CN102761047B - 一种气体激光器放电腔的电极机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极机构，用于向气体激光器的放电腔提供处于电极工作位置的电极，该电极机构包括传动机构和安装在该传动机构上的多个电极，该传动机构用于使该多个电极的每一个移动到所述电极工作位置。该电极机构还可包括位于所述电极工作位置的下方的调节机构，用于调节处于电极工作位置的电极在垂直方向的位置和倾斜角度。所述传动机构可为履带式结构，其包括主动轮、从动轮和围绕主动轮和从动轮的履带，所述多个电极安装于所述履带上。本发明能实现电极在多个自由度的运动，达到不打开放电腔就能调整电极的位置和角度的效果，确保气体激光器的放电腔具有优良的放电性能，延长放电腔的使用寿命。

Description

一种气体激光器放电腔的电极机构

技术领域

本发明属于气体激光器技术领域，具体涉及气体激光器的放电腔，特别是气体激光器放电腔的电极机构。

背景技术

放电腔是气体放电激光光源的核心关键部件。放电腔一般都包含一对放电电极，加载电压后产生等离子体辐射出激光。放电腔的放电性能优劣直接影响到激光特性；而放电电极的材料、加工及装配精度，预电离方式等是影响放电性能的重要因素。

在放电腔的设计加工过程完成后，电极的材料、电极面型加工精度、预电离方式等都已经确定完毕，所以怎样将阴阳电极对准装配是确保优良放电性能的关键步骤。现有的装配方式要么不能多方位调整确保电极的装配精度，要么每次都需要开腔调整，额外增加了开腔时间和开腔后气体钝化时间。

另外，放电腔每次放电都会消耗微量的电极材料，而且阳极的消耗量约是阴极的几倍。达到一定放电脉冲数后，需要开腔对放电电极进行处理或者更换，这也会增加开腔时间和开腔后气体钝化时间，相应的缩短了放电腔的使用寿命。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是现有的气体激光器放电腔的电极机构不易更换和调节，从而影响放电腔的使用寿命的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种电极机构，用于向气体激光器的放电腔提供处于电极工作位置的电极，该电极机构包括传动机构和安装在该传动机构上的多个电极，该传动机构用于使该多个电极的每一个移动到所述电极工作位置。

根据本发明的一种具体实施方式，所述传动机构为两个，所述多个电极中的每一个的两端分别安装于该两个传动机构上。

根据本发明的一种具体实施方式，还包括一个调节机构，该调节机构位于所述电极工作位置的下方，用于调节处于电极工作位置的电极在垂直方向的位置和倾斜角度。

根据本发明的一种具体实施方式，所述传动机构为履带式结构，其包括主动轮、从动轮和围绕所述主动轮和从动轮的履带，所述多个电极安装于所述履带上。

根据本发明的一种具体实施方式，所述主动轮由一个电机驱动。

根据本发明的一种具体实施方式，还包括对主动轮和从动轮施加一个预施力的机构，以使主动轮和从动轮具有相互背离的倾向。

根据本发明的一种具体实施方式，所述对主动轮和从动轮施加一个预施力的机构是弹簧，所述从动轮的轴向两侧向外各伸出一个凸部，并在每个凸部的靠近主动轮的一侧固定所述弹簧，并使该弹簧预压缩，以使其对所述凸部产生一个向着远离主动轮的方向的推力。

根据本发明的一种具体实施方式，在所述传动机构上还安装有托盘，所述电极通过该托盘安装在所述履带上。

根据本发明的一种具体实施方式，所述托盘包括用于与所述电极固定连接的电极连接接口，该电极连接接口通过多个弹簧组与该托盘相连。

根据本发明的一种具体实施方式，所述传动机构具有两个，分别位于两个传动机构上的托盘的安装位置相互对应，以使处于对应位置的两个所述托盘共同支撑多个电极中的每一个。

根据本发明的一种具体实施方式，所述托盘的底部设置有连接接口，该连接接口用于与固定于托盘下方的调节机构相抵接，所述调节机构用于调节处于电极工作位置的电极在垂直方向的位置和倾斜角度。

根据本发明的一种具体实施方式，所述连接接口为半圆柱形槽，所述调节机构的顶部呈半球形。

根据本发明的一种具体实施方式，每个托盘的底部设置两个连接接口，所述调节机构为四个，所述四个调节机构与位于电极工作位置的两个托盘的连接接口相抵接，且使得四个连接接口分别对应电极的四个角。

根据本发明的一种具体实施方式，所述调节机构包括电机、连接器、螺母和丝杠，所述螺母和丝杠组成滚珠丝杠系统，所述连接器的一端与所述电机相连接，另一端与所述螺母固定。

根据本发明的一种具体实施方式，所述连接器上开有直径大于丝杠的直径的导孔，使丝杠可以进入连接器内部。

(三)有益效果

本发明电极机构传动机构和调节机构相互配合，实现放电电极多个自由度的运动，从而达到不打开放电腔就能调整电极的位置和角度的效果，确保气体激光器的放电腔具有优良的放电性能。

另外，本发明的电极机构设置有多个电极，通过传动机构，可以在不打开放电腔的前提下实时更换备用电极，延长了放电腔的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的气体激光器放电腔的电极机构的示意图；

图2是本发明的气体激光器放电腔的电极机构的调节机构的示意图；

图3是本发明的气体激光器放电腔的托盘的一种实施方式的示意图；

图4是本发明的气体激光器放电腔的电极机构的调节机构具体结构示意图；

图5是本发明的气体激光器放电腔的电极机构的顶起状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

电极在气体激光器的放电腔中通常安装在固定不变的电极工作位置，为了实现电极的更换与调节，本发明的用于气体激光器的放电腔的电极机构包括传动机构和安装在传动机构上的多个电极，所述传动机构用于带动多个电极进行平行移动，使多个电极中的每一个电极均能够移动到气体激光器的放电腔的电极工作位置。

根据本发明的一种具体实施方式，所述传动机构是一种履带式传动机构，其包括一个主动轮和一个从动轮，以及围绕主动轮和从动轮的履带，在所述履带上设置多个电极；所述驱动轴用于提供履带移动的动力，从而使履带带动多个电极进行平行移动，使之任一个都能够移动到所需的电极工作位置。

所述传动机构可以是一个，也可以是多个，视电极的具体形状、结构而定。但是，本发明优选为两个传动机构，以便其电极的两端分别固定在两个传动机构上，有利于使电极保持稳定。

在传动机构上安装的电极个数可以视电极机构的安装空间、长度等任意设定，在放电腔工作时，只有位于电极工作位置的电极才进行工作，其他电极均作为备用电极，通过设置多个电极，且多个电极通过传动机构进行移动，使得电极的更换变得方便。

根据本发明的电极机构还可包括一个调节机构，其位于电极工作位置的下方，用于调节位于电极工作位置处的电极在垂直方向的位置和角度。

下面通过具体实施例来详细说明本发明的技术方案。

图1是本发明的气体激光器放电腔的电极机构的示意图。如图1所示，本发明的电极机构包括传动机构1和安装在传动机构1上的多个电极3。在该实施例中，所述传动机构1有两个，所述电极有三个，每个电极3的两端分别安装于该两个传动机构上。

所述传动系统包括主动轮11、从动轮12和围绕所述主动轮11和从动轮的履带13。所述电极均匀地分布且安装于履带13上。

所述主动轮11是固定滚轮(或齿轮)，从动轮12是不固定滚轮(或齿轮)，可以单自由度地朝向或背离主动轮11运动。根据本发明的一种实施方式，主动轮11可由一个电机14驱动。

为了使履带13保持一定的张力以承载电极，需要给主动轮11和从动轮12预施加一个力，使它们相互之间具有背离的倾向。在该实施例中，在每一从动轮12的轴向两侧向外各伸出一个凸部15，并且该凸部15固定在从动轮12的转动轴上，不跟随从动轮12进行转动(如但不限如的举例，凸部15通过轴承与从动轮12进行连接)，在每个凸部15的靠近主动轮11的一侧固定一个弹簧5，并对该弹簧5预压缩，以使其对凸部(15)产生一个向着远离主动轮11的方向的推力，以使围绕着主动轮11和从动轮12的履带保持一个张力，以便承载电极3。

根据本发明，使履带13保持一定的张力的预施力机构也可以采取其它的实施方式，例如也可以在所述每个凸部15的远离主动轮11的一侧固定一个预拉伸弹簧。

在该实施例中，在两个传动机构1上还安装有托盘4，托盘4的位置与电极在传动机构1上的安装位置相对应。

图3是本发明的气体激光器放电腔的托盘4的一种实施方式的示意图。根据该实施方式，托盘4除了包括位于底部的与调节机构相抵触的连接接口外，还包括履带连接接口41、电极连接接口42、与电极连接接口相应的弹簧组43，该履带连接接口41以胶接、焊接、螺接等方式通过固定在履带13上；电极3以螺接等方式固定在图中的电极连接接口42上，该电极连接接口42可为一个，也可为多个(图3中所示为四个)，且与托盘4不直接连接，而通过多个弹簧组43与托盘4相连。当托盘4和电极3不额外受力时，电极连接接口42处于中心位置，多个弹簧组43处于受力平衡状态；当电极3与托盘4额外受力时，电极连接接口42偏离中心位置，多个弹簧组进行压缩或拉伸，在新的位置达到平衡。在图3所示的实施方式中，每个电极连接接口42中包括四个弹簧组43。

在该实施例中，由于传动机构1具有两个，因此可以使分别位于两个传动机构1上的托盘4的位置相互对应，以便由两个托盘共同支撑一个电极3。

如前所述，本发明的电极机构还包括一个调节机构2，该调节机构2位于电极工作位置的下方，用于调节电极3在垂直方向的位置和倾斜角度。图2是本发明的气体激光器放电腔的电极机构的调节机构的示意图，如图2所示，调节机构2固定于处于电极工作位置的托盘4的下方，并且能够与托盘4相抵接。为了与调节机构2相抵接，在托盘4的底部设置有连接接口。根据本发明的优选实施方式，连接接口为半圆柱形槽44，以便于调节机构2和托盘4更好的抵接定位和传力。当所述传动系统将电极3以及固定电极3的托盘4运转到电极工作位置时，与电极工作位置对应的托盘4下部的连接接口与调节机构相抵接，从而使得能够通过调节机构2的调节使托盘4进行适当的上下或旋转移动，从而调节电极在垂直方向的位置和角度。

在图2所示的本发明的具体实施方式中，在电极3的两端的下方各有一个托盘4，这两个托盘4中的每一个分别通过连接接口与两个调节机构2相抵接。在该实施例中，调节机构2为螺栓式调节器。在每个托盘底部均设置连接接口，由此在电极的一端的下方两个螺栓式调节器分别通过该连接接口与该端的托盘4相抵接。当电极为如图2所示的长条形时，优选的是，所述连接接口的位置与电极3的四个角相对应，以便四个调节机构分别抵接，从而调节电极的四个角在垂直方向移动，以便精确地调节电极在垂直方向上的位置和角度。

图4是本发明的气体激光器放电腔的电极机构的调节机构2的具体结构示意图。如图4所示，调节机构2为螺栓式调节器，其包括电机21、连接器22、螺母23和丝杠24。丝杠24的顶部形状对应于托盘4下部的连接接口的形状。当托盘下部的连接接口为半圆柱形时，该顶部为半球形。螺母23和丝杠24组成滚珠丝杠系统：连接器22和螺母23固定不动，当电机21转动时丝杠收缩或顶起。电机21和电机14一样固定在放电腔上；连接器22与电机21的输出轴固定连接(电机21的输出轴为图中标记21和22中间的圆柱体)，螺母23与连接器22固定连接；连接器22上开有直径大于丝杠24的直径的导孔，使丝杠24可以进入连接器22内部用以节约空间。当电机工作时，电机输出轴带动连接器22和螺母23转动，当旋转方向不同时，丝杠收缩或顶起。

在该实施例中，主动轮11只能在电机14的带动下正转或反转，两组履带13只能在主动轮11的带动下沿水平面一个平动方向分别前进或后退；托盘4与履带13固定，与履带13有相同的运动状态；托盘4下面用来与调节机构2相连的半圆柱形槽44的轴向，和履带13的平动方向一致，这样调节机构2中的丝杠24的半球形顶部始终作用在半圆柱形槽44内；电极连接接口42与电极3固定，与电极3有相同的运动状态；因为托盘具有弹簧组43，当两组履带13的平动方向相同时，弹簧组43推动电极3沿履带13的平动方向运动(即第一自由度)；当两组履带13的平动方向不同时，弹簧组43推动电极连接接口42偏离中心位置，且两组履带13上的托盘4上的电极连接接口42(即电极3的两端)偏离中心方向不同，实现电极3在水平面内绕垂直轴的微转动(即第二自由度)。因偏离中心位置行程有限，所以只能是微转动。

当将本发明的电极机构安装到气体激光器的放电腔中时，需确保电极在其长度方向上安装在精确范围内，而这较容易实现，因为对于气体激光器而言，电极长度方向上的位置容许误差一般远大于普通的机械安装误差。在上述本发明的实施例中，当两个传动机构1朝向同一方向并以相同位移量平动时，可以调节电极在一个水平方向上位置，即第一自由度；当两个传动机构1以不同位移量或朝向相反方向平动时，可以调节电极在水平面内绕垂直轴的角度，即第二自由度；当四个调节机构在垂直方向上朝向同一方向并且以相同位移量平动时，可以调节电极在垂直方向上的位置，即第三自由度；当靠近主动轮11处的两个调节机构与靠近从动轮12处的两个调节机构分别以不同位移量或朝不同方向运动时，可调节电极绕其轴转动，此为第四自由度；当相应于同一传动机构1的两个调节机构2与相应于另一传动机构1的另两个调节机构2分别以不同位移量或朝相反方向运动时，可调节电极绕其切向轴转动，此为第五自由度；当处于对角位置的两个调节机构朝相反方向运动，并且另外两个调节机构保持不动时，可以调节电极绕其对角线轴转动，因有两条对角线，故此为两个自由度。

以上是本发明的具体实施例的调节方式，然而本发明不限于此，基于本发明的构思，可以根据电极的安装位置和形状在不同位置设定传动机构和调节机构，并且传动机构和调节机构的数目和位置也可以不同。

图5是本发明的气体激光器放电腔的电极机构的顶起状态示意图。如图5所示，当四个调节机构朝顶起方向运动时，电极处于被顶起状态。此时，由于从动轮是不固定轮，因此其朝向主动轮运动，以补偿传动系统中履带的长度，此时，弹簧5处于强压缩状态。

在放电腔中，当达到一定放电脉冲数、需要更换电极时，可以先使调节机构2向下运动到不与托盘接触(例如使丝杠24同时收缩)，再使两个传动机构朝同一水平方向运动，将另一备用电极移动到电极工作位置，实现电极的置换，然后按上述方法在多个自由度上调整置换后的电极的自由度，使置换后的电极满足放电腔电极的装配要求。

在选择本发明的电极机构中的各部件材料时，需要注意各部件不被工作气体腐蚀。如对应ArF激光器，其工作气体中有氟气，电极机构中的各部件都要耐氟气腐蚀。例如，所选用的电机为陶瓷电机。各电机在激光器外部遥控操作。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种电极机构，用于向气体激光器的放电腔提供处于电极工作位置的电极，其特征在于，该电极机构包括传动机构(1)和安装在该传动机构(1)上的多个电极(3)，该传动机构(1)用于使该多个电极(3)的每一个移动到所述电极工作位置。

2.如权利要求1所述的电极机构，其特征在于，所述传动机构(1)为两个，所述多个电极(3)中的每一个的两端分别安装于该两个传动机构(1)上。

3.如权利要求1所述的电极机构，其特征在于，还包括一个调节机构(2)，该调节机构(2)位于所述电极工作位置的下方，用于调节处于电极工作位置的电极(3)在垂直方向的位置和倾斜角度。

4.如权利要求1所述的电极机构，其特征在于，所述传动机构(1)为履带式结构，其包括主动轮(11)、从动轮(12)和围绕所述主动轮(11)和从动轮(12)的履带(13)，所述多个电极(3)安装于所述履带(13)上。

5.如权利要求4所述的电极机构，其特征在于，所述主动轮(11)由一个电机(14)驱动。

6.如权利要求4所述的电极机构，其特征在于，还包括对主动轮(11)和从动轮(12)施加一个预施力的机构，以使主动轮(11)和从动轮(12)具有相互背离的倾向。

7.如权利要求6所述的电极机构，其特征在于，所述对主动轮(11)和从动轮(12)施加一个预施力的机构是弹簧(5)，所述从动轮(12)的轴向两侧向外各伸出一个凸部(15)，并在每个凸部(15)的靠近主动轮(11)的一侧固定所述弹簧(5)，并使该弹簧(5)预压缩，以使其对所述凸部(15)产生一个向着远离主动轮(11)的方向的推力。

8.如权利要求4所述的电极机构，其特征在于，在所述传动机构(1)上还安装有托盘(4)，所述电极(3)通过该托盘(4)安装在所述履带(13)上。

9.如权利要求8所述的电极机构，其特征在于，所述托盘(4)包括用于与所述电极(3)固定连接的电极连接接口(42)，该电极连接接口通过多个弹簧组(43)与该托盘(4)相连。

10.如权利要求8所述的电极机构，其特征在于，所述传动机构(1)具有两个，分别位于两个传动机构(1)上的托盘(4)的安装位置是相互对应的，以使处于对应位置的两个所述托盘(4)共同支撑多个电极(3)中的每一个。

11.如权利要求10所述的电极机构，其特征在于，所述托盘(4)的底部设置有连接接口，该连接接口用于与固定于托盘(4)下方的调节机构(2)相抵接，所述调节机构(2)用于调节处于电极工作位置的电极(3)在垂直方向的位置和倾斜角度。

12.如权利要求11所述的电极机构，其特征在于，所述连接接口为半圆柱形槽(44)，所述调节机构(2)的顶部呈半球形，与所述半圆形槽(44)相配合。

13.如权利要求11所述的电极机构，其特征在于，每个托盘(4)的底部设置连接接口，所述调节机构(2)为四个，所述四个调节机构与位于电极工作位置的两个托盘(4)的连接接口相抵接，且使得连接接口分别对应电极(3)的四个角。

14.如权利要求3、11-13中任一项所述的电极机构，其特征在于，所述调节机构(2)包括电机(21)、连接器(22)、螺母(23)和丝杠(24)，所述螺母(23)和丝杠(24)组成滚珠丝杠系统，所述连接器(22)的一端与所述电机(21)相连接，另一端与所述螺母(23)固定。

15.如权利要求14所述的电极机构，其特征在于，所述连接器(22)上开有直径大于丝杠(24)的直径的导孔，使丝杠(24)可以进入连接器(22)的内部。

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