(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡の測定室内の排気を行う分子ポンプであって、
分子ポンプのロータに接続したモータに駆動トルクを発生させて前記ロータを回転させる駆動トルクモードと、前記ロータが回転しているときに前記駆動トルクをゼロ又はゼロ近傍にすることで前記ロータを慣性力で回転させる慣性回転モードとにより前記モータを回転させるモータ制御手段と、
前記電子顕微鏡が前記駆動トルクモードによる前記モータの回転によりノイズが発生する試料の走査を開始する前に、前記モータの制御モードの切替指示を受け付ける切替指示受付手段と、
前記受け付けた切替指示に基づいて、前記モータ制御手段による制御モードを前記駆動トルクモードから前記慣性回転モードへ切替えるモード切替手段と、
を具備したことを特徴とする分子ポンプの制御装置。
【請求項２】
電子顕微鏡の測定室内の排気を行う分子ポンプであって、
電子顕微鏡による測定を検知する制御部と、
前記制御部と接続する接続手段と、
分子ポンプのロータに接続したモータに駆動トルクを発生させて前記ロータを回転させる駆動トルクモードと、前記ロータが回転しているときに前記駆動トルクをゼロ又はゼロ近傍にすることで前記ロータを慣性力で回転させる慣性回転モードとにより前記モータを回転させるモータ制御手段と、
前記制御部が電子顕微鏡による測定を検知した際、前記制御部から前記接続手段を介して、前記モータの制御モードの切替指示を受け付ける切替指示受付手段と、
前記受け付けた切替指示に基づいて、前記モータ制御手段による制御モードを前記駆動トルクモードから前記慣性回転モードへ切替えるモード切替手段と、
を具備したことを特徴とする分子ポンプの制御装置。
【請求項３】
前記モータ制御手段は、前記慣性回転モードにおいて、前記モータのモータ巻線に流れる電流を遮断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分子ポンプの制御装置。
【請求項４】
前記モード切替手段は、遠隔操作にて前記モータ制御手段の駆動トルクモードと慣性回転モードとを切替えることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の分子ポンプの制御装置。
【請求項５】
前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段を更に具備し、
前記ロータが前記慣性回転モードにて回転しているときに、前記回転速度検出手段にて検出した回転速度が所定の値を下回った場合に、前記モード切替手段は、前記モータ制御手段のモードを前記慣性回転モードから前記駆動トルクモードに切替えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の分子ポンプの制御装置。
【請求項６】
前記ロータが前記慣性回転モードにて回転しているときに、前記ロータの回転速度に関わらず、前記モータ制御手段は、前記慣性回転モードを維持することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の分子ポンプの制御装置。
【請求項７】
前記ロータは磁気軸受にて軸支されており、前記ロータの変位を検出し、当該検出した変位に応じた電流を前記磁気軸受に供給する磁気軸受制御手段を更に具備したことを特徴とする請求項１から請求項６までの内の何れか１の請求項に記載の分子ポンプの制御装置。
【請求項８】
前記モータ制御手段は、前記駆動トルクモードにおいて前記磁気軸受制御手段のゲインが低下する回転速度に回転速度を上昇して前記ロータを回転することを特徴とする請求項７に記載の分子ポンプの制御装置。
【請求項９】
前記磁気軸受制御手段の少なくとも高周波側のゲインを低減するゲイン低減手段を更に具備したことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の分子ポンプの制御装置。
【請求項１０】
前記測定室内の真空度を取得する真空度取得手段を備え、
前記モード切替手段は、前記測定室の真空度に基づいて、前記モータ制御手段による制御モードを前記慣性回転モードから前記駆動トルクモードへ切替えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項７、請求項８又は請求項９に記載の分子ポンプの制御装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までの内の何れか１の請求項に記載の分子ポンプの制御装置と、
軸受によりステータに対して回転自在に軸支された前記ロータと、
前記ステータと前記軸受が配設され、前記ロータを収納する外装体と、
前記ロータを回転するモータと、
前記ロータの回転により外気を吸気するための前記外装体の一端に形成された吸気口と、
前記吸気口から吸気した気体を排気するために前記外装体に形成された排気口と、
を具備したことを特徴とする分子ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子ポンプの制御装置、及び分子ポンプ装置に関し、例えば、計測器に使用される分子ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、分子ポンプの一例としてターボ分子ポンプを用いて説明する。
ターボ分子ポンプは、一般に電子顕微鏡の真空チャンバ（測定室）などの高真空を要する真空装置を排気する場合や、半導体製造装置のチャンバ内のプロセスガスを排気する場合などに使用される。
【０００３】
ターボ分子ポンプには、磁気軸受部によって軸支されたロータ軸を、当該ロータ軸に形成されたモータ部によって回転させるものがある。
モータ部は、一般的にＤＣブラシレスモータなどにより構成される。これは、ロータ軸に永久磁石を固着し、その周囲に適当なクリアランスを隔てて複数の電磁石を配設したものである。
【０００４】
電磁石の磁極を切替えてロータ軸上に回転磁界を発生させると、これに永久磁石が吸引されてロータ軸が回転する。
磁気軸受部は、ロータ軸の周囲に配設された複数の電磁石の磁力を制御して、ロータ軸をラジアル方向（軸の半径方向）、及びスラスト方向（軸方向）に磁気浮上させる。
【０００５】
モータ部及び磁気軸受部では、電磁石に供給する電流を高速に切替えるため、これらの部分から電気的なノイズが発生する。また、ロータ軸が高速に回転する（例えば毎分３万回転）ため機械的な振動も発生する。
また、ターボ分子ポンプは、高い排気機能を実現するために、真空チャンバの排気口に直接取り付けられるか、又は円筒形のゴムとベローズから構成された振動吸収部材であるダンパを介して取り付けられる場合がある。
【０００６】
このように、ターボ分子ポンプは真空チャンバの近くに設置されているため、これらの電気的なノイズや機械的な振動が、真空チャンバ内での精密な測定や作業に悪影響を与えることがある。このため、例えば電子顕微鏡による測定を行う場合、測定中にはターボ分子ポンプを停止させることがあった。
【０００７】
また、特開平６−７４２３５号広報の真空ポンプのように、モータの電気的ノイズを低減するため、定常運転時にモータ電圧を下げるものもある。しかし、この真空ポンプは、電気的ノイズが磁気軸受の変位センサに与える影響を低減するものであり、この目的の範囲で、モータの駆動は維持されている。このため、モータ電圧を下げたとしても、モータ部や磁気軸受部からは一定範囲での電気的ノイズが発生している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ターボ分子ポンプを停止させると、チャンバ内の真空度は徐々に悪くなってくる。
また、ターボ分子ポンプが停止するまでに時間を要する。更に、次の作業のためにターボ分子ポンプを再起動する際にも時間を要する。
そこで、本発明の目的は、ターボ分子ポンプを停止させずに電気的ノイズと振動を低減するターボ分子ポンプ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、電子顕微鏡の測定室内の排気を行う分子ポンプであって、分子ポンプのロータに接続したモータに駆動トルクを発生させて前記ロータを回転させる駆動トルクモードと、前記ロータが回転しているときに前記駆動トルクをゼロ又はゼロ近傍にすることで前記ロータを慣性力で回転させる慣性回転モードとにより前記モータを回転させるモータ制御手段と、前記電子顕微鏡が前記駆動トルクモードによる前記モータの回転によりノイズが発生する試料の走査を開始する前に、前記モータの制御モードの切替指示を受け付ける切替指示受付手段と、前記受け付けた切替指示に基づいて、前記モータ制御手段による前記駆動トルクモードと前記慣性回転モードとを切替えるモード切替手段と、を具備したことを特徴とする分子ポンプの制御装置を提供する（第１の構成）。
第１の構成では、モータの発生するトルクによってロータを回転させる駆動トルクモードとロータを慣性により回転させる慣性回転モードをモード切替手段によって切替えることができる。慣性回転モードでロータをフリーラン（慣性によって回転させること）させることにより、モータから発せられる電気的ノイズや機械的振動を低減することができる。また、この分子ポンプは一例としてターボ分子ポンプやネジ溝式ポンプとすることができる。
第１の構成における前記モータ制御手段は、前記慣性回転モードにおいて、前記モータのモータ巻線に流れる電流を遮断するように構成することができる（第２の構成）。モータ巻線に流れる電流を遮断することによりロータをフリーランさせることができる。
第１の構成又は第２の構成における前記モード切替手段は、遠隔操作にて前記モータ制御手段の駆動トルクモードと慣性回転モードとを切替えるように構成することができる（第３の構成）。遠隔操作できることによりユーザの利便性を増すことができる。
第１の構成、第２の構成又は第３の構成は、前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段を更に具備し、前記ロータが前記慣性回転モードにて回転しているときに、前記回転速度検出手段にて検出した回転速度が所定の値を下回った場合に、前記モード切替手段は、前記モータ制御手段のモードを前記慣性回転モードから前記駆動トルクモードに切替えるように構成することができる（第４の構成）。第４の構成によってロータの回転数の低下の下限値を設定することができ、ロータの回転数の低減による真空装置の真空度の低下を抑制することができる。
第１の構成、第２の構成又は第３の構成は、前記ロータが前記慣性回転モードにて回転しているときに、前記ロータの回転速度に関わらず、前記モータ制御手段は、前記慣性回転モードを維持するように構成することができる（第５の構成）。第５の構成によって、例えば電子顕微鏡による測定中に自動的にモータの駆動が開始するのを防ぐことができる。
第１の構成から第５の構成までの内の何れか１の構成は、前記ロータが磁気軸受にて軸支されており、前記ロータの変位を検出し、当該検出した変位に応じた電流を前記磁気軸受に供給する磁気軸受制御手段を更に具備するように構成することができる（第６の構成）。
第６の構成における前記モータ制御手段は、前記駆動トルクモードにおいて前記磁気軸受制御手段のゲインが低下する回転速度に回転速度を上昇して前記ロータを回転するように構成することができる（第７の構成）。一般に磁気軸受制御装置のゲインは高周波側で低減するため、ロータの回転数を高速で回転することにより磁気軸受制御装置のゲインを低下させることができる。これにより、磁気軸受部で発生する振動を低減することができる。
第６の構成又は第７の構成は、前記磁気軸受制御手段の少なくとも高周波側のゲインを低減するゲイン低減手段を更に具備するように構成することができる（第８の構成）。磁気軸受制御装置の高周波側のゲインを下げることにより、磁気軸受部で磁界の切替えに伴って生じる高周波の電気ノイズが磁気軸受制御装置に与える影響を低減することができ、これによって磁気軸受部で発生する振動を低減することができる。
第１の構成、第２の構成、第３の構成、第６の構成、第７の構成又は第８の構成は、前記測定室内の真空度を取得する真空度取得手段を備え、前記モード切替手段は、前記測定室の真空度に基づいて、前記モータ制御手段による制御モードを前記慣性回転モードから前記駆動トルクモードへ切替えるように構成することができる（第９の構成）。
更に、本発明は、前記目的を達成するために、第１の構成から第９の構成の内の何れか１の構成の分子ポンプの制御装置と、軸受によりステータに対して回転自在に軸支された前記ロータと、前記ステータと前記軸受が配設され、前記ロータを収納する外装体と、前記ロータを回転するモータと、前記ロータの回転により外気を吸気するための前記外装体の一端に形成された吸気口と、前記吸気口から吸気した気体を排気するために前記外装体に形成された排気口と、を具備したことを特徴とする分子ポンプ装置を提供する（第１０の構成）。
更にまた、前記目的を達成するために、本発明は、電子顕微鏡の測定室内の排気を行う分子ポンプであって、電子顕微鏡による測定を検知する制御部と、前記制御部と接続する接続手段と、分子ポンプのロータに接続したモータに駆動トルクを発生させて前記ロータを回転させる駆動トルクモードと、前記ロータが回転しているときに前記駆動トルクをゼロ又はゼロ近傍にすることで前記ロータを慣性力で回転させる慣性回転モードとにより前記モータを回転させるモータ制御手段と、前記制御部が電子顕微鏡による測定を検知した際、前記制御部から前記接続手段を介して、前記モータの制御モードの切替指示を受け付ける切替指示受付手段と、前記受け付けた切替指示に基づいて、前記モータ制御手段による制御モードを前記駆動トルクモードから前記慣性回転モードへ切替えるモード切替手段と、を具備したことを特徴とする分子ポンプの制御装置を提供する（第１１の構成）。
また、本発明は、前記目的を達成するために、軸受によりステータに対して回転自在に軸支されたロータと、前記ステータと前記軸受が配設され、前記ロータを収納する外装体と、前記ロータを回転するモータと、前記ロータの回転により外気を吸気するための前記外装体の一端に形成された吸気口と、前記吸気口から吸気した気体を排気するために前記外装体に形成された排気口と、前記ロータを前記モータで回転させる第１のモードと、前記ロータを前記モータを用いずに慣性力で回転させる第２のモードと、を切替えるモード切替手段と、を具備したことを特徴とする分子ポンプ装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態は、電子顕微鏡での測定時のように、電気的ノイズを抑制したいときに、ターボ分子ポンプのモータ電流を止め、ロータを慣性で回転させる（フリーラン）ものである。これによって、モータ部から発生する電気的ノイズ及び振動を抑制することができると共に、チャンバの排気を持続することができる。
【００１１】
以下、本発明の好適な第１の実施の形態について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図１は、ターボ分子ポンプ１のロータ軸３の軸線方向の断面図の一例を示した図である。
ケーシング１６は、円筒形の形状を有しており、ターボ分子ポンプ１の外装体を形成している。
【００１２】
ケーシング１６の中心には、ロータ軸３が設置されている。
紙面に向かってロータ軸３の上部と下部及び底部には、それぞれ磁気軸受部８、１２、２０が設けられている。ターボ分子ポンプ１が稼働しているときは、ロータ軸３は、磁気軸受部８、１２によってラジアル方向（ロータ軸３の径方向）に磁気浮上し非接触で支持され、磁気軸受部２０によってスラスト方向（ロータ軸３の軸方向）に磁気浮上し非接触で軸支される。
これらの磁気軸受部は、いわゆる５軸制御型の磁気軸受を構成しており、ロータ軸３、及びロータ軸３に固着したロータ１１は、ロータ軸３の軸線周りに回転できるようになっている。
【００１３】
磁気軸受部８では、４つの電磁石がロータ軸３の周囲に、９０°ごとに対向するように配置されている。ロータ軸３は、鉄などの高透磁率材により形成され、これらの電磁石の磁力により吸引されるようになっている。
変位センサ９は、ロータ軸３のラジアル方向の変位を検出するラジアルセンサである。制御装置２５は、変位センサ９からの変位信号によってロータ軸３がラジアル方向に所定の位置から変位したことを検出すると、各電磁石の磁力を調節してロータ軸３を所定の位置に戻すように動作する。この電磁石の磁力の調節は、各電磁石の励磁電流をフィードバック制御することにより行われる。
【００１４】
制御部２５は、変位センサ９の信号に基づいて制御装置２５をフィードバック制御し、これによってロータ軸３は、磁気軸受部８において電磁石から所定のクリアランスを隔ててラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。
【００１５】
磁気軸受部１２の構成と作用は、磁気軸受部８と同様である。
磁気軸受部１２では、ロータ軸３の周囲に、９０°ごとに電磁石が４つ配置されており、これらの電磁石の磁力の吸引力により、ロータ軸３は、磁気軸受部１２でラジアル方向に非接触で保持される。
変位センサ１３は、ロータ軸３のラジアル方向の変位を検出するラジアルセンサである。
【００１６】
制御装置２５は、変位センサ１３からロータ軸３がラジアル方向の変位信号を受信すると、この変位を修正してロータ軸３を所定の位置に保持するように電磁石の励磁電流をフィードバック制御する。
制御装置２５は、変位センサ１３の信号に基づいて磁気軸受部１２をフィードバック制御し、これによってロータ軸３は、磁気軸受部１２でラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。
このように、ロータ軸３は、磁気軸受部８、１２の２カ所でラジアル方向に保持されるので、ロータ軸３はラジアル方向に所定の位置で保持される。
【００１７】
ロータ軸３の下端に設けられた磁気軸受部２０は、円板状の金属ディスク１８、電磁石１４、１５、変位センサ１７によって構成され、ロータ軸３をスラスト方向に保持する。
金属ディスク１８は、鉄などの高透磁率材で構成されており、その中心においてロータ軸３に垂直に固定されている。金属ディスク１８の上には電磁石１４が設置され、下には電磁石１５が設置されている。電磁石１４は、磁力により金属ディスク１８を上方に吸引し、電磁石１５は、金属ディスク１８を下方に吸引する。制御装置２５は、この電磁石１４、１５が金属ディスク１８に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸３をスラスト方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。
【００１８】
変位センサ１７は、ロータ軸３のスラスト方向の変位を検出するアキシャルセンサであって、検出した信号を制御装置２５に送信する。制御装置２５は、変位センサ１３から受信した変位検出信号によりロータ軸３のスラスト方向の変位を検出する。
ロータ軸３がスラスト方向のどちらかに移動して所定の位置から変位した場合、制御装置２５は、この変位を修正すように電磁石１４、１５の励磁電流をフィードバック制御して磁力を調節し、ロータ軸３を所定の位置に戻すように動作する。制御装置２５の、このフィードバック制御により、ロータ軸３はスラスト方向に所定の位置で磁気浮上し、保持される。
以上に説明したように、ロータ軸３は、磁気軸受部８、１２によりラジアル方向に保持され、磁気軸受部２０によりスラスト方向に保持されるため、ロータ軸３は磁気浮上によりの線周りに非接触で回転することができる。
【００１９】
ロータ軸３の軸線方向に、磁気軸受部８の上には保護ベアリング６が、磁気軸受部１２の下には保護ベアリング７がそれぞれ設けてある。
ロータ軸３は、磁気軸受部８、１２、２０により、磁気浮上し、空間に非接触で保持されているが、ロータ軸３の軸線周りの振れが生じるなどして、ロータ軸３が保持位置から大きくずれる場合がある。保護ベアリング６、７は、このような場合に、ロータ軸３が磁気軸受部８、１２、２０の電磁石に接触したり、モータ部１０で永久磁石が電磁石に接触するのを防ぐために設けられている。
ロータ軸３が所定の位置からある量以上移動すると、ロータ軸３は保護ベアリング６、７に接触し、ロータ軸３の移動は物理的に制限される。
【００２０】
ロータ軸３には、磁気軸受部８、１２の間にモータ部１０が設けてある。本実施の形態では、一例として、モータ部１０は、以下のように構成されたＤＣブラシレスモータであるとする。
モータ部１０では、ロータ軸３の周囲に永久磁石が固着されている。この永久磁石は、ロータ軸３の軸周り方向に、例えばＮ極とＳ極が１８０°ごとに配置されるように取り付けられている。
この永久磁石の周囲には、永久磁石から所定のクリアランスを経て、例えば６個の電磁石が６０°ごとにロータ軸３の軸線に対して対称的に、また対向するように配置されている。
【００２１】
これら６個の電磁石は、対向する電磁石の巻線は１本のモータ巻線で構成されており、モータ巻線の巻き方は、電磁石のロータ軸３に面する部分の極性が逆になるようになっている。
このように６個の電磁石は、対向する電磁石ごとに３個の組を構成し、それぞれの組にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相モータ巻線が巻かれている。
そして、それぞれの各相のモータ巻線に、制御回路２５内の、後に説明するモータ駆動回路からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流が供給されるようになっている。
モータ巻線にモータ駆動回路から電流が供給させるとこれらの電磁石はロータ軸３上に回転磁界を発生させる。ロータ軸３に固着された永久磁石がこの回転磁界に吸引されて、ロータ軸３にトルクが発生し、ロータ軸３は、当該トルクに駆動されて軸線回りに回転する。
【００２２】
また、ロータ軸３の下端には、回転数センサ２３が取り付けられている。制御部２５は、回転数センサ２３の検出信号によりロータ軸３の回転数を検出することができるようになっている。また、例えば変位センサ１３近傍に、ロータ軸３の回転の位相を検出する図示しないセンサが取り付けてあり、制御装置２５は、該センサと回転数センサ２３の検出信号を共に用いて永久磁石の位置を検出するようになっている。
【００２３】
制御装置２５は、検出した磁極の位置に従って、ロータ軸３の回転が持続するように電磁石の電流を次々に切替える。即ち、制御装置２５内のモータ駆動回路は、永久磁石の回転位置に同期して各相のモータ巻線に供給するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を順次スイッチして、該永久磁石の周りに回転磁界を発生させ、該永久磁石を、この回転磁界に追随させて、ロータ軸３の回転を維持する。
【００２４】
ロータ１１は、ボルト５によってロータ軸３に固定されており、ロータ軸３がモータ部１０によって駆動され回転するとこれに伴ってロータ１１も回転するようになっている。
ロータ１１には、ロータ翼２１が、ロータ軸３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して、ロータ１１から放射状に複数段取り付けてある。ロータ翼２１は、ロータ１１に固着されており、ロータ１１と共に高速回転するようになっている。
【００２５】
また、ケーシング１６には、ステータ翼２２が、ケーシング１６の内側に向けて、ロータ翼２１の段と互い違いに固定されてる。また、ステータ翼２２はロータ軸３の軸線に垂直な平面から所定の角度をもって、ケーシング１６に固定されている。
ロータ１１がロータ軸３と共にモータ部１０により駆動されて回転すると、ロータ翼２１とステータ翼２２の作用により、ガスが吸気口２４から吸引され、排気口１９から排気されるようになっている。
【００２６】
吸気口２４の周囲には、フランジ２が形成されており、ターボ分子ポンプ１を、電子顕微鏡の測定室などに接続できるようになっている。
制御装置２５は、ターボ分子ポンプ１のコネクタ４に接続されており、磁気軸受部８、１２、２０やモータ部１０の制御などを行っている。
【００２７】
図２は、制御装置２５のモータ駆動回路の構成を示したブロック図である。
なお、図２には制御装置２５内にある磁気軸受部８、１２、２０の制御回路などは示されていない。
図２には、更にターボ分子ポンプ１のモータ部１０を構成するモータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗ、及び永久磁石を固着したロータ軸３、回転数センサ２３も示してある。
なお、図２では、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗとロータ軸３を別々に示してあるが、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗはロータ軸３の周囲に配設されている。
モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗは、ぞれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ駆動電流が供給される巻線であり、これらの巻線はＹ結線されている。
【００２８】
制御装置２５は、逓倍同期パルス発生回路３８、ゲートドライブ信号生成回路４６、モータ駆動回路４２、及びモータ駆動状態切替回路４４を含んでいる。
モータ駆動回路４２は、３相ブリッジを構成するトランジスタ２６、２８、３０、３２、３４、３６と、これらのトランジスタにモータ駆動電流を供給する直流電源４０から構成されている。ここで、トランジスタ２６、２８、３０、３２、３４、３６は、モータ駆動電流をオンオフするスイッチング素子として使われている。各トランジスタは、オンのとき導通状態となり、オフのとき遮断状態となる。
ゲートドライブ信号生成回路４６がモータ駆動回路４２の各トランジスタを所定の順序でオンオフすことにより、モータ駆動回路４２は、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３ＷにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流を供給する。ロータ軸３は、該３相交流により生成された回転磁界により回転する。
【００２９】
逓倍同期パルス発生回路３８は、回転数センサ２３から、ロータ軸３が一回転するごとに送信されてくるパルスを受信して、ローダ軸３の回転周期の１／６の周期を持つパルスを生成する。即ち、逓倍同期パルス生成回路３８は、ロータ軸３の回転に同期して、ロータ軸３が一回転する間に６つのパルスを生成する。逓倍同期パルス発生回路３８は、生成したパルスをゲートドライブ信号生成回路４６に送信する。
【００３０】
ゲートドライブ信号生成回路４６は、逓倍パルス生成回路３８から受信したパルスに従って、所定の順序によりトランジスタ２６、２８、３０、３２、３４、３６の各ベースに所定の電圧を印可し、これらをスイッチングする。
このように、モータ駆動回路４２は、ゲートドライブ信号生成回路４６にスイッチングされて、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３ＷにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流を供給する。
以上のゲートドライブ信号生成回路４６、逓倍同期パルス発生回路３８、モータ駆動回路４２、回転数センサ２３はモータ制御手段を構成している。
【００３１】
モータ駆動状態切替回路４４は、ゲートドライブ信号生成回路４６とスイッチ４５に接続されている。
スイッチ４５は、モータ駆動状態切替回路４４を作動させるためのスイッチであり、ターボ分子ポンプ１のオペレータなどがマニュアル操作によりオンオフするようになっている。
モータ駆動状態切替回路４４は、後に説明するように、ロータ軸３及びこれに固着したロータ１１、ロータ翼２１を通常の運転状態からフリーランの状態（慣性回転モード）に切替えたり、また、逆にフリーランの状態から通常の運転状態（駆動トルクモード）に切替えたりする回路であり、モード切替手段を構成している。
なお、ここで、フリーランとは、例えば、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗに流れる電流値を零にするなどして、モータ部１０がロータ軸３に及ぼすトルクを零にし、ロータ軸３、ロータ１１及びロータ翼２１が慣性力により回転を維持することを意味するものとする。
【００３２】
スイッチ４５は、例えば、ボタンが１つ設置されており、オペレータはこれを一回押すごとに、ターボ分子ポンプ１をフリーラン状態と通常の運転状態の双方に交互に切替えることができるようになっている。
スイッチ４５は、ターボ分子ポンプ１の制御パネルに設置されるか、若しくは、有線又は無線により、制御部２５から離れた場所からモータ駆動状態切替回路４４を遠隔操作できるようになっている。
なお、フリーランの状態では、モータ部１０は、ロータ軸３の駆動及び制動を行わず、モータ部１０で、ロータ軸３に何ら力が作用しない状態となる。そのため、フリーラン時には、ロータ軸３、ロータ１１、ロータ翼２１は、慣性力によって回転を持続する。
【００３３】
モータ駆動状態切替回路４４は、ターボ分子ポンプ１が稼働している最中にロータ１１をフリーランさせる回路である。
ターボ分子ポンプ１が稼働中に、オペレータがスイッチ４５を用いてフリーランを指示すると、モータ駆動状態切替回路４４は、ゲートドライブ信号生成回路４６を介して、強制的にトランジスタ２６、２８、３０、３２、３４、３６をオフにして遮断状態とする。すると、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗは、回路的にオープンの状態となり、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗに流れる電流値は、全て零となる。そして、ロータ軸３、ロータ１１及びロータ翼２１はフリーランの状態となる。
【００３４】
また、全てのトランジスタをオフにせずに、一部のトランジスタをオフとすることによって、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗに流れる電流を遮断しても良い。
例えば、トランジスタ２６，３６がオン、他のトランジスタがオフとなり、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｗ及びトランジスタ２６、３６が閉回路を構成している場合、トランジスタ２６、３６の何れか一方をオフとすることにより、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗに流れる電流を零とすることができる。
【００３５】
なお、ロータ軸３及びロータ１１がフリーランの状態にある間も、磁気軸受８、１２、２０は動作し、ロータ軸３を保持している。
また、スイッチ４５を操作することによって、再びトランジスタ２６、２８、３０、３２、３４、３６を逓倍同期パルス生成回路３８で生成されるパルスによりスイッチングし、モータ部１０及び制御部２５を通常の駆動状態に戻すことができる。
【００３６】
このようにロータ軸３をフリーランさせると以下のように電気的ノイズと振動の発生が抑制される。
まず、モータ部１０をフリーラン状態にすると電磁石が磁界を発生しないと共に磁界の切替えに伴って発生する電気的ノイズが生じない。
また、モータ部１０での電磁石とロータ軸３の間に磁力により吸引力小さくなるためモータ部１０で発生する機械的な振動を抑制することができる。
更に、モータ部１０が駆動しているときは電磁石がロータ軸３に及ぼすトルクは一定でなく、ロータ軸３の回転に伴って脈動するが（コギングと呼ばれることがある）、ロータ軸３をフリーランさせるとコギングによる振動を抑えることができる。
【００３７】
以上のように構成されたターボ分子ポンプ１及び制御部２５は以下のように動作する。
オペレータが、例えば、試料を電子顕微鏡の測定室（真空チャンバ）にセットするなどした後、図示しない制御パネルから、ターボ分子ポンプ１を始動する。
制御部２５内の、図示しない磁気軸受駆動回路によって磁気軸受装置８、１２、２０が制御され、ロータ軸３が磁気浮上する。
次に、ゲートドライブ信号生成回路４６が、モータ駆動回路の各トランジスタをスイッチングし、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗに３相交流を供給する。
【００３８】
ロータ軸３は、始動時には停止しているので、逓倍同期パルス生成回路３８がロックできる回転数となるまでは、ゲートドライブ信号生成回路４６は、モータ駆動回路の各トランジスタのスイッチングの切替の早さを、例えば１ヘルツ程度から徐々に早くしていき、ロータ軸３をオープンループ（フィードバック制御をかけない）で、回転させる。
ロータ軸３の回転数が逓倍同期パルス生成回路３８をロックできる大きさに達したら、ゲートドライブ信号生成回路４６は、逓倍同期パルス生成回路３８から送信されてくるパルスに従って、モータ駆動回路４２の各トランジスタをスイッチングする。即ち、回転数センサ２３が検出する信号に従って、モータ駆動電流をフィードバック制御する。
【００３９】
ロータ１１の回転が高まってくると、ロータ翼２１、及びステータ翼２２の作用により、チャンバなどの真空装置から排気が始まり、チャンバの中のガスが吸気口２４から排気口１９から排出される。
チャンバ内の真空度が十分に高まったところで、オペレータはスイッチ４５を操作し、ロータ軸３及びロータ１１をフリーランの状態にさせる。
ロータ軸３及びロータ１１がフリーランの状態にあり、ターボ分子ポンプ１から発生する電気的ノイズ及び振動が低下している間に、オペレータは、例えば、電子ビームによる試料の走査などの作業を行う。この間、ターボ分子ポンプ１ではロータ１１が回転しているので、チャンバ内の排気は中断せずに行われている。
【００４０】
オペレータは、作業終了後に、スイッチ４５を操作して、モータ部１０を再起動するか、若しくは、ターボ分子ポンプ１を停止する。
オペレータによって、モータ部１０が再起動された場合は、モータ駆動回路４２からモータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗに、ロータ軸３の回転に同期して、３相交流の供給が再開し、再びモータ部１０が起動する。この場合、ロータ軸３は、予め回転しているので、起動に要する時間は、従来の場合よりも短くなる。
【００４１】
以上のように、第１の実施の形態では、ロータ軸３をモータ部１０により回転し、通常の運転を行う場合（第１のモード）と、モータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗに流れる電流を遮断し、ロータ軸３をフリーランの状態にして運転する場合（第２のモード）の２つのモードにてターボ分子ポンプ１を運転することができるため、ターボ分子ポンプ１が取り付けられたチャンバ内で、電気的ノイズの侵入や機械的振動が問題となる作業（例えば電子顕微鏡での測定）をするときに、ターボ分子ポンプ１を第２のモードにて運転することにより、ターボ分子ポンプ１から発生する電気的ノイズ及び機械的振動を低減することができる。
また、ターボ分子ポンプ１を停止する時間が必要なく、しかも、作業中もチャンバからの排気は続行されており、加えて、ターボ分子ポンプ１を再起動する場合も短時間で再起動できる。
【００４２】
また、フリーラン中は、モータ駆動回路４２の各トランジスタのスイッチングが停止するので、スイッチングに伴って発生する電気的ノイズも防止することができる。
また、ターボ分子ポンプ１をモータ部１０により駆動して運転する場合と、ロータをフリーラン状態にして運転する場合を切替えるスイッチ４５を、例えば、無線や延長コードなどを用いて遠隔地より制御装置２５と接続するように構成することにより、電子顕微鏡での測定などをしながら、ターボ分子ポンプの運転モードを切替えることができる。
【００４３】
本実施の形態では、モータ駆動状態切替回路４４と、ゲートドライブ信号生成回路４６を別のデバイスとしているが、これは、モータ駆動状態切替回路４４をゲートドライブ信号生成回路４６の中に形成しても良い。
本実施の形態では、モータ駆動回路４２の各トランジスタを全てオフとすることにより、ロータ軸３及びロータ１１をフリーランの状態にしたが、これに限定するものではなく、他の方法を用いてロータ１１のフリーラン状態を実現しても良い。
【００４４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に新たにロータ軸３の回転数を検出する回転数検出回路４７を加え、モータ駆動状態切替回路４４にロータ軸３の回転数が所定の値まで低下した場合に、モータ部１０を自動的に再起動する機能を追加したものである。
【００４５】
以下、本発明の好適な第２の実施の形態について、図３及び図４を参照して詳細に説明する。
制御部２５からこれらの部分を除いた部分、及び、ターボ分子ポンプ１の構成と作用は第１の実施の形態と同じである。
そこで、第１の実施の形態と重複する部分については、同じ符号を付すと共に説明を省略することとする。
【００４６】
図３は第２の実施の形態に係る制御部２５の構成を示したブロック図である。
図３には、更にターボ分子ポンプ１のモータ部１０を構成するモータ巻線４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗ、及び永久磁石を固着したロータ軸３、回転数センサ２３も示してある。また、図３には制御部２５内にある磁気軸受部８、１２、２０の制御回路などは示されていない。
本実施の形態における制御部２５は、更に回転数検出回路４７を備えている。回転数検出回路４７は、回転数センサ２３に接続されており、ロータ軸３及びロータ１１がフリーランの状態にある間、回転数センサ２３の検出信号を受信し、この信号からロータ軸３の単位時間あたりの回転数を検出する。このように、回転数センサ２３と回転数検出回路４７によってロータ軸３の単位時間あたりの回転数、即ちロータ軸３の回転速度に比例した量を検出する回転速度検出手段を構成している。
【００４７】
回転数検出回路４７で検出されたロータ軸３の回転数は、回転数検出回路４７からモータ駆動状態切替回路４４に送信される。これによって、モータ駆動状態切替回路４４は、ロータ軸３のフリーラン中の回転数を取得することができる。
ロータ軸３の回転速度は、フリーラン中に、排気ガスとロータ翼２１との摩擦などのために徐々に低下してくる。ターボ分子ポンプ１の排気速度は、おおよそロータ軸３の回転速度に比例するため、ロータ軸３の回転速度が低下してくると、ターボ分子ポンプ１の排気能力も低下してくる。
そこで、モータ駆動状態切替回路４４は、回転数検出回路４７から取得したロータ軸３の回転数が、予め設定した所定のしきい値（例えば、毎分２万回転）を下回った場合に、自動的にモータ部１０を再起動するように設定されている。これによって、真空チャンバ内の真空度の悪化を防ぐことができる。
【００４８】
また、自動的にモータ部１０が再起動すると不都合がある場合は、ロータ軸３の回転速度が所定のしきい値を下回った場合、モータ部１０を再起動せずにオペレータにアラームを表示するように構成しても良い。
また、該所定のしきい値は、ロータ軸３の回転速度の低下特性や真空チャンバで必要とされる真空度などから個々の場合に応じて設定される。
なお、フリーラン時にロータ軸３の回転数の低下する割合は、排気している真空装置から放出されるガスの量や、ロータ軸３、ロータ１１、ロータ翼２１の慣性モーメントや、フリーラン開始時のロータ軸３の回転数などによって異なる。
【００４９】
図４は、本実施の形態における、ロータ軸３の回転数の時間変化を示したチャートである。
縦軸はロータ軸３の単位時間あたりの回転数を、横軸は時間を表している。
ターボ分子ポンプ１が起動した後、ロータ軸３が定格運転時の回転数に達するまで、モータ部１０によりロータ軸３が加速される（区間５１）。
ロータ軸３の回転数が所定の回転数（例えば毎分３万回転）に達したら（時点５２）、ターボ分子ポンプ１は、定格運転に移行する。これらの間、真空チャンバなどの真空装置が排気される（区間５３）。
【００５０】
真空装置内で、例えば電子顕微鏡において試料を電子ビームで走査するなどの作業を行うに当たって、モータ部１０から電気的ノイズが発生するのを防ぐため、オペレータは、スイッチ４５を操作してロータ軸３をフリーランの状態にする（時点５４）。真空装置内での作業中、ロータ軸３は、フリーランの状態におかれ、排気ガスとロータ翼２１との摩擦などのために、ロータ軸３の回転数は徐々に低下する（区間５９）。
【００５１】
ロータ軸３の回転数が予め設定したしきい値に達すると（時点５５）、モータ部１０が自動的に再起動して、ロータ軸３は、加速される（区間５６）。ロータ軸３の回転数が所定の値に達すると（時点５７）、ターボ分子ポンプ１は、再び定格運転に移行する（区間５８）。再びロータ軸３をフリーランの状態にしたい場合は、オペレータがスイッチ４５を操作することにより再びロータ軸３をフリーランの状態にすることができる。
【００５２】
以上に説明した第２の実施の形態では、ロータ軸３が、所定の回転数まで回転数が低下した場合、自動的にモータ部１０が起動するので、ロータ軸３のフリーランに伴う真空チャンバ内の真空度の悪化を未然に防ぐことができる。
また、モータ部１０が自動的に起動すると不都合がある場合は、モータ部１０を自動的に起動せず、オペレータにアラームを表示して注意を促すように構成することもできる。
なお、本実施の形態では、ロータ軸３の回転数によって、モータ部１０を再起動するか否かを判断したが、これに限定するものではなく、例えば、真空チャンバ内に真空度センサを設置し、その真空度によって再起動する構成にしても良い。
【００５３】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、ロータ軸３の回転数を通常の定格回転数よりも高い回転数で回転させた後にロータ軸３をフリーランさせることにより、磁気軸受部で発生する振動を低減するものである。
これは、磁気軸受部８、１２、２０を制御する磁気軸受制御装置のゲインが高周波側で小さくなることを利用したものである。
【００５４】
以下、本発明の好適な第３の実施の形態について、図１、図２及び図５を参照して詳細に説明する。ターボ分子ポンプの構造及び、当該ターボ分子ポンプの制御装置２５の構成は、それぞれ図１及び図２と同様である。
【００５５】
第３の実施の形態では、モータ駆動状態切替え回路４４は、通常の定格回転数（第１の定格回転数とする）よりも回転数が大きい定格回転数（第２の定格回転数とする）でロータ軸３を回転させる機能を更に具備している。
そして、ユーザが第１の定格回転数と第２の定格回転数をスイッチ４５によって選択できるようになっている。
例えば、第１の定格回転数は毎分３万回転であり、第２の定格回転数は毎分３万５千回転である。ターボ分子ポンプ１は、第２の定格回転数での運転に十分耐え得るように設計されている。
このように、ロータ軸３を第２の定格回転数で運転する場合、ゲートドライブ信号生成回路４６、逓倍同期パルス発生回路３８、モータ駆動回路４２、回転数センサ２３はロータ軸３を第２の定格回転数で回転させる回転速度制御手段を構成している。
【００５６】
第１及び第２の実施の形態では、ロータ軸３をフリーランさせることによりモータ部１０で発生する電気的ノイズ及び機械的振動を低減することができたが、磁気軸受部８、１２、２０では依然振動が発生している。
後に説明するように、この振動はロータ軸３の回転数を上昇させることにより低減することができる。
【００５７】
このため、ユーザはスイッチ４５を操作してロータ軸３の回転数を第２の定格回転数まで上昇した後、ロータ軸３をフリーランさせることにより磁気軸受部８、１２、２０から発生する振動を低減することができる。
以降、磁気軸受部８、１２、２０は、それぞれの磁気軸受部を区別しない場合は、単に磁気軸受部と総称することにする。
【００５８】
以下に、ロータ軸３の定格回転数を上昇させると磁気軸受部で発生する振動が低減できる理由について説明する。
本実施の形態では、磁気軸受部、変位センサを含む磁気軸受制御系を磁気軸受装置と呼ぶことにする。
多くの場合、磁気軸受部を含めた磁気軸受制御装置（磁気軸受部、変位センサ、変位センサの出力と目標値の差である誤差信号を受信して補正する補償器、補償器から制御信号を受信して磁気軸受部に電流を供給するパワーアンプなどにより構成され、ブロックの構成は次の第３の実施の形態で示すものと同様である）を構成する要素はローパスフィルタ（低域通過フィルタ）特性をもっている。つまり、伝達関数は、ＤＣ（直流）からある周波数まではほぼ一定とみなせるが、高周波数領域においてゲインが下がり位相が遅れてくる。これは、周波数の高い領域では磁気軸受制御装置のレスポンス（応答性）が低下するためである。
即ち、ロータ軸３の回転数が速くなると、回転数が遅いときに比べてロータ軸３を保持する能力が低下するのである。
なお、ゲインは遮断周波数付近でピークを持つ場合もある。
【００５９】
図５は、磁気軸受制御装置のゲイン特性曲線６１の一例を示したボード線図である。なお、位相特性曲線は省略した。
図５では、磁気軸受部の電磁石に供給する電流値のスペクトルを模式的に重ね合わせて示している。曲線６２はロータ軸３が第１の定格回転で回転している場合の電流値のスペクトルを表しており、曲線６３はロータ軸３を第２の定格回転数で回転している場合の電流値のスペクトルを表している。それぞれの曲線は回転周波数にピークを持っている。
【００６０】
ロータ軸３の振れは回転数にあまり依存しない、即ちロータ軸３の振れは定格回転数の変化によって大きく変化しないので、曲線６２、６３の場合においてロータ軸３の振れが同じであるとすると、電磁石に供給する電流はゲインに比例するため、曲線６２、６３のピークをゲイン特性曲線６１に重ねて表すことができる。
【００６１】
ゲイン特性曲線６１に示したように、磁気軸受制御装置のゲインは高周波側で低くなっている。
ロータ軸３の回転数を第１の定格回転数から第２の定格回転数にアップすると、電流値のスペクトルが曲線６２から曲線６３へシフトし、電流値のピークはゲインと共に低下する。
【００６２】
これは、ロータ軸３の同じ振れに対して磁気軸受部が出力する磁力が高周波側で小さくなることを意味する。磁気軸受部から発生する振動は、回転によるロータ軸３の振動が磁力により電磁石に伝達することにより発生する。そのため、ロータ軸３の回転数を第２の定格回転で回転させることにより、電磁石の電流値をゲインの小さい方へ移動させることにより、磁界を介してロータ軸３から伝達される振動を小さくすることができる。
【００６３】
なお、磁気軸受部の機能はばねとダッシュポットから成るダンパと考えることができるが、図５は当該ダンパの振動伝達特性を示しているとも考えられ、１つのダンパを用いると例えば−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅのローパスフィルタ特性となる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、ロータ軸３の定格回転数をアップした後これをフリーランさせたが、ロータ軸３をフリーランさせずに定格回転数をアップするだけでもターボ分子ポンプ１で発生する振動を抑制することができる。このため、フリーランと定格回転数アップを常に一組として用いる必要はなく、フリーランをさせずに定格回転数だけアップするように構成することもできる。
【００６５】
また、ユーザがスイッチ４５にてフリーランを選択した場合、ロータ軸３の回転数を自動的にアップした後、自動的にフリーラン状態にするように、フリーランのシーケンスと定格回転数アップのシーケンスを連動させても良い。
【００６６】
また、第２の実施の形態と組み合わせてることも可能である。この場合はロータ軸３を第２の定格回転数で回転した後フリーランさせる。そしてロータ軸３の回転数を回転数検出回路４７でモニタリングし、ロータ軸３の回転数が所定の閾値まで下がったときに、モータ部１０を起動させて再びロータ軸３を第２の定格回転数まで加速してフリーランさせる。以降これを繰り返すように構成することもできる。
【００６７】
本実施の形態では以下のような効果を得ることができる。
ターボ分子ポンプ１は、第１の定格回転数で十分な排気能力を発揮することができるので、振動が問題とならない用途では第１の定格回転数にて運転することにより、第２の定格回転数にて運転する場合よりも消費電力の消費や、ターボ分子ポンプ１の部品の消耗などを抑制することができる。
【００６８】
一方、ターボ分子ポンプ１を電子顕微鏡での測定などの振動を抑制する必要がある状況で使用する場合は、ロータ軸３を第２の定格回転数で回転させた後フリーランさせることにより、モータ部１０から発生する電気的ノイズ、振動及び磁気軸受部から発生する振動や騒音を抑制することができる。即ち、定格回転数アップによりロータ軸３から磁気軸受部への振動伝達率を低減することができる。また、磁気軸受制御装置のゲインが低くなるため、磁気軸受部で発生する磁界が小さくなり、これによって磁気軸受部で発生する電気的ノイズも低減される。第２の定格回転数によりロータ軸３をフリーランさせることにより、第１の定格回転数にてロータ軸３をフリーランさせる場合よりも、フリーランが持続する時間を長くすることができる。
【００６９】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、ロータ軸３をフリーランさせる際に、ローパスフィルタなどを磁気軸受制御装置に挿入して、少なくとも高周波側のゲインを低下させることにより、磁気軸受部で発生する振動及び騒音を低減するものである。
【００７０】
以下、本発明の好適な第４の実施の形態について、図１、図２及び図６、図７を参照して詳細に説明する。ターボ分子ポンプの構造及び、当該ターボ分子ポンプの制御部の構成は、それぞれ図１、及び図２と同様である。また磁気軸受部８、１２、２０、及び変位センサ９、１３、１７は、特にこれらを区別しない場合は単に磁気軸受部及び変位センサと記すことにする。
まず、磁気軸受制御装置の高周波側のゲインを下げると磁気軸受部で発生する振動が低減される理由を説明する。
【００７１】
磁気軸受制御装置は、変位センサの出力に基づき電磁石の磁力をフィードバック制御してロータ軸３の位置をコントロールしている。ところで、電磁石の磁界を切替える際に高周波の電気的ノイズが発生しやすい。
また変位センサは磁気軸受部の近くに設置されているため、磁気軸受部と変位センサがカップリングし、変位センサが磁気軸受部高周波の電気ノイズを検出してしまうことがある。
そして、検出されたノイズが磁気軸受制御装置を構成するパワーアンプなどで増幅されて磁気軸受部で出力され、磁気軸受部が振動・騒音を発生する場合がある。
【００７２】
即ち、磁気軸受部はラジアルセンサ（ラジアル方向の変位センサ）又はアキシャルセンサ（スラスト方向の変位センサ）の出力に基づきラジアル又はアキシャル電磁石の磁力をフィードバック制御してコントロールしている。特に高周波成分のノイズをセンサで検出又は作り出してしまうと磁気軸受が発生する磁力で騒音・振動を発生する恐れがある。
そのため、磁気軸受制御装置の高周波側のゲインを下げることにより、磁気軸受部と変位センサのカップリングから生じる振動・騒音を低減することができる。
【００７３】
本実施の形態では、高周波ゲインを下げる方法として比例ゲイン（ＤＣゲインと言うこともある）を下げる場合、高周波側のゲインを下げる場合について説明する。
比例ゲインを下げる場合は回路構成が簡単である反面、低周波側でのゲインも下げてしまうため、ロータ軸３の安定性が悪くなる場合がある。
一方、高周波ゲインを下げる場合は、低周波側のゲインは落とさないためロータ軸３の安定性は確保できるが、回路構成が比例ゲインを低下させる場合よりも若干複雑になる。
また、比例ゲインと高周波側のゲインの双方を下げることも可能である。
【００７４】
図６（ａ）は、本実施の形態に係る磁気軸受制御装置７０の構成の一例を示した図である。
磁気軸受制御装置７０は、センサ７４、補償部７１、パワーアンプ７２、磁気軸受部７３などから構成されている。これらは磁気軸受部をフィードバック制御する磁気軸受制御手段を構成している。
センサ７４は、ロータ軸３の変位を検出して出力する。出力は例えばロータ軸３の変位に応じた電圧として出力される。
【００７５】
センサ７４は、例えば変位センサ９、１３、１７の何れかであり、磁気軸受部７３は、センサ７４に対応した磁気軸受部８、１２、２０の何れかである。
センサ７４は、変位センサ９、１３、１７などのロータ軸３の変位を検出するためのセンサである。
【００７６】
補償部７１は、センサ７４の出力と目標値の差である誤差信号を受け取り、これをＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）補正したり、また、比例ゲインや高周波側のゲインを下げたりなどして誤差信号を補正し、制御信号を出力する部分である。
パワーアンプ７２は、磁気軸受部の電磁石に電流を供給するアンプであり、補償部７１から制御量を表す制御信号を取得し、これに応じた電流を出力する。
磁気軸受部７３は、パワーアンプ７２から電流の供給を受けて所定の磁力を発生し、ロータ軸３を保持する。
【００７７】
図６（ｂ）は、磁気軸受制御装置７０の比例ゲインを下げる場合の補償部７１の構成を示した図である。
補償部７１は、可変型比例ゲイン調整器７７と補償器７８から構成されている。可変型比例ゲイン調整器７７は、ユーザが比例ゲインを変えることのできるものであり、ゲイン低減手段を構成している。可変型比例ゲイン調整器７１は、例えば可変抵抗器などにより構成される。
補償器７８は、例えばＰＩＤ補正などを行う部分である。
【００７８】
電子顕微鏡の測定時などのときにはロータ軸３をフリーランさせると共に、比例ゲインを小さくする。そして、測定を行っていないときは、比例ゲインを大きくする。これによって、測定時に磁気軸受部７３から発生する振動・騒音を低減することができる。可変型比例ゲイン調整器７７を変化させる調整用のつまみなどは、スイッチ４５（図２）などに備えておく。
又はフリーラン時に自動的に可変型比例ゲイン調整器７７の比例ゲインが小さくなり、フリーランが解除されたときに自動的に当該比例ゲインが大きくなるように構成しても良い。
【００７９】
図６（ｃ）は、磁気軸受制御装置７０の比例ゲインを下げる場合の補償部７１の別の構成を示した図である。
補償部７１は、比例ゲイン調整部８０に接続されている。比例ゲイン調整部８０は、２つの比例ゲイン調整器８２、８３から構成され、スイッチ８１により補償器７８に接続する比例ゲイン調整器８２、８３を切替えられるようになっている。
【００８０】
比例ゲイン調整器８２、８３の比例係数はそれぞれＫｐ１、Ｋｐ２比例係数でありＫｐ１＞Ｋｐ２となっている。
ユーザは比例ゲイン調整器８２、８３を切替えることにより、比例ゲインを選択することができる。測定を行っていないときは、スイッチ８１を比例ゲイン調整器８２に接続して比例ゲインを大きくし、測定時などのときにはロータ軸３をフリーランさせると共にスイッチ８１を比例ゲイン調整器８３に接続して比例ゲインを小さくする。このように、比例ゲイン調整器８２、８３及びスイッチ８１はゲイン低減手段を構成している。
【００８１】
これによって、測定時に磁気軸受部７３から発生する振動・騒音を低減することができる。スイッチ８１は、スイッチ４５に備えておく。
又はフリーラン時に自動的にスイッチ８１が比例ゲイン調整器８３に接続され、フリーランが解除されたときに自動的に比例ゲイン調整器８２に接続されるように構成しても良い。
【００８２】
図６（ｄ）は、磁気軸受制御装置７０の高周波側のゲインを下げる場合の補償部７１の構成を示した図である。
比例ゲインを下げる場合は、回路構成は単純になる反面、低周波側でのゲインをも下げてしまうため、ロータ軸３が不安定になる場合がある。このため、図６（ｄ）の例では、低周波側の比例ゲインは低下させずに高周波側の比例ゲインを低下させるようにローパスフィルタ８６を補償器７８に接続した。ローパスフィルタ８６とスイッチ８５はゲイン低減手段を構成している。
【００８３】
ユーザはスイッチ８５を切替えることにより、ローパスフィルタ８６を補償器７８に接続したり切り離したりすることができるようになっている。
電子顕微鏡の測定などを行っていないときは、ローパスフィルタ８６を補償器７８に接続せず、測定時には、ロータ軸３をフリーランさせると共にローパスフィルタ８６を接続するようにする。
【００８４】
接続スイッチはスイッチ４５（図２）に設ける。又はフリーラン時に自動的にローパスフィルタ８６が接続され、フリーランが解除されたときに自動的にローパスフィルタ８６の接続がはずされるように構成しても良い。
【００８５】
以上の構成では、比例ゲインを下げる場合と高周波側のゲインを下げる場合について説明したが、両者を組み合わせて実施することもできる。即ち、測定時に比例ゲインを下げると共に高周波側のゲインを下げることもできる。これにより、低周波側のゲインを必要な程度下げた上で高周波側のゲインを大きく下げるなど、より複雑なゲイン調整が可能となる。
【００８６】
図７（ａ）は、磁気軸受制御装置７０のゲイン特性を示した図である。
曲線９１は、通常のゲインを示した図であり、高周波側に行くに従ってゲインが低下する。
曲線９２は、可変型比例ゲイン調整器７７や比例ゲイン調整部８０などにより比例ゲインを低下させた場合のゲインを示した図である。曲線９２は、曲線９１を低下したゲインの分だけ下方に平行移動したものとなっている。
曲線９３は、ローパスフィルタ８６によって高周波側のゲインが低下した場合のゲインを示した図である。図から分かるように低周波側では曲線９１と重なっており、高周波側では、曲線９１よりも急激にゲインが低下する。
【００８７】
図７（ｂ）は、磁気軸受部で発生する電気的ノイズのレベルの増幅度をゲイン変更前と後の変化を示した図である。図の例では、比例ゲインを低下させた場合と低下させない場合の騒音を比較したものである。
図に示したように、比例ゲインを低下させることにより、全体的に騒音が低下すると共に、高周波側での騒音が大幅に低下していることが分かる。
磁気軸受部から発せられる騒音のレベルもこれと同様に低下する。
【００８８】
以上本実施の形態では、ターボ分子ポンプ１の制御部の構成を第２の実施の形態と同じとしたが、これに限定するものではなく、例えば第３の実施の形態で示したように、ロータ軸３の回転数を検出して、これが所定の閾値まで低下した場合に、モータ部１０を自動的に起動するようにしても良い。
また、第３の実施の形態と組み合わせて定格回転数をアップする機能を具備させることもできる。
【００８９】
更に、ゲインの低減をフリーランと組み合わせるのではなく、モータ部１０を駆動したまま磁気軸受制御装置のゲインを下げるように構成しても良い。この場合はモータ部１０から発生する電気的ノイズ、振動は低減されないが、磁気軸受部から発生する振動・騒音は低減することができる。
【００９０】
以上に説明したように、本実施の形態では、磁気軸受制御装置７０のゲインを少なくとも高周波側で下げることにより、磁気軸受部と変位センサのカップリングから生じる振動・騒音を低減することができる。
また、ゲインの切替えとフリーランのシーケンスを連動させた場合、ユーザはゲインの切替えを特に意識する必要が無い。
また、ゲインの切替えスイッチをスイッチ４５に設けるか、又はフリーランのシーケンスとゲインの切替えを連動させるなどして、ターボ分子ポンプ１を遠隔操作可能とすることができ、利便性を高めることができる。
【００９１】
第１の実施の形態と、第３の実施の形態及び第４の実施の形態を組み合わせることによりより高い電気的ノイズ、及び振動の低減を実現することができる。
この場合は、ロータ軸３を第２の定格回転数で回転させた後フリーランさせ、かつ磁気軸受制御装置の少なくとも高周波側のゲインを低減する。
【００９２】
以上第１の実施の形態ないし第４の実施の形態では、一例として５軸制御型磁気軸受式ターボ分子ポンプについて説明したが、これは真空ポンプの軸受方式や電流制御方式、モータ方式などを限定するものではない。
また、本実施の形態では、分子ポンプの一例としてターボ分子ポンプを用いたが、これは、分子ポンプをターボ分子ポンプに限定するものではなく、ドラッグポンプ（例えばねじ溝式ポンプ）などの他の分子ポンプを用いても良い。
【００９３】
ねじ溝式ポンプとは、円筒状の外周面を有するロータの周囲にねじ溝が形成されたステータが配設されたポンプである。または、外周面にねじ溝が形成されたロータの周囲に円筒状の内周面を有するステータが配設される場合もある。これらのドラッグポンプの構造は公知である。
また、第１の実施の形態ないし第４の実施の形態によってターボ分子ポンプ１からチャンバなどの真空装置へ伝わる振動・騒音を減少させることができ、これらの実施の形態を組み合わせることにより併せて相乗効果が得られる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、ターボ分子ポンプを停止することなく電気的ノイズと機械的振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターボ分子ポンプのロータ軸の軸線方向の断面図の一例を示した図である。
【図２】第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの制御部の構成を示したブロック図である。
【図３】第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプの制御部の構成を示したブロック図である。
【図４】第２の実施の形態における、ロータ軸の回転数の時間変化を示したチャートである。
【図５】磁気軸受制御装置のゲイン特性曲線の一例を示したボード線図である。
【図６】（ａ）は本実施の形態に係る磁気軸受制御装置の構成の一例を示した図である。（ｂ）は磁気軸受制御装置の比例ゲインを下げる場合の補償部の構成を示した図である。（ｃ）は磁気軸受制御装置の比例ゲインを下げる場合の補償部の別の構成を示した図である。（ｄ）は磁気軸受制御装置の高周波側のゲインを下げる場合の補償部の構成を示した図である。
【図７】（ａ）は磁気軸受制御装置のゲイン特性を示した図である。（ｂ）は磁気軸受部で発生する電気的ノイズのレベルの増幅度をゲイン変更前と後の変化を示した図である。
【符号の説明】
１  ターボ分子ポンプ
２  フランジ
３  ロータ軸
４  コネクタ
５  ボルト
６  保護ベアリング
７  保護ベアリング
８  磁気軸受部
９  変位センサ
１０  モータ部
１１  ロータ
１２  磁気軸受部
１３  変位センサ
１４  電磁石
１５  電磁石
１６  ケーシング
１７  変位センサ
１８  金属ディスク
１９  排気口
２０  磁気軸受部
２１  ロータ翼
２２  ステータ翼
２３  回転数センサ
２４  吸気口
２５  制御装置
２６  トランジスタ
２８  トランジスタ
３０  トランジスタ
３２  トランジスタ
３４  トランジスタ
３６  トランジスタ
３８  逓倍同期パルス生成回路
４０  直流電源
４２  モータ駆動回路
４３Ｕ  Ｕ相モータ巻線
４３Ｖ  Ｖ相モータ巻線
４３Ｗ  Ｗ相モータ巻線
４４  モータ駆動状態切替回  路
４５  スイッチ
４６  ゲートドライブ信号生成回路
４７  回転数検出回路
６１  ゲイン特性曲線
６２  電流値のスペクトル
６３  電流値のスペクトル
７０  磁気軸受制御装置
７１  補償部
７２  パワーアンプ
７３  磁気軸受部
７４  センサ
７７  可変型比例ゲイン調整器
７８  補償器
８０  比例ゲイン調整部
８１  スイッチ
８２  比例ゲイン調整器
８３  比例ゲイン調整器
８５  スイッチ
８６  ローパスフィルタ
９１  ゲイン特性曲線
９２  ゲイン特性曲線
９３  ゲイン特性曲線
【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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