(57)【要約】【課題】玉の組み込み時に玉および軌道輪に傷が付きにくく、玉を容易に組み込むことができるとともに、軸受の分離を確実に防止して、装置への組み付けを容易におこなうことが可能な深溝型総玉軸受を提供する。【解決手段】内輪３０は、外周面３０ｂに内輪軌道面４８と玉入れ溝４６が形成され、内周縁３０ｃに段差部４２が周設されるとともに玉入れ溝４６が薄肉にされた内輪部材４０と、段差部４２に係合される内輪環体部材５０とからなり、外輪３１は、内周面３１ａに外輪軌道面４９と玉入れ溝４７が形成され、外周縁３１ｃに段差部４３が周設されるとともに玉入れ溝４７が薄肉にされた外輪部材４１と、段差部４３に係合される外輪環体部材５１とからなり、内輪部材４０と内輪環体部材５０および外輪部材４１と外輪環体部材５１は、径方向および周方向への相対移動が可能でかつ軸方向への相対移動が不可能なように結合手段７０によって結合されている。【選択図】図２
2014114929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪にそれぞれ玉入れ溝が形成された深溝型総玉軸受において、
前記内輪は、外周面に内輪軌道面と前記玉入れ溝が形成され、内周縁に段差部が周設されるとともに前記玉入れ溝が薄肉にされた内輪部材と、前記段差部に係合される内輪環体部材とからなり、
前記外輪は、内周面に外輪軌道面と前記玉入れ溝が形成され、外周縁に段差部が周設されるとともに前記玉入れ溝が薄肉にされた外輪部材と、前記段差部に係合される外輪環体部材とからなり、
前記内輪部材と前記内輪環体部材および前記外輪部材と前記外輪環体部材は、径方向および周方向への相対移動が可能でかつ軸方向への相対移動が不可能なように結合手段によって結合されていることを特徴とする深溝型総玉軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の深溝型総玉軸受であって、
前記結合手段は、前記内輪部材と前記内輪環体部材および前記外輪部材と前記外輪環体部材のいずれか一方の端面に設けられたＬ字状の突出部と、同他方の端面に設けられてＬ字状の前記突出部が嵌め入れられる径方向外方に開口したＬ字状の係合溝とを有しており、
前記突出部は、軸方向に平行に延びる軸部と、前記軸部の先端から周方向に延びる屈曲部とからなり、
前記係合溝は、端面から軸方向内方に延びており前記突出部の周方向長さ以上の周方向長さを有する第１溝部と、前記第１溝部に連なって周方向に延びており前記突出部の前記屈曲部の軸方向長さに等しい軸方向長さを有する第２溝部とからなることを特徴とする深溝型総玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置などに使用されるターボ分子ポンプのタッチダウン軸受装置の深溝型総玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプは真空ポンプの一種であり、ポンプを構成するロータを電動モータにより回転させるポンプ本体と、固定軸に固定されたラジアル磁気軸受およびアキシアル磁気軸受によって、ロータを非接触状態に支持する磁気軸受装置と、これを制御するコントローラとを備えている。このようなターボ分子ポンプでは、ロータの回転が停止される場合において、高速回転しているロータが磁気軸受と接触すると、磁気軸受を損傷させてしまうことがある。これを回避するために、固定軸にはロータをタッチダウンさせるためのタッチダウン軸受と呼ばれる保護軸受が設けられている。タッチダウンとは、ロータが宙に浮いた状態から保護軸受に受けられて停止する動作をいう。このタッチダウンにおいて、ロータが徐々に減速され、ロータが低速回転となってからタッチダウン軸受に接触する場合には、タッチダウン軸受にかかる負荷は比較的小さい。しかし、停電、断線等によって磁気軸受による制御および支持が不能となって、ロータが高速回転のまま急激にタッチダウン軸受に接触する場合には、タッチダウン軸受にかかる負荷は非常に大きなものとなる。このようなタッチダウン軸受には、負荷容量を増すために深溝型総玉軸受が用いられることが多い。
【０００３】
ところで、一般に深溝型総玉軸受は玉の組み込みをおこなうために、内輪および外輪にそれぞれ玉入れ溝が設けられている。この玉入れ溝は、玉が円滑に回転しやすく、玉抜けが起きないように、玉の寸法に対して僅かに小さな寸法に設計され、玉に対して僅かに締め代を持つような寸法に設計されている。この深溝型総玉軸受の玉の組み込み方法として、玉入れ溝および玉入れ溝近辺の内輪と外輪との間に治具（くさび）を押し込んで内外輪間の間隔を広げて、締め代が殆どない状態で玉を軸受内部に入れ込む方法が使用されている。この方法では、内外輪の肉厚が厚い場合や最後の方の玉を入れる場合において内外輪間の間隔が狭くなり、くさびを押し込んで内外輪間の間隔を広げようとしても十分に広げることができず、玉入れ時に強い力を必要として、玉および軌道輪に傷を付けてしまうことがある。また、くさびを強く押し当てることにより、内外輪の軌道面に傷を付けてしまうことがある。
【０００４】
タッチダウン軸受の深溝型総玉軸受の場合、玉および軌道面に傷が付いていると、タッチダウンにより玉や軌道面が摩耗しやすくなり、多数回のタッチダウンに耐えることができない。特許文献１には、軌道輪を軸方向に分割することにより、玉入れ溝を設けなくても、玉の組み込みができる深溝型総玉軸受が開示されている。この深溝型総玉軸受によれば、玉の組み込み時に玉および軌道面に傷が付きにくく、玉を容易に組み込むことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−７５５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の深溝型総玉軸受では分割した軌道輪が固定されておらず、運搬時や装置への組み付け時の振動等によって、軸受が分離するという問題があった。これにより、装置への組み付けにおいて手間がかかっていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、玉の組み込み時に玉および軌道面に傷が付きにくく、玉を容易に組み込むことができるとともに、軸受の分離を確実に防止して、装置への組み付けを容易におこなうことが可能な深溝型総玉軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係わる発明は、内輪および外輪にそれぞれ玉入れ溝が形成された深溝型総玉軸受において、前記内輪は、外周面に内輪軌道面と前記玉入れ溝が形成され、内周縁に段差部が周設されるとともに前記玉入れ溝が薄肉にされた内輪部材と、前記段差部に係合される内輪環体部材とからなり、前記外輪は、内周面に外輪軌道面と前記玉入れ溝が形成され、外周縁に段差部が周設されるとともに前記玉入れ溝が薄肉にされた外輪部材と、前記段差部に係合される外輪環体部材とからなり、前記内輪部材と前記内輪環体部材および前記外輪部材と前記外輪環体部材は、径方向および周方向への相対移動が可能でかつ軸方向への相対移動が不可能なように結合手段によって結合されていることを特徴とする。
【０００９】
上記のように構成した請求項１の発明によれば、内輪および外輪は、内輪部材および外輪部材のそれぞれの段差部に、内輪環体部材および外輪環体部材が結合された構成となっている。玉の組み込みは、玉入れ溝および玉入れ溝近辺の外輪と内輪との間に治具のくさびを押し込んで内外輪間の間隔を広げて、玉を軸受内部に組み込む方法によっておこなわれる。この治具のくさびを押し込むとき、外輪部材および内輪部材のみの状態でおこなうことにより、内輪部材および外輪部材に形成された玉入れ溝が薄肉に形成されているので、治具のくさびを強く押し込むことなく、容易に玉入れ溝を弾性変形させることができる。これにより、内外輪間の間隔を十分に広げることができるので、内外輪の肉厚が厚い場合や最後の方の玉を入れる場合であっても、玉および軌道面に傷を付けることなく、すべての玉を軸受内部に組み込むことができる。そして、玉の組み込み後に、内輪部材および外輪部材のそれぞれの段差部に内輪環体部材および外輪環体部材を係合させ、結合手段により結合させている。これにより、内輪および外輪の剛性を上げているので、内外輪間の間隔が広がって玉抜けが起きるのを防ぐとともに、所定の負荷容量を得ることができる。また、内輪部材と内輪環体部材および外輪部材と外輪環体部材は、結合手段により係合させることで、径方向および周方向への相対移動が可能でかつ軸方向への相対移動が不可能とすることができる。したがって、運搬時や装置への組み付け時の振動等によって、内輪部材と内輪環体部材および外輪部材と外輪環体部材が分離することを確実に防止して、装置への組み付けを容易におこなうことができる。
【００１０】
請求項２に係わる発明は、請求項１に記載の深溝型総玉軸受であって、前記結合手段は、前記内輪部材と前記内輪環体部材および前記外輪部材と前記外輪環体部材のいずれか一方の端面に設けられたＬ字状の突出部と、同他方の端面に設けられてＬ字状の前記突出部が嵌め入れられる径方向外方に開口したＬ字状の係合溝とを有しており、前記突出部は、軸方向に平行に延びる軸部と、前記軸部の先端から周方向に延びる屈曲部とからなり、前記係合溝は、端面から軸方向内方に延びており前記突出部の周方向長さ以上の周方向長さを有する第１溝部と、前記第１溝部に連なって周方向に延びており前記突出部の前記屈曲部の軸方向長さに等しい軸方向長さを有する第２溝部とからなることを特徴とする。
【００１１】
上記のように構成した請求項２の発明によれば、内輪部材と内輪環体部材および外輪部材と外輪環体部材は、それぞれ軸方向に対向して同心に配置され、軸方向に移動させられた後、周方向に回転させられる。これにより、内輪部材と内輪環体部材および外輪部材と外輪環体部材のいずれか一方の端面に設けられたＬ字状の突出部と、同他方の端面に設けられたＬ字状の係合溝とが嵌め合わされて結合される。結合された内輪部材と内輪環体部材および外輪部材と外輪環体部材は、径方向および周方向への相対移動が可能とされた状態で、軸方向への相対移動が不可能とされる。したがって、振動等により、内輪部材と内輪環体部材および外輪部材と外輪環体部材が分離するのを確実に防止することができる。また、この結合手段は、Ｌ字状の突出部とＬ字状の係合溝との嵌め合わせという簡易な構成であるので、容易に結合することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、玉の組み込み時に玉および軌道輪に傷が付きにくく、玉を容易に組み込むことができるとともに、確実に軸受の分離を防止して、装置への組み付けを容易におこなうことが可能な深溝型総玉軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る深溝型総玉軸受を有するターボ分子ポンプの軸方向断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る深溝型総玉軸受の軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る深溝型総玉軸受の外輪が分離した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る深溝型総玉軸受の結合部分を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る深溝型総玉軸受の結合部分を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る深溝型総玉軸受を図面に従って説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る深溝型総玉軸受１０を有するターボ分子ポンプの軸方向断面図である。このターボ分子ポンプは、ターボ分子ポンプ本体１と、図示しないコントローラとを備え、図示しない真空機器に連通している。
【００１５】
図１に示すように、ターボ分子ポンプ本体１は、ハウジング２と、回転軸３と、回転軸３を駆動するモータ４と、回転軸３をアキシアル方向に磁気的に非接触支持するアキシアル磁気軸受６と、回転軸３をラジアル方向に磁気的に非接触支持する第１および第２ラジアル磁気軸受７,８とを有している。
【００１６】
また、ターボ分子ポンプ本体１は、第１および第２ラジアル磁気軸受７,８が制御不能になったときに回転軸３をラジアル方向に機械的に支持するとともに、タッチダウン軸受としての役割を果たす深溝型総玉軸受１０と、第１および第２ラジアル磁気軸受７,８が制御不能になったときに回転軸３をラジアル方向に機械的に支持するとともに、タッチダウン軸受としての役割を果たすアンギュラ玉軸受１１,１２とを有している。
【００１７】
また、ターボ分子ポンプ本体１は、回転軸３のラジアル位置を検出するラジアル位置検出センサ１４,１５と、回転軸３のアキシアル位置を検出するアキシアル位置検出センサ１６とを有している。ラジアル位置検出センサ１４,１５は、回転軸３の軸方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００１８】
モータ４は、ロータ２０と、ステータ２１とを有している。ロータ２０は、リング状の２極永久磁石で構成されており、回転軸３の外周面に固定されている。ステータ２１は、電機子コイル（図示せず）を有し、電機子コイルに適切に電流を流すことにより、ロータ２０をステータ２１に対して高速回転させ、ロータ２０が固定された回転軸３を高速回転させるようになっている。
【００１９】
また、モータ４は、発電機としての役割も兼ねており、電源異常や停電等により電源側からの電力の供給が停止されて電源電圧が低下すると、モータ４は発電機として電圧を出力するようになっている。具体的には、モータ４は電源電圧が低下すると、位置検出センサ１４,１５,１６、磁気軸受駆動回路（図示せず）およびモータドライバ（図示せず）に、回生電力を供給するようになっている。モータ４から供給される回生電力が磁気軸受６,７,８を駆動できる間、磁気軸受６,７,８は、この回生電力によって磁気浮上制御されるようになっている。
【００２０】
アキシアル磁気軸受６は、回転軸３のアキシアル方向の両端面を、アキシアル方向の両側から挟むように配置された１対の電磁石（数は２個）を有する。また、第１および第２ラジアル磁気軸受７,８のそれぞれは、回転軸３をラジアル方向の両側から挟むように配置された互いに直交する２対の電磁石（各ラジアル磁気軸受において、電磁石の数は４個）を有している。
【００２１】
磁気軸受６,７,８の電磁石の磁力を適切に制御することにより、毎分数万回転で回転する回転軸３を精密に制御して、回転軸３のぐらつきを抑制して、回転軸３を、所定位置に精密に位置させるようになっている。
【００２２】
電源異常時や停電時等に、モータ４の回転速度が下がり、モータ４からの回生電力が磁気軸受７,８の駆動に必要な電力よりも低下すると、磁気軸受７,８の磁気浮上制御が停止するようになっている。
【００２３】
磁気軸受７,８の磁気浮上制御が停止すると、タッチダウン軸受としての深溝型総玉軸受１０およびアンギュラ玉軸受１１,１２が、磁気軸受７,８の替わりに回転軸３をラジアル方向に機械的に支持するようになっている。
【００２４】
深溝型総玉軸受１０およびアンギュラ玉軸受１１,１２は、磁気軸受７,８が制御不能になったときに、回転軸３を支持することによって、磁気軸受７,８と回転軸３との接触や、ロータ２０とステータ２１との接触等を確実に防止するようになっている。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態に係る深溝型総玉軸受１０の軸方向断面図である。
図２に示すように、深溝型総玉軸受１０は、いわゆる総玉軸受であって、外輪３１と、内輪３０と、玉６０とを有し、保持器を有さない構造となっている。
【００２６】
外輪３１は、外輪部材４１と外輪環体部材５１とからなっている。外輪部材４１は、内周面３１ａに深溝型の外輪軌道面４９と玉入れ溝４７が形成されている。外周縁３１ｃには、段差部４３が周設されるとともに、玉入れ溝４７が薄肉にされて形成されている。外輪環体部材５１は、環状に形成され、外輪部材４１の段差部４３に係合している。外輪環体部材５１は、外輪部材４１とともに外輪３１の外周面３１ｂを形成している。
【００２７】
内輪３０は、内輪部材４０と外輪環体部材５１とからなっている。内輪部材４０は、外周面３０ｂに深溝型の内輪軌道面４８と玉入れ溝４６が形成されている。内周縁３０ｃには、段差部４２が周設されるとともに、玉入れ溝４６が薄肉にされて形成されている。内輪環体部材５０は、環状に形成され、内輪部材４０の段差部４２に係合している。内輪環体部材５０は、内輪部材４０とともに内輪３０の内周面３０ａを形成している。
【００２８】
内輪部材４０と外輪環体部材５１および外輪部材４１と外輪環体部材５１は、それぞれＳＵＪ２をはじめとする軸受鋼、ＳＵＳ４４０Ｃをはじめとするスステンレス鋼またはＳＫＨ４をはじめとする工具鋼等の鋼材で形成されている。
【００２９】
玉６０は、窒化珪素などのセラミックス材あるいはＳＵＳ４４０Ｃで形成され、玉表面には、銀などのコーティング膜が好適に被覆されている。玉６０は、外輪３１の外輪軌道面４９と内輪３０の内輪軌道面４８との間に複数配置されている。全ての玉６０を周方向に隙間なく当接させた状態で、外輪３１の軌道面４９と内輪３０の内輪軌道面４８との間には、玉６０一個分程度もしくは、それ以上の周方向のスペースが存在している。
【００３０】
玉入れ溝４６，４７は、周方向の一部分の内輪３０と外輪３１との径方向の間隔が、他の部分における内輪３０と外輪３１との径方向の間隔よりも大きく形成されて設けられている。玉入れ溝４６，４７は、玉６０が円滑に回転しやすく、玉抜けが起きないように、玉６０の寸法に対して僅かに小さな寸法に設計され、玉６０に対して僅かに締め代を持つような寸法に設計されている。
【００３１】
内輪部材４０と内輪環体部材５０および外輪部材４１と外輪環体部材５１は、それぞれ結合手段７０により結合されている。以下に、外輪部材４１と外輪環体部材５１との結合について説明する。なお、内輪部材４０と内輪環体部材５０との結合は、外輪部材４１と外輪環体部材５１との結合と同様であるので、説明を省略する。
【００３２】
結合手段７０は、図３および図４に示すように、外輪部材４１の端面に設けられたＬ字状の突出部４４と、外輪環体部材５１の端面に設けられてＬ字状の突出部４４に係合するＬ字状の係合溝５２とからなる。
【００３３】
Ｌ字状の突出部４４は、軸方向に平行に延びる軸部４４ａと、軸部４４ａの先端から周方向に延びる屈曲部４４ｂとからなる。
【００３４】
係合溝５２は、径方向外方に開口しており、端面から軸方向内方に延びており突出部４４を案内する第１溝部５２ａと、第１溝部５２ａに連なって周方向に延びており突出部４４の屈曲部４４ｂを収容する第２溝部５２ｂとからなる。第１溝部５２ａの周方向の長さは、突出部４４全体の周方向の長さに等しく（または、大きく）されている。第２溝部５２ｂは、第１溝部５２ａの奥側にある部分（軸方向内方に位置する部分）が周方向に拡大されることで形成されており、その軸方向長さは、突出部４４の屈曲部４４ｂの軸方向長さに等しくなされている。
【００３５】
図４および図５に示すように、外輪部材４１と外輪環体部材５１は、それぞれ軸方向に対向して同心に配置され、軸方向に移動させられた後、周方向に回転させられる。これにより、図５に示すように、外輪部材４１の端面に設けられたＬ字状の突出部４４と、外輪環体部材５１の端面に設けられたＬ字状の係合溝５２とが嵌め合わされて結合される。
【００３６】
この深溝型総玉軸受１０によれば、内輪３０および外輪３１は、内輪部材４０および外輪部材４１のそれぞれの段差部４２，４３に、内輪環体部材５０および外輪環体部材５１が結合された構成となっている。玉の組み込みは、玉入れ溝４６，４７および玉入れ溝４６，４７近辺の外輪３１と内輪３０との間に治具のくさびを押し込んで、内外輪間の間隔を広げて、玉６０を軸受内部に組み込む方法によっておこなわれる。この治具のくさびを押し込むとき、外輪部材４１および内輪部材４０のみの状態でおこなうことにより、内輪部材４０および外輪部材４１に形成された玉入れ溝４６，４７が薄肉に形成されているので、治具のくさびを強く押し込むことなく、容易に玉入れ溝４６，４７を弾性変形させることができる。これにより、内外輪間の間隔を十分に広げることができるので、内外輪の肉厚が厚い場合や最後の方の玉を入れる場合であっても、玉６０および軌道面４８，４９に傷を付けることなく、すべての玉６０を軸受内部に組み込むことができる。
【００３７】
そして、玉の組み込み後に、内輪部材４０および外輪部材４１のそれぞれの段差部４２，４３に内輪環体部材５０および外輪環体部材５１を係合させ、結合手段７０により結合させている。これにより、内輪３０および外輪３１の剛性を上げているので、内外輪間の間隔が広がって玉抜けが起きるのを防ぐとともに、所定の負荷容量を得ることができる。また、内輪部材４０と内輪環体部材５０および外輪部材４１と外輪環体部材５１は、結合手段７０により係合させることで、径方向および周方向への相対移動が可能でかつ軸方向への相対移動が不可能とすることができる。したがって、運搬時や装置への組み付け時の振動等によって、内輪部材４０と内輪環体部材５０および外輪部材４１と外輪環体部材５１が分離するのを確実に防止して、装置への組み付けを容易におこなうことができる。
【００３８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施形態の深溝型総玉軸受は、ターボ分子ポンプのタッチダウン軸受として使用されているが、本発明の深溝型総玉軸受を、ターボ分子ポンプのタッチダウン軸受以外の用途に使用してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１：ターボ分子ポンプ本体、  ２：ハウジング、  ３：回転軸、  ４：モータ、
６：アキシアル磁気軸受、  ７：第１ラジアル磁気軸受、  ８：第２ラジアル磁気軸受、
１０：深溝型総玉軸受、  １１，１２：アンギュラ玉軸受、
１４，１５：ラジアル位置検出センサ、  １６：アキシアル位置検出センサ、
２０：ロータ、  ２１：ステータ、  ３０：内輪、  ３０ａ：内周面、
３０ｂ：外周面、３０ｃ：内周縁、  ３１：外輪、  ３１ａ：内周面、
３１ｂ：外周面、３１ｃ：外周縁、  ４０：内輪部材、  ４１：外輪部材、
４２，４３：段差部、  ４４：突出部、  ４４ａ：軸部、  ４４ｂ：屈曲部、
４６，４７：玉入れ溝、  ４８：内輪軌道面、  ４９：外輪軌道面、
５０：内輪環体部材、  ５１：外輪環体部材、  ５２：係合溝、  ５２ａ：第１溝部、
５２ｂ：第２溝部、  ６０：玉（転動体）、  ７０：結合手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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