(57)【要約】【課題】磁気軸受が機能しているときに、つまり、タッチダウン軸受によって回転軸が支持されるまでの間において、タッチダウン軸受の外輪及び内輪の一方が他方に対して回転するのを阻止する。【解決手段】タッチダウン軸受は、外輪と、内輪と、複数の転動体と、規制部材とを備える。複数の転動体は、外輪の径方向で外輪と内輪との間に位置しており、外輪の周方向に並んで配置されている。複数の転動体の各々は、内輪及び外輪の各々と接触しており、周方向で隣に位置する他の転動体と接触可能に配置されている。規制部材は、複数の転動体のうち、周方向の一端に位置する第１の転動体と、周方向の他端に位置する第２の転動体との間に挿し込まれ、第１の転動体及び第２の転動体の各々と接触する。このとき、複数の転動体の各々は、周方向で隣に位置する他の転動体と接触する。これにより、複数の転動体の各々の動きが規制される。【選択図】図３
2018009663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受に異常が発生したときに、前記回転軸を回転可能に支持するタッチダウン軸受であって、
外輪と、
前記外輪の径方向で前記外輪の内側に位置し、前記外輪に対して回転可能に配置された内輪と、
前記径方向で前記外輪と前記内輪との間に位置し、前記外輪の周方向に並んで配置された複数の転動体とを備え、
前記複数の転動体の各々は、前記外輪及び前記内輪の各々と接触し、且つ、前記周方向で隣に位置する他の転動体と接触可能に配置されており、
前記タッチダウン軸受は、さらに、
前記複数の転動体のうち、前記周方向の一端に位置する第１の転動体と、前記周方向の他端に位置する第２の転動体との間に挿し込まれ、前記第１の転動体及び前記第２の転動体の各々と接触し、且つ、前記複数の転動体の各々を前記周方向で隣に位置する他の転動体と接触させることにより、前記複数の転動体の各々の動きを規制する規制部材を備え、
前記磁気軸受に異常が発生し、前記回転軸が前記外輪及び前記内輪の一方と接触したときに、前記回転軸から前記外輪及び前記内輪の一方に及ぼされ、前記外輪及び前記内輪の一方を他方に対して前記周方向に回転させる回転力を利用して、前記第１の転動体と前記第２の転動体との間隔を小さくすることにより、前記規制部材を前記第１の転動体と前記第２の転動体との間から押し出して、前記複数の転動体の各々の動きが規制された状態を解除する、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であって、
前記規制部材は、
金属で形成された本体と、
固体潤滑剤で形成され、前記本体の表面を覆う被覆層とを含む、タッチダウン軸受。
【請求項３】
請求項１に記載のタッチダウン軸受であって、
前記規制部材は、固体潤滑剤で形成されている、タッチダウン軸受。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のタッチダウン軸受であって、
前記規制部材は、前記軸方向に延びる板形状を有している、タッチダウン軸受。
【請求項５】
請求項４に記載のタッチダウン軸受であって、
前記規制部材は、
前記第１の転動体と前記第２の転動体との間に挿し込まれたときに、前記第１の転動体に接触する第１の側面と、
前記第１の転動体と前記第２の転動体との間に挿し込まれたときに、前記第２の転動体に接触する第２の側面とを含み、
前記規制部材のうち、前記第１の側面から前記第２の側面までの距離は、前記第１の転動体と前記第２の転動体との間に前記規制部材を挿し込む方向での前端側よりも後端側のほうが大きくなっている、タッチダウン軸受。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか１項に記載のタッチダウン軸受であって、
前記規制部材は、前記軸方向に延びる筒状の外周面を有している、タッチダウン軸受。
【請求項７】
請求項６に記載のタッチダウン軸受であって、
前記筒状の外周面は、
前記軸方向の一端側の直径が他端側の直径よりも小さい筒状の傾斜面を含み、
前記規制部材は、前記筒状の傾斜面の小径端側から前記第１の転動体と前記第２の転動体との間に挿し込まれ、
前記第１の転動体及び前記第２の転動体の各々は、前記筒状の傾斜面に接触している、タッチダウン軸受。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のタッチダウン軸受であって、
前記第１の転動体と前記第２の転動体との間に前記規制部材が挿し込まれた状態で、前記規制部材のうち、前記第１の転動体と前記第２の転動体との間に前記規制部材を挿し込む方向での前端は、前記第１の転動体及び前記第２の転動体の各々の中心よりも、前記規制部材を挿し込む方向で奥側に位置している、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、回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受に異常が発生したときに、回転軸を回転可能に支持するタッチダウン軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の一種として、磁気軸受が知られている。磁気軸受は回転軸を非接触で回転可能に支持するので、潤滑油が不要になる。そのため、磁気軸受は、例えば、真空ポンプの一種であるターボ分子ポンプに用いられている。
【０００３】
ターボ分子ポンプでは、回転翼を備えた回転軸が磁気軸受によって回転可能に支持されている。また、ターボ分子ポンプでは、磁気軸受に異常が発生したときに、つまり、故障や停電等により、磁気軸受の機能が予期せず停止したときに、磁気軸受の代わりに、回転軸を回転可能に支持するタッチダウン軸受が設けられている（例えば、特開２００９−２４８４６号公報参照）。
【０００４】
タッチダウン軸受は、例えば、深溝玉軸受である。タッチダウン軸受は、外輪と、内輪と、複数の転動体とを備える。内輪は、外輪の径方向で、外輪の内側に位置している。内輪は、外輪に対して回転可能に配置されている。複数の転動体は、外輪の径方向で、外輪と内輪との間に配置されている。
【０００５】
また、ターボ分子ポンプに用いられるタッチダウン軸受では、その使用環境により、潤滑油を用いることができない。そのため、内輪と転動体との接触面や、外輪と転動体との接触面には、固体潤滑剤からなる被膜が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タッチダウン軸受の外輪及び内輪は、例えば、軸受鋼や、マルテンサイト系のステンレス鋼によって形成されている。そのため、例えば、磁気軸受によって形成される磁場により、タッチダウン軸受の外輪及び内輪が磁化されると、回転軸の回転に伴って、外輪及び内輪の一方が他方に対して回転する現象（連れ回り）が発生する。このとき、内輪と転動体との接触面に形成された被膜や、外輪と転動体との接触面に形成された被膜が消耗するおそれがある。内輪と転動体との接触面に形成された被膜や、外輪と転動体との接触面に形成された被膜が消耗すると、タッチダウン軸受に焼き付きが発生し易くなる。そのため、故障や停電等により、磁気軸受の機能が突然停止して、タッチダウン軸受が回転軸を回転可能に支持するときに、タッチダウン軸受が正常に動作しないおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、磁気軸受が機能しているときに、つまり、タッチダウン軸受によって回転軸が支持されるまでの間において、タッチダウン軸受の外輪及び内輪の一方が他方に対して回転するのを阻止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施の形態によるタッチダウン軸受は、回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受に異常が発生したときに、回転軸を回転可能に支持する。タッチダウン軸受は、外輪と、内輪と、複数の転動体と、規制部材とを備える。内輪は、外輪の径方向で、外輪の内側に位置している。内輪は、外輪に対して回転可能に配置されている。複数の転動体は、外輪の径方向で外輪と内輪との間に位置している。複数の転動体は、外輪の周方向に並んで配置されている。複数の転動体の各々は、内輪及び外輪の各々と接触している。複数の転動体の各々は、周方向で隣に位置する他の転動体と接触可能に配置されている。規制部材は、複数の転動体のうち、周方向の一端に位置する第１の転動体と、周方向の他端に位置する第２の転動体との間に挿し込まれ、第１の転動体及び第２の転動体の各々と接触する。このとき、複数の転動体の各々は、周方向で隣に位置する他の転動体と接触する。これにより、複数の転動体の各々の動きが規制される。磁気軸受に異常が発生し、回転軸が外輪及び内輪の一方と接触したときに、回転軸から外輪及び内輪の一方に対して、外輪及び内輪の一方を他方に対して周方向に回転させる回転力が及ぼされる。この回転力を利用して、第１の転動体と第２の転動体との間隔を狭める。これにより、規制部材を第１の転動体と第２の転動体との間から押し出して、複数の転動体の各々の動きが規制された状態を解除する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施の形態によるタッチダウン軸受においては、磁気軸受が機能しているときに、タッチダウン軸受の外輪及び内輪の一方が他方に対して回転するのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態によるタッチダウン軸受を備えるターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】タッチダウン軸受の底面図である。
【図４】図３の一部を拡大して示す底面図である。
【図５】規制部材と２つの転動体との関係を示す説明図である。
【図６】規制部材が２つの転動体の間から押し出された状態を示す断面図である。
【図７】応用例１に係る規制部材が２つの転動体の間に挿し込まれた状態を示す底面図である。
【図８】応用例１に係る規制部材と２つの転動体との関係を示す説明図である。
【図９】応用例２に係る規制部材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態によるタッチダウン軸受は、回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受に異常が発生したときに、回転軸を回転可能に支持する。タッチダウン軸受は、外輪と、内輪と、複数の転動体と、規制部材とを備える。内輪は、外輪の径方向で、外輪の内側に位置している。内輪は、外輪に対して回転可能に配置されている。複数の転動体は、外輪の径方向で外輪と内輪との間に位置している。複数の転動体は、外輪の周方向に並んで配置されている。複数の転動体の各々は、内輪及び外輪の各々と接触している。複数の転動体の各々は、周方向で隣に位置する他の転動体と接触可能に配置されている。規制部材は、複数の転動体のうち、周方向の一端に位置する第１の転動体と、周方向の他端に位置する第２の転動体との間に挿し込まれ、第１の転動体及び第２の転動体の各々と接触する。このとき、複数の転動体の各々は、周方向で隣に位置する他の転動体と接触する。これにより、複数の転動体の各々の動きが規制される。磁気軸受に異常が発生し、回転軸が外輪及び内輪の一方と接触したときに、回転軸から外輪及び内輪の一方に対して、外輪及び内輪の一方を他方に対して周方向に回転させる回転力が及ぼされる。この回転力を利用して、第１の転動体と第２の転動体との間隔を狭める。これにより、規制部材を第１の転動体と第２の転動体との間から押し出して、複数の転動体の各々の動きが規制された状態を解除する。
【００１３】
上記タッチダウン軸受においては、規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込まれた状態で、複数の転動体の各々の動きが規制される。そのため、規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込まれた状態では、外輪及び内輪の一方が他方に対して回転するのを阻止することができる。その結果、例えば、磁気軸受によって形成される磁場により、内輪及び外輪が磁化されたときに、回転軸の回転に伴って、外輪及び内輪の一方が他方に対して回転する現象（連れ回り）が発生するのを阻止することができる。つまり、上記タッチダウン軸受においては、磁気軸受に異常が発生していないときに、外輪及び内輪の一方が他方に対して回転するのを阻止することができる。
【００１４】
一方、磁気軸受に異常が発生して、回転軸が外輪及び内輪の一方に接触したときには、回転軸から外輪及び内輪の一方に及ぼされる回転力を利用して、第１の転動体と第２の転動体との間隔を狭める。これにより、規制部材を第１の転動体と第２の転動体との間から押し出して、規制部材によって複数の転動体の各々の動きが規制された状態を解除する。その結果、外輪及び内輪の一方が他方に対して回転するのを許容する。したがって、磁気軸受に異常が発生したときには、タッチダウン軸受に要求される動作を実現することができる。
【００１５】
規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間から押し出される方向は、規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込まれる方向とは反対の方向である。なお、規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間から押し出される方向は、厳密な意味において、上記反対の方向と一致していなくてもよい。
【００１６】
規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間から押し出される方向は、好ましくは、重力が作用する方向である。この場合、第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材を、重力の作用により、複数の転動体の各々と接触しない位置まで移動させることができる。その結果、タッチダウン軸受の動作を安定させることができる。
【００１７】
なお、規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間から押し出される方向は、厳密な意味において、重力が作用する方向と一致していなくてもよい。第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材が複数の転動体の各々と接触するのを回避できればよい。
【００１８】
好ましくは、第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材は、複数の転動体の各々と接触しない位置に保持される。この場合、規制部材がタッチダウン軸受の動作に悪影響を及ぼすのを回避して、タッチダウン軸受の動作をさらに安定させることができる。第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材が複数の転動体の各々と接触しない位置に保持されるのであれば、規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間から押し出される方向は、重力が作用する方向と一致していなくてもよい。例えば、規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間から押し出される方向は、重力が作用する方向とは反対の方向であってもよい。
【００１９】
第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材は、例えば、平坦な面に載置されることにより、複数の転動体の各々と接触しない位置に保持される。規制部材が載置される面は、例えば、凹所の底面であってもよい。この場合、第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材を、複数の転動体の各々と接触しない位置に安定して保持することができる。
【００２０】
第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材が複数の転動体の各々と接触しない位置に保持された状態で、規制部材の先端（第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込まれていたほうの端）は、径方向から見て、内輪及び外輪と重なっていてもよい。つまり、第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材の先端は、複数の転動体の各々と接触しない位置に保持された状態で、内輪と外輪との間に位置したままであってもよい。この場合、第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材が複数の転動体の各々と接触しない位置に移動するまでの距離を短くすることができる。また、内輪及び外輪により、第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材が径方向に移動するのを阻止することができる。
【００２１】
好ましくは、規制部材のうち、第１の転動体に接触する接触面は、規制部材を第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込む方向に延びる直線に対して傾斜している。より具体的には、接触面の一端（規制部材を第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込むほうの端）は、周方向で、接触面の他端（規制部材を第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込むほうの端とは反対側の端）よりも、第２の転動体の近くに位置している。この場合、第１の転動体及び第２の転動体の一方が他方に向かって移動するときに、規制部材を第１の転動体と第２の転動体との間から押し出し易くなる。なお、上記接触面は、第１の転動体の表面に対応した形状を有していてもよい。
【００２２】
規制部材は、金属で形成された本体と、固体潤滑剤で形成され、本体の表面を覆う被覆層とを含んでいてもよい。或いは、規制部材は、固体潤滑剤で形成されていてもよい。つまり、少なくとも規制部材の表面は固体潤滑剤で形成されていることが好ましい。
【００２３】
ここで、固体潤滑剤は、自己潤滑性を有する固体材料である。固体潤滑剤は、例えば、二硫化モリブデンや、二硫化タングステンである。
【００２４】
上記のように、少なくとも規制部材の表面が固体潤滑剤で形成されている場合、第１の転動体と第２の転動体との間から押し出された規制部材が複数の転動体等と接触しても、タッチダウン軸受の動作に悪影響を与える金属磨耗粉が発生しない。そのため、タッチダウン軸受の動作を安定させることができる。
【００２５】
規制部材は、板形状であってもよい。この場合、厚さ方向から見たときの規制部材の形状は、例えば、三角形であってもよいし、台形であってもよい。規制部材は、好ましくは、厚さ方向から見たときに、軸方向に延びる直線に対して、傾斜した方向に延びる側面を有する。当該側面は、少なくとも転動体と接する位置を含む範囲に形成されていればよい。
【００２６】
板形状を有する規制部材は、好ましくは、第１の側面と、第２の側面とを含む。第１の側面には、規制部材が第１の転動体と前記第２の転動体との間に挿し込まれたときに、第１の転動体が接触する。第２の側面には、規制部材が第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込まれたときに、第２の転動体が接触する。規制部材のうち、第１の側面から第２の側面までの距離は、第１の転動体と第２の転動体との間に規制部材を挿し込む方向での前端側よりも後端側のほうが大きくなっている。
【００２７】
規制部材を厚さ方向から見たときに、外輪の軸方向に延びて、規制部材の外形中心を通過する基準線を設定する。第１の側面と第２の側面とは、基準線に対して、対称であってもよいし、対称でなくてもよい。
【００２８】
規制部材は、外輪の軸方向に延びる筒状の外周面を有していてもよい。この場合、筒状の外周面は、好ましくは、筒状の傾斜面を含む。筒状の傾斜面は、軸方向の一端側の直径が他端側の直径よりも小さい。規制部材は、筒状の傾斜面の小径端側から第１の転動体と第２の転動体との間に挿し込まれる。このとき、第１の転動体及び第２の転動体の各々は、筒状の傾斜面に接触している。
【００２９】
好ましくは、第１の転動体と第２の転動体との間に規制部材が挿し込まれた状態で、規制部材のうち、第１の転動体と第２の転動体との間に規制部材を挿し込む方向での前端は、第１の転動体及び第２の転動体の各々の中心よりも、規制部材を挿し込む方向で奥側に位置している。この場合、規制部材の外形中心を、第１の転動体と第２の転動体との間に規制部材を挿し込む方向で、第１の転動体の中心と第２の転動体の中心とを結ぶ直線に近づけることができる。そのため、第１の転動体と第２の転動体との間から規制部材を押し出すのに必要な力を大きくすることができる。その結果、複数の転動体の各々の動きが規制部材によって規制された状態を安定させることができる。
【００３０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図中同一又は相当部分には、同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００３１】
図１は、ターボ分子ポンプ１０の概略構成を示す断面図である。ターボ分子ポンプ１０は、ハウジング１２と、回転軸１４と、モータ１６と、ラジアル磁気軸受１８１、１８２と、アキシャル磁気軸受２０１、２０２と、タッチダウン軸受３０と、タッチダウン軸受４０とを備える。
【００３２】
以下の説明において、軸方向は、回転軸１４の中心軸線ＣＬが延びる方向である。径方向は、中心軸線ＣＬに垂直な方向である。周方向は、中心軸線ＣＬ周りの方向である。なお、図１の上下方向は、鉛直方向に相当する。
【００３３】
ハウジング１２は、回転軸１４と、モータ１６と、ラジアル磁気軸受１８１、１８２と、アキシャル磁気軸受２０１、２０２と、タッチダウン軸受３０と、タッチダウン軸受４０とを収容する。ハウジング１２には、吸気口１２１と、排気口１２２とが形成されている。ハウジング１２の吸気口１２１の近くには、複数の固定翼群１２３が配置されている。複数の固定翼群１２３は、軸方向に並んでいる。各固定翼群１２３は、複数の固定翼１２３１によって構成されている。複数の固定翼１２３１は、周方向に並んで配置されている。
【００３４】
回転軸１４は、ハウジング１２に対して回転可能に配置されている。回転軸１４には、複数の回転翼群１４１が配置されている。複数の回転翼群１４１は、軸方向に並んでいる。各回転翼群１４１は、複数の回転翼１４１１によって構成されている。複数の回転翼１４１１は、周方向に並んで配置されている。回転翼群１４１と、固定翼群１２３とが、軸方向に交互に並んでいる。
【００３５】
モータ１６は、回転軸１４を回転させる。モータ１６は、回転軸１４の軸方向の中央部分に配置されている。
【００３６】
ラジアル磁気軸受１８１と、ラジアル磁気軸受１８２とは、軸方向に離れて配置されている。ラジアル磁気軸受１８１は、モータ１６よりも上方（軸方向の一端側）に配置されている。つまり、ラジアル磁気軸受１８１は、軸方向でモータ１６よりも複数の回転翼群１４１の近くに配置されている。ラジアル磁気軸受１８２は、モータ１６よりも下方（軸方向の他端側）に配置されている。つまり、ラジアル磁気軸受１８２は、軸方向で、モータ１６に対して、ラジアル磁気軸受１８１とは反対側に配置されている。別の表現をすれば、ラジアル磁気軸受１８２は、軸方向で、モータ１６よりも、ラジアル磁気軸受１８１から遠い位置にある。ラジアル磁気軸受１８１、１８２は、回転軸１４を非接触で回転可能に支持する。
【００３７】
アキシャル磁気軸受２０１、２０２は、ラジアル磁気軸受１８２よりも下方（軸方向の他端側）に配置されている。アキシャル磁気軸受２０１と、アキシャル磁気軸受２０２とは、軸方向に離れて配置されている。アキシャル磁気軸受２０１は、回転軸１４に形成されたフランジ１４２よりも上方（軸方向の一端側）に配置されている。つまり、アキシャル磁気軸受２０１は、軸方向でフランジ１４２よりもラジアル磁気軸受１８１、１８２の近くに配置されている。アキシャル磁気軸受２０２は、フランジ１４２よりも下方（軸方向の他端側）に配置されている。つまり、アキシャル磁気軸受２０２は、軸方向で、フランジ１４２に対して、アキシャル磁気軸受２０１とは反対側に配置されている。別の表現をすれば、アキシャル磁気軸受２０２は、軸方向で、フランジ１４２よりもアキシャル磁気軸受２０１から遠い位置にある。アキシャル磁気軸受２０１、２０２は、回転軸１４を非接触で回転可能に支持している。
【００３８】
タッチダウン軸受３０は、深溝玉軸受である。タッチダウン軸受３０には、回転軸１４が挿入されている。タッチダウン軸受３０の中心軸線は、回転軸１４の中心軸線ＣＬと一致している。つまり、タッチダウン軸受３０は、回転軸１４と同軸上に配置されている。タッチダウン軸受３０は、ラジアル磁気軸受１８１よりも上方（軸方向の一端側）に配置されている。つまり、タッチダウン軸受３０は、軸方向でラジアル磁気軸受１８１よりも複数の回転翼群１４１の近くに配置されている。タッチダウン軸受３０の詳細については、後述する。
【００３９】
タッチダウン軸受４０は、２つのアンギュラ玉軸受４０１、４０２によって実現されている。２つのアンギュラ玉軸受４０１、４０２は、軸方向に重なって配置されている。タッチダウン軸受４０には、回転軸１４が挿入されている。タッチダウン軸受４０の中心軸線は、回転軸１４の中心軸線ＣＬと一致している。つまり、タッチダウン軸受４０は、回転軸１４と同軸上に配置されている。タッチダウン軸受４０は、径方向から見て、アキシャル磁気軸受２０１と重なる位置に配置されている。つまり、タッチダウン軸受４０は、フランジ１４２よりも上方（軸方向の一端側）に配置されている。別の表現をすれば、タッチダウン軸受４０は、軸方向でフランジ１４２よりもラジアル磁気軸受１８２の近くに配置されている。
【００４０】
図２及び図３を参照しながら、タッチダウン軸受３０について説明する。図２は、図１の一部を拡大して示す断面図である。図３は、タッチダウン軸受３０の底面図である。
【００４１】
タッチダウン軸受３０は、本発明の実施の形態によるタッチダウン軸受である。タッチダウン軸受３０は、外輪３０１と、内輪３０２と、複数の転動体３０３と、規制部材３０４とを含む。
【００４２】
図２及び図３を参照しながら、外輪３０１について説明する。外輪３０１は、軸受鋼や、マルテンサイト系のステンレス鋼によって形成されている。
【００４３】
外輪３０１は、中心軸線ＣＬ（図１及び図３参照）を中心軸とする筒形状を有する。つまり、外輪３０１は、軸方向に延びる筒形状を有する。
【００４４】
外輪３０１の中心軸線は、回転軸１４の中心軸線ＣＬと一定している。つまり、外輪３０１は、回転軸１４と同軸上に配置されている。
【００４５】
外輪３０１は、外周面３０１１を有する。外周面３０１１は、中心軸線ＣＬを中心軸とする筒状面である。つまり、外周面３０１は、略一定の直径で軸方向にストレートに延びている。
【００４６】
外輪３０１の内周面には、軌道面３０１２が形成されている。軌道面３０１２は、中心軸線ＣＬを中心軸とする筒状面である。軌道面３０１２では、図２に示すように、軸方向の中央部分が軸方向の両端よりも径方向で外側に位置している。つまり、軌道面３０１２は、径方向で外側に向かって凹んでいる。要するに、軌道面３０１２は、筒状の湾曲面である。なお、図示はしていないが、軌道面３０１２には、固体潤滑材によって形成された被覆層が形成されている。
【００４７】
外輪３０１は、ハウジング１２の内周面１２４に固定されている。内周面１２４は、内周面１２４１と、段差面１２４２と、内周面１２４３と、段差面１２４４とを含む。以下、図２を参照しながら、これらについて説明する。
【００４８】
内周面１２４１は、中心軸線ＣＬ（図１及び図３参照）を中心軸とする筒状面である。つまり、内周面１２４１は、略一定の直径で軸方向にストレートに延びている。
【００４９】
段差面１２４２は、中心軸線ＣＬ（図１及び図３参照）を中心軸として、円環状に形成されている。つまり、段差面１２４２は、略一定の幅（径方向の長さ）で周方向の全周に亘って連続して延びている。要するに、段差面１２４２は、径方向に広がっている。段差面１２４２の外周縁は、内周面１２４１の下端（軸方向の他端）に接続されている。つまり、段差面１２４２は、内周面１２４１の下端（軸方向の他端）から径方向で内側に向かって延びている。
【００５０】
内周面１２４３は、中心軸線ＣＬ（図１及び図３参照）を中心軸とする筒状面である。つまり、内周面１２４３は、略一定の直径で軸方向にストレートに延びている。内周面１２４３の上端（軸方向の一端）は、段差面１２４２の内周縁に接続されている。つまり、内周面１２４３は、段差面１２４２の内周縁から下方（軸方向の他端側）に延びている。
【００５１】
段差面１２４４は、中心軸線ＣＬ（図１及び図３参照）を中心軸として、円環状に形成されている。つまり、段差面１２４４は、略一定の幅（径方向の長さ）で周方向の全周に亘って連続して延びている。要するに、段差面１２４４は、径方向に広がっている。段差面１２４４の外周縁は、筒状面１２４３の下端（軸方向の他端）に接続されている。つまり、段差面１２４４は、内周面１２４３の下端（軸方向の他端）から径方向で内側に向かって延びている。
【００５２】
外輪３０１は、内周面１２４１によって規定される取付孔、つまり、ハウジング１２に形成された取付孔に圧入されている。この状態で、外輪３０１の外周面３０１１は、内周面１２４１に接している。外輪３０１の下端（軸方向の他端）の外周縁部は、段差面１２４２に接している。つまり、外輪３０１は、段差面１２４４よりも上方（軸方向の一端側）に配置されている。要するに、外輪３０１は、軸方向で段差面１２４４から離れている。
【００５３】
図２及び図３を参照しながら、内輪３０２について説明する。内輪３０２は、軸受鋼や、マルテンサイト系のステンレス鋼によって形成されている。
【００５４】
内輪３０２は、中心軸線ＣＬ（図１及び図３参照）を中心軸とする筒形状を有する。つまり、内輪３０２は、軸方向に延びる筒形状を有する。
【００５５】
内輪３０２には、回転軸１４が挿入されている。内輪３０２の中心軸線は、回転軸１４の中心軸線と一致している。つまり、内輪３０２は、回転軸１４と同軸上に配置されている。
【００５６】
内輪３０２は、内周面３０２１を有する。内周面３０２１は、中心軸線ＣＬを中心軸とする筒状面である。つまり、内周面３０２１は、略一定の直径で軸方向にストレートに延びている。
【００５７】
内輪３０２の内周面３０２１と回転軸１４の外周面との間には、全周に亘って、径方向で隙間が形成されている。この隙間は、ラジアル磁気軸受１８１と回転軸１４との間に形成された隙間（径方向での隙間）や、ラジアル磁気軸受１８２と回転軸１４との間に形成された隙間（径方向での隙間）よりも小さい。そのため、故障や停電等により、ラジアル磁気軸受１８１、１８２の各々の機能が突然停止したとき、回転軸１４は、ラジアル磁気軸受１８１、１８２に接触するよりも前に、内輪３０２の内周面３０２１に接触する。
【００５８】
内輪３０２の外周面には、軌道面３０２２が形成されている。軌道面３０２２は、中心軸線ＣＬを中心軸とする筒状面である。軌道面３０２２では、図２に示すように、軸方向の中央部分が軸方向の両端よりも径方向で内側に位置している。つまり、軌道面３０２２は、径方向で内側に向かって凹んでいる。要するに、軌道面３０２２は、筒状の湾曲面である。なお、図示はしていないが、軌道面３０２２には、軌道面３０１２と同様に、固体潤滑材によって形成された被覆層が形成されている。
【００５９】
内輪３０２は、外輪３０１に挿入されている。つまり、内輪３０２は、径方向で外輪３０１の内側に配置されている。内輪３０２の中心軸線は、外輪３０２の中心軸線と一致している。つまり、内輪３０２は、外輪３０１と同軸上に配置されている。
【００６０】
上記のように、外輪３０１は、ハウジング１２に固定されている。そのため、本実施の形態では、内輪３０２が外輪３０１に対して回転可能に配置されている。
【００６１】
図２及び図３を参照しながら、複数の転動体３０３について説明する。複数の転動体３０３は、径方向で、外輪３０１と内輪３０２との間に配置されている。複数の転動体３０３の各々は、周方向に並んで配置されている。
【００６２】
複数の転動体３０３の各々は、球形状を有する。複数の転動体３０３の各々は、互いに同じ形状及び大きさで形成されている。複数の転動体３０３の各々は、互いに同じ材料で形成されている。つまり、複数の転動体３０３の各々は、互いに同じ質量を有する。
【００６３】
複数の転動体３０３の各々は、軸受鋼や、マルテンサイト系のステンレス鋼で形成されている。なお、複数の転動体３０３の各々は、セラミックスによって形成されていてもよい。セラミックスは、例えば、窒化珪素や炭化珪素、ジルコニア、アルミナ等である。
【００６４】
複数の転動体３０３の各々は、外輪３０１に形成された軌道面３０１２と、内輪３０２に形成された軌道面３０２２とに接触している。なお、図示はしていないが、各転動体３０３の表面には、軌道面３０１２や軌道面３０２２と同様に、固体潤滑材によって形成された被覆層が形成されている。
【００６５】
複数の転動体３０３の各々は、周方向で隣に位置する他の転動体３０３と接触可能に配置されている。つまり、タッチダウン軸受３０は、保持器を備えていない。要するに、タッチダウン軸受３０は、総玉タイプの深溝玉軸受である。
【００６６】
図２、図４及び図５を参照しながら、規制部材３０４について説明する。図４は、図３の一部を拡大して示す底面図である。図５は、規制部材３０４と２つの転動体３０３との関係を示す説明図である。
【００６７】
規制部材３０４は、固体潤滑材によって形成されている。規制部材３０４は、板形状を有する。規制部材３０４は、略一定の厚さで形成されている。規制部材３０４を厚さ方向から見たときの形状は、図５に示すように、台形である。
【００６８】
図２及び図４に示すように、規制部材３０４は、径方向で外輪３０１と内輪３０２との間に配置されている。つまり、規制部材３０４の厚さは、外輪３０１と内輪３０２との間に形成された隙間よりも小さい。
【００６９】
ここで、規制部材３０４が外輪３０１と内輪３０２との間に配置された状態で、規制部材３０４の厚さ方向は、径方向と一致している。規制部材３０４の高さ方向は、軸方向と一致している。規制部材３０４の幅方向は、規制部材３０４の厚さ方向から見たときの高さ方向に垂直な方向である。
【００７０】
図５に示すように、規制部材３０４の幅方向の長さは、規制部材３０４の下端よりも、規制部材３０４の上端のほうが狭くなっている。
【００７１】
図２に示すように、規制部材３０４の高さは、外輪３０１及び内輪３０２の軸方向での長さよりも短い。規制部材３０４の高さは、転動体３０３の半径よりも大きい。
【００７２】
規制部材３０４は、側面３０４１と、側面３０４２とを有する。以下、図５を参照しながら、これらについて説明する。
【００７３】
側面３０４１は、全体として、軸方向に延びている。側面３０４１は、規制部材３０４の幅方向の一端を規定している。
【００７４】
側面３０４１は、基準線３０４Ｌに対して、傾斜している。基準線３０４Ｌは、規制部材３０４を厚さ方向から見たときに、規制部材３０４の外形中心３０４Ｃを通過し、且つ、軸方向に延びる直線である。規制部材３０４の厚さ方向から見て、側面３０４１の上端から基準線３０４Ｌまでの距離（幅方向での長さ）は、側面３０４１の下端から基準線３０４Ｌまでの距離（幅方向での長さ）よりも短い。つまり、規制部材３０４の厚さ方向から見て、側面３０４１の上端は、規制部材３０４の幅方向で、側面３０４１の下端よりも、基準線３０４Ｌの近くに位置している。
【００７５】
側面３０４２は、全体として、軸方向に延びている。側面３０４２は、規制部材３０４の幅方向の他端を規定している。
【００７６】
側面３０４２は、基準線３０４Ｌに対して、傾斜している。規制部材３０４の厚さ方向から見て、側面３０４２の上端から基準線３０４Ｌまでの距離（幅方向での長さ）は、側面３０４２の下端から基準線３０４Ｌまでの距離（幅方向での長さ）よりも短い。つまり、規制部材３０４の厚さ方向から見て、側面３０４２の上端は、規制部材３０４の幅方向で、側面３０４２の下端よりも、基準線３０４Ｌの近くに位置している。
【００７７】
側面３０４１の軸方向での長さは、側面３０４２の軸方向での長さと同じである。側面３０４１の幅方向での長さは、側面３０４２の幅方向での長さと同じである。つまり、規制部材３０４の厚さ方向から見て、側面３０４１と側面３０４２とは、基準線３０４Ｌに対して、対称である。
【００７８】
なお、側面３０４１の軸方向での長さは、厳密な意味において、側面３０４２の軸方向での長さと同じでなくてもよい。側面３０４１の幅方向での長さは、厳密な意味において、側面３０４２の幅方向での長さと同じでなくてもよい。
【００７９】
規制部材３０４は、複数の転動体３０３のうち、周方向で隣り合う２つの転動体３０３の間に、幅が狭いほうの端（つまり、上端）から挿し込まれる。規制部材３０４は、下側（軸方向の他端側）から上側（軸方向の一端側）に向かって挿し込まれる。つまり、規制部材３０４は、重力が作用する方向（上側から下側に向かう方向）とは反対の方向から挿し込まれる。
【００８０】
この状態で、規制部材３０４の側面３０４１は、複数の転動体３０３のうち、周方向の一端に位置する第１の転動体としての転動体３０３１に接している。規制部材３０４の側面３０４２は、複数の転動体３０３のうち、周方向の他端に位置する第２の転動体としての転動体３０３２に接している。
【００８１】
規制部材３０４が２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込まれた状態で、複数の転動体３０３の各々が周方向で隣に位置する他の転動体３０３と接している。また、複数の転動体３０３の各々が、外輪３０１及び内輪３０２の各々に接している。その結果、複数の転動体３０３の各々の動きが規制されている。
【００８２】
規制部材３０４が２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込まれた状態で、規制部材３０４の上端（つまり、規制部材３０４を２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込む方向での前端）は、転動体３０３１の中心３０３１Ｃ及び転動体３０３２の中心３０３１Ｃよりも上側（つまり、規制部材３０４を２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込む方向での奥側）に位置している。
【００８３】
タッチダウン軸受３０においては、規制部材３０４が２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込まれた状態で、複数の転動体３０３の各々の動きが規制される。そのため、規制部材３０３が２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込まれた状態では、内輪３０２が外輪３０１に対して回転するのを阻止することができる。その結果、例えば、ラジアル磁気軸受１８１、１８２によって形成される磁場により、内輪３０２が磁化されたときに、回転軸１４の回転に伴って、内輪３０２が回転するのを阻止することができる。つまり、タッチダウン軸受３０においては、ラジアル磁気軸受１８１、１８２の機能が停止していないときに、内輪３０２が外輪３０１に対して回転するのを阻止することができる。
【００８４】
一方、故障や停電等により、ラジアル磁気軸受１８１、１８２の機能が突然停止して、回転軸１４が内輪３０２の内周面３０２１に接触したときには、回転軸１４から内輪３０２に及ぼされる回転力を利用して、転動体３０３１と転動体３０３２との間隔を狭める。これにより、図６に示すように、規制部材３０４を２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出して、規制部材３０４によって複数の転動体３０３の各々の動きが規制された状態を解除する。その結果、内輪３０２が外輪３０１に対して回転するのを許容する。したがって、故障や停電等により、ラジアル磁気軸受１８１、１８２の機能が突然停止したときには、タッチダウン軸受３０に要求される動作を実現することができる。
【００８５】
タッチダウン軸受３０において、規制部材３０４が２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出される方向は、重力が作用する方向である。そのため、２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出された規制部材３０４を、重力の作用により、複数の転動体３０３の各々と接触しない位置まで移動させることができる。その結果、タッチダウン軸受３０の動作を安定させることができる。
【００８６】
タッチダウン軸受３０において、２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出された規制部材３０４は、ハウジング１２に形成された段差面１２４４に載置される。そのため、２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出された規制部材３０４が複数の転動体３０３の各々と接触しない状態を安定して実現することができる。
【００８７】
本実施の形態では、２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出された規制部材３０４がハウジング１２の段差面１２４４に載置された状態で、規制部材３０４の先端（つまり、２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込まれていたほうの端）は、図６に示すように、径方向から見て、外輪３０１及び内輪３０２の各々と重なる位置にある。そのため、２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出された規制部材３０４が複数の転動体３０３の各々と接触しない位置（つまり、段差面１２４４に載置される位置）に移動するまでの距離を短くすることができる。また、外輪３０１及び内輪３０２により、段差面１２４４に載置された規制部材３０４が径方向に移動するのを阻止することができる。
【００８８】
タッチダウン軸受３０においては、基準線３０４Ｌに対して傾斜している側面３０４１が転動体３０３１に接触している。規制部材３０４の厚さ方向から見て、側面３０４１の上端は、規制部材３０４の幅方向で、側面３０４１の下端よりも、基準線３０４Ｌの近くに位置している。そのため、転動体３０３１及び転動体３０３２の一方が他方に向かって移動するときに、規制部材３０４を２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出し易くなる。
【００８９】
タッチダウン軸受３０においては、基準線３０４Ｌに対して傾斜している側面３０４１が転動体３０３１に接触し、且つ、基準線３０４Ｌに対して傾斜している側面３０４２が転動体３０３２に接触している。規制部材３０４の厚さ方向から見て、側面３０４１の上端は、規制部材３０４の幅方向で、側面３０４１の下端よりも、基準線３０４Ｌの近くに位置している。規制部材３０４の厚さ方向から見て、側面３０４２の上端は、規制部材３０４の幅方向で、側面３０４２の下端よりも、基準線３０４Ｌの近くに位置している。そのため、転動体３０３１及び転動体３０３２の一方が他方に向かって移動するときに、規制部材３０４を２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出すのがさらに容易になる。
【００９０】
タッチダウン軸受３０においては、規制部材３０４が２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込まれた状態で、規制部材３０４の上端が２つの転動体３０３１、３０３２の各々の中心３０３１Ｃ、３０３２Ｃよりも上側に位置している。そのため、規制部材３０４の外形中心３０４Ｃを、２つの転動体３０３１、３０３２の各々の中心３０３１Ｃ、３０３２Ｃを結ぶ直線Ｌ１に近づけることができる。そのため、２つの転動体３０３１、３０３２の間から規制部材３０４を押し出すために必要な力を大きくすることができる。その結果、複数の転動体３０３の各々の動きが規制部材３０４によって規制された状態を安定させることができる。
【００９１】
タッチダウン軸受３０においては、規制部材３０４が固体潤滑剤で形成されている。そのため、例えば、タッチダウン軸受３０が動作しているときに、規制部材３０４が転動体３０３や内輪３０２に接触しても、タッチダウン軸受３０の動作に悪影響を与える磨耗粉が発生しない。その結果、タッチダウン軸受３０の動作を安定させることができる。
【００９２】
［規制部材の応用例１］
規制部材は、板形状に限定されない。例えば、図７及び図８に示すように、規制部材３０４Ａは、軸方向に延びる筒状の外周面３０４Ａ１を有していてもよい。図７及び図８に示す例では、外周面３０４Ａ１は、テーパ状に形成されている。外周面３０４Ａ１の上端（軸方向の一端）の直径は、外周面３０４Ａ１の下端（軸方向の他端）の直径よりも小さい。規制部材３０４Ａが２つの転動体３０３１、３０３２の間に挿し込まれた状態で、外周面３０４Ａ１には、２つの転動体３０３１、３０３２が接触している。
【００９３】
なお、テーパ状の外周面は、規制部材の軸方向の全長に亘って形成されていなくてもよい。テーパ状の外周面は、少なくとも転動体と接触する位置に形成されていればよい。
【００９４】
［規制部材の応用例２］
上記実施の形態では、規制部材３０４の全体が固体潤滑剤で形成されていたが、例えば、図９に示すように、規制部材３０４Ｂは、金属からなる本体３０４Ｂ１の表面が固体潤滑剤からなる被覆層３０４Ｂ２で覆われたものであってもよい。
【００９５】
［規制部材の応用例３］
上記実施の形態において、側面３０４１と側面３０４２とは、基準線３０４Ｌに対して、対称でなくてもよい。
【００９６】
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施の形態によって、何等、限定されない。
【００９７】
例えば、上記実施の形態では、外輪３０１がハウジング１２に固定されて、内輪３０２が外輪３０１に対して回転可能に配置されていたが、内輪３０２がハウジング１２に固定されて、外輪３０１が内輪３０２に対して回転可能に配置されていてもよい。
【００９８】
上記実施の形態では、規制部材３０４が２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出される方向は、重力の作用する方向であったが、規制部材３０４が２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出される方向は、重力の作用する方向とは反対の方向であってもよい。この場合、２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出された規制部材３０４を複数の転動体３０３の各々と接触しない位置に保持するための機構を別途設けることが好ましい。これにより、２つの転動体３０３１、３０３２の間から押し出された規制部材３０４を複数の転動体３０３の各々と接触しない位置に安定して保持することができる。その結果、タッチダウン軸受３０の動作を安定させることができる。
【００９９】
上記実施の形態では、本発明の実施の形態によるタッチダウン軸受について、タッチダウン軸受３０を例に説明したが、例えば、タッチダウン軸受４０に対して本発明を適用することも、勿論、可能である。
【０１００】
上記実施の形態では、ターボ分子ポンプが備えるタッチダウン軸受を例に説明したが、本発明は、他の装置が備えるタッチダウン軸受についても、勿論、適用可能である。この場合、回転軸の回転に伴って外輪及び内輪の一方が他方に対して回転する現象（連れ回り）は、例えば、回転軸の回転に伴って発生する空気の流れに起因するものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
３０  タッチダウン軸受
３０１  外輪
３０２  内輪
３０３  転動体
３０４  規制部材
【図１】
2018009663.tif 000003
【図２】
2018009663.tif 000004
【図３】
2018009663.tif 000005
【図４】
2018009663.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2018009663.tif 000009
【図８】
2018009663.tif 000010
【図９】
2018009663.tif 000011