(57)【要約】【課題】長期に亘って連続して使用することが可能な交換頻度の少ない耐久性に優れたタッチダウン軸受を提供する。【解決手段】回転軸６を回転自在に支持する磁気軸受１０と共に設置され、磁気軸受の制御不能時に回転軸を支持するタッチダウン軸受１２であり、制御不能時に回転軸が摺動接触する内輪１４と、内輪に対向して配置された外輪１６と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体１８とを備えており、内輪表面に形成された固定潤滑被膜Ｋの膜厚において、制御不能時に回転軸が摺動接触した際に最も大きな摩擦力が作用する部位(内輪内径面１４ｓ)の膜厚Ｗは、他の部位よりも厚くして構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を回転自在に支持する磁気軸受と共に設置され、磁気軸受の制御不能時に回転軸を支持するタッチダウン軸受であって、
タッチダウン軸受は、制御不能時に回転軸が摺動接触する内輪と、内輪に対向して配置された外輪と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えており、
内輪表面に形成された潤滑被膜の膜厚において、制御不能時に回転軸が摺動接触した際に最も大きな摩擦力が作用する部位の膜厚は、他の部位よりも厚くして構成されていることを特徴とするタッチダウン軸受。
【請求項２】
内輪表面に形成された潤滑被膜の膜厚において、少なくとも内輪の内径面の膜厚は、他の部位よりも厚くして構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチダウン軸受。
【請求項３】
内輪の内径面の母材の表面粗さは、略０.１〜１.２μｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項２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、磁気軸受の制御不能時に回転軸を支持するタッチダウン軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば磁気浮上式ターボ分子ポンプなどに種々のタッチダウン軸受が用いられている(特許文献１)。その一例として図１(ａ)には、エキシマレーザ発振装置が示されており、当該発振装置において、密閉室２内には、レーザ発振部４と、当該レーザ発振部４に対向し且つ回転軸６に固定されたクロスローラファン８が配置されている。また、回転軸６は、その両側が密閉室２から外方に延出しており、その延出部分が複数の磁気軸受１０で回転自在に支持されている。この場合、密閉室２内の気体(例えば、アルゴンガスとフッ素ガスを含む気体)が循環してレーザ発振部４に送り込まれることで、当該レーザ発振部４からエキシマレーザを発振させることができる。
【０００３】
また、密閉室２と回転軸６との間には、タッチダウン軸受１２が介在されており、磁気軸受１０の制御不能時(タッチダウン時)に回転軸６を支持することができるようになっている。ところで、タッチダウン時には、回転している回転軸６がタッチダウン軸受１２の内輪(図示しない)の内径面や幅面に対して急激に摺動接触するため、これら内径面や幅面に大きな滑り摩擦力が作用する。かかる摩擦力を緩和するために、内径面や幅面には、固定潤滑被膜が形成されているが、数回程度のタッチダウンが繰り返されて、かかる摩擦力が繰り返し作用すると、内径面や幅面に形成されている固定潤滑被膜が摩耗してしまう場合がある。
【０００４】
この場合、タッチダウン軸受１２を長期に亘って連続して使用することが困難になり、その結果、早期にタッチダウン軸受１２を交換しなければならなくなる。しかしながら、タッチダウン軸受１２の交換には、例えば回転軸６から各磁気軸受１０を分解し、当該タッチダウン軸受１２を交換した後、再び各磁気軸受１０を回転軸６に取り付けるといった作業が強いられる。かかる作業は、タッチダウン軸受１２の内輪と回転軸６との隙間を高精度に調整しながら行われるため、著しく手間がかかり面倒である。
そこで、長期に亘って連続して使用することが可能な交換頻度の少ない耐久性に優れたタッチダウン軸受の開発が要望されているが、現在そのような軸受は知られていない。
【特許文献１】特開平５−２０９６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような要望に応えるためになされており、その目的は、長期に亘って連続して使用することが可能な交換頻度の少ない耐久性に優れたタッチダウン軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明は、回転軸を回転自在に支持する磁気軸受と共に設置され、磁気軸受の制御不能時に回転軸を支持するタッチダウン軸受であって、タッチダウン軸受は、制御不能時に回転軸が摺動接触する内輪と、内輪に対向して配置された外輪と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えており、内輪表面に形成された潤滑被膜の膜厚において、制御不能時に回転軸が摺動接触した際に最も大きな摩擦力が作用する部位の膜厚は、他の部位よりも厚くして構成されている。この場合、少なくとも内輪の内径面の膜厚は、他の部位よりも厚くして構成されている。当該構成において、内輪の内径面の母材の表面粗さは、略０.１〜１.２μｍの範囲に設定されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、長期に亘って連続して使用することが可能な交換頻度の少ない耐久性に優れたタッチダウン軸受を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態に係るタッチダウン軸受について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、図１(ａ)に示されたエキシマレーザ発振装置に用いたタッチダウン軸受１２の改良であるため、以下では、改良部分の説明にとどめる。この場合、上述した発振装置(図１(ａ))と同一の構成については、その構成に付された参照符号と同一の符号を本実施の形態に用いた図面上に付すことで、その説明を省略する。
【０００９】
図１(ｂ)には、本実施の形態に係るタッチダウン軸受１２の構成が示されており、当該タッチダウン軸受１２は、制御不能時に回転軸６(図１(ａ))が摺動接触する内輪１４と、内輪１４に対向して配置された外輪１６と、内外輪14,16間に転動自在に組み込まれた複数の転動体１８とを備えている。この場合、内輪１４全表面、外輪１６全表面、転動体１８全表面には、所定の膜厚で固定潤滑被膜Ｋが形成されている。なお、図面では、転動体１８として“玉”が例示されている。
【００１０】
ここで、固定潤滑被膜Ｋは、通常、軸受構成品(例えば、内外輪14,16、転動体１８)全表面に均一の膜厚(例えば、０.５〜１０μｍ)で形成されているが、本実施の形態では、磁気軸受１０の制御不能時(タッチダウン時)に回転軸６が摺動接触した際に最も大きな摩擦力が作用する部位の膜厚を他の部位よりも厚くして構成さしている。この場合、軸受構成品のなかで最も大きな摩擦力が作用する部位は、内輪１４の内輪内径面１４ｓである。
【００１１】
そこで、内輪１４全表面に形成された固定潤滑被膜Ｋの膜厚において、内輪内径面１４ｓの膜厚Ｗは、他の部位よりも厚くして構成されている。なお、内輪内径面１４ｓの膜厚Ｗを厚くする方法としては、例えば内輪内径面１４ｓ以外の部位をマスキングしながら固定潤滑被膜Ｋを形成すれば良い。これにより、内輪内径面１４ｓの膜厚Ｗを他の部位よりも厚く(例えば、数十μｍ)することができる。
【００１２】
以上、本実施の形態によれば、タッチダウンが繰り返されて、内輪内径面１４ｓに大きな滑り摩擦力が繰り返し作用した場合でも、当該内輪内径面１４ｓに形成された固定潤滑被膜Ｋの膜厚Ｗは、かかる摩擦力を緩和するに充分な厚さとなっている。これにより、固定潤滑被膜Ｋの摩耗を抑えることができるため、当該タッチダウン軸受１２の耐久性を向上させることが可能となる。この結果、従来のように早期にタッチダウン軸受１２を交換する必要は無く、長期に亘って連続して使用することが可能となる。
【００１３】
また、上述した実施の形態では、軸受構成品(内外輪14,16、転動体１８)全表面に固定潤滑被膜Ｋを形成したタッチダウン軸受１２を想定して説明したが、これに代えて、例えば図１(ｃ)に示すように、内輪１４全表面のみに固定潤滑被膜Ｋを形成したタッチダウン軸受１２でも同様の効果を得ることができる。なお、他の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【００１４】
また、上述した実施の形態において、内輪内径面１４ｓの母材の表面粗さを最適化しても良い。この場合、内輪内径面１４ｓの母材の表面粗さは、略０.１〜１.２μｍの範囲に設定することが好ましい。ここで、内輪内径面１４ｓの膜厚Ｗと母材の表面粗さとの関係に基づいて、タッチダウン軸受１２の評価試験を行うと、図１(ｄ)に示すような評価結果が得られた。
【００１５】
当該評価試験では、ターボ分子ポンプを用いて、ラジアル荷重を受ける上部軸受を試験軸受(タッチダウン軸受)とした。また、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを所定の厚さに焼成して、固定潤滑被膜を形成した。また、試験では、定格回転させた後、電源を切ってタッチダウンさせるといった手順を試験軸受が焼き付くまで繰り返し、その回数を評価した。そして、タッチダウン回数が７回以上を合格とした。
【００１６】
かかる評価試験によれば、図１(ｄ)の実施例の評価結果から明らかなように、内輪内径面１４ｓの母材の表面粗さを略０.１〜１.２μｍの範囲に設定し、且つ、内輪内径面１４ｓの膜厚Ｗを略１１〜１８μｍの範囲に設定することで、長期に亘って連続して使用することが可能な交換頻度の少ない耐久性に優れたタッチダウン軸受１２を実現することができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】(ａ)は、フッ化アルゴンエキシマレーザ発振装置の構成を示す図、(ｂ)は、本発明の一実施の形態に係るタッチダウン軸受の構成を示す断面図、(ｃ)は、同図(ｂ)のタッチダウン軸受の他の構成を示す断面図、(ｄ)は、本発明の一実施の形態に係るタッチダウン軸受の評価結果を示す図。
【符号の説明】
【００１８】
６  回転軸
１０  磁気軸受
１２  タッチダウン軸受
１４  内輪
１４ｓ  内輪内径面
１６  外輪
１８  転動体
Ｋ  固定潤滑被膜
Ｗ  固定潤滑被膜の膜厚
【図１】
2008256010.tif 000003