JP2008223806A - Touchdown bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はタッチダウン軸受に関する。さらに詳しくは、真空ポンプやターボ分子ポンプにおいて磁気軸受で支持されている回転体を、制御不能時に支持し、保護するためのタッチダウン軸受に関する。 The present invention relates to a touchdown bearing. More specifically, the present invention relates to a touch-down bearing for supporting and protecting a rotating body supported by a magnetic bearing in a vacuum pump or a turbo molecular pump when it cannot be controlled.
磁気軸受は磁気浮上による非接触支持を行うため摩耗がなく、従って、潤滑油が不要であることから、従来の軸受では困難であった真空環境や超低温環境などの特殊環境下における回転機に利用されている。 Magnetic bearings do not wear due to non-contact support by magnetic levitation, and therefore no lubrication oil is required, so they are used for rotating machines in special environments such as vacuum environments and ultra-low temperature environments that were difficult with conventional bearings. Has been.
図2は、ターボ分子ポンプに磁気軸受を適用した例の断面説明図である。筒状のケーシング20の内周面には複数の固定翼21が軸方向に沿って所定間隔で配置されるとともに、当該ケーシング20内には、回転翼22が外周に固定された回転軸23が回転自在に配設されている。この回転軸23は、電動モータ24によって回転され、通常の回転状態においては、当該回転軸23の外周面に近接して配置された2つのラジアル磁気軸受25、26と、回転軸23の下端付近において当該回転軸23と一体に形成されたフランジ部23aの上下に配置された一組のアキシャル磁気軸受27によって非接触支持される。
FIG. 2 is a cross-sectional explanatory diagram of an example in which a magnetic bearing is applied to a turbo molecular pump. A plurality of
また、ケーシング20内には、ラジアル受けとしての1つの深溝玉軸受28と、アキシャル受けとしての正面組合せの一対のアンギュラ玉軸受29がタッチダウン軸受として配置されている。これらのタッチダウン軸受28、29は、断線や停電などにより磁気軸受25、26、27が制御不能になったときに、前記回転軸23と、磁気軸受25、26、27とが接触して損傷するのを防止するものである。そして、前記回転軸23の内周面とタッチダウン軸受28、29の内輪内周面との間には、当該回転軸23と磁気軸受25、26、27との間の隙間よりも若干小さい隙間が設けられている。これにより、回転軸23が磁気軸受25、26、27によって磁気浮上された状態で回転支持されているときは、当該回転軸23はタッチダウン軸受28、29に対して非接触状態を保つが、磁気軸受25、26、27の制御不能時には、回転軸23が磁気軸受25、26、27に接触する前に、タッチダウン軸受28、29の内輪に接触して回転支持される。
Further, in the
かかるタッチダウン軸受は、従来、非常用ないしは緊急用の部材と考えられており、1〜2回程度のタッチダウンにより使用不能となっても止むを得ないものとされていたが、交換時における回転軸との隙間調整などの作業に手間がかかることから、多数回のタッチダウンにも耐えるように、耐久性を向上させる試みが種々提案されている(例えば、特許文献1〜2参照)。 Such a touch-down bearing has been conventionally considered as an emergency or emergency member, and has been inevitably stopped even if it becomes unusable due to about one or two touch-downs. Since work such as adjusting the clearance with the rotating shaft takes time, various attempts have been proposed to improve durability so as to withstand many touchdowns (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1には、回転部材に対向配置させている内輪又は外輪の表面に、鉛の被覆を形成したボール転走面と、二硫化モリブデンの被覆を形成したタッチダウン時に回転部材と接触する面とを設けたタッチダウン軸受が記載されている。また、特許文献2には、内輪、外輪、ボール及び保持器における、他部材との接触面に、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜を形成し、さらにその上に二硫化モリブデン皮膜を形成したタッチダウン軸受が記載されている。
In Patent Document 1, a ball rolling surface in which a lead coating is formed on the surface of an inner ring or an outer ring arranged to face the rotating member, and a surface that contacts the rotating member at the time of touchdown in which a molybdenum disulfide coating is formed. A touch-down bearing provided with is described.
特許文献1〜2記載の提案は、いずれもタッチダウン軸受を構成する部材の表面に固体潤滑剤からなる被膜を形成し、タッチダウン時における部材の摩耗を抑制するものであり、いわば材料的にタッチダウン軸受の耐久性の向上を図ったものである。
本発明者は、タッチダウン軸受の耐久性をさらに向上させるべく鋭意研究を重ねた結果、ボールの転走自体を抑制することにより、軸受の寿命を延ばすことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
The proposals described in
As a result of intensive studies to further improve the durability of the touchdown bearing, the present inventors have found that the life of the bearing can be extended by suppressing the rolling of the ball itself, and the present invention is completed. It came to.
本発明の目的は、ボールの転走を抑制することで、その耐久性を向上させることができるタッチダウン軸受を提供することである。 The objective of this invention is providing the touchdown bearing which can improve the durability by suppressing rolling of a ball | bowl.
本発明のタッチダウン軸受は、磁気軸受で支持される回転部材に、内輪又は外輪の一方が対向して配置され、当該内輪と外輪の間に、保持器で保持されるボールを組み込んだ磁気軸受装置のタッチダウン軸受であって、
前記保持器は、前記内輪又は外輪の端面より、軸方向下方に突出する重量付加部を有していることを特徴としている。
The touchdown bearing according to the present invention is a magnetic bearing in which one of an inner ring and an outer ring is arranged opposite to a rotating member supported by a magnetic bearing, and a ball held by a cage is incorporated between the inner ring and the outer ring. A device touchdown bearing,
The retainer has a weight adding portion that protrudes downward in the axial direction from an end face of the inner ring or the outer ring.
本発明のタッチダウン軸受では、ボールを保持する保持器に、内輪又は外輪の端面より、軸方向下方に突出する重量付加部を設けている。このため、タッチダウン時にボールに回転力が付与されたときに、前記重量付加部により重量が大きくなった保持器が抵抗となり、ボールの回転を早く収束させることができる。その結果、ボールの転走距離を小さくすることができ、ボールの転走面などに被覆されている固体潤滑剤の消費を抑えることができる。これにより、可能なタッチダウン回数を延ばすことができる。 In the touchdown bearing according to the present invention, the cage for holding the ball is provided with a weight addition portion that protrudes downward in the axial direction from the end face of the inner ring or the outer ring. For this reason, when a rotational force is applied to the ball at the time of touchdown, the cage whose weight is increased by the weight addition portion becomes a resistance, and the rotation of the ball can be converged quickly. As a result, the rolling distance of the ball can be reduced and consumption of the solid lubricant coated on the rolling surface of the ball can be suppressed. Thereby, the possible number of touchdowns can be extended.
前記保持器のポケット内周面のうち少なくとも軸方向上側部分が、前記ボールの形状に沿った球面状に加工されているのが好ましい。この構成によれば、タッチダウン時に保持器のポケット内周面とボールとの接触面積が大きいため、前記ボールの回転をより早く収束させることができる。その結果、内輪と外輪との相対回転をより早く収束させることができる。 It is preferable that at least an axially upper portion of the inner circumferential surface of the pocket of the cage is processed into a spherical shape along the shape of the ball. According to this configuration, since the contact area between the inner circumferential surface of the pocket of the cage and the ball is large during touchdown, the rotation of the ball can be converged more quickly. As a result, the relative rotation between the inner ring and the outer ring can be converged more quickly.
本発明のタッチダウン軸受によれば、ボールの転走を抑制することで、タッチダウン軸受の耐久性を向上させることができる。 According to the touchdown bearing of the present invention, the durability of the touchdown bearing can be improved by suppressing the rolling of the ball.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明のタッチダウン軸受の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係るタッチダウン軸受Tの断面説明図である。このタッチダウン軸受Tは、正面組合せの2個のアンギュラ玉軸受1、2からなっており、例えば図2に示されるターボ分子ポンプの回転軸の下側部分においてアキシャル受けとして用いられる。
Hereinafter, embodiments of a touchdown bearing according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a touchdown bearing T according to an embodiment of the present invention. This touch-down bearing T is composed of two
上側のアンギュラ玉軸受1は、外輪3と、この外輪3の内径側において当該外輪3と同心に配置された内輪4と、前記外輪3と内輪4との間に転動自在に配設された複数の転動体であるボール5と、このボール5を周方向において所定間隔で保持する保持器6とからなっている。下側のアンギュラ玉軸受2も、上側のアンギュラ玉軸受1と同様に、外輪7、内輪8、ボール9及び保持器10からなっている。
The upper angular ball bearing 1 is disposed between the
前記内輪4、8の各内周面4a、8aと、回転部材である回転軸30の外周面30aとの間は、図示しない磁気軸受の内周面と、前記回転軸30の外周面30aとの間の隙間よりも小さい隙間Cとなるように調整されている。これにより、回転軸30が磁気軸受により磁気浮上された状態で回転支持されているときは、当該回転軸30はタッチダウン軸受Tに対して非接触状態を保つが、磁気軸受の制御不能時には、回転軸30が磁気軸受に接触する前に、タッチダウン軸受Tの各内輪4、8に接触して回転支持される。前記外輪3、7、内輪4、8及び保持器10はSUS440Cで作製されている。また、保持器6はSUS304で作製されており、ボール5、9は窒化珪素製である。
また、前記外輪3、7及び内輪4、8におけるボール転走面や、ボール5、9と接触する保持器6、10のポケット内周面には、当該ボール5、9などの摩耗を抑制するために、モリブデン、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの固体潤滑剤からなる被膜が形成されている。
Between the inner
Further, wear of the
タッチダウン時においては、内輪4、8の回転に伴い、当該内輪4、8と外輪3、7の間に配設されているボール5、9が転走するが、本発明では、このボール9の転走を抑制するために、当該ボール9を保持する保持器10の重量を大きくして、ボール9の回転に対してブレーキをかけるようにしている。具体的には、下側に配設されたアンギュラ玉軸受2の保持器10を、外輪7の端面7b又は内輪8の端面8bよりも、(回転軸30の)軸方向下方に突出させ、重量付加部10aとしている。かかる重量付加部10aを設けることで保持器10の重量を大きくすることができ、この保持器10とともに外輪7と内輪8間の空間を周方向に転走するボール9に対し大きな抵抗力を与えることができる。これにより、ボール9の回転を抑制して当該ボール9の転走距離を小さくすることができる。その結果、ボール9の転走面などに被覆されている固体潤滑剤の消費を抑え、可能なタッチダウン回数を延ばすことができる。
前記重量付加部10aの下方への突出長さLは、本発明において、特に限定されるものではなく、タッチダウン軸受周辺における許容スペースなどを考慮して、適宜選定することができる。
During the touchdown, the
The length L projecting downward from the
前記保持器10は、外輪7及び内輪8と同様にSUS440Cで作製されており、長い転がり寿命を有している。また、そのポケット11内周面近傍を含む保持器10は、焼入れや焼戻しなどの熱処理が施されており、そのHRC硬度が58〜62の範囲内にされている。これにより、当該保持器10を硬くすることができ、前記ボール9に対しより大きな抵抗力を与えた際、当該ボール9と当該保持器10とが過大に摩耗することなく、当該ボール9の回転を早く収束させることができる。
The
また、本実施の形態では、前記ボール9を収容する、前記保持器10のポケット11の内周面のうち少なくとも軸方向上側部分11aが、当該ボール9の形状に沿った球面状に加工されている。これにより、タッチダウン時に保持器10のポケット内周面の軸方向上側部分11aとの接触面積が大きいため、前記ボール9の回転をより早く収束させることができる。その結果、内輪と外輪との相対回転をより早く収束させることができる。
また、本実施の形態では、アンギュラ玉軸受から鉛直下方に突出する重量付加部10aがあることで前記保持器10の重量が大きく、前記保持器10は、回転軸30がタッチダウン軸受Tに非接触のときに、ボール9を鉛直下方に付勢する。このため、回転軸30の磁気により、回転軸30と非接触の内輪8が回転軸30の回転によって連れ回ることを抑制することができる。
In the present embodiment, at least the axially
Further, in the present embodiment, the weight of the
なお、以上の説明は、アンギュラ玉軸受からなるタッチダウン軸受について行われているが、本発明は、アンギュラ玉軸受に限定されるものではなく、例えばラジアル受けとして用いられる深溝玉軸受にも適用することができる。
また、本実施の形態では、外輪3、7、内輪4、8及び保持器10をSUS440Cで作製したが、外輪3、7、内輪4、8及び保持器10はSUS630や、SUJ2などの高炭素クロム軸受鋼、肌やき鋼、高速度工具鋼のいずれかから形成してもよい。また、本実施の形態では、保持器6はSUS304で作製したが、樹脂から形成してもよい。また、本実施の形態では、ボール5、9は窒化珪素製であったが、SUS440CやSUS630、SUJ2などの高炭素クロム軸受鋼、肌やき鋼、高速度工具鋼のいずれかから形成してもよい。
In addition, although the above description is performed about the touchdown bearing which consists of an angular ball bearing, this invention is not limited to an angular ball bearing, For example, it applies also to the deep groove ball bearing used as a radial receiver. be able to.
In the present embodiment, the
さらに、本実施の形態では、回転軸30を内輪4、8の内周面にタッチダウンさせているが、内輪4、8を固定し、外輪3、7の外周面に回転部材をタッチダウンさせる装置にも本発明のタッチダウン軸受を適用することができる。
Further, in the present embodiment, the
1 アンギュラ玉軸受
2 アンギュラ玉軸受
3 外輪
4 内輪
5 ボール(転動体)
6 保持器
7 外輪
8 内輪
9 ボール(転動体)
10 保持器
10a 重量付加部
11 ポケット
11a ポケット内周面の上側部分
23 回転軸
25 ラジアル磁気軸受
26 ラジアル磁気軸受
27 アキシャル磁気軸受
28 タッチダウン軸受(深溝玉軸受)
29 タッチダウン軸受(アンギュラ玉軸受)
30 回転軸(回転部材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Angular
6
DESCRIPTION OF
29 Touchdown bearings (angular ball bearings)
30 Rotating shaft (Rotating member)
Claims (2)
前記保持器は、前記内輪又は外輪の端面より、軸方向下方に突出する重量付加部を有していることを特徴とするタッチダウン軸受。 A touch-down bearing for a magnetic bearing device in which one of an inner ring and an outer ring is arranged to face a rotating member supported by a magnetic bearing, and a ball held by a cage is incorporated between the inner ring and the outer ring. ,
The touch-down bearing according to claim 1, wherein the cage includes a weight addition portion that protrudes downward in the axial direction from an end surface of the inner ring or the outer ring.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007059416A JP2008223806A (en) | 2007-03-09 | 2007-03-09 | Touchdown bearing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007059416A JP2008223806A (en) | 2007-03-09 | 2007-03-09 | Touchdown bearing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008223806A true JP2008223806A (en) | 2008-09-25 |
Family
ID=39842680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007059416A Pending JP2008223806A (en) | 2007-03-09 | 2007-03-09 | Touchdown bearing |
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JP (1) | JP2008223806A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2769108A1 (en) * | 2011-10-21 | 2014-08-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Friction brake, backup bearing with friction brake and method for operating a magnetic bearing |
-
2007
- 2007-03-09 JP JP2007059416A patent/JP2008223806A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2769108A1 (en) * | 2011-10-21 | 2014-08-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Friction brake, backup bearing with friction brake and method for operating a magnetic bearing |
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