JP2002168252A - Touchdown bearing - Google Patents

Touchdown bearing

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JP2002168252A
JP2002168252A JP2000362270A JP2000362270A JP2002168252A JP 2002168252 A JP2002168252 A JP 2002168252A JP 2000362270 A JP2000362270 A JP 2000362270A JP 2000362270 A JP2000362270 A JP 2000362270A JP 2002168252 A JP2002168252 A JP 2002168252A
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bearing
film
touchdown
gas
magnetic bearing
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Application number
JP2000362270A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromasa Fukuyama
寛正 福山
Kiyotoshi Ueda
清利 上田
Kazutoshi Sakaguchi
和利 坂口
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the life of a bearing by forming a hard-to-exfoliate film on the surface of each inner and outer ring of a touchdown bearing used in a corrosive atmosphere such as fluorine gas. SOLUTION: A bearing having a rolling body made of ceramic wherein a chrome-nitride film (CrN2 or CrN) or a zirconium-nitride film (ZrN) is formed on the surface opposing a raceway plane of each inner and outer ring, and a rotating member is employed as the touchdown bearing 13 for holding a rotating shaft 12a of a crossflow fan 12 of a argon-fluoride excimer-laser oscillating device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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。
TECHNICAL FIELD The present invention is installed together with a magnetic bearing,
The present invention relates to a touchdown bearing that functions as a bearing when control of a magnetic bearing is impossible.

【0002】[0002]

【従来の技術】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、磁気軸受が何らかのトラ
ブルで制御不能になった時に、内外輪の回転部材との対
向面が回転部材に接触して(タッチダウンして)軸受と
して機能することにより、磁気軸受および回転部材を保
護するるものである。
2. Description of the Related Art A touchdown bearing is a rolling bearing installed together with a magnetic bearing. When the magnetic bearing becomes uncontrollable due to some trouble, the surfaces of the inner and outer rings facing the rotating member come into contact with the rotating member. It functions as a bearing (by touchdown) to protect the magnetic bearing and the rotating member.

【0003】従来より、タッチダウン軸受の耐久性を上
げることが求められており、そのために、真空中で使用
されるタッチダウン軸受の場合には、転動体および内外
輪の表面に二硫化モリブデン等の固体潤滑剤からなるコ
ーティング皮膜や、金、銀、鉛等の軟質金属からなるメ
ッキ皮膜等を形成することが行われている。一方、半導
体集積回路の超高集積度化に伴って短波長のレーザ光に
よる露光が行われており、希ガスハライドエキシマレー
ザの中で最も波長の短い(193nm)フッ化アルゴン
エキシマレーザの研究開発も行われている。希ガスハラ
イドエキシマレーザは、数気圧に密閉された空間内に原
料気体(希ガスとハロゲンガスを含む気体)を入れ、こ
の気体に高電圧パルスを印加して希ガス原子とハロゲン
原子とからなるエキシマを作り、レーザを発振させるガ
スレーザであり、密閉空間内に導入した原料気体を循環
させる機構を備えている。
[0003] Conventionally, it has been required to increase the durability of the touch-down bearing. Therefore, in the case of a touch-down bearing used in a vacuum, molybdenum disulfide or the like is formed on the surfaces of the rolling elements and the inner and outer rings. Of solid lubricants, and plating films of soft metals such as gold, silver, lead, and the like. On the other hand, the semiconductor integrated exposure by a laser beam having a short wavelength with the ultra-high integration has been performed in the circuit, the shortest wavelength (193 nm) Development of argon fluoride excimer laser in a noble gas halide excimer laser Has also been done. In a rare gas halide excimer laser, a raw material gas (a gas containing a rare gas and a halogen gas) is put in a space sealed to several atmospheric pressures, and a high-voltage pulse is applied to the gas to be composed of rare gas atoms and halogen atoms. This is a gas laser that produces excimer and oscillates a laser, and has a mechanism for circulating the source gas introduced into the closed space.

【0004】この気体循環機構として、密閉空間内に例
えばクロスフローファンが配置されている。このクロス
フローファンは密閉空間に配置され、その回転軸の両端
は密閉空間の外側で磁気軸受によって支持されており、
この回転軸と密閉空間をなすハウジングと間にタッチダ
ウン軸受が設けられている。
As this gas circulation mechanism, for example, a cross flow fan is disposed in a closed space. This cross flow fan is arranged in an enclosed space, and both ends of its rotating shaft are supported by magnetic bearings outside the enclosed space,
A touchdown bearing is provided between the rotating shaft and a housing forming a closed space.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】フッ化アルゴンエキシ
マレーザでクロスフローファンの回転軸を支持している
タッチダウン軸受においては、転動体および内外輪の表
面に前述のコーティング皮膜やメッキ皮膜が形成されて
いると、タッチダウン時にこれらの皮膜が部分的に剥離
して密閉空間に飛散し、原料気体を汚染するという問題
点がある。また、密閉空間内のフッ素ガスによってタッ
チダウン軸受が腐食されて、軸受寿命が短くなるという
問題点もある。
In a touchdown bearing in which the rotating shaft of a cross flow fan is supported by an argon fluoride excimer laser, the above-mentioned coating film or plating film is formed on the surfaces of the rolling elements and the inner and outer rings. In such a case, there is a problem that these films are partially peeled off at the time of touchdown and scattered in a closed space, thereby contaminating the raw material gas. Further, there is also a problem that the touchdown bearing is corroded by fluorine gas in the sealed space and the life of the bearing is shortened.

【0006】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、フッ素ガス等の腐食性雰
囲気で使用されるタッチダウン軸受において、内外輪等
の表面に形成された皮膜を剥離し難くすることと、軸受
寿命を向上することを課題とする。
The present invention has been made in view of such problems of the prior art. In a touchdown bearing used in a corrosive atmosphere such as fluorine gas, the touchdown bearing is formed on the surface of an inner or outer ring or the like. An object of the present invention is to make it difficult for the coating to peel off and to improve the bearing life.

【0007】[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、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お
いて、転動体はセラミックス製であり、内外輪の軌道面
および回転部材(回転軸またはハウジング)との対向面
に、窒化クロム(CrN2 またはCrN)皮膜または窒
化ジルコニウム(ZrN)皮膜が形成されていることを
特徴とするタッチダウン軸受を提供するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a touch-down bearing which is installed together with a magnetic bearing and functions as a bearing when the magnetic bearing cannot be controlled. A touch-down bearing characterized in that a chromium nitride (CrN 2 or CrN) film or a zirconium nitride (ZrN) film is formed on a raceway surface of an inner / outer ring and a surface facing a rotating member (a rotating shaft or a housing). To provide.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図1は、本発明の一実施形態に相当するタッ
チダウン軸受が設置された、フッ化アルゴンエキシマレ
ーザ発振装置を示す概略図である。この装置は、密閉室
10と、レーザ発振部11と、クロスフローファン12
と、クロスフローファン12の回転軸12aと、タッチ
ダウン軸受13と、ラジアル磁気軸受14と、センサコ
イル15と、回転軸12aを駆動する駆動モータ16
と、スラスト磁気軸受17と、密閉シールド薄壁20と
で構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic diagram showing an argon fluoride excimer laser oscillation device provided with a touchdown bearing according to an embodiment of the present invention. This device comprises a closed chamber 10, a laser oscillation section 11, a cross flow fan 12
, A rotary shaft 12a of the cross flow fan 12, a touchdown bearing 13, a radial magnetic bearing 14, a sensor coil 15, and a drive motor 16 for driving the rotary shaft 12a.
, A thrust magnetic bearing 17 and a sealed shield thin wall 20.

【0009】密閉室10内の上部にレーザ発振部11が
設置されている。密閉室10内のレーザ発振部11より
下部に、クロスフローファン12が設置されている。こ
のクロスフローファン12により、密閉室10内の気体
(アルゴンガスとフッ素ガスを含む気体)が循環してレ
ーザ発振部11に送り込まれるようになっている。クロ
スフローファン12の回転軸12aの両端は、密閉室1
0の外側で、ラジアル磁気軸受14およびスラスト磁気
軸受17によって、非接触状態で支持されている。クロ
スフローファン12の回転軸12aと密閉室10のハウ
ジングとの間に、タッチダウン軸受3が設置されてい
る。
A laser oscillation section 11 is provided in an upper portion of the closed chamber 10. A cross flow fan 12 is provided below the laser oscillation unit 11 in the closed chamber 10. The gas (gas containing argon gas and fluorine gas) in the closed chamber 10 is circulated and sent to the laser oscillation unit 11 by the cross flow fan 12. Both ends of the rotation shaft 12a of the cross flow fan 12 are
On the outer side of the shaft 0, it is supported by the radial magnetic bearing 14 and the thrust magnetic bearing 17 in a non-contact state. The touchdown bearing 3 is provided between the rotation shaft 12 a of the cross flow fan 12 and the housing of the closed chamber 10.

【0010】ラジアル磁気軸受14は、コイル14aを
有するステータ部14bと、回転軸12側のロータ部1
4cとからなる。センサコイル15のインダクタンス
は、ラジアル磁気軸受14と回転軸12aとの径方向の
隙間の変化に基づいて変化するため、センサコイル15
のインダクタンスをコントローラにより検出し、この検
出値に応じてステータ部14bのコイル14aに流す電
流量を増減するフィードバック制御を行うことにより、
前記径方向の隙間を一定に保持している。
The radial magnetic bearing 14 includes a stator portion 14b having a coil 14a and a rotor portion 1 on the rotating shaft 12 side.
4c. Since the inductance of the sensor coil 15 changes based on the change in the radial gap between the radial magnetic bearing 14 and the rotating shaft 12a, the sensor coil 15
Is detected by the controller, and feedback control is performed to increase or decrease the amount of current flowing through the coil 14a of the stator portion 14b in accordance with the detected value.
The radial gap is kept constant.

【0011】駆動モータ16は、コイル16aを有する
ステータ部16bと、回転軸12a側のロータ部16c
とからなる。回転軸12の密閉室10から突出した部分
は、密閉シールド薄壁20で取り囲まれ、ラジアル磁気
軸受14、駆動モータ16、スラスト磁気軸受17は、
この密閉シールド薄壁20の外側に配置されている。こ
れにより、密閉室10内の気体が外部に漏れないように
なっている。
The drive motor 16 includes a stator 16b having a coil 16a and a rotor 16c on the rotating shaft 12a side.
Consists of A portion of the rotating shaft 12 protruding from the sealed chamber 10 is surrounded by a sealed shield thin wall 20, and the radial magnetic bearing 14, the drive motor 16, and the thrust magnetic bearing 17 are
It is arranged outside this closed shield thin wall 20. This prevents the gas in the sealed chamber 10 from leaking to the outside.

【0012】タッチダウン軸受13は呼び番号6814
の深溝玉軸受からなり、玉がセラミックス製であり、S
US440C製の内輪及び外輪の表面全体に、イオンプ
レーティング法により厚さが2〜3μmの窒化クロム
(CrN2 またはCrN)皮膜または窒化ジルコニウム
(ZrN)皮膜が形成されている。タッチダウン軸受1
3の内輪と回転軸12aとの間には、ラジアル磁気軸受
14と回転軸12aとの間の隙間よりも小さい隙間が設
けてある。タッチダウン軸受13の内輪と回転軸12a
との間には、半径方向に、ラジアル磁気軸受14と回転
軸12aとの間の隙間よりも小さい隙間が、軸方向に、
スラスト磁気軸受17と回転軸12aとの間の隙間より
も小さい隙間がそれぞれ設けてある。
The touch-down bearing 13 has a reference number 6814.
Of consists of a deep groove ball bearings, ball is made of ceramics, S
A chromium nitride (CrN 2 or CrN) film or a zirconium nitride (ZrN) film having a thickness of 2 to 3 μm is formed on the entire surface of an inner ring and an outer ring made of US440C by an ion plating method. Touchdown bearing 1
A gap smaller than the gap between the radial magnetic bearing 14 and the rotating shaft 12a is provided between the inner ring 3 and the rotating shaft 12a. Inner ring of touchdown bearing 13 and rotating shaft 12a
A gap smaller than the gap between the radial magnetic bearing 14 and the rotating shaft 12a in the radial direction
Small gap than the gap between the thrust magnetic bearing 17 and the rotary shaft 12a is provided, respectively.

【0013】したがって、回転軸12aは、通常時に
は、ラジアル磁気軸受14とスラスト磁気軸受17とに
より回転支持され、これらの軸受が制御不能となっ時に
タッチダウン軸受13の内輪がタッチダウンして、軸受
として機能するようになる。例えば、ラジアル磁気軸受
14の制御不能時には、セラミックス製の玉と軌道面の
皮膜との接触、および内輪の内周面の皮膜と回転軸との
接触が生じるが、これらの皮膜には剥離が生じない。ま
た、この皮膜はフッ素ガスによって腐食され難いため、
従来品と比較して、タッチダウン軸受13の軸受寿命が
長くなる。
[0013] Thus, the rotary shaft 12a is in the normal, it is rotatably supported by the radial magnetic bearing 14 and the thrust magnetic bearing 17, the inner ring of the touchdown bearing 13 when these bearings becomes uncontrollable touchdown bearing Will function as For example, when the radial magnetic bearing 14 cannot be controlled, contact between the ceramic ball and the coating on the raceway surface and contact between the coating on the inner peripheral surface of the inner ring and the rotating shaft occur. Absent. Moreover, since it is difficult this film is corroded by fluorine gas,
The bearing life of the touch-down bearing 13 is longer than that of the conventional product.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。呼
び番号6814の深溝玉軸受を以下の方法で作製した。
玉はジルコニア製とした。内輪及び外輪は次の手順で得
た。先ず、SUS440Cの素材を所定形状に形成した
後に、焼入れ焼き戻しを行った。次に、イオンプレーテ
ィング法により、窒化クロム(CrN2 またはCrN)
皮膜を表面全体に形成した。次に、真空炉による焼入れ
焼き戻しを行って、皮膜形成による硬度低下を回復さ
せ、HRC58〜62とした。
Embodiments of the present invention will be described below. The deep groove ball bearing model numbers 6814 was prepared by the following method.
The ball was made of zirconia. The inner ring and outer ring were obtained by the following procedure. First, after forming a SUS440C material into a predetermined shape, quenching and tempering were performed. Next, chromium nitride (CrN 2 or CrN) is formed by ion plating.
A film was formed on the entire surface. Next, quenching and tempering in a vacuum furnace were performed to recover the hardness reduction due to the formation of the film, thereby obtaining HRCs 58 to 62.

【0015】なお、イオンプレーティング法による皮膜
の形成は、図2に示す装置を用いて以下のようにして行
った。先ず、この装置の上蓋1を開けて、チャンバ2内
に、皮膜を形成するワーク(内輪および外輪)Wを設置
する。上蓋1を閉めた後、チャンバ2内を排気して、高
真空(10-10 〜10-13 Torr)にする。次に、蒸着材
料3としてクロム(Cr)をるつぼ4内に入れて、電子
ビーム銃5により、蒸着材料(クロム)3を加熱溶融し
て蒸発させる。これと同時に、チャンバ2内に、反応ガ
スである窒素をキャリアガスであるアルゴンガスととも
に導入して、チャンバ2内の圧力を10 -3〜10-4Torr
に調整する。また、ワークWの温度を400℃に保持す
る。
[0015] Incidentally, coating by ion plating
Is formed using the apparatus shown in FIG. 2 as follows.
Was. First, open the upper lid 1 of this device, and
Work (inner and outer rings) W to form a film
I do. After closing the upper lid 1, the inside of the chamber 2 is evacuated to
Vacuum (10-Ten-10-13Torr). Next, the evaporation material
Put chromium (Cr) into crucible 4
The deposition material (chromium) 3 is heated and melted by the beam gun 5.
To evaporate. At the same time, the reaction gas is
Nitrogen as a carrier gas with argon gas as a carrier gas
To increase the pressure in the chamber 2 to 10 -3-10-FourTorr
Adjust to Further, the temperature of the work W is maintained at 400 ° C.
You.

【0016】次に、プラズマ電子銃6により、クロムの
気化物をグロー放電させてクロムをプラズマ化する。こ
れと同時に、ワークWに負の高電圧(数100〜数10
00V)をバイアスする。これにより、プラズマ中のク
ロムイオン(Cr2+)が負に帯電しているワークWに向
かうが、このクロムイオンとチャンバ2内の窒素ガスと
の反応が生じて、ワークWの表面に窒化クロム皮膜(C
rN2 またはCrN)が形成される。
Next, chromium vapor is glow-discharged by the plasma electron gun 6 to convert chromium into plasma. At the same time, the number negative high voltage (several hundreds to the work W 10
00V). As a result, chromium ions (Cr 2+ ) in the plasma move toward the negatively charged work W. The reaction between the chromium ions and the nitrogen gas in the chamber 2 occurs, and the surface of the work W has chromium nitride. Film (C
(rN 2 or CrN) is formed.

【0017】また、比較例として、同じ深溝玉軸受であ
って、内輪及び外輪に厚さ2.5μmの窒化チタン皮膜
を有し、それ以外の点は全て上記と同じに形成したもの
を用意した。この窒化チタン皮膜は、図2の装置で、蒸
着材料3としてクロムの代わりにチタンを用いて成膜し
た。このようにして得られた深溝玉軸受を、タッチダウ
ン軸受13として図1のフッ化アルゴンエキシマレーザ
発振装置に取り付けて、密閉室10内にアルゴンガスと
フッ素ガスを含む気体を供給しながら、タッチダウン軸
受13の寿命試験を行った。この寿命試験として、ラジ
アル荷重を、2個設置するタッチダウン軸受13の1個
あたりで78Nとし、回転速度5000rpmで30分
間、ラジアル磁気軸受14とスラスト磁気軸受17を作
動させた状態で、回転軸12aを回転させた後、ラジア
ル磁気軸受14とスラスト磁気軸受17への電源の供給
を5分間停止することを繰り返して、タッチダウン軸受
13に生じた振動を測定することを行った。タッチダウ
ン軸受13は無潤滑とした。
In addition, as a comparative example, the same deep groove ball bearing having the same inner groove and outer ring with a titanium nitride film having a thickness of 2.5 μm and other points formed in the same manner as above was prepared. . This titanium nitride film was formed using the apparatus of FIG. 2 using titanium instead of chromium as the deposition material 3. The deep groove ball bearing thus obtained is attached to the argon fluoride excimer laser oscillation device of FIG. 1 as a touch-down bearing 13, and the touch is performed while supplying a gas containing argon gas and fluorine gas into the closed chamber 10. A life test of the down bearing 13 was performed. As the life test, the radial load was set to 78 N per one of the two touch-down bearings 13 installed, and the radial magnetic bearing 14 and the thrust magnetic bearing 17 were operated at a rotational speed of 5000 rpm for 30 minutes. After rotating 12a, the supply of power to the radial magnetic bearing 14 and the thrust magnetic bearing 17 was stopped for 5 minutes, and the vibration generated in the touch-down bearing 13 was measured. The touch-down bearing 13 was not lubricated.

【0018】振動測定のために、圧電型振動センサS
を、タッチダウン軸受13の外輪の外周面に接触するよ
うに設置した。このセンサSからの振動検出値が急激に
上昇した点で駆動モータ6を停止して回転軸12aの回
転を停止させ、この時迄のタッチダウンできる回数を寿
命とした。この時点でタッチダウン軸受13には、タッ
チダウン面である内輪の内周面の皮膜に損傷が生じてい
た(この損傷により回転軸の外周面との接触が不安定と
なって振動値が急激に上昇した)が、軌道面の皮膜の損
傷は少なかった。
For vibration measurement, a piezoelectric vibration sensor S
Was installed so as to contact the outer peripheral surface of the outer ring of the touchdown bearing 13. The drive motor 6 is stopped at the point where the vibration detection value from the sensor S sharply rises to stop the rotation of the rotating shaft 12a. At this time, the touch-down bearing 13 had damage on the coating on the inner peripheral surface of the inner ring, which is the touch-down surface (the damage caused unstable contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft, and the vibration value suddenly increased. ), But there was little damage to the coating on the raceway surface.

【0019】この寿命試験は、内輪及び外輪に形成され
ている皮膜の厚さを変化させた多数のサンプルを用意し
て行った。皮膜の厚さは、内輪及び外輪と共に試験片に
対して同時に皮膜形成を行い、試験片を取り出して断面
を調べることによって測定した。また、一つのサンプル
内では、同じ厚さの皮膜を有する内輪と外輪を組み合わ
せた。
This life test was conducted by preparing a large number of samples in which the thickness of the film formed on the inner ring and the outer ring was changed. The thickness of the coating performs film formation simultaneously to the inner ring and the test piece with the outer ring was measured by examining a cross section taken out of the test piece. In one sample, the inner ring and the outer ring having the same thickness of the film were combined.

【0020】この寿命試験の結果を図3にグラフで示
す。寿命比は、厚さ2.5μmの窒化チタン皮膜を有す
る場合の寿命を「1」とした値である。コスト比は、皮
膜形成にかかるコストの比であって、厚さ0.5μmの
窒化クロム皮膜を形成する場合の皮膜形成コストを
「1」とした値である。図3のグラフの横軸は、窒化ク
ロム皮膜の厚さを示す。
FIG. 3 is a graph showing the results of the life test. The life ratio is a value where the life when the titanium nitride film having a thickness of 2.5 μm is “1”. The cost ratio is a ratio of the cost required for forming the film, and is a value in which the film forming cost in the case of forming a 0.5 μm-thick chromium nitride film is “1”. The horizontal axis of the graph in FIG. 3 indicates the thickness of the chromium nitride film.

【0021】このグラフから分かるように、内輪および
外輪に厚さ0.5μm以上の窒化クロム皮膜を設けるこ
とにより、内輪および外輪に厚さ2.5μmの窒化チタ
ン皮膜を設けた場合よりも寿命が長くなる。これは、同
じイオンプレーティング法により成膜された皮膜であっ
ても、窒化チタン皮膜は窒化クロム皮膜よりも、表面粗
さが大きく無潤滑下での摩耗係数が大きくなるためと考
えられる。また、5μmまでは窒化クロム皮膜の厚さに
比例して寿命が長くなるが、5μmを超えると寿命向上
効果は飽和する。一方、コストは、窒化クロム皮膜の厚
さに比例して高くなり、飽和しない。
As can be seen from this graph, by providing the inner ring and the outer ring with the chromium nitride film having a thickness of 0.5 μm or more, the life is longer than when the inner ring and the outer ring are provided with the titanium nitride film having a thickness of 2.5 μm. become longer. This is presumably because the titanium nitride film has a larger surface roughness than the chromium nitride film and has a higher wear coefficient under non-lubricated conditions, even if the film is formed by the same ion plating method. Up to 5 μm, the life becomes longer in proportion to the thickness of the chromium nitride film, but if it exceeds 5 μm, the life improvement effect is saturated. On the other hand, the cost increases in proportion to the thickness of the chromium nitride film and does not saturate.

【0022】ここで、タッチダウン軸受の回転軸との径
方向の隙間は、前述のようにラジアル磁気軸受よりも小
さくする必要があるが、一般の転がり軸受より比較的大
きなラジアル隙間を付与できることから、タッチダウン
軸受の内輪及び外輪に設ける皮膜の厚さは10μmまで
許容できる。したがって、窒化クロム皮膜は、0.5μ
m以上10μm以下の範囲の厚さで設けることができる
が、1.0μm以上5μm以下であることが好ましい。
1.0μm未満では寿命向上効果が安定的に得られず、
5μmを超えると寿命向上効果が飽和するにも関わらず
コストが高くなる。
Here, the radial gap between the touchdown bearing and the rotating shaft needs to be smaller than that of the radial magnetic bearing as described above. However, a radial gap that is relatively larger than that of a general rolling bearing can be provided. the thickness of the coating provided on the inner and outer races of the touchdown bearing is acceptable to 10 [mu] m. Therefore, the chromium nitride film is 0.5μ
It can be provided with a thickness in the range of m to 10 μm, but is preferably in the range of 1.0 to 5 μm.
If the thickness is less than 1.0 μm, the life-improving effect cannot be stably obtained,
If it exceeds 5 μm, the cost will increase despite the effect of improving the life being saturated.

【0023】なお、窒化クロム皮膜に代えて窒化ジルコ
ニウム皮膜を設けた場合でも、同様の寿命向上効果が得
られる。窒化ジルコニウム皮膜を設ける場合には、図2
の装置で、蒸着材料3としてクロムの代わりにジルコニ
ウムを用いて成膜すればよい。以上のことから分かるよ
うに、フッ化アルゴンエキシマレーザ発振装置の密閉室
(原料気体(フッ素ガスを含む気体)が導入される空
間)に配置されるタッチダウン軸受の転動体(玉)をジ
ルコニア製とし、内輪および外輪に窒化チタン皮膜また
は窒化ジルコニウム皮膜を設けることにより、タッチダ
ウン軸受の軸受寿命が向上する。また、タッチダウン時
に皮膜が剥離して密閉空間に飛散し、原料気体が汚染さ
れることが防止される。
It should be noted that a similar effect of improving the life can be obtained even when a zirconium nitride film is provided instead of the chromium nitride film. In the case of providing a zirconium nitride film, FIG.
In this case, zirconium may be used instead of chromium as the deposition material 3 to form a film. As can be seen from the above description, the rolling elements (balls) of the touch-down bearing arranged in the closed chamber (space in which the raw material gas (gas containing fluorine gas) is introduced) of the argon fluoride excimer laser oscillation device are made of zirconia. By providing a titanium nitride film or a zirconium nitride film on the inner ring and the outer ring, the life of the touch-down bearing is improved. Further, it is possible to prevent the film from peeling off at the time of touchdown and scattering into the closed space, thereby preventing the raw material gas from being contaminated.

【0024】なお、この実施形態では、内輪及び外輪の
素材としてSUS440Cを使用しているが、高炭素ク
ロム軸受鋼(SUJ2等)を使用してもよい。この場
合、硬度を回復させるための焼入れ焼き戻しは真空炉で
行う。また、この実施形態では、成膜の際にワークWの
温度を400℃に保持しているため、付着力の強い皮膜
が得られるが、硬度を回復させるために焼入れ焼き戻し
を行っている。この温度を160℃とすれば、得られる
皮膜の付着力は400℃の場合よりも低下するが、硬度
を回復させるための焼入れ焼き戻しが不要となるため、
コストの点では好ましい。この場合にも皮膜の厚さの範
囲は、1.0μm以上5μm以下であることが好まし
い。
In this embodiment, SUS440C is used as the material for the inner and outer rings, but high carbon chromium bearing steel (such as SUJ2) may be used. In this case, quenching and tempering for recovering the hardness are performed in a vacuum furnace. Further, in this embodiment, since holding the temperature of the workpiece W to 400 ° C. during the film formation, a strong film having adhesion can be obtained, it is carried out back hardened baked to restore hardness. If this temperature is set to 160 ° C., the adhesion of the obtained film is lower than that at 400 ° C., but quenching and tempering for recovering the hardness become unnecessary.
It is preferable in terms of cost. Thickness range of the film also in this case is preferably 1.0μm or more 5μm or less.

【0025】また、この実施形態では、フッ化アルゴン
エキシマレーザ発振装置のクロスフローファンの回転軸
用のタッチダウン軸受(すなわち、フッ素ガスを含む雰
囲気中で使用されるタッチダウン軸受)について説明し
たが、本発明は、真空下で潤滑剤が使用できない使用環
境で使用されるタッチダウン軸受(例えば、ターボ分子
ポンプの回転軸用等)についても適用できる。
In this embodiment, the touchdown bearing for the rotating shaft of the crossflow fan of the argon fluoride excimer laser oscillation device (that is, the touchdown bearing used in an atmosphere containing fluorine gas) has been described. The present invention can also be applied to a touchdown bearing (for example, for a rotary shaft of a turbo-molecular pump) used in a usage environment where a lubricant cannot be used under vacuum.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フッ素ガス等の腐食性雰囲気で使用されるタッチダウン
軸受において、内外輪等の表面に形成された皮膜が剥離
し難くなり、軸受寿命が向上する。
As described above, according to the present invention,
In a touchdown bearing used in a corrosive atmosphere such as fluorine gas, a film formed on the surface of the inner and outer rings and the like is less likely to peel off, and the life of the bearing is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に相当するタッチダウン軸
受が設置された、フッ化アルゴンエキシマレーザ発振装
置を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an argon fluoride excimer laser oscillation device provided with a touchdown bearing according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例で使用したイオンプレーティング法によ
る皮膜の形成装置を示す図である。
FIG. 2 is a view showing an apparatus for forming a film by an ion plating method used in Examples.

【図3】寿命試験の結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a result of a life test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 上蓋 2 チャンバ 3 蒸着材料(クロム) 4 るつぼ 5 電子ビーム銃 6 プラズマ電子銃 10 密閉室 11 レーザ発振部 12 クロスフローファン 12a クロスフローファンの回転軸(回転部材) 13 タッチダウン軸受 14 ラジアル磁気軸受 15 センサコイル 16 駆動モータ 17 スラスト磁気軸受 20 密閉シールド薄壁 S 振動センサ W ワーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top cover 2 Chamber 3 Evaporation material (chrome) 4 Crucible 5 Electron beam gun 6 Plasma electron gun 10 Enclosed chamber 11 Laser oscillation part 12 Cross flow fan 12a Cross-flow fan rotating shaft (rotating member) 13 Touch-down bearing 14 Radial magnetic bearing 15 Sensor coil 16 Drive motor 17 Thrust magnetic bearing 20 Sealed shield thin wall S Vibration sensor W Work

フロントページの続き (72)発明者 坂口 和利 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目5番50号 日本精工株式会社内 Fターム(参考) 3J101 AA02 AA54 AA62 BA10 DA05 EA41 EA42 EA78 FA08 FA31 GA60 3J102 AA01 AA09 BA03 BA19 CA08 CA14 FA06 FA12 GA18 5F071 AA06 EE04 FF09 JJ03 Continuation of the front page (72) Inventor Kazutoshi Sakaguchi 1-5-50 Kugenuma Shinmei, Fujisawa-shi, Kanagawa F-term in NSK Ltd. (reference) 3J101 AA02 AA54 AA62 BA10 DA05 EA41 EA42 EA78 FA08 FA31 GA60 3J102 AA01 AA09 BA03 BA19 CA08 CA14 FA06 FA12 GA18 5F071 AA06 EE04 FF09 JJ03

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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お
いて、 転動体はセラミックス製であり、内外輪の軌道面および
回転部材との対向面に、窒化クロム(CrN2 またはC
rN)皮膜または窒化ジルコニウム(ZrN)皮膜が形
成されていることを特徴とするタッチダウン軸受。
1. A touch-down bearing which is installed together with a magnetic bearing and functions as a bearing when control of the magnetic bearing is impossible. The rolling element is made of ceramic, and a chromium nitride is provided on a raceway surface of the inner and outer rings and a surface facing the rotating member. (CrN 2 or C
(Nr) coating or zirconium nitride (ZrN) coating.
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