特許 7472731 多列玉軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-15

(45)【発行日】2024-04-23

(54)【発明の名称】多列玉軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 19/18 20060101AFI20240416BHJP

   F16C 33/60 20060101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

F16C19/18

F16C33/60

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020151366

(22)【出願日】2020-09-09

(65)【公開番号】P2022045662

(43)【公開日】2022-03-22

【審査請求日】2023-05-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】前川 直樹

【審査官】鈴木 貴晴

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－０９８０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３３６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００３４８９５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １９／００－１９／５６，

３３／３０－３３／６６，

３５／０８－３５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２列以上の軌道面を有する外輪と、２列以上の軌道面を有する内輪と、前記外輪及び前記内輪のそれぞれの軌道面間に接触角を持って配置される２列以上の玉と、を有し、保持器を持たない総玉タイプの多列玉軸受であって、
前記各軌道面がゴシックアーチ溝となっており、
前記外輪及び前記内輪は、少なくとも一つの軌道面において、前記軌道面の中央位置でそれぞれ分割される分割軌道輪であり、
前記内輪の溝肩部の外径は、前記玉のピッチ円直径よりも大きい、多列玉軸受。

【請求項2】

前記内輪の軌道面には、旋削仕上げが施されている、請求項１に記載の多列玉軸受。

【請求項3】

前記玉と前記軌道面とが、４点接触である、請求項１または２に記載の多列玉軸受。

【請求項4】

玉径をＤｗ、前記外輪及び前記内輪の軌道輪溝半径をそれぞれＲｅ、Ｒｉとしたとき，０．５４≦Ｒｅ／Ｄｗ、Ｒｉ／Ｄｗ≦０．７５の関係にある、請求項１～３のいずれか１項に記載の多列玉軸受。

【請求項5】

玉径をＤｗ、軸受断面高さをＨとしたとき、０．５５≦Ｄｗ／Ｈ≦０．７５の関係である、請求項１～４のいずれか１項に記載の多列玉軸受。

【請求項6】

前記玉の表面硬さは、ＨＲＣ５５～６０であり、
前記内輪及び前記外輪の軌道面の表面硬さは、ＨＲＣ６０～６５であり、
前記玉の表面硬さは、前記内輪及び前記外輪の軌道面の表面硬さよりも小さい、請求項１～５のいずれか１項に記載の多列玉軸受。

【請求項7】

前記玉の表面粗さは、０．００５μｍＲａ以上、０．１００μｍＲａ以下であり、
前記内輪及び前記外輪の表面粗さは、０．０５μｍＲａ以上、０．６０μｍＲａ以下であり、
前記玉の表面粗さは、前記内輪及び前記外輪の表面粗さよりも小さい、請求項１～６のいずれか１項に記載の多列玉軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、玉軸受を複数連設して構成される多列玉軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、新エネルギーとして注目を浴びているシェールガス及びシェールオイルは、地下数千メートルの地中深くにあるシェール層に存在しており、それを取り出すために、掘削作業に、図６に示すようなドリル部１００を備える掘削装置が使用されている。このドリル部１００は、先端（シェール層側）にドリルビット１１０を備えており、ドリルビット１１０の上端に連結された中空のドリルストリング（図示せず）を介して、地上のモータ（図示せず）を用いてドリルビット１１０を回転させる構成になっている。

【0003】

ドリルビット１１０には、地中の硬い岩盤を掘削するときに、ドリルの軸方向への高アキシアル荷重が発生し、更にはドリルストリングの自重による高アキシアル荷重が加わる。そのため、ドリルビット１１０を支持する軸受１２０には高い負荷容量が要求されるだけでなく、上下方向に加わるアキシアル荷重を受ける役割も果たさなければならない。また、軸受１２０の周辺は構造的に潤滑剤を軸受内に保持するスペースが無いこと、掘削途中で給油や給脂をする機構も無いこと、周囲環境が地下数千メートルでの使用になるため非常に高温になること等から、常に潤滑不良になることが懸念されている。また、泥水が容易に軸受内部に侵入しやすいため、水や異物によって早期に破損する可能性もあり、軸受１２０にとっては非常に過酷な使用環境になっている。

【0004】

このようなドリルビット１１０を支持するための軸受１２０として、例えば特許文献１に示されている多列の玉軸受が使用されている。この多列玉軸受では、内輪及び外輪に、軌道面をゴシックアーチ溝とした分割軌道輪を使用し、玉が軌道面と４点で接触し、且つ保持器を有しない構成としている。特に、特許文献１では、内輪断面高さは、加工性の観点から、軸受断面高さに対して５０％未満に設定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１７／０８２４２１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献１に記載の多列玉軸受が、上述した掘削装置に適用される場合、使用条件特有の水や、泥などが多量に進入する劣悪な潤滑環境に晒されるため、玉、外輪軌道面及び内輪軌道面は殆ど潤滑のない状態で回転することになる。その結果、軌道面及び玉の表面では、容易に摩耗が進行し、使用後の玉径も初期値に比べて小さくなる。

【0007】

運転中の玉は、保持器で拘束されていないため、公転による遠心力で外輪側に寄せられ、摩耗後の玉のピッチ円直径は、初期値に比べて大きくなる。その場合、内輪と摩耗後の玉の接触角は初期値に比べて大きくなり、外輪と摩耗後の玉の接触角は初期値に比べて小さくなる。そして、内輪溝肩部に接触楕円が乗り上げると、内輪軌道面の肩近傍部の摩耗が一層促進されてしまうため、改善が望まれていた。特許文献１では、摩耗後の玉４のピッチ円直径ＰＣＤの変化や内外輪の接触角の変化については詳しく言及されていない。

【0008】

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、玉の摩耗が発生する環境下においても交換時期を遅らせることが期待できる多列玉軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために本発明は、下記の多列玉軸受を提供する。
（１） ２列以上の軌道面を有する外輪と、２列以上の軌道面を有する内輪と、前記外輪及び前記内輪のそれぞれの軌道面間に接触角を持って配置される２列以上の玉と、を有し、保持器を有しない総玉タイプの多列玉軸受であって、
前記各軌道面がゴシックアーチ溝となっており、
前記外輪及び前記内輪は、少なくとも一つの軌道面において、前記軌道面の中央位置でそれぞれ分割される分割軌道輪であり、
前記内輪の溝肩部の外径は、前記玉のピッチ円直径よりも大きい、多列玉軸受。
（２） ２列以上の軌道面を有する外輪と、２列以上の軌道面を有する内輪と、前記外輪及び前記内輪のそれぞれの軌道面間に接触角を持って配置される２列以上の玉と、を有する多列玉軸受であって、
前記各軌道面がゴシックアーチ溝となっており、
前記外輪及び前記内輪は、少なくとも一つの軌道面において、前記軌道面の中央位置でそれぞれ分割される分割軌道輪であり、
内輪断面高さＢは、軸受断面高さＨの５０％を越える、多列玉軸受。
（３） 前記内輪の軌道面には、旋削仕上げが施されている、（１）または（２）のいずれかに記載の多列玉軸受。
（４） 前記玉と前記軌道面とが、４点接触である、（１）～（３）のいずれかに記載の多列玉軸受。
（５） 玉径をＤｗ、前記外輪及び前記内輪の軌道輪溝半径をそれぞれＲｅ、Ｒｉとしたとき，０．５４≦Ｒｅ／Ｄｗ、Ｒｉ／Ｄｗ≦０．７５の関係にある、（１）～（４）のいずれかに記載の多列玉軸受。
（６） 玉径をＤｗ、軸受断面高さをＨとしたとき、０．５５≦Ｄｗ／Ｈ≦０．７５の関係である、（１）～（５）のいずれかに記載の多列玉軸受。
（７） 前記玉の表面硬さは、ＨＲＣ５５～６０であり、
前記内輪及び前記外輪の軌道面の表面硬さは、ＨＲＣ６０～６５であり、
前記玉の表面硬さは、前記内輪及び前記外輪の軌道面の表面硬さよりも小さい、（１）～（６）のいずれかに記載の多列玉軸受。
（８） 前記玉の表面粗さは、０．００５μｍＲａ以上、０．１００μｍＲａ以下であり、
前記内輪及び前記外輪の表面粗さは、０．０５μｍＲａ以上、０．６０μｍＲａ以下であり、
前記玉の表面粗さは、前記内輪及び前記外輪の表面粗さよりも小さい、（１）～（７）のいずれかに記載の多列玉軸受。

【発明の効果】

【0010】

本発明の多列玉軸受によれば、内輪の溝肩部の外径は、玉のピッチ円直径よりも大きいので、玉の摩耗が発生した環境下においても、内輪溝肩部に接触楕円が乗り上げるのを回避することができ、内輪軌道面の肩近傍部の摩耗が抑制され、交換時期を遅らせることが期待できる。

【0011】

また、本発明の多列玉軸受によれば、内輪断面高さＢは、軸受断面高さＨの５０％を越えるので、玉の摩耗が発生した環境下においても、内輪溝肩部に接触楕円が乗り上げるのを回避することができ、内輪軌道面の肩近傍部の摩耗が抑制され、交換時期を遅らせることが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の多列玉軸受を示す断面図である。

【図2】アキシアル荷重が作用する初期状態において、軌道面の断面形状、及び該軌道面と玉との接触状態を説明するための図１のＩＩ部拡大断面図である。

【図3】アキシアル荷重が作用する玉摩耗後の状態を示す、図２に対応する断面図である。

【図4】（ａ）は、従来の多列玉軸受のアキシアル荷重が作用する初期状態を示す要部断面図であり、（ｂ）は、アキシアル荷重が作用する玉摩耗後の状態を示す要部断面図である。

【図5】初期状態と玉摩耗後の各種寸法を、従来の軸受を用いて説明する図である。

【図6】掘削装置のドリル部の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

【0014】

図１は、本発明の多列玉軸受（以下、「本軸受」という）の一実施形態を示す断面図である。本軸受１は、スラスト玉軸受であり、複数（図の例では１０個）の内輪２ａ～２ｊと、外輪３ａ～３ｊとを、それぞれの端面同士を当接させて連設したものである。そして、隣接する内輪同士（例えば２ｂ、２ｃ）で、両内輪の当接面を中心とする一つの内輪軌道面１０を形成し、隣接する外輪同士（例えば３ｂ、３ｃ）で、両外輪の当接面を中心とする一つの外輪軌道面１１を形成し、両軌道面１０，１１により玉４を保持している。即ち、隣接する一対の内輪と一対の外輪とは、それぞれ一つの軌道面を形成しており、玉４を保持した軸受単位Ａ１，Ａ２・・・を、複数連設することで多列玉軸受が構成されている。また、本軸受１は、シール部材を有さないオープンタイプの軸受であり、ドリルビッドを支持する軸受として適用される場合には、泥水が軸受内部を通過する。
なお、以下の説明では、内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊを、内輪２、外輪３、または軌道輪２、３としても表す。

【0015】

尚、両端に位置する内輪２ａ（２ｊ）は、その内側に位置する内輪２ｂ（２ｉ）の側にのみ、内輪軌道面１０の半分１０ａが形成されており、両端に位置する外輪３ａ（３ｊ）は、その内側に位置する外輪３ｂ（３ｉ）の側にのみ、外輪軌道面１１の半分１１ａが形成されている。尚、軌道面の半分とは、軌道面の断面形状の半分という意味である。

【0016】

その他の内輪２ｂ～２ｉ及び外輪３ｂ～３ｉは、何れも同じ形状であり、両端部それぞれに内輪軌道面１０の半分１０ａまたは外輪軌道面１１の半分１１ａが形成されており、所謂「複列軌道輪」を備えている。即ち、内輪２ｂ～２ｉ及び外輪３ｂ～３ｉは、図２に示すように、中央位置に対して軸方向一方側（ドリルビット側）に第１軌道面１０ａ１、１１ａ１及び中央位置に対して軸方向他方側（ドリルストリング側）に第２軌道面１０ａ２、１１ａ２を有する。

【0017】

玉４は、玉数を可能な限り多くして軸受の負荷容量を大きくするために、保持器を使用せずに用いられ、総玉タイプの軸受としている。

【0018】

また、本軸受１では、内輪軌道面１０及び外輪軌道面１１は、玉４との接触を４点で行うように、図２に示す断面形状を有する。尚、図２は、図１の軸受単位Ａ２を抜粋したものであり、一対の内輪２ｂ、２ｃと外輪３ｂ、３ｃとを、その幅方向にて２分割して示している。

【0019】

内輪軌道面１０の半分１０ａ及び外輪軌道面１１の半分１１ａは共に、玉４の曲率半径よりも大きい曲率半径で形成されており、両内輪２ｂ、２ｃ及び両外輪３ｂ、３ｃを連設して形成される内輪軌道面１０及び外輪軌道面１１の断面形状が、所謂「ゴシックアーチ形状」を呈している。そして、初期状態では、玉４と、内輪軌道面１０とは２つの点Ｐ１、外輪軌道面１１とは２つの点Ｐ２で接触し、４点接触となる。内輪軌道面１０及び外輪軌道面１１がゴシックアーチ溝なので、軸方向の両方向からアキシアル荷重を受けることが出来る。更に、本軸受１は、内輪軌道面の半分同士１０ａ、１０ａは、曲率半径が等しく設定されている。また、内輪２ｂ、２ｃ及び外輪３ｂ、３ｃと、玉４とは、それぞれ初期値として接触角α、βを持つ。なお、接触角αは、初期状態における外輪３ｂ、３ｃと玉４の接触角、接触角βは、初期状態における内輪２ｂ、２ｃと玉４の接触角βを表し、初期状態において、接触角α、βは同一である。

【0020】

具体的に、本軸受１が掘削装置のドリル部に組み込まれる場合には、アキシアル荷重が下から上に向かって内輪側に加わり、図２の軸受単位Ａ２では、玉４は外輪３ｂと、内輪２ｃとで接触角を持って荷重を受けることができる。
また、本実施形態ように４点接触式とすることで、本軸受１を上下反転してドリル部に組み込んだ際には、軸受単位Ａ２において、玉４は外輪３ｃと、内輪２ｂとで接触角を持って下から上に向かうアキシアル荷重を受けることができる。

【0021】

尚、初期状態での接触角、即ち、アキシアル荷重が作用する玉摩耗前の状態での接触角α、βは、許容アキシアル荷重を大きくするために４０°以上が好ましく、４５°以上がより好ましい。また、接触角αは際限なく大きくすれば良いわけでは無く、接触角α、βの上限は．加工が難しくなることから７５°以下とすることが好ましい。

【0022】

また、図１では軸受列数の数を９個としたが、アキシアル荷重が大きい場合にはその数を増やしても良く、スペースの問題やアキシアル荷重がそれほど大きくない場合には、逆に数を減らしても良い。

【0023】

また、本実施形態では、図１及び図２に示すように、内輪２の溝肩部１２の外径Ｄｉ１は、玉４のピッチ円直径ＰＣＤよりも大きく設定されている。また、本実施形態では、内輪断面高さＢは、軸受断面高さＨの５０％を越えるように設定されている。
以下、この効果について、内輪２の溝肩部１２の外径Ｄｉ１がＰＣＤよりも小さく、Ｂ／Ｈ＜０．５０である、図４に示す従来の多列玉軸受と比較しながら説明する。図５は、初期状態と玉摩耗後の各種寸法を、図４に示す従来の軸受を用いて示している。

【0024】

ドリルビットを支持する多列玉軸受では、運転時に、内外輪軌道面１０、１１および玉４の表面は、本使用条件特有の水や泥等が多量に浸入する劣悪な潤滑環境に晒されるため、玉４および内外輪軌道面１０、１１は殆ど潤滑のない状態で回転をすることになる。そのため、軌道面１０、１１および玉４の表面では容易に摩耗が進行する。使用後の軸受を詳しく観察すると、玉径Ｄｗ１は、初期値Ｄｗに比べて最大１．５％程度小さく変化している。なお、使用後の軸受を示す、図３、図４（ｂ）及び図５では、玉径の減少を誇張して表している。

【0025】

運転中の玉４は、保持器で拘束されていないので、公転による遠心力で外輪側に寄せられ、摩耗後の玉のピッチ円直径ＰＣＤは、初期値に比べて大きくなる。その場合、図５に示すように、内輪２と摩耗後の玉４との接触角β１は、初期値βに比べて大きくなり、外輪３と摩耗後の玉４の接触角α１は、初期値αに比べて小さくなる。

【0026】

例えば、図５に示す初期状態の多列玉軸受において、玉径Ｄｗ＝２５ｍｍ、接触角α＝４５°、β＝４５°、内輪軌道溝半径Ｒｉ＝１５ｍｍ、外輪軌道溝半径Ｒｅ＝１５ｍｍとする。
また、初期状態において、図５中、
ｍｏｅ：Ｒｅ－Ｄｗ／２
ｍｏｉ：Ｒｉ－Ｄｗ／２
とする。

【0027】

そして、上記の多列玉軸受が、使用中に摩耗した時の玉径をＤｗ１、外輪３と摩耗後の玉との接触角をα１、内輪と摩耗後の玉との接触角をβ１、ｍｏｅ１：Ｒｅ－Ｄｗ１／２、ｍｏｉ１：Ｒｉ－Ｄｗ１／２とし、ｈ：玉のピッチ円直径変化量／２、ＡＬ：アキシャルガタとすると、以下の式が成立する。

【0028】

ｍｏｅ１×ｓｉｎ（α１）＝ｍｏｅ×ｓｉｎ（α）
α１＝ｓｉｎ^－１（（ｍｏｅ／ｍｏｅ１）×ｓｉｎ（α））
ｈ＝ｍｏｅ１×ｃｏｓ（α１）－ｍｏｅ×ｃｏｓ（α）
β１＝（ｃｏｓ^－１（ｍｏｉ×ｃｏｓ（β）－ｈ））／ｍｏｉ１
ＡＬ＝ｍｏｉ１×ｓｉｎ（β１）－ｍｏｉ×ｓｉｎ（β）

【0029】

したがって、使用中に玉径Ｄｗ１が２４．６ｍｍ（前述した１．５%程度減少した値）まで摩耗すると、上記計算により、ピッチ円直径ＰＣＤは、０．５５ｍｍ大きくなり、外輪３ｂと玉４の接触角α１は４０．９°、内輪２ｃと玉４の接触角β１は５６．４°に変化する。

【0030】

このため、玉４のピッチ円直径ＰＣＤが、軸受内外径の中央で、且つ、内輪２と外輪３の断面高さＡ，Ｂが同値の図４に示すような多列玉軸受の場合、内輪２の溝肩部１２に接触楕円ＣＯが乗り上げ、内輪軌道面１０の肩部近傍の摩耗が一層促進され、やがて軸受のアキシャルガタが使用限界値に到達し、軸受の交換時期となる。

【0031】

一方、外輪３と玉４の接触角α１は、玉４が常に公転による遠心力で外輪側に寄せられるため、玉摩耗後も初期の接触角αを越えることはないので、外輪断面高さＡは、初期段階で荷重を受けた際の接触楕円ＣＯが外輪３の溝肩部１３に乗り上げないだけの必要最小の値に設定し、残った分を内輪断面高さに充てるようにすればよい。したがって、本実施形態では、図２及び図３に示すように、内輪２の溝肩部１２の外径Ｄｉ１は、玉４のピッチ円直径ＰＣＤよりも大きく設定され、また、内輪断面高さＢは、軸受断面高さＨの５０％を越えるように設定される。これにより、玉４の摩耗による内輪２の溝肩部１２への接触楕円ＣＯの乗り上げを回避することができ、軸受の交換時期を遅らせることが可能となる。

【0032】

また、内輪断面高さＢが０．５０Ｈを越える本実施形態では、内輪軌道面１０を研磨仕上げでなく、旋削仕上げとすることで、０．５０Ｈを越える内輪断面高さＢであっても、比較的容易に加工することができる。

【0033】

また、本軸受１では、初期状態において、玉径Ｄｗ、内輪２ａ～２ｊの内輪軌道面（内輪軌道溝）１０の半径Ｒｅ、外輪３ａ～３ｊの外輪軌道面（外輪軌道溝）１１の半径Ｒｉは、０．５４≦Ｒｅ／Ｄｗ、Ｒｉ／Ｄｗ≦０．７５の関係にあることが好ましい。本軸受１は周囲環境から泥水が容易に浸入しやすい構造となっているため、軌道輪２、３の軌道面１０、１１と玉４の転動面との間には多量の異物が進入しやすく、異物による摩耗が進行しやすい状況となっている。本実施形態では、０．５４≦Ｒｅ／Ｄｗ、Ｒｉ／Ｄｗとすることで、玉４に対する軌道輪２、３の抱き率（玉の転動面の曲率半径／軌道輪の軌道面の曲率半径）が小さくなるため、異物が進入してきても容易に外部に排出することが出来る。この結果、軌道輪２、３の軌道面１０、１１あるいは玉４の転動面の摩耗を抑制することが出来る。一方、軌道輪２、３の抱き率を大きくしすぎると、玉４の接触面圧が大きくなりすぎて逆に寿命低下を招くことから、Ｒｅ／Ｄｗ、Ｒｉ／Ｄｗの上限値は０．７５とした。本実施形態では、摩耗低減効果を損なうことなく、かつ接触面圧過大を抑制するため、軌道面１０、１１の半径Ｒｅ、Ｒｉは０．６０≦Ｒｅ／Ｄｗ、Ｒｉ／Ｄｗ≦０．７０とするのが好ましい。

【0034】

また、本実施形態では、玉径Ｄｗと軸受断面高さＨとは、０．５５≦Ｄｗ／Ｈ≦０．７５の関係であるとしている。ドリルビットは地中の硬い岩盤を掘削する時に、ドリルの軸方向へ高アキシアル荷重が発生する。また、ドリルビットと地上のモータとを繋ぐ、ドリルストリングの自重による高アキシアル荷重も発生するため、ドリルビットを支持する本軸受１は出来るだけ高い負荷容量を要求される。Ｄｗ／Ｈを上記範囲とすれば、玉径Ｄｗを大きくして負荷容量を大きくすることが出来る。一方、玉径Ｄｗを大きくしすぎると、内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊの肉厚が薄くなりすぎて、必要な剛性を確保できなくなると共に、内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊの加工が難しくなる。このため、Ｄｗ／Ｈの上限値は０．７５とした。また、必要な負荷容量を損なうことなく、かつ内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊの剛性を確保するために、玉径Ｄｗは、０．５７≦Ｄｗ/Ｈ≦０．７２であることが好ましい。

【0035】

上記した実施形態では、何れの軌道面中央位置で分割された複数の分割軌道輪により玉を保持する形状になっており、個々の玉を交換しやすい構造になっている。但し、本発明の多列玉軸受は上述の構造に限定されず、例えば、内輪及び外輪が、少なくとも一つの軌道面において軌道面の中央位置で分割される分割軌道輪を組み合わせたものを採用してもよい。この場合、分割軌道輪ごと玉の交換が可能である。更に、本実施形態では、外輪及び内輪は、少なくとも一つの軌道面において、軌道面の中央位置でそれぞれ分割されるが、軌道面以外の部分（肩部）では分割しないことが好ましい。本実施例のような構造は、単に単列のスラスト玉軸受を多列に並べて使用する訳ではなく、その軌道輪分割位置に各列の玉を配置しているので、軌道輪の芯ずれを起こしにくい。このため、ドリルへ軸受を組立てる際に、軌道輪や玉が芯ずれを起こし、分解して組み立てられないトラブルを防止することが出来る。従って、本発明の多列玉軸受は、油潤滑がされず、常に泥水や異物が軸受内部を通過するような過酷な使用環境下でも適している。

【0036】

更に、両端の内輪２ａ，２ｊ及び外輪３ａ，３ｊを、他の内輪２ｂ～２ｉ及び外輪３ｂ～３ｉと同一とし、最外側となる内輪軌道面１０の半分１０ａ及び外輪軌道面１１の半分１１ａには玉４を配設しないこともできる。この場合、内輪及び外輪が１種類ですみ、部品点数の削減によるコスト減を図ることができる。

【0037】

また、掘削装置のドリル部に組み込まれる軸受の使用環境は潤滑状態が悪く、摩耗により破損しやすい。そのため、定期的に軸受交換をしてドリルビットの早期故障を防止しているが、軸受の交換に伴うメンテナンス費用は膨大である。特に、玉４に比べて軌道輪２、３の交換コストは甚大なため、メンテナンスコスト低減のために、軌道輪２、３の摩耗を出来るだけ低減する必要がある。このため、本軸受１では玉４の表面の硬さを内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊの各軌道面１０、１１の硬さよりも小さくすることによって、軌道面１０、１１の摩耗を抑制する。一般的に摩耗のし易さは硬さの大小によって決まるため、本軸受１では、硬さの低い玉表面が先に摩耗が進行し、内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊの各軌道面１０、１１の摩耗が抑制される。また、玉４がある程度摩耗した際に玉４のみを交換すればよく、軸受を全交換するよりも費用を抑えることができる。
具体的には、玉４の表面硬さは、ＨＲＣ５５～６０であり、内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊの軌道面１０、１１の表面硬さは、ＨＲＣ６０～６５であり、玉４の表面硬さは、内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊの軌道面１０、１１の表面硬さよりも小さい。

【0038】

また、本実施形態では、内輪２ａ～２ｊ及び外輪３ａ～３ｊの軌道面１０、１１の粗さをＳｅ、Ｓｉ、玉４の表面粗さをＳｂとしたとき、０．０５μｍＲａ≦Ｓｅ、Ｓｉ≦０．６０μｍＲａ、かつ０．００５μｍＲａ≦Ｓｂ≦０．１００μｍＲａ、かつＳｅ、Ｓｉ≧Ｓｂの関係であるとしている。即ち、玉４の表面粗さを軌道輪２、３の粗さよりも良くすることによっても、軌道輪２、３が玉４よりも先に摩耗するのを抑制して、軌道輪２、３のメンテナンスコストを低減することが出来る。表面粗さが大きくなると、内輪および外輪軌道面１０、１１および玉４の表面の摩耗が進行しやすくなるため、Ｓｅ、Ｓｉが上記範囲であれば、本アプリケーションの使用環境において、摩耗低減に効果的である。粗さの下限値は、際限なく小さくして良いわけではなく、それぞれ加工上の制約から決定される。

【0039】

また、軌道面粗さと玉表面粗さの関係をＳｅ、Ｓｉ＞Ｓｂとしているが、一般的に二つの部材が接触するとき、粗さの悪い部材よりも、粗さの良い部材のほうが摩耗し易い傾向が知られている。玉４の粗さを良くすることによって、玉４が軌道輪２、３の摩耗を加速させることがなくなるため、結果として軌道輪２、３の摩耗を低減することが出来る。一方、玉４は、軌道輪２、３よりも先に摩耗が進行するが、一定時間試用して玉４がある程度摩耗した時に玉４のみを交換すれば、軌道輪２、３を交換するよりもメンテナンスコストを低減することが出来る。

【0040】

このように、本軸受１は高温で、劣悪な潤滑環境であり、異物混入する過酷な環境での使用でも長寿命になる。本軸受は、ドリル部１００のドリルビット１１０を支持する軸受１２０として好適であるが、マッドモータやダウンホールモータ等の掘削機械に使用されるドリルビットにも好適である。また、その他にも鉱山や油田等に使用される掘削機等に組み込まれる軸受として利用することもできる。

【0041】

さらに、本発明の多列玉軸受では、外輪及び内輪が、少なくとも一つの軌道面において、軌道面の中央位置でそれぞれ分割される分割軌道輪であればよい。

【0042】

また、本実施形態では、軸受単位において、玉４と、内輪及び外輪軌道面とが４点接触である場合を説明したが、これに限定されず、一方の軌道面が２点で接触し、他方の軌道面が１点で接触する３点接触であってもよい。

【0043】

また、本発明は、内輪２の溝肩部１２の外径Ｄｉ１を、玉４のピッチ円直径ＰＣＤよりも大きく設定することで、例えば、内輪２の溝底の径方向寸法が薄く、内輪断面高さＢは、軸受断面高さＨの５０％以下となる場合でも、本発明の効果を奏することができる。
さらに、本軸受１において、内輪や外輪、玉の材料には制限はなく、公知のものが適用される。

【符号の説明】

【0044】

１ 多列玉軸受
２ａ～２ｊ 内輪
３ａ～３ｊ 外輪
４ 玉
１０ 内輪軌道面
１１ 外輪軌道面
１２ 内輪の溝肩部
１３ 外輪の溝肩部
１００ ドリル部
１１０ ドリルビット
１２０ 軸受

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】