(57)【要約】【課題】放電電極を備えた上部箱体と下部箱体とに用いられる、誘電体や容器の厚さを薄くするとともに、導電体電極から容器の内面までの絶縁距離を短くし、軽量化と小型化と低コスト化とを実現したガスレーザ発振器を得ることである。【解決手段】レーザガスが封入される第１の容器と、第１の容器内に設けられた、誘電体に導電体電極を密着して形成した放電電極に容器を接合して形成した一対の上部箱体と下部箱体と、上部箱体内部と下部箱体内部とを外気に連通させレーザガスから隔離する接続手段と、接続手段内部を通過して導電体電極に電圧を印加する給電手段とを備え、且つ、上部箱体と下部箱体とが、放電電極の誘電体面を所定の間隔で対向させて設置されたガスレーザ発振器であって、上部箱体内部と下部箱体内部とが、絶縁部材で充填されたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にレーザガスが封入される第１の容器と、上記第１の容器内に設けられた、誘電体に導電体電極を密着して形成した放電電極に容器を接合して形成した一対の上部箱体と下部箱体と、上記上部箱体と上記下部箱体との各上記容器に設けられた第１の貫通孔と上記第１の貫通孔に対向する上記第１の容器の部分に設けられた第２の貫通孔とを接続する接続手段と、上記接続手段内部を通過して上記上部箱体と上記下部箱体との各上記導電体電極に電圧を印加する給電手段とを備え、且つ、上記上部箱体と上記下部箱体とが、上記放電電極の上記誘電体面を所定の間隔で対向させて設置されたガスレーザ発振器であって、上記上部箱体内部と上記下部箱体内部とが、絶縁部材で充填されたことを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
上部箱体と下部箱体との各々の導電体電極に、放電電極を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項３】
絶縁部材が気泡を含有する発泡部材であることを特徴とする請求項１または２に記載のガスレーザ発振器。
【請求項４】
絶縁部材が中空充填材を含有していることを特徴とする請求項１または２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、ガスレーザ発振器に関するものであって、特に、放電電極部の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスレーザ発振器ではガスを励起するために、放電電極対による放電が用いられている。これらの放電電極は、金属電極部と、この金属電極部を覆い、励起されたガスから金属電極部を隔離する誘電体とで構成されている。また、放電電極は放電により昇温するので、放電電極を冷却する冷却水が配管や継手を介して、外部から供給されている。また、放電電極には、絶縁が施された給電線により電圧が印加されている。
そして、放電電極を隔離する誘電体、冷却水を供給する配管や継手、給電線の絶縁材には、有機材料が用いられている。
そのため、これらの有機材料がガスレーザと接すると、有機材料の分解により発生する汚染物が、ガスレーザ発振器に用いられたミラー表面に付着して性能を低下させるとともに、ガスを汚染するとの問題があった。
【０００３】
このような問題を解決したガスレーザ発振器として、レーザガス雰囲気の第１の容器内に、この第１の容器に対して、真空タイトに構成され、上部容器と誘電体とで形成される箱体（上部箱体と記す）および下部容器と誘電体とで形成される箱体（下部箱体と記す）を備え、上部箱体および下部箱体における各誘電体の箱体内側の面に導電体電極を設け、この導電体電極と誘電体とで放電電極を形成したものが開示されている。
このガスレーザ発振器では、上部箱体と下部箱体の各内部がベローズを介して第１の容器の外部、つまり、大気と連通している。そして、誘電体にはアルミナ等のセラミックスが用いられている。また、給電線は第１の容器の外部からベローズを介して放電電極まで配設されている。それと、放電電極の冷却は、各箱体がベローズを介して外部とつながっているので、大気雰囲気を冷媒として作用させて行うか、第１の容器外部からベローズを介して配設された冷却管に水や気体を流して行っている。
【０００４】
このガスレーザ発振器では、絶縁、給電、冷却等に使用される有機材料の部品のほとんどが、第１の容器内のレーザガス雰囲気から隔離されており、Ｏリング等のシール材のみが接触する。すなわち、レーザガス雰囲気に接する有機材料が極めて少ないので、安定放電を阻害し、且つ、共振器ミラーを汚染する分解汚染物の発生を抑制でき、安定したレーザ発振を長時間維持することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１３５６号公報（第３〜４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のガスレーザ発振器では、上部箱体および下部箱体は大気圧であり、これらの箱体の外側にある第１の容器内は、ほぼ真空である。そのため、上部箱体と下部箱体とは、その内部と外部との圧力差に耐え得るように、上部容器と下部容器との壁の厚さおよび誘電体の厚さを、厚くする必要があるので、放電電極を備えた、上部箱体と下部箱体とが重くなる。また、誘電体に高価なアルミナ等のセラミックスを多く使用するので、ガスレーザ発振器のコストが高くなるという問題があった。
【０００７】
また、導電体電極には高電圧が印加されるので、導電体電極と、上部容器または下部容器の導電体電極に対向する面との間に、十分な大気絶縁距離の確保が必要である。特に、放電電極を水冷するガスレーザ発振器では、冷却管が導電体電極と絶縁されていても、放電中は帯電等により冷却管の電位は変化するので、冷却管の電位を導電体電極の電位とみなして、冷却管と、上部容器または下部容器の導電体電極に対向する面との間に、十分な大気絶縁距離を確保する必要がある。
それと、導電体電極と、上部容器または下部容器とは誘電体を介して接触しており、導電体電極と、上部容器または下部容器との間で沿面放電の可能性がある。この沿面放電はわずかな汚れで、その発生確率が高くなるので、導電体電極と、上部容器または下部容器の側面部との間に、十分な沿面絶縁距離が必要である。
上記のように、導電体電極の周囲には、十分な絶縁距離が必要であるので、上部箱体および下部箱体が大きくなり、ガスレーザ発振器の小型化が困難という問題もあった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、放電電極を備えた、上部箱体と下部箱体とに用いられる、誘電体と容器（上部容器および下部容器）との厚さを薄くするとともに、導電体電極から容器の内面までの絶縁距離を短くし、軽量化と小型化と低コスト化とを実現するガスレーザ発振器を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係わるガスレーザ発振器は、内部にレーザガスが封入される第１の容器と、第１の容器内に設けられた、誘電体に導電体電極を密着して形成した放電電極に容器を接合して形成した一対の上部箱体と下部箱体と、上部箱体と下部箱体との各容器に設けられた第１の貫通孔と第１の貫通孔に対向する第１の容器の部分に設けられた第２の貫通孔とを接続する接続手段と、接続手段内部を通過して上部箱体と下部箱体との各導電体電極に電圧を印加する給電手段とを備え、且つ、上部箱体と下部箱体とが、放電電極の誘電体面を所定の間隔で対向させて設置されたガスレーザ発振器であって、上部箱体内部と下部箱体内部とが、絶縁部材で充填されたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係わるガスレーザ発振器は、内部にレーザガスが封入される第１の容器と、第１の容器内に設けられた、誘電体に導電体電極を密着して形成した放電電極に容器を接合して形成した一対の上部箱体と下部箱体と、上部箱体と下部箱体との各容器に設けられた第１の貫通孔と第１の貫通孔に対向する第１の容器の部分に設けられた第２の貫通孔とを接続する接続手段と、接続手段内部を通過して上部箱体と下部箱体との各導電体電極に電圧を印加する給電手段とを備え、且つ、上部箱体と下部箱体とが、放電電極の誘電体面を所定の間隔で対向させて設置されたガスレーザ発振器であって、上部箱体内部と下部箱体内部とが、絶縁部材で充填されたものであるので、ガスレーザ発振器の小型化と軽量化と低コスト化とを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わるガスレーザ発振器の一対の放電電極部分を拡大した正面図である。
図１に示すように、本実施の形態のガスレーザ発振器１００は、レーザガスが封入される第１の容器１内に、上部箱体５０と下部箱体６０とが所定の間隔をあけて対向して設けられている。
そして、上部箱体５０と下部箱体６０とは、誘電体５に容器２が接合されて形成されており、誘電体５の内側の面には、導電体電極６が密着して設けられ、誘電体５と導電体電極６とで放電電極４０を形成している。すなわち、放電電極４０に容器２を接合して形成された、上部箱体５０と下部箱体６０とは、各箱体の放電電極４０の誘電体５どうしが対向している。
また、レーザガスが封入される第１の容器１は、ブロアや熱交換器を備えたガス循環系（図示せず）に接続されている。
【００１２】
また、上部箱体５０と下部箱体６０との各容器２には、第１の貫通孔２２が設けられ、第１の容器１の壁部には、各容器２の第１の貫通孔２２と対向する部分に第２の貫通孔２３が設けられ、対向する第１の貫通孔２２と第２の貫通孔２３とが、接続手段であるベローズ７により、接続されている。すなわち、上部箱体５０と下部箱体６０との内部は、第１の容器１内に形成されるレーザガス雰囲気から隔離されている。
そして、上部箱体５０と下部箱体６０との内部には、絶縁部材１１が緻密に充填されている。
図１に示す本実施の形態のガスレーザ発振器１００では、上部箱体５０と下部箱体６０との各容器２の側壁部分に第１の貫通孔２２が設けられ、これらの第１の貫通孔２２に対向する第１の容器の側壁部分に第２の貫通孔２３が設けられている。しかし、ガスレーザ発振器の機能を妨げない場所であれば、第１の貫通孔２２は各容器２のいずれの部分でも良く、また、第２の貫通孔２３は、第１の貫通孔２２と正面対向していなくても良く、ベローズ７で接続されていれば良い。
【００１３】
また、導電体電極６の背面には、冷却手段である冷却管２５が、熱伝導性のグリースや接着剤等の絶縁性接合材（図示せず）を用い、密着させて設けられている。冷却管２５には、外部の冷却装置（図示せず）から、ベローズ７を通過させて、配管手段であるチューブ２７が配設されている。このチューブ２７により、冷却管２５に水等の冷媒を循環させて放電電極４０を冷却する。それと、導電体電極６には、外部の高圧電源（図示せず）から、ベローズ７を通過させて給電手段である給電線２４が、配設され接続されている。
【００１４】
また、本実施の形態のガスレーザ発振器１００では、各放電電極４０を対向させて、上部箱体５０と下部箱体６０とが、一体化部材８を介して一体に接合されている。
すなわち、上部箱体５０の放電電極４０における誘電体５の面と、下部箱体６０の放電電極４０における誘電体５の面とが、所定の放電間隔を有して互いに相対向しており、ガス流Ｇには、上部箱体５０および下部箱体６０に、気密性良く接合された各放電電極４０の誘電体５の面が接するように構成されている。
そして、一体化部材８を介して一体に接合された上部箱体５０と下部箱体６０とは、放電部分をレーザ光路に対してアライメントする位置調整機構９を介して、第１の容器１内に設置されている。
【００１５】
本実施の形態では、誘電体５には、耐スパッタ性等から、例えば、アルミナ、酸化珪素、窒化珪素等のセラミックスが用いられる。容器２には、誘電体５に接合可能な金属が用いられ、特に、アルミニウムが軽量化のために好ましい。
また、導電体電極６は、導電性材料であれば良く、例えば、銅系金属や、セラミック表面のメタライジング、貼り付け可能な導電性シートが挙げられる。そして、導電体電極６が銅系金属であれば、ろう付け等により誘電体５のセラミックスに接合される。
また、上部箱体５０と下部箱体６０とに充填する絶縁部材１１は、例えば、シリコーンゴム等が挙げられるが、上部箱体５０と下部箱体６０とに注入でき、固形化する樹脂系材料であれば良い。
【００１６】
次に、本実施の形態のガスレーザ発振器１００の動作と作用とを説明する。
本実施の形態のガスレーザ発振器１００では、図１に示すように、レーザガス流Ｇが放電電極４０間を流れ、図示していない高周波電源から給電線２４を通して、上部箱体５０内と下部箱体６０内との各導電体電極６に電圧が印加されると、上部箱体５０と下部箱体６０とに設けられてた各放電電極４０の間に放電が発生する。この放電によってレーザガス分子が励起され、図示を省略した複数の共振器ミラーで光増幅が起こり、レーザ光が発振する。
【００１７】
そして、本実施の形態では、放電電極４０を形成する導電体電極６が、レーザガスから誘電体５によって隔離されているので、導電体電極６のスパッタや消耗が防止される。また、レーザガスに接触する誘電体５にアルミナ等のセラミックスが用いられ、有機分解汚染物質の発生原因となる給電線２４やチューブ２７が、上部箱体５０または下部箱体６０と、ベローズ７とで、第１の容器１内のレーザガス雰囲気から隔離されているので、有機汚染物によるレーザガスの劣化、および、有機汚染物質の共振器ミラーへの付着による発振器性能の低下が防止される。
【００１８】
本実施の形態のガスレーザ発振器１００では、図１に示すように、上部箱体５０内の空間と下部箱体６０内の空間とに、固形の絶縁部材１１が緻密に充填されている。
すなわち、本実施の形態では、上部箱体５０内の空間と下部箱体６０内の空間とには、圧力変化によって体積が変化する大気にかえて、大気中と真空中とで体積変化がない固形状態の絶縁部材１１が緻密に充填されている。この固形状態の絶縁部材１１は、各容器２の壁面および各誘電体５に圧力をおよぼすことがない。
そこで、容器２を設計する際に、容器２の内外の圧力差を考慮する必要がないので、上部箱体５０と下部箱体６０とに用いられる容器２の壁厚は、組立て等における取扱いが可能な強度を確保できる程度にまで薄くでる。また、誘電体５の厚さも、放電の安定性等を確保できる厚さにまで薄くできる。
すなわち、本実施の形態のガスレーザ発振器１００では、容器２および誘電体５に、厚さの薄い材料を用いることができ、ガスレーザ発振器の軽量化と低コスト化とが可能である。
【００１９】
また、上部箱体５０内の空間と下部箱体６０内の空間とに、大気のかわりに絶縁部材１１が緻密に充填されているので、上部箱体５０と下部箱体６０とにおける、容器２と導電体電極６との間の絶縁破壊電圧が高くなり、容器２と導電体電極６との絶縁距離を短くできる。すなわち、上部箱体５０内と下部箱体６０との寸法を小さくでき、ガスレーザ発振器の、大幅な小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。
本実施の形態のガスレーザ発振器１００のような、放電電極４０を水冷するために冷却管２５が設けられたタイプでは、冷却管２５と容器２との絶縁距離を考慮する必要があり、上部箱体５０内の空間と下部箱体６０内の空間とが大気である場合、容器２の高さが、特に高くなるが、本実施の形態のガスレーザ発振器１００では、これらの高さを低くできる。
本実施の形態のガスレーザ発振器１００は、導電体電極６の背面に、冷却手段である冷却管２５が設けられているものであるが、冷却手段を設けていないガスレーザ発振器でも、上部箱体５０内の空間と部箱体６０内の空間とに、大気の換わりに絶縁部材１１が緻密に充填されていれば、上記の効果を奏することができる。
【００２０】
次に、本実施の形態のガスレーザ発振器１００の効果を、実施例を挙げて具体的に説明する。
図２は、本発明の実施の形態１に係わるガスレーザ発振器における図１に示す上部箱体部分のＡ−Ａ断面図である。
図３は、比較例としての従来のガスレーザ発振器における図２に相当する上部箱体部分の断面図である。
図３に示す従来のガスレーザ発振器の上部箱体５１では、例えば、容器２１にアルミニウム材を用い、誘電体５５にアルミナを用いた場合、大気圧に抗するため、容器２１の壁厚Ｔｃは１０ｍｍ以上が必要であり、誘電体５５の板厚Ｔｓは８ｍｍ以上が必要である。
それに対して、図２に示す本実施の形態のガスレーザ発振器の上部箱体５０では、その空間に固形の絶縁部材１１が緻密に充填されているので、アルミニウム材を用いた容器２の壁厚Ｔｃは１ｍｍで十分であり、アルミナを用いた誘電体５の板厚Ｔｓは３ｍｍで十分である。
そして、下部箱体６０も、上部箱体５０と同様な寸法の部材で構成できる。
【００２１】
図３に示す従来のガスレーザ発振器の上部箱体５１では、大気の絶縁破壊電圧が３ｋｖ／ｍｍであるので、例えば、放電の印加電圧が１０ｋｖで安全率を５とすると、絶縁性接合材２６で導電体電極６に接合された冷却管２５と容器２１との大気絶縁距離Ｇａは１７ｍｍ以上必要である。
また、清浄なセラミック等の誘電体の表面での沿面放電発生電圧は、経験的に２ｋｖ／ｍｍ程度であるので、例えば、放電の印加電圧が１０ｋｖで安全率を５とすると、導電体電極６と容器２１の側面部との間の沿面絶縁距離Ｇｆは、約２５ｍｍ以上必要である。
【００２２】
それに対して、図２に示す本実施の形態のガスレーザ発振器の上部箱体５０では、例えば、絶縁部材１１にシリコ−ンゴム等を用いると、その絶縁破壊電圧は２０ｋｖ／ｍｍ以上あるので、例えば、放電の印加電圧が１０ｋｖで安全率を５であれば、絶縁性接合材２６で導電体電極６に接合された冷却管２５と容器２との絶縁距離Ｇｉは、約２．５ｍｍでよい。
また、上部箱体５０は、シリコーンゴム等の絶縁部材１１が緻密に充填されているので、導電体電極６が設けられた誘電体５の表面は、絶縁部材１１で接着されて覆われ、沿面放電が発生する沿面が存在しなくなる。そのため、沿面放電を考慮する必要がなくなるので、導電体電極６と容器２の側面との絶縁距離Ｇｅも、約２．５ｍｍでよい。
そして、下部箱体６０も、上部箱体５０と同様な構造とすることができる。
すなわち、本実施の形態のガスレーザ発振器１００は、上記実施例に示すように、比較例と同じサイズの導電体電極６を用いても、上部箱体５０と下部箱体６０とを小さくできるとともに、上部箱体５０と下部箱体６０とを構成する部材の厚さを薄くできるので、小型化と軽量化と低コスト化とを図ることができる。
【００２３】
また、本実施の形態のガスレーザ発振器１００では、冷却管２５等の表面も、緻密に充填された絶縁材１１で、密着して覆われているので、例え、冷却管２５等が、冷たくなり過ぎても、その表面は結露しない。
また、絶縁部材１１は高い接着強度を有しており、例えば、シリコーンゴム等の絶縁部材の接着強度は１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上と、５ｋｇｆ／ｃｍ２以下である通常の冷却水圧より十分に大きいので、冷却管２５等の継手の耐水圧性を向上させることができる。
すなわち、ガスレーザ発振器の安全性が一層向上する。
【００２４】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係わるガスレーザ発振器の上部箱体と下部箱体とに充填される絶縁部材を示す図である。
図４に示すように、本実施の形態のガスレーザ発振器は、用いられる絶縁部材１２が、例えば、０．５ｍｍ以下の微小な気泡１３を含有したものであること以外、実施の形態１のガスレーザ発振器と同様である。
本実施の形態では、絶縁部材１２が気泡１３を含有しているので、絶縁部材の軽量化が可能であり、ガスレーザ発振器をさらに軽量化できる。
【００２５】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係わるガスレーザ発振器の上部箱体と下部箱体とに充填される絶縁部材を示す図である。
図５に示すように、本実施の形態のガスレーザ発振器は、用いられる絶縁部材１４が、中空の充填材である微小中空ガラス球１５を含有したものであること以外、実施の形態１のガスレーザ発振器と同様である。
本実施の形態では、絶縁部材１４に微小中空ガラス球１５を含有させており、絶縁部材１４中の中空部分のサイズと分布とが均一である。よって、電気的特性と機械的特性の不均一が無く、信頼性の高い電極を構成できる。
また、微小中空ガラス球１５の添加は、絶縁部材１４を高剛性化できるので、絶縁部材１４の機械特性を低下させずに、多くの微小中空ガラス球１５を含有させ、中空部分の割合を多くできるので、絶縁部材１４のいっそうの軽量化が可能であり、ガスレーザ発振器をより軽量化できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係わるガスレーザ発振器は、小型、軽量、低コストであるので、小型・高出力化が要求されるガスレーザ装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係わるガスレーザ発振器の一対の放電電極部分を拡大した正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係わるガスレーザ発振器における図１に示す上部箱体部分のＡ−Ａ断面図である。
【図３】比較例としての従来のガスレーザ発振器における図２に相当する上部箱体部分の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係わるガスレーザ発振器の上部箱体と下部箱体とに充填される絶縁部材を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係わるガスレーザ発振器の上部箱体と下部箱体とに充填される絶縁部材を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  第１の容器、２，２１  容器、５，５５  誘電体、６  導電体電極、
７  ベローズ、８  一体化部材、９  位置調整機構、１１，１２，１４  絶縁部材、
１３  気泡、１５  微小中空ガラス球、２２  第１の貫通孔、２３  第２の貫通孔、
２４  給電線、２５  冷却管、２６  絶縁性接合材、２７  チューブ、４０  放電電極、
５０，５１  上部箱体、６０  下部箱体、１００  ガスレーザ発振器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009152336.tif 000005
【図４】
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【図５】
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