JP2006508315A - 玉軸受およびこの形式の軸受が装備された真空ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、内輪と外輪とを備えた玉軸受（１）に関する。軸受装置の機能故障に際して、回転する構成部分における損傷を回避するために、当該軸受が、回転軸線（６）に対して同心の面（１４，１５）を有しており、該面（１４，１５）のうちの１つの面が、回転する軸受輪の構成部分であり、別の面が、定置の軸受輪の構成部分であり、前記面（１４，１５）同士が、正常運転中、比較的に狭いギャップ（２４）を備えて互いに向かい合って位置しており、かつ前記面（１４，１５）が、機能故障の場合に、非常作動面の機能を有していることが提案される。

Description

本発明は、内輪と外輪とを備えた玉軸受に関する。本発明は、さらに、この形式の玉軸受を備えた真空ポンプ、有利にはターボ分子真空ポンプに関する。

前記形式の玉軸受は、回転可能な機械構成部分、通常は軸の保持および案内のために働く。外輪は−逆転した軸受では内輪も−、定置の構成部分（支承ディスク、ケーシングまたはこれに類するもの）に支えられる。通常、この形式の軸受はオイルまたはグリース潤滑された軸受である。グリースなしの軸受における本発明の適用も、可能である。同様に本発明は、軸受が保持器を備えて構成されているかまたは保持器なしで構成されているかに依存しない。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の玉軸受を改良して、回転する構成部分の軸受装置および案内装置が機能故障した場合に、機械におけるもしくは機械内の損傷が回避されるような玉軸受を提供することである。

本発明によれば、前記課題は、請求項の特徴部に記載の特徴および手段によって解決される。

互いに向かい合って位置する面同士の間のギャップが比較的に小さいことによって、前記面は、回転するユニットのコントロールされない運動に際して、非常作動面（Notlaufflaechen）の役目を引き受ける。前記回転するユニットは、一回限りの非常作動（Notlauf）中に、停止状態に至るまで案内され、この場合、ロータ−クラッシュが生じることはない。非常作動に際して生ぜしめられる摩擦が大きいので、設備駆動出力（installierte Antriebsleistung）ではもはや十分ではなくなる。駆動部の変換器は機能しなくなるので、停止状態が迅速に達成される。

本発明のさらなる利点および詳細を、図１〜図５に示した実施例に基づき説明したい。図１〜図４には、種々異なって形成された非常作動面を備えた玉軸受を示してあり、図５には、本発明による形式の非常作動軸受を備えた摩擦真空ポンプを示してある。

図１〜図４に示した軸受１は、それぞれ１つの軸受内輪２と軸受外輪３と玉４と保持器５とを有している。軸受１の軸線はそれぞれ符号６で示してある。軸方向で（図１〜図４で見てそれぞれ上側で）、玉軸受１の内室７は軸受カバー８によって、しかもスナップリング１０で、ほぼ閉じられている。このスナップリング１０は軸受外輪３における内溝１１内に緊締されている。一般的には、玉４の両側にこの形式の軸受カバーが設けられている。

本発明による非常作動面１４，１５を形成するために、一方または両方の軸受輪２，３は、リング状の突出部を備えている。これらの突出部は、−軸受カバー８とは逆の側に配置されている場合には、同時に第２の軸受カバー８の機能を有している。図１による解決手段では、軸受外輪３は、軸受カバー８とは逆の側に、内輪２の方向に延びている突出部１６を有している。この突出部１６の内面は、軸線６に関して円筒形の非常作動面１４を形成している。内輪２の外面の、前記面１４に向かい合って位置する部分が、第２の非常作動面１５である。

図２による解決手段では、内輪２は、半径方向外向きに延びている突出部１７を備えている。この突出部１７の外面と、外輪３の内面の一部とは、やはり円筒形の非常作動面１４，１５を形成している。

図３および図４による解決手段では、軸受内輪２および軸受外輪３は、突出部１８，１９；２１，２２を備えている。互いに向かい合って位置する非常作動面１４，１５は、横断面で見て段状であるか（図３）、もしくは軸線６に対して角度αを成している。このことによって非常作動面が形成され、この非常作動面は、回転するシステムの、軸受による半径方向の案内の機能故障に際してのみならず、軸方向の案内の機能故障に際しても有効になる。

非常作動面１４，１５間のギャップ２４のサイズは、できるだけ小さくすべきであろう。しかしながら、前記ギャップは、許容し得る軸受公差を下回ってはならない。軸受公差が半径方向および軸方向で頻繁に種々異なっているという事実を、ギャップサイズの選択に際して考慮に入れなければならない。

図５には、摩擦真空ポンプの例としてターボ分子ポンプ２５を示してある。このターボ分子ポンプ２５のステータは符号２６で、ロータは符号２７で示してある。ターボ分子ポンプ２５はコンパウンドポンプとして形成されていて、翼が装備されたターボ分子ポンプ段２８と、ねじ山が装備された分子ポンプ段２９とを有している。ロータ２７は部分的に鐘形に形成されている。鐘状部によって包囲された室３１の内側もしくは幾分下側で、ロータが軸３４を介して軸受３５，３６内に回転可能に支承されている。さらに、前記室３１の内側に、駆動−電気モータが格納されている。この駆動−電気モータのステータセット（Statorpaket）は符号３７で、ロータセット（Rotorpaket）は符号３８で示してある。軸受３５，３６およびステータ３７は、スリーブ状の支持体３９に支えられている。

軸受３５，３６に潤滑剤を供給するために、ターボ分子ポンプ２５の下側には、オイル４０で充填された容器４１が固定されている。下側の端部がオイル内に浸っている駆動軸３４は、内側の同軸孔４２を有している。この同軸孔４２は、上側へ円錐形に拡大されている、下側の領域４３に基づいて、上側への潤滑オイルの搬送を行う。横方向孔４４によってオイルは、まず、上側の軸受３５に到達し、この場所で重力に基づいて、下側の軸受３６を通ってオイル容器内に戻される。

前真空管片４５および管路４６を介して、ターボ分子ポンプ２５は前真空ポンプ装置４７に結合されている。モータ−／軸受室３１と前真空管片４５との間には結合部が存在するので、前記室３１内にも、ターボ分子ポンプの運転に必要な前真空圧力が形成される。ターボ分子ポンプによって搬送される腐食性ガスが軸受室３１内に到達することを防止するために、遮断ガス装置が設けられている。この遮断ガス装置は、まず、軸受室に開口しているガス流入管４８を有している。遮断ガスの調量された流入のために、前記ガス流入管４８は弁５０を有している。モータ−／軸受室３１内に到達した遮断ガス（例えばＮ_２）は、モータと上側の軸受３５とを通流し、軸受支持体３９の外側で流出管片４５に到達する。このことによって、ターボ分子ポンプ２５によって搬送される腐食性ガスがモータ−／軸受室３１内に侵入することが、防止される。

本発明の枠内で、一方および／または両方の軸受３５，３６は、図１〜図４のうちの１つの図に示してあるように形成されている（個別的には示さず）。この手段の利点は、軸受の機能故障に際して、ポンピング活動する（pumpaktiv）面（ロータ／ステータの羽根、ねじ山）が損傷を受けないことにある。非常作動面１４，１５間のギャップ２４が、軸受装置の機能故障に際して、ロータ２７の、その目標位置からの最大変位を決定する。ポンピング活動する前記面同士の間隔を、相応に狭く選択することもできる。この間隔が小さければ小さいほど、ポンプの性能はより良くなる。さらに、少なくとも軸受３５の軸受輪２，３間に狭く、比較的に長いギャップ２４が存在するという事実は、軸受を通流する遮断ガスの割合の、著しい低下という利点を有している。最後に、軸受輪２，３における前記突出部は、より大きい支持面を可能にし、この支持面が軸受からの熱導出を改善する。

ギャップ２４は軸受公差に応じて選択され得る。記載の形式のポンプの場合、ギャップ幅は合目的には０．１ｍｍよりも小さく、有利には０．０５ｍｍよりも小さい。非常作動面のサイズは、ギャップの軸方向の長さによって決定される。この長さは１．５ｍｍを下回るべきではないであろうし、傾けて形成されたかまたは段状に形成された非常作動面の場合には、相応により大きくするべきであろう。

重要であるのは、軸受の機能故障の事例において、回転するシステムの駆動部が機能しなくなるように、非常作動面１４，１５によって生ぜしめられる摩擦が大きいことである。非常作動面１４，１５の摩擦特性は材料に依存する（合目的に硬化させられた転がり軸受鋼）。一方または両方の非常作動面を（例えばＭｏＳ_２、テフロン（商標名）もしくはポリテトラフルオロエチレンで）コーティングすることによって、既存の材料対の摩擦を増大することができるだけでなく、前記材料対の焼付き傾向を減少させることもできる。

非常作動面を備えた玉軸受を示す図である。 非常作動面を備えた、別様に形成された玉軸受を示す図である。 非常作動面を備えた、さらに別様に形成された玉軸受を示す図である。 非常作動面を備えた、さらに別様に形成された玉軸受を示す図である。 本発明による形式の非常作動軸受を備えた摩擦真空ポンプを示す図である。

Claims (11)

1. 内輪と外輪とを備えた玉軸受（１）であって、当該軸受が、回転軸線（６）に対して同心の面（１４，１５）を有しており、該面（１４，１５）のうちの１つの面が、回転する軸受輪の構成部分であり、別の面が、定置の軸受輪の構成部分であり、前記面（１４，１５）同士が、正常運転中、比較的に狭いギャップ（２４）を備えて互いに向かい合って位置しており、かつ前記面（１４，１５）が、機能故障の場合に、非常作動面の機能を有していることを特徴とする玉軸受。
2. 同心の前記面（１４，１５）が軸方向に延びている、請求項１記載の軸受。
3. 同心の前記面（１４，１５）が、横断面で見て段部の形状を有している、請求項１記載の軸受。
4. 同心の前記面（１４，１５）が、当該軸受の軸線（６）に向かって傾けられて延びている、請求項１記載の軸受。
5. 前記突出部（１４，１５）が、同時に軸受カバーの機能を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の軸受。
6. 前記非常作動面間のギャップが、＜０．１ｍｍ、有利には＜０．０５ｍｍである、請求項１から５までのいずれか１項記載の軸受。
7. 前記非常作動面の表面の材料が、次のように選択されている、すなわち、回転するシステムの駆動部が、非常作動に際して生ぜしめられた摩擦をもはや克服し得ずかつ機能しなくなるように選択されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の軸受。
8. 前記非常作動面（１４，１５）のための材料が、鋼、有利には硬化させられた転がり軸受鋼である、請求項１から７までのいずれか１項記載の軸受。
9. 前記両非常作動面（１４，１５）のうちの少なくとも一方の非常作動面が、コーティングされている、請求項１から８までのいずれか１項記載の軸受。
10. 摩擦真空ポンプであって、ステータ（６）とロータ（２７）とが設けられており、該ロータ（２７）が転がり軸受（３５，３６）に支えられている形式のものにおいて、前記転がり軸受（３５，３６）のうちの少なくとも１つの転がり軸受が、請求項１から９までのいずれか１項または複数項の特徴を有していることを特徴とする、摩擦真空ポンプ。
11. 遮断ガス装置が装備されている、請求項１０記載の摩擦真空ポンプ。

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