(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電レーザ装置であって、
レーザ発生ガス混合物を再循環させるよう構成された横流ファンと、
カットオフ部材とを有し、
前記横流ファンは、
第１の端及び前記第１の端と反対側の第２の端を備えた回転軸線と、
前記回転軸線と実質的に同心状の周縁部と、
前記周縁部に近接した状態で、前記第１の端と前記第２の端との間で前記回転軸線に実質的に平行に延びる複数の羽根部材とを有し、
前記カットオフ部材は、
定位置に固定されていて、前記周縁部の一部に近接した状態で、前記回転軸線と前記複数の羽根部材とに対して斜めに差し向けられているテーパ付の縁部を有しており、
前記テーパ付縁部は前記回転軸線及び前記複数の羽根部材に対して斜めに配向されており、
これによって、前記羽根部材に対して斜めに配向されたテーパ付縁部が前記羽根部材に対して平行なカットオフ部材と比較して、レーザパルス出力変動及び空気力学バフェッティングを低減させるようになったことを特徴とする放電レーザ装置。
【請求項２】
前記テーパした縁部は、２つの周縁部セグメントから成り、前記２つの縁部セグメントは、互いに対して斜めに差し向けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記羽根部材の数は、奇数且つ整数であること特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記羽根部材の断面形状は、翼形であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記羽根部材に取り付けられた複数のハブ部材を更に有し、前記ハブ部材は、前記回転軸線に対して実質的に横方向に配置されており、前記ハブ部材の数及び軸方向配設場所は、前記横流ファンの曲げモード振動の固有振動数が制御されるように選択されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記ハブ部材は、前記横流ファンの曲げモード振動の固有振動数が、前記横流ファンの回転数の２倍よりも大きいように選択されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記横流ファンの構成材料は、６０６１アルミニウム、実質的に３．５〜６．５％銅及び０〜２．５％ニッケルから成る添加金属を含むアルミニウム合金、及び実質的に３．５〜６．５％銅及び０〜１．５％銀から成る添加金属を含むアルミニウム合金から成る群から選択された合金であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記放電レーザ装置は、横方向励起型分子レーザを更に有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記分子レーザは、フッ化アルゴンエキシマレーザ、フッ化クリプトンエキシマレーザ及びフッ素（Ｆ2）分子レーザから成る群から選択されていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の説明〕
本願は、トーマス・ホフマン氏等により１９９８年８月２８日に出願された米国特許出願第０９／１４３，６３３号（発明の名称：Tangential Fan For Excimer Laser）の一部継続出願である。本願は又、トーマス・ホフマン氏により１９９８年８月２８日に出願された米国特許出願第０９／１４３，０４０号（発明の名称：Twisted Blade Tangential Fan For Excimer Laser）に関連している（共通譲渡済）。上記米国特許出願明細書の内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。本願は更に、トーマス・ホフマン氏及びジェームズ・ケー・ハウエイ氏等により本願と同日に出願され、本出願人に共通譲渡された米国特許出願（本願の出願時において願番未付与（代理人事件番号：９９−００１４−０１））（発明の名称：Soldered Fan Assembly Fir Electric Discharge Laser）に関連しており、かかる米国特許出願の明細書開示内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【０００２】
〔発明の分野〕
本発明は、一般に横流ファン、特にガスレーザチャンバ内でガス流を生じさせる横流ファンに関し、特に、エキシマレーザ及び他のパルスガス放出レーザにおいてガス流を生じさせる横流ファンに関する。
【０００３】
〔技術の背景〕
横方向放電又は励起（ＴＥ）型パルスガス放出レーザは一般に、レーザ発生ガスをレーザチャンバ内で再循環させる横流ファンを有している。図１ａ及び図１ｂはそれぞれ、従来型キーエキシマレーザ（これについては、１９９０年９月２９日に発行されたエイキンズ氏等の米国特許第４，９５９，８４０号を参照されたい。なおかかる米国特許の内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）のレーザチャンバ１００の内部構造を示す断面端面図及び側面図である。レーザエンクロージャ１０２が、レーザチャンバ内部１０５と外部１１０を互いに隔離している。代表的には、エンクロージャ１０２は、１対のエンクロージャ半部１１２，１１４（図１ａ参照）によって形成され、これら半部は、互いに結合され、エンクロージャ１０２の周囲に沿って延びるＯリングシール１１６を用いて密封されている。レーザチャンバ内部１０５は、所定圧力までレーザ発生ガス１０８で充填されている。パルスガス放出は、カソード組立体１１８とアノード組立体１２０との間に印加される高電圧パルスによって放電領域１２２内で発生する。パルスガス放出により、代表的には、レーザパルス出力エネルギーを発生する励起されたフッ化アルゴン、フッ化クリプトン又はフッ素分子が生じる。パルス出力エネルギは、放電領域１２２から光学出力窓組立体１６２（図１ｂ参照）を通って伝搬する。放電領域１２２を構成するカソード組立体１１８とアノード組立体１２０が、レーザチャンバ１００の長さに沿って互いに平行に延びている。
【０００４】
レーザ発生ガス１０８の再循環は、軸線１４２の回りに回転する横流ファン１４０によって得られ、この横流ファンは、複数の実質的に互いに平行な真っ直ぐな羽根部材１４４を有し、これら羽根部材は、ハブ部材１４６相互間でレーザチャンバ１００の長さに沿って延びている。現行の横流ファンの代表的な回転速度は、約３，８００ｒｐｍ台である。図１ａに矢印で示すように、ガスの流れ１０８は、横流ファン１４０を通り、そして羽根部材１５２によって方向づけられて放電領域１２２を横切る方向に向いている。放電領域１２２を通過したレーザ発生ガス１０８は、パルスガス放出により解離されてかなり高温状態になる。加熱されたガスを冷却するために、レーザチャンバ１００の長さに沿って延びる気液熱交換器１５８（図１ｂには示さず）が、ガス再循環経路中に配置されている。他の羽根部材、例えば羽根部材１６０は、ガスの流れ１０８を熱交換器１５８中及びガス再循環経路に沿うどこか別のところに差し向ける。再循環により、レーザ発生ガス１０８は冷却されて再結合され、それにより、レーザ発生ガス１０８を交換しないで、繰り返しパルス化されるレーザ動作が可能になる。
【０００５】
レーザチャンバ１００及びその関連のコンポーネントに関して種々の新たな問題が存在しており、かかる問題としては、とりわけ以下に記載する問題が挙げられる。
【０００６】
現在用いられている横流ファンは製作が困難であって製造費が高い。羽根部材１４４及びハブ部材１４６は、アルミニウム又は別の適当な合金、例えばアルミニウムと青銅の合金から個々にプレス加工されて形成され、次に、典型的には約１３重量％シリコンを含む真鍮材料を用いて互いに浸漬ろう付けされ、それにより横流ファン組立体１４０が形成される。これは、退屈で手数のかかる方法である。ろう付けされたファン組立体は機械的剛性に乏しいので、後加工を行うと損傷及び狂い又は反りが生じる場合があり、かくしてこれを行うことは困難であるか無理である。したがって、正確なアラインメント（心合せ）および厳密な許容誤差を達成することは困難である。ろう付けされた横流ファン組立体１４０は代表的にはニッケルの無電解被覆が施される。
【０００７】
レーザ発生ガス１０８は再循環され再使用されるので、清浄さを維持するとともにレーザ発生ガス１０８のパルスエネルギ性能、安定性および可使時間を最大限にするためには、レーザチャンバ内部１０５内のガス環境の汚染を防止することが重要である。
【０００８】
回転中のファン組立体の望ましくない振動は、軸受の寿命に悪影響を及ぼす。これら振動を減少させると軸受の摩耗が減少することになるので、ファンの回転速度を増大させ、それによりガス流の速度を増大できることが見込める。特に、悪影響を及ぼす振動は、ファン、軸受、シャフト及び回転子を含む回転翼組立体の低い現固有振動数と関連している。この低固有振動数の主な原因は、機械的剛性が乏しいことに起因してファンの一次曲げモード及び二次以降の曲げモードの振動数が低いことにある。
【０００９】
とりわけ振動をファンの軸受に伝え、それにより軸受の摩耗を引き起こすとともに時期尚早な破損を生じさせる空力的バフェッティング効果が観察されている。これら振動の振動数を測定した結果の示唆するところによれば、これらは、ファン羽根部材１４４がアノード組立体１２０の縁部に密接してこれを通過するたびに生じるガス圧力の変動によって引き起こされている。逆流による漏れを最小限に抑え、ガス流の効率を最大限にするために、ファン羽根部材１４４とアノード組立体１２０の近接した縁部との間の隙間は特に密接していることが重要である。アノード組立体の形状を再修正することにより空力的バフェッティングを減少させる従来の試みは、結果として、約１０％以上の望ましくないガス流の速度の減少が生じていた。
【００１０】
多くの用途では、実質的に一定のレーザパルス出力エネルギが必要である。しかしながら、パルス出力エネルギの強固で且つ望ましくない変動が観察された。これら変動は、高いレーザパルス繰返し率で特に激しいものであることが判明した。
【００１１】
したがって、最終製品としてのファン組立体が振動に対して向上した機械的剛性を持つように横流ファン組立体を経済的に製作することが望ましい。さらに、レーザチャンバの潜在的な汚染を最小限に抑え、又は無くすことが望ましい。さらに、空力的バフェッティングから生じる振動を最小限に抑え、あるいは無くし、そして特に高いレーザパルス繰返し率でＴＥパルスガスレーザ中のパルス出力エネルギの変動を最小限に抑え、又は無くすことが望ましい。
【００１２】
〔発明の概要〕
ガスレーザ装置は、レーザ発生ガス混合物を再循環させるよう構成された横流ファンとカットオフの組立体を含む。一般的に言って、本発明によれば、ファンの羽根部材は、第１の端部フランジと第２の端部フランジとの間における円周方向位置が様々である。実施形態の中には、円周方向位置のこの多様性が段階的にずらすことにより達成され、横流ファンが長手方向に幾つかの部分に区分されるものがある。実施形態によっては、これと同等な効果は、アノード又はカットオフ組立体の縁部をテーパさせることによって達成される。
【００１３】
構成例によっては、円周方向に隣接した羽根部材は、互いに対して円周方向に等間隔を置いて設けられる。変形例の中には、周縁部の周りに奇数且つ整数個の羽根部材が設けられる。変形例の中には、円周方向に設けられる羽根部材の数が端部フランジ相互間で長手方向に一定のものがあれば、端部フランジ相互間でさまざまなものがある。或る構成例では、羽根部材の円周方向位置は、２つの端部相互間で単調に変化する。別の構成例では、円周方向位置における変化は、２つの端部相互間で１又は２回以上円周方向において向きを逆転させる。
【００１４】
横流ファンは、横方向励起型エキシマレーザ、特に、フッ化クリプトン又はフッ化アルゴンエキシマレーザ又はフッ素（Ｆ2 ）分子ガスレーザのチャンバ内で動作するのがよい。
【００１５】
羽根部材は、端部フランジ相互間で長手方向に且つこれら端部フランジの外周部に隣接して延びている。代表的には、羽根部材は、端部フランジと平行に且つこれらの間に間隔を置いて設けられた１又は２以上の横方向の実質的に環状のハブ部材によって補剛されている。特に、本発明の横流ファンは、環状ハブ部材の数及び配設場所を最適化することによって保護され、それにより、ファンの間で振動モードの固有振動数を制御する。これにより、任意他のファン性能特性を実質的に変化させないでファンの振動が減少する。
【００１６】
本発明の横流ファンは、ここにプレス加工され形成された羽根部材とハブ部材を互いにろう付けする従来の方法を用いて製造できる。本発明は、鋳造又はむくの材料ブロックの切削加工により一体ファン構造を形成する工程を含む改良型横流ファン製作方法を提供する。製作された横流ファンは、従来製造された横流ファンよりも、機械的剛性が優れ、許容誤差が一層厳しく、汚染濃度が低い。本発明によって提供される方法は又、従来の幾何学的形状を持つ横流ファンに適用できる。
【００１７】
幾つかの実施形態に従って形成された一体構造は、一体形のハブと羽根部材を有する。ある実施形態では、２又は３以上のかかる一体構造が、代表的には電子ビーム溶接法により互いに接合される。鋳造、溶接及び機械加工においては、レーザチャンバ内に据え付けたときに汚染を生じさせるような追加の材料は用いられない。本発明によって提供される方法は、翼形の形状への羽根部材の形成を容易にする。実施形態の中にはハブ部材の内周部が、複数の羽根部材によって定められる内周部と面一に機械加工されるものがある。
【００１８】
鋳造をダイカスト法又はインベストメント鋳造法によって行うことができる。実施形態によっては、実質的に３．５〜６．５％銅及び０〜２．５％ニッケル又は０〜１．５％銀から成る添加金属を含むアルミニウム鋳造合金が用いられる。機械加工された一体構造の場合、典型的には６０６１アルミニウム合金が用いられる。仕上げ方法としては代表的には、後加工、電解研磨、及び無電解ニッケル被覆が挙げられる。
【００１９】
本発明は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと一層よく理解されよう。
【００２０】
本発明は、添付の図面を参照することにより、当業者には明らかなその多くの目的、特徴及び利点と共に一層よく理解されよう。説明を簡単にするため且つ分かりやすくするために、構成要素が互いに異なる図面中において同一であれば図中の構成要素の構成要素には同一の符号が用いられている。
【００２１】
〔実施形態の詳細な説明〕
以下は、本発明の例示の実施形態の詳細な説明である。本発明のこれらの実施形態を添付の図面と関連して説明すると、説明に係る方法及び（又は）特定の構造の種々の設計変更例又は改造例を想到できよう。これら説明及び図面は、本発明を限定するものとして解されるものではなく、本発明は例示の実施形態に制限されるものではない。
【００２２】
図１ａ及び図１ｂを参照して説明すると、レーザパルス出力エネルギの望ましくない変動は、横流ファン１４０の回転羽根部材１４４から反射した衝撃エネルギに起因することが分かっている。１９９７年３月３１日に発表されたトーマス・ホフマン氏等の論文“Origin of Energy Fluctuations at High Repetition Rate ”CYMER INC. Technical Memo は、とりわけ以下の事項を記載している。引用すると、「ブロワは、放電領域からの衝撃波が放電領域にどのようにして再び入るかということと相互に影響し合う。これは、ファン羽根による直接的な反射により又はファンを通って伝搬する衝撃波の角度依存性のある伝送を生じさせることによって行うことができる。ブロワ速度による変調は、飛行時間がある特定の衝撃波と一致するＰＲＦについて生じるに過ぎない。任意の場合において、ＰＲＦが２．５ｋHz以下であってチャンバの幾何学的形状が所与の場合、衝撃波は放電領域に再び入る前に多数回の反射を起こすことが明らかである。」この引用中に用いられている「ＰＲＦ」という用語は、パルス繰返し数の一般的な略号である。
【００２３】
放電領域１２２内におけるパルスガス放出は、レーザ発生ガス１０８中に音響衝撃波を生じさせ、これら音響衝撃波は、放電領域１２２からレーザ発生ガス１０８を通って伝搬し、レーザチャンバ１００内に設けられた固体表面、例えば熱交換器１５８及びエンクロージャ１０２の内壁で反射する。反射した衝撃エネルギの一部は、放電領域１２２に再び入り、ここで、レーザ発生ガス１０８の電気的及び光学的性質と相互作用する。この反射衝撃エネルギの相互作用は、レーザのパルス出力エネルギを増減させることができる。
【００２４】
反射面の中には、例えばチャンバ壁のように静止しているものがあるが、横流ファン１４０の表面は、実質的に一定の回転周期で回転する。静止表面からの衝撃エネルギの反射に起因するレーザパルス出力エネルギの変化は、比較的一定であって許容できるが、回転ファン表面からの衝撃エネルギの反射に起因するパルス出力エネルギの変化によって変動が生じる。
【００２５】
この問題を解決する今日までの試みは限られた成功しか収めることができなかった。レーザチャンバ１００内の羽根部材１５２，１６０を設計し直しても、パルス出力エネルギの変動は部分的に減少するに過ぎない。音響減衰材料をレーザチャンバ１００内の表面に施すと多孔性となり、孔は汚染源となると共にレーザチャンバ１００の処理の際におけるパッシベーション時間を長くする。
【００２６】
真っ直ぐで互いに平行な羽根部材１４４を有する従来型横流ファン１４０の構造は、円筒形対称性又は回転対称性を有している。この従来型円筒形対称性は、衝撃エネルギの周期的な反射を促進し、この周期的な反射は、横流ファン１４０の長さ全体に沿って移相が強化される。本発明は、従来型の円筒形対称性の採用を止めて衝撃エネルギの強化同相周期的反射を最小限に抑え、それによりより一定のレーザパルス出力エネルギを可能にする横流ファン構造を提供する。
【００２７】
図２ａは、本発明の実施形態による円筒形対称性のない横流ファン２００の一部の等角図である。横流ファン２００は、長手方向に複数の部分２１０に区分されており、各部分は、ハブ部材２１２の周囲２２０の周りに実質的に等間隔に設けられた羽根部材２１４を有している。全ての部分２１０の羽根部材２１４は、周囲２２０と同心の横流ファン２００の長手方向回転軸線２２２と実質的に平行に延びている。しかしながら、部分２１０の羽根部材２１４は、隣の部分２１０の羽根部材２１４に対して円周方向の角度φだけずれている。この形態により、従来の円筒形対称性が崩れ、レーザパルス出力エネルギの変動を生じさせる衝撃エネルギの同相反射が最小限に押さえられる。
【００２８】
例えば、図２ａに示すような横流ファン２００は、１８個の長手方向部分２１０（分かりやすくするため一部しか示していない）に区分されている。各部分２１０は、周囲２２０の周りに等間隔を置いた２３個の羽根部材を有している。構成的に多種多様な円周方向のずれを用いることができる。かかる一例によれば、隣り合う部分２１０相互間の円周方向のずれ角φは、円周方向における３６０°の丸一回転分の１／１８に等しく、羽根パターンの３６０°の円周方向における丸一回転分が１８個の部分２１０で均等に分けられるようになっている。別の例によれば、隣り合う部分２１０相互間には、円周方向における丸一回転の１／１８の円周方向におけるずれ角φに１／２３を掛けたものが適用され、それにより、１つの羽根位置の累積的円周方向ずれを１８個の部分２１０に均等に分けている。他のかかる例によれば、隣り合う部分２１０の羽根位置相互間の円周方向におけるずれ角φは、円周方向における丸一回転の１／１８又は１／１８に１／２３を掛けたものの整数倍であるのがよい。
【００２９】
構成例の中には、隣り合う部分２１０相互間の円周方向ずれ角φが、横流ファン２００の端から端まで一定の円周方向にシフトする。構成例によっては、隣り合う部分２１０相互間の円周方向ずれ角φが横流ファン２００の端から端へ進むにつれて１又は２以上の場所で方向を逆にするものもある。図２ｂは、１８個の部分２１０を有する横流ファン２００の部分２１０に関する円周方向ずれ角φの従属性を示す互いに異なる実験例２４１〜２５２のグラフ図である。横流ファン２００の部分２１０が、水平方向に沿って順次表されている。円周方向ずれ角φは、水平の線分の垂直方向位置によって示されている。実験例２４１は、部分相互間に羽根パターンのずれのない従来型横流ファン構造を示している。実験例２４７は、一定の円周方向におけるシフト方向を示している。別の実験例である２４２〜２４６及び２４８〜２５２は、様々な形態の円周方向シフト状態を示している。
【００３０】
重要なこととして、円周方向ずれ角φは、部分２１０内の隣り合う羽根部材２１４相互間の円周方向離間距離の整数倍である必要はない。かかる円周方向ずれ角φに設定した結果として、もともとの羽根パターンの向きが反復されることになり、かくして、従来の円筒形対称性は壊れない。上述の実験例は、一部分２１０当たり等しい数の羽根部材２１４を示しているが、一部分の羽根部材の数は、部分ごとに様々であってよい。
【００３１】
図２ａを参照すると、横流ファン２００は、その長さ方向に沿う種々の長手方向位置で羽根部材２１４の円周方向の向きを円周方向にずらすことにより従来の円筒形対称性を崩している。横流ファン２００がレーザチャンバ１００内に据え付けられると（図１ａ及び図２ｂ参照）、かかる円周方向のずれは、互いに異なる羽根部材の向きの各々について衝撃エネルギの互いに異なる反射角をもたらす。図２ａと関連して説明した形態の横流ファンは、横流ファン１４０の従来通り真っ直ぐな連続した羽根部材１４４の各々を、種々の円周方向の向きから成る分布状態を備えた複数の互いに平行であるが、ずれている羽根部材２１４で置き換えたものである。上述の例では、横流ファン２００の任意の個々の羽根部材２１４による特定の角度への衝撃エネルギの反射の度合は、従来型横流ファン１４０のこれよりも長い個々の羽根部材１４４による同角度への衝撃エネルギの反射の度合の約１／１８である。その結果、実質的に滑らかな一時的分布状態の衝撃エネルギは、横流ファン２００が回転している時に放電領域１２２に再び入り（図１ａ及び図１ｂ参照）、レーザパルス出力エネルギの変動を大幅に軽減する。
【００３２】
さらに、羽根部材の円周方向のずれは、図１ａ及び図１ｂと関連して説明した空力的バフェッティング効果を減少させる。従来型横流ファン１４０の真っ直ぐな連続羽根部材１４４の各々に代えて横流ファン２００の円周方向にずれた分布状態をなすこれよりも短い羽根部材２１４を用いているので、非常に小さな羽根部材２１４が所与の時刻にアノード組立体１２０の縁部に密接して通過するに過ぎない。したがって、かかる小さな羽根部材２１４がアノード組立体１２０の縁部を通過するたびに、これに対応して小さなガス圧力の変動が生じる。これにより、横流ファンの軸受に伝わるバフェッティング効果による振動の振幅が小さくなる。
【００３３】
例えば、もし各羽根部材２１４が横流ファン２００の長さの１／１８にわたって延びているに過ぎなければ、これは従来型横流ファン１４０の標準長さの羽根部材１４４のガス圧力変動の約１／１８しか生じさせない。この減少したガス圧力変動は、従来型横流ファン１４０の場合に伝わる振動の振幅の約１／１８しか横流ファンの軸受に伝わらない。
【００３４】
図２ｃは、ゆがみ又はねじりの加えられた実質的に螺旋の羽根のファン構造２６０の略図である。幾何学的にゆがめられ又はねじられた羽根を備えた横流ファンは、例えばニューヨーク州１１０２１グレートネット・ノーザーンブールバード５２５所在のハイ−テク・ブロワーズ・インコーポレイテッドから市販されている。ねじり羽根ファン構造２６０は、実際上、横流ファン２００の切れ目無く続く限度であり、各羽根部材２６４は、回転軸線２７０の回りに、段階上の円周方向相対的ずれではなく、連続した実質的に螺旋の相対的ずれを持つ無限大の数の無限小に短い部分に区分される。ねじり羽根ファン構造２６０は、時計回り又は反時計回りの螺旋のねじり方向を持つ図２ｃに示すような標準長さの羽根部材２６４を有するのがよい。変形例として、ねじり羽根ファン構造２６０は、長手方向空力的効果を打ち消すために隣接して互いに逆に時計回りになったり反時計回りになったりする実質的に螺旋のねじり方向を交互に持つ羽根部材２６４の多数の長手方向部分を有していてもよい。ねじり羽根ファン構造２６０は代表的には、羽根部材２６４を支持してこれを補剛するハブ部材２６２を有している。ねじり羽根ファン構造２６０は又、回転端部シャフトに取り付け可能な端部フランジ２６６を更に有している（これについては、図４ａ〜図４ｅと関連して以下に説明する）。
【００３５】
ねじり羽根ファン構造２６０によって達成されるレーザパルス出力エネルギの変動及び空力的バフェッティングに起因する振動の減少度は、横流ファン２００と等しいかこれよりも大きい。しかしながら、ねじり羽根ファン構造２６０は、横流ファン２００よりも製作がいっそう難しいと考えられる。
【００３６】
パルス出力変動及び空力的バフェッティングを減少させる別の構成は、レーザチャンバ１００内の傾斜した横流ファン軸線（図示せず）である。横流ファン回転軸線１４２（図１ａ及び図１ｂ参照）は、放電領域１２２及びアノード組立体１２０の長手方向軸線に対して傾斜している。羽根部材１５２，１６０及びアノード組立体１２０は適当に再構成されている。性能上の利点は、かかる傾斜した軸線のファン構造から期待される。しかしながら、傾斜した軸線のファンをレーザチャンバ１００内に収納し、必要な構造上の設計変更を行うことは、実現不可能なほど複雑で費用がかかると判断される。変形例として、可変又はテーパした周囲を有する横流ファンを用いてもよい。しかしながら、かかる横流ファンは、レーザチャンバに合わせるために実質的に構造上の設計変更を必要とするであろう。
【００３７】
同様に、アノード組立体及び（又は）羽根部材だけを再構成することは、パルス出力変動及び空力的バフェッティングを首尾よく減少させることができる。図２ｄ及び図２ｅは、それぞれ、固定テーパアノード支持バー又はカットオフ２８２を有する横流ファンとアノードとの組立体（横流ファン・アノード組立体）２８０の端面図及び正面図である。カットオフ２８２の斜めの縁部２８４は、回転軸線１４２の回りに回転する横流ファン１４０の羽根部材１４４の外周部に密接して位置している。テーパした縁部２８４は、回転軸線１４２に対して斜めに差し向けられている。
【００３８】
横流ファン１４０が矢印２８６によって示された方向に回転すると、羽根部材１４４はカットオフ２８２の斜めの縁部２８４に次第に密接して通過する。図２ｄ及び図２ｅに示すように、横流ファン１４０の端部２８８ａ，２８８ｂに最も近い羽根部材１４４の部分が回転して先ず最初に斜めの縁部２８４に密接状態になる。最終的に、端部２８８ａと端部２８８ｂとの間の真中に位置した羽根部材１４４の部分が回転して斜めの縁部２８４に密接状態になる。この構成により、図１ａ及び図１ｂに示した従来型カットオフ組立体付き横流ファンの円筒形対称性が効果的に崩される。例えば、テーパしたカットオフ２８２と従来型横流ファン構造１４０の真っ直ぐな長手方向羽根部材１４４を組み合わせることにより、真っ直ぐな従来型カットオフ又はアノード組立体１２０とそれぞれ互い違いの又はねじり羽根部材を有する横流ファン構造２００又は２６０とを組み合わせた場合に等しい空力的バフェッティングの減少度が得られる。
【００３９】
変形例として、テーパしたカットオフは、端部２８８ａと端部２８８ｂとの間の真中に位置した羽根部材１４４の部分が回転して先ず最初にカットオフの斜めの縁部に密接し、最後に端部２８８ａ，２８８ｂに最も近い羽根部材１４４の部分がこれに密接するように構成される。別の変形例では、テーパしたカットオフは、実質的に単一の方向に差し向けられた縁部を有し、一端部、例えば端部２８８ａに最も近い羽根部材１４４の部分が回転して先ず最初にカットオフの斜めの縁部に密接し、最後にその反対側の端部、即ち端部２８８ｂに最も近い羽根部材１４４の部分がこれに密接するようになっている。
【００４０】
羽根部材１４４は、図２ｄ及び図２ｅに示すように、回転軸線１４２に対して実質的に平行に配置されている。しかしながら、羽根部材１４４を、回転軸線１４２に対して正確に平行に配置する必要はなく、実質的に平行であるように回転軸線１４２に対して僅かに斜めに差し向けてもよい。
【００４１】
上述のような構成の横流ファン２００，２６０を、図１ａ及び図１ｂと関連して上述したような従来型横流ファン１４０と類似した個々にプレス加工されて成形された羽根及びハブ部材のろう付け組立体として製作するのがよい。
【００４２】
変形例として、横流ファン構成２００，２６０を、一体鋳造品として製作してもよく、これら一体鋳造品を次に、これらの端部フランジ２６６（図２ｃ参照）の内周部及び外周部のところについて後加工し、次に無電解ニッケル被覆する。アルミニウム又はアルミニウム−青銅鋳造合金を用いる従来型ダイカスト法又はインベストメント鋳造法を用いることができる（これについては例えばテキサス州７５２０６−１６０２ダラス・ノースセントラルエキスプレスウェイ８３５０ナンバーエム１１１０所在のインベストメント・キャスティング・インスティチュートによる「金属品質規格」１９９７年度版を参照されたい）。適当なアルミニウム合金としては、３．５〜６．５％銅、０〜２．５％ニッケル又は０〜１．５％リン及びこれよりも少ない割合のマグネシウム、チタン、鉄、マンガン及び種々の微量金属を含む低シリコン合金が挙げられる。
【００４３】
横流ファン組立体を、幾つかの部分の状態で鋳造してもよく、この場合、次にこれらを互いに長手方向に接合する。図３ａは、本発明の実施形態における横流ファン組立体の鋳造部分３１０の等角図である。鋳造部分３１０は、一体的に鋳造されたハブ３１２と羽根３１４の部材を有している。符号３１８で示す矢印は、羽根部材３１４の曲率に対する軸線３３２回りのファンの回転方向を示している。従来のダイカスト法又はインベストメント鋳造法を、図２ａ及び図２ｃと関連して上述したようにアルミニウム又はアルミニウム−青銅鋳造合金を用いて実施する。その目的は、図４ａ〜図４ｅと関連して以下に説明するように所要の厳密な寸法上及びアラインメント（心合せ）上の許容誤差を満足させることにある。
【００４４】
図３ｂは、共通軸線３３２に沿って長手方向に互いに接合された複数の部分３１０を含む横流ファン構造３４０の一部の等角図である。代表的には、電子ビーム（ＥＢ）溶接法が、部分３１０を接合するために用いられる。溶接部分３１０は、これらの内周部、外周部及びこれらが接合されることになる隣り合う部分３１０と合致するハブ部材の端面のところが精密に後加工される。部分３１０に加えて２つの端部フランジ、例えば端部フランジ２６６（図２ｃ参照）を次にマンドレル又は他の適当な取付け具に固定し、機械的に真っ直ぐでバランスのとれた溶接横流ファン組立体を得るようにし、そしてこれらをすべての互いに合致した部分３１０と端部フランジとの間の外周部３１６全体の周りに電子ビーム溶接する。溶接後の最終組立体を後加工して図４ａ〜図４ｅと関連して以下に説明するように所望の最終寸法及び許容誤差を達成し、次に耐食性が得られるよう無電解ニッケル被覆する。説明を簡単にするために、横流ファン構造３４０の羽根部材３１４は、部分３１０相互間で長手方向に真っ直ぐで且つ互いに平行に並んだ状態で示されている。実施形態によっては、図２ｃに示すように横流ファン構造３４０の羽根部材３１４をねじったものがあると共に（或い）は図２ａに示すように部分ごとに円周方向にずらしたものもある。かかるずれは、部分３１０を溶接前に回転軸線３３２の周りに互いに対して回転させることにより達成できる。
【００４５】
横流ファン組立体の別の製作方法では、ファン組立体全体を材料の単一ブロックから一体ユニットとして機械加工する。図４ａ及び図４ｂはそれぞれ、本発明の実施形態に従って６０６１アルミニウム合金の単一ブロックから機械加工された一体式横流ファン構造４００の長手方向側面図及び端面図である。機械加工された横流ファン構造４００は、回転軸線４４０の周りに実質的に同心状に設けられている連続した一体の実質的に環状ハブ部材４１２及び２つの一体の実質的に環状の端部フランジ４１６ａ，４１６ｂとの間で部分４１０に区分されている。一体羽根部材４１４は、連続したハブ部材４１２及び（又は）端部フランジ４１６ａ，４１６ｂ相互間で各部分４１０を横切って長手方向に延びている。説明を簡単にするために、機械加工された横流ファン構造４００の羽根部材４１４は、部分４１０相互間で長手方向に真っ直ぐで且つ回転軸線４４０に平行に並んだ状態で示されている。実施形態によっては、図２ｃに示すように横流ファン構造４００の羽根部材４１４をねじったものがあると共に（或いは）図２ａに示すように部分ごとに円周方向にずらしたものもある。
【００４６】
ハブ部材４１２は、羽根部材４１４に構造剛性を与え、それにより機械加工された横流ファン構造４０２構造剛性を与えている。特に、横流ファン構造４００は、補剛フィレット４１８が羽根部材４１４の端部とハブ部材４１２及び端部フランジ４１６ａ，４１６ｂの環状表面を互いに連結するコーナ部に形成されるよう機械加工されている。図４ｃは、羽根部材４１４とハブ部材４１２を互いに連結する半径が例えば２．５４mmのフィレット４１８を示す等角詳細図である。
【００４７】
横流ファン構造４００の外周部４２０は代表的には、±０．１３mmの許容誤差範囲内で機械加工されている。端部フランジ４１６ａ，４１６ｂにそれぞれ機械加工された端ぐり部４２２ａ，４２２ｂは平らであって、代表的には±０．０１３mmの範囲内で互いに平行であり、且つ±０．０５１mmの範囲内で内周部４２４と同心である。回転シャフト組立体（以下で図４ｄ及び図４ｅに示す）を取り付けるためのボルト穴４２６が、例えばボルト円４２８上の等間隔を置いた８つの箇所で端部フランジ４１６ａ，４１６ｂに穴あけされている。駆動シャフト組立体を横流ファン構造体４００の一端部だけに拘束するピン（図示せず）を受け入れる余分のクロッキング穴４３０がボルト円４２８上に設けられている。機械加工された横流ファン構造４００に適用される寸法及び許容誤差は、上述の製作方法のうち任意のものを用いて他の全ての横流ファン構造２００，２６０，３４０にも当てはまる。
【００４８】
図４ｄ及び図４ｅはそれぞれ、幾つかの実施形態による横流ファン構造４００に取り付けられるように構成された回転シャフト組立体４５０の端面図及び断面側面図である。別の実施形態としては、回転シャフト組立体４５０と類似した回転シャフト組立体は、横流ファン構造、例えば横流ファン１４０，２００，２６０，３４０に取付け可能である。円形肩４５２が、同心状に端ぐり部４２２ａ，４２２ｂに嵌まり込んで回転シャフト組立体４５０を横流ファン組立体４００に対して正確に位置決めする。ボルト同心円上に設けられたボルト穴４５４が、回転シャフト組立体４５０を横流ファン組立体４００の端部フランジ４１６ａ，４１６ｂに固定するためのボルト（図示せず）を受け入れる。余分のクロッキング穴４５６が、駆動側を横流ファン組立体４００の遊び側から区別するために設けられている。シャフト外周部４６０がシャフト軸受（図示せず）内で回転するよう構成された同心支承シャフト４６２まで段階的にテーパしている。
【００４９】
機械加工された横流ファン構造４００は、あらゆる表面上で０．４μｍ〜０．６μｍ（１５マイクロインチ〜２５マイクロインチ）Ｒａ台の表面仕上げを達成するよう電解研磨され、次に無電解ニッケル被覆される。
【００５０】
例えば図２ａ〜図２ｃ、図３ｂ及び図４ａ〜図４ｂと関連して上述したような一体の機械加工され、鋳造され、又は鋳造されて溶接された横流ファンはまた、従来型プレス加工法を用いて製造するのが困難な又は実現不可能な翼形羽根部材の付形をも可能にする。例えば、図３ｃは、図３ａのＣ−Ｃ線方向に沿って見た翼形羽根部材３２０の概略横断面図である。翼形羽根部材３２０は、横断面で見て、横流ファン構造、例えば横流ファン構造２００，２６０，３４０，４００の周囲３３０上に重ね合わされた状態で示されている。従来型羽根部材３１４は、比較のため横断面で示されている。分かりやすくするために、翼形羽根部材３２０が１つだけ、従来型羽根部材３１４が２つそれぞれ示されている。符号３１８で示された矢印は、羽根部材の曲率に対する軸線３３２回りの横流ファンの回転方向を示している。従来型羽根部材３１４は厚さが実質的に一様であるが、翼形羽根部材３２０は代表的には、丸い前縁３２２、厚くなった中央部分３２４及びテーパした後縁３２６を含む「滴」状の輪郭を有している。翼形羽根部材３２０を組み込むことは、例えば図２ａ〜図２ｃ、図３ｂ及び図４ａ〜図４ｂと関連して説明した横流ファンの空力的効率を向上させるものと期待される。
【００５１】
図４ｆは、図４ａのＦ−Ｆ方向における機械加工された横流ファン構造４００の断面詳細図である。羽根部材４１４は、外周部４２０及び内周部４２４を有していて、回転軸線４４０の周りに同心状に設けられた環状ハブ部材４１２上に重ね合わされた状態で示されている。実施形態によっては、ハブ部材４１２及び羽根部材４１４の内周部４２４は、複数の羽根部材４１４によって構成された内周部が実質的に環状のハブ部材４１２の内周部４２４と一致するように機械加工される。
【００５２】
一体式機械加工、一体式鋳造及び溶接鋳造を含む上記の製作方法は、例えば上述の従来型横流ファン１４０のような他の横流ファン構成にも適用できる。
【００５３】
図５は、共通の汚染物の濃度に対するエキシマレーザの相対的レーザ出力エネルギの依存性を示すフラグ図である。相対的出力エネルギが縦軸に沿って示され、単位がｐｐｍの濃度が横軸に沿って示されている。レーザ発生ガス１０８中の約６０ｐｐｍの四フッ化シリコン（ＳｉＦ4 ）の濃度が、レーザパルス出力エネルギを約８〜１２％減少させる場合がある。従来型横流ファン１４０における代表的には約１３％のシリコンを含むろう付け材料が、最新式のエキシマレーザシステムにおける主なシリコン汚染源であることが分かった。シリコン（Ｓｉ）は、レーザ発生ガス１０８中のフッ素（Ｆ2 ）と反応してＳｉＦ4 を生じる。無電解ニッケル被膜は、幾分多孔性なので不完全な密封手段であり、時間の経過につれて微小割れを生じ、それによりその下に位置するＳｉを反応性のフッ素ガス混合物にさらす。代表的には数日の可使時間を有するレーザ発生ガス充填は、代表的には０．３ｐｐｍ未満の低ＳｉＦ4 濃度で始まる。従来型ろう付け横流ファンでは、このレベルは、３日後約１５〜１８ｐｐｍの範囲まで上昇する。
【００５４】
例えば図２ａ〜図２ｃ、図３ｃ及び図４ａ〜図４ｂと関連して上述したような鋳造、鋳造溶接、又は一体式機械加工された横流ファンでは、製作中、ろう付け材料又は他の添加汚染物形成材料が不要であり、かくしてこれら横流ファンは本質的にＳｉを含まず、レーザパルス出力エネルギに対する潜在的な悪影響を大幅に減少させる。本発明によって得られた一体式機械加工横流ファン４００に対して行った試験結果によれば、３日後のＳｉＦ4 濃度は３ｐｐｍ未満であった。本発明によって得られる鋳造又は鋳造溶接された横流ファン２００，２６０，３４０は、これと同等な結果を生じさせるものと予想される。しかしながら、一体式機械加工横流ファン４００は、鍛造アルミ合金を代表する多結晶合金組織を有し、この多結晶合金組織は多孔性が低いので鋳造アルミニウム合金に対するニッケル被膜による密封に好適である。かくして、一体式機械加工横流ファン４００は、鋳造又は鋳造溶接横流ファン２００，２６０，３４０と比較して汚染度を低くするのに役立つと予想される。加うるに、鋳造溶接ファン３４０は、処理及び作動のためにクリーニングしたり排気するのが困難な隣り合う部分３１０相互間の狭い隙間の内部に広い面積の平らな表面を有する。
【００５５】
従来型横流ファン１４０では、曲げモーメントに対する相当大きな剛性がハブ部材１４６によって得られ、その外側では羽根部材１４４は非常に撓むので約１００ｒｐｍ以上では役に立たない。本発明の実施形態としての横流ファン２００，２６０，３４０，４００のハブ部材２１２，３１２，４１２も又、相当大きな構造剛性をもたらす。さらに、一体式機械加工、鋳造、及び鋳造溶接横流ファン構造２００，２６０，３４０，４００は、個々にプレス加工されて形成された羽根部材１４４及びハブ部材１４６を有する従来型ろう付け横流ファン組立体１４０よりも大きな剛性を発揮する。特に、一体式横流ファン構造４００は、ハブ部材４１２と羽根部材４１４及び端部フランジ４１６ａ，４１６ｂと羽根部材４１４との丸くされた連結部の正確な制御を可能にする。また、剛性を増すこの制御されたフィレット４１８を用いた結果として、曲げモード振動数が高くなり、それに応じて５０００ｒｐｍ以上という高い許容作動速度が得られることになる。一体式加工を横流ファン構造４００の剛性が高くなることにより、レーザチャンバ１００内における「空力的バフェッティング」効果に抵抗するかかる横流ファンの性能が向上する。
【００５６】
特に、本発明の実施形態は、横流ファン構造におけるハブ部材、例えばハブ部材１４６，２１２，３１２，４１２の数及び長手方向配設場所を最適に選択することによりファンの剛性を増大させることができる。研究結果の示すところによれば、一次曲げ振動モードの固有振動数は、ハブ部材の数の増加につれて増大する。横流ファンの激しい振動は、一次曲げモードの固有振動数の約半分の回転速度で生じる。というのは、ファン構造は、半回転周期ごとに横方向に変形するからである。従来型横流ファンの代表的な構造では、これは回転数を数百ｒｐｍ以下に制限するが、ハブ部材の数及び長手方向配設場所の最適な選択により、回転数の範囲が５０００ｒｐｍ以上に広がる。したがって、ハブ部材の数及び長手方向配設場所を最適に選択することにより一次曲げモードの固有振動数を増大させることにより、横流ファンの性能が向上する。
【００５７】
加工された一体式横流ファン４００の表面及び寸法の制御は、ろう付け又は鋳造横流ファンのものよりも正確であることが予想される。一体式機械加工横流ファン４００では、最小限のバランスをとればよく、羽根相互間の均一性に起因してより滑らかなガスの流れをもたらすはずである。
【００５８】
本発明は、製作が経済的であり、厳密な許容誤差が得られるようバランス取り及び後加工を可能にすると共に作動中における振動を最小限に抑えるのに十分な機械的剛性を持つ横流ファン・カットオフ組立体を提供する。本発明の実施形態は、空力的バフェッティング効果及びレーザパルス出力エネルギの変動を減少させ、効率的な翼形羽根部材の付形を可能にする。さらに、本発明によって得られる横流ファンは、レーザチャンバ内へシリコンによる汚染を持ち込まない。かかるファンは、レーザチャンバ、特にエキシマレーザチャンバ、より具体的には、フッ化クリプトン又はフッ化アルゴンエキシマレーザのレーザチャンバ又はフッ素（Ｆ2 ）分子ガスレーザのレーザチャンバ内でレーザ発生ガスを再循環させるよう構成されている。
【００５９】
本発明の実施形態を説明したが、本発明の最も広い範囲から逸脱することなく、これら例示の実施形態の改造例及び設計変更例を想到できる。かくして、明示されていない本発明の他の実施形態は、本発明の範囲に属することは明らかである。したがって、特許請求の範囲は、説明した本発明の真の範囲に属するようなかかる全ての改造例及び設計変更例を必然的に含むものであり、この範囲を示すのに説明した例示の実施形態には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  従来型ＴＥエキシマレーザのレーザチャンバの内部構造を示す断面端面図である。
【図１ｂ】  従来型ＴＥエキシマレーザのレーザチャンバの内部構造を示す側面図である。
【図２ａ】  本発明の実施形態による円筒形対称性になっていない横流ファンの一部の等角図である。
【図２ｂ】  本発明の実施形態による横流ファンの部分に対する円周方向ずれ角の依存性を示すグラフ図である。
【図２ｃ】  本発明の実施形態によるゆがみ又はねじりの加えられた実質的に螺旋の羽根のファン構造の等角図である。
【図２ｄ】  テーパしたアノード支持バー又はカットオフを有するアノード組立体を備えた横流ファンの概略端面図である。
【図２ｅ】  テーパしたアノード支持バー又はカットオフを有するアノード組立体を備えた横流ファンの概略正面図である。
【図３ａ】  本発明の一実施形態としての横流ファン組立体の鋳造部分の等角図である。
【図３ｂ】  本発明の一実施形態による互いに長手方向に接合された複数の部分を有する横流ファン組立体の一部の等角図である。
【図３ｃ】  図３ａのＣ−Ｃに沿って見た翼形羽根部材の概略断面図である。
【図４ａ】  本発明の実施形態による６０６１アルミニウム合金の単一ブロックから機械加工された一体式横流ファン構造体の長手方向側面図である。
【図４ｂ】  本発明の実施形態による６０６１アルミニウム合金の単一ブロックから機械加工された一体式横流ファン構造体の端面図である。
【図４ｃ】  一体式機械加工された横流ファン構造体の羽根部材とハブ部材を連結するフィレットを示す詳細図である。
【図４ｄ】  幾つかの実施形態による横流ファン構造体に取り付けられるような構成の回転シャフト組立体の端面図である。
【図４ｅ】  幾つかの実施形態による横流ファン構造体に取り付けられるような構成の回転シャフト組立体の断面側面図である。
【図４ｆ】  図４ａのｆ−ｆ線に沿って見た機械加工された横流ファン構造体の断面詳細図である。
【図５】  共通汚染物についての濃度に対するエキシマレーザの相対的なレーザ出力エネルギの依存性を示すグラフ図である。
【図１ａ】
0004045072.tif 000002
【図１ｂ】
0004045072.tif 000003
【図２ａ】
0004045072.tif 000004
【図２ｂ】
0004045072.tif 000005
【図２ｃ】
0004045072.tif 000006
【図２ｄ】
0004045072.tif 000007
【図２ｅ】
0004045072.tif 000008
【図３ａ】
0004045072.tif 000009
【図３ｂ】
0004045072.tif 000010
【図３ｃ】
0004045072.tif 000011
【図４ａ】
0004045072.tif 000012
【図４ｂ】
0004045072.tif 000013
【図４ｃ】
0004045072.tif 000014
【図４ｄ】
0004045072.tif 000015
【図４ｅ】
0004045072.tif 000016
【図４ｆ】
0004045072.tif 000017
【図５】
0004045072.tif 000018