JP2000138404A - エキシマレーザ装置用の貫流ファン - Google Patents
エキシマレーザ装置用の貫流ファンInfo
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Abstract
能なエキシマレーザ装置用の貫流ファンを提供する。 【解決手段】 複数の翼を有する翼部6と、翼部6を回
転させる回転軸4と、回転軸4を非接触で回転自在に支
承する磁気軸受7とを備え、翼部6の回転によってチャ
ンバ2内に封入されたレーザガスを循環させるエキシマ
レーザ装置用の貫流ファン1において、チャンバ2内に
内挿され、かつ回転軸を回転駆動するモータ23のロー
タ21を、回転軸4の外周部に装着し、さらに、回転軸
4を支える磁気軸受7,7を、ロータ21の軸方向両側
に少なくとも1個ずつ配置したことを特徴とする。
Description
置のレーザガスを循環させる貫流ファンに関し、特には
振動が小さく、高回転数で回転可能なエキシマレーザ装
置用の貫流ファンに関する。
ガスを循環させる貫流ファンとして、回転軸を磁気軸受
によって支承された貫流ファンが知られている。図5及
び図6は、本出願人が特開平10−173259号公報
に開示した技術の一例であり、図5はエキシマレーザ装
置の全体構成を表す側面断面図、図6は、そのP部詳細
図である。以下、これらの図に基づいて従来技術を説明
する。
は、レーザ光を発振する媒質となるレーザガスが封入さ
れている。チャンバ2の所定位置には、複数の翼を有す
る翼部6と回転軸4とを備えた貫流ファン1が配設され
ており、この回転軸4に駆動力を与えて翼部6を回転さ
せることによってレーザガスを循環させ、放電電極3,
3間に導いている。エキシマレーザ装置は、放電電極
3,3間に所定の高電圧を印加することによってレーザ
ガスを励起し、レーザ光を発振している。
の磁気軸受7,7によって回転自在に支承されている。
これらの磁気軸受7,7は、回転軸4の外周に環状に装
着されてこの回転軸4と一体に回転する永久磁石10
と、この永久磁石10の外周を所定の隙間を介して環状
に取り巻く永久磁石11とを備えている。そして、この
永久磁石10と永久磁石11との対向面を同性の磁極と
し、この永久磁石10,11間の反発力を利用して、回
転軸4を非接触状態で回転自在に支承している。
中右側端)には、永久磁石13が取り付けられており、
この永久磁石13は障壁部12を介して永久磁石14と
対向している。この永久磁石14は、チャンバ2の外壁
に取り付けられたモータ15のモータ回転軸17に取り
付けられており、永久磁石13,14及び障壁部12
が、モータ15の駆動力を貫流ファン1に伝える磁気ト
ルクカップリング16を構成している。
開平10−173259号公報に開示されたエキシマレ
ーザ装置には、次に述べるような問題点がある。
ーザガスの圧力が高く(通常2気圧以上)、この中で貫
流ファン1が回転する際にレーザガスの抵抗が大きいた
めに、貫流ファン1が激しく振動する。このような振動
がチャンバ2に伝わり、エキシマレーザ装置の光学部品
(図示せず)の光軸がずれて、レーザ光の特性に悪影響
を及ぼすことがある。さらには、貫流ファン1の回転軸
4とモータ回転軸17とは分離しているので、両者の回
転の中心軸を完全に一致させるのは困難であり、実用
上、回転の中心にずれが生じる。そのために、回転軸4
に不均一な力がかかって貫流ファン1が振動するといっ
た問題がある。しかしながら、前記同公報においては、
貫流ファン1の振動を抑制するための手段がまったく記
載されていない。
てリソグラフィ等の光加工を行なう場合に、レーザ光の
発振周波数を上げて加工の能力を向上させたいという要
求がある。レーザ光の発振周波数を上げるためには、貫
流ファン1の回転数を上げて循環するレーザガスの流量
を増加させる必要があるが、従来技術に係る貫流ファン
1では振動が激しく、回転数を上げられない。しかも、
従来技術ではモータ15の回転を磁気トルクカップリン
グ16を介して貫流ファン1に伝えている。このとき、
モータ15の回転を上げた際に、貫流ファン1を回転さ
せるための負荷が大きく、永久磁石14の回転に対して
永久磁石13が滑って追随することができないことがあ
る。そのため、モータ15のトルクが貫流ファン1に伝
達されず、貫流ファン1の回転数を上げられないといっ
た問題がある。
たものであり、振動が小さく、かつ回転数を上げること
が可能なエキシマレーザ装置用の貫流ファンを提供する
ことを目的としている。
的を達成するために、第1構成の発明は、複数の翼を有
する翼部と、翼部を回転させる回転軸と、回転軸を非接
触で回転自在に支承する磁気軸受とを備え、翼部の回転
によってチャンバ内に封入されたレーザガスを循環させ
るエキシマレーザ装置用の貫流ファンにおいて、チャン
バ内に内装され、かつ回転軸を回転駆動するモータのロ
ータを、回転軸の外周部に装着している。
の回転軸にロータを装着し、その外周を取り巻いてステ
ータを配置しており、このロータとステータとがモータ
を構成している。このように、駆動源であるモータの回
転軸と貫流ファンの回転軸とを同一にしているので、両
者の回転の中心軸が一致し、回転軸を均一な力で駆動す
ることが可能となる。さらに、回転軸の途中に結合部等
を設けた場合と比較して、この回転軸の回転バランスを
極めて正確に調整できる。これらにより、貫流ファンの
振動が小さくなるので、エキシマレーザ装置の光学素子
の光軸がずれたりすることが少なく、レーザ光の特性が
安定化する。また、モータ回転軸と貫流ファンの回転軸
を同一にしているので、駆動力の伝達にロスがない。さ
らに、回転軸の途中に結合部がないので、回転軸の強度
が強くなり、回転数を上げても捩れたりすることがな
い。これらにより、貫流ファンをより高い回転数で回転
させることができるので、レーザガスの循環流量を増や
して、レーザ光の発振周波数を上げることが可能とな
る。
貫流ファンにおいて、回転軸を支える磁気軸受を、ロー
タの軸方向外側に少なくとも1個配置している。
ロータの外側に配置している。これにより、大重量を有
するロータが、回転軸を支承する磁気軸受の内側に配置
されるので、ロータの重量をより安定に支承することが
可能となり、貫流ファンの振動が小さくなる。
貫流ファンにおいて、回転軸を支える磁気軸受を、ロー
タの軸方向両側に少なくとも1個ずつ配置している。
側に磁気軸受を配置している。これにより、駆動源であ
り、かつ大重量を有するロータを2個の磁気軸受の内側
に配置しているので、ロータがより安定に支承され、そ
の振動が小さくなる。
貫流ファンにおいて、ロータと翼部との間に配置された
磁気軸受の磁力を、他の磁気軸受よりも大きくしてい
る。
部との間に、他の磁気軸受よりも磁力が強力な磁気軸受
を配置している。即ち、回転軸の振動の振幅が最も大き
く、かつ他の磁気軸受よりも大重量がかかる回転軸の中
央部付近に、最も強力な磁力の磁気軸受を配置している
ので、回転軸の振動をより効果的に抑えることが可能と
なる。
に係る実施形態を詳細に説明する。尚、各実施形態にお
いて、前記従来技術の説明に使用した図、及びその実施
形態よりも前出の実施形態の説明に使用した図と同一の
要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。
明する。図1は、本実施形態に係る貫流ファン1を用い
たエキシマレーザ装置の部分断面図である。同図におい
て、チャンバ2の内部にはレーザガスが封入されてい
る。チャンバ2の所定位置には、貫流ファン1が配設さ
れており、レーザガスは貫流ファン1によって循環さ
れ、図示しない放電電極間に送り込まれる。エキシマレ
ーザ装置は、放電電極間に高電圧を印加して放電を起こ
し、レーザガスを励起することによってレーザ光を発振
している。
環させるための複数の翼を有する翼部6と、翼部6の中
心を貫通する1本の回転軸4と、この翼部を駆動するた
めのモータ23とを備えている。翼部6の両端部には、
回転軸4を挿入するための嵌合孔18,18を有する嵌
合部材19,19が取り付けられており、回転軸4はこ
の嵌合孔18,18に挿入されて止めネジ等の手段(図
示せず)で固定される。この回転軸4の両端部は、チャ
ンバ2の側壁25,25を貫通し、側壁25,25の外
側に例えばボルト等の固定手段(図示せず)によって取
り付けられたハウジング27,27内に設置された磁気
軸受7,7によって回転自在に支承されている。尚、ハ
ウジング27,27は、Oリング等の封止手段(図示せ
ず)を備えており、レーザガスがチャンバ2の外部に漏
れるのを防止している。
の軸方向外側外周部には、例えば強磁性体の金属や永久
磁石からなるロータ21が装着されており、ロータ21
の外周は、ハウジング27の内周面に設けられた薄い隔
壁28を隔てて、例えばコイルと鉄芯からなるステータ
22に取り巻かれている。このステータ22とロータ2
1とがモータ23(この場合は同期型モータ)を構成し
ており、ステータ22のコイルに回転磁界を発生させる
電流を流すことによって、ロータ21を回転させること
が可能である。そして、ロータ21の回転に伴って回転
軸4が回転し、その回転が貫流ファン1の翼部6を回転
させてレーザガスを循環させる。
巻くように環状に装着されてこの回転軸4と一体に回転
する内輪磁石8,8と、薄い隔壁28,28を隔てて内
輪磁石8,8の外周を環状に取り巻き、かつハウジング
27,27の内壁に装着された外輪磁石9,9とを備え
ている。この内輪磁石8,8と外輪磁石9,9とは、例
えば永久磁石によって構成されており、内輪磁石8,8
と外輪磁石9,9との対向面を同性の磁極としている。
そして、これらの磁極同士の反発力を用いることによ
り、回転軸4を非接触状態で回転自在に支承していると
ともに、回転軸4の振動を抑える働きも有している。
尚、このとき、エキシマレーザ装置の内部の部品に樹脂
を使用すると、発振したレーザ光がこの樹脂に当たって
不純物が発生するという問題があるので、磁気軸受7に
はテフロン等の樹脂を使用しないことが望ましい。
ン1は、翼部6を貫通する回転軸4を有しており、この
回転軸4は、翼部6を駆動するモータ23の回転軸を構
成している。即ち、貫流ファン1の回転軸4とモータ2
3の回転軸が同一であるので、回転軸4を均一な力で駆
動することができる。また、回転軸4に結合部がないの
で、貫流ファン1の回転の中心軸とモータ23の回転の
中心軸とが一致し、その回転バランスを極めて正確に調
整することができる。そのため、回転時に貫流ファン1
から発生する振動が非常に小さくなり、その影響でエキ
シマレーザ装置の光学素子の光軸がずれたりすることが
少ない。また、回転軸4の振動が小さいので、磁気軸受
7の剛性をさほど強いものにする必要がなくなり、磁気
軸受7を小型化できるとともに、そのコストを低く抑え
ることが可能となる。
転軸4を介して直接貫流ファン1に伝えているので、駆
動力のロスがない。また回転軸4に結合部がないため、
回転軸4の強度が増大する。これらにより、モータ23
の回転数を上げてレーザガスの循環流量を増大させ、エ
キシマレーザ装置の発振周波数を上げることが可能とな
る。
り、回転軸4の直径をより細くすることができる。これ
により、貫流ファン1の翼部6を通過するレーザガスの
流れが、回転軸4によって妨げられることが小さくな
り、流れがよりスムーズになる。その結果、同じ回転数
であっても、循環するレーザガスの流量が増大するの
で、エキシマレーザ装置の発振周波数を上げることが可
能となる。
比較的高い材料、例えばSUS316やセラミック複合
材料等を使うのが好適である。これは、このような材料
を使うことによって回転軸4の共振周波数が上がり、モ
ータ23の回転数を上げてもさほど振動が増大しなくな
ることによる。
であってもよい。これらを電磁石にすることにより、外
輪磁石9及び内輪磁石8の磁力をいっそう強くして反発
力を増し、貫流ファン1やモータ23の振動を磁力によ
って抑える効果が大きくなる。また、磁界の方向や磁力
を電気的に制御することができるので、磁気軸受の内輪
磁石8と外輪磁石9との間隔を検出し、この間隔を一定
にするように磁界の方向や磁力を制御することにより、
貫流ファン1の振動をさらに小さく抑えることが可能と
なる。
によって、外輪磁石9及びステータ22をレーザガスか
ら遮蔽して接触しないようにしている。外輪磁石9及び
ステータ22は、外周を絶縁物で覆ってハウジング2
7,27と絶縁した構造になっているが、この絶縁物が
レーザガスと接触すると、化学反応によって不純ガスが
発生し、レーザガスを劣化させる。薄い隔壁28によっ
て、外輪磁石9及びステータ22をレーザガスから遮蔽
することにより、このようなレーザガスの劣化を防い
で、レーザガスを長寿命化させることが可能となる。
明する。図2は、本実施形態に係る貫流ファン1を使用
したエキシマレーザ装置の部分断面図である。
転軸4とを備えており、この回転軸4はその両端部を、
第1実施形態と同様の磁気軸受7,7に支承されてい
る。
中左側)の、翼部6と磁気軸受7との間の回転軸4の外
周部に装着されており、ステータ22は、第1実施形態
と同様に隔壁28を介してその外周を取り巻いている。
する磁気軸受7,7が、ロータ21及び翼部6の軸方向
外側に配置されている。これにより、翼部6とモータ2
3とを1本の回転軸4で直結したことによる振動の低減
に加え、大重量を有するロータ21を磁気軸受7,7の
内側に配置しているので、ロータ21がより安定に支承
される。これにより、エキシマレーザ装置の振動がいっ
そう少ないものとなり、レーザ光の特性が安定化する。
に示すように、モータ23を回転軸4の両側に配設し、
両側から貫流ファン1を駆動するようにして、その外側
に磁気軸受7,7を配置してもよい。このようにすれ
ば、翼部6を中心として左右の重量バランスが均等化さ
れ、貫流ファン1の振動をさらに抑制することが可能と
なる。
明する。図4は、本実施形態に係る貫流ファン1を使用
したエキシマレーザ装置の部分断面図である。
態と同様の翼部6と、回転軸4と、ロータ21とを備え
ている。そして、この回転軸4は、両端の磁気軸受7,
7に加え、ロータ21と翼部6との間に配置された磁気
軸受7によっても支承されている。これにより、重量が
大きく、かつ駆動源であるために激しく振動するロータ
21の両側に磁気軸受7,7を配置しているので、ロー
タ21をより安定に支承でき、その振動が小さくなる。
また、回転軸4の振動は、ロータ21と翼部6との間に
おいて振幅が最も大きくなるが、磁気軸受7をこの位置
に設置することにより、内輪磁石8と外輪磁石9との反
発力によって、その振動をより効率良く抑えることが可
能となる。またこのとき、本実施形態に係るモータ23
を図3に示すように左右両端に配置すれば、左右の重量
バランスが均一化し、いっそう好適である。
た磁気軸受7は、回転軸4の両端部に配置された磁気軸
受7よりも磁力が強力なものであることが望ましい。即
ち、回転軸4の振幅が最も大きく、かつ他の軸受よりも
大重量がかかると考えられる回転軸4の中央部付近に最
も強力な磁力の磁気軸受7を配置することにより、回転
軸4の振動をより効果的に抑えることが可能となる。さ
らには、ロータ21と翼部6との間に配置された磁気軸
受7の回転軸4方向の長さが、回転軸4の両端部に配置
された磁気軸受7,7の上記方向の長さよりも長いこと
が望ましい。これにより、回転軸4の中央部付近の振動
を広範囲にわたって抑えられるので、回転軸4の振動を
より効果的に抑えることが可能となる。或いは、このロ
ータ21と翼部6との間に、2個以上の磁気軸受7,7
を回転軸4の長手方向に直列に配置するようにしてもよ
い。
レーザ装置用の貫流ファン1の振動を低減し、レーザ光
の特性を安定化するという効果を有している。さらに
は、これによって貫流ファン1の回転数を上げることが
できるので、循環させるレーザガスの流量を増やしてエ
キシマレーザ装置のレーザ光の発振周波数を上げること
が可能となる。
をチャンバ2の外側に設けたハウジング27の内部に配
置するように説明したが、本発明はこのような形態に限
られるものではない。例えば、磁気軸受7がチャンバ2
の内側にあって、チャンバ2の内面から突出したブラケ
ットによって支持されるようにしてもよい。また、磁気
軸受7の内輪磁石8と外輪磁石9との間に隔壁28を設
けるように説明したが、これもこのような形態に限られ
るものではない。例えば、前記特開平10−17325
9号公報に示したように、隔壁28を設けないような磁
気軸受7に対しても適用可能である。 また、ロータ2
1を強磁性体或いは永久磁石とし、モータ23を同期型
モータとして説明したが、ロータ21を篭形の導電体と
してもよく、この場合はモータ23は誘導型モータとな
る。
たエキシマレーザ装置の部分断面図。
マレーザ装置の部分断面図。
示すエキシマレーザ装置の部分断面図。
断面図。
図。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の翼を有する翼部(6) と、 翼部(6) を回転させる回転軸(4) と、 回転軸(4) を非接触で回転自在に支承する磁気軸受(7)
とを備え、 翼部(6) の回転によってチャンバ(2) 内に封入されたレ
ーザガスを循環させるエキシマレーザ装置用の貫流ファ
ン(1) において、 チャンバ(2) 内に内装され、かつ回転軸(4) を回転駆動
するモータ(23)のロータ(21)を、回転軸(4) の外周部に
装着したことを特徴とするエキシマレーザ装置用の貫流
ファン(1) 。 - 【請求項2】 請求項1記載の貫流ファン(1) におい
て、 回転軸(4) を支える磁気軸受(7,7) を、ロータ(21)の軸
方向外側に少なくとも1個配置したことを特徴とするエ
キシマレーザ装置用の貫流ファン(1) 。 - 【請求項3】 請求項1記載の貫流ファン(1) におい
て、 回転軸(4) を支える磁気軸受(7,7) を、ロータ(21)の軸
方向両側に少なくとも1個ずつ配置したことを特徴とす
るエキシマレーザ装置用貫流ファン(1) 。 - 【請求項4】 請求項3記載の貫流ファン(1) におい
て、 ロータ(21)と翼部(6) との間に配置された磁気軸受(7)
の磁力を、他の磁気軸受(7,7) よりも大きくしたことを
特徴とするエキシマレーザ装置用の貫流ファン(1) 。
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1999
- 1999-10-25 US US09/422,857 patent/US6337872B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015213150A (ja) * | 2014-04-14 | 2015-11-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | ガスレーザ発振装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US6337872B1 (en) | 2002-01-08 |
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