(57)【要約】【課題】  本発明はガス圧力を一定に保つことでレーザ光の質的低下を防止することを課題とする。【解決手段】  ガスレーザ装置１０は、レーザを発生させる３軸直交型であり、環状に形成された主容器１２の内部に一対の放電電極１４，１５と、ガスを循環させるブロア１６と、ガス圧力を計測する圧力センサ１８とが設けられている。また、主容器１２の内部には、レーザを発振させるガスが充填されている。主容器１２の外部には、主容器１２に充填された余分なガスを回収するガス回収機構２０と、回収されたガスを主容器１２に還流させるガス還流機構２２とが設けられている。ガスレーザ装置１０は、圧力が上昇して主容器１２で余分になったガスを副容器２８に溜めることで主容器１２のガス圧力を一定に保つことができ、主容器１２の圧力が低下したときには副容器２８のガスを主容器１２に戻すことで主容器１２のガス圧力を一定に保ち、レーザ光の質的低下を防止できる。【選択図】  図１
2005072335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが充填された主容器と、
該主容器に設けられ、ガス中に放電してレーザを発生させる一対の電極と、
前記主容器よりも小さい容量を有する副容器と、
前記主容器内のガスの一部を前記副容器に回収するガス回収手段と、
前記副容器に貯留されたガスを前記主容器に還流させるガス還流手段と、
を備えたことを特徴とするガスレーザ装置。
【請求項２】
前記主容器の内部にガス圧力を計測する圧力センサを設け、
前記圧力センサにより計測された圧力値に基づいて前記ガス回収手段及び前記ガス還流手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のガスレーザ装置。
【請求項３】
前記ガス回収手段は、前記主容器内のガス圧力が予め設定された所定圧力以上に上昇すると、前記主容器内のガスを前記副容器に供給する弁手段を有することを特徴とする請求項１または２記載のガスレーザ装置。
【請求項４】
前記ガス還流手段は、前記主容器内のガス圧力が予め設定された所定圧力以下に低下すると、前記副容器に貯留されたガスを前記主容器に還流させる加圧手段を有することを特徴とする請求項１または２記載のガスレーザ装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力以上に上昇したときに前記弁手段を開弁させ、前記圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力であるとき前記弁手段を閉弁させる弁制御手段と、
前記圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力以下に低下したときに前記ポンプを起動させ、前記圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力であるときに前記ポンプを停止させるポンプ制御手段と、
を有することを特徴とする請求項２乃至４記載何れかのガスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスレーザ装置に係り、特にレーザ発振用の容器内部にガスが充填され、ガス中に放電してレーザを発振させるよう構成されたガスレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体放電を用いるガスレーザ装置では、レーザを発振するために密閉された容器内にガスを充填して高エネルギ状態の原子が多く存在する反転分布状態を形成し、一対の電極に電圧を印加させてガス雰囲気中で放電を発生させ、放電によって加速された電子がガス分子と衝突することによって気体分子の励起が発生する。
【０００３】
この種のガスレーザ装置において、レーザを発振するには、容器内に反転分布を形成する必要があり、そのため、レーザを発振させるレーザ発振媒体としてのガスが容器内に充填されるが、その際ガスの成分や圧力を安定させる必要がある。そして、レーザ発振媒体としては、例えば、He−Ne（ヘリウムネオン混合ガス）、CO2（炭酸ガス）、Ar（アルゴンガス）等がある。また、反転分布を補助するためにCO2（炭酸ガス）にヘリウムや窒素等を混合させた混合ガスを使用することもある。
【０００４】
また、ヘリウムは高価であるので、従来のガスレーザ装置では、これらのガスが使用によって劣化しても排気せずに、循環させることでガスをリサイクルしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、従来のガスレーザ装置では、ガスが充填された容器を冷却して温度を一定に保つことで、温度変化に伴うレーザ光への影響を防止するものもある。
【特許文献１】特許第２６０１９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のガスレーザ装置では、温度を一定に保つことにより温度上昇によるガス圧力変化をある程度は抑制することができるものの、レーザ出力を高めるために印加電圧を上げると容器内のガス圧力が急激に上昇してしまい、レーザ光の質（レーザの広がり、出力分布）が低下するという問題が生じる。
そこで、本発明は上記課題を解決したガスレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
【０００８】
請求項１記載の発明は、ガスが充填された主容器と、主容器に設けられ、ガス中に放電してレーザを発生させる一対の電極と、主容器よりも小さい容量を有する副容器と、主容器内のガスの一部を副容器に回収するガス回収手段と、副容器に貯留されたガスを主容器に還流させるガス還流手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、主容器の内部にガス圧力を計測する圧力センサを設け、圧力センサにより計測された圧力値に基づいてガス回収手段及びガス還流手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、主容器内のガス圧力が予め設定された所定圧力以上に上昇すると、主容器内のガスを副容器に供給する弁手段を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、主容器内のガス圧力が予め設定された所定圧力以下に低下すると、副容器に貯留されたガスを主容器に還流させる加圧手段を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力以上に上昇したときに弁手段を開弁させ、圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力であるとき弁手段を閉弁させる弁制御手段と、圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力以下に低下したときにポンプを起動させ、圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力であるときにポンプを停止させるポンプ制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、圧力が上昇して主容器で余分になったガスを副容器に溜めることで主容器のガス圧力を一定に保つことができると共に、主容器の圧力が低下したときには副容器のガスを主容器に戻すことで主容器のガス圧力を一定に保つことができる。また、複数のガスを混合させた混合ガスが充填されている場合でも、ガスの混合比を変化させずに主容器のガス圧力を一定に保つことが可能になり、レーザ光の質的低下を防止できる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、圧力センサにより計測された圧力値に基づいてガス回収手段及びガス還流手段を制御するため、主容器内のガス圧力を一定に保つことが可能になり、レーザ光の質的低下を防止できる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、主容器内のガスを副容器に供給する弁手段を有するため、主容器内のガス圧力が予め設定された所定圧力以上に上昇すると、圧力差を利用して主容器内のガスを副容器に取り出すことができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、主容器内のガス圧力が予め設定された所定圧力以下に低下すると、加圧手段により副容器に貯留されたガスを主容器に還流させるため、副容器の圧力が低くても副容器のガスを主容器に還流させて主容器のガス圧力を一定に保つことが可能になり、レーザ光の質的低下を防止できる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力以上に上昇したときに弁手段を開弁させ、圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力であるとき弁手段を閉弁させ、圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力以下に低下したときにポンプを起動させ、圧力センサにより計測された圧力値が所定圧力であるときにポンプを停止させるため、主容器のガス圧力を一定に保つことが可能になり、レーザ光の質的低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は本発明になるガスレーザ装置の一実施例を示す概略構成図である。
図１に示されるように、ガスレーザ装置１０は、気体放電を用いてエキシマレーザまたは炭酸ガスレーザを発生させる３軸直交型ガスレーザ装置であり、環状に形成された主容器１２の内部に一対の放電電極１４，１５が設けられている。また、主容器１２の内部には、レーザを発振させるためのレーザ発振媒体としてのガスが充填されている。主容器１２に充填されるガスとしては、例えば、He−Ne（ヘリウムネオン混合ガス）、CO2（炭酸ガス）、Ar（アルゴンガス）等、あるいはこれらのガスを混合させたもの等がある。さらに、主容器１２の内部には、ガスを主容器１２の内部で循環させるブロア１６と、ガス圧力を計測する圧力センサ１８とが設けられている。
【００２０】
放電電極１４，１５は、互いに所定距離離間した位置で対向しており、印加電圧によりガス中に放電を行う。主容器１２に充填されたガスは、所定圧力、所定温度の環境で高エネルギ状態の原子が多く存在する反転分布状態にあり、放電電極１４，１５間で生じた放電による光を増幅してレーザ光を発生させる。
【００２１】
主容器１２の外部には、主容器１２に充填されたガスの一部（余分なガス）を回収するガス回収機構（ガス回収手段）２０と、回収されたガスを主容器１２に還流させるガス還流機構（ガス還流手段）２２とが設けられている。ガス回収機構２０は、主容器１２の外周に連通接続された回収管路２４と、回収管路２４に設けられた回収用弁（弁手段）２６と、回収管路２４を介して主容器１２と連通された副容器２８とから構成されている。
【００２２】
回収管路２４は、環状に形成された主容器１２を循環するガスの流れ方向（図１中、時計方向）に対して接線方向に延在するように連通されている。そのため、回収用弁２６が開弁されると、主容器１２を循環するガスの一部をスムーズに回収することが可能になる。
【００２３】
副容器２８は、主容器１２よりも小さい容量を有しており、主容器１２で余ったガスを一時的に貯留する補助タンクである。また、回収用弁２６は、電磁弁からなり、後述するように主容器１２の圧力が上限圧力ＰＨを超えると、開弁するように制御される。ガス回収機構２０では、副容器２８を比較的小さくできるので、装置全体が大型化することがなく、設置スペースも小さくて済む。
【００２４】
ガス還流機構２２は、主容器１２の外周に連通接続された還流管路３０と、還流管路３０に設けられた還流用弁（弁手段）３２と、還流管路３０を介して主容器１２と連通された還流用ポンプ（加圧手段）３４とから構成されている。還流用ポンプ３４は、バイパス管路３６を介して副容器２８と連通された吸い込み口３４ａと、還流管路３０を介して主容器１２と連通された吐出口３４ｂを有する。また、還流用ポンプ３４は、ケーシングの内部にモータ３６により駆動されるロータ（図示せず）が設けられている。
【００２５】
還流管路３０は、主容器１２を循環するガスの流れ方向（図１中、時計方向）と同一方向に還流ガスを吐出するように主容器１２の外周に連通されている。そのため、ガス還流処理を行う際は、ブロア１６によるガスの流れ（図１中、時計方向の流れ）を妨げることがなく、むしろ主容器１２を循環するガスの流れを加速するように還流ガスを主容器１２に吐出する。
【００２６】
制御装置４０は、予め設定された制御プログラムに基づいて、圧力センサ１８により計測された圧力値を読み込んで回収用弁２６、還流用弁３２、還流用ポンプ３４のモータ３６を制御する。
【００２７】
ここで、上記のように構成されたガスレーザ装置１０において、制御装置４０が実行する制御処理について図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
図２に示されるように、制御装置４０は、Ｓ１１で電源スイッチ（図示せず）がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、放電電極１４，１５に電圧を印加して放電を開始する。続いて、Ｓ１３では、ブロア１６を始動させて主容器１２内部のガスを循環させる。これで、主容器１２の内部に充填されたガス中にレーザ光が発振される。
【００２９】
次のＳ１４では、圧力センサ１８により計測された主容器１２の圧力Ｐを読み込む。続いて、Ｓ１５に進み、上記主容器１２の圧力Ｐが予め設定された上限値ＰＨ以下かどうかを確認する。Ｓ１５において、上記主容器１２の圧力Ｐが上限値ＰＨ以下であるときは、ガス圧力が正常であるので、Ｓ１６に進み、圧力センサ１８により計測された主容器１２の圧力Ｐが予め設定された下限値ＰＬ以上かどうかを確認する。
【００３０】
Ｓ１６において、上記圧力値Ｐが下限値ＰＬ以上であるときは、ガス圧力が正常であるので、Ｓ１７に進み、電源スイッチ（図示せず）がオフかどうかを確認する。Ｓ１７において、電源スイッチ（図示せず）がオンであるときは、装置が稼動中であるので、上記Ｓ１４に戻り、Ｓ１４〜Ｓ１７の処理を繰り返す。従って、主容器１２において、充填されたガスが、所定圧力の反転分布状態にあるときは、上記Ｓ１４〜Ｓ１７を繰り返すことになる。
【００３１】
また、上記Ｓ１７において、電源スイッチ（図示せず）がオフであるときは、Ｓ１８に進み、放電電極１４，１５への電圧印加を停止し、Ｓ１９でブロア１６を停止させる。
【００３２】
また、上記Ｓ１５において、上記圧力値Ｐが上限値ＰＨ以上であるときは、主容器１２の圧力が上限値ＰＨを超えているので、Ｓ２０に進み、回収用弁２６を開弁させる。回収用弁２６が開弁すると、主容器１２の圧力の方が副容器２８の圧力よりも高いので、主容器１２の余分なガスが副容器２８に回収される。
【００３３】
主容器１２の圧力が上限値ＰＨを超えてしまうと、放電による電子の移動距離が減ってガスの分子からのエネルギが減少して反転分布状態が抑制される。しかしながら、放電電極１４，１５への印加電圧を上げて圧力上昇が生じても、余分なガスが副容器２８に回収されることにより、主容器１２はレーザ光を発生させる反転分布状態に維持される。
【００３４】
次のＳ２１では、ガス回収中の主容器１２の圧力Ｐを読み込む。続いて、Ｓ２２に進み、ガス回収が開始された主容器１２の圧力値Ｐが予め設定された上限値ＰＨ以下かどうかを確認する。Ｓ２２において、上記主容器１２の圧力Ｐが上限値ＰＨ以上であるときは、まだガス回収を行うため、上記Ｓ２１に戻る。そして、Ｓ２１で主容器１２のガスを副容器２８に回収中の主容器１２の圧力Ｐを、再度、読み込む。
【００３５】
また、Ｓ２２において、上記主容器１２の圧力Ｐが上限値ＰＨ以下に低下したときは、主容器１２の圧力Ｐが低すぎるので、Ｓ２３に進み、回収用弁２６を閉弁させてガス回収を停止する。これで、主容器１２から余分なガスの回収処理が終了し、主容器１２の圧力Ｐを上限値ＰＨ以下に調整することができる。
【００３６】
また、上記Ｓ１６において、主容器１２の圧力Ｐが下限値ＰＬ以下であるときは、Ｓ２４に進み、還流用弁３２を開弁させる。続いて、Ｓ２５に進み、還流用ポンプ３４のモータ３６への通電をオンにして還流用ポンプ３４を始動する。これにより、副容器２８に貯留されたガスは、バイパス管路３６を介して還流用ポンプ３４に吸引され、加圧された状態で吐出される。そして、還流用ポンプ３４によって加圧されたガスは、還流管路３０を介して主容器１２に還流される。
【００３７】
次のＳ２６では、圧力センサ１８により計測された主容器１２の圧力Ｐを読み込む。続いて、Ｓ２７に進み、主容器１２の圧力Ｐが予め設定された下限値ＰＬ以下かどうかを確認する。Ｓ２７において、主容器１２の圧力Ｐが下限値ＰＬ以下であるときは、副容器２８に貯留されたガスを主容器１２に還流させるため、Ｓ２６に戻る。そして、Ｓ２６で還流開始後の主容器１２の圧力Ｐを、再度、読み込む。
【００３８】
また、Ｓ２７において、主容器１２の圧力Ｐが下限値ＰＬ以上に上昇したときは、主容器１２へのガス補充が終了したため、Ｓ２７に進み、還流用ポンプ３４を駆動するモータ３６への通電をオフにして還流用ポンプ３４を停止させる。そして、Ｓ２９では、還流用弁３２を閉弁させる。これで、副容器２８から主容器１２へのガス還流処理が終了し、主容器１２の圧力Ｐを下限値ＰＬ以上に調整することができる。
【００３９】
従って、放電電極１４，１５への印加電圧を下げて圧力低下が生じても、副容器２８に回収されたガスを主容器１２に還流させることにより、主容器１２に充填されたガスはレーザ光を発生させる反転分布状態に維持される。
【００４０】
このように、ガスレーザ装置１０は、圧力が上昇して主容器１２で余分になったガスを副容器２８に溜めることで主容器１２のガス圧力を一定に保つことができると共に、主容器１２の圧力が低下したときには副容器２８のガスを主容器１２に戻すことで主容器１２のガス圧力を一定に保つことができる。また、複数のガスを混合させた混合ガスが主容器１２に充填されている場合でも、副容器２８に回収したガスを主容器１２に還流させるため、ガスの混合比を変化させずに主容器１２のガス圧力を一定に保つことが可能になり、レーザ光の質的低下を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
上記実施例では、エキシマレーザまたは炭酸ガスレーザを発生させるガスレーザ装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、これ以外の気体放電を用いたものにも本発明を適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明になるガスレーザ装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】制御装置４０が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ガスレーザ装置
１２  主容器
１４，１５  放電電極
１８  圧力センサ
２０  ガス回収機構
２２  ガス還流機構
２４  回収管路
２６  回収用弁
２８  副容器
３０  還流管路
３２  還流用弁
３４  還流用ポンプ
４０  制御装置
【図１】
2005072335.tif 000003
【図２】
2005072335.tif 000004