(57)【要約】ガスレーザ装置は、以下を備える：磁力を制御可能な電磁石を含み、レーザガスを流すファンの回転軸を磁力によって磁気浮上させた状態で回転自在に支持する磁気軸受；回転軸の浮上位置の変位に基づいて電磁石の磁力を制御して、浮上位置を調節する電磁石制御部；ファンを回転させるトルクを発生するモータ；回転軸とモータの駆動軸とを磁気による吸引力で結合して、回転軸にモータのトルクを伝達する磁気カップリング；磁気カップリングの吸引力を推定可能なパラメータを検出する吸引力推定用センサ；吸引力推定用センサによって検出されたパラメータに基づいて、磁気カップリングの吸引力を計測する吸引力計測部；及び吸引力計測部によって計測された吸引力の変動に応じて、電磁石の磁力を補正する補正部。
2018193528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスレーザ装置は、以下を備える：
Ａ．レーザガスを封入するレーザチャンバ；
Ｂ．前記レーザチャンバ内に配置され、互いに対向して配置された一対の放電電極；
Ｃ．前記一対の放電電極間にレーザガスを流すファン；
Ｄ．磁力を制御可能な電磁石を含み、前記ファンの回転軸を前記磁力によって磁気浮上させた状態で回転自在に支持する磁気軸受；
Ｅ．前記回転軸の浮上位置の変位に基づいて前記電磁石の磁力を制御して、前記浮上位置を調節する電磁石制御部；
Ｆ．前記ファンを回転させるトルクを発生するモータ；
Ｇ．前記回転軸と前記モータの駆動軸とを磁気による吸引力で結合して、前記回転軸に前記モータのトルクを伝達する磁気カップリング；
Ｈ．前記磁気カップリングの吸引力を推定可能なパラメータを検出する吸引力推定用センサ；
Ｉ．前記吸引力推定用センサによって検出された前記パラメータに基づいて、前記磁気カップリングの前記吸引力を計測する吸引力計測部；及び
Ｊ．前記吸引力計測部によって計測された前記吸引力の変動に応じて、前記電磁石の磁力を補正する補正部。
【請求項２】
請求項１に記載のガスレーザ装置であって、
前記電磁石の前記磁力と前記磁気カップリングの前記吸引力のうち少なくとも前記吸引力を含み、前記回転軸に対して作用する第１の力と、前記電磁石の磁力を少なくとも含み、前記回転軸に対して前記第１の力と反対方向に作用する第２の力の２つの力が釣り合うように、前記補正部は、前記第１の力又は前記第２の力に含まれる前記電磁石の前記磁力を、前記吸引力の変動に応じて補正する。
【請求項３】
請求項２に記載のガスレーザ装置であって、
前記回転軸に作用する力の釣り合いの関係であって、前記モータが停止し前記吸引力が前記基準値に維持されている状態において、前記回転軸の浮上位置を目標位置に合わせるための力の釣り合いの関係を初期条件とした場合に、
前記補正部は、前記初期条件が維持されるように、前記吸引力の変動に応じて前記電磁石の前記磁力を補正する。
【請求項４】
請求項１に記載のガスレーザ装置であって、
前記磁気軸受は、前記回転軸の浮上位置を検出する変位センサを含み、
前記電磁石制御部は、前記変位センサによって検出した前記浮上位置が目標位置から変位した場合に、前記浮上位置と前記目標位置との差に基づいて、前記浮上位置を目標位置に近づけるための前記電磁石の磁力の変化量を計算し、
前記補正部は、計算された前記変化量を、前記吸引力の変動に応じて補正する。
【請求項５】
請求項１に記載のガスレーザ装置であって、
前記補正部は、前記吸引力計測部によって計測された前記吸引力と予め設定された基準値との差である吸引力の変動分を求め、前記変動分に基づいて、前記電磁石の磁力を補正する。
【請求項６】
請求項５に記載のガスレーザ装置であって、
前記吸引力の基準値は、前記モータが停止している場合に前記磁気カップリングが発生する吸引力であって、吸引力の大きさが最大となる初期値であり、
前記変動分は前記初期値からの減少分である。
【請求項７】
請求項１に記載のガスレーザ装置は、さらに以下を備える；
Ｋ．前記ファンが回転中に前記磁気カップリングの前記吸引力を監視して、前記吸引力が所定の下限値を下回った場合に、前記モータの回転を停止する制御を行うモータ制御部。
【請求項８】
請求項１に記載のガスレーザ装置であって、
前記磁気カップリングは、前記モータの駆動軸に取り付けられ、前記駆動軸からモータのトルクが入力されて回転する駆動側ロータ部と、前記ファンの前記回転軸に取り付けられた従動側ロータ部とを含み、
前記従動側ロータ部は、前記駆動側ロータ部との間で発生する前記吸引力によって前記駆動側ロータ部から前記トルクが伝達されて、前記駆動側ロータ部に従動して回転する。
【請求項９】
請求項８に記載のガスレーザ装置であって、
前記パラメータは、前記駆動側ロータ部と前記従動側ロータ部の間の磁束密度であり、
前記吸引力推定用センサは、前記磁束密度を検出する磁束密度センサであり、
前記吸引力計測部は、前記磁束密度から前記吸引力を計測する。
【請求項１０】
請求項８に記載のガスレーザ装置であって、
前記パラメータは、前記駆動側ロータ部と前記従動側ロータ部との位相差であり、
前記吸引力推定用センサは、前記位相差を検出する位相差センサであり、
前記吸引力計測部は、予め設定された前記吸引力と前記位相差の対応関係に基づいて、前記位相差センサによって検出した前記位相差に対応する前記吸引力を計測する。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガスレーザ装置であって、
前記位相差センサは、前記駆動側ロータ部と前記従動側ロータ部の間の磁束密度の変化点を検出する磁束密度変化センサである。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガスレーザ装置であって、
前記位相差センサは、前記駆動側ロータ部と前記従動側ロータ部の間の磁束密度を検出する磁束密度センサと、前記磁束密度センサが出力する周期的に変化する信号を微分する微分回路とを含み、
前記微分回路の出力に基づいて前記磁束密度の変化点を検出する。
【請求項１３】
請求項１０に記載のガスレーザ装置であって、
前記位相差センサは、前記駆動側ロータ部の回転を検出する回転センサと、前記従動側ロータ部の回転を検出する回転センサとを含み、
前記各回転センサの検出信号に基づいて前記位相差を検出する。
【請求項１４】
請求項８に記載のガスレーザ装置であって、
前記磁気軸受は、前記回転軸のラジアル方向に磁力を発生するラジアル電磁石を含むラジアル軸受部、及び前記回転軸のアキシャル方向に磁力を発生するアキシャル電磁石を含むアキシャル軸受部を備えており、
前記電磁石制御部は、前記ラジアル電磁石の磁力及び前記アキシャル電磁石の磁力を制御する。
【請求項１５】
請求項１４に記載のガスレーザ装置であって、
前記磁気カップリングは、前記駆動側ロータ部と前記従動側ロータ部の間で前記アキシャル方向に前記吸引力を発生し、
前記補正部は、前記アキシャル電磁石の磁力を前記吸引力の変動に応じて補正する。
【請求項１６】
請求項１５に記載のガスレーザ装置であって、
前記アキシャル電磁石は、前記吸引力の向きと同じ第１の方向に前記磁力を発生する第１アキシャル電磁石と、前記第１の方向と反対の第２の方向に磁力を発生する第２アキシャル電磁石とを含み、
前記補正部は、前記前記第１アキシャル電磁石の磁力を前記吸引力の変動に応じて補正する。
【請求項１７】
請求項１５に記載のガスレーザ装置であって、
前記アキシャル電磁石は、前記吸引力の向きと反対の第２の方向に磁力を発生する第２電磁石のみを含み、
前記補正部は、前記第２電磁石の磁力を前記吸引力の変動に応じて補正する。
【請求項１８】
請求項１４に記載のガスレーザ装置であって、
前記磁気カップリングは、前記駆動側ロータ部と前記従動側ロータ部の間で前記ラジアル方向に前記吸引力を発生し、
前記補正部は、前記ラジアル電磁石の磁力を前記吸引力の変動に応じて補正する。
【請求項１９】
請求項１８に記載のガスレーザ装置であって、
前記ラジアル電磁石は、前記回転軸の周方向において対向する位置に配置された少なくとも２つのラジアル電磁石を含み、
前記補正部は、前記２つのラジアル電磁石の磁力を前記吸引力の変動に応じて補正する。
【請求項２０】
請求項１に記載のガスレーザ装置であって、
前記電磁石制御部、前記吸引力計測部及び前記補正部は、アナログ回路で構成される。
【請求項２１】
レーザガスが封入されたレーザチャンバと、前記レーザチャンバ内に配置され、互いに対向して配置された一対の放電電極と、前記一対の放電電極間にレーザガスを流すファンと、を備えたガスレーザ装置に用いられ、
磁力を制御可能な電磁石を含み、前記ファンの回転軸を前記磁力によって磁気浮上させた状態で回転自在に支持する磁気軸受を制御する磁気軸受制御方法は、以下を備える：
Ａ．前記回転軸の浮上位置の変位に基づいて前記電磁石の磁力を制御して、前記浮上位置を調節する電磁石制御ステップ；
Ｂ．磁気カップリングを用いて、前記ファンの回転軸とモータの駆動軸とを磁気による吸引力で結合して、前記モータから前記回転軸にトルクを伝達してファンを回転させるファン回転ステップ；
Ｃ．前記磁気カップリングの吸引力を推定可能なパラメータを検出するパラメータ検出ステップ；
Ｄ．検出された前記パラメータに基づいて、前記磁気カップリングの前記吸引力を計測する吸引力計測ステップ；及び
Ｅ．前記吸引力計測ステップにおいて計測された前記吸引力の変動に応じて、前記電磁石の磁力を補正する補正ステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスレーザ装置及び磁気軸受制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。【０００３】
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００pmと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化部（Line  Narrow  Module）が設けられ、この狭帯域化部によりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２１６４６０号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１０／１０１１０７
【特許文献３】特開２０１０−１１３１９２号公報
【概要】
【０００６】
本開示の１つの観点に係るガスレーザ装置は、以下を備える：
Ａ．レーザガスを封入するレーザチャンバ；
Ｂ．前記レーザチャンバ内に配置され、互いに対向して配置された一対の放電電極；
Ｃ．前記一対の放電電極間にレーザガスを流すファン；
Ｄ．磁力を制御可能な電磁石を含み、前記ファンの回転軸を前記磁力によって磁気浮上させた状態で回転自在に支持する磁気軸受；
Ｅ．前記回転軸の浮上位置の変位に基づいて前記電磁石の磁力を制御して、前記浮上位置を調節する電磁石制御部；
Ｆ．前記ファンを回転させるトルクを発生するモータ；
Ｇ．前記回転軸と前記モータの駆動軸とを磁気による吸引力で結合して、前記回転軸に前記モータのトルクを伝達する磁気カップリング；
Ｈ．前記磁気カップリングの吸引力を推定可能なパラメータを検出する吸引力推定用センサ；
Ｉ．前記吸引力推定用センサによって検出された前記パラメータに基づいて、前記磁気カップリングの前記吸引力を計測する吸引力計測部；及び
Ｊ．前記吸引力計測部によって計測された前記吸引力の変動に応じて、前記電磁石の磁力を補正する補正部。
【０００７】
本開示の１つの観点に係る磁気軸受制御方法は、以下を備える：
レーザガスが封入されたレーザチャンバと、前記レーザチャンバ内に配置され、互いに対向して配置された一対の放電電極と、前記一対の放電電極間にレーザガスを流すファンと、を備えたガスレーザ装置に用いられ、
磁力を制御可能な電磁石を含み、前記ファンの回転軸を前記磁力によって磁気浮上させた状態で回転自在に支持する磁気軸受を制御する磁気軸受制御方法は、以下を備える：
Ａ．前記回転軸の浮上位置の変位に基づいて前記電磁石の磁力を制御して、前記浮上位置を調節する電磁石制御ステップ；
Ｂ．磁気カップリングを用いて、前記ファンの回転軸とモータの駆動軸とを磁気による吸引力で結合して、前記モータから前記回転軸にトルクを伝達してファンを回転させるファン回転ステップ；
Ｃ．前記磁気カップリングの吸引力を推定可能なパラメータを検出するパラメータ検出ステップ；
Ｄ．検出された前記パラメータに基づいて、前記磁気カップリングの前記吸引力を計測する吸引力計測ステップ；及び
Ｅ．前記吸引力計測ステップにおいて計測された前記吸引力の変動に応じて、前記電磁石の磁力を補正する補正ステップ。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、比較例に係るガスレーザ装置の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】図２は、比較例の磁気軸受システムの構成を示す説明図である。
【図３】図３は、磁気カップリングの構成を示す説明図であり、図３Ａは回転軸に対して直交する方向の横断面図であり、図３Ｂは回転軸と平行な方向の縦断面図である。
【図４】図４は、ラジアル変位センサとラジアル電磁石の配置を示す説明図である。図４Ａは、第１磁気軸受の第１ラジアル変位センサの配置を示し、図４Ｂは、第１磁気軸受の第１ラジアル電磁石の配置を示す。図４Ｃは、第２磁気軸受の第２ラジアル変位センサの配置を示し、図４Ｄは、第２磁気軸受の第２ラジアル電磁石の配置を示す。
【図５】図５は、アキシャル軸受部の構成を示す説明図である。
【図６】図６は、比較例に係る磁気軸受制御部の電気構成の概略を示すブロック図である。
【図７】図７は、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘの制御フローを示すフローチャートである。
【図８】図８は、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙの制御フローを示すフローチャートである。
【図９】図９は、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘの制御フローを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙの制御フローを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、アキシャル電磁石制御部ＣＺの制御フローを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、統括制御部の制御フローを示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、磁気カップリングのＣＰ吸引力の変動がアキシャル電磁石に与える影響を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、磁気カップリングの駆動側ロータ部と従動側ロータ部の位相差の説明図である。図１４Ａは、各ロータ部の初期の対向状態を示す斜視図であり、図１４Ｂは、初期の対向状態を示す模式図である。
【図１５】図１５は、位相差が有る場合の各ロータ部の対向状態を示す模式図である。
【図１６】図１６は、位相差角度θとＣＰ吸引力Ｆｃｐθの対応関係を示すグラフである。
【図１７】図１７は、位相差が無い場合に、回転軸のＺ軸方向に作用する力の釣り合いの関係を示す説明図である。
【図１８】図１８は、位相差が有る場合に、回転軸のＺ軸方向に作用する力の釣り合いの関係を示す説明図である。
【図１９】図１９は、比較例の位置調節の動作を示す説明図であり、位相差が無い場合において、回転軸が外力によって変位した場合の位置調節の制御を示す説明図である。図１９Ａは、回転軸が目標位置にある初期状態を示し、図１９Ｂは外力によって回転軸が変位した場合を示し、図１９Ｃは目標位置に近づける制御が行われた状態を示す。
【図２０】図２０は、比較例の位置調節の動作を示す説明図であり、比較例の制御について、位相差が有る場合において、回転軸が外力によって変位した場合の位置調節の制御を示す説明図である。図２０Ａは、回転軸が目標位置にある初期状態を示し、図２０Ｂは外力によって回転軸が変位した場合を示し、図２０Ｃは目標位置に近づける制御が行われた状態を示す。
【図２１】図２１は、第１実施形態に係る磁気軸受システムの構成を示す説明図である。
【図２２】図２２は、磁束密度センサの配置を示す説明図である。図２２Ａは、Ｘ−Ｙ平面における配置を示し、図２２Ｂは、Ｙ−Ｚ平面における配置を示す。
【図２３】図２３は、位相差が無く、モータが停止している場合の磁束密度センサの出力を示す説明である。図２３Ａは、磁束密度センサの検出信号の時間変化を示し、図２３Ｂは駆動側ロータ部と従動側ロータ部の対向状態を示す。
【図２４】図２４は、モータが低速で回転し、位相差がほとんど無い場合の磁束密度センサの出力を示す説明である。図２４Ａは、磁束密度センサの検出信号の時間変化を示し、図２４Ｂは駆動側ロータ部と従動側ロータ部の対向状態を示す。
【図２５】図２５は、モータが比較的高速で回転し、位相差が有る場合の磁束密度センサの出力を示す説明である。図２５Ａは、磁束密度センサの検出信号の時間変化を示し、図２５Ｂは駆動側ロータ部と従動側ロータ部の対向状態を示す。
【図２６】図２６は、第１実施形態に係る磁気軸受制御部の電気構成の概略を示すブロック図である。
【図２７】図２７は、モータが低速で回転し、位相差がほとんど無い場合の磁束密度センサの検出信号を絶対値に変換する様子を説明する説明図である。図２７Ａは、磁束密度センサの検出信号の時間変化を示し、図２７Ｂは絶対値に変換後の検出信号を示す。
【図２８】図２８は、モータが比較的高速で回転し、位相差が有る場合の磁束密度センサの検出信号を絶対値に変換する様子を説明する説明図である。図２８Ａは、磁束密度センサの検出信号の時間変化を示し、図２８Ｂは絶対値に変換後の検出信号を示す。
【図２９】図２９は、ＣＰ吸引力計測部の処理を示すフローチャートである。
【図３０Ａ】図３０Ａは、第１実施形態に係るアキシャル電磁石制御部のフローチャートの前半を示す。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、第１実施形態に係るアキシャル電磁石制御部のフローチャートの後半を示す。
【図３１】図３１は、第１実施形態における、Ｚ軸方向において回転軸２７に対して作用する力の釣り合いの関係を示す。
【図３２】図３２は、第１実施形態の位置調節の動作を示す説明図であり、第１実施形態の制御について、位相差が有る場合において、回転軸が外力によって変位した場合の位置調節の制御を示す説明図である。図３２Ａは、回転軸が目標位置にある初期状態を示し、図３２Ｂは外力によって回転軸が変位した場合を示し、図３２Ｃは目標位置に近づける制御が行われた状態を示す。
【図３３】図３３は、ＣＰ吸引力の下限値の説明図である。
【図３４Ａ】図３４Ａは、第１実施形態に係る統括制御部の制御フローのフローチャートの前半を示す。
【図３４Ｂ】図３４Ｂは、第１実施形態に係る統括制御部の制御フローのフローチャートの後半を示す。
【図３５】図３５は、第２実施形態に係る磁気軸受システムの構成を示す説明図である。
【図３６】図３６は、磁束密度変化センサの配置を示す説明図である。図３６Ａは、Ｘ−Ｙ平面における配置を示し、図３６Ｂは、Ｙ−Ｚ平面における配置を示す。
【図３７】図３７は、第２実施形態に係る磁気軸受制御部の電気構成の概略を示すブロック図である。
【図３８】図３８は、モータの回転が停止している場合の磁束密度変化センサの出力の説明図である。図３８Ａは、磁束密度センサの出力を示し、図３８Ｂは、図３８Ａに対応する磁束密度変化センサの出力を示す。
【図３９】図３９は、モータが低速で回転し、位相差が無い場合の磁束密度変化センサの出力の説明図である。図３９Ａは、磁束密度センサの出力を示し、図３９Ｂは、図３９Ａに対応する磁束密度変化センサの出力を示す。
【図４０】図４０は、モータが比較的高速で回転し、位相差が有る場合の磁束密度変化センサの出力の説明図である。図４０Ａは、磁束密度センサの出力を示し、図４０Ｂは、図４０Ａに対応する磁束密度変化センサの出力を示す。
【図４１】図４１は、図３９Ｂに示す磁束密度変化センサの出力を変換する処理を示す。図４１Ａは、図３９Ｂに示す出力を示し、図４１Ｂは、絶対値変換後の出力を示し、図４１Ｃは、コンパレータの出力を示す。
【図４２】図４２は、図３９Ｃに示す磁束密度変化センサの出力を変換する処理を示す。図４２Ａは、図４０Ｃに示す出力を示し、図４２Ｂは、絶対値変換後の出力を示し、図４２Ｃは、コンパレータの出力を示す。
【図４３】図４３は、ＣＰ吸引力計測部の処理を示すフローチャートである。
【図４４】図４４は、位相差角度θの計測処理を示すフローチャートである。
【図４５】図４５は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計算する処理を示すフローチャートである。
【図４６】図４６は、位相差角度θとＣＰ吸引力Ｆｃｐθの対応関係を示すテーブルデータの説明図である。
【図４７】図４７は、ＣＰ吸引力の異常処理の変形例を示すフローチャートである。
【図４８】図４８は、磁束密度センサと微分回路を組み合わせた位相差センサの第１の変形例を示す説明図である。
【図４９】図４９は、図４８の位相差センサの信号処理の説明図である。図４９Ａは、磁束密度センサの出力を示し、図４９Ｂは、微分回路の出力を示す。
【図５０】図５０は、回転センサを用いた位相差センサの第２の変形例を示す説明図である。
【図５１】図５１は、図５０の位相差センサの配置図である。図５１Ａは、Ｘ−Ｙ平面における配置を示し、図５１Ｂは、Ｙ−Ｚ平面における配置を示す。
【図５２】図５２は、図５１の位相差センサの位相差検出方法の説明図である。図５２Ａは、駆動側ロータ部の回転検出信号を示し、図５２Ｂは、従動側ロータ部の回転検出信号を示す。
【図５３】図５３は、第３実施形態に係る磁気軸受システムの構成を示す説明図である。
【図５４】図５４は、第３実施形態の磁気カップリングの説明図である。図５４Ａは、回転軸と直交する横断面を示し、図５４Ｂは、回転軸と平行な縦断面を示す。
【図５５】図５５は、第３実施形態に係る磁気軸受制御部の電気構成の概略を示すブロック図である。
【図５６】図５６は、図５５の磁気カップリングのＣＰ吸引力の説明図である。
【図５７】図５７は、初期状態における、回転軸に作用する力の釣り合いの関係を示す説明図である。
【図５８】図５８は、ＣＰ吸引力の減少分ΔＦｃｐθに基づいて補正が行われた場合における、回転軸に作用する力の釣り合いの関係を示す説明図である。
【図５９Ａ】図５９Ａは、第３実施形態における、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣの制御フローを示すフローチャートの前半である。
【図５９Ｂ】図５９Ｂは、第３実施形態における、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣの制御フローを示すフローチャートの後半である。
【図６０Ａ】図６０Ａは、第３実施形態における、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣの制御フローを示すフローチャートの前半である。
【図６０Ｂ】図６０Ｂは、第３実施形態における、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣの制御フローを示すフローチャートの後半である。
【図６１】図６１は、第４実施形態に係る磁気軸受システムの構成を示す説明図である。
【図６２】図６２は、第４実施形態に係る磁気軸受制御部の電気構成の概略を示すブロック図である。
【図６３】図６３は、位相差が無い初期状態の場合の回転軸に作用する力の釣り合いの関係を示す説明図である。
【図６４】図６４は、ＣＰ吸引力の減少分ΔＦｃｐθに基づいて補正が行われた場合における、回転軸に作用する力の釣り合いの関係を示す説明図である。
【図６５Ａ】図６５Ａは、第４実施形態に係るアキシャル電磁石制御の制御フローを示すフローチャートの前半である。
【図６５Ｂ】図６５Ｂは、第４実施形態に係るアキシャル電磁石制御の制御フローを示すフローチャートの後半である。
【図６６】図６６は、磁気軸受制御部をアナログ回路で構成した場合のブロック図である。
【実施形態】
【０００９】
＜内容＞
１．概要
２．比較例に係るガスレーザ装置
２．１  ガスレーザ装置の全体構成
２．２  ファンの磁気軸受システムの構成
２．２．１  磁気カップリングの詳細
２．２．２  ラジアル軸受部における電磁石の配置と力の釣り合い
２．２．３  アキシャル軸受部における電磁石の配置と力の釣り合い
２．２．４  磁気軸受制御部の構成
２．３  磁気軸受システムの動作
２．３．１  ラジアル電磁石制御部の制御フロー
２．３．１．１  第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘの制御フロー
２．３．１．２  第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙの制御フロー
２．３．１．３  第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘの制御フロー
２．３．１．４  第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙの制御フロー
２．３．２  アキシャル電磁石制御部の制御フロー
２．３．３  統括制御部の制御フロー
２．４  ガスレーザ装置のレーザ発振動作
２．５  課題
３．第１実施形態のガスレーザ装置
３．１  ファンの磁気軸受システムの構成
３．１．１  磁束密度センサ
３．１．２  磁気軸受制御部の構成
３．１．３  ＣＰ吸引力計測方法
３．２  磁気軸受システムの動作
３．２．１  ラジアル電磁石制御部の制御フロー
３．２．２  ＣＰ吸引力計測部の処理
３．２．３  アキシャル電磁石制御部ＣＺＡの制御フロー
３．３  作用
３．３．１  第１の効果
３．３．２  第２の効果
３．３．３  第３の効果
３．４  ＣＰ吸引力の異常判定
３．５  磁気カップリングの変形例
３．６  ＰＩＤ制御
３．７  その他
４．第２実施形態のガスレーザ装置
４．１  ファンの磁気軸受システムの構成
４．１．１  磁束密度変化センサ
４．１．２  ＣＰ吸引力計測方法
４．２  磁気軸受システムの動作
４．２．１  ＣＰ吸引力計測部の処理
４．３  作用
４．４  ＣＰ吸引力の異常判定処理の変形例
４．５  位相差センサの変形例
４．５．１  変形例１
４．５．２  変形例２
５．第３実施形態のガスレーザ装置
５．１  ファンの磁気軸受システムの構成
５．１．１  磁気カップリング
５．１．２  磁気軸受制御部の構成
５．１．３  磁気カップリングのラジアル方向のＣＰ吸引力
５．１．４  ラジアル軸受部の力の釣り合い
５．２  磁気軸受システムの動作
５．２．５  第２ラジアル電磁石制御部の制御フロー
５．２．５．１  第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣの制御フロー
５．２．５．２  第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣの制御フロー
５．３  作用
５．４  その他
６．第４実施形態のガスレーザ装置
６．１  ファンの磁気軸受システムの構成
６．１．１  磁気軸受制御部の構成
６．１．２  アキシャル方向の力の釣り合い
６．２  磁気軸受システムの動作
６．２．１  アキシャル電磁石制御部の制御フロー
６．３  作用
７．アナログ回路
８．その他
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１１】
１．概要
本開示は、レーザチャンバ内に配置されるクロスフローファンの磁気軸受システムを備えるガスレーザ装置に関する。
【００１２】
２．比較例に係るガスレーザ装置
２．１  ガスレーザ装置の全体説明
図１は、比較例に係るガスレーザ装置２の全体構成を概略的に示す。ガスレーザ装置２は、パルスレーザ光を生成するレーザ光源である。ガスレーザ装置２が生成したパルスレーザ光は、例えば露光装置３に供給される。ガスレーザ装置２は、放電励起式のガスレーザ装置である。ガスレーザ装置２は、レーザ媒質であるレーザガスとして、例えば、アルゴン（Ａｒ）及びフッ素（Ｆ）を含むＡｒＦレーザガスを使用するエキシマレーザ装置である。レーザガスは、レアガスとして、アルゴンの他、クリプトン若しくはキセノンなどを使用してもよいし、ハロゲンガスとして、フッ素の他、塩素などを使用してもよい。バッファガスとしては、ネオン若しくはヘリウム、又はこれらの混合ガスなどが使用される。
【００１３】
ガスレーザ装置２は、レーザチャンバ１０と、充電器１１と、パルスパワーモジュール（Pulse Power Module：ＰＰＭ）１２と、レーザ共振器と、パルスエネルギ計測器１３と、圧力センサ１４と、ガス給排気装置１６と、レーザ制御部１７と、磁気軸受システム４０と、を備えている。
【００１４】
レーザチャンバ１０は、その内部にレーザガスが封入される。レーザチャンバ１０の内部空間を形成する壁１０ｃは、例えばアルミ金属等の金属材料で形成されている。この金属材料の表面には、例えばニッケルめっきが施されている。レーザチャンバ１０は、一対の放電電極２１ａ及び２１ｂと、電気絶縁部２３と、導電ホルダ２４と、ファン２６と、を含んでいる。
【００１５】
一対の放電電極２１ａ及び２１ｂは、レーザガスを放電により励起するための電極である。一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのそれぞれは、例えば、ハロゲンガスがフッ素を含む場合は銅を含む金属材料で形成され、ハロゲンガスが塩素を含む場合はニッケルを含む金属材料で形成される。一対の放電電極２１ａ及び２１ｂは、所定間隔を空けた状態で、且つ、互いの長手方向が略平行となるように対向して配置される。
【００１６】
電気絶縁部２３は、レーザチャンバ１０に形成された開口を塞ぐように配置されている。電気絶縁部２３は、レーザガスとの反応性が低い絶縁材料で形成される。例えば、ハロゲンガスがフッ素又は塩素を含む場合は、電気絶縁部２３は、高純度のアルミナセラミックスで形成される。電気絶縁部２３は、放電電極２１ａを支持する。電気絶縁部２３には、導電部２３ａが埋め込まれている。導電部２３ａは、パルスパワーモジュール１２から供給される高電圧を放電電極２１ａに印加するように、パルスパワーモジュール１２の高電圧端子と放電電極２１ａとを電気的に接続する。
【００１７】
導電ホルダ２４は、放電電極２１ｂを支持する。導電ホルダ２４は、レーザチャンバ１０の壁１０ｃに固定されており、壁１０ｃと電気的に接続される。導電ホルダ２４は、例えば、アルミや銅等を含む金属材料で形成され、その表面にはニッケルめっきが施される。
【００１８】
ファン２６は、レーザガスをレーザチャンバ１０内で循環させて、一対の放電電極２１ａ及び２１ｂ間に高速のレーザガス流を作り出すクロスフローファンである。ファン２６は、一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの長手方向とファン２６の長手方向とが略平行となるように配置されている。
【００１９】
磁気軸受システム４０は、ファン２６の回転軸２７を磁力によって磁気浮上させ、その状態でモータ３１を介してファン２６を回転させる。磁気軸受システム４０は、第１磁気軸受２８及び第２磁気軸受２９、モータ３１、磁気カップリング３２、回転検出部３３、インバータ３４、及び磁気軸受制御部３６を含む。
【００２０】
ファン２６の回転軸２７は、両端がそれぞれ第１磁気軸受２８及び第２磁気軸受２９によって支持される。第１磁気軸受２８及び第２磁気軸受２９は、磁力を発生し、発生した磁力によって回転軸２７を磁気浮上させて、回転軸２７と非接触の状態で、回転軸２７を回転自在に支持する。
【００２１】
回転軸２７の軸方向において、第２磁気軸受２９側には、ファン２６を回転させるトルクを発生するモータ３１が設けられている。モータ３１は、例えば誘導モータである。第２磁気軸受２９とモータ３１の間には磁気カップリング３２が配置されている。磁気カップリング３２は、後述するように、磁気による吸引力を利用してファン２６の回転軸２７にモータ３１のトルクを伝達する。第１磁気軸受け２９には、回転検出部３３が設けられている。
【００２２】
回転検出部３３は、ファン２６の回転数を検出する。回転検出部３３は、例えば、回転センサと計数回路とを備えている。回転センサは、第１磁気軸受２８内に設けられ、回転軸２７が１回転する毎に検出信号を出力する。計数回路は、所定時間内の検出信号の数をカウントすることによりファン２６の回転数を検出する。回転検出部３３は、検出した回転数を磁気軸受制御部３６に送信する。インバータ３４は、図示しない直流電源やコンバータ等から供給される直流を所望の出力周波数及び出力電圧を有する交流に変換してモータ３１に供給する。
【００２３】
磁気軸受制御部３６は、レーザ制御部１７からファン２６の回転軸２７の磁気浮上やファン２６の回転開始を指令する信号を受信し、第１磁気軸受２８及び第２磁気軸受２９や、モータ３１を作動させる。
【００２４】
また、磁気軸受制御部３６は、インバータ３４を通じてモータ３１の回転数及びトルクを制御する。磁気軸受制御部３６は、レーザ制御部１７からファン２６の目標回転数Ｒｔのデータを受信し、回転検出部３３からファン２６の回転数の実測値を受信する。磁気軸受制御部３６は、ファン２６の回転数の実測値が目標回転数Ｒｔに近付くように、インバータ３４を制御する。具体的には、磁気軸受制御部３６は、インバータ３４の制御として、例えばＶ／ｆ制御等の制御手法を用いてインバータ３４の出力周波数及び出力電圧を制御する。これにより、モータ３１の回転数及びトルクが制御される。磁気軸受システム４０の詳細な構成については、図２を参照しながら後述する。
【００２５】
充電器１１とパルスパワーモジュール１２は、電源装置を構成する。パルスパワーモジュール１２は、図示しない充電コンデンサとスイッチ１２ａとを含んでいる。充電器１１は、充電コンデンサと接続され、充電コンデンサを所定電圧で充電する。レーザ制御部１７の制御によってスイッチ１２ａがＯＦＦからＯＮになると、パルスパワーモジュール１２は、充電コンデンサを放電させる。これにより、パルス状の高電圧が生成されて、この高電圧が一対の放電電極２１ａ及び２１ｂ間に印加される。
【００２６】
一対の放電電極２１ａ及び２１ｂ間に高電圧が印加されると、一対の放電電極２１ａ及び２１ｂ間に放電が起こる。この放電のエネルギにより、レーザチャンバ１０内のレーザガスが励起されて高エネルギ準位に移行する。励起されたレーザガスが、その後低エネルギ準位に移行するとき、そのエネルギ準位差に応じた波長の光を放出する。
【００２７】
レーザチャンバ１０の両端にはウインドウ１０ａ及び１０ｂが設けられている。レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウインドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射する。
【００２８】
レーザ共振器は、狭帯域化モジュール（Line Narrowing Module：ＬＮＭ）１８及び出力結合ミラー（Output Coupler：ＯＣ）１９によって構成される。狭帯域化モジュール１８は、プリズム１８ａとグレーティング１８ｂとを含んでいる。プリズム１８ａは、レーザチャンバ１０からウインドウ１０ｂを介して出射された光のビーム幅を拡大し、拡大した光をグレーティング１８ｂ側に透過する。
【００２９】
グレーティング１８ｂは、表面に多数の溝が所定間隔で形成された波長分散素子である。グレーティング１８ｂは、入射角度と回折角度とが同じ角度となるリトロー配置にされる。グレーティング１８ｂは、プリズム１８ａを透過した光のうち特定の波長付近の光を回折角度に応じて選択的に取り出し、レーザチャンバ１０内に戻す。これにより、グレーティング１８ｂからレーザチャンバ１０に戻った光のスペクトル幅は、狭帯域化される。
【００３０】
出力結合ミラー１９の表面には、部分反射膜がコーティングされている。したがって、出力結合ミラー１９は、ウインドウ１０ａを介してレーザチャンバ１０から出射された光の一部を透過させ、他の一部を反射させてレーザチャンバ１０内に戻す。
【００３１】
レーザチャンバ１０から出射した光は、狭帯域化モジュール１８と出力結合ミラー１９との間で往復し、一対の放電電極２１ａ及び２１ｂとの間のレーザゲイン空間を通過する度に増幅される。増幅された光の一部が、出力結合ミラー１９を介して、パルスレーザ光として出力される。
【００３２】
パルスエネルギ計測器１３は、ビームスプリッタ１３ａと、集光光学系１３ｂと、光センサ１３ｃとを含んでいる。ビームスプリッタ１３ａは、パルスレーザ光の光路上に配置されている。ビームスプリッタ１３ａは、出力結合ミラー１９を透過したパルスレーザ光を高い透過率で露光装置３に向けて透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を集光光学系１３ｂに向けて反射する。集光光学系１３ｂは、ビームスプリッタ１３ａによって反射された光を光センサ１３ｃの受光面に集光する。光センサ１３ｃは、受光面に集光されたパルスレーザ光を検出し、検出したパルスレーザ光のパルスエネルギを計測する。光センサ１３ｃは、計測したパルスエネルギのデータをレーザ制御部１７に出力する。
【００３３】
圧力センサ１４は、レーザチャンバ１０内のガス圧を検出する。圧力センサ１４は、検出されたガス圧のデータをレーザ制御部１７に出力する。
【００３４】
ガス給排気装置１６は、ガス配管によってレーザチャンバ１０と接続されており、ガス配管を通じて、レーザチャンバ１０内へのレーザガスの供給と、レーザチャンバ１０内のレーザガスのレーザチャンバ１０外への排出とを行う。
【００３５】
レーザ制御部１７は、露光装置３に設けられた露光装置制御部３ａとの間で各種信号を送受信する。各種信号には、レーザ制御部１７に対してレーザ発振準備を指令する信号、パルスレーザ光の目標パルスエネルギＥｔのデータ、レーザ光を発振させるタイミング信号である発振トリガ信号などが含まれる。
【００３６】
レーザ制御部１７は、露光装置制御部３ａから送信された各種信号に基づいて、ガスレーザ装置２の各構成要素の動作を統括的に制御する。例えば、レーザ制御部１７は、充電器１１に対して充電電圧の設定信号を送信したり、パルスパワーモジュール１２に対してスイッチＯＮ又はＯＦＦの発振トリガ信号を送信する。さらに、レーザ制御部１７は、レーザチャンバ１０内のレーザガスの圧力を制御するために、圧力センサ１４の検出値に基づいて、ガス給排気装置１６を制御する。
【００３７】
レーザ制御部１７は、パルスエネルギ計測器１３から受信するパルスエネルギのデータを参照して、充電器１１の充電電圧やレーザガスの圧力を制御することにより、パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する。
【００３８】
また、上述したように、レーザ制御部１７は、磁気軸受制御部３６に対して、ファン２６の回転軸２７の磁気浮上やファン２６の回転開始を指令する信号や、ファン２６の目標回転数Ｒｔのデータを送信する。磁気軸受制御部３６は、レーザ制御部１７から受信する信号やデータに基づいて、ファン２６の回転を制御する。
【００３９】
２．２  ファンの磁気軸受システムの構成
図２は、磁気軸受システム４０の構成を示す説明図である。磁気軸受システム４０は、上述のように、ファン２６の回転軸２７を磁気浮上させ、かつ、ファン２６の回転を制御する。磁気軸受システム４０を採用することで、ボールベアリングを採用した場合と比べて、回転軸２７とボールベアリングとの接触による摩耗が無いため、その分長寿命化が期待できる。また、ボールベアリングに使用される潤滑剤から不純物となる物質がレーザガスに混入することが防止されるため、パルスレーザ光の出力の低下が抑制される。
【００４０】
第１磁気軸受２８は、第１ラジアル軸受部ＲＢ１、アキシャル軸受部ＡＸＢ、及び第１ケース４４を含んでいる。第２磁気軸受２９は、第２ラジアル軸受部ＲＢ２及び第２ケース４６を含んでいる。ここで、ラジアル方向とは、回転軸２７の径方向を意味し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含む。アキシャル方向とは、Ｚ軸方向と平行な、回転軸２７の軸方向を意味する。
【００４１】
第１ラジアル軸受部ＲＢ１は、第１ラジアル電磁石Ｍ１と第１ラジアル変位センサＳ１とを備えている。第２ラジアル軸受部ＲＢ２は、第２ラジアル電磁石Ｍ２と第２ラジアル変位センサＳ２とを備えている。アキシャル軸受部ＡＸＢは、アキシャル電磁石ＭＺとアキシャル変位センサＳＺとを備えている。アキシャル電磁石ＭＺは、アキシャル電磁石ＭＺａとアキシャル電磁石ＭＺｂとを含む。
【００４２】
第１ケース４４内には、レーザチャンバ１０から突出する回転軸２７の一端部が収容される。また、第１ケース４４内には、キャン４８が設けられている。キャン４８は、第１ケース４４内において、レーザチャンバ１０内と連通する内部空間とその外側の外部空間とを隔てる隔壁である。キャン４８は、キャン４８ａ、４８ｂ、４８ｃの各部で構成される。キャン４８は、レーザガスと反応し難い金属材料で形成され、金属材料としては、例えば、表面にニッケルメッキが施されたステンレスが使用される。ただし、ハロゲンに対して耐蝕性のあるステンレス（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）の場合は、表面にニッケルメッキを施さなくてもよい。
【００４３】
キャン４８ａは、回転軸２７の軸回りに配置され、回転軸２７を覆うように円筒状に形成された隔壁である。キャン４８ｂ及び４８ｃは、それぞれ回転軸２７に対して直交して配置される円板状の隔壁であり、第１ケース４４の内径に応じた径を備えている。第１ケース４４内の回転軸２７の端縁にはターゲットディスク４９が取り付けられている。キャン４８ｂ及び４８ｃは、回転軸２７の軸方向において、ターゲットディスク４９を挟んだ状態で対向して配置され、ターゲットディスク４９を収容する空間を画定する。
【００４４】
第１ラジアル軸受部ＲＢ１を構成する第１ラジアル電磁石Ｍ１及び第１ラジアル変位センサＳ１は、第１ケース４４内のキャン４８ａの外側の外部空間に収容されている。第１ラジアル電磁石Ｍ１及び第１ラジアル変位センサＳ１は、回転軸２７の軸回りに配置されており、キャン４８ａの外面に固定されている。回転軸２７において、各第１ラジアル電磁石Ｍ１と対向する位置には、電磁石ターゲット５１が設けられており、各第１ラジアル変位センサＳ１と対向する位置には、センサターゲット５２が設けられている。電磁石ターゲット５１は、キャン４８ａを隔てて、第１ラジアル電磁石Ｍ１と対向し、センサターゲット５２は、キャン４８ａを隔てて、第１ラジアル変位センサＳ１と対向する。電磁石ターゲット５１とセンサターゲット５２は、回転軸２７の全周を覆う円筒形状をしている。
【００４５】
第１ラジアル電磁石Ｍ１は、通電により磁力を発生し、電磁石ターゲット５１を引きつける。電磁石ターゲット５１は、レーザガスと反応し難い磁性材料で形成される。磁性材料としては、例えばパーマロイが使用される。電磁石ターゲット５１は、回転軸２７に固定されているため、第１ラジアル電磁石Ｍ１の磁力は、回転軸２７を引きつけて吸引する吸引力として作用する。第１ラジアル電磁石Ｍ１は、通電する電流の大きさを変化させることで磁力を制御することが可能である。
【００４６】
第１ラジアル電磁石Ｍ１は、回転軸２７の周囲において、回転軸２７を挟んで対向する位置に複数個配置されている。対向する複数の第１ラジアル電磁石Ｍ１は、回転軸２７を引きつけ合うことで、回転軸２７をラジアル方向において磁気浮上させる。
【００４７】
第１ラジアル変位センサＳ１は、第１ラジアル電磁石Ｍ１によって磁気浮上する回転軸２７のラジアル方向における浮上位置を検出する。第１ラジアル変位センサＳ１は、例えば、測定対象であるセンサターゲット５２の位置を非接触で検出可能な渦電流式変位センサである。
【００４８】
渦電流式変位センサは、センサコイルを有するセンサヘッドと、発振器、共振回路、検波回路、リニアライザなどを含むドライバとを備えている。渦電流式変位センサは、センサコイルに高周波電流を流して、高周波の磁束を発生する。この磁束は、キャン４８ａを透過して、センサターゲット５２の表面に渦電流を発生させる。渦電流の大きさは、センサコイルとセンサターゲット５２との距離に応じて変化する。センサコイルとセンサターゲット５２との距離が変化すると、センサコイルのインピーダンスが変化して、共振回路から出力される出力電圧が変化する。出力電圧は、検波回路及びリニアライザによって、距離に比例した直流電圧に変換される。この電圧は、センサターゲット５２が固定された回転軸２７のラジアル方向における浮上位置を表す検出信号として、磁気軸受制御部３６に出力される。
【００４９】
また、センサターゲット５２の位置を非接触で検出可能な変位センサとして、渦電流式変位センサの変わりにインダクタンス変化式センサを使用してもよい。インダクタンス変化式変位センサは、コイルを巻き付けた鉄芯で構成されるセンサヘッドを有する。インダクタンス変化式変位センサは、センサヘッドにより、センサヘッドとセンサターゲット５２との隙間の大きさに応じて変化するコイルのインダクタンスを検出することにより、センサターゲット５２の距離を検出する。
【００５０】
センサターゲット５２は、レーザガスと反応し難く、電流を流す金属材料で形成される。この金属材料としては、例えば、銅、ニッケル、金、アルミ及びパーマロイの少なくとも１つが使用され、その表面にはニッケルめっきが施されてもよい。なお、第１ラジアル変位センサＳ１は、渦電流式変位センサに限定されず、インダクタンス式変位センサや静電容量式変位センサ等の非接触式の変位センサであってもよい。
【００５１】
アキシャル軸受部ＡＸＢを構成するアキシャル電磁石ＭＺと変位センサＳＺは、第１ケース４４内のキャン４８の外側の外部空間に収容されている。アキシャル電磁石ＭＺは、第１ラジアル電磁石Ｍ１と同様に、通電により磁力を発生し、電流の大きさを変化させることで磁力を制御することが可能である。ターゲットディスク４９は、アキシャル電磁石ＭＺのターゲットとして機能し、アキシャル電磁石ＭＺは、発生した磁力によってターゲットディスク４９を引きつける。ターゲットディスク４９は、電磁石ターゲット５１と同様に、レーザガスと反応し難い磁性材料で形成され、磁性材料としては、例えばパーマロイが使用される。ターゲットディスク４９は、回転軸２７に固定されているため、アキシャル電磁石ＭＺの磁力は、回転軸２７を引きつけて吸引する吸引力として作用する。
【００５２】
アキシャル電磁石ＭＺａ及びＭＺｂは、それぞれ円環状をした電磁石であり、それぞれ１個ずつ、合計２個設けられている。アキシャル電磁石ＭＺａ及びＭＺｂは、回転軸２７の軸方向においてターゲットディスク４９を挟んで対向する位置にそれぞれ配置されている。アキシャル電磁石ＭＺａ及びＭＺｂは、ターゲットディスク４９の両側にそれぞれ配置されたキャン４８ｂ、４８ｃの外側の面にそれぞれ固定される。対向するアキシャル電磁石ＭＺａ及びＭＺｂは、回転軸２７を引きつけ合うことで、回転軸２７をアキシャル方向において磁気浮上させる。
【００５３】
変位センサＳＺは、例えば、第１ラジアル変位センサＳ１と同様の渦電流式変位センサであり、回転軸２７のアキシャル方向の浮上位置を検出する。ターゲットディスク４９は、変位センサＳＺのセンサターゲットとしても機能する。ターゲットディスク４９には、例えば、変位センサＳＺと対向する位置にセンサターゲットとして機能する材料が埋め込まれている。変位センサＳＺは、ターゲットディスク４９との距離に比例した電圧を出力する。この電圧は、ターゲットディスク４９が固定された回転軸２７のアキシャル方向における浮上位置を表す検出信号として、磁気軸受制御部３６に出力される。
【００５４】
第２磁気軸受２９を構成する第２ラジアル軸受部ＲＢ２及び第２ケース４６の構成については、第１磁気軸受２８と同様であるので、相違点を中心に説明する。第２ケース４６内には、レーザチャンバ１０から突出する回転軸２７の一端部が収容されており、第２ケース４６内は、キャン５４によって、レーザチャンバ１０内と連通する内部空間とその外側の外部空間とが隔てられている。
【００５５】
キャン５４ａは、キャン４８ａと同様に、回転軸２７の軸回りに配置される円筒状の隔壁である。キャン５４ｂは、回転軸２７に対して直交して配置される円板状の隔壁であり、第２ケース４６の内径に応じた径を備えている。第２ケース４６内の回転軸２７の端縁には、後述する、磁気カップリング３２の従動側ロータ部３２ｂが取り付けられている。キャン５４ｂと第２ケース４６の端壁との間の空間に、従動側ロータ部３２ｂが収容される。
【００５６】
第２ラジアル軸受部ＲＢ２を構成する第２ラジアル電磁石Ｍ２及び第２ラジアル変位センサＳ２は、第２ケース４６内のキャン５４ａの外側の外部空間に収容されており、キャン５４ａの外面に固定されている。回転軸２７において、各第２ラジアル電磁石Ｍ２と対向する位置には、電磁石ターゲット５１が設けられており、各第２ラジアル変位センサＳ２と対向する位置には、センサターゲット５２が設けられている。電磁石ターゲット５１は、キャン５４ａを隔てて、第２ラジアル電磁石Ｍ２と対向し、センサターゲット５２は、キャン５４ａを隔てて、第２ラジアル変位センサＳ２と対向する。
【００５７】
第２ラジアル電磁石Ｍ２は、第１ラジアル電磁石Ｍ１と同様に、通電により磁力を発生し、通電する電流の大きさを変化させることで磁力を制御することが可能である。第２ラジアル電磁石Ｍ２の磁力は、回転軸２７を引きつけて吸引する吸引力として作用する。第２ラジアル電磁石Ｍ２は、回転軸２７の周囲において、回転軸２７を挟んで対向する位置に複数個配置されている。対向する複数の第２ラジアル電磁石Ｍ２は、回転軸２７を引きつけ合うことで、回転軸２７をラジアル方向において磁気浮上させる。
【００５８】
第２ラジアル変位センサＳ２は、第２ラジアル電磁石Ｍ２によって磁気浮上する回転軸２７のラジアル方向における浮上位置を検出する。第２ラジアル変位センサＳ２は、第１ラジアル変位センサＳ１と同様の渦電流式変位センサである。
【００５９】
第２ケース４６の端面には、モータ３１を第２ケース４６に固定するモータ固定部５６が取り付けられている。モータ固定部５６は、円筒形状の部材である。モータ固定部５６は、一端がモータ３１の本体部の外周に取り付けられ、他端が第２ケース４６の端面に取り付けられる。モータ固定部５６の内部には、モータ３１の駆動軸３１ａと、磁気カップリング３２を構成する駆動側ロータ部３２ａが収容されている。
【００６０】
磁気カップリング３２は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂを備える。駆動側ロータ部３２ａは、モータ３１の駆動軸３１ａに取り付けられて固定され、従動側ロータ部３２ｂは、ファン２６の回転軸２７に取り付けられて固定される。駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂは、第２ケース４６の端壁を挟んで、対向して配置される。
【００６１】
磁気カップリング３２は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂとの間に磁気による吸引力を発生し、ファン２６の回転軸２７とモータ３１の駆動軸３１ａとを吸引力で結合して、ファン２６の回転軸２７にモータ３１のトルクを伝達する。
【００６２】
２．２．１  磁気カップリングの詳細
図３は、磁気カップリングの詳細を示す。図３Ａは、回転軸２７の軸方向と直交するＸ−Ｙ平面の磁気カップリング３２の断面を示し、図３Ｂは、回転軸２７の軸方向と平行なＹ−Ｚ平面の磁気カップリング３２の断面を示す。図３Ａは、図３Ｂに示すＢ−Ｂ断面を示し、図３Ｂは、図３Ａに示すＡ−Ａ断面を示す。図３Ａは、従動側ロータ部３２ｂを示すが、駆動側ロータ部３２ａも同様である。
【００６３】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、駆動側ロータ部３２ａ及び従動側ロータ部３２ｂは、平面形状が円盤形状であり、それぞれ、円盤型の磁石部３２０ａ、３２０ｂと、支持部３２１ａ、３２１ｂと、ケース３２２ａ、３２２ｂとを備えている。磁石部３２０ａ、３２０ｂは、例えば中心角αが４５°の扇形の磁極を８個備えた８極タイプである。各磁極はＮ極またはＳ極の永久磁石であり、磁石部３２０ａ、３２０ｂのそれぞれの周方向において、Ｎ極とＳ極の永久磁石が交互に配置される。支持部３２１ａと３２１ｂは、それぞれ円形のディスク部と、円形のディスク部の中心に設けられた回転軸固定部とを備えている。円形のディスク部は、磁石部３２０ａと３２０ｂのそれぞれを支持する。支持部３２１ａの回転軸固定部には、駆動軸３１ａを挿通する穴が形成されている。支持部３２１ｂの回転軸固定部には、回転軸２７を挿通する穴が形成されている。各ケース３２２ａ、３２２ｂは、それぞれ、有底の円筒形状をしており、磁石部３２１ａ、３２１ｂを覆うように支持部３２１ａ、３２１ｂに取り付けられる。
【００６４】
図３Ｂに示すように、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂは、Ｎ極とＳ極の磁極が相互に対向するように配置される。Ｎ極とＳ極が対向することにより、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂとの間には、アキシャル方向において互いに引きつけ合う磁力である吸引力Ｆｃｐが発生する。駆動側ロータ部３２ａが取り付けられる駆動軸３１ａのＺ軸方向の位置は固定されている。そのため、吸引力Ｆｃｐは、従動側ロータ部３２ｂを、駆動側ロータ部３２ａに近づける方向、すなわち、アキシャル方向であるＺ軸方向においてプラス方向に作用する。
【００６５】
駆動側ロータ部３２ａは、モータ３１の駆動軸３１ａが回転するとＺ軸回りに回転する。駆動側ロータ部３２ａが回転を開始すると、従動側ロータ部３２ｂは吸引力Ｆｃｐによって駆動側ロータ部３２ａに吸引されているため、駆動側ロータ部３２ａの回転に従動して回転を開始する。これにより、モータ３１の駆動軸３１ａのトルクがファン２６の回転軸２７に非接触で伝達される。
【００６６】
２．２．２  ラジアル軸受部における電磁石の配置と力の釣り合い
図４は、第１ラジアル軸受部ＲＢ１及び第２ラジアル軸受部ＲＢ２の各電磁石の配置と各電磁石間の力の釣り合いの関係を示す。図４Ａに示すように、第１ラジアル軸受部ＲＢ１の第１ラジアル変位センサＳ１は、回転軸２７の周方向において、４個配置されている。具体的には、第１ラジアル変位センサＳ１は、Ｘ軸方向において回転軸２７を挟んで対向する位置に配置された２個の第１ラジアル変位センサＳ１Ｘａ及びＳ１Ｘｂと、Ｙ軸方向において回転軸２７を挟んで対向する位置に配置された２個の第１ラジアル変位センサＳ１Ｙａ及びＳ１Ｙｂとを含む。ここで、Ｘ軸方向は水平方向であり、Ｙ軸方向は鉛直方向であり、Ｙ軸方向においてマイナス方向が重力方向である。
【００６７】
第１ラジアル変位センサＳ１Ｘａ、Ｓ１Ｘｂは、それぞれ回転軸２７とのＸ軸方向の距離を示す検出信号を磁気軸受制御部３６に送信する。第１ラジアル変位センサＳ１Ｙａ、Ｓ１Ｙｂは、それぞれ回転軸２７とのＹ軸方向の距離を示す検出信号を磁気軸受制御部３６に送信する。
【００６８】
磁気軸受制御部３６は、回転軸２７の浮上位置として目標となる、Ｘ−Ｙ平面における目標位置Ｘ10，Ｙ10のデータを内部メモリに記憶している。目標位置Ｘ10，Ｙ10のデータは、例えば、回転軸２７が目標位置Ｘ10，Ｙ10にある場合の第１ラジアル変位センサＳ１Ｘａ、Ｓ１Ｘｂ、Ｓ１Ｙａ、Ｓ１Ｙｂの検出信号の出力値である。磁気軸受制御部３６は、目標位置Ｘ10，Ｙ10のデータと第１ラジアル変位センサＳ１Ｘａ、Ｓ１Ｘｂ、Ｓ１Ｙａ、Ｓ１Ｙｂの検出信号に基づいて、回転軸２７の現在の浮上位置の目標位置Ｘ10，Ｙ10に対する変位量を評価する。この変位量は、以下のように求められる。
【００６９】
磁気軸受制御部３６は、第１ラジアル変位センサＳ１Ｘａ及びＳ１Ｘｂの検出信号に基づいて、回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｘ1を計測する。磁気軸受制御部３６は、以下の式（１）に従って、回転軸２７の浮上位置のＸ軸方向の現在位置Ｘ1とＸ軸方向における目標位置Ｘ10との差ΔＸ1を求める。
ΔＸ1＝Ｘ1−Ｘ10    ・・・（１）
【００７０】
一方、磁気軸受制御部３６は、第１ラジアル変位センサＳ１Ｙａ及びＳ１Ｙｂの検出信号に基づいて、回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｙ1を計測する。磁気軸受制御部３６は、以下の式（２）に従って、回転軸２７の浮上位置のＹ軸方向の現在位置Ｙ1とＹ軸方向における目標位置Ｙ10との差ΔＹ1を求める。
ΔＹ1＝Ｙ1−Ｙ10    ・・・（２）
【００７１】
差ΔＸ1又は差ΔＹ1はそれぞれ、回転軸２７の現在の浮上位置の目標位置Ｘ10，Ｙ10に対するＸ軸方向又はＹ軸方向における変位量を表す。磁気軸受制御部３６は、回転軸２７の浮上位置が目標位置Ｘ10、Ｙ10に近づくように、すなわち、ΔＸ1及びΔＹ1が「０」になるように、回転軸２７の浮上位置を調節する。
【００７２】
図４Ｂに示すように、第１ラジアル軸受部ＲＢ１の第１ラジアル電磁石Ｍ１は、回転軸２７の周方向において、４個配置されている。具体的には、第１ラジアル電磁石Ｍ１は、Ｘ軸方向において回転軸２７を挟んで対向する位置に配置された２個の第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａ及びＭ１Ｘｂと、Ｙ軸方向において回転軸２７を挟んで対向する位置に配置された２個の第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｙａ及びＭ１Ｙｂとを含む。
【００７３】
図４Ｂには、第１ラジアル軸受部ＲＢ１において、回転軸２７に作用する第１ラジアル電磁石Ｍ１の力の釣り合いの関係が示されている。回転軸２７を目標位置Ｘ10，Ｙ10に合わせるための第１ラジアル電磁石Ｍ１による力の釣り合いの関係は、次式（３）、（４）のようになる。
ＦX10＝Ｆ-X10      ・・・（３）
ＦY10＝Ｆg1＋Ｆ-Y10    ・・・（４）
ＦX10は、Ｘ軸方向においてプラス方向に発生する第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａの吸引力であり、Ｆ-X10は、Ｘ軸方向においてマイナス方向に発生する第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘｂの吸引力である。
ＦY10は、Ｙ軸方向においてプラス方向に発生する第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｙａの吸引力であり、Ｆ-Y10は、Ｙ軸方向においてマイナス方向に発生する第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｙｂの吸引力である。Ｆg1はＹ軸方向においてマイナス方向である重力方向に回転軸２７に対して作用する重力である。Ｆ-Y10の大きさは、ＦY10と比べて、重力Ｆg1分小さい。
【００７４】
ここで、第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａ、Ｍ１Ｘｂが、それぞれ吸引力ＦX10、Ｆ-X10を発生する時の電流値はＩX10、Ｉ-X10である。これらの電流値ＩX10、Ｉ-X10は、第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａ、Ｍ１Ｘｂに対して供給されるバイアス電流の電流値である。第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｙａ、Ｍ１Ｙｂが、それぞれ吸引力ＦY10、Ｆ-Y10を発生する時の電流値はＩY10、Ｉ-Y10である。これらの電流値ＩY10、Ｉ-Y10は、第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｙａ、Ｍ１Ｙｂに対して供給されるバイアス電流の電流値である。バイアス電流は、磁気浮上を開始させる際に供給される電流の初期値である。バイアス電流は、回転軸２７が磁気浮上を開始する際に、各ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａ、Ｍ１Ｘｂ、Ｍ１Ｙａ、Ｍ１Ｙｂに対して供給される。
【００７５】
第２ラジアル軸受部ＲＢ２も、第１ラジアル軸受部ＲＢ１と同様に、図４Ｃに示すように、第２ラジアル変位センサＳ２は、回転軸２７の周方向において、４個配置されている。第２ラジアル変位センサＳ２は、Ｘ軸方向において回転軸２７を挟んで対向して配置される２個の第２ラジアル変位センサＳ２Ｘａ及びＳ２Ｘｂと、Ｙ軸方向において回転軸２７を挟んで対向して配置される２個の第２ラジアル変位センサＳ２Ｙａ及びＳ２Ｙｂとを含む。
【００７６】
第２ラジアル変位センサＳ２Ｘａ及びＳ２Ｘｂは、それぞれ回転軸２７とのＹ軸方向の距離を示す検出信号を磁気軸受制御部３６に送信する。第２ラジアル変位センサＳ２Ｙａ及びＳ２Ｙｂは、それぞれ回転軸２７とのＹ軸方向の距離を示す検出信号を磁気軸受制御部３６に送信する。
【００７７】
磁気軸受制御部３６は、回転軸２７の浮上位置として目標となる、Ｘ−Ｙ平面における目標位置Ｘ20，Ｙ20のデータを内部メモリに記憶している。目標位置Ｘ20，Ｙ20のデータは、例えば、回転軸２７が目標位置Ｘ20，Ｙ20にある場合の第２ラジアル変位センサＳ２Ｘａ、Ｓ２Ｘｂ、Ｓ２Ｙａ、Ｓ２Ｙｂの検出信号の出力値である。磁気軸受制御部３６は、目標位置Ｘ20，Ｙ20のデータと第２ラジアル変位センサＳ２Ｘａ、Ｓ２Ｘｂ、Ｓ２Ｙａ、Ｓ２Ｙｂの検出信号に基づいて、回転軸２７の現在の浮上位置の目標位置Ｘ20，Ｙ20に対する変位量を把握する。この変位量は、以下のように求められる。
【００７８】
磁気軸受制御部３６は、第２ラジアル変位センサＳ２Ｘａ及びＳ２Ｘｂの検出信号に基づいて、回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｘ2を計測する。磁気軸受制御部３６は、以下の式（５）に従って、回転軸２７の浮上位置のＸ軸方向の現在位置Ｘ2とＸ軸方向における目標位置Ｘ20との差ΔＸ2を求める。
ΔＸ2＝Ｘ2−Ｘ20    ・・・（５）
【００７９】
一方、磁気軸受制御部３６は、第２ラジアル変位センサＳ２Ｙａ及びＳ２Ｙｂの検出信号に基づいて、回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｙ2を計測する。磁気軸受制御部３６は、以下の式（６）に従って、回転軸２７の浮上位置のＹ軸方向の現在位置Ｙ2とＹ軸方向における目標位置Ｙ20との差ΔＹ2を求める。
ΔＹ2＝Ｙ2−Ｙ20    ・・・（６）
【００８０】
差ΔＸ2又は差ΔＹ2はそれぞれ、回転軸２７の現在の浮上位置の目標位置Ｘ20，Ｙ20に対するＸ軸方向又はＹ軸方向における変位量を表す。磁気軸受制御部３６は、回転軸２７の浮上位置が目標位置Ｘ20、Ｙ20に近づくように、すわなち、ΔＸ2及びΔＹ2が「０」になるように、回転軸２７の浮上位置を調節する。
【００８１】
図４Ｄに示すように、第２ラジアル軸受部ＲＢ２の第２ラジアル電磁石Ｍ２は、回転軸２７の周方向において、４個配置されている。具体的には、第２ラジアル電磁石Ｍ２は、Ｘ軸方向において回転軸２７を挟んで対向して配置された２個の第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａ及びＭ２Ｘｂと、Ｙ軸方向において回転軸２７を挟んで対向して配置された２個の第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙａ及びＭ２Ｙｂとを含む。
【００８２】
図４Ｄには、第２ラジアル軸受部ＲＢ２において、回転軸２７に作用する第２ラジアル電磁石Ｍ２の力の釣り合いの関係が示されている。回転軸２７を目標位置Ｘ20，Ｙ20に合わせるための第２ラジアル電磁石Ｍ２による力の釣り合いの関係は、次式（７）、（８）のようになる。
ＦX20＝Ｆ-X20    ・・・（７）
ＦY20＝Ｆg2＋Ｆ-Y20    ・・・（８）
ＦX20は、Ｘ軸方向においてプラス方向に発生する第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａの吸引力であり、Ｆ-X20は、Ｘ軸方向においてマイナス方向に発生する第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘｂの吸引力である。
ＦY20は、Ｙ軸方向においてプラス方向に発生する第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙａの吸引力であり、Ｆ-Y20は、Ｙ軸方向においてマイナス方向に発生する第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙｂの吸引力である。Ｆg2はＹ軸方向においてマイナス方向である重力方向に回転軸２７に対して作用する重力である。Ｆ-Y20の大きさは、ＦY20と比べて、重力Ｆg2分小さい。
【００８３】
第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａ、Ｍ２Ｘｂが吸引力ＦX20、Ｆ-X20を発生する時の電流値はＩX20、Ｉ-X20である。これらの電流値ＩX20、Ｉ-X20は、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａ、Ｍ２Ｘｂに対して供給されるバイアス電流の電流値である。第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙａ、Ｍ２Ｙｂが吸引力ＦY20、Ｆ-Y20を発生する時の電流値はＩY20、Ｉ-Y20である。これらの電流値ＩY20、Ｉ-Y20は、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙａ、Ｍ２Ｙｂに対して供給されるバイアス電流の電流値である。
【００８４】
２．２．３  アキシャル軸受部における電磁石の配置と力の釣り合い
図５は、アキシャル軸受部ＡＸＢの詳細を示す。アキシャル軸受部ＡＸＢのアキシャル変位センサＳＺは、回転軸２７に固定されたターゲットディスク４９とのＺ軸方向の距離を示す検出信号を磁気軸受制御部３６に送信する。
【００８５】
磁気軸受制御部３６は、回転軸２７の浮上位置として目標となる、Ｚ軸方向における目標位置Ｚ0のデータを内部メモリに記憶している。目標位置Ｚ0のデータは、例えば、回転軸２７が目標位置Ｚ0にある場合のアキシャル変位センサＳＺの検出信号の出力値である。磁気軸受制御部３６は、目標位置Ｚ0のデータとアキシャル変位センサＳＺの検出信号に基づいて、回転軸２７の現在の浮上位置の目標位置Ｚ0に対する変位量を把握する。この変位量は、以下のように求められる。
【００８６】
磁気軸受制御部３６は、アキシャル変位センサＳＺの検出信号に基づいて、回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｚを計測する。磁気軸受制御部３６は、以下の式（９）に従って、回転軸２７の浮上位置のＺ軸方向の現在位置ＺとＺ軸方向における目標位置Ｚ0との差ΔＺを求める。
ΔＺ＝Ｚ−Ｚ0    ・・・（９）
【００８７】
差ΔＺは、回転軸２７の現在の浮上位置の目標位置Ｚ0に対するＺ軸方向における変位量を表す。磁気軸受制御部３６は、回転軸２７の浮上位置が目標位置Ｚ0に近づくように、すなわち、ΔＺ1が「０」になるように、回転軸２７の浮上位置を調節する。
【００８８】
上述したとおり、アキシャル電磁石ＭＺは、ターゲットディスク４９の両側に２個ずつ、合計４個設けられている。ターゲットディスク４９を挟んでＺ軸方向においてプラス方向となるファン２６側に配置されている２つのアキシャル電磁石ＭＺａは、Ｚ軸方向においてプラス方向に吸引力を発生する。ターゲットディスク４９を挟んでマイナス方向に配置されている２つのアキシャル電磁石ＭＺｂは、Ｚ軸方向においてマイナス方向に吸引力を発生する。
【００８９】
アキシャル電磁石ＭＺａは、磁気カップリング３２の吸引力Ｆｃｐと同じ第１の方向であるプラス方向に吸引力を発生する第１アキシャル電磁石に相当し、アキシャル電磁石ＭＺｂは第１の方向と反対のマイナス方向に吸引力を発生する第２アキシャル電磁石に相当する。
【００９０】
図５は、アキシャル軸受部ＡＸＢにおいて、回転軸２７に作用し、ターゲットディスク４９を挟んで対向配置されるアキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂの力の釣り合いの関係を示す。回転軸２７を目標位置Ｚ0に合わせるためのアキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂの力の釣り合いの関係は、次式（１０）のようになる。
Ｆ-Z0＝ＦZ0＋Ｆｃｐ    ・・・（１０）
ＦZ0は、Ｚ軸方向においてプラス方向に発生するアキシャル電磁石ＭＺａの吸引力であり、Ｆ-Z0は、Ｚ軸方向においてマイナス方向に発生するアキシャル電磁石ＭＺｂの吸引力である。
ＦｃｐはＺ軸方向においてプラス方向に回転軸２７に対して作用する磁気カップリング３２の吸引力である。ＦZ0の大きさは、Ｆ-Z0と比べて、Ｆｃｐ分小さい。
【００９１】
ここで、アキシャル電磁石ＭＺａ、ＭＺｂが、それぞれ吸引力ＦZ0、Ｆ-Z0を発生する時の電流値は、ＩZ0、Ｉ-Z0である。これらの電流値ＩZ0、Ｉ-Z0は、アキシャル電磁石ＭＺａ、ＭＺｂに対して供給されるバイアス電流の電流値である。
【００９２】
また、以下において、電磁石Ｍ１、Ｍ２、ＭＺが発生する吸引力と、磁気カップリング３２が発生する吸引力を区別するため、以下、電磁石Ｍ１、Ｍ２、ＭＺの吸引力をＥＭ吸引力と呼び、磁気カップリング３２の吸引力をＣＰ吸引力と呼ぶ。
【００９３】
２．２．４  磁気軸受制御部の構成
図６は、磁気軸受制御部３６の電気構成の概略を示すブロック図である。図６においては、変位センサ及び電磁石のブロックや標記を便宜的に一部省略して示している。例えば、第１ラジアル変位センサＳ１Ｘ及びＳ１Ｙ、第２ラジアル変位センサＳ２Ｘ及びＳ２Ｙについては、集合的に１つのブロックで示しているが、実際には、図４で示したように、複数のセンサから構成される。
【００９４】
さらに、第１ラジアル電磁石Ｍ１ａ及びＭ１ｂ、第２ラジアル電磁石Ｍ２ａ及びＭ２ｂ、アキシャル電磁石ＭＺａ及びＭＺｂについては、各ブロックにおいて、それぞれラジアル及びアキシャルの標記を省略して、単に電磁石としている。図６以降の図についても同様に記載スペース等の便宜上、ラジアル及びアキシャルといった標記を省略する場合がある。
【００９５】
磁気軸受制御部３６は、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙと、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙと、アキシャル電磁石制御部ＣＺと、Ａ／Ｄ変換器５８と、統括制御部６１とを備えている。Ａ／Ｄ変換器５８は、各変位センサＳ１、Ｓ２、ＳＺが出力するアナログの検出信号をデジタルデータに変換する。第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘ及びＭ１Ｙ、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘ及びＭ２Ｙ、アキシャル電磁石ＭＺには、駆動部として、それぞれに通電する電流を制御する電流制御器５９が接続されている。
【００９６】
各電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ、ＣＺは、各変位センサＳ１Ｘ、Ｓ１Ｙ、Ｓ２Ｘ、Ｓ２Ｙ、ＳＺから入力される検出信号に基づいて、回転軸２７が、ラジアル方向及びアキシャル方向のそれぞれの目標位置に近づくように、ＥＭ吸引力の変化量を決定する。そして、各電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ、ＣＺは、決定したＥＭ吸引力の変化量に基づいて、各電磁石Ｍ１Ｘ、Ｍ１Ｙ、Ｍ２Ｘ、Ｍ２Ｙ、ＭＺに供給する電流値を決定し、電流制御器５９を通じて、ＥＭ吸引力を制御する。各電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ、ＣＺは、このようにＥＭ吸引力を制御して、回転軸２７の浮上位置を調節する。
【００９７】
統括制御部６１は、レーザ制御部１７と、各電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ、ＣＺのそれぞれと通信可能に接続されている。統括制御部６１は、レーザ制御部１７から、回転軸２７の磁気浮上の開始及び停止を指令する信号を受信して、各電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ、ＣＺに磁気浮上の開始及び停止を指令する。また、統括制御部６１は、各電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ、ＣＺからの信号に基づいて、回転軸２７の浮上位置が適正か否かを判定し、判定結果をレーザ制御部１７に送信する。
【００９８】
また、統括制御部６１は、レーザ制御部１７から送信される目標回転数Ｒｔに基づいて、インバータ３４を通じてモータ３１の回転数が目標回転数Ｒｔとなるように制御する。
【００９９】
２．３  磁気軸受システムの動作
レーザ制御部１７は、露光装置制御部３ａからガスレーザ装置２のレーザ発振準備の指令を受けると、ガス給排気装置１６を制御して、所定の圧力となるまでレーザガスをレーザチャンバ１０内に供給する。この後、レーザ制御部１７は、磁気軸受制御部３６に、ファン２６の回転軸２７の磁気浮上を指令する。磁気軸受制御部３６は、磁気浮上の指令を受信すると、以下の制御フローに従って、軸受制御を実行する。
【０１００】
２．３．１  ラジアル電磁石制御部の制御フロー
２．３．１．１  第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘの制御フロー
図７は、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘの制御フローを示すフローチャートである。第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、回転軸２７の磁気浮上を開始する指令を受けると、Ｓ１０００Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＸａとＭ１Ｘｂに対して、それぞれ初期値ＩX10とＩ-X10のバイアス電流を供給して磁気浮上を開始させる。初期値ＩX10、Ｉ-X10は、上述のとおり、回転軸２７を目標位置Ｘ10に合わせるためのＥＭ吸引力ＦX10とＦ-X10を、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＸａとＭ１Ｘｂのそれぞれに発生させるために必要な電流値である。そのため、回転軸２７に対して、ＥＭ吸引力ＦX10とＦ-X10以外に外力が加わらない限り、回転軸２７が目標位置Ｘ10付近で磁気浮上する。磁気浮上が開始された後、第１ラジアル変位センサＳ１Ｘから第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘへの検出信号の出力が開始される。
【０１０１】
Ｓ１０１０Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、第１ラジアル変位センサＳ１Ｘの検出信号に基づいて、Ｘ軸方向における回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｘ1を計測する。Ｓ１０２０Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、上記式（１）に従って、目標位置Ｘ10と現在位置Ｘ1との差ΔＸ1を計算する。差ΔＸ1は、回転軸２７の目標位置Ｘ10からの変位量である。差ΔＸ1は、現在位置Ｘ1が目標位置Ｘ10を基準にプラス側にあるかマイナス側にあるかに応じて、プラスの値もマイナスの値もとり得る。具体的には、上記式（１）より、現在位置Ｘ1が目標位置Ｘ10よりもプラス側にある場合は、差ΔＸ1はプラスの値となり、反対に、現在位置Ｘ1が目標位置Ｘ10よりもマイナス側にある場合は、差ΔＸ1はマイナスの値となる。また、現在位置Ｘ1が目標位置Ｘ10と一致している場合は、差ΔＸ1は「０」となる。
【０１０２】
Ｓ１０３０Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、差ΔＸ1のデータを統括制御部６１に送信する。
【０１０３】
一方、Ｓ１０４０Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、差ΔＸ1に基づいて、差ΔＸ1を「０」に近づけるための第１ラジアル電磁石Ｍ１ＸａとＭ１ＸｂのそれぞれのＥＭ吸引力の変化量ΔＦX1とΔＦ-X1とを計算する。
【０１０４】
すなわち、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、回転軸２７が目標位置Ｘ10からプラス方向又はマイナス方向にどの程度変位したかに応じて、回転軸２７を目標位置Ｘ10に近づけるために、第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａ及びＭ１Ｘｂの一方のＥＭ吸引力を強く、他方のＥＭ吸引力を弱くする。そのために、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａ及びＭ１Ｘｂのそれぞれの変化量ΔＦX1とΔＦ-X1を計算する。
【０１０５】
このＥＭ吸引力の変化量ΔＦX1とΔＦ-X1は、対向して配置される各電磁石Ｍ１Ｘａ及びＭ１Ｘｂに対してそれぞれ割り当てられる力であり、各変化量ΔＦX1とΔＦ-X1は、向きが異なるが、大きさは同じである。このＥＭ吸引力の変化量ΔＦX1とΔＦ-X1は、Ｘ軸方向において目標位置Ｘ10から差ΔＸ1変位した回転軸２７を目標位置Ｘ10に近づけるために、初期の吸引力ＦX10とＦ-X10に対して加減される。
【０１０６】
例えば、図４Ｂにおいて、回転軸２７の現在位置Ｘ1が目標位置Ｘ10からＸ軸方向においてプラス方向に変位している場合、すなわち、差ΔＸ1がプラスの値となる場合は、回転軸２７を目標位置Ｘ10に戻すためにマイナス方向に移動させる必要がある。そのために、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａのプラス方向のＥＭ吸引力ＦX10をΔＦX1分減少させ、第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘｂのマイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-X10をΔＦ-X1分増加させる。つまり、差ΔＸ1がプラスの値となる場合は、マイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-X10の変化量ΔＦ-X1がプラスの値となり、プラス方向のＥＭ吸引力ＦX10の変化量ΔＦX1がマイナスの値となる。
【０１０７】
反対に、回転軸２７の現在位置Ｘ1が目標位置Ｘ10からＸ軸方向においてマイナス方向に変位している場合、すなわち、差ΔＸ1がマイナスの値となる場合は、回転軸２７を目標位置Ｘ10に近づけるためにプラス方向に移動させる必要がある。そのために、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、マイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-X10をΔＦ-X1分減少させ、プラス方向のＥＭ吸引力ＦX10をΔＦX1分増加させる。つまり、差ΔＸ1がマイナスの値となる場合は、マイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-X10の変化量ΔＦ-X1がマイナスの値となり、プラス方向のＥＭ吸引力ＦX10の変化量ΔＦX1がプラスの値となる。
【０１０８】
このように、変化量ΔＦX1と変化量ΔＦ-X1は、一方がプラスの値をとる場合は他方はマイナスの値となる。なお、差ΔＸ1が「０」の場合は、変化量ΔＦX1と変化量ΔＦ-X1も「０」である。
【０１０９】
また、回転軸２７を一方向に移動させる場合に、対向配置される各電磁石Ｍ１Ｘａ及びＭ１Ｘｂに対してそれぞれ同じ大きさの変化量ΔＦX1と変化量ΔＦ-X1が割り当てられるのは、各電磁石Ｍ１Ｘａ及びＭ１Ｘｂによる力の制御範囲を大きくするためである。例えば、回転軸２７を一方向に移動させるための力の変化量の割り当て方法として、第１ラジアル電磁石Ｍ１Ｘａ又はＭ１Ｘｂの一方に変化量のすべてを割り当てることも可能である。しかし、各電磁石の力の制御範囲には限界があるため、両方の電磁石に分散して変化量を割り当てた方が、一方の電磁石の力の制御範囲が飽和することを抑制することができる。これにより、各電磁石のトータルの力の制御範囲を大きくすることが可能になる。
【０１１０】
Ｓ１０５０Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、ＥＭ吸引力の変化量ΔＦX1とΔＦ-X1を発生するための第１ラジアル電磁石Ｍ１ＸａとＭ１Ｘｂの電流のそれぞれの変化量ΔＩX1とΔＩ-X1を計算する。電流の変化量ΔＩX1は、プラス方向のＥＭ吸引力の変化量ΔＦX1がプラスのときはプラスの値をとり、マイナスのときはマイナスの値をとる。電流の変化量ΔＩ-X1も同様に、マイナス方向のＥＭ吸引力の変化量ΔＦ-X1がプラスのときはプラスの値をとり、マイナスのときはマイナスの値をとる。なお、差ΔＸ1が「０」の場合は、変化量ΔＩX1とΔＩ-X1も「０」である。
【０１１１】
このように、変化量ΔＦX1と変化量ΔＦ-X1は、電流の変化量ΔＩX1とΔＩ-X1は、プラスマイナスの符号が一致する。上述のとおり、変化量ΔＦX1と変化量ΔＦ-X1は、一方がプラスの値をとる場合は他方はマイナスの値となるため、電流の変化量ΔＩX1とΔＩ-X1も、一方がプラスの値をとる場合は他方はマイナスの値となる。
【０１１２】
Ｓ１０６０Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＸａとＭ１Ｘｂに流すそれぞれの電流値ＩX1とＩ-X1を、次式（１１）、（１２）に従って計算する。
ＩX1＝ＩX10＋ΔＩX1    ・・・（１１）
Ｉ-X1＝Ｉ-X10＋ΔＩ-X1    ・・・（１２）
【０１１３】
電流の変化量ΔＩX1とΔＩ-X1は、一方がプラスの値をとる場合は他方はマイナスの値となる。そのため、式（１１）、（１２）の計算においては、変化量ΔＩX1の絶対値とΔＩ-X1の絶対値の一方は加算となり、他方は減算となる。したがって、式（１１）、（１２）の計算により、差ΔＸ1がプラスで回転軸２７をマイナス方向に移動させる場合には、プラス方向のＥＭ吸引力ＦX10を発生させる電磁石Ｍ１Ｘａの電流の初期値ＩX10から電流の変化量ΔＩX1の絶対値が減算される。他方、マイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-X10を発生させる電磁石Ｍ１Ｘｂの電流の初期値Ｉ-X10に電流の変化量ΔＩ-X1の絶対値が加算される。こうして、電流値ＩX1とＩ-X1がそれぞれ求められる。
【０１１４】
反対に、差ΔＸ1がマイナスで回転軸２７をプラス方向に移動させる場合には、プラス方向のＥＭ吸引力ＦX10を発生させる電磁石Ｍ１Ｘａの電流の初期値ＩX10にΔＩX1の絶対値が加算される。他方、マイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-X10を発生させる電磁石Ｍ１Ｘｂの電流の初期値Ｉ-X10からΔＩ-X1が減算される。こうして、電流値ＩX1と電流値Ｉ-X1の絶対値がそれぞれ求められる。
【０１１５】
図４Ｂに示したとおり、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＸａとＭ１Ｘｂは対向して配置されているため、Ｘ軸方向において一方がプラスで他方がマイナス方向のＥＭ吸引力を発生する。そのため、図７の制御フローで示したとおり、回転軸２７をＸ軸方向において一方の方向に変位させる場合には、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＸａとＭ１Ｘｂの各ＥＭ吸引力の一方が強く、他方が弱くなるように、各電流値ＩX1とＩ-X1の一方を大きくして、他方を小さくする制御が行われる。各電流値ＩX1とＩ-X1のどちらを大きくし、どちらを小さくするかは、目標位置Ｘ10を基準に回転軸２７がどちらに変位しているかによって変化する。
【０１１６】
Ｓ１０７０Ｘにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、計算した電流値ＩX1とＩ-X1を、接続されている電流制御器５９に送信する。これにより、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、電流制御器５９を通じて、電磁石Ｍ１ＸａとＭ１Ｘｂに、計算で求めた電流値ＩX1とＩ-X1の電流を流す（Ｓ１０８０Ｘ）。
【０１１７】
第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘは、磁気浮上の停止が指令されるまで、Ｓ１０１０ＸからＳ１０８０Ｘのステップを繰り返す。
【０１１８】
２．３．１．２  第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙの制御フロー
図８は、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙの制御フローを示すフローチャートである。第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙの制御フローは、Ｘ軸方向とＹ軸方向という制御の方向が異なるのみで、上述の図７に示す第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘと同様であるので、同様の説明については適宜省略する。
【０１１９】
Ｓ１０００Ｙにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＹａとＭ１Ｙｂに対して、それぞれ初期値ＩY10、Ｉ-Y10のバイアス電流を供給して磁気浮上を開始させる。これにより、回転軸２７に対して、ＥＭ吸引力ＦY10とＦ-Y10以外に外力が加わらない限り、回転軸２７が目標位置Ｙ10付近で磁気浮上する。第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、Ｓ１０１０Ｙにおいて、第１ラジアル変位センサＳ１Ｙから入力される検出信号に基づいて、Ｙ軸方向における回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｙ1を計測する。Ｓ１０２０Ｙにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、上記式（２）に従って、目標位置Ｙ10と現在位置Ｙ1との差ΔＹ1を計算する。
【０１２０】
Ｓ１０３０Ｙにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、差ΔＹ1のデータを統括制御部６１に送信する。
【０１２１】
Ｓ１０４０Ｙにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、差ΔＹ1を「０」に近づけるための第１ラジアル電磁石Ｍ１ＹａとＭ１ＹｂのそれぞれのＥＭ吸引力の変化量ΔＦY1とΔＦ-Y1とを計算する。このＥＭ吸引力の変化量ΔＦY1とΔＦ-Y1は、Ｙ軸方向において、目標位置Ｙ10から差ΔＹ1変位した回転軸２７を目標位置Ｙ10に近づけるために、初期の吸引力ＦY10とＦ-Y10に対して加減される。
【０１２２】
Ｓ１０５０Ｙにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、ＥＭ吸引力の変化量ΔＦY1とΔＦ-Y1を発生するための第１ラジアル電磁石Ｍ１ＹａとＭ１Ｙｂの電流のそれぞれの変化量ΔＩY1とΔＩ-Y1を計算する。
【０１２３】
Ｓ１０６０Ｙにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＹａとＭ１Ｙｂに流すそれぞれの電流値ＩY1とＩ-Y1を、次式（１３）、（１４）に従って計算する。
ＩY1＝ＩY10＋ΔＩY1    ・・・（１３）
Ｉ-Y1＝Ｉ-Y10＋ΔＩ-Y1    ・・・（１４）
【０１２４】
図４Ｂに示したとおり、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＹａとＭ１Ｙｂは対向して配置されているため、Ｙ軸方向において一方がプラスで他方がマイナス方向のＥＭ吸引力を発生する。そのため、図８の制御フローで示したとおり、回転軸２７をＹ軸方向において一方の方向に変位させる場合には、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙにおいて、第１ラジアル電磁石Ｍ１ＹａとＭ１Ｙｂの各ＥＭ吸引力の一方が強く、他方が弱くなるように、各電流値ＩY1とＩ-Y1の一方を大きくして、他方を小さくする制御が行われる。各電流値ＩY1とＩ-Y1のどちらを大きくし、どちらを小さくするかは、目標位置Ｙ10を基準に回転軸２７がどちらに変位しているかによって変化する。
【０１２５】
Ｓ１０７０Ｙにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、計算した電流値ＩY1とＩ-Y1を、接続されている電流制御器５９に送信する。これにより、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、電流制御器５９を通じて、電磁石Ｍ１ＹａとＭ１Ｙｂに、計算で求めた電流値ＩY1とＩ-Y1の電流を流す（Ｓ１０８０Ｙ）。
【０１２６】
第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｙは、磁気浮上の停止が指令されるまで、Ｓ１０１０ＹからＳ１０８０Ｙのステップを繰り返す。
【０１２７】
２．３．１．３  第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘの制御フロー
図９は、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘの制御フローを示すフローチャートである。第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘの制御フローも、上述の図７に示す第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘと同様であるので、同様の説明については適宜省略する。
【０１２８】
Ｓ２０００Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂに対して、それぞれ初期値ＩX20、Ｉ-X20のバイアス電流を供給して磁気浮上を開始させる。これにより、回転軸２７に対して、ＥＭ吸引力ＦX20とＦ-X20以外に外力が加わらない限り、回転軸２７が目標位置Ｘ20付近で磁気浮上する。第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、Ｓ２０１０Ｘにおいて、第２ラジアル変位センサＳ２Ｘから入力される検出信号に基づいて、Ｘ軸方向における回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｘ2を計測する。Ｓ２０２０Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、上記式（５）に従って、目標位置Ｘ20と現在位置Ｘ2との差ΔＸ2を計算する。
【０１２９】
Ｓ２０３０Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、差ΔＸ2のデータを統括制御部６１に送信する。
【０１３０】
Ｓ２０４０Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、差ΔＸ2を「０」に近づけるための第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２ＸｂのそれぞれのＥＭ吸引力の変化量ΔＦX2とΔＦ-X2とを計算する。このＥＭ吸引力の変化量ΔＦX2とΔＦ-X2は、Ｘ軸方向において、目標位置Ｘ20から差ΔＸ2変位した回転軸２７を目標位置Ｘ20に近づけるために、初期の吸引力ＦX20とＦ-X20に対して加減される。
【０１３１】
Ｓ２０５０Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、ＥＭ吸引力の変化量ΔＦX2とΔＦ-X2を発生するための第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂの電流のそれぞれの変化量ΔＩX2とΔＩ-X2を計算する。
【０１３２】
Ｓ２０６０Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂに流すそれぞれの電流値ＩX2とＩ-X2を、次式（１５）、（１６）に従って計算する。
ＩX2＝ＩX20＋ΔＩX2    ・・・（１５）
Ｉ-X2＝Ｉ-X20＋ΔＩ-X2    ・・・（１６）
【０１３３】
図４Ｄに示したとおり、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂは対向して配置されているため、Ｘ軸方向において一方がプラスで他方がマイナス方向のＥＭ吸引力を発生する。そのため、図９の制御フローで示したとおり、回転軸２７をＸ軸方向において一方の方向に変位させる場合には、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂの各ＥＭ吸引力の一方が強く、他方が弱くなるように、各電流値ＩX2とＩ-X2の一方を大きくして、他方を小さくする制御が行われる。各電流値ＩX2とＩ-X2のどちらを大きくし、どちらを小さくするかは、目標位置Ｘ20を基準に回転軸２７がどちらに変位しているかによって変化する。
【０１３４】
Ｓ２０７０Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、計算した電流値ＩX2とＩ-X2を、接続されている電流制御器５９に送信する。これにより、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、電流制御器５９を通じて、電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂに、計算で求めた電流値ＩX2とＩ-X2の電流を流す（Ｓ２０８０Ｘ）。
【０１３５】
第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘは、磁気浮上の停止が指令されるまで、Ｓ２０１０ＸからＳ２０８０Ｘのステップを繰り返す。
【０１３６】
２．３．１．４  第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙの制御フロー
図１０は、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙの制御フローを示すフローチャートである。第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙの制御フローも、上述の図７に示す第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘと同様であるので、同様の説明については適宜省略する。
【０１３７】
Ｓ２０００Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂに対して、それぞれ初期値ＩY20、Ｉ-Y20のバイアス電流を供給して磁気浮上を開始させる。これにより、回転軸２７に対して、ＥＭ吸引力ＦY20とＦ-Y20以外に外力が加わらない限り、回転軸２７が目標位置Ｙ20付近で磁気浮上する。第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、Ｓ２０１０Ｙにおいて、第２ラジアル変位センサＳ２Ｙから入力される検出信号に基づいて、Ｙ軸方向における回転軸２７の現在位置Ｙ2を計測する。Ｓ２０２０Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、上記式（６）に従って、目標位置Ｙ20と現在位置Ｙ2との差ΔＹ2を計算する。
【０１３８】
Ｓ２０３０Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、差ΔＹ2のデータを統括制御部６１に送信する。
【０１３９】
Ｓ２０４０Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、差ΔＹ2を「０」に近づけるための第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２ＹｂのそれぞれのＥＭ吸引力の変化量ΔＦY2とΔＦ-Y2とを計算する。このＥＭ吸引力の変化量ΔＦY2とΔＦ-Y2は、Ｘ軸方向において、目標位置Ｙ20から差ΔＹ2変位した回転軸２７を目標位置Ｙ20に近づけるために、初期の吸引力ＦY20とＦ-Y20に対して加減される。
【０１４０】
Ｓ２０５０Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、ＥＭ吸引力の変化量ΔＦY2とΔＦ-Y2を発生するための第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂの電流のそれぞれの変化量ΔＩY2とΔＩ-Y2を計算する。
【０１４１】
Ｓ２０６０Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂに流すそれぞれの電流値ＩY2とＩ-Y2を、次式（１７）、（１８）に従って計算する。
ＩY2＝ＩY20＋ΔＩY2        ・・・（１７）
Ｉ-Y2＝Ｉ-Y20＋ΔＩ-Y2    ・・・（１８）
【０１４２】
図４Ｄに示したとおり、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂは対向して配置されているため、Ｙ軸方向において一方がプラスで他方がマイナス方向のＥＭ吸引力を発生する。そのため、図１０の制御フローで示したとおり、回転軸２７をＹ軸方向において一方の方向に変位させる場合には、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂの各ＥＭ吸引力の一方が強く、他方が弱くなるように、各電流値ＩY2とＩ-Y2の一方を大きくして、他方を小さくする制御が行われる。各電流値ＩY2とＩ-Y2のどちらを大きくし、どちらを小さくするかは、目標位置Ｙ20を基準に回転軸２７がどちらに変位しているかによって変化する。
【０１４３】
Ｓ２０７０Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、計算した電流値ＩY2とＩ-Y2を、接続されている電流制御器５９に送信する。これにより、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、電流制御器５９を通じて、電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂに、計算で求めた電流値ＩY2とＩ-Y2の電流を流す（Ｓ２０８０Ｙ）。
【０１４４】
第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｙは、磁気浮上の停止が指令されるまで、Ｓ２０１０ＹからＳ２０８０Ｙのステップを繰り返す。
【０１４５】
２．３．２  アキシャル電磁石制御部の制御フロー
図１１は、アキシャル電磁石制御部ＣＺの制御フローを示すフローチャートである。アキシャル電磁石制御部ＣＺの制御フローも、Ｘ軸方向とＺ軸方向という制御の方向が異なるのみで、上述の図７に示す第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘと同様であるので、同様の説明については適宜省略する。
【０１４６】
Ｓ３０００Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂに対して、それぞれ初期値ＩZ0、Ｉ-Z0のバイアス電流を供給して磁気浮上を開始させる。これにより、回転軸２７に対して、ＥＭ吸引力ＦZ0とＦ-Z0以外に外力が加わらない限り、回転軸２７が目標位置Ｚ0付近で磁気浮上する。アキシャル電磁石制御部ＣＺは、Ｓ３０１０Ｚにおいて、アキシャル変位センサＳＺから入力される検出信号に基づいて、Ｚ軸方向における回転軸２７の現在位置Ｚを計測する。Ｓ３０２０Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、上記式（９）に従って、目標位置Ｚ0と現在位置Ｚとの差ΔＺを計算する。
【０１４７】
Ｓ３０３０Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、差ΔＺのデータを統括制御部６１に送信する。
【０１４８】
Ｓ３０４０Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、差ΔＺを「０」に近づけるためのアキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのそれぞれのＥＭ吸引力の変化量ΔＦZとΔＦ-Zとを計算する。このＥＭ吸引力の変化量ΔＦZとΔＦ-Zは、Ｚ軸方向において、目標位置Ｚ0から差ΔＺ変位した回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけるために、初期の吸引力ＦZ0とＦ-Z0に対して加減される。
【０１４９】
Ｓ３０５０Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、ＥＭ吸引力の変化量ΔＦZとΔＦ-Zを発生するためのアキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂの電流のそれぞれの変化量ΔＩZとΔＩ-Zを計算する。
【０１５０】
Ｓ３０６０Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂに流すそれぞれの電流値ＩZとＩ-Zを、次式（１９）、（２０）に従って計算する。
ＩZ＝ＩZ0＋ΔＩZ    ・・・（１９）
Ｉ-Z＝Ｉ-Z0＋ΔＩ-Z    ・・・（２０）
【０１５１】
図５に示したとおり、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂは対向して配置されているため、Ｚ軸方向において一方がプラスで他方がマイナス方向のＥＭ吸引力を発生する。そのため、図１１の制御フローで示したとおり、回転軸２７をＺ軸方向において一方の方向に変位させる場合には、アキシャル電磁石制御部ＣＺにおいて、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂの各ＥＭ吸引力の一方が強く、他方が弱くなるように、各電流値ＩZとＩ-Zの一方を大きくして、他方を小さくする制御が行われる。各電流値ＩZとＩ-Zのどちらを大きくし、どちらを小さくするかは、目標位置Ｚ0を基準に回転軸２７がどちらに変位しているかによって変化する。
【０１５２】
Ｓ３０７０Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、計算した電流値ＩZとＩ-Zを、接続されている電流制御器５９に送信する。これにより、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、電流制御器５９を通じて、電磁石ＭＺａとＭＺｂに、計算で求めた電流値ＩZとＩ-Zの電流を流す（Ｓ３０８０Ｚ）。
【０１５３】
アキシャル電磁石制御部ＣＺは、磁気浮上の停止が指令されるまで、Ｓ３０１０ＺからＳ３０８０Ｚのステップを繰り返す。
【０１５４】
２．３．３  統括制御部の制御フロー
図１２は、統括制御部６１の制御フローを示すフローチャートである。図１２において、統括制御部６１は、レーザ制御部１７からファン２６の回転を開始する指令や目標回転数Ｒｔを受信する（Ｓ４０１０）。統括制御部６１は、目標回転数Ｒｔを受信すると、Ｓ４０２０において、レーザ制御部１７に対して、軸受制御が完了していないことを表す軸受制御ＮＧ信号を送信して、回転軸２７が適切に磁気浮上しているか否かの監視と、ファン２６を目標回転数Ｒｔで回転させるための制御とを開始する。
【０１５５】
Ｓ４０３０において、統括制御部６１は、ファン２６の回転数が目標回転数Ｒｔとなるようにインバータ３４を介してモータ３１を制御する。
【０１５６】
Ｓ４０４０において、統括制御部６１は、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ、及びアキシャル電磁石制御部ＣＺからそれぞれ受信した、回転軸２７の浮上位置の各軸方向における現在位置と各目標位置との差ΔＸ1、ΔＹ1、ΔＸ2、ΔＹ2、ΔＺのデータを読み込む。
【０１５７】
Ｓ４０５０において、統括制御部６１は、各目標位置との差ΔＸ1、ΔＹ1、ΔＸ2、ΔＹ2、ΔＺは、すべて許容範囲内か否かを判定する。具体的には、統括制御部６１は、各差ΔＸ1、ΔＹ1、ΔＸ2、ΔＹ2、ΔＺの絶対値が、以下の条件式（２１）〜（２５）を満足するかを判定する。
｜ΔＸ1｜≦Ｘ１ｔｒ    ・・・（２１）
｜ΔＹ1｜≦Ｙ１ｔｒ    ・・・（２２）
｜ΔＸ2｜≦Ｘ２ｔｒ    ・・・（２３）
｜ΔＹ2｜≦Ｙ２ｔｒ    ・・・（２４）
｜ΔＺ｜≦Ｚｔｒ     ・・・・（２５）
ここで、Ｘ１ｔｒ、Ｙ１ｔｒ、Ｘ２ｔｒ、Ｙ２ｔｒ、Ｚｔｒは、各目標位置を基準にプラス方向及びマイナス方向で許容される誤差の範囲を示す。
【０１５８】
統括制御部６１は、各差ΔＸ1、ΔＹ1、ΔＸ2、ΔＹ2、ΔＺの値がすべて許容範囲であると判定した場合（Ｓ４０５０でＹ）には、Ｓ４０６０において、レーザ制御部１７に対して、回転軸２７が適正な浮上位置において目標回転数Ｒｔで回転していることを表す軸受制御ＯＫ信号を送信する。一方、Ｓ４０５０において、各差ΔＸ1、ΔＹ1、ΔＸ2、ΔＹ2、ΔＺの値のうち、１つでも許容範囲外であると判定した場合（Ｓ４０５０でＮ）は、統括制御部６１は、Ｓ４０９０に進み、レーザ制御部１７に対して軸受制御ＮＧ信号を送信する。統括制御部６１は、軸受制御ＮＧ信号を送信後、Ｓ４０４０、Ｓ４０５０のステップを繰り返して、各差ΔＸ1、ΔＹ1、ΔＸ2、ΔＹ2、ΔＺの値がすべて許容範囲になるのを監視する。
【０１５９】
統括制御部６１は、レーザ制御部１７に対して軸受制御ＯＫ信号を送信した後、レーザ制御部１７からファン２６の回転を停止する指令を受信するまでの間（Ｓ４０７０でＮ）、Ｓ４０４０以下のステップを繰り返して、回転軸２７の浮上位置が許容範囲内にあるか否かの監視を継続する。
【０１６０】
統括制御部６１は、レーザ制御部１７からファン２６の回転を停止する指令を受信した場合（Ｓ４０７０でＹ）は、Ｓ４０８０において、ファン２６の回転数が「０」になるようにインバータ３４を介してモータ３１を制御して、ファン２６の回転を停止させる。
【０１６１】
２．４  ガスレーザ装置のレーザ発振動作
図１に示すように、レーザ制御部１７は、統括制御部６１から軸受制御ＯＫ信号を受信後、露光装置制御部３ａから目標パルスエネルギＥｔのデータと発振トリガ信号を受信した場合は、目標パルスエネルギＥｔとなるように充電器１１に所定の充電電圧Ｖｈｖを設定する。そして、発振トリガ信号に同期させて、パルスパワーモジュール１２内のスイッチ１２ａを動作させて、一対の放電電極２１ａ及び２１ｂ間に高電圧を印加する。その結果、放電電極２１ａ及び２１ｂ間で放電し、レーザガスが励起されてパルスレーザ光が放出される。
【０１６２】
レーザガスから放出されたパルスレーザ光は、レーザ共振器を構成する狭帯域化モジュール１８と出力結合ミラー１９で反射されて、レーザ共振器内でレーザ発振する。レーザ共振器内を往復するパルスレーザ光は、狭帯域化モジュール１８によって狭帯域化されて、その一部が出力結合ミラー１９から出力される。
【０１６３】
出力結合ミラー１９から出力されたパルスレーザ光の一部は、パルスエネルギ計測器１３に入射し、ビームスプリッタ１３ａによって一部は反射されて、集光光学系１３ｂを介して光センサ１３ｃに入射する。光センサ１３ｃにおいて、パルスレーザ光のパルスエネルギが検出される。ビームスプリッタ１３ａを透過したパルスレーザ光は、露光装置３に入射する。
【０１６４】
パルスエネルギ計測器１３は、検出したパルスエネルギのデータを、レーザ制御部１７に送信する。レーザ制御部１７は、目標パルスエネルギＥｔと実際に出力されたパルスエネルギＥの差ΔＥに基づいて、目標パルスエネルギＥｔとなるように充電電圧Ｖｈｖをフィードバック制御する。
【０１６５】
レーザ制御部１７は、新たに設定する充電電圧Ｖｈｖが許容範囲の最大値よりも大きくなった場合、ガス給排気装置１６を制御して、所定のガス圧になるまでレーザチャンバ１０内にレーザガスを供給する。一方、レーザ制御部１７は、新たに設定する充電電圧Ｖｈｖが許容範囲の最小値よりも小さくなった場合、ガス給排気装置１６を制御して、所定のガス圧になるまでレーザチャンバ１０内からレーザガスを排出する。
【０１６６】
レーザチャンバ１０内のガス圧が高くなると、モータ３１の負荷が増大し、ファン２６の回転数が目標回転数Ｒｔに維持できなくなる場合がある。この場合、磁気軸受制御部４０は、回転検出部３３の検出信号に基づいてファン２６の回転数を計測し、ファン２６の回転数が目標回転数Ｒｔとなるように、インバータ３４の出力周波数及び出力電圧を制御してモータ３１の回転数及びトルクを制御する。
【０１６７】
これにより、磁気軸受制御部３６は、レーザチャンバ１０内のガス圧が変化しても、ファン２６の回転数を目標回転数Ｒｔに維持することができる。
【０１６８】
２．５  課題
比較例に係るガスレーザ装置２は、モータ３１の駆動軸３１ａからファン２６の回転軸２７にトルクを伝達する磁気カップリング３２と、回転軸２７の変位に基づいて回転軸２７の浮上位置を調節する磁気軸受システム４０とを組み合わせて使用する。そして、比較例に係るガスレーザ装置２は、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐが作用するＺ軸方向における回転軸２７の位置調節を、回転軸２７の変位のみに基づいて行っている。この場合、次に示すように、回転軸２７の浮上位置の位置調節の制御がしにくいという課題があった。
【０１６９】
上述したとおり、アキシャル方向にＣＰ吸引力Ｆｃｐを発生させる磁気カップリング３２を使用する場合、図５に示したように、ＣＰ吸引力Ｆｃｐは、アキシャル軸受部ＡＸＢにおける力の釣り合いの関係に影響を及ぼす。実際には、このＣＰ吸引力Ｆｃｐは、一定ではなく、モータ３１が発生するトルクに応じて変化する。具体的には、ＣＰ吸引力Ｆｃｐは、磁気カップリング３２における、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの位相差を角度で表した位相差角度θの大きさに応じて変化する。
【０１７０】
すなわち、図１３に示すように、磁気カップリング３２は、位相差角度θに応じて変化するＣＰ吸引力Ｆｃｐθを発生し、このＣＰ吸引力Ｆｃｐθの変動がアキシャル軸受部ＡＸＢにおける力の釣り合いの関係に影響を及ぼす。
【０１７１】
図１４及び図１５は、位相差角度θを説明するための模式図である。図１４Ａに示すように、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂは、それぞれにおいて周方向に配置されたＮ極とＳ極の磁極が相互に対向して配置される。図１４Ｂ及び図１５は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの各磁極の対向状態が明確になるように、駆動側ロータ部３２ａを外輪に、従動側ロータ部３２ｂを内輪とする同心円で示した模式図である。
【０１７２】
図１４Ｂは、位相差が無い状態、すなわち、位相差角度θ＝０の場合の各磁極の対向状態を示す。モータ３１が停止している状態では、トルクが０である。そのため、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂのそれぞれのすべての磁極において、互いに引き合うＮ極とＳ極同士が対向しており、Ｎ極とＮ極、Ｓ極とＳ極といった同極同士が対向している部分が無い。この状態が位相差角度θ＝０の対向状態であり、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの初期位置である。
【０１７３】
一方、図１５は、位相差が有る状態、すなわち、位相差角度θ≠０の場合の各磁極の対向状態を示す。モータ３１が回転している状態では、駆動側ロータ部３２ａから、従動側ロータ部３２ｂに対して、従動側ロータ部３２ｂを従動回転させるためのトルクが発生する。トルクは、モータ３１の回転速度が変化する場合だけでなく、定速回転している場合にも発生する。従動側ロータ部３２ｂが連結されているファン２６は、レーザガスが封入されたレーザチャンバ１０内で回転するため、ファン２６に対して負荷が掛かるためである。
【０１７４】
このようなトルクが発生すると、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂは、図１４Ｂに示す初期の対向状態を維持することができなくなり、図１５に示すように、対向状態に位相差が生じる。位相差角度θは、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂのそれぞれのＮ極とＳ極の対向状態において、位相差が無い状態の初期の対向状態からのずれの角度である。図１５においては、外輪に位置する駆動側ロータ部３２ａを基準とすると、内輪の従動側ロータ部３２ｂが初期の対向状態から時計方向に約１０°回転している状態であり、この場合の位相差角度θは約１０°となる。
【０１７５】
図１６は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθと位相差角度θとの対応関係を示すグラフである。図１６に示すように、磁気カップリング３２の吸引力Ｆｃｐθは、位相差が無い状態、すなわち、位相差角度θが「０」の初期の対向状態で最大となり、位相差角度θが大きくなるほど減少する。ＣＰ吸引力Ｆｃｐθは、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの各磁極間で発生する吸引力の総和である。そのため、各磁極において、Ｎ極とＳ極が、位相差が無い状態で対向している場合にＣＰ吸引力Ｆｃｐθが最大となる。そして、位相差が生じると、各磁極において同極同士が対向する部分が生じる。同極同士が対向する部分は、反発力を発生するため、その分ＣＰ吸引力Ｆｃｐθは減少することになる。図１６のグラフはこうした関係を示している。
【０１７６】
本例の磁気カップリング３２は、各磁極の中心角αが４５°の８極タイプを例にしているため、図１６のグラフに示すように、位相差角度θが中心角αの半分、すなわち、θ＝１／２・α＝２２．５°のときにＣＰ吸引力Ｆｃｐθが「０」になる。位相差角度θが２２．５°の場合は、吸引力を発生する異極同士が対向する部分と、反発力を発生する同極同士が対向する部分とが、丁度半分半分になるためである。位相差角度θが１／２・α＝２２．５°を超えると、反発力が強くなるため、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθはマイナスとなり、もはや磁気カップリング３２として機能しない。
【０１７７】
図１７及び図１８は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθが変動した場合のアキシャル軸受部ＡＸＢにおける力の釣り合いの関係を示す。図１７は、位相差角度θが０°の場合において、回転軸２７を目標位置Ｚ0に合わせる場合の力の釣り合いの関係を示す。ここで、位相差角度θ＝０°の状態のＣＰ吸引力Ｆｃｐθを、特にＣＰ吸引力Ｆｃｐ０、あるいは初期値Ｆｃｐ０という。
【０１７８】
図１７に示すように、アキシャル電磁石ＭＺａがＥＭ吸引力ＦZとして、バイアス電流に応じた初期値ＦZ0を発生する場合は、Ｚ軸方向のプラス方向には、ＥＭ吸引力ＦZ0とＣＰ吸引力Ｆｃｐ０が作用する。これらのトータルの力をＦｔZとすると、対向するアキシャル電磁石ＭＺｂにおいて、ＥＭ吸引力Ｆ-Zとして、力ＦｔZと同じ大きさで向きがマイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-Z0を発生する力とが釣り合う。マイナス方向の力は、アキシャル電磁石ＭＺｂが発生するＥＭ吸引力しかないため、マイナス方向のトータルの力は、ＥＭ吸引力Ｆ-Z0がトータルの力Ｆｔ-Zである。力ＦｔZとＦｔ-Z以外に力が加わらなければ回転軸２７を目標位置Ｚ0に合わせることができる。この場合の釣り合いの関係は、次式（２６）、（２７）のようになる。
ＦｔZ＝ＦZ0＋Ｆｃｐ０  ・・・（２６）
ＦｔZ＝Ｆｔ-Z＝Ｆ-Z0    ・・・・・・（２７）
【０１７９】
一方、図１８に示すように、位相差が発生し、位相差角度θ≠０°になると、ＣＰ吸引力ＦｃｐθはＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値Ｆｃｐ０から変動する。具体的には、初期値Ｆｃｐ０はＣＰ吸引力Ｆｃｐの最大値であるため、位相差角度θの大きさに応じて減少する。すなわち、初期値Ｆｃｐ０をＣＰ吸引力の基準値とした場合は、基準値に対する変動分は、初期値Ｆｃｐ０からの減少分ΔＦｃｐθである。そのため、位相差が発生すると、Ｚ軸方向において回転軸２７に対して作用するプラス方向の力はΔＦｃｐθ分減少し、プラス方向に作用するトータルの力ＦｔZも、ΔＦｃｐθ分減少する。
【０１８０】
この場合、アキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-Zが初期のＥＭ吸引力-Z0のままだと、回転軸２７を目標位置Ｚ0に合わせることができないので、トータルの力ＦｔZと向きが反対のマイナス方向の力Ｆｔ-Zと同じ力に補正する必要がある。この場合の力の釣り合いの関係は、次式（２８）、（２９）のようになる。
ＦｔZ＝ＦZ0＋Ｆｃｐθ＝ＦZ0＋Ｆｃｐ０−ΔＦｃｐθ  ・・・（２８）
ＦｔZ＝Ｆｔ-Z＝Ｆ-Z0−ΔＦｃｐθ  ・・・・・・（２９）
【０１８１】
このように、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力が変動すると、回転軸２７の力の釣り合に影響する。
【０１８２】
図１９及び図２０は、回転軸２７に外力が加わって目標位置Ｚ0が変位した場合に、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけるために、アキシャル電磁石制御部ＣＺが行う制御の例を示す。図１９は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０の場合の例であり、図２０は、外力に加えて、磁気カップリング３２に位相差角度θの位相差が発生して、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０からＦｃｐθに減少した場合の例である。
【０１８３】
図１９において、図１９Ａは、図１７で示したように、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０で、かつ、回転軸２７が目標位置Ｚ0において、回転軸２７に対する作用する力ＦｔZと力Ｆｔ-Zが上記式（２６）、（２７）の関係で釣り合っている状態を示す。
【０１８４】
この状態で、図１９Ｂに示すように、回転軸２７に対してマイナス方向に外力ＥＦ１が加わった場合を考える。この場合、外力ＥＦ１によって、回転軸２７が目標位置Ｚ0からマイナス方向に移動して、浮上位置の現在位置ＺがＺ1に変位する。回転軸２７の変位量ΔＺは、ΔＺ1＝Ｚ1−Ｚ0となる。回転軸２７が目標位置Ｚ0から変位すると、図１１の制御フローで示したとおり、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけるように、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力を変化させる。
【０１８５】
具体的には、図１９Ｃに示すように、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけるために、マイナス方向の外力ＥＦ１に対向するプラス方向の力ＣＦ１を計算する。力ＣＦ１は、図１１のＳ３０４０Ｚのステップで示したように、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの変化量ΔＦZ1とΔＦ-Z1として計算される。アキシャル電磁石制御部ＣＺは、プラス方向の初期のＥＭ吸引力ＦZ0に変化量ΔＦZ1が加算され、マイナス方向に力の初期のＥＭ吸引力Ｆ-Z0から変化量ΔＦ-Z1が減算されるように、各アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zを制御する。ＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの制御は、図１１のＳ３０５０Ｚ、Ｓ３０６０Ｚに示したように、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂに流す電流値を制御することにより行われる。
【０１８６】
ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０から変動しない場合は、回転軸２７に対する力の釣り合いの関係に変化はない。そのため、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、回転軸２７の変位のみに基づいて変化量ΔＦZ1とΔＦ-Z1を計算すれば、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づける制御を行うことができる。
【０１８７】
これに対して、図２０に示すように、位相差が発生してＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０からＦｃｐθに変化する場合においては、回転軸２７の変位に基づく制御のみでは、適切な制御ができない場合がある。
【０１８８】
図２０において、図２０Ａは、図１９Ａと同様に、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０で、かつ、回転軸２７が目標位置Ｚ0において、回転軸２７に対する作用する力ＦｔZと力Ｆｔ-Zとが上記式（２６）、（２７）の関係で釣り合っている状態を示す。
【０１８９】
この状態で、図２０Ｂに示すように、回転軸２７に対してマイナス方向に、図１９Ｂに示したのと同様の外力ＥＦ１が加わった場合を考える。この場合、外力ＥＦ１によって、回転軸２７が目標位置Ｚ0からマイナス方向に移動して、浮上位置の現在位置ＺがＺ1に変位する。回転軸２７の変位量ΔＺは、ΔＺ1＝Ｚ1−Ｚ0となる。回転軸２７が目標位置Ｚ0から変位すると、図１１の制御フローに従って、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけるように、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力を変化させる。
【０１９０】
アキシャル電磁石制御部ＣＺは、図１９Ｂと同じ変位量ΔＺ1であるため、回転軸２７を目標位置Ｚ0に戻すための力ＣＦ１として、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの変化量をΔＦZ1とΔＦ-Z1として計算する。
【０１９１】
図２０Ｂにおいては、図１９Ｂと異なり、こうした制御を行うタイミングで、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０からＦｃｐθに減少していたとする。そうすると、図２０Ｃに示すように、アキシャル電磁石ＭＺａのＥＭ吸引力ＦZに変化量ΔＦZ1を加算し、アキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-Zから変化量ΔＦ-Z1を減算するだけでは、図１９Ｃの場合と比較して、外力ＥＦ１に対する反対方向の力ＣＦ１が、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの減少分ΔＦｃｐθ＝Ｆｃｐ０−Ｆｃｐθだけ不足することになる。
【０１９２】
この場合、回転軸２７に作用する力において、力ＣＦ１を加えたプラス方向の力（Ｆｚ＋Ｆｃｐ０―ΔＦｃｐθ）よりも、マイナス方向に作用するアキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-Zが大きいと、回転軸２７が目標位置Ｚ0に戻るどころか、現在の浮上位置Ｚ1よりもさらにマイナス方向の浮上位置Ｚ2に変位してしまうおそれもある。
【０１９３】
あるいは、力ＣＦ１を加えたプラス方向の力が、マイナス方向に作用するアキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-Zより大きくても、その差が少ないと、目標位置Ｚ0に近づけるのに時間が掛かってしまう。
【０１９４】
また、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動は、回転軸２７の力の釣り合いの関係に影響するため、回転軸２７の変位として現れる。回転軸２７が変位すれば、アキシャル電磁石制御部ＣＺにより回転軸２７の位置調節の制御が働く。しかし、これは逆に言えば、回転軸２７が目標位置Ｚ0から変位しなければ、位置調節の制御が働かないことを意味し、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動を、回転軸２７の変位に基づいて吸収するのには、時間的な遅れが伴う。
【０１９５】
このように、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動は、磁気軸受システムにおける電磁石を用いた回転軸２７の位置調節の制御に影響を及ぼす。そのため、比較例に係るガスレーザ装置２のように、回転軸２７の位置調節を回転軸２７の変位のみに基づいて行うだけでは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動に起因して、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけることができなかったり、目標位置Ｚ0に近づけるための制御に遅れが生じる場合があるなど、位置調節のための制御がし難い。
【０１９６】
位置調節の制御がし難いと、ファン２６の回転や回転軸２７のアキシャル方向の浮上位置が不安定となることがある。第１磁気軸受２８や第２磁気軸受２９には、図２に示した構成要素の他に、緊急停止させる場合に機能するタッチダウンベアリングが組み込まれている。ファン２６の回転や回転軸２７のアキシャル方向の位置が不安定となると、タッチダウンベアリングを含めて、第１磁気軸受２８や第２磁気軸受２９が破損する可能性があった。特に、ガスレーザ装置２において、ファン２６の回転軸２７の位置調節の制御は、数百ミクロンのオーダで行われるものであり、迅速でかつ高精度な制御が要求される。
【０１９７】
３．第１実施形態のガスレーザ装置
図２１から図３４Ｂを参照して第１実施形態のガスレーザ装置を説明する。第１実施形態のガスレーザ装置の全体構成は、比較例に係るガスレーザ装置２と同様である。相違点は、ファン２６の磁気軸受システム４０Ａであり、ガスレーザ装置の全体構成及びレーザ発振動作などの全体的な動作については説明を省略する。また、磁気軸受システム４０Ａについても、比較例に係る磁気軸受システム４０と同様の構成については同様の符号を付し、説明についても適宜省略し、相違点を中心に説明する。
【０１９８】
３．１  ファンの磁気軸受システムの構成
図２１は、第１実施形態に係る磁気軸受システム４０Ａの構成を示す。第１実施形態に係る磁気軸受システム４０Ａにおいて、図２に示す比較例と異なる構成上の相違点は、磁気カップリング３２に磁束密度センサ６３が設けられている点と、磁気軸受制御部３６の代わりに磁気軸受制御部３６Ａが設けられている点と、磁気軸受制御部３６ＡにＣＰ吸引力計測部６４が設けられている点である。
【０１９９】
３．１．１  磁束密度センサ
磁束密度センサ６３は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの磁極間の磁束密度を検出し、磁気軸受制御部３６Ａに送信する。磁束密度は、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐを推定可能なパラメータである。こうしたパラメータを検出する磁束密度センサ６３は、吸引力推定用センサに相当する。
【０２００】
ＣＰ吸引力計測部６４は、磁束密度センサ６３から受信した磁束密度に基づいて、ＣＰ吸引力Ｆｃｐを計測する。磁気軸受制御部３６Ａは、アキシャル変位センサＳＺが検出する回転軸２７の変位に加えて、計測したＣＰ吸引力Ｆｃｐに基づいて、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zを制御して、Ｚ軸方向における回転軸２７の位置調節を行う。
【０２０１】
図２２において、図２２Ａに示すように、磁束密度センサ６３は、センサ本体部６３ａと、センサ本体部６３ａを支持する支持ケース６３ｂとを含む。図２２Ｂに示すように、磁束密度センサ６３は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの磁極間に配置されている。磁束密度センサ６３は、例えば、駆動側ロータ部３２ａとともにモータ固定部５６（図２１参照）内に収容されており、大気中に配置されている。磁束密度センサ６３は、例えば従動側ロータ部３２ｂが収容される第２ケース４６の外壁面に取り付けられている。磁束密度センサ６３は、例えばホール素子や磁気抵抗素子である。
【０２０２】
図２３において、図２３Ｂは、モータ３１の回転が停止している状態、すなわち、モータ３１の回転数Ｒが「０」ｒｐｍの場合の駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの各磁極間の対向状態を示す。図２３Ｂは、図１４Ｂ及び図１５と同様の模式図である。図２３Ａは、図２３Ｂの対向状態における磁束密度Ｂの時間変化を示すグラフである。
【０２０３】
図２３Ｂに示すように、モータ３１の回転数Ｒが「０」ｒｐｍの場合は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの対向状態は、各磁極間に位相差が無い状態、すなわち、位相差角度θ＝０°である。この場合は、図２３Ａに示すように、磁束密度Ｂは、最大値Ｂ0で一定である。
【０２０４】
一方、図２４は、モータ３１が回転を開始し、比較的低速の回転数Ｒ＝ｒ１ｒｐｍで定速回転している場合の例を示す。この例では、回転数Ｒが比較的低速であり、トルクＱはほとんど発生しない理想状態を想定しており、そのため、図２４Ｂに示すように、位相差もほとんど無く、位相差角度θ≒０の状態である。
【０２０５】
この場合は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂが初期の対向状態を維持したまま回転するため、磁束密度センサ６３の位置を、駆動側ロータ部３２ａのＮ極と従動側ロータ部３２ｂのＳ極が対向する部分と、駆動側ロータ部３２ａのＳ極と従動側ロータ部３２ｂのＮ極が対向する部分が交互に入れ替わりながら通過する。これは、磁束密度センサ６３の位置において、磁束の向きが１８０°異なる状態が一定間隔で変化することを意味する。そのため、図２４Ａに示すように、磁束密度センサ６３の検出信号においては、絶対値がそれぞれ磁束密度Ｂ0に相当する、プラス方向の出力値とマイナス方向の出力値が一定間隔で交互に繰り返される。
【０２０６】
図２５は、モータ３１の回転数Ｒがｒ１ｒｐｍよりも早いｒ２ｒｐｍで定速回転している場合の例を示す。この例は、ｑ１ＮｍのトルクＱが発生し、それにより、図２５Ｂに示すように、位相差が発生し、位相差角度θが、例えば、中心角αの半分である１／２・４５°＝２２．５°の状態になっている例である。
【０２０７】
この場合は、磁気カップリング３２は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの一方のＮ極が、他方のＮ極とＳ極の半分ずつと対向している状態で回転する。そのため、磁束密度センサ６３の位置を、一方のＮ極と他方のＳ極が対向している部分が通過する場合には、磁束密度Ｂが検出されるが、一方のＮ極と他方のＮ極、すなわち、同極同士が対向している部分は、磁極間を結ぶように磁束が発生しないため、磁極間に配置された磁束密度センサ６３では、磁束密度Ｂは検出されない。
【０２０８】
そのため、図２５Ａに示すように、磁束密度Ｂの時間変化においては、プラス方向の磁束密度Ｂ0が検出される状態の後、いったん磁束密度Ｂが０になり、その後マイナス方向の磁束密度Ｂ0が検出される状態が繰り返される。磁束密度Ｂが０になる時間は、同極同士が対向した部分が多いほど、すなわち、位相差角度θが大きいほど長くなる。
【０２０９】
同極同士が対向する部分は反発力を発生する。そのため、図２５に示すように、位相差角度θ＝１／２・α＝２２．５°の場合は、同極同士が対向して反発力が発生する部分と異極同士が対向して吸引力が発生する部分の大きさが等しくなるため、各磁極の吸引力と反発力の合計は０になる。そのため、図１６のグラフに示したとおり、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐθは０になる。上述のとおり、この状態では、磁気カップリング３２として機能しない。そのため、統括制御部６１Ａは、位相差角度θが２２．５°未満の所定角度に達して、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθが所定の下限値Ｆｃｐｔｈ以下にならないように、回転軸２７を制御する。
【０２１０】
３．１．２  磁気軸受制御部の構成
図２６に示すように、第１実施形態に係る磁気軸受制御部３６Ａは、ＣＰ吸引力計測部６４に加えて、アンプ６６、絶対値回路６７、積分回路６８、及びＡ／Ｄ変換器６９を含む。また、磁気軸受制御部３６Ａは、アキシャル電磁石制御部ＣＺに代えて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡを備えている。
【０２１１】
アンプ６６は、磁束密度センサ６３からの検出信号を増幅する。絶対値回路６７は、磁束密度センサ６３から受信する検出信号の出力値を絶対値に変換する。積分回路６８は、検出信号の出力値を積分して、積分値を電圧信号として出力する。Ａ／Ｄ変換器６９は、積分回路６８から出力されるアナログの電圧信号をデジタル信号に変換して、これをＡＤ変換値Ａｄとして出力する。ＣＰ吸引力計測部６４は、Ａ／Ｄ変換器６９から入力されるＡＤ変換値Ａｄに基づいて、平均磁束密度Ｂａｖを計算し、計算した平均磁束密度ＢａｖからＣＰ吸引力Ｆｃｐを計測する。具体的には、以下のような処理を行う。
【０２１２】
３．１．３  ＣＰ吸引力計測方法
図２７は、図２４で示した例の磁束密度Ｂの検出信号を、絶対値｜Ｂ｜に変換する様子を示す。絶対値回路６７は、図２７Ａに示すように、プラス方向とマイナス方向に交互に出力される磁束密度Ｂ0の検出信号の出力値を、図２７Ｂに示すように、すべてプラス方向に変換する。図２８は、図２８Ａに示すように、図２５で示した例の磁束密度Ｂの検出信号を、図２８Ｂに示すように、絶対値｜Ｂ｜に変換する様子を示す。
【０２１３】
積分回路６８は、磁束密度Ｂの絶対値｜Ｂ｜を積分して平均磁束密度Ｂａｖを表すアナログの電圧信号を出力する。磁気カップリング３２が回転している場合の平均磁束密度Ｂａｖは、絶対値｜Ｂ｜を時間で積分して、積分時間Ｔで割った値であり、以下の式（３０）で求められる。
【数１】
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積分時間Ｔは、図２７Ａ及び図２８Ａに示すように、少なくとも１周期の時間間隔である。ここで、１周期は、磁束密度センサ６３の位置に、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの一方のＮ極またはＳ極が進入を開始して、再び同極が進入する直前までの時間間隔である。本例の磁気カップリング３２のように、各磁極の中心角αが４５°の場合には、積分時間Ｔは、９０°回転して、２つの磁極が通過する間の時間である。
【０２１４】
図２７Ｂおよび図２８Ｂに示すように、Ｗは、磁気カップリング３２が４５°回転する時間Δｔ45を１とした場合に、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの各磁極の異極同士が対向している部分が磁束密度センサ６３の位置を通過する時間の時間割合を示す。
【０２１５】
時間割合Ｗは、平均磁束密度Ｂａｖから次式（３１）で求められる。
Ｗ＝Ｂａｖ／Ｂ0    ・・・・（３１）
時間割合Ｗ及び平均磁束密度Ｂａｖは、位相差角度θが大きくなるほど小さくなる。
【０２１６】
駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの各磁極の異極同士が対向する部分のＣＰ吸引力Ｆｃｐは、磁束密度Ｂの最大値Ｂ0の絶対値｜Ｂ0｜の二乗に比例し、各磁極の同極同士が対向する部分は磁束密度Ｂが「０」になるので、異極同士が対向する部分で発生するＣＰ吸引力Ｆｃｐと同じ大きさの反発力が発生する。
したがって、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθは、次式（３２）で求められる。
Ｆｃｐθ＝Ｋｃｐ・（Ｂ02・Ｗ−Ｂ02・（１−Ｗ））
＝Ｋｃｐ・Ｂ02・（２Ｗ−１）
＝Ｋｃｐ・Ｂ0・（２Ｂａｖ−Ｂ0）    ・・・・（３２）
ここで、Ｋｃｐは比例定数である。
【０２１７】
式（３２）より、図２７に示すように、位相差角度θ＝０°の場合は、Ｗ＝１となるので、Ｆｃｐ０＝Ｋｃｐ・Ｂ02となる。また、図２８に示すように、位相差角度θ＝２２．５°の場合は、Ｗ＝０．５となるので、Ｆｃｐθ（＝２２．５°）＝０となる。なお、図示しないが、位相差角度θ＝４５°の場合は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの各磁極はすべて同極同士が対向する。この場合は、Ｗ＝０となるので、Ｆｃｐθ（＝４５°）＝−Ｋｃｐ・Ｂ02となり、反発力が最大となる。
【０２１８】
３．２  磁気軸受システムの動作
３．２．１  ラジアル電磁石制御部の制御フロー
第１実施形態に係る磁気軸受システム４０Ａにおいて、第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙの制御フローについては、図７から図１０で示した比較例に係る制御フローと同様であるので、説明を省略する。
【０２１９】
３．２．２  ＣＰ吸引力計測部の処理
磁気軸受システム４０Ａにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡがアキシャル軸受部ＡＸＢを制御するに際して、ＣＰ吸引力計測部６４は、図２９に示す手順で、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計測する。
【０２２０】
Ｓ５０１０において、ＣＰ吸引力計測部６４は、積分回路６８に対して、平均磁束密度Ｂａｖを測定するための積分時間Ｔを設定する。Ｓ５０２０において、ＣＰ吸引力計測部６４は、積分回路６８をリセットして、タイマをスタートさせる。ＣＰ吸引力計測部６４は、タイマの時間ｔが積分時間Ｔに到達したら（Ｓ５０３０でＹ）、ＡＤ変換値ＡｄをＡ／Ｄ変換器６９から読み込む（Ｓ５０４０）。ＡＤ変換値Ａｄは、時間ｔが積分時間Ｔに達した時点の積分回路６８の積分値を表すデジタル信号である。Ｓ５０５０において、ＣＰ吸引力計測部６４は、式（３０）に従って、ＡＤ変換値ＡｄをＴで割って、平均磁束密度Ｂａｖを計算する。
【０２２１】
Ｓ５０６０において、ＣＰ吸引力計測部６４は、計算した平均磁束密度Ｂａｖに基づいて、式（３２）に従って、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計算により求める。Ｓ５０７０において、ＣＰ吸引力計測部６４は、計測したＣＰ吸引力Ｆｃｐθのデータを、電磁石制御部ＣＺＡ及び統括制御部６１Ａに送信する。
【０２２２】
３．２．３  アキシャル電磁石制御部ＣＺＡの制御フロー
図３０Ａ及び図３０Ｂは、第１実施形態に係るアキシャル電磁石制御部ＣＺＡの制御フローを示す。図３０Ａに示す前半のＳ３０００ＺからＳ３０４０Ｚのステップについては、図１１に示す比較例に係るアキシャル電磁石制御部ＣＺの制御フローと同様である。Ｓ３０４０Ｚのステップにおいては、回転軸２７が目標位置Ｚ0から変位した場合に、現在位置Ｚとの差ΔＺに基づいて、差ΔＺを０に近づけるための、各電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの変化量ΔＦZとΔＦ-Zが計算される。
【０２２３】
図３０Ｂにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、Ｓ３０４０Ｚの後、Ｓ３０４１Ｚにおいて、ＣＰ吸引力計測部６４が計測したＣＰ吸引力Ｆｃｐθを読み込む。次に、Ｓ３０４２Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値Ｆｃｐ０からの減少分ΔＦｃｐθを、次式（３３）に従って計算する。
ΔＦｃｐθ＝Ｆｃｐ０−Ｆｃｐθ    ・・・・（３３）
【０２２４】
Ｓ３０４３Ｚにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、次式（３４）、（３５）に従って、回転軸２７の変位に基づいて計算された、ＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの変化量ΔＦZとΔＦ-Zを、減少分ΔＦｃｐθで補正して、補正値ΔＦｃZとΔＦｃ-Zを計算する。
ΔＦｃZ＝ΔＦZ＋ΔＦｃｐθ    ・・・・（３４）
ΔＦｃ-Z＝ΔＦ-Z    ・・・・（３５）
【０２２５】
そして、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、Ｓ３０５０ＺＡにおいて、ＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの変化量の補正値ΔＦｃZとΔＦｃ-Zを発生するための電磁石ＭＺａとＭＺｂの電流のそれぞれの変化量ΔＩZとΔＩ-Zを計算する。このように、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、計測されたＣＰ吸引力Ｆｃｐθの変動に応じて、アキシャル電磁石ＭＺａ及びＭＺｂの磁力であるＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zを補正する補正部に相当する。本例においては、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、計測されたＣＰ吸引力Ｆｃｐθと予め設定された基準値である初期値Ｆｃｐ０との差である減少分ΔＦｃｐθに基づいて、ＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zを補正する。
【０２２６】
Ｓ３０５０ＺＡの後のＳ３０６０ＺからＳ３０８０Ｚのステップは図１１に示す比較例と同様である。すなわち、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、Ｓ３０６０Ｚにおいて、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂの電流値ＩZとＩ-Zを、式（１９）、（２０）に従って計算する。Ｓ３０７０Ｚ及びＳ３０８０Ｚにおいて、電流制御器５９を通じて、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂにそれぞれ電流値ＩZとＩ-Zを流す。
【０２２７】
また、上記制御フローにおいて、仮に回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｚと目標位置Ｚ0が一致し、ΔＺ＝「０」の場合でも、Ｓ３０３０ＺからＳ３０８０Ｙまでのステップは実行される。つまり、ΔＺ＝「０」の場合でも、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθに変動が生じた場合には、減少分ΔＦｃｐθに基づいて、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの補正が実行される。この場合は、Ｓ３０４３Ｚにおいて、変化量ΔＦZとΔＦ-Zが「０」になるため、減少分ΔＦｃｐθのみが補正値ΔＦｃZとなる。そして、Ｓ３０５０ＺＡからＳ３０８０Ｚのステップが実行されて、結果として、ＥＭ吸引力ＦZに対して、減少分ΔＦｃｐθに相当する力の変化量ΔＦｃZが加算される。
【０２２８】
３．３  作用
第１実施形態に係る磁気軸受制御部３６Ａは、このような制御を行うことによって、次のような作用効果が得られる。
３．３．１  第１の効果
図３１に示すように、補正部に相当するアキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが変動して、減少分ΔＦｃｐθがある場合は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐと同じ向きのプラス方向に作用するトータルの力ＦｔZに対して、減少分ΔＦｃｐθを補償する補正を行う。具体的には、アキシャル電磁石ＭＺａのＥＭ吸引力ＦZ0に減少分ΔＦｃｐθを加算する。この補正に際して、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθは、ＣＰ吸引力計測部６４が磁束密度センサ６３の検出信号に基づいて計測する。
【０２２９】
この場合の力の釣り合いの関係は、次式（３６）、（３７）のようになる。
ＦｔZ＝ＦZ＋Ｆｃｐ０＝ＦZ0＋Ｆｃｐ０−ΔＦｃｐθ＋ΔＦｃｐθ＝ＦZ0＋Ｆｃｐ０    ・・・（３６）
ＦｔZ＝Ｆｔ-Z＝Ｆ-Z0    ・・・・・・（３７）
【０２３０】
図３１に示すように、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、Ｚ軸方向において、回転軸２７に対して作用するプラス方向の第１の力に相当するトータルの力ＦｔZとマイナス方向の第２の力に相当するＦｔ-Zとの２つの力が釣り合うように、アキシャル電磁石ＭＺａの磁力であるＥＭ吸引力ＦZを、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動分であるΔＦｃｐθに基づいて補正する。ここで、第１の力に相当するトータルの力ＦｔZには、ＣＰ吸引力Ｆｃｐとアキシャル電磁石ＭＺａの磁力であるＥＭ吸引力ＦZが含まれ、第２の力に相当するＦｔ-Zとには、アキシャル電磁石ＭＺｂの磁力であるＥＭ吸引力Ｆ-Zが含まれる。
【０２３１】
このようなＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動に応じた補正を行うため、第１実施形態のガスレーザ装置は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動が、ファン２６の回転軸２７の力の釣り合いの関係やアキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂとを用いた回転軸２７の位置調節のための制御に与える影響を低減することができる。そのため、回転軸２７の位置調節のための制御がしやすい。これにより、ファン２６の回転や回転軸２７の浮上位置を安定させることができ、第１磁気軸受２８や第２磁気軸受２９の破損の可能性を低減することできる。
【０２３２】
また、補正に使用するＣＰ吸引力Ｆｃｐθを、吸引力推定用センサに相当する磁束密度センサ６３で検出される検出信号を用いて計測するから、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを正確に計測することができ、補正の精度が向上する。また、回転軸２７の変位とは無関係に、センサを用いてＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計測して、ＣＰ吸引力Ｆｃｐに変動が生じた場合には補正を行うから、回転軸２７が目標位置Ｚ0から変位しない場合でも補正が可能となる。そのため、位置調節の制御の時間的な遅れが少ない。その結果、従来と比較して、迅速でかつ高精度な制御が期待できる。
【０２３３】
図３２を用いて、具体例に即して作用効果を説明する。図３２は、回転軸２７に変位が生じた場合のアキシャル電磁石制御部ＣＺＡの制御の例を示す。図３２において、図３２Ａは、比較例に係る図２０Ａと同様に、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０で、かつ、回転軸２７が目標位置Ｚ0において、図１７で示した式（２６）、（２７）の条件で、プラス方向に作用する力ＦｔZとマイナス方向に作用する力Ｆｔ-Zとが釣り合っている状態を示す。
【０２３４】
この状態で、図３２Ｂに示すように、回転軸２７に対してマイナス方向に、図２０Ｂに示したのと同様の外力ＥＦ１が加わった場合を考える。この場合、外力ＥＦ１によって、回転軸２７が目標位置Ｚ0からマイナス方向に移動して、浮上位置ＺがＺ1に変位する。回転軸２７の変位量ΔＺは、ΔＺ1＝Ｚ1−Ｚ0となる。回転軸２７に変位量ΔＺが発生すると、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、回転軸２７を目標位置Ｚ0に戻すように、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力を変化させる。
【０２３５】
アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、図２０Ｂと同じ変位量ΔＺ1であるため、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけるための力ＣＦ１として、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの変化量をΔＦZ1とΔＦ-Z1を計算する。
【０２３６】
図３２Ｂにおいては、こうして変化量ΔＦZ1とΔＦ-Z1を計算した際に、図２０Ｂと同様に、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０からＦｃｐθに減少していたとする。この場合、図２０に示した比較例と異なり、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、回転軸２７の変位量ΔＺ1に基づいて計算した変化量ΔＦZ1とΔＦ-Z1を、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθの減少分ΔＦｃｐθに基づいて補正して、補正値ΔＦｃZ1とΔＦｃ-Z1を計算する。ここで、ΔＦｃ-Z1は、上記式（３５）に示すように、ΔＦ-Z1と同じである。
【０２３７】
図３２Ｃに示すように、第１実施形態においては、比較例の図２０Ｃと異なり、外力ＥＦ１に対向する力ＣＦ２は−ΔＦ-Z1＋ΔＦｃZ1となり、ΔＦｃZ1に対しては減少分ΔＦｃｐθが補償される。そのため、力ＣＦ１を加えたプラス方向の力（Ｆｚ＋Ｆｃｐ０）は、マイナス方向に作用するアキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-Zより大きくなり、図２０Ｃに示すように減少分ΔＦｃｐθが不足することはない。このようにＣＰ吸引力Ｆｃｐが変動した場合でも、減少分ΔＦｃｐθが補償されるため、位置調節のための制御への影響が少ない。
【０２３８】
そのため、回転軸２７に目標位置Ｚ0からの変位が生じた場合でも、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけるための力の変化量を適切に与えることができる。これにより、比較例と比べて、位置調節の精度が向上し、位置調節の制御の時間的な遅れも低減できるので、迅速かつ高精度な制御が可能となる。
【０２３９】
３．３．２  第２の効果
また、本例においては、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、ＥＭ吸引力の補正を、回転軸２７に作用する力の釣り合いの初期条件が維持されるように、減少分ΔＦｃｐθに基づいて行っている。ここで、初期条件とは、回転軸２７に作用する力の釣り合いの関係であって、モータ３１が停止しＣＰ吸引力Ｆｃｐが基準値である初期値Ｆｃｐ０に維持されている状態において、回転軸２７の浮上位置を目標位置Ｚ0に合わせるための力の釣り合いの関係である。
【０２４０】
つまり、上記式（３６）、（３７）において、回転軸２７に作用するプラス方向とマイナス方向のトータルの力ＦｔZと力Ｆｔ-Zとの釣り合いの関係は、上記式（２６）、（２７）で示した場合と同様に、磁気カップリング３２が初期のＣＰ吸引力Ｆｃｐ０を発生している場合の力の釣り合いの関係と同じになる。このため、次のような効果が得られる。
【０２４１】
Ｚ軸方向における回転軸２７に作用する力の釣り合いは、対向して配置されるアキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂが、プラス方向のＥＭ吸引力ＦZとマイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-Zで回転軸２７を引き合うことによって成立する。電磁石同士の引き合いで力を釣り合わせる関係は、プラス方向とマイナス方向に相互にバネで引っ張り合って力を釣り合わせる関係に類似する。例えば、バネが伸縮する場合にフックの法則に従って距離に応じてバネの反力が変化するのと同様に、電磁石に流す電流が変化しない場合でも、電磁石と回転軸２７との距離によって回転軸２７に作用する吸引力は変化する。
【０２４２】
そのため、電磁石を使用する場合において、目標位置Ｚ0で釣り合わせるためのトータルの力ＦｔZとＦｔ-Zの大きさが変化するということは、バネを使用する場合にバネ定数が変化することに等しい。バネ定数が変化した場合、同じ変位量でも力の変化量が異なる。したがって、目標位置Ｚ0において釣り合わせるためのトータルの力ＦｔZとＦｔ-Zの大きさが変化した場合は、回転軸２７の変位量が同じでも、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づけるためのＥＭ吸引力の変化量は変化する。
【０２４３】
アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂに設定される初期のＥＭ吸引力ＦZ0とＦ-Z0は、磁気カップリング３２がＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値Ｆｃｐ０を発生することを前提に設定される。また、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡも、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値Ｆｃｐ０を前提として、制御回路におけるゲインなどの最適値が設定されている。例えば、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０であるという前提の下、回転軸２７が目標位置Ｚ0からどの程度変位したら、目標位置Ｚ0に近づけるためにどの程度の力を発生させればよいか、そのためにどの程度の電流を流したらよいかといった値が計算されて、それに応じた最適値が設定される。
【０２４４】
そのため、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが変動して力の釣り合いの初期条件が変化すると、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡに設定された最適値の前提が狂ってしまう。そうすると、回転軸２７を目標位置Ｚ0に戻すためのＥＭ吸引力の変化量が大きすぎたり、小さすぎたりということが生じ、適切な制御がし難くなる原因にもなる。本例では、回転軸２７に作用する力の釣り合いの初期条件が維持されるため、このような不都合を回避することができ、より適切な制御が可能となる。
【０２４５】
３．３．３  第３の効果
さらに、図３０Ａ及び図３０Ｂの制御フローに示したとおり、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、変位センサＳＺによって検出した回転軸２７の変位量である差ΔＺに基づいて、現在位置Ｚを目標位置Ｚ0に近づけるためのＥＭ吸引力ＦZ0とＦ-Z0の変化量ΔＦZとＦ-Zを計算し、計算した変化量ΔＦZとＦ-Zを減少分ΔＦｃｐθに基づいて補正する。そのため、回転軸２７の変位に基づいて変化量ΔＦZとＦ-Zを計算する処理は、比較例と共通にすることができるため、従来の回路部品等の流用が可能となり、低コスト化にも寄与する。
【０２４６】
３．４  ＣＰ吸引力の異常判定
図３３から図３４に示すように、統括制御部６１Ａは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐを監視して、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが所定の下限値Ｆｃｐｔｈを下回った場合に、モータ３１の回転を停止する制御を行う。統括制御部６１Ａはモータ制御部に相当する。
【０２４７】
図３３に示すように、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθと位相差角度θとの対応関係を示すグラフにおいて、下限値Ｆｃｐｔｈは、位相差角度θの上限値θｃｐｔｈに対応するＣＰ吸引力である。上限値θｃｐｔｈは、中心角αが４５°の本例の磁気カップリング３２において、位相差角度θが２２．５°未満の所定値に設定される。下限値Ｆｃｐｔｈのデータは、統括制御部６１Ａの図示しない内部メモリに記憶されている。
【０２４８】
図３４Ａ及び図３４Ｂは、統括制御部６１Ａの制御フローである。図３４Ａに示す前半のＳ４０１０からＳ４０４０のステップは、比較例の図１２に示す制御フローと同様である。図１２との相違点は、図３４Ｂに示すように、Ｓ４０４１、Ｓ４０４２、Ｓ４０４３のステップが追加されている点である。
【０２４９】
統括制御部６１Ａは、Ｓ４０４１において、ＣＰ吸引力計測部６４が計測したＣＰ吸引力Ｆｃｐθを読み込む。Ｓ４０４２において、統括制御部６１Ａは、読み込んだＣＰ吸引力Ｆｃｐθと下限値Ｆｃｐｔｈとを比較して、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθが下限値Ｆｃｐｔｈを下回ったか否かを監視する。統括制御部６１Ａは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθが下限値Ｆｃｐｔｈ以上の場合は（Ｓ４０４２でＹ）、Ｓ４０５０以下のステップに進む。
【０２５０】
一方、統括制御部６１Ａは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθが下限値Ｆｃｐｔｈを下回った場合は（Ｓ４０４２でＮ）、Ｓ４０４３に進み、レーザ制御部１７に対して磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐが異常である旨のＣＰ吸引力異常信号を出力する。そして、統括制御部６１Ａは、Ｓ４０８０に進み、モータ３１の回転を停止する。
【０２５１】
ＣＰ吸引力Ｆｃｐが小さすぎると、モータ３１のトルクがファン２６に適切に伝達されず、モータ３１が回転していても、モータ３１に同期してファン２６が回転しないおそれがある。また、ＣＰ吸引力が小さすぎると、ファン２６の回転や回転軸２７の位置が不安定になり、第１磁気軸受２８及び第２磁気軸受２９の損傷の原因にもなる。本例のように、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを監視して、下限値Ｆｃｐｔｈを下回った場合にＣＰ吸引力異常信号を出力することで、ファン２６がモータ３１に同期して回転しているか否かを検出することができる。加えて、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの異常に起因して第１磁気軸受２８及び第２磁気軸受２９が損傷することを未然に防ぐことができる。
【０２５２】
３．５  磁気カップリングの変形例
本例では、磁気カップリング３２として、中心角αが４５°の磁極が８個ある８極タイプを例に説明したが、この例に限定されることなく、磁極の数ｎは２個以上、すなわち、ｎ≧２であればよい。磁極の数をｎとした場合の各磁極の中心角αは、α＝３６０°／ｎとなる。
【０２５３】
３．６  ＰＩＤ制御
上述の比較例及び第１実施形態において、回転軸２７の変位に応じた力の変化量ΔＦを計算する場合には、実際には、ＰＩＤ制御が行われる。ＰＩＤ制御は、比例制御（Ｐ：proportional）と、積分制御（Ｉ：integral）と、微分制御（Ｄ：differential）からなる。比例制御は、回転軸２７の目標位置からの変位量に応じて、目標位置に近づけるための力の変化量を変える制御である。積分制御は、変位量を積分して積分値に応じて力の変化量を調節する制御である。微分制御（Ｄ制御）は、前回の変位量と今回の変位量を比較してその差に応じて力の変化量を変える制御である。
【０２５４】
こうしたＰＩＤ制御は、フィードバック制御における周知の制御手法であり、特に磁気軸受のように電磁石を使用して回転軸２７の位置を制御する不安定な系においては、回転軸２７の振動を減衰させるなど回転軸２７の位置を安定化させるために当然に必要となる制御である。上記例においては、説明の煩雑化を避けるため、便宜上、比例制御のみを行っている例で説明したが、実際には、比例制御に、積分制御及び微分制御を加えたＰＩＤ制御が行われる。
【０２５５】
アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、変位センサＳＺからの出力に基づいて計算した差ΔＺを変位量として、ＰＩＤ制御を行う。こうしたＰＩＤ制御を行うことで、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づける位置調節において、回転軸２７を迅速に目標位置Ｚ0に近づけつつ、回転軸２７の振動的な動きを抑制することが可能となる。
【０２５６】
３．７  その他
本例では、磁束密度センサ６３の出力を絶対値に変換する絶対値回路６７を設けた例で説明したが、絶対値回路６７を設けなくてもよい。図２７Ａ及び図２８Ａに示すように、位相差が発生すると、位相差角度θに応じて磁束密度Ｂの出力信号の時間幅は変化するので、プラス側だけの出力信号に基づいて演算を行ってもＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計測することが可能である。
【０２５７】
また、図２６に示す磁気軸受制御部３６ＡのＣＰ吸引力計測部６４、電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ、ＣＺＡは、高速制御を行うために、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）で構成してもよい。
【０２５８】
また、本例において、予め設定されるＣＰ吸引力Ｆｃｐの基準値を初期値Ｆｃｐ０としている。ＣＰ吸引力Ｆｃｐは、モータが停止して、位相差が無い初期状態が最大値となり、これが初期値Ｆｃｐ０に相当する。本例で示したように、初期値Ｆｃｐ０を基準値に設定しておけば、変動分は初期値Ｆｃｐ０からの減少分ΔＦｃｐθのみとなる。そのため、ＣＰ吸引力の変動分の計算に際しては、増加分を考慮せずに済み、計算が容易になるなどの効果があるので、初期値Ｆｃｐ０を基準値とすることが好ましい。しかし、基準値は必ずしも初期値Ｆｃｐ０に設定しなくてもよい。
【０２５９】
また、本例では、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、計測されたＣＰ吸引力Ｆｃｐと予め設定された基準値との差である変動分に基づいて、ＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの補正量を計算している。しかし、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡは、ＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zの補正量の計算に際して必ずしも変動分を求めなくてもよく、例えば、計測したＣＰ吸引力Ｆｃｐの絶対値から直接、補正量を計算してもよい。
【０２６０】
４．第２実施形態のガスレーザ装置
図３５から図４７を参照して第２実施形態のガスレーザ装置を説明する。第２実施形態のガスレーザ装置の全体構成や、図３５に示す磁気軸受システム４０Ｂの基本的な構成は、第１実施形態のガスレーザ装置と同様である。相違点は、磁気軸受システム４０ＢのＣＰ吸引力計測方法である。より具体的には、第１実施形態に係る磁気軸受システム４０Ａは、吸引力推定用センサとして磁束密度センサ６３を用い、磁束密度センサ６３によって磁束密度そのものを検出して、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計測する。これに対して、第２実施形態に係る磁気軸受システム４０Ｂは、吸引力推定用センサとして位相差センサを用い、位相差センサによって磁気カップリング３２の位相差を検出してＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計測する。位相差は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを推定可能なパラメータである。
【０２６１】
第２実施形態に係る磁気軸受システム４０Ｂは、こうしたＣＰ吸引力計測方法が異なる以外は、第１実施形態に係る磁気軸受システム４０Ａと同様であるので、同様の構成については同様の符号を付し、説明を適宜省略し、相違点を中心に説明する。
【０２６２】
４．１  ファンの磁気軸受システムの構成
図３５は、第２実施形態に係る磁気軸受システム４０Ｂの構成を示す説明図である。第２実施形態に係る磁気軸受システム４０Ｂにおいて、第１実施形態と異なる構成上の相違点は、第１に、磁気カップリング３２に位相差センサとして磁束密度変化センサ７１が設けられている点と、第２に、磁気軸受制御部３６Ａの代わりに磁気軸受制御部３６Ｂが設けられている点である。加えて、第３に、ＣＰ吸引力計測部６４の代わりにＣＰ吸引力計測部６４Ｂが設けられている点と、第４に、磁気軸受制御部３６ＢにＣＰ吸引力Ｆｃｐθと位相差角度θとの対応関係７６を記憶する記憶部７０が設けられている点である。
【０２６３】
４．１．１  磁束密度変化センサ
磁束密度変化センサ７１は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの磁極間の磁束密度の変化点を検出し、磁気軸受制御部３６Ｂに送信する。磁束密度Ｂの変化点は、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐθを推定可能なパラメータである。
【０２６４】
ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、磁束密度センサ６３から受信した磁束密度Ｂの変化点の信号に基づいて、位相差である位相差角度θを計測する。記憶部７０に記憶されているＣＰ吸引力Ｆｃｐθと位相差角度θとの対応関係７６は、図３３のグラフに示した対応関係を表すデータである。ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、計測した位相差角度θに基づいて、対応関係７６を参照して、位相差角度θに対応するＣＰ吸引力Ｆｃｐθを求める。
【０２６５】
磁気軸受制御部３６Ｂは、第１実施形態に係る磁気軸受制御部３６Ａと同様に、アキシャル変位センサＳＺが検出する回転軸２７の変位に加えて、計測したＣＰ吸引力Ｆｃｐに基づいて、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのＥＭ吸引力ＦZとＦ-Zを制御する。この制御を通じて、Ｚ軸方向における回転軸２７の位置調節を行う。
【０２６６】
図３６において、図３６Ａに示すように、磁束密度変化センサ７１は、センサ本体部７１ａと、センサ本体部７１ａを支持する支持ケース７１ｂとを含む。図３６Ｂに示すように、磁束密度変化センサ７１は、第１実施形態に係る磁束密度センサ６３と同様に、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの磁極間に配置されている。磁束密度変化センサ７１の固定位置も、第２ケース４６の外壁面であり、第１実施形態に係る磁束密度センサ６３と同様である。磁束密度変化センサ７１は、例えばピックアップコイルである。
【０２６７】
４．１．２  ＣＰ吸引力計測方法
図３７に示すように、第２実施形態に係る磁気軸受制御部３６Ｂは、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂ及び記憶部７０に加えて、アンプ７２、絶対値回路７３、コンパレータ７４を含む。また、磁気軸受制御部３６Ｂは、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡに代えて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＢを備えている。
【０２６８】
アンプ７２は、磁束密度変化センサ７１からの検出信号を増幅する。絶対値回路７３は、磁束密度変化センサ７１から受信する検出信号の出力値を絶対値に変換する。コンパレータ７４は、磁束密度変化センサ７１からの出力値である出力電圧と閾値電圧Ｖｔｈとを比較して比較結果を出力する。
【０２６９】
ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、コンパレータ７４から出力されるデータに基づいて、位相差角度θを計測する。具体的には、以下のような処理を行う。
【０２７０】
図３８から図４０は、磁束密度変化センサ７１の検出信号を説明する説明図である。図３８Ａは、磁気カップリング３２の位相差角度θ＝０°で、かつ、回転数Ｒ＝０ｒｍｐ、すなわち、回転が停止している場合の磁束密度変化センサ７１の位置における磁束密度Ｂの時間変化を示す。この場合は、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂは、図２３Ｂに示す初期の対向状態で停止しているため、図２３Ａでも示したとおり、磁束密度Ｂは最大値Ｂ0で一定である。そのため、磁束密度Ｂの変化点は発生せず、図３８Ｂに示すように、磁束密度変化センサ７１の検出信号の出力も無い。
【０２７１】
図３９は、図２４で示したのと同様に、モータ３１が回転を開始し、比較的低速の回転数Ｒ＝ｒ１ｒｐｍで定速回転している場合の例を示す。この例では、回転数Ｒは比較的低速であるため、トルクＱはほとんど発生せず、そのため、図３９Ｂに示すように、位相差もほとんど無く、位相差角度θ≒０の状態である。
【０２７２】
この場合は、図２４で説明したとおり、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂが初期の対向状態を維持したまま回転するため、磁束密度変化センサ７１の位置において、磁束の向きが１８０°異なる状態が一定間隔で変化する。そのため、磁束密度センサ６３の検出信号においては、絶対値がそれぞれ磁束密度Ｂ0に相当する、プラス方向の出力値とマイナス方向の出力値が一定間隔で交互に繰り返される。
【０２７３】
この場合は、図３９Ｂに示すように、磁束密度変化センサ７１において、磁束密度Ｂのプラス方向への立ち上がりとマイナス方向への立ち下がりが磁束密度Ｂの変化点として検出される。変化点に対応するタイミングで、プラス方向とマイナス方向に一定間隔で検出信号が出力される。
【０２７４】
図４０は、図２５で示したのと同様に、モータ３１の回転数Ｒがｒ１ｒｐｍよりも早いｒ２ｒｐｍで定速回転している場合の例を示す。この例は、ｑ１ＮｍのトルクＱが発生し、それにより、図４０Ａに示すように、位相差が発生し、位相差角度θ≠０となる例である。この場合は、図４０Ｂに示すように、磁束密度変化センサ７１において、磁束密度Ｂのプラス方向への立ち上がりとマイナス方向への立ち下がりが磁束密度Ｂの変化点として検出される。そして、本例のように、磁極の中心角αが４５°の磁気カップリング３２の場合には、位相差角度θは、図４０Ｂに示す検出信号から、次式（３８）で求められる。
θ＝（Δｔw／Δｔ45）・４５°    ・・・（３８）
【０２７５】
式（３８）において、図２７及び図２８で示したように、Ｗは、磁気カップリング３２が４５°回転する時間Δｔ45を１とした場合に、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの各磁極の異極同士が対向している部分が磁束密度変化センサ７１の位置を通過する時間の時間割合を示す。その反対に、Δｔwは、時間Δｔ45を１とした場合に、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの各磁極の同極同士が対向している部分が磁束密度変化センサ７１の位置を通過する時間の時間割合を示す。すなわち、Δｔw＝Δｔ45−Ｗ＝１−Ｗという関係である。位相差角度が０の場合は、Δｔ45とＷがともに１となるため、Δｔw＝０である。Δｔwが大きいほど、位相差角度θが大きくなる。
【０２７６】
図４１は、磁束密度変化センサ７１から図３９Ｂに示す検出信号が出力された場合における、絶対値回路７３とコンパレータ７４の処理を示す。磁束密度変化センサ７１から、図４１Ａに示す検出信号が、絶対値回路７３に入力されると、絶対値回路７３は、検出信号の出力値を、図４１Ｂに示すように、すべてプラス方向に変換する。
【０２７７】
コンパレータ７４は、絶対値回路７３から出力される出力電圧Ｖと、閾値電圧Ｖｔｈとを比較して、出力電圧が閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合には「１」に相当するハイレベルの電圧を出力し、閾値電圧Ｖｔｈ以下の場合は「０」に相当するローレベルの電圧を出力する。ハイレベルの電圧信号はパルス信号として検出され、ローレベルの電圧信号は出力が無いものと扱われる。
【０２７８】
図４１Ｃに示すように、ＰＴ１は、連続して出力される複数のパルス信号が出力される場合において、連続して出力される２発のパルス信号の時間間隔であるパルス間隔を示す。ＰＴ２は、連続して出力される３発のパルス信号の１発目と３発目の時間間隔であるパルス間隔を示す。
【０２７９】
図４１の場合は、磁気カップリング３２は位相差が無い状態で定速回転しているため、図４１Ｃにおいて、連続して出力される複数のパルス信号の時間間隔は一定である。そのため、パルス間隔ＰＴ１とＰＴ２の関係は、次式（３９）のようになる。
ＰＴ２−２・ＰＴ１＝０    ・・・（３９）
すなわち、パルス間隔ＰＴ１の２倍がパルス間隔ＰＴ２である。
【０２８０】
図４２は、磁束密度変化センサ７１から図４０Ｂに示す検出信号が出力された場合における、絶対値回路７３とコンパレータ７４の処理を示す。絶対値回路７３は、磁束密度変化センサ７１からの図４２Ａに示す検出信号を、図４２Ｂに示すように、すべてプラス方向の信号に変換する。コンパレータ７４は、図４１で示したのと同様に、絶対値回路７３から出力される出力電圧Ｖと、閾値電圧Ｖｔｈとを比較して、出力電圧が閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合には「１」に相当するパルス信号を出力する。
【０２８１】
図４２の場合は、磁気カップリング３２に位相差が発生している状態で、定速回転しているため、図４２Ｃにおいて、連続して出力される複数のパルス信号の時間間隔は一定ではない。図４０Ｂに示したΔｔ45に応じたパルス間隔とΔｔwに応じたパルス間隔が周期的に繰り返される。そのため、パルス間隔ＰＴ１とＰＴ２の関係は、式（３９）のように一義的には決まらず、１発目のパルス信号をどのパルス信号とするかに応じて、ＰＴ２がＰＴ１の２倍よりも短くなる場合、すなわち、ＰＴ２−２・ＰＴ１＜０の場合と、ＰＴ２がＰＴ１の２倍よりも長くなる場合、すなわち、ＰＴ２−２・ＰＴ１＞０の場合とが変化する。
【０２８２】
４．２  磁気軸受システムの動作
第２実施形態の磁気軸受システム４０Ｂの動作は、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂの処理が、第１実施形態と異なるのみである。第１ラジアル電磁石制御部Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙの制御フローについては、図７から図１０に示す比較例及び第１実施形態の制御フローと同様である。アキシャル電磁石制御部ＣＺＢの制御フローは、図３０Ａ及び図３０Ｂに示す第１実施形態の制御フローと同様である。統括制御部６１Ｂの制御フローは、図３４Ａ及び図３４Ｂに示す第１実施形態の制御フローと同様である。そのため、これらの説明は省略し、相違点である、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂの処理のみを説明する。
【０２８３】
４．２．１  ＣＰ吸引力計測部の処理
図４３に示すように、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、Ｓ６１００において、位相差角度θを計測する。そして、Ｓ６２００において、位相差角度θからＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計算する。最後に、Ｓ６３００において、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθのデータを、アキシャル電磁石制御部ＣＺＢと統括制御部６１Ｂに送信する。
【０２８４】
図４４は、位相差角度θを計測する処理の詳細を示す。図４４に示すように、Ｓ６１０１において、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、タイマをリセットして、タイマ値ｔを０にする。この後、Ｓ６１０２において、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、コンパレータ７４から１発目のパルス信号が入力されるのを監視して、１発目のパルス信号が入力された時点で、タイマカウントをスタートさせる（Ｓ６１０３）。
【０２８５】
タイマカウントをスタートさせた後、Ｓ６１０４において、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、２発目のパルス信号の入力を監視する。そして、２発目のパルス信号が入力された場合（Ｓ６１０４でＹ）に、その時点のタイマ値ｔを、パルス間隔ＰＴ１として取得する（Ｓ６１０５）。さらに、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、３発目のパルス信号の入力を監視して（Ｓ６１０６）、３発目のパルス信号が入力された場合（Ｓ６１０６でＹ）、その時点のタイマ値ｔをパルス間隔ＰＴ２として取得する（Ｓ６１０７）。
【０２８６】
次に、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、取得したパルス間隔ＰＴ１とＰＴ２に基づいて、次式（４０）により、評価値Ｃを計算する（Ｓ６１０８）。
Ｃ＝ＰＴ２−２・ＰＴ１    ・・・（４０）
【０２８７】
Ｓ６１０９において、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、Ｃの値に応じて位相差角度θを計算する。Ｓ６１０９において、Ｃの値が０の場合は、上記式（３９）で示したように、位相差が無いと評価できるので、Ｓ６１１０に進み、位相差角度θ＝０°と判定する。
【０２８８】
また、Ｓ６１０９において、Ｃの値が０より大きいか小さいかに応じて、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、評価値Ｃの判定方法を変える。これは、上述したとおり、パルス間隔ＰＴ１とＰＴ２が、１発目のパルス信号をどのパルス信号とするかに応じて、ＰＴ２がＰＴ１の２倍よりも短くなる場合、すなわち、Ｃ＝ＰＴ２−２・ＰＴ１＜０の場合と、ＰＴ２がＰＴ１の２倍よりも長くなる場合、すなわち、Ｃ＝ＰＴ２−２・ＰＴ１＞０の場合があるためである。
【０２８９】
Ｓ６１０９において、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、上記不等式の判定を行う。そして、評価値Ｃが０よりも大きい場合、すなわち、Ｃ＝ＰＴ２−２・ＰＴ１＞０の場合、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、Ｓ６１１１に進み、次式（４１）の計算をして、位相差角度θを求める。
θ＝（ＰＴ１／ＰＴ２）・４５°    ・・・（４１）
【０２９０】
Ｓ６１０９において、評価値Ｃが０よりも小さい場合、すなわち、すなわち、Ｃ＝ＰＴ２−２・ＰＴ１＜０の場合は、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、Ｓ６１１２に進み、次式（４２）の計算をして、位相差角度θを求める。
θ＝｛（ＰＴ２−ＰＴ１）／Ｔ２｝・４５°    ・・・（４２）
【０２９１】
図４５は、図４３におけるＳ６２００の位相差角度θからＣＰ吸引力Ｆｃｐθの計算処理の詳細を示すフローチャートである。図４５に示すように、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、Ｓ６２０１において、記憶部７０から、対応関係７６を読み出す。Ｓ６２０２において、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、対応関係７６に基づいて、位相差角度θに対応するＣＰ吸引力Ｆｃｐθを求める。
【０２９２】
図４６に示すように、対応関係７６は、例えば位相差角度θの複数の角度のデータと、各角度に対応するＣＰ吸引力Ｆｃｐθのデータとを対応付けて記録したテーブルデータ７６Ａである。テーブルデータ７６Ａにおいては、例えば位相差角度θが１°刻みで０°〜２２°のそれぞれに対応するＣＰ吸引力Ｆｃｐθのデータが記録されている。
【０２９３】
なお、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、位相差角度θが１°刻みで記録されたテーブルデータ７６Ａと補間法とを組み合わせて用いることにより、例えば２°と３°の間の中間値である２．５°に対応するＣＰ吸引力Ｆｃｐθのデータなど、１°刻みで記録された２つの位相差角度θの間の中間値に対応するＣＰ吸引力Ｆｃｐθのデータを求めてもよい。また、対応関係７６としては、テーブルデータ７６Ａの代わりに、関数として記憶しておいてもよい。
【０２９４】
また、例えば、磁気カップリング３２毎の個体差を反映するために、磁気カップリング３２毎に対応関係７６を用意して、使用する磁気カップリング３２に応じた対応関係７６を記憶部７０に記憶してもよい。この場合は、使用する磁気カップリング３２毎に、予めＣＰ吸引力Ｆｃｐθを測定して、１つ１つの磁気カップリング３２毎に対応関係７６が作成される。こうすればより正確にＣＰ吸引力Ｆｃｐθを計測することができる。また、対応関係７６は、磁気カップリング３２の種類や仕様に応じて作成してもよい。
【０２９５】
４．３  作用
第２実施形態に係る磁気軸受システム４０Ｂの作用としては、第１実施形態と同様に、上記第１から第３の効果が得られる。また、第２実施形態においては、磁束密度変化センサ７１を用いて磁束密度Ｂの変化点を検出し、コンパレータ７４を通じて、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂに対して２値化したデータが出力される。そのため、ＣＰ吸引力計測部６４Ｂをデジタル回路で構成する場合には、積分回路６８やＡ／Ｄ変換器６９を使用しないため、処理の高速化の点で有利な場合がある。
【０２９６】
４．４  ＣＰ吸引力の異常判定処理の変形例
図４７に示すように、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの異常判定に際して、図３４Ｂの処理に変えて、位相差角度θに基づいて行ってもよい。
【０２９７】
この場合、統括制御部６１Ｂは、位相差角度θの上限値θｃｐｔｈを記憶しておく。そして、図４７のＳ４０４１Ｂにおいて、統括制御部６１Ｂは、上限値θｃｐｔｈを読み込む。Ｓ４０４２Ｂにおいて、統括制御部６１Ｂは、計測した位相差角度θが上限値θｃｐｔｈ以下の場合（Ｓ４０４２ＢでＹ）は、Ｓ４０５０に進む。一方、計測した位相差角度θが上限値θｃｐｔｈを上回った場合にＣＰ吸引力が異常と判定し（Ｓ４０４２ＢでＮ）、Ｓ４０４３Ｂに進み、レーザ制御部１７に対してＣＰ吸引力異常信号を出力する。
【０２９８】
図３４Ｂの例は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを直接監視するのに対して、図４７の例は、位相差角度θを用いて、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを間接的に監視する例である。ＣＰ吸引力Ｆｃｐθと位相差角度θの間には、図３３に示すような対応関係があるため、このような方法でＣＰ吸引力Ｆｃｐの異常判定を行うことも可能である。
【０２９９】
４．５  位相差センサの変形例
４．５．１  変形例１
第２実施形態において、磁束密度変化センサ７１に変えて、図４８に示すように、磁束密度センサ６３を用いてもよい。磁束密度センサ６３は、第１実施形態で説明したセンサと同様である。この場合、磁束密度センサ６３と微分回路７３とによって位相センサが構成される。
【０３００】
図４９において、図４９Ａは、図２８及び図４０Ａで示したのと同様の、磁束密度センサ６３の検出信号の出力である。微分回路７７は、磁束密度センサ６３からの信号を受信して、図４９Ｂに示すような、磁束密度Ｂの変化点である信号の立ち上がりと立ち下がりに相当するパルス信号を出力する。これは、図４０Ｂに示した磁束密度変化センサ７１の出力と同じである。このように、磁束密度センサ６３と微分回路７７とによって位相差センサを構成してもよい。
【０３０１】
４．５．２  変形例２
図５０から図５２は、位相差センサの変形例２を示す。変形例２の位相差センサは、磁気カップリング３２の駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの回転を検出する回転センサ７８で構成される。図５０に示すように、回転センサ７８は、駆動側センサ７８ａと、従動側センサ７８ｂと、ホルダ７８ｃとを備えている。駆動側センサ７８ａと従動側センサ７８ｂは、それぞれ磁気軸受制御部３６Ｂに接続され、検出信号を出力する。
【０３０２】
図５１において、図５１Ｂに示すように、駆動側センサ７８ａは、駆動側ロータ部３２ａとともに、モータ固定部５６内に収容されており、大気中に配置されている。駆動側センサ７８ａは、モータ固定部５６内に設けられたホルダ７８ｃに固定されている。従動側センサ７８ｂは、従動側ロータ部３２ｂが収容される内部空間と大気側の外部空間を隔てるキャン５４の外側に取り付けられており、大気中に配置されている。
【０３０３】
図５１Ａ及び図５１Ｂに示すように、駆動側ロータ部３２ａには、支持部３２１ａの一部に切り欠き部３２３ａが形成され、従動側ロータ部３２ｂにも、支持部３２１ｂの一部に切り欠き部３２３ｂが形成されている。切り欠き部３２３ａ及び３２３ｂは、磁石部３２０ａ及び３２０ｂからの磁束を漏出するためのものである。駆動側センサ７８ａは、駆動側ロータ部３２ａの磁石部３２０ａの磁束を検出できるように、径方向において、切り欠き部３２３ａと対応する位置にホルダ７８ｃを介して配置されている。従動側センサ７８ｂは、従動側ロータ部３２ｂの磁石部３２０ｂの磁束を検出できるように、切り欠き部３２３ｂと対応する位置に配置される。駆動側センサ７８ａ及び従動側センサ７８ｂとしては、ホール素子、磁気抵抗素子、磁束密度センサなどが使用される。
【０３０４】
駆動側センサ７８ａは、駆動側ロータ部３２ａが１回転する毎に、切り欠き部３２３ａから漏出する磁束を検出して回転検出信号を出力する。従動側センサ７８ｂは、従動側ロータ部３２ｂが１回転する毎に、切り欠き部３２３ｂから漏出する磁束を検出して回転検出信号を出力する。
【０３０５】
磁気カップリング３２が回転していない場合の駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの初期の対向状態において、それぞれの切り欠き部３２３ａと３２３ｂとが対向するように、駆動側ロータ部３２ａと従動側ロータ部３２ｂの回転位置が調節される。そのため、位相差が無い状態では、駆動側センサ７８ａと従動側センサ７８ｂのそれぞれの回転検出タイミングは一致する。
【０３０６】
図５２に示すように、位相差が発生すると、駆動側センサ７８ａの回転検出タイミングと、従動側センサ７８ｂの回転検出タイミングにずれが生じる。図５２Ａにおいて、Ｔｒ１は、駆動側センサ７８ａが検出する駆動側ロータ部３２ａの回転周期であり、図５２Ｂにおいて、Ｔｒ２は、従動側センサ７８ｂが検出する従動側ロータ部３２ｂの回転周期である。ＣＰ吸引力計測部６４Ｂは、各回転周期Ｔｒ１とＴｒ２に基づいて、その差Δｔ12を計測する。位相差角度θは、次式（４３）で計算することができる。
θ＝Δｔ12／Ｔｒ１・３６０°    ・・・（４３）
【０３０７】
このように、位相差センサは、種々のものが考えられ、いずれを用いてもよい。
【０３０８】
５．第３実施形態のガスレーザ装置
図５３から図６０Ｂを参照して第３実施形態のガスレーザ装置を説明する。第３実施形態のガスレーザ装置の全体構成やレーザ発振動作については、第１実施形態のガスレーザ装置と同様である。以下、相違点を中心に説明する。
【０３０９】
５．１  ファンの磁気軸受システムの構成
第３実施形態は、磁気軸受システム４０Ａに変えて、磁気軸受システム４０Ｃが設けられている。磁気軸受システム４０Ｃと磁気軸受システム４０Ａとの相違点は、第１に、磁気カップリング３２の代わりに磁気カップリング８２が設けられている点である。磁気カップリング８２は、磁気カップリング３２のようにアキシャル方向にＣＰ吸引力Ｆｃｐを発生するタイプではなく、ラジアル方向にＣＰ吸引力Ｆｃｐを発生するタイプである。
【０３１０】
第２の相違点は、第３実施形態に係る磁気軸受システム４０Ｃでは、磁気カップリング８２を設けることに伴って、ラジアル方向のＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動に応じて、磁気カップリング８２と隣接して配置される第２ラジアル軸受部ＲＢ２におけるＥＭ吸引力を補正する点である。第３実施形態は、回転軸２７が十分に長く、磁気カップリング８２のＣＰ吸引力Ｆｃｐの影響は、第２ラジアル軸受部ＲＢ２のみに及び、第１ラジアル軸受部ＲＢ１には及ばないという想定の下、構成されている。
【０３１１】
５．１．１  磁気カップリング
図５４にも示すように、磁気カップリング８２は、駆動側ロータ部８２ａと従動側ロータ部８２ｂを備える。駆動側ロータ部８２ａは、モータ３１の駆動軸３１ａに取り付けられて固定され、従動側ロータ部８２ｂは、ファン２６の回転軸２７に取り付けられて固定される。駆動側ロータ部８２ａは、Ｚ軸方向を回転軸とする円筒形状をしており、従動側ロータ部８２ｂも、Ｚ軸方向を回転軸とする円柱形状をしている。
【０３１２】
図５４Ｂに示すように、駆動側ロータ部８２ａの内径は、従動側ロータ部８２ｂの外径よりも大きく、駆動側ロータ部８２ａは、従動側ロータ部８２ｂの外周を覆うように配置されている。駆動側ロータ部８２ａと従動側ロータ部８２ｂは、駆動側ロータ部８２ａの内周面と従動側ロータ部８２ｂの外周面とが対向するように配置されている。駆動側ロータ部８２ａの内周面と従動側ロータ部８２ｂの外周面との間には、キャン５４の構成要素である円筒部５４ｄが配置されている。円筒部５４ｄは、従動側ロータ部８２ｂを収容し、レーザガスが充填される内部空間と、駆動側ロータ部８２ａが配置される外部空間とを隔てる隔壁である。
【０３１３】
図５４Ａに示すように、駆動側ロータ部８２ａ及び従動側ロータ部８２ｂの各磁石部８２０ａ、８２０ｂは、それぞれ中心角αが４５°の磁極が８個、回転軸であるＺ軸回りに周方向に配置された８極タイプである。図５４において、例えば濃いハッチングで示す磁極がＮ極であり、薄いハッチングで示す磁極がＳ極である。駆動側ロータ部８２ａ及び従動側ロータ部８２ｂは、ラジアル方向にＣＰ吸引力Ｆｃｐを発生して、駆動側ロータ部８２ａから従動側ロータ部８２ｂに非接触でトルクを伝達する。磁束密度センサ６３は、各磁石部８２０ａと８２０ｂの間に配置され、円筒部５４ｄの外周面に固定されている。
【０３１４】
５．１．２  磁気軸受制御部の構成
図５５に示すように、第３実施形態に係る磁気軸受制御部３６Ｃは、図２６に示す第１実施形態に係る磁気軸受制御部３６Ａと基本的な構成は同様である。相違点は、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙに代えて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣ、Ｃ２ＹＣが設けられている点である。ＣＰ吸引力計測部６４は、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣ、Ｃ２ＹＣに対して、計測したＣＰ吸引力Ｆｃｐθと、統括制御部６１Ａとに送信する。
【０３１５】
また、第３実施形態においては、第１実施形態に係るアキシャル電磁石制御部ＣＺＡは設けられておらず、比較例と同様のアキシャル電磁石制御部ＣＺが設けられている。第３実施形態においては、磁気カップリング８２のＣＰ吸引力Ｆｃｐはアキシャル方向に作用しないので、アキシャル電磁石制御部ＣＺは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動に応じたＥＭ吸引力の補正を行わないためである。
【０３１６】
５．１．３  磁気カップリングのラジアル方向のＣＰ吸引力
図５６は、磁気カップリング８２において、位相差角度θ＝０°の場合のＸ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの方向に作用するＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値を示す。ＦｃｐX0、Ｆｃｐ-X0は、Ｘ軸方向においてプラス方向とマイナス方向にそれぞれ作用するＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値である。ＦｃｐY0、Ｆｃｐ-Y0は、Ｙ軸方向においてプラス方向とマイナス方向にそれぞれ作用するＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値である。
【０３１７】
各磁石部８２０ａ、８２０ｂの各磁極は中心角αが同じで周方向において等間隔で配置されているため、各磁極にラジアル方向に作用するＣＰ吸引力Ｆｃｐは同じである。そのため、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のプラス方向及びマイナス方向に作用するＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値はすべて同じ値になる。この初期値をＦｃｐ０とする。すなわち、次式（４４）に示す関係となる。
ＦｃｐX0＝Ｆｃｐ-X0＝ＦｃｐY0＝Ｆｃｐ-Y0＝Ｆｃｐ０    ・・・（４４）
【０３１８】
５．１．４  ラジアル軸受部の力の釣り合い
図５７は、第２ラジアル軸受部ＲＢ２において、磁気カップリング８２の位相差角度θ＝０°の場合の力の釣り合いの関係を示す。回転軸２７を目標位置Ｘ20，Ｙ20に合わせる場合の第２ラジアル電磁石Ｍ２による力の釣り合いの関係は、次式（４５）から（５０）のようになる。
ＦｔX＝Ｆｔ-X    ・・・（４５）
ＦｔX＝ＦX20＋Ｆｃｐ０    ・・・（４６）
Ｆｔ-X＝Ｆ-X20＋Ｆｃｐ０    ・・・（４７）
ＦｔY＝Ｆｔ-Y    ・・・（４８）
ＦｔY＝ＦY20＋Ｆｃｐ０    ・・・（４９）
Ｆｔ-Y＝Ｆ-Y20＋Ｆｃｐ０＋Ｆg2    ・・・（５０）
【０３１９】
ＦX20は、Ｘ軸方向においてプラス方向に発生する第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａのＥＭ吸引力であり、Ｆ-X20は、Ｘ軸方向においてマイナス方向に発生する第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸｂのＥＭ吸引力である。ＦｔXとＦｔ-Xは、Ｘ軸方向においてプラス方向とマイナス方向のそれぞれに作用するトータルの力であり、ＥＭ吸引力とＣＰ吸引力の合計である。
【０３２０】
ＦY20は、Ｙ軸方向においてプラス方向に吸引力を発生する第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙａの吸引力であり、Ｆ-Y20は、Ｙ軸方向においてマイナス方向に吸引力を発生する第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙｂの吸引力である。Ｆg2はＹ軸方向においてマイナス方向である重力方向に回転軸２７に対して作用する重力である。Ｆ-Y20の大きさは、ＦY20と比べて、重力Ｆg2分小さい。ＦｔYとＦｔ-Yは、Ｙ軸方向においてプラス方向及びマイナス方向に作用するトータルの力であり、プラス方向は、ＥＭ吸引力とＣＰ吸引力の合計であり、マイナス方向は、ＥＭ吸引力とＣＰ吸引力と重力の合計である。
【０３２１】
ここで、第２ラジアル軸受部ＲＢ２において、磁気カップリング８２に位相差が発生し、位相差角度θ≠０°の場合は、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０からΔＦｃｐθ減少して、Ｆｃｐθとなる。この場合の第２ラジアル電磁石Ｍ２による力の釣り合いの関係は、次式（５１）から（５６）のようになる。
ＦｔX＝Ｆｔ-X    ・・・（５１）
ＦｔX＝ＦX20＋Ｆｃｐθ＝ＦX20＋Ｆｃｐ０−ΔＦｃｐθ    ・・・（５２）
Ｆｔ-X＝Ｆ-X20＋Ｆｃｐθ＝Ｆ-X20＋Ｆｃｐ０−ΔＦｃｐθ    ・・・（５３）
ＦｔY＝Ｆｔ-Y    ・・・（５４）
ＦｔY＝ＦY20＋Ｆｃｐθ＝ＦY20＋Ｆｃｐ０−ΔＦｃｐθ    ・・・（５５）
Ｆｔ-Y＝Ｆ-Y20＋Ｆｃｐθ＋Ｆg2＝Ｆ-Y20＋Ｆｃｐ０−ΔＦｃｐθ＋Ｆg2      ・・・（５６）
【０３２２】
磁気軸受制御部３６Ｃにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣは、計測されたＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動に応じて、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａ、Ｍ２ＸｂのＥＭ吸引力ＦX2、Ｆ-X2を補正する補正部に相当する。第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣは、計測されたＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動に応じて、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙａ、Ｍ２ＹｂのＥＭ吸引力ＦY2、Ｆ-Y2を補正する補正部に相当する。
【０３２３】
より具体的には、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが減少した場合、回転軸２７に対してＸ軸方向のプラス方向とマイナス方向に作用する２つの力が釣り合うように、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａ、Ｍ２ＸｂのＥＭ吸引力ＦX2、Ｆ-X2を減少分ΔＦｃｐθに基づいて補正する。また、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣも同様に、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが減少した場合、回転軸２７に対してＹ軸方向のプラス方向とマイナス方向に作用する２つの力が釣り合うように、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙａ、Ｍ２ＹｂのＥＭ吸引力ＦY2、Ｆ-Y2を減少分ΔＦｃｐθに基づいて補正する。
【０３２４】
図５８は、減少分ΔＦｃｐθに基づいて、ＥＭ吸引力ＦX2、Ｆ-X2、ＦY2、Ｆ-Y2を補正した場合の第２ラジアル軸受部ＲＢ２における力の釣り合いの関係を示す。この力の釣り合いの関係は、次式（５７）から（６２）のようになる。
ＦｔX＝Ｆｔ-X    ・・・（５７）
ＦｔX＝ＦX2＋Ｆｃｐθ＝ＦX20＋ΔＦｃｐθ＋Ｆｃｐ０―ΔＦｃｐθ＝ＦX20＋Ｆｃｐ０    ・・・（５８）
Ｆｔ-X＝Ｆ-X2＋Ｆｃｐθ＝Ｆ-X20＋ΔＦｃｐθ＋Ｆｃｐ０―ΔＦｃｐθ＝Ｆ-X20＋Ｆｃｐ０    ・・・（５９）
ＦｔY＝Ｆｔ-Y    ・・・（６０）
ＦｔY＝ＦY2＋Ｆｃｐθ＝ＦY20＋ΔＦｃｐθ＋Ｆｃｐ０―ΔＦｃｐθ＝ＦY20＋Ｆｃｐ０    ・・・（６１）
Ｆｔ-Y＝Ｆ-Y2＋Ｆｃｐθ＝Ｆ-Y20＋ΔＦｃｐθ＋Ｆｃｐ０―ΔＦｃｐθ＝Ｆ-Y20＋Ｆｃｐ０    ・・・（６２）
【０３２５】
５．２  磁気軸受システムの動作
５．２．５  第２ラジアル電磁石制御部の制御フロー
５．２．５．１  第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣの制御フロー
図５９Ａ及び図５９Ｂは、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣの制御フローを示すフローチャートである。図５９Ａに示すＳ２０００ＸからＳ２０４０Ｘまでの前半部分は、図９に示す比較例に係るフローチャートと同じであり、相違点は、図５９Ｂに示すように、Ｓ２０４１ＸからＳ２０４３Ｘのステップが追加されている点と、Ｓ２０５０ＸのステップがＳ２０５０ＸＣに変更されている点である。Ｓ２０４１ＸからＳ２０４３Ｘのステップは、第１実施形態の図３０Ｂで示したＳ３０４１ＺからＳ３０４３Ｚと吸引力が作用する方向が異なるだけで、処理の内容は同様である。
【０３２６】
第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣは、図５９Ａの前半のＳ２０４０Ｘまでのステップにおいて、回転軸２７が目標位置Ｘ20から変位して、目標位置Ｘ20と現在位置Ｘ2との間に差ΔＸ2が生じた場合に、ΔＸ2を「０」に近づけるように、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａ及びＭ２ＸｂのそれぞれのＥＭ吸引力ＦX2とＦ-X2の変化量ΔＦX2とＦ-X2を計算する。
【０３２７】
図５９Ｂに示すＳ２０４１Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを読み込み、Ｓ２０４２Ｘにおいて、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの減少分ΔＦｃｐθを計算する。そして、Ｓ２０４３Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣは、ＥＭ吸引力の変化量ΔＦX2とΔＦ-X2を、減少分ΔＦｃｐθで補正して、補正値ΔＦCX2とΔＦC-X2を計算する。具体的には、次式（６３）、（６４）に従って計算する。
ΔＦCX2＝ΔＦX2＋ΔＦｃｐθ    ・・・（６３）
ΔＦC-X2＝ΔＦ-X2＋ΔＦｃｐθ    ・・・（６４）
【０３２８】
図５８に示したように、ラジアル方向においては、Ｘ軸方向のプラス方向及びマイナス方向の両方でＣＰ吸引力Ｆｃｐが減少する。そのため、プラス方向とマイナス方向の両方の変化量ΔＦX2とΔＦ-X2に対して減少分ΔＦｃｐθが加算される。
【０３２９】
Ｓ２０５０ＸＣにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣは、補正値ΔＦCX2とΔＦC-X2を発生するための第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂの電流のそれぞれの変化量ΔＩX2とΔＩ-X2とを計算する。Ｓ２０６０Ｘにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣは、回転軸２７の現在の浮上位置から目標位置Ｘ20に近づけるために、対向する電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂの初期のバイアス電流Ｉ20とΔＩ-20に対して、変化量ΔＩX2とΔＩ-X2を加算して、電流値ＩX2とＩ-X2を計算する。Ｓ２０７０Ｘ及びＳ２０７０Ｘにおいて、計算した電流値ＩX2とＩ-X2が第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２Ｘｂに流される。これにより、回転軸２７の浮上位置を目標位置Ｘ20に向けて近づけることができる。回転軸２７の変位に応じて上記の処理が繰り返される。
【０３３０】
また、上記制御フローにおいて、仮に回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｘ2と目標位置Ｘ20とが一致し、ΔＸ2＝「０」の場合でも、Ｓ２０３０ＸからＳ２０８０Ｘまでのステップは実行される。つまり、ΔＸ2＝「０」の場合でも、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθに変動が生じた場合には、減少分ΔＦｃｐθに基づいて、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＸａとＭ２ＸｂのＥＭ吸引力ＦX2とＦ-X2の補正が実行される。この場合は、Ｓ２０４３Ｘにおいて、変化量ΔＦX2とΔＦ-X2が「０」になるため、減少分ΔＦｃｐθのみがそれぞれ補正値ΔＦCX2、ΔＦC-X2となる。そして、Ｓ２０５０ＸＣからＳ２０８０Ｘのステップが実行されて、結果として、ＥＭ吸引力ＦX2とＦ-X2に対して、減少分ΔＦｃｐθに相当する力の変化量ΔＦCX2、ΔＦC-X2が加算される。
【０３３１】
５．２．５．２  第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣの制御フロー
図６０Ａ及び図６０Ｂは、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣの制御フローを示すフローチャートである。図６０Ａに示すＳＳ２０００ＹからＳ２０４０Ｙまでの前半部分は、図１０に示す比較例に係るフローチャートと同じであり、相違点は、図６０Ｂに示すように、Ｓ２０４１ＹからＳ２０４３Ｙのステップが追加されている点と、Ｓ２０５０ＹのステップがＳ２０５０ＹＣに変更されている点である。Ｓ２０４１ＹからＳ２０４３Ｙのステップは、第１実施形態の図３０Ｂで示したＳ３０４１ＺからＳ３０４３Ｚ、及び図６０Ｂで示したＳ２０４１ＸからＳ２０４３Ｘと、吸引力が作用する方向が異なるだけで、処理の内容は同様である。
【０３３２】
第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣは、図６０Ａの前半のＳ２０４０Ｙまでのステップにおいて、回転軸２７が目標位置Ｙ20から変位して、目標位置Ｙ20と現在位置Ｙ2との間に差ΔＹ2が生じた場合に、ΔＹ2を「０」に近づけるように、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｙａ及びＭ２ＹｂのそれぞれのＥＭ吸引力ＦY2とＦ-Y2の変化量ΔＦY2とＦ-Y2を計算する。
【０３３３】
図６０Ｂに示すＳ２０４１Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを読み込み、Ｓ２０４２Ｙにおいて、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの減少分ΔＦｃｐθを計算する。そして、Ｓ２０４３Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣは、ＥＭ吸引力の変化量ΔＦY2とΔＦ-Y2を、減少分ΔＦｃｐθで補正して、補正値ΔＦCY2とΔＦC-Y2を計算する。具体的には、次式（６５）、（６６）に従って計算する。
ΔＦCY2＝ΔＦY2＋ΔＦｃｐθ    ・・・（６５）
ΔＦC-Y2＝ΔＦ-Y2＋ΔＦｃｐθ    ・・・（６６）
【０３３４】
図５８に示したように、ラジアル方向においては、Ｘ軸方向と同様に、Ｙ軸方向のプラス方向及びマイナス方向の両方でＣＰ吸引力Ｆｃｐが減少する。そのため、プラス方向とマイナス方向の両方の変化量ΔＦY2とΔＦ-Y2に対して減少分ΔＦｃｐθが加算される。
【０３３５】
Ｓ２０５０ＹＣにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣは、補正値ΔＦCY2とΔＦC-Y2を発生するための第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂの電流のそれぞれの変化量ΔＩY2とΔＩ-Y2とを計算する。そして、Ｓ２０６０Ｙにおいて、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＹＣは、回転軸２７の現在の浮上位置から目標位置Ｙ20に近づけるために、対向する電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂの初期のバイアス電流Ｉ20とΔＩ-20に対して、変化量ΔＩY2とΔＩ-Y2を加減して、電流値ＩY2とＩ-Y2を計算する。Ｓ２０７０Ｙ及びＳ２０７０Ｙにおいて、計算した電流値ＩY2とＩ-Y2が第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２Ｙｂに流される。これにより、回転軸２７の浮上位置を目標位置Ｙ20に向けて近づけることができる。回転軸２７の変位に応じて上記の処理が繰り返される。
【０３３６】
また、上記制御フローにおいて、仮に回転軸２７の浮上位置の現在位置Ｙ2と目標位置Ｙ20とが一致し、ΔＹ2＝「０」の場合でも、Ｓ２０３０ＹからＳ２０８０Ｙまでのステップは実行される。つまり、ΔＹ2＝「０」の場合でも、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθに変動が生じた場合には、減少分ΔＦｃｐθに基づいて、第２ラジアル電磁石Ｍ２ＹａとＭ２ＹｂのＥＭ吸引力ＦY2とＦ-Y2の補正が実行される。この場合は、Ｓ２０４３Ｙにおいて、変化量ΔＦY2とΔＦ-Y2が「０」になるため、減少分ΔＦｃｐθのみがそれぞれ補正値ΔＦCY2、ΔＦC-Y2となる。そして、Ｓ２０５０ＹＣからＳ２０８０Ｙのステップが実行されて、結果として、ＥＭ吸引力ＦY2とＦ-Y2に対して、減少分ΔＦｃｐθに相当する力の変化量ΔＦCY2、ΔＦC-Y2が加算される。
【０３３７】
第２実施形態において、第２ラジアル電磁石制御部Ｃ２ＸＣ、Ｃ２ＹＣはそれぞれ、減少分ΔＦｃｐθに基づいて、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａ、Ｍ２Ｘｂ、Ｍ２Ｙａ、Ｍ２ＹｂのＥＭ吸引力ＦX2、Ｆ-X2、ＦY2、Ｆ-Y2を補正する補正部に相当する。
【０３３８】
５．３  作用
このように、ＣＰ吸引力Ｆｃｐに変動が生じた場合でも、回転軸２７に作用するプラス方向及びマイナス方向のそれぞれのトータルの力が釣り合うように、ＥＭ吸引力ＦX2、Ｆ-X2、ＦY2、Ｆ-Y2に対して、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの減少分ΔＦｃｐθが補償される。これにより、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動が、第２ラジアル電磁石Ｍ２Ｘａ、Ｍ２Ｘｂ、Ｍ２Ｙａ、Ｍ２Ｙｂを用いた回転軸２７の位置調節のための制御に与える影響を低減することができる。そのため、回転軸２７の位置調節のための制御がしやすい。
【０３３９】
ただし、アキシャル方向と異なり、ラジアル方向においては、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動は、プラス方向及びマイナス方向の両方に同じ大きさだけ生じるため、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが変動しても、ＥＭ吸引力及びＣＰ吸引力Ｆｃｐ以外の外力ＥＭが加わらない限り、回転軸２７に作用する力の釣り合いは保たれる。そのため、アキシャル方向にＣＰ吸引力が作用する第１実施形態と異なり、第３実施形態においては、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが変動しても、外力ＥＭが加わらない限り、回転軸２７の浮上位置が目標位置X20、Y20から変位することはない。
【０３４０】
しかし、上述のとおり、電磁石を使用する場合において、目標位置Ｘ20、Ｙ20に回転軸２７に作用する力を釣り合わせるためのトータルの力ＦｔX、Ｆｔ-X、ＦｔY、Ｆｔ-Yの大きさが変化するということは、バネを使用する場合にバネ定数が変化することに等しい。これは、力の釣り合いの初期条件が変化することになるため、位置調節の適切な制御をし難くする要因となる。
【０３４１】
第３実施形態においては、第１実施形態と同様に、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが変動しても、上記式（４５）から（５０）に示した、回転軸２７に作用する力の釣り合いの初期条件が維持される。そのため、第３実施形態においても、第１実施形態において説明した第２の効果が得られる。
【０３４２】
また、第３実施形態における図５９Ａ、５９Ｂ、図６０Ａ、図６０Ｂの制御フローも、第１実施形態の同様の図３０Ａ及び３０Ｂの制御フローであるため、第１実施形態において説明した第３の効果が期待できる。
【０３４３】
５．４  その他
本例において、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが第１ラジアル軸受部ＲＢ１に影響を及ぼさないという前提の下、第２ラジアル軸受部ＲＢ２に対してのみ制御を行う例で説明した。しかし、第１ラジアル軸受部ＲＢ１においてもＣＰ吸引力Ｆｃｐの影響を無視できない場合には、同様の制御を第１ラジアル軸受部ＲＢ１に対して行ってもよい。
【０３４４】
６．第４実施形態のガスレーザ装置
図６１から図６５Ｂを参照して第４実施形態のガスレーザ装置を説明する。第４実施形態のガスレーザ装置の全体構成やレーザ発振動作については、第１実施形態のガスレーザ装置と同様である。以下、相違点を中心に説明する。
【０３４５】
６．１  ファンの磁気軸受システムの構成
第４実施形態は、磁気軸受システム４０Ａに変えて、磁気軸受システム４０Ｄが設けられている。磁気軸受システム４０Ｄと磁気軸受システム４０Ａとの相違点は、アキシャル軸受部ＡＸＢが、アキシャル電磁石ＭＺａを備えておらず、アキシャル電磁石ＭＺｂのみを備えている点である。アキシャル電磁石ＭＺｂは、Ｚ軸方向においてマイナス方向に作用するＥＭ吸引力Ｆ-Zを発生させる電磁石である。
【０３４６】
第４実施形態のアキシャル軸受部ＡＸＢは、アキシャル電磁石ＭＺａを用いずに、アキシャル電磁石ＭＺｂが発生するマイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-Zと、磁気カップリング３２が発生するプラス方向のＣＰ吸引力Ｆｃｐによって、回転軸２７に作用するアキシャル方向の力を釣り合わせる。
【０３４７】
６．１．１  磁気軸受制御部の構成
図６２に示すように、第４実施形態に係る磁気軸受制御部３６Ｄと図２６に示す第１実施形態に係る磁気軸受制御部３６Ａの相違点は、アキシャル電磁石制御部ＣＺＡに代えて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＤを備えている点である。第１実施形態のアキシャル電磁石制御部ＣＺＡが、プラス方向とマイナス方向のアキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂを制御するのに対して、第４実施形態のアキシャル電磁石制御部ＣＺＤは、マイナス方向のアキシャル電磁石ＭＺｂのみを制御する。
【０３４８】
６．１．２  アキシャル方向の力の釣り合い
図６３は、ファン２６の回転数Ｒが０ｒｐｍで、位相差角度θ＝０の場合における、回転軸２７に作用するアキシャル方向の力の釣り合いの関係を示す。回転軸２７を目標位置Z0に合わせる場合の力の釣り合いの関係は次式（６７）、（６８）のようになる。
ＦｔZ＝ＦZ0＝Ｆｃｐ０    ・・・（６７）
ＦｔZ＝Ｆｔ-Z＝Ｆ-Z    ・・・（６８）
【０３４９】
図６４は、ファン２６が回転して、位相差角度θ≠０の場合における、回転軸２７に作用するアキシャル方向の力の釣り合いの関係を示す。回転軸２７を目標位置Ｚ0に合わせる場合の力の釣り合いの関係は次式（６９）、（７０）のようになる。
ＦｔZ＝ＦZ0＝Ｆｃｐθ−ΔＦｃｐθ    ・・・（６９）
ＦｔZ＝Ｆｔ-Z＝Ｆ-Z−ΔＦｃｐθ    ・・・（７０）
【０３５０】
６．２  磁気軸受システムの動作
第４実施形態に係る磁気軸受システム４０Ｄの動作において、第１実施形態と異なる点は、アキシャル電磁石制御部ＣＺＤの制御フローのみであり、他は同様である。
【０３５１】
６．２．１  アキシャル電磁石制御部の制御フロー
図６５Ａ及び図６５Ｂは、アキシャル電磁石制御部ＣＺＤの制御フローを示す。アキシャル電磁石制御部ＣＺＤは、図６５Ａに示すＳ３０００ＺＤにおいて、アキシャル電磁石ＭＺｂに対して、電流値の初期値Ｉ-Z0を供給して磁気浮上を開始させる。電流値の初期値Ｉ-Z0は、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値Ｆｃｐ０と同じ大きさのＥＭ吸引力Ｆ-Zをアキシャル電磁石ＭＺｂに発生させるための電流値である。
【０３５２】
アキシャル電磁石制御部ＣＺＤは、図６５Ａの前半のＳ３０４０ＺＤまでのステップにおいて、回転軸２７が目標位置Ｚ0から変位して、目標位置Ｚ0と現在位置Ｚとの間に差ΔＺが生じた場合に、ΔＺを「０」に近づけるように、アキシャル電磁石ＭＺａのＥＭ吸引力Ｆ-Zの変化量ΔＦ-Zを計算する。
【０３５３】
第４実施形態の場合は、第１実施形態と異なり、ＣＰ吸引力Ｆｃｐと同じプラス方向のＥＭ吸引力ＦZを発生するアキシャル電磁石ＭＺａが設けられていない。そのため、回転軸２７の現在の浮上位置Ｚが目標位置Ｚ0からプラス方向に変位した場合には、アキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-ZがＣＰ吸引力Ｆｃｐ０を上回るように変化量ΔＦ-Zを計算する。一方、回転軸２７の現在の浮上位置Ｚが目標位置Ｚ0からマイナス方向に変位した場合には、アキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-ZがＣＰ吸引力Ｆｃｐ０を下回るように変化量ΔＦ-Zを計算する。
【０３５４】
この後、図６５Ｂに示すように、アキシャル電磁石制御部ＣＺＤは、Ｓ３０４１Ｚにおいて、ＣＰ吸引力Ｆｃｐθを読み込み、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの減少分ΔＦｃｐθを計算する（Ｓ３０４２Ｚ）。そして、Ｓ３０４３ＺＤにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＤは、次式（７１）に従って、アキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-Zを減少分ΔＦｃｐθで補正して補正値ΔＦC-Zを計算する。
ΔＦC-Z＝ΔＦ-Z−ΔＦｃｐθ    ・・・（７１）
このように、アキシャル電磁石制御部ＣＺＤは、ＣＰ吸引力計測部６４によって計測されたＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動に応じて、アキシャル電磁石ＭＺｂのＥＭ吸引力Ｆ-Zを補正する。
【０３５５】
Ｓ３０５０ＺＤにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＤは、補正値ΔＦC-Zを発生するためのアキシャル電磁石ＭＺｂの電流の変化量ΔＩ-Zを計算する。Ｓ３０６０ＺＤにおいて、アキシャル電磁石ＭＺに流す電流値Ｉ-Zを次式（７２）に従って計算する。
Ｉ-Z＝Ｉ-Z0＋ΔＩ-Z    ・・・（７２）
【０３５６】
回転軸２７の浮上位置が目標位置Ｚ0からプラス方向に変位した場合には、変化量ΔＩ-Zの値がプラスになり、初期値Ｉ-Z0に加算される。一方、回転軸２７の浮上位置が目標位置Ｚ0からマイナス方向に変位した場合には、変化量ΔＩ-Zの値がマイナスになり、初期値Ｉ-Z0から減算される。
【０３５７】
Ｓ３０７０ＺＤ及びＳ３０８０ＺＤにおいて、アキシャル電磁石制御部ＣＺＤは、計算した電流値Ｉ-Zをアキシャル電磁石ＭＺに供給する。これにより、回転軸２７を目標位置Ｚ0に近づける位置調節が可能となる。
【０３５８】
統括制御部６１Ａの制御フローについては、図３４Ａ及び図３４Ｂで示した第１実施形態の制御フローと同様である。
【０３５９】
６．３  作用
第４実施形態においては、回転軸２７の変位に応じたＥＭ吸引力Ｆ-Zの制御に際して、ＣＰ吸引力Ｆｃｐに変動が生じた場合には、ＣＰ吸引力Ｆｃｐと釣り合うように、ＥＭ吸引力Ｆ-Zが補正される。具体的には、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０から減少した場合は、減少分ΔＦｃｐθだけＥＭ吸引力Ｆ-Zを減少させる。
【０３６０】
これにより、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが変動した場合でも、回転軸２７に作用するプラス方向とマイナス方向のトータルの力が釣り合うため、ＣＰ吸引力Ｆｃｐの変動が回転軸２７の変位に与える影響を低減することができる。そのため、回転軸２７の位置調節の制御がしやすい。
【０３６１】
ただし、第４実施形態においては、第１実施形態と異なり、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが初期値Ｆｃｐ０から減少した場合には、それに合わせて、減少分ΔＦｃｐθをＥＭ吸引力Ｆ-Zから減少させるため、力の釣り合いの初期条件を維持することができない。
【０３６２】
そのため、第４実施形態においては、上述した第２の効果は得られないが、第１の効果及び第３の効果は得ることができる。また、第４実施形態においては、アキシャル電磁石ＭＺａを設けずに、アキシャル電磁石ＭＺｂのみを設けているため、構成要素を簡素化することができるため、低コスト化が期待できる。
【０３６３】
また、第４実施形態において、統括制御部６１Ａは、図３４Ａ及び図３４Ｂで示した第１実施形態の制御フローを実行する。この制御フローにおいて、Ｓ４０４１からＳ４０４３において示したＣＰ吸引力が異常の場合にモータ３１を停止させる処理は、第４実施形態においては、特に有効である。
【０３６４】
というのも、第４実施形態においては、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐと同じプラス方向にＥＭ吸引力を発生するアキシャル電磁石ＭＺａが設けられていない。そのため、磁気カップリング３２に異常が生じて、ＣＰ吸引力Ｆｃｐが小さくなりすぎた場合、アキシャル電磁石ＭＺａを用いて回転軸２７をプラス方向に移動させることができない。したがって、第４実施形態においては、Ｓ４０４１からＳ４０４３の処理は、ＣＰ吸引力に異常が生じた場合の非常手段として特に有効である。
【０３６５】
７．アナログ回路
図６６に示す磁気軸受制御部３６Ｅは、第１実施形態の磁気軸受制御部３６Ａの電磁石制御部とＣＰ吸引力計測部を、アナログ回路で構成した例である。磁気軸受制御部３６Ａに示したデジタル回路に代えてこのようなアナログ回路を使用してもよい。図６６では、便宜上、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂを制御するアキシャル電磁石制御部ＣＺＥのみを示しているが、第１ラジアル電磁石制御部及び第２ラジアル電磁石制御部についても、アキシャル電磁石制御部ＣＺＥと同様の構成であり、図示及び説明を省略する。
【０３６６】
アキシャル電磁石制御部ＣＺＥは、擬似微分・擬似積分回路８１、ゲイン調整回路８２、加算回路８３、反転回路８４、バイアス電流設定電圧回路８６、センサ回路８７を備えている。また、センサ回路８７は、変位センサＳＺの後段に配置される。アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂには、それぞれ電磁石駆動回路８８が接続されている。
【０３６７】
加算回路８３、バイアス電流設定電圧回路８６、及び電磁石駆動回路８８は、アキシャル電磁石ＭＺａ用の加算回路８３ａ、バイアス電流設定電圧回路８６ａ、及び加算回路８３ａと、アキシャル電磁石ＭＺｂ用の加算回路８３ｂ、バイアス電流設定電圧回路８６ｂ、及び加算回路８３ｂとを含む。図２１に示したように、アキシャル電磁石ＭＺａは、磁気カップリング３２のＣＰ吸引力Ｆｃｐと同じプラス方向にＥＭ吸引力ＦZを発生する。アキシャル電磁石ＭＺｂは、マイナス方向のＥＭ吸引力Ｆ-Zを発生する。アキシャル電磁石ＭＺａ用の加算回路８３ａの前段には、反転回路８４が接続されている。
【０３６８】
センサ回路８７には、変位センサＳＺから出力される回転軸２７の現在位置Ｚに相当する電圧が入力される。センサ回路８７は、変位センサＳＺから入力される電圧に基づいて、回転軸２７の現在位置Ｚと目標位置Ｚ0との差ΔＺに相当する電圧を出力する。センサ回路８７には、回転軸２７が目標位置Ｚ0にある場合に変位センサＳＺから出力される電圧が参照電圧として設定されている。センサ回路８７は、変位センサＳＺから出力される電圧であるセンサ出力と参照電圧とに基づいて、両者の差分に相当する電圧を、差ΔＺを表す信号として出力する。
【０３６９】
具体的には、センサ回路８７の出力は、回転軸２７の現在位置Ｚが目標位置Ｚ0にある場合は、変位センサＳＺのセンサ出力と参照電圧が一致するため、後段の回路において「０」として扱われる信号を出力する。そして、回転軸２７の現在位置Ｚが目標位置Ｚ0からプラス側にある場合、すなわち、センサ出力が参照電圧よりも大きい場合は、その差ΔＺの絶対値の大きさに応じた出力値をプラスの値で出力する。反対に、現在位置Ｚが目標位置Ｚ0からマイナス側にある場合、すなわち、センサ出力が参照電圧よりも小さい場合は、その差ΔＺの絶対値の大きさに応じた出力値をマイナスの値で出力する。
【０３７０】
センサ回路８７は、差ΔＺに相当する信号を後段の擬似微分・擬似積分回路８１と統括制御部６１Ａに出力する。擬似微分・擬似積分回路８１及びゲイン調整回路８２は、上述したＰＩＤ制御を実行する回路である。擬似微分・擬似積分回路８１は微分制御と積分制御を担い、ゲイン調整回路８２は比例制御を担う。擬似微分・擬似積分回路８１は、差ΔＺに相当する信号に基づいて、上述の微分制御と積分制御を実行し、ゲイン調整回路８２は比例制御を実行する。ゲイン調整回路８２は、ＰＩＤ制御によって調整された差ΔＺの電圧を出力する。
【０３７１】
ゲイン調整回路８２は、アキシャル電磁石ＭＺａ用の加算回路８３ａと、アキシャル電磁石ＭＺｂ用の加算回路８３ｂに差ΔＺの電圧を出力する。ゲイン調整回路８２と加算回路８３ａの間には反転回路８４が配置されているので、加算回路８３ａには、差ΔＺの電圧の符号が反転されて入力される。これにより、ゲイン調整回路８２からの差ΔＺの電圧がプラスの値をとる場合は、加算回路８３ａにはマイナスの信号として入力され、加算回路８３ｂには、同じ大きさのプラスの信号として入力される。反対に、差ΔＺの電圧がマイナスの値をとる場合は、加算回路８３ａにはプラスの信号として、加算回路８３ｂにはマイナスの信号として入力される。
【０３７２】
バイアス電流設定電圧回路８６ａと８６ｂは、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂのそれぞれにバイアス電流を供給するためのバイアス電圧を、各加算回路８３ａと９３ｂにそれぞれ設定する。バイアス電流は、上述のとおり電流の初期値ＩZ0及びＩ-Z0であり、加算回路８３ａには、初期値ＩZ0に対応するバイアス電圧が、加算回路８３ｂには初期値Ｉ-Z0に対応するバイアス電圧が設定される。
【０３７３】
例えば、図３１に示したように、アキシャル電磁石ＭＺａは、ＣＰ吸引力Ｆｃｐと同じ方向のＥＭ吸引力ＦZを発生し、アキシャル電磁石ＭＺｂは、ＣＰ吸引力ＦｃｐとＥＭ吸引力ＦZとを合計したトータルの力に見合うＥＭ吸引力Ｆ-Zを発生する。そのため、バイアス電流設定電圧回路８６ａが設定するバイアス電圧は、バイアス電流設定電圧回路８６ｂが設定するバイアス電圧と比べてＣＰ吸引力の初期値Ｆｃｐ０だけ小さい。
【０３７４】
加算回路８３ａは、バイアス電圧に対して、ゲイン調整回路８２から出力され反転回路８４で符号が反転された差ΔＺの電圧を加算する。加算回路８３ｂは、バイアス電圧に対して、ゲイン調整回路８２から直接入力された差ΔＺの電圧を加算する。電磁石駆動回路８８ａと８８ｂは、加算回路８３ａと８３ｂのそれぞれか入力される電圧の大きさに応じた駆動電流を、電磁石ＭＺａとＭＺｂに供給する。
【０３７５】
図２１に示したとおり、アキシャル電磁石ＭＺａとアキシャル電磁石ＭＺｂは対向して配置されている。この場合、回転軸２７を一方向に変位させるために、例えば、図３０ＢのＳ３０６０Ｚに示したように、同じ大きさの変化量ΔＩZとΔＩ-Zを、アキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂの一方に供給されるバイアス電流に加算し、他方に供給されるバイアス電流から減算する処理が行われる。反転回路８４は、対向配置されたアキシャル電磁石ＭＺａとＭＺｂに対して同じ大きさで符号が異なる変化量ΔＩZとΔＩ-Zを割り当てるために配置される。
【０３７６】
例えば、回転軸２７の現在位置Ｚが目標位置Ｚ0からプラス方向にある場合は、ゲイン調整回路８２から出力される差ΔＺの電圧は、プラスの値をとるので、加算回路８３ａには、反転回路８４で反転されたマイナスの値が入力され、加算回路８３ｂには、プラスの値が入力される。これにより、アキシャル電磁石ＭＺａのプラス方向のＥＭ吸引力ＦZは、初期のＥＭ吸引力ＦZ0から変化量ΔＦZ分減少し、アキシャル電磁石ＭＺｂのマイナス方向のＥＭ吸引力ＦZは、初期のＥＭ吸引力ＦZ0から変化量ΔＦZ分増加する。その結果、回転軸２７がマイナス方向に移動して目標位置Ｚ0に近づく。回転軸２７の現在位置Ｚが目標位置Ｚ0からマイナス方向にある場合は、その逆になり、回転軸２７がプラス方向に移動して目標位置Ｚ0に近づく。
【０３７７】
また、積分回路６８の後段には、減算回路９１とゲイン設定回路９２とが配置されている。減算回路９１には、ＣＰ吸引力Ｆｃｐ０に対応する参照電圧が設定されており、積分回路６８から出力されるＣＰ吸引力Ｆｃｐθに相当する出力電圧を、ＣＰ吸引力Ｆｃｐ０に対応する参照電圧から減算して、減少分ΔＦｃｐθに相当する電圧を出力する。ゲイン設定回路９２は、減算回路９１の出力値に所定のゲインを掛けて、後段の回路が適正に処理できる出力値に設定する。
【０３７８】
ゲイン設定回路９２は、アキシャル電磁石ＭＺａ用の加算回路８３ａに接続されている。ゲイン設定回路９２は、減少分ΔＦｃｐθに相当する電圧を出力するため、加算回路８３ａにおいて、その電圧がバイアス電圧に加算される。バイアス電流設定電圧回路８６ａにおいては、磁気カップリング３２がＣＰ吸引力Ｆｃｐの初期値Ｆｃｐ０を発生することを前提として設定されたＥＭ吸引力ＦZに対応するバイアス電圧が設定されている。そのため、ゲイン設定回路９２から入力される電圧がバイアス電圧に加算されることで、ＥＭ吸引力ＦZに対して減少分ΔＦｃｐθが補償される。
【０３７９】
また、統括制御部６１Ａには、センサ回路８７から差ΔＺに相当する信号が入力される。統括制御部６１Ａは、図３４ＢのＳ４０５０に示したように、差ΔＺに基づいて、回転軸２７の浮上位置が許容範囲にあるか否かを判定する。
【０３８０】
上述したとおり、ガスレーザ装置２の磁気軸受システムにおいて、回転軸２７の位置調節のための制御は、迅速な処理が要求される。そのため、ガスレーザ装置２の磁気軸受システムにおいて、電磁石制御部とＣＰ吸引力計測部をアナログ回路で構成することは、処理の迅速化に有効である。
【０３８１】
８．その他
上記各実施形態において、以下のような変形が可能である。例えば、各軸受部ＲＢ１、ＲＢ２、ＡＸＢにおいて、各電磁石の磁力として吸引力を利用して回転軸２７を磁気浮上させる例で説明したが、磁力として吸引力の代わりに反発力を利用して回転軸２７を磁気浮上させてもよい。また、各軸受部ＲＢ１、ＲＢ２、ＡＸＢにおいて、電磁石のみを用いた例で説明したが、電磁石と永久磁石とを組み合わせて使用してもよい。この場合は、例えば、永久磁石でバイアス電流に対応する初期の磁力を発生し、変化量を電磁石で調節する。
【０３８２】
ガスレーザ装置２は、狭帯域化されていない自然励起光をパルスレーザ光として露光装置３に出力するガスレーザ装置であってもよい。この場合のガスレーザ装置は、狭帯域化モジュールの代りに高反射ミラーが配置される。
【０３８３】
ガスレーザ装置２は、エキシマレーザ装置でなくてもよい。ガスレーザ装置２は、ハロゲンガスであるフッ素ガスとバッファガスとをレーザガスとするフッ素分子レーザ装置であってもよい。また、ガスレーザ装置２とレーザ加工装置とを組み合わせて、レーザ加工装置のレーザ光源として使用されてもよい。
【０３８４】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０３８５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９Ａ】
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【図５９Ｂ】
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【図６０Ａ】
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【図６０Ｂ】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５Ａ】
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【図６５Ｂ】
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【図６６】
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【国際調査報告】
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