JPH01112029A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ターボ分子ポンプ、フライホイール、遠心
分離機等のたて形高速回転機械に使用される軸受装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の軸受装置は、第４図に示すように、潤滑
油ｌを収容したハウジング２の中に軸受部材３が配設し
てあり、軸受部材３はボール４を介してハウジング２の
底面により軸方向に支持され、軸受部材３の上面に設け
た凹球面状の軸受面５に軸６の下端部に設けた半球面状
の凸形面７を対向させて、軸６を軸方向および半径方向
に支持している。軸６の凸形面７にはスパイラル状の動
圧発生用みぞ８が形成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

−ｉに、この種の軸受装置は性能上の特徴として、最適
仕様の設計諸元に対し過大な荷重条件で使用すると軸受
の焼き付きが生じ、過小な荷重条件で使用するとホワー
ル等の不安定振動が生じるため、使用条件にはかなりの
厳しい制限がある。

軸受の使用温度範囲については、温度変化が潤滑油の粘
度の変化として現われ、温度が高い場合には潤滑油の粘
度が低下して負荷容量が不足し、温度が低い場合には潤
滑油の粘度が高くなって不安定振動が発生することにな
り、周囲温度が変化する場合、広い温度範囲にわたって
軸受性能を安定して発揮させることが困難であるという
問題がある。

このような問題を解決するため、従来の軸受装置におい
ては、第４図に示すようにハウジング２に通水孔９が設
けてあり、この通水孔９に常に冷却水を循環させている
。

しかし、冷却水を常時循環させる方法では、起動時の潤
滑油の粘度が高い状態から軸受の発熱によって潤滑油の
粘度が低下して所定の回転数に達するまでに長時間を要
することになる。

この発明は上記の問題を解決して、軸受の温度変化を広
範囲にわたって制御する手段を備えた軸受装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の軸受装置は、軸受部材の温度を直接、または
駆動モータのトルクを介して間接に検出する手段と、軸
受部材の温度の上限値と下限値とが設定され、かつ軸受
部材の温度検出手段の信号が入力される制御装置と、軸
受部材の温度が上限値に達したとき制御装置の出力信号
により作動する軸・受部材冷却手段と、軸受部材の温度
が下限値に達したとき制御装置の出力信号により作動す
る軸受部材加熱手段とを設けている。

〔実施例〕

以上、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、この発明をターボ分子ポンプの軸受装置に適
用した実施例である。

ターボ分子ポンプのケース１０を構成する底壁ｔＯａに
円筒状の外筒１）ａと内筒１）ｂとが取り付けられてい
る。ケースの底壁１０ａはハウジング１）の一部を構成
し、底壁１０ａと外筒１）ａと内筒１）ｂとでハウジン
グ１）が構成され、また外筒１）ａの中に潤滑油１２が
収容されている。この潤滑油１２の中には、上面に凹球
面状の軸受面１５を有する軸受部材１４が外筒１）ａの
内周面との間に適宜の半径方向すきまを隔てて配設され
、この軸受部材１４は外筒１）ａの底面に配置した複数
個のボール１６によって軸方向に支持されている。外筒
１）ａには通水孔１７が両側面に貫通して設けられてい
る。

ハウジング１）の内筒１）ｂに挿入された軸２０は、下
端部に設けられた凸球面状の凸形面２１゛が軸受部材１
４の軸受面１５と対向して軸方向および半径方向に支持
されている。軸２０の凸形面２１に形成されたスパイラ
ル状の動圧発生用みぞ２２により、軸２０の凸形面２１
と軸受部材１４の軸受面１５との間にラジアルおよびス
ラスト流体軸受が構成されている。

また、軸２０の上端部には永久磁石２４が取り付けてあ
り、この永久磁石２４と半径方向に対向する永久磁石２
５がケースｌＯの頂壁１０ｂに取り付けである。−これ
らの一対の永久磁石２４，２５は同一磁極で対向する反
発形の磁石であって、軸２０の上端部を支持するラジア
ル磁気軸受を構成している。

ハウジング１）の内筒１）ｂの内周面には、ステータコ
イル２６が取り付けてあり、このステータコイル２６と
ステータコイル２６に半径方向に対向して軸２０に取り
付けられたロータマグネット２７とが軸２０の駆動モー
タを構成している。

上記の軸２０の上端部には、外周面に複数段の動翼２８
が取り付けられたアーム２９が固着され、この動翼２８
は、ケース１０の側壁１０ｃの内周面に取り付けられた
静翼３０と交互に組み合わされている。

駆動モータの作動により軸２０が回転すると、動翼２８
と静翼３０との間でポンプ作用が発生し、ケース１０の
頂壁１０ｂに設けである吸気口３１から吸引された気体
がケースｌＯの底壁１０ａに設けられた図示しない排気
口へ流出して、吸気口３１に接続された個所の気体が超
高真空度に減圧されるようになっている。

上記のターボ分子ポンプの軸受部材１４には熱電対４０
が取り付けてあり、そのリード線４１が制御装置４２に
接続されている。制御装置４２には軸受部材１４の温度
の上限値と下限値とが設定されている。

ハウジング１）の外筒１）ａの通水孔１７にホース４３
を介して接続された水槽４５内の循環用水４６にはヒー
タ４７を挿入し、ヒータ４７は制御装置４２に接続して
いる。符号Ｐはポンプである。

上記構成のターボ分子ポンプの運転時において、軸受部
材１４の温度が熱電対４０により検出され、その検出信
号が制御装置４２に入力されている。

軸受部材１４の温度が低下して下限値になると、制御装
置４２からの出力信号がヒータ４７に送られてヒータ４
７が作動し、水槽４５内の循環用水４６を加熱する。

一方、軸受部材１４の温度が上昇して上限値に達すると
、制御装置４２の出力信号によりヒータ４７の作動が停
止し、自然冷却により循環用水４６が冷却されて軸受部
材１４の冷却手段となる。

上記実施例のヒータ４７に代えて、加熱手段のほかに自
然冷却以外の冷却手段を備える装置、たとえばチリング
ユニット、オイルマチック等を使用してもよく、これら
の装置によればより好適な水温調整が可能となる。

温度制御の一例を挙げると、球径３１■の球面スパイラ
ル溝付き軸受を軸方向荷重２Ｋｇｆ、回転数９０．００
Ｏｒｐｍで使用する場合には、軸受部材１４の温度が４
０°Ｃ以下になれば加熱手段が作動して４０℃の温水を
循環させ、軸受部材１４の温度が７５°Ｃに達すると冷
却手段が作動して２０℃の冷却水を循環させ、４０℃を
超えて７５℃より下までの温度範囲では加熱手段と冷却
手段との双方とも作動しないような制御方法を採用する
のが最も効率的である。

上記のように、軸受温度が設定値よりも高（なれば冷却
手段が作動し、設定値よりも低くなれば加熱手段が作動
して循環水の温度が調整されるから、軸受温度が設定値
の範囲内に制御されることになる。

また、駆動モータの電源４９を制御装置４２に接続し、
制御装置４２には軸受温度の上限値よりもある程度高い
温度と下限値よりもある程度低い温度とを併せて設定し
て、これらの温度が検出されたときの出力信号により駆
動モータの電源４９が遮断されるようにしておくことも
できる。

このようにすれば、周囲温度の異常な変化が生じて加熱
および冷却手段の能力が不足した場合、あるいは加熱お
よび冷却手段が故障した場合においても、軸受温度が設
定温度よりもある程度高くなるか、あるいはある程度低
くなったときに駆動モータの回転を停止することができ
る。

第２図はこの発明の他の実施例として、フライホイール
の軸受装置を示したものである。

ハウジング１）は円筒状部ｌｉｅと円筒状部１）ｅに取
り付けた外筒１）ａと円筒状部ｌｉｅに取り付けた頂壁
ｌｉｄとから構成されている。外筒１）ａ内の潤滑油１
２の中に、受部材１４ａと可動部材１４ｂとからなる軸
受部材１４が配設され、可動部材１４ｂの半径方向外周
部とこれに対向する外筒１）ａの基台１３との各対向面
には、それぞれシート３２．３３が取り付けてあり、シ
ート３２．３３を介して配設されたりテーナ１６ａに保
持されたボール１６によって軸受部材１４が軸方向に支
持されている。

軸受部材１４の可動部材１４ｂの中央部とこれに対向す
る基台１３との間には、求心機構として吸引形の永久磁
石３４．３５が取り付けられている。

ハウジング１）の中に配設されたフライホイール５０は
、軸方向下側の軸２０の下端部の凸形面２１が、軸受部
材１４の受部材１４ａの軸受面１５によって軸方向およ
び半径方向に支持されている。

軸２０の凸形面２１にはスパイラル状の動圧発生用みぞ
２２が設けてあり、凸形面２１と受部材１４ａの軸受面
１５との間にラジアルおよびスラスト流体軸受が構成さ
れている。

フライホイール５０の軸方向上側の軸３６の上端面とハ
ウジング１）の頂壁ｌｉｄの対向面とには、それぞれ吸
引形の永久磁石３７．３８が取り付けてあり、これらの
一対の永久磁石３７．３８がラジアルおよびスラスト磁
気軸受を構成している。

また、フライホイール５０の軸方向上側の軸３６の外周
面にはロータマグネット２７が取り付けてあり、このロ
ータマグネット２７と半径方向に対向するステータコイ
ル２６がハウジング１）に取り付けられて、これらのロ
ータマグネット２７とステータコイル２６とが駆動モー
タを構成している。

上記構成の軸受装置において、外筒１）ａの底壁１）ｃ
にはヒータ４７が埋設され、底壁１）Ｃの底面にはファ
ン４８が取り付けてあり、ヒータ４７とファン４８とは
それぞれ駆動モータの電源４９に接続されている。

駆動モータの電源４９には、図示しない電流計。

電圧計が内蔵されており、電流計、電圧計の指示値によ
り駆動モータのトルクを検出し、トルクが上限値を超え
たときの信号をヒータ４７に出力し、トルクが下限値に
なったときの信号をファン４８に出力する制御装置４２
としての機構を備えている。

駆動モータのトルクは軸受の摩擦損失に比例し、軸受の
摩擦損失は軸受温度が低いほど大きくなるから、駆動ト
ルクを検出することにより間接に軸受温度を検出するこ
とができる。

第３図は、軸受の摩擦損失と温度との関係の一例を、球
径３　ｍｍのスパイラル溝付き軸受（軸方向荷重２Ｋｇ
ｆ、回転数９０．　００　Ｏｒｐｍ）について示したも
のである。

したがって、駆動モータのトルクが下限値まで低下する
と、電源４９の出力信号によりファン４日が作動して外
筒１）ａを冷却し、駆動モータのトルクが上限値まで増
大すると、電源４９の出力信号によりヒータ４７が作動
して外筒１）ａを加熱することにより、軸受温度が設定
値の範囲内に制御されることになる。

また、駆動モータの起動時における回転数を制御装置４
２に設定しておけば、起動時にヒータ４７が作動するよ
うに制御することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の軸受装置は、軸受部材
の温度を直接または間接に検出して、その検出信号を制
御装置に入力し、制御装置に設定された温度の上限値お
よび下限値に基づいて軸受部材の加熱および冷却手段を
作動させるように構成しているから、軸受温度を所定の
設定値範囲に制御することができ、広い温度範囲にわた
って軸受性能を安定して発揮させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す縦断側面図、第２図は
この発明の他の実施例を示す縦断側面図、第３図は軸受
の摩擦損失と温度との関係を示すグラフ、第４図は従来
の軸受装置を示す縦断側面図である。 図中、１）はハウジング、１２は潤滑油、１４は軸受部
材、１５は軸受面、２０は軸、２１は軸の凸形面、２２
は動圧発生用みぞ、２６はステータコイル、２７はロー
タマグネット、４０は熱電対、４２は制御装置、４７は
ヒータ、４８はファン、４９は駆動モータの電源である
。 特許出願人　　日本精工株式会社 代理人　弁理士　森　　　哲　也 代理人　弁理士　内　藤　嘉　昭 代理人　弁理士　清　水　　　正 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸の端部を動圧形流体軸受を介して支持する軸受
   部材を、ハウジング内に配設し、軸に取り付けるロータ
   マグネットとハウジングに取り付けたステータコイルと
   が対向して駆動モータを構成してなる軸受装置において
   、前記軸受部材の温度を直接、または駆動モータのトル
   クを介して間接に検出する手段と、軸受部材の温度の上
   限値と下限値とが設定され、かつ軸受部材の温度検出手
   段の信号が入力される制御装置と、軸受部材の温度が上
   限値に達したとき制御装置の出力信号により作動する軸
   受部材冷却手段と、軸受部材の温度が下限値に達したと
   き制御装置の出力信号により作動する軸受部材加熱手段
   とを設けたことを特徴とする軸受装置。
2. （２）軸受部材の温度の上限値よりもある程度高い温度
   と下限値よりもある程度低い温度とが制御装置に設定さ
   れ、軸受部材の温度が前記設定値に達したとき、駆動モ
   ータの回転を停止させる手段を備えた特許請求の範囲第
   １項記載の軸受装置。