(57)【要約】【課題】  従来のステンレス鋼や軸受鋼製の玉を用いる場合に比して耐久性に優れ、しかもセラミックス製の玉を用いる場合のような非タッチダウン時の連れ回りや、下地処理の困難性に伴う固体潤滑剤の密着性の悪さ等を克服することのできるタッチダウン軸受を提供する。【解決手段】  玉３を高速度工具鋼製とすることにより、内輪１や外輪２用いられるステンレス鋼や軸受鋼に比してタッチダウン時に予想される温度（２００〜３００℃）下における硬さを高くし、玉３の発熱による早期損傷を防止し、ひいては軸受の耐久性を向上させる。【選択図】  図１
2006153240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受により支持される回転体を有するターボ分子ポンプに用いられ、回転体の停止時もしくは回転異常時にのみ当該回転体に内輪もしくは外輪が接触してこの回転体を支持するタッチダウン軸受において、
上記内輪と外輪の間に転動自在に配置される玉が、高速度工具鋼製であることを特徴とするタッチダウン軸受。
【請求項２】
請求項１に記載のタッチダウン軸受が、総玉タイプの玉軸受であることを特徴とするタッチダウン軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターボ分子ポンプにおいて磁気軸受で支持されている回転体を、回転の停止時もしくは回転異常時において保護するためのタッチダウン軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプにおいては、排気用翼体を備えた回転体を磁気軸受により非接触のもとに支持する構成が多用されている。その例を図４に断面図で示す。この例において、ケース１０の内周に固定翼１１が配置されているとともに、このケース１０内には、回転翼１２が外周に固定された回転軸１３が回転自在に配置されている。この回転軸１３は電動モータ１４によって回転が与えられ、その回転状態においては、当該回転軸１３の外周面に近接配置された２つのラジアル磁気軸受１５，１６と、当該回転軸１３に一体に形成されたフランジ部１３ａの上下に配置された一組のアキシャル磁気軸受１７によって磁気浮上状態で非接触支持される。なお、図において９は吸気口であり、８は排気口である。
【０００３】
ケース１０内には、また、１つの総玉タイプの深溝玉軸受２１と、斜接方向を互いに逆向きに組み合わせた一対のアンギュラ玉軸受２２がタッチダウン軸受として配置されている。これらのタッチダウン軸受２１，２２は、回転軸１３の停止時および制御異常時に回転軸１３とラジアル磁気軸受１５，１６およびアキシャル磁気軸受１７とが接触して損傷することから保護するための転がり軸受であって、回転軸１３の外周面と各タッチダウン軸受２１、２２の内輪内周面との間には、回転軸１３と各磁気軸受１５、１６および１７の間の隙間よりも若干小さい隙間が介在している。これにより、回転軸１３が磁気軸受１５，１６および１７に磁気浮上状態で回転支持されている状態においては、回転軸１３は各タッチダウン軸受２１、２２に対して非接触状態を保つが、回転軸１３の停止時、あるいは外力の作用等による制御異常時には、回転軸１３が各磁気軸受１５、１６および１７に接触する前にタッチダウン軸受２１、２２の内輪に接触して回転支持される。
【０００４】
なお、以上は内輪を回転輪とした例を示したが、回転翼を備えた筒状の回転体を用いて、その筒状の回転体の内部にタッチダウン軸受を配置した構造のものが知られている。この構造のものでは、筒状の回転体の内周面に所定の隙間を介してタッチダウン軸受の外輪が配置され、回転体の停止時ないしは制御異常時に回転体の内周面がタッチダウン軸受の外輪外周面に接触して、回転体を回転支持する。
【０００５】
以上のような真空ポンプにおけるタッチダウン軸受においては、転動体（玉）の材質にはＳＵＳ４４０Ｃ等のステンレス鋼やＳＵＪ２などの軸受鋼が用いられ、また、セラミックスが用いられる場合もある。内輪および外輪の材質には同じくＳＵＳ４４０Ｃ等のステンレス鋼やＳＵＪ２などの軸受鋼が用いられることが多い。また、その使用環境上、潤滑油を用いることができないため、これらの部材の少なくとも他部材に対する接触面には、二硫化モリブデンをはじめとする各種固体潤滑剤からなる皮膜が形成される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２１２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、以上のようなタッチダウン軸受においては、回転輪に回転体が接触することにより一気に高速回転をはじめることになるが、この急激な加速により玉が軌道輪との摩擦、あるいは総玉タイプの玉軸受においては玉どうしの摩擦により急激に発熱し、玉が最初に損傷することが多い。そこで、耐久性に問題がある場合には、セラミックス製の玉が用いられる。
【０００７】
しかしながら、セラミックス製の玉を用いる場合、セラミックスは非磁性体であるが故に、タッチダウン軸受に近接配置されている磁気軸受が作る磁場により強磁性体からなる軌道輪（回転輪）が、非タッチダウン時において磁気軸受の磁場によって回転体と接触していないにも係わらず空転（連れ回り）するという問題があり、しかも、セラミックス製の玉はコストが高く、軸受コストの上昇要因となる。また、前記したようにこの種の軸受では潤滑油を用いることができないために軸受の各構成部材の表面に固体潤滑剤皮膜を形成するのであるが、セラミックス製の玉の場合、固定潤滑剤皮膜のための下地処理が困難であるため、強固な固体潤滑剤皮膜の形成が困難であるという問題もある。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、従来のステンレス鋼や軸受鋼製の玉を用いる場合に比して耐久性に優れ、しかもセラミックス製の玉を用いる場合のような諸問題点も生じることのないタッチダウン軸受の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のタッチダウン軸受は、磁気軸受により支持される回転体を有するターボ分子ポンプに用いられ、回転体の停止時もしくは回転異常時にのみ当該回転体に内輪もしくは外輪が接触してこの回転体を支持するタッチダウン軸受において、上記内輪と外輪の間に転動自在に配置される玉が、高速度工具鋼製であることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１０】
ここで、本発明においては、請求項１に記載のタッチダウン軸受が、総玉タイプの玉軸受である構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１１】
本発明は、軸受の耐久性のネックとなっている玉の材質を、高温硬さの高い金属材料である高速度工具鋼とすることによって、課題を解決しようとするものである。
【００１２】
すなわち、ＳＫＨ４をはじめとする高速度工具鋼は、ＳＵＪ２をはじめとする軸受鋼や、ＳＵＳ４４０Ｃをはじめとするステンレス鋼に比して、タッチダウン軸受における玉がタッチダウン時に到達することが予想される温度２００〜３００℃における硬さが、５〜１５ＨＲＣ程度高い。従って、タッチダウン時における急激な加速による軌道輪との摩擦に起因する発熱、加えて総玉タイプの場合には玉どうしの摩擦に起因する発熱により早期損傷を生じることを防止することができる。玉に用いられる高速度工具鋼としては、ＳＫＨ４や耐熱性を有するＭ５０（ＡＩＳＩ規格）などが挙げられる。
【００１３】
そして、高速度工具鋼は磁性材料であるため、接近配置される磁気軸受の磁場による磁束は回転輪、玉を通じて固定輪に至るため、非タッチダウン時における回転輪の連れ回りは生じない。また、固体潤滑剤皮膜のための下地処理が容易で、更にはコストの上昇を抑制することもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、玉の材質を高速度工具鋼としているので、タッチダウン時における発熱時における玉の硬さが従来のステンレス鋼や軸受鋼を用いる場合に比して高く、従ってこの種の軸受の耐久性のネックとなっている玉の早期損傷が生じず、軸受の耐久性を向上させることができ、この効果は、請求項２に係る発明のように、玉どうしの摩擦による発熱を生じる総玉タイプのタッチダウン軸受に本発明を適用することにより、より一層大きなものとなる。
【００１５】
また、セラミックス製の玉を用いる従来のタッチダウン軸受に比して、回転輪の連れ回りの防止、下地処理の容易化に伴う固体潤滑剤皮膜の密着性の向上、およびコストダウンを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明を図３における総玉タイプの深溝玉軸受からなるタッチダウン軸受に適用した実施の形態の正面図であり、図２はその拡大軸平行断面図である。
【００１７】
この例において、内輪１および外輪２がそれぞれマルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃであり、これらの間に、高速度工具鋼であるＳＫＨ４製の複数の玉３が配置されている。
【００１８】
内輪１および外輪２の表面には、下地処理としてショットブラスト等による微細な凹凸が形成され、その上に固体潤滑剤である二硫化モリブデン皮膜が形成されており、これによって二硫化モリブデン皮膜は内輪１および外輪２の表面に強固に密着した状態となる。  
【００１９】
一方、玉３の表面には、化成処理により例えば化学式（Ｚｎ2 Ｃａ）（ＰＯ4 ）2 ・２Ｈ2 Ｏで表されるリン酸亜鉛カルシウム系皮膜が形成され、更にその上に固体潤滑剤である二硫化モリブデン皮膜が形成されている。リン酸亜鉛カルシウム系皮膜は、化成処理時に母材であるＳＫＨ４製の玉３の表面に食い込んで強固に密着するとともに、その皮膜表面には結晶粒による微細な凹凸が形成されるため、その上に形成される二硫化モリブデン皮膜のリン酸亜鉛カルシウム系皮膜に対する密着性が強固なものとなり、ひいては玉３に対して二硫化モリブデン皮膜は強固に密着する。
【００２０】
以上の本発明の実施の形態によると、玉３の材質であるＳＫＨ４は、タッチダウン時に内輪１，外輪２、および玉３どうしの摩擦による発熱によって予想される高温（２００〜３００℃）状態における硬さが、ＳＵＪ２やＳＵＳ４４０Ｃ等を用いる場合に比してＨＲＣで５〜１５程度高く、従って、タッチダウン時の発熱による早期損傷が生じにくく、その表面に形成される二硫化モリブデン皮膜の玉３に対する密着性の高さと相まって、軸受の耐久性が大幅に向上する。
【００２１】
しかも、セラミックス製の玉を用いる場合に比してそのコストを低く抑えることができるとともに、ターボ分子ポンプに組み込んだときに近接する磁気軸受の磁場によって非タッチダウン時に内輪１が連れ回りすることもない。
【００２２】
なお、以上の実施の形態においては、本発明を総玉タイプの深溝玉軸受に適用した例を示したが、保持器を備えた総玉タイプ以外の玉軸受にも等しく適用することができる。また、玉３に用いる高速度工具鋼は必ずしもＳＫＨ４に限られることはないが、入手性、コスト、加工性等の観点から、ＳＫＨ４またはそれに類似の高速度工具鋼を採用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明をターボ分子ポンプ用の総玉タイプの深溝玉軸受からなるタッチダウン軸受に適用した実施の形態の正面図である。
【図２】図１の拡大軸平行断面図である。
【図３】タッチダウン軸受を備えたターボ分子ポンプの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  内輪
２  外輪
３  玉
【図１】
2006153240.tif 000003
【図２】
2006153240.tif 000004
【図３】
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