JP2023081877A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】軸支持能力が高い真空ポンプを提供する。【解決手段】軸方向磁気軸受１１０は、磁路分離構造を有し、軸方向磁気軸受１１０を制御する制御装置が、電磁石に流す電流について過去に設定された少なくとも一つの第１の電流指令値を記憶する電流記憶部と、電磁石に流す電流について新たに設定された第２の電流指令値と電流記憶部より読み出された第１の電流指令値とに基づき電磁石に対し指令通りの電流を流すための電圧を演算し、電磁石に対し電圧を出力する出力電圧演算回路と、を備えた。軸方向磁気軸受１１０は、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂと、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂに磁気を発生させるコイル部２１３Ａ、２１３Ｂと、磁路を遮断する回転側非磁性体２０１と、を有する。【選択図】図１０

Description

本発明は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプに関する。

一般に、真空ポンプの一種としてターボ分子ポンプが知られている。このターボ分子ポンプにおいては、ポンプ本体内のモータへの通電により回転翼を回転させ、ポンプ本体に吸い込んだガス（プロセスガス）の気体分子を弾き飛ばすことによりガスを排気するようになっている。また、このようなターボ分子ポンプにおいては、回転翼が形成された回転体（ロータ）に回転軸（ロータ軸）が結合され、モータにより回転軸と回転体を回転させて排気を行うようになっている（特許文献１）。

特許文献１には、３軸制御磁気軸受が開示されている。特許文献１に開示された３軸制御磁気軸受は、アキシャル方向（軸方向）能動型磁気軸受の磁力を流用してラジアル方向（径方向）の軸位置を受動的に支持する。特許文献１の３軸制御磁気軸受では、上側ラジアル方向の支持は、能動型磁気軸受により行われ、下側ラジアル方向の支持は、アキシャル能動型磁気軸受の磁力を流用して受動的に行われている。このような３軸制御磁気軸受は、一般的な５軸制御磁気軸受に比べ、ラジアル方向の電磁石、センサ、制御回路を削減でき、小型化、低コスト化が可能である。また、特許文献２には、磁気軸受のパルス制御に関する発明が開示されている。

特開２０１８－１７９２６２号公報 特開２０１４－２０９０１６号公報

ところで、ターボ分子ポンプの設置が、ロータの軸心が水平方向に向くようにして行われる場合、ロータの重量をラジアル方向に支持する必要がある。前述のような３軸制御磁気軸受では、下側ラジアル方向（ラジアル方向のうち下側を向く方向、重力が作用する方向）の支持は、アキシャル能動型磁気軸受の磁力を流用して受動的に行われる。このため、 下側ラジアル方向の支持は、電流変化を伴う能動的な支持に比べて、緻密な位置制御を行い難く、その分、軸支持能力が低くなる。

また、ロータが大型化され、ロータの重量が大きい場合には、水平支持しようとするロータ（及びロータ軸）の軸心の位置が目標位置から大きくずれ、ロータ（及びロータ軸）を正常に浮上させるのが困難になることがある。

ロータをラジアル方向に正常に浮上させるための策として、アキシャル方向の支持に用いられるアキシャル電磁石の磁力を増強することが挙げられる。この場合、アキシャル電磁石に供給されるバイアス電流（定常励磁電流）を増大し、アキシャル方向の吸引力（アキシャル吸引力）を増加させる。しかし、ラジアル方向の軸支持能力は高まるが、アキシャル方向に関しては不安定性が増加し、アキシャル方向に正常に浮上できなくなることがある。したがって、３軸制御磁気軸受は、５軸制御磁気軸受けに比べ、ロータの重量が大きくなると、ロータの水平浮上への対応が困難になる。

本発明の目的とするところは、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ガスを排気するロータをアキシャル方向に磁力で非接触支持するアキシャル方向磁力発生手段と、
前記アキシャル方向磁力発生手段を制御する制御手段と、を備え、
前記アキシャル方向磁力発生手段は、
アキシャル吸引力用磁路と、ラジアル受動復元力用磁路とを分離して発生させる磁路分離構造を有し、
前記アキシャル方向磁力発生手段は電磁石を有し、
前記制御手段が、
前記電磁石に流す電流について過去に設定された少なくとも一つの第１の電流指令値を記憶する電流記憶部と、 前記電磁石に流す電流について新たに設定された第２の電流指令値と前記電流記憶部より読み出された前記第１の電流指令値とに基づき前記電磁石に対し指令通りの電流を流すための電圧を演算し、前記電磁石に対し前記電圧を出力する出力電圧演算回路と、を備えたことを特徴とする真空ポンプにある。

上記発明によれば、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るターボ分子ポンプの構成を模式的に示す説明図である。 アンプ回路の回路図である。 電流指令値が検出値より大きい場合の制御を示すタイムチャートである。 電流指令値が検出値より小さい場合の制御を示すタイムチャートである。 第１実施形態に係るターボ分子ポンプを水平姿勢で使用した状態を示す説明図である。 第１実施形態に係るアーマチャディスクを示す斜視図である。 アーマチャディスクの一部の断面を拡大して模式的に示す説明図である。 第１実施形態に係る軸方向磁気軸受の一部とその周辺部を模式的に示す説明図である。 上方向アキシャル電磁石とアーマチャディスクとの関係を模式的に示す説明図である。 第１実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 （ａ）はアーマチャディスクが中立な状態を模式的に示す説明図、（ｂ）はアーマチャディスクが上方向アキシャル電磁石に近づいた状態を模式的に示す説明図、（ｃ）はアーマチャディスクが下方向アキシャル電磁石に近づいた状態を模式的に示す説明図である。 ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップを拡大して模式的に示す説明図である。 （ａ）は従来技術に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図、（ｂ）は第１実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 アーマチャディスクが径方向に変位した場合における上方向アキシャル電磁石との間の磁束を模式的に示す説明図である。 第２実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第３実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第４実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第５実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第６実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第７実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第８実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第９実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第１０実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第１１実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 第１２実施形態に係る軸方向磁気軸受の各磁路を模式的に示す説明図である。 溝部の幅を拡大した場合の磁束を拡大前と比較して模式的に示す説明図である。 凸部の先端面の幅を縮小した場合の磁束を縮小前と比較して模式的に示す説明図である。 凸部の断面形状を順次変更した場合の磁束を変更前と比較して模式的に示す説明図である。 溝部と凸部に係る各部の大きさを記号で区別して示す説明図である。 （ａ）はアキシャル電磁石のバイアス電流が相対的に小さい場合における回転速度と振れ回りとの関係を模式的に示すグラフ、（ｂ）はアキシャル電磁石のバイアス電流が相対的に大きい場合における回転速度と振れ回りとの関係を模式的に示すグラフ、（ｃ）はアキシャル電磁石のバイアス電流を可変にした場合における回転速度と振れ回りとの関係を模式的に示すグラフである。 アンプ制御回路の構成を概略的に示すブロック図である。 ＰＷＭ制御のパルスとデューティの関係を示す簡略図である。 ＰＷＭ制御のパルスと電磁石電流との関係を示すタイムチャートである。 シミュレーションブロック図である。 電流指令とノイズ電流に対する電磁石電流の応答特性のシミュレーション結果である。 電磁石制御の適正化に係る第３実施形態のアンプ制御回路の構成を概略的に示すブロック図である。

以下、本発明の各実施形態に係る真空ポンプについて、図面に基づき説明する。以下では、先ず、真空ポンプの全体構成について説明し、その後に、各実施形態に係る軸方向磁気軸受の詳細について説明する。

＜真空ポンプの基本構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ１００を示している。このターボ分子ポンプ１００は、例えば、半導体製造装置等のような対象機器の真空チャンバ（図示略）に接続されるようになっている。

このターボ分子ポンプ１００の縦断面図を図１に示す。図１において、ターボ分子ポンプ１００は、円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。そして、外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）を周部に放射状かつ多段に形成した回転体（「ロータ」ともいう）１０３が備えられている。この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３（回転軸）が取り付けられている。回転体１０３に一体化されたロータ軸１１３は、磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。回転体１０３は、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属によって構成されている。

磁気軸受は、上側径方向（上側ラジアル方向）電磁石１０４と軸方向（アキシャル方向）電磁石１０６とにより、径方向に２軸、軸方向に１軸の３軸制御を実現している。なお、以下では、径方向（特に半径方向）を「ラジアル方向」と称し、軸方向を「アキシャル方向」と称する場合がある。

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。軸方向電磁石１０６は、詳細は後述するが、２つの電磁石（上方向アキシャル電磁石１０６Ａ、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂ）を組み合わせて構成されている（図８）。

上側径方向電磁石１０４の内部には、４個の上側径方向センサ（図示略）が備えられている。上側径方向センサは変位センサである。上側径方向センサは、回転体１０３の径方向変位を検出し、制御装置２００に送るように構成されている。上側径方向センサとしては、例えば、インダクタンス型変位センサや、静電容量センサ等を採用できる。

制御装置２００においては、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ（図示略）によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４の励磁制御指令信号を生成し、図２に示すアンプ回路１５０（後述する）が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４を励磁制御することで、ロータ軸１１３の上側の径方向位置が調整される。

そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄、ステンレスなど）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。

ここで、磁気軸受を、５軸制御を実現するものとする場合には、図示は省略するが、例えば、軸方向電磁石１０６寄りの位置に下側径方向電磁石及び下側径方向センサを配置する。そして、下側径方向電磁石及び下側径方向センサを用いて、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整する。この場合、上側径方向センサを上側径方向電磁石１０４の外側であって、且つ、上側径方向電磁石１０４よりも上側に配置することが可能である。

さらに、軸方向電磁石１０６が、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク（「アーマチャディスク」などともいう）１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置２００に送られるように構成されている。

そして、制御装置２００において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ１０９によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石１０６のコイルの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石を励磁制御することで、金属ディスク１１１を上方及び下方に吸引し、ロータ軸１１３の軸方向位置が調整される。軸方向電磁石１０６による金属ディスク１１１の吸引作用については後述する。本実施形態において、軸方向電磁石１０６のコイルは、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのコイル部２１３Ａ、及び、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのコイル部２１３Ｂであるが、これらについても後述する。

このように、制御装置２００は、この軸方向電磁石１０６が金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸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。なお、これら上側径方向電磁石１０４、及び軸方向電磁石１０６を励磁制御するアンプ回路１５０については、後述する。さらに、各実施形態では、軸方向電磁石１０６が、アキシャル吸引力用磁路と、ラジアル受動復元力用磁路とを分離して発生させるよう、軸方向電磁石１０６に工夫が施されているが、この点についても後述する。

一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置２００によって制御されている。また、モータ１２１には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転速度が検出されるようになっている。

回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）が配設されている。回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼１２３の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ（符号省略）の間に嵌挿された状態で支持されている。

固定翼スペーサはリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサの外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。チャンバ（真空チャンバ）側から吸気口１０１に入ってベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。

ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部１２９はターボ分子ポンプ１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

かかる構成において、回転翼１０２がロータ軸１１３と共にモータ１２１により回転駆動されると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。回転翼１０２の回転速度は通常２００００ｒｐｍ～９００００ｒｐｍであり、回転翼１０２の先端での周速度は２００ｍ／ｓ～４００ｍ／ｓに達する。吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼１２３側に伝達される。

固定翼１２３の外周端を支持する固定翼スペーサは、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触する際に生ずる摩擦熱などを外部へと伝達する。

また、ターボ分子ポンプ１００の用途によっては、吸気口１０１から吸引されたガスが上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ（図示略）、モータ１２１、軸方向電磁石１０６、軸方向センサ１０９などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、このステータコラム１２２内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。

この場合には、ベース部１２９には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング１２０とロータ軸１１３間、モータ１２１のロータとステータ間、ステータコラム１２２と回転翼１０２の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。

ここに、ターボ分子ポンプ１００は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ１００は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。電子回路部１４１は、ＥＥＰ－ＲＯＭ等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板（図示略）等から構成される。この電子回路部１４１は、ターボ分子ポンプ１００の下部を構成するベース部１２９の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。

ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ１００内部では、排気ガスの圧力は、吸気口１０１で最も低く排気口１３３で最も高い。プロセスガスが吸気口１０１から排気口１３３へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ１００内部に付着して堆積する。

例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガスとしてＳｉＣｌ_４が使用された場合、低真空（７６０［ｔｏｒｒ］～１０^－２［ｔｏｒｒ］）かつ、低温（約２０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ_３）が析出し、ターボ分子ポンプ１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ１００内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ１００の性能を低下させる原因となる。

そのため、この問題を解決するために、従来はベース部１２９等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管（図示略）を巻着させ、かつ例えばベース部１２９に図示しない温度センサ（例えばサーミスタ）を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部１２９の温度を一定の高い温度（設定温度）に保つようにヒータの加熱や水冷管（図示略）による冷却の制御（以下ＴＭＳという。ＴＭＳ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が行われている。

次に、このように構成されるターボ分子ポンプ１００に関して、その上側径方向電磁石１０４、及び軸方向電磁石１０６を励磁制御するアンプ回路１５０について説明する。このアンプ回路１５０の回路図を図２に示す。

図２において、上側径方向電磁石１０４等を構成する電磁石巻線１５１は、その一端がトランジスタ１６１を介して電源１７１の正極１７１ａに接続されており、また、その他端が電流検出回路１８１及びトランジスタ１６２を介して電源１７１の負極１７１ｂに接続されている。そして、トランジスタ１６１、１６２は、いわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとなっており、そのソース－ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。

このとき、トランジスタ１６１は、そのダイオードのカソード端子１６１ａが正極１７１ａに接続されるとともに、アノード端子１６１ｂが電磁石巻線１５１の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ１６２は、そのダイオードのカソード端子１６２ａが電流検出回路１８１に接続されるとともに、アノード端子１６２ｂが負極１７１ｂと接続されるようになっている。

一方、電流回生用のダイオード１６５は、そのカソード端子１６５ａが電磁石巻線１５１の一端に接続されるとともに、そのアノード端子１６５ｂが負極１７１ｂに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード１６６は、そのカソード端子１６６ａが正極１７１ａに接続されるとともに、そのアノード端子１６６ｂが電流検出回路１８１を介して電磁石巻線１５１の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路１８１は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。

以上のように構成されるアンプ回路１５０は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が３軸制御で、電磁石１０４、１０６が合計６個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路１５０が構成され、電源１７１に対して６個のアンプ回路１５０が並列に接続されるようになっている。

さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置２００の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部（以下、ＤＳＰ部という）によって構成され、このアンプ制御回路１９１は、トランジスタ１６１、１６２のｏｎ／ｏｆｆを切り替えるようになっている。

アンプ制御回路１９１は、電流検出回路１８１が検出した電流値（この電流値を反映した信号を電流検出信号１９１ｃという）と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、ＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内に発生させるパルス幅の大きさ（パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２）を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号１９１ａ、１９１ｂを、アンプ制御回路１９１からトランジスタ１６１、１６２のゲート端子に出力するようになっている。

なお、回転体１０３の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体１０３の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線１５１に流れる電流の急激な増加（あるいは減少）ができるように、電源１７１としては、例えば５０Ｖ程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源１７１の正極１７１ａと負極１７１ｂとの間には、電源１７１の安定化のために、通常コンデンサが接続されている（図示略）。

かかる構成において、トランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにすると、電磁石巻線１５１に流れる電流（以下、電磁石電流ｉＬという）が増加し、両方をｏｆｆにすると、電磁石電流ｉＬが減少する。

また、トランジスタ１６１、１６２の一方をｏｎにし他方をｏｆｆにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路１５０にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路１５０におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ１６１、１６２を制御することにより、ターボ分子ポンプ１００に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路１８１で測定することで電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ｉＬが検出可能となる。

すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図３に示すように制御サイクルＴｓ（例えば１００μｓ）中で１回だけ、パルス幅時間Ｔｐ１に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、正極１７１ａから負極１７１ｂへ、トランジスタ１６１、１６２を介して流し得る電流値ｉＬｍａｘ（図示せず）に向かって増加する。

一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図４に示すように制御サイクルＴｓ中で１回だけパルス幅時間Ｔｐ２に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｆｆにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、負極１７１ｂから正極１７１ａへ、ダイオード１６５、１６６を介して回生し得る電流値ｉＬｍｉｎ（図示せず）に向かって減少する。

そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２の経過後は、トランジスタ１６１、１６２のどちらか１個をｏｎにする。そのため、この期間中は、アンプ回路１５０にフライホイール電流が保持される。

このような基本構成を有するターボ分子ポンプ１００は、図１中の上側（吸気口１０１の側）が対象機器の側に繋がる吸気部となっており、下側（排気口１３３が図中の左側に突出するようベース部１２９に設けられた側）側が、図示を省略する補助ポンプ（粗引きするバックポンプ）等に繋がる排気部となっている。そして、ターボ分子ポンプ１００は、図１に示すような鉛直方向の垂直姿勢のほか、倒立姿勢や水平姿勢（図５）、傾斜姿勢でも用いることが可能となっている。各実施形態では、水平姿勢での使用に適するよう、軸方向電磁石１０６に工夫が施されているが、この点については後述する。

また、ターボ分子ポンプ１００においては、前述の外筒１２７とベース部１２９とが組み合わさって１つのケース（以下では両方を合わせて「本体ケーシング」などと称する場合がある）を構成している。また、ターボ分子ポンプ１００は、箱状の電装ケース（図示略）と電気的（及び構造的）に接続されており、電装ケースには前述の制御装置２００が組み込まれている。

ターボ分子ポンプ１００の本体ケーシング（外筒１２７とベース部１２９の組み合わせ）の内部の構成は、モータ１２１によりロータ軸１１３等を回転させる回転機構部と、回転機構部より回転駆動される排気機構部に分けることができる。また、排気機構部には、回転翼１０２や固定翼１２３等により構成されるターボ分子ポンプ機構部のほか、図示は省略するが、円筒部やネジ付スペーサ等により構成される溝排気機構部が備えられる場合もある。

また、前述のパージガス（保護ガス）は、軸受部分や回転翼１０２等の保護のために使用され、排気ガス（プロセスガス）に因る腐食の防止や、回転翼１０２の冷却等を行う。このパージガスの供給は、一般的な手法により行うことが可能である。

例えば、図示は省略するが、ベース部１２９の所定の部位（排気口１３３に対してほぼ１８０度離れた位置など）に、径方向に直線状に延びるパージガス流路を設ける。そして、このパージガス流路（より具体的にはガスの入り口となるパージポート）に対し、ベース部１２９の外側からパージガスボンベ（Ｎ２ガスボンベなど）や、流量調節器（弁装置）などを介してパージガスを供給する。

前述の保護ベアリング１２０は、「タッチダウン（Ｔ／Ｄ）軸受」、「バックアップ軸受」などとも呼ばれる。これらの保護ベアリング１２０により、例えば万が一電気系統のトラブルや大気突入等のトラブルが生じた場合であっても、ロータ軸１１３の位置や姿勢を大きく変化させず、回転翼１０２やその周辺部が損傷しないようになっている。

なお、ターボ分子ポンプ１００の構造を示す各図（図１、図５、図８、図１０、図１３、図１４等）では、部品の断面を示すハッチングの記載は、図面が煩雑になるのを避けるため省略している。

＜第１実施形態に係る軸方向磁気軸受１１０＞
次に、第１実施形態に係る軸方向磁気軸受１１０について、図５～図１４に基づき説明する。第１実施形態のターボ分子ポンプ１００においては、アキシャル方向磁力発生手段として、軸方向磁気軸受１１０が備えられている。軸方向磁気軸受１１０は、軸方向電磁石（以下では「アキシャル電磁石」と称する）１０６を備えている。

軸方向磁気軸受１１０は、ガスを排気する回転体（以下では「ロータ」と称する）１０３をアキシャル方向（軸方向）に磁力で非接触支持するアキシャル方向磁力発生手段として機能する。軸方向磁気軸受１１０は、軸方向の支持に係るアキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂなど）と、径方向の支持に係るラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路２２６など）とを分離して発生させる磁路分離構造を有する。

アキシャル方向磁力発生手段（軸方向磁気軸受１１０など）は、ロータ（ロータ１０３など）と一体に回転する回転円板（アーマチャディスク１１１など）と隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３２Ａ、２３０Ｂ、２３２Ｂなど）を介して対向するヨーク（ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂなど）と、ヨークに磁気を発生させるコイル（コイル部２１３Ａ、２１３Ｂなど）と、磁路を遮断する非磁性体（回転側非磁性体２０１など）と、を有し、磁路分離構造は、隙間と非磁性体により、アキシャル吸引力用磁路とラジアル受動復元力用磁路とを分離する。

第１実施形態では、従来の軸方向磁気軸受における磁路構造（後述する、図１３（ａ））の変更により、磁路分離構造が形成されている。磁路分離構造は、アキシャル吸引力用磁路と、ラジアル受動復元力用磁路とを、分離して形成する。

このように磁路の分離を行うことにより、それぞれの磁路への磁束を調整できることから、軸方向磁気軸受１１０におけるアキシャル電磁石（上方向アキシャル電磁石１０６Ａ、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂ）１０６のバイアス電流を増加させ、ラジアル方向（径方向）の軸支持能力を増加しても、ロータ１０３の軸方向に働くアキシャル吸引力の急激な増加はなく、アキシャル吸引力は過大とはなり難い。そして、アキシャル軸（軸方向に係る軸）の制御を不安定とすることなく、ロータ（回転体）１０３（及びロータ軸１１３）を、アキシャル方向（軸方向）に、正常に浮上させることができる。以下に、このような軸方向磁気軸受１１０について説明する。

図５は、ロータ１０３を水平浮上させた場合のラジアル方向支持力について模式的に示している。図５においては、図１に示したターボ分子ポンプ１００が水平姿勢で設置されている。図５の左側が、図１の上側に対応し、図５の右側が、図１の下側に対応しており、図中の左から右へガスが排気される。

図５に示すような水平姿勢においては、ロータ１０３に対し、矢印Ａ１で示すような下向きの重力が作用する。また、ロータ１０３に対し、上側径方向電磁石１０４により矢印Ａ２で示すように、ロータ１０３を上に持ち上げるラジアル方向支持力が作用する。さらに、ロータ１０３に対し、軸方向電磁石（以下では「アキシャル電磁石」と称する）１０６により矢印Ａ３で示すように、ロータ１０３を水平に保つ下向きのラジアル方向受動支持力が作用する。ロータ１０３の重心の位置（重心位置）は、アキシャル電磁石１０６、及び、上側径方向電磁石１０４よりも、吸気口１０１の側（吸気側）に在る。

ロータ１０３が平衡点（傾かず水平な状態を保つ点）からラジアル方向に振れた場合、ロータ１０３の吸気側の部位（図５の左側の部位）には、上側径方向電磁石１０４によってロータ１０３を平衡点に引き戻そうとする復元力（吸気側復元力）が作用する。また、ロータ１０３の下部には、アキシャル電磁石１０６の磁気抵抗に起因する復元力（排気側復元力）とロータ１０３が傾斜することに起因する傾斜力とが、ロータ１０３に対して同じ向きに作用する。このため、ロータ１０３の振れや振動を効率的に制震でき、ロータ１０３の振れや振動を短時間で収束させることができる。

下向きのラジアル方向受動支持力（下側ラジアル方向の受動支持力、矢印Ａ３で示す）は、アーマチャディスク１１１の中心が、アキシャル電磁石１０６の中心に対して径方向にずれた場合、互いの中心が一致するように引戻すように働く力である。下向きのラジアル方向受動支持力は、電流制御により変化する能動的な力とは異なり、受動的に働く力である。このため、外力が大きいほど、中心のずれが大きくなる。これに対し、電磁石を追加した５軸能動制御を採用した場合には、補償回路によるＰＩＤ調節機能により、或る程度の時間を要しながらも、アーマチャディスク１１１の中心を、アキシャル電磁石１０６の中心に対し引戻すことができる。

第１実施形態において、アーマチャディスク１１１の数は１枚である。図６は、アーマチャディスク１１１の外観を、斜め上から見た状態を示している。アーマチャディスク１１１の板面２０２Ａには、多数の溝部２０４Ａと凸部（「歯」ともいう）２０６Ａが同心円状に形成されている。また、アーマチャディスク１１１の反対側の板面２０２Ａにも同様に、多数の溝部２０４Ｂと凸部２０６Ｂが形成されている。図６では、図示が煩雑にならないよう、一部の溝部２０４Ａと凸部２０６Ａにのみ符号を付している。

図７は、アーマチャディスク１１１の一部の断面を拡大して示している。図７には、一方の板面２０２Ａのみが示されているが、他方の板面２０２Ｂも同様の構造を有している。図７に示すように、溝部２０４Ａは、凸部２０６Ａの間の空間を構成している。溝部２０４Ａと凸部２０６Ａは、アーマチャディスク１１１の径方向に交互に形成されている。溝部２０４Ａや凸部２０６Ａの形状は、発生する磁束を最適化できるよう工夫されているが、この点については後述する。

図６に示すように、溝部２０４Ａと凸部２０６Ａは、板面２０２Ａの全体ではなく、部分的に形成されている。溝部２０４Ａと凸部２０６Ａが形成された領域を、以下では「溝部形成領域」と称し、図６には符号２０９を付す。溝部形成領域２０９は、アーマチャディスク１１１の径方向に間欠的に形成されている。他方の板面２０２Ｂの溝部２０４Ｂと凸部２０６Ｂについても同様である。

溝部形成領域２０９の間の部位は、溝部形成領域２０９よりも凹んだ平坦面となっている。溝部形成領域２０９の間の部位について、以下では「平坦領域」と称し、符号２１０Ａ、２１０Ｂを付す。詳細は図８や図１０に基づいて後述するが、平坦領域２１０は磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂ）の形成に寄与する。

図８は、アキシャル電磁石１０６とその周辺部の断面を模式的に示している。図８に示すのは、軸心（ロータ軸１１３の中心に一致する）を中心とした片側のみである。図示を省略した反対側においても、後述するようなアキシャル方向吸引力用磁路と、ラジアル受動復元力用磁路が形成される。なお、図示が煩雑にならないよう、部品の断面を示すハッチングの記載は省略されている。

アキシャル電磁石１０６は、上方向アキシャル電磁石１０６Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂとを備えている。図５に示すように、ターボ分子ポンプ１００を水平姿勢で使用する場合には、上方向アキシャル電磁石１０６Ａは図５の左側（吸気側）に位置し、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂは図５の右側（排気側）に位置する。ここでは、図８の上下方向を、図１の上下方向に一致させている。

図８に示すように、上方向アキシャル電磁石１０６Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂは、ヨーク（「継鉄」、「コア」などともいう）２１２Ａ、２１２Ｂと、コイル部２１３Ａ、２１３Ｂとを有している。上方向アキシャル電磁石１０６Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂとの間には、１枚のアーマチャディスク１１１が入り込んでいる。アーマチャディスク１１１は、磁束の戻りを防ぐ回転側非磁性体２０１を介して、ロータ軸１１３に固定されている。回転側非磁性体２０１の上下（図８の上下）には保護ベアリング１２０（図１、タッチダウン（Ｔ／Ｄ）軸受）が設けられているが、図８では保護ベアリング１２０の図示は省略されている。

上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａは、アーマチャディスク１１１の一方の板面２０２Ａ（図６）に対向している。下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのヨーク２１２Ｂは、アーマチャディスク１１１の他方の板面２０２Ｂ（図６）に対向している。

図９には、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａと、アーマチャディスク１１１との関係が、部分的に拡大して示されている。ヨーク２１２Ａにも、アーマチャディスク１１１と同様に、多数の溝部２１４Ａや凸部２１６Ｂが形成されている。溝部２１４Ａや凸部２１６Ａは、同心円状に、且つ、交互に形成されている。図示は省略するが、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのヨーク２１２Ｂも、同様の構成を有している。

上方向アキシャル電磁石１０６Ａ及び下方向アキシャル電磁石１０６Ｂについて、各ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの溝部２１４Ａ、２１４Ｂや、凸部２１６Ａ、２１６Ｂは、アーマチャディスク１１１の溝部２０４Ａ、２０４Ｂや凸部２０６Ａ、２０６Ｂと同様のピッチ（周期や間隔）で形成されている。各ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの、溝部２１４Ａ、２１４Ｂや凸部２１６Ａ、２１６Ｂが形成された範囲は、アーマチャディスク１１１の、溝部２０４Ａ、２０４Ｂや凸部２０６Ａ、２０６Ｂが形成された範囲とほぼ一致している。

各ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの溝部２１４Ａ、２１４Ｂや凸部２１６Ａ、２１６Ｂは、アーマチャディスク１１１の溝部２０４Ａ、２０４Ｂや凸部２０６Ａ、２０６Ｂと、所定の間隔を空けて対向し、アキシャル吸引力用磁路が通過するアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３２Ａを構成している。

図９では、上方向アキシャル電磁石１０６Ａと、アーマチャディスク１１１の一方の板面２０２Ａとの間に形成されたアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３２Ａのみが示されている。下方向アキシャル電磁石１０６Ｂと、アーマチャディスク１１１の他方の板面２０２Ｂとの間のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、２３２Ｂも、図９の例とは上下が逆になるものの、同様に形成されている。

図８及び図１０においては、上方向アキシャル電磁石１０６Ａの側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３２Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂの側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、２３２Ｂが、模式的に示されている。

図１１（ａ）に示すように、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂ（及び、２３２Ａ、２３２Ｂ）の大きさＣ１、Ｃ２は、アーマチャディスク１１１の凸部２０６Ａ、２０６Ｂの先端と、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの凸部２１６Ａ、２１６Ｂの先端との間の間隔である。

ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの間において、アーマチャディスク１１１は、軸方向（厚さ方向、図１１（ａ）の上下方向）に変位する。アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂ（及び、２３２Ａ、２３２Ｂ）の大きさＣ１、Ｃ２は、アーマチャディスク１１１の軸方向の変位に伴って変化する。

図１１（ａ）は、アーマチャディスク１１１が、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの間において、中立な位置に在る状態を示している。このとき、上方向アキシャル電磁石１０６Ａの側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａの大きさＣ１と、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂの側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂの大きさＣ２は等しくなる（Ｃ１＝Ｃ２）。図１１（ａ）では、径方向の外側（外周側、遠心側）に位置するアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ａ、２３２Ｂの図示は省略されているが、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ａ、２３２Ｂについても同様である。

図１１（ｂ）は、アーマチャディスク１１１が、全体的に、上方向アキシャル電磁石１０６Ａに近付いた状態を示している。このとき、上方向アキシャル電磁石１０６Ａの側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａの大きさＣ１は、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂの側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂの大きさＣ２よりも小となる（Ｃ１＜Ｃ２）。外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ａ、２３２Ｂについても同様である。

図１１（ｃ）は、アーマチャディスク１１１が、全体的に、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂに近付いた状態を示している。このとき、上方向アキシャル電磁石１０６Ａの側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａの大きさＣ１は、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂの側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂの大きさＣ２よりも大となる（Ｃ１＞Ｃ２）。外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ａ、２３２Ｂについても同様である。

アキシャル電磁石１０６の外周側の部位においては、図８及び図１０に示すように、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのヨーク２１２Ｂとは、所定量の大きさのラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０を介して対向している。

ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０の大きさＤ（図１２）は、アキシャル電磁石１０６の径方向に関して一定である。さらに、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０の大きさＤは、アキシャル電磁石１０６の大きさに応じて異なる。例えば、アキシャル電磁石１０６の外径をφ８０ｍｍとした場合には、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０の大きさＤは１ｍｍ程度である。ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０は、ラジアル受動復元力用磁路２２６（図１０）の形成に寄与するが、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０や、ラジアル受動復元力用磁路２２６については後述する。

図８及び図１０に示すように、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０の内周側（径方向の軸心側）の部位には、ディスク外周空隙部２２２が形成されている。ディスク外周空隙部２２２は、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂと、アーマチャディスク１１１の外周面２０３とにより区画されている。ディスク外周空隙部２２２に、固定側非磁性体（図示略）を配置してもよい。

ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの内側には、ディスク対向空隙部２２４Ａ、２２４Ｂが形成されている。上方向アキシャル電磁石１０６Ａのディスク対向空隙部２２４Ａは、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３２Ａの間で開口し、アーマチャディスク１１１における一方の平坦領域２１０Ａに面している。

下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのディスク対向空隙部２２４Ｂは、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、２３２Ｂの間で開口し、アーマチャディスク１１１における他方の平坦領域２１０Ｂに面している。

図１０に示すように、上方向アキシャル電磁石１０６Ａにおいては、ヨーク２１２Ａとコイル部２１３Ａとが、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａが発生するように形成されている。下方向アキシャル電磁石１０６Ｂにおいては、ヨーク２１２Ｂとコイル部２１３Ｂとが、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂが発生するように形成されている。

上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａは、コイル部２１３Ａの周囲において、ディスク外周空隙部２２２、及び、ディスク対向空隙部２２４Ａを避け、ヨーク２１２Ａとアーマチャディスク１１１を通る。

より具体的には、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａは、コイル部２１３Ａの内周側（径方向の内側、軸心側）を軸方向に通り、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａを通過してアーマチャディスク１１１に達している。上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａは、アーマチャディスク１１１を径方向に通過し、外周側（径方向の外側、遠心側）のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ａを通過して、ヨーク２１２Ａに戻る。さらに、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａは、コイル部２１３Ａの外周側を軸方向に通り、コイル部２１３Ａの上側（吸気側）を径方向に通る。

下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂは、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａに対して逆向きに形成されている。下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂは、コイル部２１３Ｂの周囲において、ディスク外周空隙部２２２、及び、ディスク対向空隙部２２４Ｂを避け、ヨーク２１２Ｂ、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ｂ、アーマチャディスク１１１、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、及び、ヨーク２１２Ｂを順に通る。

第１実施形態では、これらの上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、及び、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂに加えて、前述したラジアル受動復元力用磁路２２６が形成される。このラジアル受動復元力用磁路２２６は、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、及び、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂとは分離して形成される。

ラジアル受動復元力用磁路２２６は、上方向アキシャル電磁石１０６Ａと下方向アキシャル電磁石１０６Ｂに跨って形成される。ラジアル受動復元力用磁路２２６は、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａ、上方向アキシャル電磁石１０６Ａの内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａを通り、アーマチャディスク１１１を厚さ方向（軸方向）に通る。

さらに、ラジアル受動復元力用磁路２２６は、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂの内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのヨーク２１２Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０、及び、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａを順に通る。

このようにラジアル受動復元力用磁路２２６が形成されるのは、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０を適正な大きさで狭幅化し、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのヨーク２１２Ｂとを、外周側において、適度に接近させたことによる。

図１３（ａ）、（ｂ）は、従来技術と第１実施形態とを示している。図１３（ａ）が従来技術を示しており、図１３（ｂ）が第１実施形態を示している。図１３（ａ）では、第１実施形態との比較が容易なように、第１実施形態と同様の部品については同一符号が付されている。

図１３（ａ）に示す従来技術においては、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのヨーク２１２Ｂとの外周側に、固定側非磁性体２３６が介在している。固定側非磁性体２３６は、アキシャル電磁石１０６の外周部において、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの間の距離が磁気的に十分に大きくなるよう、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの間隔を確保している。

従来技術では、上方向アキシャル電磁石１０６Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのヨーク２１２Ａ、２１２Ｂを通過する磁束はそれぞれ独立している。上方向アキシャル電磁石１０６Ａのコイル部２１３Ａに電流（コイル電流）が流されると、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａに磁束が流れ、アーマチャディスク１１１は、上方に吸引される（図１１（ｂ）を援用する）。

その際、ヨーク２１２Ａとアーマチャディスク１１１との間のギャップ（内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂ）を通る磁束により、ラジアル受動復元力が発生する。より具体的には、図１４を援用して示すように、アーマチャディスク１１１の径方向のずれにより、軸方向に対して磁束２３８が斜めに傾き、磁束２３８を軸方向に平行に（真っ直ぐに）戻そうとする力が発生する。このときに発生する力（吸引力）が、ラジアル受動復元力となる。

吸引力は、コイル電流を増加するほど増えるため、コイル電流を増加するほど、ラジアル受動復元力が増加する。援用する図５に示す水平姿勢において、ロータ１０３が中心位置から上下（径方向）にずれた場合、ずれ量が大きくなるほど、中立位置（図１１（ａ）を援用する）に戻すのに必要とされる吸引力が大きくなる。このため、ロータ１０３のずれ量が大きくなるほど、必要な吸引力が大きくなり、ロータ１０３を中心に浮上させることが困難になる。

ロータ１０３（及びロータ軸１１３）の軸心が不安定になることについては、不安定バネ定数を用いて説明できる。一般に、電磁石の吸引力をＦ_０、エアギャップをδ_０とすると、不安定バネ定数Ｋｄは以下のようになる。
Ｋｄ＝２×Ｆ_０／δ_０ （極性を、Ｋｄ＞０にとっている）
したがって、電磁石の吸引力Ｆ_０が大きいほど（或いは、エアギャップδ_０が小さいほど）不安定バネ定数Ｋｄは大きくなり、ロータ１０３（及びロータ軸１１３）の軸心を安定させることが困難になる。そして、従来技術では、吸引力Ｆ_０を大きくすると、軸心を安定させることはできない。

以上は、上方向アキシャル電磁石１０６Ａについての説明であるが、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂについても、方向が下向き（図５における右向き）ではあるものの、それ以外については同様のことがいえる。

また、一般に磁気回路は、等価な電気回路により表すことができ、磁気回路における磁気抵抗Ｒｍ［Ａ／Ｗｂ］は、電気回路における電気抵抗Ｒ［Ω］（＝起電力Ｅ[Ｖ]／電流Ｉ［Ａ］）に対応する。そして、磁気回路における磁気抵抗Ｒｍ［Ａ／Ｗｂ］は、起磁力ＮＩ［Ａ］を磁束［Ｗｂ］で除した値になる。

図１３（ａ）に示す従来技術において、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａの設計は、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ａの相対的な磁気抵抗を、それぞれ基準値の「１」とした場合に、合計の磁気抵抗が「２」になるように行われている。

下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂについても、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ｂの磁気抵抗を、それぞれ「１」とし、合計の磁気抵抗が「２」に相当するよう、設計が行われている。

これに対し、図１３（ｂ）に示す第１実施形態では、従来技術のように固定側非磁性体２３６によりヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの磁気的な絶縁が行われるのではなく、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂの間に、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０が形成されている。さらに、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０は、所定の大きさ（例えば１ｍｍ程度）に設定されており、ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂは、外周部において、適正な間隔を空けて接近（近接）している。

さらに、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０の設計は、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂの磁気抵抗をそれぞれ「１」とした場合に、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０の磁気抵抗が「２」に相当するように行われている。このため、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０の合計の磁気抵抗は、「４」となる。アーマチャディスク１１１の磁気抵抗はほぼ「０」として考えることができる。

なお、ここでは、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０のエアギャップ長と、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂのエアギャップ長の比率を２：１：１にすることで各磁路の磁気抵抗を設定したが、これに限定せず、異なる値にしても良い。それにより、外周側のラジアル受動復元力用磁路２２６を通る磁束と、外周側のアキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂを通る磁束の比率を変えることができる。そして、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのコイル部２１３Ｂに流す電流によるラジアル方向（径方向）の軸支持能力と、アキシャル方向の軸支持能力とを変更することができる。また、コイル電流を増加したときにおける軸支持能力の変化率を調整することができる。

また、以降に説明する各実施形態についても、このようにラジアル受動復元力用磁路に係る磁気抵抗と、各アキシャル吸引力用磁路に係る磁気抵抗との比率によって、軸支持能力を変更できる点や、軸支持能力の変化率を調整できる点は同様である。

したがって、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａと下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂとを残しつつ、上方向アキシャル電磁石１０６Ａと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂとに跨る磁路（ラジアル受動復元力用磁路２２６）を、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、及び、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂと分離して形成できる。

ラジアル受動復元力用磁路２２６の磁束は、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、ロータ１０３が中心位置から上下にずれても、従来技術（図１３（ａ））における上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａや下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂの磁束に比べれば、大きくは変化しない。

具体的には、ラジアル受動復元力用磁路２２６は、アーマチャディスク１１１を通過するため、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂ（外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ａ、２３２Ｂも同様）の磁束は、大きさの合計（Ｃ１＋Ｃ２）により決まる。このため、アーマチャディスク１１１が、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように軸方向に変位しても、全体としては磁束に変化がない。

ラジアル受動復元力用磁路２２６の磁束が、ロータ１０３を上下（図５の左右、図１０の上下）にずらす力は、従来技術（図１３（ａ））における上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａや下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂに比べて、小さくなる。しかし、ラジアル受動復元力用磁路２２６を形成することにより、径方向復元力は、従来技術よりも大となる。従来技術と比べて、ラジアル受動復元力用磁路２２６の分だけ磁路は複雑になるが、径方向復元力は大となる。

また、第１実施形態における上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａや下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂには、コイル電流により発生する磁束の一部分のみが流れる。このため、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａや下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂによって必要以上に大きな力が発生しないように、磁力を抑制することができる。

これらのことから、第１実施形態のターボ分子ポンプ１００によれば、必要な上下方向（図５の左右方向、図１０の上下方向）の吸引力に対して、径方向受動復元力（ラジアル受動復元力）の大きい磁気軸受を実現できる。径方向受動復元力（ラジアル受動復元力）は、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂの溝部２０４Ａ、２０４Ｂが、ある程度細かければ（一定距離内における本数が十分に多ければ）、強くなるが、細かすぎると弱くなる。溝部２０４Ａ、２０４Ｂの幅（細さ）は、適度な値であることが必要である。

また、コイル電流に関して、バイアス電流を増加することで、ラジアル方向の軸支持能力を増加させることができる。第１実施形態においては、バイアス電流を従来よりも増加し、ラジアル方向の軸支持能力を増やしても、ロータ１０３のアキシャル方向に働くアキシャル吸引力は、さほど大きくならない。

このため、ロータ１０３の大型化によりロータ１０３の重量が大となっても、アキシャル方向の制御が不安定になることなく、重いロータ１０３を水平に浮上させることができる。このことにより、重い大型ポンプに、５軸制御磁気軸受ではなく、小型で低コストの３軸制御磁気軸受を採用することが可能となる。そして、小型化、低コスト化、及び、部品点数削減が可能となり、故障率の低減を実現できる。

このように、第１実施形態において、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３２Ａ、２３０Ｂ、２３２Ｂなど）と非磁性体（回転側非磁性体２０１など、ディスク外周空隙部２２２に固定側非磁性体を配置した場合には当該固定側非磁性体を含む）は、アキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂなど）を回転円板（アーマチャディスク１１１など）の中で径方向に通るよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路２２６など）を、回転円板を軸方向（厚さ方向）に通過するよう形成する。

これにより、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと、ラジアル受動復元力用磁路２２６とが分離して発生する。そして、ラジアル受動復元力用磁路２２６を、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと分離して発生させることにより、軸支持能力が高い真空ポンプを提供できる。

＜第２実施形態に係る軸方向磁気軸受２６０＞
次に、第２実施形態に係る軸方向磁気軸受２６０について、図１５に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第１実施形態（図８、図１０）においては、アーマチャディスク１１１の枚数が１枚であった。これに対して、第２実施形態（図１５）では、第１アーマチャディスク２６２、及び、第２アーマチャディスク２６４の２枚のアーマチャディスクを用いて、径方向復元力の増大が図られている。

また、第１実施形態のラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０（図１０、図１２）に相当するものは設けられておらず、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、及び、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂの形成に係るヨーク２６６が一体である。

２枚のアーマチャディスク２６２、２６４の間には、ヨーク２６６の一部が介在している。以下では、ヨーク２６６の、アーマチャディスク２６２、２６４の間に介在する部位を「ディスク間部位」と称し、符号２６８を付す。

アーマチャディスク２６２、２６４と、ディスク間部位２６８との間には、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｃ、２３０Ｄが形成されている。これらのアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｃ、２３０Ｄは、アーマチャディスク２６２、２６４を挟んで、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂの裏側に位置している。

第２実施形態においては、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａは、コイル部２１３Ａの周囲において、ディスク外周空隙部２２２、及び、ディスク対向空隙部２２４Ａを避け、ヨーク２６６、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、第１アーマチャディスク２６２、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ａ、及び、ヨーク２６６を順に通る。上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａは、第１アーマチャディスク２６２を径方向に通る。

下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂは、コイル部２１３Ｂの周囲において、ディスク外周空隙部２２２、及び、ディスク対向空隙部２２４Ｂを避け、ヨーク２６６、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３２Ｂ、第２アーマチャディスク２６４、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、ヨーク２６６を順に通る。下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂは、第２アーマチャディスク２６４を径方向に通る。

ラジアル受動復元力用磁路２２６は、ヨーク２６６、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、第１アーマチャディスク２６２、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｃ、ディスク間部位２６８、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｄ、第２アーマチャディスク２６４、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、及び、ヨーク２６６を順に通る。ラジアル受動復元力用磁路２２６は、第１アーマチャディスク２６２及び第２アーマチャディスク２６４を、厚さ方向（軸方向）に通る。

ここで、図１５に符号２７２で示すのは固定側非磁性体である。この固定側非磁性体２７２は、ディスク外周空隙部２２２内に配置され、ディスク間部位２６８を含むヨーク２６６の各部位に接している。このように固定側非磁性体２７２を備えることで、不必要な磁路が形成されるのを防止できる。

第２実施形態において、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａに係る磁気抵抗、及び、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂに係る相対的な磁気抵抗は、第１実施形態と同様に、それぞれ「２」となる。ラジアル受動復元力用磁路２２６に係る磁気抵抗は、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２３０Ｄの磁気抵抗を合計した「４」となる。

このように、第２実施形態において、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２０３Ｄ、２３２Ａ、２３２Ｂなど）と非磁性体（回転側非磁性体２０１、固定側非磁性体２７２など）は、アキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂなど）を回転円板（第１アーマチャディスク２６２、第２アーマチャディスク２６４など）の中で径方向に通るよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路２２６など）を、回転円板を軸方向（厚さ方向）に通過するよう形成する。

これにより、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと、ラジアル受動復元力用磁路２２６とが分離して発生する。そして、ラジアル受動復元力用磁路２２６を、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと分離して発生させることにより、軸支持能力が高い真空ポンプを提供できる。

＜第３実施形態に係る軸方向磁気軸受３００＞
次に、第３実施形態に係る軸方向磁気軸受３００について、図１６に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第３実施形態においては、第１実施形態の下方向アキシャル電磁石１０６Ｂに代えて、永久磁石の組み合わせを用いた下方向アキシャル軸受部３０２により、径方向復元力の増大が図られている。

第３実施形態においては、固定側非磁性体３０４と、回転側非磁性体３０６に、多数の永久磁石３０８、３１０が組み込まれている。図１６の例では、固定側非磁性体３０４に６個（上側２個、下側４個）の永久磁石３０８が組み込まれている。回転側非磁性体３０６にも、６個（上側２個、下側４個）の永久磁石３１０が組み込まれている。

固定側非磁性体３０４の永久磁石３０８は、回転側非磁性体３０６の永久磁石３１０に、永久磁石間ギャップ３１２、３１４を介して対向している。図１６における「Ｎ」、「Ｓ」の文字は、一部の永久磁石３１０の極性を示している。固定側非磁性体３０４の永久磁石３０８と、回転側非磁性体３０６の永久磁石３１０に係る極性の向きは、互いに吸引し合い、且つ、下方向アキシャル吸引力用磁路３２２とラジアル受動復元力用磁路３２４を発生させることができるよう設定されている。

固定側非磁性体３０４は、ヨーク３１８Ｂに組み合わされている。回転側非磁性体３０６には、バックヨーク３２０が設けられている。

下方向アキシャル吸引力用磁路３２２は、ヨーク３１８Ｂ、固定側非磁性体３０４の永久磁石３０８、永久磁石間ギャップ３１４、回転側非磁性体３０６の永久磁石３１０、バックヨーク３２０、回転側非磁性体３０６の永久磁石３１０、永久磁石間ギャップ３１４、固定側非磁性体３０４の永久磁石３０８、及び、ヨーク３１８Ｂを順に通る。下方向アキシャル吸引力用磁路３２２は、バックヨーク３２０を径方向に通る。

ラジアル受動復元力用磁路３２４は、下方向アキシャル吸引力用磁路３２２よりも径方向の外側の部位において、ヨーク３１８Ａ、固定側非磁性体３０４の永久磁石３０８、永久磁石間ギャップ３１２、回転側非磁性体３０６の永久磁石３１０、回転側非磁性体３０６の永久磁石３１０、永久磁石間ギャップ３１４、固定側非磁性体３０４の永久磁石３０８、ヨーク３１８Ｂ、固定側非磁性体３０４の永久磁石３０８、永久磁石間ギャップ３１４、回転側非磁性体３０６の永久磁石３１０、回転側非磁性体３０６の永久磁石３１０、永久磁石間ギャップ３１２、固定側非磁性体３０４の永久磁石３０８、及び、ヨーク３１８Ａを順に通る。ラジアル受動復元力用磁路３２４は、ヨーク３１８Ａ、３１８Ｂを径方向に通り、固定側非磁性体３０４及び回転側非磁性体３０６を軸方向に通る。

ここで、永久磁石３０８、３１０は、それぞれ環状に形成されている。第３実施形態において、永久磁石間ギャップ３１２、３１４の大きさは、ロータ１０３（及びロータ軸１１３）が中立な状態にある場合に、例えば０．３ｍｍ程度である。上下の永久磁石間ギャップ３１２、３１４の大きさの合計は、第１アーマチャディスク２６２及び回転側非磁性体３０６が変位しても変わらない。

第３実施形態においては、第１アーマチャディスク２６２と、ヨーク３１８Ａとの間には、十分な大きさの空隙３２６が形成されており、この空隙３２６によって、ラジアル受動復元力用磁路３２４は、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａとも磁気的に分離されている。上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａの磁束は、可能な限り一定に保たれ、永久磁石間ギャップ３１２、３１４も一定に保たれる。

このように、第３実施形態の磁路分離構造は、永久磁石（永久磁石３０８又は３１０など）と、非磁性体（固定側非磁性体３０４、回転側非磁性体３０６など）により前記ヨーク（ヨーク３１８Ａ、ヨーク３１８Ｂ、バックヨーク３２０など）と区分けされた磁性体（固定側非磁性体３０４に組み込まれたヨーク３１８Ａと３１８Ｂ、又は、回転側非磁性体３０６に組み込まれたバックヨーク３２０など）と、を更に用いてアキシャル吸引力用磁路（下方向アキシャル吸引力用磁路３２２など）とラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路３２４）とを分離する。

これにより、下方向アキシャル吸引力用磁路３２２と、ラジアル受動復元力用磁路３２４とが分離して発生する。そして、ラジアル受動復元力用磁路３２４を、下方向アキシャル吸引力用磁路３２２と分離して発生させることにより、軸支持能力が高い真空ポンプを提供できる。

ここで、永久磁石は、磁性を帯び一定の位置に留る多数の粒子（磁区）により構成されている。このため、永久磁石はラジアル受動復元力を発生させる磁束の傾きが電磁石より大きいので、同程度の大きさであれば、ラジアル受動復元力は、永久磁石の方が電磁石よりも数倍大きい。また、永久磁石には、電磁石のような電流供給が不要である。したがって、電磁石に代えて、第３実施形態のように永久磁石３０８、３１０を用いることにより、より大きなラジアル受動復元力用磁路３２４を容易に発生させることができる。

＜第４実施形態に係る軸方向磁気軸受３３０＞
次に、第４実施形態に係る軸方向磁気軸受３３０について、図１７に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第４実施形態においては、第１実施形態（図１０）のラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０に代えて、永久磁石３３２が備えられている。図１７における「Ｎ」、「Ｓ」の文字は、永久磁石３３２の極性を示している。

第４実施形態においては、１枚のアーマチャディスク３４０、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３３４Ａ、３３４Ｂ、及び、永久磁石３３２を用いて、径方向復元力の増大が図られている。

第４実施形態においては、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａと、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂが形成される。しかし、コイル部２１３Ａ、２１３Ｂや、ディスク対向空隙部２２４Ａ、２２４Ｂが、第１実施形態よりも、相対的に、軸心側に近づけて配置されている。さらに、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３３４Ａ、３３４Ｂが形成された領域の、径方向の範囲は、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３３６Ａ、３３６Ｂの領域よりも小さい。

第４実施形態において、ラジアル受動復元力用磁路３３８は、アーマチャディスク３４０の外周側と、その外側のヨーク３４４Ａ、３４４Ｂを利用して形成されている。ラジアル受動復元力用磁路３３８は、上方向アキシャル電磁石３４２Ａのヨーク３４４Ａ、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３３６Ａ、アーマチャディスク３４０、外周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３３６Ｂ、下方向アキシャル電磁石３４２Ｂのヨーク３４４Ｂ、永久磁石３３２、及び、上方向アキシャル電磁石３４２Ａのヨーク３４４Ａを順に通る。ラジアル受動復元力用磁路３３８は、アーマチャディスク３４０を厚さ方向（軸方向）に通る。

このように、第４実施形態の磁路分離構造は、永久磁石（永久磁石３３２など）と、ヨーク（ヨーク３４４Ａ、３４４Ｂなど）と、を更に用いてアキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂなど）とラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路３３８など）とを分離する。

これにより、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ及び下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂと、ラジアル受動復元力用磁路３３８とが分離して発生する。そして、ラジアル受動復元力用磁路３３８を、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ及び下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂと分離して発生させることにより、軸支持能力が高い真空ポンプを提供できる。

また、第４実施形態においては、永久磁石３３２と、コイル部２１３Ａ、２１３Ｂとが、径方向に十分に大きく離間している。ラジアル受動復元力用磁路３３８は、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂに対し、ヨーク３４４Ａ、３４４Ｂの径方向の外側に分離して形成される。このことによっても、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと、ラジアル受動復元力用磁路３３８とが分離され、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することが可能である。また、電磁石のみに頼らずに、ラジアル受動復元力用磁路３３８を、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと分離して、形成することができる。

さらに、第４実施形態では、永久磁石３３２の周りにラジアル受動復元力用磁路３３８が形成されるので、ヨーク３４４Ａ、３４４Ｂが小さくても、ラジアル受動復元力用磁路３３８を分離させることができる。このため、軸方向磁気軸受３３０を小型化することが可能である。

なお、第４実施形態の軸方向磁気軸受３３０は、第３実施形態の軸方向磁気軸受３００とは異なり、永久磁石同士を、ギャップを介して対向させているわけではない。第４実施形態の軸方向磁気軸受３３０におけるラジアル受動復元力用磁路３３８は、アーマチャディスク３４０とヨーク３４４Ａ、３４４Ｂとの間に形成された、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３３６Ａ、３３６Ｂを通過する。

永久磁石３３２の磁力特性には、個体差（ばらつき）が生じることがある。しかし、永久磁石３３２によるラジアル受動復元力用磁路３３８は、上述のように、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３３６Ａ、３３６Ｂを通過するよう発生する。このため、永久磁石３３２のばらつきは、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３３６Ａ、３３６Ｂにより吸収される。そして、永久磁石３３２のばらつきが調整され、加速時の振れ回りの大きさのばらつきが抑制される。

＜第５実施形態に係る軸方向磁気軸受３５０＞
次に、第５実施形態に係る軸方向磁気軸受３５０について、図１８に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第５実施形態においては、第１実施形態（図８、図１０）に比べ、アーマチャディスク３５２が、径方向の外側に延伸され、アーマチャディスク３５２の外周部に、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３５４Ａ、３５４Ｂが追加されている。

第５実施形態においては、１枚のアーマチャディスク３５２を用い、１枚のアーマチャディスク３５２の内外輪（径方向の内側３５２Ａと外側３５２Ｂ）を磁気絶縁して、径方向復元力の増大が図られている。

アーマチャディスク３５２の、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３５４Ａ、３５４Ｂよりも内周側（軸心側）の部位には、回転側非磁性体３５６が設けられている。

上方向アキシャル電磁石３５８Ａのヨーク３６０Ａと下方向アキシャル電磁石３５８Ｂのヨーク３６０Ｂとの外周側（径方向の外側、遠心側）の部位においては、固定側非磁性体３６２が設けられている。固定側非磁性体３６２を設けるにあたっては、図示は省略するが、ヨーク３６０Ａ、３６０Ｂの間に、環状に形成された固定側非磁性体３６２を装着することが可能である。

ラジアル受動復元力用磁路３６４は、上方向アキシャル電磁石３５８Ａのヨーク３６０Ａ、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、アーマチャディスク３５２Ａ、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、下方向アキシャル電磁石３５８Ｂのヨーク３６０Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３５４Ｂ、アーマチャディスク３５２Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３５４Ａ、及び、上方向アキシャル電磁石３５８Ａのヨーク３６０Ａを順に通る。ラジアル受動復元力用磁路３６４は、アーマチャディスク３５２を厚さ方向（軸方向）に通る。

ラジアル受動復元力用磁路３６４は、上方向（図１８の上方向）に向かう部分も、下方向（図１８の下方向）に向かう部分も、ギャップ（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３５４Ａ、３５４Ｂ）を通る。

このように、第５実施形態において、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３２Ａ、２３２Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３５４Ａ、３５４Ｂなど）と非磁性体（回転側非磁性体２０１、３５６、固定側非磁性体３６２など）は、アキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂなど）を回転円板（アーマチャディスク３５２など）の中で径方向に通るよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路３６４など）を、回転円板を軸方向（厚さ方向）に通過するよう形成する。

これにより、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと、ラジアル受動復元力用磁路３６４とが分離して発生する。そして、ラジアル受動復元力用磁路３６４を、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと分離して発生させることにより、軸支持能力が高い真空ポンプを提供できる。

＜第６実施形態に係る軸方向磁気軸受３７０＞
次に、第６実施形態に係る軸方向磁気軸受３７０について、図１９に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第６実施形態では、第２実施形態（図１５）と、第５実施形態（図１８）とを組み合わせた形態が採用されている。第６実施形態では、２枚のアーマチャディスク３７２、３７４を用い、各のアーマチャディスク３７２、３７４の内外輪（径方向の内側３７２Ａ、３７４Ａと外側３７２Ｂ、３７４Ｂ）を磁気絶縁して、径方向復元力の増大が図られている。

第６実施形態においては、第１アーマチャディスク３７２、及び、第２アーマチャディスク３７４の、２枚のアーマチャディスク３７２、３７４が備えられている。これらのアーマチャディスク３７２、３７４は、第５実施形態（図１８）のアーマチャディスク３５２と同様の構造を有している。第１アーマチャディスク３７２、及び、第２アーマチャディスク３７４の外周部には、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３７６Ａ～３７６Ｄが形成されている。

第１アーマチャディスク３７２、及び、第２アーマチャディスク３７４には、回転側非磁性体３８０、３８２が設けられている。回転側非磁性体３８０、３８２の間には、固定側非磁性体３８４が設けられている。

第１アーマチャディスク３７２、及び、第２アーマチャディスク３７４の、径方向に係る外側にも、固定側非磁性体３８６、３８８が離間して設けられている。これらの固定側非磁性体３８６、３８８は、ヨーク３９０に固定されている。

第１アーマチャディスク３７２の、平坦領域２１０Ａよりも径方向の外側の部位には、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３７５Ａが位置している。第１アーマチャディスク３７２の、平坦領域２１０Ｂよりも径方向の外側の部位には、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３７５Ｂが位置している。これらのアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３７５Ａ、３７５Ｂの大きさは、内周側のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２３０Ｄよりも大きい。

上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａは、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３７５Ａを通り、下方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ｂは、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ３７５Ｂを通る。

ラジアル受動復元力用磁路３９２は、ヨーク３９０、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、第１アーマチャディスク３７２Ａ、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｃ、ディスク間部位３９４Ａ、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｄ、第２アーマチャディスク３７４Ａ、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、及び、ヨーク３９０を順に通る。さらに、ラジアル受動復元力用磁路３９２は、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３７６Ｂ、第２アーマチャディスク３７４Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３７６Ｄ、ディスク間部位３９４Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３７６Ｃ、第１アーマチャディスク３７２Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３７６Ａ、及び、ヨーク３９０を順に通る。

ラジアル受動復元力用磁路３９２は、８カ所のギャップ（４か所のアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２３０Ｄ、４か所のラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３７６Ａ～３７６Ｄ）を通る。

このように、第６実施形態において、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２３０Ｄ、３７５Ａ、３７５Ｂ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ３７６Ａ～３７６Ｄなど）と非磁性体（回転側非磁性体２０１、３８０、３８２、固定側非磁性体３８４、３８６、３８８など）は、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂを回転円板（第１アーマチャディスク３７２、第２アーマチャディスク３７４など）の中で径方向に通るよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路３９２を、回転円板を軸方向に通過するよう形成する。

したがって、ラジアル受動復元力用磁路３９２を、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａ、２１８Ｂと分離して発生させることができ、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することが可能である。

＜第７実施形態に係る軸方向磁気軸受４００＞
次に、第７実施形態に係る軸方向磁気軸受４００について、図２０に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第７実施形態では、第１アーマチャディスク４０２、第２アーマチャディスク４０４、及び、第３アーマチャディスク４０６の、３枚のアーマチャディスクを用いて、径方向復元力の増大が図られている。

第２アーマチャディスク４０４は、他のアーマチャディスク４０２、４０６と比べて、外周側に張り出している。ヨーク４０８Ａ、４０８Ｂの外周側の部位には、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０が形成されている。

上方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ａは、第１アーマチャディスク４０２を厚さ方向（軸方向）に通り、第２アーマチャディスク４０４を径方向に通る。下方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ｂは、第２アーマチャディスク４０４を径方向に通り、第３アーマチャディスク４０６を厚さ方向（軸方向）に通る。

ラジアル受動復元力用磁路４１２は、３枚のアーマチャディスク４０２、４０４、４０６を厚さ方向（軸方向）に通り、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０を通る。ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０と、第２アーマチャディスク４０４の外周面との間には、ディスク外周空隙部２２２が形成されている。このディスク外周空隙部２２２には、固定側非磁性体（図示略）を配置してもよい。図２０に符号２３０Ａ～２３０Ｆ、２３２Ｅ、２３２Ｆで示すのは、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップである。図２０に符号４１４、４１６で示すのは、固定側非磁性体である。

このように、第７実施形態は、回転円板（３枚のアーマチャディスク４０２、４０４、４０６など）を複数備え、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２３０Ｆ、２３２Ｅ、２３２Ｆ、ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ２２０など）と非磁性体（回転側非磁性体２０１、固定側非磁性体４１４、４１６など、ディスク外周空隙部２２２に固定側非磁性体を配置した場合には当該固定側非磁性体を含む）は、アキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ｂなど）を、複数の回転円板のうち一部の回転円板（ここでは第２アーマチャディスク４０４など）の中で径方向に通過するよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路４１２を、複数の回転円板（ここでは３枚のアーマチャディスク４０２、４０４、４０６など）を軸方向に通過するよう形成する。

したがって、ラジアル受動復元力用磁路４１２を、上方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ｂと分離して発生させることができ、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することが可能である。

なお、第７実施形態や、後述する第８実施形態（図２１）、及び、第９実施形態（図２２）のように３枚のアーマチャディスク（第７実施形態ではアーマチャディスク４０２、４０４、４０６）を用いる場合、第２アーマチャディスク４０４において、磁路（第７実施形態では上方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ｂ）が径方向に通ることに限定されない。例えば、第１アーマチャディスク４０２、及び、第３アーマチャディスク４０６に径方向の磁束を通し、中央の第２アーマチャディスク４０４には、軸方向の磁束のみを通すよう、磁路を形成することも可能である。

＜第８実施形態に係る軸方向磁気軸受４２０＞
次に、第８実施形態に係る軸方向磁気軸受４２０について、図２１に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第８実施形態では、第１アーマチャディスク４２２、第２アーマチャディスク４２４、及び、第３アーマチャディスク４２６の、３枚のアーマチャディスクが備えられている。

第８実施形態では、３枚のアーマチャディスク４２２、４２４、４２６を用い、一部のアーマチャディスク（ここでは第２アーマチャディスク４２４）の内外輪（径方向の内側と外側）を磁気絶縁して、径方向復元力の増大が図られている。

第２アーマチャディスク４２４は、他のアーマチャディスク４２２、４２６と比べて、外周側に張り出している。第２アーマチャディスク４２４は、第７実施形態（図２０）と比べて、更に径方向の外側に張り出しており、第２アーマチャディスク４２４には、外周側において、ラジアル復元力用磁路通過ギャップ４２８Ａ、４２８Ｂが形成されている。

第２アーマチャディスク４２４には、回転側非磁性体４３０が埋め込まれている。第２アーマチャディスク４２４よりも径方向の外側の部位には、ヨーク４３２に設けられた固定側非磁性体４３４が位置している。ヨーク４３２の固定側非磁性体４３４は、第２アーマチャディスク４２４の外周面に、離間して対向している。

上方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ｂは、第７実施形態（図２０）と同様である。ラジアル受動復元力用磁路４３６が、３枚のアーマチャディスク４２２、４２４、４２６を厚さ方向（軸方向）に通る点も、第７実施形態と同様である。ラジアル受動復元力用磁路４３６は、ヨーク４３２を経て、第２アーマチャディスク４２４の外周部分を厚さ方向（軸方向）に通る。

このように、第８実施形態は、回転円板（３枚のアーマチャディスク４２２、４２４、４２６など）を複数備え、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２３０Ｆ、２３２Ｅ、２３２Ｆ、ラジアル復元力用磁路通過ギャップ４２８Ａ、４２８Ｂなど）と非磁性体（回転側非磁性体２０１、４３０、固定側非磁性体４１４、４１６、４３４など）は、アキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ｂなど）を、複数の回転円板のうち一部の回転円板（第２アーマチャディスク４２４など）の中で径方向に通過するよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路４３６を、複数の回転円板（ここでは３枚のアーマチャディスク４２２、４２４、４２６など）を軸方向（厚さ方向）に通過するよう形成する。

したがって、ラジアル受動復元力用磁路４３６を、上方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ａ、及び、下方向アキシャル吸引力用磁路４１０Ｂと分離して発生させることができ、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することが可能である。

＜第９実施形態に係る軸方向磁気軸受４４０＞
次に、第９実施形態に係る軸方向磁気軸受４４０について、図２２に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第９実施形態では、第１アーマチャディスク４４２、第２アーマチャディスク４４４、及び、第３アーマチャディスク４４６の、３枚のアーマチャディスクが備えられている。

第９実施形態では、３枚のアーマチャディスク４４２、４４４、４４６を用い、３枚のアーマチャディスク４４２、４４４、４４６の内外輪（径方向の内側と外側）を磁気絶縁して、径方向復元力の増大が図られている。

第９実施形態においては、３枚のアーマチャディスク４４２、４４４、４４６の外径はほぼ等しい。各アーマチャディスク４４２、４４４、４４６には、回転側非磁性体４４８、４５０、４５２が設けられている。第２アーマチャディスク４４４における回転側非磁性体４５０の大部分の位置は、他のアーマチャディスク４４２、４４６における回転側非磁性体４４８、４５２の位置よりも外周側である。

第１アーマチャディスク４４２と第２アーマチャディスク４４４の間には固定側非磁性体４５６が設けられ、第２アーマチャディスク４４４と第３アーマチャディスク４４６の間には固定側非磁性体４５８が設けられている。各アーマチャディスク４４２、４４４、４４６より径方向の外側の部位に、ヨーク４６０に固定された固定側非磁性体４６２、４６４、４６６が設けられている。

上方向アキシャル吸引力用磁路４６８Ａは、第１アーマチャディスク４４２を厚さ方向（軸方向）に通り、第２アーマチャディスク４４４を径方向に通る。下方向アキシャル吸引力用磁路４６８Ｂは、第２アーマチャディスク４４４を径方向に通り、第３アーマチャディスク４４６を厚さ方向（軸方向）に通る。上方向アキシャル吸引力用磁路４６８Ａは、ラジアル復元力用磁路通過ギャップ４７２Ｃ、４７２Ａを通り、下方向アキシャル吸引力用磁路４６８Ｂは、ラジアル復元力用磁路通過ギャップ４７２Ｄ、４７２Ｂを通る。

ラジアル受動復元力用磁路４７０は、３枚のアーマチャディスク４４２、４４４、４４６を厚さ方向（軸方向）に通る。ラジアル受動復元力用磁路４７０は、３枚のアーマチャディスク４４２、４４４、４４６における径方向の外周側の部位を厚さ方向（軸方向）に戻る。その際に、ラジアル受動復元力用磁路４７０は、ラジアル復元力用磁路通過ギャップ４７２Ａ～４７２Ｆを通る。

このように、第９実施形態においては、回転円板（３枚のアーマチャディスク４４２、４４４、４４６など）を複数備え、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２３０Ｆ、ラジアル復元力用磁路通過ギャップ４７２Ａ～４７２Ｆなど）と非磁性体（回転側非磁性体２０１、４４８、４５０、４５２、固定側非磁性体４５６、４５８、４６２、４６４、４６６など）は、アキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路４６８Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路４６８Ｂなど）を、複数の回転円板のうち一部の回転円板（ここでは第２アーマチャディスク４４４など）の中で径方向に通過するよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路４７０を、複数の回転円板（ここでは第１アーマチャディスク４４２、第２アーマチャディスク４４４、第３アーマチャディスク４４６など）を軸方向（厚さ方向）に通過するよう形成する。

したがって、ラジアル受動復元力用磁路４７０を、上方向アキシャル吸引力用磁路４６８Ａ、及び、下方向アキシャル吸引力用磁路４６８Ｂと分離して発生させることができ、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することが可能である。

＜第１０実施形態に係る軸方向磁気軸受４８０＞
次に、第１０実施形態に係る軸方向磁気軸受４８０について、図２３に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第１０実施形態では、第１アーマチャディスク４８２、第２アーマチャディスク４８４、第３アーマチャディスク４８６、第４アーマチャディスク４８８の、４枚のアーマチャディスクを用いて、径方向復元力の増大が図られている。

第１０実施形態においては、第２アーマチャディスク４８４、及び、第３アーマチャディスク４８６は、他のアーマチャディスク４８２、４８８と比べて、外周側に張り出している。ヨーク４９０の内側には、固定側非磁性体４９２、４９４、４９６が設けられている。

上方向アキシャル吸引力用磁路４９８Ａは、第１アーマチャディスク４８２を厚さ方向（軸方向）に通り、第２アーマチャディスク４８４を径方向に通る。上方向アキシャル吸引力用磁路４９８Ａは、第２アーマチャディスク４８４の外周端部に形成されたアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ５０２Ｅ、及び、ヨーク４９０を通る。

下方向アキシャル吸引力用磁路４９８Ｂは、第３アーマチャディスク４８６を径方向に通り、第４アーマチャディスク４８８を厚さ方向（軸方向）に通る。下方向アキシャル吸引力用磁路４９８Ｂは、第３アーマチャディスク４８６の外周端部に形成されたアキシャル吸引力用磁路通過ギャップ５０２Ｆ、及び、ヨーク４９０を通る。

ラジアル受動復元力用磁路５００は、４枚のアーマチャディスク４８２、４８４、４８６、４８８を厚さ方向（軸方向）に通る。さらに、ラジアル受動復元力用磁路５００は、ヨーク４９０を通る。

このように、第１０実施形態の磁路分離構造においては、回転円板（４枚のアーマチャディスク４８２、４８４、４８６、４８８など）を複数備え、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ～２３０Ｈ、５０２Ｅ、５０２Ｆなど）と非磁性体（回転側非磁性体２０１、固定側非磁性体４９２、４９４、４９６など）は、アキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路４９８Ａ、下方向アキシャル吸引力用磁路４９８Ｂなど）を、複数の回転円板のうち一部の回転円板（ここでは第２アーマチャディスク４８４、第３アーマチャディスク４８６など）の中で径方向に通過するよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路５００を、複数の回転円板（ここでは第１アーマチャディスク４８２～第４アーマチャディスク４８８など）を軸方向（厚さ方向）に通過するよう形成する。

したがって、ラジアル受動復元力用磁路５００を、上方向アキシャル吸引力用磁路４９８Ａ、及び、下方向アキシャル吸引力用磁路４９８Ｂと分離して発生させることができ、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することが可能である。

＜第１１実施形態に係る軸方向磁気軸受５１０＞
次に、第１１実施形態に係る軸方向磁気軸受５１０について、図２４に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。第１１実施形態では、永久磁石３３２を用いた第４実施形態（図１７）に似た構成を有している。

第１１実施形態では、アキシャル吸引力用磁路に関しては、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａのみが形成される。ラジアル受動復元力用磁路３３８は、第４実施形態（図１７）と同様である。

第１１実施形態によれば、永久磁石３３２により、簡便な構成で、軸支持能力が高い真空ポンプを提供することが可能となる。

このように、第１１実施形態の磁路分離構造は、永久磁石（永久磁石３３２など）と、ヨーク（ヨーク３４４Ａなど）と、を更に用いてアキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａなど）とラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路３３８など）とを分離する。

これにより、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａと、ラジアル受動復元力用磁路３３８とが分離して発生する。そして、ラジアル受動復元力用磁路３３８を、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａと分離して発生させることにより、軸支持能力が高い真空ポンプを提供できる。

ここで、図２４は、ターボ分子ポンプを、重力が下向きに作用する垂直姿勢としている状態を示している。図２４に示す状態では、重力が下方向アキシャル吸引力と等価の働きをする。

＜第１２実施形態に係る軸方向磁気軸受５２０＞
次に、第１２実施形態に係る軸方向磁気軸受５２０について、図２５に基づき説明する。なお、これまでに説明した実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、その説明は適宜省略する。

第１２実施形態では、第１実施形態（図８、図１０）と同様に永久磁石は用いられていないが、永久磁石を用いた第１１実施形態（図２４）と同様に、アキシャル吸引力用磁路に関しては、上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａのみが形成される。ラジアル受動復元力用磁路５２２は、ヨーク５２４、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、アーマチャディスク１１１、アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ｂ、及び、ヨーク５２４を通る。

このように、第１２実施形態において、隙間（アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３２Ａなど）と非磁性体（回転側非磁性体２０１など、ディスク外周空隙部５２６に固定側非磁性体を配置した場合には当該固定側非磁性体を含む）は、アキシャル吸引力用磁路（上方向アキシャル吸引力用磁路２１８Ａなど）を回転円板（アーマチャディスク１１１など）の中で径方向に通るよう形成し、ラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路５２２など）を、回転円板を軸方向（厚さ方向）に通過するよう形成する。

これにより、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａと、ラジアル受動復元力用磁路５２２とが分離して発生する。そして、ラジアル受動復元力用磁路５２２を、アキシャル吸引力用磁路２１８Ａと分離して発生させることにより、軸支持能力が高い真空ポンプを提供できる。

第１２実施形態と第１１実施形態とを比較すると、第１１実施形態では、永久磁石を用いないことから、部品コストを削減できる。ここで、図２５は、ターボ分子ポンプを、重力が下向きに作用する垂直姿勢としている状態を示している。重力が下方向アキシャル吸引力と等価の働きをする。

なお、アキシャル方向磁力発生手段（軸方向磁気軸受１１０など）の磁路分離構造は、磁路を遮断する非磁性体（回転側非磁性体２０１など）を含む構造として説明したが、これに限定されず、非磁性体が無い構造であってもよい。
例えば、回転側非磁性体２０１を用いずに、アーマチャディスクの材料の選定や形状の工夫で対応できる可能性がある。

＜溝部や凸部の形状による磁束の最適化＞
次に、各種のアーマチャディスクやヨークに形成される溝部や凸部について、磁束を最適化するための技術について説明する。このような溝部や凸部の最適化は、これまでに説明したいずれの実施形態にも適用が可能であるが、ここでは、第１実施形態（図８、図１０１）に適用して説明する。

図２６の左側及び右側は、アーマチャディスク１１１と、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａとを部分的に拡大して示している。図２６の左側に示すように、ラジアル受動復元力は、ヨーク２１２Ａ（固定側）とアーマチャディスク１１１（回転側）の磁極が径方向（図２６の左右方向）にずれた場合に、上下の歯（凸部２０６Ａ、凸部２１６Ａ）の間で斜めになった磁束５４０が縮んで垂直になろうとすることによって発生する。したがって、できるだけ多くの磁束５４０が大きい角度に曲がるほど、ラジアル受動復元力は大きくなる。

また、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の間の谷の幅（溝部２０４Ａ及び溝部２１４Ａの幅）Ｇ１が狭いと、互いに隣接する凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の距離（径方向の距離）が短くなる。隣接する凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の距離が短いと、対向する凸部２１６Ａ（及び２０６Ａ）との間に発生する力（引戻す力）と、これに隣接する（凸部２０６Ａが斜めに向かい合った）凸部２１６Ａとの間で斜めに発生する力（引き離す力、磁束５４４により発生する力）とが合成され易くなる。この結果、全体として、ラジアル受動復元力が減ってしまう。

磁束５４０は、空間距離（空間中の距離）が最短の場所を通ろうとする。したがって、図２６の右側に示すように、凸部２０６Ａの谷の幅（溝部２０４Ａの幅）をＧ２（＞Ｇ１）として広く確保した方が、斜めの力が発生し難くなり、ラジアル受動復元力が強くなる。ただし、溝部２０４Ａ（及び溝部２１４Ａ）の幅Ｇ２が広過ぎると、部品が大型化する。

また、上述のように磁束５４０は空間距離が最短の場所を通ろうとするため、傾かずに、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の先端面に垂直に流れようとする。このため、磁束５４０の傾きを大きくして、ラジアル受動復元力を増大させるためには、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の先端面の幅は、図２７の右側にＦ２（＜Ｆ１）で示すように、狭い方が良い。ただし、幅Ｆ２が狭すぎると、磁束５４０が少なくなる。

また、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の高さ（図２９のＨ）が小さい場合には、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）と、溝部２０４Ａ（及び溝部２１４Ａ）における磁束５４０の差が小さくなる。このため、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の高さは、ある程度大きく確保することが望ましい。

また、磁束５４０に関しては、根元の断面が太い方が、磁束５４０が飽和しにくくなるので、好ましい。このため、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の形状を、長方形（図２８の左側）とするよりは、台形（図２８の中央）とした方が好ましく、台形とするよりは六角形（図２８の右側）などの形状としたほうが好ましい。凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の側面は、平坦面とするよりも、曲面とするほうが好ましい。また、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の角部５４２も、曲面（図２８の右側）とする方が、先端の磁束（先端磁束）を有効に使うことができ好ましい。

これらのことを踏まえて、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）を形成することが好ましい。例えば、図２９に示す、凸部２０６Ａと凸部２１６ＡのギャップＣ、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の先端面の幅Ｆ、溝部２０４Ａ（及び溝部２１４Ａ）の幅Ｇ、及び、凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）の高さＨの比を、３：４：７：５程度とすることが望ましい。具体的には、これらの関係を、０．３ｍｍ：０．４ｍｍ：０．７ｍｍ：０．５ｍｍ程度とすることが可能である。第１実施形態では、このような関係が採用されている。

なお、ここでは、アーマチャディスク１１１の一方の板面２０２Ａと、上方向アキシャル電磁石１０６Ａのヨーク２１２Ａとを例に挙げて説明しているが、アーマチャディスク１１１の他方の板面２０２Ｂと、下方向アキシャル電磁石１０６Ｂのヨーク２１２Ｂとの関係についても、同様のことがいえる。

このような、溝部や凸部の形状による磁束の最適化は、必ずしも全ての凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）に行う必要はなく、一部の凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ）に対して行ってもよい。

溝部（溝部２０４Ａ（及び溝部２１４Ａ））や凸部（凸部２０６Ａ（及び凸部２１６Ａ））の形状による磁束の最適化が行われたターボ分子ポンプ１００は、以下のように表すことができる。ターボ分子ポンプ１００は、回転円板（アーマチャディスク１１１など）および回転円板に対向するヨーク（ヨーク２１２Ａ、２１２Ｂなど）に設けられ、ラジアル受動復元力用磁路（ラジアル受動復元力用磁路２２６など）のラジアル受動復元力を発生させる凸部（凸部２１６Ａ、２１６Ｂなど）の少なくとも一部は、軸方向断面（図８、図１０、図２７、図２８に示す縦断面）において、先端（図２９における寸法Ｆ３など）よりも根元の寸法（Ｆ４）が大きい略台形形状（六角形状などでもよい）のものである。

＜バイアス電流可変による共振点通過時の振れ回りの改善＞
次に、電磁石（ここではコイル部２１３Ａ、２１３Ｂ）に対するバイアス電流を変更して共振状態を回避する方法について説明する。

磁気軸受の磁力は、等価的に、バネとダンパーで置き換えられる。例えば、図１に示すターボ分子ポンプ１００における下側ラジアル方向のばね定数をＫ、下側ラジアル軸受部が負担するロータ１０３の質量（ここではロータ軸１１３を加えた質量）をＭとすると、ロータ１０３の下側の回転時の振れ回りは、回転速度ｆがｆ≒（１／２π）√（Ｋ／Ｍ）の時に共振状態になり、振れが増大してしまう。

下側ラジアル方向を受動的に支持する３軸制御では、ダンピングを与え難いため、共振状態の振れを抑制し難い傾向がある。ただし、下側ラジアル方向を受動的に支持する３軸制御でも、上下のアキシャル電磁石のバイアス電流を増減することで、ばね定数Ｋを変更することができる。磁気軸受の電磁石に対するバイアス電流を大きくするほど、ばね定数Ｋが大きくなり、共振する回転速度を高くすることができる。

そこで、回転速度が低い間はバイアス電流を大きくし、回転数が高いときにバイアス電流を小さくすることで、回転速度の加減速時に、共振状態を回避することができる。

図３０（ａ）は、アキシャル電磁石のバイアス電流が相対的に小さい場合における、回転速度とロータの振れ回りとの関係を示している。図３０（ｂ）は、アキシャル電磁石のバイアス電流が相対的に大きい場合における、回転速度とロータの振れ回りとの関係を示している。図３０（ｃ）は、アキシャル電磁石のバイアス電流を可変にした場合における、回転速度とロータの振れ回りとの関係を示している。

図３０（ａ）、（ｂ）を比較すると、アキシャル電磁石のバイアス電流が相対的に小さい時には、共振点の回転数は低くなり、アキシャル電磁石のバイアス電流が相対的に大きい時には、共振点の回転数は高くなる。

これに対し、アキシャル電磁石のバイアス電流を変更できるようにし、図３０（ｃ）に示すようにバイアス電流を変化させることにより、共振点が表れるのを回避し、ロータの振れ回りを抑制することが可能となる。例えば、制御装置２００（図１）に、このようなバイアス電流の調整機能を組み込むことで、ターボ分子ポンプ１００におけるロータ１０３（及びロータ軸１１３）の振れ回りを防止することができる。

アキシャル電磁石のバイアス電流を変更において、変更に要する時間（切り換え時間）を可能な限り短くすることで、より確実に触れ回りを防止することができる。回転速度が定格に達するのには、通常２～３分程度を要するが、バイアス電流の切り換えは、２０～３０ｍｓ程度あれば可能である。このため、バイアス電流の切り換えのタイミングを適切に選択することで、バイアス電流の切り換えのタイミングと、共振により振れ回りが大きくなるタイミングとが重なることを容易に防止できる。

このようなバイアス電流可変による共振点通過時の振れ回りの改善を行ったターボ分子ポンプ１００は、コイル部（コイル部２１３Ａ、２１３Ｂなど）に流す定常励磁電流（バイアス電流など）を変えることで、アキシャル方向磁力発生手段（軸方向磁気軸受１１０など）の磁力による支持剛性を変化させるものであるといえる。

＜電磁石制御に係る一層の適正化＞
各実施形態で説明したようなターボ分子ポンプ（ターボ分子ポンプ１００など）においては、低振動化、低騒音化、低コスト化、小型化等といった各種の適正化を図ることが望ましい。これらの適正化のため、制御装置（制御装置２００など）を以下のようなものとすることが考えられる。

（１）ガスを排気するロータ（ロータ１０３など）をアキシャル方向（軸方向）に磁力で非接触支持するアキシャル方向磁力発生手段（軸方向磁気軸受１１０など）と、
前記アキシャル方向磁力発生手段を制御する制御手段（制御装置２００など）と、を備え、
前記アキシャル方向磁力発生手段は、
アキシャル吸引力用磁路と、ラジアル受動復元力用磁路とを分離して発生させる磁路分離構造を有し、
前記アキシャル方向磁力発生手段は電磁石（アキシャル電磁石１０６など）を有し、
前記制御手段が、
前記電磁石に流す電流について過去に設定された少なくとも一つの第１の電流指令値を記憶する電流記憶部（電流記憶部３など）と、
前記電磁石に流す電流について新たに設定された第２の電流指令値と前記電流記憶部より読み出された前記第１の電流指令値とに基づき前記電磁石に対し指令通りの電流を流すための電圧を演算し、前記電磁石に対し前記電圧を出力する出力電圧演算回路（出力電圧演算回路７など）とを備えたことを特徴とする制御装置。
（２）前記電磁石を流れる電流の制御に必要な定数値を記憶する定数記憶部（定数記憶部１など）を備え、
該定数記憶部で記憶された定数値に基づき前記出力電圧演算回路による演算が行われることを特徴とする上記（１）に記載の制御装置。（３）前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出手段（電流検出回路１８１など）と、
該電流検出手段で検出された電流と前記第１の電流指令値に基づき、若しくは、前記電流検出手段で検出された電流と前記第２の電流指令値に基づき、直流成分や低周波成分の誤差を抑制するための信号を生成し、前記出力電圧演算回路に対し前記信号を出力する低周波フィードバック回路（低周波フィードバック回路５など）とを備えたことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の制御装置。
（４）前記電流検出手段で検出された電流と前記第１の電流指令値に基づき、若しくは、前記電流検出手段で検出された電流と前記第２の電流指令値に基づき、高周波成分の誤差を抑制するための信号を生成し、前記出力電圧演算回路に対し前記信号を出力する電流誤差補正回路（電流誤差補正回路９など）を備えたことを特徴とする上記（３）に記載の制御装置。
（５）前記出力電圧演算回路では、前記電流記憶部より過去に設定された複数個の第１の電流指令値と前記第２の電流指令値とに基づき、前記電磁石に対し指令通りの電流を流すための電圧を演算し、前記電磁石に対し前記電圧を出力することを特徴とする上記（１）～（４）のいずれか１項に記載の制御装置。

上記（１）の制御装置によれば、ＡＣ高周波成分についてはオープンループで制御する。即ち、ＡＣ高周波成分の制御については電流検出値を用いず、第１の電流指令値と第２の電流指令値間の電流指令値の変化分から必要なアンプ出力を決定する。

このように、高周波電流の制御量の計算に電流検出値を使用せず、計算による推定値を用いることで、電流制御量にノイズが混入しないため、振動や騒音の少ない磁気軸受が実現できる。高周波の電流を検出する必要が無いので、周波数応答性の低い安価な電流検出器が使用でき、またノイズ対策に必要な部品も削減できるので、低コストで小型な磁気軸受回路が実現できる。
更に、従来の制御方法では電流制御の誤差を抑制するため回路の電流制御ループのゲインを高くすると電流制御が高周波数で発振してしまうが、本方式では高周波をフィードバック制御しないので電流制御の発振はあり得ない。

上記（２）の制御装置によれば、定数記憶部を備えたことで、異なる容量の真空ポンプについてもその真空ポンプに特有の定数値を定数記憶部で変えるだけで済み、出力電圧演算回路による演算が共通化できる。

上記（３）の制御装置によれば、電流検出値と電流目標値にオフセット誤差が生じるのを防止できる。つまり、上記（１）のように、電磁石電流の目標変化量を推定値により制御していると、直流成分については、電流検出値と電流目標値にオフセット誤差が出てしまうので、電流検出値と電流目標値の誤差を低周波フィードバック回路に含まれる積分器に通して電流の計算値に加算する。積分器は高周波のノイズを強力に減衰できるので、積分器を追加してもノイズはほとんど増加せずにオフセットを除去できる。

上記（４）の制御装置によれば、電流指令値と実際の電流の間の誤差を削減できる。つまり、オープンループアンプでは、ＡＣ高周波成分は、電流検出値を用いず、電流指令値を用いて電流を制御するため、電流指令値と実際の電流の間に誤差が生じる場合がある。この誤差を抑制するために電流誤差補正回路を備える。この電流誤差補正回路は、入力された電流指令値と電流検出値の高周波成分の誤差を抑制するための信号を生成し、この信号を出力する。

このことにより、電流誤差補正回路は電磁石電流のノイズを増やすことなく、電流指令値と実際の電流検出値の誤差を抑制できる。

上記（５）の制御装置によれば、過去の複数の電流指令値を使用することでローパスフィルタ特性を持たせることができ、パルス幅の計算を安定させることができる。

そして、上記（１）～（５）のような制御装置によれば、電流制御量にノイズが混入しないことで振動や騒音の少ない磁気軸受が実現でき、回路の低コスト化、小型化を図った制御装置、及び該制御装置を備えた真空ポンプを提供することができる。

＜＜電磁石制御の適正化に係る第１実施形態＞＞
より具体的には、図３１は、制御装置２００において、電磁石制御に係る一層の適正化を図るための構成（電磁石制御の適正化に係る第１実施形態）を概略的に示している。図３１には、一つの電磁石に対応したアンプ制御回路１９１と、アンプ制御回路１９１からの励磁制御指令信号が供給される電磁コイル（電磁石巻線１５１）が示されている。図３１に示すアンプ制御回路１９１、電磁コイル（電磁石巻線１５１）、及び、電流検出回路１８１は、図２にも示されている。

電磁コイル（電磁石巻線１５１）に対し、ＰＷＭ制御でパルス電圧を印加した場合の電磁石電流の変化量は、電磁石電流を直接検出しなくても、パルス電圧の電圧値、パルス幅、電磁石のインダクタンス値、抵抗値が分かっていれば、計算でほぼ推定できる。そこで、電流の目標変化量を計算する際、電流検出値を使用せず、計算による推定値を用いることで、電流検出信号に混入しているノイズの影響を受けないようにする。

但し、電磁石電流の目標変化量を推定値により制御していると、直流成分については、電流検出値と電流目標値にオフセット誤差が出てしまうので、電流検出値と電流目標値の誤差を積分器に通して電流の計算値に加算する。積分器は高周波のノイズを強力に減衰できるので、積分器を追加してもノイズはほとんど増加せずにオフセットを除去できる。

直流～ＡＣ低周波成分は、電流検出回路１８１の信号を用いてフィードバック制御する。直流～ＡＣ低周波成分には、強力なローパスフィルタを使用できるので、ノイズを強力に低減できる。一方、ＡＣ高周波成分は、電流検出値を用いず、次回の電流指令値Ｉｒ［ｎ＋１］と今回の電流指令値Ｉｒ［ｎ］の差である電流指令値の変化分（Ｉｒ［ｎ＋１］－Ｉｒ［ｎ］）から必要なアンプ出力電圧のパルス幅を決定する。

ここに、電磁石電圧Ｖｍ、電磁石インダクタンスＬｍ、電磁石抵抗Ｒｍ、電源電圧Ｖｄ、サンプリング間隔Ｔｓ（前述した制御サイクルＴｓと同じものとすることができる）、ＰＷＭ制御時のパルスＯＮデューティＤ、電磁石への電流指令値Ｉｒ、電流検出値ＩＬ（前述した電流検出値ｉＬと同じものを指す）と定義する。電磁石抵抗Ｒｍは、電磁石コイルの電気抵抗である。電磁石抵抗Ｒｍについて、数式表記の便宜上、一般的な磁気回路に関する説明として前述した磁気抵抗Ｒｍと同じ記号を使用しているが、前述した磁気抵抗Ｒｍとは異なるものを指す。キルヒホッフの法則によれば、電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ＩＬと電磁石電圧Ｖｍの間には、数１が成立する。

［数１］

図３２にＰＷＭ制御のパルスとデューティの関係を簡略図で示す。１周期Ｔｓで、パルスＯＮ期間（Ｄ×Ｔｓ）の電流検出値ΔＩＬ_onは数２となる。

［数２］

一方、パルスＯＦＦ期間（（１－Ｄ）×Ｔｓ）の電流検出値ΔＩＬ_offは数３となる。

［数３］

数２と数３より１周期Ｔｓの電流検出値ΔＩＬを算出すると数４となる。

［数４］

数４よりデューティＤを計算すると数５となる。

［数５］

数５で、ＩＬの変化は緩やかなので、ＩＬに低周波成分の電流検出値を用いる。
ΔＩＬは次回の電流指令値Ｉｒ［ｎ＋１］と今回の電流指令値Ｉｒ［ｎ］の差とする。
従って、デューティＤの計算値は数６のようになる。

［数６］

高周波成分については、電流指令と実電流にずれが生じるが大勢に影響ないと思われる。このように電流にずれが生じたとしても回転体１０３（及び、ロータ軸１１３）は位置フィードバックにより中心に浮上する。
一方、低周波成分は通常に制御されるので過電流等の問題は発生しない。

ここで、電流の増減の極性を表す係数Ｐ［ｎ］を導入して式をまとめる。ΔＩＬを次回の電流指令値Ｉｒ［ｎ＋１］と今回の電流指令値Ｉｒ［ｎ］の差と置き換えると、オープンループで制御する計算式は、次のデューティＤが数７、次のパルス幅Ｔｐ［ｎ＋１］が数８のように表せる。

［数７］

［数８］

次に直流とＡＣ低周波成分のフィードバック機能を追加して制御する計算式を完成させると、次のパルス幅Ｔｐ［ｎ＋１］は数９のように表せる。

［数９］

但し、Ｙｉ［ｎ］は、Ｋｉが積分係数として数１０の通りである。

［数１０］

なお、従来技術との対比のため参考までに、前掲の特許文献２（特開２０１４－２０９０１６号公報）に記載の考え方を用いて数式を説明する。

従来は、ΔＩＬを次回の電流指令値Ｉｒ［ｎ＋１］と今回の電流検出値ＩＬ［ｎ］と今回のパルス幅Ｔｐ［ｎ］で数１１のように表現できる。

［数１１］

ここに、次のデューティＤは数１２の通りであり、次のパルス幅Ｔｐ［ｎ＋１］は数１３の通りである。

［数１２］

［数１３］

制御の精度を向上するためフィードバックゲインＫＡ、インダクタンス補正ゲインＫＬ、積分項Ｙｉを追加した場合の次のパルス幅Ｔｐ［ｎ＋１］を算出する数式は数１４の通りである。

［数１４］

但し、積分項Ｙｉは数１０の通りである。
即ち、図３３のタイムチャートにおいて、従来は 次のパルス幅Ｔｐ［ｎ＋１］をＩｒ［ｎ＋１］とＩＬ［ｎ］とＴｐ［ｎ］から算出していた。これに対し本実施形態のオープンループアンプではＴｐ［ｎ＋１］をＩｒ［ｎ＋１］とＩｒ［ｎ］から算出している点で異なる。

次に、数９及び数１０に基づき作成したブロック図について説明する。図３１のブロック図において、定数記憶部１は、電磁石コイル（電磁石巻線１５１）の抵抗値Ｒｍ、インダクタンス値Ｌｍ、サンプリング時間Ｔｓ等の定数値を記憶している。また、フィードバックゲインＫＡ等もこの定数記憶部１にて記憶する。電流記憶部３は、電流制御回路（アンプ制御回路１９１を指す）内のマイクロコンピュータで、定期的にサンプリングされた過去の電流指令値Ｉｒを記憶している。低周波フィードバック回路５は、入力された電流指令値Ｉｒと電流検出値ＩＬの直流成分や低周波成分の誤差を抑制するための信号を生成し出力する。

出力電圧演算回路７は、入力された電流指令値Ｉｒ［ｎ＋１］、電流記憶部の記憶値Ｉｒ［ｎ］、定数記憶部の記憶値、低周波フィードバック回路５の信号をもとに、電磁石コイル（電磁石巻線１５１）に指令通りの電流を流すための出力電圧のパルス幅Ｔｐ［ｎ＋１］を計算し、Ｖｄ×Ｔｐ［ｎ＋１］／Ｔｓで算出される出力電圧を出力する。

また、低周波フィードバック回路５の低周波制御にＰＩ制御を使用したときのシミュレーションブロック図を図３４に示す。電流指令Ｉreferenceは増幅器１１で増幅される。また、この電流指令Ｉreferenceは、加算器１３において電磁石電流Ｉmagnetに対しノイズ電流Ｉnoiseの重畳された電流との間で偏差器１５で差が取られる。

この偏差器１５の出力は積分器１７で積分された後、増幅器１９で増幅される。増幅器１１の出力信号と増幅器１９の出力信号は加算器２１で加算される。次に、この加算器２１の出力信号を補償器２３に入力し、補償器２３により電磁石の駆動電圧を出力する。そして、この補償器２３の出力信号が電磁石の等価器２９に入力されると電磁石電流が算出される。

電流指令Ｉreferenceとノイズ電流Ｉnoiseに対する電磁石電流Ｉmagnetの応答特性のシミュレーション結果は図３５に示す通りである。図３５より分かるように、電流指令Ｉreferenceについてはノイズによる影響を何ら受けずにそのまま電磁石に対し出力される。一方、ノイズ成分については１～２ｋＨｚ未満の低周波領域では何も影響を受けずに、１～２ｋＨｚ以上の高周波領域では減衰されることが分かる。このことより、電磁石電流に現れるノイズ電流成分を積分器１７により非常に大きく減衰できることが分かる。

このように、高周波電流の制御量の計算に電流検出値を使用せず、計算による推定値を用いることで、電流制御量にノイズが混入しないため、振動や騒音の少ない磁気軸受が実現できる。高周波の電流を検出する必要が無いので、周波数応答性の低い安価な電流検出器が使用でき、またノイズ対策に必要な部品も削減できるので、低コストで小型な磁気軸受回路が実現できる。

更に、従来の制御方法では電流制御の誤差を抑制するため回路の電流制御ループのゲインを高くすると電流制御が高周波数で発振してしまうが、本方式では高周波をフィードバック制御しないので電流制御の発振はあり得ない。

＜＜電磁石制御の適正化に係る第２実施形態＞＞
次に、電磁石制御の適正化に係る第２の実施形態について説明する。
次のパルス幅Ｔｐ［ｎ＋１］の計算に、直前の電流指令値Ｉｒ［ｎ］と次の電流指令値Ｉｒ［ｎ＋１］だけを用いると、直前の電流指令値Ｉｒ［ｎ］が変位センサから混入したノイズ信号等の影響で過敏に変化してパルス幅の計算結果が過敏に変動してしまう可能性が考えられる。その場合、過去の複数の電流指令値を使用することで、パルス幅の計算を安定させることができる。
例えば、数１５に示す通り、直前の電流指令値Ｉｒ［ｎ］とその前の電流指令Ｉｒ［ｎ－１］信号を用いてローパスフィルタ特性を持たせることができる。ここに、ａ１、ｂ０はローパスフィルタの係数である。

［数１５］

第２実施形態のブロック図は図３１と同様である。即ち、図３１において、定数記憶部１に対しａ１、ｂ０を追加記憶し、また、電流記憶部３に対し複数の過去の電流指令値Ｉｒを記憶することで実現できる。

更に、制御の精度を向上するためフィードバックゲインＫＡ、インダクタンス補正ゲインＫＬを導入した場合の次のパルス幅Ｔｐ［ｎ＋１］を算出する数式は数１６の通りである。

［数１６］

フィードバックゲインＫＡは定数記憶部１に対し追加記憶する。
従来の制御に比べ、電流検出信号の位相遅れが問題にならないので、電流制御ゲインの直流電流に対応したインダクタンス補正ゲインＫＬの補正が不要あるいは容易になる。

＜＜電磁石制御の適正化に係る第３実施形態＞＞
次に、電磁石制御の適正化に係る第３の実施形態について説明する。
オープンループアンプでは、ＡＣ高周波成分は、電流検出値を用いず、電流指令値を用いて電流を制御するため、電流指令値と実際の電流の間に誤差が生じる場合がある。この誤差を削減するために、図３６に示すように電流誤差補正回路９を追加する。なお、図３１と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。この電流誤差補正回路９は、入力された電流指令値と電流検出値の高周波成分の誤差を抑制するための信号を生成し、出力するようになっている。

図３６において、電流誤差補正回路９には電流指令値Ｉｒと電流検出値ＩＬが入力され、内部に記憶される。電流誤差補正回路９は電流誤差Ｉｅ［ｎ］＝Ｉｒ［ｎ］－ＩＬ［ｎ＋１］を監視する。そして、Ｉｅ［ｎ］をローパスフィルタ処理することで、ノイズを除去し、Ｉｅが＋傾向なのか－傾向なのかを判断する。Ｉｅが＋傾向のときは、電流が増えるように電流補正信号を出力電圧演算回路７に送る。同様に、Ｉｅが－傾向のときは、電流が減るように電流補正信号を出力電圧演算回路７に送る。それにより、電流誤差補正回路９は電磁石電流のノイズを増やすことなく、電流指令値Ｉｒと実際の電流検出値ＩＬの誤差を抑制できる。

電流誤差補正回路９の具体的な実現方法の例は下記の通りである。
電流誤差補正回路９は、一定期間、電流指令値Ｉｒと電流検出値ＩＬをモニタし、双方の高周波成分の信号に誤差が認められた場合、誤差を抑制するための信号を生成し、出力する。例えば、１分間、電流指令値Ｉｒと電流検出値ＩＬをそれぞれＦＦＴ変換し、アベレージングすることで、ノイズ成分の除去された平均化された電流値の周波数成分を抽出する。

ここで例えば、ある周波数に対して抽出された電流指令値Ｉｒより電流検出値ＩＬの方が小さい場合、電流誤差補正回路９はその周波数の電流をより多く流すための信号を出力電圧演算回路７に送る。

＜その他＞
以上、各実施形態や、各実施形態に適用可能な改善策について説明した。しかし、本発明は、これまでに説明した事項に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形や各実施形態の組合せが可能である。

例えば、各実施形態は、３軸制御の磁気軸受に適用することで良好な磁気軸受を提供するが、３軸制御以外の磁気軸受（例えば１軸制御の磁気軸受）などにも適用することが可能である。

１ ：定数記憶部
３ ：電流記憶部
５ ：低周波フィードバック回路
７ ：出力電圧演算回路
９ ：電流誤差補正回路
１１、１９ ：増幅器
１３、２１ ： 加算器
１５ ：偏差器
１７ ：積分器
２３ ：補償器
２９ ：等価器
１００ ：ターボ分子ポンプ
１０１ ：吸気口
１０２ ：回転翼
１０３ ：回転体（ロータ）
１０４ ：上側径方向電磁石
１０６ ：軸方向電磁石（アキシャル電磁石）
１０６Ａ ：上方向アキシャル電磁石
１０６Ｂ ：下方向アキシャル電磁石
１１０ ：軸方向磁気軸受
１１１ ：金属ディスク（アーマチャディスク）
１１３ ：回転軸（ロータ軸）
１２３ ：固定翼
１３３ ：排気口
１９１ ：アンプ制御回路
１８１ ：電流検出回路
２００ ：制御装置
２０１ ：回転側非磁性体
２０４Ａ、２０４Ｂ：溝部
２０６Ａ、２０６Ｂ：凸部
２１２Ａ、２１２Ｂ：ヨーク
２１３Ａ、２１３Ｂ：コイル部
２１４Ａ、２１４Ｂ：溝部
２１６Ａ、２１６Ｂ：凸部
２１８Ａ ：上方向アキシャル吸引力用磁路
２２０ ：ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ
２２６ ：ラジアル受動復元力用磁路
２３０Ａ～２３０Ｈ：アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ
２３２Ａ、２３２Ｂ：アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ
２３６ ：固定側非磁性体
２３８ ：磁束
２６０ ：軸方向磁気軸受
２６２ ：第１アーマチャディスク
２６４ ：第２アーマチャディスク
２６６ ：ヨーク
２６８ ：ディスク間部位
２７２ ：固定側非磁性体
３００ ：軸方向磁気軸受
３０２ ：下方向アキシャル軸受部
３０４ ：固定側非磁性体
３０６ ：回転側非磁性体
３０８、３１０：永久磁石
３１２、３１４：永久磁石間ギャップ
３１８ ：ヨーク
３２０ ：バックヨーク
３２２ ：下方向アキシャル吸引力用磁路
３２４ ：ラジアル受動復元力用磁路
３２６ ：空隙
３３０ ：軸方向磁気軸受
３３２ ：永久磁石
３３４Ａ、３３４Ｂ：アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ
３３６Ａ、３３６Ｂ：アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ
３３８ ：ラジアル受動復元力用磁路
３４０ ：アーマチャディスク
３４２Ａ ：上方向アキシャル電磁石
３４２Ｂ ：下方向アキシャル電磁石
３４４Ａ、３４４Ｂ：ヨーク
３５０ ：軸方向磁気軸受
３５２ ：アーマチャディスク
３５４Ａ、３５４Ｂ：ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ
３５６ ：回転側非磁性体
３５８Ａ ：上方向アキシャル電磁石
３５８Ｂ ：下方向アキシャル電磁石
３６０Ａ、３６０Ｂ：ヨーク
３６２ ：固定側非磁性体
３６４ ：ラジアル受動復元力用磁路
３７０ ：軸方向磁気軸受
３７２ ：第１アーマチャディスク
３７４ ：第２アーマチャディスク
３７５Ａ、３７５Ｂ：アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ
３７６Ａ～３７６Ｄ：ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ
３８０、３８２：回転側非磁性体
３８４、３８６、３８８：固定側非磁性体
３９０ ：ヨーク
３９２ ：ラジアル受動復元力用磁路
３９４ ：ディスク間部位
４００ ：軸方向磁気軸受
４０２ ：第１アーマチャディスク
４０４ ：第２アーマチャディスク
４０６ ：第３アーマチャディスク
４０８Ａ、４０８Ｂ：ヨーク
４１０Ａ、４１０Ｂ：上方向アキシャル吸引力用磁路
４１２ ：ラジアル受動復元力用磁路
４１４、４１６：固定側非磁性体
４２０ ：軸方向磁気軸受
４２２ ：第１アーマチャディスク
４２４ ：第２アーマチャディスク
４２６ ：第３アーマチャディスク
４２８Ａ、４２８Ｂ：ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ
４３０ ：回転側非磁性体
４３２ ：ヨーク
４３４ ：固定側非磁性体
４３６ ：ラジアル受動復元力用磁路
４４０ ：軸方向磁気軸受
４４２ ：第１アーマチャディスク
４４４ ：第２アーマチャディスク
４４６ ：第３アーマチャディスク
４４８、４５０、４５２：回転側非磁性体
４５６、４５８：固定側非磁性体
４６０ ：ヨーク
４６２、４６４、４６６：固定側非磁性体
４６８Ａ ：上方向アキシャル吸引力用磁路
４６８Ｂ ：下方向アキシャル吸引力用磁路
４７０ ：ラジアル受動復元力用磁路
４７２Ａ～４７２Ｆ：ラジアル受動復元力用磁路通過ギャップ
４８０ ：軸方向磁気軸受
４８２ ：第１アーマチャディスク
４８４ ：第２アーマチャディスク
４８６ ：第３アーマチャディスク
４８８ ：第４アーマチャディスク
４９０ ：ヨーク
４９２、４９４、４９６：固定側非磁性体
４９８Ａ、４９８Ｂ：上方向アキシャル吸引力用磁路
５００ ：ラジアル受動復元力用磁路
５０２Ｅ、５０２Ｆ：アキシャル吸引力用磁路通過ギャップ
５１０ ：軸方向磁気軸受
５２０ ：軸方向磁気軸受
５２２ ：ラジアル受動復元力用磁路
５２４ ：ヨーク
５２６ ：ディスク外周空隙部
５４０ ：磁束
５４２ ：角部
５４４ ：磁束

Claims (12)

1. ガスを排気するロータをアキシャル方向に磁力で非接触支持するアキシャル方向磁力発生手段と、
   前記アキシャル方向磁力発生手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記アキシャル方向磁力発生手段は、
   アキシャル吸引力用磁路と、ラジアル受動復元力用磁路とを分離して発生させる磁路分離構造を有し、
   前記アキシャル方向磁力発生手段は電磁石を有し、
   前記制御手段が、
   前記電磁石に流す電流について過去に設定された少なくとも一つの第１の電流指令値を記憶する電流記憶部と、
   前記電磁石に流す電流について新たに設定された第２の電流指令値と前記電流記憶部より読み出された前記第１の電流指令値とに基づき前記電磁石に対し指令通りの電流を流すための電圧を演算し、前記電磁石に対し前記電圧を出力する出力電圧演算回路と、を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記制御手段が、
   前記電磁石を流れる電流の制御に必要な定数値を記憶する定数記憶部を備え、
   前記制御手段により、
   該定数記憶部で記憶された定数値に基づき前記出力電圧演算回路による演算が行われることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
3. 前記制御手段が、
   前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段で検出された電流と前記第１の電流指令値に基づき、若しくは、前記電流検出手段で検出された電流と前記第２の電流指令値に基づき、直流成分や低周波成分の誤差を抑制するための信号を生成し、前記出力電圧演算回路に対し前記信号を出力する低周波フィードバック回路と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
4. 前記制御手段が、
   前記電流検出手段で検出された電流と前記第１の電流指令値に基づき、若しくは、前記電流検出手段で検出された電流と前記第２の電流指令値に基づき、高周波成分の誤差を抑制するための信号を生成し、前記出力電圧演算回路に対し前記信号を出力する電流誤差補正回路を備えたことを特徴とする請求項３に記載の真空ポンプ。
5. 前記出力電圧演算回路では、前記電流記憶部より過去に設定された複数個の第１の電流指令値と前記第２の電流指令値とに基づき、前記電磁石に対し指令通りの電流を流すための電圧を演算し、前記電磁石に対し前記電圧を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
6. 前記アキシャル方向磁力発生手段の前記電磁石は、
   前記ロータと一体に回転する回転円板と隙間を介して対向するヨークと、
   前記ヨークに磁気を発生させるコイルと、
   磁路を遮断する非磁性体と、を有し、
   前記磁路分離構造は、
   前記隙間と前記非磁性体により、前記アキシャル吸引力用磁路と前記ラジアル受動復元力用磁路とを分離する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
7. 前記隙間と前記非磁性体は、
   前記アキシャル吸引力用磁路を前記回転円板の中で径方向に通るよう形成し、
   前記ラジアル受動復元力用磁路を、前記回転円板を軸方向に通過するよう形成することを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ。
8. 前記磁路分離構造は、
   永久磁石と、
   前記非磁性体により前記ヨークと区分けされた磁性体と、
   を更に用いて前記アキシャル吸引力用磁路と前記ラジアル受動復元力用磁路とを分離する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ。
9. 前記磁路分離構造は、
   永久磁石と、
   前記ヨークと、
   を更に用いて前記アキシャル吸引力用磁路と前記ラジアル受動復元力用磁路とを分離する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ。
10. 前記回転円板を複数備え、
    前記隙間と前記非磁性体は、
    前記アキシャル吸引力用磁路を、前記複数の回転円板のうち一部の回転円板の中で径方向に通過するよう形成し、
    前記ラジアル受動復元力用磁路を、前記複数の回転円板を軸方向に通過するよう形成する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ。
11. 前記回転円板および前記回転円板に対向する前記ヨークに設けられ、前記ラジアル受動復元力用磁路のラジアル受動復元力を発生させる凸部の少なくとも一部は、
    軸方向断面において、先端よりも根元の寸法が大きい略台形形状であることを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ。
12. 前記コイルに流す定常励磁電流を変えることで、
    前記アキシャル方向磁力発生手段の前記磁力による支持剛性を変化させることを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ。

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