(57)【要約】【解決手段】  主放電電極４、５は、ベースプレート２、３に立設した絶縁材からなる複数の支持部材４ａ、５ａと、各支持部材４ａ、５ａに巻回してそれぞれ互いに対向させたコイル状電極４ｂ、５ｂとを備えている。予備電離電極６はコイル状電極５ａの基部側に絶縁部材７を介して設けてある。またレーザガスは送風手段２５によって、各ベースプレートに穿設した貫通孔４ｃ、５ｃを流通して、コイル状電極の軸方向に流通されるようになっている。【効果】  コイル状電極４ｂ、５ｂはパルス電流に対してインピーダンスとして働くので、特定のコイル状電極４ｂ、５ｂに過大な電流が流れることが防止でき、これにより平均出力の増大と電極表面の損傷の防止によるメンテナンスフリー化が可能となる。【選択図】  図１
2005158986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスが充填されたレーザ容器と、該レーザ容器の内部に対向させて配設した主放電電極と、この主放電電極間に電圧を印加して放電させる直流高圧パルス電源とを備え、上記直流高圧パルス電源によって主放電電極間で放電させることによりレーザガスを励起してレーザ発振させるようにしたパルスガスレーザ発振器において、
上記主放電電極を、それぞれ互いに対向させて配設した複数のコイル状電極から構成したことを特徴とするパルスガスレーザ発振器。
【請求項２】
互いに対向させて配設したコイル状電極の一方に、かつ互いに対向する先端部から離れた基部側に、絶縁部材を介して予備電離電極を設け、一方側のコイル状電極と予備電離電極との間で予備電離させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のパルスガスレーザ発振器。
【請求項３】
上記レーザガスを循環させる送風手段を設け、上記レーザガスを複数のコイル状電極の間からコイル状電極の軸方向に流通させるように構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパルスガスレーザ発振器。
【請求項４】
上記レーザ容器内にそれぞれ導電性材料からなる２枚のベースプレートを配設し、各ベースプレートにそれぞれ絶縁材からなる複数の支持部材を立設するとともに、一方のベースプレートに立設した支持部材と他方のベースプレートに設けた支持部材とを互いに対向させて配設し、さらに上記複数のコイル状電極を各支持部材に巻回して形成するとともに各コイル状電極を各ベースプレートに接続し、さらに各ベースプレートを上記直流高圧パルス電源に接続したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のパルスガスレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスガスレーザ発振器に関し、より詳しくは、パルスガスレーザ発振器の主放電電極の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パルスガスレーザ発振器として、レーザガスが充填されたレーザ容器と、該レーザ容器の内部に対向させて配設した主放電電極と、この主放電電極間に電圧を印加して放電させる直流高圧パルス電源とを備え、上記直流高圧パルス電源によって主放電電極間で放電させることによりレーザガスを励起してレーザ発振させるようにしたものが知られている（特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特許第２９２４９４２号公報
【特許文献２】特開昭６４−２４４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来一般に、パルスガスレーザ発振器においては主放電電極としてかまぼこ型の主放電電極が使用されているが、このような形状の主放電電極では、平均出力を高めることは困難であった。例えば、レーザマーキングなどに好適なＴＥＡ型ＣＯ２レーザ発振器は、短パルス高ピーク発振が可能であるが、高平均出力化ができず、切断には不向きであった。
上記ＴＥＡ型ＣＯ２レーザ発振器において平均出力を上げるためには、せいぜい数１０Ｈｚ程度の繰り返し周波数を例えば数ＫＨｚ程度に高くすればよい。しかしながら、繰り返し周波数を高くすると、主放電はグロー放電からアーク放電に移行し易くなる。特にＴＥＡ型ＣＯ２レーザ発振器は出力を高くするためにレーザガスを大気圧としているが、レーザガスの圧力が高いほどアーク放電になり易く、アーク放電となると、電極表面部分の損傷などによるメンテナンスインターバルが短くなるという問題があった。
本発明はそのような事情に鑑み、アーク放電の発生を抑制することにより、平均出力を上げることが可能で、しかもメンテナンスフリー化を果たすことが可能なパルスガスレーザ発振器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち本発明は、レーザガスが充填されたレーザ容器と、該レーザ容器の内部に対向させて配設した主放電電極と、この主放電電極間に電圧を印加して放電させる直流高圧パルス電源とを備え、上記直流高圧パルス電源によって主放電電極間で放電させることによりレーザガスを励起してレーザ発振させるようにしたパルスガスレーザ発振器において、
上記主放電電極を、それぞれ互いに対向させて配設した複数のコイル状電極から構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
上記構成によれば、コイル状電極がパルス電流に対してインピーダンスとなるので、特定の電極に過大な電流が流れないようになり、また放電は電極の先端部から根元に向けて広がるようになるので、電流が集中せずに電流密度が低減する。これによりアーク放電が抑制されるようになるので、平均出力を上げることが容易となり、またアーク放電による電極表面部分の損傷を防止してメンテナンスフリー化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、ＴＥＡ型ＣＯ２レーザ発振器を構成する円筒状のレーザ容器１内に２枚のベースプレート２、３を上下に平行に配設してあり、各ベースプレート２、３にそれぞれ主放電電極４、５を対向させて設けてある。
上記ベースプレート２、３はそれぞれ導電性材料から製造してあり、各ベースプレート２、３に設けた主放電電極４、５は、各ベースプレート２、３に立設固定したそれぞれ部材状の絶縁材からなる複数の支持部材４ａ、５ａと、各支持部材４ａ、５ａのそれぞれに巻回して形成した複数のコイル状電極４ｂ、５ｂとを備えている。上記支持部材４ａ、５ａは、コイル状電極４ｂ、５ｂがふらふらしないように固定する役目をするもので、その形状はどんなものでもあってもよい。
【０００７】
上方側のベースプレート２に設けた各支持部材４ａと下方側のベースプレート３に設けた各支持部材５ａとはそれぞれ互いに対向させて配設してあり、それによって各支持部材に巻回した上記複数のコイル状電極４ｂ、５ｂを放電空間を挟んで互いに対向させて配設してある。
上記各コイル状電極４ｂ、５ｂは、銅やステンレスなどの導電性材質から製造してあり、コイル状部分は相互に密着しないようにして、その基部側をそれぞれベースプレート２又は３に電気的に接続してある。このようなコイル状電極４ｂ、５ｂは、電流の変化率（ｄｉ／ｄｔ）に対して抵抗となるものである。
【０００８】
下方のベースプレート３には、上記主放電電極４、５との間の主放電に先立って、主放電電極５を構成する各コイル状電極５ｂとの間で予備電離を行なわせるための予備電離電極６を設けてある。この予備電離電極６は、それぞれ互いに対向させて配設したコイル状電極４ｂ、５ｂのうち、アース側となる下方のコイル状電極５ｂ側に、かつ互いに対向する先端部から離れた基部側に、絶縁部材７を介してそれぞれ取付けてある。
上記絶縁部材７はスリーブ状に形成してあり、各コイル状電極５ｂの基部を囲んでベースプレート３に固定してある。そして上記予備電離電極６はリング状に形成してあり、各コイル状電極５ｂ及びベースプレート３に対して絶縁した状態で各絶縁部材７の外周部に取付けてある。
【０００９】
上記レーザ容器１の外部には、主放電電極４、５間に電圧を印加して放電させる直流高圧パルス電源１１と、予備電離電極６に電圧を印加して予備電離させるトリガー用直流高圧パルス電源１２とを設けてある。このように、トリガー用直流高圧パルス電源１２を直流高圧パルス電源１１と別の電源とすることにより、全体の回路構成を簡略化することができる。
これら電源１１、１２は、直流高圧パルス電源１１をマスターとし、トリガー用直流高圧パルス電源１２をスレーブとしたマスタースレーブ同期制御によって、電源１１の充電終了から所定時間遅れて電源１２によりトリガー電圧を発生させることができるようにしてある。
上記レーザ容器１は外側の金属製筒状部材１ａと内側の金属製筒状部材１ｂとから構成してあり、その内部に誘電体１３を封入することにより２重円筒形状の主コンデンサを形成している。そして外側の金属製筒状部材１ａを上記各電源１１、１２と共通のアース側に接続してあり、内側の金属製筒状部材１ｂに図示しない絶縁部材を介して取り付けた下方のベースプレート３は、内側の金属製筒状部材１ｂ及び誘電体１３を貫通させて設けた配線１４を介して外側の金属製筒状部材１ａに、したがってアース側に接続してある。
【００１０】
他方、内側の金属製筒状部材１ｂは配線１５を介して上方のベースプレート２に接続してあり、また内側の金属製筒状部材１ｂは、誘電体１３及び外側の金属製筒状部材１ａを貫通させて設けた配線１６を介して直流高圧パルス電源１１に接続してある。
さらに上記各予備電離電極６は、内側の金属製筒状部材１ｂ、誘電体１３及び外側の金属製筒状部材１ａを貫通させて設けた配線１７を介してトリガー用直流高圧パルス電源１２に接続してある。
【００１１】
上記各ベースプレート２、３は、図２に示すように長方形状に形成してあり、本実施例では、各支持部材４ａ、５ａは各ベースプレート２、３の長手方向に一定の間隔で３列に配設固定してある。そして第１列目と第３列目の支持部材４ａ、５ａの長手方向における配置位置をそれぞれ同一に設定し、中央の第２列目の支持部材４ａ、５ａの長手方向における配置位置は、第１列目と第３列目の支持部材４ａ、５ａの配置位置に対して、長手方向中間部位置に設定してある。
第１列目（図２の上側の列）の両端部には出力鏡２１と第１ベンドミラー２２とを配置してあり、また第３列目の両端部には第２ベンドミラー２３とリアミラー２４とを配置してある。
【００１２】
これにより出力鏡２１とリアミラー２４との間で、第１ベンドミラー２２と第２ベンドミラー２３とを介して、レーザを共振させることができるようにしてある。このとき、出力鏡２１と第１ベンドミラー２２との間では、レーザは直線上に配置された第１列目の各コイル状電極４ｂ、５ｂの間をその直線上で通過し、また第２ベンドミラー２３とリアミラー２４との間においても、直線上に配置された第３列目の各コイル状電極４ｂ、５ｂの間をその直線上で通過するようにしてある。そして第１ベンドミラー２２と第２ベンドミラー２３との間では、第３列目の各コイル状電極４ｂ、５ｂの間をレーザが斜めに通過するようにしてある。
上記第１ベンドミラー２２、第２ベンドミラー２３及びリアミラー２４は上記レーザ容器１内に設けてあり、また出力鏡２１はレーザ容器１を密封しているが、レーザは該出力鏡２１からレーザ容器１の外部に放射できるようになっている。
【００１３】
次に図１に示すように、上記レーザ容器１内には、二酸化炭素、窒素、ヘリウム、一酸化炭素を所定の組成比率で混合したレーザガスを充填するとともに、該レーザガスをレーザ容器１内で循環させる送風手段２５を設けてある。
上記送風手段２５は、両ベースプレート２、３の下方位置両側に配置した２つの循環ファン２６と、各循環ファン２６の下方に設けられて循環ファン２６によって放電空間を通って下方に向けて送り出されたレーザガスを金属製筒状部材１ｂの両側内面から上方に向けて案内するファンガイド２７と、放電空間を通過したレーザガスを冷却するために２つの循環ファン２６の間に配置した熱交換器２８とを備えている。
そして上記各ベースプレート２、３には、図１、図２に示すように、各支持部材４ａ、５ａ及び各コイル状電極４ｂ、５ｂに隣接させてそれらの中間位置に貫通孔４ｃ、５ｃを穿設してあり、それによって金属製筒状部材１ｂの両側内面から上方に流れてきたレーザガスが、各貫通孔４ｃ、５ｃを流通して、各コイル状電極４ｂ、５ｂの間からコイル状電極の軸方向（支持部材４ａ、５ａの軸方向）に流通させることができるようにしてある。
【００１４】
以上の構成において、直流高圧パルス電源１１によってレーザ容器１により構成された２重円筒形状の主コンデンサが充電された状態となると、トリガー用直流高圧パルス電源１２によって直流高電圧が各予備電離電極６に印加される。これにより、各予備電離電極６とこれに近接するアース側の各コイル状電極５ｂとの間でそれぞれ予備電離が行なわれるようになる。
上記予備電離は、各予備電離電極６と各コイル状電極５ｂとの間で行なわれるので、放電空間全域に渡って均一に行なわれるようになり、これが呼び水となって互いに対向する各コイル状電極４ｂ、５ｂ間でそれぞれ主放電が起こるようになる。
これによりレーザ容器１内のレーザガスが励起され、レーザが出力鏡２１とリアミラー２４との間で共振されて、レーザが出力鏡２１から外部に放射されるようになる。
【００１５】
この際、上記コイル状電極４ｂ、５ｂはそれぞれパルス電流に対してインピーダンスとして働くので、特定のコイル状電極４ｂ、５ｂに過大な電流が流れることがない。また、放電は各コイル状電極４ｂ、５ｂの先端部から根元側に向けて広がるようになるので、電流が各コイル状電極４ｂ、５ｂの一点に集中せず、広がりを持った安定したグロー放電となる。
その結果、アーク放電が抑制されるので、アーク放電による電極表面部分の損傷を防止してメンテナンスフリー化を果たすことができる。
また、レーザ容器１を２重円筒形状の主コンデンサとしているので、放電ループ長を短くすることができ、放電電極間に印可される電圧の立ち上がり立ち下がりが早くなってアーク放電の抑制と高繰り返し化を図ることができる。
【００１６】
さらに上記レーザガスは、各貫通孔４ｃ、５ｃを流通して、各コイル状電極４ｂ、５ｂの間からコイル状電極の軸方向に流通されるので、放電空間におけるレーザガスのクリアランスレシオを高く維持することができ、これによってもアーク放電の抑制と高繰り返し化を図ることができる。
すなわち、従来のかまぼこ型の主放電電極では、その構成上、互いに対向する主放電電極の一側から他側へレーザガスを流通させざるを得ない。この場合、主放電電極の一側では新鮮なレーザガスが提供されるが、該レーザガスは主放電電極の他側へ流通するに従って、主放電電極間の主放電により、オゾンや酸素濃度が上昇するようになるのでアーク放電になり易く、高繰り返し化が困難であった。
【００１７】
図３は本発明の第２実施例を示したもので、本実施例ではレーザ容器１内の中央部下方寄りの位置に水平に絶縁プレート３１を設け、これに平行に配設した２枚のベースプレート２、３を立設固定したものである。すなわちこのベースプレート２、３は、図１に示したベースプレート２、３を反時計方向に９０度回転させた配置構造となっている。
そして本実施例における送風手段２５は、上記絶縁プレート３１の下方に配置した１つの循環ファン２６と、放電空間を通過したレーザガスを冷却するための熱交換器２８とを備えており、上記循環ファン２６を回転させた際には、レーザ容器１内のレーザガスをレーザ容器の内面に沿って時計方向に循環させることができるようにしてある。
つまり循環ファン２６によって送り出されたレーザガスは、各ベースプレート２、３の貫通孔４ｃ、５ｃを流通して、各コイル状電極４ｂ、５ｂの間からコイル状電極の軸方向に流通するようになり、上記熱交換器２８によって冷却されてから、再び循環ファン２６によって送り出されるようになる。
その他の構成は上述した第１実施例と同様に構成してあり、第１実施例と同一若しくは相当部分には同一の符号を付して示してある。
本第２実施例においても、第１実施例と同等の作用効果が得られることは明らかである。
【００１８】
なお、上記各実施例では各ベースプレート２、３にそれぞれ各貫通孔４ｃ、５ｃを穿設し、これを利用してレーザガスを複数のコイル状電極の間からコイル状電極の軸方向に流通させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば第１実施例に関していえば、ベースプレート２の下面に複数のエアダクトを設け、各エアダクトの開口を複数のコイル状電極の間に設けて、各開口からレーザガスをコイル状電極の軸方向に流通させるようにしてもよい。或いは、ベースプレートとして本来的に貫通孔を有するハニカム形状の金属プレートを用いてもよい。
さらに、上記各実施例ではパルスガスレーザ発振器としてＴＥＡ型ＣＯ２レーザ発振器について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、エキシマレーザやＣＯレーザ、或いは金属蒸気レーザなどのパルスガスレーザ発振器にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例を示す断面図。
【図２】図１に示すベースプレート２の部分の平面図。
【図３】本発明の第２実施例を示す断面図。
【符号の説明】
【００２０】
１  レーザ容器                      ２、３  ベースプレート
４、５  主放電電極                  ４ａ、５ａ  支持部材
４ｂ、５ｂ  コイル状電極            ４ｃ、５ｃ  貫通孔
６  予備電離電極                    ７  絶縁部材
１１  直流高圧パルス電源            １２  トリガー用直流高圧パルス電源
２５  送風手段                      ２６  循環ファン
【図１】
2005158986.tif 000003
【図２】
2005158986.tif 000004
【図３】
2005158986.tif 000005