KR100421275B1 - 방전 레이져용 진동 컨트롤과 컷오프 조립체를 갖춘 횡류 팬 - Google Patents
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Abstract
레이져 발생 가스(108) 혼합물을 재 순환하기 위한 횡류 팬(140) 및 컷오프 조립체는, 단부에서 단부로 계단식으로 원주상 위치로 가변하는 블레이드 부재(144) 및/또는 테이퍼진 양극 조립체(120)를 가지고 있다. 블레이드 부재(144)의 개수는 일정하거나 가변할 수 있다. 블레이드 부재(144)의 원주상 위치는 단부들 사이에서 단일 방향으로 또는 역방향으로 변할 수 있다. 블레이드 부재(144)는 허브부재(212)의 위치 및 개수를 최적 선택함으로써 강화되어 팬의 고유 진동수를 제어한다. 횡류 팬을 성형하는 방법은 단일 블럭으로부터 캐스팅하는 단계, 기계가공하는 단계를 포함한다. 단편으로된 구조는 전자 빔 용접으로부터 전형적으로 결합될 수 있다. 캐스팅, 용접 및 기계가공 처리는 어떠한 추가적인 오염물질을 도입하지 않는다. 생산된 횡류 팬은 기계 강성, 정확한 허용오차, 오염 물질의 낮은 농도를 갖는다. 블레이드 부재(144)는 에어포일 형상으로 성형될 수 있다.
Description
횡 여기(TE) 펄스 가스 방전레이져는 레이져 챔버내에 레이져 발생 가스를 재 순환시키기 위한 횡류 팬을 포함한다. 도 1a 및 도 1b는 종래의 TE 엑시머 레이져에 있어서 레이져 챔버(100)의 내부 구조를 도시하는 단면도 및 측면도이다(참고로 여기에 포함된, 아킨스 등이 발명하고 1990년 9월 25일에 등록된 미국 특허 No. 4,959,840 참조). 레이져 엔클로져(102)는 레이져 챔버 내부(105) 및 외부(110) 사이에 제공되어 서로를 격리시킨다. 전형적으로, 엔클로져(102)는 한 쌍의 절반 엔클로져(112, 114; 도 1a 참조)에 의해 형성되는데, 이는 엔클로져(102)의 주변을 따라 뻗어있는 o-링 시일(116)을 사용하여 밀봉되고 서로 결합되어 있다. 레이져 챔버 내부(105)는 레이져 발생 가스(108)와 소정 압력으로 채워져 있다. 펄스 가스 방전은 음극 조립체(118) 및 양극 조립체(120) 사이에 적용되는 고 전압 펄스에 의해 방전 구역(122)에서 발생된다. 펄스 가스 방전은 레이져 출력 에너지를 생성하는 여기 플르오르화 아르곤, 플르우르화 크립톤, 또는 플르오르 분자를 전형적으로 발생한다. 펄스 출력 에너지는 방전 구역(122)으로부터 광학 출력 창 조립체(162; 도 1b 참조)를 통하여 전파한다. 방전 구역(122)을 형성하는 음극 조립체(118) 및 양극 조립체(120)는 레이져 챔버(100)의 길이를 따라 서로 평행으로 뻗어있다.
레이져 발생 가스(108)의 재 순환은, 허브 부재(146)들 사이에서 레이져 챔버(100)의 길이를 따라 뻗어있는, 실질적으로 평행으로 일직선인 복수의 블레이드 부재(144)를 포함하고 축(142)을 중심으로 회전하는 횡류 팬(140)에 의해 제공된다. 현 횡류 팬을 위한 전형적인 회전률은 약 3800 rpm(분당 회전수)정도 이다. 도 1a에 화살표로 도시된 바와 같이, 가스 유동(108)은 베인 부재(152)로 인도되는 바 대로 횡류 팬(140)을 통하여 상향으로 유동하고 방전 구역(122)을 가로질러 횡단한다. 방전 구역(122)을 통하여 유동하는 레이져 발생 가스(108)는 펄스 가스 방전에 의해 상당히 가열되고 해리된다. 레이져 챔버(100)의 길이를 따라 뻗어있는 가스 대 유체 열 교환기(도 1b에 도시 되지 않음)는 가열된 가스를 냉각하도록 가스 재 순환 경로에 위치결정되어 있다. 예컨대, 베인 부재(106) 같은 다른 베인 부재는 열 교환기(158)를 통하여 그리고 가스 재 순환 경로를 따라 다른 어느 곳으로 가스(108)의 유동을 인도한다. 재 순환은 레이져 발생 가스(108)를 냉각시키고 재 결합하고 이에 의해 레이져 발생 가스(108)를 대체하지 않고 반복적으로 펄스 레이져 작동을 가능하게 한다.
다른 여러 가지 다른 문제 중에서도 레이져 챔버(100) 그리고 결합된 구성요소에 관한 여러 가지의 현 문제점은 하기 하는 바와 같다.
이 횡류 팬은 제작하기에 어렵고 고가이다. 블레이드 부재(144) 및 허브 부재(146)는 알루미늄/브론즈 합금 같은 알루미늄 또는 또 하나의 적절한 합금으로부터 개개로 스팀핑되어 형성되고 그 다음 약 13 중량 퍼센트 규소를 전형적으로 함유하는 브론즈 재료를 사용하는 횡류 팬 조립체(140)을 형성하도록 함께 딥 블레이즈 용접된다. 이러한 것은 지루하고 노동집약적인 절차이다. 블레이즈 용접된 팬 조립체는 낮은 강성을 갖기 때문에, 포스트 기계가공은 손상을 야기할 수 있으므로 어렵고 실행 불가능하다. 따라서 정확한 정렬과 임계의 허용오차를 성취하기가 어렵다. 블레이즈 용접된 횡류 팬 조립체(140)는 전형적으로 무전해 니켈로 코팅된다.
레이져 발생 가스(108)는 재 순환되고 재 활용되기 때문에, 펄스 에너지 성능, 안정성, 레이져 발생 가스(108)의 작업 수명을 최대화 하기 위해 청결을 유지하고 레이져 챔버 내부(105)내에 가스 주위의 오염물질을 방지하는 것이 어렵다.
회전 팬 조립체에 있어 바람직하지 않은 진동은 수명에 악 영향을 미친다. 이러한 진동의 감소는 베어링 마모를 감소시킬 것이고, 증가되는 가스 유동 속도를 위한 팬 회전 속도를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 특히, 약영향을 미치는 진동은 팬, 베어링, 샤프트, 마그네틱 로터를 포함하는 로터 역학적인 조립체의 낮은 고유 진동수와 관련된다. 이러한 낮은 고유 진동수는 좋지 않은 기계적인 강성으로 인해 팬의 낮은 제 1 및 순차적인 굽힘 모드 진동수에 크게 영향을 미친다.
공기 역학적인 버피팅 효과가 관찰되는데, 이는 다른 것들 중에도 진동을 팬 베어링에 전달하여 베어링 마모와 때 이른 고장을 야기한다. 진동의 진동수 측정은 양극 조립체(120)의 에지에 바로 근접하여 팬 블레이드 부재(144)가 지나갈 때 마다 발생되는 가스 압력 파동에 의해 야기된다는 것을 나타낸다. 중요한 것은 역류 누출을 최소화하고 가스 유동 효율을 최대화 하기 위해, 블레이드 부재(144) 그리고 양극 조립체(120)의 근접 에지 사이의 간극이 특히 가깝다는 것이다. 양극 조립체를 재 형성함으로써 공기 역학적인 버피팅을 감소시키려는 기존의 시도는, 약 10 또는 그 이상의 퍼센트로 가스 유동 속도의 바람직하지 않는 감소를 낳는다.
많은 적용이 실질적으로 일정한 레이져 펄스 출력 에너지를 필요로 하지만, 펄스 출력 에너지의 강하고 바람직하지 않는 파동이 관찰되고 이러한 파동은 고 레이져 반복률로 특히 심하게 발견된다.
따라서, 마무리 가공된 팬 조립체가 진동에 대항하여 개량된 기계적인 강성을 갖도록, 경제적인 횡류 팬조립체를 제작하는 것이 바람직하다. 추가적으로, 레이져 챔버로부터 잠재적인 오염 물질을 최소화 하거나 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 공기 역학적인 버피팅으로부터의 진동을 최소화 하거나 제거하고, TE 펄스 가스 레이져에서 특히 고 레이져 펄스 반복률로 펄스 출력 에너지 파동을 최소화 하거나 제거하는 것이 바람할 것이다.
(관련된 출원에 대한 참조 문헌)
본 출원은 토마스 호프만 등에 의해 발명되고 "엑시머 레이져용 횡류 팬"으로 명명되어 1998년 8월 28일에 출원된 미국 출원 No 09/143,633 의 일부 계속 출원이다. 본 출원은 공동으로 허여된 토마스 호프만에 의해 "엑시머 레이져용 비틀린 블레이드 횡류 팬"으로 명명되어 1998년 8월 28일에 출원된 미국 출원 No 09/143,040 과도 관련되어 있다. 상기 출원 명세서는 모두 참조로 여기에 포함되어 있다. 본 출원은 공동으로 허여된 토마스 호프만, 제임스 케이 호웨이 등에 의해 "방전 레이져용 납땜된 팬 조립체"로 출원된 미국 출원 No. ____[Docket No. 99-0014-01]에 더 관련되어 있다. 이 명세서는 전부 참조로 여기에 포함된다.
(기술 분야)
본 발명은 전체적으로 횡류 팬에 관한 것이고, 자세하게는 가스 레이져 챔버에서 가스 유동을 발생하기 위한 횡류 팬에 관한 것이고, 더 자세하게는 엑시머 레이져에서 그리고 다른 펄스 가스 방전 레이져에서 가스 유동을 발생하기 위한 횡류 팬에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 TE 엑시머 레이져에서 레이져 챔버의 내부 구조를 도시하는 단면도 및 측면도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라, 원통형 대칭이 없는 횡류 팬의 부분을 도시하는 등각도,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따라, 횡류 팬의 섹션에서의 원주상 오프셋 각도에 따른 그래프,
도 2c는 본 발명의 실시예에 따라, 비스듬하거나 비틀린 실질적으로 나선형 블레이드 팬 구조의 등각도,
도 2d 및 도 2e는 터이퍼진 양극 지지 바 또는 컷오프를 갖는 양극 조립체를 갖춘 횡류 팬의 개략 끝면도 및 정면도,
도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따라, 횡류 팬 조립체의 캐스트 섹션의 등각도,
도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따라, 길이방향으로 함께 결합된 복수의 섹션을 포함하는 횡류 팬 조립체의 부분의 등각도,
도 3c는 도 3a의 C-C 방향을 따라 본 에어포일 블레이드 부재의 개략 단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 6061 알루미늄 합금의 단일 블록으로부터 기계가공된 단편으로된 횡류 팬 구조의 종면도 및 끝면도,
도 4c는 블레이드 부재를 단편으로된 기계가공된 횡류 팬 구조의 허브 부재에 연결하는 필릿을 도시하는 상세도,
도 4d 및 도 4e는 어떤 실시예에 따라, 횡류 팬 구조에 부착되도록 구성된 회전 샤프트 조립체의 끝면도 및 측단면도, 그리고
도 4f는 도 4a의 F-F 방향을 따라 취해진 기계 가공된 횡류 팬 구조의 단면 상세도, 그리고
도 5는 일반적인 오염 물질의 농도에 대해 엑시머 레이져의 상대적인 레이져 출력 에너지에 따른 그래프.
가스 레이져 장치는 레이져 발생 가스 혼합물을 재 순환 하도록 구성된, 횡류 팬 및 컷오프 조립체를 포함한다. 통상적으로, 본 발명을 따라, 팬의 블레이드 부재는 제 1 끝 플랜지 및 제 2 끝 플랜지 사이의 원주상 위치에서 가변한다. 어떤 실시예에 있어서는, 횡류 팬이 길이방향으로 섹션들로 구획되는 상태로, 원주상 위치의 가변은 계단식 오프셋 방식으로 성취된다. 어떤 실시예에 있어서는, 양극의 에지나 컷오프 조립체를 테이퍼지게 함으로써 동등한 효과가 성취된다.
어떤 실시예에 있어서는, 원주상으로 인접한 블레이드 부재들은 서로에 대하여 등간격으로 원주상으로 이격된다. 어떤 양태는 원주부 주위에 홀수의 블레이드 부재를 갖는다. 어떤 양태에 있어서는, 블레이드 부재의 원주상 개수는 끝 플랜지들 사이에 길이방향으로 일정한 반면, 다른 양태에 있어서는, 블레이드 부재의 원주상 개수는 끝 플랜지들 사이에서 가변한다. 어떤 구성에 있어서는, 블레이드 부재의 원주상 위치는 두 개의 끝 플랜지 사이에서 단조롭게 가변한다. 다른 구성에있어서는, 원주상 위치의 변화는 두개의 끝 플랜지 사이에서 원주상으로 하나 또는 그 이상 번 역방향으로된다.
횡 여기 엑시머 레이져, 더 특정적으로는 플로오르화 크립톤 또는 플로오르화 아르곤 엑시머 레이져, 또는 플루오르(F2) 분자 가스 레이져의 챔버에서 횡류 팬이 작동 가능하다.
블레이드 부재는 끝 플랜지의 외측 원주부에 인접하고 원주부 사이에 길이방향으로 뻗어있다. 전형적으로, 블레이드 부재는 끝 플랜지들 사이에서 이격하고 이들과 평행한, 하나 또는 그 이상의 횡단으로 실질적으로 환형 허브부재에 의해 강화된다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 횡류 팬은 환형 허브 부재의 위치 및 개수를 최적화 함으로써 강화되고 이에 의해 팬의 굽힘 진동적인 모드의 고유 진동수를 제어한다. 이러한 것은 임의의 다른 팬 성능 특성을 실질적으로 변화시키지 않고서도 팬 진동을 감소시킨다.
본 발명에 따른 횡류 팬은 개개로 스탬핑되어 성형된 블레이드 부재 및 허브 부재를 함께 블레이즈 용접하는 종래의 방법을 사용하여 만들어질 수 있다. 본 발명은 재료의 고체 블럭으로부터 기계 가공하거나 캐스팅함으로써 단편으로된 팬 구조를 성형하여 포함하는 횡류 팬을 성형하는 개량된 방법을 제공한다. 성형된 횡류 팬은 종래에 만들어진 횡류 팬 보다 우수한 기계적인 강성, 보다 정확한 허용오차, 보다 낮은 오염 물질 농도를 가지고 있다. 본 발명에 의해 제공된 방법은 종래의 기하학을 갖는 횡류 팬에도 적용 가능하다.
어떤 실시예에 따라 성형된 단편으로된 구조는 일체의 허브 및 블레이드 부재를 포함하고, 어떠한 실시예에 있어서는, 전형적으로 전자 빔 용접으로 두 개 또는 그 이상의 그 단편으로된 구조를 함께 결합한다. 캐스팅, 용접, 기계 가공 처리에 있어서, 레이져 챔버에 설치할 때 오염 물질을 야기하는 어떠한 추가적인 재료도 도입되지 않는다. 본 발명에 의해 제공된 방법은 에어포일 형상으로의 블레이드 부재의 성형을 용이하게 한다. 어떤 실시예에 있어서, 허브 부재의 내측 직경은 복수의 블레이드 부재에 의해 형성된 내측 직경과 동일 평면으로 기계가공되어 있다.
캐스팅은 다이 캐스팅 또는 인베스트먼트 캐스팅에 의해 수행된다. 어떠한 실시예에 있어서는, 실질적으로 3.5-6.5 퍼센트 구리와 0-2.5 퍼센트 니켈 또는 0-1.5퍼센트 실버로 이루어진 첨가 금속을 함유하는 알루미늄 캐스트 합금이 사용된다. 기계가공된 단편으로된 구조에 대하여, 6061 알루미늄 합금이 전형적으로 사용된다. 마무리 처리는 포스트 기계가공, 전해연마, 무전해 니켈 코팅을 전형적으로 포함한다.
본 발명은 이하 도면과 연관하여 이하 상세한 설명에 따라 보다 잘 이해될 것이다.
본 발명은 이하 도면을 참조함으로써 여러 가지의 목적, 특성, 장점이 당업자에게 명백하게되고 보다 잘 이해될 수 있을 것이다. 이해를 용이하고 간단하게 하기 위해, 도면내의 공통적인 부재번호는 다른 도면에서도 부재가 동일한 곳에 사용된다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이러한 실시예는 상기한 도면을 참조하여 설명됨에 따라, 설명되는 특정 구조 및/또는 방법의 다양한 변경 및 적용을 곧 알게 될 것이다. 본 발명이 예시된 실시예에만 결코 국한되는 것이 아니므로, 이러한 설명 및 도면은 한정된 사상으로 간주되지는 않아야 한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 레이져 펄스 출력 에너지에 있어 바람직하지 않은 파동은 횡류 팬(140)의 회전하는 블레이드 부재(144)에 떨어져 반사되는 충격 에너지로부터 발생하는 것이 발견된다. 1997년 3월 31일자 티 호프만 등에 의한 사이머 인코포레티드의 기술적인 기록 "고 반복률의 에너지 파동원" 에 의하면, "송풍기는 방전으로부터의 충격파가 방전 구역으로 다시 들어갈 수 있는 방식으로 상호작용하고, 이러한 것은 팬 블레이드에 떨어져 직접 반영하는 것 또는 팬을 통하여 이동하는 충격파를 위해 각도에 의존하는 전달을 만들어 내는 것 중 하나에 의해 행해질 수 있고, 송풍기 속도를 갖춘 조절은 비행시간이 소정 충격파 경로와 동시에 발생하는 곳의 PRFs 에 대해서만 일어나고, 임의의 경우에 있어서, 2.5 kHz 이하의 PRFs 와 주어진 챔버 기하학에 대하여, 다시 방전하기 전에 충격파가 다중 반사를 겪는다는 것은 명백하다"는 것을 개시하고 있다. 상기 인용구"PRF"는 "Pulse Repetition Frequency"의 약자이다.
방전 구역(122)에 있는 펄스하는 가스 방전은 레이져 발생 가스(108)에 있는 청각 쇼크를 발생하는데, 이것은 방전 구역(122)으로부터 레이져 발생 가스(108)을 통하여 전파되고 예컨대 레이져 챔버(100)의 내부에서, 엔클로져(102)의 내벽 및 열 교환기(158)으로 고체 표면으로부터 반사된다. 반사된 충격 에너지 부분이 방전 구역(122)로 다시 들어가는데, 이곳에서 레이져 발생 가스(108)의 전기적인 그리고 광학적인 특성과 상호 작용한다. 이러한 반사되는 충격 에너지 상호작용은 레이져의 펄스 출력을 증가하거나 감소시킬 수 있다.
예컨대 챔버 벽 같은 반사 표면은 정지되어 있는 반면, 횡류 팬(140)의 표면은 실질적으로 정규적인 회전 주기로 회전한다. 정지된 표면으로부터 반사된 충격 에너지로인한 레이져 펄스 출력 에너지의 변화는 상대적으로 그런대로 일정한 반면, 회전하는 팬 표면으로부터 반사되는 충격에너지로 인한 펄스 출력 에너지 변화는 파동을 보여준다.
이러한 문제점을 극복하려는 데이타에 대한 시도는 한정된 결과를 충족시켰다. 레이져 챔버(100)에 있는 베인 부재(152, 160)를 재 설계하는 것은 펄스 출력 에너지 파동을 부분적으로만 감소 시켰다. 청각 댐핑 재료를 레이져 챔버(100)내의 표면에 적용하여 다공성을 도입하는데, 이것은 오염 물질원을 제공하고 또한 레이져 챔버(100)의 처리중 피동적인 시간을 연장하는 것이 된다.
일직선으로 평행한 블레이브 부재(144)를 포함하는 종래의 횡류 팬(140)의 구조는 원통형대칭이다. 이러한 전통적인 원통형 대칭은 충격 에너지의 주기적인 반사를 촉진하는데 이는 횡류 팬(140)의 전체 길이를 따라 동위상에서 강화된다. 본 발명은 전통적인 원통형 대칭을 깨는, 충격 에너지의 강화된 동위상이고 주기적인 반사를 최소화 시키는 횡류 팬 구조를 제공하여 보다 일정한 레이져 펄스 출력 에너지를 허락한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라, 원통형 대칭이 아닌 횡류 팬(200)의 부분의 등각도이다. 횡류 팬(200)은 허브 부재(212)의 원주부(220)에 대하여 실질적으로 편평하게 이격된 블레이드 부재(214)를 각각 포함하는 복수의 섹션(210)으로 길이방향으로 구획되어 있다. 모든 섹션(210)중 블레이드 부재(214)는 원주부(220)와 동심으로 횡류 팬(200)의 길이방향 회전 축(222)와 길이방향으로 평행하게 정렬되어 있다. 그러나, 섹션(210)의 블레이드 부재(214)는 인접 섹션(210)의 블레이드 부재(214)에 대하여 원주 각(ψ) 만큼 오프셋된다. 이러한 구성은 전통적인 원통형 대칭을 깨고 레이져 펄스 출력 에너지 파동을 야기하는 충격에너지의 동위상 반사를 최소화한다.
예를 들면, 도 2a에 도시된 횡류 팬(200)은 18개의 길이방향 섹션(210; 명료하게 하기 위해 부분적으로만 도시됨)으로 구획된다. 각각의 섹션(210)은 원주부(220)에 대하여 균등하게 이격된 23개의 블레이드 부재를 포함한다. 다른 여러개의 원주 오프셋 구조가 사용될 수 있다. 하나의 이러한 구조에 따라, 인접 섹션(210)들 사이의 원주 오프셋 각(ψ)은 블레이드 패턴의 완전 360도 원주 1회전이 18 개의 섹션(210) 중에 균등하게 배분되도록, 360도의 완전 원주 1회전의 1/18과 동일하다. 또 하나의 구조에 따라, 완전 원주 1회전의 1/23 곱하기 1/18의 원주 오프셋 각(ψ)이 인접 섹션(210)들 사이에서 적용되고 이에 의해 18개의 섹션(210)중 하나의 블레이드 위치의 누적적인 원주상 오프셋을 균등하게 배분한다. 다른 구조에 따라, 인접한 섹션(210)의 블레이드 위치들 사이의 원주 오프셋 각(ψ)은 완전 원주 1회전의 1/18 곱하기 1/23 또는 1/18의 정수배가 될 수 있다.
어떤 구조에 있어서는, 인접 섹션(210)들 사이의 원주 오프셋 각(ψ)은 단부로부터 횡류 팬(200)의 단부로의 일정한 원주 방향으로 변한다. 다른 구조에 있어서는, 인접 섹션(210)들 사이의 원주 오프셋 각(ψ)은 단부에서 횡류 팬(200)의 단부로 진행하는데 있어 하나 또는 그 이상의 장소로 방향을 반대로 한다. 도 2b는 18개의 섹션(210)을 가진 횡류 팬(200)의 섹션(210)상의 원주상 오프셋 각(ψ)에 따른 다른 예(241-252)의 그래프이다. 횡류 팬(200)의 섹션(210)은 실질적으로 수평 방향을 따라 순차적으로 보여져 있다. 원주 오프셋 각(ψ)은 수평선 세그먼트의 수직 위치에 의해 도시되어 있다. 예(241)는 섹션들 사이의 블레이드 패턴의 어떠한 오프셋도 가지고 있지 않는 종래의 횡류 팬 구성을 예시한다. 예(247)는 일정한 원주 샤프트 방향을 예시한다. 다른 예(242-246, 248-252)는 가변하는 원주 샤프트 구성을 예시한다.
중요한 것은, 원주상 오프셋 각(ψ)이 섹션(210)내의 인접 블레이드 부재(214)들 사이에 원주 공간의 정수배는 아니라는 것이다. 이러한 원주 오프셋 각(ψ)은 원래의 블레이드 패턴 설정방향을 모사하게 되고, 따라서 전통적인 원통형 대칭을 깨지는 않을 것이다. 상기 예들이 섹션(210) 마다 블레이드 부재(214)의 동일한 숫자를 설명한다 하더라도, 섹션에 있어 블레이드 부재 숫자는 섹션에서 섹션으로 가변할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 횡류 팬(200)은 횡류 팬(200)의 길이를 따라 다른 길이방향 위치에서 블레이드 부재(214)의 원주 설정방향을 원주방향으로 오프셋함으로써 전통적인 원통형 대칭을 깬다. 횡류 팬(200)이 레이져 챔버(100)에 설치될 때(도 1a-1b 참조), 이러한 원주 오프셋은 충격 에너지의 다른 반사 각을 각각의 다른 블레이드 설정방향에 제공한다. 도 2a와 관련하여 설명된 횡류 팬 구성은 다른 원주상의 설정방향의 배분을 갖는 오프셋 블레이드 부재(214)를 제외하고 복수의 평행선을 갖춘 횡류 팬(140; 도 1a-1b 참조)의 전통적으로 일직선의 각 블레이드 부재(144)를 대체한다. 상기된 예에 있어서, 횡류 팬(200)의 임의의 개개의 블레이드 부재(214)에 의한 특정 각으로의 충격 에너지 반사는 종래의 횡류 팬(140)의 개개의 보다 긴 블레이드 부재(144)에 의해 그 동일한 각으로의 충격 에너지의 반사보다 약 18배 작다. 결과적으로, 횡류 팬(200)이 회전하여 레이져 펄스 출력 에너지 파동을 크게 감소시킴에 따라, 반사된 충격 에너지의 실질적으로 스무드한 순간 배분이 방전 구역(122; 도 1a-1b참조)로 다시들어간다.
추가적으로, 블레이드 부재의 원주상 오프셋은 도 1a-1b와 관련하여 설명된 공기 역적인 버피팅 효과를 감소시킨다. 종래의 횡류 팬(140)의 각각의 일직선으로 연속하는 블레이드 부재(144)가 횡류 팬(200)의 보다 짧은 블레이드 부재(214)의 원주상 오프셋 배분으로 대체되기 때문에, 훨씬 작은 블레이드 부재(214)만이 주어진 시간에 양극 조립체(120)의 에지의 바로 근접하게 지나간다. 따라서, 이러한 보다 작은 블레이드 부재(214)가 양극 조립체(120)의 에지를 지나갈 때 마다, 이에 상응하는 보다 작은 가스 압력 파동이 발생한다. 또한 이러한 것은 횡류 팬 베어링으로 전달된 버피팅 진동 진폭을 감소시킨다.
예를 들면, 각 블레이드 부재(214)가 횡류 팬(200)의 길이의 1/18 까지만 뻗어있다면, 이것은 종래의 횡류 팬(140)의 전체 길이 블레이드 부재(144)의 가스 압력 파동의 약 1/18 만을 생성한다. 이러한 감소된 가스 압력 파동은 종래의 횡류 팬(140)으로 전달되는 진동 진폭의 약 1/18 만을 횡류 팬 베어링에 차례로 전달한다.
도 2c는 비스듬하거나 비틀린 실질적으로 나선형 블레이드 팬 구조(260)의 등각도이다. 예컨대, 미국 그레이트 넥 뉴욕 11021 노던 블러바드 525에 있는 하이-테크 블로우어스사에서 생산하는 비스듬하거나 비틀린 블레이드 기하학을 갖춘 횡류 팬은 상업적으로 유용하다. 비틀린 블레이드 팬 구조(260)는 횡류 팬(200)의 연속적인 한계에 효과적인데, 여기에서 각각의 블레이드 부재(264)는 무한하게 짧은 섹션의 무한 개수로 구획되어 단이진 원주상의 상대적인 오프셋 보다는 오히려 회전 축(270)에 대하여 연속적인 실질적으로 나선형의 상대적인 오프셋을 갖는다. 비틀린 블레이드 팬 구조(260)는 도 2c에 도시된 바와 같이 시계방향 또는 반시계 방향의 나선형 비틀림을 갖는 전체 길이 블레이드 부재(264)를 포함할 수 있다. 변경적으로, 비틀린 블레이드 팬 구조(260)는 선택적으로 역으로되고 인접한, 시계방향 및 반시계방향의 실질적으로 나선형 비틀림을 갖는 블레이드 부재(264)의 다중 길이방향 섹션을 포함하여 길이방향 공기역학 효과를 없앤다. 비틀린 블레이드 팬 구조(260)는 전형적으로 블레이드 부재(264)를 지지하고 강화하도록 허브 부재(262)를 포함한다. 비틀린 블레이드 팬 구조(260)는 부착물을 회전 끝 샤프트에 제공하도록 끝 플랜지(266)도 포함한다(도 4a-4e와 관련하여 후술됨).
횡류 팬(200)에 대하여, 비틀린 블레이드 팬 구조(260)는 공기역학적인 버피팅으로 인한 레이져 펄스 출력 에너지 파동 및 진동의 동일하거나 보다 큰 감소를 제공한다. 그러나 비틀린 블레이드 팬 구조(260)는 횡류 팬(200)에서 보다는 조립하기 더 어렵다는 것이 고려된다.
펄스 출력 파동 및 공기 역학적인 버피팅을 감소시키는 또 하나의 구성은 레이져 챔버(100)내에서 비틀어진 횡류 팬 축(도시 않됨)이다. 횡류 팬 회전 축(142; 도 1a-1b 참조)은 방전 구역(122) 및 양극 조립체(120)의 길이방향 축에 대하여 기울어져 있다. 베인 부재(152, 160) 및 양극 조립체(120)는 적절하게 재 구성되어 있다. 이러한 기울어진 축 팬 구성으로부터 실행 이익이 기대된다. 그러나, 레이져 챔버(100)내로 기울어진 축 팬을 수용하는 것과, 구조적인 변경을 요구하는 것은 비현실적으로 복잡하고 고가라고 판단된다. 변경적으로 가변하거나 테이퍼진 원주부를 가진 횡류 팬이 채용될 수 있다. 그러나 이러한 횡류 팬은 레이져 챔버에 실질적인 구조적 변경을 요구한다.
유사하게도, 양극 조립체 및/또는 베인 부재만을 재구성하는 것은 펄스 출력 파동 및 공기 역학적인 버피팅에 있어 성공적인 감소를 성취할 수 있다. 도 2d 및 도 2e는 고정된 테이퍼진 양극 지지 바 또는 컷오프(282)를 갖는 횡류 팬 및 양극 조립체(280)의 개략적인 끝면도 및 정면도이다. 컷오프(282)의 비스듬한 에지(284)는 축(142)를 중심으로 회전하는 횡류 팬(140)의 블레이드 부재(144)의 외주에 바로 근접하게 위치되어 있다. 테이퍼진 에지(284)는 회전 축(142)에 대하여 비스듬하게 방향잡혀있다.
횡류 팬(140)이 화살표(286)로 표시된 방향으로 회전함에 따라, 블레이드 부재(144)는 컷오프(282)의 비스듬한 에지(284)에 바로 근접하게 점차로 지나간다. 도 2d-2e에 예시된 바와 같이, 횡류 팬(140)의 단부(288a, 288b)에 가장 가까운 블레이드 부재(144)의 부분은 우선 비스듬한 에지(284)와 바로 근접하게 회전한다. 결국에는, 단부(288a, 288b) 사이의 중간 쯤의 블레이드 부재(144)의 부분은 비스듬한 에지(284)에 바로 근접하게 회전한다. 이러한 구성은 효과적으로 도 1a 도 1b에 예시된 컷오프 조립체 및 종래의 횡류 팬의 원통형 대칭을 깬다. 예를 들면, 종래의 횡류 팬 구조(140)의 일직선 길이방향 블레이드 부재(144)와 조합하는 테이퍼진 컷오프(282)는, 엇갈리게 배치되거나 비틀린 블레이드 부재를 각각 갖는 횡류 팬 구조(200 또는 260)와 조합하여 양극 조립체(120) 또는 일직선의 종래 컷오프의 블레이드 부재에 상당하는 공기 역학적인 버피팅의 감소를 제공한다.
변경적으로, 테이퍼진 컷오프는 단부(288a, 288b) 사이의 중간 쯤의 블레이드 부재(144)의 부분이 우선 회전하고, 단부(288a, 288b)에 가장 근접하는 블레이드 부재(144)의 부분은 나중에 컷오프의 비스듬한 에지와 바로 근접하게 회전하도록 구성된다. 또 하나의 변경적인 구성에 있어서, 테이퍼진 컷오프는 실질적으로 단일 방향으로 방향잡힌 에지를 가지고 있어서 한 단부(예컨대 288a)에 가장 근접하는 블레이드 부재(144)의 부분이 우선 회전하고, 대향 단부(예컨대 288b)에 가장 근접하는 블레이드 부재(144)의 부분이 나중에 컷오프의 비스듬한 에지와 바로 근접하게 회전한다.
블레이드 부재(144)는 도 2d 및 도 2e에 예시된 바와 같이, 회전 축(142)에 실질적으로 평행하게 정렬되어 있다. 그러나 블레이드 부재(144)는 회전 축(142)에 정확하게 평행하게 정렬될 필요는 없지만 회전 축(142)에 대하여 미세하게 비스듬하게 방향 잡힐 수 있어서 실질적으로 평행하다.
상기한 횡류 팬 구성(200, 260)은 도 1a-1b에 관련하여 상기한 바와 같이 종래의 횡류 팬(140)과 유사한, 개별적으로 스탬핑되고 성형된 블레이드 및 허브 부재의 납땜 조립체로서 조립될 수 있다.
변경적으로, 횡류 팬 구성(200, 260)은 단편으로된 캐스팅으로서 조립될 수 있는데, 이것은 끝 플랜지(266; 도 2c 참조) 내측 및 외측 직경상에 포스트 기계가동되고 그 다음 무전해 니켈 코팅된다. 종래의 다이 캐스팅 또는 인베스트먼트 캐스팅 처리는 알류미늄 또는 알류미늄 브론즈 캐스팅 합금을 사용하는 것을(예컨대, 1987년 미국 텍사스 75206-1602 달라스 8350 노스 센트럴 익스프레스 #엠1110을 주소로한 인베스트먼트 캐스팅사의 "메탈 질 표준" 참조)채용할 수 있다. 적합한 알루미늄합금은 3.5-6.5 퍼센트 구리와 0-2.5 퍼센트 니켈 또는 0-1.5 퍼센트 실버, 그리고 마그네슘, 티다늄, 철, 망간, 및 여러 가지의 트레이스 메탈의 보다 낮은 농도를 함유하는 저 실리콘 합금을 포함하고 있다.
횡류 팬 조립체는 조립식으로 캐스트 될 수 있고, 이것은 그 다음 함께 길이방향으로 결합된다. 도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따라, 횡류 팬 조립체의 캐스트 섹션(310)의 등각도이다. 캐스트 섹션(310)은 캐스트 허브(312) 및 블레이드(314) 부재를 일체적으로 포함한다. 부재 번호(318)에 의해 표시된 화살표는 블레이드 부재(314)의 만곡부에 대해 축(332)을 중심으로 팬 회전 방향을 도시한다. 종래의 다이 캐스팅 또는 인베스트먼트 캐스팅은 도 2a 및 도2c에 관련하여 상기 된 바와 같이 알루미늄 또는 알루니늄 브론즈 캐스팅 합금을 사용하여 실시되어 도 4a-4e와 관련하여 하기 되는 바와 같이 요구되는 정확한 치수 및 정렬 허용오차를 충족시킨다.
도 3b는 공동 축(332)을 따라 길이방향으로 함께 결합된 복수의 섹션(310)을 포함하는 횡류 팬 구조(340)의 부분의 등각도이다. 전형적으로, 전자 빔(EB) 용접은 섹션(310)을 결합하기 위해 채용된다. 캐스트 섹션(310)은 내측 직경, 외측 직경, 및 끝 표면이 결합될 인접 섹션(310)과 짝을 이루는 허브 부재의 끝 표면에서 정확하게 포스트 기계가공된다. 끝 플랜지(266; 도 2c 참조)같은 섹션(310) 및 두 개의 끝 플랜지는 멘드렐 또는 다른 적절한 고정물에 고정되어 기계적으로 일직선이고 밸런스된 용접된 횡류 팬 조립체를 제공하고 모든 짝을 이루는 섹션(310) 및 끝 플랜지 사이의 전체 외측 직경(316) 주위에 EB용접된다. 용접된 최종 조립체는 포스트 기계가동되어 도 4a-4e와 관련하여 하기되는 바와 같이, 원하는 최종 치수 및 허용오차를 성취하고 그 다음 부식 저항을 위해 무전해 니켈 코팅된다. 간단하게 하기 위해, 횡류 팬 구조(340)의 블레이드 부재(314)는 섹션(310)들 사이에 길이방향으로 일직선으로 그리고 평행하게 정렬된 바대로 도시되어 있다. 어떤 실시예에서는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 횡류 팬 구조(340)의 블레이드 부재(314)는 비틀림되어 있고 그리고/또는 도 2a에 도시된 바와 같이, 섹션에서 섹션으로 원주상으로 오프셋되어 있다. 이러한 오프셋은 용접 이전에, 회전 축(332)를 중심으로 서로에 대하여 회전 섹션(310)을 회전시킴으로써 성취될 수 있다.
횡류 팬 조립체를 제조하는 또 하나의 방법은 재료의 단일 블록으로부터 단편으로된 유니트로서 전체 팬 조립체를 기계가공하는 단계를 포함한다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라, 6061 알루미늄 합금의 단일 블록으로부터 기계가공된 단일 편으로된 횡류팬 구조(400)의 종면도 및 끝면도이다. 기계가공된 횡류 팬 구조(400)는 회전 축(440)을 중심으로 실질적으로 동심으로 배치되어 있는 연속되는 일체의 실질적으로 환형 허브 부재(412) 및 두 개의 일체의 실질적으로 환형 끝 플랜지(416a, 416b) 사이에 섹션(410)으로 구획되어 있다. 일체의 블레이드 부재(414)는 연속되는 허브 부재(412) 및/또는 끝 플랜지(416a, 416b) 사이의 각각의 섹션(410)을 길이방향으로 가로질러 뻗어있다. 간단하게 하기 위해, 기계가공된 횡류 팬 구조(400)의 블레이드 부재(414)는 섹션(410)들 사이에 회전 축(440)에 대하여 평행하게 정렬되어 있고 길이방향으로 일직선으로 도시되어 있다. 어떤 실시예에 있어서는, 횡류 팬 구조(400)의 블레이드 부재(414)는 도 2c에 도시된 바와 같이 비틀려 있고 그리고/또는 도 2a에 도시된 바와 같이 섹션에서 섹션으로 원주상으로 오프셋되어 있다.
허브 부재(412)는 구조적인 강성을 블레이드 부재(414)에 제공하고 이에 의해 기계 가공된 횡류 팬 구조(400)에 강성을 제공한다. 특히, 횡류 팬 구조(400)는 강화 필릿(418)이 블레이드 부재(414)의 단부, 허브 부재(412)의 환형 표면 그리고 끝 플랜지(416a, 416b)를 연결하는 코너에 형성되도록 기계가공되어 있다. 도 4c는 블레이드 부재(414)를 허브 부재(412)와 연결하는 예컨대 2.54mm의 반지름을 갖는 필릿(418)을 도시하는 등각 상세도이다.
횡류 팬 구조(400)의 외측 직경(420)은 ±0.13mm의 허용오차내에 전형적으로 기계기공되어 있다. 각각의 끝 플랜지(416a, 416b)에 기계 가공된 카운터보어(422a, 422b)는 전형적으로 ±0.013mm내에 서로에 대하여 편평하고 평행하고, ±0.051mm내에 내측 직경(424)와 동심이다. 볼트 구멍(426)은 끝 플랜지(416a, 416b)에 드릴가공되어 있고, 회전 샤프트 조립체(도 4d-4e에 도시됨)를 부착하기 위해, 예컨대 볼트 서클(428)에 8개로 등간격으로 이격되어 위치되어 있다. 여분의 클락킹 구멍(430)은 볼트 서클(428)에 제공되어 구동 샤프트 조립체를 횡류 팬 구조(400)의 한 단부에만 한정하는 핀(도시 않됨)을 수용한다. 기계가공된 횡류 팬 구조(400)에 적용하는 치수 및 허용오차는 상기한 임의의 제작 방법을 사용하는 모든 다른 횡류 팬 구조(200, 260, 340)에도 적용될 수 있다.
도 4d 및 도 4e는 어떤 실시예에 따라, 횡류 팬 구조(400)에 부착되도록 구성된 회전 샤프트 조립체(450)의 끝면도 및 측단면도이다. 다른 실시예에 있어서, 회전 샤프트 조립체(450)과 유사한 회전 샤프트 조립체는 접선 구조(140, 200, 260, 340) 같은 횡류 팬 구조에 부착될 수 있다. 원형 숄더(452)는 카운터 보어(422a, 422b)에 동심으로 끼워 맞춤되어 정확하게 횡류 팬 조립체(400)에 대하여 회전 샤프트 조립체(450)를 위치 시킨다. 동심의 볼트 서클상의 볼트 구멍(454)은 볼트(도시 않됨)를 포함하여 회전 샤프트 조립체(450)을 횡류 팬 조립체(400)의 끝 플랜지(416a, 416b)에 고정시킨다. 여분의 클락킹 구멍(456)은 횡류 팬 조립체(400)의 아이들 측으로부터 구동 측을 구별하게 포함되어 있다. 외부 샤프트 직경(460)은 샤프트 베어링(도시 않됨)내에서 회전하도록 구성된 동심 베어링 샤프트(462)로 계단식으로 테이퍼져 있다.
기계 가공된 횡류 팬 구조(400)는 모든 표면상에 대개 0.4㎛ 내지 0.6㎛정도의(15 마이크로 인치 내지 25 마이크로 인치) Ra의 표면 마무리를 성취하도록 전해연마되고 그다음 무전해 니켈도금된다.
도 2a-2c, 3b 및 도 4a-4b와 관련하여 상기한 바와 같이, 단편으로 기계가공된, 캐스트, 또는 캐스트-및-용접된 횡류 팬은 또한 에어포일 블레이드 부재의 형상으로되어 있어 이는 종래의 스탬핑 처리를 하여 생산하기가 어렵거나 실행 불가능하다. 예를 들면, 도 3c는 도 3a의 방향 C-C를 따라 본 에어포일 블레이드 부재(320)의 개략 단면도이다. 에어포일 블레이드 부재(320)는 예컨대 횡류 팬 구조(200, 260, 340, 400) 같은 횡류 팬 구조의 원주부(330)상에서 단면상으로 위에놓아진다. 종래의 블레이드 부재(314)는 비교를 위해 단면으로 도시되어 있다. 명료하게 하기 위해, 오직 하나의 에어포일 블레이드 부재(320) 및 두 개의 종래의 블레이드(314)가 도시되어 있다. 부재 번호(318)로 표시되는 화살표는 블레이드 부재의 만곡부에 대하여 축(332)을 중심으로 횡류 팬의 회전방향을 나타내고 있다. 반면, 종래의 블레이드 부재(314)는 두께가 실질적으로 일정하고, 에어포일 블레이드 부재(320)는 전형적으로 라운드된 리딩 에지(322), 두께운 중앙섹션(324) 및 테이퍼진 트레일링 에지(326)을 포함하고 있는 "눈물 모양"의 윤곽을 가지고 있다. 에어포일 블레이드 부재(320)의 구체화로 인해 도 2a-2c, 3b 및 도 4a-4b와 관련하여 상기된 바와 같이, 횡류 팬의 공기 역학적인 효율을 개선시키는 것이 기대된다.
도 4f는 도 4a의 F-F 방향을 따라 취해진 기계 가공된 횡류 팬 구조(400)의 단면 상세도이다. 블레이드 부재(414)는 회전 축(440)을 중심으로 동심으로 배치되어 있는 외부 원주부(420) 및 내부 원주부(424)를 갖는 환형 허브 부재(412)위에 놓여 있다. 어떤 실시예에 있어서, 허브 부재(412)와 블레이드 부재(414)의 내측 직경(424)은 복수의 블레이드 부재(414)에 의해 형성된 내측 직경이 실질적으로 환형 허브 부재(412)의 내측 직경(424)와 일치하도록 기계가공되어 있다.
상기한 제작 방법은 단편 기계가공, 단편 캐스팅, 및 용접 캐스팅을 포함하고, 상기한 종래의 횡류 팬(140) 같은 다른 횡류 팬 구성에 또한 적용될 수 있다.
도 5는 일반적인 오염 물질의 농도에 대해 엑시머 레이져의 상대적인 레이져 출력 에너지에 따른 그래프이다. 상대적인 출력 에너지는 수직 축을 따라 표시되고 백만분율(ppm)의 농도는 수평 축을 따라 표시된다. 레이져 발생 가스(108)에 있는 사플루오르화 규소(SiF4)의 약 60ppm의 농도는 약 8-12 퍼센트만큼 레이져 펄스 출력 에너지를 감소시킬 수 있다. 종래의 횡류 팬(140)에서 약 13퍼센트 규소를 전형적으로 함유하는 블레이즈 재료는 현 엑시머 레이져 시스템에서 실리콘 오염 물질의 주요 소스이다는 것을 발견하게 된다. 규소(Si)는 레이져 발생 가스(108)에서 블로오르(F2)와 반응하여 SiF4를 형성한다. 무전해 니켈 코팅은 다소 다공성이 있고 불완전한 밀봉을 이루고 시간이 지남에 따라 미세한 크랙이 발생하고 이에 의해 기초를 이루는 Si를 반응 플로오르 가스 혼합물에 노출 시킨다. 몇일의 작업 수명을 전형적으로 갖는 레이져 발생 가스 필(fill)은 전형적으로 0.3ppm 보다 낮은 SiF4농도로 시작한다. 종래의 블레이즈 용접된 횡류 팬으로 인해, 이러한 레벨은 3일 기간 이후에 약 15-18ppm의 범위로 올라간다.
도 2a-2c, 3b 및 4a-4b에 관련하여 상기한 바와 같은 캐스트, 캐스트-및-용접, 또는 단편 가공된 횡류 팬은 블레이즈 재료 또는 제작시 다른 추가되는 오염물질-형성 재료를 필요로하지 않고 따라서 필수적으로 Si가 없어 레이져 펄스 출력에너지상의 잠재적인 역효과를 크게 감소시킨다. 본 발명에 의해 제공되는 단편으로된 기계 가공된 횡류 팬(400)에서 실행되는 테스트는 3일 후에 3ppm 이하의 SiF4농도를 보여준다. 본 발명에 의해 제공된 캐스트 또는 캐스트-및-용접된 횡류 팬(200, 260, 340)은 비교할 수 있게 실행하는 것이 기대된다. 그러나, 단편으로되는 기계 가공된 횡류 팬(400)은 전신용 알루미늄의 전형적인 다결정 합금 구조를 가지고 있는데, 이는 보다 적은 다공성이고 따라서 캐스트 알루미늄 합금에 대하여 니켈 코팅으로 밀봉하기에 보다 유용하다. 따라서, 단편으로된 기계가공된 횡류 팬(400)은 캐스트 또는 캐스트-및-용접된 횡류 팬(200, 260, 340)에 대하여 보다 적은 오염 물이 기대된다. 게다가 캐스트-및-용접된 팬(340)은 인접 섹션(310)들사이에 좁은 갈라진 틈 내측에 큰 구역 편평한 표면을 갖는데, 이는 처리 및 작동을 위해 깨끗하게 하고 오염물질을 배출하기가 어렵다.
종래의 횡류 팬(140)에 있어서, 굽힘 모멘트에 대한 현저한 강성이 허브 부재(146)에 의해 제공되는데, 이것 없이는 블레이드 부재(144)는 너무 많은 가요성으로 인해 약 100rpm 이상으로 유용하지 않게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 횡류 팬(200, 260, 340, 400)의 허브 부재(212, 312, 412)는 현저한 구조적인 강성도를 제공한다. 추가적으로, 단편 기계가공된, 캐스트, 캐스트-및-용접되는 횡류 팬 구조(200, 260, 340, 400)는 개별적으로 스탬핑하고 성형된 블레이드(144) 및 허브(146)부재를 갖는 종래의 블레이즈 용접된 횡류 팬 조립체(140)에 대하여 보다 큰 강성을 제공한다. 특히, 단편으로된 횡류 팬 구조(400)는 허브 부재(412)로부터 블레이드 부재(414)로 그리고 끝 플랜지(416a, 416b)로부터 블레이드 부재(414)로 방사상으로된 연결의 정확한 제어를 제공한다. 강성을 추가하는 제어된 필릿(418)은 보다 높은 굽힘 모드 진동수 그리고 5,000 또는 그 이상의 rpm 만큼 높은, 변동하는, 이에 상응하는 허용된 고 작동 속도를 낳는다. 단편 기계 가공 횡류 팬 구조(400)의 보다 큰 강성은 이러한 횡류 팬의 성능을 증가시켜 레이져 챔버(100)내의 "공기 역학적인 버피팅" 효과에 저항한다.
특히, 횡류 팬 구조에 있어 허브 부재(146, 212, 312, 412) 같은 허브 부재의 길이 방향 위치와 개수를 최적 선택함으로써 팬 강성을 증가시키기 위해 본 발명의 실시예를 제공한다. 허브 부재의 개수가 증가함에 따라, 제 1 굽힘 진동 모드의 고유 진동수가 증가한다는 것을 연구를 통해 알 수 있다. 회전의 각 절반 기간에 팬 구조가 측면으로 왜곡되기 때문에, 횡류 팬의 심한 진동이 제 1 굽힘 모드의 고유 진동수의 약 이분의 일 회전 비율에서 발생한다. 반면, 이러한 것은 상기 횡류 팬의 전형적인 구조에 있어, 수 백 rpm 이하로 회전수를 제한하고, 허브 부재의 길이방향 위치와 개수의 최적 선택은 회전수 범위를 5000 또는 그 이상의 rpm으로 연장한다. 따라서, 허브 부재의 길이방향 위치와 개수의 최적 선택에 의해 제 1 굽힘 모드의 고유 진동수를 증가시킴에 따라 횡류 팬의 성능이 향상된다.
기계가공된 단편으로된 횡류 팬(400)의 표면 및 치수 제어는 블레이즈 용접 또는 캐스트 횡류 팬의 제어 보다 정확하게 할 수 있다는 것이 기대된다. 단편으로된 기계 가공된 횡류 팬(400)은 블레이드 대 블레이드 균일성 때문에 최소의 밸런싱만을 요구하고 가스의 보다 스무스한 유동을 부여할 것이다. 본 발명은 제작하기에 경제적이고 충분한 기계적인 강성을 갖아서 정확한 허용 오차를 고려하여 밸런싱 및 포스트 기계 가공 하고 작동시 진동을 최소화하는 횡류 팬 및 컷오프 조립체를 제공한다. 본 발명의 실시예는 공기 역학적인 버피팅 효과 및 레이져 펄스 출력 에너지 파동을 감소시키고 효과적인 에어포일 블레이드 부재의 형상을 제공한다. 추가적으로, 본 발명에 의해 제공된 횡류 팬은 규소 오염 물질을 레이져 챔버에 도입하지 않고, 레이져 챔버에서 특정적으로는 엑시머 레이져 챔버, 보다 특정적으로는 플로오르화 크립톤 또는 플르오르화 아르곤 엑시머 레이져 또는 플르오르(F2) 분자 가스 레이져의 레이져 챔버에서 레이져 발생 가스를 재순환 시키도록 구성되어 있다.
본 발명의 실시예가 도시되어 설명되었으므로, 예시적인 실시예에 대한 개변은 보다 넓은 양태로 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 이루어 질 수 있다. 따라서, 상기 실질적으로 표현되지 않았다 하더라도 본 발명의 다른 실시예가 본 발명의 범주내에 있다는 것은 명백하다. 그래서 첨부된 청구 범위는 본 발명의 진정한 범부내에 있는 이러한 개변을 반드시 포함하고 이러한 발명의 범주를 보여주는 예시적인 실시예에 이 범주가 한정되는 것도 아니다는 것이 이해될 것이다.
Claims (20)
- 제 1 단부 및 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 가진 회전축;상기 회전 축과 실질적으로 동심을 이루고 있는 원주부;상기 원주부에 근접하여 배치되고, 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에서 상기 회전 축에 대해 실질적으로 평행으로 뻗어있는 복수의 블레이드 부재; 및상기 원주부의 일부분에 근접하여 위치하고 상기 회전 축과 상기 복수의 블레이드 부재에 대하여 비스듬한 방향으로 되어 있는 테이퍼진 에지를 가지고 적소에 고정되어 있는 컷오프 부재;를 포함하는, 레이져 발생 가스 혼합물을 재순환 시키도록 구성되어 있는 횡류 팬을 포함하고 있으며, 상기 블레이드 부재에 대하여 비스듬한 방향으로 되어 있는 상기 테이퍼진 에지는 팬 블레이드 부재에 평행한 종래의 컷오프부재에 비해 펄스 출력 파동과 공기 역학적 버피팅을 감소시키는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 테이퍼진 에지는, 서로에 대하여 비스듬한 방향으로 되어 있는 두 개의 에지 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 블레이드 부재의 개수는 홀수인 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 블레이드 부재는 에어포일 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 블레이드 부재에 부착되고 상기 회전 축에 대하여 실질적으로 횡방향으로 배치된 복수의 허브 부재를 더 포함하고, 상기 허브 부재의 축상 위치 및 개수는 상기 횡류 팬의 굽힘 모드 진동의 고유 진동수가 제어되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 허브 부재는 상기 횡류 팬의 굽힘 모드 진동의 고유 진동수가 상기 횡류 팬의 회전수의 두 배이상이 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 횡류 팬의 재료는 6061 알루미늄, 실질적으로 3.5~6.5 퍼센트 구리와 0~2.5 퍼센트 니켈로 이루어진 첨가 금속을 함유하는 알루미늄 합금, 및 실질적으로 3.5~6.5 퍼센트 구리와 0~1.5퍼센트 은으로 이루어진 첨가 금속을 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 합금인 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 방전 레이져 장치는 횡 여기 분자 레이져를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 분자 레이져는 플로오르화 아르곤 엑시머 레이져, 플로오르화 크립톤 엑시머 레이져, 및 플루오르(F2) 분자 레이져로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 횡류 팬 및 컷오프 조립체를 포함하는 방전 레이져 장치에 있어서,제 1 단부 및 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 갖는 회전 축;상기 회전 축과 실질적으로 동심을 이루고 있는 원주부;상기 원주부에 근접하게 배치되고 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이에서 상기 회전 축에 대해 실질적으로 평행으로 뻗어있는 복수의 블레이드 부재; 및상기 블레이드 부재에 부착되고 상기 회전 축에 대하여 실질적으로 횡방향으로 배치된 복수의 허브 부재;를 포함하는, 레이져 발생 가스 혼합물을 재순환 시키도록 구성되어 있는 횡류 팬을 포함하고 있으며, 상기 허브 부재의 축상 위치 및 개수는 상기 횡류 팬의 굽힘 모드 진동의 고유 진동수가 제어되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 허브 부재는 상기 횡류 팬의 굽힘 모드 진동의 고유 진동수가 상기 횡류 팬의 회전수의 두 배이상이 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 조립체는, 상기 원주부의 일부분에 근접하여 위치하고 상기 회전 축에 대하여 비스듬한 방향으로 되어 있는 테이퍼진 에지를 가지고 적소에 고정된 컷오프 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 테이퍼진 에지는 서로에 대하여 비스듬한 방향으로 되어 있는 두 개의 에지 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 블레이드 부재는 에어포일 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 방전 레이져 장치는 횡 여기 분자 레이져를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 제 15 항에 있어서, 상기 분자 레이져는 플로오르화 아르곤 엑시머 레이져, 플로오르화 크립톤 엑시머 레이져, 및 플루오르(F2) 분자 레이져로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 레이져 장치.
- 방전 레이져 장치에서의 횡류 팬의 굽힘 모드 진동의 고유 진동수를 제어하는 방법에 있어서,회전 축에 실질적으로 평행하게 뻗어있고, 원주부에 근접하게 배치되어 있는 복수의 블레이드 부재를 제공하는 단계; 그리고상기 블레이드 부재에 부착되어 있고 상기 회전 축에 대하여 실질적으로 횡방향으로 배치되어 있는 복수의 허브 부재를 제공하는 단계;를 포함하고, 상기 허브 부재의 축상 위치 및 개수는 상기 횡류 팬의 굽힘 모드 진동의 고유 진동수가 상기 횡류 팬의 회전수의 두 배 이상이 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 제 17 항에 있어서, 상기 방전 레이져 장치는 횡 여기 분자 레이져를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 분자 레이져는 플로오르화 아르곤 엑시머 레이져, 플로오르화 크립톤 엑시머 레이져, 및 플루오르(F2) 분자 레이져로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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