(57)【要約】【課題】流体機械の運転時に、回転体の位置変動が生じる場合を考慮して回転体の温度測定が可能な流体機械を提供する。【解決手段】ロータ３０は、第１の磁場を生成可能な第１の測定領域３２と、第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成可能な第２の測定領域３４とを有する。センサ３６が出力する第１の測定信号および第２の測定信号は、第１の測定領域及び第２の測定領域の温度に依存して変化可能である。第１の測定信号および第２の測定信号は、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４とセンサ３６との距離に依存して変化可能である。処理部３８は、第１の測定信号および第２の測定信号の両方に基づいて、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４の温度、および、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４とセンサとの距離を検知する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料を有して第１の磁場を生成可能な第１の測定領域と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を有して前記第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成可能な第２の測定領域とを有する回転体と、
前記第１の測定領域および前記第２の測定領域と対向可能な位置に配置され、前記第１の磁場および前記第２の磁場を生成可能であり、かつ検知可能な渦電流センサを有する本体と、
前記第１の磁場および前記第２の磁場を前記センサが検知して出力した第１の測定信号および第２の測定信号を処理する処理部とを有し、
前記第１の磁場および前記第２の磁場が、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度に依存して変化可能であることにより、前記第１の測定信号および第２の測定信号は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度に依存して変化可能であり、
前記第１の測定信号および第２の測定信号は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離に依存して変化可能であり、
前記処理部は、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の両方に基づいて、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度、および、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離を検知することを特徴とする流体機械。
【請求項２】
前記第１の測定領域の線膨張率と、前記第２の測定領域の線膨張率は実質的に同じ大きさであることを特徴とする請求項１記載の流体機械。
【請求項３】
前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域が温度変化した後の前記第１の磁場と前記第２の磁場の強度の差は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域が前記温度変化をする前の前記第１の磁場と前記第２の磁場の強度の差より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の流体機械。
【請求項４】
前記第１の測定領域および前記第２の測定領域に隣接する領域は、前記センサに対向可能であり、前記センサに対向する前記第１の測定領域および前記第２の測定領域の面と、前記センサに対向する前記隣接する領域の面との間に段差が無いことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の流体機械。
【請求項５】
前記処理部は、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の各々から、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の各々に対応する、インピーダンス信号及びレジスタンス信号のうちのいずれかの信号を生成し、前記生成された信号から、前記少なくとも１つの領域の温度、および、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離を検知することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の流体機械。
【請求項６】
前記センサは、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と対向しないときに、第３の測定信号を出力し、前記処理部は、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号を前記第３の測定信号により補正することを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の流体機械。
【請求項７】
磁場を生成可能な領域を有する回転体と、
前記領域と対向可能な位置に配置されたセンサを有する本体と、
前記領域が生成可能な磁場を前記センサが検知して出力した測定信号を処理する処理部とを有し、
前記測定信号は、前記領域の温度に依存して変化可能であり、
前記処理部は、前記測定信号に基づいて、前記領域の温度に依存して変化するインピーダンス信号及びレジスタンス信号のうちの少なくとも１つの信号を生成し、前記少なくと
も１つの信号から、前記領域の温度を検知することを特徴とする流体機械。
【請求項８】
第１の材料を有して第１の磁場を生成可能な第１の測定領域と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を有して前記第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成可能な第２の測定領域とを有し、前記第１の材料及び前記第２の材料は、磁性体である、回転体と、
前記第１の測定領域および前記第２の測定領域と対向可能な位置に配置され、前記第１の磁場および前記第２の磁場を検知可能なセンサを有する本体と、
前記第１の磁場および前記第２の磁場を前記センサが検知して出力した第１の測定信号および第２の測定信号を処理する処理部とを有し、
前記第１の磁場および前記第２の磁場が、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度に依存して変化可能であることにより、前記第１の測定信号および第２の測定信号は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度に依存して変化可能であり、
前記第１の測定信号および第２の測定信号は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離に依存して変化可能であり、
前記処理部は、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の両方に基づいて、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度、および、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離を検知することを特徴とする流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機械に関するものであり、特に流体機械の運転時に、非接触で回転体の温度または位置を測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体と機械との間でエネルギー変換を行う装置である流体機械においては、回転体の温度は、流体機械の信頼性や、流体に対する耐久性向上のために重要な情報である。回転体が、回転体の材料の許容温度を超えて高温になると、回転体の強度が低下する。回転体の強度が低下すると、回転体に作用する遠心力により回転体が破壊することがある。また、回転体の温度により、流体に対する耐久性（例えば、耐腐食性）が異なる。回転体の温度により、流体から機械に析出する生成物の析出速度に違いがあり、回転体の温度に応じて、流体機械の交換時期を変更する必要があることもある。回転体の温度が一定温度以上であれば、析出する生成物の量を減らすことができ、流体機械の寿命が延びることがある。一方、流体の種類によっては、回転体の温度が低いほうが好ましいこともある。このために、回転体の温度を測定して、温度を表示したり、回転体の回転を制御することが好ましい。
【０００３】
回転体の温度の変化に伴いインダクタンスが変化することを利用した磁気センサによる温度測定が従来より、公知である。しかし、磁気センサについては、磁気センサの測定値が回転体の温度のみならず、回転体と磁気センサとの間の距離によっても変動する。距離の変動を考慮しない場合、磁気センサの計測信号には回転体の位置変動によって、距離が変化して測定誤差が生じる。特開２０１５−１２９５２１号では、回転体の位置が変動すると、測定回路の回路特性を調整する。
【０００４】
しかし、特開２０１５−１２９５２１号では、流体機械の製造段階で、測定回路の回路特性を調整している。流体機械の運転時に、回転体の位置変動が生じる場合については考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１２９５２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一形態は、このような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、流体機械の運転時に、回転体の位置変動が生じる場合を考慮して回転体の温度測定が可能な流体機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の形態では、第１の材料を有して第１の磁場を生成可能な第１の測定領域と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を有して前記第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成可能な第２の測定領域とを有する回転体と、前記第１の測定領域および前記第２の測定領域と対向可能な位置に配置され、前記第１の磁場および前記第２の磁場を生成可能であり、かつ検知可能な渦電流センサを有する本体と、前記第１の磁場および前記第２の磁場を前記センサが検知して出力した第１の測定信号および第２の測定信号を処理する処理部とを有し、前記第１の磁場および前記第２の磁場が、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度に依存して変化可能であることにより、前記第１
の測定信号および第２の測定信号は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度に依存して変化可能であり、前記第１の測定信号および第２の測定信号は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離に依存して変化可能であり、前記処理部は、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の両方に基づいて、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度、および、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離を検知する流体機械という構成を採っている。
【０００８】
本実施形態では、処理部は、第１の測定信号および第２の測定信号の両方に基づいて、第１の測定領域及び第２の測定領域の温度、および、第１の測定領域及び第２の測定領域とセンサとの距離を検知する。処理部は、第１の測定信号および第２の測定信号という２つの測定信号を用いているため、温度と、温度が変化した時の距離という２つの量を検知することができる。処理部は、２つの未知数（温度と距離）を求めるために、２つの未知数に関する２つの測定信号（第１の測定信号および第２の測定信号）を利用している。別の表現をすると、処理部は、２つの未知数（温度と距離）を求めるために、２つの未知数に関する２つの方程式（第１の測定信号および第２の測定信号）を利用している。処理部は、流体機械の運転時に、回転体の温度変化等に応じて、回転体の位置変動が生じる場合について、回転体の温度を検知することができる。
【０００９】
なお、第１の測定領域及び第２の測定領域とセンサとの距離は、回転体の形状によっては、回転体が１回転する間に変化することがある。そのような場合における測定対象とする距離は、種々の選択が可能である。例えば、回転体の回転位置を検出して、所定の回転位置における距離を求めることができる。または、回転体が１回転する間において、第１の測定信号および第２の測定信号が最大値又は最小値になる位置が特定の位置である場合、最大値又は最小値のみを利用することにより、最大値又は最小値になる位置での第１の測定領域及び第２の測定領域とセンサとの距離を検知することができる。第１の測定信号および第２の測定信号の大きさは、第１の測定領域及び第２の測定領域の材料や、第１の測定領域及び第２の測定領域とセンサとの距離等に依存する。
【００１０】
第２の形態では、前記第１の測定領域の線膨張率と、前記第２の測定領域の線膨張率は実質的に同じ大きさであるという構成を採っている。線膨張が実質的に同じであることにより、異なる材質である第１の測定領域と第２の測定領域の表面が、センサから見たときに、同一の距離、すなわち、同一平面上にある。従って、線膨張係数に若干の違いがあっても、第１の測定領域にある測定対象であるターゲット部材と第２の測定領域にある測定対象であるターゲット部材の厚さが薄ければ、膨張する長さは短くなるため、実質的に問題はない。
【００１１】
第１の測定領域と第２の測定領域の表面間の線膨張による段差がどこまで許容できるか、すなわち、第１の測定領域の線膨張率と第２の測定領域の線膨張率は実質的に同じ大きさであると判断する基準は、以下のとおりである。例えば、ドライ真空ポンプのある種のタイプでは、段差は、第１の測定領域及び第２の測定領域とセンサとの距離（すなわち、クリアランス）の測定精度である0.01mm未満であることが望ましい。流体機械一般において、線膨張による段差は、管理している隙間の測定精度以下であることが望ましい。
【００１２】
第３の形態では、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域が温度変化した後の前記第１の磁場と前記第２の磁場の強度の差は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域が前記温度変化をする前の前記第１の磁場と前記第２の磁場の強度の差より大きいという構成を採っている。
【００１３】
第４の形態では、前記第１の測定領域および前記第２の測定領域に隣接する領域は、前記センサに対向可能であり、前記センサに対向する前記第１の測定領域および前記第２の
測定領域の面と、前記センサに対向する前記隣接する領域の面との間に段差が無いという構成を採っている。
【００１４】
第５の形態では、前記処理部は、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の各々から、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の各々に対応する、インピーダンス信号及びレジスタンス信号のうちのいずれかの信号を生成し、前記生成された信号から、前記少なくとも１つの領域の温度、および、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域のうちの少なくとも１つの領域と前記センサとの距離を検知するという構成を採っている。
【００１５】
第６の形態では、前記センサは、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と対向しないときに、第３の測定信号を出力し、前記処理部は、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号を前記第３の測定信号により補正するという構成を採っている。
【００１６】
第７の形態では、磁場を生成可能な領域を有する回転体と、前記領域と対向可能な位置に配置されたセンサを有する本体と、前記領域が生成可能な磁場を前記センサが検知して出力した測定信号を処理する処理部とを有し、前記測定信号は、前記領域の温度に依存して変化可能であり、前記処理部は、前記測定信号に基づいて、前記領域の温度に依存して変化するインピーダンス信号及びレジスタンス信号のうちの少なくとも１つの信号を生成し、前記少なくとも１つの信号から、前記領域の温度を検知することを特徴とする流体機械という構成を採っている。
【００１７】
第８の形態では、第１の材料を有して第１の磁場を生成可能な第１の測定領域と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を有して前記第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成可能な第２の測定領域とを有し、前記第１の材料及び前記第２の材料は、磁性体である、回転体と、前記第１の測定領域および前記第２の測定領域と対向可能な位置に配置され、前記第１の磁場および前記第２の磁場を検知可能なセンサを有する本体と、前記第１の磁場および前記第２の磁場を前記センサが検知して出力した第１の測定信号および第２の測定信号を処理する処理部とを有し、前記第１の磁場および前記第２の磁場が、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度に依存して変化可能であることにより、前記第１の測定信号および第２の測定信号は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度に依存して変化可能であり、前記第１の測定信号および第２の測定信号は、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離に依存して変化可能であり、前記処理部は、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の両方に基づいて、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域の温度、および、前記第１の測定領域及び前記第２の測定領域と前記センサとの距離を検知することを特徴とする流体機械という構成を採っている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の真空ポンプ２０の全体図である。
【図２】図２は、２つあるロータ２４のうちの１つのロータ２４のみを示す。
【図３】図３は、温度とセンサの出力の関係を、複数の異なるギャップg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxについて表示したものである。
【図４】図４は、温度とセンサの出力の関係を、複数の異なるギャップg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxについて表示したものである。
【図５】図５は、図３と同じグラフに、インピーダンスの絶対値Va1を水平線４６として表示したものである。
【図６】図６は、図４と同じグラフに、インピーダンスの絶対値Vb1を水平線５０として表示したものである。
【図７】図７は、温度４８１，４８２，４８３，４８４と、これらの温度に対応するギャップg1, g2, g3, g4を示す図である。
【図８】図８は、温度５２１，５２２，５２３，５２４と、これらの温度に対応するギャップg1, g2, g3, g4を示す図である。
【図９】図９は、曲線５４と曲線５６を、横軸を温度、縦軸をギャップとして１つの図に表示した図である。
【図１０】図１０は、センサ３６の等価回路を説明する図である。
【図１１】図１１は、インピダンスZinの抵抗成分と温度との関係を示す。
【図１２】図１２は、インピダンスZinのインダクタンス成分と温度との関係を示す。
【図１３】図１３は、熱電対で直接計測したロータ３０の材料の温度曲線７６と、非接触で計測したセンサ３６の信号の近似式から推定した温度曲線とを示す図である。
【図１４】図１４は、ロータ２４の位置変動による測定誤差を回避する方法を説明する図である。
【図１５】図１５は、ロータ２４の位置変動による測定誤差を回避する方法を説明する図である。
【図１６】図１６は、センサ３６の構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。本発明の一実施形態の流体機械は、ドライポンプである。ドライポンプは、油や液体を真空室内に使用しない真空ポンプである。 半導体製造業などの分野では、製品の歩留まり改善、メンテナンス性の改善のため、ドライポンプが使用されている。本発明の一実施形態の流体機械は、ドライポンプの中の代表的なポンプであるルーツ型の真空ポンプである。なお、本発明は、ロータの端面に平らな面があり、端面に、ロータの材料とは異なる別材料を付加できれば、その他の形式のロータにも適用可能である。
【００２０】
ルーツ型の真空ポンプ２０を図１，２に示す。図１は、真空ポンプ２０のケーシング２２の一部を除去して真空ポンプ２０の内部が見えるようにした真空ポンプ２０の全体図である。ルーツ型の真空ポンプ２０では、ケーシング２２と呼ばれる箱の中に、ロータ２４(回転体)が２つ入っている。図２は、２つあるロータ２４のうちの１つのロータ２４のみを示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）のロータ２４を矢印Ａの方向に見た図である。２つのロータ２４は、互いに反対方向に同じ周期で回転している。ロータ２４同士、またロータ２４とケーシング２２は接触することがなく、わずかな隙間を保ちながら回転して気体を圧縮しながら移送する。ロータ２４は多段構造であり、図２の場合、真空ポンプ２０の回転軸２６の方向に６段構造である。各段は、三つ葉の形状をしている。大気圧より低い低圧の流体を、１段目であるロータ２８の位置にある吸引口（図示しない）から吸引する。６段階で大気圧まで圧縮し、６段目であるロータ３０の位置にある排出口（図示しない）から大気中に排気することができる。なお、本図のルーツ型の真空ポンプ２０は、三つ葉の形状をしているが、ルーツ型の真空ポンプには、２葉のポンプや、３葉以上のポンプもある。本発明は、葉の数に制限されるものではなく、２葉のポンプや、３葉以上のポンプにも本発明を適用することができる。
【００２１】
本実施形態では、ロータ３０は、第１の磁場を生成可能な第１の測定領域３２と、第１の磁場とは異なる第２の磁場を生成可能な第２の測定領域３４とを有する。第２の測定領域３４は、ロータ３０（すなわち、ロータ２４全体）と同一の材料である。第１の測定領域３２は、温度測定のために設けられた、ロータ３０の材料とは異なる材料からなる領域である。第１の測定領域３２は、ロータ３０の３葉のうちの１つに設けられ、ディスク形状である。第１の測定領域３２は、ロータ３０の３葉のうちの、第２の測定領域３４が設けられた葉とは異なる葉に設けられる。
【００２２】
第２の測定領域３４は、ロータ３０の一部であり、ロータ３０の他の部分と識別可能な特別な形状を有するものではない。第２の測定領域３４として示す円は、ロータ３０が回転中に、当該円の中心とセンサ３６の検知領域の中心とが一致した時の、センサ３６の検知領域の外径を示す。すなわち、当該円は、センサ３６の検知領域の大きさを示す。第１の測定領域３２と第２の測定領域３４の識別は、例えば、ロータ３０の回転位置を検知する回転位置検知手段を利用することができる。または、センサ３６の出力は、第１の測定領域３２と第２の測定領域３４において、異なるピーク値を示す。異なるピーク値を検知することにより、第１の測定領域３２と第２の測定領域３４を識別できる。
【００２３】
本体の一部であるケーシング２２は、センサ３６を有する。センサ３６は、第１の測定領域３２および第２の測定領域３４と対向可能な位置に配置される。センサ３６は、第１の磁場および第２の磁場を検知可能である。真空ポンプ２０は、処理部３８を有し、処理部３８は、第１の磁場および第２の磁場をセンサ３６が検知して出力した第１の測定信号および第２の測定信号を処理する。なお、本体は、ケーシング２２と、吸気側サイドカバー１２８と、排気側サイドカバー１３０とを含む。吸気側サイドカバー１２８と排気側サイドカバー１３０は、ケーシング２２とは別箇独立の部品であり、ケーシング２２に、ねじ留めされている。
【００２４】
第１の磁場および第２の磁場が、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４の温度に依存して変化可能であることにより、第１の測定信号および第２の測定信号は、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４の温度に依存して変化可能である。第１の磁場および第２の磁場が、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４の温度に依存して変化可能である理由は、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４は、金属であり、温度に応じて金属の抵抗および透磁率が変わるからである。第１の測定領域及び第２の測定領域の抵抗又は透磁率の変化に伴って、第１の磁場および第２の磁場が変化する。センサ３６により、第１の磁場および第２の磁場の変化を検知する。
【００２５】
第１の測定信号および第２の測定信号は、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４とセンサ３６との距離に依存して変化可能である。処理部３８は、第１の測定信号および第２の測定信号の両方に基づいて、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４の温度、および、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４とセンサ３６との距離を検知する。本実施形態では、第１の測定領域３２の温度は、第２の測定領域３４の温度とほぼ等しいと考えられる。
【００２６】
本実施形態では、第１の測定領域３２は第１の材料を有し、第２の測定領域３４は、第１の材料とは異なる第２の材料を有する。第１の測定領域３２は、ディスク形状である。第１の測定領域３２は、ディスクを埋め込む、焼嵌めする、接着または溶接することにより、ロータ３０内に形成される。第１の測定領域３２の、センサ３６から見た表面形状は、円形に限られず、他の形状、例えば、４角形等の多角形、楕円形等が可能である。第１の測定領域３２は、コーティングや溶射によって形成してもよい。全体の形状としては、シリンダ形、円錐、角柱、円錐台、角錐台等でもよい。
【００２７】
第１の材料は、例えば、ステンレス（SUS）、チタン、ニッケル等である。第２の材料は、ロータ２４の材料であり、例えば、ニレジスト鋳鉄、ダクタイル鋳鉄（FCD）等である。図２において、第１の測定領域３２がセンサ３６と対向した時の第１の測定領域３２とセンサ３６との距離は、第２の測定領域３４がセンサ３６と対向した時の第２の測定領域３４とセンサ３６との距離と同じである。すなわち、第１の測定領域３２の表面と、第１の測定領域３２に隣接するロータ３０の表面との間に段差は無い。
【００２８】
センサ３６は、渦電流センサであり、第１の磁場及び第２の磁場は、渦電流センサが第
１の測定領域３２および第２の測定領域３４に生成する渦電流により生成される。センサ３６が渦電流センサである場合のセンサ３６による温度測定の原理は、以下のとおりである。
（１）センサ３６の励磁コイルに交流電流源により交流電流を印加する。
（２）交流電流により、センサ３６の周囲に交流磁場が発生する。
（３）第１の測定領域３２および第２の測定領域３４がセンサ３６と対向する位置に来たときに、第１の測定領域３２および第２の測定領域３４に渦電流が生じる。
（４）渦電流によって、第１の測定領域３２および第２の測定領域３４及びその周囲に磁場が発生する。
（５）発生した磁場をセンサ３６の検出コイルで検出する。
（６）第１の測定領域３２および第２の測定領域３４及びその周囲に発生する磁場は、第１の測定領域３２および第２の測定領域３４の温度により変化する。磁場の変化をセンサ３６は検知する。
（７）処理部３８は、磁場の変化から、後述するように温度の変化を求める。
【００２９】
なお、第１の測定領域３２の線膨張率と、第２の測定領域３４の線膨張率は実質的に同じ大きさであることが好ましい。また、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４が温度変化した後の第１の磁場と第２の磁場の強度の差は、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４が温度変化をする前の第１の磁場と第２の磁場の強度の差より大きいことが好ましい。
【００３０】
本実施形態では、処理部３８は、第１の測定信号および第２の測定信号の各々から、第１の測定信号および第２の測定信号の各々に対応する、インピーダンス信号を生成する。生成された信号から、第１の測定領域３２および第２の測定領域３４の温度、および、第１の測定領域及び第２の測定領域とセンサ３６との距離を検知する。なお、処理部３８は、第１の測定信号および第２の測定信号の各々から、第１の測定信号および第２の測定信号の各々に対応する、レジスタンス信号を生成してもよい。
【００３１】
本実施形態では、センサ３６は、第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４と対向しないときに、すなわち、センサ３６が、ロータ３０の３つの葉の間の領域４０に対向するとき、第３の測定信号を出力する。処理部３８は、第１の測定信号および第２の測定信号を第３の測定信号により補正する。補正は、例えば、第３の測定信号を第１の測定信号および第２の測定信号に、加算するもしくは減算する等の処理である。このような補正を行う目的は、センサ３６自体の温度変化による第１の測定信号および第２の測定信号への影響を無くすためである。第１の測定領域３２及び第２の測定領域３４がセンサ３６の検出範囲にいないときに、第３の測定信号を得て、第１の測定信号および第２の測定信号の校正のためのデータを取得する
【００３２】
次に、処理部３８が、２の測定領域３４の温度、および、第１の測定領域及び第２の測定領域とセンサ３６との距離を検知する方法の１実施例の詳細について説明する。
【００３３】
ロータ３０を含むロータ２４の温度は、ポンプの信頼性向上等のために重要な情報であり、運転時のロータ２４の温度をリアルタイムで測定したいという要求がある。運転時のロータ２４の温度がわかれば、真空ポンプ２０の開発段階へのフィードバックが可能となり、また、真空ポンプ２０の運転条件の適正化が可能となるからである。以下では、ロータ３０を例に説明するが、ロータ３０以外のロータ２４の他の部分でも同様にして検知が行われる。ロータ３０の端面の温度を、図２に示すように、渦電流センサであるセンサ３６により測定する。センサ３６の信号は、ロータ３０の温度だけでなく、ロータ３０とセンサ３６との間の距離であるギャップｇによっても変化する。ギャップｇを以下では、クリアランスｇと呼ぶこともある。
【００３４】
ロータ３０の材料とは、抵抗値が異なる金属をロータ３０に埋め込んで、第１の測定領域３２を形成する。温度が同一、距離が同一のときに、２種類の材料（すなわち第１の測定領域３２と第２の測定領域３４）の渦電流を測定することにより、温度とギャップの両方を推定する。これは、例えば、２元１次方程式を解くことに類似する。未知数は、２個、すなわち、ロータ３０の温度(Tr)と、ギャップ(g)である。測定値は、２個、すなわち、ロータ３０（第２の測定領域３４）から得られたインピーダンンスの絶対値（Va）と、埋込み金属（第１の測定領域３２）から得られたインピーダンンスの絶対値（Vb）である。これらの４個の量の間には、以下の関係式が成立する。
Va＝Fa（Tr、g）、すなわちVaは、Trとgの関数Faである。
Vb＝Fb（Tr、g）、すなわちVbは、Tとgの関数Fbである。
Va＝Fa（Tr、g）およびVb＝Fb（Tr、g）から（Tr、g）を求める。
なお、ロータ３０の温度は、例えば、常温〜250℃の範囲であり、ケーシング２２の温度は、例えば、常温〜200℃であり、ロータ３０の温度測定の精度は±数℃〜１０℃であることが好ましい。 
【００３５】
ロータ３０の温度推定方法は以下のとおりである。第１の測定領域３２の材料に関して、その温度とセンサの出力の関係を、複数の異なるギャップg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxについて、事前に、サンプル片を用いて測定をして、図４に示すグラフを作成しておく。第２の測定領域３４の材料に関しても、その温度とセンサの出力の関係を、複数の異なるギャップg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxについて、事前に、サンプル片を用いて測定をして、図３に示すグラフを作成しておく。図３、４において、ギャップの大きさは、g1, g2, g3, g4 ・・・・・gxの順に大きくなる。すなわち、g1＜g2＜g3＜g4＜・・・・・＜gxである。
【００３６】
図３，４の横軸は温度、縦軸は、インピーダンスの絶対値である。図３における曲線４２１，４２２，４２３，４２４，４２ｘは、それぞれ、ギャップｇがg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxの大きさであるときの温度とインピーダンスの絶対値との関係を示す。図４における曲線４４１，４４２，４４３，４４４，４４ｘは、それぞれ、ギャップｇがg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxの大きさであるときの温度とインピーダンスの絶対値との関係を示す。曲線４２１，４２２，４２３，４２４，４２ｘ及び曲線４４１，４４２，４４３，４４４，４４ｘの求め方については後述する。
【００３７】
また、センサが、材料と対向していないときのセンサのいくつかの温度におけるインピーダンスの絶対値（V0）も事前に測定をしておく。このデータは、実際のポンプ２０における測定時に、センサ３６が領域４０に対向しているときのインピーダンスの絶対値を求めて、図３，４に示すデータを測定した時のセンサ３６の温度と、実際のポンプ２０における測定時のセンサ３６の温度の違いによる影響を補正するためである。
【００３８】
次に、ポンプ２０の運転時に、第２の測定領域３４に関して、センサ３６の出力からインピーダンスの絶対値Va1が、図５に示すように、得られたとする。図５は、図３と同じグラフに、インピーダンスの絶対値Va1を水平線４６として表示したものである。水平線４６と曲線４２１，４２２，４２３，４２４との交点に対応する温度４８１，４８２，４８３，４８４は、第２の測定領域３４の温度としての候補値である。
【００３９】
同様に、ポンプ２０の運転時に、第１の測定領域３２に関して、センサ３６の出力からインピーダンスの絶対値Vb1が、図６に示すように、得られたとする。図６は、図４と同じグラフに、インピーダンスの絶対値Vb1を水平線５０として表示したものである。水平線５０と曲線４４１，４４２，４４３，４４４との交点に対応する温度５２１，５２２，５２３，５２４は、第１の測定領域３２の温度としての候補値である。
【００４０】
図５における温度４８１，４８２，４８３，４８４と、これらの温度に対応するギャップg1, g2, g3, g4を、横軸を温度、縦軸をギャップとしてプロットしたものが図７である。同様に、図６における温度５２１，５２２，５２３，５２４と、これらの温度に対応するギャップg1, g2, g3, g4を、横軸を温度、縦軸をギャップとしてプロットしたものが図８である。図７，８に示すように、これらのデータはそれぞれ曲線５４、曲線５６上にある。曲線５４と曲線５６を、横軸を温度、縦軸をギャップとして１つの図に表示したものが図９である。曲線５４と曲線５６の交点における温度５８とギャップ６０が、ロータ３０の温度５８とギャップ６０である。
【００４１】
次に、図３，４に示す曲線４２１，４２２，４２３，４２４および曲線４４１，４４２，４４３，４４４の求め方の１例について説明する。センサ３６の等価回路を説明するための図を図１０に示す。図１０において、センサ３６の先端にはセンサコイル６２が巻かれている。そして、このセンサコイル６２には、抵抗６４が直列に接続されている。この回路には交流電源６６が接続されている。センサコイル１は、交流電源６６により一定周波数、一定電圧の高周波電圧が印加され、高周波磁界を作る。センサ３６に対向するロータ３０は、金属線材の多層巻コイルと考えられる。ロータ３０は、抵抗６８とインダクタンス７０を有すると考えられる。
【００４２】
ロータ３０の温度が変わると抵抗６８（R0）およびインダクタンス７０（Lo）は変わる。抵抗６８（R0）は、抵抗率（ρ）に比例する。抵抗率（ρ）は、温度（ｔ）が変わると、ρ = ρ0 (1 + αt)  と変化する。ここで、αは、抵抗温度係数である。ρ0 は0 ℃ のときの抵抗率である。抵抗６８は、R0= ρ・L/Sより、抵抗率が変化すると変わる 
【００４３】
インダクタンス７０（Lo）については、以下の関係式が成立する。 
Lo∝金属棒の半径２*コイル巻き数２*長岡係数/金属棒の厚さ 
ここで、長岡係数とは、有限長ソレノイドのインダクタンスを求めるための係数である。ロータ３０の温度変化により、ロータ３０の寸法（外形）が変わると、インダクタンス（Lo） が変わる。交流電源６６からセンサ３６を見たときのインピ−ダンスZinは、以下のとおりである。なお、センサコイル６２とインダクタンス７０の結合係数をＭとする。
【００４４】
【数１】
2018115949.tif 000003
Ｚｉｎ＝抵抗成分＋インダクタンス成分であり、それぞれの成分を、以下のように書く。Ｚｉｎ＝（Ｒｓ＋Ｒ（ｄ））＋ｊｗ（Ｌｓ−Ｌ（ｄ））
このとき、ロータ３０に依存する量であるＬ（ｄ）、Ｒ（ｄ）は、以下のようになる。
【００４５】
【数２】
2018115949.tif 000004
抵抗成分、インダクタンス成分は、温度依存性を有するため、一次側であるセンサコイル６２のインピ−ダンスZinを計測することにより、非接触で二次側の金属（ロータ３０）の温度を観測できる。
【００４６】
図３，４に示すデータは、例えば、以下のようにして取得する。第１の測定領域３２の材料および第２の測定領域３４の材料について、温度計により、それらの温度を測る。センサ３６の出力からインピ−ダンスZinを取得する。図１１は、インピ−ダンスZinの抵抗成分の測定結果であり、図１２は、インピ−ダンスZinのインダクタンス成分の測定結果であり、横軸は温度、縦軸は、それぞれ、抵抗成分とインダクタンス成分である。図１１、１２における曲線７２、７３は、サンプルに関する実測値であり、曲線７４、７５はそれぞれ、最少二乗法により曲線７２、７３を関数近似して得られたものである。関数近似としては、例えば、３次曲線を用いる。このようにして、曲線４２１，４２２，４２３，４２４および曲線４４１，４４２，４４３，４４４が求められる。
【００４７】
図１３は、熱電対で直接計測したロータ３０の温度曲線７６と、センサ３６の信号の近似式から推定したロータ３０の温度曲線とを示す図である。横軸は時間、縦軸は温度であり、サンプルの温度を時間的に変えながら測定した。温度曲線７８は、図１１のインピダンスZinの抵抗成分から求めた温度であり、温度曲線８０は、図１２のインピダンスZinのインダクタンス成分から求めた温度である。温度曲線７６は、温度曲線７８および温度曲線８０とよく一致している。これらより、インピダンスZinと、ロータ３０の材料の温度との関係を、最少二乗法により、精度よく求めることができることがわかる。
【００４８】
次に、運転時にロータ３０の位置が回転軸２６の軸方向に変動することによる温度測定への影響を低減する方法について説明する。運転時にロータ３０の位置が回転軸２６の方向に変動すると、温度測定に、なぜ影響するかについて説明する。
【００４９】
センサは、ロータ２４のどの部分の温度を測定するかによって、ポンプ２０のケーシング２２の種々の位置に取り付けられる。センサが、ロータ２４の外周１２２の温度を測定するときは、図１に示すように、ケーシング２２の外周１２４から回転軸２６の軸心方向を向いている外周１２４上の位置８２に取り付けられる。回転軸２６の温度を測定するときは、ケーシング２２の一部である段間１２６内に設置され、段間１２６から軸心方向を向いた位置８６に取り付けられる。位置８２と位置８６に設置される場合、ロータ３０の位置が回転軸２６の軸方向に変動しても、ロータ３０とセンサとの距離は変わらないので、温度測定に影響しない。
【００５０】
しかし、センサが、ロータ２４の、回転軸２６に垂直な面の温度を測定するときは、センサは、以下のような位置に設置される。すなわち、吸気側サイドカバー１２８内で排気側を向いた位置８４、ケーシング２２の一部である段間内で段間から排気側を向いた位置８８、ケーシング２２の一部である段間内で段間から吸気側を向いた位置９０、排気側サイドカバー１３０内で吸気側を向いた位置９２に、センサ３６は取り付けられる。これらの位置に設置された時は、ロータ２４の位置が回転軸２６の方向に変動すると、ロータ２４とセンサとの距離が変わるため、温度測定に影響する。この問題を解決するために、図１４に示すように、段間内で段間から吸気側を向いた位置９０と、段間内で段間から排気側を向いた位置８８に設置された２個のセンサを用いる。以下、これについて説明する。
【００５１】
ロータ２４のうちの特定のロータ９４の温度を、ロータ９４の両側から２個以上のセンサで計測し、２個以上のセンサが出力するセンサ信号の差分値により、ロータ２４の位置変動による測定誤差を回避する。具体的な方法を図１４，１５により説明する。ロータ９４が、ロータ９６とロータ９８の中間にあるとする。センサ１００がロータ９４とロータ９６の間に配置されているとする。センサ１０２がロータ９４とロータ９８の間に配置されているとする。ロータ９４が左に変動して、ロータ１０４の位置に来たとする。センサ１００は、ロータ９４に近づくので、センサ１００が出力する信号の大きさは増加する。増加した信号の大きさをVs１とする。センサ１０２は、ロータ９４から離れるので、セン
サ１０２が出力する信号の大きさは減少する。減少した信号の大きさをVs2とする。
【００５２】
ロータ９４とセンサ１００との距離１０６が、ロータ９４とロータ１０４との距離１０８分だけ変動して、ロータ１０４とセンサ１００との距離１１０に減少する。そのとき、ロータ９４とセンサ１０２との距離１１２が、ロータ９４とロータ１０４との距離１０８分だけ変動して、ロータ１０４とセンサ１０２との距離１１０に増加する。
【００５３】
ロータ９４の位置の変動分を相殺するために、２個のセンサの信号を加算して２で割る。すなわち、相殺後の信号の大きさVs3とすると、Vs3 ＝ (Vs1 + Vs2)/2。図１５は、横軸がセンサの出力信号、縦軸が温度としたときの、センサ１００による温度曲線１１８と、センサ１０２による温度曲線１１６と、補正後の温度曲線１２０を示す。 
【００５４】
なお、センサ１００、１０２の裏面に、磁気シールド用の磁気シート１３４，１３６を設置してもよい。設置することにより、センサ１００、１０２の裏面にある金属(ロータ９６、９８等)が生成する磁気がセンサ１００、１０２に入ることを防止することができる。結果として、金属(ロータ９６、９８等)が、ロータ９４の温度測定に及ぼす影響を、磁気シート１３４，１３６により回避できる。
【００５５】
次に、図３〜図９に示す方法とは別の方法により、ギャップ（ｇ）と、温度（T)を求めることについて説明する。第１の測定領域３２は第１の材料を有し、第２の測定領域３４は、第１の材料とは異なる第２の材料を有する。材料が異なれば、抵抗率は一般的に異なる。抵抗率の温度係数（α）が異なる２種類の金属体(第１の材料と第２の材料)からセンサ３６は、磁気を検出する。検出した２つのセンサ信号Ｖ１、Ｖ２(たとえばインピーダンスの絶対値)から、２つのセンサ信号Ｖ１、Ｖ２に関する下記の方程式を解いて、ギャップ（ｇ）と温度（T)を導出できる。
［数３］
Ｖ１＝ｆα１（ｇ、Ｔ）
Ｖ２＝ｆα２（ｇ、Ｔ）
【００５６】
ここで、ｆα１、ｆα２は、それぞれ、第１の材料と第２の材料に関するセンサ信号Ｖ１、Ｖ２と、ギャップ（ｇ）および温度（T)との関係を示す式である。ギャップ（ｇ）と温度（T)が、ある範囲内にある場合は、ｆα１、ｆα２は、２つの未知数（ギャップ（ｇ）と温度（T)）に関する１次式で近似できる。この場合、数３は、２つの未知数（ギャップ（ｇ）、温度（T)）に関する２つの方程式であるため、２元一次方程式である。
【００５７】
数３は、下記の数４のように表示することができる。
［数４］
a1＊ｇ＋b1＊T=c1
a2＊ｇ＋b2＊T=c2
ここで、a1,b1,c1は、ｆα１を１次式で近似して、得られる式に現れるギャップ（ｇ）と、温度（T)の係数、及び変数である。a2,b2,c2は、ｆα2を１次式で近似して、得られる式に現れるギャップ（ｇ）と、温度（T)の係数、及び変数である。数４は、以下の数５に示すように、行列計算により、解くことができ、ギャップ（ｇ）と、温度（T)を導出できる。
【００５８】
【数５】
2018115949.tif 000005
【００５９】
数３から数５で用いた方法と同じ考え方で、同一金属(同一材料)、例えば、第１の測定領域３２に関して、ギャップ（ｇ）が異なり、温度係数（α）と温度（T)が同じである場合に適用できる。第１の測定領域３２に関して、センサ３６は、磁気を検出する。検出した２つのセンサ信号Ｖ１、Ｖ２(たとえばインピーダンスの絶対値)から、２つのセンサ信号Ｖ１、Ｖ２に関する下記の方程式を解いて、温度係数（α）と温度（T)を導出できる。［数６］
Ｖ１＝ｆｇ１（α、Ｔ）
Ｖ２＝ｆｇ２（α、Ｔ）
ここで、ｆｇ１、ｆｇ２は、それぞれ、ギャップ（ｇ）がｇ１、ｇ２であるときの第１の材料に関するセンサ信号Ｖ１、Ｖ２と、温度係数（α）および温度（T)との関係を示す式である。温度係数（α）と温度（T)が、ある範囲内にある場合は、ｆｇ１、ｆｇ２は、２つの未知数（温度係数（α）と温度（T)）に関する１次式で近似できる。この場合、式４は、２つの未知数（温度係数（α）、温度（T)）に関する２つの方程式であるため、２元一次方程式である。数６は、数３と同様に、行列計算により、解くことができ、温度係数（α）と温度（T)を導出できる。
【００６０】
次に、センサ３６の構成について説明する。ケーシング２２内に設置するセンサ３６は、図１６に示す構造とすることができる。セラミック層１４０上に、ニッケル銅を製膜してエッチング処理によりスパイラル形状のコイル１３８を製作する。コイル１３８をポリイミド層１４２で覆う。ポリイミド層１４２で覆うことにより、コイル１３８は、耐熱がある。コイル１３８は、１つのコイルで、励磁コイルと検知コイルを兼ねることができる。励磁コイルと検知コイルを兼ねる場合、コイルからのリード線１４４は、２本である。また、励磁コイルと検知コイルを別々に設けて、コイル１３８は、２個のコイルからなるものとしてもよい。２個のコイルは、コイルの軸方向に、検知コイルの上に励磁コイルを配置する。
【００６１】
本発明の実施形態によれば、ドライポンプ等のロータが回転中に、非接触でロータの温度が測定可能である。測定範囲としては、室温から400℃または、それ以上の温度である。渦電流センサや磁気センサを用いることの利点は以下の通りである。
(1)ポンプ運転中のギャップ(クリアランス)を確認することが出来る。確認したデータは、ポンプの設計に反映することができる。ロータ温度やクリアランスがわかると、ポンプが不具合により停止したときの要因を分析するときの材料が増え、故障対策がとりやすい。運転中のクリアランス測定により、信頼性を高めた新製品が、従来よりも早期に完成する。クリアランスを適切にすることができるため、ポンプの効率が上がり、省エネにつながる。
(2)ポンプが使用される、例えば半導体製造プロセスにおいて、半導体製造プロセスに使用されるガスに応じて、ポンプの内部温度を管理することができる。この結果、プロセス
で使用されるガス等への温度の影響、又はガス等からポンプへの影響を低減することが可能となる。ポンプの内部温度を管理する方法の１例としては、回転体の内部に冷却水循環用の流路を設けておき、測定された回転体の温度に応じて、回転体を冷却又は加熱する。(3)ロータのクリアランスおよび温度の異常を検出して、ポンプの破壊に至る前に、早期にポンプの運転停止が可能となる。
【００６２】
高速回転（例えば、8000回転／分）するロータが高温度（50〜400℃）であることを非接触で計測ができる。なお、高速で回転するロータの温度および距離を安定的に計測するため、ロータの例えば３枚ある羽根(葉)のうちの１枚が通過するときに、１枚について、センサは複数回測定が必要である。このため、センサが出力する測定値のサンプリングスピードは、約1kHz以上が必要である。例えば、3000回転／分の場合、３つの葉の各々について、測定点が６点とすると、3000回転／分/60s*3葉*6点=900Hzとなるからである。
【００６３】
ロータの回転数を、センサからの出力信号に基づいて測定することができる。ロータが例えば３枚、羽根を有する場合、羽根に対向するときと、羽根に対向しないとき（羽根と羽根の間の領域に対向するとき）とでは、センサからの出力信号は、大きく異なる。出力信号の大きさに対して閾値を設定することにより、羽根の通過回数を計測できる。このように出力信号をレベル判別することで、ロータの回転数を非接触で計測できる。
【００６４】
なお、温度計測等において、センサが、ロータの端付近にあるときなどのセンサからの出力信号が弱いときは、そのときのサンプリングデータは省いて温度、距離を計測することが好ましい。
【００６５】
また、温度計測等において、ロータの羽根とセンサが対向していないときのセンサの出力を利用することにより、センサ自身の温度による、ロータの温度測定への影響を補正できる。これは、例えば、以下のように行う。ロータの羽根とセンサが対向していないときのセンサの出力を、ロータの羽根とセンサが対向しているときのセンサの出力に加算または減算等して、センサ自身の温度変化による影響を補正できる。
【００６６】
なお、図１に示す実施形態では、第１の材料は、例えば、ステンレス（SUS）、チタン、ニッケル等であり、第２の材料は、ロータ２４の材料である。そして、センサ３６は、渦電流センサである。本発明は、このような実施形態に限られるものではなく、第１の材料および第２の材料が、磁性体でもよい。このとき、第１の測定領域３２および第２の測定領域３４は、例えば、ディスク形状でよい。第１の測定領域３２および第２の測定領域３４は、磁性体であるディスクを埋め込む、焼嵌めする、接着または溶接することにより、ロータ３０内に形成することができる。第１の測定領域３２の、センサ３６から見た表面形状は、円形に限られず、他の形状、例えば、４角形等の多角形、楕円形等が可能である。第１の測定領域３２は、コーティングや溶射によって形成してもよい。全体の形状としては、シリンダ形、円錐、角柱、円錐台、角錐台等でもよい。
第１の材料および第２の材料が、磁性体の場合、センサ３６は、磁性体が生成する磁場を検知するためのコイルである。
【００６７】
以上、本発明の実施形態の例について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
２０…ポンプ
２２…ケーシング
２４…ロータ
３２…第１の測定領域
３４…第２の測定領域
３６…センサ
３８…処理部
【図１】
2018115949.tif 000006
【図２】
2018115949.tif 000007
【図３】
2018115949.tif 000008
【図４】
2018115949.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018115949.tif 000020
【図１６】
2018115949.tif 000021