JP2009052681A - 軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を向上することができる軸受構造を提供する。
【解決手段】軸受構造３１は、内輪１２と、内輪１２の軌道面１８、１９上を転動する球面ころ１４ａ、１４ｂと、内輪１２の幅方向に所定の隙間を開けて配置され、内輪１２と相対回転を行なう蓋部材３２ａ、３２ｂとを備える。内輪１２の幅方向の端面２１ａ、２１ｂには、凹部２２ａ、２２ｂが設けられており、蓋部材３２ａ、３２ｂには、凹部２２ａ、２２ｂに対面してラビリンス構造を形成する凸部３５ａ、３５ｂが設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸受構造に関し、特に、密封性が要求される軸受構造に関するものである。

風力発電機の主軸に使用される軸受は、風を受けるためのブレードの自重に対するラジアル荷重と、風力に対するアキシアル荷重とを受ける必要がある。さらに、風力発電機の主軸は、ブレードが設けられた先端側を片持ち支持するような構造となっている。したがって、風力発電機の主軸には、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを受けることができ、さらに、主軸の撓みに対応できる自動調心ころ軸受が使用されているのが一般的である。

図６は、風力発電機の主軸に使用される自動調心ころ軸受の概略断面図である。図６を参照して、自動調心ころ軸受１０１は、内輪１０２と、外輪１０５と、内輪１０２および外輪１０５の間に複列で配置される複数の球面ころ１０３ａ、１０３ｂと、複数の球面ころ１０３ａ、１０３ｂを保持する保持器１０４ａ、１０４ｂとから構成される。自動調心ころ軸受１０１は、風を受けるブレード１１１を先端側に設けた主軸１１２に取り付けられ、ハウジング１１３に組み込まれる。

ここで、上記した自動調心ころ軸受には、内部に封入したグリース等の漏洩防止、外部からの塵埃等の混入防止の観点から、密封性が要求される。この場合、従来においては、軸受にラビリンス構造を設けることにより、密封性を向上していた。

図７は、従来におけるラビリンス構造を有する自動調心ころ軸受の一部を示す断面図である。自動調心ころ軸受１２１の基本的な構成は、上記した図６に示す自動調心ころ軸受１０１と同様であるため、その詳細な説明は省略する。図７を参照して、自動調心ころ軸受１２１に含まれる内輪１２２の幅方向の両側には、スリンガ１２４ａ、１２４ｂが設けられている。スリンガ１２４ａ、１２４ｂは、外径側に延び、さらに軸方向の軸受外側に延びる突出部１２５ａ、１２５ｂを有する。また、外輪１２３の外径側には、ハウジング１２６が配置されており、ハウジング１２６の軸方向の両側には、蓋部材１２７ａ、１２７ｂが配置されている。蓋部材１２７ａ、１２７ｂは、内径側に延び、さらに軸方向の軸受内側に延びる突出部１２８ａ、１２８ｂを有する。この突出部１２５ａ、１２５ｂ、１２８ａ、１２８ｂにおいて、ラビリンス構造を形成している。

なお、このような密封性を向上した転がり軸受が、特開２００３−３１９６０５号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、軸受の幅方向に設けられたカラー（スリンガ）と、蓋部材との間にラビリンス構造を形成することにしている。
特開２００３−３１９６０５号公報

特許文献１によると、ラビリンス構造を形成するには、内輪の幅方向の外側部分に、スリンガ等の他部材を設ける必要がある。このようなスリンガ等の他部材を設けると、幅方向のスペースが増えると共に、部品点数が増えることになり、生産性を悪化させてしまうことになる。

この発明の目的は、生産性を向上することができる軸受構造を提供することである。

この発明の他の目的は、安価に製造することができる風力発電機の主軸支持構造を提供することである。

この発明に係る軸受構造は、軌道輪と、軌道輪の軌道面上を転動する転動体と、軌道輪の幅方向に所定の隙間を開けて配置され、軌道輪と相対回転を行なう周辺部材とを備える。ここで、軌道輪の幅方向の端面には、凹部または凸部が設けられており、周辺部材には、凹部または凸部に対面してラビリンス構造を形成する凸部または凹部が設けられている。

このように構成することにより、軌道輪の幅方向の端面に設けられた凹部または凸部と、周辺部材に設けられた凸部または凹部によってラビリンス構造を形成する。そうすると、部品点数を少なくして、ラビリンス構造を形成することができる。また、スリンガ等を設ける幅方向のスペースやスリンガ等を組込む工程等を省略することができる。したがって、生産性を向上することができる。

好ましくは、軌道輪は、内輪であって、周辺部材は、ハウジングに固定されて軸受の端面を覆う蓋部材である。こうすることにより、軸受の端面を覆う蓋部材を利用して、ラビリンス構造を形成することができる。

また、軌道輪は、内輪であって、周辺部材は、転動体を保持する保持器の一部で構成されていてもよい。こうすることにより、転動体を保持する保持器の一部を利用して、ラビリンス構造を形成することができる。そうすると、さらに部品点数を少なくすることができる。

さらに好ましくは、ラビリンス構造を形成する部分には、潤滑剤が介在している。こうすることにより、軸受内部の密封性を向上させることができる。

さらに好ましくは、潤滑剤は、熱硬化性樹脂を含む。また、潤滑剤は、発泡潤滑剤を含んでいてもよい。このような潤滑剤は、保持力が高く、長期間密封性を維持することができる。

この発明の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軸受構造とを備える。軸受構造は、軌道輪と、軌道輪の軌道面上を転動する転動体と、軌道輪の幅方向に所定の隙間を開けて配置され、軌道輪と相対回転を行なう周辺部材とを備える。軌道輪の幅方向の端面には、凹部または凸部が設けられており、周辺部材には、凹部または凸部に対面してラビリンス構造を形成する凸部または凹部が設けられている。

このような風力発電機の主軸支持構造は、生産性を向上した軸受構造を含むため、安価に製造することができる。

この発明によれば、軌道輪の幅方向の端面に設けられた凹部または凸部と、周辺部材に設けられた凸部または凹部によってラビリンス構造を形成する。そうすると、部品点数を少なくして、ラビリンス構造を形成することができる。また、スリンガ等を設ける幅方向のスペースやスリンガ等を組込む工程等を省略することができる。したがって、生産性を向上することができる。

また、このような風力発電機の主軸支持構造は、生産性を向上した軸受構造を含むため、安価に製造することができる。

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１は、この発明の一実施形態に係る軸受構造３１の一部を示す断面図であり、軸受構造３１に含まれる自動調心ころ軸受１１の回転中心軸（図示せず）を含む平面で切断した場合を示す。図２は、図１に示す軸受構造３１に含まれる自動調心ころ軸受１１を、図１中のＩＩ―ＩＩで切断した場合の断面図である。

図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係る軸受構造３１の構成について説明する。軸受構造３１は、複列の自動調心ころ軸受１１と、自動調心ころ軸受１１の外径側に配置されるハウジング３３と、ハウジング３３の幅方向の両側に配置される２つの蓋部材３２ａ、３２ｂとを含む。周辺部材となる蓋部材３２ａ、３２ｂは、円板状であり、自動調心ころ軸受１１の両端面を覆うように配置される。また、蓋部材３２ａ、３２ｂは、自動調心ころ軸受１１に含まれる内輪１２の幅方向に所定の隙間を開けて配置される。ハウジング３３は、他部材（図示せず）に固定されており、蓋部材３２ａ、３２ｂは、ハウジング３３に固定されている。自動調心ころ軸受１１に含まれ、回転軸（図示せず）に固定される内輪１２は、ハウジング３３および蓋部材３２ａ、３２ｂに対して相対回転を行なう。

次に、自動調心ころ軸受１１の構成について説明する。自動調心ころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に複列で配置される複数の球面ころ１４ａ、１４ｂと、複数の球面ころ１４ａ、１４ｂをそれぞれ保持する保持器１５ａ、１５ｂとを備える。

内輪１２は、回転軸の外周側に組み込まれる。内輪１２の外径側には、２列の球面状の軌道面１８、１９が設けられている。球面ころ１４ａ、１４ｂは、各軌道面１８、１９上を転動する。内輪１２の幅方向両端部には、外径側、すなわち、図１中の矢印Ｉの方向に延びる小鍔１６ａ、１６ｂが設けられている。また、内輪１２のうち、複列の軌道面１８、１９の軸方向の間には、外径側に延びる中鍔１７が設けられている。

外輪１３の内径側には、内輪１２と同様に、球面状の軌道面２０が設けられている。軌道面２０は、軸受中心を中心とする球面状である。したがって、軸受稼動時において外輪１３が傾いた場合でも、球面ころ１４ａ、１４ｂは軌道面２０上を、適切に、すなわち、軌道面２０に球面ころ１４ａ、１４ｂが片当りすることなく転動することができる。

内輪１２は、回転中心軸を含む平面で切断した形状の２つの分割内輪部材１２ａ、１２ｂを締結することにより形成される。２つの分割内輪部材１２ａ、１２ｂは、それぞれの軌道面１８ａ、１８ｂが連なるように配置され、締結される。この場合、分割内輪部材１２ａ、１２ｂは、周方向に隣合うことになる。２つの分割内輪部材１２ａ、１２ｂは、例えば、小鍔１６ａ、１６ｂや中鍔１７の外径側に締付け輪（図示せず）等を備え、これを内径側に締付けることにより締結される。こうすることにより、自動調心ころ軸受１１の組込み性を良好にすることができる。

また、外輪１３についても、２つの分割外輪部材１３ａ、１３ｂを締結することにより形成される。この場合も、２つの分割外輪部材１３ａ、１３ｂは、周方向に隣合うことになる。

ここで、分割内輪部材１２ａの幅方向の端面２１ａ、２１ｂには、軸受内側に凹む凹部２２ａ、２２ｂが設けられている。凹部２２ａ、２２ｂは、溝状であり、周方向に連なるように円弧状に延びた形状である。分割内輪部材１２ｂにも同様に凹部が設けられている。分割内輪部材１２ａ、１２ｂが組み込まれた際には、それぞれの部材に設けられた凹部２２ａ、２２ｂは、環状に連なる。上記した蓋部材３２ａ、３２ｂのうち、凹部２２ａ、２２ｂに対面する位置には、蓋部材３２ａ、３２ｂの面３４ａ、３４ｂから分割内輪部材１２ａ、１２ｂ側に突出する凸部３５ａ、３５ｂが設けられている。蓋部材３２ａ、３２ｂを組み込んだ際には、凹部２２ａと凸部３５ａ、凹部２２ｂと凸部３５ｂはそれぞれ、ラビリンス構造を形成する。

このように構成することにより、内輪１２を構成する分割内輪部材１２ａ、１２ｂの幅方向の端面２１ａ、２１ｂに設けられた凹部２２ａ、２２ｂと、蓋部材３２ａ、３２ｂに設けられた凸部３５ａ、３５ｂを利用して、ラビリンス構造を形成する。そうすると、ラビリンス構造を形成する際に、スリンガ等の部材を設ける必要がなくなり、軸受構造３１の部品点数を少なくすることができる。また、スリンガを設ける幅方向のスペースやスリンガを組込む工程等を省略することができる。したがって、軸受構造３１の生産性が良好になる。

この場合、自動調心ころ軸受１１の端面を覆う蓋部材３２ａ、３２ｂに凸部３５ａ、３５ｂを設けているため、蓋部材３２ａ、３２ｂを利用して、ラビリンス構造を形成することができる。

なお、ラビリンス構造を形成する部分には、潤滑剤を介在させるようにしてもよい。ハウジング３３および蓋部材３２ａ、３２ｂは、固定されており、これらに対して、内輪１２は、相対回転を行なう。ここで、ラビリンス構造を形成する部分、すなわち、凹部２２ａ、２２ｂと凸部３５ａ、３５ｂの間に潤滑剤を介在させることにより、軸受内部の密封性を向上させることができる。

この場合、潤滑剤は、発泡潤滑剤を含んでいてもよいし、熱硬化性樹脂を含んでいてもよい。発泡潤滑剤は、例えば、潤滑成分と、分子内に水酸基を有する液状ゴムと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物を発泡、硬化させてなる発泡固形潤滑剤をいう。このような発泡潤滑剤や熱硬化性樹脂は、ラビリンス構造の形状に合せて介在させることができ、また、潤滑成分の保持力が優れているため、長期間密封性を維持することができる。

なお、上記の実施の形態においては、内輪の幅方向の端面に設けた凹部と、蓋部材に設けた凸部との間でラビリンス構造を形成することにしたが、これに限らず、内輪と、軸受部材である保持器の一部との間でラビリンス構造を形成することにしてもよい。

図３は、この場合における軸受構造の一部を示す断面図である。図３を参照して、軸受構造４１は、内輪４２と、外輪４３と、球面ころ４４と、球面ころ４４を保持する保持器４５とを備える。内輪４２の幅方向の端面４６には、凹部４７が設けられている。周辺部材としての保持器４５の一部には、内径側に延び、軸受内部を覆うように形成される蓋部４８が設けられている。蓋部４８の内側の面４９には、凹部４７に対面してラビリンス構造を形成する凸部５０が設けられている。こうすることにより、保持器４５の一部を利用して、ラビリンス構造を形成することができる。そうすると、さらに部品点数を少なくすることができる。

なお、上記の実施の形態においては、内輪の幅方向の端面に凹部を設けてラビリンス構造を形成することにしたが、これに限らず、外輪の幅方向の端面に凹部を設け、凸部を設けた周辺部材との間でラビリンス構造を形成することにしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、内輪の幅方向の両側にラビリンス構造を形成することにしたが、これに限らず、内輪の幅方向のいずれか一方側にラビリンス構造を形成する構成としてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、内輪または外輪の幅方向の端面に凹部を設け、凹部に対面してラビリンス構造を形成する凸部を周辺部材に設けることにしたが、これに限らず、内輪または外輪の幅方向の端面に凸部を設け、凸部に対面してラビリンス構造を形成する凹部を周辺部材に設けることにしてもよい。

図４および図５は、この発明の一実施形態に係る軸受構造を主軸支持軸受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軸受構造であって、軌道輪と、軌道輪の軌道面上を転動する転動体と、軌道輪の幅方向に所定の隙間を開けて配置され、軌道輪と相対回転を行なう周辺部材とを備える。軌道輪の幅方向の端面には、凹部または凸部が設けられており、周辺部材には、凹部または凸部に対面してラビリンス構造を形成する凸部または凹部が設けられている。

このような風力発電機の主軸支持構造は、生産性を向上した軸受構造を含むため、安価に製造することができる。

なお、上記の実施の形態においては、回転中心軸を含む平面で内輪を２つに分割した形状の分割内輪部材から内輪が形成されることにしたが、これに限らず、例えば、回転中心軸と直交する平面で内輪を２つに分割した形状の分割内輪部材から内輪が形成される構成としてもよい。さらに、２つ以上に分割してもよいし、複数の方向に分割された形状であってもよい。さらに、分割されていない一体形のものについても適用される。

また、上記の実施の形態においては、転動体として、球面ころを使用することにしたが、これに限らず、円錐ころや円筒ころ、玉等の他の転動体であってもよい。さらに、上記した自動調心ころ軸受は、複列であったが、単列の自動調心ころ軸受にも適用される。

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。

この発明に係る軸受構造は、良好な生産性が要求される場合に、有効に利用される。

この発明に係る風力発電機の主軸支持構造は、安価な製造が要求される場合に、有効に利用される。

この発明の一実施形態に係る軸受構造の一部を示す断面図である。 図１に示す軸受構造に含まれる自動調心ころ軸受を図１中のＩＩ−ＩＩで切断した場合の断面図である。 この発明の他の実施形態に係る軸受構造の一部を示す断面図である。 この発明に係る軸受構造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４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。 風力発電機の主軸に使用される自動調心ころ軸受の概略断面図である。 従来におけるラビリンス構造を有する自動調心ころ軸受の一部を示す断面図である。

符号の説明

１１ 自動調心ころ軸受、１２，４２ 内輪、１２ａ，１２ｂ 分割内輪部材、１３，４３ 外輪、１３ａ，１３ｂ 分割外輪部材、１４ａ，１４ｂ，４４ 球面ころ、１５ａ，１５ｂ，４５ 保持器、１６ａ，１６ｂ 小鍔、１７ 中鍔、１８，１８ａ，１８ｂ，１９，２０ 軌道面、２１ａ，２１ｂ，４６ 端面、２２ａ，２２ｂ，４７ 凹部、３１，４１ 軸受構造、３２ａ，３２ｂ 蓋部材、３３ ハウジング、３４ａ，３４ｂ，４９ 面、３５ａ，３５ｂ，５０ 凸部、４８ 蓋部、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 (7)

1. 軌道輪と、
   前記軌道輪の軌道面上を転動する転動体と、
   前記軌道輪の幅方向に所定の隙間を開けて配置され、前記軌道輪と相対回転を行なう周辺部材とを備える軸受構造であって、
   前記軌道輪の幅方向の端面には、凹部または凸部が設けられており、
   前記周辺部材には、前記凹部または前記凸部に対面してラビリンス構造を形成する凸部または凹部が設けられている、軸受構造。
2. 前記軌道輪は、内輪であって、
   前記周辺部材は、ハウジングに固定されて軸受の端面を覆う蓋部材である、請求項１に記載の軸受構造。
3. 前記軌道輪は、内輪であって、
   前記周辺部材は、前記転動体を保持する保持器の一部で構成されている、請求項１に記載の軸受構造。
4. 前記ラビリンス構造を形成する部分には、潤滑剤が介在している、請求項１〜３のいずれかに記載の軸受構造。
5. 前記潤滑剤は、熱硬化性樹脂を含む、請求項４に記載の軸受構造。
6. 前記潤滑剤は、発泡潤滑剤を含む、請求項４または５に記載の軸受構造。
7. 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軸受構造とを備える風力発電機の主軸支持構造であって、
   前記軸受構造は、軌道輪と、前記軌道輪の軌道面上を転動する転動体と、前記軌道輪の幅方向に所定の隙間を開けて配置され、前記軌道輪と相対回転を行なう周辺部材とを備え、
   前記軌道輪の幅方向の端面には、凹部または凸部が設けられており、前記周辺部材には、前記凹部または前記凸部に対面してラビリンス構造を形成する凸部または凹部が設けられている、風力発電機の主軸支持構造。

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