JP2003120582A - 分子ポンプの制御装置、及び分子ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分子ポンプを停止させずに電気的ノイズと振
動を低減する分子ポンプの制御装置などを提供するこ
と。 【解決手段】 分子ポンプのロータを駆動した後モータ
巻線の電流を遮断してロータをフリーランさせる。モー
タの電磁石が励磁されないため、電磁石から発生する電
気的ノイズを低減することができる。また、電磁石が励
磁されないことにより、モータにおいて電磁石とロータ
軸の間に作用する磁界が小さくなるためモータ部で発生
する機械的も低減される。ロータがフリーランしている
間も分子ポンプは排気を持続するため、真空チャンバ内
の真空度の低下も低減することができる。

Description

【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、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の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。また、本発明は、前記目的を達成するため
に、分子ポンプのロータが接続されたモータを駆動して
回転させる駆動手段と、前記ロータは磁気軸受によって
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
受制御手段と、前記磁気軸受制御手段のゲインを調節す
るゲイン調節手段と、を具備し、前記ゲイン調節手段
は、前記駆動手段が前記磁気軸受制御手段のゲインが低
下する回転速度に前記ロータの回転速度を上昇させるよ
うに前記駆動手段を制御する回転速度制御手段と、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
することによりゲインを調節するゲイン低減手段と、の
内少なくとも一方の手段によりゲインを調節することを
特徴とする分子ポンプの制御装置を提供する（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の１の構成の分子
ポンプ制御装置と、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）。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１
２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、１
５、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６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２
２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、４３
Ｖ、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、４３
Ｖ、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２
６、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、３
４、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２
５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２
６、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４３
Ｕ、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、４３
Ｗ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１
０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４３
Ｕ、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４
５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、４３
Ｖ、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４
２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４
４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４
３Ｕ、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／ｄｅｃａｄ
ｅ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、１
３、１７の何れかであり、磁気軸受部７３は、センサ７
４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（Ｐｒｏ
ｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｅｒｉｖａ
ｔｉｖｅ）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７８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８
２、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８
６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
例ゲイン調整器８２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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 29/00 Ｆ０４Ｄ 29/04 Ｍ ５Ｈ５６０ 29/04 Ｐ Ｒ Ｆ１６Ｃ 32/04 Ａ Ｆ１６Ｃ 32/04 Ｆ０４Ｂ 49/02 ３３１Ａ Ｈ０２Ｐ 6/20 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３５１Ｋ 6/24 ３５１Ｌ (72)発明者 野中 学 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 3H021 AA01 AA08 BA01 BA11 BA16 CA04 CA07 DA00 DA04 EA07 3H022 AA03 BA03 BA06 BA07 CA06 CA16 CA50 DA00 DA09 DA10 DA11 DA12 3H031 DA02 DA07 EA07 EA11 EA12 EA13 EA14 EA15 FA13 FA40 FA41 3H045 AA06 AA09 AA12 AA25 AA26 AA31 AA38 BA01 BA31 BA38 CA09 CA21 DA00 DA05 EA34 3J102 AA01 BA03 CA02 CA22 DA02 DA03 DA09 DA10 DA18 DA19 DB05 DB10 DB11 DB32 DB37 FA03 GA06 5H560 AA02 BB04 BB12 DA02 DB20 EB01 RR10 SS01 UA02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 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に記載の分子ポンプ
   の制御装置。
3. 【請求項３】 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２に
   記載の分子ポンプの制御装置。
4. 【請求項４】 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
   又は請求項３の内の何れかの１の請求項に記載の分子ポ
   ンプの制御装置。
5. 【請求項５】 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又は請求項３の内
   の何れかの１の請求項に記載の分子ポンプの制御装置。
6. 【請求項６】 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５ま
   での内の何れかの１の請求項に記載の分子ポンプの制御
   装置。
7. 【請求項７】 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６に記載の分子ポンプの制御装
   置。
8. 【請求項８】 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６又は請求項７に記載の分子ポ
   ンプの制御装置。
9. 【請求項９】 分子ポンプのロータが接続されたモータ
   を駆動して回転させる駆動手段と、 前記ロータは磁気軸受によって軸支されており、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と、 前記磁気軸受制御手段のゲインを調節するゲイン調節手
   段と、 を具備し、 前記ゲイン調節手段は、前記駆動手段が前記磁気軸受制
   御手段のゲインが低下する回転速度に前記ロータの回転
   速度を上昇させるように前記駆動手段を制御する回転速
   度制御手段と、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ことによりゲインを調節するゲ
   イン低減手段と、の内少なくとも一方の手段によりゲイ
   ンを調節することを特徴とする分子ポンプの制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から請求項９までの内の何れ
    かの１の請求項に記載の分子ポンプ制御装置と、 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。