JP2008240792A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転がり軸受に関し、主として磁気軸受とともに用いられ、タッチダウン軸受として機能しうる転がり軸受に関する。 The present invention relates to a rolling bearing, and more particularly to a rolling bearing that is used together with a magnetic bearing and can function as a touch-down bearing.
例えば、ターボ分子ポンプでは、ロータ翼を備えたロータ軸を磁気軸受により非接触支持する構成が用いられており、さらに、故障や停電等で磁気軸受が機能停止したときのロータ軸の代替支持部品として、転がり軸受からなるタッチダウン軸受が設けられている(例えば、下記特許文献1参照)。
磁気軸受の機能が停止した場合、タッチダウン軸受は、ロータ軸に接触して停止状態からロータ軸の回転速度まで一気に加速して回転し、その後、惰性で回転を続けた後に停止する。ターボ分子ポンプのロータ軸は非常に高速で回転するため、タッチダウン軸受が回転を開始してから停止するまでの総回転数も非常に多くなる。
タッチダウン軸受は、その使用環境上潤滑油を用いることができないため、通常、内外輪と転動体との接触面には固体潤滑剤からなる被膜が形成されるが、タッチダウン軸受の総回転数が多くなると、固体潤滑剤被膜の消耗も早くなり、タッチダウン軸受の寿命が短くなるという問題がある。
When the function of the magnetic bearing is stopped, the touchdown bearing contacts the rotor shaft and rotates at a stroke from the stopped state to the rotational speed of the rotor shaft, and then stops rotating after continuing to rotate by inertia. Since the rotor shaft of the turbo molecular pump rotates at a very high speed, the total number of rotations from when the touchdown bearing starts rotating to when it stops is also very large.
Since the touchdown bearing cannot use lubricating oil due to its usage environment, a coating made of solid lubricant is usually formed on the contact surface between the inner and outer rings and the rolling elements. When the number of the lubricants increases, the solid lubricant film is consumed quickly, and there is a problem that the life of the touchdown bearing is shortened.
一方、タッチダウン軸受の内外輪や転動体は、SUJ2などの軸受鋼やSUS440C等のステンレス鋼を材料として使用することが多いが、転動体については耐久性向上等のためにセラミックを使用することもある。この場合、磁気軸受が作る磁場によってタッチダウン軸受の内輪が磁化すると、内輪がロータ軸に連れ回りして空転してしまい、タッチダウン軸受の総回転数が多くなる。このこともタッチダウン軸受の寿命を短くする一因となっている。 On the other hand, the inner and outer rings and rolling elements of touchdown bearings often use bearing steel such as SUJ2 or stainless steel such as SUS440C, but the rolling elements should be made of ceramic to improve durability. There is also. In this case, when the inner ring of the touch-down bearing is magnetized by the magnetic field generated by the magnetic bearing, the inner ring rotates along with the rotor shaft, and the total number of rotations of the touch-down bearing increases. This also contributes to shortening the life of the touchdown bearing.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、タッチダウン軸受等として用いられる転がり軸受の惰性による回転や空転を少なくし、寿命を延ばすことを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the rotation and idling due to the inertia of a rolling bearing used as a touchdown bearing or the like, thereby extending the life.
本発明は、第1軌道面を有する第1軌道輪と、第2軌道面を有する第2軌道輪と、前記第1軌道面と前記第2軌道面との間に配置された複数の転動体とを備えている転がり軸受において、前記第1軌道輪と前記第2軌道輪との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えていることを特徴とする。 The present invention includes a first raceway having a first raceway surface, a second raceway having a second raceway surface, and a plurality of rolling elements disposed between the first raceway surface and the second raceway surface. And a resistance applying member that provides resistance to relative rotation between the first and second race rings.
また、本発明は、第1軌道面を有する第1軌道輪と、第2軌道面を有する第2軌道輪と、前記第1軌道面と前記第2軌道面との間に配置された複数の転動体とを備えている転がり軸受であって、回転体を非接触支持する磁気軸受とともに設置され、且つ、前記磁気軸受の正常作動時には前記回転体に接触せず、前記磁気軸受の非作動時に前記回転体に接触し当該回転体を支持可能な転がり軸受において、前記第1軌道輪と前記第2軌道輪との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えていることを特徴とする。 In addition, the present invention provides a first raceway having a first raceway surface, a second raceway having a second raceway surface, and a plurality of members disposed between the first raceway surface and the second raceway surface. A rolling bearing provided with a rolling element, which is installed together with a magnetic bearing that supports the rotating body in a non-contact manner, and does not contact the rotating body during normal operation of the magnetic bearing; The rolling bearing capable of contacting the rotating body and supporting the rotating body includes a resistance applying member that applies resistance to relative rotation between the first and second race rings.
上記各構成によれば、本発明の転がり軸受は、第1,第2軌道輪の相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えているので、従来の転がり軸受(内外輪及び転動体からなる一般的な転がり軸受)よりも回転抵抗を有することになる。したがって、この転がり軸受をタッチダウン軸受として用いると、惰性による回転や空転を少なくすることができ、当該転がり軸受の寿命を延ばすことができる。 According to each said structure, since the rolling bearing of this invention is equipped with the resistance provision member which provides resistance to the relative rotation of a 1st, 2nd bearing ring, it consists of the conventional rolling bearing (it consists of an inner and outer ring, and a rolling element. The rolling resistance is higher than that of a general rolling bearing. Therefore, when this rolling bearing is used as a touch-down bearing, rotation and idling due to inertia can be reduced, and the life of the rolling bearing can be extended.
前記抵抗付与部材は、前記第1,第2軌道輪の一方に取り付けられた付勢部材と、この付勢部材の付勢力によって前記第1,第2軌道輪の他方に押し付けられて摺動する摺動部材と、を備えていることが好ましい。この場合、前記第1,第2軌道輪の他方と摺動部材との摺動抵抗により、簡単な構造で第1軌道輪と第2軌道輪との相対回転に抵抗を付与することができる。 The resistance applying member is slid by being pressed against the other of the first and second race rings by the biasing member attached to one of the first and second race rings and the biasing force of the biasing member. And a sliding member. In this case, resistance can be imparted to the relative rotation of the first and second race rings with a simple structure by the sliding resistance between the other of the first and second race rings and the sliding member.
本発明によれば、転がり軸受の惰性による回転や空転等を少なくし、寿命を延ばすことができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the rotation and idling due to the inertia of the rolling bearing and to extend the life.
図1は、本発明の実施形態にかかる転がり軸受を採用したターボ分子ポンプの縦断面図である。このターボ分子ポンプ10は、ケーシング11と、ケーシング11内に配置されたロータ12と、ロータ12を回転可能に支持する磁気軸受13,14及びタッチダウン軸受15,16と、ロータ12を高速回転させる電動モータ17等とを有している。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a turbo molecular pump that employs a rolling bearing according to an embodiment of the present invention. The turbo
ケーシング11は、上部ケーシング20と下部ケーシング21とを備えている。上部ケーシング20は、鉛直方向の軸心を有する筒形状であり、上部ケーシング20の下端が下部ケーシング21によって閉鎖されている。上部ケーシング20の上端には吸気口22が形成され、側部には排気口23が形成されている。吸気口22は保護ネット24によって覆われている。上部ケーシング20内にはハウジング25が設けられ、このハウジング25に磁気軸受13、タッチダウン軸受15、及び電動モータ17が取り付けられている。
The
ロータ12は、ロータ軸27と、翼部28とを備えている。ロータ軸27は、その軸心を鉛直方向に向けた状態でケーシング11内に配置されている。翼部28は、軸方向に間隔をあけて複数のロータ翼28aを備え、ロータ翼28aの上下間の溝には、ケーシング11に固定されたステータ翼29が配置されている。また、ロータ軸27の下端部にはフランジ円板30が一体回転可能に設けられている。
The
磁気軸受13,14は、2組のラジアル磁気軸受13,13と1組のアキシアル磁気軸受14とからなる。ラジアル磁気軸受13は、ケーシング11内のハウジング25に取り付けられ、ロータ軸27の径方向外側に隙間をあけて配置されている。アキシアル磁気軸受14は、ケーシング11の下部に設けられたハウジング39に取り付けられ、ロータ軸27のフランジ円板30を軸方向両側から隙間をもって挟むように配置されている。これらラジアル磁気軸受13とアキシアル磁気軸受14とによって、ロータ軸27が、非接触状態でラジアル方向及びアキシアル方向に回転自在に支持される。
The
タッチダウン軸受15,16は、ロータ軸27の上部に配置された深溝玉軸受15と、ロータ軸27の下部に配置されたアンギュラ玉軸受16とからなる。図2は、図1のII部拡大図である。深溝玉軸受15は、内周に軌道面(第1軌道面)32aを有する外輪(第1軌道輪)32と、この外輪32の径方向内側に配置され、外周に軌道面(第2軌道面)33aを有する内輪(第2軌道輪)33と、内外輪33,32の間に配置され、各軌道面33a,32a上を転動する多数の玉(転動体)34とを有している。外輪32はハウジング25に固定される固定輪とされ、内輪33は、回転可能な回転輪とされるとともに、ロータ軸27の外周側に隙間をあけて配置されている。
The
図3は、図1のIII部拡大図である。図3に示すように、アンギュラ玉軸受16は、正面組合せの配置で2つ備えられ、アキシアル荷重を受けもつことができる。各アンギュラ玉軸受16は、内周に軌道面(第1軌道面)36aを有する外輪(第1軌道輪)36と、この外輪36の径方向内側に配置され、外周に軌道面(第2軌道面)37aを有する内輪(第2軌道輪)37と、内外輪37,36の間に配置され、各軌道面37a,36a上を転動する多数の玉(転動体)38とを有している。外輪36は、アキシアル磁気軸受14を取り付けたハウジング39に固定される固定輪とされ、内輪37は、回転可能な回転輪とされるとともに、ロータ軸27の外周側に隙間をあけて配置されている。
FIG. 3 is an enlarged view of part III of FIG. As shown in FIG. 3, two
深溝玉軸受15及びアンギュラ玉軸受16の内外輪33,32,37,36及び玉34,38に使用される材料としては、JIS規格SUJ2等の軸受鋼、JIS規格SUS440C等のマルテンサイト系ステンレス鋼、JIS規格SUS630等の析出硬化型ステンレス鋼等が挙げられる。また、玉34,38には、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、アルミナ等のセラミック材料を使用することもできる。内外輪33,32,37,36の軌道面33a,32a,37a,36aや玉34,38の表面には、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤の被膜40が設けられている。
The materials used for the inner and
図2に示すように、深溝玉軸受15は、内外輪33,32及び玉34の他に、外輪32と内輪33との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材50を備えている。抵抗付与部材50は、深溝玉軸受15の玉34の下側に配置され、内輪33の外周面に接触して摺動可能な摺動部材51と、この摺動部材51を内輪33の外周面に向けて付勢し、当該外周面に押し付ける付勢部材52とを有している。摺動部材51は、略直方体のブロックからなり、自己潤滑性を有する材料、例えばカーボンを材料として形成されている。また、カーボン製ブロックや金属製ブロックの表面に、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤の被膜を形成したものを使用することもできる。また、摺動部材51として合成樹脂材を用いることもできる。
As shown in FIG. 2, the deep groove ball bearing 15 includes a
図4は、抵抗付与部材50の一部を示す斜視図であり、図5は、図2のV矢視図である。図6は、抵抗付与部材50の概略正面図である。付勢部材52は、外輪32に取り付けられるリング状の取付環(取付部材)54と、取付環54の径方向内側に周方向に間隔をあけて設けられた複数(図6の例では8個)のバネ体55と、各バネ体55に摺動部材51を固定するための固定具56とを備えている。取付環54は、バネ鋼等の金属材料により形成され、図2に示すように、外輪32の内周面に嵌合する嵌合部54aと、嵌合部54aの一端から径方向外方に延び、外輪32の下端面に当接するフランジ部54bとによって断面L字形状に形成されている。取付環54は、外輪32に嵌合されることにより又は溶接等で固着されることにより、外輪32に固定される。
4 is a perspective view showing a part of the
バネ体55は、図4に示すように、径方向内側が頂部となるような正面視山形状の板バネにより構成され、その一端が取付環54の嵌合部54aに接続され、他端が自由端となっている。より具体的には、図4及び図5に示すように、バネ体55は、取付環54の嵌合部54aを帯状に切り起こすことにより形成されている。バネ体55の頂部には、固定具56を構成するとともに、径方向内方に突出する4本の支持柱56aが四角配置で設けられ、この支持柱56aに摺動部材51が嵌合、固定されている。
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、アンギュラ玉軸受16も同様の構成の抵抗付与部材50を備えている。具体的には、2個のアンギュラ玉軸受16のうち、下側に配置されるアンギュラ玉軸受16の玉38の下側に抵抗付与部材50が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
図1に示すように、ターボ分子ポンプ10は、ロータ12を磁気軸受13,14によって非接触支持した状態で電動モータ17を作動することにより、ロータ12を高速回転させるものである。磁気軸受13,14が故障等によって制御不能となったときは、タッチダウン軸受15,16の内輪33,37がロータ軸(回転体)27に接触して軸受として機能し、ロータ軸27及び磁気軸受13,14を保護する。高速で回転するロータ軸27が、タッチダウン軸受15,16の内輪33,37に接触すると、当該内輪33,37はロータ軸27に追従して一気に高速回転し、その後自然停止するまで惰性(慣性)で回転を続ける。
As shown in FIG. 1, the turbo
本実施形態では、抵抗付与部材50の摺動部材51が内輪33,37に押し付けられているので、摺動部材51が内輪33,37上を摺動し、両者の摺動抵抗によって、内輪33,37と外輪32,36との間の相対回転に抵抗が付与される。そのため、タッチダウン軸受15,16の惰性による回転を少なくすることができ、内外輪33,32,37,36や玉34,38に設けられた固体潤滑剤の被膜40の消耗を極力少なくし、タッチダウン軸受15,16の寿命を延ばす(すなわち、タッチダウン可能な回数を増やす)ことができる。また、セラミック製の玉34,38が用いられている場合、磁気軸受13,14が作る磁界によって内輪33,37がロータ軸27に連れ回りし、空転することがあるが、抵抗付与部材50は、このような空転も防止することができる。
In the present embodiment, since the sliding
なお、玉34,38が軸受鋼等の強磁性体である場合には、磁気軸受13,14が作る磁界により玉34,38自身が磁化し、内輪33,37を磁気吸引するため、内輪33,37の空転は少なくなる。よって、本実施形態のような抵抗付与部材50は、非磁性体であるセラミック等の玉34,38を用いた転がり軸受であって、内輪33,37が磁化によって空転しやすくなる転がり軸受に対して設けると、より効果的である。また、抵抗付与部材50は、内外輪33,32,37,36間のガタの防止にも役立つ。
When the
抵抗付与部材50の摺動部材51の材料として、自己潤滑性を有するカーボンを使用すると、摺動部材51と内輪33,37との接触(摺動)に伴う内輪33,37の摩耗を防止することができる。また、摺動部材51の表面に固体潤滑剤被膜を設けることによっても同様の効果がある。
バネ体55は、取付環54の一部を切り起こすことによって容易に形成することができる。ただし、バネ体55を取付環54とは別部材により形成し、取付環54に溶接等によって固着してもよい。
When self-lubricating carbon is used as the material of the sliding
The
本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。上記実施形態では、付勢部材52のバネ体55を金属製の板バネにより構成しているが、コイルバネ等によって構成することもできる。ゴムや合成樹脂等の弾性体により構成することもできる。また、付勢部材52、摺動部材51の形状や材料等についても上記実施形態に限定されるものではない。
抵抗付与部材50は、図2において、玉34の上側に設けることもできるし、図3において、上側のアンギュラ玉軸受16にも設けることができる。また、上記実施形態では、固定輪となる外輪32,36に付勢部材52を取り付け、回転輪となる内輪33,37に摺動部材51を接触させているが、その逆とすることもできる。また、転がり軸受15,16は、外輪32,36を回転輪とし、内輪33,37を固定輪とするものであってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate. In the above embodiment, the
The
抵抗付与部材50を構成する摺動部材51及び付勢部材52の個数は適宜変更することができ、各1個とすることもできる。ただし、摺動部材51及び付勢部材52を複数個として周方向等間隔に配置することが好ましい。
本発明の転がり軸受は、磁気軸受13,14とともに用いられるタッチダウン軸受に限らず、他の用途、例えば転がり軸受のトルクを大きくしたい場合等にも用いることができる。また、本発明の転がり軸受は、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受に限らず、他の玉軸受やころ軸受として構成することができる。
The number of sliding
The rolling bearing of the present invention is not limited to the touchdown bearing used together with the
13 ラジアル磁気軸受
14 アキシアル磁気軸受
15 タッチダウン軸受(深溝玉軸受)
16 タッチダウン軸受(アンギュラ玉軸受)
32,36 外輪
33,37 内輪
34,38 玉(転動体)
50 抵抗付与部材
51 摺動部材
52 付勢部材
13 Radial
16 Touchdown bearings (angular ball bearings)
32, 36
50
Claims (3)
前記第1軌道輪と前記第2軌道輪との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えていることを特徴とする転がり軸受。 A first raceway having a first raceway surface; a second raceway having a second raceway surface; and a plurality of rolling elements disposed between the first raceway surface and the second raceway surface. In rolling bearings
A rolling bearing comprising a resistance imparting member that imparts resistance to relative rotation between the first race and the second race.
前記第1軌道輪と前記第2軌道輪との相対回転に抵抗を付与する抵抗付与部材を備えていることを特徴とする転がり軸受。 A first raceway having a first raceway surface; a second raceway having a second raceway surface; and a plurality of rolling elements disposed between the first raceway surface and the second raceway surface. The rolling bearing is installed together with a magnetic bearing that supports the rotating body in a non-contact manner, and does not contact the rotating body during normal operation of the magnetic bearing, and contacts the rotating body when the magnetic bearing is not operating. In a rolling bearing capable of supporting the rotating body,
A rolling bearing comprising a resistance imparting member that imparts resistance to relative rotation between the first race and the second race.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS63187747A (en) * | 1987-01-28 | 1988-08-03 | Nec Corp | Double redundant bus network device |
JP2005282833A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Takashi Masaki | Bearing with rotation stop means |
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2007
- 2007-03-26 JP JP2007079100A patent/JP2008240792A/en active Pending
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