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WO2006059651A1 - タッチダウン軸受 - Google Patents

タッチダウン軸受 Download PDF

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WO2006059651A1
WO2006059651A1 PCT/JP2005/022005 JP2005022005W WO2006059651A1 WO 2006059651 A1 WO2006059651 A1 WO 2006059651A1 JP 2005022005 W JP2005022005 W JP 2005022005W WO 2006059651 A1 WO2006059651 A1 WO 2006059651A1
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WO
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bearing
molybdenum
film
ball
touchdown
Prior art date
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PCT/JP2005/022005
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hiroshi Sekimoto
Akira Koyama
Masaaki Ootsuki
Original Assignee
Jtekt Corporation
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Publication date
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Application filed by Jtekt Corporation filed Critical Jtekt Corporation
Priority to US11/792,003 priority Critical patent/US7786637B2/en
Priority to EP05811635A priority patent/EP1818553B1/en
Priority to DE602005019775T priority patent/DE602005019775D1/de
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Definitions

  • the present invention relates to a touchdown bearing for protecting a rotating body supported by a magnetic bearing in a turbo molecular pump when rotation is stopped or when rotation is abnormal.
  • a configuration in which a rotating body including an exhaust blade is supported by a magnetic bearing in a non-contact manner is often used.
  • An example is shown in the cross-sectional view of FIG.
  • a fixed blade 11 is disposed on the inner periphery of the case 10
  • a rotating shaft 13 having a rotating blade 12 fixed on the outer periphery is rotatably disposed in the case 10.
  • the rotating shaft 13 is rotated by an electric motor 14, and in the rotating state, the two radial magnetic bearings 15, 16 disposed close to the outer peripheral surface of the rotating shaft 13 and the rotating shaft 13 are integrated with each other.
  • the pair of axial magnetic bearings 17 disposed above and below the formed flange portion 13a is supported in a non-contact state in a magnetically levitated state.
  • 9 is an intake port and 8 is an exhaust port.
  • a deep ball ball bearing 21 of one full ball type and a pair of angular contact ball bearings 22 in which oblique contact directions are combined in opposite directions are arranged as a touchdown bearing.
  • These touchdown bearings 21 and 22 are rolling bearings for protecting the rotating shaft 13 from contact with the radial magnetic bearings 15 and 16 and the axial magnetic bearing 17 when the rotating shaft 13 is stopped or abnormally controlled.
  • the gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft 13 and the inner peripheral surface of the inner ring of each touch-down bearing 21, 22 is slightly smaller than the gap between the rotating shaft 13 and each of the magnetic bearings 15, 16, and 17. There are gaps.
  • the rotary shaft 13 when the rotary shaft 13 is rotatably supported by the magnetic bearings 15, 16 and 17 in a magnetically levitated state, the rotary shaft 13 remains in a non-contact state with respect to the respective touchdown bearings 21 and 22.
  • the rotary shaft 13 is stopped or when control is abnormal due to the action of an external force, etc., the rotary shaft 13 comes into contact with the inner rings of the touch-down bearings 21 and 22 before being brought into contact with the magnetic bearings 15, 16 and 17. .
  • the inner ring is a rotating ring
  • a cylindrical rotating body provided with rotating blades is used, and a touch-down bearing is disposed inside the cylindrical rotating body. It has been known.
  • the outer ring of the touchdown bearing is arranged on the inner peripheral surface of the cylindrical rotating body through a predetermined gap, and the inner peripheral surface of the rotating body is not stopped when the rotating body is stopped or when the control is abnormal.
  • the rotating body is rotated and supported in contact with the outer peripheral surface of the outer ring of the touchdown bearing.
  • the rolling elements are made of ceramics or stainless steel such as SUS440C, and the inner and outer rings are also made of stainless steel such as SUS440C or SUJ2. Bearing steels such as are often used.
  • coatings made of various solid lubricants such as molybdenum disulfide and molybdenum are formed on at least the contact surfaces of these members with other members. (For example, see Patent Document 1).
  • an Ag ion plating film or the like is also employed as a solid lubricant film.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-221226
  • the Ag ion plating film formed on the surface of the ball has a problem that the wear resistance is poor because the balls are rubbed against each other while being pressed against each other, especially in the case of a total ball type bearing.
  • the wear resistance is poor because the balls are rubbed against each other while being pressed against each other, especially in the case of a total ball type bearing.
  • the cost is high, and when ceramic balls, which are non-magnetic, are used, the magnetic field created by the magnetic bearings will cause the rotating wheel of the rotating body down-down bearing, other than when touching down. If there is a case where the rotating wheel rotates with the contact, there is a problem that it cannot be used.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and its main problem is that a solid lubricant film is formed on the surface of a conventional stainless steel or bearing steel, or a metal solid lubricant is ionized. It is an object of the present invention to provide a touchdown bearing capable of improving its durability as compared with the plated one.
  • Another object of the present invention is to prevent the accompanying phenomenon and to reduce the cost while obtaining durability close to that of a conventional ceramic ball. It is to provide a touch-down bearing that can be reduced.
  • the touchdown bearing of the present invention is used in a turbo-molecular pump having a rotating body supported by a magnetic bearing, and the inner ring or the outer ring contacts the rotating body only when the rotating body is stopped or abnormally rotated.
  • the contact surface of each member constituting the bearing that is, the inner ring, the outer ring, the rolling element (ball), and the cage when a cage is used
  • a calcium phosphate-based coating is formed on at least one of the surfaces, and a molybdenum disulphide coating is further formed thereon.
  • the ball is high-speed tool steel or bearing steel, and a zinc-calcium phosphate coating is formed on the surface thereof.
  • a structure in which a disulfurium-molybdenum film is formed can be suitably employed.
  • the inner ring and Z or the outer ring are high-speed tool steel or bearing steel, and a zinc-calcium phosphate-based film is formed on the raceway surface. Furthermore, it is possible to adopt a configuration in which a disulfurium-molybdenum film is formed thereon.
  • the present invention utilizes the heat resistance of the zinc calcium phosphate-based coating of the chemical conversion coating and the ease of maintaining roundness (sphericity) associated with the ease of film thickness control.
  • the problem is to solve the problem together with the lubricity and the adhesion of the disulfurium-molybdenum film due to the unevenness caused by the crystal grains on the film surface.
  • the zinc calcium phosphate coating is easier to control the film thickness than the other chemical conversion coatings such as the manganese phosphate coating, and the roundness of the base material can be reduced.
  • the sphericity is easy to maintain, and the crystal water in the film collapses slowly when used in a high temperature vacuum. Deterioration does not occur, and durability can be ensured also in this respect.
  • the zinc-calcium phosphate coating is difficult to form on stainless steel, but bearing steel can easily be glazed with high-speed tool steel! /, Even if the material is used as a base material, zinc-calcium phosphate Sufficient corrosion resistance is obtained by the system coating.
  • a ball as a high-speed tool steel or bearing steel and forming a zinc calcium phosphate coating and a disulfurium-molybdenum coating on the surface, strong contact between the balls in the total ball type is achieved. In this case, sufficient lubricity can be maintained over a long period of time, and it can contribute to cost reduction as an alternative to ceramic balls.
  • Examples of the high-speed tool steel used for the inner ring, outer ring, and rolling element include SKH4 and M50 (AISI standard) having heat resistance, and examples of bearing steel include SUJ2.
  • the material of the ball that is a neck of durability of the bearing is a high-speed tool steel that is a high-V hardness high-V metal material.
  • high-speed tool steel such as SKH4 is expected to reach the ball in the touchdown bearing when touchdown, compared to bearing steel such as SUJ2 and stainless steel such as SUS440C. Hardness force at 200-300 ° C 5-15 Higher than HRC. Therefore, it is possible to prevent premature damage due to heat generation due to friction with the raceway due to rapid acceleration at the time of touchdown, and in addition, heat generation due to friction between balls in the case of a full ball type.
  • high-speed tool steel used for balls include SKH4 and heat-resistant M50 (AISI standard).
  • the high-speed tool steel and bearing steel are magnetic materials, the magnetic flux generated by the magnetic field of the magnetic bearings that are arranged close to each other reaches the fixed ring through the rotating wheel and ball, so that the rotating wheel is rotated when it is not touched down. Does not occur.
  • the surface treatment for the solid lubricant film is easy, and further, an increase in cost can be suppressed.
  • the present invention as compared with a case where fine unevenness is simply applied by shot blasting or the like as a base treatment for disulfurized molybdenum, adhesion of disulfurized molybdenum is improved and touchdown is reduced. Even if the molybdenum disulphide molybdenum is worn out by repeating, the calcium phosphate-based coating is formed under it, so the wear resistance is maintained and the durability as a bearing is improved. The cost can be reduced compared to the case of applying an illuminating film.
  • the ball is made of high-speed steel or bearing steel, and a zinc calcium phosphate-based film and a disulfurium-molybdenum film are formed on the surface thereof.
  • a zinc calcium phosphate-based film and a disulfurium-molybdenum film are formed on the surface thereof.
  • the ball material is made of high-speed tool steel, and the hardness of the ball at the time of heat generation at the time of touchdown is higher than when using conventional stainless steel or bearing steel. Therefore, the ball that becomes the bottleneck of the durability of this type of bearing is not damaged early, and the durability of the bearing can be improved.
  • This effect is achieved by the ball as in the invention according to claim 2.
  • FIG. 1 is a front view of an embodiment in which the present invention is applied to a touchdown bearing having a full ball type deep groove ball bearing force for a turbo molecular pump.
  • FIG. 2 is an axial parallel cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged cross-sectional view of the surface structure of ball 3 in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of a turbo molecular pump provided with a touchdown bearing.
  • FIG. 1 is a front view of an embodiment in which the present invention is applied to a touchdown bearing having a full ball type deep groove ball bearing force in FIG. 4, and FIG. 2 is an axial parallel sectional view.
  • the inner ring 1 and the outer ring 2 are each made of SUS440C, which is martensitic stainless steel, and a plurality of balls 3 made of SKH4, which is high-speed tool steel, are arranged therebetween. .
  • a zinc calcium phosphate coating 3a is formed as shown in a schematic enlarged sectional view in FIG. On top of that, a disulfide-molybdenum film 3b is formed.
  • the zinc calcium phosphate coating 3a for example, the one represented by the chemical formula (Zn2Ca) (P04) 2 ⁇ 2 ⁇ 2 ⁇ can be used, and the treatment process is the same as the normal chemical conversion treatment process. It is possible to employ a structure such as water washing, pickling, water washing, surface conditioning, chemical conversion, water washing and drying.
  • the zinc calcium phosphate solution erodes part of the surface of the SKH4 ball 3 which is the base material, and the formed zinc calcium phosphate coating 3a erodes the base material as shown in the figure. , And it has excellent adhesion.
  • the thickness of this zinc calcium phosphate coating 3a is not particularly limited, but it is easier to control the film thickness than other chemical conversion coating treatments, such as manganese phosphate coating treatment. It is difficult to control to about 1-2 m. It is easy to maintain the degree.
  • this zinc calcium phosphate coating 3a has fine irregularities formed by crystal grains on its surface, the molybdenum disulphide coating 3b formed on the surface has an anchor effect. Its adhesion is high.
  • the disulfurized molybdenum film 3b on the surface is difficult to peel off.
  • the underlying zinc calcium phosphate coating 3a functions as a lubricant layer, so that it does not cause accelerated bearing damage, thereby improving durability.
  • the zinc calcium phosphate coating 3a has a gradual breakdown of water of crystallization when used in a high temperature 'vacuum compared to manganese phosphate, etc. Peg. Further, since the entire peripheral surface of the ball 3 made of SKH4 is covered with the zinc calcium phosphate coating 3a, sufficient corrosion resistance can be obtained.
  • the SKH4 that is the material of the ball 3 has a high temperature (200 to 300 °) that is expected due to heat generated by friction between the inner ring 1, the outer ring 2, and the ball 3 when touching down.
  • C) Hardness in the state is about 5 to 15 higher in HRC than in the case of using SUJ2 or SUS440C, etc. Therefore, early damage due to heat generation during touchdown is less likely to occur. Combined with the high adhesion of the sulfur-molybdenum film to the ball 3, the durability of the bearing is greatly improved.
  • the cost can be reduced as compared with the case of using ceramic balls, and the inner ring 1 is rotated along with the magnetic field of the magnetic bearing close to the turbo molecular pump when it is not touched down. I don't have to.
  • the ball 3 is made of SKH4 and the surface thereof is formed with the zinc phosphate-based film 3a and the molybdenum disulphide molybdenum film 3b, and the inner ring 1 and the outer ring 2 are The surface of SUS440C, which is the same as the conventional one, has a minute unevenness by shot blasting.
  • the force using the iron disulfide-molybdenum coating film These inner ring l and Z or outer ring 2 are also made of high-speed tool steel such as SKH4 or bearing steel such as SUJ2, and the above-mentioned In this case, the adhesion of the molybdenum disulfide film is only small unevenness by shot blasting.
  • Ball 1 is made of bearing steel.
  • the high-speed tool steel used for Ball 3 is not necessarily limited to SKH4, but from the viewpoint of availability, cost, workability, etc., S KH4 or M50 (AISI standard) and similar high-speed tool steel Is preferably adopted.
  • a zinc calcium phosphate coating and a disulfide molybdenum coating are formed on the balls, inner ring and Z or outer ring in the same manner as described above.
  • various carbon steels can be used as the material of the cage.
  • minute irregularities are formed by shot blasting on the entire surface including the raceway surfaces la and 2a of the inner ring 1 and the outer ring 2, but only the raceway surfaces la and 2a of the inner ring 1 and the outer ring 2 are formed.
  • minute irregularities are formed by shot blasting, and form a molybdenum dioxide film thereon.
  • the coating of the raceway ring may be omitted.
  • the surface of the ball 3 is shot blasted to form minute irregularities to form a zinc-calcium phosphate coating 3a, on which a diacid-molybdenum coating 3b is formed.
  • the zinc calcium phosphate film 3a may be formed without performing shot blasting, and the molybdenum dioxide film 3b may be further formed thereon. Even in this case, Compared with the formation of molybdenum oxide film or the formation of minute irregularities by shot blasting, and the formation of molybdenum dioxide film, the adhesion of molybdenum dioxide and the wear resistance is improved. The durability of the bearing is improved.

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Abstract

　タッチダウン軸受を構成する内輪、外輪、転動体（玉）、更には保持器を用いる場合には保持器の、他部材に対する接触面のうちのいずれかの面に、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜を形成し、更にその上に二硫化モリブデン皮膜を形成することにより、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜の表面の結晶粒による微細な凹凸によって二硫化モリブデン皮膜の密着性が向上し、また、二硫化モリブデン皮膜が損耗してもその下層のリン酸亜鉛カルシウム系皮膜の潤滑性によって母材が損耗することを抑制することを可能とする。  

Description

明 細 書
タツチダウン軸受
技術分野
[0001] 本発明は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、回転の 停止時もしくは回転異常時において保護するためのタツチダウン軸受に関する。 背景技術
[0002] ターボ分子ポンプにおいては、排気用翼体を備えた回転体を磁気軸受により非接 触のもとに支持する構成が多用されている。その例を図 4に断面図で示す。この例に おいて、ケース 10の内周に固定翼 11が配置されているとともに、このケース 10内に は、回転翼 12が外周に固定された回転軸 13が回転自在に配置されている。この回 転軸 13は電動モータ 14によって回転が与えられ、その回転状態においては、当該 回転軸 13の外周面に近接配置された 2つのラジアル磁気軸受 15, 16と、当該回転 軸 13に一体に形成されたフランジ部 13aの上下に配置された一組のアキシャル磁気 軸受 17によって磁気浮上状態で非接触支持される。なお、図において 9は吸気口で あり、 8は排気口である。
[0003] ケース 10内には、また、 1つの総玉タイプの深溝玉軸受 21と、斜接方向を互いに 逆向きに組み合わせた一対のアンギユラ玉軸受 22がタツチダウン軸受として配置さ れている。これらのタツチダウン軸受 21, 22は、回転軸 13の停止時および制御異常 時に回転軸 13とラジアル磁気軸受 15, 16およびアキシャル磁気軸受 17とが接触し て損傷することから保護するための転がり軸受であって、回転軸 13の外周面と各タツ チダウン軸受 21、 22の内輪内周面との間には、回転軸 13と各磁気軸受 15、 16およ び 17の間の隙間よりも若干小さい隙間が介在している。これにより、回転軸 13が磁 気軸受 15, 16および 17に磁気浮上状態で回転支持されている状態においては、回 転軸 13は各タツチダウン軸受 21、 22に対して非接触状態を保つが、回転軸 13の停 止時、あるいは外力の作用等による制御異常時には、回転軸 13が各磁気軸受 15、 16および 17に接触する前にタツチダウン軸受 21、 22の内輪に接触して回転支持さ れる。 [0004] なお、以上は内輪を回転輪とした例を示したが、回転翼を備えた筒状の回転体を 用いて、その筒状の回転体の内部にタツチダウン軸受を配置した構造のものが知ら れている。この構造のものでは、筒状の回転体の内周面に所定の隙間を介してタツ チダウン軸受の外輪が配置され、回転体の停止時な 、しは制御異常時に回転体の 内周面がタツチダウン軸受の外輪外周面に接触して、回転体を回転支持する。
[0005] 以上のような真空ポンプにおけるタツチダウン軸受においては、転動体 (玉）の材質 にはセラミックスや SUS440C等のステンレス鋼が用いられ、内輪および外輪の材質 には同じく SUS440C等のステンレス鋼や SUJ2などの軸受鋼が用いられることが多 い。また、その使用環境上、潤滑油を用いることができないため、これらの部材の少 なくとも他部材に対する接触面には、二硫ィ匕モリブデンをはじめとする種々の固体潤 滑剤からなる皮膜が形成される (例えば特許文献 1参照)。
[0006] ここで、この種のタツチダウン軸受においては、二硫ィ匕モリブデンをはじめとする固 体潤滑剤皮膜の耐久性が軸受自体の耐久性を決定づける。そこで、従来、二硫化モ リブデンの母材に対する密着性を向上させるベぐ二硫ィ匕モリブデン皮膜の下地処 理としてショットブラスト等で微小な凹凸を表面に形成する処理が一般的に行われて いる。
[0007] また、玉については、固体潤滑剤皮膜として Agのイオンプレーティング皮膜なども 採用されている。
特許文献 1 :特開 2002— 221226号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] ところで、上記したようなショットブラストにより凹凸を付与したうえで二硫ィ匕モリブデ ン等の固体潤滑剤皮膜を形成する従来の構造では、タツチダウンを繰り返すことで表 面から二硫ィ匕モリブデン等の固体潤滑剤が損耗していくと、加速度的な軸受損傷の 引き金になり、これによつて期待される耐久性を確保できない場合もあった。
[0009] また、玉の表面に形成される Agイオンプレーティング皮膜は、特に総玉タイプの軸 受にあっては玉どうしが相互に押しつけられながら擦れあうため、耐摩耗性が悪いと いう問題もある。ここで、セラミックス製の玉を用いる場合には、良好な寿命が得られる のであるが、コストが高いとともに、非磁性体であるセラミックス製の玉を用いた場合に は、磁気軸受が作る磁場により、タツチダウン時以外、つまり回転体カ^ッチダウン軸 受の回転輪に対して接触して 、な 、状態にぉ 、て回転輪が連れ回りしてしまう場合 があると 、つた不具合も生じ、使用できな!/、こともある。
[0010] 本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、従来のステ ンレス鋼もしくは軸受鋼の表面に固体潤滑剤皮膜を形成したものや、金属固体潤滑 剤をイオンプレーティングしたものに比して、その耐久性を向上させることのできるタツ チダウン軸受を提供することにある。
[0011] また、本発明の他の課題は、従来のセラミックス製の玉を用いたものに比して、それ に近い耐久性を得ながら、前記した連れ回り現象を防止し、かつ、コストを低減するこ とのできるタツチダウン軸受を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明のタツチダウン軸受は、磁気軸受により支持される回転体を有するターボ分 子ポンプに用いられ、回転体の停止時もしくは回転異常時にのみ当該回転体に内 輪もしくは外輪が接触してこの回転体を支持するタツチダウン軸受において、当該軸 受を構成する各部材 (つまり、内輪、外輪、転動体 (玉)、および保持器を用いる場合 には保持器)の、他部材に対する接触面のうち、少なくともいずれかの面に、リン酸亜 鉛カルシウム系皮膜が形成され、更にその上に二硫ィ匕モリブデン皮膜が形成されて いることによって特徴づけられる。
[0013] ここで、本発明においては、上記軸受を構成する各部材のうち、玉が高速度工具鋼 または軸受鋼であり、その表面にリン酸亜鉛カルシウム系皮膜が形成され、更にその 上に二硫ィ匕モリブデン皮膜が形成されている構成を好適に採用することができる。
[0014] また、本発明においては、上記軸受を構成する各部材のうち、内輪および Zまたは 外輪が高速度工具鋼もしくは軸受鋼であり、その軌道面にリン酸亜鉛カルシウム系皮 膜が形成され、更にその上に二硫ィ匕モリブデン皮膜が形成されている構成を採用す ることちでさる。
[0015] 本発明は、化成皮膜のうちのリン酸亜鉛カルシウム系皮膜の耐熱性、膜厚制御の 容易性に伴う真円度 (真球度)維持の容易性を利用し、化成皮膜が元来的に有して いる潤滑性並びに皮膜表面の結晶粒による凹凸に起因する二硫ィ匕モリブデン皮膜 の密着性と併せて、課題を解決しょうとするものである。
[0016] すなわち、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜を形成した上に二硫ィ匕モリブデン皮膜を形 成すると、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜の表面の微細な凹凸により、母材に単にショ ットブラスト等による物理的な微小凹凸を形成する場合に比して、その密着性が向上 する。また、 Ag等の潤滑性を有する金属をイオンプレーティングする場合に比しても 、耐久性は向上する。更に、表面の二硫ィ匕モリブデンが損耗した後にも、リン酸亜鉛 カルシウム皮膜が金属表面を覆っているため、金属接触による急激な損傷が生じず 、これにより従来のものに比して軸受としての耐久性がはるかに向上する。
[0017] そして、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜は、他の化成皮膜であるリン酸マンガン系皮 膜等に比して、膜厚を薄く制御することが容易であって母材の真円度や真球度を維 持しやすいとともに、高温'真空中で用いた場合における皮膜中の結晶水の崩壊が 緩やかであり、タツチダウン軸受の各部材の下地処理皮膜として用いても、皮膜の急 激な劣化が生じず、この点においても耐久性を確保することができる。ここで、リン酸 亜鉛カルシウム系皮膜はステンレス鋼には形成が困難であるが、軸受鋼ゃ高速度ェ 具鋼などの鲭びやす!/、材料を母材に用いても、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜により 十分な耐食性が得られる。
[0018] また、玉を高速度工具鋼または軸受鋼として、その表面にリン酸亜鉛カルシウム系 皮膜と二硫ィ匕モリブデン皮膜を形成することにより、総玉タイプにおいて玉と玉との強 い接触に際しても十分な潤滑性を長期にわたって維持することができ、セラミック製 の玉の代替としてコスト低減に寄与することができる。
[0019] 内輪、外輪、転動体に用いられる高速度工具鋼としては、 SKH4や耐熱性を有す る M50 (AISI規格）などが挙げられ、軸受鋼としては SUJ2などが挙げられる。
[0020] さらに本発明では、軸受の耐久性のネックとなっている玉の材質を、高温硬さの高 Vヽ金属材料である高速度工具鋼とすることが好ま 、。
[0021] すなわち、 SKH4をはじめとする高速度工具鋼は、 SUJ2をはじめとする軸受鋼ゃ 、 SUS440Cをはじめとするステンレス鋼に比して、タツチダウン軸受における玉がタ ツチダウン時に到達することが予想される温度 200〜300°Cにおける硬さ力 5〜15 HRC程度高い。従って、タツチダウン時における急激な加速による軌道輪との摩擦 に起因する発熱、加えて総玉タイプの場合には玉どうしの摩擦に起因する発熱により 早期損傷を生じることを防止することができる。玉に用いられる高速度工具鋼としては 、 SKH4や耐熱性を有する M50 (AISI規格）などが挙げられる。
[0022] そして、高速度工具鋼および軸受鋼は磁性材料であるため、接近配置される磁気 軸受の磁場による磁束は回転輪、玉を通じて固定輪に至るため、非タツチダウン時に おける回転輪の連れ回りは生じない。また、固体潤滑剤皮膜のための下地処理が容 易で、更にはコストの上昇を抑制することもできる。
発明の効果
[0023] 本発明によれば、二硫ィ匕モリブデンの下地処理として単にショットブラスト等による 微細な凹凸を付する場合に比して、二硫ィ匕モリブデンの密着性が向上するとともに、 タツチダウンを繰り返すことにより二硫ィ匕モリブデンが損耗しても、その下にリン酸亜 鉛カルシウム系皮膜が形成されているため、耐摩耗性が持続し、軸受としての耐久 性が向上するとともに、 Agのィ レーティング皮膜を施す場合に比してそのコストを低 減させることができる。
[0024] また、玉を高速度鋼ないしは軸受鋼として、その表面にリン酸亜鉛カルシウム系皮 膜と二硫ィ匕モリブデン皮膜を形成することにより、総玉タイプに適用して玉と玉とが強 く接触しても十分な潤滑性を長期にわたって維持することができる結果、セラミックス 製の玉と置き換えてコスト低減を達成し、また、連れ回り現象の発生を抑制することが できる。
[0025] さらに、本発明によれば、玉の材質を高速度工具鋼とすること、タツチダウン時にお ける発熱時における玉の硬さが従来のステンレス鋼や軸受鋼を用いる場合に比して 高ぐ従ってこの種の軸受の耐久性のネックとなっている玉の早期損傷が生じず、軸 受の耐久性を向上させることができ、この効果は、請求項 2に係る発明のように、玉ど うしの摩擦による発熱を生じる総玉タイプのタツチダウン軸受に本発明を適用すること により、より一層大きなものとなる。
[0026] また、セラミックス製の玉を用いる従来のタツチダウン軸受に比して、回転輪の連れ 回りの防止、下地処理の容易化に伴う固体潤滑剤皮膜の密着性の向上、およびコス トダウンを達成することができる。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]本発明をターボ分子ポンプ用の総玉タイプの深溝玉軸受力 なるタツチダウン 軸受に適用した実施の形態の正面図である。
[図 2]図 1の軸平行断面図である。
[図 3]本発明の実施の形態における玉 3の表面構造の模式的拡大断面図である。
[図 4]タツチダウン軸受を備えたターボ分子ポンプの構成例を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図 1は本発明を図 4における総玉タイプの深溝玉軸受力 なるタツチダウン軸受に 適用した実施の形態の正面図であり、図 2は軸平行断面図である。
[0029] この例においては、内輪 1および外輪 2がそれぞれマルテンサイト系ステンレス鋼で ある SUS440C製であり、これらの間に、高速度工具鋼である SKH4製の複数の玉 3 が配置されている。
[0030] 内輪 1および外輪 2の軌道面 laおよび 2aを含む全表面には、ショットブラストにより 微小凹凸が形成され、その上に二硫ィ匕モリブデン皮膜が形成されている。
[0031] 一方、各玉 3の表面には、ショットブラストにより微小凹凸が形成され、図 3にその模 式的な拡大断面図を示すように、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aが形成され、更に その上に二硫ィ匕モリブデン皮膜 3bが形成されている。リン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3 aは、例えば化学式 (Zn2 Ca) (P04 ) 2 · 2Η2 Οで表されるものを用いることができ、 処理工程は通常の化成処理工程と同等であって、母材の水洗、酸洗、水洗、表面調 整、化成、水洗、乾燥といった構成を採用することができる。化成工程において、リン 酸亜鉛カルシウム溶液が母材である SKH4製の玉 3の表面の一部を浸食し、形成さ れたリン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aは図示のように母材に対して食 、込んだ状態と なり、優れた密着性を有するものとなる。
[0032] このリン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aの厚さは特に限定されるものではないが、他の 化成皮膜処理、例えばリン酸マンガン系皮膜処理に比して膜厚制御が容易であるた め、 1〜2 m程度に制御することに困難性はなぐこれにより母材である玉 3の真球 度を維持することが容易である。
[0033] また、このリン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aは、その表面に結晶粒による微細な凹凸 が形成されているため、その表面に形成される二硫ィ匕モリブデン皮膜 3bは、アンカ 一効果によりその密着性は高 、ものとなる。
[0034] 以上の本発明の実施の形態によると、回転時に玉 3どうしが強くこすれあっても、表 面の二硫ィ匕モリブデン皮膜 3bが剥がれにくぐまた、この二硫ィ匕モリブデン皮膜 3bが 損耗した後においても、その下層のリン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aが潤滑剤層とし て機能するため、加速度的な軸受損傷には至らず、これにより耐久性が向上する。そ して、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aは、高温'真空中で使用したときの結晶水の崩 壊がリン酸マンガン系などに比して緩やかであるため、皮膜の急激な劣化も生じにく い。また、 SKH4製の玉 3の全周面がリン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aによって覆われ るため、十分な耐食性が得られる。
[0035] また、玉 3の母材材質を SKH4等の高速度工具鋼とすることにより、高温強度が高 ぐセラミックス製の玉を用いる場合に近いタツチダウン回数を実現することができ、し 力も磁性材料であるため、ターボ分子ポンプの磁気軸受が作る磁場によって非タツチ ダウン時において回転輪が連れ回りすることを防止することができる。
[0036] 以上の本発明の実施の形態によると、玉 3の材質である SKH4は、タツチダウン時 に内輪 1,外輪 2、および玉 3どうしの摩擦による発熱によって予想される高温（200 〜 300°C)状態における硬さが、 SUJ2や SUS440C等を用 V、る場合に比して HRC で 5〜15程度高ぐ従って、タツチダウン時の発熱による早期損傷が生じにくぐその 表面に形成される二硫ィ匕モリブデン皮膜の玉 3に対する密着性の高さと相まって、軸 受の耐久性が大幅に向上する。
[0037] し力も、セラミックス製の玉を用いる場合に比してそのコストを低く抑えることができる とともに、ターボ分子ポンプに組み込んだときに近接する磁気軸受の磁場によって非 タツチダウン時に内輪 1が連れ回りすることもない。
[0038] 以上の実施の形態では、玉 3のみを SKH4製としてその表面にリン酸亜鉛カルシゥ ム系皮膜 3aおよび二硫ィ匕モリブデン皮膜 3bを形成して、内輪 1および外輪 2につい ては、従来と同等の SUS440Cの表面にショットブラストによる微小な凹凸を付したう えで二硫ィ匕モリブデン皮膜を形成したものを用いた力 これらの内輪 lおよび Zまた は外輪 2についても、 SKH4等の高速度工具鋼もしくは SUJ2等の軸受鋼製とし、そ の表面に上記と同等のリン酸亜鉛カルシウム系皮膜を形成した上で、二硫化モリブ デン皮膜を形成したものを用いることができ、この場合においても、二硫化モリブデン 皮膜の密着性は単にショットブラストによる微小な凹凸を付した後二酸ィ匕モリブデン 皮膜を形成した場合に比してより高くなり、耐久性を向上させることができる。この場 合、リン酸亜鉛カルシウム皮膜を形成する前にショットブラストによる微小な凹凸を付 することが更に好ましい。また、このような内輪 1および Zまたは外輪 2と、セラミックス 製の玉とを組み合わせてもよい。また、玉 1については、その材質を軸受鋼とすること ちでさる。
[0039] なお、以上の実施の形態においては、本発明を総玉タイプの深溝玉軸受に適用し た例を示したが、アンギユラ玉軸受であってもよぐさらには保持器を備えた総玉タイ プ以外の玉軸受にも等しく適用することができる。また、玉 3に用いる高速度工具鋼 は必ずしも SKH4に限られることはないが、入手性、コスト、加工性等の観点から、 S KH4または M50 (AISI規格)さらにはそれに類似の高速度工具鋼を採用することが 好ましい。
[0040] 更に、総玉タイプではなぐ保持器を備えたタツチダウン軸受においては、上記と同 様に玉、内輪および Zまたは外輪にリン酸亜鉛カルシウム系皮膜および二硫ィ匕モリ ブデン皮膜を形成するほか、保持器にも同等の皮膜を形成することが好ましい。この 場合、保持器の材質としては各種炭素鋼等を用いることができる。
[0041] また、上記実施例においては、内輪 1および外輪 2の軌道面 laおよび 2aを含む全 表面にショットブラストにより微小凹凸を形成したが内輪 1及び外輪 2の軌道面 laおよ び 2aのみにショットブラストにより微小凹凸を形成し、その上に二酸化モリブデン皮膜 を形成してもよいことはもちろんである。また、軌道輪の皮膜を省略することもある。
[0042] また、上記実施例においては玉 3の表面には、ショットブラストにより、微小凹凸を形 成し、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aを形成し、更にその上に二酸ィ匕モリブデン皮膜 3bを形成した力 ショットブラストを実施せず、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜 3aを形成 し、更にその上に二酸ィ匕モリブデン皮膜 3bを形成してもよい。この場合でも、単に二 酸化モリブデン皮膜を形成した場合や、ショットブラストにより、微小凹凸を形成し、二 酸化モリブデン皮膜を形成した場合よりも、二酸ィ匕モリブデンの密着性は向上し、耐 磨耗性も向上することから、軸受の耐久性は向上する。

Claims

請求の範囲
[1] 磁気軸受により支持される回転体を有するターボ分子ポンプに用いられ、回転体の 停止時もしくは回転異常時にのみ当該回転体に内輪もしくは外輪が接触してこの回 転体を支持するタツチダウン軸受にお 、て、
当該軸受を構成する各部材の、他部材に対する接触面のうち、少なくともいずれか の面に、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜が形成され、更にその上に二硫ィ匕モリブデン皮 膜が形成されて 、ることを特徴とするタツチダウン軸受。
[2] 上記軸受を構成する各部材のうち、玉が高速度工具鋼であり、その表面にリン酸亜 鉛カルシウム系皮膜が形成され、更にその上に二硫ィ匕モリブデン皮膜が形成されて
V、ることを特徴とする請求項 1に記載のタツチダウン軸受。
[3] 上記軸受を構成する各部材のうち、玉が軸受鋼であり、その表面にリン酸亜鉛カル シゥム系皮膜が形成され、更にその上に二硫ィ匕モリブデン皮膜が形成されていること を特徴とする請求項 1に記載のタツチダウン軸受。
[4] 上記高速度工具鋼は、 JIS規格 SKH4であることを特徴とする請求項 2に記載のタ ツチダウン軸受。
[5] 上記高速度工具鋼は、 AISI規格 M50であることを特徴とする請求項 2に記載のタ ツチダウン軸受。
[6] 請求項 1に記載のタツチダウン軸受が総玉タイプの玉軸受であることを特徴とするタ ツチダウン軸受。
[7] 上記軸受を構成する各部材のうち、内輪および Zまたは外輪が高速度工具鋼もし くは軸受鋼であり、その軌道面にリン酸亜鉛カルシウム系皮膜が形成され、更にその 上に二硫ィ匕モリブデン皮膜が形成されて 、ることを特徴とする請求項 1に記載のタツ チダウン軸受。
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