JP6871767B2

JP6871767B2 - 複列自動調心ころ軸受

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Publication number: JP6871767B2
Application number: JP2017048527A
Authority: JP
Inventors: 一将 ▲瀬▼古; 井上　靖之; 靖之井上; 径生堀; 貴志山本
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JP2017180832A

Description

この発明は、軸受幅方向に並ぶ２列のころに不均等な荷重が負荷される用途、例えば風力発電装置や産業機械の主軸を支持する軸受等に適用される複列自動調心ころ軸受に関する。

風力発電装置の主軸を支持する軸受には、ブレードやロータヘッドの自重によるラジアル荷重の他に、風力によるアキシアル荷重が作用する。主軸支持用の軸受が図１０に示すような複列自動調心ころ軸受４１である場合、内輪４２と外輪４３間に介在する２列のころ４４，４５のうち、主にアキシアル荷重Ｆａに対して後ろ側となる一方の列のころ４５だけがアキシアル荷重Ｆａを受ける。つまり、一方の列のころ４５がラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を受けるのに対し、他方の列のころ４４はほぼラジアル荷重だけを受ける。このため、アキシアル荷重を受ける列のころ４５は、ラジアル荷重だけを受ける列のころ４４と比べて接触面圧が大きくなり、ころ４５の転動面および外輪４３の軌道面４３ａの表面損傷や摩耗が生じやすく、転がり寿命が短い。よって、アキシアル荷重を受けるころ４５の列の転がり寿命により、軸受全体の実質寿命が決定される。

上記課題に対して、図１１に示す複列自動調心ころ軸受５１のように、内輪５２と外輪５３との間に介在する２列のころ５４，５５の長さＬ１，Ｌ２を互いに異ならせることで、アキシアル荷重を受ける列のころ５５の負荷容量を、アキシアル荷重を殆ど受けない列のころ５４の負荷容量よりも大きくすることが提案されている（特許文献１）。各列のころ５４，５５の負荷容量が適切な大きさとなるようにころ長さＬ１，Ｌ２を設定することにより、各列のころ５４，５５の転がり寿命がほぼ同じになり、軸受全体の実質寿命を向上させることができる。

また、図１２に示す複列自動調心ころ軸受６１のように、内輪６２と外輪６３との間に介在する２列のころ６４，６５の接触角θ１，θ２を互いに異ならせ、接触角θ２が大きいころ６５で大きなアキシアル荷重を受けられるようにした提案がされている（特許文献２）。各列のころ６４，６５の負荷容量が適切な大きさとなるように接触角θ１，θ２を設定することにより、各列のころ６４，６５の転がり寿命がほぼ同じになり、軸受全体の実質寿命を向上させることができる。

国際公開第２００５／０５００３８号パンフレット米国特許第２０１４／０１１２６０７号明細書

前述したように、図１１のように２列のころ５４，５５の長さＬ１，Ｌ２を互いに異ならせることによっても、あるいは図１２のように２列のころ６４，６５の接触角θ１，θ２を互いに異ならせることによっても、アキシアル荷重を受ける列のころ５５，６５の負荷容量を大きくして、軸受全体の実質寿命を向上させることができる。しかし、軸受の寸法規格（ＩＳＯ規格；ＪＩＳＢ１５１２）の制限があるため、上記２通りの手法のうち片方の手法を用いるだけでは、アキシアル荷重を受ける列のころ５５，６５の負荷容量を適正な値まで高めることが難しい。つまり、寸法規格によって呼び番号に対して内径、外径、および軸受幅がそれぞれ決まっているため、図１１におけるアキシアル荷重を受ける列のころ５５の長さＬ２を長くし過ぎると、軸受幅Ｂが規格値を超える。また、図１２におけるアキシアル荷重を受ける列のころ６５の接触角θ２を大きくし過ぎると、内径ｄが規格値を超える。

そこで、各部の寸法が軸受の寸法規格から外れることなく、アキシアル荷重を受ける列とラジアル荷重だけを受ける列の接触面圧を均等化するために、２列のころの長さを互いに異ならせる手法と、２列のころの接触角を互いに異ならせる手法とを組み合わせることを試みた。その場合、アキシアル荷重を受ける列のころの接触角を大きくして、当該ころの負荷容量を十分に大きくすることが重要である。

この発明の目的は、アキシアル荷重およびラジアル荷重を受け、軸方向に並ぶ２列のころに互いに大きさが異なる荷重が作用する用途で用いるのに適し、アキシアル荷重を受ける列のころの負荷容量を十分に大きくするために、アキシアル荷重を受ける列のころの接触角を大きくとることができる複列自動調心ころ軸受を提供することである。

この発明の複列自動調心ころ軸受は、内輪と外輪との間に、軸受幅方向に並んで２列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状であり、前記２列のころは外周面が前記外輪の軌道面に沿う断面形状である複列自動調心ころ軸受であって、
前記２列のころは互いに長さが異なり、かつ長さの長いころの接触角の方が長さの短いころの接触角よりも大きく、前記内輪の外周面における前記２列のころ間の部分に中つばが存在し、この中つばの軸受幅方向の中心位置が、両列の接触角を成す作用線が互いに交わる点の軸受幅方向の位置よりも、前記長さの長いころの側にずれており、
前記２列のころは、いずれも最大径の位置がころ長さの中央から外れた非対称ころであり、最大径の位置が、ころ長さの中央よりも前記軸受幅方向中央側にある非対称ころである。

この構成によると、２列のころの長さを互いに異ならせることにより、長さの長いころが長さの短いころよりも、大きな負荷容量を持つようになる。また、長さの長いころの接触角を長さの短いころの接触角よりも大きくしたことにより、長さの長いころが大きなアキシアル荷重を負担することが可能となる。長さの長いころの接触角を長さの短いころの接触角よりも大きくすることで、逆に長さの短いころの接触角は小さくなり、長さの短いころのラジアル荷重の負荷容量が向上する。

この複列自動調心ころ軸受を、アキシアル荷重およびラジアル荷重が作用する条件下で用いる場合、長さが長く接触角が大きなころでアキシアル荷重のほぼすべてとラジアル荷重の一部を負担させ、長さが短く接触角が小さなころでラジアル荷重の残りを負担させる。このような分担割合で２列のころでアキシアル荷重とラジアル荷重を分担して負担することにより、両列のころの接触面圧を均等にすることができる。これにより、軸受全体で大きな負荷容量を確保すると共に、軸受全体の実質寿命を向上することができる。

中つばの軸受幅方向の中心位置を、両列の接触角を成す作用線が互いに交わる点の軸受幅方向の位置よりも、長さの長いころの側にずらしたことにより、長さの短いころの接触角に対する長さの長いころの接触角の比率を大きくすることができる。それにより、長さが長く接触角が大きいころで、より大きなアキシアル荷重を負担することが可能となる。

この発明において、長さの短いころの接触角と長さの長いころの接触角との比が１：２ないし１：４の範囲内にあるのが好ましい。
両列のころの接触角の比率が異なる複数の複列自動調心ころ軸受を用意し、各複列自動調心ころ軸受について、風力発電装置の主軸支持用軸受として使用する場合に想定されるアキシアル荷重およびラジアル荷重にて、そのときの両列のころの接触面圧を解析した。その結果、接触角の比は１：２ないし１：４の範囲内にある場合に、両列のころの接触面圧が十分に均等化することが分かった。なお、最適な接触角の比は１：３である。

この複列自動調心ころ軸受は、風力発電装置の主軸の支持に適する。
風力発電装置の主軸を支持する複列自動調心ころ軸受には、ブレードやロータヘッドの自重によるラジアル荷重、および風力によるアキシアル荷重が作用する。軸受幅方向に並ぶ２列のころのうち片方のころ列はラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を受け、もう片方の列のころは殆どラジアル荷重だけを受ける。その場合、アキシアル荷重を受ける列のころは、長さが長く接触角が大きいころとし、殆どラジアル荷重だけを受ける列のころは、長さが短く接触角が小さいころとすることで、左右各列のころの接触面圧をほぼ均等にすることができる。

前記各列のころをそれぞれ保持する保持器を備え、各保持器は、各列のころの軸方向内側の端面を案内する環状の円環部と、この円環部から軸方向に延び且つ円周方向に沿って定められた間隔置きに設けられた複数の柱部とを備え、これら柱部間に前記ころを保持するポケットが設けられ、前記長いころを保持する一方の保持器は、前記柱部の外径面が基端側から先端側に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度を有し、
前記各ころは、ころ転動面にＤＬＣ被膜、且つ前記ころ転動面の端部にクラウニングを有し、
前記内輪は、この内輪の外周面における前記２列のころ間に設けられ前記２列のころを案内する中つばと、前記外周面の両端にそれぞれ設けられ各列のころの軸方向外側の端面に臨む小つばとを備え、前記内輪は、前記各小つばのうち、前記長いころの軸方向外側の端面に臨む小つばに、前記長いころを軸受内に挿入する入れ溝を備えても良い。
前記定められた間隔は、設計等によって任意に定める間隔であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な間隔を求めて定められる。
前記ＤＬＣは、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-like Carbon）の略称である。

この構成によると、各ころがころ転動面にＤＬＣ被膜を有するため、耐摩耗性の向上を図ることができる。これにより、前記ＤＬＣ被膜が無いものより、ころ転動面および内輪、外輪の軌道面の摩耗が生じ難くなる。またころ転動面の端部にクラウニングが設けられているため、エッジ応力の緩和を図ることができる。
長いころを保持する一方の保持器は、柱部の外径面が基端側から先端側に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度を有するため、保持器のポケット面がころの最大径位置を抱えることができる。これにより、長いころの姿勢安定性が損なわれることがなく、また長いころの組込性も容易に行うことが可能となる。内輪は、各小つばのうち、長いころの軸方向外側の端面に臨む小つばに、長いころを軸受内に挿入する入れ溝を備えたため、長いころの組込性をさらに向上させることができる。

この発明の複列自動調心ころ軸受は、内輪と外輪との間に、軸受幅方向に並んで２列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状であり、前記２列のころは外周面が前記外輪の軌道面に沿う断面形状であって、前記２列のころは互いに長さが異なり、かつ長さの長いころの接触角の方が長さの短いころの接触角よりも大きく、前記内輪の外周面における前記２列のころ間の部分に中つばが存在し、この中つばの軸受幅方向の中心位置が、両列の接触角を成す作用線が互いに交わる点の軸受幅方向の位置よりも、前記長さの長いころの側にずれており、前記２列のころは、いずれも最大径の位置がころ長さの中央から外れた非対称ころであり、最大径の位置が、ころ長さの中央よりも前記軸受幅方向中央側にある非対称ころであるため、アキシアル荷重およびラジアル荷重を受け、軸方向に並ぶ２列のころに互いに大きさが異なる荷重が作用する用途で用いるのに適し、アキシアル荷重を受ける列のころの負荷容量を十分に大きくするために、アキシアル荷重を受ける列のころの接触角を大きくとることができる。

この発明の一実施形態にかかる複列自動調心ころ軸受の断面図である。非対称ころの説明図である。同複列自動調心ころ軸受と従来の複列自動調心ころ軸受にそれぞれアキシアル荷重とラジアル荷重の合成荷重をかけた場合におけるフロント側のころの接触面圧の分布解析結果を示すグラフである。同複列自動調心ころ軸受と従来の複列自動調心ころ軸受にそれぞれアキシアル荷重とラジアル荷重の合成荷重をかけた場合におけるリア側のころの接触面圧の分布解析結果を示すグラフである。両列のころの接触角の比がそれぞれ異なる複数種類の複列自動調心ころ軸受にアキシアル荷重とラジアル荷重の合成荷重をかけた場合におけるフロント側のころの接触面圧の分布解析結果を示すグラフである。両列のころの接触角の比がそれぞれ異なる複数種類の複列自動調心ころ軸受にアキシアル荷重とラジアル荷重の合成荷重をかけた場合におけるリア側のころの接触面圧の分布解析結果を示すグラフである。従来の複数の複列自動調心ころ軸受について軸受幅に対するころ長さの比率を同一図面上に図示した図である。風力発電装置の主軸支持装置の一例の一部を切り欠いて表した斜視図である。同主軸支持装置の破断側面図である。従来の一般的な複列自動調心ころ軸受の断面図である。第１の提案例の複列自動調心ころ軸受の断面図である。第２の提案例の複列自動調心ころ軸受の断面図である。この発明の他の実施形態に係る複列自動調心ころ軸受の断面図である。同複列自動調心ころ軸受の一部を拡大して示す拡大断面図である。同複列自動調心ころ軸受のころのＤＬＣ被膜等を示す拡大断面図である。同複列自動調心ころ軸受の内輪の入れ溝等を示す拡大断面図である。同内輪の入れ溝等を軸方向から見た端面図である。この発明のさらに他の実施形態に係る複列自動調心ころ軸受の断面図である。

この発明の一実施形態を図１と共に説明する。
この複列自動調心ころ軸受１は、内輪２と外輪３との間に軸受幅方向に並ぶ左右２列のころ４，５を介在させてある。外輪３の軌道面３ａは球面状であり、左右各列のころ４，５は外周面が外輪３の軌道面３ａに沿う断面形状である。言い換えると、ころ４，５の外周面は、外輪３の軌道面３ａに沿った円弧を中心線Ｃ１，Ｃ２回りに回転させた回転曲面である。内輪２には、左右各列のころ４，５の外周面に沿う断面形状の複列の軌道面２ａ，２ｂが形成されている。内輪２の外周面の両端には、つば（小つば）６，７がそれぞれ設けられている。内輪２の外周面の中央部、すなわち左列のころ４と右列のころ５間に、中つば８が設けられている。

図２に誇張して示すように、左右各列のころ４，５は、いずれも最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘの位置がころ長さの中央Ａ１，Ａ２から外れた非対称ころである。左列のころ４の最大径Ｄ１_ｍａｘの位置はころ長さの中央Ａ１よりも右側にあり、右列のころ５の最大径Ｄ２_ｍａｘの位置はころ長さの中央Ａ２よりも左側にある。このような非対称ころからなる左右各列のころ４，５は、誘起スラスト荷重が発生する。この誘起スラスト荷重を受けるために、内輪２の前記中つば８が設けられる。非対称ころ４，５と中つば８の組合せは、ころ４，５を内輪２、外輪３、および中つば８の３箇所で案内するので、案内精度が良い。

図１に示すように、左列のころ４と右列のころ５は、最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘが互いに同じで、中心線Ｃ１，Ｃ２に沿った長さＬ１，Ｌ２が互いに異なっている。長さが長いころ５の長さＬ２は、軸受幅Ｂの３９％以上である。

また、長さの長いころ５の接触角θ２の方が、長さの短いころ４の接触角θ１よりも大きくなっている。長さが短いころ４の接触角θ１と長さが長いころ５の接触角θ２の比は、１：２ないし１：４の範囲内に設定されている。最も好ましい接触角θ１，θ２の比は、１：３である。その理由については、後で説明する。具体的には、接触角θ１の範囲は例えば５°〜７°であり、接触角θ２の範囲は例えば１４°〜１６°である。

両列の接触角θ１，θ２を成す作用線Ｓ１，Ｓ２が互いに交わる点Ｐの軸受幅方向位置は、前記中つば８の軸受幅方向の中心位置Ｑよりも、長さの短いころ４の側に距離Ｋだけずらしてある。これにより、長さの長いころ５を必要以上に長くすることなく、長さの長いころ５の接触角θ２を大きくすることができる。なお、前記作用線Ｓ１，Ｓ２は、ころ４，５と内輪２および外輪３との接触部に働く力の合成力が作用する線である。作用線Ｓ１，Ｓ２が互いに交わる点Ｐは、軸受中心軸Ｏ上に位置する。

左右各列のころ４，５は、それぞれ保持器１０Ｌ，１０Ｒにより保持されている。左列用の保持器１０Ｌは、円環部１１から複数の柱部１２が左側に延び、これら柱部１２間のポケットに左列のころ４が保持される。右列用の保持器１０Ｒは、円環部１１から複数の柱部１２が右側に延び、これら柱部１２間のポケットに右列のころ５が保持される。

この構成の複列自動調心ころ軸受１は、アキシアル荷重およびラジアル荷重を受け、左右のころ列に互いに大きさが異なる荷重が作用する用途、例えば風力発電装置の主軸支持軸受として用いられる。その場合、旋回翼に近い側（フロント側）に左列のころ４が位置し、遠い側（リア側）に右列のころ５が位置するように、複列自動調心ころ軸受１を設置する。これにより、長さＬ２が長くかつ接触角θ２が大きい右列のころ５が、アキシアル荷重のほぼすべてとラジアル荷重の一部を負担し、長さＬ１が短くかつ接触角θ１が小さい左列のころ４が、ラジアル荷重の残りを負担する。

ころ４，５の長さＬ１，Ｌ２および接触角θ１，θ２を適切に設定することにより、左右各列のころ４，５が持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させることができる。その結果、左右各列のころ４，５の面圧が均等になる。これにより、軸受全体で大きな負荷容量を確保すると共に、軸受全体の実質寿命を向上させることができる。

図１０に示す従来の複列自動調心ころ軸受４１および図１に示す本発明の複列自動調心ころ軸受１について、風力発電装置の主軸支持用軸受として使用する場合に想定されるアキシアル荷重とラジアル荷重との合成荷重にて、そのときの左右両列のころの接触面圧を解析した。図３はフロント側すなわち左列のころ４４，４の接触面圧分布を示し、図４はリア側すなわち右列のころ４５，５の接触面圧分布解析結果を示す。

図３、図４から次のことが分かる。図１０の従来品は、フロント側にて接触面圧が小さく、リア側で接触面圧が大きくなっており、フロント側とリア側とで荷重負担が不均一な状態となっている。これに対し、図１の接触角変更品は、フロント側にてころ全体に接触面圧が発生することにより、リア側の接触面圧の最大値が下がり、両列での接触面圧差が小さくなり均等化されている。

また、左列のころ４の接触角θ１と右列のころ５の接触角θ２との比がそれぞれ異なる３種類の複列自動調心ころ軸受を用意し、前記同様にして左右両列のころの接触面圧を解析した。図５はフロント側すなわち左列のころ４の接触面圧分布解析結果を示し、図６はリア側すなわち右列のころ５の接触面圧分布解析結果を示す。接触角の比が１：１であるものは従来品であり、接触角の比が１：２、１：３であるものは本発明の接触角変更品である。

図５、図６から次のことが分かる。各接触角の比について接触面圧分布解析結果を比較すると、接触角の比が１：３のものが、フロント側とリア側とで最も接触面圧が均等化されている。接触角の比が１：２のものは、接触角の比が１：３のものに比べると均等化はされていないが、接触角の比が１：１のものに比べれば十分に均等化されている。図１からも分かるように、ころ５の接触角θ２が大きくなると、寸法制約の関係から内輪２の肉厚が薄くなり過ぎるため、長さが長いころ５を配置することが困難になる。これらのことから、接触角の比は、１：２以上で１：４以内とするのが望ましい。

なお、前記想定されるアキシアル荷重およびラジアル荷重とは、発電能力、設置場所等の諸条件を考慮して平均的な風力発電装置が最も通常に運転しているときのアキシアル荷重およびラジアル荷重を指す。よって、平均的な風力発電装置と比べて前記条件が異なる風力発電装置に用いられる複列自動調心ころ軸受では、最適な接触角の比が１：３でないことが有り得る。しかし、その場合でも、最適な接触角の比は１：２ないし１：４の範囲内に収まる。

また、長さが長いころ５の長さＬ２は軸受幅Ｂの３９％以上であるという条件を付加することにより、寸法規格の範囲内で両列のころの接触角の比が上記適正とされた複列自動調心ころ軸受が得られる。なお、従来の複列自動調心ころ軸受について、軸受幅Ｂに対するころ５の長さＬ２の比率を調査した。その結果、図７に示すように、前記比率が３９％以上であることが判明した。上記寸法規格は、内径、外径、および軸受幅を定めた規格である。

図８、図９は、風力発電装置の主軸支持装置の一例を示す。支持台２１上に旋回座軸受２２（図９）を介してナセル２３のケーシング２３ａが水平旋回自在に設置されている。ナセル２３のケーシング２３ａ内には、軸受ハウジング２４に設置された主軸支持軸受２５を介して主軸２６が回転自在に設置され、主軸２６のケーシング２３ａ外に突出した部分に、旋回翼となるブレード２７が取り付けられている。主軸２６の他端は、増速機２８に接続され、増速機２８の出力軸が発電機２９のロータ軸に結合されている。ナセル２３は、旋回用モータ３０により、減速機３１を介して任意の角度に旋回させられる。主軸支持軸受２５は、図示の例では２個並べて設置してあるが、１個であっても良い。

他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

他の実施形態に係る複列自動調心ころ軸受を図１３〜図１７と共に説明する。
図１３に示すように、この複列自動調心ころ軸受１Ａは、（１）傾斜角度付きの保持器１０ＲＡ、（２）クラウニング１３、（３）ＤＬＣ被膜１４、および（４）入れ溝１５を備えている。

＜（１）傾斜角度付きの保持器等について＞
同図１３に示す右列用の一方の保持器１０ＲＡは、軸方向長さの長いころ５を保持する保持器である。この保持器１０ＲＡは、柱部１２Ａの外径面１２Ａａが基端側から先端側に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度βを有する。この傾斜角度βは、軸受中心軸Ｏに対する角度である。保持器１０ＲＡの外径面１２Ａａの傾斜角度βは、零よりも大きく、右列のころ５の最大径角α２以下の範囲（０＜β≦α２）に設定されている。最大径角α２は、軸受中心軸Ｏに垂直な平面に対する、右列のころ５の最大径Ｄ２_ｍａｘの位置の傾き角である。

この例の右列用の保持器１０ＲＡにおける、柱部１２Ａの内径面は、傾斜面部１２Ａｂと、この傾斜面部１２Ａｂに繋がる平坦面部１２Ａｃとを有する。傾斜面部１２Ａｂは、柱部１２Ａの内径面の基端側から同内径面の軸方向中間付近まで延び、基端側から軸方向中間付近に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度γを有する。この傾斜角度γも軸受中心軸Ｏに対する角度であり、傾斜角度γは傾斜角度β以上（γ≧β）となるように設定されている。この例では、傾斜角度γは傾斜角度βよりも数度大きく設定されている。但し、この関係（γ≧β）に限定されるものではない。平坦面部１２Ａｃは、傾斜面部１２Ａｂの先端縁から軸方向に延びる軸受中心軸Ｏに平行な平坦面である。なお左列用の他方の保持器１０Ｌは、柱部１２の外径面および内径面が、傾斜角度を有しない、換言すれば、軸受中心軸Ｏに対して平行である。

＜（２）クラウニング１３について＞
図１４は、図１３の一部（XIV部）を拡大して示す拡大断面図である。図１３および図１４に示すように、左右各列のころ４，５は、それぞれころ転動面の端部にクラウニング１３を有する。この例のころ転動面は、対数曲線で表現される対数クラウニング形状とされている。但し、クラウニング１３は対数クラウニング形状に限定されるものではなく、例えば、ころ転動面を複合Ｒクラウニング形状にしても良い。クラウニング部のＲ寸法を、ころ転動面の基準Ｒよりも小さくすることで、ドロップ量を大きくする前記複合Ｒクラウニング形状を形成し得る。

＜（３）ＤＬＣ被膜１４について＞
図１５に示すように、各ころ４，５は、ころ転動面にＤＬＣ被膜１４を有する。この例のＤＬＣ被膜１４は、基材であるころ４，５との密着性が高い多層構造が採用されている。ＤＬＣ被膜１４は、表面層１６と、中間層１７と、応力緩和層１８とを有する。表面層１６は、炭素供給源として固体ターゲットのグラファイトのみを使用し、水素混入量を抑えたＤＬＣを主体とする膜である。中間層１６は、表面層１６と前記基材との間に形成される、少なくともＣｒまたはＷを主体とする層である。応力緩和層１８は、中間層１７と表面層１６との間に形成される。

中間層１７は、組成の異なる複数の層を含む構造であり、図１５では１７ａ〜１７ｃの三層構造を例示している。例えば、基材の表面にＣｒを主体とする層１７ｃを形成し、その上にＷを主体とする層１７ｂを形成し、その上にＷおよびＣを主体とする層１７ａを形成する。図１５では３層構造を例示したが、中間層１７は、必要に応じて、これ以下または以上の数の層を含むものであっても良い。

応力緩和層１８に隣接する層１７ａは、他方で隣接する層１７ｂの主体となる金属と、炭素とを主体することで、中間層１７と応力緩和層１８との間の密着性を向上できる。例えば、層１７ａがＷとＣとを主体とする場合、Ｗを主体とする中間層１７ｂ側からＣを主体とする応力緩和層１８側に向けて、Ｗの含有量を減少させ、一方、Ｃの含有量を増加させる（組成傾斜）ことで、より密着性の向上が図れる。

応力緩和層１８は、Ｃを主体とし、その硬度が中間層１７側から表面層１６側へ連続的または段階的に上昇する傾斜層である。具体的には、ＵＢＭＳ法においてグラファイト製ターゲットを用い、基材に対するバイアス電圧を連続的または段階的に上昇させて成膜することで得られるＤＬＣ傾斜層である。硬度が連続的または段階的に上昇するのは、ＤＬＣ構造におけるグラファイト構造（ＳＰ^２）とダイヤモンド構造（ＳＰ^３）との構成比率が、バイアス電圧の上昇により後者に偏っていくためである。

表面層１６は、応力緩和層１８の延長で形成されるＤＬＣを主体とする膜であり、特に、構造中の水素含有量を低減したＤＬＣ膜である。水素含有量を低減させたことで、耐摩耗性が向上する。このようなＤＬＣ膜を形成するためには、例えばＵＢＭＳ法を用いて、スパッタリング処理に用いる原料およびスパッタリングガス中に水素および水素を含む化合物を混入させない方法を用いる。

応力緩和層１８および表面層１６の成膜法に関して、ＵＢＭＳ法を用いる場合を例示したが、硬度を連続的または段階的に変化させることができる成膜法であれば、その他公知の成膜法を採用することができる。中間層１７と、応力緩和層１８と、表面層１６とを含む多層の膜厚の合計が０．５μｍ〜３．０μｍとすることが好ましい。膜厚の合計が０．５μｍ未満であれば、耐摩耗性および機械的強度に劣り、膜厚の合計が３．０μｍを超えると剥離し易くなるので好ましくない。
なお、この例では、各ころ４，５の外周面のみにＤＬＣ被膜１４を設けているが、さらに各ころ４，５の両端面にＤＬＣ被膜１４を設けても良い。特に、中つば８（図１３）に案内される各ころ４，５の一端面にＤＬＣ被膜１４を設けた場合、各ころ４，５の前記一端面が摩耗し難くなり、ころ４，５の耐摩耗性をより高め得る。

＜（４）入れ溝について＞
図１６に示すように、内輪２は、各小つば６，７（図１３）のうち、長いころ５の軸方向外側の端面に臨む小つば７に、長いころ５を軸受内に挿入する入れ溝１５を備えている。図１７に示すように、内輪２の前記小つば７の円周方向一箇所に、円弧形状の入れ溝１５が設けられている。この入れ溝１５の円弧１５ａの曲率半径は、挿入すべきころ５（図１６）の最大径に応じて適宜設定されている。
その他前述の実施形態と同様の構成を備えている。

＜作用効果について＞
他の実施形態に係る複列自動調心ころ軸受１Ａによれば、各ころ４，５がころ転動面にＤＬＣ被膜１４を有するため、耐摩耗性の向上を図ることができる。これにより、前記ＤＬＣ被膜が無いものより、ころ転動面および内輪２、外輪３の軌道面２a、２ｂ、３ａの摩耗が生じ難くなる。またころ転動面の端部にクラウニング１３が設けられているため、エッジ応力の緩和を図ることができる。

長いころ５を保持する一方の保持器１０ＲＡは、柱部１２Ａの外径面１２Ａａが基端側から先端側に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度βを有するため、保持器１０ＲＡのポケットＰｔ面がころ５の最大径位置を抱えることができる。換言すれば、一方の保持器１０ＲＡが前述のような傾斜角度βを有するため、保持器１０ＲＡのポケットＰｔ面がころ５のピッチ円直径付近で維持され、軸受運転時に保持器１０ＲＡのポケットＰｔ面がころ５の最大径位置を円滑に抱えることができる。これにより、長いころ５の姿勢安定性が損なわれることがなく、また長いころ５の組込性も容易に行うことが可能となる。内輪２は、各小つば６，７のうち、長いころ５の軸方向外側の端面に臨む小つば７に、長いころ５を軸受内に挿入する入れ溝１５を備えたため、長いころ５の組込性をさらに向上させることができる。

図１８に示す複列自動調心ころ軸受１Ｂでは、一方の保持器１０ＲＢにおける、柱部１２Ｂの外径面１２Ｂａの傾斜角度βが、零よりも大きく、右列のころ５の最大径角α２以下の範囲に設定され、且つ、柱部１２Ｂの内径面の傾斜角度γが外径面の傾斜角度βと同一に設定されている。この例の傾斜角度βは、最大径角α２以下で最大径角α２に略近い角度に設定されている。また柱部１２Ｂの内径面は、傾斜面部のみから成り、前述の平坦面部が設けられていない。
この図１８の構成によれば、保持器１０ＲＢが前述のような傾斜角度βを有するため、保持器１０ＲＢのポケットＰｔ面がころ５のピッチ円直径付近でより確実に維持され、軸受運転時に保持器１０ＲＢのポケットＰｔ面がころ５の最大径位置を円滑に且つ確実に抱えることができる。また長いころ５の組込性もより容易に行うことができる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ，１Ｂ…複列自動調心ころ軸受
２…内輪
３…外輪
３ａ…軌道面
４，５…ころ
６，７…小つば
８…中つば
１０Ｌ，１０Ｒ，１０ＲＡ，１０ＲＢ…保持器
１１，１１Ａ…円環部
１２，１２Ａ，１２Ｂ…柱部
１３…クラウニング
１４…ＤＬＣ被膜
１５…入れ溝
２６…主軸
Ａ１，Ａ２…ころ長さの中央
Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘ…最大径
Ｌ１，Ｌ２…長さ
Ｐ…作用線が互いに交わる点
Ｑ…中つばの軸受幅方向の中心位置
Ｓ１，Ｓ２…作用線
θ１，θ２…接触角

Claims

内輪と外輪との間に、軸受幅方向に並んで２列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状であり、前記２列のころは外周面が前記外輪の軌道面に沿う断面形状である複列自動調心ころ軸受であって、
前記２列のころは互いに長さが異なり、かつ長さの長いころの接触角の方が長さの短いころの接触角よりも大きく、前記内輪の外周面における前記２列のころ間の部分に中つばが存在し、この中つばの軸受幅方向の中心位置が、両列の接触角を成す作用線が互いに交わる点の軸受幅方向の位置よりも、前記長さの長いころの側にずれており、
前記２列の各列のころは、最大径の位置が、ころ長さの中央よりも前記軸受幅方向中央側にある非対称ころである、
複列自動調心ころ軸受。
請求項１に記載の複列自動調心ころ軸受において、長さの短いころの接触角と長さの長いころの接触角との比が１：２ないし１：４の範囲内にある複列自動調心ころ軸受。
請求項１または請求項２に記載の複列自動調心ころ軸受において、風力発電装置の主軸の支持に用いられる複列自動調心ころ軸受。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の複列自動調心ころ軸受において、
前記各列のころをそれぞれ保持する保持器を備え、各保持器は、各列のころの軸方向内側の端面を案内する環状の円環部と、この円環部から軸方向に延び且つ円周方向に沿って定められた間隔置きに設けられた複数の柱部とを備え、これら柱部間に前記ころを保持するポケットが設けられ、前記長いころを保持する一方の保持器は、前記柱部の外径面が基端側から先端側に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度を有し、
前記各ころは、ころ転動面にＤＬＣ被膜、且つ前記ころ転動面の端部にクラウニングを有し、
前記内輪は、前記２列のころを案内する前記中つばと、前記外周面の両端にそれぞれ設けられ各列のころの軸方向外側の端面に臨む小つばとを備え、前記内輪は、前記各小つばのうち、前記長いころの軸方向外側の端面に臨む小つばに、前記長いころを軸受内に挿入する入れ溝を備えた複列自動調心ころ軸受。