(57)【要約】【課題】主軸の軽量化、モータロータの小型化などにより主軸を含めた回転体重量を軽量化すること、軸受構造を変更して主軸を短軸化することなどによって主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する装置を提供する。【解決手段】主軸１の軸芯に貫通穴２０を設ける、主軸の両端面または片端面から深穴を開けるなどによって主軸を軽量化すること、モータロータキャン１４を磁性材料にしてモータロータを小型化すること、タッチダウンベアリング２４およびラジアル磁気軸受位置検出センサ２６の一方または両方を主軸の先端に取り付けたコップ型の磁気軸受ロータの内周側に配置して主軸軸長を短軸化することなどの構成によって、磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動数による曲げ振動を低減し高速回転化する装置である。【選択図】  図１
2004173468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスを循環するファンを回転駆動する主軸を備えたモータと、前記モータを内部に設置したチャンバと、前記チャンバの両側に取り付けられた第１のハウジングおよび第２のハウジングの内部に主軸を非接触で軸支する一対の電磁石からなる一対の磁気軸受と、前記主軸を非接触で軸支する磁気軸受の機能に異常が生じたときに、主軸と第１の電磁石または第２の電磁石とが接触することを回避する一対のタッチダウンベアリングとを備えたガス循環装置において、
前記ファンを回転駆動する主軸を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する磁気軸受を利用したガス循環ファン装置。
【請求項２】
主軸内に貫通穴を設けて主軸を軽量化した請求項１に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置。
【請求項３】
主軸内の両端面または片端面から深穴を開けて主軸を軽量化した請求項１に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置。
【請求項４】
主軸内に穴部を設けて主軸を軽量化するとともに主軸内の貫通穴または端面から開けた深穴の全体または一部に振動減衰部材を充填または挿入して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する請求項２または請求項３に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置。
【請求項５】
主軸内穴部の全体または一部に充填した振動減衰部材が粉材である請求項４に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置。
【請求項６】
主軸内穴部の全体または一部に挿入した振動減衰部材がゴムである請求項４に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置。
【請求項７】
主軸部材がパイプ材である請求項１に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置。
【請求項８】
レーザガスを循環するファンを回転駆動するモータロータの主軸を備えたモータと、前記モータを内部に設置したチャンバと、前記チャンバの両側に取り付けられた第１のハウジングおよび第２のハウジングの内部に主軸を非接触で軸支する一対の電磁石からなる一対の磁気軸受と、前記主軸を非接触で軸支する磁気軸受の機能に異常が生じたときに、主軸と第１の電磁石または第２の電磁石とが接触することを回避する一対のタッチダウンベアリングとを備えたガス循環装置において、
前記モータロータの外周の隔壁となるモータロータキャンを磁性材料にしてモータエアギャップを小さくしても所定の磁束を確保することによってモータロータサイズを小型化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減して高速回転化するガス循環ファン装置。
【請求項９】
レーザガスを循環するファンを回転駆動する主軸を備えたモータと、前記モータを内部に設置したチャンバと、前記チャンバの両側に取り付けられた第１のハウジングおよび第２のハウジングの内部に主軸を非接触で軸支する一対の電磁石からなる一対の磁気軸受と、磁気軸受位置検出センサと、前記主軸を非接触で軸支する磁気軸受の機能に異常が生じたときに、主軸と第１の電磁石または第２の電磁石とが接触することを回避する一対のタッチダウンベアリングとを備えたガス循環装置において、
主軸の先端に取り付けたコップ型の磁気軸受ロータの内周側に、主軸端部側のタッチダウンベアリングおよび磁気軸受位置検出センサの一方または両方を配置して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化するガス循環ファン装置。
【請求項１０】
主軸の先端にコップ型の磁気軸受ロータを取付け、前記コップ型の磁気軸受ロータの外周側にタッチダウンベアリングを配置し、前記コップ型の磁気軸受ロータの内周側に磁気軸受位置検出センサを配置して磁気軸受ロータを含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する請求項９に記載のガス循環ファン装置。
【請求項１１】
主軸の先端にコップ型の磁気軸受ロータを取付け、前記コップ型の磁気軸受ロータの内周側にタッチダウンベアリングおよび磁気軸受位置検出センサを配置して磁気軸受ロータを含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する請求項９に記載のガス循環ファン装置。
【請求項１２】
主軸の先端にコップ型の磁気軸受ロータを取付け、前記コップ型の磁気軸受ロータの外周側にタッチダウンベアリングを配置し、前記コップ型の磁気軸受ロータの内周側に磁気軸受位置検出センサを配置して磁気軸受ロータを含めた主軸を短軸化するとともに、主軸を非接触で軸支する電磁石から発生する磁束の影響を受けるコップ型の磁気軸受ロータの開放側端部をコップ型の磁気軸受ロータから分割して非磁性材料を使用した磁気軸受センサターゲットにした磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する請求項９に記載のガス循環ファン装置。
【請求項１３】
主軸の先端にコップ型の磁気軸受ロータを取付け、前記コップ型の磁気軸受ロータの内周側にタッチダウンベアリングを配置し、前記コップ型の磁気軸受ロータの外周側に磁気軸受位置検出センサを配置して磁気軸受ロータを含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する請求項９に記載のガス循環ファン装置。
【請求項１４】
回転数検出を磁気軸受位置検出センサの回転数に同期したセンサ出力から行う磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する請求項９に記載のガス循環ファン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、エキシマレーザ装置のガス循環ファンを高速回転して、レーザ発振周波数を高める循環ファン装置の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体露光装置の光源において、短波長であるエキシマレーザ装置の性能向上に期待が大きい。高スループットを実現のために、ガス循環ファンを高速回転して、将来、例えば  レーザ発振周波数を現状の２０００Ｈｚから４０００Ｈｚに、さらに６０００Ｈｚに高めることが不可欠である。
【０００３】
エキシマレーザ装置の循環ファンは、主軸の軸方向に長いクロスフローファンが使用され、主軸はファンの軸中心部分を貫通している。現状よりも高速回転化するためには、ファン負荷が大きくなって大出力モータが必要となり、現状よりも装置のサイズが大きくなる。
【０００４】
図２は、主軸が中実で（軽量化していない）主軸曲げ固有振動数が低下する従来技術のガス循環ファン装置（以下、従来装置という）の構成を示す断面図である。この図２の構造のような従来装置では、モータ出力の増加に伴って、モータロータの質量が増加して主軸曲げ固有振動数が低下するために高速回転化することが困難であった。通常、主軸曲げ固有振動数の７０〜８０％程度が常時使用可能な回転数の上限とされているために、主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化するために重要な課題である。
［図２の従来装置の説明］
図２において、レーザガス１２を密封するチャンバ３の両側に、ハウジング（Ａ）１０とハウジング（Ｂ）１１とが取り付けられている。チャンバ３内にはレーザガス１２を循環するためのファン２が設置され、ファン２の中央には主軸１が貫通している。ファン２に対して主軸１の一端（図では主軸１の中間部分）は、ラジアル電磁石４およびラジアル磁気軸受位置検出センサ２５から形成される第１のラジアル磁気軸受によって非接触で軸支されている。また、ファン２に対して主軸１の一端（図では主軸１の右部分）は、ラジアル電磁石５およびラジアルラジアル磁気軸受位置検出センサ２６から形成される第２のラジアル磁気軸受によって非接触で軸支されている。
【０００５】
さらに、上記ラジアル電磁石４およびラジアル磁気軸受位置検出センサ２５とラジアル電磁石５およびラジアルラジアル磁気軸受位置検出センサ２６とが、レーザガス１２内のフッ素ガスに腐食されないように、金属性（通常は非磁性のステンレス）磁気軸受キャン（隔壁）１７および磁気軸受キャン１８が取り付けられる。これらのキャンはハウジング１０およびハウジング１１にそれぞれ隙間なく溶接される。
【０００６】
スラスト磁気軸受は、スラスト電磁石６とスラスト磁気軸受位置検出センサ２７とから形成される。このスラスト磁気軸受と主軸１に固定されたスラスト板１５との間に軸受・スラスト板間吸引力が作用する。また、主軸１の右端と永久磁石７との間に主軸・磁石間吸引力が作用する。
【０００７】
スラスト方向は、上記軸受・スラスト板間吸引力と上記主軸・磁石間吸引力とが平衡するようにスラスト磁気軸受によって制御される。すべての軸受部が非接触で軸支されるので、ゴミ、油などの発生がなく、レーザガス１２が劣化しない。
【０００８】
また、主軸１の両端付近の磁気軸受近傍にそれぞれ接触軸支可能なタッチダウンベアリング２３およびタッチダウンベアリング２４が配置されている。これらのタッチダウンベアリングは、非接触で軸支する磁気軸受の機能に異常が生じたときに、主軸１と電磁石４またはラジアル電磁石５とが接触して磁気軸受が破損することを防止している。
【０００９】
主軸１は、主軸１に取り付けられたモータロータ９とハウジング１０内に格納されたモータステータ８とによって回転駆動する。モータロータ９およびモータステータ８がエキシマレーザ装置に使用される場合は、モータロータ９およびモータステータ８がレーザガス１２内のフッ素ガスに腐食されないように、金属性（通常は非磁性のステンレス）のモータステータキャン（隔壁）１３およびモータロータキャン１４が主軸１の外周に取り付けられる。これらのキャンはハウジング１０、主軸１にそれぞれ溶接によって密着接合され、モータロータ９およびモータステータ８はフッ素ガス雰囲気から完全に隔離され保護されている。
【００１０】
図３は、モータロータとモータステータとの両側にフッ素ガスに腐食されないように非磁性のステンレスのキャンを使用したエアーギャップの拡大図である。エキシマレーザ装置では、モータロータ９とモータステータ８とのそれぞれ両側にモータステータキャン１３およびモータロータキャン１４が必要となる。
【００１１】
同図において、モータステータキャン１３およびモータロータキャン１４が非磁性体であるので、モータステータキャン１３およびモータロータキャン１４の厚み（Ｌｃ）は磁性体として機能しないでモータエアーギャップ（Ｄａ１）となる。したがって、モータの所定の磁束を確保するためにはより大きなモータが必要となる。以下の説明は、図１０に示す（本発明の）第５の実施例と対比して後述する。
【００１２】
図４は、タッチダウンベアリングおよび磁気軸受位置検出センサの両者を電磁石の両端に配置した従来技術の磁気軸受部詳細図である。主軸１に磁性材料の磁気軸受ロータ２８が取り付けられ、磁気軸受ロータ２８と対向する位置に、ラジアル電磁石５とラジアルラジアル磁気軸受位置検出センサ２６とが配置されている。このラジアル磁気軸受位置検出センサ２６が主軸１の位置を検出し、あらかじめ設定された位置に主軸１を微調整するようにラジアル電磁石５が作用する。
【００１３】
図５は、ターゲット材料に非磁性材料を使用した従来装置の磁気軸受部詳細図である。ラジアル磁気軸受位置検出センサ２６にコイルのインダクタンス変化を利用した磁気式センサが利用されるが、磁気軸受ロータ２８に磁性材料を使用し、ラジアル磁気軸受位置検出センサ２６が、ラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受ける可能性があるときは、図５のように、センサターゲット２９だけを別体とし、ターゲット材料に非磁性材料（例えば、オーステナイト系ステンレス、アルミニウムなど）を使用する場合もある。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−３０３７９３
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ファンを高速回転化するためには、主軸曲げ固有振動数の低下を防ぐことが不可欠であり、そのためには、（ａ）主軸を含めた回転体重量を軽量化する構成を備えることおよび（ｂ）主軸軸長を短軸化する構成を備えることである。
【００１６】
高速回転化するためにはモータ出力を増加しなければならないが、それに伴うモータロータ９の外形寸法（例えば軸長）および重量が増加して主軸曲げ固有振動数が低下する。そのために、前述した図２の従来装置では、高速回転化することは困難であった。
【００１７】
エキシマレーザ装置の循環ファンは、主軸の軸方向に長いクロスフローファンが使用され、主軸はファンの軸中心部分を貫通している。現状よりも高速回転化するためには、ファン負荷が大きくなって大出力モータが必要となり、現状よりも装置のサイズが大になる。
【００１８】
図３で前述したように、エキシマレーザ装置では、モータロータ９とモータステータ８とのそれぞれ両側にモータステータキャン１３およびモータロータキャン１４が必要となるために、モータエアーギャップ３１が通常より大きくなり、所要のモータ出力を得るためには、通常の用途のモータよりも大きなサイズのモータが必要である。これはモータロータ９の重量の増加を意味しており、主軸曲げ固有固有振動数を低下させ高速回転化には不利となっていた。
【００１９】
また、前述した図２ないし図６の従来技術の磁気軸受では、ラジアル電磁石５とラジアル磁気軸受位置検出センサ２６のターゲットとが一体であるために、ラジアル磁気軸受位置検出センサ２６がラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受けやすい。
【００２０】
前述した図５の従来装置の磁気軸受構造では、ラジアル電磁石５とラジアルラジアル磁気軸受位置検出センサ２６とが軸方向に直列に並んで配置されているために、これに対向する磁気軸受ロータ２８の軸方向長さが長くなって主軸１の主軸長が長くなり、主軸曲げ固有振動数が低下する。
【００２１】
一般に回転機械では、常時使用可能な回転数の上限は主軸曲げ固有振動数の７０ないし８０％程度とされているが、前述した図２の従来装置では、主軸長が長くなると、主軸曲げ固有振動数がかなり低下して、高速回転化することが困難であった。
【００２２】
また図５において、磁気軸受ロータ２８に磁性材料を使用し、ラジアル磁気軸受位置検出センサ２６が、ラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受ける可能性があるときは、図５のように、センサターゲット２９だけを別体とし、ターゲット材料に非磁性材料を使用している。しかし、前述した図４の従来技術の磁気軸受では、ラジアル電磁石５とラジアル磁気軸受位置検出センサ２６とが一体であったために、ラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受ける課題は、完全に除去されていない。
【００２３】
図６は、主軸に歯車３４、検出穴などを設けて外部からセンシングする従来装置の構成を示す断面図である。通常の回転機械では回転数検出センサ３３が必要なために、主軸に歯車３４、検出穴などを設けて外部からセンシングしている。ところが、歯車、検出穴などを設けると、それだけ主軸長が長くなり主軸曲げ固有振動数が低下する。
［本発明の目的］
第１の発明は、上記の（ａ）主軸を含めた回転体重量を軽量化する第１の構成として、主軸を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する構成を備えたガス循環ファン装置であり、第２の発明は、上記の（ａ）主軸を含めた回転体重量を軽量化する第２の構成として、モータロータ９を小型化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する構成を備えたガス循環ファン装置であり、第３の発明は、上記の（ｂ）主軸を短軸化する構成として、軸受構造を変更して主軸を短軸化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する構成を備えたガス循環ファン装置である。
【００２４】
特開平１１−３０３７９３［特許文献１］には、上記第１の発明ないし第３の発明の構成に関する記載がない。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
実施態様１の発明は、後述する第１の発明の実施の形態であって、図１に示す第１の実施例のように主軸１の軸芯に貫通穴２０を設ける、図７に示す第２の実施例のように主軸の両端面または片端面から深穴１６を開けるなどによって主軸を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化するガス循環ファン装置である。
【００２６】
第１の発明の実施の形態を具体化した実施態様１の発明は、レーザガス１２を循環するファン２を回転駆動する主軸１を備えたモータと、上記モータを内部に設置したチャンバ３と、上記チャンバ３の両側に取り付けられた第１のハウジング１０および第２のハウジング１１の内部に主軸１を非接触で軸支する一対のラジアル電磁石４およびラジアル電磁石５からなる第１磁気軸受および第２磁気軸受と、上記主軸１を非接触で軸支する磁気軸受の機能に異常が生じたときに、主軸１とラジアル電磁石４またはラジアル電磁石５とが接触することを回避する一対のタッチダウンベアリング２３およびタッチダウンベアリング２４とを備えたガス循環装置において、上記ファン２を回転駆動する主軸１を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００２７】
実施態様２の発明は、図１に示す第１の実施例のように、主軸内に貫通穴２０を設けて主軸１を軽量化した実施態様１に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００２８】
実施態様３の発明は、図７に示す第２の実施例のように、主軸内の両端面または片端面から深穴１６を開けて主軸１を軽量化した実施態様１に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００２９】
実施態様４の発明は、図８に示す第３の実施例または図９に示す第４の実施例のように、主軸内に穴部を設けて主軸１を軽量化するとともに主軸内の貫通穴２０または端面から開けた深穴１６の全体または一部に振動減衰部材を充填または挿入して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する実施態様２または実施態様３に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００３０】
実施態様５の発明は、図８に示す第３の実施例のように、主軸内穴部の全体または一部に充填した振動減衰部材が粉材である実施態様４に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００３１】
実施態様６の発明は、図９に示す第４の実施例のように、主軸内穴部の全体または一部に挿入した振動減衰部材がゴムである実施態様４に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００３２】
実施態様７の発明は、主軸部材が重量に対して曲げモーメント強度が大のパイプ材である実施態様１に記載の磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００３３】
実施態様８の発明は、後述する第２の発明の実施の形態であって、図１０に示す第５の実施例のように、図１に示した装置、すなわち、レーザガス１２を循環するファン２を回転駆動するモータロータ１３の主軸１を備えたモータと、上記モータを内部に設置したチャンバ３と、上記チャンバ３の両側に取り付けられた第１のハウジング１０および第２のハウジング１１の内部に主軸１を非接触で軸支する一対のラジアル電磁石４およびラジアル電磁石５からなる第１磁気軸受および第２磁気軸受と、上記主軸１を非接触で軸支する磁気軸受の機能に異常が生じたときに、主軸１とラジアル電磁石４またはラジアル電磁石５とが接触することを回避する一対のタッチダウンベアリング２３およびタッチダウンベアリング２４とを備えたガス循環装置において、上記モータロータの外周の隔壁となるモータロータキャン１４を磁性材料にしてモータエアギャップを小さくしても所定の磁束を確保することによってモータサイズを小型化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化するガス循環ファン装置である。
【００３４】
実施態様９の発明は、後述する第３の発明の実施の形態であって、後述する図１１に示す第６の実施例、図１２に示す第７の実施例、図１３に示す第８の実施例および図１４に示す第９の実施例のように、図１に示した装置、すなわち、レーザガス１２を循環するファン２を回転駆動する主軸１を備えたモータと、上記モータを内部に設置したチャンバ３と、上記チャンバ３の両側に取り付けられた第１のハウジング１０および第２のハウジング１１の内部に主軸１を非接触で軸支する一対のラジアル電磁石４およびラジアル電磁石５からなる第１磁気軸受および第２磁気軸受と、ラジアル磁気軸受位置検出センサ２６と、上記主軸１を非接触で軸支する磁気軸受の機能に異常が生じたときに、主軸１とラジアル電磁石４またはラジアル電磁石５とが接触することを回避する一対のタッチダウンベアリング２３およびタッチダウンベアリング２４とを備えたガス循環装置において、主軸の先端に取り付けたコップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側に、主軸端部側のタッチダウンベアリング２４およびラジアル磁気軸受位置検出センサ２６の一方または両方を配置して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化するガス循環ファン装置である。
【００３５】
実施態様１０の発明は、図１１に示す第６の実施例に示すように、主軸１の先端にコップ型の磁気軸受ロータ２８を取付け、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の外周側にタッチダウンベアリング２４を配置し、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側にラジアル磁気軸受位置検出センサ２６を配置して磁気軸受ロータ２８を含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する実施態様９に記載のガス循環ファン装置である。
【００３６】
実施態様１１の発明は、図１２に示す第７の実施例に示すように、主軸１の先端にコップ型の磁気軸受ロータ２８を取付け、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側にタッチダウンベアリング２４およびラジアル磁気軸受位置検出センサ２６を配置して磁気軸受ロータ２８を含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する実施態様９に記載のガス循環ファン装置である。
【００３７】
実施態様１２の発明は、図１３に示す第８の実施例に示すように、主軸１の先端にコップ型の磁気軸受ロータ２８を取付け、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の外周側にタッチダウンベアリング２４を配置し、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側にラジアル磁気軸受位置検出センサ２６を配置して磁気軸受ロータ２８を含めた主軸を短軸化するとともに、主軸１を非接触で軸支するラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受けるコップ型の磁気軸受ロータ２８の開放側端部をコップ型の磁気軸受ロータ２８から分割して非磁性材料を使用した磁気軸受センサターゲット３２にした磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する実施態様９に記載のガス循環ファン装置である。
【００３８】
実施態様１３の発明は、図１４に示す第９の実施例に示すように、主軸１の先端にコップ型の磁気軸受ロータ２８を取付け、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側にタッチダウンベアリング２４を配置し、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の外周側にラジアル磁気軸受位置検出センサ２６を配置して磁気軸受ロータ２８を含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する実施態様９に記載のガス循環ファン装置である。
【００３９】
実施態様１４の発明は、回転数検出をラジアル磁気軸受位置検出センサ２６の回転数に同期したセンサ出力から行う磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する実施態様９に記載のガス循環ファン装置である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明のガス循環装置は従来装置と比較して高速回転が可能であり、例えば半導体露光装置の光源に使用されるエキシマレーザなどに応用された場合、高スループットでの生産を期待することができる。
【００４１】
ファンを高速回転化するためには、主軸曲げ固有振動数の低下を防ぐことが不可欠であり、その構成として主として次の２通りが考えられる。本発明は、（ａ）主軸を含めた回転体重量を軽量化する構成を備えることおよび（ｂ）主軸を短軸化する構成を備えることである。本発明を具体化した発明の実施の形態は次のとおりである。
［第１の発明］
第１の発明は、上記の（ａ）主軸を含めた回転体重量を軽量化する第１の構成として、主軸を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する構成を備えたガス循環ファン装置である。
［第２の発明］
第２の発明は、上記の（ａ）主軸を含めた回転体重量を軽量化する第２の構成として、モータロータ９を小型化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する構成を備えたガス循環ファン装置である。
［第３の発明］
第３の発明は、上記の（ｂ）主軸を短軸化する構成として、軸受構造を変更して主軸を短軸化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する構成を備えたガス循環ファン装置である。
［第１の発明の実施の形態］
第１の発明の実施の形態は、上記第１の発明の主軸を軽量化する構成として、後述する図１に示す第１の実施例のように主軸１の軸芯に貫通穴２０を設ける、図７に示す第２の実施例のように主軸の両端面または片端面から深穴１６を開けるなどによって主軸を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化するガス循環ファン装置である。
［第２の発明の実施の形態］
第２の発明の実施の形態は、上記第２の発明のモータロータ９を小型化する構成として、後述する図１０に示す第５の実施例のように、モータロータキャン１４を磁性材料にしてモータエアギャップを小さくしても所定の磁束を確保してモータロータの外径を小径にするか、モータロータの軸方向の長さを短くして、すなわち、モータロータの外径の小径化およびモータロータの短軸化の少なくとも一方によってモータロータを小型化して軽量化することによって主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化するガス循環ファン装置である。
［第３の発明の実施の形態］
第３の発明の実施の形態は、上記第３の発明の軸受構造を変更して主軸を短軸化する構成として、後述する図１１に示す第６の実施例、図１２に示す第７の実施例、図１３に示す第８の実施例および図１４に示す第９の実施例のように、タッチダウンベアリング２４およびラジアル磁気軸受位置検出センサ２６の一方または両方を主軸の先端に取り付けたコップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側に配置して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化するガス循環ファン装置である。
【００４２】
【実施例】
［第１の実施例］
ガス循環装置の具体的な構造について図１を参照して説明する。前述した図２の従来装置で説明した同様の構成および機能の説明は省略する。図１に示す本発明のガス循環ファン装置（以下、本発明の装置という）の構成と前述した図２の従来装置の構成との差異は次のとおりである。
【００４３】
図１は、第１の実施例であって、主軸を中空にして軽量化した本発明の装置の構成断面図である。
【００４４】
図１に示す第１の実施例の発明は、主軸が中実で軽量化していない従来装置の主軸１軸芯に貫通穴２０を設けることよって、主軸１を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化することができる。
【００４５】
図１に示す第１の実施例の発明は、レーザガス１２を循環するファン２を回転駆動する主軸１を備えたモータと、上記モータを内部に設置したチャンバ３と、上記チャンバ３の両側に取り付けられた第１のハウジング１０および第２のハウジング１１の内部に主軸１を非接触で軸支する一対のラジアル電磁石４およびラジアル電磁石５からなる第１磁気軸受および第２磁気軸受と、上記主軸１を非接触で軸支する磁気軸受の機能に異常が生じたときに、主軸１とラジアル電磁石４またはラジアル電磁石５とが接触することを回避する一対のタッチダウンベアリング２３およびタッチダウンベアリング２４とを備えたガス循環装置において、上記ファン２を回転駆動する主軸１を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化する磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００４６】
以下、図１の［第１の実施例］に続く図７［第２の実施例］ないし図１４の［第９の実施例］について説明する。
［第２の実施例］
図７は、第２の実施例であって、主軸の両端面または片端面から深穴１６を開けて主軸を軽量化した本発明の装置の構成断面図である。図７に示す第２の実施例の発明は、主軸が中実で（軽量化していない）従来装置の主軸１の両端面または片端面から深穴１６を開けて主軸１を軽量化した磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
［第３の実施例］
図８は、第３の実施例であって、本発明に係る主軸の貫通穴または深穴に連続的に減衰部材を充填して軽量化と同時に主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減する本発明の装置の構成断面図である。
【００４７】
図８の第３の実施例は、主軸内に穴部を設けて主軸１を軽量化するとともに主軸内の貫通穴２０または端面から開けた深穴１６の全体または一部に、例えばセラミック、鉛などの粉状の物質２１を充填して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減する磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００４８】
上記の図８の第３の実施例は、減衰部材の充填により、曲げ固有振動による主軸の振動を低減することができるので、回転体（主軸１とファン２）を軸支するラジアル磁気軸受の制御が非常に容易となる。また、減衰部材２１または減衰ゴム２２は主軸１の曲げ振動の振れ具合に応じて軸方向の挿入位置を調整することができる構造であり、振動低減に有効である。
［第４の実施例］
図９は、第４の実施例であって、本発明に係る主軸の貫通穴または深穴に断片的に減衰部材を挿入して軽量化と同時に主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減する本発明の装置の構成断面図である。
【００４９】
上記の図９の第４の実施例は、主軸内に穴部を設けて主軸１を軽量化するとともに主軸内の貫通穴２０または端面から開けた深穴１６の全体または一部に減衰ゴム２２を挿入して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減する磁気軸受を利用したガス循環ファン装置である。
【００５０】
上記の図９の第４の実施例は、図８と同様に、減衰部材の挿入により、曲げ固有振動による主軸の振動を低減することができるので、回転体（主軸１とファン２）を軸支するラジアル磁気軸受の制御が非常に容易となる。また、減衰部材２１または減衰ゴム２２は主軸１の曲げ振動の振れ具合に応じて軸方向の挿入位置を調整することができる構造であり、振動低減に有効である。
［第５の実施例］
図１０は第５の実施例であって、モータロータとモータステータとの両側にフッ素ガスに腐食されないように密着接合され図３に示す非磁性のステンレスのキャンの代わりに、磁性材料のキャンを使用してモータエアーギャップを小さくしたエアーギャップの拡大図である。
【００５１】
フッ素ガスで使用可能な磁性材料としてはパーマロイ（ニッケル含有量４０〜８５％）が考えられる。モータロータ９のモータロータキャン１４を磁性材料にすると、モータエアーギャップ３１をモータロータキャン１４の厚さ分小さくすることができるので、前述した図３の従来技術に比較して、モータ効率が増加する。この場合、ある所定出力を得るためのモータサイズがコンパクトになり、主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減でき高速回転が可能となる。
【００５２】
上記の図１０の第５の実施例は、モータステータキャン１３およびモータロータキャン１４として、図３に示す非磁性のステンレスのキャンの代わりに、磁性材料のキャンを使用しているので、モータロータキャン１４の厚み（Ｌｃ）もモータロータ９の磁性体として機能する。そこで、モータロータキャン１４の厚みだけ小径化してもモータロータ９の所定の磁束を確保することができる。したがって、モータロータキャン１４の厚み（Ｌｃ）だけ、従来品よりもモータサイズを小型化することができる。
【００５３】
したがって、図１０に示す構造では、図３に示す非磁性のステンレスのキャンの代わりに、磁性材料のキャンを使用し、モータロータの外径の小径化およびモータロータの短軸化の少なくとも一方によってモータロータを小型化し軽量化して軽量化している。
［第６の実施例］
図１１は、第６の実施例であって、図４の磁気軸受ロータをコップ型に変更して主軸の先端に取り付け磁気軸受ロータの外周側にタッチダウンベアリングを配置し、磁気軸受ロータの内周側に磁気軸受位置検出センサを配置して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部詳細図である。
【００５４】
上記の図１１の第６の実施例は、主軸１の先端にコップ型の磁気軸受ロータ２８を取付け、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の外周側にタッチダウンベアリング２４を配置し、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側にラジアル磁気軸受位置検出センサ２６を配置して磁気軸受ロータ２８を含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えている。
【００５５】
また、上記の図１１の第６の実施例は、ラジアル電磁石５とラジアル磁気軸受位置検出センサ２６とが磁気軸受ロータ２８の反対面に配置されているので、前述した図４の従来技術よりもラジアル磁気軸受位置検出センサ２６がラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を低減している。
［第７の実施例］
図１２は、第７の実施例であって、図４の磁気軸受ロータをコップ型に変更して主軸の先端に取り付け磁気軸受ロータの内周側にタッチダウンベアリングおよび磁気軸受位置検出センサの両者を配置して主軸軸長を図１１の実施例よりもさらに短軸化した磁気軸受部詳細図である。
【００５６】
上記の図１２の第７の実施例は、主軸１の先端にコップ型の磁気軸受ロータ２８を取付け、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側にタッチダウンベアリング２４およびラジアル磁気軸受位置検出センサ２６を配置して磁気軸受ロータ２８を含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えている。
【００５７】
また、上記の図１２の第７の実施例は、上記の図１１の第６の実施例と同様に、ラジアル電磁石５とラジアル磁気軸受位置検出センサ２６とが磁気軸受ロータ２８の反対面に配置されているので、前述した図４の従来技術よりもラジアル磁気軸受位置検出センサ２６がラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受けにくい。
［第８の実施例］
図１３は、第８の実施例であって、図１１の第６の実施例と同様に、図４の磁気軸受ロータをコップ型に変更して主軸の先端に取り付け磁気軸受ロータの外周側にタッチダウンベアリングを配置し、磁気軸受ロータの内周側に磁気軸受位置検出センサを配置するとともに、図５のセンサターゲット部だけを非磁性材料に変更して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部詳細図である。
【００５８】
上記の図１３の第８の実施例は、前述した図５の主軸１を非接触で軸支するラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受ける磁気軸受ロータ２８の開放側端部を磁気軸受ロータ２８から分割して非磁性材料（例えばＳＵＳ）にした磁気軸受である。センサターゲット２９部だけを非磁性材料（例えばＳＵＳ）にすることによって、図１１の第６の実施例よりもラジアル磁気軸受位置検出センサ２６がラジアル電磁石５から発生する磁束の影響をさらに受けにくくなる。
【００５９】
上記の図１３の第８の実施例は、主軸１の先端にコップ型の磁気軸受ロータ２８を取付け、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の外周側にタッチダウンベアリング２４を配置し、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側にラジアル磁気軸受位置検出センサ２６を配置して磁気軸受ロータ２８を含めた主軸を短軸化するとともに、主軸１を非接触で軸支するラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受けるコップ型の磁気軸受ロータ２８の開放側端部をコップ型の磁気軸受ロータ２８から分割して非磁性材料を使用した磁気軸受センサターゲット３２にした磁気軸受部を備えている。
【００６０】
また、上記の図１３の第８の実施例は、上記の図１１の第６の実施例と同様に、ラジアル電磁石５とラジアル磁気軸受位置検出センサ２６とが磁気軸受ロータ２８の反対面に配置されているので、前述した図４の従来技術よりもラジアル磁気軸受位置検出センサ２６がラジアル電磁石５から発生する磁束の影響を受けにくい。
［第９の実施例］
図１４は、第９の実施例であって、図４の磁気軸受ロータをコップ型に変更して主軸の先端に取り付け磁気軸受ロータの内周側にタッチダウンベアリングを配置し、磁気軸受ロータの外周側に磁気軸受位置検出センサを配置して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部詳細図である。
【００６１】
上記の図１４の第９の実施例は、主軸１の先端にコップ型の磁気軸受ロータ２８を取付け、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側にタッチダウンベアリング２４を配置し、上記コップ型の磁気軸受ロータ２８の外周側にラジアル磁気軸受位置検出センサ２６を配置して磁気軸受ロータ２８を含めた主軸を短軸化した磁気軸受部を備えている。
（本発明の主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減）
前述した図６において、主軸に歯車３４、検出穴などを設けて外部からセンシングする従来装置の構成を示したが、本発明においては、回転中に磁気軸受位置検出センサ２５、２６、２７などの出力に現われる回転数に同期した信号を利用して回転数を検出する方法を採用する。この方法では、新たな回転数検出センサ３３が不必要であり、主軸の短軸化ができ主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減することができる。
【００６２】
以上、主軸固有振動の低下を防止する構成について説明したが、これらの構成は単独で使用しても十分な効果が得られるが、異なる機能を有する構成を組み合わせることによって、単独の構成の機能よりも高度な機能
（効果）が得られる。また、本実施例はエキシマレーザガス循環装置を例に説明したが、他のガス循環装置にも応用可能である。
【００６３】
今回開示された実施の形態および実施例は、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。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の各装置が、以下に記載する本発明の効果のすべてを同時に有している必要はなく、本発明の一つ以上の効果が公知技術に有していなければよい。
【００６５】
第１の発明は、主軸１の軸芯に貫通穴２０を設ける、主軸の両端面または片端面から深穴１６を開けるなどによって主軸を軽量化して主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化することができる。
【００６６】
第２の発明は、モータロータキャン１４を磁性材料にしてモータエアギャップをモータロータキャンの厚みだけ小さくしても所定の磁束を確保することによってモータロータの外径を小径にするか、モータロータの軸方向の長さを短くして、すなわち、モータロータの外径の小径化およびモータロータの短軸化の少なくとも一方によってモータロータを小型化して軽量化するして主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化することができる。
【００６７】
第３の発明は、タッチダウンベアリング２４およびラジアル磁気軸受位置検出センサ２６の一方または両方を主軸の先端に取り付けたコップ型の磁気軸受ロータ２８の内周側に配置して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部を備えて主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減し高速回転化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（本発明の）第１の実施例であって、主軸を中空にして軽量化した本発明の装置の構成断面図である。
【図２】主軸が中実で（軽量化していない）主軸曲げ固有振動数が低下する従来装置の構成を示す断面図である。
【図３】モータロータとモータステータとの両側にフッ素ガスに腐食されないように非磁性のステンレスのキャンを使用したエアーギャップの拡大図である。
【図４】タッチダウンベアリングおよび磁気軸受位置検出センサの両者を電磁石の両端に配置した従来技術の磁気軸受部詳細図である。
【図５】センサターゲットだけを別体とし、ターゲット材料に非磁性材料を使用した従来装置の磁気軸受部詳細図である。
【図６】主軸に歯車、検出穴などを設けて外部からセンシングする従来装置の構成を示す断面図である。
【図７】第２の実施例であって、主軸の両端面または片端面から深穴を開けて主軸を軽量化した本発明の装置の構成断面図である。
【図８】第３の実施例であって、本発明に係る主軸の貫通穴または深穴に連続的に減衰部材を充填して軽量化と同時に主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減した本発明の装置の構成断面図である。
【図９】第４の実施例であって、本発明に係る主軸の貫通穴または深穴に断片的に減衰部材を挿入して軽量化と同時に主軸曲げ固有振動による曲げ振動を低減した本発明の装置の構成断面図である。
【図１０】第５の実施例であって、モータロータとモータステータとの両側にフッ素ガスに腐食されないように密着接合され図３に示す非磁性のステンレスのキャンの代わりに、磁性材料のキャンを使用してモータエアギャップを小さくしたエアーギャップの拡大図である。
【図１１】第６の実施例であって、図４の磁気軸受ロータをコップ型に変更して主軸の先端に取り付け磁気軸受ロータの外周側にタッチダウンベアリングを配置し、磁気軸受ロータの内周側に磁気軸受位置検出センサを配置して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部詳細図である。
【図１２】第７の実施例であって、図４の磁気軸受ロータをコップ型に変更して主軸の先端に取り付け磁気軸受ロータの内周側にタッチダウンベアリングおよび磁気軸受位置検出センサの両者を配置して主軸軸長を図１２よりもさらに短軸化した磁気軸受部詳細図である。
【図１３】第８の実施例であって、図１１の第６の実施例と同様に、図４の磁気軸受ロータをコップ型に変更して主軸の先端に取り付け磁気軸受ロータの外周側にタッチダウンベアリングを配置し、磁気軸受ロータの内周側に磁気軸受位置検出センサを配置するとともに、図５のセンサターゲット部だけを非磁性材料に変更して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部詳細図である。
【図１４】第９の実施例であって、図４の磁気軸受ロータをコップ型に変更して主軸の先端に取り付け磁気軸受ロータの内周側にタッチダウンベアリングを配置し、磁気軸受ロータの外周側に磁気軸受位置検出センサを配置して主軸軸長を短軸化した磁気軸受部詳細図である。
【符号の説明】
１  主軸、２  ファン、３  チャンバ、４  ラジアル電磁石、５  ラジアル電磁石、６  スラスト電磁石、７  永久磁石、８  モータステータ、９  モータロータ、１０  ハウジング（Ａ）、１１  ハウジング（Ｂ）、１２  レーザガス、１３  モータステータキャン、１４  モータロータキャン、１５  スラスト板、１６  深穴、１７、１８  磁気軸受キャン、２０  貫通穴、２１  粉状減衰部材、２２  減衰ゴム、２３、２４  タッチダウンベアリング、２５  ラジアル磁気軸受位置検出センサ、２６  ラジアル磁気軸受位置検出センサ、２７  スラスト磁気軸受位置検出センサ、２８  磁気軸受ロータ、２９  センサターゲット、３０  永久磁石ターゲット、３１  モータエアギャップ、３２  磁気軸受センサターゲット、３３  回転数検出センサ、３４  歯車。
【図１】
2004173468.tif 000003
【図２】
2004173468.tif 000004
【図３】
2004173468.tif 000005
【図４】
2004173468.tif 000006
【図５】
2004173468.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004173468.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004173468.tif 000011
【図１０】
2004173468.tif 000012
【図１１】
2004173468.tif 000013
【図１２】
2004173468.tif 000014
【図１３】
2004173468.tif 000015
【図１４】
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