(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸支されて回転する回転体の外周に沿って、当該回転体との間に間隙を有して設けられ、当該回転体が回転中に破損したとき、当該回転体又はその破片に衝突されて当該回転体の回転方向に回転する内輪部材と、
前記内輪部材の外周面に転がり摩擦で接触する転動体と、
前記転動体を前記内輪部材との間に保持することにより前記内輪部材を回転自在に支持する外輪部材とを備え、
前記内輪部材及び外輪部材の一方に前記転動体を案内する軌道が設けられ、この軌道の硬度がＨＲＣ３０〜４５であることを特徴とする回転体の運動エネルギー吸収装置。
【請求項２】
前記内輪部材及び外輪部材の硬度が共にＨＲＣ３０〜４５であることを特徴とする請求項１記載の回転体の運動エネルギー吸収装置。
【請求項３】
前記転動体はその移動方向にほぼ隙間無く装填されていることを特徴とする請求項１記載の回転体の運動エネルギー吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体が破損した場合に、その回転体の運動エネルギーを吸収して事故の拡大を防止する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タービンブレードやターボポンプのロータ等の回転体は、一般に磁気軸受等により支承され、非常に高速で回転する。また、かかる回転体を有する装置は外側にケースを有しており、回転体は当該ケースにより覆われている。
しかし、高速で回転するロータが、回転中に何らかの原因で破損した場合には、高速回転によってロータが一気に全壊に至り、破片が飛び散る。飛び散った破片は、装置の軸端側の、ケースで覆われていない部分から飛び出る。従って、これらの飛散破片により周辺の装置が損傷を被ることがあった。
このような問題点を解決するものとして、実開平６−４３９２号公報によれば、ロータの上部と下部との間に分断溝を設け、下部から生じた破損を上部に波及させないロータ構造を有するターボ分子ポンプが開示されている。このようなロータ構造によれば、ロータの破損を半壊で食い止めて、飛散する破片の量を低減することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載されたロータ構造によって破損の程度を半壊に食い止めたとしても、高速回転するロータの破損により大きな運動エネルギーを有したまま飛散した破片が、ロータを覆うケースに衝突してこれを破壊することがある。この場合、装置の周囲にロータの破片が飛び出して、大きな事故を招くという問題点があった。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、回転体の保有する運動エネルギーを安全に吸収する運動エネルギー吸収装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転体の運動エネルギー吸収装置は、軸支されて回転する回転体の外周に沿って、当該回転体との間に間隙を有して設けられ、当該回転体が回転中に破損したとき、当該回転体又はその破片に衝突されて当該回転体の回転方向に回転する内輪部材と、前記内輪部材の外周面に転がり摩擦で接触する転動体と、前記転動体を前記内輪部材との間に保持することにより前記内輪部材を回転自在に支持する外輪部材とを備え、前記内輪部材及び外輪部材の一方に前記転動体を案内する軌道が設けられ、この軌道の硬度がＨＲＣ３０〜４５であることを特徴とするものである（請求項１）。
【０００６】
上記のように構成された回転体の運動エネルギー吸収装置において、回転体が回転中に破損したとき、回転体又はその破片は、ラジアル方向への遠心力と接線方向への回転速度との合成方向に飛散する。飛散した破片等は内輪部材に衝突し、内輪部材はこれによって回転体の回転方向と同じ方向に回転する。従って、飛散した破片等の保有していた運動エネルギーは、その一部が内輪部材の回転という運動エネルギーに置き換わることにより吸収される。さらに、内輪部材の運動エネルギーが転動体と内外輪部材との摩擦により熱エネルギーとして消耗された後、内輪部材は停止する。また、この場合、軌道の硬度（ＨＲＣ３０〜４５）は、一般に軸受の軌道輪の硬度として採用されている値に比べて低い。従って、軌道面が比較的柔らかく、そのため、飛散した破片等の衝突による衝撃荷重により軌道が塑性変形する。これにより転動体との摩擦抵抗が増大し、運動エネルギー吸収効率が高くなる。
【０００７】
上記運動エネルギー吸収装置（請求項１）において、前記内輪部材及び外輪部材の硬度が共にＨＲＣ３０〜４５であってもよい（請求項２）。
この場合、内輪部材及び外輪部材の硬度が、一般に軸受の内外輪の硬度として採用されている値に比べて低い値であり、比較的柔らかい。従って、内外輪部材は、衝撃荷重に対しても、割れを生じない。
【０００８】
上記運動エネルギー吸収装置（請求項１）において、前記転動体はその移動方向にほぼ隙間無く装填されていてもよい（請求項３）。
この場合、運動エネルギー吸収装置は、いわば総玉軸受状の構成となり、高い耐荷重性を発揮する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による回転体の運動エネルギー吸収装置を示す断面図、図２は図１のII−II線断面図である。図１及び図２において、回転体１は図示しない磁気軸受等によって図２の時計回り方向又はその逆方向に回転自在に軸支されている。回転体とは、例えば、ターボ分子ポンプにおけるロータ、タービンブレード、又はスピンドル装置の主軸等であり、非常に高速に回転する。
【００１０】
運動エネルギー吸収装置２は、回転体１の外周に沿って、当該回転体１との間に一定の間隙を有して配設された円筒状の内輪部材３と、内輪部材３の外周面に形成された軌道（２０〜３０％Ｂｄ（玉直径））３ａに転がり摩擦で接触する転動体（玉）４と、転動体４を内輪部材３との間に保持することにより内輪部材３を図２の時計回り方向又はその逆方向に回転自在に支持する円筒状の外輪部材５とによって構成されている。外輪部材５は、図示しない構造物の静止部に固定される。なお、転動体４の軌道３ａは内輪部材３にのみ軸方向に所定間隔で複数条設けられており、外輪部材５の内面は、軌道を有しない円筒状内面である。
転動体４を内輪部材３と外輪部材５とによって挟持した状態で、外輪部材５の上端外周側の数箇所からピン６が打ち込まれる。打ち込まれたピン６の先端は、内輪部材３の上端外周側に穿設されたピン孔３ｂに挿入されている。従って、当該ピン６により、内輪部材３と外輪部材５とは軸方向に互いに分離しない構造となっている。なお、ピン６の位置は、上記の場所以外に、軸方向中央部等、転動体４の移動の妨げとならない場所であればどこでもよい。転動体４は、図２に示すように周方向にほぼ隙間なく装填され、いわば総玉軸受状の構成を成している。従って、当該運動エネルギー吸収装置２は高い耐荷重性を発揮する。なお、転動体間の隙間が全くないと転動体４の転動ができないので、周方向に少なくとも転動体１個分以上で、角度にして３０度以下の範囲の隙間を設けることが必要である。
【００１１】
上記運動エネルギー吸収装置２は、回転体１を覆うケースの役割を兼ねている。
内輪部材３、転動体４及び外輪部材５には、軸受に用いられる材料と同様のステンレス鋼や高炭素クロム軸受鋼が用いられる。硬度は、内輪部材３及び外輪部材５がＨＲＣ３０〜４５であり、転動体４はＨＲＣ６０以上である。内輪部材３及び外輪部材５についての硬度（ＨＲＣ３０〜４５）は、軸受の内外輪に一般に採用される硬度より低く、従って比較的柔らかい。硬度が低いことは変形し易いことであるとともに、衝撃荷重に対しては割れにくくなることを意味する。
内輪部材３及び外輪部材５の全面にはＭｏＳ２コーティングが施され、個体潤滑と防錆とが図られている。
【００１２】
次に、上記のように構成された回転体の運動エネルギー吸収装置２の動作について図３を参照して説明する。図３は図２と同様の断面図であるが、回転体１が反時計回り方向に高速回転中に破損した状態を示している。回転体１が高速回転中に破損すると、ラジアル方向への遠心力と接線方向への回転速度との合成方向（図中の矢印Ａ参照）に破片が飛散する。飛散した破片が内輪部材３に衝突することにより、内輪部材３は反時計回り方向、すなわち回転体１の回転方向に駆動され、回転する。このとき、破片の保有する運動エネルギーは、その一部が内輪部材３の回転エネルギーに置き換わることによって、内輪部材３に吸収される。この結果、破片の運動エネルギーは減少し、飛散速度は減速される。従って、内輪部材３が破片によって破壊されることもない。また、転動体４が隙間無く装填された総玉軸受状の構成により、装置全体の破損がさらに確実に防止されている。
【００１３】
なお、内輪部材３は破片の衝突時の衝撃荷重を直接に受け、また、外輪部材５も転動体４を介して衝撃荷重を受けるが、共に硬度が比較的柔らかいことにより、割れを生じることがない。一方、破片の衝突の際の衝撃荷重によって内輪部材３の軌道３ａが若干の塑性変形を生じる。
内輪部材３の回転に伴って、転動体４が回転しながら移動する。ここで、転動体４は、上記のように塑性変形を生じた軌道３ａ上を移動する。従って、摩擦抵抗が大きく、転動体４の運動エネルギーは急速に熱エネルギーに変わる。また、転動体４同士がほぼ隙間無く装填されているので、互いに干渉し合って、摩擦により運動エネルギーが消費される。さらに、転動体４と外輪部材５との摩擦によっても運動エネルギーが消費される。こうして、内輪部材３の回転エネルギーは、摩擦による熱エネルギーに変わることで安全に吸収され、回転する内輪部材３にはブレーキがかかる。
なお、上記のように回転体１が分解して飛散した場合の他に、回転体１全体がこれを支持する軸受等から外れてしまった場合などにも、回転体１全体を内輪部材３によって受け止めることができ、装置全体の破損を防止することができる。
【００１４】
なお、上記実施形態においては、内輪部材３及び外輪部材５の硬度を、軸受に用いられる硬度より低くしたが、硬度を低くするのは内輪部材３及び外輪部材５のいずれか一方でも良い。しかしながら、衝撃荷重を直接受ける内輪部材３の硬度を低くすることが望ましい。
また、上記実施形態において軌道３ａは内輪部材３に設けたが、外輪部材５の内周面に設けてもよい。但し、何れの場合でも、軌道を設ける側の部材の硬度を低くするか若しくは軌道周辺部分のみの硬度を低くして、軌道の塑性変形を生じさせることが必要である。なお、内輪部材３及び外輪部材５の双方に軌道を設けることはできない。組立が不可能になるからである。
なお、内輪部材３及び外輪部材５の硬度を必ずしも低くすることなく、近似した効果を得ることも可能である。例えば、内輪部材３の内周面に衝撃吸収部材を被着し、内輪部材３に直接ブレーキ手段を圧接する構成も可能である。
また、エネルギー吸収装置２の寸法は、回転体１の大きさに合わせて任意に構成することが可能であり、回転体１の軸方向に複数個設けてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の回転体の運動エネルギー吸収装置によれば、回転体が回転中に破損したとき、回転体又はその破片は、ラジアル方向への遠心力と接線方向への回転速度との合成方向に飛散して内輪部材に衝突し、内輪部材はこれによって回転体の回転方向と同じ方向に回転するので、飛散した破片等の保有していた運動エネルギーは、その一部が内輪部材の回転という運動エネルギーに置き換わることにより吸収される。さらに、内輪部材の運動エネルギーが転動体と内外輪部材との摩擦により熱エネルギーとして消耗される。従って、ケースの破壊等を招くことなく、回転体の運動エネルギーを安全に吸収することができる。
【００１６】
また、軌道の硬度（ＨＲＣ３０〜４５）は、一般に軸受の軌道輪の硬度として採用されている値に比べて低いので、軌道面が比較的柔らかく、そのため、飛散した破片等の衝突による衝撃荷重により軌道が塑性変形を生じる。これにより転動体と軌道との摩擦抵抗が増大し、運動エネルギー吸収効率が高くなる。
【００１７】
請求項２の回転体の運動エネルギー吸収装置によれば、内輪部材及び外輪部材の硬度が、一般に軸受の内外輪の硬度として採用されている値に比べて低い値であり、比較的柔らかいので、当該内外輪部材は衝撃荷重に対しても割れることなく、安全である。
【００１８】
請求項３の回転体の運動エネルギー吸収装置によれば、当該装置はいわば総玉軸受状の構成となり、高い耐荷重性を発揮するので、衝撃荷重に対しても破損しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による回転体の運動エネルギー吸収装置を示す断面図である。
【図２】図１のII−II線から見た運動エネルギー吸収装置の断面図である。
【図３】上記運動エネルギー吸収装置において回転体が破損した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１    回転体
２    運動エネルギー吸収装置
３    内輪部材
３ａ  軌道
４    転動体
５    外輪部材
【図１】
0004085468.tif 000002
【図２】
0004085468.tif 000003
【図３】
0004085468.tif 000004