(57)【要約】【課題】  放電電極を冷却することが可能で、絶縁性の点でも十分な信頼性を確保することが可能なレーザ発振器を提供する。【解決手段】  放電空間を挟んでセラミックス電極が対向配置される。セラミックス電極の相互に対向する表面とは反対側の表面に導電性電極が配置されている。導電性電極の外側の表面に、絶縁性のセラミックス製の冷却部材が熱的に結合する。冷却部材の内部に、冷却媒体用の流路が形成されている。筐体が、セラミックス電極を収容し、筐体内にレーザガスが充填される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を挟んで対向配置されたセラミックス電極と、
前記セラミックス電極の相互に対向する表面とは反対側の表面に配置された導電性電極と、
前記導電性電極の外側の表面に熱的に結合し、内部に冷却媒体用の流路が形成されている絶縁性のセラミックス製の冷却部材と、
前記セラミックス電極を収容し、内部にレーザガスが充填される筐体と
を有するレーザ発振器。
【請求項２】
前記導電性電極は、前記冷却部材に密着する金属膜で形成されている請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記導電性電極は、前記冷却部材にめっきされた金属膜で形成されている請求項１または２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記冷却部材は、アルミナまたは窒化アルミニウムで形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電電極を冷却するための冷却媒体用流路が設けられたレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無声放電励起ガスレーザ発振器の放電電極は、金属電極の表面をセラミックス等の誘電体で覆った構造を有する。金属電極の表面を覆うセラミックスを「セラミックス電極」という。レーザ発振器を高出力化すると、放電電極での発熱、及び放電プラズマからの輻射熱により、金属電極及びセラミックス電極の温度が上昇する。金属とセラミックスとの熱膨張係数の差によって、金属電極とセラミックス電極との接着面に応力が発生する。この応力により、セラミックス電極が破損する場合がある。
【０００３】
特許文献１に開示されたレーザ発振器では、金属電極内に冷却水路を形成することにより、金属電極の温度上昇を抑制している。特許文献２に開示されたレーザ発振器では、金属電極に冷却管をグリース等で接着することにより、金属電極の温度上昇を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８５０６２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５２３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金属電極には、無声放電を生じさせるための高電圧が印加される。金属電極内に冷却水路を設ける構造では、金属電極と接地電位との絶縁を確保することが困難である。また、金属電極に冷却管をグリース等で接着する構造でも、冷却管と発振器筐体との十分な絶縁距離を確保しなければならない。このように、金属電極に冷却管を結合させる構造では、絶縁性の点で十分な信頼性を確保することが困難である。
本発明の目的は、放電電極を冷却することが可能で、絶縁性の点でも十分な信頼性を確保することが可能な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、
放電空間を挟んで対向配置されたセラミックス電極と、
前記セラミックス電極の相互に対向する表面とは反対側の表面に配置された導電性電極と、
前記導電性電極の外側の表面に熱的に結合し、内部に冷却媒体用の流路が形成されている絶縁性のセラミックス製の冷却部材と、
前記セラミックス電極を収容し、内部にレーザガスが充填される筐体と
を有するレーザ発振器が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
冷却部材によって導電性電極を効率的に冷却することができる。また、冷却部材が絶縁性であるため、冷却媒体の供給路と、筐体との間の絶縁処理が不要である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例によるレーザ発振器の断面図である。
【図２】図２は、図１の一点鎖線２−２における断面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、実施例によるレーザ発振器の放電電極の断面図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、導電性電極と電源配線との接続箇所の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、実施例によるレーザ発振器の断面図を示す。レーザ発振器の筐体１０の内部に、ブロワー３０、放電電極２０、及び熱交換器３１が収容されている。筐体１０内には、レーザガス、例えば炭酸ガスレーザ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。筐体１０内に、ブロワー３０から、放電電極２０の間の放電空間２５、熱交換器３１を経由してブロワーに戻る循環経路が形成されている。
【００１０】
放電電極２０の各々は、セラミックス電極２１及び導電性電極２２を含む。セラミックス電極２１には、例えばアルミナ等のセラミックスが用いられる。導電性電極２２の構造については、後に図３を参照して説明する。セラミックス電極２１は、放電空間２５を挟んで相互に対向する。セラミックス電極２１の、相互に対向する表面（内側の表面）に、一方向（図１において紙面に垂直な方向）に長い凸部２３が形成されている。凸部２３同士が対向し、その間の放電空間２５で無声放電が発生する。
【００１１】
セラミックス電極２１の外側の表面に、凸部２３に対応した溝２４が形成されている。溝２４内に、導電性電極２２が収納されている。筐体１０に取り付けられた電流導入端子３３と、導電性電極２２とを、電源配線３４が接続する。
【００１２】
図２に、図１の一点鎖線２−２における断面図を示す。筐体１０内にセラミックス電極２１が支持されている。セラミックス電極２１の、相互に対向する表面に凸部２３が形成されている。凸部２３は、図２の横方向に長い平面形状を有する。セラミックス電極２１の、凸部２３が形成された表面とは反対側の表面に、溝２４が形成されている。溝２４内に導電性電極２２が収納されている。導電性電極２２が、電源配線３４により電流導入端子３３に接続されている。
【００１３】
ブロワー３０で生成されたレーザガスの気流が、一対のセラミックス電極２１の凸部２３に挟まれた放電空間２５に流入する。放電空間２５で無声放電が発生する。放電空間２５を、その長手方向の両方向に延長した仮想直線と筐体１０とが交差する位置に、それぞれウィンドウ３５が取り付けられている。一方のウィンドウ３５の外側に全反射鏡４１が配置され、他方のウィンドウ３５の外側に部分反射鏡４３が配置されている。全反射鏡４１と部分反射鏡４３とが光共振器を構成する。光共振器内で増幅されたレーザビームが部分反射鏡４３を通って外部に放射される。
【００１４】
図３Ａ及び図３Ｂに、１つの放電電極２０の断面図を示す。他方の放電電極２０の構造も、図３Ａ及び図３Ｂに示した構造と同一である。図３Ａは、放電空間２５（図１）の長手方向と直交する断面図であり、図３Ｂは、放電空間２５に平行な断面図である。図３Ｂは、図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂにおける断面図に相当し、図３Ａは、図３Ｂの一点鎖線３Ａ−３Ａにおける断面図に相当する。
【００１５】
セラミックス電極２１の、相互に対向する表面（内側の表面）に凸部２３が形成されている。セラミックス電極２１の外側の表面に溝２４が形成されている。図２に示したように、内側の表面を正面から見て、溝２４は凸部２３に内包される。
【００１６】
四角柱の外形を有する絶縁性の冷却部材２６の１つの側面に導電性電極２２が密着して
いる。冷却部材２６には、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックスが用いられる。導電性電極２２には、アルミニウム、銅等の金属が用いられる。導電性電極２２の外側の表面に冷却部材２６が熱的に結合する。導電性電極２２が溝２４の底面に密着するように、冷却部材２６が溝２４内に挿入されている。電源配線３４が、溝２４の側面と冷却部材２６の側面との間を経由して、導電性電極２２に接続されている。
【００１７】
冷却部材２６の内部に、その長手方向に沿って流路２７が形成されている。流路２７は、その両端において、冷却部材２６の外側の表面に開口している。
【００１８】
冷却部材２６は、例えば流路２７に対応する所定形状にパターニングした複数のグリーンシートを重ねて焼成することにより作製することができる。導電性電極２２は、例えば焼成された冷却部材２６の１つの面に、金属をめっきすることにより作製することができる。なお、接着剤を用いて金属箔を冷却部材２６に貼りつけてもよい。導電性電極２２の厚さは、５０μｍ〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。
【００１９】
図４Ａに、電源配線３４と導電性電極２２との接続部分の断面図を示す。導電性電極２２の端部と溝２４の底面との間に、電源配線３４の端部が挟まれている。電源配線３４には、例えばリボン状のケーブルが用いられる。導電性電極２２と溝２４の底面との間に、電源配線３４の厚さに相当する隙間が形成される。この隙間に、導電性の接着剤４０が充填される。
【００２０】
図４Ｂに、電源配線３４と導電性電極２２との接続部分の変形例の断面図を示す。導電性電極２２の端部に、他の領域よりも薄い部分２８が形成されている。薄い部分２８と他の部分との厚さの差は、電源配線３４の厚さにほぼ等しい。薄い部分２８と溝２４の底面との間に電源配線３４の端部が挿入されている。電源配線３４の端部及び導電性電極２２は、導電性の接着剤４０により、溝２４の底面に接着される。
【００２１】
図４Ｃに、電源配線３４と導電性電極２２との接続部分の他の変形例の断面図を示す。冷却部材２６の端面と内側の表面とが交差する稜の部分に、中継導電部材２９が埋め込まれている。中継導電部材２９は、導電性電極２２に電気的に接続されている。冷却部材２６を作製するときに、グリーンシートの段階で中継導電部材２９が埋め込まれる。グリーンシートを焼成した後に、導電性電極２２の形成と同時に中継導電部材２９を形成してもよい。電源配線３４が、中継導電部材２９の表面に接続される。電源配線３４は、中継導電部材２９を経由して導電性電極２２に電気的に接続される。
【００２２】
上記実施例では、流路２７に、冷却媒体、例えば冷却水を流すことにより、導電性電極２２を効率的に冷却することができる。導電性電極２２の冷却効率を高めるために、冷却部材２６の材料として、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。例えば、アルミナの熱伝導率は２０〜３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、窒化アルミニウムの熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋである。これらのセラミックス材料は、ステンレス鋼やアルミニウムと同等の熱伝導率を有する。冷却部材２６にこれらのセラミックス材料を用いると、金属性の導電性電極内に冷却水の流路を形成した構造と同等の冷却性能が得られる。
【００２３】
さらに、アルミナや窒化アルミニウムは高い絶縁性を持つため、冷却媒体の供給路と筐体１０との間の絶縁処理を行う必要がない。さらに、導電性電極２２が、セラミックス電極２１とセラミックス製の冷却部材２６とで挟まれることになるため、セラミックス電極２１と導電性電極２２との２層構造の放電電極に比べて、導電性電極２２の熱膨張に起因したセラミックス電極２１の破損が生じにくい。
【００２４】
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】
【００２５】
１０  筐体
２０  放電電極
２１  セラミックス電極
２２  導電性電極
２３  凸部
２４  溝
２５  放電空間
２６  冷却部材
２７  流路
２８  薄い部分
２９  中継導電部材
３０  ブロワー
３１  熱交換器
３３  電流導入端子
３４  電源配線
４０  導電性の接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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