JP2000346068A - 磁気軸受装置及び真空ポンプ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】タッチダウン軸受とその保持部材との間の環状
隙間に挿入された波板状緩衝部材とを少なくとも具備す
る磁気軸受装置において、前記波板状緩衝部材を所定位
置に確実に保持し続けるようにすること。 【解決手段】円筒状保持部材９はスラスト軸受保持部材
であると同時にタッチダウン軸受保持部材でもある。円
筒状保持部材９の内周部にはタッチダウン軸受４、即ち
上下２段に配置された一対の転がり軸受４ａ、４ｂが収
納されている。円筒状保持部材９の内周面と一対の転が
り軸受４ａ、４ｂの外輪との間には環状隙間Ｇが形成さ
れ、この環状隙間Ｇには波板状緩衝部材である一対の波
状帯鋼板８ａ、８ｂが挿入され、且つ上段の波状帯鋼板
８ａと下段の波状帯鋼板８ｂに挟まれて帯状の金属薄板
１０ａが挿入されている。これによって帯状の金属薄板
１０ａは一対の波状帯鋼板８ａ、８ｂの位置ずれ防止手
段として機能する。
隙間に挿入された波板状緩衝部材とを少なくとも具備す
る磁気軸受装置において、前記波板状緩衝部材を所定位
置に確実に保持し続けるようにすること。 【解決手段】円筒状保持部材９はスラスト軸受保持部材
であると同時にタッチダウン軸受保持部材でもある。円
筒状保持部材９の内周部にはタッチダウン軸受４、即ち
上下２段に配置された一対の転がり軸受４ａ、４ｂが収
納されている。円筒状保持部材９の内周面と一対の転が
り軸受４ａ、４ｂの外輪との間には環状隙間Ｇが形成さ
れ、この環状隙間Ｇには波板状緩衝部材である一対の波
状帯鋼板８ａ、８ｂが挿入され、且つ上段の波状帯鋼板
８ａと下段の波状帯鋼板８ｂに挟まれて帯状の金属薄板
１０ａが挿入されている。これによって帯状の金属薄板
１０ａは一対の波状帯鋼板８ａ、８ｂの位置ずれ防止手
段として機能する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一対の転がり軸受
からなるタッチダウン軸受及びこのタッチダウン軸受と
その保持部材との間に形成された環状隙間に挿入された
一対の波板状緩衝部材を具備する磁気軸受装置及びこれ
を備えた真空ポンプに関し、特にタッチダウン時の衝撃
を吸収し且つロータの振れ回り周波数をロータの回転周
波数に対して十分に低く押さえる波板状緩衝部材及びタ
ッチダウン軸受の耐久性能の向上に関する。
からなるタッチダウン軸受及びこのタッチダウン軸受と
その保持部材との間に形成された環状隙間に挿入された
一対の波板状緩衝部材を具備する磁気軸受装置及びこれ
を備えた真空ポンプに関し、特にタッチダウン時の衝撃
を吸収し且つロータの振れ回り周波数をロータの回転周
波数に対して十分に低く押さえる波板状緩衝部材及びタ
ッチダウン軸受の耐久性能の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】ロータシャフト、前記ロータシャフトを
半径方向に支持するラジアル磁気軸受、前記ロータシャ
フトを軸方向に支持するスラスト磁気軸受、及びタッチ
ダウン軸受とを少なくとも具備する磁気軸受装置は、例
えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプに採用され、広く
実施されている。前記タッチダウン軸受は、磁気軸受の
故障などの非常時に前記ロータシャフトを受ける保護軸
受であって、例えば前記ロータシャフトの下端部に配置
された一対の転がり軸受から構成されている。このよう
な磁気軸受装置及びこれを備えたターボ分子ポンプは、
特開平１０−８９２８４号公報や特開昭６３−２３９３
９７号公報等に開示されている。
半径方向に支持するラジアル磁気軸受、前記ロータシャ
フトを軸方向に支持するスラスト磁気軸受、及びタッチ
ダウン軸受とを少なくとも具備する磁気軸受装置は、例
えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプに採用され、広く
実施されている。前記タッチダウン軸受は、磁気軸受の
故障などの非常時に前記ロータシャフトを受ける保護軸
受であって、例えば前記ロータシャフトの下端部に配置
された一対の転がり軸受から構成されている。このよう
な磁気軸受装置及びこれを備えたターボ分子ポンプは、
特開平１０−８９２８４号公報や特開昭６３−２３９３
９７号公報等に開示されている。
【０００３】また、このような磁気軸受装置に採用され
る波板状緩衝部材は、ロータシャフトを含むロータがタ
ッチダウン軸受にタッチダウンするときの振れ回り即ち
旋回運動を抑制すると共にタッチダウンの衝撃を吸収す
る部材である。この波板状緩衝部材は、特公平７−１０
３８９４号公報に詳細に開示されている如く、１つの部
材でバネとダンパと機械的ストッパの３つの部材として
機能するものであって、例えば図６に示す如き波状帯鋼
板である。
る波板状緩衝部材は、ロータシャフトを含むロータがタ
ッチダウン軸受にタッチダウンするときの振れ回り即ち
旋回運動を抑制すると共にタッチダウンの衝撃を吸収す
る部材である。この波板状緩衝部材は、特公平７−１０
３８９４号公報に詳細に開示されている如く、１つの部
材でバネとダンパと機械的ストッパの３つの部材として
機能するものであって、例えば図６に示す如き波状帯鋼
板である。
【０００４】図５においては、波板状緩衝部材はタッチ
ダウン軸受４を構成する一対の転がり軸受４ａ、４ｂの
外輪とタッチダウン軸受の保持部材９の内周面との間に
形成された環状隙間Ｇに挿入された一対の波状帯鋼板８
ａ、８ｂである。この波状帯鋼板８ａ、８ｂの剛性ｋと
ロータ質量ｍによって定まる周波数f＝（ｋ／ｍ）１
／２が、タッチダウン時のロータの振れ回り周波数と一
致する。ロータのタッチダウン時の衝撃エネルギーＥ
は、周波数fの２乗、従って（ｋ／ｍ）に比例する。こ
れらの関係から、波状帯鋼板８ａ、８ｂは剛性ｋが小さ
い方が緩衝材としての効果が大きいことが分かる。剛性
ｋを小さくするためには、例えば波状帯鋼板８ａ、８ｂ
の厚みｔを薄くすることが有効であるが、厚みｔの減少
に伴い波状帯鋼板８ａ、８ｂのストッパとして機能は低
下する。
ダウン軸受４を構成する一対の転がり軸受４ａ、４ｂの
外輪とタッチダウン軸受の保持部材９の内周面との間に
形成された環状隙間Ｇに挿入された一対の波状帯鋼板８
ａ、８ｂである。この波状帯鋼板８ａ、８ｂの剛性ｋと
ロータ質量ｍによって定まる周波数f＝（ｋ／ｍ）１
／２が、タッチダウン時のロータの振れ回り周波数と一
致する。ロータのタッチダウン時の衝撃エネルギーＥ
は、周波数fの２乗、従って（ｋ／ｍ）に比例する。こ
れらの関係から、波状帯鋼板８ａ、８ｂは剛性ｋが小さ
い方が緩衝材としての効果が大きいことが分かる。剛性
ｋを小さくするためには、例えば波状帯鋼板８ａ、８ｂ
の厚みｔを薄くすることが有効であるが、厚みｔの減少
に伴い波状帯鋼板８ａ、８ｂのストッパとして機能は低
下する。
【０００５】ロータのタッチダウン時の衝撃に対し、波
状帯鋼板８が或る程度の剛性を持ってストッパとして機
能するためには、波状帯鋼板８はその波形のピッチｐ、
無荷重状態での高さｈ、厚みｔはやたらに小さくでき
ず、結果的に幅Ｂを小さくせざるを得なかった。このた
め、転がり軸受の高さＨが波状帯鋼板８の幅Ｂの２倍よ
りも大きくなることが生じた。換言すれば、転がり軸受
の高さＨに対して、その半分にも満たない幅の狭い波状
帯鋼板８を用いざるを得ない場合が生じた。ピッチｐ、
高さｈ、厚みｔが小さく、且つ転がり軸受の高さＨの半
分に満たない幅の狭い波状帯鋼板８ａ、８ｂは、保持力
が弱い。従って、このような幅の狭い波状帯鋼板８ａ、
８ｂを環状隙間Ｇに挿入した場合、長時間の使用による
振動などで上側の波状帯鋼板８ａが下方にずれて下側の
波状帯鋼板８ｂに接触し、第１転がり軸受４ａが径方向
に幅δだけフリーになりロータと接触し異音を発生した
り異常摩耗を招くことがあった。なお、幅δは環状隙間
Ｇの幅である。このような状態になると波板状緩衝部材
は本来の機能を発揮できなくなり、磁気軸受装置或いは
磁気軸受を備えた真空ポンプに異常な振動や振れを発生
させ、装置全体に故障をもたらすことがあった。
状帯鋼板８が或る程度の剛性を持ってストッパとして機
能するためには、波状帯鋼板８はその波形のピッチｐ、
無荷重状態での高さｈ、厚みｔはやたらに小さくでき
ず、結果的に幅Ｂを小さくせざるを得なかった。このた
め、転がり軸受の高さＨが波状帯鋼板８の幅Ｂの２倍よ
りも大きくなることが生じた。換言すれば、転がり軸受
の高さＨに対して、その半分にも満たない幅の狭い波状
帯鋼板８を用いざるを得ない場合が生じた。ピッチｐ、
高さｈ、厚みｔが小さく、且つ転がり軸受の高さＨの半
分に満たない幅の狭い波状帯鋼板８ａ、８ｂは、保持力
が弱い。従って、このような幅の狭い波状帯鋼板８ａ、
８ｂを環状隙間Ｇに挿入した場合、長時間の使用による
振動などで上側の波状帯鋼板８ａが下方にずれて下側の
波状帯鋼板８ｂに接触し、第１転がり軸受４ａが径方向
に幅δだけフリーになりロータと接触し異音を発生した
り異常摩耗を招くことがあった。なお、幅δは環状隙間
Ｇの幅である。このような状態になると波板状緩衝部材
は本来の機能を発揮できなくなり、磁気軸受装置或いは
磁気軸受を備えた真空ポンプに異常な振動や振れを発生
させ、装置全体に故障をもたらすことがあった。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】本発明が解決しようとする課
題は、ロータシャフト、前記ロータシャフトを半径方向
に支持するラジアル磁気軸受、前記ロータシャフトを軸
方向に支持するスラスト磁気軸受、前記ロータシャフト
の下端部に配置された一対の転がり軸受からなるタッチ
ダウン軸受、及び前記タッチダウン軸受とその保持部材
との間の環状隙間に挿入された一対の波板状緩衝部材と
を少なくとも具備する磁気軸受装置及びこれを備えた真
空ポンプにおいて、前記一対の波板状緩衝部材を所定位
置に確実に保持し続けるようにすることである。
題は、ロータシャフト、前記ロータシャフトを半径方向
に支持するラジアル磁気軸受、前記ロータシャフトを軸
方向に支持するスラスト磁気軸受、前記ロータシャフト
の下端部に配置された一対の転がり軸受からなるタッチ
ダウン軸受、及び前記タッチダウン軸受とその保持部材
との間の環状隙間に挿入された一対の波板状緩衝部材と
を少なくとも具備する磁気軸受装置及びこれを備えた真
空ポンプにおいて、前記一対の波板状緩衝部材を所定位
置に確実に保持し続けるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、ロータシャフト、前記ロータシャフトを半径方向に
支持するラジアル磁気軸受、前記ロータシャフトを軸方
向に支持するスラスト磁気軸受、及び前記ロータシャフ
トの下端部を囲んで配置された一対の転がり軸受からな
るタッチダウン軸受、及び前記タッチダウン軸受とその
保持部材との間の環状隙間に挿入された一対の波板状緩
衝部材とを少なくとも具備する磁気軸受装置及びこれを
備えた真空ポンプにおいて、前記環状隙間に波板状緩衝
部材の位置ずれ防止手段を備えた。
に、ロータシャフト、前記ロータシャフトを半径方向に
支持するラジアル磁気軸受、前記ロータシャフトを軸方
向に支持するスラスト磁気軸受、及び前記ロータシャフ
トの下端部を囲んで配置された一対の転がり軸受からな
るタッチダウン軸受、及び前記タッチダウン軸受とその
保持部材との間の環状隙間に挿入された一対の波板状緩
衝部材とを少なくとも具備する磁気軸受装置及びこれを
備えた真空ポンプにおいて、前記環状隙間に波板状緩衝
部材の位置ずれ防止手段を備えた。
【０００８】そして、前記一対の波板状緩衝部材の間に
挿入配置された金属薄板を波板状緩衝部材の位置ずれ防
止手段として用いた。
挿入配置された金属薄板を波板状緩衝部材の位置ずれ防
止手段として用いた。
【０００９】また、前記保持部材の内周面に設けられた
環状凸部を波板状緩衝部材の位置ずれ防止手段として用
いた。
環状凸部を波板状緩衝部材の位置ずれ防止手段として用
いた。
【００１０】更に、前記保持部材の内周面に設けられた
環状凹部を波板状緩衝部材の位置ずれ防止手段として用
いた。
環状凹部を波板状緩衝部材の位置ずれ防止手段として用
いた。
【００１１】更にまた、波板状緩衝部材の位置ずれ防止
手段を構成するに際しては、金属薄板の厚み、環状凸部
の高さ又は環状凹部の深さＴと波状帯鋼板の厚みｔとの
和（Ｔ＋ｔ）が、環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍で
あるようにした。
手段を構成するに際しては、金属薄板の厚み、環状凸部
の高さ又は環状凹部の深さＴと波状帯鋼板の厚みｔとの
和（Ｔ＋ｔ）が、環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍で
あるようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】図７は本発明が適用されるターボ
分子ポンプの一実施例の縦断面図である。このターボ分
子ポンプは、特開平１０−８９２８４号公報に開示され
ているものと基本的には同じであり、ロータシャフト１
を含むロータ６、ステータ７、及びロータ６を回転自在
に支持する磁気軸受装置とから構成されている。ロータ
６は、ロータシャフト１の他に、上側に多数のロータ翼
が取り付けられ且つ下側に平坦な外周面を有する円筒部
が形成されたロータ円筒体を含む。ステータ７は、上側
に多数のステータ翼が取り付けられ且つ下側にネジ付内
周面を有する円筒部が形成されたステータ円筒体を含
む。
分子ポンプの一実施例の縦断面図である。このターボ分
子ポンプは、特開平１０−８９２８４号公報に開示され
ているものと基本的には同じであり、ロータシャフト１
を含むロータ６、ステータ７、及びロータ６を回転自在
に支持する磁気軸受装置とから構成されている。ロータ
６は、ロータシャフト１の他に、上側に多数のロータ翼
が取り付けられ且つ下側に平坦な外周面を有する円筒部
が形成されたロータ円筒体を含む。ステータ７は、上側
に多数のステータ翼が取り付けられ且つ下側にネジ付内
周面を有する円筒部が形成されたステータ円筒体を含
む。
【００１３】前記磁気軸受装置は、いわゆる５軸制御型
磁気軸受装置であって、ロータシャフト１の上側に配置
された第１ラジアル磁気軸受２ａと下側に配置された第
２ラジアル磁気軸受２ｂとからなるラジアル磁気軸受２
と、ロータシャフト１の下端部に配置された第１スラス
ト磁気軸受３ａと第２スラスト磁気軸受３ｂとからなる
スラスト磁気軸受３、及びロータシャフト１の中側に配
置された高周波モータ５で構成されている。
磁気軸受装置であって、ロータシャフト１の上側に配置
された第１ラジアル磁気軸受２ａと下側に配置された第
２ラジアル磁気軸受２ｂとからなるラジアル磁気軸受２
と、ロータシャフト１の下端部に配置された第１スラス
ト磁気軸受３ａと第２スラスト磁気軸受３ｂとからなる
スラスト磁気軸受３、及びロータシャフト１の中側に配
置された高周波モータ５で構成されている。
【００１４】前記磁気軸受装置は更に、上段の第１スラ
スト磁気軸受３ａとロータシャフトの下端部との間に配
置されたタッチダウン軸受４と、タッチダウンの衝撃を
吸収し且つロータの旋回周波数を減衰させる波板状緩衝
部材とを含む。タッチダウン軸受４は、上下２段にして
配置された一対の転がり軸受、即ち第１転がり軸受４ａ
と第２転がり軸受４ｂとで構成されている。波板状緩衝
部材は、図７には示されていないが、タッチダウン軸受
４とその保持部材との間に形成された環状隙間に挿入さ
れている。
スト磁気軸受３ａとロータシャフトの下端部との間に配
置されたタッチダウン軸受４と、タッチダウンの衝撃を
吸収し且つロータの旋回周波数を減衰させる波板状緩衝
部材とを含む。タッチダウン軸受４は、上下２段にして
配置された一対の転がり軸受、即ち第１転がり軸受４ａ
と第２転がり軸受４ｂとで構成されている。波板状緩衝
部材は、図７には示されていないが、タッチダウン軸受
４とその保持部材との間に形成された環状隙間に挿入さ
れている。
【００１５】本発明の第１実施形態の図１において、円
筒状保持部材９はスラスト軸受保持部材であると同時に
タッチダウン軸受保持部材でもある。即ち、保持部材９
は図７のスラスト軸受３ａを構成している電磁石を収納
し樹脂モールドで被覆すると共に円筒状に成形された保
持部材である。そして、保持部材９の内周部にはタッチ
ダウン軸受４、即ち上下２段に配置された一対の転がり
軸受４ａ、４ｂが収納されている。円筒状保持部材９の
内周面と一対の転がり軸受４ａ、４ｂの外輪との間には
環状隙間Ｇが形成され、この環状隙間Ｇには波板状緩衝
部材である一対の波状帯鋼板８ａ、８ｂが挿入され、且
つ上段の波状帯鋼板８ａと下段の波状帯鋼板８ｂに挟ま
れて帯状の金属薄板１０ａが挿入されている。波状帯鋼
板８ａ、８ｂは、例えば図６の如き形状の波状帯鋼板で
ある。
筒状保持部材９はスラスト軸受保持部材であると同時に
タッチダウン軸受保持部材でもある。即ち、保持部材９
は図７のスラスト軸受３ａを構成している電磁石を収納
し樹脂モールドで被覆すると共に円筒状に成形された保
持部材である。そして、保持部材９の内周部にはタッチ
ダウン軸受４、即ち上下２段に配置された一対の転がり
軸受４ａ、４ｂが収納されている。円筒状保持部材９の
内周面と一対の転がり軸受４ａ、４ｂの外輪との間には
環状隙間Ｇが形成され、この環状隙間Ｇには波板状緩衝
部材である一対の波状帯鋼板８ａ、８ｂが挿入され、且
つ上段の波状帯鋼板８ａと下段の波状帯鋼板８ｂに挟ま
れて帯状の金属薄板１０ａが挿入されている。波状帯鋼
板８ａ、８ｂは、例えば図６の如き形状の波状帯鋼板で
ある。
【００１６】一対の転がり軸受４ａ、４ｂは波状帯鋼板
８ａ、８ｂの弾性によって半径方向に押圧され、保持部
材９の内周部に保持されている。波状帯鋼板８ａ、８ｂ
もそれ自体の弾性によって、環状隙間Ｇ内の所定位置に
保持されている。しかも、波状帯鋼板８ａ、８ｂは軸方
向に帯状の金属薄板１０ａを介在させて環状隙間Ｇ内に
挿入されているから、位置ずれやずれ落ちがなくなって
常時確実に所定位置に保持されている。要するに、帯状
の金属薄板１０ａは波板状緩衝部材の位置ずれ防止手段
である。
８ａ、８ｂの弾性によって半径方向に押圧され、保持部
材９の内周部に保持されている。波状帯鋼板８ａ、８ｂ
もそれ自体の弾性によって、環状隙間Ｇ内の所定位置に
保持されている。しかも、波状帯鋼板８ａ、８ｂは軸方
向に帯状の金属薄板１０ａを介在させて環状隙間Ｇ内に
挿入されているから、位置ずれやずれ落ちがなくなって
常時確実に所定位置に保持されている。要するに、帯状
の金属薄板１０ａは波板状緩衝部材の位置ずれ防止手段
である。
【００１７】ところで、金属薄板１０ａの選定、並びに
環状隙間の幅δの決定には、金属薄板１０ａの厚みＴ、
波状帯鋼板の厚みｔ、環状隙間の幅δが相互に関係す
る。環状隙間の幅δから波状帯鋼板の厚みｔを差し引い
た値が小さい場合、波状帯鋼板の波状部分の可動量、即
ちロータの径方向可動量が小さくなり、必要な弾性力が
得られない。逆に環状隙間の幅δから波状帯鋼板の厚み
ｔを差し引いた値が大きい場合、金属薄板の位置ずれ防
止の効果が失われる。そこで、第１実施形態において
は、金属薄板１０ａの厚みＴと波状帯鋼板の厚みｔとの
和（Ｔ＋ｔ）が、環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍と
なるように、金属薄板１０ａの選定、並びに環状隙間の
幅δの決定を行った。これによって、波板状緩衝部材の
位置ずれ防止効果が一段と高まった。
環状隙間の幅δの決定には、金属薄板１０ａの厚みＴ、
波状帯鋼板の厚みｔ、環状隙間の幅δが相互に関係す
る。環状隙間の幅δから波状帯鋼板の厚みｔを差し引い
た値が小さい場合、波状帯鋼板の波状部分の可動量、即
ちロータの径方向可動量が小さくなり、必要な弾性力が
得られない。逆に環状隙間の幅δから波状帯鋼板の厚み
ｔを差し引いた値が大きい場合、金属薄板の位置ずれ防
止の効果が失われる。そこで、第１実施形態において
は、金属薄板１０ａの厚みＴと波状帯鋼板の厚みｔとの
和（Ｔ＋ｔ）が、環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍と
なるように、金属薄板１０ａの選定、並びに環状隙間の
幅δの決定を行った。これによって、波板状緩衝部材の
位置ずれ防止効果が一段と高まった。
【００１８】本発明の第２実施形態の図２において、波
板状緩衝部材の位置ずれ防止手段は円筒状保持部材９の
内周面に形成された環状凸部１０ｂである。この環状凸
部１０ｂによって環状隙間Ｇは上段と下段に分離され
る。そして、下段の環状隙間には波状帯鋼板８ｂが、且
つ上段の環状隙間には波状帯鋼板８ａがそれぞれ挿入さ
れている。従って、第２実施形態においても、波状帯鋼
板８ａ、８ｂは環状隙間Ｇの所定位置に常時確実に保持
されている。なお、環状凸部の高さＴと波状帯鋼板の厚
みｔとの和（Ｔ＋ｔ）が環状隙間の幅δの０．８〜１．
３倍となるようにして、環状凸部の高さＴ並びに環状隙
間の幅δの決定を行った。これによって、波板状緩衝部
材の位置ずれ防止効果が一段と高まった。
板状緩衝部材の位置ずれ防止手段は円筒状保持部材９の
内周面に形成された環状凸部１０ｂである。この環状凸
部１０ｂによって環状隙間Ｇは上段と下段に分離され
る。そして、下段の環状隙間には波状帯鋼板８ｂが、且
つ上段の環状隙間には波状帯鋼板８ａがそれぞれ挿入さ
れている。従って、第２実施形態においても、波状帯鋼
板８ａ、８ｂは環状隙間Ｇの所定位置に常時確実に保持
されている。なお、環状凸部の高さＴと波状帯鋼板の厚
みｔとの和（Ｔ＋ｔ）が環状隙間の幅δの０．８〜１．
３倍となるようにして、環状凸部の高さＴ並びに環状隙
間の幅δの決定を行った。これによって、波板状緩衝部
材の位置ずれ防止効果が一段と高まった。
【００１９】本発明の第３実施形態の図２において、波
板状緩衝部材の位置ずれ防止手段は円筒状保持部材９の
内周面に形成された環状凹部１０ｃである。この環状凹
部１０ｃには１枚の波状帯鋼板８ｃが挿入されている。
従って、第３実施形態においても、波状帯鋼板８ｃは環
状隙間Ｇの所定位置に常時確実に保持されている。な
お、環状凹部の深さＴと波状帯鋼板の厚みｔとの和（Ｔ
＋ｔ）が環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍となるよう
にして、環状凹部の深さＴ並びに環状隙間の幅δの決定
を行った。これによって、波板状緩衝部材の位置ずれ防
止効果が一段と高まった。第１実施形態や第２実施形態
では２枚の波板状緩衝部材を用いるものであったが、第
３実施形態においては１枚の幅広の波板状緩衝部材を用
いているから、コスト的にも有利である。
板状緩衝部材の位置ずれ防止手段は円筒状保持部材９の
内周面に形成された環状凹部１０ｃである。この環状凹
部１０ｃには１枚の波状帯鋼板８ｃが挿入されている。
従って、第３実施形態においても、波状帯鋼板８ｃは環
状隙間Ｇの所定位置に常時確実に保持されている。な
お、環状凹部の深さＴと波状帯鋼板の厚みｔとの和（Ｔ
＋ｔ）が環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍となるよう
にして、環状凹部の深さＴ並びに環状隙間の幅δの決定
を行った。これによって、波板状緩衝部材の位置ずれ防
止効果が一段と高まった。第１実施形態や第２実施形態
では２枚の波板状緩衝部材を用いるものであったが、第
３実施形態においては１枚の幅広の波板状緩衝部材を用
いているから、コスト的にも有利である。
【００２０】本発明において、金属薄板の厚み、環状凸
部の高さ又は環状凹部の深さＴと波状帯鋼板の厚みｔと
の和（Ｔ＋ｔ）が、環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍
であるとしたが、その根拠は次の通りである。
部の高さ又は環状凹部の深さＴと波状帯鋼板の厚みｔと
の和（Ｔ＋ｔ）が、環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍
であるとしたが、その根拠は次の通りである。
【００２１】例えば波状帯鋼板の厚みｔが０．１ｍｍ、
波状帯鋼板の高さｈが０．２５ｍｍ、環状隙間の幅δが
０．２ｍｍの実施例において、波状帯鋼板が長期使用に
よってへたり、高さがｈ’になったとする。波状帯鋼板
の高さｈが０．２５ｍｍの半分に、ｈ’は０．１２５ｍ
ｍとなる。長期使用によってへたりを生じた波状帯鋼板
が、波板状緩衝部材として機能するためには、δ＜
（ｈ’＋Ｔ）との関係が成立しなければならない。この
関係が成立しなければ、波状帯鋼板は所定位置からずれ
てしまうからである。この数式に上記の数値を入れる
と、Ｔ＞０．０７５ｍｍとなる。この数式の左辺と右辺
に厚みｔ＝０．１ｍｍを加えると、（Ｔ＋ｔ）＞０．１
７５ｍｍとなる。この値、０．１７５ｍｍは環状隙間の
幅δ＝０．２ｍｍの約０．８倍となる。
波状帯鋼板の高さｈが０．２５ｍｍ、環状隙間の幅δが
０．２ｍｍの実施例において、波状帯鋼板が長期使用に
よってへたり、高さがｈ’になったとする。波状帯鋼板
の高さｈが０．２５ｍｍの半分に、ｈ’は０．１２５ｍ
ｍとなる。長期使用によってへたりを生じた波状帯鋼板
が、波板状緩衝部材として機能するためには、δ＜
（ｈ’＋Ｔ）との関係が成立しなければならない。この
関係が成立しなければ、波状帯鋼板は所定位置からずれ
てしまうからである。この数式に上記の数値を入れる
と、Ｔ＞０．０７５ｍｍとなる。この数式の左辺と右辺
に厚みｔ＝０．１ｍｍを加えると、（Ｔ＋ｔ）＞０．１
７５ｍｍとなる。この値、０．１７５ｍｍは環状隙間の
幅δ＝０．２ｍｍの約０．８倍となる。
【００２２】また、ロータのタッチダウン時に必要なロ
ータの可動量（波板状緩衝部材の変形量）χは、χ＝
（δ−ｔ）／２で表される。これに上記の数値を入れる
と、χ＝０．０５ｍｍとなる。このとき、金属薄板の厚
み、環状凸部の高さ又は環状凹部の深さＴによりロータ
の動きが規制されないようにするためには、（δ−χ）
＞Ｔとする必要がある。この数式に上記の数値を入れる
と、Ｔ＜０．１５ｍｍとなる。この数式の左辺と右辺に
厚みｔ＝０．１ｍｍを加えると、（Ｔ＋ｔ）＜０．２５
ｍｍとなる。この値、０．２５ｍｍは環状隙間の幅δ＝
０．２ｍｍの約１．３倍となる。
ータの可動量（波板状緩衝部材の変形量）χは、χ＝
（δ−ｔ）／２で表される。これに上記の数値を入れる
と、χ＝０．０５ｍｍとなる。このとき、金属薄板の厚
み、環状凸部の高さ又は環状凹部の深さＴによりロータ
の動きが規制されないようにするためには、（δ−χ）
＞Ｔとする必要がある。この数式に上記の数値を入れる
と、Ｔ＜０．１５ｍｍとなる。この数式の左辺と右辺に
厚みｔ＝０．１ｍｍを加えると、（Ｔ＋ｔ）＜０．２５
ｍｍとなる。この値、０．２５ｍｍは環状隙間の幅δ＝
０．２ｍｍの約１．３倍となる。
【００２３】ところで図１に示す第１実施形態におい
て、波板状緩衝部材である一対の波状帯鋼板８ａと８ｂ
と、これらの間に挟まれた金属薄板波１０ａは軸方向端
面に互いに接触する部分を有する。このため、波状帯鋼
板８ａと８ｂがバネとして作用するのを阻害する。即
ち、ロータの質量をｍ、波板状緩衝部材のバネ剛性をｋ
としたとき、ロータのタッチダウン時の固有振動数f
〔Ｈｚ〕は、ｆ＝（１／２π）（ｋ／ｍ）１／２で表さ
れる。タッチダウン時に円筒状保持部材９にかかるエネ
ルギーＥは、質量ｍと周波数fの二乗f２との積ｍf２と
比例相関を有する。例えば固有振動数fがロータの定格
回転周波数f０の１／３の場合、波板状緩衝部材により
前記エネルギーＥは理論的には１／９に低減できる。し
かし実際には一対の波状帯鋼板８ａと８ｂと、これらの
間に挟まれた金属薄板波１０ａは軸方向端面に互いに接
触する部分を有するため、波板状緩衝部材がバネとして
作用するのを阻害する。そうなれば、タッチダウン時に
円筒状保持部材９にかかるエネルギーＥを大幅に低減す
るという波板状緩衝部材の効果が下がってしまうという
問題がある。
て、波板状緩衝部材である一対の波状帯鋼板８ａと８ｂ
と、これらの間に挟まれた金属薄板波１０ａは軸方向端
面に互いに接触する部分を有する。このため、波状帯鋼
板８ａと８ｂがバネとして作用するのを阻害する。即
ち、ロータの質量をｍ、波板状緩衝部材のバネ剛性をｋ
としたとき、ロータのタッチダウン時の固有振動数f
〔Ｈｚ〕は、ｆ＝（１／２π）（ｋ／ｍ）１／２で表さ
れる。タッチダウン時に円筒状保持部材９にかかるエネ
ルギーＥは、質量ｍと周波数fの二乗f２との積ｍf２と
比例相関を有する。例えば固有振動数fがロータの定格
回転周波数f０の１／３の場合、波板状緩衝部材により
前記エネルギーＥは理論的には１／９に低減できる。し
かし実際には一対の波状帯鋼板８ａと８ｂと、これらの
間に挟まれた金属薄板波１０ａは軸方向端面に互いに接
触する部分を有するため、波板状緩衝部材がバネとして
作用するのを阻害する。そうなれば、タッチダウン時に
円筒状保持部材９にかかるエネルギーＥを大幅に低減す
るという波板状緩衝部材の効果が下がってしまうという
問題がある。
【００２４】この問題を解決する各種の実施例を図４に
示す。即ち、図４（Ａ）の基本実施例の変形である図４
（Ｂ）〜図４（Ｅ）の変形実施例は、いずれも軸方向の
接触部分を低減させたものである。即ち図４（Ｂ）は、
切り欠きのない長方形の波状帯鋼板８ａと切り欠きのな
い長方形の波状帯鋼板と８ｂと上下側面に切り欠きを設
けた長方形の薄板鋼板１０ａの組合せとしたものであ
る。また図４（Ｃ）は、下側面に切り欠きを設けた長方
形の波状帯鋼板８ａと上側面に切り欠きを設けた長方形
の波状帯鋼板８ｂと切り欠きのない長方形の金属薄板波
１０ａの組合せとしたものである。更に図４（Ｄ）は、
上側面に切り欠きを設けた長方形の波状帯鋼板８ａと下
側面に切り欠きを設けた長方形の波状帯鋼板８ｂと切り
欠きのない長方形の金属薄板１０ａの組合せとしたもの
である。更にまた図４（Ｅ）は、上下側面に切り欠きを
設けた長方形の波状帯鋼板８ａと上下側面に切り欠きを
設けた長方形の波状帯鋼板８ｂと切り欠きのない長方形
の金属薄板１０ａの組合せとしたものである。
示す。即ち、図４（Ａ）の基本実施例の変形である図４
（Ｂ）〜図４（Ｅ）の変形実施例は、いずれも軸方向の
接触部分を低減させたものである。即ち図４（Ｂ）は、
切り欠きのない長方形の波状帯鋼板８ａと切り欠きのな
い長方形の波状帯鋼板と８ｂと上下側面に切り欠きを設
けた長方形の薄板鋼板１０ａの組合せとしたものであ
る。また図４（Ｃ）は、下側面に切り欠きを設けた長方
形の波状帯鋼板８ａと上側面に切り欠きを設けた長方形
の波状帯鋼板８ｂと切り欠きのない長方形の金属薄板波
１０ａの組合せとしたものである。更に図４（Ｄ）は、
上側面に切り欠きを設けた長方形の波状帯鋼板８ａと下
側面に切り欠きを設けた長方形の波状帯鋼板８ｂと切り
欠きのない長方形の金属薄板１０ａの組合せとしたもの
である。更にまた図４（Ｅ）は、上下側面に切り欠きを
設けた長方形の波状帯鋼板８ａと上下側面に切り欠きを
設けた長方形の波状帯鋼板８ｂと切り欠きのない長方形
の金属薄板１０ａの組合せとしたものである。
【００２５】以下、これらの変形実施例がもたらすエネ
ルギー低減効果について説明する。図４（Ａ）の基本実
施例においてタッチダウン時の全体エネルギーＥ
ｔ１は、Ｅ ｔ１＝α｛（Ｇ１／２π）f２＋（Ｇ２／２
π）ｆ０ ２｝で表される。但し、αは比例定数である。
そして固有振動数fがロータの定格回転周波数f０の１／
３の場合の全体エネルギーＥｔ１は、Ｅｔ１＝α（ｆ０
２／２π）（Ｇ１／９＋Ｇ２）となる。但し、Ｇ１はタ
ッチダウン時のロータの振動レベル、Ｇ２はロータの定
格回転周波数での振動レベルである。
ルギー低減効果について説明する。図４（Ａ）の基本実
施例においてタッチダウン時の全体エネルギーＥ
ｔ１は、Ｅ ｔ１＝α｛（Ｇ１／２π）f２＋（Ｇ２／２
π）ｆ０ ２｝で表される。但し、αは比例定数である。
そして固有振動数fがロータの定格回転周波数f０の１／
３の場合の全体エネルギーＥｔ１は、Ｅｔ１＝α（ｆ０
２／２π）（Ｇ１／９＋Ｇ２）となる。但し、Ｇ１はタ
ッチダウン時のロータの振動レベル、Ｇ２はロータの定
格回転周波数での振動レベルである。
【００２６】図４（Ａ）の基本実施例の場合のタッチダ
ウン時のロータの振動レベルＧ１は０．５であり、ロー
タの定格回転周波数での振動レベルＧ２は０．１であ
る。従って、タッチダウン時の全体エネルギーＥ
ｔ１は、Ｅｔ１＝α（ｆ０ ２／２π） （０．５／９＋０．１）＝０．１５６α（ｆ０ ２／２
π）となる。
ウン時のロータの振動レベルＧ１は０．５であり、ロー
タの定格回転周波数での振動レベルＧ２は０．１であ
る。従って、タッチダウン時の全体エネルギーＥ
ｔ１は、Ｅｔ１＝α（ｆ０ ２／２π） （０．５／９＋０．１）＝０．１５６α（ｆ０ ２／２
π）となる。
【００２７】図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）の変形実施例にお
いて、タッチダウン時の全体エネルギーＥｔ２は、Ｅ
ｔ２＝α｛（Ｇ３／２π）f２＋（Ｇ４／２π）
ｆ０ ２｝で表される。固有振動数fがロータの定格回転
周波数f０の１／３の場合の全体エネルギーＥｔ２は、
Ｅｔ２＝α（ｆ０ ２／２π）（Ｇ３／９＋Ｇ４）とな
る。但し、Ｇ３は波板状緩衝部材の金属薄板との接触部
分が非接触部分の１／３とした場合のタッチダウン時の
ロータの振動レベル、Ｇ４はロータの定格回転周波数で
の振動レベルである。
いて、タッチダウン時の全体エネルギーＥｔ２は、Ｅ
ｔ２＝α｛（Ｇ３／２π）f２＋（Ｇ４／２π）
ｆ０ ２｝で表される。固有振動数fがロータの定格回転
周波数f０の１／３の場合の全体エネルギーＥｔ２は、
Ｅｔ２＝α（ｆ０ ２／２π）（Ｇ３／９＋Ｇ４）とな
る。但し、Ｇ３は波板状緩衝部材の金属薄板との接触部
分が非接触部分の１／３とした場合のタッチダウン時の
ロータの振動レベル、Ｇ４はロータの定格回転周波数で
の振動レベルである。
【００２８】図４（Ｂ）と図４（Ｃ）の変形実施例の場
合のタッチダウン時のロータの振動レベルＧ３は１．０
であり、ロータの定格回転周波数での振動レベルＧ４は
０．０１である。従って、タッチダウン時の全体エネル
ギーＥｔ２は、Ｅｔ２＝α（ｆ０ ２／２π）（１／９＋
０．０１）＝０．１２１α（ｆ０ ２／２π）となる。こ
れは、基本実施例の場合のタッチダウン時の全体エネル
ギー０．１５６α（ｆ ０ ２／２π）の７８％である。従
って、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）の変形実施例によれば、
図４（Ａ）の基本実施例よりも更に２２％のエネルギー
低減が可能となった。同様に、図４（Ｄ）と図４（Ｅ）
の変形実施例についても、図４（Ａ）の基本実施例より
も更にエネルギー低減が可能となった。
合のタッチダウン時のロータの振動レベルＧ３は１．０
であり、ロータの定格回転周波数での振動レベルＧ４は
０．０１である。従って、タッチダウン時の全体エネル
ギーＥｔ２は、Ｅｔ２＝α（ｆ０ ２／２π）（１／９＋
０．０１）＝０．１２１α（ｆ０ ２／２π）となる。こ
れは、基本実施例の場合のタッチダウン時の全体エネル
ギー０．１５６α（ｆ ０ ２／２π）の７８％である。従
って、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）の変形実施例によれば、
図４（Ａ）の基本実施例よりも更に２２％のエネルギー
低減が可能となった。同様に、図４（Ｄ）と図４（Ｅ）
の変形実施例についても、図４（Ａ）の基本実施例より
も更にエネルギー低減が可能となった。
【００２９】なお、図１ないし図３において、円筒状保
持部材９はスラスト軸受３ａを構成している電磁石を収
納し樹脂モールドで被覆すると共に円筒状に成形された
保持部材であるとしたが、他の構成のもの、例えば磁気
軸受装置のステータコラムと一体に構成されたものでも
よい。
持部材９はスラスト軸受３ａを構成している電磁石を収
納し樹脂モールドで被覆すると共に円筒状に成形された
保持部材であるとしたが、他の構成のもの、例えば磁気
軸受装置のステータコラムと一体に構成されたものでも
よい。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、タッチダウン軸受とその保持
部材との間の環状隙間に挿入された一対の波板状緩衝部
材とを少なくとも具備する磁気軸受装置及びこれを備え
た真空ポンプにおいて、前記環状隙間に波板状緩衝部材
の位置ずれ防止手段を備えたものである。従って、前記
波板状緩衝部材は幅の狭い波状帯鋼板であってもその所
定位置に確実に保持されるから、波板状緩衝部材が位置
ずれしてロータとタッチダウン軸受とが異常接触するこ
とが防止された。しかも、前記波板状緩衝部材の位置ず
れ防止手段はいずれも簡単な構成のものであるから、こ
れによる製造コストの上昇を極力軽減できた。更に、位
置ずれが起きなくなり、無理な外力が作用しなくなるこ
とで、波板状緩衝部材そのものの耐久性能が高まり、オ
ーバーホール時の交換の必要性も解消された。
部材との間の環状隙間に挿入された一対の波板状緩衝部
材とを少なくとも具備する磁気軸受装置及びこれを備え
た真空ポンプにおいて、前記環状隙間に波板状緩衝部材
の位置ずれ防止手段を備えたものである。従って、前記
波板状緩衝部材は幅の狭い波状帯鋼板であってもその所
定位置に確実に保持されるから、波板状緩衝部材が位置
ずれしてロータとタッチダウン軸受とが異常接触するこ
とが防止された。しかも、前記波板状緩衝部材の位置ず
れ防止手段はいずれも簡単な構成のものであるから、こ
れによる製造コストの上昇を極力軽減できた。更に、位
置ずれが起きなくなり、無理な外力が作用しなくなるこ
とで、波板状緩衝部材そのものの耐久性能が高まり、オ
ーバーホール時の交換の必要性も解消された。
【図１】本発明に係る磁気軸受装置の第１実施形態のタ
ッチダウン軸受及び波板状緩衝部材の部分斜視図であ
る。
ッチダウン軸受及び波板状緩衝部材の部分斜視図であ
る。
【図２】本発明に係る磁気軸受装置の第２実施形態のタ
ッチダウン軸受及び波板状緩衝部材の断面図である。
ッチダウン軸受及び波板状緩衝部材の断面図である。
【図３】本発明に係る磁気軸受装置の第３実施形態のタ
ッチダウン軸受部及び波板状緩衝部材の断面図である。
ッチダウン軸受部及び波板状緩衝部材の断面図である。
【図４】本発明に係る磁気軸受装置の第１実施形態にお
ける上段の波状帯鋼板８ａ、下段の波状帯鋼板８ｂ、及
びこれらに挟まれた帯状の金属薄板１０ａの各種実施例
を示す展開図である。
ける上段の波状帯鋼板８ａ、下段の波状帯鋼板８ｂ、及
びこれらに挟まれた帯状の金属薄板１０ａの各種実施例
を示す展開図である。
【図５】従来の磁気軸受装置のタッチダウン軸受及び波
板状緩衝部材の部分斜視図である。
板状緩衝部材の部分斜視図である。
【図６】波板状緩衝部材である波状波状帯鋼板の部分斜
視図である。
視図である。
【図７】本発明に係る真空ポンプの一実施例の縦断面図
である。
である。
１ ロータシャフト ２ ラジアル磁気軸受 ２ａ 第１ラジアル磁気軸受 ２ｂ 第２ラジアル磁気軸受 ３ スラスト磁気軸受 ３ａ 第１スラスト磁気軸受 ３ｂ 第２スラスト磁気軸受 ４ タッチダウン軸受 ４ａ 第１転がり軸受 ４ｂ 第２転がり軸受 ５ モータ ６ ターボ分子ポンプのロータ ７ ターボ分子ポンプのステータ ８ 波板状緩衝部材 ８ａ 第１波状帯鋼板 ８ｂ 第２波状帯鋼板 ９ 円筒状保持部材 １０ 位置ずれ防止手段 １０ａ 金属薄板 １０ｂ 環状凸部 １０ｃ 環状凹部 １１ 吸気口 １２ 排気口 Ｇ 環状隙間 δ 環状隙間Ｇの幅 Ｈ 転がり軸受の高さ Ｂ 波状帯鋼板の幅 ｈ 波状帯鋼板の無荷重状態での高さ ｐ 波状帯鋼板のピッチ ｔ 波状帯鋼板の厚み
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｆ 15/073 Ｆ１６Ｆ 15/073 ３Ｊ１０２ Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA06 CA11 CA12 CA16 CA18 CA19 CA20 CA56 DA08 DA11 3H031 DA02 EA07 EA09 FA11 FA13 FA39 3J012 AB07 BB01 BB05 CB04 DB09 DB13 FB02 GB10 HB04 3J048 AA01 BC04 EA32 3J059 AA10 BA18 BC02 GA50 3J102 AA01 AA09 BA03 BA17 CA04 CA10 CA14 CA25 DA02 DA03 FA03 FA11 GA06
Claims (6)
- 【請求項１】ロータシャフト、前記ロータシャフトを半
径方向に支持するラジアル磁気軸受、前記ロータシャフ
トを軸方向に支持するスラスト磁気軸受、及び前記ロー
タシャフトの下端部を囲んで配置された一対の転がり軸
受からなるタッチダウン軸受、及び前記タッチダウン軸
受とその保持部材との間の環状隙間に挿入された波板状
緩衝部材とを少なくとも具備する磁気軸受装置におい
て、前記環状隙間に前記波板状緩衝部材の位置ずれ防止
手段を備えたことを特徴とする磁気軸受装置。 - 【請求項２】 前記波板状緩衝部材が一対の波板状緩衝
部材であり、且つ前記位置ずれ防止手段が前記一対の波
板状緩衝部材の間に挿入配置された金属薄板であること
を特徴とする請求項１の磁気軸受装置。 - 【請求項３】 前記波板状緩衝部材が一対の波板状緩衝
部材であり、且つ前記位置ずれ防止手段が前記保持部材
の内周面に形成され前記一対の波板状緩衝部材を上下に
分離する環状凸部であることを特徴とする請求項１の磁
気軸受装置。 - 【請求項４】 前記位置ずれ防止手段が前記保持部材の
内周面に形成され前記波板状緩衝部材を収納する環状凹
部であることを特徴とする請求項１の磁気軸受装置。 - 【請求項５】 金属薄板の厚み、環状凸部の高さ又は環
状凹部の深さＴと波状帯鋼板の厚みｔとの和（Ｔ＋ｔ）
が、環状隙間の幅δの０．８〜１．３倍であることを特
徴とする請求項２、３又は４の磁気軸受装置。 - 【請求項６】 請求項１の磁気軸受装置を備えた真空ポ
ンプ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000087482A JP4426049B2 (ja) | 1999-03-31 | 2000-03-27 | 磁気軸受装置及び真空ポンプ |
| DE60022715T DE60022715T2 (de) | 1999-03-31 | 2000-03-31 | Magnetlager und vakuumpumpe |
| EP00913012A EP1083349B1 (en) | 1999-03-31 | 2000-03-31 | Magnetic bearing device and vacuum pump |
| PCT/JP2000/002062 WO2000058639A1 (fr) | 1999-03-31 | 2000-03-31 | Palier magnetique et pompe a vide |
| US09/700,640 US6617733B1 (en) | 1999-03-31 | 2000-03-31 | Magnetic bearing apparatus and vacuum pump having magnetic bearing apparatus |
| KR1020007013551A KR100784592B1 (ko) | 1999-03-31 | 2000-03-31 | 자기 베어링 장치 및 진공 펌프 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9397099 | 1999-03-31 | ||
| JP11-93970 | 1999-03-31 | ||
| JP2000087482A JP4426049B2 (ja) | 1999-03-31 | 2000-03-27 | 磁気軸受装置及び真空ポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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