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JP2009063100A - 転がり軸受 - Google Patents

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JP2009063100A
JP2009063100A JP2007231928A JP2007231928A JP2009063100A JP 2009063100 A JP2009063100 A JP 2009063100A JP 2007231928 A JP2007231928 A JP 2007231928A JP 2007231928 A JP2007231928 A JP 2007231928A JP 2009063100 A JP2009063100 A JP 2009063100A
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JP2007231928A
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Takehiko Umemoto
武彦 梅本
Yosuke Oya
洋右 大矢
Takeshi Maeda
剛 前田
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

【課題】内輪が軸方向に分割されている転がり軸受において、内輪を適切に締結可能な転がり軸受を提供することである。
【解決手段】自動調心ころ軸受31は、円弧形状の内輪部材33,34を円周方向に複数連ねて形成される内輪32と、内輪32に沿って配置される複数の球面ころ36と、複数の軌道部材33,34を連結する締結部材37とを備え、隣接する内輪部材33,34それぞれの円周方向端面には、互いに対面する位置に隣接する軌道部材33,34の当接面に沿う方向に突出する一対の凸壁33b,34bが形成されており、締結部材37は、一対の凸壁33b,34bを円周方向に跨いで位置するベース部37aと、ベース部37aの両端部から凸壁33b,34bの突出方向と逆方向に突出して、一対の凸壁33b,34bを円周方向の両側から挟持する一対の係止部37b,37cとを有する。
【選択図】図1

Description

この発明は、転がり軸受、特に分割軌道輪を有する転がり軸受に関するものである。
自動調心ころ軸受は、風力発電機や鉄鋼・転炉設備等の低速・重荷重環境下で使用される軸受として採用されている。なお、上記の用途で使用される自動調心ころ軸受は大形であることが多いので、補修時の軸受交換には多くの作業工数と多額の費用が必要となる。そこで、鉄鋼・転炉設備等に採用される自動調心ころ軸受が、例えば、特開2002−139032号公報(特許文献1)に記載されている。
同公報に記載されている自動調心ころ軸受は、補修交換を容易にするために内外輪を回転軸線に平行な平面で分割(「軸方向に分割」という)している。さらに、内輪の軸方向両端部から張り出した嵌合部に締付輪を嵌合し、ボルトで締め付けることによって内輪を結合一体化していると記載されている。これにより、ギヤボックス等の周辺部品を撤去することなく、軸受のみを交換することが可能となる。
風力発電機の主軸支持用軸受も鉄鋼・転炉設備等と同様に、軸受の交換には多くの作業工数と多額の費用が必要となる。さらに、軸受交換時にブレードやナセルを地上に降ろす必要があるので、広大な敷地を確保することも必要である。
特開2002−139032号公報
そこで、上記構成の自動調心ころ軸受を風力発電機の主軸支持用軸受として採用する場合、軸受ハウジングには通常より大きな軸方向スペースが必要となる。しかし、風力発電機はナセル内部のスペースが限られているので、上記構成の自動調心ころ軸受をそのまま適用することができない。
さらに、上記構成の自動調心ころ軸受は、軸受本来の構成要素に加えて、締結輪、ボルト、座金、および廻り止め等の多くの部品が必要であり、軸受の交換作業をさらに困難なものにしている。
そこで、この発明の目的は、内輪が軸方向に分割されている転がり軸受において、内輪を適切に締結可能な転がり軸受を提供することである。
この発明に係る転がり軸受は、円弧形状の軌道部材を円周方向に複数連ねて形成される軌道輪と、軌道輪に沿って配置される複数の転動体と、複数の軌道部材を連結する締結部材とを備える。隣接する軌道部材それぞれの円周方向端面には、互いに対面する位置に隣接する軌道部材の当接面に沿う方向に突出する一対の凸壁が形成されている。締結部材は、一対の凸壁を円周方向に跨いで位置するベース部と、ベース部の両端部から凸壁の突出方向と逆方向に突出して、一対の凸壁を円周方向の両側から挟持する一対の係止部とを有する。
これにより、軌道部材の突合部分に隙間が生じるのを有効に防止することができる。また、軌道部材を締結するために軸方向の張出部等を設ける必要がないので、転がり軸受をコンパクト化することが可能となる。
好ましくは、凸壁と係止部との間に位置し、隣接する軌道部材を近づける方向に付勢する差込部材をさらに備える。これにより、隣接する軌道部材を強固に連結することができ、軌道部材の突合部分に生じる隙間を限りなく0に近づけることができる。
一実施形態として、差込部材は、挿入方向に向かって細くなるように傾斜する傾斜面を有する。係止部は、差込部材の挿入方向に向かって太くなるように傾斜する傾斜面を有する。そして、差込部材と係止部とは、互いの傾斜面を対面させて配置される。
さらに好ましくは、差込部材は、凹溝の一方側端部から挿入される第1の差込部材と、他方側端部から挿入される第2の差込部材とを含む。差込部材を凹溝の両端部から挿入することにより、軌道面の全域で隙間の発生を防止することができる。
一実施形態として、差込部材は、第1および第2の差込部材を相互に連結する連結部材をさらに有する。他の実施形態として、第1および第2の差込部材は、それぞれ挿入方向に向かって細くなるように傾斜する傾斜面を有し、互いの傾斜面を対面させて配置される。
好ましくは、一対の凸壁は、それぞれ軌道輪の転動体と接する面と反対の面から径方向に向かって突出すると共に、突出方向に向かって太くなるように傾斜する傾斜面を有する。そして、一方側の凸壁の傾斜面に対面する係止部の壁面、および他方側の凸壁の傾斜面に対面する差込部材の壁面は、それぞれ傾斜面に沿って傾斜している。これにより、軌道面(「軌道輪の転動体と接する面」を指す)に隙間が生じるのを有効に防止することができる。
一実施形態として、凸壁は軌道部材の幅方向全域に延在する突条である。他の実施形態として、軌道輪は複列の軌道面を有する。そして、凸壁は軌道部材の径方向全域に延在する突条である。
好ましくは、軌道部材の円周方向端面には凹部が設けられている。そして、凸壁は凹部の内壁面から突出する。これにより、軌道輪に接する周辺部材(軸、またはハウジングを指す)に凸壁を受け入れる凹部を設ける必要がなくなる。
この発明によれば、分割軌道輪を適切に締結可能な転がり軸受を得ることができる。
図9および図10を参照して、この発明の一実施形態に係る主軸支持構造を採用した風力発電機11を説明する。風力発電機11は、支持台12と、旋回座軸受13と、ナセル14と、ブレード15と、主軸16と、増速機17と、発電機18と、軸受ハウジング19と、主軸支持用軸受としての自動調心ころ軸受31と、旋回用モータ20と、減速機21とを備える。
ナセル14は、支持台12の上に旋回座軸受13を介して設置されており、旋回用モータ20および減速機21によって水平旋回自在となっている。また、風力発電機11の主要部品である主軸16、増速機17、発電機18、自動調心ころ軸受31、旋回用モータ20、および減速機21等を収容するハウジングとして機能する。
ブレード15は、主軸16の一端に固定されて風を受けて回転する。主軸16は、一端がブレード15に他端が増速機17それぞれに接続されると共に、軸受ハウジング19に組み込まれた自動調心ころ軸受31によって回転自在に支持されている。そして、ブレード15の回転を増速機17を介して発電機18に伝達する。
自動調心ころ軸受31には、ブレード15が受ける風力等によって大きなアキシアル荷重が負荷されると共に、ブレード15の自重等によって大きなラジアル荷重が負荷される。
そこで、このような環境で使用される主軸支持用軸受として、図1〜図3に示すような自動調心ころ軸受31を採用する。なお、図1はこの発明の一実施形態に係る転がり軸受としての自動調心ころ軸受31を示す図、図2は図1の矢印IIの方向から見た部分矢視図、図3は図1のIII−IIIにおける断面図である。
図1〜図3を参照して、自動調心ころ軸受31は、軌道輪としての内輪32と、外輪35と、内輪32および外輪35の間に配置される転動体としての複数の球面ころ36と、隣接する球面ころ36の間隔を保持する保持器36aと、締結部材37と、第1および第2の差込部材38,39とを備える。
内輪32は、軌道部材としての円弧形状の内輪部材33,34を円周方向に連ねて形成されている。また、隣接する内輪部材33,34の当接面は、自動調心ころ軸受31の回転軸線に平行な平面である。さらに、内輪32の外径面には、軸方向中央部に中鍔32aと、軸方向両端部に一対の外鍔32b,32cと、中鍔32aと外鍔32bとの間および中鍔32aと外鍔32cとの間にそれぞれ内側軌道面32d,32eとが形成されている。
内輪部材33の円周方向端面には、凹部33aと、凹部33aの内壁面から径方向内側に突出する凸壁33bとが形成されている。同様に、内輪部材34の円周方向端面にも凹部34aと、凸壁34bとが設けられている。これらの形状は共通するので、以下、内輪部材33についてのみ説明する。
この実施形態において、凹部33aは内輪部材33の内径面の幅方向全域に設けられる凹溝である。同様に、凸壁33bは、内輪部材33の幅方向全域に延在する突条である。なお、凸壁33b,34bは、互いに対面する位置に設けられている。また、凸壁33bの厚み寸法は、内輪部材33の軸方向端部から軸方向中央部に向かって徐々に大きくなっている。
外輪35は、内輪32と同様に、円弧形状の外輪部材(図示せず)を円周方向に連ねて形成さている。また、外輪35の内径面には球面の一部を構成する外側軌道面35cが形成されている。このように、内輪32および外輪35を軸方向に分割すれば、主軸16に径方向から組み込み可能となる。
締結部材37は、一対の凸壁33b,34bを円周方向に跨いで位置するベース部37aと、ベース部37aの両端部から凸壁33b,34bの突出方向と逆方向(径方向外側)に突出して、一対の凸壁33b,34bを円周方向両側から挟持する一対の係止部37b,37cとを有する断面コの字型の部材である。
この締結部材37は、凹溝のほぼ全域で凸壁33b,34bを保持する。そして、凸壁33bと係止部37bとの間の隙間は、内輪32の幅方向端部から幅方向中央部に向かって徐々に小さくなっている。
第1および第2の差込部材38,39は、それぞれ凸壁33bと係止部37bとの間に位置し、隣接する内輪部材33,34を近づける方向に付勢する。具体的には、傾斜面38a,39aを有し、凸壁33bと係止部37bとの間の隙間に沿うように挿入方向に向かって細くなる楔形状の部材である。また、挿入方向に貫通するボルト穴38b,39bが形成されている。
そして、第1の差込部材38は凹部33aの軸方向一方側端部(図1の右側)から、第2の差込部材39は凹部33aの軸方向他方側端部(図1の左側)からそれぞれから挿入され、ボルト40をボルト穴38b,39bに螺合させて連結されている。
上記構成のように、一対の凸壁33b,34bを締結部材37で挟持することにより、隣接する内輪部材33,34を適切に締結することができる。また、凸壁33bと係止部37bとの間に差込部材38,39を挿入したことにより、内輪部材33,34の突合部分に隙間が生じるのを有効に防止することができる。さらに、差込部材38,39を凹部33aの軸方向一方側および他方側端部からそれぞれ挿入し、両者をボルト40によって連結することにより、内側軌道面32d,32eの隙間を幅方向全域で均一にすることができる。
なお、上記の実施形態において、差込部材38,39を凸壁33bと係止部37bとの間に配置した例を示したが、これに限ることなく、凸壁34bと係止部37cとの間に配置してもよい。さらには、凸壁33bと係止部37bとの間、および凸壁34bと係止部37cとの間の両方に配置してもよい。
また、上記の実施形態において、内輪32を2つの内輪部材33,34で構成した例を示したが、これに限ることなく、3つ以上の内輪部材を円周方向に連ねて形成してもよい。また、複数の内輪部材の中心角は同じであってもよいし、各々異なっていてもよい。これは、外輪35を複数の外輪部材で構成する場合にも同様に当てはまる。
次に、図4を参照して、自動調心ころ軸受31の変形例を説明する。なお、図4は自動調心ころ軸受31の変形例を示す図であって、図3に対応する図である。また、共通の構成要素には図1〜図3と同一の参照番号を付し、説明は省略する。
図4に示す凸壁43bの厚み寸法は、内輪部材43の幅方向全域において同一となっている。すなわち、凸壁43bと凸壁43bに対面する凹部43aの壁面との間の隙間は、内輪部材43の幅方向全域で同一となっている。凸壁44bについても同様である。
次に、図4に示す締結部材47において、差込部材38,39に対面する係止部47cの壁面は傾斜面47d,47eとなっている。つまり、係止部47cの厚み寸法は、差込部材38,39の挿入方向(幅方向内側)に向かって太くなっている。そして、差込部材38,39の傾斜面38a,39aと係止部47cの傾斜面47d,47eとを互いに対面させるように配置する。
上記構成によっても、隣接する内輪部材43,44を適切に締結することができる。なお、係止部47cに傾斜面47d,47eを設けるのは、図3に示す凸壁33bの厚み寸法を変化させるのと比較して、加工が容易である。その結果、生産性が向上する。
次に、図5を参照して、自動調心ころ軸受31の他の変形例を説明する。なお、図5は自動調心ころ軸受31の変形例を示す図であって、図3に対応する図である。また、共通の構成要素には図1〜図4と同一の参照番号を付し、説明は省略する。
図5に示す第1および第2の差込部材48,49は、それぞれ傾斜面48a,49aを有し、挿入方向に向かって細くなる楔形状となっている。そして、第1の差込部材48を内輪42の幅方向一方側端部(図5の右側)から、第2の差込部材49を内輪42の幅方向他方側端部(図5の左側)からそれぞれ挿入し、互いの傾斜面48a,49aが対面するように配置する。上記構成によっても、隣接する内輪部材43,44を適切に締結することができる。また、凸壁43b,44bの厚み寸法を同一としたことにより、生産性が向上する。
なお、上記の各実施形態においては、凸壁33b,34b,43b,44bを凹部33a,34a,43a,44aの内壁面に設けた例を示したが、この発明は上記の構成に限定されない。例えば、内輪の内径面から径方向内側に突出する一対の凸壁を締結部材で挟持してもよい。この場合、内輪の内径面に嵌まり込む軸に凸壁を受け入れる凹部を設ければよい。同様に、外輪の外径面から径方向外側に突出する一対の凸壁を締結部材で挟持してもよい。この場合、外輪を受け入れるハウジングに凸壁を受け入れる凹部を設ければよい。
また、上記の各実施形態においては、凹溝(凹部33a,34a,43a,44a)を内輪部材33,34,43,44の内径面に設けた例を示したが、これに限ることなく、任意の位置に設けることができる。例えば、内輪部材の軸方向一方側端面から軸方向他方側端面に貫通する貫通孔であってもよい。または、図6および図7に示すように、複列の内側軌道面の間から径方向に延びる凹溝であってもよい。
次に、図6および図7を参照して、自動調心ころ軸受31のさらに他の変形例を説明する。なお、図6は自動調心ころ軸受31の変形例を示す図であって、内輪部材53,54の突合部分を径方向外側から見た図、図7は図6のVII−VIIにおける断面図である。また、共通の構成要素には図1〜図5と同一の参照番号を付し、説明は省略する。
図6および図7に示す内輪部材53,54は、複列の内側軌道面32d,32eの間、すなわち中鍔32aの外径面から径方向内側に向かって延びる一対の凹部53a,54aと、凹部53a,54aの内壁面から軸方向に突出する一対の凸壁53b,54bとを有する。具体的には、凹部53a,54aは、内輪部材53,54の径方向全域に延在する凹溝である。同様に、凸壁53b,54bは、内輪部材53,54の径方向全域に延在する突条である。
そして、凹溝(凹部53a,54a)に締結部材37を挿入し、係止部37bと凸壁53bとの間に径方向外側から第2の差込部材49を,次に第1の差込部材48をそれぞれ挿入する。上記構成とすれば、内輪部材53,54の突合部分の幅方向中央部に隙間が生じるのを有効に防止することができる。
なお、この実施形態においては、中鍔32aの位置に凹部53a,54aを設けた例を示したが、この発明は、複列の内側軌道面の間に中鍔を有しない内輪にも適用することができる。すなわち、複列の内側軌道面の間に凹部を設け、締結部材および差込部材を配置すれば、図6および図7に示す実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、複列の内側軌道面の間に球面ころの回転を案内する案内輪を配置してもよい。さらには、中鍔32aに限らず、外鍔32b,32cにこの発明を適用してもよい。
また、この実施形態においては、図5と同じ構成の差込部材48,49を採用した例を示したが、これに限ることなく、図1〜図4と同じ構成の差込部材38,39を採用しても、この発明の効果を得ることができる。同様に、図3に示す締結部材37に代えて図4に示す締結部材47を採用してもよい。
さらに、図1〜図5に示したような軸方向に延びる突条(凸壁33b,34b,43b,44b)と、図6および図7に示したような径方向に延びる突条(凸壁53b,54b)との両方を有する内輪部材であってもよい。これにより、隣接する内輪部材をさらに適切に連結することができる。
次に、図8を参照して、自動調心ころ軸受31のさらに他の変形例を説明する。なお、図8は自動調心ころ軸受31の変形例を示す図であって、図2に対応する図である。また、共通の構成要素には図1〜図5と同一の参照番号を付し、説明は省略する。
図8を参照して、凸壁63b,64bは、内輪部材63,64の内径面(軌道面と反対側の面)から径方向内側に突出している。差込部材68に対面する凸壁63bの壁面には、凸壁63bの突出方向(径方向内側)に向かって太くなるように傾斜する傾斜面63cが設けられている。同様に、係止部67cに対面する凸壁64bの壁面には、凸壁64bの突出方向(径方向内側)に向かって太くなるように傾斜する傾斜面64cが設けられている。
一方、傾斜面63cに対面する差込部材68の壁面は、傾斜面63cに沿って傾斜する傾斜面68cとなっている。同様に、傾斜面64cに対面する係止部67cの壁面は、傾斜面64cに沿って傾斜する傾斜面67dとなっている。
上記構成とすれば、締結部材67および差込部材68の相互作用によって、内輪部材63,64を互いに近づける方向だけでなく、凸壁63b,64bを径方向内側に引っ張る方向に力が加わる。その結果、内輪部材63,64の外径面、すなわち内側軌道面32d,32eに隙間が生じるのを有効に防止することができる。
なお、図8に示す実施形態においては、係止部67cの内側の壁面を傾斜面67dとした例を示したが、これに限ることなく、係止部67cを凸壁64bの傾斜面64cに沿うように内側に折り曲げてもよい。これにより、締結部材67の生産性がさらに向上する。また、図8に示す実施形態は、図1〜図5に示す各実施形態と組み合わせることによって、相乗効果が期待できる。
上記の各実施形態においては、隣接する内輪部材33,34,43,44,53,54,63,64を締結した例を示したが、これに限ることなく、隣接する外輪部材を締結する場合にもこの発明を適用することができる。なお、図8に示す実施形態を外輪に適用する場合には、外輪部材の外径面(外側軌道面と反対の面)から径方向外側に突出する凸壁を設ければよい。
また、上記の各実施形態においては、風力発電機11の主軸16を支持する転がり軸受として自動調心ころ軸受31の例を示したが、これに限ることなく、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、および4点接触玉軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、軌道面が単列であるか複列であるかを問わず、内輪が軸方向に分割されているあらゆる転がり軸受を採用することができる。
さらに、上記の実施形態においては、風力発電機の主軸支持構造にこの発明を適用した例を示したが、これに限ることなく、この発明は他の用途に使用される転がり軸受にも適用することが可能である。
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。
この発明は、分割軌道輪を有する転がり軸受に有利に利用される。
この発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す図である。 図1の矢印IIの方向から見た部分矢視図である。 図1のIII−IIIにおける断面図である。 図1の転がり軸受の変形例を示す図であって、図3に対応する図である。 図1の転がり軸受の他の変形例を示す図であって、図3に対応する図である。 図1の転がり軸受のさらに他の変形例を示す図であって、内輪部材の突合部分を径方向外側から見た図である。 図6のVII−VIIにおける断面図である。 図1の転がり軸受のさらに他の変形例を示す図であって、図2に対応する図である。 この発明の一実施形態に係る主軸支持構造を採用した風力発電機を示す図である。 図9に示す風力発電機の図解的側面図である。
符号の説明
11 風力発電機、12 支持台、13 旋回座軸受、14 ナセル、15 ブレード、16 主軸、17 増速機、18 発電機、19 軸受ハウジング、20 旋回モータ、21 減速機、31 自動調心ころ軸受、32,42,52,62 内輪、32a 中鍔、32b,32c 外鍔、32d,32e 内側軌道面、33,34,43,44,53,54,63,64 内輪部材、33a,34a,53a,54a 凹部、33b,34b,43b,44b,53b,54b,63b,64b 凸壁、35 外輪、35c 外側軌道面、36 球面ころ、36a 保持器、37,47,67 締結部材、37a,67a ベース部、37b,37c,47b,47c,67b,67c 係止部、38,39,48,49,68 差込部材、38b,39b ボルト穴、38a,39a,48a,49a,47d,47e,63c,64c,67d,68c 傾斜面。

Claims (10)

  1. 円弧形状の軌道部材を円周方向に複数連ねて形成される軌道輪と、
    前記軌道輪に沿って配置される複数の転動体と、
    前記複数の軌道部材を連結する締結部材とを備え、
    隣接する前記軌道部材それぞれの円周方向端面には、互いに対面する位置に隣接する前記軌道部材の当接面に沿う方向に突出する一対の凸壁が形成されており、
    前記締結部材は、前記一対の凸壁を円周方向に跨いで位置するベース部と、前記ベース部の両端部から前記凸壁の突出方向と逆方向に突出して、前記一対の凸壁を円周方向の両側から挟持する一対の係止部とを有する、転がり軸受。
  2. 前記転がり軸受は、前記凸壁と前記係止部との間に位置し、隣接する前記軌道部材を近づける方向に付勢する差込部材をさらに備える、請求項1に記載の転がり軸受。
  3. 前記差込部材は、挿入方向に向かって細くなるように傾斜する傾斜面を有し、
    前記係止部は、前記差込部材の挿入方向に向かって太くなるように傾斜する傾斜面を有し、
    前記差込部材と前記係止部とは、互いの前記傾斜面を対面させて配置される、請求項2に記載の転がり軸受。
  4. 前記差込部材は、前記凹溝の一方側端部から挿入される第1の差込部材と、他方側端部から挿入される第2の差込部材とを含む、請求項2または3に記載の転がり軸受。
  5. 前記差込部材は、前記第1および第2の差込部材を相互に連結する連結部材をさらに有する、請求項4に記載の転がり軸受。
  6. 前記第1および第2の差込部材は、それぞれ挿入方向に向かって細くなるように傾斜する傾斜面を有し、互いの前記傾斜面を対面させて配置される、請求項4に記載の転がり軸受。
  7. 前記一対の凸壁は、それぞれ前記軌道輪の前記転動体と接する面と反対の面から径方向に向かって突出すると共に、突出方向に向かって太くなるように傾斜する傾斜面を有し、
    一方側の前記凸壁の傾斜面に対面する前記係止部の壁面、および他方側の前記凸壁の傾斜面に対面する前記差込部材の壁面は、それぞれ前記傾斜面に沿って傾斜している、請求項2〜6のいずれかに記載の転がり軸受。
  8. 前記凸壁は、前記軌道部材の幅方向全域に延在する突条である、請求項1〜7のいずれかに記載の転がり軸受。
  9. 前記軌道輪は、複列の軌道面を有し、
    前記凸壁は、前記軌道部材の径方向全域に延在する突条である、請求項1〜6のいずれかに記載の転がり軸受。
  10. 前記軌道部材の円周方向端面には、凹部が設けられており、
    前記凸壁は、前記凹部の内壁面から突出する、請求項1〜9のいずれかに記載の転がり軸受。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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