JP2006038222A - 転がり軸受用環状支持部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】転がり軸受11用、特に回転真空ポンプの回転子のような超高速回転速度の回転子に適応される転がり軸受用の支持リング1。このリングは、複数の傾斜した放射状プレート9により相互に接続された一対の同軸状円筒状シェル3,5を含み、前記シェル3,5の少なくとも一方は円周方向に分割されて複数のシュー7を形成し、各シューは、長さの異なるシュー部分であるシュー円弧A1,A2を形成するように少なくとも1つの放射状プレート9に接続され、ここで、前記プレート9は、弾性がありかつシュー7の半径方向移動を許容して回転部分の振動を抑制するように構成されている。
【選択図】図3a
Description
周知のように、回転真空ポンプは、磁気軸受または機械転がり軸受により支持された回転軸を備えており、この種のポンプにおいて軸は通常20,000rpm〜90,000rpmの範囲の極めて高速で回転している。
図1は、回転子101が回転子ディスク103を備えたターボ分子ポンプの一例を示し、これらの回転子ディスク103は、ポンプハウジング(図示せず)と一体の静止固定子ディスクと協働して、ポンプの入口と排出口との間でガスポンピング作用を行うものである。
図1の拡大部分に明瞭に示すように、1つまたは複数のリングで形成された弾性環状支持部材113が、各転がり軸受107a,107bと、ポンプ基部117内に形成された対応する座部115との間に設けられている。
現実問題として、真空ポンプを極めて精巧複雑な測定装置と連動させて使用するような特に厳格な適用例(例えば、質量分光)においては、ポンプ回転子の振動が他の構造体、特に測定装置へ伝達されるのを防止することが不可欠である。
また、環状支持部材113を設けることにより、第1臨界速度(実質的に変形しない「堅い回転子」を備えた形式的な形態と連動した第1回転速度としての速度であり、かつ、軸受に伝達される力が最大となる速度)を大幅に低減することに寄与することになり、これにより、この第1臨界速度は公称ポンプ回転速度をかなり下回るので、臨界速度を超えた場合、回転子の自己バランス効果が得られるという結果になる。
従来技術の場合、前記環状支持部材は弾力性があり、例えばニトリルゴムのようなゴム状弾性材で作られるのが好ましい。しかしながら、ゴム状弾性材の使用にも種々の欠点がある。
更に、ゴム状弾性材の特性は、付与される荷重および(しばしば60℃を超える)動作温度に起因して、時間経過により劣化し、その結果、支持部材の弾力性が失われるとともに永久的な変形が生ずることになる。このような弾力性の喪失は、他の欠点の中でも、回転子のバランスに対して特に深刻な結果をもたらし、回転子は、もはや半径方向に正しく保持されないので、ポンプ本体に対してより大きな振動を伝達することになる。
更に、真空ポンプに装着された転がり軸受は、通常、軸方向の予備荷重を受けるということを考慮しなければならない。例えば、図1に示す場合、予備荷重はスプリング119により付与される。転がり軸受の外側リングと弾性環状支持部材との間に存在する相当な軸方向摩擦により、この予備荷重が正しく付与されることが著しく妨げられる場合があり、これは、特にポンプ基部内に設けられた予備荷重スプリング119から、より離れた軸受107aについて顕著である。
このような解決策は、直径方向の軸受面と支持リングとの間の軸方向摩擦を低減するが、ゴム状弾性材の機械的特性の摩耗に起因する劣化と均質性の欠如とに関連する先に述べた欠点を排除することはできない。
したがって、ゴム状弾性リングを、例えば波状薄帯(リボン)から得られた金属リングに置き換えることが従来から提案されている。
この種の金属支持リングの例は下記特許文献1、下記特許文献2および下記特許文献3に開示されている。
この構造は、軸受のリングと支持部材との間の接線方向摩擦を相当に低減するという欠点をも有している。すなわち、この接線方向摩擦は十分に大きなものであって、支持部材が適応される軸受の外側リングが前記支持部材に対して回動するのを防止するものでなければならないからである。
内側円筒状シェルと外側円筒状シェルとを結合すると共に弾性部材として機能するプレートを設けていることにより、振動を効果的に抑制することができる。
支持部材の弾性プレート間に、たとえばシリコーンゴム製の1つまたは複数のパッドを介在させることにより、減衰支持作用を増大させることができるという利点を有している。
この実施形態において、内側シェル5は複数のスリット17により分割され、これらのスリット17は、複数のシュー7を区画するように、有利には等間隔で、対応する母線に沿って形成されており、各シュー7は対応するプレート9により外側シェル3に接続されている。
更に、プレート9は、シェル3、5の母線に平行な面上でシェル3、5に関して斜めに傾いて設けられており、そして、湾曲形状、実質的にS字形状に形成されていることが有利である。
図3aを参照して、環状支持部材1は、その内部に転がり軸受11を装着した状態で示されている。
軸受11の外リング13も通常、硬度の高い金属(58HRC〜60HRC)で形成されているので、前記リング13とシュー7との間の軸方向の摩擦係数は極めて低減される。
プレート9が独特に斜めに傾いた構成であり、そのS字形状であるが故に、軸受11のリング13が矢印Fで示す方向において軸21の動きにより回転駆動されると、シュー7はリング13に対してブロックすることになり、これにより、軸受11の外リング13の回転を妨げることになる。
更に、軸受11は半径方向に干渉された状態で支持リング1に挿入されており、これにより、疲労サイクルがパルスサイクルとなる。このパルスサイクルは、軸受とリングとの間に幾何学的干渉がない場合に得られるであろう「ゼロパルス」に関して、より弊害が少ないという利点を有している。
これらのパラメータが一旦設定されると、環状支持部材1の機械的特性は高い精度で決定され、また、これらの機械的特性は均質でありかつ時間経過においても一定であり、また、これらの機械的特性は工場での大量生産において大量のリングについて全く同一に再現させることができる。
環状支持部材1の弾性に関する限り、プレート9は、軸21により伝達されるばねとして作用する。
この場合、この種の材料は軸受11の外リング13と接触しないので、外リング13と環状支持部材1との間の軸方向摩擦が変更されることはないということは理解されよう。
更に、本発明において、プレート9と対応シュー7との間に接続領域を設けて、これにより、軸21の回転方向と同一方向において前記領域から延びるシュー円弧A1が、軸21の回転方向と反対方向に延びるシュー円弧A2より長さが長くなるようすると有利である。
つまり、軸受11は環状支持部材1内部で干渉されて装着されており、そして、これにより、軸受11により付与される半径方向圧力によりシュー7をわずかに回転させることができるので、これが達成される。もし、プレート9をシュー7の中心に接続させると、この回転動作により、プレートとシューとの間の接続点で軸受11の外リング13とシュー7との間の密着性が失われるという結果になりかねない。反対に、シュー端部に関して中心とならない母線に沿った片寄った接続点において、プレート9をシュー7に接続することにより、軸受11の外リング13とシュー7との間の接触を、特に、プレート9により与えられる弾性力が付与される前記母線付近において、増大させることが可能になる。
本発明において、上述の環状支持部材は、図3aに示すように、軸受と、軸受座部との間でのみ使用されるものではなく、軸受と、適切な静止軸(例えばターボ分子ポンプの場合)との間でも使用されるものであり、この場合、外側軸受リングは回転リングとなる。
更に、図3aを参照に先に開示された場合になされた配慮を、この場合にも実質的に適応することができる。
しかしながら、このように形成された環状支持部材は、同時に、接線方向において高い摩擦を有することができるので、支持部材と協働する軸または軸受と、前記環状支持部材との間の相対回転動作を防止することができるという利点もある。
Claims (18)
- 複数の半径方向プレート(9)により相互に接続された一対の同軸状円筒状シェル(3,5)を含み、
前記円筒状シェル(3,5)の少なくとも一方は円周方向に分割されて複数のシュー(7)を形成しており、
各シューは前記放射状プレート(9)の1つに接続されて、長さの異なるシューの部分であるシュー円弧(A1,A2)を形成していることを特徴とする転がり軸受(11)用支持部材(1)。 - 前記一対の同軸状円筒状シェル(3,5)のうち、内側円筒状シェル(5)は円周方向に分割されて前記複数のシュー(7)を形成し、外側円筒状シェル(3)は連続体であることを特徴とする請求項1に記載の支持部材。
- 前記一対の同軸状円筒状シェル(3,5)のうち、外側円筒状シェル(3)は円周方向に分割されて前記複数のシュー(7)を形成し、内側円筒状シェル(5)は連続体であることを特徴とする請求項1に記載の支持部材。
- 前記半径方向プレート(9)は、弾性を有しており、かつ前記シュー(7)の半径方向の移動を許容することを特徴とする請求項1に記載の支持部材。
- 前記複数のシューは、等間隔に離間した割れ目により分離されていることを特徴とする請求項1に記載の支持部材。
- 前記複数のシューは割れ目により分離され、これらの割れ目は前記同軸状円筒状シェル(3,5)の母線と平行な軸方向スリット(17)により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の支持部材。
- 前記半径方向プレート(9)は傾斜しており、また、前記半径方向プレート(9)は、前記環状支持部材(1)の中心軸芯(C)を通る複数の面(P1,P2)内に位置する母線に沿って、前記一対の同軸状円筒状シェル(3,5)のうち、外側円筒状シェル(3)と内側円筒状シェル(5)とに接続されていることを特徴とする請求項6に記載の支持部材。
- 前記転がり軸受(11)の回転部分の回転方向に沿う対応するシューの部分であるシュー円弧(A1,A2)を形成するように選択された母線に沿って、各径方向プレート(9)が前記対応するシュー(7)に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の支持部材。
- 前記径方向プレート(9)との接続部分から、前記転がり軸受(11)の回転部分の回転方向と同一方向に延びる前記シュー円弧(A1)は、転がり軸受(11)の前記回転部分の回転方向と反対方向に延びる前記シュー円弧(A2)よりも、長さが長いことを特徴とする請求項8に記載の支持部材。
- 母線が面内に位置する第1面(P1)であって、この第1面内の母線に沿って、前記半径方向プレート(9)が前記外側円筒状シェル(3)に接続されている第1面(P1)と、母線が面内に位置する第2面(P2)であって、この第2面内の母線に沿って、前記半径方向プレート(9)が前記内側円筒状シェル(5)に接続されている第2面(P2)とが、前記第1面(P1)との交差線から前記シュー(7)の一端部へ延びるシュー円弧(A3)の長さが、前記第2面(P2)との交差線から前記シュー(7)の他端部へ延びるシュー円弧(A2)の長さと実質的に同一となるように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の支持部材。
- 前記半径方向プレート(9)は実質的にS字状であることを特徴とする請求項1に記載の支持部材。
- 前記シェル(3,5)間に介在する弾性材を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の支持部材。
- 前記弾性材はゴムまたはシリコーン化合物のようなエラストマーであることを特徴とする請求項12に記載の支持部材。
- 外側の第1のリング(13)と、内側の第2のリング(15)と、前記リング(13,15)間に介在された複数の球体またはコロとを有する転がり軸受(11)であって、
前記外側および内側の第1および第2のリング(13,15)と同軸状で、かつ、複数の半径方向プレート(9)により前記外側および内側の前記第1および第2のリング(13,15)に接続された円筒状シェル(3)を含み、
前記シェル(3)は複数のシュー(7)を形成するように分割されており、各シュー(7)は前記半径方向プレート(9)の1つに接続されて、異なる長さのシューの部分であるシュー円弧(A1,A2)を形成していることを特徴とする転がり軸受(11)。 - 前記リングが、金属で形成されていることを特徴とする請求項14に記載の転がり軸受。
- 前記リングが、鍛鋼で形成されていることを特徴とする請求項14に記載の転がり軸受。
- 電動機(109)により回転されるとともに少なくとも1つの転がり機械軸受(107a,107b)により支持された回転軸(105)を含み、前記回転軸(105)は、ガスポンピング用固定子リングと協働する回転子ディスク(103)を備えている、回転真空ポンプであって、
前記転がり軸受け(107a,107b)と対応する座部(115)との間、および/または前記軸受(107a,107b)と前記軸(105)との間に設けられた支持リング(1)を含み、
前記支持リングは、複数の放射状プレート(9)により相互に接続された一対の同軸状円筒状シェル(3,5)を含み、前記シェル(3,5)の少なくとも一方は円周方向に分割されて複数のシュー(7)を形成しており、各シューは前記半径方向プレート(9)の1つに接続されて、長さの異なるシューの部分であるシュー円弧(A1,A2)を形成していることを特徴とする回転真空ポンプ。 - 当該ポンプが、ターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項17に記載の回転真空ポンプ。
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