JP4033631B2 - 放電励起エキシマレーザ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、放電励起エキシマレーザ装置に関し、特に一対の主放電電極の間に高速のレーザガス流を作り出す貫流ファンを磁気軸受で回転自在に支承した放電励起エキシマレーザ装置に関する。
【０００２】
背景技術
図９は、従来のこの種の放電励起エキシマレーザ装置の概略構造を示す断面図である。従来の放電励起エキシマレーザ装置では、図９に示すように、レーザガスが封入されたレーザ容器１０１の内部に、レーザガスを予備電離する予備電離電極（図示せず）と、レーザ光の発振を可能とする放電を得るための一対の主放電電極１０２，１０２とが配置されている。更に、レーザ容器１０１の内部には、一対の主放電電極１０２，１０２の間に高速のガス流を作り出すための貫流ファン１０３が配置されている。
【０００３】
貫流ファン１０３は、両端部から突出する回転軸１０４を有していて、この回転軸１０４は、レーザ容器１０１の両側に備えられた軸受１０６，１０６で回転自在に支承されている。また、レーザ容器１０１には、レーザ容器１０１内のレーザ光を取り出すための窓１０５，１０５と、レーザ容器１０１内のレーザガス中のダストを除去するためのダストフィルタ（図示せず）とが備えられている。
【０００４】
貫流ファン１０３を回転自在に支持する軸受１０６，１０６の潤滑剤としては、通常、フッ素系のグリースが用いられている。フッ素系のグリースは、放電励起エキシマレーザ装置で使用されるフッ素系等の腐食性ガスに対して、劣化が最も少ないとされている。しかしながら、フッ素系のグリースは、レーザガス中に拡散し、放電により発生する光とレーザガス中に含まれるフッ素との光化学反応によりＣＦ₄等の不純物を発生させて、レーザガスを劣化させてしまうという問題点がある。
【０００５】
これに対して、固体潤滑皮膜を軸受の構成部品に施すことで、グリースを不要化したものが提案されている。しかしながら、固体潤滑はグリース潤滑に比べて、軸受内部の摩擦が大きくなると指摘されている。また、固体潤滑皮膜は、厚さが１μｍ以下のオーダーであるため、レーザ容器内の放電によって発生したサブミクロン程度の金属ダストが軸受内に混入すると、固体潤滑皮膜を剥がす原因になるとされている。
【０００６】
更に、軸受保護を目的に、ダストを除去したレーザガスを貫流ファンと軸受の間に積極的に導入する方法が提案されている。また、保持器を潤滑性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）材で構成することも提案されている。しかしながら、結局のところ、フッ素系材質を使用しているため、削られたダストがレーザ容器内に拡散されてしまうという問題がある。
【０００７】
また、放電励起エキシマレーザ装置は、レーザガスに対して反応性の高いハロゲンガスを使用するので、レーザ容器内は、ハロゲンに対して耐食性の高いＮｉやＮｉめっきを施した金属材料が多く使用されている。しかしレーザ発振時には、放電電極間の放電でレーザガスを励起するため、レーザ容器内のＮｉやＮｉめっきを施した金属材料がスパッタされ、レーザガス中にＮｉ粉末やハロゲンガスと化学反応したＮｉ粉末が発生する。
【０００８】
このＮｉ粉末は強磁性体であるため、軸受として非接触型の磁気軸受を使用し、かつモータを内蔵すると、Ｎｉ粉末が磁気軸受やモータの磁性材表面に付着し堆積して、貫流ファンの回転を阻害するという問題があった。この対策として、従来は、ロータとステータ間のクリアランスをできるだけ大きくすることにより、磁気軸受やモータの磁性材表面にダストが付着しても回転が阻害されないようにしていた。
【０００９】
しかしながら、上記のように磁気軸受やモータへのダスト付着代を大きくすればするほど、ロータとステータ間のクリアランスを大きくする必要があるため、磁気軸受の制御力が小さくなる欠点があった。一般に、磁気軸受の制御力はクリアランスの２乗に比例して低下するので、クリアランスを２倍にして、且つ制御力を維持するためには、電磁石表面積を４倍、又は電磁石コイルのターン数を４倍、又はコイル制御電流を２倍に強化した磁気軸受が必要となる。
【００１０】
発明の開示
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、レーザ容器内のレーザガスの劣化が少なく、磁気軸受やモータにダストが流入することがなく、且つレーザガスに接触する部分の損傷が少なく、寿命の長い放電励起エキシマレーザ装置を提供することを第１の課題とする。
【００１１】
また、磁気軸受やモータへのダストの混入を防止でき、長期間連続運転が可能な放電励起エキシマレーザ装置を提供することを第２の課題とする。
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、レーザガスを封入し、レーザ光の発振を可能とする放電を得るための少なくとも一対の主放電電極を収納したレーザ容器と、磁気軸受で両端部を回転自在に支承され、前記少なくとも一対の主放電電極間に高速のレーザガス流を作り出す貫流ファンと、前記貫流ファンを回転駆動するモータと、前記レーザ容器の両端に連接され、前記磁気軸受と前記モータを内部に収納するハウジングと、前記磁気軸受及び前記モータのロータ側とステータ側との間の隙間を通って前記ハウジングの全長に亘って延び前記レーザ容器の内部に連通するレーザガス流路と、前記レーザ容器の内部から延出して前記レーザガス流路に前記ハウジングの両端で連通するレーザガス導入路と、前記レーザガス導入路内に配置された少なくとも１つのフィルタとを有することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、レーザ容器内のレーザガスがレーザガス導入路からレーザガス流路を順次流れてレーザ容器内に戻るレーザガスの流れが生じ、このレーザガス流路を流れる際に、貫流ファンを回転自在に支承する磁気軸受のステータ側とロータ側との隙間、及び貫流ファンを回転駆動するモータのステータ側とロータ側との間の隙間をレーザガスが流れてこれらの隙間がレーザガスに置換される。これにより、装置立上げ時の不純物除去の作業時間を短縮すると共に、ダストフリーに維持することができる。
【００１４】
前記磁気軸受と前記モータは、前記レーザ容器の両側に連接したハウジング内に収納されている。
これにより、レーザ容器とハウジングとを別体とすることで、メンテナンスや組立ての便を図ることができる。
【００１５】
前記レーザガス流路は、前記ハウジングの全長に亘って延び、このハウジングの端面で前記レーザガス導入路と連通している。
これにより、レーザガス流路にその全長に亘る一方向のレーザガスの流れを生じさせて、レーザガス通路内にレーザガスが留まってしまうことを防止することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、前記磁気軸受と前記モータの前記レーザガス流路に面する部分は、レーザガスに対する耐食性に優れた材料で構成するか、またはレーザガスに対する耐食性に優れた材料製のキャンで覆われていることを特徴とする。
この発明によれば、磁気軸受とモータの前記レーザガス流路に面する部分は、レーザガスに対して耐食性の優れた材料で構成するか、またはレーザガスに対する耐食性に優れた材料製のキャンで覆われるので、磁気軸受やモータの耐食性が向上する。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、前記レーザガスに対する耐食性に優れた材料は、パーマロイ、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル−銅合金、ニッケル−クロム合金またはニッケル−クロム−モリブデン合金であることを特徴とする。
この発明によれば、例えばモータのステータ側とロータ側、及び磁気軸受のステータ側をオーステナイト系ステンレス鋼製等のキャンで覆い、磁気軸受のロータ側をＰＣパーマロイの無垢材で構成することで、磁気軸受及びモータの長寿命化、性能や効率の向上、小型化が図れる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、前記レーザガス導入路内に差圧発生機構が設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、レーザガス導入路内に差圧発生機構を設けることで、レーザガス導入路からレーザガス流路を通ってレーザ容器に戻るレーザガスの流れが確実に得られる。その結果、磁気軸受及びモータへのダストの流入を防止できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、前記レーザガス流路内に差圧発生機構が設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、レーザガス流路内に差圧発生機構を設けることで、レーザガス導入路からレーザガス流路を通ってレーザ容器に戻るレーザガスの流れが確実に得られ、併せて、レーザ容器の両側に連結したハウジング内へのダクトの流入を防止できる。その結果、磁気軸受及びモータへのダストの流入を防止できる。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、前記差圧発生機構はねじ溝ラビリンスからなることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、前記ねじ溝ラビリンスは前記磁気軸受と前記レーザ容器の内部との間に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
発明を実施するための最良の形態
次に本発明の実施の形態を図１乃至図８を参照して説明する。
図１乃至図４は、本発明の第１の実施の形態における放電励起エキシマレーザ装置を示す図であり、図１は全体構造を示す断面図、図２は軸受ハウジング部の詳細を示す断面図、図３はモータハウジング部の詳細を示す断面図、図４は貫流ファンの側板の形状を示す図である。
【００２１】
図１において、１はレーザ容器であり、このレーザ容器１の内部に、レーザガスを予備電離する予備電離電極（図示せず）と、レーザ光の発振を可能とする放電を得るための一対の主放電電極２，２が配置されている。更に、レーザ容器１内には、一対の主放電電極２，２の間に高速のガス流を作り出す貫流ファン３が配置されている。なお、主放電電極は、複数対であっても良い。
【００２２】
レーザ光の発振は、一対の主放電電極２，２の間に高電圧を印加することによってレーザ励起放電が行なわれて得られる。発生したレーザ光は、レーザ容器１の側壁に設けられた窓５，５を経由してレーザ容器１の外部へ取り出される。レーザ励起放電が行われると、一対の主放電電極２，２の間にあるレーザガスは劣化により放電特性が悪くなり、繰返し発振が行えなくなる。このため、貫流ファン３を回転させてレーザ容器１内のレーザガスを循環させ、放電毎に一対の主放電電極２，２間のレーザガスを入れ替えることにより、安定した繰返し発振を行なっている。
【００２３】
ここで、一対の主放電電極２，２の間の距離は、例えば約２０ｍｍ、全長は約６００ｍｍである。また、繰返し発振数は１秒間に数千回である。貫流ファン３の全長は、一対の主放電電極２，２の全長に亘り均一な風速を得るために主放電電極２，２の長さより若干長くなっている。この貫流ファン３を２５００〜３５００ｍｉｎ^−１の回転速度で回転させて、一対の主放電電極２，２間に必要十分なガス流れを得ている。ちなみに、本発明の実施例では、磁気軸受によりロータを非接触に支持しているので、軸受性能による回転数の上限は数万回転以上である。よって、高速タイプのファンも可能である。
【００２４】
貫流ファン３は、内部を貫通し両端部から突出する回転軸４を有している。この回転軸４は、レーザ容器１の両側に設けられた軸受ハウジング６とモータハウジング７に収容されたラジアル磁気軸受８，９，１０及びアキシャル磁気軸受１１によって非接触状態で回転自在に支持されている。そして、モータハウジング７内には、貫流ファン３の回転軸４に回転動力を与えるモータ１２が収容されている。
【００２５】
軸受ハウジング６とモータハウジング７の内部には、ラジアル磁気軸受８，９，１０が作動していない時に貫流ファン３の回転軸４を支持する保護用軸受１３，１４，１５が設けられている。
軸受ハウジング６及びモータハウジング７の内部のレーザ容器１側には、回転軸４と一体に回転して差圧を発生させる差圧発生機構としてのねじ溝ラビリンス１６，１７が設けられている。なお、この例では、ねじ溝ラビリンス１６，１７のねじ溝を貫流ファン３の回転軸４側に設けているが、ねじ溝を軸受ハウジング６側及びモータハウジング７側に設けても良いことは勿論である。
【００２６】
また、レーザ容器１にはガス流出口１８が設けられており、このガス流出口１８と軸受ハウジング６の端部に設けられたガス導入口６ｅ及びモータハウジング７の端部に設けられたガス導入口７ｃは、レーザガス導入室１９及びガス流入管２１，２１を介して接続されてレーザガス導入路６０が形成されている。レーザガス導入室１９の内部には、ダスト除去フィルタ２０，２０が収納されている。
【００２７】
更に、軸受ハウジング６の内部には、ラジアル磁気軸受８及びアキシャル磁気軸受１１のロータ側とステータ側の隙間を通って軸受ハウジング６の軸方向の全長に亘って延び、レーザ容器１の内部に連通するレーザガス流路６１が設けられている。モータハウジング７の内部には、ラジアル磁気軸受９，１０及びモータ１２のロータ側とステータ側との隙間を通ってモータハウジング７の軸方向の全長に亘って延び、レーザ容器１の内部に連通するレーザガス流路６２が設けられている。そして、レーザガス流路６１，６２は、ガス導入口６ｅ，７ｃを介してレーザガス導入路６０に連通している。
【００２８】
これにより、回転軸４の回転に伴う貫流ファン３及びねじ溝ラビリンス１６，１７の回転に伴って、レーザ容器１内のレーザガスがレーザガス導入路６０からレーザガス流路６１，６２を順次流れてレーザ容器１内に戻るレーザガスの流れが生じ、このレーザガス流路６１，６２に沿って、レーザガスが貫流ファン３を回転自在に支承する磁気軸受８，９，１０，１１のステータ側とロータ側との隙間、及び貫流ファン３を回転駆動するモータ１２のステータ側とロータ側との間の隙間を流れるようになっている。
【００２９】
軸受ハウジング６は、図２に詳細に示すように、レーザ容器１の側壁に取付けられた軸受ハウジング本体６ａと、一対の電磁石ハウジング６ｂ，６ｃと、ガス導入口６ｅを有する軸受カバー６ｄとから構成され、この内部にラジアル磁気軸受８とアキシャル磁気軸受１１が収容されている。そして、各取付面には、シール用溝２９，３１，３３，３５がそれぞれ設けられ、この各シール用溝２９，３１，３３，３５内にシール材３０，３２，３４，３６をそれぞれ装着してレーザガスを密閉している。なお、シール材３０，３２，３４，３６としては、レーザガスを汚染する水分等のガス放出が少ない金属製（例えば、ステンレス鋼製やアルミニウム）のシール材が好適である。
【００３０】
ラジアル磁気軸受８の変位センサ８ａと電磁石８ｂは、スペーサ２２と側板２３により相対位置決めされた状態で軸受ハウジング本体６ａへ収容されている。そして軸受ハウジング本体６ａの内周面に薄肉円筒状のキャン２４を挿入し、両端を溶接等により固着している。上記構造としたので、レーザガスに対して耐腐食性の乏しい珪素鋼板や銅線コイルからなる変位センサ８ａと電磁石８ｂは、レーザガスと接することがない。なお、変位センサ８ａと電磁石８ｂの内周面にＮｉめっき又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）による隔離相又は隔壁を設けても良い。
【００３１】
アキシャル磁気軸受１１の電磁石１１ｂ，１１ｃは、互いに対向する位置で、一対の電磁石ハウジング６ｂ，６ｃに挟持して固定されている。そして、表面に薄肉円板状のキャン２７，２７を溶接等により固着している。また、アキシャル変位センサ１１ａは軸受カバー６ｄに収容され、レーザガスと接触する面に薄肉円板状のキャン２８を溶接等により固着して気密容器外に配置している。
【００３２】
また、キャン２４，２７，２８の材料には、レーザガスに対する耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル−銅合金、ニッケル−クロム合金またはハステロイ（ニッケル−クロム−モリブデン合金）を使用している。これにより、キャン２４，２７，２８のレーザガスによる腐食を防止するようにしている。また、キャン２４，２７，２８は、レーザ容器１と連通して気密空間を形成する部品なので、その板厚はレーザガスの封入圧力（１〜３ｋｇ／ｃｍ^２）に耐える厚さを有する必要がある。上記材料は高い機械的強度を有するのでキャンの厚さを薄くすることができ、且つ磁気軸受が発生する磁力線を妨害しない非磁性材料なので、磁気軸受を効率的に動作させることができる。
【００３３】
一方、貫流ファン３の回転軸４には、ラジアル磁気軸受８の変位センサターゲット８ｃと電磁石ターゲット８ｄがロータスペーサ２５，２６により相対位置決めされた状態で固着されている。また、回転軸４の端部には、アキシャル磁気軸受１１の変位センサターゲット１１ｄと電磁石ターゲット１１ｅが固着され、レーザ容器１と連通した気密空間内に配置されている。
【００３４】
ここで、ラジアル磁気軸受８の変位センサターゲット８ｃと電磁石ターゲット８ｄ、及びアキシャル磁気軸受１１の変位センサターゲット１１ｄと電磁石ターゲット１１ｅを構成する磁性材料としては、レーザガス中に含まれるフッ素に対して耐腐食性が良好なＰＣパーマロイ（７５〜８０％Ｎｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金）の無垢材を使用している。
【００３５】
なお、ＰＣパーマロイの代わりに、飽和磁束密度が大きく電磁石の構成材料として好適なＰＤパーマロイ（３５〜４０％Ｎｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金）やＰＢパーマロイ（４０〜５０％Ｎｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金）の表面にＮｉめっきを施したものを使用しても良い。このように、Ｎｉめっきを施すことにより、ＰＣパーマロイと同等、或いはそれ以上のレーザガスに対する耐食性を持たせることができるが、ガス溜りができレーザガスを汚染することを防止するため、均一で密着性の高いＮｉめっきを施す必要がある。
【００３６】
図５は、パーマロイのフッ素ガスに対する耐腐食性試験の結果を示す図である。図５に示するように、パーマロイは、Ｎｉ含有率８０％のＰＣパーマロイ（ＪＩＳＣ２５３１）では、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌより良好な耐腐食性を示している。Ｎｉ含有量４５％のＰＢパーマロイ（ＪＩＳＣ２５３１）のフッ素ガスに対する耐腐食性は、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の１／２程度であり、ＰＣパーマロイに比して耐腐食性は劣る。しかしながら、ＰＢパーマロイに、例えばＮｉめっき等の表面処理を施すことにより、ＰＣパーマロイと同等、或いはそれ以上の耐腐食性を持たせることができることが判る。
【００３７】
保護用軸受１３には、転動体１３ａがアルミナセラミックスで構成され、内輪１３ｂと外輪１３ｃがＳＵＳ４４０Ｃ等のステンレス鋼で構成された転がり軸受を用いている。保護用軸受１３はレーザ容器１と連通する気密室内に設置するので、転動体１３ａ、内輪１３ｂ、外輪１３ｃは、レーザガスに対して耐腐食性を有する材料で構成した。従って、この実施の形態の保護用軸受１３では、レーザガスにより軸受が劣化することがない。また、転動体１３ａは、アルミナセラミックスで構成したので、保護用軸受１３の許容回転数及び許容荷重が大きくなり、保護用軸受１３として好適となる。なお、保護用軸受１３は前述した材料で構成したが、転動体１３ａはジルコニアセラミックスでもよい。内輪１３ｂ、外輪１３ｃはアルミナセラミックス及びジルコニアセラミックスで構成しても良い。
【００３８】
また、潤滑剤には、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を内・外輪転動面にコーティングした。このように、潤滑剤に、レーザガスに対して安定であり潤滑性能の高いＰＴＦＥを固体潤滑剤として用いるので、レーザガスを劣化させることがない。更に、固体潤滑剤は、潤滑剤を用いない場合に比して軸受寿命を著しく向上させる。よって保護用軸受１３の交換が長期間不要となる。なお、潤滑剤には、鉛、若しくは鉛を含む合金で構成された固体潤滑剤を用いても良い。
【００３９】
なお、保護用軸受１３にはＰＴＦＥ材からなるリング部材を用いても良い。これにより、ＰＴＦＥ材は高純度のフッ素樹脂であるため、耐環境性も良く、ガス溜りの少ない構造とすることができる。
モータハウジング７は、図３に詳細に示すように、レーザ容器１の側壁に取付けたモータハウジング本体７ａと、ガス導入口７ｃを有する軸受カバー７ｂとから構成され、この内部にラジアル磁気軸受９，１０とモータ１２が収納されている。そして、各取付面には、それぞれシール用溝５２，５４が設けられ、このシール用溝５２，５４内にシール材５３，５５を装着してレーザガスを密閉している。なお、シール材５３，５５には、レーザガスを汚染する水等のガス放出が少ない金属（例えばステンレス鋼やアルミニウム）のシール材が好適である。
【００４０】
モータハウジング本体７ａには、ラジアル磁気軸受９の変位センサ９ａと電磁石９ｂ、モータ１２のステータ１２ａ及びラジアル磁気軸受１０の変位センサ１０ａと電磁石１０ｂがスペーサ４１，４２，４３と側板４４により相対位置決めされた状態で収容されている。そしてモータハウジング７の内周面には、薄肉円筒状のキャン４５を挿入し、両端を溶接等により固着している。キャン４５の材料は、前述の理由から、オーステナイト系ステンレス鋼やハステロイ（ニッケル−クロム−モリブデン合金）等を使用している。上記構造とすることにより、ラジアル磁気軸受９の変位センサ９ａ、電磁石９ｂ、ラジアル磁気軸受１０の変位センサ１０ａ、電磁石１０ｂ及びモータ１２のモータステータ１２ａがレーザガスに接触することが防止される。
【００４１】
一方、貫流ファン３の回転軸４には、ラジアル磁気軸受９の変位センサターゲット９ｃと電磁石ターゲット９ｄ、モータ１２のモータロータ１２ｂ及びラジアル磁気軸受１０の変位センサターゲット１０ｃと電磁石ターゲット１０ｄがロータスペーサ４６，４７，４８，４９により相対位置決めされた状態にて固着され、レーザ容器１と連通した気密空間内に設置されている。ここで、変位センサターゲット９ｃ，１０ｃ及び電磁石ターゲット９ｄ，１０ｄを構成する材料としては、ラジアル磁気軸受８の変位センサターゲット８ｃ及び電磁石ターゲット８ｄと同様にＰＣパーマロイ（７０〜８０％Ｎｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金）を使用しているが、表面にＮｉめっきを施したＰＤパーマロイ（３５〜４０％Ｎｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金）やＰＢパーマロイ（４０〜５０％Ｎｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金）を使用しても良い。
【００４２】
また、モータ１２のモータロータ１２ｂは、その外周面にキャン５０を取付け、側板５１，５１と溶接等により固着し、更に側板５１，５１と貫流ファン３の回転軸４を溶接等により固着することにより気密空間を形成し、レーザガスに接することをなくしている。キャン５０の材料は、前述した理由により、オーステナイト系ステンレス鋼やハステロイ（ニッケル−クローム−モリブデン合金）等を使用している。
【００４３】
保護用軸受１４，１５は、軸受ハウジング６に設けられた保護用軸受１３と同様に、転動体１４ａ，１５ａがアルミナセラミックスで構成され、内輪１４ｂ，１５ｂ及び外輪１４ｃ，１５ｃがＳＵＳ４４０Ｃ等のステンレス鋼で構成された転がり軸受を用いた。なお、前述のように、ＰＴＦＥ材からなるリング部材を用いても良い。
【００４４】
図４は貫流ファン３の両側端に設ける側板３−１の形状を示す図で、側板３−１には、図４Ａに示すように複数の穴３−１ａが形成された穴開けタイプと、図４Ｂに示すように穴を設けない平板タイプがある。側板３−１が穴３−１ａの無い平板タイプであれば、側板３−１のポンプ効果によって、図２の矢印Ａに示すような側板３−１の外周方向に向かうレーザガスの流れが生じる。
【００４５】
側板３−１が穴開けタイプであると、貫流ファン３のファン効果により、レーザガスは穴３−１ａを通って図２の矢印Ｂに示すような貫流ファン３の外周方向に向かうレーザガス流れが生じる。その結果として、図２の矢印Ｃに示すような中心方向に向かうレーザガス流れが受動的に発生する。ここではこれに加えて、図２に矢印Ｄに示すような貫流ファン３に向かうレーザガスの流れが発生する。なお、このことは、モータハウジング７側においても同様である。
【００４６】
上記のように構成した放電励起エキシマレーザによれば、貫流ファン３及びねじ溝ラビリンス１６，１７の回転によって、レーザガス導入路６０からレーザガス流路６１，６２を順次流れてレーザ容器１内に戻るレーザガスの流れが生じ、レーザガスは、レーザガス導入室１９内のダスト除去フィルタ２０でクリーン化される。
【００４７】
そして、クリーン化されたレーザガスが軸受ハウジング６に設けられたレーザガス流路６１を流れる際に、アキシャル磁気軸受１１のロータ側（変位センサターゲット１１ｄと電磁石ターゲット１１ｅ）とステータ側（アキシャル変位センサ１１ａと電磁石１１ｂ，１１ｃ）との隙間、及びラジアル磁気軸受８のロータ側（変位センサターゲット８ｃと電磁石ターゲット８ｄ）とステータ側（変位センサ８ａと電磁石８ｂ）との隙間を流れて、これらの隙間を積極的にクリーン化されたレーザガスに置換する。
【００４８】
この時、アキシャル磁気軸受１１のロータ側（変位センサターゲット１１ｄと電磁石ターゲット１１ｅ）及びラジアル磁気軸受のロータ側（変位センサターゲット８ｃと電磁石ターゲット８ｄ）は、レーザガスに対する耐食性に優れたＰＣパーマロイで構成され、アキシャル磁気軸受１１のステータ側（アキシャル変位センサ１１ａと電磁石１１ｂ，１１ｃ）及びラジアル磁気軸受８のステータ側（変位センサ８ａと電磁石８ｂ）は、オーステナイト系ステンレス鋼やハステロイ製等のキャン２８，２７，２４で覆われて、磁気軸受８，１１の耐食性が向上する。
【００４９】
一方、クリーン化されたレーザガスがモータハウジング７に設けられたレーザガス流路６２を流れる際に、ラジアル磁気軸受１０のロータ側（変位センサターゲット１０ｃと電磁石ターゲット１０ｄ）とステータ側（変位センサ１０ａと電磁石１０ｂ）との隙間、モータ１２のモータロータ１２ｂとモータステータ１２ａとの隙間、及びラジアル磁気軸受９のロータ側（変位センサターゲット９ｃと電磁石ターゲット９ｄ）とステータ側（変位センサ９ａと電磁石９ｂ）との隙間を流れて、これらの隙間を積極的にクリーン化されたレーザガスに置換する。
【００５０】
この時、ラジアル磁気軸受１０のロータ側（変位センサターゲット１０ｃと電磁石ターゲット１０ｄ）及びラジアル磁気軸受９のロータ側（変位センサターゲット９ｃと電磁石ターゲット９ｄ）は、レーザガスに対する耐食性に優れたＰＣパーマロイで構成され、ラジアル磁気軸受１０のステータ側（変位センサ１０ａと電磁石１０ｂ）、ラジアル磁気軸受９のステータ側（変位センサ９ａと電磁石９ｂ）及びモータステータ１２ａは、オーステナイト系ステンレス鋼やハステロイ製等のキャン４５で一体に覆われ、またモータロータ１２ｂもオーステナイト系ステンレス鋼やハステロイ製等のキャン５０で覆われて、磁気軸受９，１０及びモータ１２の耐食性が向上する。
【００５１】
図６は、本発明の第２の実施の形態における放電励起エキシマレーザ装置を示す断面図である。図６において、図１乃至図４と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。なお、他の図面においても同様とする。この放電励起エキシマレーザ装置では、ガス導入室１９のダスト除去フィルタ２０，２０の下流側（ガス導入室１９の両端部）に貫流ファンユニット７０，７０が配置されている。
【００５２】
この貫流ファンユニット７０，７０により、ダスト除去フィルタ２０やガス導入管２１、又は軸受ハウジング６やモータハウジング７内の磁気軸受８，９，１０，１１やモータ１２による圧力損失を補完する差圧がレーザガスに与えられ、レーザガスの流れが確実になる。これにより、レーザ容器１からレーザガス導入路６０及びレーザガス流路６１，６２を通ってレーザ容器１に戻るレーザガス流れを促進し、更にレーザ容器１からレーザガス流路６１，６２を通るレーザガスの流れを抑制でき、その結果、磁気軸受８，９，１０，１１及びモータ１２へのダストの流入を防止できる。
【００５３】
図７は、本発明の第３の実施の形態における放電励起エキシマレーザ装置を示す断面図である。この放電励起エキシマレーザ装置では、レーザ容器１と貫流ファン３の両側に配置した磁気軸受８，９との間の流路に、軸流ファン７１，７１を配置している。この軸流ファン７１，７１は貫流ファン３の回転軸４に固着され貫流ファン３と共に回転して差圧を発生する。これにより、磁気軸受８，９，１０，１１及びモータ１２のロータ側とステータ側の間にあるガスは、ダスト除去フィルタ２０とガス導入管２１を通って流れ込んだガスとなるため、磁気軸受８，９，１０，１１及びモータ１２へのダストの流入を防止できる。
【００５４】
図８は本発明に係る第４の実施の形態における放電励起エキシマレーザ装置を示す断面図である。この放電励起エキシマレーザ装置が図１乃至図４に示すものと相違する点は、モータ１２の軸端側に設けたラジアル磁気軸受１０がない点にある。このモータ１２の軸端側に設けたラジアル磁気軸受１０は、モータ１２の大型化によってモータ１２による加振が大きい場合に設けると、より振動の少ない安定した回転が行えるというものであるから、モータ１２が小型で該モータ１２による加振が小さい場合は、図８に示すようにモータ１２の軸端側のラジアル磁気軸受は設けなくともよい。
【００５５】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ容器内のレーザガスがレーザガス導入路からレーザガス流路を順次流れてレーザ容器内に戻るレーザガスの流れが生じ、このレーザガス流路を流れる際に、貫流ファンを回転自在に支承する磁気軸受のステータ側とロータ側との隙間、及び貫流ファンを駆動するモータのステータ側とロータ側との間の隙間をレーザガスが流れてこれらの隙間がレーザガスに置換される。これにより、装置立上げ時の不純物除去の作業時間を短縮すると共に、ダストフリーに維持することができる。従って、クリーンで長寿命な放電励起エキシマレーザ装置を提供できる。
【００５６】
また、前記磁気軸受と前記モータの前記レーザガス流路に面する部分をレーザガスに対する耐食性に優れた材料で構成するか、またはレーザガスに対する耐食性に優れた材料製のキャンで覆うことにより、磁気軸受やモータの耐食性が向上する。従って、長寿命な放電励起エキシマレーザ装置を提供できる。
【００５７】
更に、前記レーザガス導入路またはレーザガス流路内に差圧発生機構を設けることにより、レーザガス導入路からレーザガス流路を通ってレーザ容器に戻るレーザガスの流れが確実に得られる。その結果、磁気軸受及びモータへのダストの流入・付着を防止でき、ファンの回転を阻害することなく、長時間安定した連続運転を行うことができる。
【００５８】
産業上の利用の可能性
本発明は、一対の主放電電極の間に高速のレーザガス流を作り出す貫流ファンを磁気軸受で回転自在に支承した放電励起エキシマレーザ装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施の形態における放電励起エキシマレーザ装置の全体構造を示す断面図である。
【図２】 図２は、図１に示す放電励起エキシマレーザ装置の軸受ハウジング部の詳細を示す断面図である。
【図３】 図３は、図１に示す放電励起エキシマレーザ装置のモータハウジング部の詳細を示す断面図である。
【図４】 図４Ａおよび図４Ｂは、図１に示す放電励起エキシマレーザ装置の貫流ファンの側板の形状を示す図である。
【図５】 図５は、パーマロイのフッ素に対する耐腐食性試験の結果を示す図である。
【図６】 図６は、本発明の第２の実施の形態における放電励起エキシマレーザ装置の全体構造を示す断面図である。
【図７】 図７は、本発明の第３の実施の形態における放電励起エキシマレーザ装置の全体構造を示す断面図である。
【図８】 図８は、本発明の第４の実施の形態における放電励起エキシマレーザ装置の全体構造を示す断面図である。
【図９】 図９は、従来の放電励起エキシマレーザ装置の構造例を示す断面図である。

Claims (7)

1. レーザガスを封入し、レーザ光の発振を可能とする放電を得るための少なくとも一対の主放電電極を収納したレーザ容器と、
   磁気軸受で両端部を回転自在に支承され、前記少なくとも一対の主放電電極間に高速のレーザガス流を作り出す貫流ファンと、
   前記貫流ファンを回転駆動するモータと、
   前記レーザ容器の両端に連接され、前記磁気軸受と前記モータを内部に収納するハウジングと、
   前記磁気軸受及び前記モータのロータ側とステータ側との間の隙間を通って前記ハウジングの全長に亘って延び前記レーザ容器の内部に連通するレーザガス流路と、
   前記レーザ容器の内部から延出して前記レーザガス流路に前記ハウジングの両端で連通するレーザガス導入路と、
   前記レーザガス導入路内に配置された少なくとも１つのフィルタとを有することを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。
2. 請求項１に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、
   前記磁気軸受及び前記モータの前記レーザガス流路に面する部分は、レーザガスに対する耐食性に優れた材料で構成するか、またはレーザガスに対する耐食性に優れた材料製のキャンで覆われていることを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。
3. 請求項２に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、
   前記レーザガスに対する耐食性に優れた材料は、パーマロイ、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル−銅合金、ニッケル−クロム合金またはニッケル−クロム−モリブデン合金であることを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。
4. 請求項１に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、
   前記レーザガス導入路内に差圧発生機構が設けられていることを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。
5. 請求項１に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、
   前記レーザガス流路内に差圧発生機構が設けられていることを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。
6. 請求項５に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、
   前記差圧発生機構はねじ溝ラビリンスからなることを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。
7. 請求項６に記載の放電励起エキシマレーザ装置において、
   前記ねじ溝ラビリンスは前記磁気軸受と前記レーザ容器の内部との間に配置されていることを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。

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