(57)【要約】【課題】  放電電極が長さ方向に分割された分割電極ごとに、放電条件が異なることに起因して生じる放電の不安定性を抑制することが可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】  チェンバ内にレーザガスが充填される。チェンバ内に一対の放電電極が配置される。一対の放電電極は、第１の方向に長い放電空間を挟んで対向し、第１の方向に関して分離されて配置された複数の導電部材を含む。チェンバの内部から外部まで導出された複数の端子が、チェンバの壁面に取り付けられている。チェンバ内電流路が、導電部材を端子に接続する。チェンバ外電流路が、端子を交流電源に接続する。チェンバ外電流路のそれぞれにインダクタンス部品が挿入されている。【選択図】  図１
2014195003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスを収容するチェンバと、
前記チェンバ内に配置され、第１の方向に長い放電空間を挟んで対向し、前記第１の方向に関して分離されて配置された複数の導電部材を含む一対の放電電極と、
前記チェンバの壁面に取り付けられ、前記チェンバの内部から外部まで導出された複数の端子と、
複数の前記導電部材を、それぞれ前記端子に接続するチェンバ内電流路と、
複数の前記端子をそれぞれ交流電源に接続するチェンバ外電流路と、
前記チェンバ外電流路のそれぞれに挿入されたインダクタンス部品と
を有するレーザ装置。
【請求項２】
前記放電電極の各々は、さらに、前記第１の方向に長いセラミック部材を含み、
前記セラミック部材は、複数の前記導電部材を前記放電空間から隔離している請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
一方の前記放電電極の複数の導電部材と、他方の前記放電電極の複数の導電部材とが、１対１に対応し、相互に対応する導電部材同士が対向している請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
一方の前記放電電極の複数の導電部材にそれぞれ接続された前記インダクタンス部品のインダクタンスの平均と、他方の前記放電電極にそれぞれ接続された前記インダクタンス部品のインダクタンスの平均との差が、両者の平均の和の１０％以下である請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記インダクタンス部品は、空芯コイルで構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電電極をチェンバ内に配置したレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸ガスレーザにおいては、相互に対向する一対の放電電極に高周波電圧パルスを印加し、放電電極間に放電を生じさせる。この放電により、レーザガスが励起される。放電電極は、発生したレーザ光の伝搬方向に長い形状を有する。通常、長さ方向に関して放電電極の中央近傍に、電流を流すための電流路が接続される。放電が生じるときには、放電電極の中央と、端部との間を、放電電極の長さ方向に電流が流れる。導体は、長さ方向にインダクタンス成分を有するため、放電電極の中央部と端部とで、放電条件に差が生じる。このため、放電が不安定になる場合がある。
【０００３】
下記の特許文献１及び特許文献２に、放電電極の一方を、長さ方向に複数の導電部材に分割したエキシマレーザが開示されている。他方の放電電極は接地される。長い放電電極を複数の分割電極に分割することにより、分割電極の各々を短くすることができる。これにより、放電電極の長さに起因する放電の不均一性を抑制することができる。また、１つの分割電極に過剰電流が集中して集中的に放電が生じることを防止するために、電流制限素子としてインダクタンスが付加される。
【０００４】
放電電極に流れる電流が急激に増加すると、インダクタンスによる電圧降下が大きくなる。このため、放電空間に印加される電圧が低下し、アーク放電の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，６０１，０３９号明細書
【特許文献２】特開２００６−２４６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
炭酸ガスレーザにおいては、放電電極としてセラミック電極が用いられる。セラミック電極は、導電部材をセラミックスで被覆した構造を有する。導電部材をセラミックスで被覆することにより、一部に放電が集中することを防止できる。放電電極の長さに起因する放電の不均一性を抑制するために、セラミック電極を長さ方向に分割する構造を採用することが可能である。
【０００７】
分割されたセラミック電極（分割電極）の各々から高周波電源までの電流路長は同一ではない。このため、分割電極の各々を高周波電源に接続する電流路が有するインダクタンスは、分割電極ごとに異なる。電流路のインダクタンスが異なると、分割電極ごとに放電条件が異なってしまう。配線ケーブルを湾曲させて、ケーブル長を揃えることは可能であるが、湾曲等に起因するインダクタンスが発生するため、すべての分割電極に対して電流路のインダクタンスを同一にすることは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、放電電極が長さ方向に分割された分割電極ごとに、放電条件が異なることに起因して生じる放電の不安定性を抑制することが可能なレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によると、
レーザガスが充填されるチェンバと、
前記チェンバ内に配置され、第１の方向に長い放電空間を挟んで対向し、前記第１の方向に関して分離されて配置された複数の導電部材を含む一対の放電電極と、
前記チェンバの壁面に取り付けられ、前記チェンバの内部から外部まで導出された複数の端子と、
複数の前記導電部材を、それぞれ前記端子に接続するチェンバ内電流路と、
複数の前記端子をそれぞれ交流電源に接続するチェンバ外電流路と、
前記チェンバ外電流路のそれぞれに挿入されたインダクタンス部品と
を有するレーザ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
インダクタンス部品をチェンバの外に配置することにより、チェンバ内にレーザガスを充填した後に、容易にインダクタンスを調整することができる。インダクタンスを調整することにより、安定した放電を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例によるレーザ装置の放電電極及び電気回路の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、実施例によるレーザ装置の断面図である。
【図３】図３は、導電部材、チェンバ内電流路、及び個別電流路が持つインダクタンス成分を考慮した等価回路図である。
【図４】図４は、インダクタンス部品に用いられる空芯コイルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、実施例によるレーザ装置の放電電極及び電気回路の構成を示す。チェンバ１０の壁面によって、内部空間が画定されている。チェンバ１０内に一対の放電電極１１が格納されている。一対の放電電極１１は、一方向（図１において横方向）に長い形状を有し、相互に平行に配置されている。一対の放電電極１１の間に、一方向に長い放電空間１５が画定される。チェンバ１０内に、レーザガス、例えば炭酸ガスとヘリウムガスと窒素ガスとの混合ガスが充填される。
【００１３】
放電電極１１の各々は、セラミック部材１２、及び長さ方向に関して分離された複数の導電部材１３を含む。セラミック部材１２が放電空間１５に面し、導電部材１３は、セラミック部材１２により放電空間１５から隔離されている。例えば、導電部材１３がセラミック部材１２で被覆されている。セラミック部材１２は、長さ方向に関して、一端から他端まで連続している。
【００１４】
一方の放電電極１１の複数の導電部材１３と、他方の放電電極１１の複数の導電部材１３とが、１対１に対応している。相互に対応する導電部材１３同士が対向している。相互に対向する導電部材１３の間の放電空間１５で放電が生じる。長さ方向に関して導電部材１３が配置されていない領域では、放電が生じない。
【００１５】
放電空間１５を長さ方向に伸ばした仮想直線と、チェンバ１０の壁面との２箇所の交差箇所に、それぞれ全反射鏡１６及び部分反射鏡１７が取り付けられている。全反射鏡１６と部分反射鏡１７とが、光共振器を構成している。チェンバ１０の壁面に、チェンバ１０の内部から外部まで導出された複数の端子２０が取り付けられている。端子２０は、放電電極１１の導電部材１３に対応して準備されている。
【００１６】
チェンバ内電流路２１が、放電電極１１を構成する複数の導電部材１３を、それぞれ対応する端子２０に接続する。チェンバ外電流路２３が、端子２０を交流電源２５に接続する。チェンバ外電流路２３の少なくとも一部は、端子２０ごとに準備される。端子２０ごとに準備された部分を個別電流路２３Ａということとする。個別電流路２３Ａに、それぞれインダクタンス部品２４が挿入されている。交流電源２５に直列にスイッチ２６が挿入されている。
【００１７】
図２に、実施例によるレーザ装置の断面図を示す。チェンバ１０の内部に、送風機３０、一対の放電電極１１、及び熱交換器３１が収容されている。図２では、放電電極１１の長さ方向に直交する断面が示されている。送風機３０には、例えばターボブロワが用いられる。なお、ターボブロワに代えて、クロスフローファン、軸流ファン等を用いてもよい。
【００１８】
送風機３０から、放電電極１１の間の放電空間１５、及び熱交換器３１を経由して送風機３０に戻る循環経路がチェンバ１０内に形成されている。熱交換器３１は放電によって高温になったレーザガスを冷却する。
【００１９】
複数の端子２０が、チェンバ１０の壁面に取り付けられている。放電電極１１の複数の導電部材１３が、それぞれチェンバ内電流路２１により端子２０に接続されている。端子２０は、個別電流路２３Ａを含むチェンバ外電流路２３により交流電源２５に接続されている。個別電流路２３Ａにインダクタンス部品２４が挿入されている。
【００２０】
図３に、導電部材１３、チェンバ内電流路２１、及び個別電流路２３Ａが持つインダクタンス成分を考慮した等価回路図を示す。導電部材１３が持つインダクタンス成分をＬ０で表し、チェンバ内電流路２１及び個別電流路２３Ａが持つインダクタンス成分をＬ１で表し、インダクタンス部品２４のインダクタンスをＬ２で表す。
【００２１】
放電電極１１の長さ方向に関して導電部材１３を分割したことにより、放電電極１１の一端から他端まで連続する導電部材を配置する場合に比べて、導電部材１３の各々の中央から端部までのインダクタンスＬ０が小さくなる。このため、連続する導電部材を用いる場合に比べて、安定な放電を維持することができる。
【００２２】
安定した放電を維持するために、チェンバ内電流路２１及び個別電流路２３ＡがもつインダクタンスＬ１のばらつきの程度も小さくすることが好ましい。ここで、「インダクタンスのばらつきの程度」は、複数のインダクタンスＬの平均値をＬａｖで表し、インダクタンスＬの最大値と最小値との差をΔＬで表したとき、ΔＬ／Ｌａｖで定義される。
【００２３】
１つの放電電極１１に接続される複数の端子２０（図１）は、放電電極１１の長さ方向に一列に配置され、端子２０の配列ピッチを、導電部材１３のピッチと等しくすることが好ましい。この構成を採用すると、チェンバ内電流路２１の長さが同一になるため、チェンバ内電流路２１のインダクタンス成分のばらつきを小さくすることができる。
【００２４】
ところが、端子２０が一列に並ぶと、個別電流路２３Ａを構成する配線ケーブルに必要な長さにばらつきが生じる。配線ケーブルの長さがばらつくと、個別電流路２３Ａのインダクタンスもばらついてしまう。すべての個別電流路２３Ａに同一の長さの配線ケーブルを用いたとしても、一部の配線ケーブルは、長さの余分な部分を吸収するために湾曲形状またはループ形状にしなければならない。このように、配線ケーブルの引き回しの形状を異ならせると、配線ケーブルの持つインダクタンスが異なってしまう。
【００２５】
実施例では、チェンバ内電流路２１及び個別電流路２３Ａが持つインダクタンスＬ１に
、インダクタンス部品２４のインダクタンスＬ２が直列に挿入されている。インダクタンスＬ２は、インダクタンスＬ１のばらつきの程度よりも、インダクタンスＬ１＋Ｌ２のばらつきの程度の方が小さくなるように調整される。例えば、放電電極１１内のすべての導電部材１３において、Ｌ１＋Ｌ２が等しくなるように調整される。インダクタンスＬ１＋Ｌ２のばらつきの程度が小さくなると、導電部材１３ごとの放電条件のばらつきも小さくなる。これにより、レーザ出力を安定化させることができる。
【００２６】
インダクタンス部品２４のインダクタンスＬ２を調整したとしても、インダクタンスＬ１＋Ｌ２を厳密に同一に設定することは困難である。インダクタンスＬ１＋Ｌ２にも、ばらつきが生じる。このばらつきが放電条件に与える影響を低減させるために、インダクタンス部品２４のインダクタンスＬ２を、個別電流路２３ＡのインダクタンスＬ１の最大値よりも大きくすることが好ましい。インダクタンスＬ２を大きくすると、インダクタンスＬ１＋Ｌ２も大きくなり、その平均値Ｌａｖも大きくなる。
【００２７】
インダクタンスＬ２を大きくしても、インダクタンスＬ１＋Ｌ２の最大値と最小値との差Δ（Ｌ１＋Ｌ２）は、インダクタンスＬ２の増加量に比べて大きくはならない。このため、ばらつきの程度Δ（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌａｖを小さくすることができる。
【００２８】
インダクタンスＬ１＋Ｌ２のばらつきの程度を小さくするために、インダクタンス部品２４のインダクタンスＬ２を、個別電流路２３Ａのインダクタンスの最大値よりも大きくすることが好ましく、５倍以上にすることが、より好ましい。インダクタンスＬ２を大きくしすぎると、放電電流が流れにくくなるため、インダクタンスＬ２は、個別電流路２３Ａのインダクタンス成分の２０倍以下とすることが好ましい。この条件を満たすインダクタンス部品２４として、例えば空芯コイルを用いることができる。
【００２９】
図４に、空芯コイルを用いたインダクタンス部品２４の斜視図を示す。被磁性材料、例えば樹脂等で形成された円筒状の空芯３５に、配線ケーブル３６が巻かれている。配線ケーブル３６の巻き数によって、インダクタンスＬ２（図３）を調節することができる。配線ケーブル３６として、専用のケーブルを準備する必要はない。個別電流路２３Ａに用いられる配線ケーブルを空芯３５に巻き付けることにより、インダクタンス部品２４を構成することができる。インダクタンス部品２４がチェンバ１０の外に配置されているため、チェンバ１０内にレーザガスを充填した後に、インダクタンスＬ２を調整することが可能である。例えば、チェンバ１０に観察用の透明窓を設けておくことにより、放電の様子を観察しながら、インダクタンスＬ２を調整することができる。
【００３０】
放電電流の方向が反転しても、同一の放電条件を維持するために、一方の放電電極１１の導電部材１３に接続されたインダクタンス部品２４のインダクタンスＬ２と、他方の放電電極１１の、対応する導電部材１３に接続されたインダクタンス部品２４のインダクタンスＬ２とを、ほぼ等しくすることが好ましい。一例として、一方の放電電極１１に接続されている複数のインダクタンス部品２４のインダクタンスＬ２の平均と、他方の放電電極１１に接続されている複数のインダクタンス部品２４のインダクタンスＬ２の平均との差を、両者の平均の和の１０％以下とすることが好ましい。
【００３１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００３２】
１０  チェンバ
１１  放電電極
１２  セラミック部材
１３  導電部材
１５  放電空間
１６  全反射鏡
１７  部分反射鏡
２０  端子
２１  チェンバ内電流路
２３  チェンバ外電流路
２３Ａ  個別電流路
２４  インダクタンス部品
２５  交流電源
２６  スイッチ
３０  送風機
３１  熱交換器
３５  空芯
３６  配線ケーブル
【図１】
2014195003.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2014195003.tif 000006