(57)【要約】  内表面が露出した第１筒体と、該第１筒体の外表面に接合したアルミナを主成分とする第２筒体とを有し、前記第１筒体がイットリウムを含んだ酸化物を主成分とすることを特徴とする筒体を提供する。【選択図】図１
2015115624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内表面が露出した第１筒体と、該第１筒体の外表面に接合したアルミナを主成分とする第２筒体とを有し、
前記第１筒体がイットリウムを含んだ酸化物を主成分とすることを特徴とする筒体。
【請求項２】
前記第１筒体の前記内表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、前記第２筒体の外表面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の筒体。
【請求項３】
前記第１筒体の前記内表面の開気孔面積割合は、前記第２筒体の外表面の開気孔面積割合よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の筒体。
【請求項４】
前記第２筒体の厚みは、前記第１筒体の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒体。
【請求項５】
前記第１筒体の厚みは、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、
前記第２筒体の厚みは、２．６ｍｍ以上３．６ｍｍ以下 であることを特徴とする請求項４に記載の筒体。
【請求項６】
前記第１筒体は、溶射法によって形成されており、
前記第２筒体は、溶射法によって形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の筒体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の筒体と、
前記筒体の内部空間にプラズマを生成するための電極とを備えることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ装置と、
前記プラズマ装置の前記内部空間にレーザー発振用ガスを供給するガス供給手段とを備え、
前記内部空間に前記レーザー発振用ガスが供給された状態で、前記電極によってプラズマを生成してレーザー光を発生させることを特徴とするガスレーザー装置。
【請求項９】
棒状の中子を準備する工程と、
前記中子の外表面にイットリウムを含む酸化物を溶射して、イットリウムを含む酸化物を主成分とする第１筒体を形成する工程と、
前記第１筒体の外表面にアルミナを溶射して、該第１筒体の外表面に接合したアルミナを主成分とする第２筒体とを形成する工程と、
前記第１筒体と前記第２筒体との集合体から前記中子を除去し、前記第１筒体の内表面を露出させる工程とを備えたことを特徴とする筒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒体、プラズマ装置、ガスレーザー装置、および筒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の切断加工や各種測定に用いるレーザーを発振する装置として、例えばガスレーザーを発振させるガスレーザー装置が広く用いられている。ガスレーザー装置では円筒状の筒体であるガスレーザー管の管路内に、ヘリウム―ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスと例えば炭酸ガス（ＣＯ２ガス）等とを封入し、この管路内に希ガスのプラズマを生成する。そして、このプラズマのエネルギーによって例えば炭酸ガス分子（ＣＯ２分子）を励起することで、この炭酸ガス分子（ＣＯ２分子）から特定波長の光を発光させる。このようなガスレーザー管に用いる材料として、気密性が高く、かつプラズマを生成するための高周波電力の透過性も高いことが要求されており、例えば石英ガラス等の材料が広く用いられている。【０００３】
プラズマは電子やイオンなどの荷電粒子、励起した分子や原子などが複雑に運動しながら反応し合うので、物理的なエネルギーも高く、化学的にも反応性の高い状態になっている。このためプラズマに曝されるガスレーザー管の管路内面は、曝されるプラズマのエネルギーによる物理的ダメージを受けやすく、かつ化学的反応による変化も受けやすい（以降、物理的ダメージや化学的変化をまとめて腐食とも表現する）。プラズマによるレーザー管の腐食は、ガスレーザー管の使用寿命を低減させ、ひいてはガスレーザー装置の耐久性を低下させる原因となっていた。【０００４】
例えば下記特許文献１には、プラズマによるレーザー管の腐食を抑制するための構成が提案されている。具体的には下記特許文献１では、例えば窒化アルミニウムからなるレーザー管本体の内周面に、タングステンやモリブテンなどの金属や炭化硼素等からなる保護層を形成した構造が提案されている。下記特許文献１では、イオンプレーティング法やＣＶＤ法等によって、このような保護膜を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３―２５８０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば特許文献１のように、イオンプレーティング法やＣＶＤ法等の一般的な膜形成方法で形成される保護膜は、比較的強固な緻密質の膜である。このような保護膜は、保護膜自体の耐プラズマ性は高い一方で、プラズマ生成にともなう温度変化によって、ヒビや割れ等が発生し易いといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
内表面が露出した第１筒体と、該第１筒体の外表面に接合したアルミナを主成分とする第２筒体とを有し、前記第１筒体がイットリウムを含んだ酸化物を主成分とする。【０００８】
上述の筒体と、前記筒体の内部空間にプラズマを生成するための電極とを備えるプラズマ装置を提供する。【０００９】
上述のプラズマ装置と、前記プラズマ装置の前記内部空間にレーザー発振用ガスを供給するガス供給手段とを備え、前記内部空間に前記レーザー発振用ガスが供給された状態で、前記電極によってプラズマを生成してレーザー光を発生させるガスレーザー装置を提供する。【００１０】
また、棒状の中子を準備する工程と、前記中子の外表面にイットリウムを含む酸化物を溶射して、第１筒体を形成する工程と、前記第１筒体の外表面にアルミナを溶射して、該第１筒体の外表面に接合したアルミナを主成分とする第２筒体とを形成する工程と、前記第１筒体と前記第２筒体との集合体から前記中子を除去し、前記第１筒体の内表面を露出させる工程とを備えた筒体の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
内部にプラズマを生成した場合でも、割れやヒビ等が発生し難い。また、高い耐プラズマ性を有する筒体を、短時間かつ比較的安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】筒体の一実施形態である、ガスレーザー発振装置用ガスレーザー管を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】図１に示すレーザー管の一部の拡大断面図である。
【図３】図１および図２に示すレーザー管を備えて構成されたガスレーザー装置の一実施形態の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、筒体の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は筒体の一実施形態であるレーザー管１０を示した図である。図１（ａ）はレーザー管１０の斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【００１４】
レーザー管１０は、内表面１４Ａが露出した第１筒体１４と、第１筒体１４の外表面１４Ｂに接合したアルミナを主成分とする第２筒体１２とを有し、第１筒体１４がイットリウムを含んだ酸化物を主成分とする。第１筒体１４は、例えばイットリウムを含んだ酸化物であるイットリア（Ｙ２Ｏ３）を主成分として含む。主成分として含むとは、含有割合が５０質量％以上であることをいう。第１筒体１４と第２筒体１２は主成分を９０質量％以上含むことが好ましい。各部材を構成する成分の含有量は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて、成分を同定した後、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ発光分光分析装置（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）を用いて、元素の含有量を求め、同定された成分の含有量に換算すればよい。例えば第１筒体１４は、イットリウムを含んだ酸化物の他に、充分な耐プラズマ性を有する範囲で、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ等の酸化物などの他の成分を含んでいてもよいが、プラズマに対する耐食性をより高くする点で、イットリウムを含んだ酸化物を９０質量％以上含むことが好ましい。また第２筒体１２は、アルミナの他にも、充分な機械強度が確保できる範囲でジルコニア（ＺｒＯ２）等の他の成分を含んでいてもよいが、例えば後述する溶射法によって高強度の第２筒体１２を安定して形成する点で、アルミナを９０質量％以上含むことが好ましい。
【００１５】
なお、イットリウムを含む酸化物としては、イットリア（Ｙ２Ｏ３）に限定されず、例えば、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：）などの、アルミニウム（Ａｌ）等の他の元素とイットリウム（Ｙ）を含む複合酸化物であってもよい。また、ＹＡＭ（２Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）、ＹＡＰ（Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）等のイットリウムとアルミニウムの複合酸化物であってもよい。これら酸化物が単体であってもよく、複数種類の酸化物が混在していてもよい。これらイットリウムを含んだ酸化物はプラズマに対して高い耐食性を有している。
【００１６】
本実施形態のレーザー管１０は、第１筒体１４の内表面で囲まれた管路１１を備える円筒状の部材であって、この管路１１内にヘリウム―ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスと例えば炭酸ガス（ＣＯ２ガス）等とを封入して、この管路内に希ガスのプラズマを生成して例えば炭酸ガス分子（ＣＯ２分子）を励起して特定波長の光を発光させるために用いられる。
【００１７】
イットリウムを含んだ酸化物はプラズマに対して高い耐食性を有しており、かつアルミナは機械的強度が高く熱伝導性も高い。このため、第１筒体１４をイットリウムを含んだ酸化物とし、第２筒体１２をアルミナを主成分とするレーザー管１０は、プラズマに対する耐食性が高く、機械的強度が高く、かつ放熱性が高い。
【００１８】
第１筒体１４は、溶射法によって形成されており、第２筒体１２も溶射法によって形成されている。第１筒体１４および第２筒体１２を溶射法で形成することで、第１筒体１４および第２筒体１２の温度上昇による劣化が抑制されている。また、第１筒体１４および第２筒体１２を溶射法で形成することで、第１筒体１４と第２筒体１２とが比較的高い強度で強固に接合されている。図２は、レーザー管１０の一部を拡大して示す断面図である。溶射法は、成膜対象体の表面に対して、溶融させた材料を溶射装置のノズルから成膜対象体の表面に微粒子状として吹き付けて凝固、堆積させていくものである。時間とともに溶射膜が厚くなっていく（微粒子１２ａや１４ａが堆積していく）過程では、溶射膜の表面状態や温度等も変化し、微粒子１２ａや１４ａの配列の方向や密度等も変化していく。このような変動もあいまって、凝固、堆積させた扁平状の微粒子１２ａや１４ａの間には隙間Ｓが生じてしまう。このため、溶射法により形成した第１筒体１４および第２筒体１２では、例えばイオンプレーティング法やＣＶＤ法等で形成した緻密質な高密度の膜に比べて、微粒子１４ａや微粒子１２ａ間の隙間Ｓが比較的大きくかつ多い状態となっている。
【００１９】
このため、例えば管路１１内に希ガスプラズマが生成されて第１筒体１４が加熱され、各微粒子１４ａが熱膨張して各微粒子同士が押し合う形になった場合も、これら隙間Ｓの分だけ各微粒子１４ａが膨張および移動できる余裕がある。このため、管路１１内に希ガスプラズマが生成されて第１筒体１４が加熱された場合も、各微粒子１４ａの熱膨張にともなう内部応力が緩和されるので、熱膨張に起因した応力にともなう第１筒体１４の劣化が小さい。第２筒体１２もまた同様に溶射膜であり、管路１１内に希ガスプラズマが生成されて第１筒体１４の加熱にともなって第２筒体１２が加熱された場合も、各微粒子１２ａの熱膨張にともなう第２筒体１２内の内部応力が小さくなり、熱膨張に起因した応力にともなう第２筒体１２の劣化が小さい。また、第１筒体１４と第２筒体１２の熱膨張係数の違いに起因した応力も同様に緩和される。このようにレーザー管１０では、プラズマの生成にともなう熱膨張に起因した劣化が抑制されている。
【００２０】
また、第１筒体１４は溶射法によって形成されており、第２筒体１２も溶射法によって形成されている場合、すなわち溶射によって形成された第１筒体１４の外表面１４Ｂに、溶射によって第２筒体１２が形成されている場合、第１筒体１４と第２筒体１２の境界部分においては、第１筒体１４を構成するイットリアの微粒子１４ａに、第２筒体１２を構成するアルミナの微粒子１２ａが衝突して、それぞれの粒子が結合して粒成長するとともに、微粒子１４ａ同士にあった隙間Ｓ部分に、第２筒体１２の微粒子１２ａが入り込んでいる。このため、第１筒体１４と第２筒体１２との境界部分では、微粒子１４ａと微粒子１２ａとが混在し、第１筒体１４と第２筒体１２とが噛み合うように結合しており、第１筒体１４と第２筒体１２とが比較的高い強度で強固に接合されている。
【００２１】
第１筒体１４の厚みは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、第２筒体１２の厚みは２．６ｍｍ以上３．６ｍｍ以下であって、第２筒体１２の厚みは第１筒体１４の厚みよりも大きい。第２筒体１２を構成するアルミナは機械強度が比較的高く、また熱伝導性も比較的高い。レーザー管１０は第２筒体１２の厚さが比較的大きいので、レーザー管１０全体の機械的強度は比較的高く、かつ放熱性も比較的高い。
【００２２】
また、第１筒体１４の内表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は約０．４〜１．６μｍ程度であり、第２筒体１２の外表面１２Ｂの算術平均粗さ（Ｒａ）は約１．６〜３．２μｍ程度であり、第１筒体１４の内表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、第２筒体１２の外表面１２Ｂの算術平均粗さ（Ｒａ）よりも小さい。プラズマに曝される内周面１４Ａの表面粗さが比較的小さいレーザー管１０では、内周面１４Ａの表面積、すなわちプラズマの熱の流入面積が比較的小さいので、第１筒体１４の温度が上昇し難い。一方、第２筒体１２の外表面１２Ｂの算術平均粗さは比較的大きいので、第２筒体１２の外表面１２Ｂの表面積は比較的大きく、これにより例えば管路１１内に生成したプラズマによる熱エネルギーを効率的にこの外周面１２Ｂから放射して、第１筒体１４および第２筒体１２の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
また、第１筒体１４が溶射によって形成されており、第１筒体１４の内表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が小さい場合は、内周面１４Ａにおいて部分的に突出した微粒子１４Ａが少ないので、内周面１４Ａからの微粒子１４ａの脱落が抑制されており、繰り返しプラズマを生成した場合も、ガスレーザー管１０内部の清浄度を高く保つことができる。
【００２４】
また、第１筒体１４の内表面１４Ａの開気孔面積割合が、第２筒体１２の外表面１２Ｂの開気孔面積割合よりも小さい。開気孔面積割合とは、表面を観察した際の観察視野全体の面積に対する、観察視野内で確認できる、マイクロクラックを除く開気孔の合計面積の割合をいう。開気孔面積割合は、例えば光学顕微鏡を用いて測定対象表面を１００倍の倍率で観察し、面積が０．１５ｍｍ２（横方向の長さが１０００μｍ、縦方向の長さが１５０μｍ）となる範囲を光学顕微鏡付属のＣＣＤカメラを用いて撮影し、画像データを取得する。得られた画像データを用いて、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）による粒子解析を行なうことで、開気孔の合計面積を求めることができる。なお、粒子解析の設定条件としては、例えば、明度を暗に設定し、２値化の方法を手動、小図形除去面積を１μｍ２、画像の明暗を示す指標であるしきい値を、画像内の各点（各ピクセル）が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の０．３倍以下とする。
【００２５】
第１筒体１４の内表面１４Ａの開気孔面積割合が、第２筒体１２の外表面１２Ｂの開気孔面積割合よりも小さい場合、外表面１２Ｂに比べて内表面１４Ａの凹凸が小さく、第２筒体１２の外表面１２Ｂの表面積に比べて、第１筒体１４の内表面１４Ａの表面積がより小さい。これにより、内表面１４Ａから第１筒体１４に流入する熱エネルギーを抑制しつつ、第２筒体１２の外表面１２Ｂからの熱エネルギーの放射を大きくすることができるので、第１筒体１４および第２筒体１２の温度上昇を抑制することができる。また、第１筒体１４の内表面１４Ａの開気孔面積割合を比較的小さくすることで、内表面１４Ａの開気孔からの微粒子１４ａの脱落が抑制されており、繰り返しプラズマを生成した場合も、ガスレーザー管１０内部の清浄度を高く保つことができる。例えば第１筒体１４の内表面１４Ａの開気孔面積割合は０．２５％以上０．７５％であり、第２筒体１２の外表面１２Ｂの開気孔面積割合は０．８５％以上１．５％以下である。内表面１４Ａの開気孔面積割合と、第２筒体１２の外表面１２Ｂの開気孔面積割合との差は０．１％以上であることが好ましい。
【００２６】
図３は、プラズマ装置の一実施形態およびガスレーザー装置の一実施形態の断面図である。プラズマ装置２は、レーザー管（筒体）１０と、レーザー管１０の内表面１４Ａが曝された管路（内部空間）１１に電圧を印加して管路１１にプラズマを生成するための電極（陰極５および陽極６）を備える。図３に示すガスレーザー装置１は、このプラズマ装置２と、プラズマ装置２の管路（内部空間）１１にレーザー発振用ガスを供給するガス供給手段（図示せず）とを備え、管路１１にレーザー発振用ガスが供給された状態で、電極（陰極５および陽極６）によってプラズマを生成してレーザー光を発生させる。
【００２７】
より具体的には、ガスレーザー装置１は、レーザー管１０と、レーザー管１０の両端に配置された外囲器７と、外囲器７の内部に配置された反射鏡８と電極（陰極５および陽極６）を備えている。レーザー管１０内は図示しない真空ポンプやガス供給手段と接続しており、レーザー管１０内へのガス流量や真空度を調整することができる構成となっている。ガスレーザー装置１では、レーザー管１０内に例えばアルゴン等の希ガスと炭酸ガス等を流入させつつ真空度を高めた状態で、陰極５と陽極６の間に電圧を印加してアルゴンガスのプラズマを生成させて炭酸ガスを励起し、この励起に起因して発生した特定波長の光を反射鏡８の間を往復させることにより増幅させ、増幅したレーザー光を発振することができる。
【００２８】
レーザー管１０をこのようなガスレーザー装置１に用いた場合、管路１１において希ガスプラズマを生成した際も、第１筒体１４が高い耐プラズマ性を有するのでプラズマによるレーザー管１０の腐食は少ない。
【００２９】
ガスレーザー装置におけるプラズマは数百℃まで温度が上昇するので、レーザー管１０は、室温から数百℃までの温度上昇および下降を繰り返すことになる。例えば従来のレーザー管のように、窒化アルミニウム等のセラミックス材料からなるレーザー管本体の内周面に、イオンプレーティング法やＣＶＤ法等によって緻密質の保護膜（耐プラズマ膜）を形成している場合、プラズマによる温度上昇および温度下降の際、保護膜自体の熱膨張にともなう内部応力や、レーザー管本体と保護膜との熱膨張係数の違いに起因した応力が保護膜内に発生し、緻密質の保護膜内にはこの応力による歪が局所的に蓄積されていき、比較的早い段階で（温度変化の回数が少ない段階で）保護膜にヒビや割れ等が発生することがあった。本実施形態のレーザー管１０は温度変化に対する耐久性も高いので、レーザー発振を繰り返しても、すなわちプラズマ生成にともなう温度変化を繰り返してもレーザー管１０には割れやヒビ等が発生し難いので、ガスレーザー装置１を、比較的長い期間にわたって繰り返し使用することができる。
【００３０】
次に、本筒体の製造方法の一例について、上述のレーザー管１０の製造を一実施形態として説明する。図４（ａ）〜（ｄ）はレーザー管１０の製造方法について説明する概略断面図である。
【００３１】
本実施形態の製造方法は、棒状の中子３０を準備する工程と、中子３０の外表面にイットリウムを含む酸化物を溶射して、第１筒体１４を形成する工程と、第１筒体１４の外表面１４Ｂにアルミナを溶射して、該第１筒体１４の外表面１４Ｂに接合したアルミナを主成分とする第２筒体１２とを形成する工程と、第１筒体１４と第２筒体１２との集合体から中子３０を除去し、第１筒体１４の内表面１４Ａを露出させる工程とを備えている。
【００３２】
まず棒状の中子３０を準備する（図４（ａ））。本実施形態の中子３０は、棒状の軸体３２と、軸体３２の外表面に形成された離型剤層３４とからなる。離型剤層３４は水または有機溶剤等の特定の溶媒に溶解する性質をもつ。軸体３２としては、例えばステンレスやアルミニウム等の金属や樹脂等を用いればよい。離型剤層３４として、例えば、ボロンナイトライド粉末やカーボン粉末等を用いることができる。軸体３２の外表面は研磨等で算術平均粗さが調整されている。例えば離型剤３４の表面（すなわち中子３０の外表面）の算術平均粗さは、約０．２〜０．８μｍ程度と比較的小さくされている。
【００３３】
次に、中子３０の外表面にイットリウムを含む酸化物を溶射して第１筒体１４を形成する（図４（ｂ））。溶射法として、減圧プラズマ溶射法、大気圧プラズマ溶射法、フレーム溶射法、アーク溶射法、レーザー溶射法等、様々な溶射法が適用可能であるが、特に高温の熱源を利用可能で高融点を有する材料も適用可能であり、他の溶射法より比較的安価に耐食膜を形成できることから大気圧プラズマ溶射法を用いることが好ましい。
【００３４】
まず、イットリア（Ｙ２Ｏ３）（イットリアを含む酸化物）の粉末を溶射装置において溶融する。イットリア粉末としては、一次原料平均粒子径０．５〜１０μｍの材料を用いる。本実施形態ではイットリア粉末に、さらに１質量％以下の割合で粒径１μｍ程度のＴｉ、Ａｌ、Ｓｉのいずれか少なくとも１種の酸化物粉末を添加する。これらの添加物を含有していると、イットリア粉末が離型剤３４の表面に比較的強く付着しやすく、製造中に中子３０からの第１筒体１４が剥離することを抑制することができる。より具体的には、イットリア粉末へ０．００１〜３質量％の範囲でＴｉ、Ａｌ、Ｓｉのいずれか少なくとも１種の酸化物粉末を添加した１次原料を一般的な転動造粒等の造粒方法を用いて平均粒径１０〜５０μｍの溶射材料を得る。この溶射材料を大気圧プラズマ溶射装置の粉末投入口から投入する。
【００３５】
投入された溶射材料は、大気圧プラズマ溶射装置において、熱源であるプラズマにより数千〜数万度に加熱され溶融する。溶射時に溶融材料を噴出するためのガスとしては、アルゴンと水素の混合ガスを用いる。このガスの噴出と同時に溶融した溶射材料を、中子３０の外表面に向かって噴出するが、装置の出力調整は、アルゴンガスを主体として水素ガスを添加する形で行う。このとき、出力は４０ｋＷ前後がよく、中子３０から溶射装置の噴出口までの距離としては、１００ｍｍ前後とする。さらに、溶射口は基材表面に均一に溶射膜を形成するために、基材までの距離を一定に保ちながら上下左右に可動するが、その可動速度は例えば左右方向に３０ｍ／ｍｉｎ前後、上下方向には５ｍｍ間隔で移動しながら、基材表面全体に溶射膜（第１筒体１４）を形成していく。形成された溶射膜（第１筒体１４）は、用いた溶射材料の１次原料平均粒径が反映され易く、その平均結晶粒子径は０．５〜１０μｍとなる。
【００３６】
上述のように中子３０の外表面の算術平均粗さは約０．２〜０．８μｍ程度と比較的小さくされており、この中子３０の外表面に直接形成される、第１筒体１４の内周面１４Ａは、中子３０の表面形状に応じて微粒子１４ａ（図２参照）が緻密に配置されるので、算術平均粗さの値が０．４〜１．６μｍ程度と比較的小さくすることができる。このように内周面１４Ａの表面粗さを比較的低くすることで、内周面１４Ａからの微粒子１４ａの脱落を抑制し、ガスレーザー管１０内部の清浄度を高く保つことができる。
【００３７】
また、溶射膜を形成した後、熱処理を行って、形成した第１筒体１４を緻密化したり、第１筒体１４の内表面１４Ａをさらに平滑化することもできる。熱処理は温度条件さえ満たせば大気中雰囲気炉で実施すれば良く、例えば５００〜１４００℃程度の温度で実施すればよい。このような熱処理によって、溶射法により形成した第１筒体１４の微粒子１４ａ同士の接触界面を活性化させて粒成長を促し、第１筒体１４を緻密化するとともに、第１筒体１４の内周面１４Ａに表れている微粒子１４ａ同士の隙間Ｓを低減させて算術平均粗さをより低くすることもできる。このように内周面１４Ａの表面粗さを低減することで、内周面１４Ａからの微粒子１４ａの脱落をさらに抑制し、ガスレーザー管１０内部の清浄度をさらに高く保つことができる。
【００３８】
なお、溶射方法や溶射条件、温度処理の有無や条件等は特に限定されず、温度変化に対する耐久性や微粒子１４ａの脱落抑制の効果など、第１筒体１４に求める特性に応じて、溶射条件や熱処理条件を調整することで、所望の特性をもつ第１筒体１４を形成すればよい。
【００３９】
次に、第１筒体１４の外表面１４Ｂにアルミナを溶射し、筒状の第２筒体１２を形成する（図４（ｃ））。アルミナの溶射もイットリアの溶射と同様に、まずアルミナの粉末を溶射装置において溶融する。アルミナ粉末として、例えば一次原料平均粒子径０．４〜１０μｍの材料を用いる。アルミナ粉末は、金属元素等の不純物を含んでいてもよいが、純度（アルミナの含有割合）が約９０質量％以上のものを用いることが好ましい。アルミナの溶射条件は、上述の第１筒体１４と同様の方法および条件で行えばよく、要求する第１筒体１４の特性に応じて調整した各種条件に沿って行うことができる。上述のように、溶射によって第２筒体１２を形成する場合、第１筒体１４と第２筒体１２の境界部分においては、第１筒体１４を構成するイットリアの微粒子１４ａに、第２筒体１２を構成するアルミナの微粒子１２ａが衝突して、それぞれの粒子が結合して粒成長するとともに、微粒子１４ａ同士にあった隙間Ｓ部分に、第２筒体１２の微粒子１２ａが入り込んでおり、第１筒体１４と第２筒体１２とが噛み合うように結合し、第１筒体１４と第２筒体１２とが比較的高い強度で強固に接合されている。また、溶射によって微粒子１２ａが堆積されて形成された第２筒体１２の外表面１２Ｂは、中子３０の表面に応じて微粒子１４ａ（図２参照）が緻密に配置された第１筒体１４の内表面１４Ａに比べて、表面粗さが大きくかつ開気孔面積割合を大きくし易い。
【００４０】
第２筒体１２を形成した後、第１筒体１４と第２筒体１２との集合体から中子３０を除去し、第２筒体１４の内表面１４Ａを露出させる（図４（ｄ））。中子３０の外表面部分は離型剤３４が配置されており、この離型剤３４を特定溶媒によって溶解させ、軸体３２と第１筒体１４との間に隙間を生じさせて軸体３２を取り外すことで、中子３０は容易に除去することができる。このような工程を経て、ガスレーザー発振装置用のレーザー管１０を製造することができる。本実施形態の製造方法によれば、スパッタ装置等の大掛かりな成膜装置を用いることなく、高い耐プラズマ性を有し、かつ温度変化に対する耐久性も高い耐プラズマ部材を、短時間かつ比較的安価に製造することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、中子３０を軸体３２と離型剤３４とで構成したが、例えば中子３０全体を例えばアセトン等の特定溶媒に溶解する材質で構成し、第１筒体１４と第２筒体１２とを形成した後に全体を特定溶媒に浸漬して中子３２を溶解させてもよい。また、中子３０を熱分解性を有する材質で構成し、第１筒体１４と第２筒体１２とを形成した後に全体を加熱して中子３０を熱分解させて蒸発させてもよい。中子３０の構成等、本製造方法における各部材構成や各種条件は特に限定されない。
【００４２】
本実施形態では、溶射法によってレーザー管１０を製造する例を説明したが、溶射法以外の方法でレーザー管１０を製造してもよい。例えば、中子３０の表面に、イットリアやＹＡＧ等のイットリウムを含む酸化物を主成分とするセラミックグリーンシートを巻き付け、その上にアルミナを主成分とするセラミックグリーンシートを巻きつけて全体を焼成して、レーザー管１０を製造してもよい。また、中子３０の表面にイットリウムを含む酸化物の粉末を含むスラリーを塗布して乾燥する工程を繰り返し、その上にアルミナ粉末を含むスラリーを塗布して乾燥する工程を繰り返した後に、全体を焼成してレーザー管１０を製造してもよい。これらグリーンシートやスラリーに例えば樹脂ビーズ等からなる造孔剤を混ぜておき、例えばこの造孔剤の量を部分的に調整しておくことで、例えば第１筒体１４の内表面１４Ａと第２筒体１２の外表面１２Ｂとで、算術平均粗さ（Ｒａ）や表面開気孔率の値を変えることができる。グリーンシートを用いた製造方法や、スラリーを用いた製造方法では、グリーンシートの製造や、スラリーの塗布・乾燥などに多大な手間とコストがかかる。加えて、グリーンシートを用いた製造方法やスラリーを用いた製造方法では、例えば造孔剤等を用いても、その分布を調整することは難しく、内表面１４Ａと外表面１２Ｂとで、算術平均粗さ（Ｒａ）や表面開気孔率の値を変えることが難しい。一方、上述の溶射法による製造方法では、比較的少ない手間とコストでレーザー管１０を製造することができるとともに、内表面１４Ａと外表面１２Ｂとで、算術平均粗さ（Ｒａ）や表面開気孔率の値を変えることも比較的容易である。また上述のように、溶射法で製造した場合、第１筒体１４や第２筒体１２の内部に微粒子１４ａや微粒子１２ａ間の隙間Ｓが比較的大きくかつ多い状態となっており、プラズマの生成にともなう熱膨張に起因した劣化が抑制されている点でも好ましい。
【００４３】
上述の筒体、プラズマ装置、ガスレーザー装置、および筒体の製造方法の構成や各種条件は特に限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４４】
５  陰極
６  陽極
７  外囲器
８  反射鏡
１０  レーザー管（筒体）
１１  管路
１２  第２筒体
１４  第１筒体
【図１】
2015115624.tif 000003
【図２】
2015115624.tif 000004
【図３】
2015115624.tif 000005
【図４】
2015115624.tif 000006
【国際調査報告】
2015115624.tif 000007
2015115624.tif 000008
2015115624.tif 000009
2015115624.tif 000010