JP2002204013A - エキシマレーザ装置 - Google Patents

エキシマレーザ装置

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JP2002204013A
JP2002204013A JP2001000015A JP2001000015A JP2002204013A JP 2002204013 A JP2002204013 A JP 2002204013A JP 2001000015 A JP2001000015 A JP 2001000015A JP 2001000015 A JP2001000015 A JP 2001000015A JP 2002204013 A JP2002204013 A JP 2002204013A
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Japan
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rotating shaft
permanent magnet
excimer laser
laser device
motor
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Yuji Yada
雄司 矢田
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NTN Corp
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部のモータからファンを回転させることに
よって原状とほぼ同じ大きさのファンをより高速で回転
可能なエキシマレーザ装置を提供する。 【解決手段】 ファン2が取付けられた回転軸1をラジ
アル磁気軸受4,5によって非接触で支持し、回転軸1
の一端の外径に永久磁石12を固着し、この永久磁石1
2に対向するようにカップリング部材15の内面に永久
磁石11を設け、カップリング部材15と回転軸1とを
磁気カップリングし、カップリング部材15をモータ1
3の回転軸14に固定することにより、モータ13によ
ってファン2を回転させる。

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
置に関し、特に、エキシマレーザ装置のガス循環ファン
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】近年、半導体露光装置の光源において
は、高スループット(単位時間当りの処理能力)が可能
なエキシマレーザ装置への期待が大きくなってきてい
る。高スループット実現のためには、レーザ発振周波数
を高める必要があるが、現状では1000Hzが限界と
もされており、将来的には2000〜4000Hzへ高
める必要がある。エキシマレーザ装置においては、レー
ザガスを高速で循環させる必要があり、ガス循環ファン
の高速化が不可欠となってくる。
【0003】図7は従来のエキシマレーザ装置のガス循
環ファンを示す図であり、特許第2981210号に記
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。
【0004】図7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10
3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晒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。
【0005】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晒され
て腐食することがないように、パイプ114が回転軸1
02との間に取付けられている。
【0006】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112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。
【0007】図8は従来装置の他の例を示す縦断面図で
あって、特開平11−303793号公報に記載されて
いるものである。
【0008】図8において、腐食性プロセスガスが封入
された気密容器201内に循環ファン202の両側のロ
ータ203と204のラジアル方向がそれぞれロータ2
03,204の外径に対向して設けられたラジアル磁気
軸受210,220によって軸支されるとともに、アキ
シャル方向がロータ203,204の端面に対向して設
けられたアキシャル軸受230,240によって軸支さ
れる。そして、モータ250の駆動力によって循環ファ
ン202が回転する。
【0009】ラジアル磁気軸受210,220の変位セ
ンサターゲット211,221と、アキシャル磁気軸受
230,240のセンサターゲット231,241と、
ラジアル磁気軸受210,220のロータ側磁極21
2,222と、アキシャル磁気軸受230,240のロ
ータ側磁極232,242は、循環ファン202のロー
タ203,204に固着して気密容器210内に連通し
た密閉空間内に配置されている。これらに対向する変位
センサ213,223,233,243と、ステータ側
磁極214,224,234,244は、キャン26
1,262,263,264を挟んで気密容器201外
に配置され、プロセスガスによる腐食が防止されてい
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図7に示したエキシマ
レーザ装置においては回転軸102がファン103の中
央部を貫通しており、図8に示したエキシマレーザ装置
においてもロータ203,204が循環ファン202の
中央部を貫通している。
【0011】図7および図8に示したエキシマレーザ装
置において、高速回転を行なうためには、大出力のモー
タを用いる必要があるが、大出力のモータを用いると形
状が大きくなってしまう。そして、モータの形状拡大に
伴って回転軸曲げ固有振動が低下し、回転の高速化が困
難になってしまうという問題点がある。
【0012】それゆえに、この発明の主たる目的は、外
部モータからファンを回転させることによって原状とほ
ぼ同じ大きさのファンをより高速で回転可能なエキシマ
レーザ装置を提供することである。
【0013】
【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、この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ー内
のレーザガスを循環させるエキシマレーザ装置におい
て、モータをチャンバー外に設け、永久磁石による磁気
カップリングを介して回転軸を回転駆動することを特徴
とする。
【0014】このように、モータをチャンバ外に設け、
永久磁石による磁気カップリングを介してファンが取付
けられた回転軸を回転駆動するようにしたので、回転軸
から重いモータロータを省くことができ、回転軸の固有
振動数をほとんど低下させることはなく、回転軸および
ファンの高速回転が可能となる。
【0015】また、磁気軸受は、ファンの両端に配設し
たラジアル磁気軸受と、回転軸の一端部に配設した制御
型スラスト磁気軸受とを含む。
【0016】さらに、回転軸の一端部外径に固着される
第1の永久磁石と、第1の永久磁石に、隔壁を介して径方
向に対峙して設けられる第2の永久磁石とを備え、第1
および第2の永久磁石の吸引力によりモータの回転駆動
力を回転軸に伝達することを特徴とする。
【0017】さらに、第1および第2の永久磁石を軸方
向にわずかに変移させたことを特徴とする。
【0018】さらに、回転軸の一方端面側に固着される
第3の永久磁石と、第3の永久磁石に、隔壁を介して軸
方向に対峙して設けられる第4の永久磁石とを備え、第
3および第4の永久磁石の吸引力によりモータの回転駆
動力を回転軸に伝達することを特徴とする。
【0019】さらに、回転軸に固着した永久磁石の表面
を耐腐食性のある金属でシールしたことを特徴とする。
【0020】さらに、磁気軸受のコイルを耐腐食性のあ
る金属でシールしたことを特徴とする。
【0021】さらに、磁気軸受は回転軸をロータとし、
該ロータに対向するステータとを含み、該ステータとロ
ータとの間に介在され、該ロータを包囲する耐腐食性の
あるキャンによりシールしたことを特徴とする。
【0022】さらに、回転軸内に空洞部を形成したこと
を特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施形態のエ
キシマレーザ装置の縦断面図である。
【0024】図1において、この発明ではファン2の高
速回転を実現するために、回転軸1の短縮化と軽量化の
ために、モータロータを回転軸に取込むビルトイン型で
はなく、モータ13を外部に設け、磁気カップリングに
よってモータ13からファン2を回転駆動する。
【0025】より具体的に説明すると、チャンバ3はレ
ーザガス22を密封するものであり、チャンバ3の両側
にハウジング23と24とが取付けられている。チャン
バ3にはレーザガス22を循環するためのファン2が設
けられていて、ファン2の中央部には回転軸1が貫通し
ている。
【0026】回転軸1の一方側にはラジアル磁気軸受4
が設けられ、他方側にはラジアル磁気軸受5が設けら
れ、回転軸1が非接触でラジアル方向に支持される。ま
た、回転軸1のスラスト方向は、回転軸1の一方端面
(左側)に固定されたスラスト板10およびスラスト磁
気軸受6の間の吸引力と、回転軸1の他方端面(右側)
およびハウジング24に埋め込まれた永久磁石7間の吸
引力とが釣り合うようにスラスト磁気軸受6に流れる電
流が制御される。
【0027】このように、軸受部がすべて磁気軸受によ
って非接触に支持されるので、ゴミや油の発生がなく、
レーザガス22が劣化することがない。
【0028】回転軸1の回転駆動は、外部に設けたモー
タ13によって行なわれる。モータ13の回転軸14に
はカップリング部材15が取付けられており、カップリ
ング部材15の内面にはカップリング永久磁石11が配
列されており、回転軸1の一方側の外径には、カップリ
ング永久磁石11に対向してカップリング永久磁石12
が固着されている。これらのカップリング永久磁石11
と12との吸引力によってモータ13の駆動力が回転軸
14,カップリング部材15,カップリング永久磁石1
1,12を介して回転軸1に伝達される。
【0029】図2は図1で示したカップリング部の詳細
を示す図である。図2において、カップリング部材15
のカップリング永久磁石11と、回転軸1に固着された
カップリング永久磁石12とが互いに吸引するように着
磁されている。着磁の向きは図2(a)ではカップリン
グ永久磁石11のS極とカップリング永久磁石12のN
極が対向しており、図2(b)ではカップリング永久磁
石11のN極とカップリング永久磁石12のS極が対向
するように配置されており、いずれであってもよい。
【0030】なお、カップリング部材15に設けられた
カップリング永久磁石11は隔壁17を介してレーザガ
ス22の外部に設置されるので、レーザガス22による
劣化は生じない。また、回転軸1に固着されたカップリ
ング永久磁石12は、外周に隔壁18が取付けられてお
り、レーザガス22による劣化が生じないように対策が
施されている。
【0031】上述のごとく、図1に示した実施形態で
は、回転軸1に取付けられるのはカップリング永久磁石
12のみであり、従来例の図7および図8に示したモー
タロータと比較して非常にコンパクトに形成することが
できる。その結果、回転軸1の軸長が短くなることによ
り、回転軸1の固有振動数が低下せず、高速回転での駆
動を実現できる。
【0032】図3はこの発明の他の実施形態のエキシマ
レーザ装置の縦断面図である。図3において、この実施
形態はカップリング永久磁石11と12の軸方向位置を
変位させたものである。すなわち、モータ13側のカッ
プリング永久磁石11と回転軸1側のカップリング永久
磁石12との軸方向の位置をずらして設置することによ
り、カップリング永久磁石11と12との間にはラジア
ル吸引力以外に軸方向に復元力が働く。この復元力は、
カップリング永久磁石11と12の軸方向位置が一致す
るまで、回転軸1を右方向に戻す力が働く。この復元力
とスラスト磁気軸受6とスラスト板10との間の吸引力
が釣り合うようにスラスト磁気軸受6の制御が行なわれ
る。その結果、図1に示した実施形態の永久磁石7が不
要となる。
【0033】なお、カップリング永久磁石11と12の
軸方向のずれの向きは反対でもよい。この場合、スラス
ト磁気軸受6とスラスト板10の向きも反対となる。
【0034】図4はこの発明のさらに他の実施形態のエ
キシマレーザ装置の縦断面図であり、図5は図4の磁気
カップリングの詳細を示す図である。
【0035】図4において、回転軸1の一方端面側に円
板状の第1のスラスト板10が取付けられ、この第1の
スラスト板10の一方端面側にカップリング永久磁石1
6が埋め込まれている。この第1のスラスト板10に対
向するようにある隙間を有して、円板状の第2のスラス
ト板25が設けられ、この第2のスラスト板25はモー
タ13の回転軸14に固定されている。第2のスラスト
板25には第1のスラスト板10のカップリング永久磁
石16に対向するようにカップリング永久磁石15が埋
め込まれている。
【0036】カップリング永久磁石26,16の着磁方
向は軸方向であり、図5(a)に示すように、カップリ
ング永久磁石26のS極とカップリング永久磁石16の
N極が対向するか、あるいは図5(b)に示すように、
カップリング永久磁石15のN極とカップリング永久磁
石26のS極が対向するように配置してもよい。
【0037】なお、カップリング永久磁石15は隔壁1
9を介してレーザガス22の外部に設置されており、こ
れによりレーザガス22による劣化は生じない。
【0038】また、カップリング永久磁石16には各レ
ーザガス22のガス雰囲気に晒されないように隔壁20
が取付けられており、これによりカップリング永久磁石
16がレーザガス22によって劣化することはない。軸
方向の位置制御は、カップリング部の吸引力とスラスト
磁気軸受6とスラスト板10との間の吸引力の釣り合い
によって行なわれる。
【0039】図6はこの発明のさらに他の実施形態のエ
キシマレーザ装置の縦断面図である。この図6に示した
実施形態は、図1,図3および図4に示した各実施形態
において、回転軸1の軸芯部に軸方向に沿って穴21を
形成したものである。このように穴21を形成すること
によって、回転軸1の質量を低減でき、回転軸1の固有
振動数を上昇させることが可能となり、高速回転には有
利となる。なお、穴21は回転軸1を軸方向に貫通させ
てもよくあるいは回転軸1の両端面から途中まで形成す
るようにしてもよい。
【0040】なお、各実施形態において、ラジアル磁気
軸受4,5のコイルを図7に示した従来例のように金属
のパイプ108,114でシールしてもよく、あるいは
図8に示した従来例のように磁気軸受のロータとステー
タとの間にロータを包囲する耐腐食性のあるキャンによ
りシールするようにしてもよい。
【0041】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。
【0042】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、モー
タをチャンバ外に設け、永久磁石による磁気カップリン
グを介してファンが取付けられた回転軸を回転駆動する
ようにしたので、回転軸から重いモータロータを省くこ
とができ、回転軸の固有振動数をほとんど低下させるこ
とはなく、回転軸およびファンの高速回転が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施形態のエキシマレーザ装置
の縦断面図である。
【図2】 図1に示した磁気カップリング部の詳細を示
す図である。
【図3】 この発明の他の実施形態のエキシマレーザ装
置の縦断面図である。
【図4】 この発明のさらに他の実施形態のエキシマレ
ーザ装置の縦断面図である。
【図5】 図4に示した磁気カップリング部の詳細を示
す図である。
【図6】 この発明のさらに他の実施形態のエキシマレ
ーザ装置の縦断面図である。
【図7】 従来のエキシマレーザ装置の縦断面図であ
る。
【図8】 従来のエキシマレーザ装置の他の例を示す縦
断面図である。
【符号の説明】
1 回転軸、2 ファン、3 チャンバ、4,5 ラジ
アル磁気軸受、6 スラスト磁気軸受、7 永久磁石、
10,25 スラスト板、11,12,16,26 カ
ップリング永久磁石、13 モータ、14 モータ軸、
15 カップリング部材、17,18 隔壁、21
穴、22 レーザガス、23,24 ハウジング。
───────────────────────────────────────────────────── 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 29/04 F16C 32/04 Z F16C 32/04 H01S 3/03 J H01S 3/225 3/223 E

Claims (9)

    【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、この回
    転軸を非接触で支持する制御型磁気軸受と、前記回転軸
    を回転させるモータとを備え、前記モータの駆動による
    前記ファンの回転によってチャンバー内のレーザガスを
    循環させるエキシマレーザ装置において、 前記モータを前記チャンバー外に設け、永久磁石による
    磁気カップリングを介して前記回転軸を回転駆動するこ
    とを特徴とする、エキシマレーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記磁気軸受は、 前記ファンの両端に配設したラジアル磁気軸受と、 前記回転軸の一端部に配設した制御型スラスト磁気軸受
    と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。
  3. 【請求項3】 さらに、前記回転軸の一端部外径に固着
    される第1の永久磁石と、 前記第1の永久磁石に、隔壁を介して径方向に対峙して
    設けられる第2の永久磁石とを備え、 前記第1および第2の永久磁石の吸引力により前記モー
    タの回転駆動力を前記回転軸に伝達することを特徴とす
    る、請求項1または2に記載のエキシマレーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記第1および第2の永久磁石を軸方向
    にわずかに変移させたことを特徴とする、請求項3に記
    載のエキシマレーザ装置。
  5. 【請求項5】 さらに、前記回転軸の一方端面側に固着
    される第3の永久磁石と、 前記第3の永久磁石に、隔壁を介して軸方向に対峙して
    設けられる第4の永久磁石とを備え、 前記第3および第4の永久磁石の吸引力により前記モー
    タの回転駆動力を前記回転軸に伝達することを特徴とす
    る、請求項1または2に記載のエキシマレーザ装置。
  6. 【請求項6】 前記回転軸に固着した永久磁石の表面を
    耐腐食性のある金属でシールしたことを特徴とする、請
    求項1から5のいずれかに記載のエキシマレーザ装置。
  7. 【請求項7】 前記磁気軸受のコイルを耐腐食性のある
    金属でシールしたことを特徴とする、請求項1から6の
    いずれかに記載のエキシマレーザ装置。
  8. 【請求項8】 前記磁気軸受は前記回転軸をロータと
    し、該ロータに対向するステータとを含み、該ステータ
    とロータとの間に介在され、該ロータを包囲する耐腐食
    性のあるキャンによりシールしたことを特徴とする、請
    求項1から7のいずれかに記載のエキシマレーザ装置。
  9. 【請求項9】 前記回転軸内に空洞部を形成したことを
    特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載のエキシ
    マレーザ装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018193528A1 (ja) * 2017-04-18 2018-10-25 ギガフォトン株式会社 ガスレーザ装置及び磁気軸受制御方法

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