JP2000133860A - 気体循環装置、及びレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応気体を汚染することなく循環させること
ができ、また、軸受の耐久性の良好な気体循環装置を提
供すること。 【解決手段】 気体を循環させるファンと、ファンに回
転力を伝達する回転軸３２と、回転軸３２に固定された
軸受ロータ部３３ａ，３３ｇと、軸受ロータ部３３ａ，
３３ｇと離間して配設され軸受ロータ部３３ａ，３３ｇ
を非接触に支持する軸受ステータコイル３３ｂ，３３ｈ
と、気体を内部に収容し軸受ステータコイル３３ｂ，３
３ｈを気体から隔離する隔壁６とを備える。隔壁６は、
少なくとも気体側の表面を気体と非反応性の材料で形成
する。軸受ロータ部３３ａ，３３ｇの表面は、気体と非
反応性の材料で被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁石を用いた軸
受を備え、反応気体を循環させる気体循環装置及びレー
ザ発振装置に関し、詳細には、反応気体を汚染すること
なく循環させることができ、また、軸受の耐久性の良好
な、気体循環装置及びレーザ発振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、気体を媒質としたレーザ発振
装置等には、ファンにより反応気体を循環させる気体循
環装置が備えられており、媒質となる反応気体の温度や
濃度を保持するようになっている。このような気体循環
装置においてファンの回転軸の軸受として、近年では、
磁気軸受等、回転軸に固定されるロータ側の部材と、ロ
ータ側の部材を非接触の状態で支持するステータ側の部
材とを備えた非接触の軸受が使用される。このような非
接触の軸受は、ロータ側の部材とステータ側の部材との
間にグリース等の潤滑剤を必要としないので、上述のよ
うな気体循環装置に用いた場合に、潤滑剤が蒸発したり
微粒子として反応気体に混入し反応気体を汚染する畏れ
がなく、また、潤滑剤が反応気体により劣化して軸受寿
命の低下を招く畏れもない利点がある。そして、エキシ
マレーザ発振装置等、潤滑剤に対する反応性が高くまた
高価な反応気体を用いる場合に、その気体循環装置の軸
受として、特に有用である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さて、上述のように磁
気軸受を用いた気体循環装置においては、反応性の高い
ハロゲンガス（Ｆ２，Ｃｌ２）や希ガス（Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ）等が反応気体として用いられた場合に、反応気体
が軸受の部材と反応してしまう場合がある。そして、こ
の反応の生成物が反応気体中に混入して反応気体を汚染
したり、軸受の部材を劣化させこれらの部品の耐久性を
低下させてしまうおそれがある。反応気体と軸受との反
応を回避するための技術としては、軸受を収容する部屋
を別途配設する技術がある。しかし、反応気体の収容さ
れる容器と軸受を収容する部屋との間に回転軸を挿通さ
せるための連通孔が必要であり、軸受を完全に反応気体
から分離できるものではなく、反応気体の汚染や軸受の
部材の劣化は完全には回避されない。また、反応気体と
軸受との反応を回避するための技術として、軸受の部材
を非反応性材料で覆う技術が考えられている。しかし、
軸受として能動的磁気軸受を用いた場合には、この技術
は採用し難しい。電磁石コイルに非反応性材料をコーテ
ィングすることが難しく、また、別部材で覆うと熱がこ
もってしまうからである。

【０００４】本発明は、反応気体を汚染することなく循
環させることができ、また、軸受の耐久性の良好な、電
磁石を用いた軸受を備えた、気体循環装置及びレーザ発
振装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、気体を循環さ
せるファンと、前記ファンに回転力を伝達する回転軸
と、前記回転軸を回転させるモータと、前記回転軸に固
定された軸受ロータ部及び該軸受ロータ部を電磁力によ
り支持する軸受コイルを含む軸受手段と、前記軸受ロー
タ部と前記軸受コイルとの間に配設され、前記軸受コイ
ルを前記気体から隔離する隔壁とを備え、前記隔壁は、
少なくとも気体側の表面が前記気体と非反応性の材料で
形成されており、前記軸受ロータ部の表面が前記気体と
非反応性の材料で被覆されている気体循環装置を提供す
ることにより上記目的を達成する。

【０００６】また、本発明は、前記本発明の気体循環装
置において、前記モータが、前記回転軸に固定された永
久磁石と、該永久磁石を付勢し回転軸とともに回転させ
るステータコイルとを備え、前記ステータコイルが、前
記隔壁により前記気体から隔離されており、前記永久磁
石が前記気体と非反応性の材料で被覆されている気体循
環装置を提供することにより上記目的を達成する。

【０００７】本発明の気体循環装置では、軸受に用いる
コイルをステータ側に配設して隔壁により反応気体と隔
離し、コイルからの電磁力を受ける部材は反応気体と非
反応性の材料で被覆しているので、軸受の部材と反応気
体とが接触することがない。従って、軸受部材との反応
により反応気体が汚染されることがなく、また、軸受の
部材が損傷することもない。尚、軸受がセンサーコイル
を用いる場合には、このコイルも前記隔壁により反応気
体と隔離する。

【０００８】更に、本発明は、上記本発明の気体循環装
置と、前記気体循環装置により循環される気体を媒質と
してレーザを発振させるレーザ発振部とを備えるレーザ
発振装置を提供することにより、前記目的を達成する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明のレーザ発振装置の一実施形態を表す概略構成図で
ある。

【００１０】本実施形態のレーザ発振装置は、エキシマ
レーザ発振装置であり、半導体製造におけるマスクの形
成等に使用される。このレーザ発振装置は、図１に示す
ように、媒質である反応気体を収容する放電チャンバ１
と、放電チャンバ１内の反応気体を所定の温度に維持す
るためのヒートエクスチェンジャ２及びブロワ３と、反
応気体を予備放電後電信ビーム励起し、分布反転させる
とともに光を発生させ発振させる、アノード４ａ及びカ
ソード４ｂの各極と１対の誘電体４ｃとを含むレーザ発
振部４と、放電チャンバ１に連設され放電チャンバ１の
外壁１ａとともに反応気体を内側に収容する隔壁６と備
えている。

【００１１】図２は、本発明の気体循環装置の第１の実
施形態であるブロワ３の構成を示す断面図である。この
図２に示すように、本実施形態の気体循環装置（ブロ
ワ）３は、周面に略放射状に延設された複数枚のファン
翼３１ａを有するファン３１と、このファン３１に連接
固定された回転軸３２と、回転軸３２を支持する５軸制
御型の磁気軸受３３と、タッチダウンが発生した場合に
磁気軸受３３に代わって回転軸３２を支持する保護軸受
３４と、回転軸３２を回転するモータ３５とを備えてい
る。

【００１２】磁気軸受３３は、回転軸３２をラジアル方
向に支持するラジアル方向磁気軸受（４軸）と、回転軸
３２をスラスト方向に支持するスラスト磁気軸受（１
軸）とを備えている。ラジアル方向磁気軸受は、磁性材
料よりなり回転軸３２に一体回転するように配設された
ラジアル軸受ロータ部３３ａ、ラジアル軸受ロータ部３
３ａに離間対向し励磁電流を供給されてラジアル軸受ロ
ータ部３３ａに対して半径方向の電磁力を発生させるラ
ジアル軸受コイル３３ｂと、回転軸３２と一体回転する
ように配設された半径方向センサロータ部３３ｃと、半
径方向センサロータ部３３ｃに離間対向し半径方向セン
サロータ部３３ｃを検知して回転軸３２の半径方向位置
に対応する信号を出力する半径方向センサステータ部３
３ｄとを備えている。

【００１３】図３は、ラジアル軸受ロータ部３３ａを含
む本実施形態のブロワ３の要部断面図である。ラジアル
軸受ロータ部３３ａは、回転軸３２に、ファン３１を間
にしてこのファン３１に対して回転軸３２の軸線方向両
側それぞれに配設されている。図３に示すように、ラジ
アル軸受ロータ部３３ａにおいては、回転軸３２は他の
部分よりも小さい径の小径部３２ａとなっており、この
小径部３２ａに、中央に孔を有する円板状の珪素鋼板
（又は永久磁石）３３ｅが軸方向に積み重ねられた状態
で挿通固定されてなっている。そしてこれらの珪素鋼板
３３ｅに、カバー３３ｆが装着されている。このカバー
３３ｆは、非磁性材料に非反応性の材料をコーティング
したもの、または非反応性の材料よりなっている。非反
応性の材料とは、放電チャンバ１内の反応気体と反応し
ない材料のことをいう。カバー３３ｆは、ラジアル軸受
ロータ部３３ａに加えて、後述する半径方向センサロー
タ部３３ｃ及びモータ３５のロータ部３５ａをともに覆
っている。

【００１４】そして、図２に示すように、これらのラジ
アル軸受ロータ部３３ａそれぞれに対向してラジアル軸
受コイル３３ｂが配設されている。各ラジアル軸受コイ
ル３３ｂは、互いに直交するように２対配置されてお
り、各対は、ラジアル軸受ロータ部３３ａを挟んで対向
配置されている。各ラジアル軸受コイル３３ｂとラジア
ル軸受ロータ部３３ａとの間には隔壁６が介在配置され
ている。

【００１５】半径方向センサロータ部３３ｃは、回転軸
３２の２つのラジアル軸受ロータ部３３ａそれぞれより
も端側に配設されており、ラジアル軸受ロータ部３３ａ
とともにカバー３３ｆにより被覆されている。半径方向
センサステータ部３３ｄは、半径方向センサロータ部３
３ｃを挟んで２対ずつ設けられている。各半径方向セン
サステータ部３３ｄと半径方向センサロータ部３３ｃと
の間には隔壁６が介在配置されている。半径方向センサ
ロータ部３３ｃのうちの一方、及び半径方向センサロー
タ部３３ｃに対応する半径方向センサステータ部３３ｄ
は、それぞれ、軸方向センサロータ部及び軸方向センサ
ステータ部を兼ねている。

【００１６】そして、ラジアル軸受コイル３３ｂに励磁
電流が供給されることによって、回転軸３２が磁気浮上
される。この励磁電流は、磁気浮上時に、半径方向セン
サステータ部３３ｄからの位置検知信号に応じて制御さ
れ、これによって回転軸３２が半径方向の所定位置に保
持されるようになっている。

【００１７】スラスト方向磁気軸受は、磁性材料よりな
り回転軸３２に一体回転するように配設されたスラスト
軸受ディスク３３ｇと、スラスト軸受ディスク３３ｇを
挟んで互いに対向する１対のスラスト軸受コイル３３ｈ
を備えており、スラスト軸受コイル３３ｈが励磁電流を
供給されてスラスト軸受ディスク３３ｇに対して軸方向
の電磁力を発生させ、スラスト軸受ディスク３３ｇを浮
上支持する。

【００１８】スラスト軸受ディスク３３ｇは、ファン３
１と一方のラジアル軸受ロータ部３３ａとの間において
回転軸３２に固定された磁性材料よりなる円板状の金属
ディスクを、非磁性材料に非反応性の材料をコーティン
グしたカバーで被覆してなっている。そして、このスラ
スト軸受ディスク３３ｇを挟むように、一対のスラスト
軸受コイル３３ｈが配置されている。軸受ディスク３３
ｇとスラスト軸受コイル３３ｈとの間には隔壁６が介在
している。

【００１９】更に、ブロワ３は、半径方向センサステー
タ部３３ｄの検出信号を基に、ラジアル軸受コイル３３
ｂおよびスラスト軸受コイル３３ｈ等の励磁電流をそれ
ぞれフィードバック制御することで回転軸３２を磁気浮
上させる磁気軸受制御部（図示せず）を備えている。

【００２０】そして、ラジアル軸受コイル３３ｂ及びス
ラスト軸受コイル３３ｈに励磁電流が供給されることに
よって、回転軸３２が磁気浮上される。この励磁電流
は、磁気浮上時に、半径方向センサステータ部３３ｄか
らの位置検知信号に応じて制御され、これによって回転
軸３２が半径方向及び軸方向の所定位置に保持されるよ
うになっている。

【００２１】図４は、保護軸受を示す要部断面図であ
る。この図４に示されるように、回転軸３２の両端には
回転軸３２より小径の軸状部３４ａが回転軸３２と同軸
に形成されている。軸状部３４ａの周面と回転軸３２の
端面とは、表面にメッキによりニッケル層３４ｂが形成
されている。また、隔壁１ｂには、セラミック製の軸受
リング３４ｃがその外周面を固定されており、軸受リン
グ３４ｃの中空部に、軸状部３４ａが非接触な状態で遊
嵌されている。通常、回転軸３２及びこれに取り付けら
れている各部は、モータ３５により回転している間、磁
気軸受３３により非接触状態で軸支される。保護軸受３
４は、タッチダウンが発生した場合に磁気軸受３３に代
わって回転軸３２を支持することで装置全体を保護する
ものである。従って保護軸受３４は、軸状部３４ａが軸
受リング３４ｃと非接触状態になるように配置されてい
る。

【００２２】図２に示すように、モータ３５は、回転軸
３２のスラスト軸受が配設されていない側の端部に配置
されている。モータ３５は、ラジアル異方性の円筒状磁
石３５ｃを有し、回転軸一体回転するロータ部３５ａ
と、このロータ部５３ａの周囲に配設されて回転磁界を
形成する複数のステータコイル３５ｂとを含んでいる。
円筒状磁石３５ｃは回転軸と同軸に配設されており、ス
テータコイル３５ｂによる回転磁界により付勢され、回
転するようになっている。そして、このモータ３２に通
電することによって、回転軸３２およびファン３１が回
転し、放電チャンバ１内の反応気体を循環させる。モー
タ３５のロータ部３５ａは上述のカバー３３ｆにより被
覆されており、モータ３５のステータ部（ステータコイ
ル３５ｂ）は隔壁６を介してロータ部３５ａと対向して
いる。

【００２３】隔壁６は、回転軸３２の軸線方向において
放電チャンバ１の両側に配設されている。これらの隔壁
６は、放電チャンバ１の外側に連接されて放電チャンバ
３１から突き出ている回転軸３２の周回り方向を囲う内
側筒状部６ａと、この内側筒状部６ａの外方を囲む外側
筒状部６ｂと、放電チャンバ１の外壁１ａに面接して内
側筒状部６ａと外側筒状部６ｂの放電チャンバ１側の縁
端部どうしを結ぶ連設部６ｃと、外側筒状部６ｂ及び内
側筒状部６ａの連設部６ｃと逆側の縁端部どうしを結ぶ
縁端被覆部６ｄとを含んでいる。

【００２４】そして、放電チャンバ１の外壁１ａと内側
筒状部６ａ及び縁端被覆部６ｄとによって閉鎖系が形成
されこの系の内部に反応気体が収納されている。ラジア
ル軸受コイル３３ｂ、半径方向センサステータ部３３
ｄ、スラスト軸受コイル３３ｈ、及びモータ３５のステ
ータコイル３５ｂは、内側筒状部６ａと外側筒状部６ｂ
の間に配設されており、隔壁６により囲まれ、且つ、内
側筒状部６ａによって反応気体から隔離されている。内
側筒状部６ａ及び縁端被覆部６ｄの回転軸３２側の面は
ニッケルメッキによりニッケル層（非反応性の材料より
なる層）が形成されている。このニッケル層は層厚１０
〜２０μｍとなっている。内側筒状部６ａのうち、ラジ
アル軸受コイル３３ｂ、半径方向センサステータ部３３
ｄ、スラスト軸受コイル３３ｈ、及びモータ３５のステ
ータコイル３５ｂとの対向部（図２中の斜線で示す部
分）は、非磁性材料であるＳＵＳに前記ニッケル層を形
成してなっている。

【００２５】本実施形態では、軸受ロータ部（ラジアル
軸受ロータ部３３ａ、スラスト軸受ディスク３３ｇ）及
びモータのロータ部３５ａが、カバー３３ｆにより被覆
されているので、軸受ロータ部と反応気体とが反応する
ことがなく、反応気体との反応による軸受ロータ部やモ
ータのロータ部３５ａの劣化、反応生成物による気体の
汚染が生じない。カバー３３ｆは表面を非反応性の材料
でコーティングされているので、カバー３３ｆと反応気
体とも反応せず、反応生成物による反応気体の汚染を回
避することができる。更に、カバー３３ｆは表面のみが
非反応性の材料となっており、大部分が非磁性材料より
なっているいので、実質的に軸受やモータの磁気回路へ
の悪影響がない。

【００２６】本実施形態によると、非反応性材料のカバ
ーにより被覆したり非反応性材料をコーティングするこ
との難しい軸受ステータ部（ラジアル軸受コイル３３
ｂ、スラスト軸受コイル３３ｈ）及びモータのステータ
コイル３５ｂが、隔壁６により反応気体と隔離されて配
置されるので、軸受ステータ部やモータのステータ部３
５ｂと反応気体とが反応することがなく、反応気体との
反応により軸受ステータ部やモータ３５のステータ部３
５ｂが劣化したり、反応生成物により反応気体が汚染さ
れることがない。

【００２７】本実施形態によると、隔壁６の気体側の表
面に層厚１０〜２０μｍのニッケル層が形成されている
ので、隔壁６が反応気体とが反応することがなく、反応
生成物により反応気体が汚染されることがない。本実施
形態によると、隔壁６の内側筒状部のうちジアル軸受コ
イル３３ｂ、半径方向センサステータ部３３ｄ、スラス
ト軸受コイル３３ｈ、及びモータ３５のステータコイル
３５ｂとの対向部は非磁性材料であるＳＵＳに前記ニッ
ケル層を薄く形成してなっているので、実施的に軸受や
モータの磁気回路に悪影響を及ぼすことがない。

【００２８】本実施形態によると、保護軸受３４として
滑り軸受が用いられており、滑り軸受のロータ部（軸状
部３４ａ）表面がニッケル層３４ｂとなっており、ステ
ータ部（軸受リング３４ｃ）がセラミック製となってい
るので、ロータ部とステータ部の間に潤滑剤を介在させ
なくても良好な耐久性を得ることができ、潤滑剤による
反応気体の汚染を回避することができる。また、ロータ
部やステータ部が反応気体と反応することがなく、反応
生成物による反応気体の汚染や、ロータ部やステータ部
の劣化が回避される。

【００２９】次に本発明の気体循環装置の第２の実施形
態としてのブロワ３を備えた、本発明のレーザ発振装置
の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の
レーザ発振装置の第２の実施形態、及び気体循環装置の
第２の実施形態としてのブロワを示す断面図である。
尚、図５のレーザ発振装置においてヒートエクスチェン
ジャ及びレーザ発振部については図示されていないが、
上述の第１の実施形態のものが配設されており、説明は
省略する。また、ブロワ３についても上述の第１の実施
形態のブロワと同様の部材については同一の符号を付し
説明は省略する。

【００３０】本実施形態のレーザ発振装置は、円筒状の
複数のブロックを備えている。これらのブロックは、保
護軸受５４を含む２つの第１のブロックＢ１、軸受ステ
ータ部（軸受コイル５３ｂ）及び半径方向センサステー
タ部３３ｄを含む２つの第２のブロックＢ２、ファン外
周に配置される第３のブロックＢ３、及びモータ３５の
ステータコイル３５ｂを含む第４のブロックＢ４よりな
っている。

【００３１】各ブロックは、放電チャンバ３１から突き
出ている回転軸３２の周回り方向を囲う内側筒状部と、
この内側筒状部の外方を囲む外側筒状部と、内側筒状部
と外側筒状部の互いに対向する縁部を結ぶ２つの連設部
とよりなる外壁を含んでおり、各ブロックの内側筒状部
と外側筒状部との間に空隙が形成されている。そして、
ブロワ３のロータに、軸方向に第１のブロック、第２の
ブロック、第３のブロック、第４のブロック、第２のブ
ロック、第１のブロックの順番で、同軸的に組み込ま
れ、各ブロックの連設部どうしが面接し、両端に配置さ
れる第１のブロックＢ１の軸線方向外方側の連設部は外
側筒状部の縁部より内側全面が閉塞されている。

【００３２】各ブロックの外壁の空隙とは反対側の表面
に層厚１０〜２０μｍのニッケル層が形成されている。
また、第２のブロックＢ２の内側筒状部、軸方向内側の
連設部であって隣接ブロックに接触しない部分、及び第
４のブロック４Ｂの内側筒状部（図５中に斜線で示す部
分）は、非磁性材料であるＳＵＳに前記ニッケル層を形
成してなっている。本実施形態のブロワ３は、放電チャ
ンバ１の外壁１ａと各ブロックの内側筒状部及び第１の
ブロックＢ１の軸線方向外方側の連設部とによって閉鎖
系が形成されこの内部に反応気体が収納されている。

【００３３】本実施形態の気体循環装置（ブロワ）３
は、この図５に示すように、回転軸３２は、４軸制御の
コニカル型の磁気軸受（コニカル軸受）５３によって支
持されている。このコニカル軸受５３は、軸受ロータ部
５３ａと軸受ステータ部５３ｂとを備えている。軸受ロ
ータ部５３ａは、回転軸３２の両端部それぞれに一体回
転するように配設されている。各軸受ロータ部５３ａ
は、軸方向外側に向かうに従って先細の円錐台形となっ
ている。この軸受ロータ部５３ａも、上述の第１の実施
形態と同様に、中央に孔を有する円板状の珪素鋼板（又
は永久磁石）を軸方向に積み重ねた状態で回転軸３２に
挿通固定し非磁性材料に非反応性の材料をコーティング
したカバーを装着してなっている。

【００３４】そして、第２のブロック２Ｂの内側筒状部
の外側筒状部側の面に軸受コイル５３ｂが固着されてお
り、これらの軸受コイル５３ｂが、内側筒状部を介して
軸受ロータ部５３ａに対向している。各軸受コイル５３
ｂは、互いに直交するように２対配置され、各対は、軸
受ロータ部５３ａを挟んで対向配置されている。各軸受
コイル５３ｂは、軸受ロータ部５３ａを軸方向に対して
斜めに吸引するようになっている。これにより、軸受ロ
ータ部５３ａを挟んで対向する軸受コイル５３ｂどうし
が軸受ロータ部５３ａを引き合って回転軸３２を半径方
向に浮遊した状態で支持し、かつ、回転軸３２の一端側
の軸受コイル５３ｂと他端側の軸受コイル５３ｂとがそ
れぞれに対向する軸受ロータ部５３ａをスラスト方向に
引き合って回転軸３２を軸方向に浮遊した状態で支持す
るようになっている。また、各軸受コイル５３ｂは内側
筒状部により反応気体から隔離されている。

【００３５】本実施形態においては、半径方向センサロ
ータ部３３ｃは、軸受ロータ部５３ａの軸方向内側に配
設されている。また、半径方向センサステータ部３３ｄ
は、第２のブロックの内側筒状部の外側筒状部側の面に
固着され、内側筒状部を介して半径方向センサロータ部
３３ｃに対向している。更に、モータ３５のロータ部３
５ａは、ファン３１と一方の軸受ロータ部５３ａとの間
に配設されている。モータのステータ部３５ｂは、第４
のブロックＢ４の内側筒状部の外側筒状部側の面に固定
され、内側筒状部を介してロータ部３５ａに対向してい
る。

【００３６】このように、本実施形態では、第１のブロ
ックの軸方向外方側の端部側の連設部及び内側筒状部
と、第２のブロック、第３のブロック、及び第４のブロ
ックの内側筒状部とが放電チャンバ１の外壁１ａととも
に閉鎖系を形成して反応気体を収納しており、第２のブ
ロック及び第４のブロックの内側筒状部によって、軸受
コイル５３ｂ、半径方向センサステータ部３３ｄ、及び
モータ３５のステータコイル３５ｂが反応気体から隔離
されている。また、本実施形態においては、保護軸受５
４は、グリース潤滑なしのセラミックス製のボールベア
リングとなっており、第１のブロックＢ１の内側筒状部
に固着されている。

【００３７】本実施形態において、隔壁がブロックによ
り構成されていること、ラジアル軸受ロータ部及びスラ
スト軸受ロータ部に代えて軸受ロータ部５３ａが配設さ
れていること、ラジアル軸受ステータ部及びスラスト軸
受ステータ部に代えて軸受ステータ部５３ｂが配設され
ていること、保護軸受５４がボールベアリングであるこ
と、半径方向センサロータ部３３ｃ及び半径方向センサ
ステータ部３３ｄの配設位置、及びモータ３５の配設位
置以外は、上述の第１の実施形態と同様である。

【００３８】本実施形態においても、上述の第１の実施
形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形
態においては、軸受としてコニカル型の磁気軸受５３が
用いられているので、ラジアル方向軸受及びスラスト方
向軸受を用いる場合よりも、回転軸方向の大きさを小さ
くすることができる。

【００３９】本実施形態によると、モータ３５が、一方
の軸受ロータ部５３ａ及びこれに対向する軸受コイル５
３ｂよりも軸方向内側に配設されているので、モータ３
５によるハングオーバーを回避でき、回転軸３２の固有
振動数が上がり、高速回転が可能となる。また、ブロッ
ク構造においても磁気軸受５３よりも半径の大きなモー
タが配設可能となり、半径の大きなモータを用いて、短
軸長での高出力が可能となる。本実施形態によると、保
護軸受５４が回転軸３２の端部に配設されているため、
ブロック構造においても保護軸受５４の直径を小さく設
定できる。そして保護軸受５４の直径を小さく設定する
ことにより、保護軸受５４の周速を小さく抑えて保護軸
受５４の耐久性を良好に活用することができる。

【００４０】次に本発明の気体循環装置の第３の実施形
態について説明する。なお、本実施形態も、上記レーザ
発振装置のブロワ３として用いられるものであり、上記
第２の実施形態のブロワ３と同様の部材については同一
の符号を付し説明は省略する。

【００４１】図６は、本発明の気体循環装置の第３の実
施形態としてのブロワを示す断面図である。本実施形態
の気体循環装置（ブロワ）３では、この図６に示すよう
に、磁気軸受は、上記第１の実施形態と同様のラジアル
軸受ロータ部３３ａ及びラジアル軸受コイル３３ｂから
なるラジアル軸受と、上記第２の実施形態と同様の軸受
ロータ部５３ａ及び軸受コイル５３ｂよりなるコニカル
軸受５３とからなっている。ラジアル軸受は、モータ３
５とモータ３５側の保護軸受５４との間に配設されてお
り、コニカル軸受５３は、他の保護軸受５４とファン３
１との間に配設されている。従って、回転軸３２には、
モータ３５側の一端から、ラジアル軸受ロータ部３３
ａ、半径方向センサロータ部３３ｃ、モータ３５のロー
タ部３５ａ、ファン３１、半径方向センサロータ部３３
ｃ、軸受ロータ部５３ａが配設されている。また、モー
タ３５側の第２のブロックＢ２の内側筒状部にはラジア
ル軸受コイル３３ｂ及び半径方向センサステータ部３３
ｃが固着されており、ファン３１に対してモータ３５と
逆側の第２のブロックＢ２の内側筒状部には半径方向セ
ンサステータ部３３ｄ及び軸受コイル５３ｂが固着され
ている。

【００４２】また、モータ３５のロータ部３５ａにおい
ては、円筒状磁石３５ｃはステータコイル３５ｂに対し
てコニカル軸受５３側よりに配設されており、モータの
駆動時にステータコイル３５ｂと円筒状磁石３５ｃ間に
発生する吸引力が、コニカル軸受５３による軸方向の吸
引力と釣り合って、回転軸３２をスラスト方向に浮上支
持するようになっている。磁気軸受がラジアル軸受とコ
ニカル軸受５３けからなっており上述のように配置され
ていること、及び円筒状磁石３５ｃの位置が異なること
以外は上述の第２の実施形態と同じである。本実施形態
においても、上述の第２の実施形態と同様の効果を得る
ことができる。

【００４３】次に本発明の気体循環装置の第４の実施形
態について説明する。なお、本実施形態も、上記レーザ
発振装置のブロワ３として用いられるものであり、上記
第２の実施形態のブロワ３と同様の部材については同一
の符号を付し説明は省略する。

【００４４】図７は、本発明の気体循環装置の第４の実
施形態としてのブロワを示す断面図である。本実施形態
の気体循環装置（ブロワ）３では、この図７に示すよう
に、磁気軸受は、上記第１の実施形態と同様のラジアル
軸受ロータ部３３ａ及びラジアル軸受コイル３３ｂから
なるラジアル軸受と、上記第２の実施形態と同様の軸受
ロータ部５３ａ及び軸受コイル５３ｂよりなるコニカル
軸受５３とからなっている。コニカル軸受５３は、モー
タ３５とモータ３５側の保護軸受５４とのに配設されて
おり、ラジアル軸受は、他の保護軸受５４とファン３１
との間に配設されている。従って、回転軸３２には、モ
ータ側の一端から、軸受ロータ部５３ａ、半径方向セン
サロータ部３３ｃ、モータ３５のロータ部３５ａ、ファ
ン３１、半径方向センサロータ部３３ｃ、ラジアル軸受
ロータ部３３ａが配設されている。また、モータ３５側
の第２のブロックＢ２の内側筒状部には軸受コイル５ｂ
３及び半径方向センサステータ部３３ｃが固着されてお
り、ファン３１に対してモータ５３と逆側の第２のブロ
ックＢ２の内側筒状部には半径方向センサステータ部３
３ｄ及びラジアル軸受コイル３３ｂが固着されている。

【００４５】また、モータ３５のロータ部３５ａにおい
ては、円筒状磁石３５ｃはステータコイル３５ｂに対し
てコニカル軸受５３側よりに配設されており、モータ３
５の駆動時にステータコイル３５ｂと円筒状磁石３５ｃ
間に発生する吸引力が、コニカル軸受５３による軸方向
の吸引力と釣り合って、回転軸３２をスラスト方向に浮
上支持するようになっている。磁気軸受がラジアル軸受
とコニカル軸受５３からなることと、円筒状磁石３５ｃ
の位置が異なること以外は上述の第２の実施形態と同じ
である。本実施形態においても、上述の第２の実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【００４６】次に本発明の気体循環装置の第５の実施形
態について説明する。なお、本実施形態も、上記レーザ
発振装置のブロワ３として用いられるものであり、上記
第１の実施形態のブロワ３と同様の部材については同一
の符号を付し説明は省略する。

【００４７】図８は、本発明の気体循環装置の第５の実
施形態としてのブロワを示す断面図である。本実施形態
の気体循環装置（ブロワ）３においては、スラスト方向
の磁気軸受（スラスト軸受）８３が、モータを兼ねた構
成となっており、且つこのモータを兼ねたスラスト軸受
８３が、ファン３１の両側に配設されている。即ち、本
実施形態の気体循環装置（ブロワ）３の回転軸３２に
は、図８に示すように、スラスト軸受ディスク３３ｇ
が、ファン３１の軸方向両外方に２箇所配設されてお
り、これらのスラスト軸受ディスク３３ｇそれぞれの外
周部に、円筒状磁石３５ｃが、同軸的に固定されてい
る。尚、この円筒状磁石３５ｃも、非磁性材料に非反応
性の材料をコーティングしたカバー、または、非反応性
の材料からなるカバーによって被覆されている。

【００４８】そして、本実施形態においては、保護軸受
５４を含む２つの第１のブロックＢ１、ラジアル方向軸
受コイル３３ｂ、半径方向センサステータ部３３ｄ、及
びスラスト方向軸受コイル３３ｈを含む２つの第２のブ
ロックＢ２、モータ３５のステータコイル３５ｂを含む
２つの第４のブロックＢ４、及びファン外周に配置され
る第３のブロックＢ３を備えており、これらのブロック
は、ブロワ３のロータに、軸方向に第１のブロック、第
２のブロック、第４のブロック、第３のブロック、第４
のブロック、第２のブロック、第１のブロックの順番
で、同軸的に組み込まれ、各ブロックの連設部どうしが
面接し、両端に配置される第１のブロックＢ１の軸線方
向外方側の連設部は外側筒状部の縁部より内側全面が閉
塞されている。

【００４９】そして、各スラスト軸受ディスク３３ｇの
軸方向外方に第２のブロックＢ２の連設部を間にしてス
ラスト軸受コイル３３ｈが対向配設され、これらのスラ
スト軸受コイル３３ｈがそれぞれのスラスト軸受ディス
ク３３ｇを軸方向外方から支持するようになっている。
また、スラスト軸受ディスク３３ｇの半径方向外方に第
４のブロックＢ４の内側筒状部を間にしてステータコイ
ル３５ｂが対向配設され、これらのステータコイル３５
ｂにより回転磁界が形成され、円筒状磁石３５ｃを付勢
してスラスト軸受ディスク３３ｇを回転させるようにな
っている。これらの構成以外は、上述の第２の実施形態
と同じである。

【００５０】本実施形態によっても、上述の第２の実施
形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態によ
ると、モータのロータ部を別途に回転軸３２に固定しな
いので、回転軸長を短く設定することができ、小型化を
図ることができる。また、回転軸３２の固有振動数の低
下を回避でき、可能な回転速度の低下を防ぐことができ
る。本実施形態によると、スラスト軸受ディスク３３ｇ
の位置と回転駆動位置とが一致するため、回転軸３２の
コニカル運動が発生し難くなり、回転が安定し制御性が
向上する。また、回転軸３２をスラスト方向の２箇所で
支持及び回転するため、この点からも回転が安定する。
本実施形態によると、ロータ径が大きく設定されるの
で、小型でありながら高出力を得ることが可能となる。
本実施形態によると、保護軸受５４が回転軸の端部に配
設されているため、保護軸受５４の直径を小さく設定で
きる。そして保護軸受５４の直径を小さく設定すること
により、保護軸受の周速を小さく抑えて保護軸受の耐久
性を効果的に活用することができる。

【００５１】尚、本発明は、上述の本実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨を限定しないかぎりに
おいて適宜変更が可能である。例えば、上述の各実施形
態においては、隔壁６や第２のブロックＢ２及び第４の
ブロックＢ４の非磁性材料は、非磁性のＳＵＳにより構
成されているが、これに限られるものではなく、非磁性
のＳＵＳの他、インコネル、チタン等を用いることがで
きる。上述の各実施形態においては、隔壁６や第１〜第
４のブロックＢ１〜Ｂ４）は気体側の表面に非反応性材
料であるニッケル層を形成しているが、非磁性材料とし
て反応気体と反応しない、例えば高純度アルミナ等で構
成し、非磁性材料を兼ねることもできる。ニッケル層に
代えてアルミナ層を形成させることもできる。上述の各
実施形態においては、軸受のロータ部（ラジアル軸受ロ
ータ部３３ａ、スラスト軸受ディスク３３ｇ、軸受ロー
タ部５３ａ）やモータのロータ部３５ａは表面に非反応
性材料による非反応性層を形成したカバーにより形成さ
れているが、これに限られるものではなく、直接ニッケ
ル等の非反応性材料をメッキ処理やコーティング処理を
施して形成することもできる。

【００５２】上述の実施形態においては回転軸３２の半
径方向及び軸方向の位置を検出する半径方向センサ（半
径方向センサロータ部３３ｃ、半径方向センサステータ
部３３ｄ）を配設し、このセンサによる出力信号を基
に、励磁電流を制御しているが、ラジアル軸受コイル３
３ｂ及びスラスト軸受コイル３３ｈの励磁電流から回転
軸３２の半径方向や軸方向の位置を検出し、励磁電流を
制御するセンサレス磁気軸受とすることもできる。保護
軸受は、第１の実施形態においては回転軸３２に延設さ
れた軸状部３４ａを軸受リング３４ｃにより支持するも
のであり、第２〜第５の実施形態においてはベアリング
を用いているが、これに限られるものではなく、図９
（ａ）または（ｂ）に示されるように、隔壁６の縁端被
覆部６ｄや第１のブロックＢ１の連設部に軸状部材を配
設して軸状部１ｂ’を形成し、回転軸３２にこの軸状部
１ｂ’が遊嵌される中空穴３２ａを形成したものとする
こともできる。

【００５３】上述の第３の実施形態及び第４の実施形態
においては、コニカル軸受５３では軸受ロータ部５３ａ
と軸受コイル５３ｂとの間に吸引力を発生させている
が、軸受ロータ部５３ａと軸受コイル５３ｂとの間に反
発力を発生させるものとすることもできる。この場合に
は、円筒状磁石３５はステータコイル３５ｂに対してコ
ニカル軸受５３と反対側に偏らせることによりスラスト
方向の力を釣り合わせる。

【００５４】上述の第５の実施形態においては、モータ
を兼ねたスラスト軸受８３のスラスト軸受ディスク３３
ｇがファン３１の軸方向両外方に２箇所配設されている
が、大きな出力を必要としない場合にはこれらのうちの
一方のみを備えてもよい。この場合、軸受コイル３３ｈ
も一方のみとすると、スラスト軸受ディスク３３ｇに対
する軸受コイル３３ｈからの電磁力がスラスト方向のう
ち一方向しか得られなくなるので、軸受コイル３３ｈは
スラスト軸受ディスク３３ｇの軸方向両側に配設する
か、または、上述の第３の実施形態または第４の実施形
態のように、円筒状磁石３５ｃの軸方向の配設位置をス
テータコイル３５ｂに対して偏った位置に配設し、スラ
スト方向のうちの他方向の力を発生させることにより、
軸受コイル３３ｈによる電磁力との釣り合いをとること
が必要である。

【００５５】本発明の気体循環装置は、レーザ発振装置
の反応気体を循環させるもの以外の気体循環装置とする
こともできる。本発明のレーザ発振装置は、エキシマレ
ーザ装置以外の、気体を媒質としてレーザを発振させる
レーザ発振装置とすることもできる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る気体
循環装置及びレーザ発振装置では、電磁石を備えた軸受
を用いながら、反応気体を汚染することなく循環させる
ことができ、良好な耐久性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ発振装置の一実施形態を表す概
略構成図である。

【図２】本発明の気体循環装置の第１の実施形態であ
り、図１のレーザ発振装置のブロワの構成を示す断面図
である。

【図３】図２のブロワのラジアル軸受ロータ部を含む要
部断面図である。

【図４】図２のブロワの保護軸受を示す要部断面図であ
る。

【図５】本発明の気体循環装置の第２の実施形態の構成
を示す断面図である。

【図６】本発明の気体循環装置の第３の実施形態の構成
を示す断面図である。

【図７】本発明の気体循環装置の第４の実施形態の構成
を示す断面図である。

【図８】本発明の気体循環装置の第５の実施形態の構成
を示す断面図である。

【図９】本発明の気体循環装置に用いられる保護軸受の
他の例を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ 放電チャンバ １ａ 外壁 ２ ヒートエクスチェンジャ ３ ブロワ ４ レーザ発振部 ６ 隔壁 ３１ ファン ３２ 回転軸 ３３ 磁気軸受 ３３ａ ラジアル軸受ロータ部 ３３ｂ ラジアル軸受コイル ３３ｃ 半径方向センサロータ部 ３３ｄ 半径方向センサステータ部 ３３ｅ 珪素鋼板 ３３ｆ カバー ３３ｇ スラスト軸受ディスク ３３ｈ スラスト軸受コイル ３４ 保護軸受 ３４ａ 軸状部 ３４ｂ ニッケル層 ３４ｃ 軸受リング ３５ モータ ３５ａ ロータ部 ３５ｂ ステータコイル ３５ｃ 円筒状磁石 ５３ コニカル軸受 ５３ａ 軸受ロータ部 ５３ｂ 軸受ステータ部 ５４ 保護軸受 ８３ スラスト軸受

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J102 AA01 BA03 BA19 CA08 CA14 DA02 DA03 DA09 DA31 DB05 GA18 5F071 AA06 EE08 JJ03 JJ09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体を循環させるファンと、 前記ファンに回転力を伝達する回転軸と、 前記回転軸を回転させるモータと、 前記回転軸に固定された軸受ロータ部及び該軸受ロータ
   部を電磁力により支持する軸受コイルを含む軸受手段
   と、 前記軸受ロータ部と前記軸受コイルとの間に配設され、
   前記軸受コイルを前記気体から隔離する隔壁とを備え、 前記隔壁は、少なくとも気体側の表面が前記気体と非反
   応性の材料で形成されており、 前記軸受ロータ部の表面が前記気体と非反応性の材料で
   被覆されていることを特徴とする気体循環装置。
2. 【請求項２】 前記モータが、前記回転軸に固定された
   永久磁石と、該永久磁石を付勢し前記回転軸とともに回
   転させるステータコイルとを備え、 前記ステータコイルが、前記隔壁により前記気体から隔
   離されており、 前記永久磁石が前記気体と非反応性の材料で被覆されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の気体循環装置。
3. 【請求項３】 前記隔壁のうち少なくとも前記軸受コイ
   ルとの対向部が非磁性材料とこの非磁性材料の気体側に
   配設された前記気体と非反応性の材料とにより形成され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の気体循環装
   置。
4. 【請求項４】 前記隔壁のうち少なくとも前記軸受コイ
   ル及び前記ステータコイルとの対向部が非磁性材料とこ
   の非磁性材料の気体側に配設された前記気体と非反応性
   の材料とにより形成されていることを特徴とする請求項
   ２に記載の気体循環装置。
5. 【請求項５】 前記気体と非反応性の材料がニッケル層
   またはアルミナ層であることを特徴とする請求項１から
   請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の気体循環
   装置。
6. 【請求項６】 前記隔壁が、前記気体と非反応性であり
   かつ非磁性の材料により形成されていることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の気体循環装置。
7. 【請求項７】 前記回転軸と一体回転するように配設さ
   れた滑り軸受ロータ部と、前記回転軸の非支持状態にお
   いて、前記滑り軸受ロータ部に接触して前記回転軸を支
   持する滑り軸受ステータ部とを含む保護軸受を備え、 前記滑り軸受ロータ部及び前記滑り軸受ステータ部のう
   ちの少なくとも一方の表面がセラミックス層または水素
   化アモルファスダイアモンド層よりなることを特徴とす
   る請求項１から請求項６のうちのいずれか１の請求項に
   記載の気体循環装置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７のうちのいずれか
   １の請求項に記載の気体循環装置と、 前記気体を媒質としてレーザを発振させるレーザ発振部
   とを備えることを特徴とするレーザ発振装置。