JP2011012690A - 磁気軸受装置、およびそれを備える真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもコストを抑えながら回転体の接触面の摩耗の増大を抑えるとともに、保護軸受の寿命を延ばすことが可能な磁気軸受装置、およびそれを備える真空ポンプを提供する。
【解決手段】本発明の磁気軸受装置は、回転体１０と、回転体１０の周囲に設けられ、回転体１０を回転自在に非接触で支持する磁気軸受（３０、４０、５０）と、回転体１０の周囲に設けられ、磁気軸受（３０、４０、５０）が回転体１０を支持しないときに回転体１０を支持する保護軸受（２１、２２）と、回転体１０と対向する保護軸受（２１、２２）の内輪側に設けられ、回転体１０の軸方向に伸びる溝が回転体１０との対向面に形成された保護部材（７１、７２）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気力で回転体を非接触状態で支持する磁気軸受を備える磁気軸受装置、およびそれを備えるターボ分子ポンプ等の真空ポンプに関するものである。

図５は従来の磁気軸受装置の断面図である。回転体１０は、ラジアル磁気軸受３０とラジアル磁気軸受４０とにより、径方向に非接触浮上するよう制御される。ラジアル磁気軸受３０は、ラジアル電磁石３１と、ラジアル電磁石ターゲット３２と、ラジアルセンサ３３と、ラジアルセンサターゲット３４とからなる。ラジアル磁気軸受４０は、ラジアル電磁石４１と、ラジアル電磁石ターゲット４２と、ラジアルセンサ４３と、ラジアルセンサターゲット４４とからなる。
回転体１０は、スラスト磁気軸受５０により、軸方向に非接触浮上するよう制御される。スラスト磁気軸受５０は、回転体１０の径方向に平行に取り付けられたスラストディスク５１と、スラスト電磁石５２および５３と、スラストセンサ５４とからなる。
このように径方向および軸方向に非接触浮上した回転体１０は、モータ６０によって回転する。

保護軸受２１および２２は、回転体１０の両端に配置される。保護軸受２１および２２と回転体１０の隙間は、ラジアル磁気軸受３０および４０に形成される隙間や、スラスト磁気軸受５０に形成される隙間よりも狭い。このため、ラジアル磁気軸受３０および４０、スラスト軸受５０が機能していない際に、回転体１０は、保護軸受２１および２２により、径方向および軸方向にて接触支持される。通常は、回転体１０の回転が停止した後、もしくは回転体１０の回転数が十分に低速になった後に、回転体１０は、保護軸受２１および２２に接触支持される。

特開２００２−３３９９７０号公報

しかしながら、磁気軸受３０および４０が停電もしくは何らかの故障により機能しなくなった場合、回転体１０の回転数が高い状態であっても、回転体１０は、保護軸受２１および２２により接触支持されることになる。この場合、回転体１０、保護軸受２１および２２に大きな負荷がかかる。特に保護軸受２１および２２の硬度が高いため、保護軸受２１および２２と接触する回転体１０の接触面に磨耗が生じることになる。そして従来においては、この摩耗により発生した摩耗粉が、回転体１０と保護軸受２１および２２との接触部に存在していたので、回転体１０の接触面の磨耗が増大するという問題があった。
なお、回転体１０の接触面の磨耗防止のために、回転体１０の接触面に焼入れを施し表面硬度を上げるか、固体潤滑等の処置を施し摩擦を減じるか、あるいは回転体１０の接触部をロータ軸とは異なる硬度が高い材料の別部品で構成するかといった処置をすることも考えられる。しかし、これらのいずれにおいても、製作費用が高くなるとともに、部品の交換費用も高くなるという問題があった。
また、磨耗粉が、保護軸受２１および２２内に混入し、保護軸受２１および２２の損傷が増大し、保護軸受２１および２２の寿命が短くなるという問題もあった。特に保護軸受２１および２２は、コストが高いので、この問題はコスト面で大きな問題であった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、従来よりもコストを抑えながら回転体の接触面の磨耗の増大を抑えるとともに、保護軸受の寿命を延ばすことが可能な磁気軸受装置、およびそれを備える真空ポンプを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、磁気軸受装置に関するものであって、磁気軸受装置は、回転体と、回転体の周囲に設けられ、回転体を回転自在に非接触で支持する磁気軸受と、回転体の周囲に設けられ、磁気軸受が回転体を支持しないときに回転体を支持する保護軸受と、回転体と対向する保護軸受の内輪側に設けられ、回転体の軸方向に伸びる溝が回転体との対向面に形成された保護部材と、を備える。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気軸受装置において、軸方向における保護部材の端部は、軸方向における保護軸受の内輪の端部を少なくとも覆うことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の磁気軸受装置において、軸方向における保護部材の端部は、軸方向に沿って形成された、保護軸受の内外輪の隙間をさらに覆うことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、保護部材には、回転体の周方向に伸びる溝がさらに形成されることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、回転体と接触する保護部材の接触面のうち、軸方向における端部の形状をテーパー形状としたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、回転体と接触する保護部材の接触面の硬度を、保護部材と接触する回転体の接触面の硬度より低くしたことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、回転体を駆動するモータをさらに備えたことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気軸受装置を備えた真空ポンプである。

請求項１に記載の発明によれば、保護部材に形成された溝により、回転体と保護部材とが相対速度差をもって接触した際に生じる磨耗粉が当該溝に入ることになり、保護部材と回転体の接触部に入る磨耗粉が減じられる。そのため、保護部材と接触する回転体の接触面の磨耗の増大を抑えることが可能となる。また、磨耗粉が溝に入ることにより、磨耗粉の飛散が防止され、保護軸受内への磨耗粉の混入が減じられ、保護軸受の寿命を延ばすことも可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、保護部材により、回転体を軸方向にも支持することができる。
請求項３に記載の発明によれば、回転体と保護部材が接触することにより生じた磨耗粉が保護軸受内に混入することを防ぐことができ、保護軸受の寿命をさらに延ばすことが可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、回転体の接触面の磨耗の増大をさらに抑えることができるとともに、保護軸受の寿命をさらに伸ばすことが可能となる。
請求項５に記載の発明によれば、回転体と保護部材の接触面積を増やすことができ、回転体の接触面の磨耗の増大をさらに抑えることが可能となる。
請求項６に記載の発明によれば、回転体の接触面の磨耗の増大をさらに抑えることが可能となる。

本発明の実施例１に係る磁気軸受装置の側断面図 図１に示した保護部材７２を示す図 本発明の実施例２に係る保護部材７２を示す図 本発明の実施例３に係る保護部材７２を示す図 従来の磁気軸受装置の側断面図

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る磁気軸受装置の側断面図である。図１において、磁気軸受装置は、回転体１０、保護軸受２１および２２、ラジアル磁気軸受３０および４０、スラスト磁気軸受５０、モータ６０、保護部材７１および７２を備える。なお、図１において、図５に示した構成と同一の構成については同一の符号を付している。また、図１に示した磁気軸受装置は、真空ポンプ等に搭載される。

回転体１０は、周囲に設けられたラジアル磁気軸受３０とラジアル磁気軸受４０とにより、径方向に非接触浮上するよう制御される。ラジアル磁気軸受３０は、ラジアル電磁石３１と、ラジアル電磁石ターゲット３２と、ラジアルセンサ３３と、ラジアルセンサターゲット３４とからなる。ラジアル磁気軸受４０は、ラジアル電磁石４１と、ラジアル電磁石ターゲット４２と、ラジアルセンサ４３と、ラジアルセンサターゲット４４とからなる。
回転体１０は、周囲に設けられたスラスト磁気軸受５０により、軸方向に非接触浮上するよう制御される。スラスト磁気軸受５０は、回転体１０に垂直に取り付けられたスラストディスク５１と、スラスト電磁石５２および５３と、スラストセンサ５４とからなる。
このように径方向および軸方向に非接触浮上し回転自在に支持された回転体１０は、モータ６０によって回転する。

保護軸受２１および２２は、回転体１０の両端近くに配置され、ラジアル磁気軸受３０および４０、スラスト軸受５０が機能していない際に、回転体１０を支持する。ここで、本実施形態では、保護軸受２１および２２の内輪（回転体１０側）に保護部材７１および７２が嵌合されている。保護部材７１および７２と回転体１０の隙間は、ラジアル磁気軸受３０および４０に形成される隙間や、スラスト磁気軸受５０に形成される隙間よりも狭い。このため、ラジアル磁気軸受３０および４０、スラスト軸受５０が機能していない際に、回転体１０は、保護部材７１および７２により、径方向および軸方向にて接触支持される。

保護部材７１の形状は、円筒形状となっており、保護部材７２の形状は、図２に示すように、外周面に段差が設けられた円筒形状となっている。図２は、図１に示した保護部材７２を示す図であり、図２（ａ）は、保護部材７２の上面図であり、図２（ｂ）は、保護部材７２の側断面図である。保護部材７１および７２の材料は、保護部材７１および７２と接触する回転体１０の接触面よりも表面硬度が低くなる材料に選定されている。なお、保護部材７１および７２の材料を、回転体１０の接触面よりも表面硬度が低くなる材料に選定する代わりに、保護部材７１および７２に表面処理を施してもよい。
ここで、保護部材７１および７２の内周面には、軸方向に伸びる溝が設けられている。図２（ａ）に示すように、保護部材７２には溝７２ａが設けられ、保護部材７１も溝７２ａと同じ溝が設けられている。
これにより、回転体１０と保護部材７１および７２とが相対速度差をもって接触した際に生じる磨耗粉が溝に入ることになり、保護部材７１および７２と回転体１０との接触部に入る磨耗粉が減じられる。そのため、保護部材７１および７２と接触する回転体１０の接触面の磨耗の増大を抑えることが可能となる。
また、接触した際に生じる磨耗粉が溝に入ることにより、磨耗粉の飛散が防止され、保護軸受２１および２２内への磨耗粉の混入が減じられ、保護軸受２１および２２の寿命を延ばすことも可能となる。

以上のように、本実施例によれば、軸方向に延びる溝が設けられた保護部材により、従来よりもコストを抑えながら回転体の接触面の磨耗の増大を抑えるとともに、保護軸受の寿命を延ばすことが可能になる。

なお、上述した保護部材７２には、溝７２ａ以外に、図２（ｂ）に示すように、周方向に伸びた溝７２ｂも設けられている。この溝７２ｂにより、回転体１０の接触面の磨耗の増大をさらに抑えることができ、保護軸受２２の寿命をさらに延ばすことが可能となる。なお、この溝７２ｂと同様の溝を、保護部材７１にも設けてよい。この溝により、回転体１０の接触面の磨耗の増大をさらに抑えることができ、保護軸受２１の寿命をさらに延ばすことが可能となる。

図３は、本発明の実施例２に係る保護部材７２を示す図であり、図３（ａ）は、保護部材７２の上面図であり、図３（ｂ）は、保護部材７２の側断面図である。保護部材７２の形状は、外周面に段差が設けられた円筒形状となっている。保護軸受２２と嵌合しない保護部材７２の外周面の外径Ｄ２は、保護軸受２２の内輪外径Ｄ１より大きくなっている。つまり、保護軸受２２の内外輪の隙間が、保護部材７２の軸方向端部で覆われている。これにより、保護軸受２２内への磨耗粉の混入をさらに防ぐことができ、保護軸受２２の寿命をさらに延ばすことが可能となる。
なお、保護部材７２の軸方向端部が、保護軸受２２の内輪の端部を少なくとも覆うことによって、回転体１０を軸方向に支持することができる。
また、保護部材７１の外周面に、保護軸受２１を嵌合する凹部を設け、この凹部における軸方向の両端部により、保護軸受２１の内外輪の隙間を覆うようにしてもよい。この場合、軸方向の両端部それぞれの先端の外径が、保護軸受２１の内輪外径より大きくなっていればよい。

図４は、本発明の実施例３に係る保護部材７２を示す図であり、図４（ａ）は、保護部材７２の上面図であり、図４（ｂ）は、保護部材７２の側断面図である。回転体１０と接触する保護部材７２の接触面の軸方向端部をテーパー形状としている。これにより、回転体１０と保護部材７２の接触面積を増やすことができ、回転体１０の接触面の磨耗の増大をさらに抑えることができる。
なお、回転体１０と接触する保護部材７１の接触面の軸方向端部をテーパー形状としてもよい。

１０ 回転体
２１、２２ 保護軸受
３０、４０ ラジアル磁気軸受
３１、４１ ラジアル電磁石
３２、４２ ラジアル電磁石ターゲット
３３、４３ ラジアルセンサ
３４、４４ ラジアルセンサターゲット
５０ スラスト磁気軸受
５１ スラストディスク
５２、５３ スラスト電磁石
５４ スラストセンサ
６０ モータ
７１、７２ 保護部材

Claims (8)

1. 回転体と、
   前記回転体の周囲に設けられ、前記回転体を回転自在に非接触で支持する磁気軸受と、
   前記回転体の周囲に設けられ、前記磁気軸受が前記回転体を支持しないときに前記回転体を支持する保護軸受と、
   前記回転体と対向する前記保護軸受の内輪側に設けられ、前記回転体の軸方向に伸びる溝が前記回転体との対向面に形成された保護部材と、を備える磁気軸受装置。
2. 請求項１に記載の磁気軸受装置において、
   前記軸方向における前記保護部材の端部は、前記軸方向における前記保護軸受の内輪の端部を少なくとも覆うことを特徴とする磁気軸受装置。
3. 請求項２に記載の磁気軸受装置において、
   前記軸方向における前記保護部材の端部は、前記軸方向に沿って形成された、前記保護軸受の内外輪の隙間をさらに覆うことを特徴とする磁気軸受装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、
   前記保護部材には、前記回転体の周方向に伸びる溝がさらに形成されることを特徴とする磁気軸受装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、
   前記回転体と接触する前記保護部材の接触面のうち、前記軸方向における端部の形状をテーパー形状としたことを特徴とする磁気軸受装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、
   前記回転体と接触する前記保護部材の接触面の硬度を、前記保護部材と接触する前記回転体の接触面の硬度より低くしたことを特徴とする磁気軸受装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、
   前記回転体を駆動するモータをさらに備えたことを特徴とする磁気軸受装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気軸受装置を備えた真空ポンプ。

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