(57)【要約】本発明は、連続して置かれ、ころ軸受のロータリング１２およびステータリング１３のそれぞれの転走軌道上を回転するようにされている転動体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが、その間に設けられている、ロータリング１２、および同軸ステータリング１３を備える、真空ポンプのための接触ころ軸受に関する。転動体は、交互に連続した、その外側表面が鋼製である転動体１４ａ、１４ｃと、その外側表面がセラミック製である転動体１４ｂ、１４ｄとを備え、それによって、接触ローラの内側の環状表面１６およびロータの対応する軸受の摩擦および磨耗を制限して、接触ころ軸受の加速抵抗を低減させる。
2004502109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラハウジング（１９）を間に画定するロータリング（１２）およびステータリング（１３）と、
ローラハウジング（１９）内に次々に入れられ、ロータリング（１２）とステータリング（１３）のそれぞれの転走軌道（２０、２１）上を転がる、転動体（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）とを備える、真空ポンプのためのランディング軸受であって、
転動体が、交互に連続した、鋼製の外側表面を有する転動体（１４ａ、１４ｃ）とセラミック製の外側表面を有する転動体（１４ｂ、１４ｄ）とを備えることを特徴とするランディング軸受。
【請求項２】
転動体（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）が球形のボールであることを特徴とする、請求項１に記載のランディング軸受。
【請求項３】
鋼の転動体（１４ａ、１４ｃ）がステンレス鋼製であることを特徴とする、請求項１または２に記載のランディング軸受。
【請求項４】
セラミックの転動体（１４ｂ、１４ｄ）が窒化ケイ素製であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のランディング軸受。
【請求項５】
転走軌道（２０、２１）がステンレス鋼製であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のランディング軸受。
【請求項６】
セラミックの転動体（１４ｂ、１４ｄ）が、通常の動作温度条件下で、鋼の転動体（１４ａ、１４ｃ）の直径よりもわずかに小さい直径であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のランディング軸受。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のランディング軸受を備える、少なくとも１つのランディング機械軸受（９）を有する真空ポンプ。
【請求項８】
ステータ（１）内で回転するように取付けられたロータ（４）を備え、該ステータ（１）が、正常動作中に、ステータ（１）内の径方向中心位置にロータ（４）を保持する少なくとも１つのラジアル磁気軸受（７）と、ラジアル磁気軸受（７）の正常動作に障害のある場合に、ロータ（４）をほぼ中心位置に確実に保持することによって、ステータ（１）内のロータ（４）の径方向変位を制限するランディング軸受を有する少なくとも１つの機械的ランディング軸受（９）とを備え、ロータリング（１２）またはステータリング（１３）と、ロータ（４）またはステータ（１）の対応する軸受表面（１７）との間に、径方向隙間（１８）が設けられている、請求項７に記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、真空ポンプのロータ懸架装置に関する。
【０００２】
真空ポンプでは、ステータ内で回転するように取り付けられたロータは、磁気軸受によって保持されている。磁気軸受は、正常動作中、ステータ内の径方向中心に置かれた位置にロータを保ち、ロータとステータ間の機械的な接触なしに、ロータを指定された精度で中心位置に保持する。磁気軸受は、ステータ内のロータの径方向位置をサーボ制御する適切な回路によって、電力を供給されている電磁石を備える。
【０００３】
ロータをステータ内で径方向に保持する作用は、電磁石の力によって決定され、このような保持のためには、電磁石に十分な電力を供給する必要がある。
【０００４】
例えば、ロータが突然大きな応力を受けたり、電磁石への電力供給が遮断された場合、しばしば磁気軸受の正常動作が、不良または不十分になることがある。このような状況下では、磁気軸受は、もはやロータを中心に置く働きをせず、ロータが、機械的な接触なしに保持されている状態から機械的に接触して保持されている状態へ移行する、「ランディング（ｌａｎｄｉｎｇ）」段階が生じる。このようなランディング中、ロータはステータと接触しやすい。ロータは極めて高速で、例えば３０，０００回転毎分（ｒｐｍ）で回転しているので、このような接触によって真空ポンプを破壊することがある。
【０００５】
その問題を解決するために、真空ポンプに、玉軸受を基礎としたランディング目的のための２次的な機械的軸受を提供するという提案が、すでにされている。この機械的軸受は、磁気軸受が正常動作に障害のある場合、ロータの径方向の運動を、磁気軸受のエアギャップの大きさよりも小さい値に制限しながら、ステータ内のロータの径方向変位を制限し、ロータを近似的に中心に置くという働きをする。
【０００６】
それでも、機械的軸受をあまり劣化させることなく可能なランディングの数は、制限されたままであり、したがって、真空ポンプの信頼性は低下し、保守作業が要求される頻度は増加する。
【０００７】
可能であるランディングの数を増加させること、および機械的ランディング玉軸受の作動寿命を増加させることが必要とされている。
【０００８】
本発明は、機械的ランディング玉軸受のある障害は、ランディング玉軸受が加速抵抗を示すということに起因するという観察に由来している。ステータ上に取り付けられた、機械的ランディング軸受を有する磁気軸受の正常動作中は、機械的ランディング軸受内のボールは、ステータに対して静止している。磁気ベアリングが動作を止めたとき、ロータは、まだ静止したままである機械的ランディング軸受の内側リングと接触して、軸受内側リングと、内側リングと外側リングの間に位置する転動部品との両方に回転を与える。ランディング軸受の示す加速抵抗のため、内リングの回転速度は徐々にしか増加せず、ロータと機械的ランディング軸受の内リングの間に滑りが生じる。このことの結果、必然的に、ロータと機械的ランディング軸受の内側リングとのそれぞれの接触表面が、磨耗を受ける、摩耗は、隙間を徐々に広げて装置の効率を低下させる。それに加えて、様々な部品間の摩擦によって、しばしば削り屑（ｓｈａｖｉｎｇｓ）ややすり屑（ｆｉｌｉｎｇｓ）が出て、機械的軸受の転動部品をつまらせる危険性がある。
【０００９】
磨耗現象およびその影響は、機械的ランディング軸受の内側リングが、そうでなければロータ回転速度にすばやく到達することができるはずの、回転の急加速を妨害する現象を受けるときに特に目立ってくる。
【００１０】
この点に関して、ランディング軸受が加速に抵抗する第１の原因は、それ自体の慣性である。質量の小さい転動体を使用することによって、ランディング軸受の慣性を減少させるという試みが行われている。すなわち、ステンレス鋼のボールなどの従来型の転動体を、鋼の密度よりもかなり密度が小さいセラミック製のボールで置きかえるという試みが行われてきた。このような状況下では、すべての転動体がセラミックボールである。セラミックボールは、鋼のボールよりもはるかに高価であるので、このことによって、製造コストがはるかに高くなる。ロータとロータ軸受リングとの間に生じる磨耗現象を減少させたため、実際、ランディング軸受の寿命にわずかな改善がみられた。それでも、かなりの余分なコストに通じるので、この改善は不十分なままである。そして、このセラミックボールを用いた解決方法には、ステータとロータ間の熱伝導性を低下させ、したがってロータの冷却能力をかなり低下させるという別の欠点もある。
【００１１】
ランディング軸受の加速に対する抵抗の第２の原因は、隣接する転動体自体間に生じる摩擦であるとみられる。この摩擦は、ランディング軸受がランディング中に受ける極めて高い加速度によって顕著になるとみられる。本発明は、この解析を利用して、このような摩擦をはるかに減少させることが可能な解決方法を提案する。
【００１２】
（発明の概要）
したがって、本発明の提案する課題は、故障することなく、より多くのランディングおよびより長い動作期間を可能にする寿命を提供する、ランディングのための機械的玉軸受のために新しい構造を構成するということである。
【００１３】
この目的で、本発明は、ランディング軸受の加速に対する抵抗を可能な限り低減させることができ、特に、ランディング軸受の運動要素間に生じ、ランディング中にランディング軸受の加速に抵抗する傾向がある摩擦力を低減させることができる特殊な構造を提供する。
【００１４】
本発明の別の目的は、高価な材料の使用を制限することによって、真空ポンプのためのランディング軸受の生産コストを減少させることである。
【００１５】
本発明では、真空ポンプによって作られた真空を汚染する可能性がある液体を用いた潤滑手段に頼ることなく、これらの効果を得ることが不可欠である。
【００１６】
これらの目的および他の目的を達成するために、本発明は、以下のものを備える真空ポンプのためのランディング軸受構造を提供する。
【００１７】
−　ローラハウジングを間に画定する、ロータリングおよび同軸ステータリング、
−　ローラハウジング内に次々に入れられ、ロータリングおよびステータリングのそれぞれの転走軌道（ｒｕｎｎｉｎｇ　ｔｒａｃｋ）上を回転する転動体、　−　交互に連続した、鋼製の外側表面を有する転動体とセラミック製の外側表面を有する転動体とを備える転動体。
【００１８】
単純化された実施形態では、転動体は、球形のボールである。
【００１９】
好ましくは、鋼の転動体は、ステンレス鋼製であり、一方、セラミックの転動体は、窒化ケイ素製である。
【００２０】
転走軌道は、ステンレス鋼製であってもよい。
【００２１】
玉軸受が、通常の温度条件下で動作しているとき、転動体はすべて同じ直径であってもよい。正常な動作温度は、通常約６０℃から９０℃である。この目的のために、室温でセラミックの転動体は、鋼の転動体よりも直径がわずかに大きいものにする。これは、セラミックと鋼の熱膨張係数間の違いを補償するためである。
【００２２】
別法として、セラミックの転動体は、正常な動作温度条件下で、鋼の転動体よりも直径がわずかに小さくてもよい。実用上、例えば、室温ですべてが同じ直径である転動体を使用することが可能である。
【００２３】
本発明の真空ポンプは、少なくとも１つの、上記で規定したようなランディング軸受を備える。
【００２４】
例えば、このような真空ポンプは、ステータ内で回転するように取付けられたロータを備え、ステータは、正常動作中に、ステータ内の径方向中心に置かれた位置にロータを保持する、少なくとも１つのラジアル磁気軸受と、ラジアル磁気軸受の正常動作に障害のある場合に、ロータをほぼ中心位置に確実に保持することによって、ステータ内のロータの径方向変位を制限するランディング玉軸受を有する少なくとも１つの機械的ランディング軸受とを備え、ロータリングまたはステータリングの１つと、ロータまたはステータの対応する軸受表面のと間に、径方向隙間が設けられている。
【００２５】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照にして示す特定の実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
【００２６】
（好ましい実施形態の説明）
図１の実施形態では、真空ポンプは、一般には、軸方向の吸気入口（ｓｕｃｔｉｏｎ　ｉｎｌｅｔ）２および径方向の送気出口（ｄｅｌｉｖｅｒｙ　ｏｕｔｌｅｔ）３を有するステータ１を備える。ロータ４は、ステータ１内で長手方向軸Ｉ−Ｉに関して軸回転するように取付けられている。ロータ４は、フィン５で示される吸気システム、およびステータ１の軸受内で回転するシャフト６を有する。図では、２つのラジアル磁気軸受７および８、および径方向に作用する玉軸受を備えるランディングのための２つの機械的軸受９および１０が示されている。記録のために、軸方向の磁気軸受１１もまた示されている。
【００２７】
正常の動作中、すなわち、ポンプのシャフト６に過度の応力が働いておらず、かつ磁気軸受がそれ自体正常に動作していると仮定した場合、磁気軸受は、ロータ４を軸方向中心に置かれた位置に正確に保持し、機械的ランディング軸受９および１０は、シャフト６に触れていない。
【００２８】
機械的ランディング軸受９内には、ロータ４のシャフト６の周囲に近接して配置されたロータ軸受リング１２、およびステータ１と接触して配置された同軸ステータ軸受リング１３が示されている。ロータリング１２およびステータリング１３は、それらの間に、ランニングハウジング１９を画定する。ボール、針、その他の従来型の転動体などの、転動体１４は、ロータリング１２と同軸ステータリング１３との間のランニングハウジング１９内で受けられており、ころ軸受が、２つのリング１２および１３を互いに関して軸方向に回転させることができるように構成されている。
【００２９】
機械的ランディング軸受９の半分を、ロータ４のシャフト６とステータ１の対応する部分の間の位置で、より詳細により拡大して示している、図２を参照する。ロータリング１２と同軸ステータリング１３との間のランニングハウジング１９内に、転動体１４が示されている。転動体１４は、ロータリング１２およびステータリング１３のそれぞれの転走軌道２０および２１上を回転する。ラジアル磁気軸受７も示されている。ラジアル磁気軸受７は、正常動作中は、ステータ１内のシャフト６がとることのできる最大径方向変位を画定する、空の環状エアギャップ１５を残して、ロータ４のシャフト６をステータ１内中心に置く。通常の状況下では、エアギャップ１５は、例えば幅０．２から０．４ｍｍであってよい。機械的ランディング軸受９の目的は、ステータ１内のロータ４のシャフト６がとることのできる最大径方向変位を、このエアギャップ１５の大きさよりもかなり小さい値に制限して、ランディングの場合の磁気軸受の損傷を避けることである。
【００３０】
ロータリング１２の内側環状面１６とロータ４の対応する第１の軸受表面１７の間に、径方向隙間１８が残されている。この隙間は、エアギャップ１５よりもかなり小さく、ラジアル磁気軸受７によって、ロータ４が正常に中心位置に保持される精度よりわずかにしか大きくない。ロータ４が正常に中心位置に保持されるこの精度は、一般に極めてよく、２、３ミクロン以下である。
【００３１】
同軸ステータリング１３は、軸方向ショルダ２２とステータ１上に保持された固定リング２３の間の、ステータ１の端部のハウジング内に、ねじによって係合され、かつ強く制動または回転防止されている。そのような１本のねじ２４の頭部が、図中に示されている。
【００３２】
図３および４に示す実施形態では、ランディング軸受は、球形のボール形状の転動体を備える。これらの転動体は、交互に連続した、鋼製の外側表面を有する転動体とセラミック鋼製の外側表面を有する転動体とを備える。すなわち、例えば、転動体１４ａおよび１４ｃが鋼製の外側表面を有し、一方、転動体１４ｂおよび１４ｄがセラミック製の外側表面を有する。
【００３３】
鋼製の転動体１４ａおよび１４ｃには、ステンレス鋼を使用することが有利である。
【００３４】
セラミックの転動体１４ｂおよび１４ｄには、窒化ケイ素を使用することが有利である。
【００３５】
ランディング中、転動体１４ａ〜１４ｄは、回転を開始し、要素１４ａと１４ｂなどの隣接する転動体は、その球形の表面部分を介して互いに接触し、それによって摩擦を生じさせる。鋼の転動体とセラミックの転動体が交互にあるため、相異なる材料製の２つの転動体間で常に摩擦が発生し、滑りを促進して、したがってランディング軸受の速い加速に対する摩擦力を低減させる。
【００３６】
転走軌道２０および２１（図２）は、ステンレス鋼であってもよい。
【００３７】
セラミックなどのより高価な材料製であるのは、１つおきの転動体だけであるので、余分の製造コストは低減し、一方、ランディング軸受と真空ポンプの寿命という点では、一般にかなりの利点が得られる。
【００３８】
別の利点は、熱伝導のよい、鋼製の転動体１４ａ、１４ｃがいくつか存在し、それによってロータの十分な冷却能力が維持されることに起因する。この目的のために、正常な動作温度条件下で、鋼製の転動体１４ａ、１４ｃが転走軌道２０、２１と接触しつづける。
【００３９】
言いかえれば、このような正常な動作温度条件下で、セラミックの転動体１４ｂ、１４ｄは、好ましくは鋼の転動体１４ａ、１４ｃの直径よりも小さい、または大きくない直径であると仮定する。
【００４０】
ランディング中は、動作は以下のようである。最初は、ロータリング１２は、その長手方向軸Ｉ−Ｉ周りを高速で回転しているシャフト６と接触していない。軸受け７等のラジアル磁気軸受が動作を止めたとき、ロータ４は、ロータリング１２と接触するまで、第１の径方向隙間１８を横切って径方向に移動する。ロータリングは、最初は静止していて、突然回転し始め、それによって転動体１４も回転を開始する。同軸ステータリング１３は、回転がステータ１内に関する限りは、ロックされ、または少なくとも制動されている。
【００４１】
ランディング軸受の慣性および摩擦のため、ロータリング１２は、ロータ４の高速の回転を即座に帯びることができない。したがって、ロータ４の軸受表面１７と、ロータリング１２の対応する環状の内側面１６の間でこすれ（ｒｕｂｂｉｎｇ）が生じる。隣接する転動体要素１４間に存在する摩擦力が減少するため、ロータリング１２は迅速に加速することができ、それによって、ロータ４の軸受表面１７とロータリング１２の環状面１６内側との間でこすれが生じる時間が短くなる。
【００４２】
本発明は、上記で明示して説明した実施形態に制限されるものではなく、当業者の能力内で様々な一般化を含んでいる。特に、ランディング軸受９および１０を、ステータに固定する代わりに、ロータ４に固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロータが、磁気軸受によって、および結合されたランディング目的のための機械的軸受によって保持された真空ポンプの一般的な長手方向断面図である。
【図２】本発明の実施形態の機械的ランディング軸受の半分を示す、図１の領域Ａを拡大した断面詳細図である。
【図３】本発明の実施形態を構成するランディング軸受の前面拡大図である。
【図４】図３のランディング軸受の部分断面透視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004502109.tif 000008
2004502109.tif 000009
2004502109.tif 000010
2004502109.tif 000011
2004502109.tif 000012
2004502109.tif 000013
2004502109.tif 000014
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2004502109.tif 000020
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2004502109.tif 000022
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【国際調査報告】
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2004502109.tif 000025
2004502109.tif 000026
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