JP2019218947A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】真空環境下で高速回転する転がり軸受に、適切な量の潤滑流体を安定して供給することができる真空ポンプの提供。【解決手段】真空ポンプは、ポンプロータ３が設けられたシャフト１０を支持するベアリング８と、ベアリング８に供給される潤滑流体が貯蔵される潤滑流体貯蔵部６０と、ベアリング８と潤滑流体貯蔵部６０との間の潤滑流体循環経路Ｒの内の回転軸側の潤滑流体循環経路に、潤滑流体を液滴状に放出する微小流量ポンプ４０１が形成されたＭＥＭＳ素子４０と、毛細管力により潤滑流体貯蔵部６０の潤滑流体を微小流量ポンプ４０１まで移動させる毛細管構造の流路である吸引管６１と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

従来、ロータを転がり軸受で支持する構成の真空ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の真空ポンプはターボ分子ポンプであって、回転翼の径が小さな小型のターボ分子ポンプほどより高い回転速度が要求される。このような高速回転で使用される転がり軸受では、最適な潤滑剤供給量は非常に小さい。

従来は、特許文献１に記載の発明のように、転がり軸受の軸端側に円錐面を有したコーンを装着し、コーンの円錐面に接触する柔軟性のある潤滑剤流出部より少量ずつ潤滑剤を供給する構成としている。円錐面に付着した潤滑剤は、遠心力によってコーン径が増加する軸受側に移動し軸受内に流入する。特許文献１に記載の発明では、潤滑剤流路の出口を柔軟性のある芯で塞いで潤滑剤流出部とし、ポンプによって芯に潤滑剤を供給し、この芯をコーンの円錐面に接触させるようにしている。芯内を移送された潤滑剤は、毛管現象の作用によりコーンの円錐面に送られる。

特許第６１６２６４４号公報

しかしながら、コーンの円錐面に対する芯の組み立て誤差によって円錐面に対する芯の接触状態が変化し、接触状態によって潤滑剤の供給量が変化するという不都合がある。また、円錐面との接触による芯の摩耗等による劣化によって、潤滑剤の供給が不十分になるという問題もある。

本発明の好ましい態様による真空ポンプは、ポンプロータが設けられた回転軸を支持する転がり軸受と、前記転がり軸受に供給される潤滑流体が貯蔵される潤滑流体貯蔵部と、前記転がり軸受と前記潤滑流体貯蔵部との間の潤滑流体循環経路の内の回転軸側の潤滑流体循環経路に、潤滑流体を液滴状に放出する微小流量ポンプが形成されたＭＥＭＳ素子と、毛細管力により前記潤滑流体貯蔵部の潤滑流体を前記微小流量ポンプまで移動させる毛細管構造の第１流路と、を備える。
さらに好ましい態様では、前記転がり軸受に隣接して前記回転軸に設けられ、潤滑流体循環経路の一部を構成する円錐面を有する潤滑経路部材を備え、前記円錐面の前記回転軸の軸芯からの半径は前記転がり軸受に近づくほど大きく設定され、前記微小流量ポンプから放出されて前記円錐面に付着した潤滑流体が、遠心力により前記円錐面上を前記転がり軸受の方向へ移動する。
さらに好ましい態様では、前記微小流量ポンプは潤滑流体を前記転がり軸受に向けて放出する。
さらに好ましい態様では、前記転がり軸受の振動を検出する振動センサおよび前記潤滑流体循環経路（回転軸側の潤滑流体循環経路）の温度を非接触で検出する温度センサの少なくとも一方と、前記振動センサおよび前記温度センサの少なくとも一方の検出結果に基づいて前記微小流量ポンプを駆動制御し、前記微小流量ポンプによる潤滑流体の移送量を制御する制御部と、を備える。
さらに好ましい態様では、前記振動センサおよび前記温度センサの少なくとも一方の検出結果に基づいて前記転がり軸受の劣化情報を出力する警報部をさらに備える。
さらに好ましい態様では、前記転がり軸受に隣接して前記回転軸に設けられる潤滑経路部材を備え、前記潤滑経路部材は、前記潤滑流体循環経路の一部を構成する円錐面と、 前記円錐面に接続し、前記潤滑流体循環経路の他の一部を構成する軸方向端面とを有し、前記微小流量ポンプが形成された前記ＭＥＭＳ素子は前記軸方向端面と対向配置され、前記微小流量ポンプから前記軸方向端面に向けて潤滑流体が液滴状に放出される。
さらに好ましい態様では、前記ＭＥＭＳ素子は、測温対象面である前記回転軸の表面または前記潤滑経路部材の表面から放射される赤外光を捉えて温度を計測する温度センサと、前記温度センサに導かれる赤外光が入射する赤外光入射窓とを有し、前記赤外光入射窓への潤滑流体の付着を防止する第１の保護部を備える。
さらに好ましい態様では、前記測温対象面への付着を防止する第２の保護部を備える。
さらに好ましい態様では、前記微小流量ポンプによる潤滑流体の移送量を検出する流量センサと、前記流量センサの検出結果に基づいて、前記潤滑流体貯蔵部の潤滑流体の貯蔵量を診断する診断部と、をさらに備える。

本発明によれば、真空環境下で高速回転する転がり軸受に、適切な量の潤滑流体を安定して供給することができる。

図１は、ターボ分子ポンプのポンプ本体の断面図である。 図２は、ベアリングの潤滑系を示す図である。 図３は、ＭＥＭＳ素子の潤滑流体送出側を示す図である。 図４は、図３のＡ−Ａ断面を示す図である。 図５は、変形例（第１の変形例、第２の変形例）を示す図である。 図６は、第２の実施の形態を示す図である。 図７は、第３の実施の形態を示す図である。 図８は、第３の変形例を示す図である。 図９は、第４の変形例を示す図である。 図１０は、第５の変形例を示す図である。 図１１は、微小流量ポンプのみが設けられたＭＥＭＳ素子を配置した場合の図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明に係る真空ポンプの第１の実施の形態を示す図であり、ターボ分子ポンプ１の断面を示したものである。ターボ分子ポンプ１はポンプ本体に電力を供給する電源装置を備えるが、図１では図示を省略した。

ターボ分子ポンプ１は、排気機能部として、タービン翼を備えたターボポンプ部Ｐ１と、螺旋型の溝を備えたHolweckポンプ部Ｐ２とを備えている。もちろん、本発明は、排気機能部にターボポンプ部Ｐ１およびHolweckポンプ部Ｐ２を備えた真空ポンプに限らず、タービン翼のみを備えた真空ポンプや、ジーグバーンポンプやHolweckポンプなどのドラッグポンプのみを備えた真空ポンプや、それらを組み合わせた真空ポンプにも適用することができる。

ターボポンプ部Ｐ１は、ポンプロータ３に形成された複数段の回転翼３０とベース２側に配置された複数段の固定翼２０とで構成される。一方、ターボポンプ部Ｐ１の排気下流側に設けられたHolweckポンプ部Ｐ２は、ポンプロータ３に形成された円筒部３１とベース２側に配置されたステータ２１とで構成されている。円筒状のステータ２１の内周面には螺旋溝が形成されている。複数段の回転翼３０と円筒部３１とが回転側排気機能部を構成し、複数段の固定翼２０とステータ２１とが固定側排気機能部を構成する。

ポンプロータ３はシャフト１０に締結されており、そのシャフト１０はモータ４により回転駆動される。モータ４には例えばＤＣブラシレスモータが用いられ、ベース２にモータステータ４ａが設けられ、シャフト１０側にはモータロータ４ｂが設けられている。シャフト１０とポンプロータ３とから成る回転体ユニットＲＵは、永久磁石６ａ，６ｂを用いた永久磁石磁気軸受６と転がり軸受であるベアリング８とにより回転自在に支持されている。

永久磁石６ａ，６ｂは、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石である。ポンプロータ３に設けられた複数の永久磁石６ａは、同極同士が対向するように軸方向に複数配置されている。一方、固定側の複数の永久磁石６ｂは、ポンプケーシング１２に固定された磁石ホルダ１１に装着されている。これらの永久磁石６ｂも、同極同士が対向するように軸方向に複数配置されている。

ポンプロータ３に設けられた永久磁石６ａの軸方向位置は、その内周側に配置された永久磁石６ｂの位置よりも若干上側となるように設定されている。すなわち、回転側の永久磁石の磁極は、固定側の永久磁石の磁極に対して軸方向に所定量だけずれている。この所定量の大きさによって、永久磁石磁気軸受６の支持力が異なる。図１に示す例では、永久磁石６ａの方が図示上側に配置されているため、永久磁石６ａと永久磁石６ｂとの反発力により、ラジアル方向の支持力と軸方向上向き（ポンプ排気口側方向）の力とが回転体ユニットＲＵに働いている。

磁石ホルダ１１の中央には、ベアリング９を保持するベアリングホルダ１３が固定されている。図１では、ベアリング８，９に深溝玉軸受を用いているが、これに限らず、例えばアンギュラコンタクトの軸受を用いても良い。ベアリング９は、シャフト上部のラジアル方向の振れを制限するタッチダウンベアリングとして機能するものである。定常回転状態ではシャフト１０とベアリング９とが接触することはなく、大外乱が加わった場合や、回転の加速時または減速時にシャフト１０の振れ回りが大きくなった場合に、シャフト１０がベアリング９に接触する。

ベアリング８は、ベース２に設けられたベアリングホルダ５０に保持される。ベアリングホルダ５０には、ベアリング８に供給される潤滑流体を貯蔵する潤滑流体貯蔵部６０と、ベアリング８に潤滑流体を供給するため微小流量ポンプを搭載するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）素子４０とが設けられている。なお、ＭＥＭＳとは、微細な機械要素部品、センサ、アクチュエータなどと電子回路とを一つの基板（シリコン基板、ガラス基板、有機材料など）上に集積させたデバイス・システムのことである。ベアリング８の潤滑流体には、潤滑油等の液状の潤滑剤が用いられる。

図２はベアリング８の潤滑系を示す図であり、ベアリング８と、ＭＥＭＳ素子４０とが設けられたベアリングホルダ５０の部分を詳細に示したものである。ベアリング８は外輪８１，内輪８２，転動体８３および保持器８４を備えている。外輪８１の内周側の面および内輪８２の外周側の面には、転動面８１１，８２１が形成されている。コーン型ナット１００をシャフト１０の下端に形成された雄ねじ部１０ａに螺合させることで、ベアリング８の内輪８２がシャフト１０に固定される。外輪８１はベアリングホルダ５０に保持される。外輪８１とベアリングホルダ５０との間には、外輪８１の外周側に配置されるラジアルダンパー５２が設けられている。ラジアルダンパー５２には、例えばゴム等の弾性部材が用いられる。

潤滑流体貯蔵部６０は、ベアリングホルダ５０の下端（図１参照）に固定される貯蔵部ホルダ５１に設けられている。また、外輪８１の下端と潤滑流体貯蔵部６０の上端との間には、毛細管構造体で形成された潤滑流体戻り部６２が両者に接触するように設けられている。潤滑流体貯蔵部６０および潤滑流体戻り部６２は、フェルト状やスポンジ状の多孔質材または多孔質焼結プラスチックや多孔質焼結金属などで形成されており、多孔質材に形成された多数の微小空隙に潤滑流体が貯蔵される。多数の微小空隙が形成された多孔質材に潤滑流体が接触すると、毛細管力によって潤滑流体が多孔質材内に浸透し周囲の領域に拡がる。この毛細管力は、後述するように微小空隙の空間的な寸法と空間内面の濡れ性に依存しており、潤滑流体が潤滑系の流路に拡がるのに十分な毛細管力を有する構造のことを本実施の形態では毛細管構造と呼ぶことにする。また、適切な濡れ性が確保されたフェルト状やスポンジ状の多孔質材、多孔質焼結プラスチック、多孔質焼結金属などを、毛細管構造体と呼ぶことにする。

ＭＥＭＳ素子４０は、コーン型ナット１００の外周面１００ａに対向する貯蔵部ホルダ５１の内周面に固定されている。コーン型ナット１００の外周面１００ａは円錐面を構成しており、潤滑流体に対して親液性の材料で形成される。外周面１００ａは、シャフト１０の軸芯からの半径がベアリング８に近づくほど大きくなるように設定されている。ＭＥＭＳ素子４０には微小流量ポンプ４０１が搭載されており、本実施の形態では、ベアリング８への潤滑流体の供給はＭＥＭＳ素子４０に組み込まれた微小流量ポンプ４０１によって行われる。

ＭＥＭＳ素子４０は、ケーブル４２を介して接続された駆動回路３０１によって駆動制御される。本実施の形態では、駆動回路３０１はターボ分子ポンプの電源装置３００に設けられているが、ポンプ本体側に設けても良い。ＭＥＭＳ素子４０と潤滑流体貯蔵部６０とは、潤滑流体貯蔵部６０の潤滑流体を毛細管力によって潤滑流体をＭＥＭＳ素子４０へ導く吸引管６１によって接続されている。吸引管６１も毛細管構造体であって、例えば、管内にフェルト等の多孔質材を充填したものが用いられる。

微小流量ポンプ４０１は、潤滑流体貯蔵部６０から供給された潤滑流体を液滴状にしてコーン型ナット１００の外周面１００ａへ放出する。上述したように外周面１００ａは親液性の材料で形成されているので、外周面１００ａに付着した潤滑流体は面上に拡がる。上述したように、外周面１００ａはシャフト１０の軸芯からの半径がベアリング８に近づくほど大きくなるように設定されているので、シャフト１０が高速回転すると外周面１００ａ上の潤滑流体は遠心力によって半径がより大きい方向へ移動する。すなわち、外周面１００ａ上の潤滑流体は、外周面１００ａ上をベアリング方向へ移動し、内輪８２内へ入る。内輪８２内へ入った潤滑流体の一部は、回転する転動体８３を介して外輪８１へ移動する。潤滑流体は転動面８１１，８２１と転動体８３との間の接触で転動面８１１，８２１に拡がり、この部分の潤滑に供される。また、外輪８１の転動面８１１から排出された潤滑流体は、潤滑流体戻り部６２を介して潤滑流体貯蔵部６０へと戻る。このように、潤滑流体は、図２の破線矢印で示すような潤滑流体循環経路Ｒで循環する。

図３はＭＥＭＳ素子４０を示す図であり、ＭＥＭＳ素子４０をコーン型ナット１００側から見た図である。上述したように、ＭＥＭＳ素子４０には微小流量ポンプ４０１が組み込まれ、吸引管６１が接続されている。吸引管６１に連通する流路４０４と微小流量ポンプ４０１に連通する流路４０５との間には、バルブ４０３が設けられている。バルブ４０３の開閉によって、流路４０４と流路４０５との接続・遮断が制御される。微小流量ポンプ４０１は、液滴状の潤滑流体をノズル４０２から放出する。

図４は、図３のＡ−Ａ断面を示す図である。図４（ａ）はバルブ４０３が閉状態の場合を示し、図４（ｂ）はバルブ４０３が開状態の場合を示す。図４に示す本実施の形態の微小流量ポンプ４０１は、圧電素子を用いて潤滑流体を移送する構造のポンプである。圧電素子を用いるタイプの微小流量ポンプは、撓みが許容される薄板または薄板構成部分と圧電素子とを組み合わせて流体の入る容積（圧力室）を加圧することで、流体を送り出す方式のポンプである。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ素子４０は、上層４０Ａ、中層４０Ｂ、下層４０Ｃの３層が貼り合わされた構造となっている。なお、上層４０Ａについては二点鎖線で示した。微小流量ポンプ４０１は，圧電素子４１１、ダイヤフラム４１２および圧力室４１３を備えている。圧電素子４１１への電圧の印加は駆動回路３０１によって制御される。圧電素子４１１の上面は上層４０Ａに固着されており、圧電素子４１１の下面はダイヤフラム４１２に固着されている。圧力室４１３には、ダイヤフラム４１２と相対する位置にノズル４０２の入口となる開口部４１４が形成されている。開口部４１４は、圧力室４１３側に広がる円錐形状に形成されている。

バルブ４０３は、ダイヤフラムから成る弁体４１５と、弁体４１５を駆動する圧電素子４１６と、弁体４１５に相対する位置に設けられたバルブシート４１７を備えている。圧電素子４１６への電圧の印加は駆動回路３０１によって制御される。圧電素子４１６の上面は上層４０Ａに固着されており、圧電素子４１６の下面は弁体４１５に固着されている。図４（ａ）に示す状態では弁体４１５とバルブシート４１７とが密着しており、バルブ４０３は閉状態となっている。その結果、流路４０４と流路４０５とは遮断状態となっている。

図４（ａ）に示すバルブ閉状態において、微小流量ポンプ４０１の圧電素子４１１に電圧が印加されると、圧力室４１３内の潤滑流体がノズル４０２から液滴状となって放出される。すなわち、圧電素子４１１に電圧が印加されると圧電素子４１１が図示上下方向に伸び、ダイヤフラム４１２が図示下方に押し下げられて圧力室４１３が加圧される。その加圧によって、圧力室４１３内の潤滑流体の一部が開口部４１４を通ってノズル４０２から放出される。このように、ＭＥＭＳ素子４０に形成されたノズル４０２から潤滑流体を液滴状に放出する構成とする場合には、ノズル４０２の出口までは流路表面は潤滑流体に対して濡れ性の良い親液性の材料で構成し、出口から外側（出口周辺の外表面を含む）は撥液性の材料で構成するのが好ましい。

微小流量ポンプ４０１の圧力室４１３に潤滑流体を供給する際には、バルブ４０３の圧電素子４１６に電圧を印加して図４（ｂ）に示すようにバルブ４０３を開状態にする。圧電素子４１６に電圧が印加されると、図４（ｂ）に示すように圧電素子４１６が上下方向に縮んで弁体４１５が上方に持ち上げられ、弁体４１５とバルブシート４１７との間に隙間が形成されてバルブ４０３が開状態となる。その結果、流路４０４と流路４０５とが連通する。

なお、ベアリング８および潤滑流体貯蔵部６０を含む潤滑流体の循環系は真空環境中にあるので、潤滑流体の移動に大気の圧力差は利用できない。そのため、本実施の形態では、毛細管現象における毛細管力を利用して、流路４０４内の潤滑流体を圧力室４１３に移動させるような構成としている。すなわち、流路４０４，４０５や圧力室４１３の寸法は、適切な毛細管力が発生するような寸法に設定されている。毛細管力の詳細については後述する。

なお、図４では圧電素子を用いるタイプの微小流量ポンプ４０１を例に説明したが、微小流量ポンプ４０１の構造はこれに限定されず、他の方式の微小流量ポンプを適用しても構わない。例えば、ＭＥＭＳ素子４０に組み込まれる微小流量ポンプとしては、流体を封じた容積内の一部を急激に加熱し、流体を気化させて泡を作って体積を増大させて流体（液部分）を押し出すという方式のものや、帯電状態の薄板（ダイヤフラム）に相対した面に電位を与えることで、静電気による反発力や吸引力により薄板を変位させ、流体を吸い込んだり押し出したりする方式等が知られている。

ところで、高速回転するシャフト１０を支持するベアリング８においては、潤滑流体の撹拌損失を極力小さくして発熱を抑えると共に、転動体８３の転動時に潤滑流体膜の膜切れにより固体同士が接触しないという潤滑状態が最良である。そのため、ベアリング８の転動面８１１，８２１と転動体８３の表面に存在する潤滑流体膜の厚さは、これらの表面の仕上がり表面粗さの数倍程度となるようにするのが理想である。例えば、転動面８１１，８２１と転動体８３の表面が二乗平均平方根粗さＲ_ｑ＝０．０４μｍに仕上げられている場合には、潤滑流体膜の厚さは０．１２〜０．２０μｍ程度であるのが好ましい。

上述したように、ベアリング８内に入った潤滑流体は外輪８１の端部からの流出等によって少しずつ減少するので、この減少分を補うために微小流量ポンプ４０１によって潤滑流体を供給する。ベアリング８内の各所に１μｍ以下の厚さの油膜が形成されている場合、ベアリング８内に存在する潤滑流体の量は数ｍｇ（体積では数μＬ(マイクロリットル)に相当）程度である。毎秒当たりの流出量は流出する部分の構造によって異なるが、例えば、ベアリング８内に溜まっている潤滑流体の量の1/100〜1/10000程度の量となる。そのため、この程度の量（毎秒数ｎＬ(ナノリットル)やそれ以下という微少量）の潤滑流体を供給することにより、潤滑流体膜の厚さを良好に維持することができる。本実施の形態では、毎秒数ｎＬ(ナノリットル)やそれ以下という微少量の潤滑流体をベアリング８に供給するために、ＭＥＭＳ素子４０に組み込まれた微小流量ポンプ４０１を用いることとした。

（潤滑流体循環系について）
図２に示した潤滑流体の循環系では、潤滑流体貯蔵部６０の潤滑流体は、潤滑流体貯蔵部６０→吸引管６１→ＭＥＭＳ素子４０→外周面１００ａ→ベアリング８→潤滑流体戻り部６２→潤滑流体貯蔵部６０のように循環する。これらの潤滑流体循環経路Ｒの内、少なくとも潤滑流体貯蔵部６０からＭＥＭＳ素子４０の微小流量ポンプ４０１までの流路においては、潤滑流体の移動に毛細管力が利用される。潤滑流体戻り部６２においては重力を利用して潤滑流体を潤滑流体貯蔵部６０に戻すことも可能であるが、潤滑流体戻り部６２を毛細管構造体で構成して毛細管力を利用することで、ポンプ姿勢に関係なく潤滑流体を潤滑流体貯蔵部６０に戻すことができる。

内径ｄの毛細管内の潤滑流体における真空界面には、次式（１）で計算される圧力が作用する。ただし、Ｔは潤滑流体の真空界面に対する張力（Ｎ／ｍ）であり、θは潤滑流体に対する接触面の濡れ性を表す接触角である。この場合、毛細管を重力方向に沿って立てると、高さｈ＝（４Ｔcosθ）／ρｇｄまで界面が上昇することになる。ただし、ρ＝液体の密度、ｇ＝重力加速度である。すなわち、細い管やフェルト等の毛細管構造体においては、毛細管力によって潤滑流体が移動（浸透）して毛細管構造体内に拡がる。
（４Ｔcosθ）／ｄ …（１）

例えば、濡れ性の良い材料として接触角がθ＝15°となる部材を用い、内径がｄ=１．０×１０^−５ｍ＝１０μｍである流路の場合，表面張力がＴ＝２．６×１０^−２Ｎ／ｍである潤滑流体を用いた場合、式（１）の毛細管力は１０ｋＰａ程度の圧力となる。また、潤滑流体の密度をρ＝１０００ｋｇ／ｍ^３、重力加速度をｇ＝９．８ｍ／ｓ^２とすると、重力中における毛細管中の潤滑流体の界面の高さｈは約１００ｃｍとなる。

図２に示した潤滑流体の循環系において潤滑流体貯蔵部６０および潤滑流体戻り部６２に毛細管構造体を用いる場合、空洞の径寸法（多孔質材の場合）や繊維の隙間間隔（フェルト等の場合）は上述した毛細管の内径ｄに相当し、本実施形態では、それらの寸法を適切な毛細管力が生じる程度の値以下に設定する。また、ＭＥＭＳ素子４０に形成される流路４０４〜４０６および圧力室４１３の寸法も、内径ｄに相当する値以下に設定する。ＭＥＭＳ素子４０の場合には、微細構造であるためそのような条件は十分満足される。さらに、吸引管６１については、吸引管６１の内径を上述の内径ｄに設定しても良いし、太い管内にフェルトのようなものを充填した毛細管構造体を用いても良い。このように、潤滑流体が循環する経路の隙間寸法を十分な毛細管力が生じる程度の寸法に設定することで、微小流量ポンプ４０１による潤滑流体の供給を適切に行わせることができる。

また、微小流量ポンプ４０１によりベアリング８へ供給すべき潤滑流体の量は、上述したように毎秒数ｎＬ(ナノリットル)程度であるが、特許第３１７１９５８号公報に記載のようなプリンタ等のインクジェットヘッドに用いられる微小流量ポンプにおいては、１パルスでピコリットルオーダーの微少量まで吐出することができる。例えば、微小流量ポンプ４０１を１パルスで１０ピコリットルを移送可能なポンプとした場合、毎秒１００パルスで潤滑流体を移送すれば、供給量は２ナノリットルとなる。すなわち、ＭＥＭＳ素子４０に組み込まれた微小流量ポンプ４０１を用いることで、毎秒ナノリットルオーダーという微少量の潤滑流体をベアリング８に供給することが可能となる。なお、微小流量ポンプ４０１による潤滑流体の供給量（移送量）は、圧電素子４１１の伸縮振動の周波数を駆動回路３０１により制御することで調節することができる。

なお、式（１）からも明らかなように、毛細管力を決するのは、毛細管の寸法や流体界面の表面張力に加え、流体が接する面の濡れ性も重要な要素である。一般的に、ＭＥＭＳ素子４０に用いられる単結晶シリコン等のウエハ材は、表面を化学処理する前に脱脂処理を行う必要があることからも明らかなとおり、基本的には親油性（良好な濡れ性）を持っている。しかし、加工工程の中で表面に撥油性のある物質が被膜として付着した場合、濡れ性が極端に悪くなる。そこで、ＭＥＭＳ素子４０の加工工程では、流路の内面に撥油性（撥液性）のある物質が付着しない工程を採用することで良好な濡れ性を実現できる。

以上のように、本実施の形態では、微小流量ポンプ４０１が形成されたＭＥＭＳ素子４０を設け、潤滑流体貯蔵部６０から微小流量ポンプ４０１へは毛管構造体である吸引管６１により潤滑流体を毛細管力で移動させる。そして、微小流量ポンプ４０１によって、回転軸側の潤滑流体循環経路Ｒである転動体８３や保持器８４に潤滑流体を液滴状に放出するようにした。その結果、真空環境における軸受への微少量の潤滑流体供給を安定して行わせることができる。

（変形例）
上述した実施の形態では、回転軸側の潤滑流体循環経路の一つであるコーン型ナット１００の外周面１００ａに潤滑流体を液滴状に放出する構成としたが、これ以外の領域の潤滑流体循環経路に潤滑流体を放出するようにしても良い。図５（ａ）に示す第１の変形例では、貯蔵部ホルダ５１に設けられたＭＥＭＳ素子４０の微小流量ポンプ４０１から、回転軸側の潤滑流体循環経路の一部であるベアリング８の転動体８３や保持器８４に向けて潤滑流体を放出する。転動体８３や保持器８４に付着した潤滑流体はベアリング８の回転に伴って外輪８１および内輪８２の転動面８１１，８２１にも付着し、この部分の潤滑に供される。すなわち、潤滑流体は破線矢印で示すような潤滑流体循環経路Ｒに沿って循環する。

図５（ｂ）は第２の変形例を示す図であり、ベアリングホルダ５０に設けられたＭＥＭＳ素子４０の微小流量ポンプ４０１から、回転軸側の潤滑流体循環経路の一部であるベアリング８の転動体８３や保持器８４に向けて潤滑流体を放出する。この場合も、転動体８３や保持器８４に付着した潤滑流体はベアリング８の回転に伴って外輪８１および内輪８２の転動面８１１，８２１にも付着し、この部分の潤滑に供される。図５（ａ）および図５（ｂ）に示す構成では、図２に示したような円錐面状の外周面１００ａが形成されたコーン型ナット１００を用いる必要がなく、内輪８２の固定には単なるナット１１０により行われる。

−第２の実施の形態−
図６は、第２の実施の形態を示す図である。上述した第１の実施の形態では、例えば、図３に示すように、潤滑流体循環系としての微小流量ポンプ４０１およびバルブ４０３をＭＥＭＳ素子４０に備えていた。一方、第２の実施の形態では、ＭＥＭＳ素子４０は、微小流量ポンプ４０１およびバルブ４０３を備える潤滑流体循環系４３０に加えて、流量センサ４３１と、温度センサ４３２と、加速度センサ等の振動センサ４３３とを備えている。なお、図６に示す例では、流量センサ４３１、温度センサ４３２および振動センサ４３３の全てを備えるようにしたが、必要に応じてこれらの少なくとも一つを設けるような構成としても良い。

流量センサ４３１は、流路４０４を流れる潤滑流体の流量、すなわち、吸引管６１から微小流量ポンプ４０１へ流れる潤滑流体の流量を計測する。温度センサ４３２は、ベアリング８に関する温度を計測する。振動センサ４３３は、ベアリング８に発生している振動を計測する。温度センサ４３２には、熱電対やサーモパイルを利用したものでも良いし、他の計測方法のものでも良い。

ただし、熱電対は接触している対象物の温度を計測する方式の温度センサなので、図２や図５（ａ），５（ｂ）のように配置されたＭＥＭＳ素子４０内に搭載されている温度センサ４３２として熱電対を使用した場合、直接的にはＭＥＭＳ素子４０が装着されている貯蔵部ホルダ５１やベアリングホルダ５０の温度を計測することになり、計測された温度からベアリング８の温度を推定することになる。そのため、このような構成の場合には、温度センサ４３２には、計測対象物からの輻射を検出して温度を計測する非接触式の温度センサであるサーモパイルを用いるのが好ましい。

ＭＥＭＳ素子４０において、微小流量ポンプ４０１のノズル開口（潤滑流体放出口）が設けられている側の面あるいは他の面に、温度センサ４３２であるサーモパイルへ計測対象からの赤外光を導く赤外光窓が形成されている場合、温度計測対象はＭＥＭＳ素子４０が対向する部材となる。例えば、図２の構成の場合には、ＭＥＭＳ素子４０の符号Ｓ１で示す部分に温度センサ４３２の赤外光窓を設けてコーン型ナット１００の温度を計測する。また、図５（ａ）の構成の場合には、ＭＥＭＳ素子４０の符号Ｓ２で示す部分に温度センサ４３２の赤外光窓が設けられ、相対するナット１１０の円筒面１１０ａの温度を計測する。図５（ｂ）の構成の場合には、ＭＥＭＳ素子４０の符号Ｓ３で示す部分に温度センサ４３２の赤外光窓が設けられ、相対するシャフト１０の相対する面１０ｂの温度を計測する。

このようにＭＥＭＳ素子に流量センサ、温度センサ、振動センサ等を搭載する構成は周知であり、振動センサ４３３としては、例えば、特開平５−２５６８７号公報や特許第４８０４４６８号公報などに開示されているような、特定の隙間の状態が加速度や振動によって変化することによる静電容量の変化を検出する方式のものが利用できる。流量センサ４３１としては、例えば、特開平６−０６６６１３号公報に開示されているような流体の移動によって生じる熱の移動を計測する方式のものが利用できる。

電源装置３００には、微小流量ポンプ４０１およびバルブ４０３を駆動制御する駆動回路３０１と、流量センサ４３１，温度センサ４３２および振動センサ４３３からの計測信号が入力される演算回路３０２が設けられている。演算回路３０２は、入力された計測信号に基づいて、ベアリング８の潤滑流体に関する診断を行う。

演算回路３０２では、外輪８１の温度の変化や外輪８１に発生する振動の特徴から、ベアリング８内の潤滑の状態を推定する。図２に示すように、ベアリング８は転動体８３として球体が用いられるボールベアリングである。ボールベアリングにおけるボールと内外輪の転動面の間の接触では、部分的に「すべり」のある接触になっている。一般論として、接触面間に油膜が存在する金属接触では，存在する油膜厚さを金属面の表面粗さ代表値との比の値に応じて、境界潤滑領域→混合潤滑領域→流体潤滑領域となる、いわゆるストライベック曲線で示される複数形態が現れる。

図１に示すターボ分子ポンプのベアリング８においては、流体潤滑領域内で、かつ、流体潤滑領域のなるべく混合潤滑領域に近づけた状態を維持して運転することが求められる。この領域においては、摩擦係数が最小になり、軸受の回転損失を低く抑えることができる。一方、混合潤滑領域では、潤滑油膜が切れて金属同士の接触が発生し、損失の急増や焼き付き等を引き起こす可能性がある。また、潤滑油膜が厚くなると、潤滑油の攪拌抵抗が増大し、回転損失を増大させてしまう。

そこで、演算回路３０２では、転動面における潤滑油膜の厚さ増減を、転動体の転動によって生じる振動の特性から推測する。例えば、潤滑油膜厚さが適正な状態（通常状態）の場合には、振動センサ４３３の振動データをＦＦＴで処理すると、ロータ回転数に対応する振動数とその倍数およびベアリング８の構成部品（外輪８１，内輪８２，転動体８３および保持器８４）に対応する振動数にピークが見られる。しかし、潤滑油膜厚さが減少して混合潤滑領域に入ると、金属面の突起部分が接触するために起きる衝撃音のような突発振動が、上述したピークの振動数とは異なる位置に現れたり、前記ベアリング８の構成部品に対応する振動数のピーク値が増大する。そのため、突発振動の発生によって潤滑流体の量が適正量よりも少なくなっていることが推定できる。

また、図６のように温度センサ４３２も搭載している場合には、潤滑流体減少時に金属面の突起部分接触に起因する急峻な温度上昇も観測される場合が多い。そこで、上記突発振動の発生と温度上昇が観測された場合、または、突発振動の発生および急峻な温度上昇のいずれか一方が観測された場合には、潤滑流体量が減少していると推定できる。

一方、潤滑油膜が厚くなると攪拌現象が顕著になり、外輪８１に現れる振動の内の特定の周波数範囲（数ｋＨｚの範囲）の振幅が全体的に増大する現象が見られる。例えば、ロータ回転数に対応する振動数の３〜７倍の周波数範囲の振幅が全体的に増大する。この周波数は、例えば、外輪転動面の一部に潤滑油膜の厚い部分が存在していれば、ほぼボールの公転周波数にボールの個数を乗じた値に近いものである。攪拌損失の場合には、その周波数付近全体が盛り上がるような特性が現れる。これは、攪拌が生じる場所がずれたり、それぞれのボールが受ける抵抗値が都度変化したりしているためと推測される。この場合も温度センサ４３２を搭載していると、潤滑流体が増大し攪拌減少が顕著になると温度上昇が観測される。そこで、上記特定周波数振動の発生と温度上昇が観測された場合には、潤滑流体量が過大になっていると推定できる。

演算回路３０２は、振動センサ４３３の計測データ、または、振動センサ４３３および温度センサ４３２の計測データに基づいて上述したような解析を行い潤滑流体量の減少および過剰の診断を行う。その診断結果は駆動回路３０１や監視装置１０００に出力される。診断結果を受信した駆動回路３０１は、潤滑流体量が適正量よりも減少している場合には、微小流量ポンプ４０１による潤滑流体の供給量を増加させる。逆に、潤滑流体量が過剰な場合には、微小流量ポンプ４０１による潤滑流体の供給を減少または停止させてベアリング８の潤滑流体量を適正量に調整する。

また、振動センサ４３３の計測データは、潤滑流体の流量診断だけでなく、ベアリング８の劣化診断にも利用することができる。ベアリング８が劣化した場合には、一般的に、周波数全体に亘って振幅が増大するという状況や、劣化したベアリング８の構成部品に対応する周波数の振幅の増加が観測される。また、転動面に傷が生じたり転動面に異物が混入したりした場合には、回転数の関数となる特定の周波数で振動ピークが現れるということが多い。同様に温度センサ４３２で軸受内輪に近い位置部分の温度をモニタすると、この部分は放熱先が限られていることから、軸受内部劣化で回転抵抗が漸増することに起因した漸増する温度変化を捉えることができる。そのため、演算回路３０２は振動データからこのような振動状況が観測されたり、軸受内輪近傍で温度の漸増現象が観察された場合には、ベアリング８に劣化が生じたことを報知する警報信号を監視装置１０００に出力し、保守を促す。このような動作を行うことによって、ベアリング８の劣化に適切に対処することができ、ベアリング劣化に伴うポンプ不具合の発生を防止することができる。

また、潤滑流体貯蔵部６０における潤滑流体の貯蔵量が欠乏した場合、微小流量ポンプ４０１が正常に作動しているにもかかわらず、流量センサ４３１で検出される流量が適正量よりも小さくなる。このような状態で真空ポンプの運転を続けていると重大な故障を引き起こすことが予想されるので、演算回路３０２は、流量センサ４３１の検出結果に基づいて潤滑流体貯蔵部６０の潤滑流体の貯蔵量を診断し、その診断結果（すなわち、保守作業が必要という旨の信号）を監視装置１０００に出力し、適切な対応を促す。このような動作を行うことによって、潤滑流体貯蔵部６０における潤滑流体の欠乏に起因する不具合を回避することができる。

上述したように、第２の実施の形態では、ベアリング８の振動を検出する振動センサ４３３または温度センサ４３２の少なくともいずれかからの検出結果に基づいて微小流量ポンプ４０１を駆動制御することで潤滑流体の移送量を制御し、ベアリング８内の潤滑流体量が過剰になったり欠乏状態になったりすることなく、適切な量に維持することができる。また、ベアリング８の劣化を診断することで、ベアリング劣化に伴う不具合の発生を防止できる。

−第３の実施の形態−
図７は、第３の実施の形態を示す図である。上述した図１に示す例ではコーン型ナット１００の円錐面を成す外周面１００ａに液滴状の潤滑流体を放出する構成とし、図５に示した例ではベアリング８へ向けて潤滑流体を放出する構成とした。

ＭＥＭＳ素子４０に形成された微小流量ポンプ４０１は微少量の潤滑流体を正確に吐出することができるので、微小流量ポンプ４０１から吐出された潤滑流体の全てがベアリング８に達すれば、ベアリング８への潤滑流体供給量を正確に制御することが可能になる。そのため、微小流量ポンプ４０１から吐出された潤滑流体の液滴の全てを、コーン型ナット１００の外周面１００ａに確実に付着させる必要がある。

ところで、ターボ分子ポンプ１のシャフト１０は高速回転しているので、コーン型ナット１００の外周面１００ａとベース側に固定されたＭＥＭＳ素子４０の微小流量ポンプ４０１から吐出された液滴との相対速度が大きい。そのため、潤滑流体の液滴の一部が外周面１００ａにより弾き飛ばされてしまい、微小流量ポンプ４０１から吐出された潤滑流体の一部はベアリング８に供給されないおそれがある。微小流量ポンプ４０１の潤滑流体放出量は高い精度でコントロールしても、微小流量ポンプ４０１から放出されてベアリング８に至る間に潤滑流体の不確定な減少（潤滑流体循環経路からの離脱）があると、低損失でのベアリング回転状態を維持するために適正な潤滑流体供給状態の確保が難しくなる。

そのため、第３の実施の形態では、ＭＥＭＳ素子４０の微小流量ポンプ４０１をコーン型ナット１００の軸方向端面１００ｂに対向させて配置し、潤滑流体の液滴を軸方向端面１００ｂに向けて放出するような構成とした。高速回転するコーン型ナット１００においては、軸方向端面１００ｂの周速は外周面１００ａの周速に比べて小さいので、図２に示す構成に比べて液滴と軸方向端面１００ｂとの相対速度を小さくすることができる。そのため、軸方向端面１００ｂに付着せずに弾き飛ばされる液滴の量を低減することができる。軸方向端面１００ｂに付着した潤滑流体は遠心力によって軸方向端面１００ｂの外縁方向に移動した後に外周面１００ａへと移動し、外周面１００ａ上をベアリング８の方向へと移動する。なお、液滴と軸方向端面１００ｂとの相対速度をできるだけ小さくするためには、軸方向端面１００ｂの回転軸に近い領域に液滴を放出するのが好ましい。

コーン型ナット１００の軸芯には、六角穴１００ｃが貫通するように形成されている。コーン型ナット１００をシャフト１０の雄ねじ部１０ａに固定する際には、この六角穴１００ｃに六角レンチ等の工具を挿入してコーン型ナット１００を締め込むようにする。ＭＥＭＳ素子４０は、上述したように微小流量ポンプ４０１が軸方向端面１００ｂに対向し、かつ、温度センサ４３２の赤外光窓４３２ａが六角穴１００ｃに対向するように配置される。すなわち、温度センサ４３２は、シャフト１０の雄ねじ部１０ａの端面１０１から放出される赤外線を検出し、シャフト１０の温度をモニタする。

ＭＥＭＳ素子４０には、赤外光窓４３２ａの周囲を囲むように筒状の保護部４４０が設けられている。保護部４４０は、微小流量ポンプ４０１から放出される潤滑流体の液滴が赤外光窓４３２ａに付着するのを防止する部材である。液滴が赤外光窓４３２ａに付着すると、温度センサ４３２による正しい温度計測が困難になる。そのため、赤外光窓４３２ａが、液滴を放出する微小流量ポンプ４０１と、液滴が弾き飛ばされるおそれのある軸方向端面１００ｂとから見通せないように、保護部４４０が設けられている。保護部４４０を設けたことにより、微小流量ポンプ４０１から放出された液滴が赤外光窓４３２ａに飛来して付着するのを防止することができる。また、仮に、液滴が軸方向端面１００ｂで弾き飛ばされたとしても保護部４４０に遮られ、弾き飛ばされた液滴が赤外光窓４３２ａに付着するおそれがない。

なお、微小流量ポンプ４０１および軸方向端面１００ｂからの液滴の飛来を防止するためだけであれば、保護部４４０の先端の軸方向位置は軸方向端面１００ｂと略同一位置であれば十分といえる。図７に示す例では、保護部４４０の高さ寸法は、保護部４４０の先端が六角穴１００ｃの内部まで挿入されるような寸法に設定されている。このように保護部４４０を六角穴１００ｃの内部まで挿入することにより、微小流量ポンプ４０１からシャフト１０の端面１０１を見通せなくなる。そのため、微小流量ポンプ４０１から放出された潤滑流体の液滴が温度計測対象面であるシャフト１０の端面１０１に付着するのを防止することができる。

温度計測対象面に潤滑流体が付着すると、温度計測対象面から放射される赤外光の状態が変化し温度計測値の精度が劣化する。図７に示す例では、保護部４４０を六角穴１００ｃに挿入することで温度計測対象面への潤滑流体の付着が防止され、温度計測値の精度劣化を防止することができる。なお、保護部４４０の六角穴１００ｃへの挿入量は、保護部４４０と六角穴１００ｃとの隙間寸法等を考慮して適宜設定される。

図７に示す例では、コーン型ナット１００の軸方向端面１００ｂを回転軸に垂直な平面としたが、必ずしも平面に限定されない。例えば、軸方向端面１００ｂをコーン型ナット１００の下端から図示上方に拡がる緩いテーパ面（円錐面）としたり、円錐状の外周面１００ａに繋がる曲面の一部を成す、曲率の緩い曲面で形成したりしても良い。また、コーン型ナット１００の軸方向端面１００ｂが形成された端部を貫通する穴を六角穴１００ｃとし、その六角穴１００ｃをコーン型ナット１００の締め付けにも利用した。しかし、貫通穴以外の箇所を締め付けに利用する構成の場合には、貫通穴は六角穴に限定されない。

（第３の変形例）
図８は、図７に示す第２の実施の形態の変形例である第３の変形例を示す図である。第３の変形例では、ＭＥＭＳ素子４０における潤滑流体の液滴が放出される面（以下では、放出面と呼ぶことにする）４１０と、赤外光窓４３２ａが設けられている面４１９とに段差Δｈを設けると共に、保護部４４０をコーン型ナット１００に固定するようにした。段差Δｈは赤外光窓４３２ａの突出量よりも大きく設定されており、放出面４１０から赤外光窓４３２ａを見通せない構成になっている。さらに、保護部４４０の存在により、軸方向端面１００ｂから赤外光窓４３２ａを見通すこともできない。また、保護部４４０を設けたことにより、放出面４１０からコーン型ナット１００の端面１０１を見通すことはできない。

図８に示すような構成とすることで、赤外光窓４３２ａおよびシャフト１０の端面１０１に潤滑流体が付着するのを防止することができる。特に、第３の変形例では、図７の構成のように保護部４４０とコーン型ナット１００の貫通穴（六角穴）との間に隙間が形成されないので、微小流量ポンプ４０１から放出された潤滑流体の液滴が端面１０１に付着するのを確実に防止することができる。

（第４の変形例）
なお、図７、８に示す例では、コーン型ナット１００を貫通する六角穴１００ｃを形成したが、図９に示す第４の変形例のようにコーン型ナット１００の端面に凹部１００ｄを形成し、凹部１００ｄに保護部４４０を固定するようにしても良い。ＭＥＭＳ素子４０の構成は図８に示すＭＥＭＳ素子４０と同様である。この場合、温度センサ４３２は凹部１００ｄの底面から放射される赤外光を検出し、コーン型ナット１００の温度を計測する。

（第５の変形例）
図１０は、第５の変形例を示す図である。第５の変形例では、コーン型ナット１００の軸方向端面１００ｂに六角柱の凸部１００ｅを形成している。ＭＥＭＳ素子４０の構成は図８，９に示すＭＥＭＳ素子４０と同様である。凸部１００ｅは、凸部１００ｅの先端面が、放出面４１０とほぼ同一面上または放出面４１０よりも赤外光窓４３２ａ側となるように形成されている。温度センサ４３２は凸部１００ｅに対向しており、凸部１００ｅの表面(先端面)から放出された赤外光を検出し、コーン型ナット１００の温度を計測する。

図１０に示す構成では、ＭＥＭＳ素子４０には段差Δｈが形成されているので、放出面４１０から赤外光窓４３２ａを見通すことはできない。また、放出面４１０から、温度センサ４３２の計測対象面である凸部１００ｅの端面１０２を見通すことはできない。そのため、微小流量ポンプ４０１から放出された潤滑流体の液滴が赤外光窓４３２ａおよび凸部１００ｅの端面１０２に付着するのを防止することができる。さらに、凸部１００ｅの存在により、軸方向端面１００ｂから赤外光窓４３２ａを見通すことができないので、仮に液滴が軸方向端面１００ｂで弾き飛ばされることがあったとしても、液滴が赤外光窓４３２ａに付着することは無い。

なお、六角柱の凸部１００ｅはコーン型ナット１００の締め付けに利用される。しかし、貫通穴以外の箇所を締め付けに利用する構成の場合には、凸部１００ｅは六角柱に限定されず、例えば円柱であっても構わない。また、図１１に示すように、コーン型ナット１００の軸方向端面１００ｂに対向するように配置されたＭＥＭＳ素子４０に、微小流量ポンプ４０１のみが設けられる構成であっても良い。温度センサの図示は省略したが、温度センサはＭＥＭＳ素子４０とは異なる他の位置に配置されている。

上述した複数の例示的な実施の形態および変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

［１］一態様に係る真空ポンプは、ポンプロータが設けられた回転軸を支持する転がり軸受と、前記転がり軸受に供給される潤滑流体が貯蔵される潤滑流体貯蔵部と、前記転がり軸受と前記潤滑流体貯蔵部との間の潤滑流体循環経路の内の回転軸側の潤滑流体循環経路に、潤滑流体を液滴状に放出する微小流量ポンプが形成されたＭＥＭＳ素子と、毛細管力により前記潤滑流体貯蔵部の潤滑流体を前記微小流量ポンプまで移動させる毛細管構造の第１流路と、を備える。

図２に示すように、潤滑流体貯蔵部６０の潤滑流体は、毛細管構造の流路である吸引管６１でＭＥＭＳ素子４０に形成された微小流量ポンプ４０１まで移動され、微小流量ポンプ４０１から潤滑流体循環経路の一部であるコーン型ナット１００の外周面１００ａに液滴状に放出される。その結果、ベアリング８に適切な量の潤滑流体を安定して供給することができる。

［２］上記［１］に記載の真空ポンプにおいて、前記転がり軸受に隣接して前記回転軸に設けられ、潤滑流体循環経路の一部を構成する円錐面を有する潤滑経路部材を備え、前記円錐面の前記回転軸の軸芯からの半径は前記転がり軸受に近づくほど大きく設定され、前記微小流量ポンプから放出されて前記円錐面に付着した潤滑流体が、遠心力により前記円錐面上を前記転がり軸受の方向へ移動する。

図２に示すように、コーン型ナット１００の外周面１００ａは円錐面で構成され、円錐面のシャフト１０の軸芯からの半径をベアリング８に近づくほど大きく設定することで、外周面１００ａに付着した潤滑流体を遠心力によりベアリング８の方向へ効果的に移動させることができる。

［３］上記［１］に記載の真空ポンプにおいて、前記微小流量ポンプは潤滑流体を前記転がり軸受に向けて放出する。図５（ａ）または図５（ｂ）に示すように、微小流量ポンプ４０１からベアリング８に向けて潤滑流体を放出するようにしても良く、この場合には、円錐面形状の外周面１００ａを有するコーン型ナット１００を必要としない。

［４］上記［１］から［３］までのいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、前記転がり軸受の振動を検出する振動センサおよび前記潤滑流体循環経路の温度を非接触で検出する温度センサの少なくとも一方と、前記振動センサおよび前記温度センサの少なくとも一方の検出結果に基づいて前記微小流量ポンプを駆動制御し、前記微小流量ポンプによる潤滑流体の移送量を制御する制御部と、を備える。図６に示すように、振動センサ４３３および温度センサ４３２の少なくとも一方の検出結果に基づいて微小流量ポンプ４０１を駆動制御して潤滑流体の移送量を制御することで、ベアリング８の状況に応じて適切な量の潤滑流体を供給することができる。

［５］上記［４］に記載の真空ポンプにおいて、前記振動センサおよび前記温度センサの少なくとも一方の検出結果に基づいて前記転がり軸受の劣化情報を出力する警報部をさらに備える。警報部から出力される劣化情報に基づいて、転がり軸受に対する適切な対応を行うことができる。

［６］上記［１］に記載の真空ポンプにおいて、前記転がり軸受に隣接して前記回転軸に設けられる潤滑経路部材を備え、前記潤滑経路部材は、前記潤滑流体循環経路の一部を構成する円錐面と、前記円錐面に接続し、前記潤滑流体循環経路の他の一部を構成する軸方向端面とを有し、前記微小流量ポンプが形成された前記ＭＥＭＳ素子は前記軸方向端面と対向配置され、前記微小流量ポンプから前記軸方向端面に向けて潤滑流体が液滴状に放出される。

図７に示すように、微小流量ポンプ４０１が形成されたＭＥＭＳ素子４０をコーン型ナット１００の軸方向端面１００ｂに対向させて配置し、そのＭＥＭＳ素子４０に設けられた微小流量ポンプ４０１から潤滑流体の液滴を軸方向端面１００ｂに向けて放出することで、液滴と液滴の付着面である軸方向端面１００ｂとの相対速度をより小さくすることができる。その結果、液滴が弾き飛ばされることなく確実に潤滑流体を軸方向端面１００ｂに付着させることができ、潤滑流体をベアリング８に安定供給することができる。

［７］上記［６］に記載の真空ポンプにおいて、前記ＭＥＭＳ素子は、測温対象面である前記回転軸の表面または前記潤滑経路部材の表面から放射される赤外光を捉えて温度を計測する温度センサと、前記温度センサに導かれる赤外光が入射する赤外光入射窓とを有し、前記赤外光入射窓への潤滑流体の付着を防止する第１の保護部を備える。図７に示すように赤外光窓４３２ａの周囲を囲むように筒状の保護部４４０を設けることによって、赤外光窓４３２ａへの潤滑流体の付着を防止することができ、温度センサ４３２による正しい温度計測を確実に行うことができる。

［８］上記［７］に記載の真空ポンプにおいて、前記測温対象面への付着を防止する第２の保護部を備える。例えば、図７や図８に示す保護部４４０は第２の保護部として機能しており、温度計測対象面であるシャフト１０の端面１０１に微小流量ポンプ４０１から放出された潤滑流体の液滴が付着するのを防止している。その結果、端面１０１への潤滑流体の付着による温度計測値精度の劣化を防止することができる。

［９］上記［１］から［８］までのいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、前記微小流量ポンプによる潤滑流体の移送量を検出する流量センサと、前記流量センサの検出結果に基づいて、前記潤滑流体貯蔵部の潤滑流体の貯蔵量を診断する診断部と、をさらに備える。診断部として機能する演算回路３０２（図６参照）は、流量センサ４３１の検出結果に基づいて潤滑流体貯蔵部６０の潤滑流体の貯蔵量を診断する。その診断結果を利用することにより、例えば、潤滑流体貯蔵部６０における潤滑流体の欠乏に起因する不具合を回避することができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、これらを組み合わせても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、真空ポンプとして潤滑流体で潤滑を行う軸受でポンプロータの回転軸を支持するターボ分子ポンプを例に説明したが、ターボ分子ポンプに限らず、高速回転するポンプロータの回転軸を潤滑流体で潤滑する転がり軸受で支持する真空ポンプであれば、同様に適用することができる。

１…ターボ分子ポンプ、３…ポンプロータ、８，９…ベアリング、１０…シャフト、１３，５０…ベアリングホルダ、４０…ＭＥＭＳ素子、６０…潤滑流体貯蔵部、６１…吸引管、６２…潤滑流体戻り部、８１…外輪、８２…内輪、８３…転動体、１００…コーン型ナット、１００ａ…外周面、１００ｂ…軸方向端面、３００…電源装置、３０１…駆動回路、３０２…演算回路、４０１…微小流量ポンプ、４０２…ノズル、４０３…バルブ、４０４，４０５〜４０６…流路、４１１，４２６…圧電素子、４１２…ダイヤフラム、４１３…圧力室、４２５…弁体、４２７…バルブシート、４３０…潤滑流体循環系、４３１…流量センサ、４３２…温度センサ、４３２ａ…赤外光窓、４３３…振動センサ、４４０…保護部、５００，５０２，８１２…貫通穴、８１１，８２１…転動面、１０００…監視装置、Ｒ…潤滑流体循環経路

Claims (9)

1. ポンプロータが設けられた回転軸を支持する転がり軸受と、
   前記転がり軸受に供給される潤滑流体が貯蔵される潤滑流体貯蔵部と、
   前記転がり軸受と前記潤滑流体貯蔵部との間の潤滑流体循環経路の内の回転軸側の潤滑流体循環経路に、潤滑流体を液滴状に放出する微小流量ポンプが形成されたＭＥＭＳ素子と、
   毛細管力により前記潤滑流体貯蔵部の潤滑流体を前記微小流量ポンプまで移動させる毛細管構造の第１流路と、を備える真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記転がり軸受に隣接して前記回転軸に設けられ、潤滑流体循環経路の一部を構成する円錐面を有する潤滑経路部材を備え、
   前記円錐面の前記回転軸の軸芯からの半径は前記転がり軸受に近づくほど大きく設定され、前記微小流量ポンプから放出されて前記円錐面に付着した潤滑流体が、遠心力により前記円錐面上を前記転がり軸受の方向へ移動する、真空ポンプ。
3. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記微小流量ポンプは潤滑流体を前記転がり軸受に向けて放出する、真空ポンプ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記転がり軸受の振動を検出する振動センサおよび前記潤滑流体循環経路の温度を非接触で検出する温度センサの少なくとも一方と、
   前記振動センサおよび前記温度センサの少なくとも一方の検出結果に基づいて前記微小流量ポンプを駆動制御し、前記微小流量ポンプによる潤滑流体の移送量を制御する制御部と、を備える真空ポンプ。
5. 請求項４に記載の真空ポンプにおいて、
   前記振動センサおよび前記温度センサの少なくとも一方の検出結果に基づいて前記転がり軸受の劣化情報を出力する警報部をさらに備える、真空ポンプ。
6. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記転がり軸受に隣接して前記回転軸に設けられる潤滑経路部材を備え、
   前記潤滑経路部材は、
   前記潤滑流体循環経路の一部を構成する円錐面と、
   前記円錐面に接続し、前記潤滑流体循環経路の他の一部を構成する軸方向端面とを有し、
   前記微小流量ポンプが形成された前記ＭＥＭＳ素子は前記軸方向端面と対向配置され、前記微小流量ポンプから前記軸方向端面に向けて潤滑流体が液滴状に放出される、真空ポンプ。
7. 請求項６に記載の真空ポンプにおいて、
   前記ＭＥＭＳ素子は、
   測温対象面である前記回転軸の表面または前記潤滑経路部材の表面から放射される赤外光を捉えて温度を計測する温度センサと、
   前記温度センサに導かれる赤外光が入射する赤外光入射窓とを有し、
   前記赤外光入射窓への潤滑流体の付着を防止する第１の保護部を備える、真空ポンプ。
8. 請求項７に記載の真空ポンプにおいて、
   前記測温対象面への付着を防止する第２の保護部を備える、真空ポンプ。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記微小流量ポンプによる潤滑流体の移送量を検出する流量センサと、
   前記流量センサの検出結果に基づいて、前記潤滑流体貯蔵部の潤滑流体の貯蔵量を診断する診断部と、をさらに備える真空ポンプ。

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