(57)【要約】【課題】ボールの転走を抑制することで、その耐久性を向上させることができるタッチダウン軸受を提供する。【解決手段】磁気軸受で支持される回転部材３０に、内輪８又は外輪７の一方が対向して配置され、当該内輪８と外輪７の間に、保持器１０で保持されるボール９を組み込んだ磁気軸受装置のタッチダウン軸受。前記保持器１０は、前記内輪８又は外輪７の端面８ｂ、７ｂより、軸方向下方に突出する重量付加部１０ａを有している。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受で支持される回転部材に、内輪又は外輪の一方が対向して配置され、当該内輪と外輪の間に、保持器で保持されるボールを組み込んだ磁気軸受装置のタッチダウン軸受であって、
前記保持器は、前記内輪又は外輪の端面より、軸方向下方に突出する重量付加部を有していることを特徴とするタッチダウン軸受。
【請求項２】
前記保持器のポケット内周面のうち少なくとも軸方向上側部分が、前記ボールの形状に沿った球面状に加工されている請求項１に記載のタッチダウン軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタッチダウン軸受に関する。さらに詳しくは、真空ポンプや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、制御不能時に支持し、保護するためのタッチダウン軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気軸受は磁気浮上による非接触支持を行うため摩耗がなく、従って、潤滑油が不要であることから、従来の軸受では困難であった真空環境や超低温環境などの特殊環境下における回転機に利用されている。
【０００３】
図２は、ターボ分子ポンプに磁気軸受を適用した例の断面説明図である。筒状のケーシング２０の内周面には複数の固定翼２１が軸方向に沿って所定間隔で配置されるとともに、当該ケーシング２０内には、回転翼２２が外周に固定された回転軸２３が回転自在に配設されている。この回転軸２３は、電動モータ２４によって回転され、通常の回転状態においては、当該回転軸２３の外周面に近接して配置された２つのラジアル磁気軸受２５、２６と、回転軸２３の下端付近において当該回転軸２３と一体に形成されたフランジ部２３ａの上下に配置された一組のアキシャル磁気軸受２７によって非接触支持される。
【０００４】
また、ケーシング２０内には、ラジアル受けとしての１つの深溝玉軸受２８と、アキシャル受けとしての正面組合せの一対のアンギュラ玉軸受２９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２８、２９は、断線や停電などにより磁気軸受２５、２６、２７が制御不能になったときに、前記回転軸２３と、磁気軸受２５、２６、２７とが接触して損傷するのを防止するものである。そして、前記回転軸２３の内周面とタッチダウン軸受２８、２９の内輪内周面との間には、当該回転軸２３と磁気軸受２５、２６、２７との間の隙間よりも若干小さい隙間が設けられている。これにより、回転軸２３が磁気軸受２５、２６、２７によって磁気浮上された状態で回転支持されているときは、当該回転軸２３はタッチダウン軸受２８、２９に対して非接触状態を保つが、磁気軸受２５、２６、２７の制御不能時には、回転軸２３が磁気軸受２５、２６、２７に接触する前に、タッチダウン軸受２８、２９の内輪に接触して回転支持される。
【０００５】
かかるタッチダウン軸受は、従来、非常用ないしは緊急用の部材と考えられており、１〜２回程度のタッチダウンにより使用不能となっても止むを得ないものとされていたが、交換時における回転軸との隙間調整などの作業に手間がかかることから、多数回のタッチダウンにも耐えるように、耐久性を向上させる試みが種々提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。
【０００６】
特許文献１には、回転部材に対向配置させている内輪又は外輪の表面に、鉛の被覆を形成したボール転走面と、二硫化モリブデンの被覆を形成したタッチダウン時に回転部材と接触する面とを設けたタッチダウン軸受が記載されている。また、特許文献２には、内輪、外輪、ボール及び保持器における、他部材との接触面に、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜を形成し、さらにその上に二硫化モリブデン皮膜を形成したタッチダウン軸受が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２５７３５３号公報
【特許文献２】特開２００６−１８３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜２記載の提案は、いずれもタッチダウン軸受を構成する部材の表面に固体潤滑剤からなる被膜を形成し、タッチダウン時における部材の摩耗を抑制するものであり、いわば材料的にタッチダウン軸受の耐久性の向上を図ったものである。
本発明者は、タッチダウン軸受の耐久性をさらに向上させるべく鋭意研究を重ねた結果、ボールの転走自体を抑制することにより、軸受の寿命を延ばすことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明の目的は、ボールの転走を抑制することで、その耐久性を向上させることができるタッチダウン軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のタッチダウン軸受は、磁気軸受で支持される回転部材に、内輪又は外輪の一方が対向して配置され、当該内輪と外輪の間に、保持器で保持されるボールを組み込んだ磁気軸受装置のタッチダウン軸受であって、
前記保持器は、前記内輪又は外輪の端面より、軸方向下方に突出する重量付加部を有していることを特徴としている。
【００１１】
本発明のタッチダウン軸受では、ボールを保持する保持器に、内輪又は外輪の端面より、軸方向下方に突出する重量付加部を設けている。このため、タッチダウン時にボールに回転力が付与されたときに、前記重量付加部により重量が大きくなった保持器が抵抗となり、ボールの回転を早く収束させることができる。その結果、ボールの転走距離を小さくすることができ、ボールの転走面などに被覆されている固体潤滑剤の消費を抑えることができる。これにより、可能なタッチダウン回数を延ばすことができる。  
【００１２】
前記保持器のポケット内周面のうち少なくとも軸方向上側部分が、前記ボールの形状に沿った球面状に加工されているのが好ましい。この構成によれば、タッチダウン時に保持器のポケット内周面とボールとの接触面積が大きいため、前記ボールの回転をより早く収束させることができる。その結果、内輪と外輪との相対回転をより早く収束させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のタッチダウン軸受によれば、ボールの転走を抑制することで、タッチダウン軸受の耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明のタッチダウン軸受の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るタッチダウン軸受Ｔの断面説明図である。このタッチダウン軸受Ｔは、正面組合せの２個のアンギュラ玉軸受１、２からなっており、例えば図２に示されるターボ分子ポンプの回転軸の下側部分においてアキシャル受けとして用いられる。
【００１５】
上側のアンギュラ玉軸受１は、外輪３と、この外輪３の内径側において当該外輪３と同心に配置された内輪４と、前記外輪３と内輪４との間に転動自在に配設された複数の転動体であるボール５と、このボール５を周方向において所定間隔で保持する保持器６とからなっている。下側のアンギュラ玉軸受２も、上側のアンギュラ玉軸受１と同様に、外輪７、内輪８、ボール９及び保持器１０からなっている。
【００１６】
前記内輪４、８の各内周面４ａ、８ａと、回転部材である回転軸３０の外周面３０ａとの間は、図示しない磁気軸受の内周面と、前記回転軸３０の外周面３０ａとの間の隙間よりも小さい隙間Ｃとなるように調整されている。これにより、回転軸３０が磁気軸受により磁気浮上された状態で回転支持されているときは、当該回転軸３０はタッチダウン軸受Ｔに対して非接触状態を保つが、磁気軸受の制御不能時には、回転軸３０が磁気軸受に接触する前に、タッチダウン軸受Ｔの各内輪４、８に接触して回転支持される。前記外輪３、７、内輪４、８及び保持器１０はＳＵＳ４４０Ｃで作製されている。また、保持器６はＳＵＳ３０４で作製されており、ボール５、９は窒化珪素製である。
また、前記外輪３、７及び内輪４、８におけるボール転走面や、ボール５、９と接触する保持器６、１０のポケット内周面には、当該ボール５、９などの摩耗を抑制するために、モリブデン、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの固体潤滑剤からなる被膜が形成されている。
【００１７】
タッチダウン時においては、内輪４、８の回転に伴い、当該内輪４、８と外輪３、７の間に配設されているボール５、９が転走するが、本発明では、このボール９の転走を抑制するために、当該ボール９を保持する保持器１０の重量を大きくして、ボール９の回転に対してブレーキをかけるようにしている。具体的には、下側に配設されたアンギュラ玉軸受２の保持器１０を、外輪７の端面７ｂ又は内輪８の端面８ｂよりも、（回転軸３０の）軸方向下方に突出させ、重量付加部１０ａとしている。かかる重量付加部１０ａを設けることで保持器１０の重量を大きくすることができ、この保持器１０とともに外輪７と内輪８間の空間を周方向に転走するボール９に対し大きな抵抗力を与えることができる。これにより、ボール９の回転を抑制して当該ボール９の転走距離を小さくすることができる。その結果、ボール９の転走面などに被覆されている固体潤滑剤の消費を抑え、可能なタッチダウン回数を延ばすことができる。
前記重量付加部１０ａの下方への突出長さＬは、本発明において、特に限定されるものではなく、タッチダウン軸受周辺における許容スペースなどを考慮して、適宜選定することができる。
【００１８】
前記保持器１０は、外輪７及び内輪８と同様にＳＵＳ４４０Ｃで作製されており、長い転がり寿命を有している。また、そのポケット１１内周面近傍を含む保持器１０は、焼入れや焼戻しなどの熱処理が施されており、そのＨＲＣ硬度が５８〜６２の範囲内にされている。これにより、当該保持器１０を硬くすることができ、前記ボール９に対しより大きな抵抗力を与えた際、当該ボール９と当該保持器１０とが過大に摩耗することなく、当該ボール９の回転を早く収束させることができる。
【００１９】
また、本実施の形態では、前記ボール９を収容する、前記保持器１０のポケット１１の内周面のうち少なくとも軸方向上側部分１１ａが、当該ボール９の形状に沿った球面状に加工されている。これにより、タッチダウン時に保持器１０のポケット内周面の軸方向上側部分１１ａとの接触面積が大きいため、前記ボール９の回転をより早く収束させることができる。その結果、内輪と外輪との相対回転をより早く収束させることができる。
また、本実施の形態では、アンギュラ玉軸受から鉛直下方に突出する重量付加部１０ａがあることで前記保持器１０の重量が大きく、前記保持器１０は、回転軸３０がタッチダウン軸受Ｔに非接触のときに、ボール９を鉛直下方に付勢する。このため、回転軸３０の磁気により、回転軸３０と非接触の内輪８が回転軸３０の回転によって連れ回ることを抑制することができる。
【００２０】
なお、以上の説明は、アンギュラ玉軸受からなるタッチダウン軸受について行われているが、本発明は、アンギュラ玉軸受に限定されるものではなく、例えばラジアル受けとして用いられる深溝玉軸受にも適用することができる。
また、本実施の形態では、外輪３、７、内輪４、８及び保持器１０をＳＵＳ４４０Ｃで作製したが、外輪３、７、内輪４、８及び保持器１０はＳＵＳ６３０や、ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼、肌やき鋼、高速度工具鋼のいずれかから形成してもよい。また、本実施の形態では、保持器６はＳＵＳ３０４で作製したが、樹脂から形成してもよい。また、本実施の形態では、ボール５、９は窒化珪素製であったが、ＳＵＳ４４０ＣやＳＵＳ６３０、ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼、肌やき鋼、高速度工具鋼のいずれかから形成してもよい。
【００２１】
さらに、本実施の形態では、回転軸３０を内輪４、８の内周面にタッチダウンさせているが、内輪４、８を固定し、外輪３、７の外周面に回転部材をタッチダウンさせる装置にも本発明のタッチダウン軸受を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のタッチダウン軸受の一実施の形態の断面説明図である。
【図２】磁気軸受を備えたターボ分子ポンプの断面説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１      アンギュラ玉軸受
２      アンギュラ玉軸受
３      外輪
４      内輪
５      ボール（転動体）
６      保持器
７      外輪
８      内輪
９      ボール（転動体）
１０      保持器
１０ａ    重量付加部
１１      ポケット
１１ａ    ポケット内周面の上側部分
２３      回転軸
２５      ラジアル磁気軸受
２６      ラジアル磁気軸受
２７      アキシャル磁気軸受
２８      タッチダウン軸受（深溝玉軸受）
２９      タッチダウン軸受（アンギュラ玉軸受）
３０      回転軸（回転部材）
【図１】
2008223806.tif 000003
【図２】
2008223806.tif 000004