JP2017075695A - 油潤滑軸受装置および真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】撹拌抵抗の発生を抑えることができる油潤滑軸受装置の提供。【解決手段】油潤滑軸受装置は、内輪８２が固定されたシャフト１０に設けられ、内輪８２に向かって上り勾配のテーパ面１０２ａが形成されたテーパ部材であるコーン型ナット１０２と、内輪８２に対してコーン型ナット１０２が設けられた側に配置されるウィック１０１と、テーパ面１０２ａに接触してウィック１０１の潤滑油をテーパ面１０２ａに供給する接触部１０１ａと、を備える。そして、保持器８４は、外輪側開口と内輪側開口とを有して転動体８３を保持するポケットと、ポケットの内周面に形成され、転動体８３の表面に付着した潤滑油を掻き取る掻き取り部８４０ｂと、外輪側開口に隣接する保持器外周面に形成され、ウィック１０１に向かって上り勾配のテーパ面８４１と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、油潤滑軸受装置および真空ポンプに関する。

高速回転の転がり軸受においては、微量の潤滑油を供給し続けることによって転動面の潤滑が維持され、かつ、転動面には必要以上の潤滑油の付着を防止することが要求される。潤滑に必要となる以上の潤滑油が転動面に付着すると、潤滑油の撹拌抵抗が発生し、発熱の原因となる。

真空ポンプにおける転がり軸受の潤滑方法としては、特許文献１に記載のような方法が提案されている。特許文献１に記載の転がり軸受では、内輪と共に回転するシャフトにテーパーコーン状の部材を設け、そのテーパーコーン状の面に潤滑貯蔵装置に設けられたフェルト状の部材を接触させて、遠心力により潤滑油を内輪に供給する構造が採用されている。潤滑油は転動体（ボール）を介して内輪の転動面（軌道面とも呼ばれる）から外輪の転動面へと供給され、外輪の転動面から溢れ出た余剰潤滑油を潤滑貯蔵装置に戻すような構成とされている。

特許第５３０３１３７号公報

しかしながら、転動面から溢れ出た余剰潤滑油を潤滑貯蔵装置に戻す構成であるため、潤滑油が溢れ出る状態においては転動面で潤滑に必要とされる以上の潤滑油が存在することになり、撹拌抵抗の発生が避けられない。

本発明の好ましい実施形態による油潤滑軸受装置は、内輪、外輪、転動体および前記転動体の間隔を維持する保持器を有し、回転軸を支持する転がり軸受と、前記内輪が固定された前記回転軸に設けられ、前記内輪に向かって上り勾配（回転半径を増加させるように設けられる傾斜）の第１傾斜面が形成されたテーパ部材と、前記内輪に対して前記テーパ部材が設けられた側に配置される潤滑油貯蔵部と、前記テーパ面に接触して前記潤滑油貯蔵部の潤滑油を前記第１傾斜面に供給する接触部と、を備え、前記保持器は、外輪側開口と内輪側開口とを有して前記転動体を保持するポケットと、前記ポケットの内周面に形成され、前記転動体の表面に付着した潤滑油を掻き取る潤滑油掻き取り部と、前記外輪側開口に沿って前記内周面に形成され、前記潤滑油貯蔵部に向かって上り勾配の第２傾斜面と、を備える。
さらに好ましい実施形態では、前記潤滑油掻き取り部は、前記内周面の前記外輪側開口の側の領域に周方向に並ぶように形成された複数の凸部を備える。
さらに好ましい実施形態では、前記第２傾斜面には前記傾斜面から突出する突起が形成されている。
さらに好ましい実施形態では、前記テーパ部材は、前記回転軸に着脱自在に設けられ、前記内輪を前記回転軸に固定する内輪固定部材である。
さらに好ましい実施形態では、前記保持器よりも外輪側に配置されて前記潤滑油貯蔵部および前記外輪と接触し、前記第２傾斜面から飛散した潤滑油を前記潤滑油貯蔵部に誘導する潤滑油誘導部を備える。
本発明の好ましい実施形態による油潤滑軸受装置は、内輪、外輪、転動体および前記転動体の間隔を維持する保持器を有し、回転軸を支持する転がり軸受と、前記内輪が固定された前記回転軸に設けられ、前記内輪に向かって上り勾配の第１傾斜面が形成されたテーパ部材と、前記内輪に対して前記テーパ部材が設けられた側に配置される潤滑油貯蔵部と、前記第１傾斜面に接触して前記潤滑油貯蔵部の潤滑油を前記第１傾斜面に供給する接触部と、を備え、前記保持器は、保持器内周面から保持器外周面に貫通し、前記転動体を保持するポケットと、前記保持器外周面に形成され、前記潤滑油貯蔵部に近づくにつれて軸芯からの距離が増加する上り勾配の第２傾斜面と、前記保持器内周面に形成され、前記潤滑油貯蔵部から遠ざかるにつれて軸芯からの距離が増加する下り勾配の第３傾斜面と、前記潤滑油貯蔵部とは反対側の保持器端部に形成され、前記第２傾斜面と前記第３傾斜面とを接続する接続面と、を備える。
さらに好ましい実施形態では、前記第２傾斜面には、隣接する一対の前記ポケットの間を通って前記接続面の側から前記潤滑油貯蔵部の方向に峰状に延在する突起部が形成されている。
さらに好ましい実施形態では、前記ポケットの少なくとも１箇所が、周囲が閉じた内輪側開口から周囲が閉じた外輪側開口へと貫通している。
さらに好ましい実施形態では、前記保持器は、２以上の部材を結合して一体化されている。
本発明の好ましい実施形態による真空ポンプは、上述した油潤滑軸受装置と、前記回転軸が設けられたポンプロータと、を備える。

本発明によれば、撹拌抵抗の発生を抑えることができる。

図１は、ターボ分子ポンプの断面図である。 図２は、油潤滑軸受装置の部分を拡大して示した図である。 図３は、保持器の外観形状を示す斜視図である。 図４は、転動体および保持器の動きを説明する図である。 図５は、潤滑油の循環経路を説明する図である。 図６は、掻き取り部の形状の具体例を示す図である。 図７は、掻き取り部の変形例を示す図である。 図８は、掻き取り部の第３の変形例を示す図である。 図９は、テーパ面に形成された突起を示す図である。 図１０は、保持器に形成される傾斜面の他の例を示す図である。 図１１は、潤滑油誘導部の他の例を示す図である。 図１２は、第２の実施の形態における油潤滑軸受装置を示す図である。 図１３は、保持器の分解斜視図である。 図１４は、保持器の面形状を説明する図である。 図１５は、ポケットの保持器軸方向上側が開いている場合の保持器を示す図である。 図１６は、第２の実施の形態の変形例を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明に係る油潤滑軸受装置の一実施の形態を示す図であり、油潤滑軸受装置を搭載したターボ分子ポンプ１の断面図である。なお、ターボ分子ポンプ１には電力を供給する電源ユニットが接続されるが、図１では図示を省略した。

図１に示すターボ分子ポンプ１は、排気機能部として、タービン翼を備えたターボポンプ部Ｐ１と、螺旋型の溝を備えたHolweckポンプ部Ｐ２とを備えている。もちろん、本発明は、排気機能部にターボポンプ部Ｐ１およびHolweckポンプ部Ｐ２を備えた真空ポンプに限らず、タービン翼のみを備えた真空ポンプや、ジーグバーンポンプやHolweckポンプなどのドラッグポンプのみを備えた真空ポンプや、それらを組み合わせた真空ポンプにも適用することができる。

ターボポンプ部Ｐ１は、ポンプロータ３に形成された複数段の回転翼３０とベース２側に配置された複数段の固定翼２０とで構成される。一方、ターボポンプ部Ｐ１の排気下流側に設けられたHolweckポンプ部Ｐ２は、ポンプロータ３に形成された円筒部３１とベース２側に配置されたステータ２１とで構成されている。円筒状のステータ２１の内周面には螺旋溝が形成されている。複数段の回転翼３０と円筒部３１とが回転側排気機能部を構成し、複数段の固定翼２０とステータ２１とが固定側排気機能部を構成する。

ポンプロータ３はシャフト１０に締結されており、そのシャフト１０はモータ４により回転駆動される。モータ４には例えばＤＣブラシレスモータが用いられ、ベース２にモータステータ４ｂが設けられ、シャフト１０側にはモータロータ４ａが設けられている。シャフト１０とポンプロータ３とから成る回転体ユニットＲは、永久磁石６ａ，６ｂを用いた永久磁石磁気軸受６と転がり軸受であるボールベアリング８とにより回転自在に支持されている。

永久磁石６ａ，６ｂは、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石である。ポンプロータ３に設けられた複数の永久磁石６ａは、同極同士が対向するように軸方向に複数配置されている。一方、固定側の複数の永久磁石６ｂは、ポンプケーシング１２に固定された磁石ホルダ１１に装着されている。これらの永久磁石６ｂも、同極同士が対向するように軸方向に複数配置されている。ポンプロータ３に設けられた永久磁石６ａの軸方向位置は、その内周側に配置された永久磁石６ｂの位置よりも若干上側となるように設定されている。すなわち、回転側の永久磁石の磁極は、固定側の永久磁石の磁極に対して軸方向に所定量だけずれている。この所定量の大きさによって、永久磁石磁気軸受６の支持力が異なる。図１に示す例では、永久磁石６ａの方が図示上側に配置されているため、永久磁石６ａと永久磁石６ｂとの反発力により、ラジアル方向の支持力と軸方向上向き（ポンプ排気口側方向）の力とが回転体ユニットＲに働いている。

磁石ホルダ１１の中央には、ボールベアリング９を保持するベアリングホルダ１３が固定されている。図１では、ボールベアリング８，９に深溝玉軸受を用いているが、これに限らず、例えばアンギュラコンタクトの軸受を用いても良い。ボールベアリング９は、シャフト上部のラジアル方向の振れを制限するタッチダウンベアリングとして機能するものである。定常回転状態ではシャフト１０とボールベアリング９とが接触することはなく、大外乱が加わった場合や、回転の加速時または減速時にシャフト１０の振れ回りが大きくなった場合に、シャフト１０がボールベアリング９に接触する。

ボールベアリング８は、ベース２にボルト固定されるベアリングホルダ１１４に保持されている。ボールベアリング８の外周側にはリング状のラジアルダンパー１１６が設けられている。ラジアルダンパー１１６の材料にはゴム等のエラストマーが用いられる。ボールベアリング８は油潤滑式の転がり軸受であり、ボールベアリング８に潤滑油を供給するための潤滑油貯蔵部であるウィック１０１を備えている。ウィック１０１は、ベアリングホルダ１１４と下蓋１５との間に保持されている。

図２は、ボールベアリング８やウィック１０１等を含む油潤滑軸受装置１００の部分を拡大して示した図である。ボールベアリング８は、内輪８２が、テーパ部材として機能するコーン型ナット１０２によりシャフト１０に固定されている。コーン型ナット１０２は、雄ネジが形成されたシャフト１０の下端に着脱自在に設けられている。ボールベアリング８の外輪８１は、ベアリング押え１０３によってベアリングホルダ１１４に固定されている。転動体８３は保持器８４により保持されている。

コーン型ナット１０２の外周面は、ボールベアリング８の内輪８２に当接する側から先端に向けて先細りのテーパ面１０２ａとなっている。すなわち、テーパ面１０２ａは、内輪８２に向かって上り勾配の傾斜面となっている。リング状のウィック１０１の内周面には内側に突出した接触部１０１ａが形成されており、この接触部１０１ａがコーン型ナット１０２のテーパ面１０２ａに接触している。ウィック１０１は、潤滑油が保持可能なフェルト状やスポンジ状の部材で構成され、潤滑油を保持している。ボールベアリング８の外輪８１とウィック１０１との間には、それらに接触するように円管部材１０４が設けられている。円管部材１０４は、毛細管現象を利用して外輪８１の潤滑油をウィック１０１へ伝達する部材である。例えば、円管の内周面に多孔質体を形成したものでも良いし、フェルトのような繊維状のものを使用しても良いし、スポンジや焼結金属のような多孔質物質等で形成されていても良い。

図３は保持器８４の外観形状を示す斜視図である。保持器８４には、転動体８３が保持されるポケット８４０が複数形成されている。図３に示す保持器８４は冠型保持器であって、ポケット８４０は、保持器８４の軸方向上側の一部が開いた貫通孔となっている。なお、本実施の形態では冠型保持器を例に説明するが、この形式の保持器に限定されるものではない。

保持器８４の外周面には、ポケット８４０の外輪側開口８４０ｃに隣接してテーパ面８４１が形成されている。図２の断面図に示すように、テーパ面８４１は、保持器８４の潤滑油貯蔵部（ウィック１０１）側の端部８４０ｅ（図３参照）に近づくにつれて保持器８４の中心軸（軸芯Ｊ）から遠ざかるように傾斜している。すなわち、テーパ面８４１は外輪側開口８４０ｃに隣接する保持器外周面に形成され、ウィック１０１に向かって上り勾配の傾斜面となっている。テーパ面８４１の下端８４１ａよりも下側の外周面は半径が減少するテーパ面８４２となっており、テーパ面８４１の下端８４１ａは保持器８４の最外径になっている。

また、ポケット８４０の内周面８４０ａには、転動体８３の表面に付着している潤滑油を掻き取る為の掻き取り部８４０ｂが形成されている。なお、掻き取り部８４０ｂは微小な凹凸形状を成しており、図３では、点線で掻き取り部８４０ｂが形成されている範囲を示した（後述する図４の場合も同様である）。掻き取り部８４０ｂの具体的な形状については後述する。

図４は、ボールベアリング８が回転したときの転動体８３および保持器８４の動きを説明する図である。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）はＡ矢視図である。転動体８３は、内輪８２の転動面８２ａおよび外輪８１の転動面８１ａに接触している。内輪８２が矢印Ｒ１のように反時計回りに回転すると、転動体８３は時計回りに自転しながら反時計回りに公転運動する。転動体８３が反時計回りに公転運動すると、転動体８３に押されるように保持器８４も反時計回りに回転することになる。ポケット８４０の内周面８４０ａに形成された掻き取り部８４０ｂは、公転方向側の内周面８４０ａに形成されている。図４も図３の場合と同様に、符号８４０ｂを付した破線は、掻き取り部８４０ｂが形成される範囲を示している。

上述したように、Ｒ１方向に公転運動する転動体８３は、保持器８４の掻き取り部８４０ｂが形成された側の内周面８４０ａに当接しながらＲ２方向に自転している。そのため、転動体８３の表面に付着している潤滑油の一部が掻き取り部８４０ｂによって掻き取られる。保持器８４は高速でＲ１方向に回転しているので、掻き取られた潤滑油には遠心力が作用し、転動体８３と保持器８４の内周面８４０ａとの隙間を通って外周面側に移動する。なお、保持器８４はＲ１方向に内輪８２の半分の角速度で回転している。転動体８３が滑らずに転がりで回転する限りにおいて、転動体８３の内輪接触点は軸（シャフト１０）と同じ角速度であり、外輪接触点では角速度ゼロであるので、その中間位置の転動体中心の公転速度は内輪８２の半分の角速度となる。

図５は、潤滑油の循環経路を説明する図である。矢印Ｒ３は潤滑油の移動経路（循環経路）を示している。上述したように、潤滑油はウィック１０１に貯蔵されている。ウィック１０１に形成された接触部１０１ａがコーン型ナット１０２のテーパ面１０２ａに接触することで、接触部１０１ａの潤滑油がテーパ面１０２ａに付着する。テーパ面１０２ａは、コーン型ナット１０２の先端から内輪８２に近づくほど径が大きくなるテーパ面、すなわち、内輪８２に向かって上り勾配のテーパ面となっている。そのため、コーン型ナット１０２がシャフト１０と一体に高速回転すると、遠心力の作用によりテーパ面１０２ａ上の潤滑油は、より半径の大きな方向に移動することになる。すなわち、潤滑油は、矢印Ｒ３のようにテーパ面１０２ａを内輪８２の方向に移動する。

テーパ面１０２ａから内輪８２に移動した潤滑油は、内輪８２の転動面８２ａに入り込み、転動面８２ａを潤滑すると共に、転動体８３にも付着する。潤滑油が付着した転動体８３が自転すると、上述したように、転動体８３に附着した潤滑油の一部が、保持器８４に形成された掻き取り部８４０ｂによって掻き取られる。掻き取られた潤滑油が保持器８４の外周側に形成されたテーパ面８４１に移動すると、遠心力によりテーパ面８４１上をより径の大きな図示下側（ウィック側）に移動する。テーパ面８４１上を下側に移動した潤滑油が下端８４１ａに達すると、潤滑油は遠心力により飛散して外輪８１の内周面や円管部材１０４に付着する。

上述したように、円管部材１０４は、毛細管現象を利用して外輪８１の内周面またはこの面に向かって飛散して来る潤滑油をウィック１０１へ誘導する部材であるので、ターボ分子ポンプ１の取り付け姿勢に影響されることなく、保持器８４から飛散した潤滑油をウィック１０１に戻すことができる。このように、潤滑油はウィック１０１からボールベアリング８に供給され、ボールベアリング８からウィック１０１に回収される。

ところで、掻き取り部８４０ｂを設けない従来と同様の保持器の場合、内輪８２の転動面８２ａに供給された潤滑油は、転動体８３の回転により外輪８１の転動面８１ａに移動する。また、外輪８１の転動面８１ａの潤滑油も回転する転動体８３に付着して内輪側に移動するが、ボールベアリング８の内輪８２や保持器８４は高速回転しているため、潤滑油に作用する遠心力により外輪側に潤滑油が溜まりやすい。その結果、外輪８１の転動面８１ａにおいて潤滑油が過剰になりやすく、撹拌抵抗の発生による発熱が問題となる。

一方、本実施の形態では、掻き取り部８４０ｂによって転動体８３に付着した潤滑油の一部を、特に潤滑油量が多くなり、転動体８３の表面に形成される油膜厚さが増加すれば、それに応じて掻き取っているので、外輪８１の転動面８１ａにおける潤滑油が過剰になるのを抑制することができ、撹拌抵抗の発生を低減することができる。

また、保持器８４の外周面にウィック側に拡がる形状（すなわち、ウィック側に上り勾配）のテーパ面８４１を形成しているので、掻き取り部８４０ｂで掻き取られた潤滑油は、遠心力の作用によってテーパ面８４１上をウィック側に移動することになる。ウィック側に移動した潤滑油はテーパ面８４１の下端８４１ａから飛散し、最終的にはウィック１０１に回収されることになる。

（掻き取り部８４０ｂの具体的形状）
図６は、掻き取り部８４０ｂの形状の具体例を示す図である。図６（ａ）は、保持器８４の一部、すなわち、ポケット８４０の掻き取り部８４０ｂが形成されている部分を示す図である。図６（ｂ）は、掻き取り部８４０ｂが形成され内周面８４０ａを平面状に展開して示した図である。二点鎖線で示した円は転動体８３を示す。ポケット８４０の内周面８４０ａは転動体８３の球面に応じて湾曲しているが、図６（ｂ）では、その湾曲する内周面８４０ａを平面的に記載している。

図６に示す例では、掻き取り部８４０ｂは、矩形断面を有する細長い凸部８４３を、間隔を空けて内周面８４０ａの周方向に複数配置したものである。なお、図６（ａ）では、複数の凸部８４３の一部については図示を省略した。凸部８４３の延在方向（長手方向）は、保持器８４の軸方向とほぼ直交する方向となっている。複数の凸部８４３は、内周面８４０ａの縁に沿って外輪側開口８４０ｃの周方向に並ぶように配置されている。転動体８３は、破線矢印Ｒ２で示すように軸方向に対して直交する方向に自転する。符号８３０で示す一点鎖線は、自転する転動体８３のいわゆる赤道に相当するラインであり、転動体表面の回転方向への移動速度は赤道付近が最も大きく、そこから上下に離れるほど小さくなる。そのため、潤滑油の掻き取りが効果的に行われるように、複数の凸部８４３はライン８３０を中心として上下に配置されている。

掻き取り部８４０ｂの凸部８４３によって掻き取られた潤滑油９０は、転動体表面と潤滑油９０との間の粘性力や潤滑油に作用する遠心力によって、凸部８４３の間の隙間８４４を通ってテーパ面８４１側に移動する。テーパ面８４１に移動した潤滑油９０は、遠心力によりテーパ面８４１のより径の大きな方向（図示下側）へ移動する。図５に示したように、図示下側にはウィック１０１が配置されている。なお、隙間８４４の溝深さは図６に示すように一定としてもよいが、潤滑油の掻き取る量が増加する場合にも対応できるように、テーパ面８４１に近づくほど深くなるように構成しても良い。

図７は、図６に示した掻き取り部８４０ｂの変形例を示す図である。図６に示す構成では、図示上下に並んだ複数の凸部８４３をテーパ面８４１に沿うように、内周面８４０ａの右端（外輪側開口８４０ｃ）に沿って並べて配置した。一方、図７（ａ）に示す第１の変形例では、複数の凸部８４３を保持器８４の軸方向に沿って配置した。ただし、凸部８４３とテーパ面８４１との距離が離れすぎていると、隙間８４４を通って図示右側に移動した潤滑油がテーパ面８４１に付着せずに、転動体８３に再び付着する可能性が高かくなるので、図６に示すように、テーパ面８４１に近接して凸部８４３を配置するのが好ましい。

図７（ｂ）は掻き取り部８４０ｂの第２の変形例を示す図であり、凸部８４３の断面形状を三角形とした場合を示す。なお、転動体８３とポケット８４０の内周面８４０ａとは、厳密には曲面全体が接触するわけではなく、一般的に自転する転動体８３の赤道部分（図６の符号８３０で示す部分）において内周面８４０ａと接触している。そのため、赤道部分に対応する領域だけに凸部８４３を設けた場合には、転動体８３と内周面８４０ａとが相対的に軸方向（図示上下方向）に移動すると、凸部８４３による潤滑油の掻き取りが不十分となる。そのため、本実施の形態では、赤道部分に対応する中央位置だけでなく中央位置から上下にずれた領域にも凸部８４３を配置させるようにしている。

図８は掻き取り部の第３の変形例を示したものであり、図８（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。第３の変形例では、半球形状の凸部８４３ｂを形成するようにした。図８（ａ）の展開図に示す例では、内周面８４０ａに沿って配置した複数の凸部８４３ｂを、転動体８３の自転方向Ｒ２に２列配置した。なお、自転方向Ｒ２の列数は２列に限らず、図８（ｃ）のように１列でも良いし、３列以上設けても良い。

なお、掻き取り部８４０ｂの形状は、図６〜８に示した構成に限定されるものではなく、種々の形状が可能である。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）油潤滑軸受装置１００は、内輪８２が固定されたシャフト１０に設けられ、内輪８２に向かって上り勾配のテーパ面１０２ａが形成されたテーパ部材であるコーン型ナット１０２と、内輪８２に対してコーン型ナット１０２が設けられた側に配置されるウィック１０１と、テーパ面１０２ａに接触してウィック１０１の潤滑油をテーパ面１０２ａに供給する接触部１０１ａと、を備える。そして、保持器８４は、図３に示すように、外輪側開口８４０ｃと内輪側開口８４０ｄとを有して転動体８３を保持するポケット８４０と、ポケット８４０の内周面８４０ａに形成され、転動体８３の表面に付着した潤滑油を掻き取る掻き取り部８４０ｂと、外輪側開口８４０ｃに隣接する保持器外周面に形成され、ウィック１０１に向かって上り勾配のテーパ面８４１と、を備える。

このように、保持器８４に掻き取り部８４０ｂを設けることで、転動体８３から外輪８１の転動面８１ａに移動する潤滑油を抑制することができる。その結果、外輪８１の転動面８１ａにおいて潤滑油が過剰になるのを防止することができ、撹拌抵抗による発熱を抑制することができる。特に排気負荷に応じて回転速度を変更して運転するポンプでは、コーン型ナット１０２による潤滑油の輸送液量も変動するため、どのような条件でも潤滑油量が確保される設計にした場合には、最高回転数では必要以上の輸送液量になる一方、攪拌抵抗による温度の上昇は顕著になる。そのため、回転速度が高い場合においても掻き取る量を確保することは、回転の維持にとって重要な要素になるが、回転速度が高い場合には、転動体８３が保持器８４の掻き取り部８４０ｂに接する回数も増加するので好都合である。

さらに、ウィック１０１に向かって上り勾配のテーパ面８４１を、ポケット８４０の外輪側開口８４０ｃに隣接する保持器外周面に形成したので、掻き取り部８４０ｂで掻き取られてテーパ面８４１に付着した潤滑油は、ウィック１０１の方向に移動して飛散する。その結果、余分な潤滑油としてボールベアリング８から排出された潤滑油は、ウィック１０１に回収されることになり、潤滑油の供給および回収が可能な潤滑油循環系を構成することができる。

また、特許文献１に記載の装置のように潤滑油が潤滑油貯蔵部と異なる方向に排出する構成では、排出された潤滑油を潤滑油貯蔵部に戻すための経路をポンプベース側に形成する必要があり、構成が複雑になると共にコストアップを招く。しかしながら、上述した実施の形態では、掻き取り部８４０ｂが形成された保持器８４から掻き取られた潤滑油を潤滑油貯蔵部（ウィック１０１）側に排出するようにしているので、ポンプベース側に複雑な経路を形成する必要がない。

なお、図３に示す保持器８４では、保持器８４の外周面の一周にわたってテーパ面８４１を形成した。しかし、図１０に示すように、ポケット８４０の外輪側開口８４０ｃに隣接する周囲外周面のみを、ウィック１０１に向かって上り勾配の傾斜面（テーパ面８４１）としても良い。

また、図３に示した例では、内周面８４０ａの内で、自転方向Ｒ２が内輪側から外輪側となる領域に掻き取り部８４０ｂを形成した。この理由は、図４（ｂ）に示すように内輪８２がＲ１方向に回転したときに、一般的にこの領域に転動体８３が当接するからである。ただし、内輪８２がＲ１方向に回転したときに、転動体８３が常に図３の掻き取り部８４０ｂが形成された側に当接するとは限らず、保持器８４に対して相対的に遅れて公転している転動体８３もある。そのため、図９に示すように、回転方向Ｒ１（正回転時の保持器８４の回転方向）の側の内周面８４０ａだけでなく、回転方向Ｒ１と反対側の内周面８４０ａにも掻き取り部８４０ｂを形成しても良い。

（２）潤滑油を掻き取る掻き取り部８４０ｂは、例えば図６に示すように、内周面８４０ａの外輪側開口８４０ｃの側の領域に周方向に並ぶように形成された複数の凸部８４３を備える。掻き取り部８４０ｂの凸部８４３を外輪側開口８４０ｃの側の領域に形成することで、掻き取られた潤滑油が効果的にテーパ面８４１に移動する。また、転動体８３は、その軸方向中央部分を中心とする領域が外輪８１および内輪８２の転動面８１ａ，８２ａと接触するので、周方向に並ぶように複数の凸部８４３を形成することで、転動体８３に付着した潤滑油を効率良く掻き取ることができる。なお、掻き取り部８４０ｂの形状は図６〜８に記載の構成に限定されず、種々の凹凸形状が適用できる。

（３）さらに、図９に示すように、テーパ面８４１に突起８４５を形成するようにしても良い。図９に示す例では、テーパ面８４１のウィック１０１側の端部に突起８４５が形成されている。突起８４５は斜面８４５ａ，８４５ｂを有し、最もウィック１０１に近い側（図示下端）に尖った頂部８４５ｃを備えている。掻き取り部８４０ｂにより掻き取られてテーパ面８４１に付着した潤滑油９０は、遠心力の作用により、例えば矢印Ｄで示すようにテーパ面８４１を下り、突起８４５の斜面８４５ａ，８４５ｂを昇って頂部８４５ｃに移動する。このような頂部８４５ｃに付着している潤滑油は、面上に付着した潤滑油に比べて飛散しやすくなる。なお、図９に示す例では頂部８４５ｃが尖っているが、尖っていなくても構わない。

突起８４５を形成する場所としては、掻き取り部８４０ｂで掻き取られた潤滑油が集まりやすい領域が好ましく、例えば、掻き取り部８４０ｂに近いテーパ面８４１の上であって、テーパ面８４１の最も径の大きくなった端部領域に形成するのが良い。

（４）また、図５に示すように、保持器８４の外周面よりも外周側に配置されてウィック１０１および外輪８１と接触し、テーパ面８４１から飛散した潤滑油をウィック１０１に誘導する潤滑油誘導部としての円管部材１０４を備えるのが好ましい。このような円管部材１０４を設けることで、テーパ面８４１から飛散した潤滑油を、ウィック１０１に確実に回収することができる。その結果、ポンプ姿勢に依らず、例えばポンプを横向き姿勢や倒立姿勢で使用した場合においても、ウィック１０１への潤滑油の回収を確実に行うことが可能となる。

なお、図５に示した円管部材１０４では、外輪８１の内周面まで達するように構成されているが、図１１（ａ）に示すように、外輪８１の下端面とウィック１０１とに接触するように円管部材１０４を設けるようにしても良い。また、図１１（ｂ）に示すように、ベアリング押え１０６を外輪８１の下側に設け、そのベアリング押え１０６を焼結金属のような多孔質材料で形成するようにしても良い。または、多孔性電解メッキを施した金属板をベアリング押え１０６として用いても良い。潤滑油は多孔性電解メッキ層によりウィック１０１に導かれる。

なお、多孔性電解メッキを適用する場合には、図２に示す構成で、外輪８１とウィック１０１との間に介在するベース部に多孔性電解メッキ層を形成すれば、そのメッキ層を潤滑油誘導部として利用することが可能である。

−第２の実施の形態−
ところで、高速回転している軸受においては、転動体の移動速度が非常に速くなる。そして、その際の条件によっては、転動体に付着する潤滑油の量よりも、内輪の転動面から転動体によって跳ね上げられる潤滑油の量の方が多くなる場合がある。内輪の転動面には遠心力が作用するため、特に転動面の溝の端部に近い位置の潤滑油が他より少しでも多い箇所があると、転動体の通過がトリガとなって、そのような現象が生じやすい。このように転動体で跳ね上げられた潤滑油が外輪内周面に付着すると、外輪転動面における潤滑油量が過剰になるおそれがある。

第２の実施の形態では、このような跳ね上げられた潤滑油に起因する外輪側転動面の潤滑油過剰を、効果的に防止できる油潤滑軸受装置について説明する。図１２は、第２の実施の形態における油潤滑軸受装置１００を示す断面図である。図１２は、上述した図５と同様の部分の断面図である。油潤滑軸受装置１００は、ボールベアリング８、テーパ面１０２ａが形成されたコーン型ナット１０２、接触部１０１ａを有するウィック１０１および円管部材１０４を備えている。

第２の実施の形態では、コーン型ナット１０２、ウィック１０１および円管部材１０４については、上述した第１の実施の形態の対応する部材と同一構成であり、ボールベアリング８の保持器８４の構成が第１の実施の形態と異なっている。

図１３は、保持器８４の分解斜視図である。保持器８４は２つの部品（８４ａ，８４ｂ）で構成されている。以下では、これら２つの部品を、下部保持器８４ａおよび上部保持器８４ｂと称することにする。下部保持器８４ａおよび上部保持器８４ｂは種々の材料で構成することが可能であり、例えば、ポリイミド等の合成樹脂材で形成される。

下部保持器８４ａと上部保持器８４ｂとが互いに当接する一対の面の一方には貫通孔８４７ａが形成され、他方の面にはスナップフィット式の結合部８４７ｂが形成されている。図１２，１３に示す例では、下部保持器８４ａの当接面８４６に貫通孔８４７ａが形成され、上部保持器８４ｂの当接面８４６（図では見えない）に結合部８４７ｂが形成されている。結合部８４７ｂが貫通孔８４７ａに結合されることにより、下部保持器８４ａと上部保持器８４ｂとが一体とされる。

図１２，１３に示す例では、保持器８４を、２つの部品を結合して一体とする構成としたが、一つの部品で一体としても良いし、３つ以上の部品を結合して一体としても良い。また、結合構造は、結合部８４７ｂおよび貫通孔８４７ａで示すようなスナップフィット方式に限らず、種々の方式を用いることができる。

図１４は、保持器８４の面形状を説明する図である。外輪８１に対向する保持器８４の外周面、すなわち、一体とされた下部保持器８４ａおよび上部保持器８４ｂの外周面には、第１の実施の形態と同様の形状の傾斜面であるテーパ面８４１が形成されている。すなわち、テーパ面８４１は、潤滑油貯蔵部であるウィック１０１に近づくにつれて保持器８４の軸芯Ｊからの距離が増加し、ウィック１０１に向かって上り勾配の傾斜面になっている。そして、下部保持器８４ａのテーパ面８４１の下端には、テーパ面８４１から外側に突出したリング状の突起部８４１ｂが形成されている。

一方、内輪８２に対向する保持器８４の内周面、すなわち、下部保持器８４ａおよび上部保持器８４ｂの内周面には、ウィック１０１から軸方向に遠ざかるにつれて軸芯Ｊからの距離が増加する傾斜面であって、図示上側に向けて下り勾配の傾斜面（８４８ａ，８４８ｂ）が形成されている。図１４に示す例では、下部保持器８４ａの内周面に傾斜面８４８ａが形成され、上部保持器８４ｂの内周面に傾斜面８４８ｂが形成されている。さらに、ウィック１０１とは反対側の保持器端部（図１４の図示上側の保持器端部）には、テーパ面８４１と傾斜面８４８ｂとを接続する湾曲した接続面８４９が形成されている。内周面の傾斜面８４８ｂ，テーパ面８４１、およびこれらを接続する湾曲した接続面８４９等の表面には、親油性を向上させるような表面の改質を行っても良い。改質方法には、塗装・熱融着・コーティング等により、潤滑油との親和性に優れたアルキル基を多く含む高分子膜を形成したり、ポリオレフィン等の微細繊維の表面層を形作る方法等がある。このようにすれば、一旦付着した潤滑油は移動途中で遠心力により飛散することなく、突起部８４１ｂまで移動し、ここから飛散するため、潤滑油の戻りをより確実にする効果が期待できる。

ウィック１０１からコーン型ナット１０２のテーパ面１０２ａに供給された潤滑油は、遠心力の作用により、図１４の破線矢印Ｒ３に示すようにテーパ面１０２ａの上を内輪８２側の方向へと移動する。テーパ面１０２ａから内輪８２に移動した潤滑油は、内輪８２の転動面８２ａに入り込む。内輪８２の転動面８２ａに溜まった潤滑油は、高速で移動する転動体８３により跳ね上げられ、矢印Ｒ４，Ｒ５のように転動面８２ａの縁から飛散する。飛散した潤滑油は、内輪８２に対向する保持器８４の内周面に形成された傾斜面８４８ａおよび８４８ｂに付着する。

保持器８４は転動体８３と共に高速で回転するので、傾斜面８４８ａに付着した潤滑油は、遠心力の作用により軸芯からの距離が増加する図示上方向に移動する。移動した潤滑油は、転動体８３に付着する。なお、下部保持器８４ａの傾斜面８４８ａについては、この部分が無くても構わない。すなわち、傾斜面８４８ａの部分が無い場合や短い場合には、矢印Ｒ４方向に飛散した潤滑油は、殆どがウィック１０１方向に飛散するので、外輪における潤滑油過剰に対して影響しない。

一方、傾斜面８４８ｂに付着した潤滑油は、遠心力の作用により軸芯Ｊからの距離が増加する図示上方向に移動し、矢印Ｒ７のように傾斜面８４８ｂから接続面８４９へと移動する。接続面８４９は、保持器８４の外周面に形成されたテーパ面８４１に接続しているので、接続面８４９上の潤滑油は、矢印Ｒ７のように移動してテーパ面８４１へと移動する。

テーパ面８４１は、ウィック１０１に近づくにつれて軸芯Ｊからの距離が増加し、ウィック１０１に向かって上り勾配の傾斜面となっている。そのため、テーパ面８４１上の潤滑油は、軸芯Ｊからの距離が増加する図示下方向に遠心力によって移動する。テーパ面８４１の下端に達した潤滑油は、遠心力によって突起部８４１ｂの先端に集まり、矢印Ｒ８のように外輪方向に飛散する。飛散した潤滑油は、矢印Ｒ９のように円管部材１０４を介してウィック１０１へ戻る。

このように、内輪８２の転動面８２ａから飛散した潤滑油は、傾斜面８４８ａ，８４８ｂによって捕捉される。特に、矢印Ｒ５方向に飛散した潤滑油は、もし上部保持器８４ｂが装着されておらず、傾斜面８４８ｂによって捕捉されなかった場合、外輪８１に達してそこに付着する可能性が高い。その場合には、外輪８１の転動面８１ａにおいて潤滑油が過剰となり、撹拌抵抗が増大するという問題が生じる。

本実施の形態の場合、傾斜面８４８ｂで捕捉された潤滑油は、接続面８４９を介してテーパ面８４１に接続しているので、傾斜面８４８ｂに付着した潤滑油は、遠心力によって「傾斜面８４８ｂ→接続面８４９→テーパ面８４１→突起部８４１ｂ→円管部材１０４」のように移動する。その結果、Ｒ５方向に飛散した潤滑油を、保持器８４の表面を利用してウィック１０１へ戻すことができる。このように、本実施の形態では、飛散した潤滑油による転動面８１ａの潤滑油過剰を防止することができる。

なお、本実施の形態では、保持器８４を上下に分割した２つの部品（下部保持器８４ａと上部保持器８４ｂ）で構成した。一般的に、深溝玉軸受の場合には、このように分割構造とすることで組み付けが可能となる。もちろん保持器８４を一体で形成しても良く、特に、アンギュラコンタクト型の玉軸受の場合には、一体型であっても容易に組み付けることが可能である。

また、図１５に示すように、ポケット８４０が、保持器８４の軸方向上側の一部が開いた貫通孔となっている場合にも、同様に適用することができる。すなわち、保持器８４の内周面に傾斜面８４８ａ，８４８ｂを形成する。テーパ面８４１には、下端部分に突起部８４１ｂが形成されている。なお、保持器８４の上端に形成された接続面８５０は平面状であるため、接続面８５０とテーパ面８４１および傾斜面８４８ｂとの接続部分は尖った形状となっている。このように、尖った部分があると潤滑油が集まりやすく、そこから飛散しやすくなる。そのため、二点鎖線で示す接続面８４９のように湾曲した面形状とし、接続面８４９とテーパ面８４１および傾斜面８４８ｂとを滑らかに接続するのが好ましい。なお、この図では二点鎖線で示す接続面８４９は円輪状で示しているが、ポケット８４０の開口部を残す形状であっても良い。開口部を通過してしまう飛散油は捕捉できない分、効果は減じるものの、それでもある程度の飛散油を戻す効果が期待できる。

（変形例）
図１６は、第２の実施の形態の変形例を示す図である。上述した第２の実施の形態では、保持器８４の外周面にテーパ面８４１を形成し、内周面に傾斜面８４８ａ，８４８ｂを形成すると共に、テーパ面８４１と傾斜面８４８ｂとを接続する接続面８４９を形成した。図１６に示す変形例では、さらに外周側のテーパ面８４１に突起部８５１を形成した。突起部８５１は、接続面８４９の側からウィック１０１側の端部（突起が形成されている端部）の方向に、峰状に延在して形成されている。

図１６に示す突起部８５１の場合には、接続面８４９から突起部８４１ｂまで形成されているが、軸方向長さをより短くしても構わない。また、突起部８５１は、２つの斜面８５１ａ，８５１ｂが交差する尖った頂部を有する凸形状となっているが、なだらかな頂部を有する凸形状であっても良い。

図１６の破線矢印Ｒ１０のように、内周面側の傾斜面８４８ｂから接続面８４９を経て外周面側に移動した潤滑油は、接続面８４９から突起部８５１の斜面８５１ａに移動する。これは、テーパ面８４１よりも突起部８５１のほうが軸芯Ｊからの距離が大きいので、より大きな遠心力が潤滑油に働くことに起因する。斜面８５１ａ上の潤滑油は、遠心力によって突起部８５１の頂部に近づきつつ突起部８４１ｂの方向に移動する。そして、最終的には突起部８４１ｂから外輪方向に飛散する。

そのため、保持器８４の内周面側から外周面側に移動した潤滑油は、再びポケット８４０内の転動体（不図示）に付着する確率が小さく、殆どが突起部８５１を通って外輪方向に飛散され、図１４の矢印Ｒ９のようにウィック１０１へ戻されることになる。このように、突起部８５１を設けたことにより、傾斜面８４８ｂにより外周面側に導かれた潤滑油は、外輪８１の転動面８１ａに溜まることなく、効果的にウィック１０１へ戻される。なお、図１５に示す保持器形状の場合にも、外周側のテーパ面８４１に突起部８５１を設けることで同様の効果を奏することができる。

上述したように、第２実施の形態では、図１４に示すように、内輪８２の転動面８２ａから矢印Ｒ５方向に飛散した潤滑油は、保持器内周面に形成された傾斜面８４８ｂに付着する。傾斜面８４８ｂは、潤滑油貯蔵部であるウィック１０１から遠ざかるにつれて軸芯Ｊからの距離が増加する下り勾配の傾斜面なので、ウィック１０１から遠ざかるように接続面８４９方向に移動する。ウィック１０１とは反対側の保持器端部に形成された接続面８４９は、保持器外周面に形成されたテーパ面８４１と傾斜面８４８ｂとを接続しているので、接続面８４９方向に移動した潤滑油は、接続面８４９を通ってテーパ面８４１へ移動する。テーパ面８４１はウィック１０１に近づくにつれて軸芯Ｊからの距離が増加する上り勾配の傾斜面なので、テーパ面８４１に移動した潤滑油は、テーパ面８４１上をウィック１０１方向に移動し、テーパ面８４１のウィック側端部（軸方向下側の端部）から飛散する。

このように、内輪８２の転動面８２ａから飛散して傾斜面８４８ｂに付着した潤滑油は、外周面側のテーパ面８４１のウィック側端部から飛散するので、外輪８１の転動面８１ａの潤滑油が過剰になるのを防止することができる。

さらに、図１６に示すように、テーパ面８４１には、隣接する一対のポケット８４０の間を通って接続面８４９の側からウィック１０１の方向に峰状に延在する突起部８５１が形成されている。その結果、内周面側の傾斜面８４８ｂからテーパ面８４１に移動した潤滑油は、遠心力によって突起部８５１方向に移動し、突起部８５１の峰に沿ってウィック側の端部へと移動する。そのため、潤滑油がテーパ面８４１からポケット８４０の外輪側開口に入るのを抑制することができる。

さらに、図１６では、ポケット８４０は、周囲が閉じた内輪側開口から周囲が閉じた外輪側開口へと貫通しているので、図１５のようにポケット８４０の上側（ウィック１０１が配置されている側とは反対側）が開いているポケット８４０の場合と比較して、保持器の強度が向上する。また、図１５のようにポケット８４０上側が開いていると、その部分に飛散した潤滑油は外輪側に到達しやすいという欠点があるが、図１６のように閉じている場合にはそのような外輪側への飛散を防止することができる。ポケット８４０は，すべてのポケット８４０が，周囲が閉じた内輪側開口から周囲が閉じた外輪側開口へと貫通している必要はなく，一部のポケット８４０上側が開いていても良い。ポケット８４０の開放個数は，保持器の強度と潤滑油の飛散防止効果によって選択される。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態ではターボ分子ポンプを例に説明したが、ターボ分子ポンプに限らず種々の真空ポンプの油潤滑軸受装置に、さらには、真空ポンプ以外の装置の油潤滑軸受装置にも本発明は適用することができる。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…ターボ分子ポンプ、３…ポンプロータ、８，９…ボールベアリング、１０…シャフト、８１…外輪、８１ａ，８２ａ…転動面、８２…内輪、８３…転動体、８４…保持器、８４ａ…下部保持器、８４ｂ…上部保持器、９０…潤滑油、１００…油潤滑軸受装置、１０１…ウィック、１０１ａ…接触部、１０２…コーン型ナット、１０２ａ，８４１，８４２…テーパ面、１０４…円管部材、８４０…ポケット、８４０ａ…内周面、８４０ｂ…掻き取り部、８４０ｃ…外輪側開口、８４０ｄ…内輪側開口、８４３，８４３ｂ…凸部、８４５…突起、８４７ａ…貫通孔、８４７ｂ…結合部、８４９，８５０…接続面、８５１点突起部

Claims (10)

1. 内輪、外輪、転動体および前記転動体の間隔を維持する保持器を有し、回転軸を支持する転がり軸受と、
   前記内輪が固定された前記回転軸に設けられ、前記内輪に向かって上り勾配の第１傾斜面が形成されたテーパ部材と、
   前記内輪に対して前記テーパ部材が設けられた側に配置される潤滑油貯蔵部と、
   前記第１傾斜面に接触して前記潤滑油貯蔵部の潤滑油を前記第１傾斜面に供給する接触部と、を備え、
   前記保持器は、
   外輪側開口と内輪側開口とを有して前記転動体を保持するポケットと、
   前記ポケットの内周面に形成され、前記転動体の表面に付着した潤滑油を掻き取る潤滑油掻き取り部と、
   前記外輪側開口に隣接する保持器外周面に形成され、前記潤滑油貯蔵部に向かって上り勾配の第２傾斜面と、を備える油潤滑軸受装置。
2. 請求項１に記載の油潤滑軸受装置において、
   前記潤滑油掻き取り部は、前記内周面の前記外輪側開口の側の領域に周方向に並ぶように形成された複数の凸部を備える、油潤滑軸受装置。
3. 請求項１に記載の油潤滑軸受装置において、
   前記第２傾斜面には前記第２傾斜面から突出する突起が形成されている、油潤滑軸受装置。
4. 請求項１に記載の油潤滑軸受装置において、
   前記テーパ部材は、前記回転軸に着脱自在に設けられ、前記内輪を前記回転軸に固定すする内輪固定部材である、油潤滑軸受装置。
5. 請求項１に記載の油潤滑軸受装置において、
   前記保持器よりも外輪側に配置されて前記潤滑油貯蔵部および前記外輪と接触し、前記第２傾斜面から飛散した潤滑油を前記潤滑油貯蔵部に誘導する潤滑油誘導部を備える、油潤滑軸受装置。
6. 内輪、外輪、転動体および前記転動体の間隔を維持する保持器を有し、回転軸を支持する転がり軸受と、
   前記内輪が固定された前記回転軸に設けられ、前記内輪に向かって上り勾配の第１傾斜面が形成されたテーパ部材と、
   前記内輪に対して前記テーパ部材が設けられた側に配置される潤滑油貯蔵部と、
   前記第１傾斜面に接触して前記潤滑油貯蔵部の潤滑油を前記第１傾斜面に供給する接触部と、を備え、
   前記保持器は、
   保持器内周面から保持器外周面に貫通し、前記転動体を保持するポケットと、
   前記保持器外周面に形成され、前記潤滑油貯蔵部に近づくにつれて軸芯からの距離が増加する上り勾配の第２傾斜面と、
   前記保持器内周面に形成され、前記潤滑油貯蔵部から遠ざかるにつれて軸芯からの距離が増加する下り勾配の第３傾斜面と、
   前記潤滑油貯蔵部とは反対側の保持器端部に形成され、前記第２傾斜面と前記第３傾斜面とを接続する接続面と、を備える油潤滑軸受装置。
7. 請求項６に記載の油潤滑軸受装置において、
   前記第２傾斜面には、隣接する一対の前記ポケットの間を通って前記接続面の側から前記潤滑油貯蔵部の方向に峰状に延在する突起部が形成されている、油潤滑軸受装置。
8. 請求項６または７に記載の油潤滑軸受装置において、
   前記ポケットの少なくとも１箇所が、周囲が閉じた内輪側開口から周囲が閉じた外輪側開口へと貫通している、油潤滑軸受装置。
9. 請求項８に記載の油潤滑軸受装置において、
   前記保持器は、２以上の部材を結合して一体化されている、油潤滑軸受装置。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の油潤滑軸受装置と、
    前記回転軸が設けられたポンプロータと、を備える真空ポンプ。

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