(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024074110
(43)【公開日】2024-05-30
(54)【発明の名称】ころ軸受
(51)【国際特許分類】
F16C 33/51 20060101AFI20240523BHJP
F16C 33/56 20060101ALI20240523BHJP
F16C 19/26 20060101ALI20240523BHJP
【FI】
F16C33/51
F16C33/56
F16C19/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022185183
(22)【出願日】2022-11-18
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】NTN株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】100150566
【弁理士】
【氏名又は名称】谷口 洋樹
(74)【代理人】
【識別番号】100142608
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 由佳
(74)【代理人】
【識別番号】100213470
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 真二
(72)【発明者】
【氏名】西田 雄太
【テーマコード(参考)】
3J701
【Fターム(参考)】
3J701AA13
3J701AA16
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA52
3J701AA54
3J701AA62
3J701BA34
3J701BA44
3J701BA45
3J701BA49
3J701BA50
3J701EA37
3J701EA76
3J701FA01
3J701FA15
3J701FA31
3J701GA24
3J701XB01
3J701XB03
3J701XB11
3J701XB14
3J701XB26
(57)【要約】
【課題】軸受運転時における保持器セグメントの不具合を低減することができるころ軸受を提供する。
【解決手段】ころ軸受は、内外輪と、これら内外輪間に介在される複数のころと、これらころを保持する保持器とを備える。保持器が環状に配列された複数の保持器セグメント20を含み、保持器セグメント20は、軸方向に延びる複数の柱部23と、周方向に延びて前記複数の柱部23をそれぞれ連結する一対の連結部21,22とを備える、複数の柱部23と一対の連結部21,22とで隣り合う柱部23間にころを保持するポケット16が形成される。保持器セグメント20のうち、周方向両端における柱部23a,23aの周方向幅W1は、周方向両端以外の柱部23b,23cの周方向幅W2の1.0倍以上1.4倍以下である。且つ周方向両端以外の柱部23b,23cの周方向幅W2は、ころの直径の5%以上15%以下である。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内外輪と、これら内外輪間に介在される複数のころと、これらころを保持する保持器とを備え、前記保持器が環状に配列された複数の保持器セグメントを含み、前記保持器セグメントは、軸方向に延びる複数の柱部と、周方向に延びて前記複数の柱部をそれぞれ連結する一対の連結部とを備え、前記複数の柱部と前記一対の連結部とで隣り合う柱部間に前記ころを保持するポケットが形成されるころ軸受であって、
前記保持器セグメントのうち、周方向両端における前記柱部の周方向幅は、周方向両端以外の柱部の周方向幅の1.0倍以上1.4倍以下であり、且つ前記周方向両端以外の柱部の周方向幅は、前記ころの直径の5%以上15%以下である、ころ軸受。
【請求項2】
請求項1に記載のころ軸受において、複数の前記保持器セグメントを周方向に無間隙に配置した場合に、最初に配置される保持器セグメントと最後に配置される保持器セグメントとの間に隙間を有し、前記隙間の周方向の寸法は、室温において、各ころの中心を通る円の円周の0.075%よりも大きく0.12%よりも小さい、ころ軸受。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載のころ軸受において、前記保持器セグメントは樹脂製であるころ軸受。
【請求項4】
請求項3に記載のころ軸受において、前記保持器セグメントは、炭素繊維またはガラス繊維を含む樹脂製であるころ軸受。
【請求項5】
請求項1または請求項2に記載のころ軸受において、風力発電装置に使用される外径1m以上の大型軸受であるころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ころ軸受に関し、例えば、風力発電装置の主軸用または産業機械用の特に外径が1mを超える大型のころ軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
図6のように、ころ軸受において、ころ50を収容するポケットPtを有し、内外輪51,52間で周方向に順次連ねて配置される複数の
図7に示す保持器セグメント53を備えたころ軸受が実用に供されている。
図6のように、前記ころ軸受においては、軸受運転時に周方向に隣接する保持器セグメント53同士の衝突が発生する。この衝突時の衝撃対策として、保持器セグメント(単に、セグメントと称す)53を周方向に無間隙に配置した場合に、最初に配置したセグメント53と最後に配置したセグメント53の間に生じる隙間δを小さく制限した発明が開示されている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
軸受運転時または焼きばめ時の温度上昇により、セグメント53は熱膨張する。樹脂製セグメントの場合、一般的に樹脂の線膨張係数は鋼よりも大きく、加熱時のセグメント53の熱膨張量は鋼製の内輪51、外輪52、ころ50よりも大きくなる。このため前記隙間δが小さすぎると、膨張時に前記隙間δが零になりセグメント53同士が突っ張ってしまい、セグメント53の不具合の原因となる。
このことから前記隙間δを小さくすることには限界があり、別の手法でセグメント53同士が衝突する際の衝撃によるセグメント53の不具合を防止する必要がある。
【0005】
本発明の目的は、軸受運転時における保持器セグメントの不具合を低減することができるころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のころ軸受は、内外輪と、これら内外輪間に介在される複数のころと、これらころを保持する保持器とを備え、前記保持器が環状に配列された複数の保持器セグメントを含み、前記保持器セグメントは、軸方向に延びる複数の柱部と、周方向に延びて前記複数の柱部をそれぞれ連結する一対の連結部とを備え、前記複数の柱部と前記一対の連結部とで隣り合う柱部間に前記ころを保持するポケットが形成されるころ軸受であって、
前記保持器セグメントのうち、周方向両端における前記柱部の周方向幅は、周方向両端以外の柱部の周方向幅の1.0倍以上1.4倍以下であり、且つ、前記周方向両端以外の柱部の周方向幅は、前記ころの直径の5%以上15%以下である。
【0007】
この構成によると、周方向両端における柱部の周方向幅が、周方向両端以外の柱部の周方向幅の1.0倍より大きく1.4倍以下である。且つ周方向両端以外の柱部の周方向幅は、ころの直径の5%より大きく15%より小さい。このように、軸受運転時にセグメント間の隙間に起因してセグメント同士が衝突しても強度上耐え得る柱幅とすることで、セグメントの不具合を低減することが可能となる。
【0008】
複数の前記保持器セグメントを周方向に無間隙に配置した場合に、最初に配置される保持器セグメントと最後に配置される保持器セグメントとの間に隙間を有し、前記隙間の周方向の寸法は、室温において、各ころの中心を通る円の円周の0.075%よりも大きく0.12%よりも小さくしてもよい。
【0009】
この構成によると、セグメント間の隙間の周方向の寸法を、室温において、各ころの中心を通る円の円周の0.075%よりも大きくすることにより、隙間の周方向の寸法が負になってセグメント同士が突っ張りあい、膠着する状態を回避することができる。
定められた用途に使用されるころ軸受において、複数の保持器セグメントによって構成される保持器は、耐久性、信頼性向上の観点から安全率を大きくすることが好ましい。したがって、セグメント同士の衝突等による強度的な不具合を回避することができる。
【0010】
前記保持器セグメントは樹脂製であってもよい。この場合、各保持器セグメントを金型等により成形することができ、ころ軸受の大型化および量産化に容易に対応し得る。
【0011】
前記保持器セグメントは、炭素繊維またはガラス繊維を含む樹脂製であってもよい。炭素繊維またはガラス繊維は繊維状であるため、効率的に熱による線膨張係数、すなわち熱膨張係数を低下させることができる。したがって、膨張時にセグメント同士の隙間が零になることを確実に防止し得る。
【0012】
ころ軸受は、風力発電装置に使用される外径1m以上の大型軸受であってもよい。この場合、軸受運転時における保持器セグメントの不具合を低減することができるころ軸受を、風力発電装置に使用される大型軸受に適用することができ、ころ軸受のメンテナンス費用等を抑制することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明のころ軸受は、保持器セグメントのうち、周方向両端における柱部の周方向幅が、周方向両端以外の柱部の周方向幅の1.0倍以上1.4倍以下であり、且つ周方向両端以外の柱部の周方向幅は、ころの直径の5%以上15%以下である。このため、軸受運転時における保持器セグメントの不具合を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図1】本発明の第1の実施形態に係るころ軸受の縦断面図である。
【
図2】同ころ軸受の保持器セグメントの斜視図である。
【
図3】同ころ軸受のうち、最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントの間の隙間を示す拡大断面図である。
【
図4】同ころ軸受を軸受軸心に直交する平面で切断した場合の概略断面図である。
【
図5】同ころ軸受を用いた風力発電装置の切欠斜視図である。
【
図6】従来の保持器セグメント等の要部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
[第1の実施形態]
本発明の実施形態に係るころ軸受を
図1ないし
図4と共に説明する。このころ軸受は、例えば、風力発電装置の主軸用または産業機械用の特に外径が1mを超える大型のころ軸受に適用される。
【0016】
<ころ軸受の概略構成>
図1のように、ころ軸受1は、内外輪11,12と、これら内外輪11,12間に介在される複数のころ15と、これらころ15を保持する保持器17とを備える。本実施形態では、ころ軸受1を円すいころ軸受に適用した例であり、ころ15は円すいころ15とされている。内輪11の外周面にテーパ状の軌道面13が設けられ、外輪12の内周面にテーパ状の軌道面14が設けられている。
【0017】
複数の円すいころ15は、軌道面13,14間に転動自在に配置され、各円すいころ15の外周面にテーパ状の転動面が形成されている。保持器17は、複数の円すいころ15を円周方向一定間隔おきに保持する。内輪11の外周面のうち、軌道面13の小径側部分に隣接する部分には小鍔部18が設けられ、軌道面13の大径側部分に隣接する部分には大鍔部19が設けられている。内外輪11,12および円すいころ15は、例えば、軸受鋼またはステンレス鋼等から成る。
【0018】
<保持器>
図4のように、保持器17は、環状に配列された複数の保持器セグメント20を含む、ころ案内形式である。
図2の各保持器セグメント20を単にセグメント20という場合がある。各保持器セグメント20は、樹脂製であり、例えば、同一の金型等により成形される。前記樹脂はPEEKとすることが好ましい。PEEK自体の熱による線膨張係数は、4.7×10
-5/℃程度であり、他の樹脂素材と比較して熱による線膨張係数が低いため、充填材を含ませて熱による線膨張係数を低下させることが容易になる。前記充填材は、炭素繊維またはガラス繊維を含むことが好ましい。これら炭素繊維またはガラス繊維を含む充填材は、繊維状であるため、効率的に熱による線膨張係数、すなわち熱膨張係数を低下させることができる。
【0019】
図3のように、各保持器セグメント20は、定められた数(この例では5個)の円すいころ15を保持するポケット16を有する。
図2のように、各保持器セグメント20は、軸方向に延びる複数(この例では6つ)の柱部23と、周方向に延びて複数の柱部23をそれぞれ連結する一対の連結部21,22とを備える。複数の柱部23と一対の連結部21,22とで隣り合う柱部23間に円すいころ15(
図1)を保持するポケット16が形成される。一対の連結部21,22はそれぞれ円弧形状である。
【0020】
図1のように、一対の連結部21,22のうち、円すいころ15の小端面側に配置される一方の連結部21は、他方の連結部22よりも小径側に位置する小径側弧状部である。他方の連結部22は、小径側弧状部21よりも大径側に位置する大径側弧状部である。
図2のように、小径側弧状部である一方の連結部21はこの曲線半径が、大径側弧状部である他方の連結部22の曲率半径よりも小さい。
【0021】
複数の柱部23のうち、周方向両端の柱部23a,23aと、柱部23a,23aに隣り合う柱部23b,23bの内径側ISには、円すいころ15(
図1)を保持器セグメント20の外径側OSからポケット16内に挿入可能な案内爪24a,24aが設けられている。周方向中間に位置するポケット16を形成する柱部23c,23cの内径側ISにも、円すいころ15(
図1)を保持器セグメント20の外径側OSからポケット16内に挿入可能な案内爪24a,24aが設けられている。案内爪24aはポケット16に収容された円すいころ15(
図1)と内径側ISで接触する。この案内爪24aは、ポケット16に挿入した円すいころ15の内径側ISへの抜け出しを防止する。
【0022】
複数の柱部23のうち、周方向両端の柱部23a,23aに隣り合う柱部23b,23bと、周方向中間に位置するポケット16を形成する柱部23c,23cの外径側OSには、円すいころ15(
図1)を保持器セグメント20の内径側ISからポケット16内に挿入可能な案内爪24b,24bが設けられている。案内爪24bはポケット16に収容された円すいころ15(
図1)と外径側OSで接触する。この案内爪24bは、ポケット16に挿入した円すいころ15(
図1)の外径側OSへの抜け出しを防止する。
図3のように、各案内爪24a,24bの案内面は、断面円弧状で、円すいころ15の転動面に略沿う形状である。これら案内爪24a,24bにより保持器セグメント20はころ案内となる。
【0023】
図4のように、保持器セグメント20は、周方向に順次連ねられて無間隙に配置される。先ず、最初の保持器セグメント20aが配置され、先に配置された保持器セグメント20の周方向一端面と次の保持器セグメント20の周方向一端面とが互いに当接するように順次配置される。最初の保持器セグメント20aと最後の保持器セグメント20bとの間には、周方向の隙間δが形成される。このように複数の保持器セグメント20を周方向に無間隙に配置した場合に、最初に配置される保持器セグメント20aと最後に配置される保持器セグメント20bとの間に隙間δを有する。
【0024】
<保持器セグメントの周方向隙間について>
最初に配置される保持器セグメント20aと最後に配置される保持器セグメント20bとの間の周方向の隙間δについて説明する。
図3は、
図4のIII部の拡大断面図である。
図3のように、隙間δの周方向の寸法は、例えば約20℃の室温において、各円すいころ15の中心を通る円PCDの円周の0.075%よりも大きく0.12%よりも小さい。この場合において、隙間δの周方向の寸法が上記範囲となるように、各保持器セグメント20の周方向長さをそれぞれ調整してもよく、最後の保持器セグメント20bを配置する際に、その最後の保持器セグメント20bの端面のみを削って寸法を調整し上記範囲としてもよい。
【0025】
後述する
図5に示す風力発電装置の主軸25は、横軸で使用される。この風力発電装置の主軸用の大型軸受として、ころ軸受1が適用される。この軸受使用時において、保持器セグメントは、
図4の矢印A1で示す方向に公転運動を行う。この際、各保持器セグメント20が隣接する保持器セグメント20を押すように運動し、同
図4の隙間δにおいて自由落下する。
【0026】
セグメント落下時の衝撃に耐えるため、
図2のように、周方向両端における柱部23a,23aの周方向幅W1は、周方向両端以外の柱部23b,23cの周方向幅W2の1.0倍以上1.4倍以下とする。好ましくは周方向両端における柱部23a,23aの周方向幅W1は、その他の柱部23b,23cの周方向幅W2の1.2倍とする。また周方向両端以外の柱部23b,23cの周方向幅W2は、円すいころ15(
図1)の直径の5%以上15%以下とする。円すいころ15(
図1)の前記直径は、円すいころの小端面側の最小直径と、大端面側の最大直径との算術平均値として求めた値である。
表1は、周方向両端における柱部の周方向幅W1の、周方向両端以外の柱部の周方向幅W2に対する数値を評価したものである。の1.0倍以上1.4倍以下とする。各円周角度と柱部の強度の評価を示す。表中の「○」は、良好を意味し、「△」は、「○」よりも効果が劣るを意味し、「×」は、不良を意味している。表1の結果から、周方向両端における柱部の周方向幅W1は、周方向両端以外の柱部の周方向幅W2の1.0倍よりも小さいと、保持器の強度が低下する場合がある。一方、1.4よりも大きいと柱部ところとのすきまに影響し、保持器の回転性能が低下する場合がある。
【表1】
また、表2は、周方向両端以外の柱部の周方向幅W2の、円すいころ15(
図1)の直径に対する割合(%)を示したものである。表中の「○」は、良好を意味し、「△」は、「○」よりも効果が劣るを意味し、「×」は、不良を意味している。表1の結果から、周方向両端における柱部の周方向幅W1の、周方向両端以外の柱部の周方向幅W2に対する数値が、5%よりも小さいと、保持器の強度が低下する場合がある。一方、15%よりも大きいと、柱部ところとのすきまに影響し、保持器の回転性能が低下する場合がある。
【表2】
【0027】
<作用効果>
以上説明した
図1のころ軸受1によると、
図2のように、周方向両端における柱部23a,23aの周方向幅W1が、周方向両端以外の柱部23b,23cの周方向幅W2の1.0倍以上1.4倍以下である。且つ周方向両端以外の柱部23b,23cの周方向幅W2は、ころの直径の5%以上15%以下である。このように、軸受運転時にセグメント20間の隙間に起因してセグメント20同士が衝突しても強度上耐え得る柱幅とすることで、セグメント20の不具合を低減することが可能となる。
【0028】
図3のように、セグメント20間の隙間δの周方向の寸法を、室温において、各ころ15の中心を通る円PCDの円周の0.075%よりも大きくすることにより、隙間δの周方向の寸法が負になってセグメント同士が突っ張りあい、膠着する状態を回避することができる。
定められた用途に使用されるころ軸受において、複数の保持器セグメントによって構成される保持器は、耐久性、信頼性向上の観点から安全率を大きくすることが好ましい。したがって、セグメント20同士の衝突等による強度的な不具合を回避することができる。
【0029】
<風力発電装置への適用例>
図5は、実施形態に係るころ軸受1を用いた風力発電装置の例を示す。この風力発電装置は、支柱26の上端に水平旋回自在に設置されたナセル27に、プロペラ形の風車28の主軸25が、主軸軸受であるころ軸受1によって回転自在に支持されている。主軸軸受は、外径1m以上の大型軸受である。主軸25は発電機28に増速機29を介して連結されている。この風力発電装置における主軸軸受に、実施形態に係るころ軸受1が用いられている。
この場合、軸受運転時における保持器セグメントの不具合を低減することができるころ軸受1を、風力発電装置に使用される大型軸受に適用することができ、ころ軸受1のメンテナンス費用等を抑制することができる。
【0030】
<他の実施形態について>
保持器セグメントのポケット数、案内爪の向き等は、適宜変更可能である。
樹脂製の保持器セグメントは、金型等により成形されるが、機械加工または3Dプリンタにより成形することも可能である。
実施形態のころ軸受は、外径が1m以下のころ軸受に適用することも可能である。実施形態のころ軸受を風力発電装置または産業機械の用途以外に適用してもよい。
実施形態のころ軸受を複列のころ軸受に適用してもよい。
ころ軸受を円筒ころ軸受または針状ころ軸受に適用してもよい。
【0031】
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施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。
【符号の説明】
【0032】
1…ころ軸受、11…内輪、12…外輪、15…ころ、16…ポケット、17…保持器、20…保持器セグメント、21,22…連結部、23…柱部、23a…周方向両端の柱部、23b,23c…周方向両端以外の柱部、δ…隙間、W1,W2…周方向幅