JP2002134812A - エキシマレーザ装置用還流ファンの構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属製のパイプを用いることなく、磁気軸受
および位置センサなどが直接フッ素ガス雰囲気にさらさ
れることがないようなエキシマレーザ装置用ガス還流フ
ァンの構造を提供する。 【解決手段】 チャンバ１内にはレーザガスが封入され
ており、チャンバ１内で回転軸２に取付けられたファン
３が回転する。チャンバ１の両側にはレーザガスに対し
て耐腐食性のある金属皮膜電線（５３）を巻回したラジ
アル磁気軸受５，９と位置検出センサ６，１０が配置さ
れ、回転軸２を磁気浮上させ、モータステータ１１の駆
動力によってファン３が回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はエキシマレーザ装
置用還流ファンの構造に関し、特に、当該ファンにおけ
る回転軸を支持しかつ回転させる構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来のエキシマレーザのガス循
環ファンを示す図であり、ＵＳ５，８４８，０８９に記
載されたものであり、（ａ）は縦断面図を示し、（ｂ）
はラジアル磁気軸受を示す。

【０００３】図１１において、チャンバ１０１内にはレ
ーザガスとしてフッ素ガス１０４が封入されており、チ
ャンバ１０１内で回転軸１０２に取付けられたファン１
０３が回転する。チャンバ１０１の右側にはラジアル電
磁石１０５と位置センサ１０６とアキシャル磁気軸受の
一部となる永久磁石１０７とが設けられる。これらの構
成部品は、フッ素ガス雰囲気にさらされて腐食すること
がないように、回転軸１０２との間にステンレスからな
るパイプ１０８が取付けられている。

【０００４】チャンバ１０１の左側にはラジアル電磁石
１０９と位置センサ１１０とモータステータ１１１とア
キシャル電磁石１１２と位置センサ１１３とが設けられ
ており、これらの構成部品もフッ素ガス雰囲気にさらさ
れて腐食することがないように、パイプ１１４が回転軸
１０２との間に取付けられている。

【０００５】ファン１０３の取付けられた回転軸１０２
は、ラジアル磁気軸受１０５，１０９によって磁気浮上
し、ラジアル方向が非接触で支持され、かつ永久磁石１
０７とアキシャル電磁石１１３とによってアキシャル方
向が支持され、モータステータ１１１の駆動力によって
回転する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示したエキシ
マレーザ装置において、ラジアル磁気軸受１０５，１０
９や位置センサ１０６，１１０およびモータステータ１
１１などをフッ素ガスによる腐食を防止するために、パ
イプ１０８，１１４がハウジングと一体となるように形
成されているため、保守の際の分解が困難であり、また
パイプ１０８，１１４は加工精度を上げる必要があり、
パイプ１０８，１１４の厚みの分だけ磁気軸受エアーギ
ャップが大きくなってしまう欠点がある。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、金
属製のパイプを用いることなく、磁気軸受と位置センサ
などが直接フッ素ガス雰囲気にさらされることがないよ
うなエキシマレーザ装置用還流ファンの構造を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、ファンが取
付けられた回転軸と、回転軸を非接触で支持する制御型
磁気軸受と、回転軸を回転させるためのモータとを備
え、モータの駆動によるファンの回転によってチャンバ
内のレーザガスを循環させるエキシマレーザ装置用還流
ファンの構造であって、制御型磁気軸受は、回転軸の軸
方向に配置され、レーザガスに対して耐腐食性のある金
属皮膜電線を巻回して構成されたラジアル電磁石と、各
ラジアル電磁石の周辺に配置され、レーザガスに対して
耐腐食性のある金属皮膜電線を巻回した位置検出センサ
を含むことを特徴とする。

【０００９】このようにラジアル電磁石と、検出センサ
をレーザガスに対して耐腐食性のある金属皮膜電線を巻
回して構成することにより、レーザガスによりこれらの
構成部品が腐食して腐食ガスが発生することがなく、チ
ャンバ内のクリーン状態を保つことができる。

【００１０】また、位置センサは、フェライトのセンサ
コア材に金属皮膜電線を巻回して構成されることを特徴
とする。

【００１１】さらに、チャンバ内の回転軸方向の一方側
に第１のハウジングが設けられ、他方側に第２のハウジ
ングが設けられ、ラジアル電磁石と位置検出センサは第
１のハウジングに設けられる第１のラジアル電磁石と第
１の位置検出センサおよび第２のハウジングに設けられ
る第２のラジアル電磁石と第２の位置検出センサとを含
むことを特徴とする。

【００１２】さらに、モータは回転軸に設けられるモー
タロータと第２のハウジングに設けられるモータステー
タとを含み、モータステータはレーザガスに対して耐腐
食性を有する金属でシールされていることを特徴とす
る。

【００１３】さらに、回転軸のモータロータの両側にバ
ランス取り部が設けられる。さらに、第１および第２の
ハウジングには、第１および第２のラジアル電磁石とモ
ータを冷却するための冷却水が供給される冷却水通路が
形成されることを特徴とする。

【００１４】さらに、ファンはその両端部で回転軸にね
じ止めされることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態のエ
キシマレーザのガス循環ファンを示す断面図である。こ
の図１はエキシマガスを循環させるファン３およびその
周辺を示している。チャンバ１内にはレーザガスが封入
されており、このチャンバ１内で回転軸２に取付けられ
たファン３が回転する。チャンバ１の右側にはハウジン
グ４が設けられ、左側にはハウジング８が設けられてい
る。回転軸２を支持する磁気軸受はチャンバ１の両側に
配置され、図１において右側のハウジング４には第１の
ラジアル電磁石５と第１の位置検出センサ６が設けられ
ており、ラジアル電磁石５と位置検出センサ６の配線は
ケーブル取出口７から外部に取出される。また、ハウジ
ング４の回転軸２の一方側端面に対向する部分には、ア
キシャル磁気軸受の一部である永久磁石１８が設けられ
ている。

【００１６】左側のハウジング８には、ラジアル磁気軸
受９と第２の位置検出センサ１０とモータステータ１１
とが設けられている。ラジアル電磁石９と位置検出セン
サ１０の配線はケーブル取出口１２から外部に取出され
る。モータステータ１１はフッ素ガスにさらされて腐食
しないように、ステンレス鋼板のシール部材１３によっ
てシールされている。さらに、ハウジング８の回転軸２
の他方側端面に対向する部分にはアキシャル磁気軸受の
一部となるアキシャル電磁石１４と位置検出センサ１５
とが設けられている。さらに、ハウジング４と８には転
がり軸受からなる保護軸受１６，１７が設けられてい
る。

【００１７】図２は図１に示したラジアル電磁石を示す
図であり、図３は図２に示したラジアル電磁石に用いら
れる金属皮膜電線の断面図である。

【００１８】図２に示すように、ラジアル電磁石４は円
筒状の磁性体５１の内部に突出する突起５２に図３に示
すようなレーザガス（フッ素ガス）に対して耐腐食性の
ある金属皮膜電線５３を巻回して構成される。金属皮膜
電線５３は図３に示すように、銅線などの導体５３１の
周囲にたとえばＡｌ₂Ｏ₃のようなセラミック絶縁体５３
２を形成し、さらにセラミック絶縁体５３２の周囲をオ
ーステナイト系ステンレス（たとえば、ＳＵＳ３０４，
３１６Ｌ，３１６）またはインコネルのようなＳＵＳ皮
膜５３３で被覆したものである。このように、導体５３
１はセラミック絶縁体５３２とＳＵＳ皮膜５３３で覆わ
れているので、フッ素ガス雰囲気中にさらされても腐食
することはない。

【００１９】ラジアル磁気軸受５および９の電磁石ロー
タ部と位置センサ６，１０のターゲットとなる回転軸３
の部分には図４に示すように、 Ｎｉ当量≦０．３×Ｃｒ当量−３．６ で示される材質の金属材料が用いられる。このような材
質によって、フッ素ガス雰囲気中にさらされても腐食ガ
スが発生することがなく、チャンバ１内をクリーンな状
態に保つことができる。

【００２０】図５はラジアル位置検出センサを示す図で
あり、特に、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面断
面図を示す。図５に示すように、ラジアル位置センサ６
は比較的厚みのある円板状の磁性部材６１を含み、その
中心に回転軸２が貫通し得る貫通孔６２が形成されてお
り、さらに外周辺から中心に向かって４つの孔６３が９
０°の角度ごとに形成されている。各孔６３には、図３
に示した金属皮膜電線をフェライトコアに巻回したセン
サユニット６４が収納されている。センサユニット６４
は金属皮膜電線を巻回して構成されているので、フッ素
ガス雰囲気にさらされても腐食することはなく、腐食ガ
スの発生をなくし、クリーンな状態を維持できる。な
お、ラジアル位置検出センサはリラクタンス式あるいは
渦電流式のどちらでも適用できる。

【００２１】図６は図１のケーブル取出口を拡大して示
す断面図である。図１に示したラジアル電磁石５と位置
検出センサ６のケーブル取出口７は図６（ａ）に示すよ
うに、ハウジング４と金属皮膜電線５３との間がセラミ
ック材７１で封止されるか、あるいは図６（ｂ）に示す
ようにコバール７２で金属皮膜電線５３の周囲が封止さ
れる。これによって、従来はコネクタを介して電線を外
部に取出していたが、コネクタとハウジングとの密着性
が悪ければフッ素ガスが大気側に漏れるおそれがあった
のに対して、この図６に示した実施形態では、フッ素ガ
スが大気側に漏れるおそれをなくすことができる。

【００２２】図７は回転軸にバランス修正部を設けた例
を示す断面図である。図７において、回転軸２にはモー
タステータ１１に対向してモータロータ１９が設けられ
ているが、モータステータ１１のモータロータ１９に対
する吸引力の作用によって、回転軸２がその中心からぶ
れてしまい、バランスが非常に悪くなってしまう。そこ
で、図７に示した実施形態では、回転軸２のモータロー
タ１９の両側部にねじ孔２１が周方向に沿って中心軸に
向けて形成される。これにより、回転軸２のバランスを
良好にできる。

【００２３】図８はモータロータの取付部を従来例とこ
の発明の実施形態とを対比して示す図である。

【００２４】図８（ａ）に示す従来例では、モータステ
ータ１１１はフッ素ガス雰囲気にさらされないようにパ
イプ１１４をハウジングに設けるばかりでなく、モータ
ロータ１２１もフッ素ガス雰囲気にさらされないように
されている。すなわち、モータロータ１２１を内側パイ
プ１２２と外側パイプ１２３との間に挿入し、パイプ１
２２と１２３の開口部をフランジ１２４，１２５で覆
い、パイプ１２２および１２３とフランジ１２４および
１２５との接合部を溶接１２６している。そして、パイ
プ１２２，１２３とフランジ１２４，１２５によって封
止されたモータロータ１２１を回転軸１０２に挿入して
いる。

【００２５】これに対して、この発明の実施形態では、
図８（ｂ）に示すように、円筒状のモータロータ１９を
回転軸２に挿入し、パイプ２１の両端をフランジ２２，
２３に溶接した後、フランジ２２，２３と回転軸２の接
合部を溶接２４する。これにより、図８に示した内側の
パイプ１２２を不要にできる。

【００２６】図９はファンを回転軸に取付ける方法を示
す図である。図９（ａ）は従来例であり、ファン１０３
をねじ１１５で回転軸１０２に押え込むことによって、
ファン１０３を回転軸１０２に固定していたが、回転中
の振動などでねじ１１５が緩むおそれがあった。

【００２７】これに対して、図９（ｂ）に示した実施形
態は、ファン３の一方側にフランジを形成するととも
に、回転軸２にもフランジを形成しておき、フランジ同
士をねじ２５によって軸方向にねじ止めする。他方側は
従来例と同様にして、ねじ２６によって押え込む。

【００２８】図９（ｃ）はファン３の一方側および他方
側にフランジ部を形成し、そこにねじ２７で回転軸２に
軸中心方向にねじ止めする。

【００２９】図１０はラジアル電磁石とモータステータ
とを冷却するようにした実施形態を示す断面図である。
図１０において、ハウジング４にはラジアル電磁石５を
冷却するために、冷却水入口４１と冷却水路４２と冷却
水出口４３が形成される。ハウジング８には、ラジアル
電磁石９を冷却するために冷却水入口４４と冷却水路４
５と冷却水出口４６とが形成される。また、ハウジング
８には、モータステータ１１を冷却するために冷却水入
口４７と冷却水路４８と冷却水出口４９とが形成され
る。ラジアル電磁石５，９に比べてモータステータ１１
による発熱が大きいため、ラジアル電磁石５，９を冷却
した冷却水でモータステータ１１を冷却する方が冷却の
効率が大きいので、図示しない冷却水パイプなどによっ
てハウジング４の冷却水出口４３をハウジング５の冷却
水入口４４に接続し、冷却水出口４６を冷却水入口４７
に接続するのが好ましい。

【００３０】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ラジ
アル電磁石と位置検出センサをそれぞれレーザガスに対
して耐腐食性の強い金属皮膜電線を巻回して構成するよ
うにしたので、従来のようにラジアル電磁石および位置
検出センサと回転軸との間にパイプなどを設ける必要が
なくなり、エアーギャップを短くでき、保守の際の分解
なども容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態の縦断面図である。

【図２】 図１に示したラジアル電磁石を示す図であ
る。

【図３】 図２に示したラジアル電磁石に用いられる金
属皮膜電線の断面図である。

【図４】 磁性材料に用いられるオーステナイト系ＳＵ
Ｓの成分を示す図である。

【図５】 ラジアル位置検出センサを示す図である。

【図６】 図１の電線取出口を拡大して示す図である。

【図７】 回転軸にバランス修正部を設けた例を示す断
面図である。

【図８】 モータの取付部を従来例とこの発明の実施形
態とを対比して示す断面図である。

【図９】 回転軸へのファンの取付方法を従来例とこの
発明の実施形態とを対比して示す図である。

【図１０】 ラジアル電磁石とモータとを冷却するため
の冷却水流路を設けた例を示す断面図である。

【図１１】 従来のエキシマレーザのガス循環ファンを
示す断面図である。

【符号の説明】

１ チャンバ、２ 回転軸、３ ファン、４，８ ハウ
ジング、５，９ ラジアル電磁石、６，１０，１５ 位
置検出センサ、７，１２ ケーブル取出口、１１ モー
タステータ、１３ シール部材、１５ アキシャル電磁
石、１８ 永久磁石、５３ 金属皮膜電線、４１，４
４，４７ 冷却水入口、４２，４５，４８冷却水路、４
３，４６，４９ 冷却水出口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H022 AA02 BA06 CA16 CA21 CA50 CA51 DA16 DA19 DA20 3H035 AA02 5F071 AA06 DD08 EE04 FF09 JJ03 JJ10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファンが取付けられた回転軸と、前記回
   転軸を非接触で支持する制御型磁気軸受と、前記回転軸
   を回転させるためのモータとを備え、前記モータの駆動
   によるファンの回転によってチャンバ内のレーザガスを
   循環させるエキシマレーザ装置用還流ファンの構造にお
   いて、 前記制御型磁気軸受は、 前記回転軸の軸方向に配置され、前記レーザガスに対し
   て耐腐食性のある金属皮膜電線を巻回して構成されたラ
   ジアル電磁石と、 前記各ラジアル電磁石の周辺に配置され、前記レーザガ
   スに対して耐腐食性のある金属皮膜電線を巻回した位置
   検出センサを含むことを特徴とする、エキシマレーザ装
   置用還流ファンの構造。
2. 【請求項２】 前記位置センサは、フェライトのセンサ
   コア材に前記金属皮膜電線が巻回されることを特徴とす
   る、請求項１に記載のエキシマレーザ装置用還流ファン
   の構造。
3. 【請求項３】 前記チャンバ内の回転軸方向の一方側に
   設けられる第１のハウジングと、他方側に設けられる第
   ２のハウジングとを含み、 前記ラジアル電磁石と前記位置検出センサは、前記第１
   のハウジングに設けられる第１のラジアル電磁石と第１
   の位置検出センサおよび前記第２のハウジングに設けら
   れる第２のラジアル電磁石と第２の位置検出センサを含
   むことを特徴とする、請求項１に記載のエキシマレーザ
   装置用還流ファンの構造。
4. 【請求項４】 前記モータは、前記回転軸に設けられる
   モータロータと、前記第２のハウジングに設けられるモ
   ータステータとを含み、前記モータステータは前記レー
   ザガスに対して耐腐食性を有する金属でシールされてい
   ることを特徴とする、請求項３に記載のエキシマレーザ
   装置用還流ファンの構造。
5. 【請求項５】 前記回転軸のモータロータの両側にバラ
   ンス取り部が設けられることを特徴とする、請求項４に
   記載のエキシマレーザ装置用還流ファンの構造。
6. 【請求項６】 前記第１および第２のハウジングには、
   前記第１および第２のラジアル電磁石と前記モータを冷
   却するための冷却水が供給される冷却水通路が形成され
   ることを特徴とする、請求項３に記載のエキシマレーザ
   装置用還流ファンの構造。
7. 【請求項７】 前記ファンは、その両端部で前記回転軸
   にねじ止めされていることを特徴とする、請求項１に記
   載のエキシマレーザ装置用還流ファンの構造。