(57)【要約】【課題】耐焼きつき性及び耐磨耗性の向上が可能なタッチダウン軸受を提供する。【解決手段】ロータ翼と一体に回転するロータ軸を、非接触状態で回転自在に支持するアキシャル磁気軸受及びラジアル磁気軸受を有する磁気浮上式ターボ分子ポンプに備えられ、アキシャル磁気軸受及びラジアル磁気軸受が制御不能となった時には、ロータ軸と内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂが接触することにより機能するタッチダウン軸受（アンギュラ玉軸受７）であって、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂは、球状または略球状の金属粒子を衝突させることにより形成され、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上、表面粗さが０．３〜１．２Ｒａμｍの範囲内、厚さが１０μｍ〜１００μｍの範囲内となっている硬化層Ｓを有し、硬化層Ｓの表面に、固体潤滑剤によって形成された潤滑被膜Ｆを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常時には磁気軸受により支承される軸またはハウジングからなる回転部材が内輪と非接触で配置され、前記磁気軸受の制御不能時には前記内輪が前記回転部材と接触することにより軸受として機能するタッチダウン軸受であって、
前記内輪の内径面及び内輪の端面のうち少なくとも一方の接触面は、金属粒子または非金属粒子を衝突させることにより形成された硬化層を有し、
前記金属粒子または非金属粒子は、球状または略球状であることを特徴とするタッチダウン軸受。
【請求項２】
前記硬化層は、前記接触面の表面近傍の温度を、前記接触面が鉄系金属で構成されている場合は前記鉄系金属のＡ３変態点を越えた温度とし、前記接触面が非鉄系金属で構成されている場合は前記非鉄系金属の再結晶温度以上として形成されることを特徴とする請求項１に記載したタッチダウン軸受。
【請求項３】
前記硬化層は、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上であり、且つ表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載したタッチダウン軸受。
【請求項４】
前記硬化層の少なくとも前記回転部材と接触する部分が研削処理され、
前記研削処理後の硬化層は、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上であり、且つ表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載したタッチダウン軸受。
【請求項５】
前記硬化層または前記研削処理後の硬化層の厚さを、１０μｍ〜１００μｍの範囲内としたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載したタッチダウン軸受。
【請求項６】
前記接触面は、マルテンサイト系ステンレス鋼または析出硬化系ステンレス鋼によって形成されていることを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載したタッチダウン軸受。
【請求項７】
前記硬化層の表面に、固体潤滑剤によって形成された潤滑被膜を形成したことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項に記載したタッチダウン軸受。
【請求項８】
前記潤滑被膜の被膜厚さを、１０μｍ〜２０μｍの範囲内としたことを特徴とする請求項７に記載したタッチダウン軸受。
【請求項９】
前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有していることを特徴とする請求項７または８に記載したタッチダウン軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気軸受とともに設置され、磁気軸受の制御不能時に軸受として機能するタッチダウン軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチダウン軸受は、磁気軸受とともに設置される転がり軸受であり、通常時には、回転輪（内輪または外輪）が、回転部材（軸またはハウジング）と接触しない構成となっている。一方、磁気軸受が何らかのトラブルで制御不能になった時には、回転輪の回転部材との対向面が、回転部材に接触し（タッチダウンし）軸受として機能することにより、磁気軸受及び回転部材を保護する構成となっている。
【０００３】
このようなタッチダウン軸受の中でも、特に、真空環境中で使用されるタッチダウン軸受の場合には、潤滑油やグリースは、飛散して汚染の原因となるおそれがあるため使用が困難である。このため、転動体及び内外輪の表面に、固体潤滑剤からなる潤滑被膜（二硫化モリブデン等からなるコーティング被膜や、金、銀、鉛等の軟質金属からなるメッキ被膜）を形成することが行われている。また、現在使用されているタッチダウン軸受の内輪、外輪、及び転動体は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼や、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。
【０００４】
ところで、上記のようなタッチダウン軸受においては、磁気軸受の制御不能時において、固体潤滑剤からなる潤滑被膜が形成されている内輪の内径面及び端面に、回転部材が接触すると、瞬時に潤滑被膜が磨耗するおそれがある。そして、潤滑被膜の磨耗が進行し、潤滑被膜の層が完全に失われると、内輪の内径面または端面において金属材料の表面が露呈してしまい、この面が回転部材と金属接触して、焼きつきが生じるおそれがある。
このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に記載されているようなタッチダウン軸受が提案されている。
【０００５】
このタッチダウン軸受は、転動体を高速度工具鋼製とすることにより、内輪や外輪に用いられるステンレス鋼や軸受鋼と比較して、タッチダウン時に予想される温度（２００〜３００℃）下における硬さを高くするものである。
このようなタッチダウン軸受であれば、転動体の発熱による早期損傷を防止することが可能となり、軸受の耐久性を向上させることが可能となる。
【特許文献１】特開２００６−１５３２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の発明を含め、従来のタッチダウン軸受では、内輪の内径面及び端面における固体潤滑剤の定着性が低いため、固体潤滑剤からなる潤滑被膜の耐摩耗性が低く、磁気軸受の制御不能時において、前記潤滑被膜の磨耗が瞬時に進行するおそれがある。
固体潤滑剤からなる潤滑被膜の磨耗が瞬時に進行すると、短時間のうちに潤滑被膜の層が完全に失われてしまうため、タッチダウン軸受に潤滑不良が生じて、タッチダウン軸受の作動性が低下するという問題が発生する。
【０００７】
また、短時間のうちに潤滑被膜の層が完全に失われてしまうと、短時間のうちに内輪の内径面または端面において焼きつきが生じるため、タッチダウン軸受の耐久性が低下するという問題が発生する。
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、耐焼きつき性及び耐磨耗性の向上が可能なタッチダウン軸受を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、通常時には磁気軸受により支承される軸またはハウジングからなる回転部材が内輪と非接触で配置され、前記磁気軸受の制御不能時には前記内輪が前記回転部材と接触することにより軸受として機能するタッチダウン軸受であって、
前記内輪の内径面及び内輪の端面のうち少なくとも一方の接触面は、金属粒子または非金属粒子を衝突させることにより形成された硬化層を有し、
前記金属粒子または非金属粒子は、球状または略球状であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によると、内輪の内径面及び内輪の端面のうち少なくとも一方の接触面が有する硬化層を、球状または略球状の金属粒子または非金属粒子を外周面に衝突させることにより形成している。
このため、硬化層を有していないタッチダウン軸受と比較して、接触面における固体潤滑剤の定着性が向上するとともに、接触面の表面硬さが上昇する。なお、上昇した表面硬さの値は、例えば、ビッカース硬さでＨｖ５２０以上である。
【００１０】
なお、「内輪の内径面及び内輪の端面のうち少なくとも一方の接触面が有する硬化層を形成する」方法としては、例えば、ショットピーニングによる方法がある。
ショットピーニングは、粒径０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍ程度の金属やセラミックスの投射材を金属材料の表面に投射して、金属材料の表面に微小なディンプルを形成することにより、金属材料の表面を、ハンマー等で叩いた（ピーニング）場合と同様な組織状態とする工法である。
【００１１】
ここで、ショットピーニングの具体的な条件としては、例えば、以下の条件が挙げられる。
噴射圧：０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａの範囲内（より好ましくは０．２ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲内）
噴射速度：３０ｍ／ｓ〜９０ｍ／ｓの範囲内
噴射量：２００ｇ／ｍｉｎ〜８００ｇ／ｍｉｎの範囲内
【００１２】
ショットピーニングを行うことにより、金属材料の表面に微小なディンプルが形成されるため、固体潤滑剤の定着性を向上させることが可能となる。また、金属疲労欠陥の発生源となる引張残留応力を取り除き、圧縮残留応力を高めることが可能となるため、繰り返し荷重に対する金属疲労強度を大幅に増加させることが可能となる。また、金属材料の表面への衝撃に対する抵抗が増大するため、表面の強固さが生じる。また、生成された表面硬化層が母材を保護するため、摩擦に対して強化される。
【００１３】
また、ショットピーニングを行うことにより、内輪の硬さが、接触面から内輪の心部へ向かうにつれて徐々に減少し、硬化層と非硬化層との境界において、元の硬さとなる。すなわち、接触面から硬さが緩やかな傾斜的に減少して、元の硬さとなるように連続して変化しているため、硬さに明確な境界が形成されることがなく、後述するＴＤ処理によって形成された被膜と比較して、硬化層の剥離を抑制することが可能となる。
以上により、タッチダウン軸受の耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００１４】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記硬化層は、前記接触面の表面近傍の温度を、前記接触面が鉄系金属で構成されている場合は前記鉄系金属のＡ３変態点を越えた温度とし、前記接触面が非鉄系金属で構成されている場合は前記非鉄系金属の再結晶温度以上として形成されることを特徴とするものである。
本発明によると、硬化層の表面近傍の温度を、接触面が鉄系金属で構成されている場合は、その鉄系金属のＡ３変態点を越えた温度とし、接触面が非鉄系金属で構成されている場合は、その非鉄系金属の再結晶温度以上とすることにより、硬化層を形成している。
【００１５】
このため、請求項１に記載のタッチダウン軸受と比較して、更に、接触面における固体潤滑剤の定着性が向上するとともに、接触面の表面硬さが上昇する。
なお、「硬化層の表面近傍の温度を、接触面が鉄系金属で構成されている場合は、その鉄系金属のＡ３変態点を越えた温度とし、接触面が非鉄系金属で構成されている場合は、その非鉄系金属の再結晶温度以上とする」方法としては、例えば、ＷＰＣ処理による方法がある。
【００１６】
ＷＰＣ処理は、金属材料の表面に投射材を高速で投射して、表面近傍の温度を局部的に再結晶温度まで高めることにより、熱処理効果、鍛錬効果の加工強化を瞬時に繰り返し、金属材料の表面層の残留オーステナイトのマルテンサイト化や、再結晶、組織の微細化を行う工法である。上述したショットピーニングとの相違点としては、ショットピーニングに用いられるものよりも、投射材の粒径が小さい点が挙げられ、これにより、例えば、２００ｍ／ｓｅｃ程度の高い噴射速度が得られる。
ここで、ＷＰＣ処理の具体的な条件としては、例えば、以下の条件が挙げられる。
投射材：平均粒径５０μｍ程度のスチールショット
噴射圧：０．５ＭＰａ程度
噴射速度：２１０ｍ／ｓｅｃ程度
【００１７】
ＷＰＣ処理、すなわち、ショットピーニングよりも衝突速度の速い処理を行うことにより、金属材料の表面組織が動くため、表面温度の上昇が助長され、表面近傍の温度が金属材料のＡ３変態点を越えて、表面近傍における急熱と急冷が瞬時に繰り返される。その結果、熱処理効果、鍛錬効果、ピーニング効果等の加工強化が行われる。なお、内輪が鉄系金属である場合には、比熱が小さく温度上昇部の面積が小さいため、温度上昇及び温度下降が早い。これに対し、内輪が非鉄系金属である場合には、Ａ３変態点温度域で溶体化、再結晶化、微細化等が行われる。
以上により、請求項１に記載のタッチダウン軸受と比較して、更に、耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００１８】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した発明であって、前記硬化層は、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上であり、且つ表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内であることを特徴とするものである。
本発明によると、硬化層が、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上であり、且つ表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内であるため、請求項１または請求項２に記載のタッチダウン軸受と比較して、更に、耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００１９】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１から３のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記硬化層の少なくとも前記回転部材と接触する部分が研削処理され、
前記研削処理後の硬化層は、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上であり、且つ表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内であることを特徴とするものである。
本発明によると、研削処理により、表面粗さの大きい硬化層の表面が研削されるため、研削処理後の硬化層に対し、表面粗さを０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内とすることが容易となる。
【００２０】
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１から４のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記硬化層または前記研削処理後の硬化層の厚さを、１０μｍ〜１００μｍの範囲内としたことを特徴とするものである。
本発明によると、硬化層または研削処理後の硬化層の厚さを、１０μｍ〜１００μｍの範囲内としているため、以下に記載する理由により、耐焼き付き性の向上が可能となるとともに、研削処理後の硬化層における面粗さと寸法精度を確保することが可能となる。
硬化層または研削処理後の硬化層の厚さを、１０μｍ〜１００μｍの範囲内とした理由は、まず、硬化層または研削処理後の硬化層の厚さが１０μｍ未満である場合、硬化層の厚さが不充分であり、タッチダウン時における耐焼きつき性の改善効果が、殆ど発揮されないためである。
【００２１】
一方、１００μｍ以上の硬化層または研削処理後の硬化層を形成するためには、まず、ショットピーニングによって、１００μｍを超える厚さの硬化層を形成する必要があるが、その場合、ショットピーニングによって形成された凹凸による段差が大きくなってしまうため、ショットピーニング後の面粗さを調整するために、硬化層に対する仕上げ研磨加工が必要となる。ショットピーニング後の硬化層の厚さが１００μｍ程度である場合、仕上げ研磨加工に必要な研磨量は５〜１０μｍ程度であるが、それ以上の厚さである硬化層に対しては、面粗さ調整の仕上げ研磨加工における研磨量が格段に大きくなってしまうため、仕上げ研磨加工によって、面粗さとともに寸法精度を確保することは、極めて困難となる。したがって、硬化層または研削処理後の硬化層の厚さの上限を、１００μｍとする必要がある。
【００２２】
次に、請求項６に記載した発明は、請求項１から５のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記接触面は、マルテンサイト系ステンレス鋼または析出硬化系ステンレス鋼によって形成されていることを特徴とするものである。
本発明によると、接触面を、マルテンサイト系ステンレス鋼または析出硬化系ステンレス鋼によって形成しているため、防錆油等を用いることなく、接触面の防錆が可能となる。
【００２３】
次に、請求項７に記載した発明は、請求項１から６のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記硬化層の表面に、固体潤滑剤によって形成された潤滑被膜を形成したことを特徴とするものである。
本発明によると、硬化層の表面、すなわち、固体潤滑剤の定着性が向上している面に、固体潤滑剤によって形成された潤滑被膜を形成しているため、硬化層の表面に潤滑被膜が強固に固着して、潤滑被膜の耐摩耗性を向上させることが可能となる。
【００２４】
次に、請求項８に記載した発明は、請求項７に記載した発明であって、前記潤滑被膜の被膜厚さを、１０μｍ〜２０μｍの範囲内としたことを特徴とするものである。
本発明によると、接触面に形成した潤滑被膜の被膜厚さを、１０μｍ〜２０μｍの範囲内としたため、真空環境中において発生するアウトガスを抑制することが可能となるとともに、タッチダウン軸受の作動性を向上させることが可能となる。
【００２５】
ここで、潤滑被膜の被膜厚さを、１０μｍ〜２０μｍの範囲内とした理由は、被膜厚さが２０μｍを超えている場合、固体潤滑剤のガス放出量が増加してしまい、タッチダウン軸受が配置される場合が多い真空環境を、汚染してしまうおそれがあるためである。一方、被膜厚さが１０μｍ未満である場合、タッチダウン軸受の回転性能が低下してしまい、作動性が低下するとともに、潤滑不良が発生しやすくなるためである。
【００２６】
次に、請求項９に記載した発明は、請求項７または８に記載した発明であって、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有していることを特徴とするものである。
本発明によると、固体潤滑剤が、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有しているため、良好な潤滑性能を確保することが可能となるとともに、アウトガスを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、接触面における固体潤滑剤の定着性が向上するとともに、接触面の表面硬さが上昇するため、タッチダウン軸受の耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（第一実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第一実施形態の構成を説明する。
図１は、本実施形態のタッチダウン軸受を備えた磁気浮上式ターボ分子ポンプ（以下、「ポンプ」と記載する）を示す断面図である。
【００２９】
図１中に示すように、このポンプは、ロータ翼１と一体に回転するロータ軸２と、このロータ軸２を、非接触状態で回転自在に支承する、一組のアキシャル磁気軸受３と二組のラジアル磁気軸受４，５を備えている。
ロータ軸２は、鉛直方向に延びる回転軸であって、ロータ軸２の下部にはフランジ２１が一体に形成されており、アキシャル磁気軸受３は、このフランジ２１を、対をなす電磁石３ａ，３ｂで挟むように配置されている。
【００３０】
また、このポンプには、ラジアル荷重を受ける総玉タイプの深溝玉軸受（上部タッチダウン軸受）６と、アキシャル荷重を受ける組み合わせアンギュラ玉軸受（下部タッチダウン軸受）７が、タッチダウン軸受として設置されている。
深溝玉軸受６はロータ軸２の上部に設置されており、深溝玉軸受６の内輪（回転輪）６１とロータ軸２との間には、半径方向に所定の隙間（図示せず）が設けられている。この隙間は、ラジアル磁気軸受４，５のロータ軸２に対する半径方向の隙間より小さい。
【００３１】
アンギュラ玉軸受７はロータ軸２の下部のフランジ２１の直ぐ上に設置されており、アンギュラ玉軸受７の内輪（回転輪）７１とロータ軸２との間には、半径方向に所定の隙間（図示せず）が設けられている。この隙間（図示せず）も、上記隙間と同様、ラジアル磁気軸受４，５のロータ軸２に対する半径方向の隙間より小さい。アンギュラ玉軸受７の外輪７２は、アキシャル磁気軸受３のハウジング３１に取り付けられている。
【００３２】
したがって、ロータ軸２は、通常時には、ラジアル磁気軸受４，５とアキシャル磁気軸受３により、回転自在に支承される。また、これらの磁気軸受が制御不能となった時には、深溝玉軸受６及びアンギュラ玉軸受７の内輪６１，７１がタッチダウンして、軸受として機能するようになる。
なお、図１中の符号８Ａは、上部ケーシングであり、８Ｂは下部ケーシングである。符号８１は、上部ケーシング８Ａの一部をなす部材であって、ラジアル磁気軸受４，５及び深溝玉軸受６のハウジングとなっている。符号８２は、吸気口であり、８３は排気口であり、８４は電源導入端子であり、８５は保護ネットである。また、符号９は、ロータ軸２を高速回転させる電動モータである。
【００３３】
図２は、アンギュラ玉軸受７の拡大図である。なお、以下の説明では、アンギュラ玉軸受７の構成のみについて説明するが、深溝玉軸受６に関しても、同様の構成を有している。
図２中に示すように、アンギュラ玉軸受７は、内輪７１と、外輪７２と、複数の転動体７３を備えている。
【００３４】
内輪７１及び外輪７２は、マルテンサイト系ステンレス鋼または析出硬化系ステンレス鋼によって形成されている。なお、本実施形態では、内輪７１及び外輪７２を、マルテンサイト系ステンレス鋼、具体的にはＳＵＳ４４０Ｃによって形成した場合について説明するが、これに限定されるものではなく、内輪７１及び外輪７２を、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼によって形成してもよい。
【００３５】
内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂは、ラジアル磁気軸受４，５及びアキシャル磁気軸受３が制御不能となり、アンギュラ玉軸受７の内輪７１がタッチダウンした時には、ロータ軸２の外径面と接触する接触面を形成している。
また、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂは、球状または略球状の金属粒子を衝突させることにより形成された硬化層Ｓを有している。
【００３６】
本実施形態では、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂに硬化層Ｓを形成する方法の一例として、粒径０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍ程度の、球状に形成された金属の投射材を内径面７１ａ及び端面７１ｂに投射して、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂに微小なディンプルを形成する、ショットピーニングを用いる。
そして、このようなショットピーニングを用いることにより、硬化層Ｓの表面硬さは、ビッカース硬さでＨｖ７００以上となっており、硬化層Ｓの表面粗さは、０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内となっている。
【００３７】
また、硬化層Ｓの厚さは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内となっている。なお、図２中では、説明のために、硬化層Ｓの厚さを、実際の厚さよりも誇張して示している。
また、硬化層Ｓの表面には、スパッタリング法等を用い、固体潤滑剤によって形成された潤滑被膜Ｆが形成されており、その被膜厚さは、１０μｍ〜２０μｍの範囲内となっている。なお、図２中では、説明のために、硬化層Ｓの厚さと同様、潤滑被膜Ｆの被膜厚さを、実際の厚さよりも誇張して示している。
【００３８】
潤滑被膜Ｆを形成する固体潤滑剤は、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有している。なお、本実施形態では、固体潤滑剤が、二硫化モリブデンを含有している潤滑剤である場合について説明するが、これに限定されるものではなく、固体潤滑剤が、二硫化タングステンを含有している潤滑剤であってもよい。
内輪７１の外径面７１ｃには、内輪側転動体軌道面７１ｄが形成されており、この内輪側転動体軌道面７１ｄを含む内輪７１の外径面７１ｃには、硬化層Ｓの表面に形成されているものと同様の、潤滑被膜Ｆが形成されている。すなわち、上述した硬化層Ｓの表面を含め、内輪７１の全面には、潤滑被膜Ｆが形成されている。
【００３９】
外輪７２の内径面７２ａには、内輪側転動体軌道面７１ｄと対向する外輪側転動体軌道面７２ｂが形成されており、外輪側転動体軌道面７２ｂを含む外輪７２の内径面７２ａには、内輪７１の全面に形成されているものと同様の、潤滑被膜Ｆが形成されている。
各転動体７３は、例えば、窒化珪素製球状体によって形成されており、内輪側転動体軌道面７１ｄと外輪側転動体軌道面７２ｂによって形成される転動体軌道路内に、転動自在に装填され、内輪側転動体軌道面７１ｄ及び外輪側転動体軌道面７２ｂと摺接している。
各転動体７３の外周面、すなわち、内輪側転動体軌道面７１ｄ及び外輪側転動体軌道面７２ｂと摺接する面には、内輪７１の全面及び外輪７２の内径面７２ａと同様の、潤滑被膜Ｆが形成されている。
【００４０】
次に、上記の構成を備えたタッチダウン軸受の作用・効果等を説明する。
ポンプの使用時において、通常時には、ラジアル磁気軸受４，５とアキシャル磁気軸受３により、回転自在に支持される。一方、何らかの要因により、これらの磁気軸受が制御不能となった時には、深溝玉軸受６及びアンギュラ玉軸受７の内輪６１，７１がタッチダウンして、軸受として機能する。なお、以下の説明では、アンギュラ玉軸受７の作用・効果等のみについて説明するが、深溝玉軸受６に関しても、同様である。
【００４１】
アンギュラ玉軸受７の内輪７１がタッチダウンすると、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂとロータ軸２が接触する。
このとき、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂは、球状または略球状の金属粒子を衝突させることにより形成された硬化層Ｓを有しており、この硬化層Ｓは、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上、表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内、厚さが１０μｍ〜１００μｍの範囲内となっている。
【００４２】
このため、硬化層を有していない内輪と比較して、内径面７１ａ及び端面７１ｂにおける固体潤滑剤の定着性が向上するとともに、内径面７１ａ及び端面７１ｂの表面硬さが上昇しており、内輪７１の耐焼きつき性及び耐磨耗性が向上している。
また、硬化層Ｓの表面、すなわち、固体潤滑剤の定着性が向上している面に、固体潤滑剤によって形成された潤滑被膜Ｆを形成しているため、硬化層Ｓと潤滑被膜Ｆが強固に固着して、潤滑被膜Ｆの耐摩耗性が向上している。
【００４３】
このため、アンギュラ玉軸受７の内輪７１がタッチダウンした直後から、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂとロータ軸２が接触し、潤滑被膜Ｆに剥離が生じて進行しても、潤滑被膜Ｆの最下層が硬化層Ｓの表面から剥がれにくくなり、アンギュラ玉軸受７の潤滑不良を抑制することが可能となる。
また、潤滑被膜Ｆの最下層が硬化層Ｓの表面から剥がれ、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂがロータ軸２と金属接触しても、硬化層Ｓは、球状または略球状の金属粒子を衝突させることにより、表面硬さが上昇しているため耐磨耗性が向上しており、耐焼きつき性が向上している。
【００４４】
また、潤滑被膜Ｆを形成する固体潤滑剤は、二硫化モリブデンを含有しているため、良好な潤滑性能を確保することが可能となるとともに、アウトガスを抑制することが可能となる。
また、潤滑被膜Ｆの被膜厚さは、１０μｍ〜２０μｍの範囲内となっているため、真空環境中において発生するアウトガスを抑制することが可能となるとともに、アンギュラ玉軸受７の作動性を向上させることが可能となる。
【００４５】
内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂとロータ軸２が摺動すると、ロータ軸２より駆動力を受けた内輪７１は次第に加速し、両者が等速となった時点で、ロータ軸２と内輪７１が一体的に回転する。この状態では、転動体７３が、内輪側転動体軌道面７１ｄ及び外輪側転動体軌道面７２ｂと摺動する。
このとき、各転動体７３の外周面、すなわち、内輪側転動体軌道面７１ｄ及び外輪側転動体軌道面７２ｂと摺接する面には、硬化層Ｓの表面と同様の、潤滑被膜Ｆが形成されている。
このため、真空環境中において発生するアウトガスを抑制することが可能となるとともに、アンギュラ玉軸受７の作動性を向上させることが可能となる。
【００４６】
したがって、本実施形態のタッチダウン軸受であれば、内輪７１が、その内径面７１ａ及び端面７１ｂに、球状または略球状の金属粒子を衝突させることにより形成された、硬化層Ｓを有しているため、内径面７１ａ及び端面７１ｂに硬化層を有していない内輪と比較して、内径面７１ａ及び端面７１ｂにおける固体潤滑剤の定着性が向上するとともに、表面硬さが上昇する。
このため、内輪７１の耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となり、タッチダウン軸受の耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００４７】
その結果、タッチダウン軸受及びそれを備えるポンプ等のメンテナンスに係る費用を低減することが可能となる。
また、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂに、球状または略球状の金属粒子を衝突させることによって、硬化層Ｓを形成することにより、ステンレス鋼等と比較して高価な材料である高速度鋼等を用いることなく、内輪７１の耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となり、タッチダウン軸受の耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態のタッチダウン軸受であれば、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂに形成されている硬化層Ｓが、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上となっており、表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内となっている。
その結果、硬化層が、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００未満となっており、表面粗さが、０．３未満または１．２Ｒａμｍを超えている内輪と比較して、耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００４９】
さらに、本実施形態のタッチダウン軸受であれば、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂに形成されている硬化層Ｓの厚さが、１０μｍ〜１００μｍの範囲内となっている。
その結果、硬化層の厚さが、１０μｍ未満となっている内輪や、１００μｍを超えている内輪と比較して、硬化層の境界における剥離を抑制することが可能となり、耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態のタッチダウン軸受であれば、内輪７１が、マルテンサイト系ステンレス鋼によって形成されている、すなわち、内径面７１ａ及び端面７１ｂが、マルテンサイト系ステンレス鋼によって形成されているため、防錆油等を用いることなく、内径面７１ａ及び端面７１ｂの防錆が可能となっている。
その結果、内輪７１のメンテナンスに係る費用を低減することが可能となり、タッチダウン軸受のメンテナンスに係る費用を低減することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態のタッチダウン軸受であれば、各転動体７３の外周面、内輪側転動体軌道面７１ｄ及び外輪側転動体軌道面７２ｂには、固体潤滑剤によって形成された潤滑被膜Ｆが構成されており、その被膜厚さは、１０μｍ〜２０μｍの範囲内となっている。
このため、潤滑被膜の被膜厚さが２０μｍを超えている内輪を備えたタッチダウン軸受と比較して、真空環境中において発生するアウトガスを抑制することが可能となる。
その結果、真空環境の汚染を抑制することが可能となる。
【００５２】
また、潤滑被膜の被膜厚さが１０μｍ未満となっている内輪を備えたタッチダウン軸受と比較して、タッチダウン軸受の作動性を向上させることが可能となる。
また、本実施形態のタッチダウン軸受であれば、各転動体７３の外周面、内輪側転動体軌道面７１ｄ及び外輪側転動体軌道面７２ｂに形成された潤滑被膜が、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有する固体潤滑剤によって構成されている。
【００５３】
このため、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有していない固体潤滑剤によって潤滑被膜を形成したタッチダウン軸受と比較して、良好な潤滑性能を確保することが可能となるとともに、アウトガスを抑制することが可能となる。
なお、本実施形態のタッチダウン軸受では、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂに硬化層Ｓを形成する方法として、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂに、球状または略球状の金属粒子を衝突させたが、これに限定されるものではなく、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂに、球状または略球状の非金属粒子を衝突させてもよい。この場合、非金属粒子としては、例えば、ガラスビーズ等を用いる。
【００５４】
また、本実施形態のタッチダウン軸受では、硬化層Ｓを、表面硬さをビッカース硬さでＨｖ７００以上とし、表面粗さを０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内としたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、硬化層Ｓを、表面硬さをビッカース硬さでＨｖ７００未満としてよく、また、表面粗さが０．３未満または１．２Ｒａμｍを越えていてもよい。もっとも、本実施形態のタッチダウン軸受のように、硬化層Ｓを、表面硬さをビッカース硬さでＨｖ７００以上とし、表面粗さを０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内とすることが、硬化層Ｓの、耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となるため、好適である。
【００５５】
なお、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼は、ショットピーニングを行う前の硬さはビッカース硬さでＨｖ６６０程度であるが、ショットピーニングを行うことにより、その硬さはビッカース硬さでＨｖ７６０程度まで向上する。また、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼は、ショットピーニングを行う前の硬さはビッカース硬さでＨｖ４００程度であるが、ショットピーニングを行うことにより、その硬さはビッカース硬さでＨｖ５２０程度まで向上する。
【００５６】
さらに、本実施形態のタッチダウン軸受では、硬化層Ｓの厚さを、１０μｍ〜１００μｍの範囲内としたが、これに限定されるものではなく、硬化層Ｓの厚さを、１０μｍ未満としてもよく、また、１００μｍを超えていてもよい。もっとも、本実施形態のタッチダウン軸受のように、硬化層Ｓの厚さを、１０μｍ〜１００μｍの範囲内とすることが、硬化層の境界における剥離を抑制することが可能となり、耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となるため、好適である。
【００５７】
また、本実施形態のタッチダウン軸受では、内輪７１を、マルテンサイト系ステンレス鋼または析出硬化系ステンレス鋼によって形成したが、これに限定されるものではなく、ステンレス鋼以外の材料を用いて、形成してもよい。もっとも、本実施形態のタッチダウン軸受のように、内輪７１を、マルテンサイト系ステンレス鋼または析出硬化系ステンレス鋼によって形成することが、防錆油等を用いることなく、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂの防錆が可能となるため、好適である。また、内輪７１を、ステンレス鋼等の鉄系金属ではなく、セラミックス等の非鉄系金属の材料を用いて形成してもよい。
【００５８】
また、本実施形態のタッチダウン軸受では、各転動体７３の外周面、内輪側転動体軌道面７１ｄ及び外輪側転動体軌道面７２ｂに形成された潤滑被膜の被膜厚さを、１０μｍ〜２０μｍの範囲内としたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、潤滑被膜の被膜厚さが１０μｍ未満であってもよく、２０μｍを超えていてもよい。もっとも、本実施形態のタッチダウン軸受のように、潤滑被膜の被膜厚さを、１０μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが、真空環境の汚染を抑制することが可能となるとともに、タッチダウン軸受の作動性を向上させることが可能となるため、好適である。
【００５９】
また、本実施形態のタッチダウン軸受では、各転動体７３の外周面、内輪側転動体軌道面７１ｄ及び外輪側転動体軌道面７２ｂに形成された潤滑被膜を、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有している固体潤滑剤によって構成したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、潤滑被膜を、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有していない固体潤滑剤によって構成してもよい。もっとも、本実施形態のタッチダウン軸受のように、潤滑被膜を、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有している固体潤滑剤によって構成することが、良好な潤滑性能を確保することが可能となるとともに、アウトガスを抑制することが可能となるため、好適である。
【００６０】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
まず、本実施形態の構成を説明する。
本実施形態の構成は、硬化層の構成を除き、上述した第一の実施形態と同様の構成であるため、図面は省略する。
硬化層は、その表面近傍の温度を、内輪を形成する材料、すなわち、マルテンサイト系ステンレス鋼のＡ３変態点を越えた温度とすることにより、形成されている。
【００６１】
本実施形態では、硬化層の表面近傍の温度を、マルテンサイト系ステンレス鋼のＡ３変態点を越えた温度とする方法の一例として、平均粒径５０μｍ程度のスチールショットを投射材とし、このスチールショットを、０．５ＭＰａ程度の噴射圧と２１０ｍ／ｓｅｃ程度の噴射速度で、内輪の内径面及び端面へ向けて投射する、ＷＰＣ処理を用いる。
ＷＰＣ処理を用いて形成した硬化層は、ショットピーニングを用いて形成した硬化層と比較して、組織がより微細化して緻密になっている。
また、ＷＰＣ処理は、投射材の粒径が、ショットピーニングと比較して小さいため、表面粗さの変化が小さくなっている。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様である。
【００６２】
次に、上記の構成を備えたタッチダウン軸受の作用・効果等を説明する。なお、以下の説明では、硬化層以外の構成については、上述した第一実施形態と同様であるため、異なる部分の動作を中心に説明する。
ポンプの使用時において、何らかの要因により磁気軸受が制御不能となった時には、アンギュラ玉軸受７の内輪７１がタッチダウンして、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂとロータ軸２が接触する（図１参照）。
このとき、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂが有する硬化層Ｓは、ＷＰＣ処理により、その表面近傍の温度を、内輪７１を形成する材料、すなわち、マルテンサイト系ステンレス鋼のＡ３変態点を越えた温度として形成されている（図２参照）。
【００６３】
このため、上述した第一実施形態のタッチダウン軸受が備える内輪と比較して、硬化層の組織が、より微細化して緻密になっているとともに、表面粗さの変化が小さくなっており、耐焼きつき性及び内輪７１の耐磨耗性が向上している（図１参照）。
したがって、本実施形態のタッチダウン軸受であれば、内輪の内径面及び端面が有する硬化層が、その表面近傍の温度を、マルテンサイト系ステンレス鋼のＡ３変態点を越えた温度として形成されている。
【００６４】
このため、上述した第一実施形態のタッチダウン軸受が備える内輪と比較して、硬化層の組織が、より微細化して緻密になっているとともに、表面粗さの変化が小さくなっている。
その結果、上述した第一実施形態のタッチダウン軸受が備える内輪と比較して、耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となり、タッチダウン軸受の耐焼きつき性及び耐磨耗性を向上させることが可能となる。
その他の作用・効果は、上述した第一実施形態と同様である。
【００６５】
なお、本実施形態のタッチダウン軸受では、内輪を、マルテンサイト系ステンレス鋼、すなわち、鉄系金属によって形成しているため、硬化層の表面近傍の温度を、内輪を形成する材料のＡ３変態点を越えた温度として、硬化層を形成している。しかしながら、内輪を、鉄系金属ではなく、セラミックス等の非鉄系金属の材料を用いて形成した場合は、硬化層の表面近傍の温度を、その非鉄系金属の再結晶温度以上として形成する。
【００６６】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
まず、本実施形態の構成を説明する。
本実施形態の構成は、硬化層の構成を除き、上述した第一の実施形態と同様の構成であるため、図面は省略する。
硬化層は研削処理されており、研削処理後の硬化層は、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上となっており、表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内となっている。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様である。
【００６７】
次に、上記の構成を備えたタッチダウン軸受の作用・効果等を説明する。なお、以下の説明では、硬化層以外の構成については、上述した第一実施形態と同様であるため、異なる部分の動作を中心に説明する。
ポンプの使用時において、何らかの要因により磁気軸受が制御不能となった時には、アンギュラ玉軸受７の内輪７１がタッチダウンして、内輪７１の内径面７１ａ及び端面７１ｂとロータ軸２が接触する（図１参照）。
【００６８】
このとき、硬化層は研削処理されており、研削処理後の硬化層は、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上となっており、表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内となっている。
このため、研削処理により、表面粗さの大きい硬化層の表面が研削されており、研削処理後の硬化層を、表面粗さを０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内とすることが容易となっている。
したがって、本実施形態のタッチダウン軸受であれば、硬化層が研削処理されており、研削処理後の硬化層は、表面硬さがビッカース硬さでＨｖ７００以上となっており、表面粗さが０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内となっている。
【００６９】
このため、表面粗さの大きい硬化層の表面が、研削処理により研削され、研削処理後の硬化層を、表面粗さを０．３Ｒａμｍ〜１．２Ｒａμｍの範囲内とすることが容易となっている。
その結果、上述した第一実施形態のタッチダウン軸受が備える内輪と比較して、硬化層を容易に形成することが可能となり、タッチダウン軸受の製造が容易となるため、製造コストを低減することが可能となる。
その他の作用・効果は、上述した第一実施形態と同様である。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明の実施例を、本発明者等が行った実験の結果を伴って詳細に説明する。
（第一実施例）
まず、第一実施例について説明する。
なお、下記の実験例１〜４は、上述した第一実施形態と同様の構成を有するアンギュラ玉軸受をタッチダウン軸受とし、このタッチダウン軸受を備えた市販のターボ分子ポンプを用いて行ったものである
【００７１】
本実験は、ターボ分子ポンプを定格回転させた後、電源を切り、アンギュラ玉軸受をタッチダウンさせたときを１回とし、試料の表面が焼きつくまで繰り返して、その回数を評価した。なお、合格回数を、７回とした。
実験例１〜４に共通の実験条件は、以下に示す各条件である。
軸受材質：ＳＵＳ４４０Ｃ（内輪及び外輪）、窒化珪素（転動体）
潤滑被膜：二硫化モリブデン
試料の表面：ショットピーニング処理（表面硬さＨｖ７６０）または未処理（表面硬さＨｖ６６０）
温度：常温
環境：真空
【００７２】
【表１】
2009024846.tif 000003
【００７３】
そして、上記の条件下において実験を行った結果を、図３に示す。なお、図３中の横軸は、タッチダウン回数を示している。
図３中に示されているように、表面に対してショットピーニング処理を行い、硬化層を有している実験例１及び２は、表面が未処理であり、硬化層を有していない実験例３及び４と比較して、タッチダウン回数が１．５倍以上となっており、耐焼きつき性及び耐摩耗性が向上していることが確認された。
【００７４】
（第二実施例）
次に、第二実施例について説明する。
本実施例は、ショットピーニング処理によって形成された硬化層の厚さがそれぞれ異なる複数のディスクを製作し、図４及び図５に示す試験装置１００によって、これらのディスクに対する評価試験を行うものである。なお、図４は、第二実施例に用いる試験装置１００の概略構成図であり、図５は、図４中に示すディスクＤ、ボール支持アーム１０２、アーム支持軸受１０４及び試料ボールＢを、図４中に記載した矢印Ｖの方向から見た図である。
【００７５】
試験装置１００は、図４及び図５中に示すように、真空槽１０６内に形成された真空環境中で回転するディスクＤの上面に、ボール支持アーム１０２で支持された試料ボールＢを落下させることが可能な構成となっている。
評価試験は、試験装置１００を用いて、試料ボールＢとディスクＤが焼き付く（完全に凝着する）までの試験回数を調べる試験である。
【００７６】
本実施例の実験条件は、以下に示す各条件である。
試料ボール材質：窒化珪素
試料ボール径：９．５２５ｍｍ（３／８インチ）
試料ボールの固体潤滑被膜：二硫化モリブデン含有被膜（膜厚３μｍ）
試料ボールの個数：五個（硬化層の厚さ毎に、各一個）
【００７７】
ディスク材質：ＳＵＳ４４０Ｃ（ショットピーニング処理前の表面硬さはＨｖ６６０）
ディスク径：１００ｍｍ（試料ボールの落下位置は、直径８０ｍｍの位置）
ディスク面粗さ：０．１μＲａ（試験面）、ショットピーニング処理後に仕上げ研磨加工
ディスク支持軸受の潤滑：フッ素油塗布（膜厚２ｇ／ｍ２）
ディスク回転速度：３０００ｍｉｎ―１
試料ボールの落下距離：１ｍｍ
真空槽内の圧力：１×１０＾−４Ｐａ
温度：常温
【００７８】
以下、本実施例における試験手順を、詳細に説明する。
本試験を実施する際は、まず、試料ボールＢをボール支持アーム１０２に装填して固定した状態で、ボール支持アーム１０２をソレノイド１０８に吸着させる。このとき、ボール支持アーム１０２のソレノイド１０８への吸着は、リセットレバー１１０を真空槽１０６外から操作することにより、真空槽１０６を解放することなく実施することが可能となっている。リセットレバー１１０は、コイルばね等の弾性部材によって初期位置へ戻る構成となっており、ボール支持アーム１０２が落下する動作を阻害することはない。また、ボール支持アーム１０２の上方には、適性重量のウエイト１１２が装着されており、ボール支持アーム１０２に対して、下方への荷重を負荷している。
ボール支持アーム１０２をソレノイド１０８に吸着させた後、真空槽１０６の天板１０６ａを装着し、図示しない排気ポンプ等を用いて、真空槽１０６内を真空環境とする。
【００７９】
次に、真空槽１０６の下方に配置された直動装置１１４を操作して、モータ１１６を、図４における上方向へ移動させ、真空槽１０６の底面に形成された薄壁部１１８に接近させる。薄壁部１１８は、モータ軸１２０の先端に配置されたモータ側磁石１２２と、ディスク用シャフト１２４の下端において、モータ側磁石１２２と対向する位置に配置されたディスク側磁石１２６の間に配置されている。ディスク用シャフト１２４は、ディスク用支持軸受１２８によって回転自在に支持されており、その上端側には、ディスクＤが固定されている。
【００８０】
モータ１１６が薄壁部１１８に接近すると、モータ側磁石１２２とディスク側磁石１２６が磁気的に結合して、磁気カップリング１３０が構成され、この状態でモータ１１６を回転させると、ディスク用シャフト１２４も回転する。すなわち、モータ１１６の回転に連動して、ディスク用シャフト１２４が回転する。
モータ１１６を回転させて、ディスク用シャフト１２４を所定の回転速度で回転させ、ディスク用シャフト１２４の回転速度が安定した後、直動装置１１４により、モータ１１６を、図４における下方向へ移動させ、モータ側磁石１２２とディスク側磁石１２６との磁気的な結合を解放する。この状態では、磁気カップリング１３０が機能していないため、ディスクＤは惰性で回転し続ける。なお、図５中では、ディスクＤの回転方向を、矢印Ｒｄによって示している。
【００８１】
また、モータ側磁石１２２とディスク側磁石１２６との磁気的な結合を解放するとともに、電気的な動作によってソレノイド１０８の通電を切断すると、ソレノイド１０８に吸着されていたボール支持アーム１０２は、吸着から解放されて、アーム支持軸受１０４を中心とした回転運動を開始する。なお、図４中では、ボール支持アーム１０２の回転方向を、矢印Ｒａによって示している。
【００８２】
ボール支持アーム１０２が、アーム支持軸受１０４を中心とした回転運動を行うと、ディスクＤの上面に試料ボールＢが落下し、試料ボールＢとディスクＤが衝突する。このとき、試料ボールＢとディスクＤとの接触部分では、表面温度が瞬時に上昇して凝着が生じる。
試料ボールＢとディスクＤとの接触部分に凝着が生じても、ディスクＤは惰性で回転し続けるため、試料ボールＢとディスクＤとの接触部分における両者の摩擦係数が小さい場合は、試料ボールＢとディスクＤが摺動したまま、ディスクＤが回転を続ける。そして、試料ボールＢとディスクＤとの接触部分における摺動抵抗が増加して一定値を超えると、ディスクＤの回転が停止する。
【００８３】
ディスクＤの回転が停止したときに、試料ボールＢとディスクＤが焼き付きを発生していない、すなわち、試料ボールＢとディスクＤとの接触部分に完全な凝着が生じていない場合は、再度、リセットレバー１１０を操作してボール支持アーム１０２をソレノイド１０８に吸着させる。そして、ボール支持アーム１０２を回転（落下）開始位置にセットした後、モータ１１６を回転させて、再度、落下試験を行う。
【００８４】
落下試験を繰り返し行い、試料ボールＢとディスクＤとの接触部分における面粗さが増加すると、最終的には、試料ボールＢとディスクＤが焼き付きを発生して一体化されてしまうため、これをもって、試験を終了する。本実施例では、焼き付きが発生するまでに行われた落下試験の回数を用いて、耐焼き付き性の指標とした。
本実施例における試験結果を、図６に示す。なお、図６中において、左側の縦軸は、タッチダウン回数、右側の縦軸は、面粗さを示し、横軸は、ディスクの表面に形成した硬化層の厚さ（μｍ）を示している。なお、面粗さ及び硬化層の厚さは、ショットピーニング処理直後の値であり、仕上げ研磨加工を行う前の値である。
【００８５】
図６中に示されているように、ショットピーニング処理直後の硬化層の厚さが１０μｍ以上であると、タッチダウン回数が１回である、硬化層が形成されていないディスクと比較して、タッチダウン回数が５回となり、タッチダウン性能が改善されている。
したがって、ショットピーニング処理直後の硬化層の厚さを、１０μｍ以上とすることにより、タッチダウン性能を向上させることが可能であることが確認された。
【００８６】
また、図６中に示されているように、ショットピーニング処理直後の硬化層の厚さが１００μｍである状態では、面粗さは約０．７μｍＲａである。これに仕上げ研磨加工を行って、指定の面粗さである０．１μｍＲａに調整するために必要な研磨量は、５〜１０μｍ程度である。
これに対し、ショットピーニング処理直後の硬化層の厚さが１５０μｍである状態では、面粗さを０．１μｍＲａに調整するために必要な研磨量は、２０μｍ以上となる。
【００８７】
このため、ショットピーニング処理直後の硬化層の厚さが１５０μｍである内輪を備えた軸受では、仕上げ研磨加工を内輪に対して行い、正規の寸法に調整したときに、ショットピーニング処理によって形成された凹凸が除去されるおそれがある。
したがって、軸受の転動面として充分な面粗さが確保可能かどうかが、非常に不安定であるため、仕上げ研磨加工の研磨量は、最大でも１０μｍ程度である必要があり、ショットピーニング処理直後の硬化層の厚さは、１００μｍが上限となる。
以上により、ショットピーニング処理直後の硬化層の厚さは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内とすることが、好適であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第一実施形態のタッチダウン軸受の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態のタッチダウン軸受が備えるアンギュラ玉軸受の拡大図である。
【図３】ショットピーニング処理とタッチダウン回数との関係を示すグラフである。
【図４】第二実施例に用いる試験装置の概略構成図である。
【図５】試験装置を図４中に記載した矢印Ｖの方向から見た図である。
【図６】第二実施例における試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８９】
１      ロータ翼
２      ロータ軸
３      アキシャル磁気軸受
４，５  ラジアル磁気軸受
６      深溝玉軸受
６１    内輪（回転輪）
７      アンギュラ玉軸受
７１    内輪（回転輪）
７１ａ  内径面
７１ｂ  端面
７１ｃ  外径面
７１ｄ  内輪側転動体軌道面
７２    外輪
７２ａ  内径面
７２ｂ  外輪側転動体軌道面
７３    転動体
８Ａ    上部ケーシング
８Ｂ    下部ケーシング
８１    上部ケーシングの一部をなす部材（ハウジング）
８２    吸気口
８３    排気口
８４    電源導入端子
８５    保護ネット
９      電動モータ
１００  試験装置
１０２  ボール支持アーム
１０４  アーム支持軸受
１０６  真空槽
１０８  ソレノイド
１１０  リセットレバー
１１２  ウエイト
１１４  直動装置
１１６  モータ
１１８  薄壁部
１２０  モータ軸
１２２  モータ側磁石
１２４  ディスク用シャフト
１２６  ディスク側磁石
１２８  ディスク用支持軸受
１３０  磁気カップリング
Ｓ      硬化層
Ｆ      潤滑被膜
Ｄ  ディスク
Ｂ  試料ボール
Ｒｄ  ディスクの回転方向
Ｒａ  ボール支持アームの回転方向
【図１】
2009024846.tif 000004
【図２】
2009024846.tif 000005
【図３】
2009024846.tif 000006
【図４】
2009024846.tif 000007
【図５】
2009024846.tif 000008
【図６】
2009024846.tif 000009