KR100561973B1 - 완전 일체식 전극 피드스루 메인 절연체를 갖는 레이저 챔버 - Google Patents

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Abstract

가스 방전 레이저 챔버의 피드스루 구조(280)는 밀봉된 가스 엔클로저(212)의 벽을 통해 엔클로저내의 단일 피스 전극(218)으로 전력을 도전시킨다. 이 피드스루 구조는 전극보다 더 큰 단일 피스 일체식 메인 절연체(276)를 포함한다. 이 메인 절연체(276)는 전극(218) 및 엔클로저(212)의 벽 사이에서 압축된다. 전극 및 단일 피스 절연체 사이의 인터페이스를 형성하는 표면은 절연체이고 벽은 모두 매우 스무드하여 챔버 온도가 변함에 따라 부품이 팽창하고 수축할 수 있게 한다. 피드스루 구조는 또한 기계적 서포트 및 전극에 대한 정렬을 제공하고 시일(184)을 포함하여 피드스루 구조의 둘레에서 가스가 누출되는 것을 방지한다.
Figure 112002005290901-pct00001
피드스루 구조, 단일 피스 절연체, 엔클로저, 전극, 시일, 가스 방전 레이저 챔버, 인터페이스, 열팽창, 가스누출

Description

완전 일체식 전극 피드스루 메인 절연체를 갖는 레이저 챔버{LASER CHAMBER WITH FULLY INTEGRATED ELECTRODE FEEDTHROUGH MAIN INSULATOR}
본 발명은 일반적으로 엑시머 레이저 및 다른 전기 방전 레이저용 레이저 챔버에 관한 것이고 보다 상세하게는 그러한 챔버를 위한 펄스 고전압 피드스루 구조에 관한 것이다.
도 1A 및 도 1B는 종래 TE(transversely excited) 엑시머 레이저내의 레이저 챔버(10)의 내부 구조(여기에 전체가 참조되고 1990년 9월 25일에 발행된 Akins등에 허여된 미국 특허 제4,959,840호를 참조)를 도시하는 단면도이다. 도 1A 및 도 1B는 '840 특허로부터 인용되었다. 도 1C는 도 1B와 유사한 단면도이지만, 전체 길이의 종래 기술 레이저 챔버를 도시한다. 레이저 엔클로저(10)는 레이저 챔버의 내부 및 외부 사이를 이격한다. 전형적으로 엔클로저(100)는 O링(16)을 사용하여 함께 연결되고 밀봉되며 엔클로저(10)의 둘레를 따라 뻗는 상하 엔클로저 부재(12,14)에 의해 형성된다. 레이저 챔버 내부는 위험한 가스 플루오르 F2를 포함하는 레이징 가스 혼합물로 채워져 소정의 압력에 이른다. 펄싱된 전기 방전은 캐소드 어셈블리(18) 및 애노드 어셈블리(20) 사이에 인가된 고전압 펄스에 의해 방 전 영역(22)내에서 레이징 가스 혼합물에서 발생된다. 애노드 어셈블리(20)가 일반적으로 레이저 엔클로저(10)에 전기적으로 접지되기 때문에, 전체 펄스 고전압은 캐소드 어셈블리(18) 및 상부 엔클로저 부재(12) 사이에 인가된다. 펄싱된 가스 방전은 전형적으로 여기된 플루오르, 플루오르화 아르곤 또는 플루오르화 크립톤 분자를 생성하는데 이것들은 레이저 펄스 출력 에너지를 발생시킨다. 이 펄스 출력 에너지는 방전 영역(22)으로부터 광학 출력 윈도우 어셈블리(도 1A에 도시되지 않음)를 통해 전달된다. 방전 영역(22)을 형성하는 캐소드 어셈블리(18) 및 애노드 어셈블리(20)는 도 1A 평면의 수직인 레이저 챔버(10)의 거의 모든 길이에 대하여 서로 실질적으로 평행하게 약 28 인치만큼 뻗는다.
레이징 가스 혼합물의 재순환은 정접 팬(46)에 의해 제공된다. 도 1A내의 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 레이징 가스 혼합물의 흐름은 정접 팬(46)에 의해 상방으로 그리고 베인 부재(52)에 의해 지시된 바와 같이 방전 영역(22)을 횡단하게 된다. 방전 영역(22)을 통해 흐르는 레이징 가스 혼합물은 분리되고 펄싱된 가스 방전에 의해 상당하게 가열된다. 실질적으로 도 1A의 평면에 수직인 레이저 (10)의 길이방향으로 뻗는 가스 액체 열 교환기(58)는 가열된 가스를 냉각시키기 위해 가스 재순환 경로에 위치된다. 재순환을 통해 레이징 가스 혼합물을 냉각시키고 재조합하고, 그래서 반복적으로 펄싱된 레이저 동작을 레이징 가스 혼합물을 교체함 없이 허용하게 된다.
종래 기술 챔버에서 약 16 ㎸ 내지 30 ㎸의 범위의 고전압 펄스가 도 1C에 도시된 바와 같이 챔버(10)의 상부에 장착된 고전압 버스(70)로부터 초 당 약 1000 펄스의 반복율로 캐소드(20)에 인가된다. 버스(70)는 원형상 표면이며 1/2 두께의 알루미늄판 상에 장착된 얇은 동판으로 구성된다. (이러한 알루미늄판은 그 목적이 고전압 버스로부터의 코로나 방전을 감소시키거나 최소화하는 것이기 때문에 "코로나 판"으로 불린다.) 이 버스는 전형적으로 접지로서 기능하는 금속 엔클로저(10) 및 버스(70) 사이에 전기적으로 연결되고 평행하게 장착된 28개의 개별적인 커패시터(도시되지 않음)로 구성된 피킹 커패시터 뱅크에 의해 활성화된다. 고전압 펄스는 도 1A, 도 1B, 도 1C에 도시된 바와 같이 주로 15개의 피드스루 도전체 어셈블리(72)로 구성된 피드스루 구조를 통해 캐소드(18)에 전달된다.
16㎸ 내지 30㎸의 범위에서 피크 전압을 전달하는 15개의 피드스루 도전체의 각각 및 캐소드(18)는 접지 전위의 엔클로저(10)의 금속 표면으로부터 절연되어야 한다. 챔버내의 부식성의 F2 환경 때문에 고순도의 AlO2와 같은 특정 고순도 세라믹 절연체만이 가스 환경에 노출된 피드스루 어셈블리부를 위해 사용될 수 있다.
도 1A, 도 1B, 도 1C에 도시된 타입의 설계에서 세라믹부(28)는 황동 부분(32) 및 알루미늄 부분(12) 사이에서 샌드위칭된다. 레이저 챔버는 약 23℃의 정상 주위온도(ambient temperature) 및 약 120℃의 온도 사이에서 온도 변동을 겪게 된다. 알루미늄, 황동 및 AlO2의 열팽창 계수는 각각 약 23×10-6/℃, 20×10-6/℃ 및 8×10-6/℃이다. 2개의 단부 피드스루 사이의 거리는 약 22 인치이다. 따라서, 이러한 거리에서 100℃ 온도 상승은 알루미늄, 황동 및 AlO2에 대하여 각각 약 0.052 인치, 0.045 인치 및 0.017 인치의 제어되지 않는 팽창을 생성하게 된다. 이것은 세라믹 및 금속 부분 사이에 약 1/32 인치의 간격을 만든다.
위험한 플루오르가 작업 환경으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 피드스루 어셈블리를 위한 양호한 시일이 제공되는 것이 중요하다.
상술된 문제점은 도 1A, 도 1B, 도 1C에 도시된 레이저의 설계에서 처리되어왔다. 이러한 레이저는 캐소드(18)를 챔버 부재(12)로부터 절연시키기 위해 3개의 메인 절연체(28A,28B,28C)를 사용한다. 도 1C에 도시된 바와 같은 이러한 종래 기술 설계에서, 15개의 피드스루 커넥터는 3개의 개별적인 그룹으로 분리되고 그래서 최종 생산된 금속-세라믹-금속 샌드위치 각각의 밀봉된 영역의 효과적인 길이는 단지 약 6인치이다. 이것은 전체 전극 길이를 포함하는 단일 피스 절연체와 비교할 때 약 3.5의 인수 만큼 차동 팽창을 감소시킨다. 피드스루에서의 밀봉은 도 1A, 도 1B에 도시된 바와 같이 주석 도금된 니켈-동 합금 "C" 시일(32,34)에 의해 제공된다. 시일(32)은 절연체(28), 캐소드 서포트(26) 인터페이스에서 15개의 피드스루의 각각의 주변에 시일을 만드는 원형상의 시일이다. 3개의 시일(34)의 각각은 상부 챔버(12)의 하부 및 3개의 절연체 플레이트(28)중 하나의 상부 사이의 시일을 만들고, 각각의 시일(34)은 5개의 피드스루 주변에 단일 시일을 제공한다.
이러한 종래 기술 설계에서, 캐소드 서포트 바(26)는 캐소드(18)에 볼트로 조여진다. 나사식 피드스루 로드(36)는 캐소드 서포트 바(26)내로 나사식으로 삽입된다. 피드스루 절연체(41)는 로드(36)를 절연시키고 피드스루 너트(도 1A 및 도 1B에 도시되지 않음)는 피드스루 로드(36) 상으로 나사식으로 삽입되고 정위치에 절연체(41)를 유지시킨다. Belleville 와셔를 구비한 홀드다운 볼트는 "버터컵"으로 불리는 절연체 캡을 통과한 후에, 피드스루 너트내로 나사식으로 삽입되어 전극 서포트를 클램핑하는 압축력을 사이에 샌드위칭된 시일(34,32) 및 절연체 플레이트(28)를 구비한 챔버의 상부 내측벽에 인가하게 된다.
도 1A, 도 1B, 도 1C에 도시된 종래 기술 피드스루 설계는 상업적으로 매우 성공적이었고 현재 전세계에서 동작하고 있는 수백개의 엑시머 레이저에 사용된다. 이 설계는 위험한 F2 환경에도 불구하고 누설 또는 전기적 고장의 문제를 극도로 최소화하고 많은 경우에 한번에 주중 및 월중 무휴로 연속적으로 동작하는데 있어 기본적으로 문제가 없다.
그러나, 상술된 종래 기술 설계의 매우 많은 수의 부품은 제조 비용이 비싸다. 또한, 피드스루 설계에 관련된 전기 인덕턴스를 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 전기 방전 레이저에 대한 더 나은 전기 피드스루 시스템이 필요하게 되었다.
가스 방전 레이저 챔버의 피드스루 구조는 밀봉된 가스 엔클로저의 벽을 통해 전력을 엔클로저내의 단일 피스 가늘고 긴 전극에 도전시킨다. 이 피드스루 구조는 전극 보다 더 큰 단일 피스 일체식 메인 절연체를 포함한다. 이 메인 절연체는 엔클로저의 벽 및 전극 사이에 압축된다. 이 전극 및 단일 피스 절연체 사이의 인터페이스를 형성하는 표면은 절연체이고 벽은 모두 매우 스무드하여 챔버 온도가 변함에 따라 부품이 팽창하고 수축할 수 있게 한다. 이 피드스루 구조는 또한 전극에 대한 기계적 서포트 및 정렬을 제공하고 시일을 포함하여 피드스루 구조 둘레에서 가스가 누출되는 것을 방지한다.
메인 절연체와 일체인 복수의 중공의 실질적으로 원통형상의 피드스루 절연체는 일체식 메인 절연체의 상부 표면으로부터 전형적으로 등간격 열로 뻗는다. 각각의 일체식 피드스루 절연체는 일체식 메인 절연체의 하부면으로 관통하여 뻗고 피드스루 전기 도전체를 수용하는 실질적으로 동심인 구멍을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 실질적으로 원통형상의 피드스루 절연체는 그 외경 둘레에 동심의 그루브를 포함한다. 특정 실시예에서 일체식 메인 절연체는 전형적으로 99.5 퍼센트 순도의 알루미나의 세라믹 재료로 만들어진다.
이 일체식 메인 절연체는 밀봉된 엔클로저의 상부 내부 벽 및 하부 전극 사이에 클램핑되고, 그래서 일체식 절연 피드스루 절연체는 엔클로저 벽내의 정렬된 간극 구멍을 통해 뻗는다. 전형적으로 피드스루 전기 도전체의 하단부를 전극 내로 나사식으로 삽입시켜 밀봉된 엔클로저의 상부 외부벽상의 절연성 "버터컵" 구조에 대하여 상단부를 가압함으로써 클램핑된다. 상대적으로 일정한 클램핑력은 Belleville 와셔를 사용하여 제공되는 것이 바람직하다. 엔클로저 및 단일 피스 메인 절연체 사이의 상대적인 열팽창을 제한하기 위하여 절연체는 오직 센터로부터만 상대적인 팽창 및 수축을 허용하도록 센터 위치에서만 단단히 구속된다.
페이스 시일은 밀봉된 엔클로저의 내부 벽 및 전극의 각각의 반대편 페이스와 일체식 메인 절연체의 연마된 표면 사이의 인터페이스에서 제공된다. 이러한 페이스 시일은 일체식 피드스루 절연체를 통하는 구멍을 실질적으로 동심을 이루어 둘러싸도록 위치되고, 그래서 밀봉되어 가스 누출을 방지하게 된다. 이 페이스 시일은 밀봉된 엔클로저의 내부 벽 및 전극내의 그루브내에 놓이는 것이 바람직하다. 이 페이스 시일은 주석 도금된 니켈-동 기판 "C" 시일인 것이 바람직하다. 이 페이스 시일은 일체식 메인 절연체의 연마된 표면상에 추종하여 움직이는 장점이 있어, 일체성을 상실하는 일 없이 약 100℃ 이상에 이르는 온도 범위에서의 상이한 열 팽창을 수용한다.
바람직한 실시예에서, 전극은 캐소드이고, 보다 상세하게는, 플루오르화 아르곤 또는 플루오르화 크립톤 엑시머 레이저 또는 플루오르 분자 레이저와 같은 전기 방전 레이저의 캐소드이다.
본 발명은 첨부된 도면과 연결되어 아래에 상세하게 설명된 설명을 통해 더 잘 이해할 수 있게 된다.
도 1A는 '840 특허의 도 1의 복제품 및 종래 TE 엑시머 레이저에서 레이저 챔버(100)의 내부 구조를 도시하는 단면도,
도 1B는 '840 특허의 도 2의 복제품 및 챔버 단면도,
도 1C는 전체 챔버의 단면을 도시하는 도 1B와 유사한 확대도,
도 2는 본 발명에 따른, 향상된 피드스루 구조를 포함하는 캐소드 어셈블리에 부착된 상부 엔클로저 부재의 일부를 도시하는 단면도,
도 3은 도 2의 향상된 캐소드 어셈블리의 구성요소를 도시하는 분해 사시도,
도 4는 향상된 피드스루 구조를 사용하는 레이저 챔버의 단면도,
도 5는 페이스 시일의 기능을 도시하는 단면도, 및
도 6은 단일 피스 절연체내의 피드스루 구멍의 일반적인 모양을 도시하는 도면.
아래에 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명된다. 본 발명의 이러한 실시가 상기 도면을 참조하여 설명될 때, 이 설명된 특정 구조 및/또는 방법의 다양한 수정 또는 적용이 명백해질 수 있다. 본 발명이 설명되는 실시예에 제한되지 않는 것처럼 이러한 설명 및 도면은 제한되는 것으로 생각되어서는 안된다.
도 2는 본 발명에 따라, 향상된 피드스루 구조(280)를 포함하는 캐소드 어셈블리(218)가 부착된 상부 엔클로저 부재(212)의 일부를 도시하는 단면도이다. 도 3은 상부 엔클로저(212) 및 피드스루 구조(280)의 구성요소를 도시하는 분해 사시도이다. 피드스루 구조는 다른 것들 중에, 연마된 밀봉 표면 및 자체 내장된 일체식 피드스루 절연체(288)를 포함하는 단일 피스 일체식 메인 절연체(276)로 특징지어진다. 상부 엔클로저 부재(212)는 구조적 정렬이 열팽창을 억제하지 않으면서도 유지되도록 형성된 15개의 간극 구멍(232)을 포함한다. 미끄럼운동면 시일(184,185)은 상부 엔클로저(212)의 내표면내에 적합하게 치수가 정해진 그루브(234; 도 2 및 도 5를 참조) 및 전극(218; 도 2 참조)의 상부의 그루브(174)로 설정된다. 이러한 시일은 메인 절연체(276)의 연마된 표면상에 미끄러지기 때문에 피드스루 구조(280) 내에 토크를 전달하는 일 없이 기밀 결합을 제공한다.
황동으로 만들어진 캐소드(218)는 피드스루 구조(280)를 사용하여 상부 엔클로저 부재(212)에 고정되고, 그래서 캐소드(218)는 상부에 위치되고 방전 영역(222)을 가로질러(도 4에 도시된) 애노드 어셈블리(220)와 길이방향으로 평행하게 정렬된다. 캐소드(218)의 상부 표면의 중심라인을 따라 도 3에서와 같이 실질적으로 동일하고 등간격된 블라인드 탭 구멍(173)이 존재한다. 환상형 그루브(174)는 탭 구멍(173) 각각과 동심을 갖고 있다.
피드스루 구조(280)는 전기 피드스루 주변의 가스 누출에 대한 밀봉은 물론 기계적 서포트, 고펄스 전압 전기 콘택트, 및 전기적 절연을 제공한다. 피드스루 구조(280)는 캐소드(170)의 블라인드 탭 구멍(173)과 일직선으로 정렬되어, 단일 피스 일체식 메인 절연체(276)의 상부면으로부터 수직으로 뻗고 실질적으로 원통형상의 일체형인 피드스루 절연체(288)를 통해 동심인 단일 열의 복수의 실질적으로 등간격된 수직 구멍을 갖고 성형되며 길이방향으로 뻗으며 일반적으로 알루미나로 만들어진 단일 피스 일체식 메인 절연체(276)를 포함한다. 단일 피스 일체식 메인 절연체(276)는 당업분야에서 알려진 방법, 예를 들어, "생" 세라믹 재료를 주조 및 기계가공하고, 고온 소성처리하며, 그후에 소성처리된 세라믹의 기계가공을 종료하는 방법을 사용하여 제조된다. 일체식 메인 절연체(276)의 상하 표면은 전형적으로 16 마이크로인치(0.41 미크론)의 표면 처리를 위해 연마되고, 그래서 캐소드(218) 및 상부 엔클로저 부재(212)에 대하여 향상된 밀봉을 제공한다. 일체의 피드스루 절연체(288)는 각각 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 외측 동심 그루브(289)를 갖는다. 피드스루 구조(280)는 또한 복수의(캐소드(28)내의 각 블라인드 탭 구멍(173) 당 하나씩) 나사식 피드스루 볼트(296), 각각 주석 도금된 "C" 시일을 포함하는 큰 직경의 페이스 시일(184) 및 작은 직경의 페이스 시일(185)을 포함한다. 피드스루 구조(280)는 복수의 실리콘 고무 개스킷(194), 적합한 크기의 Belleville 와셔(295), 및 절연 세라믹 "버터컵"(298)을 또한 포함한다. 피드스루 구조(280)는 캐소드(218)내에 15개의 블라인드 탭 구멍(173)과 일직선인 단일 열의 간극 구멍을 포함하고, 편평한 폴리이미드 또는 유사한 절연 스트립으로 구성된 가스 퍼지 실드(266)를 또한 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 작은 직경의 페이스 시일(185)은 캐소드(218)내의 동심인 환형 그루브(174)의 각각에 삽입된다. 일체식 메인 절연체(276)는 블라인드 탭 구멍(173)과 정렬되고 캐소드(218)내에 삽입된 페이스 시일(185)상에 놓여진다.
바람직하게 알루미늄으로 만들어진 상부 엔클로저 부재(212)는 캐소드(218)의 블라인드 탭 구멍(173)과 실질적으로 일직선인 상부 벽을 통하는 15개의 간극 구멍(232)의 단일 열을 구비한다. 각각의 간극 구멍과 동심인 상부 엔클로저 부재(212)의 내표면상에 (도 2에 도시된) 환형상의 그루브(234)가 있다. 큰 직경의 페이스 시일(184)은 상부 엔클로저 부재(212)의 각각의 환형상의 그루브(234)내에 삽입된다. 상부 엔클로저 부재(212)는 정렬되어 일체식 피드스루 절연체(288)상에 놓여진다. 가스 퍼지 실드(266)는 정렬되어 도 3에 도시된 바와 같이 상부 엔클로저 부재(212)의 외표면상으로 일체식 피드스루 절연체(288)상에 놓여진다. 실리콘 고무 개스킷(194)은 일체식 피드스루 절연체(288)의 각각의 상부상에 동심을 이루어 위치된다. "버터컵"(298)은 일체식 피드스루 절연체(288)의 각각 위에 미끄럼가능하게 설치되고 강재 Belleville 와셔(295)를 구비한 황동 피드스루 볼트(296)는 각각의 "버터컵"(298)내의 클리어런스 구멍을 통하고 일체식 피드스루 절연체(288)를 통하여 블라인드 탭 구멍(173)으로 삽입된다. 피드스루 볼트(296)는 약 200 인치-파운드(2.3 kg-미터)의 조임 토크를 사용하여 캐소드(174)의 블라인드 탭 구멍(173)내에 맞물려 조여진다. 이러한 토크는 충분히 약 2400 파운드의 볼트 당 힘을 생성하도록 Belleville 와셔를 압축하기에 충분하다. 그래서 엔클로저, 메인 절연체 캐소드 샌드위치의 전체 압축은 약 36,000 파운드이다. 피드스루 볼트(296)의 외부 플랜지는 펄스 고전압 커패시터 뱅크(230)의 고전압측과 전기적으로 연결되고 캐소드(218)에 피드스루 전기 도전체로서의 역할을 하게 된다.
레이저 엔클로저(102)의 거의 모든 길이에 대한 캐소드(218)에 실질적으로 평행하게 뻗고 높은 순시 전계를 생성함으로써 펄싱된 전기 방전을 초기화하는 것을 돕는 프리이오나이저 튜브(124)가 캐소드(218)에 인접해 있다. 프리이오나이저 로드는 전기 도전체, 보통 황동으로 만들어지고 전기 절연체로 만들어진 튜브내로 길이방향으로 삽입된다. 높은 순시 전계는 프리이오나이저(124) 및 전기 도전성 심에 의해 생성되는데, 이 전기 도전성 심은 전형적으로 얇은 시트의 황동으로 만들어지고 캐소드(218)로부터 횡단하여 뻗고 이 캐소드에 전기적으로 연결된다. 심(128)의 길고 얇은 에지는 프리이오나이저 로드의 측부를 가압하여 매우 높은 전계 및, 각각의 펄스 동안 피크 전압 바로 이전에 프리이오나이저의 주변에 코로나 방전을 생성시킨다.
도 5는 페이스 시일(184)에 관하여 상부 엔클로저 부재(212)내의 환형상 그 루브의 적합한 치수를 도시하는 분할 단면도이다. 도 5의 좌측부에 단일 피스 일체식 메인 절연체(276)의 반대편 상부 표면이 제거된 환형상의 그루브(234)내의 페이스 시일(184)의 단면이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 인터피어런스 A와는 달리 페이스 시일(184) 및 환형상 그루브(234)의 내경 사이에 간극 C가 있다. 도 5가 후측에, 페이스 시일(184)이 환형상 그루브(234) 및 단일 피스 일체식 메인 절연체(276)의 반대편 상부 표면 사이에 압축되어 도시되어 있다. 이 압축성 결속력은 페이스 시일(184)의 내경의 비틀림을 발생시키지 않고, 그래서 시일의 일체성을 보전하고 "C" 링(184)을 재료 피로 파괴로부터 보호한다.
본 발명은 종래 기술의 피드스루 설계에 있어서 중요한 향상을 가져온다. 개별적인 부품의 수는 감소된다. 어셈블리 및 처리 시간 및 노력이 감소된다. 이것은 상술된 볼트 토크 프로시저에 의해 용이해진다. 상호연결부 스택 업이 감소된다. 수직 공차 스택업이 축적된 최악의 경우에, 일체식 피드스루 절연체(288) 및 "버터컵"(298) 사이의 수직 간극 변동은 단지 0.012 인치(0.30㎜)이다.
단일 피스 일체식 메인 절연체(276)는 자체 내장된 일체식 피드스루 절연체(288)를 포함하고, 그래서 도 1A에 도시된 절연체(41)와 같은 복잡한 개별적인 피드스루 절연체를 대체한다. 이것은 도 1A에 도시된 바와 같이 절연체(41, 28) 사이의 재료 미끄럼 방해와 유사한 문제를 제거한다. 또한 이 일체식 절연체는 인터페이스에서 안티 코로나 개스킷의 필요를 제거시킨다.
센터 길이방향의 데이터가 달성되어, 길이방향의 공차 축적 및 전체 길이방향의 차동 열팽창을 최소화시킨다. 또한 상부 엔클로저 부재(212)내의 센터 간극 구멍(232C)은 모든 부분이 치수화되고 공차화되는 물리적인 위치 로케이터를 제공한다. 센터 구멍(232)에서의 최악의 경우의 간극은 0.0020 인치(0.051㎜)이다. 이것은 피드스루 구조(280)의 다른 특징중 정밀한 공차화 및 위치지정을 가능하게 한다. 상부 엔클로저 부재(212)내의 단부 간극 구멍(232E)에서 최악의 경우 요구되는 길이방향의 간극은 0.0130인치(0.33㎜)이고, "버터컵"(298) 및 일체식 피드스루 절연체(288) 사이의 최악의 경우 요구되는 길이방향의 간극은 0.0135인치(0.343㎜)이다. 상부 엔클로저 부재(212)내의 단부 간극 구멍(232E)은 타원형으로 길이방향으로 뻗어있고, 그래서 측방향 구조적 정렬을 제공하면서 길이방향의 차동 팽창을 허용한다. 상부 엔클로저 부재(212)내의 센터 및 단부 사이에 길이방향으로 위치된 간극 구멍(232)은 대칭 방사식으로 확대되고, 그래서 과도한 결속력 없이 측방향 상대적 모션 및 길이방향 상대적 모션 모두를 수용한다. 압축성 Belleville 와셔(295)에 의해 제공된 약 36,000 파운드의 압축력은 메인 절연체(276)가 열 응력에 응답하여 엔클로저(212) 및 전극(218)에 상대적으로 미끄러질 수 있게 한다. 엔클로저(212)에 대한 절연체(276)를 통하는 12개의 볼트 구멍의 직경은 간섭 없이 절연체의 열팽창 및 열수축을 허용할 만큼 충분히 크게 선택된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 센터 구멍은 레이저 축상 방향으로 볼트에 대하여 (엔클로저(212)와 유사하게) 단단하게 끼우맞춰지게 하지만, 구멍은 축에 수직인 방향으로 확대되어 상기 수직인 방향으로 특정의 작은 이동을 가능하게 한다. 이 2개의 단부 구멍은 수직 방향으로 단단히 조여지게 하지만 축상으로는 확대된다. 이러한 배열은 전극 및 절연체의 축상 중심으로부터 캐소드(218) 및 엔클로저(212)에 관하여 절연체가 강제로 팽창하고 수축하게 한다. 이 2개의 단부 구멍은 수직인 방향으로 캐소드에 관하여 절연체를 정렬시킨다. 따라서, 메인 절연체(276)는 오직 하나의 포인트에서, 즉, 엔클로저(212)내의 센터 구멍(232C)에서 엔클로저(212) 및 전극(218) 사이에서 효과적으로 완전하게 구속된다.
상부 엔클로저 부재(212)에서 알루미늄을 사용하면 황동 캐소드(174)에 가까운 열 팽창 매칭을 이룰 수 있다. 피드스루 볼트(296)의 매우 경미한 벤딩이 상이한 열팽창으로 일어나지만, 이러한 벤딩은 일체식 피드스루 절연체(288)를 통해 확대된 간극 구멍에 의해 수용된다. 주석 도금된 "C"시일인 페이스 시일(184,185)은 낮은 마찰 계수를 가져서 단일 피스 일체식 메인 절연체(276)의 각각의 반대편 연마된 알루미나 표면을 가로질러 시일의 파괴 또는 손실 없이 용이하게 미끄러진다. 출원자는 예상되는 수명 사이클링을 초과하는 열 사이클링을 통해 설계의 일체성을 확립하였다.
상기 추종성이 있는 피드스루 장치 및 방법은 대략 100℃ 이상에 이르는 온도 범위에서 반복되는 열팽창 및 열수축을 수용한다. 그래서 상술된 실시예는 기계적으로 지원되고, 고전압 펄싱된 전력을 도전시키고, 전기적으로 절연시키고 폐로된 챔버에 의해 실질적으로 둘러싸인 구조, 특별히 전극을 포함하는 구조를 밀봉하여 가스누출을 방지하는 향상된 방법 및 장치를 제공한다. 그러한 전극은 전기 방전 레이저, 보다 상세하게는 플루오르화 크립톤 또는 플루오르화 아르곤 엑시머 레이저, 또는 플루오르(F2) 분자 가스 레이저의 캐소드일 수 있다.
본 발명의 실시예가 도시되고 설명되었지만, 이러한 설명된 실시예에 대한 변경 및 수정이 본 발명으로부터 벗어남 없이 만들어질 수 있다. 따라서, 상기에서 특별히 설명되지 않았지만, 본 발명의 범위내에 있는 본 발명의 다른 실시예가 있다는 것은 명백하다. 따라서, 첨부된 청구항이 본 발명의 진정한 범위내에 있는 그러한 변경 및 수정 모두를 반드시 포함하고 이러한 범위는 그 범위를 설명하기 위해 제시된 실시예에만 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (24)

  1. 고전력을 전기 방전 레이저의 밀봉된 챔버의 벽을 통해 전극 길이를 정의하는, 챔버내의 가늘고 긴 전극에 도전시키는 장치에 있어서,
    상기 전극 길이보다 더 긴 전기 절연 재료의 단일 피스 메인 절연체를 포함하고, 상기 메인 절연체는,
    제1 연마된 실질적으로 평평한 표면부 및 상기 제1 연마된 실질적으로 평평한 표면부에 실질적으로 평행인 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부; 및
    상기 단일 피스 메인 절연체와 일체이며 상기 제1 연마된 실질적으로 평평한 표면부로부터 뻗어 있는 복수의 실질적으로 원통형상의 피드스루 절연체부;를 포함하고,
    실질적으로 원통형상인 구멍은 상기 원통형상의 피드스루 절연체부 및 상기 제1 및 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부를 통하여 실질적으로 동축방향으로 뻗는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피드스루 절연체부는 실질적으로 동심의 외측 그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부는 약 16 마이크로인치(0.4미크론)로 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 절연 재료는 약 99.5 퍼센트 이상의 순도를 갖는 알루미나 세라믹인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부에 대하여 압축된 페이스 시일을 더 포함하고, 상기 페이스 시일의 각각이 상기 실질적으로 원통형상의 구멍을 실질적으로 동심을 이루어 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 페이스 시일의 조성물은 상기 전기 절연 재료와 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 조성물은 니켈-동 합금 기판상에 주석 도금된 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 페이스 시일은 문자 "C"의 형상과 유사한 단면 형상을 갖는 실질적으로 둥근 고리 형상의 링으로서 구성되고 상기 단면 형상의 개방부는 상기 링의 외경 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 원통형상의 구멍을 통해 실질적으로 동축으로 배치된 적어도 하나의 피드스루 전기 도전체; 및
    상기 피드스루 전기 도전체에 연결된 전극;을 더 포함하고, 상기 전극은 상기 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부에 인접하여 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전극은 캐소드인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 방전 레이저는 플루오르화 아르곤 엑시머 레이저, 플루오르화 크립톤 엑시머 레이저, 및 플루오르(F2)분자 레이저로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 고전력을 도전시키는 장치에 있어서,
    전기 절연 재료의 메인 절연체를 포함하고, 상기 메인 절연체는
    제1 연마된 실질적으로 평평한 표면부 및 상기 제1 연마된 실질적으로 평평한 표면부에 실질적으로 평행한 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부; 및
    상기 메인 절연체와 일체이고 상기 제1 연마된 실질적으로 평평한 표면부로부터 뻗어 있는 복수의 실질적으로 원통형상의 피드스루 절연체부;를 포함하고, 실질적으로 원통형상인 구멍은 상기 원통형상의 피드스루 절연체부 및 상기 제1 및 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부를 통하여 실질적으로 동축으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 동작 온도 범위에서 동작하여 전기방전을 생성하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    복수의 피드스루 전기 도전체를 갖는 엔클로저 벽을 제공하는 단계;
    상기 엔클로저 내에 한쌍의 방전 전극을 배치하는 단계; 및
    상기 방전 전극 사이에서 방전을 일으키기 위해 상기 피드스루 도전체를 통해 전력을 도전시키는 단계를 포함하고,
    상기 피드스루 전기 도전체의 각각은, 전기 절연 재료로 만들어진 단일 피스 메인 절연체의 제1 연마된 실질적으로 평평한 표면부와 일체이며 그로부터 뻗어있는 실질적으로 튜브형인 피드스루 절연체부에 의해 실질적으로 원통형상으로 둘러쌓여있고, 상기 단일 피스 메인 절연체는 상기 제1 연마된 실질적으로 평평한 표면부에 실질적으로 평행인 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 피드스루 절연체부는 실질적으로 동심의 외측 그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부가 약 16 마이크로인치(0.4미크론)로 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 전기 절연 재료는 약 99.5퍼센트 이상의 순도를 갖는 알루미나 세라믹인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부에 대하여 페이스 시일이 압축되어 있고, 상기 페이스 시일의 각각이 상기 피드스루 전기 도전체중 하나를 실질적으로 동심을 이루어 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 페이스 시일의 조성물은 상기 전기 절연 재료와 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 조성물은 니켈-동 합금 기판상에 주석 도금된 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 페이스 시일은 상기 동작 온도의 범위에서 상기 동작 온도의 변화에 대응하여 상기 제1 및 제2 연마된 실질적으로 평평한 표면부에 걸쳐 추종하여 움직이는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 페이스 시일은 문자 "C"의 형상과 유사한 단면 형상을 갖는 실질적으로 둥근 고리 형상의 링으로서 구성되고 상기 단면 형상의 개방부는 상기 링의 외경 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 13 항에 있어서, 상기 동작 온도의 범위는, 주위온도에서부터 이 주위온도보다 100℃ 높은 온도에 걸쳐있는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 13 항에 있어서, 상기 전극은 캐소드인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 13 항에 있어서, 상기 전기 방전 레이저는 플루오르화 아르곤 엑시머 레이저, 플루오르화 크립톤 엑시머 레이저, 및 플루오르(F2) 분자 레이저로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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