(57)【要約】【課題】  セラミック電極の破損が、他の機器の故障に繋がりにくいガスレーザ発振器を提供する。【解決手段】  放電チェンバの相互に対向する壁面に、それぞれ開口が形成されている。一対のセラミック電極が、それぞれ開口を塞ぎ、相互に対向する。ガス供給系が、一対のセラミック電極の間の放電領域にレーザガスを供給する。セラミック電極が破損したときに、開口を通って放電領域へ大気が流入することを抑制する大気流入抑制構造が準備されている。【選択図】  図２
2014146691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に対向する壁面に、それぞれ開口が形成された放電チェンバと、
前記開口を塞ぎ、相互に対向する一対のセラミック電極と、
一対の前記セラミック電極の間の放電領域に、レーザガスを供給するガス供給系と、
前記セラミック電極が破損したときに、前記開口を通って前記放電領域へ大気が流入することを抑制するように構成された大気流入抑制構造と
を有するガスレーザ発振器。
【請求項２】
前記大気流入抑制構造は、前記セラミック電極の外側の表面に形成された樹脂膜を含む請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項３】
前記大気流入抑制構造は、前記放電領域の外側に取り付けられ、前記開口を塞ぎ、前記セラミック電極との間に気密な空間を形成する密閉板を含む請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項４】
前記ガス供給系は、前記放電領域を経路内に有するガス循環路と、
前記ガス循環路にレーザガスを循環させる送風機と
を有し、
さらに、
前記セラミック電極に交流電力を供給する電源と、
前記ガス循環路の内部の圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサの測定結果に基づいて、前記送風機及び前記電源を停止させる制御装置と
を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック電極を有するガスレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスレーザ発振器の放電電極として、金属電極をセラミックで被覆したセラミック電極が用いられている。特許文献１に、セラミック電極で、レーザ容器の一部を構成したガスレーザ発振器が開示されている。金属電極は、セラミック部材の外側の表面に形成された凹部内に収容される。すなわち、金属電極は、レーザ容器内の空間から分離され、大気中に開放される。金属電極をレーザ容器の内部に配置する場合には、電極表面の全域を、放電領域から絶縁しなければならない。金属電極をレーザ容器の外側に配置すると、金属電極の絶縁部を少なくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３７４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セラミックは、金属等に比べて脆性が高いため、僅かのひびがセラミックの割れに繋がりやすい。セラミック電極がレーザ容器の一部を構成している場合、セラミック電極に割れが発生すると、レーザ容器内の圧力が急激に上昇する。圧力の急激な上昇によって、送風機や電源が故障する場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、セラミック電極の破損が、他の機器の故障に繋がりにくいガスレーザ発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
相互に対向する壁面に、それぞれ開口が形成された放電チェンバと、
前記開口を塞ぎ、相互に対向する一対のセラミック電極と、
一対の前記セラミック電極の間の放電領域に、レーザガスを供給するガス供給系と、
前記セラミック電極が破損したときに、前記開口を通って前記放電領域へ大気が流入することを抑制するように構成された大気流入抑制構造と
を有するガスレーザ発振器が提供される。  
【発明の効果】
【０００７】
セラミック電極が破損した場合に、放電領域への大気の流入が抑制されるため、放電領域の圧力が急激に上昇することに起因する故障を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例１によるガスレーザ発振器の断面図である。
【図２】図２は、実施例１によるガスレーザ発振器の放電チェンバ及びセラミック電極の断面図である。
【図３】図３は、実施例１によるガスレーザ発振器において、セラミック電極が破損したときのレーザ容器内の圧力の時間変化を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例２によるガスレーザ発振器の放電チェンバ及びセラミック電極の断面図である。
【図５】図５は、実施例２によるガスレーザ発振器において、セラミック電極が破損したときのレーザ容器内の圧力の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施例１］
図１に、実施例１によるガスレーザ発振器の断面図を示す。実施例１によるガスレーザ発振器のレーザ容器１０が、放電チェンバ２０、送風チェンバ３０、及びガス循環路４０で構成される。放電チェンバ２０、ガス循環路４０、及び送風チェンバ３０により、閉じたガスの循環経路が形成される。レーザ容器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ている。チェンバ同士は気密に連結されており、レーザ容器１０内の気密性が確保されている。
【００１０】
送風チェンバ３０内に、送風機３１が取り付けられている。送風機３１により、レーザガスが、送風チェンバ３０、放電チェンバ２０及びガス循環路４０内をこの順番に循環する。
【００１１】
放電チェンバ２０の、相互に対向する壁面に、それぞれ開口２１が形成されている。一対のセラミック電極２２が、それぞれ開口２１を塞いでいる。一対のセラミック電極２２の間に、放電領域２３が画定される。放電領域２３は、レーザガスの流れの方向と直交する方向に長い形状を有する。レーザガスの流れの方向、放電が生じる方向、及びレーザ光が伝搬する方向が、相互に直交する。電源２５が、セラミック電極２２に交流電力を供給する。
【００１２】
ガス循環路４０の一部に、熱交換器４１が配置されている。熱交換器４１は、レーザガスを冷却する。圧力センサ４３が、レーザ容器１０内の圧力を測定する。圧力の測定結果が制御装置５０に入力される。制御装置５０は、圧力の測定結果に基づいて、電源２５及び送風機３１のオンオフを制御する。
【００１３】
ガス循環路４０、送風チェンバ３０、送風機３１が、放電領域２３にレーザガスを供給するガス供給系を構成する。
【００１４】
図２に、放電チェンバ２０及びセラミック電極２２の断面図を示す。放電チェンバ２０の、相互に対向する壁面に、それぞれ開口２１が形成されている。一対の開口２１を、それぞれ一対のセラミック電極２２が塞いでいる。一対のセラミック電極２２の間に、放電領域２３が画定される。放電チェンバ２０の壁面とセラミック電極２２との間にシール部材６０、例えばＯリングが挿入されており、放電領域２３の気密性が確保されている。
【００１５】
セラミック電極２２の各々は、セラミック部材２６及び導電部材２７を含む。セラミック部材２６が、開口２１を塞いでいる。セラミック部材２６の、放電領域２３に対向する表面に、ガスの流れの方向と直交する方向（図２において紙面に垂直な方向）に延びる凸部２８が形成されている。
【００１６】
セラミック部材２６の外側の表面に凹部２９が形成されている。凹部２９は、凸部２８と対応する位置に配置されている。凹部２９内に、導電部材２７が収容されている。セラミック電極２２の外側の表面に、樹脂膜６５が形成されている。樹脂膜６５に、導電部材２７の一部を露出させる開口が形成されている。この開口内に、接続用導体６１が配置される。電源２５（図１）から、接続用導体６１を介して、導電部材２７に交流電力が供給される。
【００１７】
樹脂膜６５は、セラミック部材２６よりも脆性が低い。セラミック部材２６に割れが発
生しても、樹脂膜６５が割れ目の部分を塞ぐため、気密性が破壊されにくい。
【００１８】
図３を参照して、セラミック電極２２が破損したときの制御装置５０の制御方法について説明する。図３の横軸は経過時間を表し、縦軸はレーザ容器１０内の圧力を示す。正常な稼働状態におけるレーザ容器１０（図１）内の圧力をＰｎで表す。圧力Ｐｎは、大気圧Ｐａｔより低い。時刻ｔ０において、セラミック電極２２（図２）に割れが生じたとする。セラミック電極２２に割れが生じても、樹脂膜６５が割れ目を塞いでいるため、割れ目を通したリークは少ない。このため、レーザ容器１０内の圧力は、図３に実線で示したように、リーク量に応じて徐々に上昇する。時刻ｔ１において、レーザ容器１０内の圧力が、閾値Ｐｔｈに達する。制御装置５０（図１）は、レーザ容器１０内の圧力が閾値を越えたことを検出すると、送風機３１及び電源２５（図１）を停止させる。
【００１９】
樹脂膜６５が形成されていない場合には、セラミック電極２２に割れが生じると、セラミックの脆性のために、セラミック電極２２が直ちに複数の破片に分断されてしまう場合がある。セラミック電極２２が破壊されると、図３に破線で示したように、レーザ容器１０内の圧力が急激に上昇し、大気圧Ｐａｔまで到達する。このため、送風機３１及び電源２５が、停止するまでに、大気圧の条件下で稼働する。送風機３１及び電源２５が、通常の条件とは大きく異なる条件の下で稼働するため、故障が発生しやすい。
【００２０】
実施例１では、セラミック電極２２に割れが生じた場合、レーザ容器１０内の圧力が徐々に上昇するため、送風機３１及び電源２５を、故障が発生する前に停止させることができる。樹脂膜６５は、セラミック部材２６が破損したときに、開口２１を通って放電領域２３へ大気が流入することを抑制する大気流入抑制構造としての役割を担う。
【００２１】
実施例１では、大気流入抑制構造として樹脂膜６５を用いたが、樹脂膜６５に代えて、セラミックよりも脆性の低い柔軟な材料からなる膜を用いてもよい。
【００２２】
［実施例２］
図４に、実施例２によるガスレーザ装置の放電チェンバ２０及びセラミック電極２２の断面図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例１では、大気流入抑制構造として、樹脂膜６５（図２）が用いられていたが、実施例２では、セラミック電極２２に樹脂膜６５が形成されていない。
【００２３】
放電チェンバ２０の外側に一対の密閉板６６が取り付けられている。一対の密閉板６６は、それぞれ一対の開口２１を塞ぎ、セラミック電極２２との間に気密空間６９を形成している。密閉板６６には、セラミック部材２６よりも脆性の低い材料、例えば金属が形成用いられる。密閉板６６と放電チェンバ２０の壁面との間に、シール部材６７、例えばＯリングが配置されており、気密空間６９の気密性が確保されている。
【００２４】
導電部材２７と電源２５（図１）とを接続する配線６８は、密閉板６６と交差して気密空間６９の外部に引き出される。密閉板６６と配線６８との交差箇所も、気密性が保たれている。気密空間６９の各々の容積は、レーザ容器１０（図１）の容積に比べて十分小さい。
【００２５】
次に、気密空間６９の好ましい容積について説明する。気密空間６９の容積をＶＳ、通常状態における気密空間６９内の圧力をＰＳで表す。圧力ＰＳは大気圧である。レーザ容器１０の容積をＶＬ、運転時のレーザ容器１０内の圧力をＰＬで表す。送風機３１の運転可能最大圧力をＰｍａｘで表す。このとき、不等式
ＶＳ＜（（Ｐｍａｘ−ＰＬ）／（ＰＳ−Ｐｍａｘ））×ＶＬ
を満足するように、気密空間６９の容積ＶＳを設定することが好ましい。ここで、ＰＬ＜
Ｐｍａｘ＜ＰＳは成立すると仮定する。この不等式が満たされるとき、一方のセラミック電極２２が破損しても、送風機３１の損傷を防止することができる。
【００２６】
実施例２では、セラミック電極２２が損傷すると、気密空間６９内の大気がレーザ容器１０（図１）内に流入する。ところが、気密空間６９の容積がレーザ容器１０の容積に比べて十分小さいため、レーザ容器１０内の圧力が、送風機３１の運転可能最大圧力以上に上昇することはない。
【００２７】
図５を参照して、セラミック電極２２が破損したときの制御装置５０（図１）の制御方法について説明する。図５の横軸は経過時間を表し、縦軸はレーザ容器１０内の圧力を示す。正常な稼働状態におけるレーザ容器１０（図１）内の圧力をＰｎで表す。時刻ｔ０において、セラミック電極２２（図４）に割れが生じたとする。気密空間６９（図４）内の大気がレーザ容器１０（図１）内に流入するため、図５において実線で示すように、気密空間６９内の圧力とレーザ容器１０内の圧力が等しくなるまで、レーザ容器１０内の圧力が上昇する。気密空間６９の容積がレーザ容器１０の容積に比べて十分小さいため、レーザ容器１０内の圧力の上昇幅は僅かである。
【００２８】
閾値Ｐｔｈが、レーザ容器１０内の上昇後の圧力よりも低い値に設定されている。セラミック電極２２が損傷した後、時刻ｔ１において、レーザ容器１０内の圧力が閾値Ｐｔｈに達する。制御装置５０（図１）は、レーザ容器１０内の圧力が閾値Ｐｔｈに達したことを検出すると、実施例１の場合と同様に、送風機３１及び電源２５を停止させる。
【００２９】
実施例２においても、レーザ容器１０内の圧力が過度に上昇する前に、送風機３１及び電源２５を停止させることができるため、セラミック電極２２の破損に起因する装置故障を防止することができる。
【００３０】
送風機３１及び電源２５が停止した後は、レーザ容器１０内に大気が流入してもよい。したがって、密閉板６６と放電チェンバ２０との間に、僅かのリークが生じていてもよい。
【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  レーザ容器
２０  放電チェンバ
２１  開口
２２  セラミック電極
２３  放電領域
２５  電源
２６  セラミック部材
２７  導電部材
２８  凸部
２９  凹部
３０  送風チェンバ
３１  送風機
４０  ガス循環路
４１  熱交換器
４３  圧力センサ
５０  制御装置
６０  シール部材
６１  接続用導体
６５  樹脂膜
６６  密閉板
６７  シール部材
６８  配線
６９  気密空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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