JP2000291655A - 磁気軸受の保護用転がり軸受 - Google Patents

磁気軸受の保護用転がり軸受

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JP2000291655A
JP2000291655A JP11102888A JP10288899A JP2000291655A JP 2000291655 A JP2000291655 A JP 2000291655A JP 11102888 A JP11102888 A JP 11102888A JP 10288899 A JP10288899 A JP 10288899A JP 2000291655 A JP2000291655 A JP 2000291655A
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rotary shaft
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Abstract

(57)【要約】 【課題】タッチダウン時に転動体荷重（Ｑ）が大きくな
っても、回転軸側に装着される軌道輪が容易に降伏応力
に達することがないようにして、常温に戻った時の保護
軸受の内部すきまの増大を阻止できる磁気軸受の保護用
転がり軸受を提供する。 【解決手段】回転軸２を非接触状態で支承する磁気軸受
に併設され、タッチダウン時に回転軸２を受ける磁気軸
受保護用の転がり軸受において、スラスト荷重Ｆａが負
荷される側またはアキシアル方向の位置決めを行う側の
保護軸受として、内外輪のうち回転軸２側に装着される
方の軌道輪２３を一体型にした複列アンギュラ玉軸受を
用いる。このようにすると、軌道輪２３は剛性が高くな
り、変形量と内部応力が小さくなる。よって、転動体荷
重（Ｑ）が大きくなっても降伏応力に達しにくく、常温
に戻った時の軸受の内部すきまの増大を阻止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ分子ポン
プ，工作機械，その他高速回転する装置の回転軸を非接
触状態で支承する磁気軸受に併設されて、当該磁気軸受
が機能を停止した際に回転軸を受ける磁気軸受保護用の
転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の保護用転がり軸受として
は、例えば図３に示すようなターボ分子ポンプの本体に
磁気軸受と共に設置されて使用されるものが知られてい
る。ターボ分子ポンプは、気体分子の運動速度と同程度
の周速度になる毎分数万回転という高速度で回転する動
翼１が回転軸２と一体化された一体型ロータ３を有し、
動翼１と対をなす静翼４が固定部であるハウジング５の
内壁に固定されている。駆動モータ６で回転駆動される
前記回転軸２は、その駆動モータ６を挟んで上下に配設
されている一対のラジアル磁気軸受７，８の磁気力で、
固定部に対しラジアル方向に非接触に支承されると共
に、下端部に配設されたスラスト磁気軸受９の磁気力に
よりアキシアル方向に浮上支持される。
【０００３】しかし、例えば停電などの異常事態が起き
ると、前記磁気軸受７，８，９は機能を失い、なお高速
回転している回転軸２と接触して損傷を受けるおそれが
ある。これを防止するべく更に上下一対の転がり軸受１
０，１１が、保護軸受として配設されている。これらの
保護軸受１０，１１は、その内輪と回転軸２との間に通
常１／１０ｍｍオーダの隙間（ラジアル磁気軸受７，
８，９の隙間よりは小さい）が設けられており、磁気軸
受が正常に機能している状態で回転軸２が保護軸受１
０，１１の内輪と接触することはない。磁気軸受が機能
を失った場合には、高速回転している回転軸２を保護軸
受１０，１１が接触して受け止め停止（タッチダウン）
させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、保護軸受のう
ち、スラスト負荷側もしくはアキシアル方向の位置決め
用の軸受（例えば、図３における保護軸受１１）には、
単列アンギュラ玉軸受を２個並べたいわゆる組合せ軸受
がドライまたは固体潤滑で使用されている。そして、停
電などの異常時には、その保護軸受が最高回転数の回転
軸２にタッチして急激に回転し始めることから、軸受の
温度も急上昇し始める。この温度の急上昇は、特に真空
中で用いられるターボ分子ポンプの場合には、空気の対
流による冷却作用がないために著しい。
【０００５】しかも、保護軸受が縦型で用いられる場合
は、アンバランスによる振れ回り荷重が加わることか
ら、軸受の発熱も一層大きくなる。また、軸受の玉と軌
道輪との接触面で局部的に高温となり、その結果ヘルツ
の接触面圧の下で塑性流動を起こし易くなる。特に、上
記保護軸受の発熱は、軸受の内輪と回転軸との接触面積
の方が外輪とハウジングとの接触面積よりも小さくて、
内輪の方が外輪よりも高温になる結果、内部すきまであ
る内輪と転動体との間のラジアルすきまを減少させると
同時に、転動体荷重の増大を招くことになる。よって、
内輪側には大きな圧縮応力が作用する。一方、外輪側に
は熱膨張させようとする力が作用する。ところが、外輪
とハウジング間の隙間はミクロン単位の大きさであり、
外輪側の温度がある程度大きくなった後はハウジングと
の隙間は無くなるから、外輪はそれ以上膨張しない。こ
れに対して、内輪の方は軸との隙間が１／１０ｍｍオー
ダの大きさであるから容易に収縮可能である。
【０００６】いま、図４に示すように、２個の単列アン
ギュラ玉軸受からなる保護軸受１１に対して、その内輪
１３に回転軸２から下向きにスラスト荷重Ｆａが負荷さ
れ、そのスラスト荷重Ｆａは外輪１２を介してハウジン
グ５で受け止められる状態において、内輪１３に加わる
転動体１４からの荷重Ｑ（圧縮力）が大きくなり、その
ために内輪１３が（温度上昇によって）膨張しようとす
る力が阻止された場合を考えると、温度上昇による降伏
応力の低下も手伝って、内輪１３が部分的に降伏する。
その結果、回転が停止し常温に戻った後も、内輪１３は
収縮したままで元には戻らなくなる。従って、軸受のラ
ジアル及びアキシアルの各内部すきまも大きくなったま
まで元には戻らない。この永久収縮は、更に上述の軌道
面表層部での転がり接触応力による塑性流動が重畳され
ることで助長される。
【０００７】そこで、本発明の目的とするところは、タ
ッチダウン時に転動体荷重（Ｑ）が大きくなっても、回
転軸側に装着される軌道輪が容易に降伏応力に達するこ
とがないようにして、常温に戻った時の保護軸受の内部
すきまの増大を阻止できる磁気軸受の保護用転がり軸受
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る本発明は、回転軸を非接触状態で
支承する磁気軸受に併設され、回転停止に際して回転軸
を受ける磁気軸受保護用の転がり軸受において、スラス
ト荷重が負荷される側またはアキシアル方向の位置決め
を行う側の前記転がり軸受として、内外輪のうち前記回
転軸側に装着される方の軌道輪を一体型にした複列アン
ギュラ玉軸受を用いることを特徴とする。
【０００９】このように、２個の単列アンギュラ玉軸受
からなる従来の組合せ保護軸受の代わりに、回転軸側に
装着される方の軌道輪を一体型にした複列アンギュラ玉
軸受を保護軸受として用いる構成にすると、当該一体型
軌道輪は剛性が高くなるから、変形量が小さくなると同
時に内輪内部応力も小さくなる。よって、転動体荷重
（Ｑ）が大きくなっても当該軌道輪が容易に降伏応力に
達することがなく、常温に戻った時の軸受の内部すきま
の増大を阻止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明に係る保護軸受の
一実施の形態を示す断面図で、従来例の図４に対応して
いる。なお、従来と同一部分には同一の符号を付してい
る。この保護軸受２１には、内輪のみ一体型の複列（内
向き）アンギュラ玉軸受を用いている。すなわち、その
外輪２２は、単列のアンギュラ玉軸受の外輪と同サイズ
のものを２個組み合わせた分割型である。これに対し
て、内輪２３の方は２列の転動体２４の軌道溝を有する
複列の一体型になっている。
【００１１】分割型の外輪２２は、ターボ分子ポンプの
ハウジング５の内周面に嵌合装着されている。外輪２２
とハウジング５間の隙間はミクロン単位の大きさに過ぎ
ないが、分割型であるからその装着作業は従来と変わら
ず容易である。一体型の内輪２３の方は、例えば３００
００〜４００００ｒｐｍで高速回転する回転軸２に、遊
びとしての隙間Ｃ（１／１０ｍｍオーダ）を介して装着
されている。そして、ターボ分子ポンプのロータ３が停
電などの異常事態で停止するとき（タッチダウン時）に
は、磁気軸受が作動しないので回転軸２が支持を失い内
輪２３に接触して保護軸受２１に受け止められるため
に、その回転軸２が磁気軸受に接触してこれを損傷させ
る事態には至らないようになっている。
【００１２】以下、上記タッチダウン時における内輪２
３の挙動を、従来のものと対比しつつ考察する。そのと
き、転動体を介して内輪側に加わる荷重Ｑの掛かり方に
は、二つの場合がある。 （１）２列の転動体列のうちの１列のみから荷重Ｑが負
荷される場合 これは、保護軸受２１が縦型であって、しかも一方の列
（上列）の転動体２４とその内輪軌道面との間のアキシ
アルすきまβが、まだ正の値を保っている（すなわち、
回転軸２が内輪２３にタッチしてから未だあまり時間が
経過していない）場合である。
【００１３】この場合、図４に示す従来の分離型内輪の
ものでは、下側の単列アンギュラ玉軸受の内輪１３にの
み荷重Ｑが負荷される結果、当該内輪１３が変形し易
い。一方、図１に示す本発明のものでは、一体型内輪２
３にたいして下側の転動体列２４のみから荷重Ｑが負荷
されるため、内輪剛性は略２倍になり変形しにくい。 （２）２列の転動体列の双方から荷重Ｑが負荷される場
合 これは、保護軸受２１が横型もしくは縦型であって、し
かもタッチしてから時間がたちアキシアルすきまβが介
在されない状態になった場合である。
【００１４】この場合は、従来の分離型内輪のもので
は、図５に示すように、上下双方側の単列アンギュラ玉
軸受の内輪１３，１３に共に荷重Ｑが負荷される結果、
当該内輪１３，１３が大きく変形してしまう。一方、本
発明のものでは、図２に示すように内輪２３が一体型の
ため剛性が高くて変形しにくく、従って降伏しにくい。
【００１５】かくして、本発明の磁気軸受の保護用転が
り軸受によれば、従来は困難であったタッチダウン後常
温に戻った時の保護軸受の内部すきまの増大を効果的に
防止することができる。なお、上記の実施の形態では、
回転軸２に装着される保護軸受の内輪２３の方を一体型
としたものを説明したが、内輪２３は固定部に装着さ
れ、外輪２２の方が回転部に装着されてタッチダウンさ
れる場合には、外輪の方を一体型にする。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る本
発明によれば、保護軸受において回転軸側に装着される
方の軌道輪を一体型にした複列アンギュラ玉軸受を用い
るから、タッチダウンにより当該軌道輪に負荷される転
動体荷重（Ｑ）が大きくなっても、当該軌道輪が容易に
降伏応力に達することがなく、常温に戻った時の保護軸
受の内部すきまの増大を阻止できるという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の要部断面図である。
【図２】図１のものの作用を説明する図である。
【図３】保護軸受を搭載したターボ分子ポンプの立体断
面図である。
【図４】従来の保護軸受の要部断面図である。
【図５】図４のものの作用を説明する図である。
【符号の説明】
２ 回転軸 ２１ 保護軸受（内輪一体型複合アンギュラ玉軸受） ２２ 外輪 ２３ 内輪 ２４ 転動体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転軸を非接触状態で支承する磁気軸受
    に併設され、回転停止に際して回転軸を受ける磁気軸受
    保護用の転がり軸受において、スラスト荷重が負荷され
    る側またはアキシアル方向の位置決めを行う側の前記転
    がり軸受として、内外輪のうち前記回転軸側に装着され
    る方の軌道輪を一体型にした複列アンギュラ玉軸受を用
    いることを特徴とする磁気軸受の保護用転がり軸受。
JP11102888A 1999-04-09 1999-04-09 磁気軸受の保護用転がり軸受 Pending JP2000291655A (ja)

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