JPH04370412A - 回転軸支持機構 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超高真空中しかも高温
下で回転軸を支持することのできる機構に関する。たと
えば分子線結晶成長装置（ＭＢＥ）や各種の測定分析装
置、ＭＯＣＶＤ装置などの回転軸の部分に用いることが
できる。

【０００２】

【従来の技術】回転する軸を支持するにはベアリングが
用いられる。ボ−ルベアリング、ロ−ルベアリングなど
転動体を内輪と外輪との間に介在させることにより抵抗
を減ずるようになっているものが多い。常温常圧下で使
う場合はこれらのボ−ルベアリングは有効に働く。また
転動体を用いないすべり軸受もある。しかしながら超高
真空、高温という条件下では通常のベアリングは使用で
きない。真空度が高ければ高いほど摩擦が増える。この
ため部材と部材とを直接に摺動させるというようなすべ
り運動は不可能になる。転動体を使うボ−ルベアリング
の場合であってもころがり摩擦抵抗自体が真空度の高ま
りとともに増加してゆく。

【０００３】それで超高真空中の軸受としては金属の球
体に銀コ−ト、金コ−トした球体を転動体としたものが
用いられている。柔軟な金属膜によりころがり抵抗を減
少させようとしている。しかし金属球を主体とするので
高温には耐えることができない。常温と高温の２状態の
間で、熱膨張，収縮が著しく起こる。熱膨張によって噛
み込み現象を起こし動かなくなるということもある。金
属ボ−ルを使用するものは超高真空中でせいぜい２００
℃程度までしか使えない。

【０００４】セラミックは耐熱性耐摩耗性に優れる。セ
ラミックボ−ルを使ったベアリングが高温用に開発され
ている。これはたしかに高熱に耐えるのであるが、超高
真空中では摩擦が大きくなって摩耗が著しい。このため
寿命が異常に短い。結局のところ超高真空中でかつ高温
である場合に使えるベアリングが現在のところ存在しな
い。このような極限の条件では転動体によって軸を支持
するというようなベアリングは役に立たない、と本発明
者は考える。超高真空高温状態であっても軸を回転可能
に支持できる機構を提供することが本発明の目的である
。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の回転軸支持機構
は、高真空高温下にある回転軸を支持する機構であって
、回転軸を囲む支持筒と、薄板を丸めて作られた筒状体
を変形させ支持筒と回転軸との間に介在するようにひと
つあるいは複数個設けられた撓み筒体とよりなり、撓み
筒体の一部が支持筒に固定され、撓み筒体の反対側の一
部が回転軸に固定されており、一定角度範囲内で回転軸
が回転できるように構成した事を特徴とする。

【０００６】

【作用】薄板を丸めて作った撓み筒体によって中心の回
転軸と支持筒とが弾性的に連続している。弾性的連続で
あるので回転軸をある範囲で回転することができる。回
転軸の回転とともに撓み筒体をなす薄板が撓み、撓み筒
体と支持筒の接触面が変化してゆく。回転軸を回す際の
抵抗として働くものは薄板の撓み力だけである。接触面
に於いて滑りが全くない。これが重要な特徴である。従
来のすべり軸受やボ−ルベアリングは滑りが存在しすべ
り摩擦があったから、真空中での抵抗が大きくなったの
である。本発明ではそうではなく、すべりがないのです
べり摩擦（摺動）抵抗のようなものが働かない。このた
め超高真空中であっても抵抗が大きくならない。

【０００７】撓み筒体は単一であってもよいが、対称性
良く、２つあるいは３つの撓み筒体を用いるようにして
も良い。またバランスを良くするために、長手方向に固
定点の異なるいくつもの撓み筒体を設けてもよい。撓み
筒体によって支持するのであるから、回転軸を厳密に中
心位置に保持するということは難しい。

【０００８】しかし外部から回転導入機によって回転軸
を回転するのであるから、回転導入機の存在する部分は
低温であるから従来の軸受によって回転軸を支持できる
。片持ちになるにせよ、軸端では厳密に軸受によって支
持されるのであるから、他方の端が撓み筒体によって支
持されていたとしてもそれほど中心位置がずれるわけで
はない。薄板は高融点金属例えばＴａで作ることができ
る。繰り返し撓みに耐える材料でなければならない。 ４００℃までの比較的低温の場合はステンレスの薄板を
使うこともできる。Ｔａの場合は１５００℃程度まで使
用可能である。

【０００９】先述のように支持点が動くという欠点の他
に、本発明の支持機構は、回転角の範囲が狭く限定され
るということがある。回転軸の外径、支持筒の内径、撓
み筒体の全長などにより回転角範囲が決まるが、１回転
以上の回転角（３６０°）を実現することは難しい。９
０°〜１８０°程度の回転角で足りる場合に適した構造
である。

【００１０】

【実施例】図１に本発明の実施例に係る回転軸支持機構
を示す。これは真空チャンバのフランジの部分だけを図
示したものであり、フランジより内部は真空であり、外
部は大気圧である。中心の回転軸１はその外周を撓み筒
体２によって囲まれている。撓み筒体２の外側には円筒
形の支持筒３が設置されている。図２に示したようにこ
の例では３つの撓み筒体が設けられている。支持筒３の
一端は真空用フランジ３の内面に固着されている。真空
用フランジ３の外には回転導入機５が取りつけられてい
る。固定金具６によって真空内部の回転軸１と導入軸７
とが連結される。導入軸７の回転がそのまま真空内部の
回転軸１に伝達される。回転導入機６というのは真空容
器の内部へ真空容器外部から回転力を伝えるものである
。

【００１１】回転導入機は公知である。これは真空中で
あるが十分低温である位置に設けられるから金属性のベ
アリングを用いることができる。回転導入機の内部では
、導入軸を保持する軸受と、軸に取り付けられた永久磁
石とがある。外部筒にもこれと対向できるような永久磁
石がある。外部筒を回転することによって磁力の作用に
より内軸の回転軸を回転させる事ができる。磁石を用い
ない回転導入機もある。撓み筒体２は薄板を丸めて筒状
としたものであり自由状態では円筒になるが、これを薄
く撓ませて支持筒と回転軸の間に挿入してある。撓み筒
体２はそらまめのような形状をしている。

【００１２】撓み筒体２の一部は固定金具８によって支
持筒３の内壁に固定される。撓み筒体２の反対側の一部
も固定金具９によって回転軸１に固定される。固定金具
９のために、軸１と撓み筒体２の間のずれが防止される
。固定金具８のために支持筒３と撓み筒体２の相互のず
れが防止される。ずれがないのですべり摩擦抵抗が発生
しない。

【００１３】図２は回転軸１が丁度中間位置にある状態
を示している。この状態から左右に回転軸１を回すこと
ができる。回転軸１を回すと薄板の撓む部分が移動して
ゆき、図３に示すような状態になる。この間回転軸１、
撓み筒体の薄板、支持筒３の内壁は接触、非接触部が変
化してゆくだけである。このように３つの撓み筒体があ
るものでは、回転軸はせいぜい６０°〜１００°しか回
転できない。

【００１４】回転角の範囲をより広くしようと思えば全
円周についてひとつの撓み筒体を用いるようにすればよ
い。図４にこのような例を示す．撓み筒体が囲む中心角
は約２４０°である。中心角は１８０°〜３３０°程度
になる。しかしこのようにすると回転軸１のまわりに働
く弾性力が必ずしも均衡しない。バランスがとれないの
で回転軸が傾いてしまう惧れがある。

【００１５】これを避けるには長手方向に撓み筒体を分
割し位相が異なるように撓み筒体を複数個とりつければ
よいのである。図５にこのような構造を示す。これは位
相が異なるように等価の撓み筒体を長手方向に３つ（２
ａ、２ｂ、２ｃ）とりつけている。こうすると弾性力が
バランスして軸が傾かない。

【００１６】この発明の回転軸支持機構は従来の軸受か
ら考えれば極めて斬新なものである。無摺動であるから
超高真空に於ける摩擦抵抗の増大という問題を克服する
ことができる。しかしながら回転角に制限があるという
欠点がある。回転角の制限は図２と図３とを対比してみ
ればよく分かる事であるが、そらまめ形の撓み筒体が固
定金具８によって支持筒に固定されているという事から
発生する。固定金具８、９がなければこのような制限は
生じない。

【００１７】支持筒の内径をｄ、回転軸の外径をｅとす
ると、撓み筒体は、支持筒に接する部分では曲率半径が
ｄ、回転軸に接する部分では曲率半径がｅ、自由空間で
は曲率半径がｒ（＝（ｄ−ｅ）／２）になっている。撓
み筒体の半径ｒで曲がる部分の中心をＰ，Ｑとすると、
撓み筒体は結局ＰＱ間の変形が可能であることになる。 撓み筒体の有効中心角ＰＯＱをΘとする。撓み筒体がΘ
だけ角変位できるということは、遊星運動する歯車と同
じことで、回転軸は（ｅ＋ｄ）Θ／ｅだけ回転すること
になる。

【００１８】ｎ個の撓み筒体を用いたとすると、回転軸
と支持筒の間はｎ個の等価な空間２π／ｎに分割される
。最大の大きさの撓み筒体を用いると最大の回転振幅が
得られるわけである。この場合、最大のΘｎ　は（ＰＱ
）半径ｒの半円弧が両方に存在するので、　　　　　　
　　　　　　Θｎ　＝２π／ｎ−（ｅ−ｄ）／（ｅ＋ｄ
）　　　　　　　　　　　　（１）ということになる。 これは回転軸の最大振幅Φに直すと、 　　　　　　Φ＝（ｅ＋ｄ）Θ／ｅ＝２π（ｅ＋ｄ）／
ｎｅ−（ｅ−ｄ）／ｅ　　（２）という事になる。ｎ（
分割数）が大きい程回転角は小さくなるし、ｄが小さい
と回転角が小さくなる。実際には（２）で決まるような
最大振幅をとるようにはできないので、これより少し小
さい値で満足しなければならない。

【００１９】

【発明の効果】超高真空中では摩擦抵抗が著しく高くな
るが、本発明ではすべり摩擦（摺動）する部分が全くな
いので回転運動に対する抵抗が大きくならない。薄板は
高温に耐える金属で作るから高温に耐えることができる
。熱膨張が起こるが、ボ−ルのように剛体ではないので
噛み込みのようなものを生じない。信頼性に富み安価な
超高真空高温用の回転軸支持機構を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る回転軸支持機構の縦断面
図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ拡大断面図。

【図３】図２の状態から回転軸が回転した状態の断面図
。

【図４】撓み筒体が円周上にひとつある場合の例を示す
横断面図。

【図５】ひとつの撓み筒体が長手方向に位相が異なるよ
うに設けられた例を示す長手方向の縦断面図。

【符号の説明】

１　　回転軸 ２　　撓み筒体 ３　　支持筒 ４　　真空用フランジ ５　　回転導入機 ６　　コネクタ ７　　導入軸 ８　　固定金具 ９　　固定金具

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高真空高温下にある回転軸を支持する
   機構であって、回転軸を囲む支持筒と、薄板を丸めて作
   られた筒状体を変形させ支持筒と回転軸との間に介在す
   るようにひとつあるいは複数個設けられた撓み筒体とよ
   りなり、撓み筒体の一部が支持筒に固定され、撓み筒体
   の反対側の一部が回転軸に固定されており、一定角度範
   囲内で回転軸が回転できるように構成した事を特徴とす
   る回転軸支持機構。