JP6844442B2 - タッチダウン軸受の試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチダウン軸受の試験装置に関し、より詳細には、磁気軸受とともに設置されて、磁気軸受の制御不能時に軸受として機能するタッチダウン軸受の回転試験を実施可能なタッチダウン軸受の試験装置に関する。

タッチダウン軸受は、磁気軸受とともに設置される転がり軸受であり、通常時には、内輪が、回転軸と接触しない構成となっている。一方、磁気軸受が何らかのトラブルで制御不能になった時には、内輪の回転軸との対向面が、回転軸に接触（タッチダウン）し、軸受として機能することにより、磁気軸受及び回転軸を保護する構成となっている。

タッチダウン軸受には、その特有の性能として、「タッチダウン時の回転性能（以下、回転性能と呼ぶ）」及び「ロータ軸接触時の空転停止性能（以下、空転停止機能と呼ぶ）」が求められる。

回転性能は、タッチダウン時に回転を円滑に行うための性能である。例えば、タッチダウン軸受がターボ分子ポンプに用いられている場合、この回転性能が高いと、不慮の断線やモータの損傷が原因でロータ軸がタッチダウンした時に、ロータ軸が振れ回ってステータ部材に接触して破損するのを防ぎ、ロータ軸を安全に着陸させることができる。

空転停止機能は、タッチダウン軸受がロータ軸と接触し空転したとき、その空転を長く続けることなく、軸受を早い時期に停止させる性能である。タッチダウン軸受には、ターボ分子ポンプが回転中に地震や周辺機器の振動でロータ軸が接触することがある。その後、ロータ軸は、不慮の断線やモータの損傷が原因でロータ軸がタッチダウンした時とは異なり、すぐに磁気的安定を取戻して定常位置に復帰するので、タッチダウン軸受とは一瞬接触するだけで、その後は非接触状態に戻る。このとき、ロータ軸から回転力を受けてタッチダウン軸受は空転（通常内輪）を始めるが、空気抵抗がないため、タッチダウン軸受はそのまま空転し続けることになる。このとき、大きな回転音を生じたり、コーティングされている固体潤滑剤が摩耗して膜厚が減少し、本来のタッチダウン時に回転性能を十分に発揮できなかったり、温度が急上昇して焼き付きを生じてしまうという不具合を発生しかねない。したがって、タッチダウン軸受には、空転時に早期に自転を停止する性能が必要となる。

特許文献１には、真空環境中に配置した軸受の内径に、真空環境外部から導入した軸を嵌合させて軸を回転させることでタッチダウン軸受を回転させ、所定の回転速度に達したところで真空封止を維持したまま、軸受内径から軸を引き抜き、惰性回転する軸受の惰性回転時間を計測・比較して、タッチダウン軸受の回転性能を検証するタッチダウン軸受の試験装置が開示されている。

特開２０１０−１９０３９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のタッチダウン軸受の試験は、実際のタッチダウン現象から乖離した条件での試験方法となっている。具体的には、タッチダウン軸受は、通常時には停止しており、磁気軸受が制御不能になった時に、一定の重量物が静止軸受上に落下してタッチダウン軸受が回転を始めるが、特許文献１の試験では、重量物によるタッチダウンが実現されない。従って、タッチダウン軸受を静止状態から外部駆動源を用いずに回転起動することができない。また、回転起動中は、外部駆動源と機械的に接続されているので、その間の事象（特に、荷重条件的事象）は、偏心荷重がタッチダウン軸受に負荷されないなど、本来のタッチダウン軸受にはない事象である。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、実際のタッチダウン現象に近い条件での試験を実施することができるタッチダウン軸受の試験装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 磁気軸受と共に設置され、通常時には内輪が回転軸と接触せず、前記磁気軸受の制御不能時に前記内輪が前記回転軸と接触して軸受として機能するタッチダウン軸受の試験装置であって、
回転部材を回転させる回転駆動機構と、
前記回転駆動機構と前記回転部材とを着脱可能に接続する接続機構と、
前記接続機構による前記回転駆動機構と前記回転部材との接続状態を解除して、回転状態にある前記回転部材を前記タッチダウン軸受上に落下させる落下機構と、
を備えることを特徴とするタッチダウン軸受の試験装置。
（２） 前記タッチダウン軸受、前記回転部材、及び前記接続機構は、真空室内に配置されることを特徴とする（１）に記載のタッチダウン軸受の試験装置。
（３） 前記回転駆動機構は、回転自在とされて外部から前記真空室内に延設された中空の回転導入機軸を備え、
前記落下機構は、前記回転導入機軸と一体回転可能、且つ軸方向に摺動自在とされて前記回転導入機軸の内周面に嵌合し、前記外部から前記真空室内に延設されるピストンを備え、
前記ピストンは、前記回転駆動機構と前記回転部材との接続状態を解除することを特徴とする（２）に記載のタッチダウン軸受の試験装置。
（４） 前記接続機構は、前記回転部材と嵌合して、前記回転状態にある前記回転部材の半径方向への変位を規制するガイド部を備え、
前記落下機構は、前記ガイド部と前記回転部材との嵌合状態を解除する押し出し装置を備え、
前記押し出し装置は、前記ガイド部よりも外側に配置されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のタッチダウン軸受の試験装置。
（５） 前記接続機構は、前記回転駆動機構の回転導入機軸と前記回転部材とを、磁力により接続することを特徴とする（３）または（４）に記載のタッチダウン軸受の試験装置。
（６） 前記回転部材は、本体部と、該本体部から下方に延びる、前記回転軸と同径の導入軸と、を備え、
前記導入軸は、前記タッチダウン軸受の内輪に隙間を介して挿入されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のタッチダウン軸受の試験装置。

本発明のタッチダウン軸受の試験装置によれば、回転部材を回転させる回転駆動機構と、回転駆動機構と回転部材とを着脱可能に接続する接続機構と、接続機構による回転駆動機構と回転部材との接続状態を解除して、回転状態にある回転部材をタッチダウン軸受上に落下させる落下機構と、を備えるので、実際のタッチダウン現象に近い条件で、タッチダウン軸受のタッチダウン性能を試験することができる。

本発明の第１実施形態に係るタッチダウン軸受の試験装置の全体構成図である。 図１の要部拡大図である。 第１実施形態において、落下機構により回転駆動機構と回転部材との接続状態が解除された状態を示すタッチダウン軸受の試験装置の全体構成図である。 第１実施形態において、落下機構が作動して、回転部材が回転駆動機構から分離された状態を示す要部拡大図である。 第１実施形態において、タッチダウン軸受の内輪に案内されて、回転部材がタッチダウン軸受上に落下した状態を示す要部拡大図である。 第１実施形態において、タッチダウンした後、回転部材の導入軸が、タッチダウン軸受の内輪の内周面に接触する状態を示す要部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係るタッチダウン軸受の試験装置の要部拡大図である。 第２実施形態において、落下機構によりセンターボスとセンターリングとが接触状態から非接触状態に変化する瞬間の状況を示す要部拡大図である。 第２実施形態において、落下機構によりピストンが所定距離を前進して停止し、回転部材が自由落下している瞬間の状況を示す要部拡大図である。 第２実施形態において、タッチダウン軸受の内輪に案内されて、回転部材がタッチダウン軸受上に落下した状態を示す要部拡大図である。 第２実施形態において、タッチダウンした後、回転部材の導入軸が、タッチダウン軸受の内輪の内周面に接触する状態を示す要部拡大図である。 本発明の第１実施形態に係るタッチダウン軸受の試験装置で実施したタッチダウン軸受の試験結果を示すグラフである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係るタッチダウン軸受の試験装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施形態のタッチダウン軸受の試験装置の構成図である。図１に示すように、タッチダウン軸受の試験装置１０は、タッチダウン軸受１２０を保持する軸受保持部１１０と、タッチダウン軸受１２０の内輪１２１を回転させる回転部材１００と、回転部材１００を回転させる回転駆動機構４０と、回転駆動機構４０と回転部材１００とを着脱可能に接続する接続機構５０と、接続機構５０による接続を解除して、回転状態にある回転部材１００をタッチダウン軸受１２０の内輪１２１上に落下させる落下機構７０と、を主に備える。

回転駆動機構４０は、天板１１上に立設されてボルト固定された回転導入機２０を備える。回転導入機２０は、天板１１の貫通孔１１ａと同心に位置する内周面１２ａを有する回転導入ハウジング１２を備え、回転導入ハウジング１２の内周面１２ａには、上下が一対の転がり軸受１３で支承された中空の回転導入機軸２１が回転自在に配設されている。回転導入機軸２１は、天板１１の貫通孔１１ａを通過して天板１１の一方の面側（図中上側）から他方の面側（図中下側）に亘って配設されている。

回転導入機２０は、常圧環境と真空環境とを封止した状態を維持しながら、回転導入機軸２１を両環境内に貫通させる装置である。このため、一対の転がり軸受１３の間で、回転導入ハウジング１２の内周面１２ａと回転導入機軸２１の外周面との間の環状空間には、真空密封シール１８が配設されている。なお、真空密封シール１８は、差動排気シール、や磁気シール、磁気カップリングであってもよい。

天板１１より下面側は、不図示の真空装置（真空槽等）に接続されている。また、回転導入機２０は、天板１１と、該天板１１にボルト固定される回転導入ハウジング１２のフランジ１２ｂとの間が、封止部材であるＯリング１４によって封止されている。従って、天板１１より下方は真空環境（真空室Ｖ）となり、天板１１より上方は常圧環境(室内)となる。

回転導入機軸２１の上端には、スプラインハウジング２２が外嵌し、一体固定されている。スプラインハウジング２２の外周面に固定されたプーリ２３と、回転駆動機構４０の駆動モータである高周波モータ２４の駆動軸２５に固定されたプーリ２６との間には、ベルト２７が巻き掛けられている。なお、プーリ２３、プーリ２６、及びベルト２７は、高周波モータ２４から回転導入機軸２１へ回転駆動力を伝達する動力伝達機構を構成する。

高周波モータ２４を支持する支持台２８は、ボルト２９で天板１１上に固定されており、該ボルト２９を緩めた状態で、天板１１と支持台２８との間に配設された位置調整ボルト３０を回転させ、支持台２８を左右方向に移動させることで、ベルト２７の張力状態を調整可能である。高周波モータ２４は、図示しない外部のコントローラによって、任意の速度で回転制御される。

図２は、回転導入機軸２１の下部近傍の拡大図である。天板１１より下方（真空環境）に位置する回転導入機軸２１の下端には、円筒形状の磁石ホルダ３１が外嵌する。磁石ホルダ３１は、磁石ホルダ３１を径方向に貫通するセットスクリュー３２が回転導入機軸２１の円周溝２１ａに係合すると共に、回転導入機軸２１と磁石ホルダ３１との間にキー３３が配設されて、回転導入機軸２１と磁石ホルダ３１を一体に接続している。

磁石ホルダ３１の外周面には、円筒形状のガイドリング３４が外嵌する。ガイドリング３４は、ガイドリング３４を径方向に貫通するねじ３５により、磁石ホルダ３１に固定されている。ガイドリング３４の下面は、磁石ホルダ３１の下面より、若干軸方向に突出している。即ち、ガイドリング３４の内径と、磁石ホルダ３１の下面とにより円形の嵌合凹部が形成され、後述する回転部材１００の嵌合凸部（上凸部１０３）が嵌合することで、回転部材１００を位置決めする。

磁石ホルダ３１の下面に形成された断面略矩形の円周溝３６には、リング形状の磁石５１が接着などにより固定されている。磁石５１の下面は、磁石ホルダ３１の下面と同一面となっている。磁石５１は、真空室Ｖ内に配置され、回転導入機軸２１と回転部材１００とを磁気的に接続する接続機構５０を構成する。

磁石５１が回転部材１００を磁気的に吸着するため、磁石ホルダ３１は磁束を通し難い材質が好ましく、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼や、Ａ２０１７，Ａ５０５２，Ａ５０５６，Ａ２０２４，Ａ７０７５等のアルミ合金等の非磁性材料が使用される。

磁石５１の材質は特に問うものではないが、フェライト系磁石に加えて、ネオジウム系、サマリウムコバルト系の希土類系磁石等の最大エネルギー積値の大きい磁石を用いると、吸着力に対してサイズを小さくできるので、磁石５１を回転させて使用する（磁石の慣性モーメントの影響をうける）本発明には好適である。

磁石５１の形状は、遠心力のバランスを考慮すると、リング形状が好ましい。しかし、
回転部材１００の吸着が目的であるので、充分な吸着力が得られるならば、円弧形状等の磁石を円周方向に等間隔で配置してもよい。また、回転部材１００の吸着のためには、磁石５１の着磁方向は軸方向が適しているが、回転部材１００を吸着可能であれば，特に限定されない。

なお、回転駆動機構４０の構成部材である回転導入機軸２１の内周面及び外周面、スプラインハウジング２２、プーリ２３、磁石ホルダ３１、ガイドリング３４、及び磁石５１の全ての中心軸は、同一の軸線ＣＬ上に位置するように設定されている。従って、高周波モータ２４を回転させると、プーリ２６、ベルト２７、プーリ２３を介してスプラインハウジング２２が回転導入機軸２１と共に回転し、さらに、磁石ホルダ３１、ガイドリング３４、及び磁石５１が、高周波モータ２４の回転と同期して回転する。これにより、常圧環境側から真空環境側に回転運動を導入することができる。

図１に戻り、落下機構７０は、アクチュエータ軸７２を直線駆動可能なアクチュエータ（直動モータ）７１を備える。アクチュエータ７１は、回転導入機２０の上部に動力伝達ケース３８を介して配置された環状の支持部材７３に固定されている。アクチュエータ７１は、不図示の外部コントローラによってアクチュエータ軸７２の直線運動が制御される。

支持部材７３の内周面７３ａには、リニアボールベアリング７４が内嵌・装着されている。リニアボールベアリング７４には、回転静止変換軸７５がアクチュエータ軸７２と同一軸線上で直線運動自在に配設されている。これにより、アクチュエータ７１が作動すると、回転静止変換軸７５が、アクチュエータ軸７２と共に直線運動する。

回転静止変換軸７５は、アクチュエータ軸７２の先端（下端）に一体的に接続され、リニアボールベアリング７４に嵌合する細径部７５ａと、細径部７５ａの下方に形成されたカップ状の大径部７５ｂと、からなる。大径部７５ｂの孔部には、予圧が付与された一対の転がり軸受７６の外輪が内嵌する。一対の転がり軸受７６の内輪には、回転ピン７７が内嵌し、回転自在に支持されている。

一方、スプラインハウジング２２の中心に形成された貫通孔２２ａには、軸方向に雌スプライン（図示せず）が形成されたスプラインユニット７８が固定されている。スプラインユニット７８の雌スプラインには、スプライン軸７９がスプライン嵌合する。スプライン軸７９の上端と、回転ピン７７とは、回転継手８０を介して一体に接続されている。なお、スプラインユニット７８は、ボールスプラインであってもよい。

これにより、高周波モータ２４によってスプラインハウジング２２が回転駆動されると、スプラインユニット７８を介してスプライン軸７９が回転し、さらに、スプライン軸７９と回転継手８０で接続される回転ピン７７が回転する。回転ピン７７は、一対の転がり軸受７６で回転自在に支持されており、また、回転静止変換軸７５はアクチュエータ軸７２に接続しているため、回転静止変換軸７５が回転することはない。

スプライン軸７９は、高周波モータ２４で駆動されて回転可能であり、且つ、アクチュエータ７１で駆動されてスプラインユニット７８に対して直線運動可能である。即ち、スプライン軸７９は、回転しながら、直線運動自在に構成されている。

中空の回転導入機軸２１の内周面２１ｂには、ピストン８１が軸方向に摺動自在に嵌合する。ピストン８１の上端に形成された雄ねじ８１ａは、スプライン軸７９の下端に螺合して、ピストン８１とスプライン軸７９とが軸方向に一体接続している。

ピストン８１には、Ｏリング８２が装着される３つのＯリング溝８１ｂが、ピストン８１の上部、及び下部にそれぞれ形成されている。回転導入機軸２１の内周面２１ｂは、面粗さが良好に仕上げ加工されており、Ｏリング溝８１ｂにそれぞれＯリング８２が装着されたピストン８１を嵌合することで、回転導入機軸２１とピストン８１との間が真空封止されている。

基本的には、回転導入機軸２１とピストン８１との間には、少なくとも一つのＯリング８２が設けられればよい。ピストン８１の下方のＯリング８２によって真空封止され、上方の２本のＯリング８２は、バックアップとして機能する。即ち、ピストン８１の下方のＯリング８２よって真空環境と常圧環境とが封止されており、ピストン８１の先端８１ｃは、真空環境中に存在する。また、ピストン８１の先端８１ｃの直径は、後述するすべり軸受８３の内径よりも細く、アクチュエータ７１が作動したとき、すべり軸受８３内に進入可能である。

回転導入機軸２１の内周面２１ｂの下部は若干拡径されて、中空のすべり軸受８３が接着によって固定されている。すべり軸受８３は、直動軸受であってもよい。すべり軸受８３には、軸方向断面が略逆Ｔ字型の押圧部材８４の円柱部８４ａが同軸的に嵌合している。円柱部８４ａより直径が大きい押圧部８４ｂは、回転導入機軸２１の下端部に形成された拡径部２１ｃに収容されている。押圧部８４ｂの下面は、磁石ホルダ３１の下面、即ち、磁石５１の下面と同一面か、若干、凹んでいる。

図２に示す状態では、押圧部８４ｂの下面は、磁石５１の磁力によって吸着保持された回転部材１００の上面に接している。このため、回転部材１００が存在しない場合、押圧部材８４がすべり軸受８３から抜け落ちて落下する可能性があるが、押圧部材８４は、強磁性材料で製作されているので、磁石５１からの漏洩磁束に捕捉され、落下することはない。押圧部材８４の強磁性材料としては、Ｓ４５Ｃ等の軟鋼の調質鋼や、ＳＵＪ２の焼入れ鋼、ＴＢＨ鋼等の高強度非調質鋼、ＳＫＤ５やＳＫＨ４等の高速度鋼等が好適である。

落下機構７０の構成部材であるアクチュエータ軸７２、回転静止変換軸７５、回転ピン７７、回転継手８０、スプライン軸７９、ピストン８１、及び押圧部材８４の各中心線は、同一の軸線ＣＬ上に位置するように設定されている。なお、落下機構７０の軸線ＣＬと、回転駆動機構４０の軸線ＣＬとは、同一軸線となっている。

これにより、アクチュエータ７１を作動させると、アクチュエータ軸７２の直線運動は、回転静止変換軸７５、回転ピン７７、回転継手８０、スプライン軸７９、及びピストン８１を介して押圧部材８４に伝達されて直線移動し、磁石５１の磁力で保持される回転部材１００を下方に押圧する。

また、試験用のタッチダウン軸受１２０を回転導入機軸２１の真下に設置するための軸受保持部１１０は、天板１１の下面に固定される円筒ケース１１１と、円筒ケース１１１の下面に取り付けられる下板部１１２と、下板部１１２の中央部に固定される軸受保持台１１３と、を備える。軸受保持台１１３は、上面に開口し、外輪１２２の外径と同じ内径を有する内周面１１３ａと、該内周面１１３ａの下部で径方向内側に環状に突出する内向き突部１１３ｂと、を有する。内向き突部１１３ｂの内径は、外輪１２２の内径より僅かに大きくなっている。これにより、タッチダウン軸受１２０は、外輪１２２が軸受保持台１１３の内周面１１３ａ、及び内向き突部１１３ｂの上面に嵌合・保持され、内輪１２１が軸受保持台１１３と接触することなく、回転自在に軸受保持台１１３に保持される。

試験用のタッチダウン軸受１２０は、内周面１１３ａに外輪１２２を嵌合した後、外輪１２２の上面に当接する略クランク状の押さえ板１１４を軸受保持台１１３にねじ止めすることで軸受保持台１１３に固定される。これにより、試験用のタッチダウン軸受１２０は、内輪１２１の中心と、回転駆動機構４０及び落下機構７０の軸線ＣＬとが一致した状態で軸受保持台１１３にセットされ、真空室Ｖ内に臨んで配置される。

回転部材１００は、下方に向かって広がる略円錐台形の本体部１０１と、本体部１０１から下方に延びる、回転軸と同径の導入軸１０２と、を備える。導入軸１０２の外径は、試験用のタッチダウン軸受１２０の内輪１２１の内径より小さくなっており、試験用のタッチダウン軸受１２０が軸受保持台１１３に固定されたとき、導入軸１０２は内輪１２１に接触することなく、所定の隙間を介して挿入される。

本体部１０１の上面には、円板状の上凸部１０３が一体に形成され、本体部１０１の下面には、円板状の下凸部１０４が一体に形成されている。上凸部１０３の外径は、ガイドリング３４の内径と同じ直径である。即ち、上凸部１０３は、ガイドリング３４と磁石ホルダ３１とにより形成される嵌合凹部と嵌合する嵌合凸部となる。回転部材１００の上凸部１０３（嵌合凸部）と、該嵌合凹部と、を嵌合させることで、回転部材１００は、その中心線が回転駆動機構４０及び落下機構７０の軸線ＣＬと一致して取り付けられる。

下凸部１０４の外径は、試験用のタッチダウン軸受１２０の外輪１２２の内径より小さく、より詳細には、導入軸１０２と内輪１２１の内径との隙間分を考慮して小さく設定されている。即ち、回転部材１００がタッチダウンしたとき、導入軸１０２が内輪１２１の内径内で隙間分だけ半径方向に移動しても、回転部材１００とタッチダウン軸受１２０の外輪１２２とは接触しないようになっている。

回転部材１００は強磁性体、例えば一般の軟鋼やＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼等、あるいはＳＫ材、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材等の工具鋼等を用いる。

＜タッチダウン軸受の試験手順＞
次に、本実施形態のタッチダウン軸受の試験装置によるタッチダウン軸受の試験手順について説明する。

試験軸受は、タッチダウン軸受としての性能評価に供するもので、試験目的によって適宜選択される。例えば、軸受材質によるタッチダウン性能の違いを検証する場合は、ＳＵＳ４４０Ｃ製とＳＵＪ２製などの材質の異なる軸受が選択される。あるいは、軸受の構成の違いによる性能を検証する場合は、保持器有り・無しの軸受としたり、軸受形式の違いによる性能を検証する場合は、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受など、形式が異なる軸受が選択される。さらに、潤滑剤の違いによる性能を検証する場合は、異なった潤滑剤を充填・塗布した軸受が選択される。また、潤滑部位の違いによる性能を検証する場合は、転動体だけに潤滑剤を施した軸受、転動体と軸受内輪だけに潤滑剤を施した軸受、あるいは、軸受内輪端面だけに潤滑剤を施した軸受が選択されるなど、種々の組み合わせが考えられる。

先ず、図１及び図２に示すように、回転部材１００の導入軸１０２を、試験用のタッチダウン軸受１２０の内輪１２１に挿通した状態で、回転部材１００の上凸部１０３を、ガイドリング３４の内径に嵌合させ、磁石５１の磁力によって吸着保持する。さらに、試験用のタッチダウン軸受１２０の外輪１２２を、軸受保持台１１３の内周面１１３ａに嵌合させ、外輪１２２の上面に押さえ板１１４を当接させて軸受保持台１１３にねじ止めして、試験用のタッチダウン軸受１２０を軸受保持台１１３に固定する。そして、回転部材１００の導入軸１０２とタッチダウン軸受１２０の内輪１２１との間に隙間があり、接触していないことを確認して試験の準備作業を行う。

回転部材１００は、上凸部１０３がガイドリング３４の内径に嵌合することで、回転部材１００の中心軸と、回転導入機軸２１の中心軸（回転駆動機構４０及び落下機構７０の軸線ＣＬ）とが一致した状態で取り付けられる。

ここで、高周波モータ２４を回転させると、駆動軸２５の回転は、プーリ２６、ベルト２７、プーリ２３を介してスプラインハウジング２２に伝達され、スプラインハウジング２２に一体固定されている回転導入機軸２１が回転する。さらに、回転導入機軸２１に固定された磁石ホルダ３１、ガイドリング３４、磁石５１、及び磁石５１で吸着保持された回転部材１００が、高周波モータ２４の回転と同期して回転する。

回転部材１００が回転する際、回転部材１００の軸回りには、一般的に、わずかな偏心荷重（アンバランス）が存在するため、軸と直角方向の遠心力が生じるが、回転部材１００の上凸部１０３がガイドリング３４に嵌合し、且つ磁石５１の磁力で磁石ホルダ３１に吸着されているので、回転部材１００が磁石ホルダ３１から離脱することはない。

また、回転導入機軸２１の回転と同時に、スプラインハウジング２２に固定されるスプラインユニット７８、スプラインユニット７８にスプライン嵌合するスプライン軸７９、スプライン軸７９に接続されたピストン８１、回転継手８０、及び回転ピン７７が、高周波モータ２４の回転と同期して回転する。回転ピン７７は、一対の転がり軸受７６で回転自在に支持されているので、回転静止変換軸７５、及びアクチュエータ軸７２が回転することはない。

次に、真空室Ｖ内の回転部材１００の回転速度が所定の速度に達したとき、図３に示すように、アクチュエータ７１を作動させて、アクチュエータ軸７２を図中、下方に直線運動させると、リニアボールベアリング７４で支持された回転静止変換軸７５が、下方に移動する。これに伴って、回転ピン７７、回転継手８０、スプライン軸７９、ピストン８１、及び押圧部材８４が、回転しながら下方に直線移動する。

回転ピン７７は回転しているが、一対の転がり軸受７６で回転自在に支持されているので、回転ピン７７の直線移動が回転によって阻害されることはなく、回転運動と直線運動とが、同時に行われる。また、ピストン８１は、回転導入機軸２１と同じ回転速度で、即ち、相対回転なく回転している。従って、Ｏリング８２は、回転導入機軸２１と、直線運動するピストン８１と、の間を真空封止する。Ｏリング８２には、真空用グリースや真空用オイル等が塗布されており、Ｏリング摺動時の潤滑性能と封止性能とを向上させている。

図４も参照して、ピストン８１によって押圧部材８４が押圧されると、すべり軸受８３で摺動自在に支持される押圧部材８４が下方に移動し、磁石ホルダ３１の下面と同一面にあった押圧部８４ｂが、磁石ホルダ３１の下面から突出して回転部材１００を下方に押圧する。

アクチュエータ７１の推力は、回転部材１００を吸着する磁石５１の磁力より大きく設定されているので、回転している回転部材１００は、磁石５１から離間する。やがて、磁石５１と回転部材１００との離間距離が大きくなるに従って、磁石５１の吸着力が次第に小さくなり、回転部材１００の上凸部１０３とガイドリング３４との嵌合がなくなると、回転部材１００は、どの部材とも機械的に接触しておらず、空中に放出される。

このとき、回転部材１００（回転部材１００の重心）に作用する力は、アクチュエータ７１により下方に直線移動する回転部材１００の慣性力、回転する回転部材１００の遠心力、及び重力となる（さらに詳細には、磁石５１から吸着力も作用する）。従って、回転部材１００は、慣性力、遠心力、及び重力の３力の合力の方向に進行する。

アクチュエータ７１は、ピストン８１が、磁石５１の吸着力に打ち勝って回転部材１００が自重落下可能な位置まで押圧部材８４を押圧すると、作動を停止する。この時、押圧部材８４は、磁石５１の漏洩磁束によって捕捉されているため、回転部材１００と共に落下することなく、その場で停止、保持される。

回転部材１００は、上記した３力の合力方向に落下するが、回転部材１００がタッチダウンする前に、導入軸１０２がタッチダウン軸受１２０の内輪１２１に接触すると、回転部材１００は、導入軸１０２が挿通する試験用のタッチダウン軸受１２０の内輪１２１に案内されて落下し、回転部材１００の下凸部１０４がタッチダウン軸受１２０の内輪１２１に当接してタッチダウンする。

以下の説明では、回転部材１００の導入軸１０２が、タッチダウン軸受１２０の内輪１２１にタッチダウンするものとして説明する。

図５に示すように、落下する回転部材１００は、導入軸１０２がタッチダウン軸受１２０の内輪１２１に接触することなく、あるいは、一瞬接触して、回転部材１００の下凸部１０４がタッチダウン軸受１２０の内輪１２１の端面に当接してタッチダウンする。回転部材１００は、落下中も回転を続けており、その回転速度は、磁石ホルダ３１から離脱直前の回転導入機軸２１の回転速度と同一である。

図６も参照して、タッチダウン軸受１２０の内輪１２１上にタッチダウンした回転部材１００は、最初に下凸部１０４の下面と、内輪１２１の上方の端面との間で摺動して内輪１２１を回転起動させる。その後、導入軸１０２は、内輪１２１の内径内を半径方向に移動して、導入軸１０２の外径と内輪１２１の内径との間で、摺動や転動を複雑に繰り返しながら内輪１２１の回転速度が加速していく。

タッチダウン軸受１２０の内輪１２１の回転速度が次第に大きくなると共に、回転部材１００の回転速度が次第に小さくなって、両者が同一の回転速度になると両者が一体となって回転し、両者の回転速度に違いが生じると、互いに相対角速度をもって回転するなど、内輪１２１は、複雑な回転状態を繰り返しながら惰性回転を続ける。

上記した摺動や転動などにより、タッチダウン直前に回転部材１００が持っていた回転エネルギーが消費されると、タッチダウン軸受１２０は、内輪１２１上に回転部材１００を載せた状態で停止する。

そして、タッチダウン軸受１２０が停止するまでの惰性回転時間を計測して比較したり、惰性回転中の回転状態、例えば、玉づまりの発生状況、潤滑剤の枯渇の有無、惰性回転中における異音の発生、軸受損傷の有無などを確認する。あるいは、所定回数のタッチダウンを行なったタッチダウン軸受１２０を分解観察する等を行う。これにより、タッチダウン軸受１２０の種々のタッチダウン性能を検証する。

タッチダウン軸受１２０の回転が停止した後、高周波モータ２４を停止させ、前進状態で停止しているアクチュエータ７１を元の作動開始位置にまで戻し、回転部材１００を再び、磁石５１の磁力により磁石ホルダ３１に吸着すれば、同一軸受の２回目のタッチダウン性能試験を開始することができる。また、新しいタッチダウン軸受１２０のタッチダウン性能試験は、上記した手順を繰り返すことで可能である。

以上説明したように、本実施形態のタッチダウン軸受の試験装置１０によれば、回転部材１００を回転させる回転駆動機構４０と、回転駆動機構４０と回転部材１００とを着脱可能に接続する接続機構５０と、接続機構５０による回転導入機軸２１と回転部材１００との接続状態を解除して、回転状態にある回転部材１００をタッチダウン軸受１２０上に落下させる落下機構７０と、を備えるので、実際のタッチダウン現象に近い条件で、タッチダウン軸受１２０のタッチダウン性能を試験することができる。

また、タッチダウン軸受１２０、回転部材１００、及び接続機構５０は、真空室Ｖ内に配置されるので、真空環境におけるタッチダウン軸受１２０のタッチダウン性能を試験することができる。

また、回転駆動機構４０は、回転自在とされて外部から真空室Ｖ内に延設された中空の回転導入機軸２１を備え、落下機構７０は、回転導入機軸２１と一体回転可能、且つ軸方
向に摺動自在とされて回転導入機軸２１の内周面２１ｂに嵌合し、外部から真空室Ｖ内に延設されるピストン８１を備え、ピストン８１は、回転駆動機構４０と回転部材１００との接続状態を解除するので、真空室Ｖ内にあるタッチダウン軸受１２０を、大気環境にある外部から操作して、タッチダウン性能を試験することができる。

また、接続機構５０は、回転駆動機構４０の回転導入機軸２１と回転部材１００とを、磁石５１の磁力により接続するので、回転導入機軸２１と回転部材１００とを、容易に接
続、及び解除できる。

また、回転部材１００は、本体部１０１と、該本体部１０１から下方に延びる、回転軸と同径の導入軸１０２と、を備え、導入軸１０２は、タッチダウン軸受１２０の内輪１２１に隙間を介して挿入されるので、タッチダウン軸受１２０に影響を与えることなく、回転部材１００を所定の回転速度まで回転させることができる。また、回転する回転部材１００を、内輪１２１で案内して落下させることができ、タッチダウン試験を安定して実施できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るタッチダウン軸受の試験装置について、図７〜図１１を参照して説明する。
なお、第２実施形態では、接続機構及び落下機構の構成において第１実施形態のものと異なる。このため、第１実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態の落下機構７０は、第１実施形態と実質的に同様な構成である、アクチュエータ軸７２、回転静止変換軸７５、回転ピン７７、回転継手８０、スプライン軸７９、ピストン８１を備える。一方、図７に示すように、本実施形態の落下機構７０は、押圧部材１４０、上側磁石１７０、及び、本発明の押し出し装置を構成するイジェクタピン（以降、Ｅピンと称す。）１８０を主に備える。

ピストン８１の先端８１ｃによって押し出される押圧部材１４０は軸方向中間部にフランジ部１４１が軸部１４３と同軸に取り付けられたこま形状をしている。押圧部材１４０の軸部１４３は、回転部材１００と回転導入機軸２１とが磁気的に接続されている状態（セット状態）では、ピストン８１の先端８１ｃから離れて、ピストン８１の先端８１ｃより下位位置に位置している。

上側すべり軸受１５０は、回転導入機軸２１の先端内径に嵌合されており、上側磁石ハウジング１６０が回転導入機軸２１の先端外径に同軸で嵌合している。上側磁石ハウジング１６０は略スリーブ形状に形成され、軸方向一端面（図では下側）にフランジ部１６１が形成されていて、そのフランジ部１６１の下端面に上側磁石１７０が埋設されている。上側磁石１７０は円筒を輪切りにしたリング形状で、上側磁石ハウジング１６０に対して同軸的に配置される。上側磁石１７０は単一のリングである必要はなく、円柱形状の磁石を上側磁石ハウジング１６０に対して同軸的等配位置に複数配置するものでも良い。上側磁石１７０の下端面は、上側磁石ハウジング１６０の下端面と同一面内に設置されるように接着、あるいはしまりばめ等の手段で上側磁石ハウジング１６０に埋設される。上側磁石１７０は軸方向に着磁されているが、後述する、Ｅピン１８０を内蔵する押圧部材１４０と接合されている背板１８５を磁気吸着して、鉛直方向に落下しない吸着力が得られるならば、その磁化方向は問わない。

押圧部材１４０のフランジ部１４１には、該フランジ部１４１の端面間を上下方向に貫通する段付き穴１４２が３個以上（例えば６個等）設置されている。複数の段付き穴１４２は、軸部１４３に対して等配位置に配置され、且つ、複数の段付き穴１４２のピッチ円の中心が軸部１４３と同軸に配置される。イジェクタピン（以降、Ｅピンと称す。）１８０は、小径側のピン部１８１と大径側の根元拡径部１８２とが同軸に配置された段付き形状に構成されている。Ｅピン１８０は、樹脂の射出成形型に内蔵して成形部品を型穴から排出する際に使用される市販のイジェクタピンを流用して製作されている。フランジ部１４１の段付き穴１４２の小径側には、Ｅピン１８０がピン部１８１の外径ですきま精度良く嵌合していて、同時に根元拡径部１８２がフランジ部１４１の段付き穴大径側にすきまを保って収容される。したがって、各Ｅピン１８０のピン部１８１も軸部１４３に対して等配位置に配置され、且つ、ピン部１８１のピッチ円の中心が軸部１４３と同軸に配置される。

ピン部１８１の根元側周囲にはＯリング等の弾性部材１８６が挿入されており、Ｅピン１８０は、ピン部１８１がフランジ部１４１の段付き穴１４２の小径側口元から突出するようにして、フランジ部１４１の段付き穴１４２に装填される。その後、略平板リング形状の背板１８５は押圧部材１４０の軸部１４３へ、Ｅピン１８０の根元拡径部１８２の端面側から挿入され、押圧部材１４０のフランジ部１４１の端面に締結される。この状態で、根元拡径部１８２の端面は、弾性部材１８６の機能により、背板１８５に押しつけられて背板１８５と密着する。

弾性部材１８６は上述の機能を持つものであれば良く、例えば圧縮ばね等でも良い。Ｅピン１８０は射出成形Ｅピン用の研磨工具を使用することで、複数のＥピン１８０の全長（ピン部１８１端面から根元拡径部１８２の端面までの距離）を同一にすることが可能である。全て、全長を同一に調整したＥピン１８０を用いて、押圧部材１４０に装填し、背板１８５を締結すれば、押圧部材１４０のフランジ部１４１から複数（３本以上）のピン部１８１が突出して配置され、いずれのピン部１８１の端面も押圧部材１４０自身の軸に垂直な同一平面内に位置することになる。

押圧部材１４０の材質は一般軟鋼の他、オーステナイト系ステンレス鋼等、マルテンサイト系ステンレス鋼等、析出硬化系ステンレス鋼等であっても良いが、２箇所の軸部が上側すべり軸受１５０、及び下側すべり軸受１５５と摺動するので摩耗を防止することから、ＳＫ材、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材等を用いるのでも良い。

また、背板１８５は強磁性体である必要があり、例えば一般の軟鋼やＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼等を用いる。背板１８５は、端面の平面度、及び両端面間の平行度が良好に製作されている。

押圧部材１４０の軸部１４３の背板側は、上側すべり軸受１５０の内径にすきま精度良く嵌合している。上側すべり軸受１５０の内径は回転導入機軸２１と同軸に配置されているので、押圧部材１４０の軸部１４３も回転導入機軸２１と同軸となる。背板１８５の端面は上側磁石１７０の端面の一部または全部が接触するように背板１８５の外径寸法と上側磁石１７０の等配径寸法とが設定されていて、背板１８５の端面が上側磁石１７０端面に吸着される。背板１８５とＥピン１８０を装着した押圧部材１４０はねじで締結されているので、Ｅピン１８０付きの押圧部材１４０は上側磁石１７０に吸着される。上側磁石１７０の磁力はＥピン１８０付きの押圧部材１４０を吸着したまま、落下することなく保持できるように設定されているので、Ｅピン１８０付き押圧部材１４０が上側すべり軸受１５０から図中下方へすべり落ちるということはない。

上側磁石ハウジング１６０のフランジ部１６１は、その外周面が、上側磁石ハウジング１６０の内周面と同軸に形成されている。上側磁石ハウジング１６０の内周面は、回転導入機軸２１の先端外周面と嵌合するので、上側磁石ハウジング１６０のフランジ部１６１の外径は、回転導入機軸２１と同軸となる。フランジ部１６１の外周面には下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ａが精度良く嵌合している。下側磁石ハウジング１６５は、複数の段部によって内径が異なる複数の内周面１６５ａ〜１６５ｄを有する。下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ａ〜１６５ｄは、それぞれ同軸に形成されている。下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ｃには下側すべり軸受１５５が接着、または圧入しまり嵌めで嵌合している。下側すべり軸受１５５の端部の片側には円筒部１５６が形成されていて、下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ｃへ下側すべり軸受１５５を嵌合する際の位置決めとして機能する。

上側すべり軸受１５０及び下側すべり軸受１５５の材質は特に問われるものではないが、一般の軟鋼、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼、黄銅、ＰＥＥＫやＰＴＦＥ等の樹脂製であっても良い。黄銅は真空高温環境プロセスにおいて、含有するＺｎが蒸発して汚染が生じることがあるため、使用を嫌われることもあるが、本実施形態では温度が常温に対して大きく上昇するということはないので、その懸念はない。

上側及び下側すべり軸受１５０、１５５の内径は上側及び下側すべり軸受１５０、１５５の外径と同軸となっているので、上側すべり軸受１５０の内径、及び下側すべり軸受１５５の内径は、回転導入機軸２１と同軸に配置されていることになる。
また、押圧部材１４０の軸部１４３の背板側部分の外径を、上側軸部外径、反背板側部分の外径を下側軸部外径とすると、上側軸部外径は、上側すべり軸受１５０の内径に、下側軸部外径は、下側すべり軸受１５５の内径にそれぞれ、同軸にすきま精度良く嵌合している。このため、上側すべり軸受１５０の内径、及び下側すべり軸受１５５の内径の両方をガイドとして、軸部１４３を上下に直動させることが可能で、直動中、常に軸部１４３は回転導入機軸２１と同軸が保たれる。押圧部材１４０が直動する際の上死点は背板１８５の端面が上側磁石１７０端面に吸着されている位置であり、一方、下死点は、押圧部材１４０のフランジ部１４１の反背板側端面が下側すべり軸受１５５の円筒部１５６の端面と接する位置である。

上側磁石ハウジング１６０のフランジ部１６１の外周面と下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ａとは、互いに同軸に嵌合・締結されている。また、その際に接触する、上側磁石ハウジング１６０のフランジ部１６１の端面と、該端面と当接する下側磁石ハウジング１６５の上側軸方向端面とは、いずれも平面度良く、同時にそれぞれの軸に対する直角度も良好に成形されている。下側磁石ハウジング１６５の、図中で最も下側に位置する端面（以降、磁石溝端面１６５ｅと称す）には、磁石埋設用溝１６６が下側磁石ハウジング１６５自身の軸と同軸的に設けられていて、磁石埋設用溝１６６には、回転部材１００を吸着するための下側磁石１７５が磁石溝端面１６５ｅと同一端面となるように埋設されている。下側磁石１７５は、円筒を輪切りにしたようなリング形状を有し、磁石埋設用溝１６６に接着、または圧入等のしまり嵌めで埋設される。また、下側磁石ハウジング１６５の磁石溝端面１６５ｅと、下側磁石ハウジング１６５の上側軸方向端面とは、相互に平行度良く成形されているので、下側磁石ハウジング１６５の磁石溝端面１６５ｅは回転導入機軸２１に対して良好な直角度が保たれている。

下側磁石ハウジング１６５の磁石溝端面１６５ｅには、下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ｂの下端と連続する軸方向上端面に貫通する貫通穴１６７が設けられている。貫通穴１６７は、Ｅピン１８０のピッチ円径と同一のピッチ円径、Ｅピン１８０の等配個数と同一の個数で設けられており、貫通穴１６７の内径はＥピン１８０のピン部１８１の外径寸法よりわずかに大きく設定されている。このため、貫通穴１６７にＥピン１８０を挿入したまま、押圧部材１４０を直動させることができる。押圧部材１４０の背板１８５が上側磁石１７０に吸着される時、すなわち、押圧部材１４０の位置が上死点にある時には、Ｅピン１８０の端面は貫通穴１６７の口元からわずかに貫通穴１６７の中に入った位置となるように設定されている。また、押圧部材１４０が直動を開始して、背板１８５が上側磁石１７０の吸着から離脱すると、すぐに貫通穴１６７の口元からＥピン１８０端面が突出し始めるように、貫通穴１６７の口元からのＥピン１８０の落ち込み距離が設定されている。

下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ｄは、貫通穴１６７のピッチ円より内側に設けられている。下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ｄに連続する下向き端面は、下側磁石ハウジング１６５自身の軸に精度良く直角度が確保されていて、一方、前記内周面１６５ｄは、前記軸に精度良く同軸度が確保されている。下側磁石ハウジング１６５の内周面１６５ｄには、矩形断面リング形状のセンターリング１８７が接着、または圧入等のしまり嵌めにより嵌合している。センターリング１８７は、後述する回転部材１００のセンターボス１０５と嵌合し、回転状態にある回転部材１００の半径方向への変位を規制している。センターリング１８７は外径と内径とが同軸度良く成形されていて、両端面が平行度良く成形されていて、内径、及び外径が、端面に対して直角度良く成形されている。したがって、センターリング１８７の内径と回転導入機軸２１とは同軸となる。

上側磁石ハウジング１６０、及び下側磁石ハウジング１６５は、それぞれ上側磁石１７０、下側磁石１７５を埋設することから、非磁性材料であるＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼等が用いられる。センターリング１８７は、センターリング１８７の内径の摩耗を防止するため、また、Ｅピン１８０は、ピン部１８１の先端端面の摩耗を防止するため、ともにＳＫ材、ＳＫＤ材等の工具鋼、ＳＫＨ材等の高速度工具鋼等が用いられる。
また、上側磁石１７０と下側磁石１７５は、それぞれの吸着物（押圧部材１４０、回転部材１００）を吸着してそれらが落下しない磁力が確保できるならば材質は問わない。一方、上側磁石１７０と下側磁石１７５に、フェライト磁石の他、サマリウムコバルト磁石やネオジウム磁石等の希土類磁石を用いると、それらは最大エネルギー積が大きいので、同じ吸着力を得るのに磁石サイズを小さく設定できる。それにより、上側磁石ハウジング１６０、下側磁石ハウジング１６５等を小型に設定することが可能となり、それらを高速度で回転させる本試験装置には好適といえる。

なお、本実施形態においては、回転駆動機構４０と回転部材１００とを着脱可能に接続する接続機構は、下側磁石１７５、及び本発明のガイド部を構成するセンターリング１８７を主に有する。

回転部材１００は、第１実施形態と同様に、本体部１０１、導入軸１０２、及び下凸部１０４を有している。下凸部１０４の外径寸法は、試験を行うタッチダウン軸受１２０の内輪１２１の外径寸法より大きく、かつ、下凸部１０４の端面と対向する外輪１２２の内径寸法よりも小さくなるように設定されている。本体部１０１の両端面には台形の上底と下底に相当する長さを径寸法とする扁平な円柱形状部が接続されている。

本体部１０１の上底側段部端面１０１ａには、扁平円柱形状のセンターボス１０５が回転部材１００自身の軸と同軸的に設けられている。センターボス１０５の外径は、センターリング１８７の内径と精度良く嵌合している。本体部１０１の上底側段部端面１０１ａは、回転部材１００自身の軸に直角度良く成形されている。センターボス１０５の上底側段部端面１０１ａからの高さは、センターボス１０５がセンターリング１８７に挿入された際、上底側段部端面１０１ａが最初に下側磁石１７５の端面に接触するように設定されていて、センターボス１０５の端面がセンターリング１８７内で底付きすることはない。

回転部材１００の上底側段部の外径寸法は、下側磁石１７５の内径寸法より大きく設定されているので、センターボス１０５をセンターリング１８７に嵌合させた際は、下側磁石１７５の端面の一部または全部が本体部１０１の上底側段部端面１０１ａと接触し、回転部材１００は下側磁石１７５に吸着される。下側磁石１７５の磁力は回転部材１００を吸着した後、回転部材１００の自重を保持できるように設定されているので、回転部材１００がセンターリング１８７から自重によって脱落することはない。

回転部材１００自身の軸に対して、上底側段部端面１０１ａは直角度良く成形されていて、回転部材１００のセンターボス１０５、及び回転部材１００の導入軸１０２は、同軸である。したがって、センターボス１０５の外径をセンターリング１８７の内径に嵌合させ上底側段部端面１０１ａを下側磁石１７５に吸着させると、回転部材１００の導入軸１０２と回転導入機軸２１とは同軸にセットされることになる。この状態で、回転導入機軸２１を回転させることで、回転部材１００を回転導入機軸２１との同軸を保持したまま回転させることができる。

本実施形態においても、回転部材１００は強磁性体、例えば一般の軟鋼やＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼等、あるいはＳＫ材、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材等の工具鋼等を用いる。回転部材１００は、タッチダウン試験を繰り返し行うとセンターリング１８７への装脱着が頻繁に生じるので、材質に工具鋼等を用いると耐摩耗性上好適である。

回転部材１００の導入軸１０２が貫通するタッチダウン軸受１２０は、回転部材１００と同軸的に配置され、軸受１２０の内径と回転部材１００の導入軸１０２の外径とは、クリアランスを形成している。そのため、回転導入機軸２１を回転させると、機械的一体となった回転部材１００が回転するが、タッチダウン軸受１２０は、回転部材１００の導入軸１０２と常に同一の大きさのクリアランスを保ったまま静止している。タッチダウン軸受１２０の内輪１２１の端面は、回転部材１００の下凸部１０４の端面と対向していて、両端面とも回転部材１００自身の軸と直角度良く配置されているので、回転部材１００が下側磁石１７５との磁気的結合が解除されて、姿勢そのままに直下に落下したとすると、回転部材１００の導入軸１０２の外径と内輪１２１の内径は、当初のクリアランスを保ったまま、通過して、前記両端面は全周同時に衝突接触することになる。

本実施形態の回転部材１００と回転導入機軸２１との組み立ては、回転部材１００の導入軸１０２を軸受１２０に貫通させ、回転部材１００を軸受１２０の所定位置に配置した後では、センターボス１０５をセンターリング１８７に嵌合させることはできない。このため、センターボス１０５をセンターリング１８７に嵌合させながら回転部材１００が下側磁石１７５に吸着されて回転導入機軸２１と回転部材１００との機械的一体化を確保した後、軸受１２０を回転部材１００の導入軸１０２の先端から挿入し、所定位置に配置する、という順番で組み立てる。

導入軸１０２を軸受１２０の所定位置に配置し、回転部材１００と回転導入機軸２１とが組み立てられた本実施形態の試験装置では、回転導入機軸２１が回転し、所定回転速度に到達したら、アクチュエータ７１を稼動させて図８に示すように、ピストン８１を下方に直進（前進）させる。ピストン８１が前進してピストン８１の先端８１ｃが押圧部材１４０の軸上端面に接触し、さらにピストン８１が前進すると押圧部材１４０がピストン８１の先端８１ｃに押されてピストン８１と一体的に前進を開始する。押圧部材１４０が前進すると背板１８５の端面が上側磁石１７０の端面と離れて、相互の磁気的吸着力は減衰するが、まだ磁気的吸着力が残っているので、押圧部材１４０が自由落下してしまうことはなく、ピストン８１の先端８１ｃと一体的になったまま、前進を続ける。

押圧部材１４０が前進すると、Ｅピン１８０も前進し、当初、Ｅピン１８０の先端端面は、貫通穴１６７内を下方に前進した後、貫通穴１６７から突出し始める。すると、前進したＥピン１８０先端端面が回転部材１００の本体部１０１の上底側段部端面１０１ａと接触し、そのまま回転部材１００を下方に押し出す。回転部材１００はセンターボス１０５がセンターリング１８７と嵌合しているので、センターボス１０５の外径とセンターリング１８７の内径とが摺動しながら、回転部材１００は真下方向に直進していく。直進が継続すると、当初、センターボス１０５の外径とセンターリング１８７の内径とは相互のストレート部に接触していたのが、どちらかのＲ面取り部に到達し、Ｒ面取り部に到達したところから、接触を終了して、機械的ガイドを失っていく。センターボス１０５の外径とセンターリング１８７の内径とは、全周について同時に接触状態が失われるわけではなく、微視的には一部は接触状態にあって、残りはすでにどちらかのＲ面取り部に到達しているため、すでに非接触状態にあるという接触・非接触の混在状態が、全周に渡って非接触となる前段階として存在する。

その時、回転部材１００は回転中であるため、遠心力を受けている。そのため、上記の接触状態にある領域の一部を支点にして、回転部材１００が図の紙面内に回転し、回転部材１００の導入軸１０２の先端を首を振るように回転の軸の外に飛び出そうという力が働く。つまり、回転部材１００が回転軸に対して傾き始めることになる。

しかし、本実施形態では、センターボス１０５の外径より外側にＥピン１８０が３等配以上位置に存在するため、Ｅピン１８０先端端面がストッパーとなって回転部材１００が上記のように傾くことができない。そのため、回転部材１００は回転の軸から軸を逸脱することなく、直下に押し出されていく。図８は、センターボス１０５とセンターリング１８７とが接触状態から非接触状態に変化する、その瞬間の状況を示している。

図９はピストン８１が所定距離を前進して、停止した瞬間を示している。ピストン８１の先端８１ｃと押圧部材１４０の軸部１４３の端面とが接触しているが、押圧部材１４０のフランジ部１４１の端面と下側すべり軸受１５５の端面との間にはまだ距離が設けてあるため、ピストン８１が押圧部材１４０を押し切る前に押圧部材１４０と下側すべり軸受１５５とが衝突するということはない。ピストン８１は停止しているので、押圧部材１４０は下方への初速度を持って、自由落下し始めるが背板１８５が上側磁石１７０との吸着力を残しているのでそれがブレーキとなって、ピストン８１の先端８１ｃから押圧部材１４０の軸部１４３の端面がわずかに離れたところで押圧部材１４０は停止する。

Ｅピン１８０の先端は、前進運動を開始する前は、下側磁石ハウジング１６５の貫通穴１６７の途中に位置しているので、押圧部材１４０が前進した距離よりも、Ｅピン１８０先端の突出距離はわずかに小さい。ピストン８１が前進して停止するまでは、Ｅピン１８０先端端面は回転部材１００を押す推力を有している。回転部材１００のセンターボス１０５がセンターリング１８７から離れた時点で、回転部材１００が初速度を持った自由落下を開始するが、それまでは、等配位置に配置されたＥピン１８０の先端のいずれにも接触したまま、回転の軸と同軸を保ちながら回転部材１００は前進する。自由落下開始後もその状態が維持されるので、図１０に示すように、回転部材１００の導入軸１０２はタッチダウン軸受１２０の内輪１２１と接触することなく、内輪端面と回転部材１００の下凸部１０４の端面とが衝突接触するまで自由落下し、タッチダウンする。

次に、図１１に示すように、タッチダウンした回転部材１００は自身の軸周りに回転していて、軸受１２０の内輪１２１の端面と回転部材１００の下凸部１０４の端面とが摺動し、内輪１２１が回転し始める。両端面は、相対速度を持っているので、その影響により、軸受内径と回転部材１００の導入軸１０２の外径とが接触するまで、回転部材１００は内輪１２１の端面上を移動する。その後、回転部材１００と内輪１２１とが一体となって、軸受１２０の軸周りに回転し始めて、そのまま、しばらく回転が継続した後、軸受の摩擦によって回転部材１００を載せた内輪１２１は停止し、タッチダウン軸受試験のタッチダウン１回分が終了する。

このように第２実施形態のタッチダウン軸受の試験装置によれば、接続機構５０は、回転部材１００のセンターボス１０５と嵌合して、回転状態にある回転部材１００の半径方向への変位を規制するセンターリング１８７を備え、落下機構７０は、センターリング１８７と回転部材１００のセンターボス１０５との嵌合状態を解除するＥピン１８０を備え、センターリング１８７の内径より大きいピッチ円径でＥピン１８０が配置されているので、回転部材１００が落下中に傾くことなく、タッチダウン軸受１２０の内輪１２１の端面上へのタッチダウンをより安定的に行うことができる。

本発明のタッチダウン軸受の試験装置の有用性を確認するため、潤滑剤の有無によるタッチダウン軸受の性能試験を、本発明のタッチダウン軸受の試験装置を用いて実施した。試験装置及び試験軸受の仕様は、以下のものを用いた。

・試験装置回転部材の重量：一定重量
回転部材の導入軸外径：５ｍｍ
回転部材の落下距離：１３ｍｍ
回転速度：１００００ｍｉｎ−１
環境：常圧

・試験軸受材質：ＳＵＳ４４０Ｃ製
軸受形式：アンギュラ玉軸受、保持器なし（総ボール仕様）
内輪内径：６ｍｍ
潤滑被膜：構成１：潤滑被膜なし、試験軸受個数（２個）
構成２：ＭｏＳ２系固体潤滑被膜、試験軸受個数（７個）
被膜部位：転動体

なお、本試験は、タッチダウン軸受の試験装置の有用性判定のために行ったので、各試験は、常圧環境で実施した。タッチダウンの成功の可否は、惰性回転中に玉つまりなどの異常が発生しないこと、惰性回転時間が２分間以上であること、のいずれも満足する場合、成功と判断した。そして、２種類のタッチダウン軸受の性能に、差が検出されるか否かで、試験装置の有用性を判定した。

図１２は、試験結果であり、潤滑被膜のない構成１の試験用タッチダウン軸受は、２個とも判定基準をクリアできなかったのに対して、転動体にＭｏＳ２系固体潤滑被膜が施された構成２の７個のタッチダウン軸受は、１１回〜２１回のタッチダウンが可能であった。

以上の結果から、本発明のタッチダウン軸受の試験装置によって、タッチダウン軸受のタッチダウン性能を検証可能であることが実証された。

尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、回転駆動機構の構成は、回転駆動モータの駆動力を回転駆動機の回転駆動機軸に伝達可能な構成であれば、本実施形態に限定されるものでない。
具体的に、回転導入機は、回転駆動機構と一体式、或いは、回転駆動機構を同軸的に内蔵か、直接接続されて、外部に回転駆動機構を必要とせず、自立回転できるものであってもよい。

また、接続機構の構成は、本実施形態の磁石に限定されるものでない。
例えば、接続機構は、弾性部材（ゴム、樹脂、エラストマー、バネ、オイル等の液体媒体等）の弾性力を使用して、回転部材の嵌合凸部を内径把持又は外径把持するものであってもよい。或いは、接続機構は、電磁石を用いるものでもよい。この場合、電磁石への供給電力量を変更することで、回転部材の重量に応じた吸着力に調整し、回転部材の重量を任意に変化させたタッチダウン試験が可能となる。

さらに、回転部材の嵌合凸部と嵌合する嵌合凹部は、第１実施形態のガイドリングと磁石ホルダの組み合わせや、第２実施形態のセンターリングに限定されるものでない。
また、回転導入機の一対の軸受は、封止機構（差動排気シール、磁気シール、磁気カッ
プリング等）により、常圧側に配置されるものであってもよい。その場合、軸受は、真空環境中に配置されないので、軸受の潤滑剤で真空環境を汚染することがなくなる。

また、本発明の回転部材は、落下物重量を確保するための本体部とタッチダウン軸受の内径に対する落下ガイドとなる導入軸とを有するもので、こま型形状であれば良く、必ずしも本体部は上記に記載した略台形形状である必要はない。本体部が略台形形状であると、回転部材の重心が、よりタッチダウン軸受に近くなるので、タッチダウン試験をより安定的に繰り返し行うことができる。

１０ タッチダウン軸受の試験装置
２０ 回転導入機
２１ 回転導入機軸
２１ｂ 内周面
４０ 回転駆動機構
５０ 接続機構
５１ 磁石
７０ 落下機構
８１ ピストン
１００ 回転部材
１０１ 本体部
１０２ 導入軸
１０５ センターボス
１２０ タッチダウン軸受
１２１ 内輪
１４０ 押圧部材
１７５ 下側磁石（磁石）
１８０ イジェクタピン（押し出し装置）
１８７ センターリング（ガイド部）
Ｖ 真空室

Claims (6)

1. 磁気軸受と共に設置され、通常時には内輪が回転軸と接触せず、前記磁気軸受の制御不能時に前記内輪が前記回転軸と接触して軸受として機能するタッチダウン軸受の試験装置であって、
   回転部材を回転させる回転駆動機構と、
   前記回転駆動機構と前記回転部材とを着脱可能に接続する接続機構と、
   前記接続機構による前記回転駆動機構と前記回転部材との接続状態を解除して、回転状態にある前記回転部材を前記タッチダウン軸受上に落下させる落下機構と、
   を備えることを特徴とするタッチダウン軸受の試験装置。
2. 前記タッチダウン軸受、前記回転部材、及び前記接続機構は、真空室内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のタッチダウン軸受の試験装置。
3. 前記回転駆動機構は、回転自在とされて外部から前記真空室内に延設された中空の回転導入機軸を備え、
   前記落下機構は、前記回転導入機軸と一体回転可能、且つ軸方向に摺動自在とされて前記回転導入機軸の内周面に嵌合し、前記外部から前記真空室内に延設されるピストンを備え、
   前記ピストンは、前記回転駆動機構と前記回転部材との接続状態を解除することを特徴とする請求項２に記載のタッチダウン軸受の試験装置。
4. 前記接続機構は、前記回転部材と嵌合して、前記回転状態にある前記回転部材の半径方向への変位を規制するガイド部を備え、
   前記落下機構は、前記ガイド部と前記回転部材との嵌合状態を解除する押し出し装置を備え、
   前記押し出し装置は、前記ガイド部よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチダウン軸受の試験装置。
5. 前記接続機構は、前記回転駆動機構の回転導入機軸と前記回転部材とを、磁力により接続することを特徴とする請求項３又は４に記載のタッチダウン軸受の試験装置。
6. 前記回転部材は、本体部と、該本体部から下方に延びる、前記回転軸と同径の導入軸と、を備え、
   前記導入軸は、前記タッチダウン軸受の内輪に隙間を介して挿入されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタッチダウン軸受の試験装置。

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