(57)【要約】【課題】タッチダウン軸受等として用いられる転がり軸受の惰性による回転や空転を少なくし、寿命を延ばす。【解決手段】タッチダウン軸受として用いられる転がり軸受の外輪３２と、内輪３３の相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材５０を設ける。抵抗付与部材５０は、外輪３２に取り付けられた付勢部材５２と、この付勢部材５２の付勢力によって内輪３３に押しつけられる摺動部材５１とを備える。【選択図】      図２
2008240792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軌道面を有する第１軌道輪と、第２軌道面を有する第２軌道輪と、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に配置された複数の転動体とを備えている転がり軸受において、
前記第１軌道輪と前記第２軌道輪との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
第１軌道面を有する第１軌道輪と、第２軌道面を有する第２軌道輪と、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に配置された複数の転動体とを備えている転がり軸受であって、回転体を非接触支持する磁気軸受とともに設置され、且つ、前記磁気軸受の正常作動時には前記回転体に接触せず、前記磁気軸受の非作動時に前記回転体に接触し当該回転体を支持可能な転がり軸受において、
前記第１軌道輪と前記第２軌道輪との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
前記抵抗付与部材が、前記第１，第２軌道輪の一方に取り付けられる付勢部材と、この付勢部材の付勢力によって前記第１，第２軌道輪の他方に押し付けられて摺動する摺動部材と、を備えている請求項１又は２記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関し、主として磁気軸受とともに用いられ、タッチダウン軸受として機能しうる転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ターボ分子ポンプでは、ロータ翼を備えたロータ軸を磁気軸受により非接触支持する構成が用いられており、さらに、故障や停電等で磁気軸受が機能停止したときのロータ軸の代替支持部品として、転がり軸受からなるタッチダウン軸受が設けられている（例えば、下記特許文献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】
【０００３】
磁気軸受の機能が停止した場合、タッチダウン軸受は、ロータ軸に接触して停止状態からロータ軸の回転速度まで一気に加速して回転し、その後、惰性で回転を続けた後に停止する。ターボ分子ポンプのロータ軸は非常に高速で回転するため、タッチダウン軸受が回転を開始してから停止するまでの総回転数も非常に多くなる。
タッチダウン軸受は、その使用環境上潤滑油を用いることができないため、通常、内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るが、タッチダウン軸受の総回転数が多くなると、固体潤滑剤被膜の消耗も早くなり、タッチダウン軸受の寿命が短くなるという問題がある。
【０００４】
一方、タッチダウン軸受の内外輪や転動体は、ＳＵＪ２などの軸受鋼やＳＵＳ４４０Ｃ等のステンレス鋼を材料として使用することが多いが、転動体については耐久性向上等のためにセラミックを使用することもある。この場合、磁気軸受が作る磁場によってタッチダウン軸受の内輪が磁化すると、内輪がロータ軸に連れ回りして空転してしまい、タッチダウン軸受の総回転数が多くなる。このこともタッチダウン軸受の寿命を短くする一因となっている。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、タッチダウン軸受等として用いられる転がり軸受の惰性による回転や空転を少なくし、寿命を延ばすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１軌道面を有する第１軌道輪と、第２軌道面を有する第２軌道輪と、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に配置された複数の転動体とを備えている転がり軸受において、前記第１軌道輪と前記第２軌道輪との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、第１軌道面を有する第１軌道輪と、第２軌道面を有する第２軌道輪と、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に配置された複数の転動体とを備えている転がり軸受であって、回転体を非接触支持する磁気軸受とともに設置され、且つ、前記磁気軸受の正常作動時には前記回転体に接触せず、前記磁気軸受の非作動時に前記回転体に接触し当該回転体を支持可能な転がり軸受において、前記第１軌道輪と前記第２軌道輪との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えていることを特徴とする。
【０００８】
上記各構成によれば、本発明の転がり軸受は、第１，第２軌道輪の相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えているので、従来の転がり軸受（内外輪及び転動体からなる一般的な転がり軸受）よりも回転抵抗を有することになる。したがって、この転がり軸受をタッチダウン軸受として用いると、惰性による回転や空転を少なくすることができ、当該転がり軸受の寿命を延ばすことができる。
【０００９】
前記抵抗付与部材は、前記第１，第２軌道輪の一方に取り付けられた付勢部材と、この付勢部材の付勢力によって前記第１，第２軌道輪の他方に押し付けられて摺動する摺動部材と、を備えていることが好ましい。この場合、前記第１，第２軌道輪の他方と摺動部材との摺動抵抗により、簡単な構造で第１軌道輪と第２軌道輪との相対回転に抵抗を付与することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、転がり軸受の惰性による回転や空転等を少なくし、寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施形態にかかる転がり軸受を採用したターボ分子ポンプの縦断面図である。このターボ分子ポンプ１０は、ケーシング１１と、ケーシング１１内に配置されたロータ１２と、ロータ１２を回転可能に支持する磁気軸受１３，１４及びタッチダウン軸受１５，１６と、ロータ１２を高速回転させる電動モータ１７等とを有している。
【００１２】
ケーシング１１は、上部ケーシング２０と下部ケーシング２１とを備えている。上部ケーシング２０は、鉛直方向の軸心を有する筒形状であり、上部ケーシング２０の下端が下部ケーシング２１によって閉鎖されている。上部ケーシング２０の上端には吸気口２２が形成され、側部には排気口２３が形成されている。吸気口２２は保護ネット２４によって覆われている。上部ケーシング２０内にはハウジング２５が設けられ、このハウジング２５に磁気軸受１３、タッチダウン軸受１５、及び電動モータ１７が取り付けられている。
【００１３】
ロータ１２は、ロータ軸２７と、翼部２８とを備えている。ロータ軸２７は、その軸心を鉛直方向に向けた状態でケーシング１１内に配置されている。翼部２８は、軸方向に間隔をあけて複数のロータ翼２８ａを備え、ロータ翼２８ａの上下間の溝には、ケーシング１１に固定されたステータ翼２９が配置されている。また、ロータ軸２７の下端部にはフランジ円板３０が一体回転可能に設けられている。
【００１４】
磁気軸受１３，１４は、２組のラジアル磁気軸受１３，１３と１組のアキシアル磁気軸受１４とからなる。ラジアル磁気軸受１３は、ケーシング１１内のハウジング２５に取り付けられ、ロータ軸２７の径方向外側に隙間をあけて配置されている。アキシアル磁気軸受１４は、ケーシング１１の下部に設けられたハウジング３９に取り付けられ、ロータ軸２７のフランジ円板３０を軸方向両側から隙間をもって挟むように配置されている。これらラジアル磁気軸受１３とアキシアル磁気軸受１４とによって、ロータ軸２７が、非接触状態でラジアル方向及びアキシアル方向に回転自在に支持される。
【００１５】
タッチダウン軸受１５，１６は、ロータ軸２７の上部に配置された深溝玉軸受１５と、ロータ軸２７の下部に配置されたアンギュラ玉軸受１６とからなる。図２は、図１のII部拡大図である。深溝玉軸受１５は、内周に軌道面（第１軌道面）３２ａを有する外輪（第１軌道輪）３２と、この外輪３２の径方向内側に配置され、外周に軌道面（第２軌道面）３３ａを有する内輪（第２軌道輪）３３と、内外輪３３，３２の間に配置され、各軌道面３３ａ，３２ａ上を転動する多数の玉（転動体）３４とを有している。外輪３２はハウジング２５に固定される固定輪とされ、内輪３３は、回転可能な回転輪とされるとともに、ロータ軸２７の外周側に隙間をあけて配置されている。
【００１６】
図３は、図１のIII部拡大図である。図３に示すように、アンギュラ玉軸受１６は、正面組合せの配置で２つ備えられ、アキシアル荷重を受けもつことができる。各アンギュラ玉軸受１６は、内周に軌道面（第１軌道面）３６ａを有する外輪（第１軌道輪）３６と、この外輪３６の径方向内側に配置され、外周に軌道面（第２軌道面）３７ａを有する内輪（第２軌道輪）３７と、内外輪３７，３６の間に配置され、各軌道面３７ａ，３６ａ上を転動する多数の玉（転動体）３８とを有している。外輪３６は、アキシアル磁気軸受１４を取り付けたハウジング３９に固定される固定輪とされ、内輪３７は、回転可能な回転輪とされるとともに、ロータ軸２７の外周側に隙間をあけて配置されている。
【００１７】
深溝玉軸受１５及びアンギュラ玉軸受１６の内外輪３３，３２，３７，３６及び玉３４，３８に使用される材料としては、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２等の軸受鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０等の析出硬化型ステンレス鋼等が挙げられる。また、玉３４，３８には、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、アルミナ等のセラミック材料を使用することもできる。内外輪３３，３２，３７，３６の軌道面３３ａ，３２ａ，３７ａ，３６ａや玉３４，３８の表面には、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤の被膜４０が設けられている。
【００１８】
図２に示すように、深溝玉軸受１５は、内外輪３３，３２及び玉３４の他に、外輪３２と内輪３３との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材５０を備えている。抵抗付与部材５０は、深溝玉軸受１５の玉３４の下側に配置され、内輪３３の外周面に接触して摺動可能な摺動部材５１と、この摺動部材５１を内輪３３の外周面に向けて付勢し、当該外周面に押し付ける付勢部材５２とを有している。摺動部材５１は、略直方体のブロックからなり、自己潤滑性を有する材料、例えばカーボンを材料として形成されている。また、カーボン製ブロックや金属製ブロックの表面に、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤の被膜を形成したものを使用することもできる。また、摺動部材５１として合成樹脂材を用いることもできる。
【００１９】
図４は、抵抗付与部材５０の一部を示す斜視図であり、図５は、図２のＶ矢視図である。図６は、抵抗付与部材５０の概略正面図である。付勢部材５２は、外輪３２に取り付けられるリング状の取付環（取付部材）５４と、取付環５４の径方向内側に周方向に間隔をあけて設けられた複数（図６の例では８個）のバネ体５５と、各バネ体５５に摺動部材５１を固定するための固定具５６とを備えている。取付環５４は、バネ鋼等の金属材料により形成され、図２に示すように、外輪３２の内周面に嵌合する嵌合部５４ａと、嵌合部５４ａの一端から径方向外方に延び、外輪３２の下端面に当接するフランジ部５４ｂとによって断面Ｌ字形状に形成されている。取付環５４は、外輪３２に嵌合されることにより又は溶接等で固着されることにより、外輪３２に固定される。
【００２０】
バネ体５５は、図４に示すように、径方向内側が頂部となるような正面視山形状の板バネにより構成され、その一端が取付環５４の嵌合部５４ａに接続され、他端が自由端となっている。より具体的には、図４及び図５に示すように、バネ体５５は、取付環５４の嵌合部５４ａを帯状に切り起こすことにより形成されている。バネ体５５の頂部には、固定具５６を構成するとともに、径方向内方に突出する４本の支持柱５６ａが四角配置で設けられ、この支持柱５６ａに摺動部材５１が嵌合、固定されている。
【００２１】
図３に示すように、アンギュラ玉軸受１６も同様の構成の抵抗付与部材５０を備えている。具体的には、２個のアンギュラ玉軸受１６のうち、下側に配置されるアンギュラ玉軸受１６の玉３８の下側に抵抗付与部材５０が設けられている。
【００２２】
図１に示すように、ターボ分子ポンプ１０は、ロータ１２を磁気軸受１３，１４によって非接触支持した状態で電動モータ１７を作動することにより、ロータ１２を高速回転させるものである。磁気軸受１３，１４が故障等によって制御不能となったときは、タッチダウン軸受１５，１６の内輪３３，３７がロータ軸（回転体）２７に接触して軸受として機能し、ロータ軸２７及び磁気軸受１３，１４を保護する。高速で回転するロータ軸２７が、タッチダウン軸受１５，１６の内輪３３，３７に接触すると、当該内輪３３，３７はロータ軸２７に追従して一気に高速回転し、その後自然停止するまで惰性（慣性）で回転を続ける。
【００２３】
本実施形態では、抵抗付与部材５０の摺動部材５１が内輪３３，３７に押し付けられているので、摺動部材５１が内輪３３，３７上を摺動し、両者の摺動抵抗によって、内輪３３，３７と外輪３２，３６との間の相対回転に抵抗が付与される。そのため、タッチダウン軸受１５，１６の惰性による回転を少なくすることができ、内外輪３３，３２，３７，３６や玉３４，３８に設けられた固体潤滑剤の被膜４０の消耗を極力少なくし、タッチダウン軸受１５，１６の寿命を延ばす（すなわち、タッチダウン可能な回数を増やす）ことができる。また、セラミック製の玉３４，３８が用いられている場合、磁気軸受１３，１４が作る磁界によって内輪３３，３７がロータ軸２７に連れ回りし、空転することがあるが、抵抗付与部材５０は、このような空転も防止することができる。
【００２４】
なお、玉３４，３８が軸受鋼等の強磁性体である場合には、磁気軸受１３，１４が作る磁界により玉３４，３８自身が磁化し、内輪３３，３７を磁気吸引するため、内輪３３，３７の空転は少なくなる。よって、本実施形態のような抵抗付与部材５０は、非磁性体であるセラミック等の玉３４，３８を用いた転がり軸受であって、内輪３３，３７が磁化によって空転しやすくなる転がり軸受に対して設けると、より効果的である。また、抵抗付与部材５０は、内外輪３３，３２，３７，３６間のガタの防止にも役立つ。
【００２５】
抵抗付与部材５０の摺動部材５１の材料として、自己潤滑性を有するカーボンを使用すると、摺動部材５１と内輪３３，３７との接触（摺動）に伴う内輪３３，３７の摩耗を防止することができる。また、摺動部材５１の表面に固体潤滑剤被膜を設けることによっても同様の効果がある。
バネ体５５は、取付環５４の一部を切り起こすことによって容易に形成することができる。ただし、バネ体５５を取付環５４とは別部材により形成し、取付環５４に溶接等によって固着してもよい。
【００２６】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。上記実施形態では、付勢部材５２のバネ体５５を金属製の板バネにより構成しているが、コイルバネ等によって構成することもできる。ゴムや合成樹脂等の弾性体により構成することもできる。また、付勢部材５２、摺動部材５１の形状や材料等についても上記実施形態に限定されるものではない。
抵抗付与部材５０は、図２において、玉３４の上側に設けることもできるし、図３において、上側のアンギュラ玉軸受１６にも設けることができる。また、上記実施形態では、固定輪となる外輪３２，３６に付勢部材５２を取り付け、回転輪となる内輪３３，３７に摺動部材５１を接触させているが、その逆とすることもできる。また、転がり軸受１５，１６は、外輪３２，３６を回転輪とし、内輪３３，３７を固定輪とするものであってもよい。
【００２７】
抵抗付与部材５０を構成する摺動部材５１及び付勢部材５２の個数は適宜変更することができ、各１個とすることもできる。ただし、摺動部材５１及び付勢部材５２を複数個として周方向等間隔に配置することが好ましい。
本発明の転がり軸受は、磁気軸受１３，１４とともに用いられるタッチダウン軸受に限らず、他の用途、例えば転がり軸受のトルクを大きくしたい場合等にも用いることができる。また、本発明の転がり軸受は、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受に限らず、他の玉軸受やころ軸受として構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態にかかる転がり軸受を適用したターボ分子ポンプの縦断面図である。
【図２】図１のII部拡大図である。
【図３】図１のIII部拡大図である。
【図４】抵抗付与部材の一部の斜視図である。
【図５】図２のＶ矢視図である。
【図６】抵抗付与部材の概略正面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１３  ラジアル磁気軸受
１４  アキシアル磁気軸受
１５  タッチダウン軸受（深溝玉軸受）
１６  タッチダウン軸受（アンギュラ玉軸受）
３２，３６  外輪
３３，３７  内輪
３４，３８  玉（転動体）
５０  抵抗付与部材
５１  摺動部材
５２  付勢部材
【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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【図６】
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