保持器の全体をチェーンのように湾曲させてコンパクトにすることができる。したがって、保管や運搬等の取り扱いを容易に行うことができる。
また、連結部材や棒状部材の数を調整することによって保持器の周方向長さを変更することができ、外径寸法の異なる転がり軸受間で保持器の部品の共通化が可能となる。

また、棒状部材は、少なくとも外周面がその軸心回りに回転可能であるので、転動体に接触したときの摩擦抵抗を軽減し、転動体及び棒状部材の摩耗を抑制することができる。そして、例えば、転動体が円すいころである場合、その大径側と小径側とでは回転したときの周速度が異なるため、仮に棒状部材の外周面がこの転動体に線接触していたとすると、棒状部材と転動体との間に周速差に基づく滑りが生じる可能性があり、この滑りが両者の摩耗の原因となる。本発明では、棒状部材の外周面に、転動体の転動面に点接触する接触部が形成されているので、上記周速差の影響がなくなり、転動体と棒状部材との間の滑りを抑制することができる。

（２）前記接触部は、前記棒状部材の外周面を径方向外方に膨出する円弧面に形成することにより構成されているので、接触部の構造を簡素化することができ、容易に棒状部材を製造することが可能となる。

（３）前記棒状部材は、転動体の回転中心よりも転がり軸受の径方向外側に配置されることが好ましい。
このような構成によって、転動体が保持器から径方向外側に離脱してしまうのを防止することができる。

（４）前記連結部材は、周方向に隣接する前記棒状部材の長さ方向の一端部同士を連結する第１連結部材と、同他端部同士を連結する第２連結部材とからなり、前記第１連結部材と前記第２連結部材とが周方向交互に配列されていることが好ましい。
このような構成によって、連結部材の数を低減し、軽量化及び低コスト化を図ることができる。

（５）本発明に係る転がり軸受は、内輪と、この内輪の径方向外側に配設された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に周方向に配列された複数の転動体と、複数の転動体の周方向の間隔を保持する上記（１）〜（４）のいずれか１つの保持器と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、転がり軸受の組立性を確保することができ、運搬等の取り扱いも容易であり、外径寸法が異なる転がり軸受間で部品の共通化も可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の一部の縦断面図である。 転がり軸受の一部の横断面図である。 円すいころと保持器との関係を示す平面説明図である。 同保持器の部分斜視図である。 本発明の第２の実施形態における円すいころと保持器との関係を示す平面説明図である。 同保持器の部分斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る転がり軸受の一部の横断面図である。 保持器におけるピン（棒状部材）の変形例を示す断面図である。 保持器の変形例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の一部の縦断面図、図２は、転がり軸受の一部の横断面図である。
本実施形態の転がり軸受１０は、例えば、風力発電装置の主軸を支持するために使用されるものであり、環状の内輪１１と、この内輪１１の径方向外方に配置された環状の外輪１２と、内輪１１と外輪１２との間に周方向に配列された複数の転動体１３と、複数の転動体１３の周方向の間隔を保持する保持器１４とを備えている。

内輪１１は、円すい形状に形成された内輪軌道１１ａと、この内輪軌道１１ａの軸方向両側に形成され、径方向外方に突出する小鍔部１１ｂと大鍔部１１ｃとを有している。外輪１２は、円すい形状に形成された外輪軌道１２ａを有している。転動体１３は、截頭円すい（円すい台）形状に形成された円すいころとされており、内輪軌道１１ａ及び外輪軌道１２ａ上を転動可能である。転動体１３は、小鍔部１１ｂ及び大鍔部１１ｃによって軸方向の移動が制限されている。

図３は、転動体と保持器との関係を示す平面説明図、図４は、同保持器の部分斜視図である。
保持器１４は、周方向に配列された複数の転動体１３の間に配置された複数のピン（棒状部材）１８と、周方向に隣接するピン１８を連結する複数の連結リンク（連結部材）２１，２２とを有しており、全体として環状に形成されている。ピン１８は、軸方向に長く形成された胴部１９と、胴部１９の軸方向両端部に設けられた軸部２０とを備えている。

胴部１９は、径方向外方へ円弧状に膨出（突出）する曲面形状の外周面を有している。したがって、胴部１９の外径は、軸方向両端側で小さく、軸方向中央側で大きくなっている。軸部２０は、胴部１９と同一の軸心上に形成され、胴部１９の外径よりも細く形成されている。各ピン１８は、図１に示されるように、内輪１１及び外輪１２の間に配置された転動体（円すいころ）１３の中心（軸心）Ｘよりも転がり軸受１０の径方向外側に配置されている。また、図２に示されるように、周方向に隣接するピン１８の間の最小寸法Ｌは、その間に配置された転動体１３の直径寸法Ｄとほぼ同じかやや小さく、当該転動体１３に対して僅かな隙間を形成することができる寸法とされている。

図３及び図４に示されるように、連結リンク２１，２２は、ピン１８の長さ方向（軸方向）の一端部同士を連結する第１連結リンク２１と、ピン１８の長さ方向他端部同士を連結する第２連結リンク２２とからなっている。そして、第１連結リンク２１と第２連結リンク２２とは周方向交互に配置されている。したがって、各ピン１８の一方の端部には第１連結リンク２１が連結され、同他方の端部には第２連結リンク２２が連結されている。

第１連結リンク２１及び第２連結リンク２２は、それぞれ略長円形状の板材によって形成されており、その長さ方向の両端部には、円筒形状のボス部２３が形成されている。このボス部２３の内部にはブッシュ２５を介して軸部２０が回転自在に挿入されている。周方向に隣接する第１，第２連結リンク２１，２２、すなわち、この実施形態では、一のピン１８の長さ方向一端に連結された第１連結リンク２１と、当該ピン１８の長さ方向他端部に連結された第２連結リンク２２とは、当該ピン１８の軸心を中心として屈曲可能（相対角度を変更可能）に構成されている。したがって、保持器１４は、各ピン１８の軸心を中心に各連結リンク２１，２２が屈曲することによって、自由に形状を変化（湾曲）させることが可能となっている。なお、本実施形態のボス部２３は、連結リンク２１，２２の長さ方向中央部よりもピン１８の軸方向外側に突出している。このボス部２３の突出量は、連結リンク２１，２２の長さ方向中央部の軸方向の厚さと同程度とされている。このようにボス部２３を軸方向に突出させることで、ピン１８の軸部２０とボス部２３との連結部の長さを可及的に大きくすることができ、ピン１８と連結リンク２１，２２とを外れにくくすることができる。

本実施形態の保持器１４は、周方向に配列された複数の転動体１３の間に配置されたピン１８と、周方向に隣接するピン１８を連結する連結リンク２１，２２とを有しているので、複数の転動体１３の間隔をピン１８によって適切に保持することができる。そして、各ピン１８は、連結リンク２１，２２に対して回転自在に連結されているので、転動体１３との接触による摩擦抵抗を低減することができ、転動体１３及びピン１８の摩耗を抑制することができる。

また、保持器１４は、その全体が環状に形成されているので、転がり軸受１０を組み立てる際に、内輪１１の外周側から保持器１４を離脱し難くすることができ、この保持器１４によって保持された転動体１３を内輪１１から離脱し難くすることができる。
保持器１４は、第１連結リンク２１と第２連結リンク２２とが周方向交互に設けられているので、第１連結リンク２１及び第２連結リンク２２の双方が周方向に連続して設けられている場合（後述の第２実施形態の場合）に比べて連結リンク２１，２２の数を少なくし、軽量化及びコストの低減を図ることができる。

各ピン１８は、円すいころの軸心（中心）よりも転がり軸受１０の径方向外側に配置され、周方向に隣接するピン１８の間の最小寸法Ｌは、その間に配置された転動体１３の直径寸法Ｄと略同じか小さい寸法とされているので、転がり軸受１０を組み立てる際に、外輪１２を装着していなくても内輪１１に転動体１３を嵌合させた状態で保持することが可能となる。

本実施形態のピン１８は、その胴部１９の外周面が径方向外方へ円弧状に膨出（突出）する曲面形状に形成されている。そのため、胴部１９は、転動体１３の外周面（転動面）に点接触している。言い換えると、ピン１８は、転動体１３の外周面に点接触する接触部１９を有している。このように、胴部１９の外周面を転動体１３の外周面に点接触させることによって、次のような作用効果を奏する。

すなわち、円すいころである転動体１３は、その大径側と小径側とで回転したときの周速度が異なるので、仮に胴部１９の外周面が転動体１３の外周面に対して線接触していたとすると、両者の接触面には、周速度差に伴う滑りが生じる可能性があり、この滑りがピン１８及び転動体１３の摩耗の原因になる可能性がある。この点において、本実施形態では、ピン１８における胴部１９の外周面が円弧状に膨出した曲面形状に形成され、転動体１３の外周面に対して１点で点接触しているので、上記のような滑りが生じ難くなっている。そのため、ピン１８及び転動体１３の摩耗の発生を抑制することができる。

本実施形態の胴部１９は、転動体１３の軸方向の略中央部に点接触している。仮に胴部１９が転動体１３の軸方向の端部側に点接触していたとすると、転動体１３から周方向の荷重や衝撃が作用したときにピン１８の一端側に偏って負荷がかかり、一方の連結リンク２１，２２との連結部に大きな負担がかかる。そのため、本実施形態のように転動体１３の軸方向略中央部に胴部１９を点接触させることによって、周方向の荷重や衝撃をバランスよく受けることが可能となる。

なお、転動体１３に点接触する接触部は、胴部１９の長手方向の一部分のみを部分的に径方向外方に膨出させることによって構成してもよい。また、接触部は、胴部１９の長手方向の複数箇所（例えば、２箇所）に形成することもできる。但し、本実施形態のように、胴部１９の外周面全体を円弧状に膨出させて接触部を形成することにより、接触部の形状を簡素化し、製造を容易に行うことができる。また、胴部１９に急激な断面変化もないので、応力集中を抑制することができる。

本実施形態においては、ピン１８及び連結リンク２１，２２の数を調節することによって、外径の異なる保持器１４を形成することができる。したがって、共通の転動体１３を使用する、外径寸法が異なる転がり軸受１０の間で、ピン１８及び連結リンク２１，２２の共通化を図ることができる。したがって、製造コストの低減が可能となる。

なお、本実施形態の転がり軸受１０を組み立てるには、例えば、保持器１４の１箇所でピン１８と連結リンク２１，２２とを分断して保持器１４を線状（紐状）にし、内輪軌道１１ａ上に順次転動体１３を配置しながら保持器１４を内輪１１の外周側に巻き付けていき、最後に分断していたピン１８と連結リンク２１，２２とを連結して保持器１４を環状にすることで、内輪１１に転動体１３及び保持器１４を装着する。その後、転動体１３の外周側に外輪１２を嵌合することによって、転がり軸受１０を完成させることができる。

図５は、本発明の第２の実施形態における転動体と保持器との関係を示す平面説明図、図６は、同保持器の部分斜視図である。
本実施形態は、ピン１８の長さ方向の一端部に連結された第１連結リンク２１と、ピン１８の長さ方向の他端部に連結された第２連結リンク２２との双方が周方向に連続して設けられたものである。第１連結リンク２１及び第２連結リンク２２は、それぞれ軸方向内側に配置された内連結リンク２１ａ，２２ａと、軸方向外側に配置された外連結リンク２１ｂ，２２ｂとからなり、内連結リンク２１ａ，２２ａと外連結リンク２１ｂ，２２ｂとが周方向交互に配置されている。また、第１連結リンク２１の内連結リンク２１ａと、第２連結リンク２２の内連結リンク２２ａとが、互いに軸方向に対向して配置され、第１連結リンク２１の外連結リンク２１ｂと、第２連結リンク２２の外連結リンク２２ｂとが、互いに軸方向に対向して配置されている。各ピン１８の軸部２０は、それぞれ内連結リンク２１ａ，２２ａと外連結リンク２１ｂ，２２ｂに対してブッシュ２５を介して回転自在に挿入されている。その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態では、第１，第２連結リンク２１，２２が、それぞれ周方向に連続して配置されているので、第１実施形態の保持器１４と比較して強度を高めることができる。その反面、第１実施形態に比べて連結リンク２１，２２の数が倍増し、重量増、コスト増を招くため、この点に関しては第１実施形態のほうが有利である。

図７は、本発明の第３の実施形態における転がり軸受の一部の横断面図である。
本実施形態の保持器１４は、円すいころ１３の中心よりも転がり軸受１０の径方向外側に配置されたピン（外側ピン）１８ａと、径方向内側に配置されたピン（内側ピン）１８ｂとが周方向交互に配置されたものである。第１連結リンク２１と第２連結リンク２２とは、径方向にジグザグの状態で配置されている。この第１連結リンク２１及び第２連結リンク２２は、第１実施形態と同様に周方向交互に設けられていてもよいし、第２実施形態と同様にそれぞれが周方向に連続して設けられていてもよい。その他の構成は、上記各実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において種々の変形及び変更が可能である。
例えば、保持器１４のピン１８は、その全体が回転自在に構成されていなくてもよく、その外周面のみが回転自在に構成されていてもよい。例えば、図８に示されるように、ピン１８は、両端に軸部２０を有する芯材３０の外周面に回転自在なローラ３１を備えた構造であってもよい。

また、第２実施形態の変形例として、図９に示されるように、内連結リンク２１ａ，２２ａ同士を連結する筒状ブッシュ３３の内部に外連結リンク２１ｂ，２２ｂ同士を連結する芯材３４を回動可能に挿入し、筒状ブッシュ３３の外周面にローラ３５を回転自在に嵌合させた構造、すなわち、一般的なローラチェーンの構造とすることができる。

なお、図８及び図９に示されるローラ３１，３５についても、その外周面を円弧状に膨出させることによって、転動体１３に点接触する接触部を備えている。
本発明は、風力発電装置の主軸を支持するための転がり軸受１０に限らず、あらゆる装置に用いられる転がり軸受１０に適用することができる。また、本発明の転がり軸受１０における転動体１３は、円すいころに限らず、円筒ころであってもよい。

１０：転がり軸受、１１：内輪、１２：外輪、１３：転動体、１４：保持器、１８：ピン（棒状部材）、１９：胴部（接触部）、２１：第１連結リンク（第１連結部材）、２２：第２連結リンク（第２連結部材）

Claims (4)

1. 転がり軸受の周方向に配列された複数の転動体の間に配置される複数の棒状部材と、
   周方向に隣接する棒状部材を連結する複数の連結部材と、を有しており、
   全体として環状に形成された転がり軸受用保持器であって、
   周方向に隣接する連結部材同士が、当該連結部材に連結された前記棒状部材の長さ方向に沿った軸心を中心として互いに屈曲可能に構成され、
   前記棒状部材は、少なくとも前記転動体の転動面と対向する部分の外周面が前記軸心回りに回転可能であり、
   前記棒状部材の前記外周面に、前記転動体の転動面に点接触する接触部が形成され、
   前記接触部は、前記棒状部材の外周面を径方向外方に膨出する円弧面に形成することにより構成されていることを特徴とする転がり軸受用保持器。
2. 前記棒状部材は、前記転動体の回転中心よりも前記転がり軸受の径方向外側に配置される、請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
3. 前記連結部材は、周方向に隣接する前記棒状部材の長さ方向の一端部同士を連結する第１連結部材と、同他端部同士を連結する第２連結部材とからなり、前記第１連結部材と前記第２連結部材とが周方向交互に配列されている、請求項１又は２に記載の転がり軸受用保持器。
4. 内輪と、この内輪の径方向外側に配設された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に周方向に配列された複数の転動体と、複数の転動体の周方向の間隔を保持する請求項１〜３のいずれか１項に記載の保持器と、を備えていることを特徴とする転がり軸受。

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