特許 6881133 真空用軸受の振動測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6881133

(24)【登録日】2021年5月10日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】真空用軸受の振動測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 13/04 20190101AFI20210524BHJP

【ＦＩ】

   G01M13/04

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-147980(P2017-147980)

(22)【出願日】2017年7月31日

(65)【公開番号】特開2019-27940(P2019-27940A)

(43)【公開日】2019年2月21日

【審査請求日】2020年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】細谷 眞幸

【審査官】 川瀬 正巳

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５９−０９８３２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−２５８４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６６０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３１１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１３８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２８８７８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空室内に設けられた真空用軸受の振動方向に変位可能な振動子を備え、前記真空室を構成する隔壁を貫通する振動子ユニットと、
前記隔壁と前記振動子ユニットとの間に設けられ、前記真空室内を封止する封止部材と、
前記真空室外に配設され、前記振動子ユニットと接続されて、前記振動子の振動を検出する加速度センサと、
を備え、
前記振動子ユニットは、円柱状の前記振動子に嵌合する円筒部と、該円筒部と同軸で、該円筒部よりも大径に形成されて、前記真空室外に配置される円盤部と、を有し、前記振動子と締結されることで、前記振動子と共に前記真空用軸受の振動方向に変位可能な振動子ホルダを備え、
前記円筒部の先端面は、前記真空室に臨み、
前記振動子ユニットは、吸引力によって前記真空室内へ引き込まれていることを特徴とする真空用軸受の振動測定装置。

【請求項2】

真空室内に設けられた真空用軸受の振動方向に変位可能な振動子を備え、前記真空室を構成する隔壁を貫通する振動子ユニットと、
前記隔壁と前記振動子ユニットとの間に設けられ、前記真空室内を封止する封止部材と、
前記真空室外に配設され、前記振動子ユニットと接続されて、前記振動子の振動を検出する加速度センサと、
を備え、
前記振動子は、断熱性能を有する部材で形成されることを特徴とする真空用軸受の振動測定装置。

【請求項3】

真空室内に設けられた真空用軸受の振動方向に変位可能な振動子を備え、前記真空室を構成する隔壁を貫通する振動子ユニットと、
前記隔壁と前記振動子ユニットとの間に設けられ、前記真空室内を封止する封止部材と、
前記真空室外に配設され、前記振動子ユニットと接続されて、前記振動子の振動を検出する加速度センサと、
を備え、
前記振動子ユニットは、前記真空室外に配設され、前記真空用軸受からの熱を放熱する放熱部をさらに備えることを特徴とする真空用軸受の振動測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空用軸受の振動測定装置に関し、より詳細には、真空環境中で作動する真空用軸受の振動を検出する真空用軸受の振動測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）を製造する設備の一部として、スパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、イオン注入装置等の真空処理装置がある。これらの真空処理装置は、基板等の被処理品を真空状態で搬送する搬送装置や搬送ロボットを備えている。搬送装置や搬送ロボットの回転支持部分には転がり軸受が使用される。このように、真空環境中で作動する軸受の異常診断は、該軸受が真空環境中に配置されているので、ダイレクトに軸受の出力値（例えば、動摩擦トルク、振動加速度等）を計測するのが難しい。特許文献１には、真空処理装置内に配置された玉軸受の動摩擦トルクを、真空環境外から回転導入した駆動軸を介して計測可能とした真空処理装置について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−２３６３１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の真空処理装置では、計測値には、少なくとも回転導入機の駆動軸を支持する軸受の動摩擦トルクも含まれて測定されてしまうため、試験軸受を精密に異常診断することが困難であった。
また、振動加速度を計測する加速度センサは、圧電素子を積層して構成されており、圧電素子の積層を媒介するバインダーとして接着剤が用いられている。このため、加速度センサを試験軸受近傍（真空環境中）に配置して試験軸受の振動加速度を計測する場合、真空環境中では、加速度センサ（以下、「振動加速度ピックアップ」とも称する）を構成する接着剤の性状が変化して加速度のセンシング特性が変化してしまうため、真空用軸受の振動試験が困難となっていた。

【0005】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空環境中で作動する真空用軸受の振動を精度よく検出することができる真空用軸受の振動測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 真空室内に設けられた真空用軸受の振動方向に変位可能な振動子を備え、前記真空室を構成する隔壁を貫通する振動子ユニットと、
前記隔壁と前記振動子ユニットとの間に設けられ、前記真空室内を封止する封止部材と、
前記真空室外に配設され、前記振動子ユニットと接続されて、前記振動子の振動を検出する加速度センサと、
を備えることを特徴とする真空用軸受の振動測定装置。
（２） 前記振動子ユニットは、円柱状の前記振動子に嵌合する円筒部と、該円筒部と同軸で、該円筒部よりも大径に形成されて、前記真空室外に配置される円盤部と、を有し、前記振動子と締結されることで、前記振動子と共に前記真空用軸受の振動方向に変位可能な振動子ホルダを備え、
前記円筒部の先端面は、前記真空室に臨むことを特徴とする、（１）に記載の真空用軸受の振動測定装置。
（３） 前記振動子の軸中心と前記加速度センサとは、前記真空用軸受の中心を通る直線上に同軸に配置されることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の真空用軸受の振動測定装置。
（４） 前記振動子は、断熱性能を有する部材で形成されることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載の真空用軸受の振動測定装置。
（５） 前記振動子ユニットは、前記真空室外に配設され、前記真空用軸受からの熱を放熱する放熱部をさらに備えることを特徴とする、（１）〜（４）のいずれかに記載の真空用軸受の振動測定装置。
（６） 前記封止部材は、弾性力により前記振動子を前記真空用軸受の振動方向に変位可能に支持するＯリングであることを特徴とする、（１）〜（５）のいずれかに記載の真空用軸受の振動測定装置。
（７） 前記隔壁の貫通孔と前記振動子ユニットとの間には、振動子ハウジングが設けられ、
前記Ｏリングは、前記振動子ハウジングの内周面又は前記振動子ユニットの外周面に形成されたＯリング溝に配置されることを特徴とする（６）に記載の真空用軸受の振動測定装置。
（８） 前記加速度センサは、前記振動子ユニットの前記真空室外の一端に磁力によって固定されることを特徴とする、（１）〜（７）のいずれかに記載の真空用軸受の振動測定装置。

【発明の効果】

【0007】

本発明の真空用軸受の振動測定装置によれば、真空室内に設けられた真空用軸受の振動方向に変位可能な振動子を備え、真空室の隔壁を貫通する振動子ユニットと、隔壁と振動子ユニットとの間に設けられて真空室内を封止する封止部材と、真空室外に配設され、振動子の振動を検出する加速度センサと、を備えるので、真空環境中で作動する真空用軸受の振動を、常圧中に配置した加速度センサにより測定することができる。これにより、真空用軸受の振動を精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る真空用軸受の振動測定装置の側面図である。

【図2】図１に示す真空用軸受の振動測定装置の要部拡大図である。

【図3】耐久試験における真空用軸受の総回転数と振動、及び温度との試験結果を示すグラフである。

【図4】図３に示すグラフの要部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明に係る真空用軸受の振動測定装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１及び図２に示すように、真空用軸受の振動測定装置１０は、真空環境内に配置された真空用軸受１の振動を、真空環境外に設けた加速度センサである振動加速度ピックアップ４８により測定可能とするものである。真空用軸受１は、外輪２、内輪３、外輪２及び内輪３の軌道面２ａ，３ａ間に転動自在に配設された複数の転動体４、転動体４を保持する保持器５、及び１対のシールド板６、を備える。

【0010】

真空槽は、隔壁を構成する天板１１、側壁１２、１３、及び底板１６等によって構成され、周囲（外部）から隔離されて、内部を真空環境に維持することができる真空室ＶＲを形成する。真空槽の底板１６には、互いに対向する一対の門型ハウジング１７が立設する。また、底板１６には、不図示の真空ポンプに接続されて真空室ＶＲ内を真空環境にすることができる排気ポート１６ａが真空気密的に接続されている。

【0011】

各門型ハウジング１７には、つば部１８ａを有する軸受ハウジング１８が内嵌し、つば部１８ａが門型ハウジング１７の側面にねじ１９により一体に固定されている。

【0012】

一対の軸受ハウジング１８の同一軸線上に形成された軸受孔１８ｂには、それぞれ真空用軸受１が内嵌し、水平に配置された回転軸２０の両端を回転自在に支承する。各真空用軸受１の内輪３は、一端が回転軸２０の端部に形成された段部２０ａに当接し、他端がスラストワッシャ２１を介してねじ止めされたナット２２により軸方向に固定されている。

【0013】

各真空用軸受１の外輪２は、軸受ハウジング１８の軸受孔１８ｂに内嵌すると共に、回転軸２０の段部２０ａと反対側の一端が、押圧リング２３に当接する。押圧リング２３は、コイルばね２４の弾性力により段部２０ａに向けて付勢されている。これにより、各真空用軸受１には、定圧予圧が付与される。また、軸受ハウジング１８のつば部１８ａの外周には、真空用軸受１を加熱して昇温させるためのヒータ２５が設けられている。

【0014】

回転軸２０には、真空室ＶＲの外部、即ち、常圧（以下、「大気中」とも称する）環境下に配設された不図示のモータにより回転駆動される回転導入軸２６がカップリング２７を介して接続されている。回転導入軸２６は、真空室ＶＲ内に配置されており、モータの駆動軸と回転導入軸２６との間は、磁気シール、磁気カップリング、差動排気シール、あるいはＯリング等（いずれも図示せず）により封止されて真空室ＶＲの真空が保持されている。

【0015】

門型ハウジング１７、軸受ハウジング１８、及び回転軸２０の材質は特に限定されず、一般の軟鋼、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化型ステンレス鋼等を用いることができる。

【0016】

また、コイルばね２４の材質は、一般のピアノ線、オイルテンパー線等を用いることができ、ヒータ２５で加熱して高温試験を行う場合は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ６３１等のステンレス鋼、さらに３５０℃以上での試験を行う場合は、インコネル６００やインコネルＸ-７５０等の耐熱性能の優れる合金材料を使用するのが望ましい。

【0017】

カップリング２７の材質も特に問われるものではなく、Ａ５０５２、Ａ５０５６等の一般なアルミニウム合金や、Ａ２０１７、Ａ２０２４、Ａ７０７５等のジュラルミン、ＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３等のステンレス鋼等が、単独、あるいは複合的に用いられる。

【0018】

また、真空用軸受１を昇温させて試験を行う場合は、回転軸２０が熱膨張することが考えられるので、カップリング２７は、熱膨張長さを十分に吸収可能な許容軸方向変位量を有するものが選定されるのがよい。図示しないが、軸とそれを覆うカップと、その両者をボールで機械結合した形式のボールカップリング等は許容軸方向変位量が大きいので好適である。

【0019】

なお、図では、真空用軸受１に付与される荷重負荷は、コイルばね２４による予圧荷重だけであるが、必要に応じて、図示しない軸受箱を一対の真空用軸受１間に配置し、軸受箱に負荷荷重を懸垂させてラジアル荷重を負荷することもできる。その場合、２つの真空用軸受１で負荷荷重を支持することになる。

【0020】

真空用軸受１の中心を通る鉛直線Ｖの延長線上には、真空室ＶＲの天板１１を上下方向に貫通する振動子ユニット３０が鉛直線Ｖと同軸的に配設されている。振動子ユニット３０は、略円柱状の振動子３２と、振動子ホルダ３３と、フィンブロック３４とを主に備える。

【0021】

振動子３２は、真空用軸受１の振動を振動加速度ピックアップ４８に伝達するものであり、半球状に形成された先端部３２ａが、平面度よく水平に形成された門型ハウジング１７の上面１７ａに当接している。即ち、振動子３２は、その軸中心位置で門型ハウジング１７の上面１７ａに当接している。

【0022】

振動子ホルダ３３は、振動子３２が嵌合し、先端面が真空室ＶＲに臨む円筒部３３ａ、及び該円筒部３３ａと同軸で、該円筒部３３ａよりも大径に形成されて真空室ＶＲの外側（外部）に配置される円盤部３３ｂを有する。円筒部３３ａの一端部を塞ぐ円盤部３３ｂの部分に設けられたボルトにより、振動子３２と振動子ホルダ３３とは、一体に締結されている。

【0023】

振動子ユニット３０が貫通する天板１１の貫通部には、振動子ハウジング３５が装着されている。振動子ハウジング３５は、ハウジング円筒部３５ａと、ハウジング円筒部３５ａの軸方向一端部に設けられたつば部３５ｂを有する。

【0024】

ハウジング円筒部３５ａは、天板１１の貫通孔１１ａに真空室ＶＲ側から挿入され、つば部３５ｂが天板１１の下面１１ｂに当接した状態で、天板１１の上面１１ｃ側（真空室ＶＲの外側）に配置された略リング板状の背板３７と、ボルト３８により一体に締結されている。即ち、天板１１は、ハウジング円筒部３５ａのつば部３５ｂと背板３７により上下方向から挟持されている。

【0025】

背板３７には、挿入される振動子ホルダ３３と干渉しないように、振動子ホルダ３３の円筒部３３ａの外径より大きな内径の貫通孔が形成されている。また、ハウジング円筒部３５ａが天板１１の貫通孔１１ａに挿入され、つば部３５ｂが天板１１の下面１１ｂに当接した状態で、ハウジング円筒部３５ａは、その上端面が天板１１の上面１１ｃから突出しないように設計されている。

【0026】

なお、天板１１がガラス製である場合には、背板３７と天板１１との間にニトリルゴムやシリコンゴム等の弾性部材からなる扁平リング５０を挿入して、ガラスの破損防止するのがよい。

【0027】

つば部３５ｂと天板１１の下面１１ｂとの間は、つば部３５ｂの上面に形成されたＯリング溝３５ｃに装着されたＯリング３９により封止されている。ハウジング円筒部３５ａの上端面と背板３７とを締結することで、Ｏリング３９が圧縮されることにより、天板１１の貫通孔１１ａと振動子ハウジング３５間における所定の気密封止性能を発現している。なお、Ｏリング３９の配置位置は、上記した位置に限定されず、天板１１の貫通孔１１ａと振動子ハウジング３５との間を気密に封止可能であれば、任意の位置に配置することができる。

【0028】

振動子ハウジング３５のハウジング円筒部３５ａに形成された嵌合孔３５ｄには、図中、上方（真空室ＶＲの外側）から挿入された振動子ホルダ３３の円筒部３３ａが、軸方向（上下方向）に摺動自在にすきま精度よく嵌合する。ハウジング円筒部３５ａの嵌合孔３５ｄと振動子ホルダ３３の円筒部３３ａとの間は、嵌合孔３５ｄの内周面のＯリング溝３５ｅに装着されたＯリング（封止部材）４０により封止されている。即ち、振動子ユニット３０の先端部は、真空室ＶＲ内に配置され、振動子ユニット３０の円盤部３３ｂ側は、真空室ＶＲ外の常圧中に配置されている。なお、Ｏリング溝３５ｅは、上記とは逆に、振動子ホルダ３３の外周面に設けられてもよい。

【0029】

弾性力により振動子ホルダ３３とハウジング円筒部３５ａとの間を封止するＯリング４０は、振動子ホルダ３３の振動方向（鉛直軸方向）とＯリング４０の摺動可能方向とが同一方向であるので、Ｏリング４０による振動加速度の減衰が最小限に抑えられる。

【0030】

振動子ホルダ３３の円盤部３３ｂ上面には、略円柱形状のフィンブロック３４がねじ４１により締結されている。円盤部３３ｂの上面と、フィンブロック３４の下面との間は、円盤部３３ｂに設けられたＯリング溝４２に装着されたＯリング４３により封止されている。このＯリング４３により、振動子ホルダ３３の円筒部３３ａの内周面と振動子３２の外周面との間は、気密に封止される。

【0031】

フィンブロック３４は、多数のスリットが外径から中心に向かって彫りこまれており、放熱のためのヒートシンクとして作用する。なお、円盤部３３ｂの上面は、振動子ホルダ３３の自身の軸に直角度良く、且つ、平面度良く成形されている。また、フィンブロック３４の上下面は、平行度良く成形されているので、フィンブロック端面の法線は、真空用軸受１の中心を通る鉛直線Ｖに対して平行となる。したがって、フィンブロック３４は、振動子ホルダ３３の円盤部３３ｂの上面に同軸的に締結されている。

【0032】

振動子３２の材質は、一般の軟鋼の他、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２・ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化型ステンレス鋼等が使用可能であり、ＳＫ材、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材等の工具鋼を用いれば耐摩耗性能が向上する。また、窒化ケイ素やアルミナ、ジルコニア等のエンジニアセラミックス、フッ素金雲母系、フッ素金雲母ジルコニア系等の熱伝導率が、４０ｗ／ｍ・Ｋ程度以下のマシナブルセラミックス等を用いて断熱性能を向上させれば、より高温での試験に対応可能となる。

【0033】

また、振動子ホルダ３３、及び振動子ハウジング３５の材質は、一般の軟鋼の他、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２・ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化型ステンレス鋼等が用いられる。

【0034】

天板１１の材質は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼の他、Ａ５０５２、Ａ５０５６等の一般アルミニウム合金、Ａ２０１７、Ａ２０２４、Ａ７０７５等のジュラルミン等が用いられるが、ガラスを使用して真空室ＶＲの内部を覗くことができるようにしてもよい。ガラスの材質は、一般のソーダガラスの他、強化ガラス、石英ガラス等が使用可能であり、酸化ホウ素添加の耐熱ガラス等を使用すれば、高温での軸受試験に好適である。

【0035】

フィンブロック３４の材質は、一般の軟鋼の他、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２・ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化型ステンレス鋼の他、Ａ５０５２、Ａ５０５６等の一般アルミニウム合金、Ａ２０１７、Ａ２０２４、Ａ７０７５等のジュラルミン等が用いられる。アルミニウム合金を使用した場合は、熱伝導率が大きいので、ヒートシンクとしての放熱性能が向上する。

【0036】

フィンブロック３４の上面には、磁石板４４がねじ４５によりフィンブロック３４と同軸に締結されている。磁石板４４には、不図示の磁石が埋設された磁石ホルダ４６が、磁石の磁力により吸着保持されている。磁石ホルダ４６の上面側に形成された雌ネジ（図示せず）には、ピックアップアダプタ４７の下方に突設された不図示のねじ軸が螺合して固定される。また、ピックアップアダプタ４７の上方に突設された不図示のねじ軸には、振動加速度ピックアップ４８の雌ネジ（図示せず）が螺合して固定されている。即ち、ピックアップアダプタ４７は、上方、及び下方に突設された２本のねじ軸を有している。さらに、磁石ホルダ４６、ピックアップアダプタ４７、及び振動加速度ピックアップ４８は、それぞれの中心が同軸上とされて、ユニット化される。

【0037】

フィンブロック３４、磁石板４４、磁石ホルダ４６、及びピックアップアダプタ４７の上下面は、平行度及び平面度よく成形されている。したがって、磁石ホルダ４６が磁石板４４に同軸となるように吸着保持されることで、磁石板４４、磁石ホルダ４６、ピックアップアダプタ４７、及び振動加速度ピックアップ４８の中心は、真空用軸受１の中心を通る鉛直線Ｖの延長線上に位置する。

【0038】

磁石板４４の材質は、一般の軟鋼の他、ＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化型ステンレス鋼等の強磁性体である。

【0039】

磁石ホルダ４６に埋設される磁石は、ピックアップアダプタ４７や、振動加速度ピックアップ４８等を締結した後、振動加速度ピックアップ４８が鉛直方向真下に向くように配置しても脱落しないように、充分な磁力を有する。磁石ホルダ４６の材質は、特に限定されず、一般の軟鋼の他、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２・ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３０等の析出硬化型ステンレス鋼の他、Ａ５０５２、Ａ５０５６等の一般アルミニウム合金、Ａ２０１７、Ａ２０２４、Ａ７０７５等のジュラルミン等を用いることができる。

【0040】

次に、実施形態の真空用軸受の振動測定装置１０により真空用軸受１の振動を測定する手順について説明する。

【0041】

先ず、真空室ＶＲ内の回転軸２０に２つの真空用軸受１をセットし、所定の手順で試験装置を組み立て、門型ハウジング１７によって回転軸２０が水平となるように配置する。回転軸２０は回転導入軸２６にカップリング２７によって接続される。また、真空槽の底板１６に設けられた排気ポート１６ａを真空気密的に図示しない真空ポンプと接続する。

【0042】

さらに、振動子３２を振動子ホルダ３３に装填・締結し、振動子ホルダ３３にフィンブロック３４を締結、さらにフィンブロック３４に磁石板４４を締結することで、振動子ユニット３０を形成する。振動子ユニット３０は、上述したように、振動子３２と振動子ホルダ３３との間は真空封止がなされている。

【0043】

そして、２つの振動子ユニット３０を振動子ハウジング３５の嵌合孔３５ｄに常圧空間側（上方）から挿入して振動子３２の先端部３２ａを門型ハウジング１７の上面１７ａに当接させるまで直進させる。振動子ハウジング３５に配置されているＯリング４０によって、振動子ユニット３０と振動子ハウジング３５との間が真空封止され、真空室ＶＲ内の真空封止が完了する。

【0044】

また、磁石ホルダ４６を磁石板４４に対してほぼ同軸的に吸着させると、振動子３２と振動加速度ピックアップ４８とは、ほぼ同軸に配置される。さらに、振動子ハウジング３５の嵌合孔３５ｄは、真空用軸受１の中心を通る鉛直線Ｖ上にあるので、振動加速度ピックアップ４８は、該鉛直線Ｖ上に配置される。

【0045】

そして、真空ポンプを作動させて真空室ＶＲの排気ポート１６ａから内部の空気を排気して真空室ＶＲ内を所定の圧力の真空環境とした後、モータ（図示せず）によって回転導入軸２６を介して回転軸２０を回転させ、回転軸２０に装着された真空用軸受１の真空環境における回転試験を行う。

【0046】

真空環境に配設された真空用軸受１の回転試験の期間中、振動子ユニット３０は、振動子ホルダ３３の円筒部３３ａに装着されたＯリング４０で真空封止されているので、振動子ホルダ３３の断面積に応じた吸引力によって真空室ＶＲ内に引き込まれている。即ち、振動子３２の先端部３２ａは、真空用軸受１の全試験期間にわたって、該吸引力による一定の安定した荷重で門型ハウジング１７の上面１７ａに当接している。これにより、安定した振動測定が可能となる。

【0047】

また、振動加速度ピックアップ４８は、ピックアップアダプタ４７を介して磁石ホルダ４６と同軸的に締結されてユニット化されている。そして、磁石ホルダ４６を磁石板４４に同軸的に吸着させることで、振動加速度ピックアップ４８は、振動子３２の軸中心と同軸となり、真空用軸受１の中心を通る鉛直線Ｖ上に配置される。これにより、真空用軸受１の鉛直方向の振動加速度は、最小のタイムラグで、もれなく振動加速度ピックアップ４８に伝播されて測定される。

【0048】

また、高温での真空用軸受１の試験は、軸受ハウジング１８のつば部１８ａに配設されたヒータ２５に通電し、軸受ハウジング１８を介して真空用軸受１を加熱することで可能となる。真空用軸受１の温度は、図示しない熱電対等の温度センサを真空用軸受１（例えば、外輪２）に接触配置し、真空用軸受１の温度を測定しながらヒータ２５への通電を制御することにより、任意の温度に設定することができる。このように、振動測定装置１０は、高温環境下での試験に用いられるため、Ｏリング３９,４０,４３は、高温用Ｏリングを使用することが望ましい。

【0049】

一般に振動加速度ピックアップ４８のセンサ本体は、圧電素子を積層して構成されており、規定の温度範囲でしか正しい出力が得られない。即ち、高温での真空用軸受１の試験では、真空用軸受１（軸受ハウジング１８）の熱が振動加速度ピックアップ４８の測定値に影響を及ぼす虞がある。このため、振動子３２をセラミックス等の熱伝導率４０ｗ／ｍ・Ｋ程度以下の材料で形成して断熱機能を持たせることで、軸受ハウジング１８から振動加速度ピックアップ４８に伝導される熱を制限するのがよい。さらに、フィンブロック３４の放熱機能により放熱すれば、振動加速度ピックアップ４８への熱の影響を最小限に抑制することができる。フィンブロック３４には、図示しないファンや冷却機によって空気流を供給して放熱効率を向上させることが好ましい。

【0050】

従って、上記構成の真空用軸受の振動測定装置１０によれば、真空用軸受１が真空環境中で高温に保持されている場合でも、振動子３２の断熱機能、及びフィンブロック３４の放熱機能により、振動加速度ピックアップ４８への熱の影響を最小限に抑制して、常温、常圧中に配置した振動加速度ピックアップ４８により、真空、高温での真空用軸受１の振動を継続的に精度よく測定することができる。
さらに、振動子３２の振動方向（鉛直軸方向）と、Ｏリング４０の摺動可能方向とが同一方向であるので、Ｏリング４０による振動加速度の減衰が最小限に抑えられ、精度の良い測定が可能となる。加えて、振動子ホルダ３３の断面積に応じた吸引力によって振動子３２が真空室ＶＲ内に引き込まれ、常に同一の荷重値で振動子３２が門型ハウジング１７の上面１７ａに押し付けられているので、門型ハウジング１７と振動子３２とが離れることなく、常時安定した振動の伝達が確保されて、精度のよい測定が可能となる。

【0051】

以上説明したように、本実施形態の真空用軸受の振動測定装置１０によれば、真空室ＶＲ内に設けられた真空用軸受１の振動方向に変位可能な振動子３２を備え、真空室ＶＲの天板１１を貫通する振動子ユニット３０と、天板１１と振動子ユニット３０との間に設けられて真空室ＶＲ内を封止するＯリング３９,４０,４３と、真空室ＶＲ外に配設されて、振動子３２の振動を検出する振動加速度ピックアップ４８と、を備えるので、真空環境中で作動する真空用軸受１の振動を、常圧中に配置した振動加速度ピックアップ４８により精度よく測定することができる。
特に、圧電素子を積層して構成される振動加速度ピックアップ４８は、常圧・常温環境下に配置されるので、正しい出力を得ることができる。また、圧電素子の積層を媒介する接着剤の性状が変化することなく、接着剤はバインダー機能を維持することができ、振動加速度ピックアップ４８の振動センシング特性が変化するおそれがない。

【0052】

また、振動子ユニット３０は、円柱状の振動子３２に嵌合する円筒部３３ａと、該円筒部３３ａと同軸で、該円筒部３３ａよりも大径に形成されて、真空室ＶＲ外に配置される円盤部３３ｂと、を有し、振動子３２と締結されることで振動子３２と共に真空用軸受１の振動方向に変位可能な振動子ホルダ３３を備える。円筒部３３ａの先端面は真空室ＶＲに臨むので、振動子３２は、振動子ホルダ３３の断面積に応じた吸引力による一定の安定した荷重で門型ハウジング１７の上面１７ａに当接し、安定して振動測定することができる。

【0053】

また、振動子３２の軸中心と振動加速度ピックアップ４８とは、真空用軸受１の中心を通る直線、即ち、鉛直線Ｖ上に同軸に配置されるので、真空用軸受１の振動値を、もれなく振動加速度ピックアップで捕捉することができる。

【0054】

また、振動子３２は、断熱性能を有する部材で形成されるので、真空用軸受１から振動加速度ピックアップ４８に伝達される熱を遮断することができ、真空用軸受１が高温環境下にある場合でも振動加速度ピックアップ４８に対する熱の影響を排除して精度よく測定することができる。

【0055】

また、振動子ユニット３０は、真空室ＶＲ外に配設され、真空用軸受１からの熱を放熱するフィンブロック３４をさらに備えるので、真空用軸受１から伝達される熱を放熱することができ、真空用軸受１が高温環境下にある場合でも振動加速度ピックアップ４８に対する熱の影響を排除して精度よく測定することができる。

【0056】

また、封止部材は、弾性力により振動子３２を真空用軸受１の振動方向に変位可能に支持するＯリング４０であるので、Ｏリング４０による振動の減衰を最小限に抑制することができ、真空用軸受１の振動を精度よく測定することができる。

【0057】

また、天板１１の貫通孔１１ａと振動子ユニット３０との間には、振動子ハウジング３５が設けられ、Ｏリング４０は、振動子ハウジング３５の内周面に形成されたＯリング溝３５ｅに配置されるので、Ｏリング４０によって、天板１１と振動子ユニット３０との間を気密封止することができる。

【0058】

また、振動加速度ピックアップ４８は、振動子ユニット３０の真空室ＶＲ外の一端に磁力によって固定されるので、振動加速度ピックアップ４８を簡単に着脱することができる。

【実施例】

【0059】

本発明の効果を確認するため、本発明に係る図1に示す真空用軸受の振動測定装置１０を用いて、真空環境下にある真空用軸受１の振動値を測定しながら軸受寿命となるまでの耐久試験を行った。

【0060】

試験条件：
試験軸受：軸受形式： 深溝玉軸受（呼び番号：６２００）、プレス保持器
材質： ＳＵＳ４４０Ｃ製
内径： １０ｍｍ
潤滑被膜： 真空用オイル塗布
被膜部位： 転動面
個数： ２個
軸姿勢： 水平
回転速度： １００００ｍｉｎ^−１
環境： １Ｐａ程度の真空環境
軸受温度： ３００℃

【0061】

試験結果を図３及び図４に示す。図３及び図４に示すように、２つの真空用軸受１は、略８００万回転を越えたとき、振動値が著しく上昇した。さらに、試験を続けると、略１１０５万回転に達したとき、振動加速度ピックアップ４８が異常振動を検出したので、軸受寿命と判断して試験を終了した。試験終了後の確認作業において、いずれの真空用軸受１も、大きな手回しゴリ感が認められ、潤滑寿命に到達していると判断される。
以上の試験結果から、本発明に係る真空用軸受の振動測定装置１０により真空環境中、且つ高温条件での真空用軸受１の振動測定が可能であることが確認された。

【0062】

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

【符号の説明】

【0063】

１ 真空用軸受
１０ 真空用軸受の振動測定装置
１１ 天板（隔壁）
１６ 底板（隔壁）
２５ ヒータ
３０ 振動子ユニット
３２ 振動子
３３ 振動子ホルダ
３３ａ 円筒部
３３ｂ 円盤部
３４ フィンブロック（放熱部）
４０ Ｏリング（封止部材）
４８ 振動加速度ピックアップ（加速度センサ）
Ｖ 鉛直線（真空用軸受の振動方向）
ＶＲ 真空室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】