(57)【要約】【課題】寿命が長くて、回転速度が高い軸であっても、軸を所定回数確実に支持することができるタッチダウン軸受装置およびタッチダウン軸受装置の寿命が長いターボ分子ポンプを提供することにある。【解決手段】  タッチダウン軸受装置１０を、回転軸３に外嵌されて固定された第１内輪３１と、第１内輪３１に径方向に対向する第１外輪３２と、第１内輪３１と第１外輪３２との間に配置された第１の玉３３と、第１外輪３２に径方向に対向する第２内輪５１と、ハウジング２の内周面に内嵌されて固定された第２外輪５２と、第２内輪５１と第２外輪５２との間に配置された第２の玉５３とで構成する。磁気軸受が正常に動作しているときには、第１外輪３２と第２内輪５１とが非接触な状態である一方、磁気軸受が正常に動作していないときには、第１外輪３２を第２内輪５１で支持することによって、回転軸３をハウジング２に対して支持するようになっている。【選択図】図２
2008208942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、
上記軸に径方向に間隔をおいて対向するハウジングと、
上記軸を上記ハウジングに対して磁気的に非接触支持する磁気軸受と、
上記ハウジングと、上記軸との間に配置されると共に、上記磁気軸受が正常に動作していないときに、上記軸を機械的に支持するタッチダウン軸受装置と、
上記ハウジングに対して上記軸を相対回転駆動するモータと
を備え、
上記タッチダウン軸受装置は、
上記軸に固定された第１軌道部材と、
上記第１軌道部材に対向する第２軌道部材と
上記第１軌道部材と上記第２軌道部材との間に配置された第１転動体と、
上記ハウジングに固定された第３軌道部材と、
上記第３軌道部材に対向する第４軌道部材と
上記第３軌道部材と上記第４軌道部材との間に配置された第２転動体と
を有し、
上記磁気軸受が正常に動作しているときには、上記第２軌道部材と上記第４軌道部材とが非接触な状態である一方、上記磁気軸受が正常に動作していないときには、上記第２軌道部材を上記第４軌道部材で支持することによって、上記軸を上記ハウジングに対して支持するようになっていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
軸に固定される第１軌道部材と、
上記第１軌道部材に対向する第２軌道部材と
上記第１軌道部材と上記第２軌道部材との間に配置される第１転動体と、
ハウジングに固定される第３軌道部材と、
上記第２軌道部材に間隔をおいて非接触に対向すると共に、上記第３軌道部材に対向する第４軌道部材と
上記第３軌道部材と上記第４軌道部材との間に配置される第２転動体と
を有し、
上記軸と上記ハウジングとの相対位置が変化することで、上記第２軌道部材と上記第４軌道部材とが接触したときに、上記第２軌道部材を上記第４軌道部材で支持することによって、上記軸を上記ハウジングに対して支持することを特徴とするタッチダウン軸受装置。
【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関する。また、本発明は、ターボ分子ポンプや、真空ポンプ等に使用されるタッチダウン軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボ分子ポンプとしては、特開２００４−１１６５５８号公報（特許文献１）に記載されているものがある。
【０００３】
このターボ分子ポンプは、回転軸、ハウジング、磁気軸受およびタッチダウン軸受としての玉軸受を備える。上記磁気軸受は、電磁石を有し、通常運転時において、上記回転軸を磁気的に非接触に支持している。
【０００４】
一方、上記玉軸受は、内輪、外輪および玉を有している。上記外輪は、ハウジングの内周面に内嵌されて配置されている一方、上記内輪は、上記磁気軸受が正常に動作しているときには、上記回転軸に対して非接触な状態になっている。
【０００５】
上記玉軸受は、上記磁気軸受の制御の操作ミス（人為的ミス）時や停電等によって、上記磁気軸受が正常に動作しなくなったときに、回転軸の外周面を、内輪の内周面で受けて、回転軸をハウジングに対して機械的に支持するようになっている。
【０００６】
上記ターボ分子ポンプにおいては、上記磁気軸受が制御不能になっている場合には、回転軸に振れが生じているから、上記回転軸が、上記玉軸受の内輪に片当たりする。また。タッチダウン時においては、上記玉軸受は、内輪の回転速度が、回転軸との摩擦によって、停止状態から一瞬にしてロータの高い回転速度付近まで急激に急加速される。このため、タッチダウン時において、軌道輪と玉との間に大きな摩擦力が発生し、玉が軌道輪に対してロックし易くて、玉および軌道輪に焼付きが発生し易く、玉軸受の寿命が短くなることを避けがたいという問題がある。また、玉によって軌道輪が摩耗し、回転軸とハウジングとの近接した部分が接触することもある。また、ターボ分子ポンプにおいて、現在よりも速い回転速度において、タッチダウンできるタッチダウン軸受装置が所望されている。
【特許文献１】特開２００４−１１６５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、タッチダウン軸受装置の寿命が長いターボ分子ポンプを提供することにある。また、本発明の課題は、寿命が長くて、回転速度が高い軸であっても、軸を所定回数確実に支持することができるタッチダウン軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明のターボ分子ポンプは、
軸と、
上記軸に径方向に間隔をおいて対向するハウジングと、
上記軸を上記ハウジングに対して磁気的に非接触支持する磁気軸受と、
上記ハウジングと、上記軸との間に配置されると共に、上記磁気軸受が正常に動作していないときに、上記軸を機械的に支持するタッチダウン軸受装置と、
上記ハウジングに対して上記軸を相対回転駆動するモータと
を備え、
上記タッチダウン軸受装置は、
上記軸に固定された第１軌道部材と、
上記第１軌道部材に対向する第２軌道部材と
上記第１軌道部材と上記第２軌道部材との間に配置された第１転動体と、
上記ハウジングに固定された第３軌道部材と、
上記第３軌道部材に対向する第４軌道部材と
上記第３軌道部材と上記第４軌道部材との間に配置された第２転動体と
を有し、
上記磁気軸受が正常に動作しているときには、上記第２軌道部材と上記第４軌道部材とが非接触な状態である一方、上記磁気軸受が正常に動作していないときには、上記第２軌道部材を上記第４軌道部材で支持することによって、上記軸を上記ハウジングに対して支持するようになっていることを特徴としている。
【０００９】
上記ハウジングを、ケースおよびケースに対して相対移動しない部材として定義する。また、上記軸は、モータのロータとなっていて、上記軸が、モータの一部を構成していても良い。また、上記軸と、上記モータのロータとが、別部材であっても良い。例えば、上記モータのロータが、輪状の部材であって、上記輪状のロータが、上記軸の外周面に固定される形式であっても良い。
【００１０】
上記および以下の第１、第２、第３、第４軌道部材は、軌道輪そのものであっても良いし、軌道輪に別部材を取り付けたものであっても良い。
【００１１】
本発明によれば、第２軌道部材が、第４軌道部材に接触することによって、軸からの荷重を、第１軌道部材、第１転動体、第２軌道部材、第４軌道部材、第２転動体、および、第３軌道部材を介してハウジングで受けることができて、タッチダウン時において、第２軌道部材に対する第１軌道部材の回転速度（相対回転速度）と、第３軌道部材に対する第４軌道部材の回転速度（相対回転速度）とを、従来と比較して、タッチダウン時の軸の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができる。
【００１２】
したがって、タッチダウン時において、第１転動体が、第１軌道部材および第２軌道部材のうちの少なくとも一方に対してロックすることを抑制でき、また、第２転動体が、第３軌道部材および第４軌道部材のうちの少なくとも一方に対してロックすることを抑制できる。したがって、従来と比較して、タッチダウン軸受装置の寿命を格段に長くすることができる。
【００１３】
また、第１軌道部材と第２軌道部材との間と、第３軌道部材と第４軌道部材との間との２つの間の夫々において、相対回転速度を、従来と比較して、半分程度まで低減できるから、タッチダウン軸受装置が、タッチダウンできる軸の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。したがって、従来と比較して、磁気軸受と軸との接触やモータを構成するロータとステータとの接触等の二つの異なる部材の接触の可能性を格段に低くすることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、第１軌道部材、第２軌道部材および第１転動体のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第２軌道部材に対して第１軌道部材が正常に回転しなくなったとしても、第３軌道部材、第４軌道部材および第２転動体で、軸をハウジングに対して回転自在に支持することができる。また、逆に、第３軌道部材、第４軌道部材および第２転動体のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第３軌道部材に対して第４軌道部材が正常に回転しなくなったとしても、第１軌道部材、第２軌道部材および第１転動体で、軸をハウジングに対して回転自在に支持することができる。したがって、従来と比較して、タッチダウン軸受装置に接触する軸が摩耗や損傷することを抑制できる。
【００１５】
また、本発明のタッチダウン軸受装置は、
軸に固定される第１軌道部材と、
上記第１軌道部材に対向する第２軌道部材と
上記第１軌道部材と上記第２軌道部材との間に配置される第１転動体と、
ハウジングに固定される第３軌道部材と、
上記第２軌道部材に間隔をおいて非接触に対向すると共に、上記第３軌道部材に対向する第４軌道部材と
上記第３軌道部材と上記第４軌道部材との間に配置される第２転動体と
を有し、
上記軸と上記ハウジングとの相対位置が変化することで、上記第２軌道部材と上記第４軌道部材とが接触したときに、上記第２軌道部材を上記第４軌道部材で支持することによって、上記軸を上記ハウジングに対して支持することを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、従来と比較して、寿命を格段に長くすることができる。また、従来と比較して、タッチダウンできる軸の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のターボ分子ポンプによれば、従来と比較して、タッチダウン軸受装置の寿命を格段に長くすることができる。また、従来と比較して、タッチダウン軸受装置が、タッチダウンできる軸の回転速度の上限を格段に大きくすることができる。
【００１８】
また、本発明のタッチダウン軸受装置によれば、従来と比較して、寿命を格段に長くすることができる。また、従来と比較して、タッチダウンできる軸の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態のターボ分子ポンプの軸方向の断面図である。
【００２１】
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する。
【００２２】
上記ターボ分子ポンプ本体１は、ハウジング２と、軸としての回転軸３と、回転軸３を駆動するモータ４と、アキシアル位置検出センサ１６と、ラジアル位置検出センサ１４,１５と、アキシアル磁気軸受６と、第１および第２ラジアル磁気軸受７,８と、本発明の第１実施形態の第１のタッチダウン軸受装置１０と、第２のタッチダウン軸受装置１１とを備える。
【００２３】
上記アキシアル位置検出センサ１６は、回転軸３のアキシアル位置を検出して、上記コントローラに、回転軸３のアキシアル位置を表す信号を出力するようになっている。また、上記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。上記ラジアル位置検出センサ１４,１５は、回転軸３のラジアル位置を検出して、上記コントローラに、回転軸３のラジアル位置を表す信号を出力するようになっている。上記コントローラは、アキシアル位置検出センサ１６から信号に基づいて、アキシアル磁気軸受６に制御信号を出力すると共に、ラジアル位置検出センサ１４,１５からの信号に基づいて、第１および第２ラジアル磁気軸受７,８に制御信号を出力するようになっている。
【００２４】
上記モータ４は、ロータ２０と、ステータ２１とを有する。上記ロータ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。また、上記ステータ２１は、図示しない電機子コイルを有している。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て、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。
【００２５】
上記アキシアル磁気軸受６は、回転軸３をアキシアル方向に磁気的に非接触支持している。詳しくは、上記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）を有している。上記アキシアル磁気軸受６の上記電磁石の磁力は、上記コントローラからの制御信号によって適切に制御されるようになっている。アキシアル磁気軸受６は、毎分数万回転で回転する回転軸３の位置をアキシアル方向に精密に制御して、回転軸３のアキシアル方向のぐらつきを抑制して、回転軸３を、アキシアル方向において所定位置に精密に位置させるようになっている。
【００２６】
一方、上記第１および第２ラジアル磁気軸受７,８は、回転軸３をラジアル方向に磁気的に非接触支持している。詳しくは、上記第１および第２ラジアル磁気軸受７,８の夫々は、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。上記第１および第２ラジアル磁気軸受７,８の夫々の上記電磁石の磁力は、上記コントローラからの制御信号によって適切に制御されるようになっている。上記第１および第２ラジアル磁気軸受７,８は、毎分数万回転で回転する回転軸３の位置をラジアル方向に精密に制御して、回転軸３のラジアル方向のぐらつきを抑制して、回転軸３を、ラジアル方向において所定位置に精密に位置させるようになっている。
【００２７】
上記第１のタッチダウン軸受装置１０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ようになっている。また、上記第２のタッチダウン軸受装置１１は、アキシアル磁気軸受６、または、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をアキシアル方向およびラジアル方向に機械的に支持するようになっている。
【００２８】
上記第１のタッチダウン軸受装置１０および第２のタッチダウン軸受装置１１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を支持することによって、第１および第２ラジアル磁気軸受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。
【００２９】
図２は、図１における上記第１のタッチダウン軸受装置１０近傍の模式断面図である。
【００３０】
上記第１のタッチダウン軸受装置１０は、深溝型の第１総玉軸受３０と、深溝型の第２総玉軸受５０とを有している。上記第１総玉軸受３０は、第１軌道部材としての第１内輪３１、第２軌道部材としての第１外輪３２および第１転動体としての複数の第１の玉３３とを有する一方、第２総玉軸受５０は、第４軌道部材としての第２内輪５１、第３軌道部材としての第２外輪５２および第２転動体としての複数の第２の玉５３を有している。
【００３１】
上記第１内輪３１、第１外輪３２、第２内輪５１、および、第２外輪５２は、例えば、軸受鋼（ＳＵＪ２等）、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ等）、または、工具鋼（ＳＫＨ４等）等の強磁性体材料からなっている。また、上記第１の玉３３および第２の玉５３は、軸受鋼（ＳＵＪ２等）や、工具鋼（ＳＫＨ４や耐熱性に優れるＭ５０（ＡＩＳＩ規格）等の強磁性体材料からなっている。ここで、強磁性体材料とは、磁界内に置くと、磁界と同じ方向に磁化され、磁界を除いても磁気を残す性質を有する材料のことをいう。
【００３２】
第１実施形態のように、第１のタッチダウン軸受装置１０の軌道輪および玉として、強磁性体材料製の軌道輪３１,３２,５１,５２および玉３３,５３を使用すれば、第１のタッチダウン軸受装置１０に近接配置される第１および第２ラジアル磁気軸受７,８の磁場による磁束を、第１内輪３１、第１の玉３３、第１外輪３２を貫いて貫通させることができる。また、第２ラジアル磁気軸受７,８の磁場による磁束を、第２内輪５１、第２の玉５３、第２外輪５２を貫いて貫通させることができる。
【００３３】
したがって、ターボ分子ポンプの運転時かつラジアル磁気軸受７,８の正常駆動時に、内輪３１に第１の玉３３および第１外輪３２を磁力で引きつけておくことができるから、ターボ分子ポンプの運転時かつラジアル磁気軸受７,８の正常駆動時に、第１内輪３１に対して第１外輪３２が相対回転することがなくて、高速回転する第１内輪３１に対して第１外輪３２が相対回転したならば発生するだろう（実際には、相対回転しない）大きな騒音（異音）の発生を確実に防止できる。
【００３４】
また、同様に、ターボ分子ポンプの運転時かつラジアル磁気軸受７,８の正常駆動時に、ハウジング２に固定されている第２外輪５２に第２の玉５３および第２内輪５１を磁力で引きつけておくことができるから、ターボ分子ポンプの運転時かつラジアル磁気軸受７,８の正常駆動時に、第２外輪５２に対して第２内輪５１が相対回転することがなくて（回転軸３に第２内輪５１がつれ回ることがなくて）、第２外輪５２に対して第２内輪５１が相対回転したならば発生するだろう（実際には、相対回転しない）騒音（異音）の発生を確実に防止することができる。
【００３５】
上記第１内輪３１は、上記回転軸３の外周円筒面４５に外嵌されて固定されている。上記第１外輪３２は、第１内輪３１の径方向の外方に第１内輪３１に径方向に対向するように配置されている。上記複数の第１の玉３３は、第１内輪３１の軌道溝と、第１外輪３２の軌道溝との間に配置されている。
【００３６】
一方、上記第２内輪５１は、第１外輪３２の径方向の外方に第１外輪３２に径方向に対向するように配置されている。また、上記第２外輪５２は、ハウジング２の内周円筒面４６に内嵌されて固定されている。上記複数の第２の玉５３は、第２内輪５１の軌道溝と、第２外輪５２の軌道溝との間に配置されている。
【００３７】
ラジアル磁気軸受７,８が、回転軸３を正常に磁気制御している際、第２内輪５１は、第１外輪３２の径方向の外方に位置し、かつ、第１外輪３２に間隔をおいて径方向に非接触に対向するようになっている。
【００３８】
上記構成のターボ分子ポンプにおいて、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、上記モータ４が、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、上記モータ４は、電源電圧が低下すると、位置検出センサ１４,１５,１６、各磁気軸受６,７,８の磁気軸受駆動回路（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。上記モータ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、上記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。
【００３９】
上記モータ４の回転速度が下がり、モータ４からの回生電力がラジアル磁気軸受７,８の駆動に必要な電力よりも低下すると、ラジアル磁気軸受７,８の磁気浮上制御が停止するようになっている。上記ラジアル磁気軸受７,８の磁気浮上制御が停止すると、第１のタッチダウン軸受装置１０が、ラジアル磁気軸受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と共に、第２のタッチダウン軸受装置１１が、ラジアル磁気軸受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。第２のタッチダウン軸受装置１１は、磁気軸受６の磁気浮上制御が停止すると、回転軸３をアキシアル方向に機械的に支持する役割も担っている。
【００４０】
詳細には、第１のタッチダウン軸受装置１０は、次のように動作するようになっている。上記磁気軸受７,８の磁気浮上制御が停止すると、第１外輪３２の外周面が第２内輪５１の内周面に接触する。そして、上記第１外輪３２の外周面が第２内輪５１の内周面に接触した瞬間、すなわち、第１のタッチダウン軸受装置１０がタッチダウンした瞬間、摩擦によって、第１外輪３２および第２内輪５１の回転速度は、摩擦によって、タッチダウン時の回転軸の回転軸３の回転速度の略半分の回転速度まで急加速する。
【００４１】
すなわち、第１内輪３１は、回転軸３に固定されている一方、第２外輪５２は、静止部材であるハウジング２に固定されているから、第１のタッチダウン軸受装置１０がタッチダウンした瞬間、第１外輪３２に対する第１内輪３１の回転速度および第２外輪５２に対する第２内輪５１の回転速度の両方は、タッチダウン時の回転軸の回転軸３の回転速度の略半分の回転速度になる。このように、第１のタッチダウン軸受装置１０においては、第１総玉軸受３０および第２総玉軸受５０の夫々において、タッチダウン時に、瞬時に発生する外輪３２,５２に対する内輪３１,５１の相対回転速度を大幅に抑制することができる。
【００４２】
上記第１実施形態のターボ分子ポンプによれば、第１のタッチダウン軸受装置１０の第１外輪３２が、第２内輪５１に接触することによって、回転軸３からの荷重を、第１内輪３１、第１の玉３３、第１外輪３２、第２内輪５１、第２の玉５３、第１外輪５２を介してハウジング２で受けることができて、タッチダウン時において瞬時に生成される、第１外輪３２に対する第１内輪３１の回転速度と、第２外輪５２に対する第２内輪５１の回転速度とを、ともに、従来と比較して、タッチダウン時の回転軸３の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができる。
【００４３】
したがって、タッチダウン時において、第１の玉３３が、第１外輪３２および第１内輪３１のうちの少なくとも一方に対してロックすることを抑制でき、また、第２の玉５３が、第２外輪５２および第２内輪５１のうちの少なくとも一方に対してロックすることを抑制できる。したがって、従来と比較して、第１のタッチダウン軸受装置１０の寿命を格段に長くすることができる。
【００４４】
また、第１内輪３１と第１外輪３２との間と、第２内輪５１と第２外輪５２との間との２つの間の夫々において、従来と比較して、外輪３２,５２に対する内輪３１,５１の相対回転速度が半分程度に格段に小さくなるから、第１総玉軸受３０および第２総玉軸受５０の焼付きをともに大きく抑制できて、第１のタッチダウン軸受装置１０が、タッチダウンできる回転軸３の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。
【００４５】
また、上記第１実施形態のターボ分子ポンプによれば、第１外輪３２、第１内輪３１および第１の玉３３のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第１外輪３２に対して第１内輪３１が正常に回転しなくなったとしても、第２内輪５１、第２外輪５２および第２の玉５３で、回転軸３を回転自在にハウジング２に対して支持することができる。また、逆に、第２外輪５２、第２内輪５１および第２の玉５３のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第２外輪５２に対して第２内輪５１が正常に回転しなくなったとしても、第１内輪３１、第１外輪３２および第１の玉３３で、回転軸３を回転自在にハウジング２に対して支持することができる。
【００４６】
したがって、従来の構成、すなわち、タッチダウン軸受を、一つの内外輪と、その内外輪の間に配置された転動体とで構成する場合と比較して、ラジアル磁気軸受７,８と回転軸３との接触や、モータ４を構成するロータ２０とステータ２１との接触等の可能性を格段に低くすることができる。
【００４７】
また、上記第１実施形態の第１のタッチダウン軸受装置１０によれば、第１外輪３２に対する第１内輪３１の回転速度と、第２外輪５２に対する第２内輪５１の回転速度とを、内外輪および玉からなる従来のタッチダウン軸受における、外輪に対する内輪の回転速度の半分程度まで低減できる。
【００４８】
また、回転軸３の振れに基づいて回転軸３が第１のタッチダウン軸受装置１０に片あたりする際に発生する回転軸３からのアキシアル荷重において、第１外輪３２、第１内輪３１および第１の玉３３で負荷する分担分、および、第２外輪５２、第１内輪５１および第２の玉５３で負荷する分担分の両方が、転がり軸受が一段に配置された従来のタッチダウン軸受と比較して、半分程度の小さい値になる。
【００４９】
したがって、従来のタッチダウン軸受における内外輪または玉に焼付きが発生する可能性と比較して、軌道輪３１,３２,５１,５２または玉３３,５３に焼付きが発生する可能性を、半分程度まで急激に低くすることができて、第１のタッチダウン軸受装置１０の寿命を格段に小さくすることができる。また、従来のタッチダウン軸受と比較して、タッチダウンできる回転軸３の回転速度の上限を格段に大きくすることができる。
【００５０】
尚、上記第１実施形態の第１のタッチダウン軸受装置１０は、回転軸３に固定された深溝型の第１総玉軸受３０と、ハウジング２に固定された深溝型の第２総玉軸受５０とを有していた。しかしながら、この発明では、タッチダウン軸受装置が有する二つの転がり軸受のうちの少なくとも一方は、深溝型の玉軸受でなくて、アンギュラ型の玉軸受であっても良く、この場合、大きなアキシアル荷重を負荷することができて好ましい。
【００５１】
また、上記第１実施形態の第１のタッチダウン軸受装置１０では、二つの転がり軸受が共に保持器を有さない総玉軸受３０,５０であったが、この発明では、タッチダウン軸受装置が有する二つの転がり軸受のうちの少なくとも一方は、保持器を有さない総玉軸受でなくて、保持器を有する玉軸受であっても良い。また、タッチダウン軸受装置が有する二つの転がり軸受のうちの少なくとも一方は、玉軸受でなくて、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受等の玉軸受以外の転がり軸受であっても良い。
【００５２】
また、上記第１実施形態の第１のタッチダウン軸受装置１０では、強磁性体材料からなる第１の玉３３および第２の５３を使用したが、この発明では、第１の玉および第２の玉の内の少なくとも一方として、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス製の非磁性体材料からなる玉を使用しても良い。セラミックス製の玉を使用した場合、玉の耐久性を向上させることができる。また、この発明では、内外輪および玉の材料が全てステンレス鋼であっても良く、この場合、玉軸受のコストを格段に低減することができる。
【００５３】
図３は、図１における上記第２のタッチダウン軸受装置１１近傍の模式断面図である。
【００５４】
上記第２のタッチダウン軸受装置１１が上記第１のタッチダウン軸受装置１０と異なる点は、上記第１のタッチダウン軸受装置１０が主にラジアル方向の支持のみを受けるのに対して、上記第２のタッチダウン軸受装置１１がラジアル方向とアキシアル方向の支持を受ける構造としたことである。このため、第２のタッチダウン軸受装置１１の総玉軸受の材料は、第１のタッチダウン軸受装置１０に用いられるものと同様のものから選ばれ、作用は第１のタッチダウン軸受と同様であるが、アキシアル方向の支持を受ける構造で以下のように異なる。
【００５５】
上記第２のタッチダウン軸受装置１１は、軸方向一方側（図３では上側）かつ径方向内側のアンギュラ型の第３総玉軸受６０と軸方向他方側（図３では下側）かつ径方向内側のアンギュラ型の第４総玉軸受７０と、軸方向一方側かつ径方向外側のアンギュラ型の第５総玉軸受８０と軸方向他方側かつ径方向外側のアンギュラ型の第６総玉軸受９０とを有している。上記第３総玉軸受６０は第３内輪６１、第３外輪６２および複数の第３の玉６３とを有し、上記第４総玉軸受７０は第４内輪７１、第４外輪７２および複数の第４の玉７３とを有している。また、上記第５総玉軸受８０は第５内輪８１、第５外輪８２および複数の第５の玉８３とを有し、上記第６総玉軸受９０は第６内輪９１、第６外輪９２および複数の第６の玉９３とを有している。
【００５６】
上記複数の第３の玉６３は、第３内輪６１の軌道溝と、第３外輪６２の軌道溝との間に、配置されている。上記複数の第４の玉７３は、第４内輪７１の軌道溝と、第４外輪７２の軌道溝との間に、配置されている。上記複数の第５の玉８３は、第５内輪８１の軌道溝と、第５外輪８２の軌道溝との間に、配置されている。上記複数の第６の玉９３は、第６内輪９１の軌道溝と、第６外輪９２の軌道溝との間に、配置されている。
【００５７】
上記第３内輪６１と上記第４内輪７１とは軸方向に並べられて回転軸の外周円筒面４７に外嵌されて固定されている。このことにより第３総玉軸受６０と第４総玉軸受７０とは軸方向に並列に配設される。上記第５外輪８２と上記第６外輪９２とは軸方向に並べられてハウジング２の内周円筒面４８に内嵌されて固定されている。このことにより第５総玉軸受８０と第６総玉軸受９０とは軸方向に並列に配設される。さらに第５総玉軸受８０の第５内輪８１と第６総玉軸受９０の第６内輪９１とは接触部材４０に固定されている。
【００５８】
つまり、第２のタッチダウン軸受装置１１は、第１軌道部材としての第３内輪６１および第４内輪７１、第２軌道部材としての第３外輪６２および第４外輪７２、第１転動体としての複数の第３の玉６３および複数の第４の玉７３、第４の軌道部材としての第５内輪８１および第６内輪９１および接触部材４０、第３の軌道部材としての第５外輪８２および第６外輪９２とを有する。
【００５９】
接触部材４０は、円筒部４１と上記円筒部４１の軸方向一方側で拡径する拡径部４２と上記円筒部４１の軸方向他方側で縮径する縮径部４３とを有する。拡径部４２は第５内輪８１の軸方向一方側の端面に当接し、円筒部４１の外周面は第５内輪８１の内周面と第６内輪９１の内周面とに当接している。
【００６０】
ラジアル磁気軸受７，８およびアキシアル磁気軸受６が回転軸３を正常に磁気制御している際、接触部材４０は、第３外輪６２および第４外輪７２の径方向の外方に位置し、かつ、第３外輪６２および第４外輪７２に間隔をおいて径方向および軸方向に非接触に対向するようになっている。
【００６１】
ラジアル磁気軸受７，８の磁気浮上制御およびアキシアル磁気軸受６の磁気浮上制御の少なくとも何れかが停止すると、第３外輪６２の外周面と上記円筒部４１の内周面、第４外輪７２の外周面と上記円筒部４１の内周面、および、第４外輪７２の軸方向他方側の端面と上記縮径部４３の少なくとも何れかが接触し、回転軸３をハウジング２に対してラジアル方向およびアキシアル方向の少なくとも何れかに機械的に支持することができる。
【００６２】
上記第１実施形態のターボ分子ポンプによれば、第２のタッチダウン軸受装置１１は第１のタッチダウン軸受装置１０と同様に、第３総玉軸受６０、第４総玉軸受７０、第５総玉軸受８０および第６総玉軸受９０のそれぞれにおいてタッチダウン時に、瞬時に発生する外輪６２，７２，８２，９２に対する内輪６１，７１，８１，９１の相対回転速度を大幅に抑制することができ、タッチダウン時の回転軸３の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができる。このことにより、第２のタッチダウン軸受装置１１の寿命を格段に長くすることができる。
【００６３】
また、タッチダウン時の回転軸３の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができるため、第２のタッチダウン軸受装置１１が、タッチダウンできる回転軸３の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。
【００６４】
また、上記第１実施形態のターボ分子ポンプによれば、第３外輪６２、第３内輪６１および第３の玉６３ならびに第４外輪７２、第４内輪７１および第４の玉７３のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第３外輪６２に対して第３内輪６１および第４外輪７２に対して第４内輪７１の少なくとも何れかが正常に回転しなくなったとしても、第５内輪８１、第５外輪８２および第５の玉８３ならびに第６内輪９１、第６外輪９２および第６の玉９３で回転軸３を回転自在にハウジング２に対して支持することができる。また、逆に、第５外輪８２、第５内輪８１および第５の玉８３ならびに第６外輪９２、第６内輪９１および第６の玉９３のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第５外輪８２に対して第５内輪８１および第６外輪９２に対して第６内輪９１の少なくとも何れかが正常に回転しなくなったとしても、第３内輪６１、第３外輪６２および第３の玉６３ならびに第４内輪７１、第５外輪７２および第５の玉７３で回転軸３を回転自在にハウジング２に対して支持することができる。
【００６５】
上記第１実施形態の第２のタッチダウン軸受装置１１によれば、第１のタッチダウン軸受装置１０と同様に、第３総玉軸受６０、第４総玉軸受７０、第５総玉軸受８０および第６総玉軸受９０のそれぞれにおいてタッチダウン時に、瞬時に発生する外輪６２，７２，８２，９２に対する内輪６１，７１，８１，９１の相対回転速度を大幅に抑制することができ、タッチダウン時の回転軸３の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができる。このことにより、第２のタッチダウン軸受装置１１の寿命を格段に長くすることができる。
【００６６】
また、タッチダウン時の回転軸３の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができるため、第２のタッチダウン軸受装置１１が、タッチダウンできる回転軸３の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。
【００６７】
また、上記第１実施形態の第２のタッチダウン軸受装置１１では、二つの転がり軸受が共に保持器を有さない総玉軸受６０,７０,８０,９０であったが、この発明では、タッチダウン軸受装置が有する二つの転がり軸受のうちの少なくとも一方は、保持器を有さない総玉軸受でなくて、保持器を有する玉軸受であっても良い。また、タッチダウン軸受装置が有する四つの転がり軸受のうちの少なくともいずれかは、玉軸受でなくて、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受等の玉軸受以外の転がり軸受であっても良い。
【００６８】
また、上記第１実施形態の第２のタッチダウン軸受装置１１では、強磁性体材料からなる玉６３,玉７３,玉８３および玉９３を使用したが、この発明では、第３の玉、第４の玉、第５の玉および第６の玉の内の少なくとも一つとして、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス製の非磁性体材料からなる玉を使用しても良い。セラミックス製の玉を使用した場合、玉の耐久性を向上させることができる。また、この発明では、内外輪および玉の材料が全てステンレス鋼であっても良く、この場合、玉軸受のコストを格段に低減することができる。
【００６９】
図４は、本発明の第２実施形態のターボ分子ポンプの部分模式断面図である。
【００７０】
第２実施形態のターボ分子ポンプでは、第１実施形態のターボ分子ポンプと共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態のターボ分子ポンプと異なる構成および作用効果についてのみ説明を行うことにする。
【００７１】
このターボ分子ポンプは、ハウジング１０２と、回転軸１０３と、本発明の第２実施形態のタッチダウン軸受装置１１０とを備える。
【００７２】
上記回転軸１０３は、一方の先端部に筒状部１１３を有している。また、ハウジング１０２は、筒状部の１１３の内部に、筒状部１１３の軸方向に延在する円柱部１１２を有している。上記タッチダウン軸受装置１１０は、筒状部１１３と、円柱部１１２との間に配置されている。
【００７３】
上記タッチダウン軸受装置１１０は、第１軌道輪としての第１外輪１３１、第２軌道輪としての第１内輪１３２、第１転動体としての複数の第１の玉１３３、第３軌道輪としての第２内輪１５１、第４軌道輪としての第２外輪１５２、および、第２転動体としての複数の第２の玉１５３を有する。
【００７４】
上記第１外輪１３１は、回転軸１０３の筒状部１１３の内周円筒面１７０に内嵌されて固定されており、第１内輪１３２は、第１外輪１３１の径方向の内方に、第１外輪１３１に径方向に対向するように配置されている。上記複数の第１の玉１３３は、第１外輪１３１の軌道溝と第１内輪１３２の軌道溝との間に周方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００７５】
上記第２内輪１５１は、ハウジング１０２の円柱部１１２の外周円筒面１８０に外嵌されて固定されている。上記第２外輪１５２は、第２内輪１５１の径方向の外方に、第２内輪１５１に径方向に対向するように配置されている。上記複数の第２の玉１５３は、第２内輪１５１の軌道溝と第２外輪１５２の軌道溝との間に周方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００７６】
上記第２実施形態のターボ分子ポンプによれば、タッチダウン軸受装置１１０が、回転軸１０３の外周面１９０よりも径方向の内方に位置しているから、ターボ分子ポンプを小型化することができる。
【００７７】
尚、上記第１および第２実施形態では、本発明のタッチダウン軸受装置１０,１１０を、ターボ分子ポンプに搭載した。しかしながら、本発明のタッチダウン軸受装置を、ターボ分子ポンプではなくて、単なる真空ポンプに搭載しても良いことは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態のターボ分子ポンプの軸方向の断面図である。
【図２】図１における上記タッチダウン軸受装置近傍の模式断面図である。
【図３】図１における第２のタッチダウン軸受装置近傍の模式断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態のターボ分子ポンプの軸方向の部分模式断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  ターボ分子ポンプ本体
２,１０２  ハウジング
３,１０３  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  第１のタッチダウン軸受装置
１１  第２のタッチダウン軸受装置
３０  第１総玉軸受
３１,１３２  第１内輪
３２,１３１  第１外輪
３３,１３３  第１の玉
５０  第２総玉軸受
５１,１５１  第２内輪
５２,１５２  第２外輪
５３,１５３  第２の玉
７０  内周円筒面
８０  外周円筒面
１１０  タッチダウン軸受装置
１７０  内周円筒面
１８０  外周円筒面
【図１】
2008208942.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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