JP2012154036A - 旋回軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工工数等の低減を行って製作コストを低減を図ると共に、構成部品の軽量化を図ることができる旋回軸受を提供する。
【解決手段】 この旋回軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内外輪１，２の軌道溝１ａ，２ａ間に転動自在に設けられる転動体３とを備える。内輪１の内周面の円周方向の一部のみ、または外輪２の外周面の円周方向の一部のみに、歯車６を設けた。軌道輪の周面の円周方向の一部のみに歯車６を設けると、軌道輪の周面の円周方向の他の部分に歯車を加工するための加工工数を低減できる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、例えば、風力発電装置のブレード旋回部等に使用される旋回軸受に関する。

旋回軸受は、一般にピニオンで駆動されるため、軸受の外輪外径に外歯車もしくは内輪内径に内歯車が一体に設けられている（特許文献１〜３）。油圧ショベルやクレーンの旋回軸受は、基本揺動運動にて使用されるが、３６０度全旋回する場合もあるため、歯車は軌道輪全周に渡って設ける必要がある。
一方、風力発電装置の翼の旋回軸受は、風速に合わせて翼の角度を調整する際に運転される。風速が低すぎたり風速が高すぎるため発電できない場合は、旋回軸受により翼を倒して風を逃がす。前記旋回軸受はこのような動作を繰り返すため、円周上９０度程度の揺動運動となる。また前記外歯車または内歯車に噛合するピニオンは、一般に円周上１個設けられる。駆動モータの駆動力が、モータ軸に付設される前記１個のピニオンを介して内歯車（または外歯車）に伝達され旋回軸受は旋回駆動される。

特開２００５−３０８０９１号公報 実公平６−２４４３９号公報 特開２００４−１６２４８４号公報

前述のように旋回軸受は円周上９０度程度の揺動運動となるため、残りの２７０度程度の歯車はピニオンと噛み合うことも無い。このため、機能面では全周に渡って歯車は必要ないが、全周面を歯切り加工することにより、加工工数が増えコストアップに繋がることが考えられる。また、歯車に熱処理する場合のコストも含めると、更なる過剰スペックとなる。

風車の構造面から考えると、各コンポーネントの軽量化が全体剛性および強度を向上させることに繋がる有効な手段であるが、噛み合いしない（機能上不要な）箇所に歯車の仕様を付与することにより軸受質量が増加し、全体構造の剛性および強度にも影響を及ぼす。さらに、噛み合いしない箇所については、経年後の錆に対する防食処理、例えば、塗装や溶射が必要となるが、歯車のような入り組んだ形状では平坦な形状と比較し、処理工数が増える。

この発明の目的は、加工工数等の低減を行って製作コストを低減を図ると共に、構成部品の軽量化を図ることができる旋回軸受を提供することである。

この発明の旋回軸受は、内輪と、外輪と、これら内外輪の軌道溝間に転動自在に設けられる転動体とを備えた旋回軸受において、前記内輪の内周面の円周方向の一部のみ、または外輪の外周面の円周方向の一部のみに、歯車を設けたことを特徴とする。
例えば、駆動モータのモータ軸にピニオンが付設され、このピニオンに前記歯車が噛み合う。前記駆動モータの駆動力が、ピニオンを介して前記歯車に伝達され、内外輪のいずれか一方の軌道輪を他方の軌道輪に対して相対的に旋回駆動する。前記一方の軌道輪は、歯車を設けた円周方向の一部の範囲内で旋回し得る。このように軌道輪の周面の円周方向の一部のみに歯車を設けると、軌道輪の周面の円周方向の他の部分に歯車を加工するための加工工数を低減できる。また、軌道輪の周面の円周方向の他の部分に歯車を設けないため、この軌道輪の軽量化を図ることができる。

前記歯車が平歯車であっても良い。
前記内輪または外輪は、歯車が設けられる円周方向の角度を９０度以上１２０度以下としても良い。軌道輪における円周方向の残りの２４０度〜２７０度は歯車の無い仕様とすることができる。
前記内輪または外輪について、歯車が設けられる円周方向の一部の対角位置に歯車を設けても良い。

歯車の噛み合い時に必要なバックラッシを確認するため、内輪の内周面の円周方向の一部に歯車を設けるいわゆる内歯車の場合、例えば、オーバーピン径を測定し、外輪の外周面の円周方向の一部に歯車を設けるいわゆる外歯車の場合、例えば、またぎ歯厚を測定する。内歯車のオーバーピン径は、１８０度対角の歯車の歯溝に所定のピンを挿入しピン間距離（内接円径）を測定するため、歯車が設けられる円周方向の一部の対角位置に歯車を設けることで、オーバーピン径を容易に測定し得る。なお、オーバーピン径を測定するオーバーピン法は、歯車のピッチ円付近で両側歯面に接するような直径のピンとマイクロメータを用いて歯厚を測定する。またぎ歯厚を測定するまたぎ歯厚法は、平行な平面で、ある枚数の歯を挟んで測定する方法で、測定する歯車の歯数に応じて、２以上のそれぞれ決められた歯数をまたいで測定する。

前記内輪または外輪の歯車は、円周方向の複数箇所に設けられたものであっても良い。
前記内輪の内周面または外輪の外周面のうち歯車が設けられていない非歯車部は、前記歯車の歯先円直径から歯底円直径までの径方向の範囲内で内輪または外輪の周面を盗み加工したものであっても良い。この場合、軌道輪の軽量化を図り、旋回軸受の軽量化を図ることができる。

前記内輪の内周面または外輪の外周面のうち歯車のない非歯車部は、塗装を施さない未塗装部としたものであっても良い。この場合、非歯車部は、機械加工を施さないこと（いわゆる鍛造肌のまま）で錆の進行を防止でき、防食処理が不要となる。また塗装を施すための工数が削減できる。
いずれかの旋回軸受は、風車のブレードを主軸に対して、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持するものであっても良い。

この発明の旋回軸受は、内輪と、外輪と、これら内外輪の軌道溝間に転動自在に設けられる転動体とを備えた旋回軸受において、前記内輪の内周面の円周方向の一部のみ、または外輪の外周面の円周方向の一部のみに、歯車を設けたため、加工工数等の低減を行って製作コストを低減を図ると共に、構成部品の軽量化を図ることができる。

この発明の第１の実施形態に係る旋回軸受の断面図である。 同旋回軸受の平面図である。 同旋回軸受の歯車のバックラッシを確認する例を説明する図である。 この発明の他の実施形態に係る旋回軸受の平面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る旋回軸受の平面図である。 同旋回軸受の歯車のバックラッシを確認する例を説明する図である。 風力発電装置の一例の一部を切り欠いて表した斜視図である。 同風力発電装置の破断側面図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この旋回軸受は、例えば、風力発電用風車のブレードを主軸に対して、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持する軸受として使用される。但し、ブレード用に限定されるものではない。

図１に示すように、旋回軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内外輪１，２の軌道溝１ａ，２ａ間に転動自在に介在する複数の転動体３と、周方向に隣接する転動体３，３間に介在する図示外の間座と、内外輪１，２における軸受空間の軸方向の両端をそれぞれ封止する一対の弾性体製のシール部材５，５とを備える。内外輪１，２の軸受空間４にはグリースが充填され、この軸受空間４の軸方向の両端が前記シール部材５，５により密封されている。前記転動体３としてこの例ではボールが採用されている。内外輪１，２の軌道溝１ａ，２ａは、いずれも２つの曲面で構成されている。各軌道溝１ａ，２ａを構成する２つの曲面は、それぞれ転動体３としてのボールよりも曲率半径が大きく、曲率中心が互いに異なるゴシックアーチ状の断面円弧状である。各ボールは、内輪軌道溝１ａおよび外輪軌道溝２ａの前記各曲面に接点で接して４点接触する。この旋回軸受は４点接触玉軸受として構成されている。前記間座は例えば樹脂材料からなり、この間座は両側のボール接触面が、中心部に至るに従って深く凹む球面を成す凹面形状とされている。

外輪２には、複数の貫通孔２ｂが円周方向一定間隔おきに設けられる。これら貫通孔２ｂは、例えば、外輪２を支持台等に連結固定するために用いられる。内輪１にも複数の貫通孔１ｂが円周方向一定間隔おきに設けられている。各貫通孔１ｂ，２ｂは、軸受軸方向に平行に形成されている。
図２は同旋回軸受の平面図である。同図に示すように、この例では、内輪１の内周面の円周方向の一部のみに、歯車６，６を設けている。換言すれば、内輪１の内周面全周のうちの一部には、歯車が設けられていない構成となっている。歯車６は、駆動モータ７から内輪１へ旋回駆動力を伝達する手段であり、平歯車から成る。駆動モータ７は、この例では内輪１の半径方向内方に配置され、同駆動モータ７のモータ軸に付設されるピニオンに、後述する複数箇所の歯車６，６のうちの１箇所の歯車６が噛み合っている。なお、内輪１の内周面に設けた歯車６を、「内歯車６」という場合がある。

図２に示すように、内輪１の歯車６は、円周方向の複数箇所（この例では２箇所）に設けられたものである。円周方向の２箇所の歯車６，６を、円周方向の対角位置に設けている。また各箇所で歯車６，６が設けられる円周方向の角度α１，α２を、それぞれ９０度以上１２０度以下としている。これら２箇所の歯車６，６の各ピッチ面、各ピッチ円、各円ピッチ、各歯末のたけ、各歯元のたけ、各全歯たけ、各円弧歯厚、各歯みぞの幅、各歯先円、各歯底円、各基礎円は、互いに同一寸法に規定されている。

内輪１の内周面のうち歯車６が設けられていない非歯車部８は、歯車６の歯先円直径から歯底円直径までの径方向の範囲内で内輪１の内周面を盗み加工したものである。この非歯車部８は、経年後の錆に対する防食処理、例えば、塗装や溶射が施される。なお、円周方向の２箇所の歯車６，６のうち前記ピニオンに噛み合う一方の歯車６については、前記のような防食処理を施さず、この歯車６の対角位置に設けられ前記ピニオンに噛み合わない他方の歯車６には、経年後の錆に対する防食処理が施される。

ここで歯車６の加工方法について説明する。
一般に歯車の加工は、ホブ盤やフライス盤等を用いた幾つかの方法がある。しかし、ホブ盤やピニオンカッタでは軌道輪の円周上の一部に歯車を加工することができない。つまりホブ盤やピニオンカッタでは、全周加工が必要となる。一方、フライス盤の歯形カッターによる加工では一歯毎に加工するため、任意の歯数のみの加工も可能となる。したがって、この例ではフライス盤の歯形カッターを用いて一歯づつ加工していき、内輪１の内周面の円周方向の一部のみに歯車６を設けている。

歯車６のバックラッシの確認方法について説明する。
実際の歯車では、歯車の製作公差、製作誤差、運転中の負荷による歯の変形，熱膨張，たわみ等の諸要因のために、理論的には正しく噛み合うはずでも滑らかに運転できない。そこで、歯車の運転を滑らかにするために、円周方向での歯面間の遊びつまりバックラッシを設けることが必要になる。

図３は、この発明の実施形態に係る旋回軸受の歯車のバックラッシを確認する例を説明する図である。同図に示すように、内輪１の内周面の円周方向の一部に歯車６，６を設ける場合、例えば、オーバーピン法によりバックラッシを確認する。このオーバーピン法は、１８０度対角の歯車６，６の歯溝６ａ，６ａに所定のピン９またはボールをそれぞれ挿入し、これらピン９，９間の距離Ｄ１つまり対向するピン９，９が内接する内接円の直径寸法（内接円径）Ｄ１をマイクロメータにより測定する。この内接円径Ｄ１と、前記ピニオンの歯車寸法とに基づきバックラッシを確認する。この例では、円周方向の２箇所の歯車６，６を、円周方向の対角位置に設けたため、１８０度対角の歯車６，６の歯溝６ａ，６ａに所定のピン９，９をそれぞれ挿入して内接円径Ｄ１を容易に測定し得る。なお内歯車で用いるオーバーピン法を、「ビトウィーンピン法」または「ビトウィーンボール法」という場合がある。

以上説明した旋回軸受によると、駆動モータ７の駆動力が、ピニオンを介して歯車６に伝達され、内輪１を外輪２に対して相対的に旋回駆動する。前記内輪１は、歯車６を設けた円周方向の一部の範囲内で旋回し得る。このように内輪１の内周面の円周方向の一部のみに歯車６を設けると、内輪１の内周面の円周方向の他の部分に歯車６を加工するための加工工数を低減できる。これにより製作コストの低減を図ることができる。内輪１の内周面の前記他の部分に歯車を設けないため、この内輪１の軽量化を図ることができる。したがって、旋回軸受の軽量化を図ることができる。

前述のように、ピニオンに噛み合わない歯車６には、経年後の錆に対する防食処理が施される。歯車のような入り組んだ形状では、非歯車部８等のような平坦な形状と比較して、防食処理の処理工数が増えるが、ピニオンに噛み合わない歯車６は、円周方向の限定された範囲に設けられるので、その処理工数を抑制することが可能となる。

この発明の他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で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、先行して説明している形態と同様とする。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。

図４の旋回軸受では、内輪１の内周面のうち円周方向の１箇所にのみ歯車６を設け、この１箇所の歯車６が設けられる円周方向の角度α１を、例えば、９０度以上１２０度以下としている。但し、角度α１は必ずしも９０度以上１２０度以下に限定されるものではない。
この円周方向の１箇所にのみ歯車６を設ける場合、前記歯車６の歯溝６ａに所定のピンまたはボールを挿入し、例えば、三次元測定器を用いて内輪１の仮想中心からオーバーピンまでの寸法を測定し得る。
この構成によると、図２の旋回軸受よりもさらに歯車６の歯数を低減でき、歯車６の加工工数を低減できる。これにより製作コストの低減を図ることができる。また内輪１をさらに軽量化することが可能となる。その他図１、図２の旋回軸受と同様の作用効果を奏する。

図５の旋回軸受は、内輪１の内周面に歯車を設ける構成に代えて、外輪２の外周面の円周方向の一部のみに、歯車６を設けたものである。この場合、図６に示すように、例えば、またぎ歯厚Ｄ２を測定することにより歯車６のバックラッシを確認し得る。またぎ歯厚Ｄ２を測定するまたぎ歯厚法は、平行な平面で、ある枚数の歯（図６の例では６枚）を挟んで測定する方法で、測定する歯車６の歯数に応じて、２以上のそれぞれ決められた歯数をまたいで測定する。
図５の構成によると、外輪２の外周面の円周方向の一部のみに歯車６を設けたため、外輪２の外周面の円周方向の他の部分に歯車６を加工するための加工工数を低減できる。前記他の部分に歯車６を設けない分、外輪２の軽量化を図れる。

図７および図８は、前記いずれかの旋回軸受を風力発電用風車に用いた一例を示す。この風車２１は、支持台２２上にナセル２３を水平旋回自在に設け、このナセル２３のケーシング２４内に主軸２５を回転自在に支持し、この主軸２５のケーシング２４外に突出した一端に、旋回翼であるブレード２６を取付けてなる。主軸２５の他端は増速機２７に接続され、増速機２７の出力軸２８が発電機２９のロータ軸に結合されている。

ナセル２３は、旋回軸受ＢＲ１により旋回自在に支持される。例えば、外輪２の外周面全周に歯車６が設けられた旋回軸受が、前記ナセル２３用の旋回軸受ＢＲ１に用いられる。図７に示すように、ケーシング２４に複数の駆動源３０が設置され、各駆動源３０に図示しない減速機を介してピニオンが固着される。前記外輪２の前記歯車６が前記ピニオンに噛合するように配置される。例えば、外輪２が複数の貫通孔２ｂにより支持台２２に連結固定され、内輪１がケーシング２４に固定される。複数の駆動源３０を同期して駆動させ、この旋回駆動力を外輪２へ伝達する。よって、支持台２２に対してナセル２３が相対的に旋回可能となる。

ブレード２６は、いずれかの実施形態に係る旋回軸受ＢＲ２により旋回自在に支持される。例えば、内輪１の内周面における円周方向の一部に歯車６を設けたものが適用される。主軸２５の突出した先端部２５ａには、ブレード２６を旋回駆動する駆動源が設けられる。前記先端部２５ａにこの旋回軸受の外輪２が連結固定され、内輪１の内周面に付設の歯車６が、前記駆動源のピニオンに噛合されている。この駆動源を駆動させ、この旋回駆動力を内輪に伝達することで、ブレード２６が旋回可能となる。したがって、旋回軸受ＢＲ２は、風車のブレード２６を主軸２５に対して、主軸軸心Ｌ１に略垂直な軸心Ｌ２回りに旋回自在に支持し得る。このように、ブレード２６の角度およびナセル２３の向きを風の状態に合わせて随時変え得る。
この構成によると、ブレード２６用の旋回軸受ＢＲ２において、内輪１の内周面の円周方向の一部のみに、歯車６を設けたため、加工工数等の低減を行って製作コストを低減を図ると共に、構成部品の軽量化を図ることができる。

軌道輪を旋回駆動するモータおよびピニオンを複数個設けても良い。
軌道輪に歯車を円周方向に３箇所以上設けても良い。
内輪の内周面に歯車を設けると共に、外輪の外周面の歯車を設けても良い。
この旋回軸受は、４点接触玉軸受として構成されているが、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、クロスローラー軸受、これらの複列形式及び３列円筒ころ軸受として構成することも可能である。
この発明の旋回軸受を、風力発電用以外の油圧ショベル、クレーン等の建設機械、工作機械の回転テーブル、砲座、パラボラアンテナ等にも適用できる。

１…内輪
２…外輪
１ａ，２ａ…軌道溝
３…転動体
６…歯車
ＢＲ２…旋回軸受

Claims (8)

1. 内輪と、外輪と、これら内外輪の軌道溝間に転動自在に設けられる転動体とを備えた旋回軸受において、
   前記内輪の内周面の円周方向の一部のみ、または外輪の外周面の円周方向の一部のみに、歯車を設けたことを特徴とする旋回軸受。
2. 請求項１において、前記歯車が平歯車である旋回軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記内輪または外輪は、歯車が設けられる円周方向の角度を９０度以上１２０度以下とした旋回軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記内輪または外輪について、歯車が設けられる円周方向の一部の対角位置に歯車を設けた旋回軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記内輪または外輪の歯車は、円周方向の複数箇所に設けられたものである旋回軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記内輪の内周面または外輪の外周面のうち歯車が設けられていない非歯車部は、前記歯車の歯先円直径から歯底円直径までの径方向の範囲内で内輪または外輪の周面を盗み加工したものである旋回軸受。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記内輪の内周面または外輪の外周面のうち歯車のない非歯車部は、塗装を施さない未塗装部とした旋回軸受。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、風車のブレードを主軸に対して、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持する旋回軸受。

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