CN110608179A - 真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能对在真空环境下高速旋转的滚动轴承稳定地提供适当量的润滑流体的真空泵。真空泵包括：轴承(8)，支撑设有泵转子(3)的轴(10)；润滑流体蓄积部(60)，蓄积向轴承(8)提供的润滑流体；MEMS元件(40)，形成有微小流量泵(401)，所述微小流量泵(401)向轴承(8)与润滑流体蓄积部(60)之间的润滑流体循环路径(R)内的位于旋转轴侧的润滑流体循环路径，以液滴状释出润滑流体；及作为毛细管结构的流路的吸引管(61)，利用毛细管力使润滑流体蓄积部(60)的润滑流体移动至微小流量泵(401)。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及一种真空泵。

背景技术

以前，利用滚动轴承来支撑转子的结构的真空泵已为人所知(例如参照专利文献1)。专利文献1所记载的真空泵是涡轮分子泵，且越是旋转叶片直径小的小型涡轮分子泵，越要求更高的旋转速度。对于用于这种高速旋转中的滚动轴承而言，最优的润滑剂提供量非常小。

以前，如专利文献1所记载的发明设为下述结构，即：在滚动轴承的轴端侧安装具有圆锥面的锥体(cone)，从与锥体的圆锥面接触的具有柔软性的润滑剂流出部逐次少量地提供润滑剂。附着于圆锥面的润滑剂由于离心力而移动至锥体直径增加的轴承侧，流入轴承内。专利文献1所记载的发明中，利用具有柔软性的芯将润滑剂流路的出口堵塞而形成润滑剂流出部，利用泵向芯提供润滑剂，使所述芯与锥体的圆锥面接触。在芯内移送的润滑剂由于毛细管现象的作用而被送至锥体的圆锥面。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利第6162644号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

但是，存在下述不良状况，即：由于芯相对于锥体的圆锥面的装配误差导致芯对圆锥面的接触状态变化，润滑剂的提供量视接触状态而变化。而且，也存在下述问题，即：由于与圆锥面接触而引起芯的磨耗等，由此所致的劣化导致润滑剂的提供变得不充分。

[解决问题的技术手段]

本发明的优选形态的真空泵包括：滚动轴承，支撑设有泵转子的旋转轴；润滑流体蓄积部，蓄积提供给所述滚动轴承的润滑流体；微机电系统元件，形成有微小流量泵，所述微小流量泵向所述滚动轴承与所述润滑流体蓄积部之间的润滑流体循环路径内的位于旋转轴侧的所述润滑流体循环路径，以液滴状释出润滑流体；及毛细管结构的第一流路，利用毛细管力使所述润滑流体蓄积部的润滑流体移动至所述微小流量泵。

更优选的形态中包括：润滑路径构件，与所述滚动轴承邻接而设于所述旋转轴，所述润滑路径构件具有构成所述润滑流体循环路径的一部分的圆锥面，且所述圆锥面的距所述旋转轴的轴芯的半径设定为越接近所述滚动轴承则越大，从所述微小流量泵释出而附着于所述圆锥面的润滑流体利用离心力而在所述圆锥面上朝所述滚动轴承的方向移动。

更优选的形态中，所述微小流量泵向所述滚动轴承释出润滑流体。

更优选的形态中包括：检测所述滚动轴承的振动的振动传感器及以非接触的方式检测所述润滑流体循环路径(旋转轴侧的润滑流体循环路径)的温度的温度传感器中的至少一者；及控制部，基于所述振动传感器及所述温度传感器中至少一者的检测结果而驱动控制所述微小流量泵，控制由所述微小流量泵所移送的润滑流体的量。

更优选的形态中还包括：警报部，基于所述振动传感器及所述温度传感器中至少一者的检测结果来输出所述滚动轴承的劣化信息。

更优选的形态中包括：润滑路径构件，与所述滚动轴承邻接而设于所述旋转轴，所述润滑路径构件具有构成所述润滑流体循环路径的一部分的圆锥面、及连接于所述圆锥面且构成所述润滑流体循环路径的另一部分的轴向端面，形成有所述微小流量泵的所述MEMS元件与所述轴向端面相向配置，从所述微小流量泵向所述轴向端面将润滑流体以液滴状释出。

更优选的形态中，所述MEMS元件具有：温度传感器，捕捉从作为测温对象面的所述旋转轴的表面或所述润滑路径构件的表面放射的红外光而测量温度；及红外光入射窗，供被导引至所述温度传感器的红外光入射，所述真空泵包括：第一保护部，防止润滑流体向所述红外光入射窗的附着。

更优选的形态中包括：第二保护部，防止向所述测温对象面的附着。

更优选的形态中还包括：流量传感器，检测由所述微小流量泵所移送的润滑流体的移送量；及诊断部，基于所述流量传感器的检测结果来诊断所述润滑流体蓄积部的润滑流体的蓄积量。

[发明的效果]

根据本发明，能对在真空环境下高速旋转的滚动轴承稳定地提供适当量的润滑流体。

附图说明

图1是涡轮分子泵的泵本体的截面图。

图2是表示轴承的润滑系统的图。

图3是表示MEMS元件的润滑流体送出侧的图。

图4(a)及图4(b)是表示图3的A-A截面的图。

图5(a)及图5(b)是表示变形例(第一变形例、第二变形例)的图。

图6是表示第二实施方式的图。

图7是表示第三实施方式的图。

图8是表示第三变形例的图。

图9是表示第四变形例的图。

图10是表示第五变形例的图。

图11是表示配置有仅设有微小流量泵的MEMS元件时的图。

符号的说明

1：涡轮分子泵

3：泵转子

8、9：轴承

10：轴

13、50：轴承固持器

40：MEMS元件

60：润滑流体蓄积部

61：吸引管

62：润滑流体返回部

81：外轮

82：内轮

83：滚动体

100：锥型螺母

100a：外周面

100b：轴向端面

300：电源装置

301：驱动电路

302：运算电路

401：微小流量泵

402：喷嘴

403：阀

404、405～406：流路

411、426：压电元件

412：膜片

413：压力室

425：阀体

427：阀座

430：润滑流体循环系统

431：流量传感器

432：温度传感器

432a：红外光窗

433：振动传感器

440：保护部

500、502、812：贯穿孔

811、821：滚动面

1000：监视装置

R：润滑流体循环路径

具体实施方式

以下，参照图对本发明的实施方式进行说明。

-第一实施方式-

图1是表示本发明的真空泵的第一实施方式的图，且表示涡轮分子泵1的截面。涡轮分子泵1包括向泵本体提供电力的电源装置，但图1中省略图示。

涡轮分子泵1包括具备涡轮叶片的涡轮泵部P1、及具备螺旋型槽的霍尔威克(Holweck)泵部P2作为排气功能部。当然，本发明不限于排气功能部中具备涡轮泵部P1及霍尔威克泵部P2的真空泵，也能应用于仅具备涡轮叶片的真空泵、仅具备西格班(Siegbahn)泵或霍尔威克泵等牵引泵(drag pump)的真空泵、或将这些部分组合的真空泵。

涡轮泵部P1是由形成于泵转子3的多段的旋转叶片30、及配置于基体2侧的多段的固定叶片20所构成。另一方面，设于涡轮泵部P1的排气下游侧的霍尔威克泵部P2是由形成于泵转子3的圆筒部31、及配置于基体2侧的定子21所构成。在圆筒状的定子21的内周面形成有螺旋槽。多段的旋转叶片30及圆筒部31构成旋转侧排气功能部，多段的固定叶片20与定子21构成固定侧排气功能部。

泵转子3紧固于轴10，所述轴10是由电机4旋转驱动。电机4例如可使用直流(Direct Current，DC)无刷电机，在基体2上设有电机定子4a，在轴10侧设有电机转子4b。由轴10及泵转子3所构成的旋转体单元RU是由使用永磁体6a、永磁体6b的永磁体磁轴承6及作为滚动轴承的轴承8旋转自如地支撑。

永磁体6a、永磁体6b是在轴向上经磁化的环状的永磁体。设于泵转子3的多个永磁体6a以同极彼此相向的方式在轴向上配置有多个。另一方面，固定侧的多个永磁体6b安装于固定于泵罩壳12的磁体固持器11。这些永磁体6b也以同极彼此相向的方式在轴向上配置有多个。

设于泵转子3的永磁体6a的轴向位置是以比配置于其内周侧的永磁体6b的位置更稍靠上侧的方式设定。即，旋转侧的永磁体的磁极相对于固定侧的永磁体的磁极而在轴向上偏移规定量。永磁体磁轴承6的支撑力视所述规定量的大小而不同。图1所示的示例中，将永磁体6a配置于图示上侧，因而由于永磁体6a与永磁体6b的反斥力，径向(radial)方向的支撑力及轴向朝上(泵排气口侧方向)的力作用于旋转体单元RU。

在磁体固持器11的中央，固定有保持轴承9的轴承固持器13。图1中，轴承8、轴承9使用深沟球轴承，但不限于此，例如也可使用角接触(angular contact)轴承。轴承9作为限制轴上部的径向方向的跳动的触地轴承(touchdown bearing)发挥功能。在恒常旋转状态下轴10与轴承9不接触，在施加了大的扰乱时、或旋转的加速时或减速时轴10的回旋(whirl)变大时，轴10与轴承9接触。

轴承8保持于设于基体2的轴承固持器50。在轴承固持器50上设有：润滑流体蓄积部60，蓄积向轴承8提供的润滑流体；及微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)元件40，搭载用于向轴承8提供润滑流体的微小流量泵。另外，所谓MEMS，是使微细的机械要素零件、传感器、致动器等与电子电路集成在一个基板(硅基板、玻璃基板、有机材料等)上的器件、系统。对于轴承8的润滑流体，可使用润滑油等液状的润滑剂。

图2是表示轴承8的润滑系统的图，详细表示轴承8、及设有MEMS元件40的轴承固持器50的部分。轴承8包括外轮81、内轮82、滚动体83及保持器84。在外轮81的内周侧的面及内轮82的外周侧的面，形成有滚动面811、滚动面821。通过使锥型螺母100螺合于形成于轴10的下端的外螺纹部10a，而将轴承8的内轮82固定于轴10。外轮81保持于轴承固持器50。在外轮81与轴承固持器50之间，设有配置于外轮81的外周侧的径向减震器52。关于径向减震器52，例如可使用橡胶等弹性构件。

润滑流体蓄积部60设于固定于轴承固持器50的下端(参照图1)的蓄积部固持器51。而且，在外轮81的下端与润滑流体蓄积部60的上端之间，以与两者接触的方式设有由毛细管结构体所形成的润滑流体返回部62。润滑流体蓄积部60及润滑流体返回部62是由毛毡状或海绵状的多孔质材料、或者多孔质烧结塑料或多孔质烧结金属等所形成，在形成于多孔质材料的多数个微小空隙中蓄积润滑流体。若润滑流体与形成有多数个微小空隙的多孔质材料接触，则润滑流体由于毛细管力而向多孔质材料内渗透，并向周围的区域扩展。所述毛细管力如后述那样，取决于微小空隙的空间尺寸及空间内表面的濡湿性，本实施方式中，将对于润滑流体在润滑系统的流路中扩展具有充分毛细管力的结构称为毛细管结构。而且，将确保了适当的濡湿性的毛毡状或海绵状的多孔质材料、多孔质烧结塑料、多孔质烧结金属等称为毛细管结构体。

MEMS元件40固定于和锥型螺母100的外周面100a相向的蓄积部固持器51的内周面。锥型螺母100的外周面100a构成圆锥面，是由对润滑流体为亲液性的材料所形成。外周面100a是以距轴10的轴芯的半径越接近轴承8则越大的方式设定。MEMS元件40上搭载有微小流量泵401，本实施方式中，向轴承8的润滑流体的提供是由组入至MEMS元件40的微小流量泵401来进行。

MEMS元件40是由经由电缆42连接的驱动电路301驱动控制。本实施方式中，驱动电路301设于涡轮分子泵的电源装置300，但也可设于泵本体侧。MEMS元件40与润滑流体蓄积部60也可由对于润滑流体蓄积部60的润滑流体利用毛细管力将润滑流体导向MEMS元件40的吸引管61来连接。吸引管61也为毛细管结构体，例如可使用在管内填充有毛毡等多孔质材料的毛细管结构体。

微小流量泵401将从润滑流体蓄积部60提供的润滑流体设为液滴状而向锥型螺母100的外周面100a释出。如所述那样，外周面100a是由亲液性的材料所形成，因而附着于外周面100a的润滑流体在面上扩展。如所述那样，外周面100a是以越接近轴承8则距轴10的轴芯的半径越变大的方式设定，因而若轴10高速旋转，则外周面100a上的润滑流体由于离心力而向半径更大的方向移动。即，外周面100a上的润滑流体在外周面100a上向轴承方向移动，进入内轮82内。进入内轮82内的润滑流体的一部分经由旋转的滚动体83而向外轮81移动。润滑流体由于滚动面811、滚动面821与滚动体83之间的接触而在滚动面811、滚动面821上扩展，供此部分的润滑。而且，从外轮81的滚动面811排出的润滑流体经由润滑流体返回部62向润滑流体蓄积部60返回。这样，润滑流体在图2的虚线箭头所示那样的润滑流体循环路径R中循环。

图3是表示MEMS元件40的图，是从锥型螺母100侧观看MEMS元件40的图。如所述那样，对MEMS元件40组入有微小流量泵401，且连接有吸引管61。在和吸引管61连通的流路404与和微小流量泵401连通的流路405之间，设有阀403。通过阀403的开闭来控制流路404与流路405的连接、阻断。微小流量泵401从喷嘴402释出液滴状的润滑流体。

图4(a)及图4(b)是表示图3的A-A截面的图。图4(a)表示阀403为闭状态的情况，图4(b)表示阀403为开状态的情况。图4(a)及图4(b)所示的本实施方式的微小流量泵401是使用压电元件移送润滑流体的结构的泵。使用压电元件的类型的微小流量泵是通过将允许挠曲的薄板或薄板结构部分与压电元件组合并对流体进入的容积(压力室)加压，而送出流体的方式的泵。

如图4(a)及图4(b)所示，MEMS元件40成为将上层40A、中层40B、下层40C三层贴合而成的结构。另外，关于上层40A，以双点划线表示。微小流量泵401包括压电元件411、膜片(diaphragm)412及压力室413。向压电元件411的电压施加是由驱动电路301控制。压电元件411的上表面固着于上层40A，压电元件411的下表面固着于膜片412。压力室413中，在与膜片412相对的位置形成有成为喷嘴402的入口的开口部414。开口部414形成为向压力室413侧扩展的圆锥形状。

阀403包括由膜片构成的阀体415、驱动阀体415的压电元件416、及设于与阀体415相对的位置的阀座417。向压电元件416的电压施加是由驱动电路301控制。压电元件416的上表面固着于上层40A，压电元件416的下表面固着于阀体415。在图4(a)所示的状态下，阀体415与阀座417密接，阀403成为闭状态。其结果，流路404与流路405成为阻断状态。

在图4(a)所示的阀闭状态下，若对微小流量泵401的压电元件411施加电压，则压力室413内的润滑流体从喷嘴402成为液滴状而释出。即，若对压电元件411施加电压，则压电元件411在图示上下方向上伸长，将膜片412向图示下方按压而将压力室413加压。由于所述加压，压力室413内的润滑流体的一部分通过开口部414而从喷嘴402释出。这样，在构成为从形成于MEMS元件40的喷嘴402以液滴状释出润滑流体时，优选直到喷嘴402的出口，流路表面是由对于润滑流体的濡湿性良好的亲液性的材料所构成，且从出口向外侧(包含出口周边的外表面)是由斥液性的材料所构成。

对微小流量泵401的压力室413提供润滑流体时，对阀403的压电元件416施加电压，如图4(b)所示那样使阀403成为开状态。若对压电元件416施加电压，则如图4(b)所示那样，压电元件416在上下方向上收缩而将阀体415向上方抬起，在阀体415与阀座417之间形成间隙而阀403成为开状态。其结果，流路404与流路405连通。

另外，包含轴承8及润滑流体蓄积部60的润滑流体的循环系统处于真空环境中，因而无法将大气的压力差用于润滑流体的移动。因此，本实施方式中，构成为利用毛细管现象的毛细管力使流路404内的润滑流体移动至压力室413。即，流路404、流路405或压力室413的尺寸设定为产生适当的毛细管力那样的尺寸。关于毛细管力的详情，将于后述。

另外，图4(a)及图4(b)中以使用压电元件的类型的微小流量泵401为例进行了说明，但微小流量泵401的结构不限定于此，也可应用其他方式的微小流量泵。例如，关于组入至MEMS元件40中的微小流量泵，已知下述方式等：将封闭有流体的容积内的一部分急剧加热，使流体气化而形成泡，使体积增大而挤出流体(液部分)的方式；或对与带电状态的薄板(膜片)相向的面施加电位，由此利用由静电所致的斥力或引力使薄板移位，吸入或挤出流体的方式。

此外，对于支撑高速旋转的轴10的轴承8，如下的润滑状态最优，即：尽力减小润滑流体的搅拌损失而抑制放热，并且在滚动体83的滚动时固体彼此不因润滑流体膜的膜耗尽而接触。因此，存在于轴承8的滚动面811、滚动面821与滚动体83的表面的润滑流体膜的厚度理想的是成为这些表面的整饰表面粗糙度的几倍左右。例如，在将滚动面811、滚动面821与滚动体83的表面整饰成均方根粗糙度R_q＝0.04μm时，润滑流体膜的厚度优选0.12μm～0.20μm左右。

如上文所述，进入轴承8内的润滑流体由于从外轮81的端部的流出等而逐渐地减少，因而为了弥补其减少部分，利用微小流量泵401来提供润滑流体。在轴承8内的各处形成有1μm以下的厚度的油膜时，存在于轴承8内的润滑流体的量为几mg(以体积计相当于几μL(微升))左右。每秒的流出量视流出部分的结构而不同，但例如成为蓄积在轴承8内的润滑流体的量的1/100～1/10000左右的量。因此，通过提供此程度的量(每秒几nL(纳升)或更少的微少量)的润滑流体，能良好地维持润滑流体膜的厚度。本实施方式中，为了将每秒几nL(纳升)或更少的微少量的润滑流体提供给轴承8，使用组入至MEMS元件40的微小流量泵401。

(关于润滑流体循环系统)

图2所示的润滑流体的循环系统中，润滑流体蓄积部60的润滑流体如润滑流体蓄积部60→吸引管61→MEMS元件40→外周面100a→轴承8→润滑流体返回部62→润滑流体蓄积部60那样循环。这些润滑流体循环路径R内，至少在从润滑流体蓄积部60到MEMS元件40的微小流量泵401的流路中，将毛细管力用于润滑流体的移动。润滑流体返回部62中，也可利用重力使润滑流体回到润滑流体蓄积部60，但通过由毛细管结构体构成润滑流体返回部62而利用毛细管力，能与泵姿势无关地使润滑流体回到润滑流体蓄积部60。

内径d的毛细管内的润滑流体的真空界面上，由下式(1)计算的压力发挥作用。其中，T为润滑流体对真空界面的张力(N/m)，θ为表示接触面对于润滑流体的濡湿性的接触角。此时，若将毛细管沿着重力方向竖起，则界面上升至高度h＝(4Tcosθ)/ρgd。其中，ρ＝液体的密度，g＝重力加速度。即，细管或毛毡等毛细管结构体中，由于毛细管力而润滑流体移动(渗透)，向毛细管结构体内扩展。

(4Tcosθ)/d…(1)

例如，在使用接触角成为θ＝15°的构件作为濡湿性良好的材料，且内径为d＝1.0×10^-5m＝10μm的流路情况下，当使用表面张力为T＝2.6×10^-2N/m的润滑流体时，式(1)的毛细管力成为10kPa左右的压力。而且，若将润滑流体的密度设为ρ＝1000kg/m³、重力加速度设为g＝9.8m/s²，则重力中的毛细管中的润滑流体的界面的高度h成为约100cm。

在图2所示的润滑流体的循环系统中将毛细管结构体用于润滑流体蓄积部60及润滑流体返回部62时，空洞的直径尺寸(多孔质材料的情况)或纤维的间隙间隔(毛毡等的情况)相当于所述毛细管的内径d，本实施方式中，将这些尺寸设定为产生适当的毛细管力的程度的值以下。而且，形成于MEMS元件40的流路404～流路406及压力室413的尺寸也设定为相当于内径d的值以下。MEMS元件40的情况下，由于为微细结构，因而充分满足这种条件。进而，关于吸引管61，既可将吸引管61的内径设定为所述内径d，也可使用在粗管内填充有毛毡那样的物品的毛细管结构体。这样，通过将润滑流体循环的路径的间隙尺寸设定为产生充分毛细管力的程度的尺寸，能适当地进行利用微小流量泵401的润滑流体的提供。

而且，应由微小流量泵401向轴承8提供的润滑流体的量如上文所述那样，为每秒几nL(纳升)程度，但日本专利第3171958号公报所记载那样的打印机(printer)等的喷墨头(ink-jet head)所用的微小流量泵能以1脉冲喷出皮升级的微少量。例如，在将微小流量泵401设为能以1脉冲移送10皮升的泵时，若以每秒100脉冲移送润滑流体，则提供量成为2纳升。即，通过使用组入至MEMS元件40的微小流量泵401，可将每秒纳升级的微少量的润滑流体提供给轴承8。另外，由微小流量泵401提供的润滑流体的量(移送量)能通过利用驱动电路301控制压电元件411的伸缩振动的频率来调节。

另外，如由式(1)所表明，决定毛细管力的除了毛细管的尺寸或流体界面的表面张力以外，流体接触的面的濡湿性也是重要的要素。一般而言，用于MEMS元件40的单晶硅等晶片材料在对表面进行化学处理之前需要脱脂处理，由此也表明基本上具有亲油性(良好的濡湿性)。但是，在加工工序中具有斥油性的物质作为被膜附着于表面时，濡湿性极度变差。因此，在MEMS元件40的加工工序中，通过采用具有斥油性(斥液性)的物质不附着于流路的内表面的工序，能实现良好的濡湿性。

如以上那样，本实施方式中，设置形成有微小流量泵401的MEMS元件40，且利用作为毛细管结构体的吸引管61，使用毛细管力使润滑流体从润滑流体蓄积部60向微小流量泵401移动。而且，利用微小流量泵401，向作为旋转轴侧的润滑流体循环路径R的滚动体83或保持器84以液滴状释出润滑流体。其结果，能稳定地进行真空环境下的、向轴承的微少量润滑流体的提供。

(变形例)

所述实施方式中，构成为向作为旋转轴侧的润滑流体循环路径之一的锥型螺母100的外周面100a以液滴状释出润滑流体，但也可向除此以外的区域的润滑流体循环路径释出润滑流体。图5(a)所示第一变形例中，从设于蓄积部固持器51的MEMS元件40的微小流量泵401，向作为旋转轴侧的润滑流体循环路径的一部分的轴承8的滚动体83或保持器84释出润滑流体。附着于滚动体83或保持器84的润滑流体伴随轴承8的旋转而也附着于外轮81及内轮82的滚动面811、滚动面821，供此部分的润滑。即，润滑流体沿着虚线箭头所示那样的润滑流体循环路径R而循环。

图5(b)是表示第二变形例的图，从设于轴承固持器50的MEMS元件40的微小流量泵401，向作为旋转轴侧的润滑流体循环路径的一部分的轴承8的滚动体83或保持器84释出润滑流体。此时，附着于滚动体83或保持器84的润滑流体伴随轴承8的旋转而也附着于外轮81及内轮82的滚动面811、滚动面821，供此部分的润滑。图5(a)及图5(b)所示的结构中，无需使用图2所示那样的形成有圆锥面状的外周面100a的锥型螺母100，内轮82的固定是利用简单的螺母110来进行。

-第二实施方式-

图6是表示第二实施方式的图。所述第一实施方式中，例如，如图3所示那样，MEMS元件40中具备作为润滑流体循环系统的微小流量泵401及阀403。另一方面，第二实施方式中，MEMS元件40除了具备包括微小流量泵401及阀403的润滑流体循环系统430以外，还具备流量传感器431、温度传感器432及加速度传感器等振动传感器433。另外，图6所示的示例中，具备流量传感器431、温度传感器432及振动传感器433全部，但也可构成为视需要设置这些传感器中的至少一个。

流量传感器431测量流路404中流动的润滑流体的流量，即从吸引管61流向微小流量泵401的润滑流体的流量。温度传感器432测量与轴承8有关的温度。振动传感器433测量轴承8产生的振动。温度传感器432既可利用热电偶或温差堆(thermopile)，也可使用其他测量方法。

其中，热电偶是测量所接触的对象物的温度的方式的温度传感器，因而在将热电偶用作如图2或图5(a)、图5(b)那样配置的MEMS元件40内搭载的温度传感器432时，会直接测量安装有MEMS元件40的蓄积部固持器51或轴承固持器50的温度，并根据所测量的温度来推定轴承8的温度。因此，这种结构的情况下，对于温度传感器432，优选使用作为检测来自测量对象物的放射而测量温度的非接触式温度传感器的温差堆。

MEMS元件40中，在设有微小流量泵401的喷嘴开口(润滑流体释出口)的一侧的面或其他面上，形成有将来自测量对象的红外光导向作为温度传感器432的温差堆的红外光窗时，温度测量对象成为MEMS元件40所相向的构件。例如，图2的结构的情况下，在MEMS元件40的符号S1所示的部分设置温度传感器432的红外光窗而测量锥型螺母100的温度。而且，图5(a)的结构的情况下，在MEMS元件40的符号S2所示的部分设置温度传感器432的红外光窗，测量相向的螺母110的圆筒面110a的温度。图5(b)的结构的情况下，在MEMS元件40的符号S3所示的部分设置温度传感器432的红外光窗，测量相对的轴10的相对的面10b的温度。

这样在MEMS元件中搭载流量传感器、温度传感器、振动传感器等的结构为众所周知，振动传感器433例如能利用日本专利特开平5-25687号公报或日本专利第4804468号公报等所公开那样的、检测静电电容的变化的方式，所述静电电容的变化是由特定间隙的状态因加速度或振动而变化所导致。流量传感器431例如能利用日本专利特开平6-066613号公报所公开那样的、测量因流体的移动而产生的热的移动的方式。

电源装置300中，设有驱动控制微小流量泵401及阀403的驱动电路301、以及输入来自流量传感器431、温度传感器432及振动传感器433的测量信号的运算电路302。运算电路302基于所输入的测量信号来进行与轴承8的润滑流体有关的诊断。

运算电路302中，根据外轮81的温度的变化或外轮81所产生的振动的特征，推定轴承8内的润滑状态。如图2所示，轴承8为使用球体作为滚动体83的滚珠轴承。滚珠轴承中的滚珠与内外轮的滚动面之间的接触中，局部成为有“滑摩”的接触。一般而言，在油膜存在于接触面间的金属接触中，根据所存在的油膜厚度与金属面的表面粗糙度代表值之比的值，而出现成为边界润滑区域→混合润滑区域→流体润滑区域的、所谓斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)所示的多个形态。

图1所示的涡轮分子泵的轴承8中，要求在流体润滑区域内、且维持流体润滑区域的尽可能接近混合润滑区域的状态来进行运转。此区域中，摩擦系数达到最小，能将轴承的旋转损失抑制得低。另一方面，混合润滑区域中，有可能润滑油膜耗尽而产生金属彼此的接触，引起损失的急增或灼伤等。而且，若润滑油膜变厚，则润滑油的搅拌阻力增大，致使旋转损失增大。

因此，运算电路302根据因滚动体的滚动而产生的振动的特性，来推测滚动面上的润滑油膜的厚度增减。例如，当润滑油膜厚度为合适的状态(通常状态)时，若通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)对振动传感器433的振动数据进行处理，则与转子转速对应的振速及其倍数以及与轴承8的构成零件(外轮81、内轮82、滚动体83及保持器84)对应的振速下可见波峰。然而，若润滑油膜厚度减少而进入混合润滑区域，则因金属面的突起部分接触而产生的碰撞音那样的突发振动出现在与所述波峰的振速不同的位置，或与所述轴承8的构成零件对应的振速的波峰值增大。因此，能根据突发振动的产生来推定润滑流体的量变得少于合适量。

而且，在如图6那样也搭载温度传感器432的情况下，在润滑流体减少时，也大多观测到由金属面的突起部分接触引起的急剧的温度上升。因此，当观测到所述突发振动的产生及温度上升时，或观测到突发振动的产生及急剧的温度上升中的任一者时，能推定润滑流体量减少。

另一方面，若润滑油膜变厚则搅拌现象变明显，可见外轮81所表现出的振动中特定频率范围(几kHz的范围)的振幅总体增大的现象。例如，与转子转速对应的振速的3～7倍的频率范围的振幅总体增大。例如若在外轮滚动面的一部分存在润滑油膜厚的部分，则所述频率基本上接近将滚珠的公转频率乘以滚珠的个数所得的值。在搅拌损失的情况下，出现所述频率附近总体提升那样的特性。推测其原因在于，发生搅拌的场所偏移，或各滚珠所受到的阻力值随时变化。此时也是若搭载有温度传感器432，则润滑流体增大而搅拌减少变明显时观测到温度上升。因此，在观测到所述特定频率振动的产生及温度上升时，可推定润滑流体量变得过大。

运算电路302基于振动传感器433的测量数据、或振动传感器433及温度传感器432的测量数据来进行所述那样的分析，进行润滑流体量的减少及过剩的诊断。其诊断结果输出至驱动电路301或监视装置1000。接收到诊断结果的驱动电路301在润滑流体量较合适量减少时，使由微小流量泵401提供的润滑流体的量增加。反之，在润滑流体量过剩时，使由微小流量泵401进行的润滑流体的提供减少或停止，将轴承8的润滑流体量调整至合适量。

而且，振动传感器433的测量数据不仅能用于润滑流体的流量诊断，而且也能用于轴承8的劣化诊断。当轴承8劣化时，通常观测到遍及频率总体而振幅增大等状况、或与劣化的轴承8的构成零件对应的频率的振幅增加。而且，当滚动面产生损伤或滚动面上混入异物时，大多以成为转速的函数的特定频率出现振动波峰。同样地，若利用温度传感器432来监控靠近轴承内轮的位置部分的温度，则由于此部分的散热目标受限，因而能把握由于轴承内部劣化而旋转阻力逐渐增加所引起的、逐渐增加的温度变化。因此，运算电路302在根据振动数据观测到这种振动状况，或在轴承内轮附近观察到温度的逐渐增加现象时，将告知轴承8产生了劣化的警报信号输出至监视装置1000，提示维护。通过进行这种动作，能适当应对轴承8的劣化，能防止伴随轴承劣化的泵不良状况的产生。

而且，当润滑流体蓄积部60中的润滑流体的蓄积量欠缺时，尽管微小流量泵401正常动作，但由流量传感器431所检测出的流量也变得小于合适量。设想若在这种状态下使真空泵继续运转则会引起重大故障，因此运算电路302基于流量传感器431的检测结果来诊断润滑流体蓄积部60的润滑流体的蓄积量，将其诊断结果(即，需要维护作业的信号)输出至监视装置1000，提示适当的应对。通过进行这种动作，能避免润滑流体蓄积部60中的润滑流体的欠缺所引起的不良状况。

如上文所述那样，第二实施方式中，基于来自检测轴承8的振动的振动传感器433或温度传感器432的至少任一个的检测结果来驱动控制微小流量泵401，由此能控制润滑流体的移送量，使轴承8内的润滑流体量不变得过剩或不成为欠缺状态而维持于适当的量。而且，通过诊断轴承8的劣化，能防止伴随轴承劣化的不良状况的产生。

-第三实施方式-

图7是表示第三实施方式的图。所述的图1所示的示例中设为向锥型螺母100的形成圆锥面的外周面100a释出液滴状的润滑流体的结构，图5(a)及图5(b)所示的示例中设为向轴承8释出润滑流体的结构。

形成于MEMS元件40的微小流量泵401能够准确地喷出微少量的润滑流体，因而若从微小流量泵401喷出的润滑流体全部到达轴承8，则可准确地控制向轴承8的润滑流体提供量。因此，需要使从微小流量泵401喷出的润滑流体的液滴全部可靠地附着于锥型螺母100的外周面100a。

此外，涡轮分子泵1的轴10高速旋转，因而锥型螺母100的外周面100a与从固定于基体侧的MEMS元件40的微小流量泵401喷出的液滴的相对速度大。因此，可能润滑流体的液滴的一部分被外周面100a弹飞，从微小流量泵401喷出的润滑流体的一部分未提供给轴承8。即便以高精度控制微小流量泵401的润滑流体释出量，但若在从微小流量泵401释出而到达轴承8之间存在润滑流体的不确定的减少(从润滑流体循环路径的脱离)，则难以确保适合维持低损失下的轴承旋转状态的润滑流体提供状态。

因此，第三实施方式中，设为使MEMS元件40的微小流量泵401与锥型螺母100的轴向端面100b相向地配置，向轴向端面100b释出润滑流体的液滴那样的结构。高速旋转的锥型螺母100中，轴向端面100b的周速小于外周面100a的周速，因而与图2所示的结构相比，能够减小液滴与轴向端面100b的相对速度。因此，能够减少未附着于轴向端面100b而被弹飞的液滴的量。附着于轴向端面100b的润滑流体利用离心力而移动至轴向端面100b的外缘方向后向外周面100a移动，在外周面100a上向轴承8的方向移动。此外，为了尽可能减小液滴与轴向端面100b的相对速度，优选向轴向端面100b的接近旋转轴的区域释出液滴。

在锥型螺母100的轴芯，以贯穿的方式形成有六角孔100c。当将锥型螺母100固定于轴10的外螺纹部10a时，向所述六角孔100c插入六角扳手等工具而紧固锥型螺母100。MEMS元件40如所述那样，配置成微小流量泵401与轴向端面100b相向，且温度传感器432的红外光窗432a与六角孔100c相向。即，温度传感器432检测从轴10的外螺纹部10a的端面101释出的红外线，监视轴10的温度。

在MEMS元件40，以包围红外光窗432a的周围的方式设有筒状的保护部440。保护部440是防止从微小流量泵401释出的润滑流体的液滴附着于红外光窗432a的构件。当液滴附着于红外光窗432a时，难以进行利用温度传感器432的正确的温度测量。因此，以从释出液滴的微小流量泵401、及可能将液滴弹飞的轴向端面100b看不到红外光窗432a的方式，设有保护部440。通过设置保护部440，能够防止从微小流量泵401释出的液滴飞来而附着于红外光窗432a。而且，即便假设液滴被轴向端面100b弹飞，也由保护部440遮挡，经弹飞的液滴不会附着于红外光窗432a。

此外，若仅为了防止液滴从微小流量泵401及轴向端面100b飞来，则可谓只要保护部440的前端的轴向位置与轴向端面100b为大致相同位置便足矣。图7所示的示例中，保护部440的高度尺寸设定为保护部440的前端插入到六角孔100c的内部那样的尺寸。通过这样将保护部440插入到六角孔100c的内部，而从微小流量泵401看不到轴10的端面101。因此，能够防止从微小流量泵401释出的润滑流体的液滴附着于作为温度测量对象面的轴10的端面101。

当润滑流体附着于温度测量对象面时，从温度测量对象面放射的红外光的状态变化而温度测量值的精度劣化。图7所示的示例中，能够通过将保护部440插入六角孔100c而防止润滑流体向温度测量对象面的附着，从而防止温度测量值的精度劣化。此外，保护部440向六角孔100c的插入量是考虑保护部440与六角孔100c的间隙尺寸等而适当设定。

图7所示的示例中，将贯穿锥型螺母100的形成有轴向端面100b的端部的孔称为六角孔100c，将所述六角孔100c也用于锥型螺母100的紧固。但是，将贯穿孔以外的部位用于紧固的结构的情况下，贯穿孔不限定于六角孔。在图7中，锥型螺母100的轴向端面100b是以垂直于旋转轴的平面的形式表示，但未必限定于平面。例如，也可由成为平缓的锥面(形成平坦圆锥的侧面的面)或形成与外周面100a相连的曲面的一部分的、曲率平缓的曲面而形成。

(第三变形例)

图8是表示作为图7所示的第二实施方式的变形例的第三变形例的图。第三变形例中，对MEMS元件40的释出润滑流体的液滴的面(以下称为释出面)410、与设有红外光窗432a的面419设置阶差Δh，并且将保护部440固定于锥型螺母100。阶差Δh设定成较红外光窗432a的突出量更大，而成为从释出面410看不到红外光窗432a的结构。进而，由于存在保护部440，从而也无法从轴向端面100b看到红外光窗432a。而且，通过设置保护部440，而无法从释出面410看到锥型螺母100的端面101。

通过设为图8所示那样的结构，能够防止润滑流体附着于红外光窗432a及轴10的端面101。尤其第三变形例中，如图7的结构那样在保护部440与锥型螺母100的贯穿孔(六角孔)之间未形成间隙，因而能够可靠地防止从微小流量泵401释出的润滑流体的液滴附着于端面101。

(第四变形例)

此外，图7、图8所示的示例中，形成有贯穿锥型螺母100的六角孔100c，但也可如图9所示的第四变形例那样在锥型螺母100的端面形成凹部100d，在凹部100d固定保护部440。MEMS元件40的结构与图8所示的MEMS元件40相同。此时，温度传感器432检测从凹部100d的底面放射的红外光，测量锥型螺母100的温度。

(第五变形例)

图10是表示第五变形例的图。第五变形例中，在锥型螺母100的轴向端面100b形成有六棱柱的凸部100e。MEMS元件40的结构与图8、图9所示的MEMS元件40相同。凸部100e是以凸部100e的前端面成为与释出面410大致同一面上，或较释出面410更靠红外光窗432a侧而形成。温度传感器432与凸部100e相向，检测从凸部100e的表面(前端面)释出的红外光，测量锥型螺母100的温度。

图10所示的结构中，在MEMS元件40形成有阶差Δh，因而无法从释出面410看到红外光窗432a。而且，无法从释出面410看到作为温度传感器432的测量对象面的凸部100e的端面102。因此，能够防止从微小流量泵401释出的润滑流体的液滴附着于红外光窗432a及凸部100e的端面102。进而，由于存在凸部100e，从而无法从轴向端面100b看到红外光窗432a，因而即便假设液滴被轴向端面100b弹飞，液滴也不会附着于红外光窗432a。

此外，将六棱柱的凸部100e用于锥型螺母100的紧固。但是，将贯穿孔以外的部位用于紧固的结构的情况下，凸部100e不限定于六棱柱，例如也可为圆柱。而且，也可如图11所示那样为下述结构，即：在以与锥型螺母100的轴向端面100b相向的方式配置的MEMS元件40仅设有微小流量泵401。温度传感器的图示虽省略，但温度传感器配置于与MEMS元件40不同的其他位置。

本领域技术人员理解，上文所述的多个例示性实施方式及变形例为以下形态的具体例。

[1]一形态的真空泵包括：滚动轴承，支撑设有泵转子的旋转轴；润滑流体蓄积部，蓄积提供给所述滚动轴承的润滑流体；MEMS元件，形成有微小流量泵，所述微小流量泵向所述滚动轴承与所述润滑流体蓄积部之间的润滑流体循环路径内的位于旋转轴侧的润滑流体循环路径，以液滴状释出润滑流体；及毛细管结构的第一流路，利用毛细管力使所述润滑流体蓄积部的润滑流体移动至所述微小流量泵。

如图2所示，润滑流体蓄积部60的润滑流体通过作为毛细管结构的流路的吸引管61而移动至形成于MEMS元件40的微小流量泵401，并从微小流量泵401向作为润滑流体循环路径的一部分的锥型螺母100的外周面100a以液滴状释出。其结果，能够向轴承8稳定地提供适当量的润滑流体。

[2]所述[1]所记载的真空泵中包括：润滑路径构件，与所述滚动轴承邻接而设于所述旋转轴，具有构成润滑流体循环路径的一部分的圆锥面，且所述圆锥面的距所述旋转轴的轴芯的半径设定为越接近所述滚动轴承则越大，从所述微小流量泵释出而附着于所述圆锥面的润滑流体利用离心力而在所述圆锥面上朝所述滚动轴承的方向移动。

如图2所示，锥型螺母100的外周面100a由圆锥面所构成，且将圆锥面的距轴10的轴芯的半径设定为越接近轴承8则越大，由此能够使附着于外周面100a的润滑流体利用离心力朝轴承8的方向有效地移动。

[3]所述[1]所记载的真空泵中，所述微小流量泵向所述滚动轴承释出润滑流体。如图5(a)或图5(b)所示，也可设为从微小流量泵401向轴承8释出润滑流体，此时无需具有圆锥面形状的外周面100a的锥型螺母100。

[4]所述[1]至[3]中任一项所记载的真空泵中包括：检测所述滚动轴承的振动的振动传感器及以非接触方式检测所述润滑流体循环路径的温度的温度传感器的至少一者；及控制部，基于所述振动传感器及所述温度传感器的至少一者的检测结果来驱动控制所述微小流量泵，控制由所述微小流量泵所移送的润滑流体的量。如图6所示，通过基于振动传感器433及温度传感器432的至少一者的检测结果，来驱动控制微小流量泵401而控制润滑流体的移送量，能够根据轴承8的状况而提供适当量的润滑流体。

[5]所述[4]所记载的真空泵中还包括：警报部，基于所述振动传感器及所述温度传感器的至少一者的检测结果来输出所述滚动轴承的劣化信息。能够基于从警报部输出的劣化信息，来进行对滚动轴承的适当应对。

[6]所述[1]所记载的真空泵中包括：润滑路径构件，与所述滚动轴承邻接而设于所述旋转轴，所述润滑路径构件具有构成所述润滑流体循环路径的一部分的圆锥面、及连接于所述圆锥面且构成所述润滑流体循环路径的另一部分的轴向端面，形成有所述微小流量泵的所述MEMS元件与所述轴向端面相向配置，从所述微小流量泵向所述轴向端面将润滑流体以液滴状释出。

如图7所示，将形成有微小流量泵401的MEMS元件40与锥型螺母100的轴向端面100b相向地配置，从设于所述MEMS元件40的微小流量泵401向轴向端面100b释出润滑流体的液滴，由此能够进一步减小液滴与作为液滴的附着面的轴向端面100b的相对速度。其结果，能够不将液滴弹飞而可靠地使润滑流体附着于轴向端面100b，从而能够向轴承8稳定提供润滑流体。

[7]所述[6]所记载的真空泵中，所述MEMS元件具有：温度传感器，捕捉从作为测温对象面的所述旋转轴的表面或所述润滑路径构件的表面放射的红外光而测量温度；及红外光入射窗，供被导引至所述温度传感器的红外光入射，所述真空泵包括：第一保护部，防止润滑流体向所述红外光入射窗的附着。如图7所示，通过以包围红外光窗432a的周围的方式设置筒状的保护部440，而能够防止润滑流体向红外光窗432a的附着，从而能够可靠地进行利用温度传感器432的正确的温度测量。

[8]所述[7]所记载的真空泵中包括：第二保护部，防止向所述测温对象面的附着。例如，图7或图8所示的保护部440作为第二保护部发挥功能，防止从微小流量泵401释出的润滑流体的液滴附着于作为温度测量对象面的轴10的端面101。其结果，能够防止由润滑流体向端面101的附着所导致的温度测量值精度的劣化。

[9]所述[1]至[3]及[6]至[8]中任一项所记载的真空泵中还包括：流量传感器，检测由所述微小流量泵所移送的润滑流体的量；及诊断部，基于所述流量传感器的检测结果来诊断所述润滑流体蓄积部的润滑流体的蓄积量。

[10]所述[4]项所记载的真空泵中还包括：流量传感器，检测由所述微小流量泵所移送的润滑流体的量；及诊断部，基于所述流量传感器的检测结果来诊断所述润滑流体蓄积部的润滑流体的蓄积量。

作为诊断部发挥功能的运算电路302(参照图6)基于流量传感器431的检测结果，来诊断润滑流体蓄积部60的润滑流体的蓄积量。通过利用所述诊断结果，例如能够避免由润滑流体蓄积部60的润滑流体的缺乏所引起的不良状况。

上文中对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明不限定于这些内容，也可将这些内容组合。在本发明的技术思想的范围内想到的其他形态也包括在本发明的范围内。例如，作为真空泵，将由以润滑流体进行润滑的轴承来支撑泵转子的旋转轴的涡轮分子泵为例进行了说明，但不限于涡轮分子泵，只要是由以润滑流体进行润滑的滚动轴承来支撑高速旋转的泵转子的旋转轴的真空泵，则能同样地应用。

Claims (10)

1.一种真空泵，其特征在于，包括：

滚动轴承，支撑设有泵转子的旋转轴；

润滑流体蓄积部，蓄积向所述滚动轴承提供的润滑流体；

微机电系统元件，形成有微小流量泵，所述微小流量泵向所述滚动轴承与所述润滑流体蓄积部之间的润滑流体循环路径内的位于所述旋转轴侧的所述润滑流体循环路径，以液滴状释出润滑流体；及

毛细管结构的第一流路，利用毛细管力使所述润滑流体蓄积部的润滑流体移动至所述微小流量泵。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，包括：润滑路径构件，与所述滚动轴承邻接而设于所述旋转轴，所述润滑路径构件具有构成所述润滑流体循环路径的一部分的圆锥面，

所述圆锥面的距所述旋转轴的轴芯的半径设定为越接近所述滚动轴承则越大，从所述微小流量泵释出而附着于所述圆锥面的润滑流体利用离心力而在所述圆锥面上向所述滚动轴承的方向移动。

3.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述微小流量泵向所述滚动轴承释出润滑流体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的真空泵，其特征在于，包括：

检测所述滚动轴承的振动的振动传感器及以非接触方式检测所述润滑流体循环路径的温度的温度传感器中的至少一者；及

控制部，基于所述振动传感器及所述温度传感器中至少一者的检测结果来驱动控制所述微小流量泵，控制由所述微小流量泵移送的润滑流体的量。

5.根据权利要求4所述的真空泵，其特征在于还，包括：警报部，基于所述振动传感器及所述温度传感器中至少一者的检测结果来输出所述滚动轴承的劣化信息。

6.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，包括：润滑路径构件，与所述滚动轴承邻接而设于所述旋转轴，

所述润滑路径构件具有：

圆锥面，构成所述润滑流体循环路径的一部分；及

轴向端面，连接于所述圆锥面，构成所述润滑流体循环路径的另一部分，

形成有所述微小流量泵的所述微机电系统元件与所述轴向端面相向配置，从所述微小流量泵向所述轴向端面将润滑流体以液滴状释出。

7.根据权利要求6所述的真空泵，其特征在于，所述微机电系统元件具有：

温度传感器，捕捉从作为测温对象面的所述旋转轴的表面或所述润滑路径构件的表面放射的红外光而测量温度；及

红外光入射窗，供被导引至所述温度传感器的红外光入射，

所述真空泵包括：第一保护部，防止润滑流体向所述红外光入射窗的附着。

8.根据权利要求7所述的真空泵，包括：第二保护部，防止向所述测温对象面的附着。

9.根据1至3及6至8中任一项所述的真空泵，其特征在于，还包括：

流量传感器，检测由所述微小流量泵移送的润滑流体的量；及

诊断部，基于所述流量传感器的检测结果来诊断所述润滑流体蓄积部的润滑流体的蓄积量。

10.根据权利要求4所述的真空泵，其特征在于，还包括：

流量传感器，检测由所述微小流量泵移送的润滑流体的量；及

诊断部，基于所述流量传感器的检测结果来诊断所述润滑流体蓄积部的润滑流体的蓄积量。