(57)【要約】【課題】  送風機の選択の自由度、配置の自由度を高めることができるガスレーザ発振器を提供する。【解決手段】  一対の放電電極が、一方向に長い放電領域を挟んで対向する。上流側バッファタンクが、放電領域に連通する内部空間を有し、内部空間にレーザガスを収容する。ガス循環路が、放電領域から回収されたレーザガスを、上流側バッファタンクに戻す。上流側バッファタンクの内部空間と放電領域との間に隔壁が配置されている。隔壁に、放電領域の長さ方向に沿って配置された吹出口が形成されている。【選択図】  図１
2014146717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に長い放電領域を挟んで対向する一対の放電電極と、
前記放電領域に連通する内部空間を有し、前記内部空間にレーザガスを収容する上流側バッファタンクと、
前記放電領域から回収されたレーザガスを、前記上流側バッファタンクに戻すガス循環路と、
前記上流側バッファタンクの内部空間と前記放電領域との間に配置され、前記放電領域の長さ方向に沿って配置された吹出口が形成されている隔壁と
を有するガスレーザ発振器。
【請求項２】
前記上流側バッファタンクの内部空間は、前記放電領域の長さ方向と平行な方向に長い形状を有する請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項３】
前記吹出口は、前記放電領域の長さ方向に配列する複数の開口で構成されている請求項１または２に記載のガスレーザ発振器。
【請求項４】
前記ガス循環路は、前記放電領域に連通する内部空間を有する下流側バッファタンクを含み、
前記放電領域が、前記下流側バッファタンクと前記上流側バッファタンクとに挟まれている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスレーザ発振器。
【請求項５】
前記上流側バッファタンク、前記放電領域、及び前記下流側バッファタンクは、レーザガスが、前記上流側バッファタンク内を、前記放電領域の長さ方向に流れた後、前記吹出口から前記放電領域に向かって吹き出され、前記放電領域を横切った後、前記下流側バッファタンク内を、前記放電領域の長さ方向に流れるように構成されている請求項４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、レーザガスを循環させるガスレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
三軸直交型炭酸ガスレーザ発振器では、放電電極及びレーザガスを収容するチェンバ内にガス循環のための送風機が配置される。特許文献１に、送風機の直後にバッファタンクを配置することにより、ガス流の均一化を図る技術が開示されている。特許文献２に、整流板を配置することによりガス流の均一化を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１６２４６５号公報
【特許文献２】特開２００７−４３０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のガスレーザ発振器では、放電電極、送風機、ガス流の均一化機構がチェンバ内に配置されるため、送風機の配置位置の自由度が低く、使用可能な送風機の種類も制限される。
【０００５】
本発明の目的は、送風機の選択の自由度、配置の自由度を高めることができる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、
一方向に長い放電領域を挟んで対向する一対の放電電極と、
前記放電領域に連通する内部空間を有し、前記内部空間にレーザガスを収容する上流側バッファタンクと、
前記放電領域から回収されたレーザガスを、前記上流側バッファタンクに戻すガス循環路と、
前記上流側バッファタンクの内部空間と前記放電領域との間に配置され、前記放電領域の長さ方向に沿って配置された吹出口が形成されている隔壁と
を有するガスレーザ発振器が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
放電領域の長さ方向に関して、ガスの流速を均一化することができる。ガス循環路に送風機を配置することができる。ガス循環路の形状は、ガスの流速の均一化に影響を与えないため、送風機の選択の自由度、配置の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例によるガスレーザ発振器の平断面図である。
【図２】図２Ａは、実施例によるガスレーザ発振器の側面図であり、図２Ｂは、図１の一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。
【図３】図３は、図１の一点鎖線３−３における断面図である。
【図４】図４は、ガス流の流速の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、実施例によるガスレーザ発振器の平断面図を示す。実施例によるガスレーザ発振器は、例えば三軸直交型炭酸ガスレーザ発振器である。このガスレーザ発振器は、放電チェンバ３０、上流側バッファタンク１０、及び下流側バッファタンク２０を含む。放電チェンバ３０に、一対の放電電極３１が配置されている。一対の放電電極３１の間に、放電領域３２が画定される。放電領域３２は、一方向（図１において横方向）に長い形状を有する。
【００１０】
放電チェンバ３０は、上流側バッファタンク１０と下流側バッファタンク２０とに挟まれている。上流側バッファタンク１０の内部空間、及び下流側バッファタンク２０の内部空間は、放電領域３２に連通する。上流側バッファタンク１０の内部空間及び下流側バッファタンク２０の内部空間は、放電領域３２の長さ方向と平行な方向に長い形状を有する。上流側バッファタンク１０の内部空間と放電領域３２との間に、隔壁１２が配置されている。隔壁１２に、放電領域３２の長さ方向に沿って吹出口１３が形成されている。隔壁１２は、放電チェンバ３０の壁板と一体の部材でもよいし、上流側バッファタンク１０の壁板と一体の部材でもよい。
【００１１】
放電チェンバ３０及び上流側バッファタンク１０の壁板とは異なる部材で隔壁１２を構成してもよい。放電チェンバ３０の壁板と上流側バッファタンク１０の壁板とは、相互に接続されて固定されており、これらの壁板とは異なる部材で形成された隔壁１２は、放電チェンバ３０または上流側バッファタンク１０の壁板に、接続または連結されて固定されている。
【００１２】
放電領域３２を一方に延長した直線と放電チェンバ３０の壁面との交差箇所に、反射鏡３５が配置され、放電領域３２を他方に延長した直線と放電チェンバ３０の壁面との交差箇所に、部分反射鏡３６が配置されている。反射鏡３５と部分反射鏡３６により光共振器が構成される。
【００１３】
ガス導入路１１が、上流側バッファタンク１０に接続されている。ガス導入路１１から、上流側バッファタンク１０の内部空間にレーザガスが導入される。上流側バッファタンク１０の内部空間に導入されたレーザガスは、上流側バッファタンク１０の内部空間を、その長さ方向に流れた後、吹出口１３から、放電領域３２に向かって吹き出される。その後、レーザガスは、放電領域３２を横切って、下流側バッファタンク２０の内部空間に回収される。
【００１４】
ガス排出路２１が、下流側バッファタンク２０に接続されている。下流側バッファタンク２０の内部空間に回収されたレーザガスは、その長さ方向に流れた後、ガス排出路２１に排出される。図１では、ガス導入路１１が上流側バッファタンク１０の左端に接続され、ガス排出路２１が下流側バッファタンク２０の右端に接続されている例を示したが、長さ方向に関する接続箇所はどこでもよい。例えば、上流側バッファタンク１０のほぼ中央にガス導入路１１を接続してもよい。
【００１５】
ガス排出路２１は、熱交換器４０及び送風機４１を介して、ガス導入路１１に接続されている。下流側バッファタンク２０、熱交換器４０、送風機４１、及びガス導入路１１により、ガス循環路が構成される。このガス循環路は、放電領域３２から回収されたレーザガスを、上流側バッファタンク１０に戻す。
【００１６】
上流側バッファタンク１０のコンダクタンスが、吹出口１３のコンダクタンスより大きくなるように、上流側バッファタンク１０、及び吹出口１３の形状及び寸法が設定されている。このように、コンダクタンスを設定することにより、放電領域３２の長さ方向に関して、ガスの流速を均一化することができる。
【００１７】
図２Ａに、実施例によるガスレーザ発振器の側面図を示す。放電チェンバ３０の両側に、それぞれ上流側バッファタンク１０及び下流側バッファタンク２０が配置されている。放電チェンバ３０の上面と底面に、それぞれ放電電極３１が取り付けられている。放電チェンバ３０の手前の端面に部分反射鏡３６が取り付けられている。上流側バッファタンク１０にガス導入路１１が接続され、下流側バッファタンク２０にガス排出路２１が接続されている。
【００１８】
図２Ｂに、図１Ａの一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図を示す。一対の放電電極３１が相互に対向して配置され、両者の間に放電領域３２が画定されている。放電電極３１の各々は、セラミック部材３１Ｂ及び導電部材３１Ａを含む。導電部材３１Ａは、セラミック部材３１Ｂ内に配置されている。セラミック部材３１Ｂが放電領域３２に露出しており、導電部材３１Ａは、放電領域３２には露出していない。
【００１９】
上流側バッファタンク１０の内部空間と、放電領域３２との間に隔壁１２が配置されている。隔壁１２に、吹出口１３が形成されている。上流側バッファタンク１０の内部空間と、放電領域３２とは、吹出口１３を介して連通している。同様に、下流側バッファタンク２０の内部空間と放電領域３２との間に、隔壁２２が配置されている。隔壁２２に、排出口２３が形成されている。下流側バッファタンク２０の内部空間と、放電領域３２とは、排出口２３を介して連通している。
【００２０】
図２Ｂにおいて、一対の放電電極３１の間に、縦方向の放電が生じる。放電領域３２において、レーザガスは、右から左に向かって横方向に流れる。励振されたレーザ光は、紙面に垂直な方向に伝搬する。このように、放電が生じる方向、レーザガスが流れる方向、及びレーザ光が伝搬する方向が相互に直交する。
【００２１】
図３に、図１の一点鎖線３−３における断面図を示す。一対の放電電極３１の間に、放電領域３２が画定されている。上流側バッファタンク１０の内部空間と放電領域３２との間に、複数の吹出口１３が配置されている。複数の吹出口１３は、放電領域３２の長さ方向（図３において横方向）に沿って配置されている。
【００２２】
放電領域３２を長さ方向の両側に延長した直線と、放電チェンバ３０の壁面との交差箇所に、それぞれ反射鏡３５及び部分反射鏡３６が取り付けられている。
【００２３】
図４に、吹出口１３（図１３）の開口率と、放電領域３２の長さ方向に関する流速の分布との関係を示す。横軸は、放電領域３２の長さ方向の中心からの距離を単位「ｍｍ」で表す。上流側バッファタンク１０の内部空間において、ガスの上流側を負と定義し、下流側を正と定義した。図４の縦軸は、放電領域３２を横切るガスの流速を単位「ｍ／ｓ」で表す。ここで、「開口率」は、放電領域３２の長さに関して、吹出口１３が設けられている部分の長さの、放電領域３２の全体の長さに対する割合を意味する。図４のグラフ中の丸記号、四角記号、及び三角記号は、それぞれ開口率が１００％、５０％、及び２０％の場合の流速を示している。なお、「開口率１００％」は、放電領域３２の長さ方向に細長い複数の開口が、長さ方向に近接して配置されている構成に対応する。厳密には、放電領域３２の長さ方向に関して吹出口１３が設けられていない領域が存在するが、近似的に開口率を１００％とした。
【００２４】
開口率を変化させると、流速の分布が変動することがわかる。図４に示した例では、開口率が５０％のときに、流速が最も均一になっている。このように、開口率を調節することにより、流速の分布を均一に近づけることができる。開口率の変化に応じて、吹出口１３（図３）から吹き出すガスに対する吹出口１３のコンダクタンスが変化する。開口率を
調整することは、吹出口１３のコンダクタンスを調整することと等価である。
【００２５】
上流側バッファタンク１０の形状と寸法、及び吹出口１３の形状と寸法によって最適な開口率は異なる。最適な開口率は、開口率を異ならせた条件で評価実験を行うことにより決定することができる。
【００２６】
実施例によるガスレーザ発振器では、ガス排出路２１からガス導入路１１（図１、図３）までのガス循環路と放電領域３２との間に上流側バッファタンク１０が挿入されているため、ガス循環路は、放電領域３２におけるガスの流速の分布にほとんど影響を与えない。従って、ガス循環路に配置される送風機４１の選択の自由度、及び配置の自由度が高くなる。例えば、送風機４１として、小型で大流量のガス流を発生することができるターボブロワを用いることができる。さらに、ガス循環路に、他の機器を配置することも可能である。熱交換器４０及び送風機４１が、放電チェンバ３０の外側に配置されるため、放電チェンバ３０の小型化を図ることができる。ガス循環路の流路断面積は、上流側バッファタンク１０の流路断面積より小さくてもよい。ガス循環路の流路断面積を小さくすることにより、ガスレーザ発振器の小型化を図ることができる。
【００２７】
安定した放電を維持するために、放電電極３１（図２Ｂ）の間隔を一定に維持することが好ましい。放電電極３１の間隔を一定に維持するために、放電チェンバ３０の剛性を高めることが好ましい。これに対し、上流側バッファタンク１０及び下流側バッファタンク２０には、圧力や温度による変形が許容される。従って、上流側バッファタンク１０及び下流側バッファタンク２０の板厚を薄くすることが可能である。これにより、ガスレーザ発振器のコスト低減を図ることが可能になる。
【００２８】
上記実施例では、放電領域３２と下流側バッファタンク２０の内部空間との間に隔壁２２、及び排出口２３を配置した。この排出口２３の開口率は、吹出口１３の開口率に比べて、流速の分布に与える影響が小さい。このため、排出口２３の開口率を１００％としてもよい。すなわち、排出口２３を、放電領域３２の長さ方向に連続するスリット状の開口部としてもよい。なお、流速の分布を均一にするために、排出口２３の開口率は、吹出口１３の開口率以上にすることが好ましい。
【００２９】
上記実施例では、炭酸ガスレーザ発振器を例に取り上げたが、上記実施例による構成は、その他の三軸直交型ガスレーザ発振器、例えばエキシマレーザ発振器に適用することも可能である。
【００３０】
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】
【００３１】
１０  上流側バッファタンク
１１  ガス導入路
１２  隔壁
１３  流入口
２０  下流側バッファタンク
２１  ガス排出路
２２  隔壁
２３  排出口
３０  放電チェンバ
３１  放電電極
３１Ａ  導電部材
３１Ｂ  セラミック部材
３２  放電領域
３５  反射鏡
３６  部分反射鏡
４０  熱交換器
４１  送風機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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