JP2003512731A - ガスレーザ装置用シール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２つの物品１６、１２を共に固着することが、接着材料によりフリット材料２００を物品１６、１２の何れかの表面上に配置することを含む。予成形体２００及び物品１６、１２をフリット材料を液化させ得るように加熱し、次に、冷却して、２つの物品１６、１２の接続部２２０にてその２つの物品１６、１２を共に固着した形態２００ａにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】

本発明は、硬い負圧シール（ｖａｃｕｕｍ ｓｅａｌ）に関する。より具体的
には、本発明は、ガス放電キャビティ本体に取り付けられたレーザ装置の構成要
素用の硬い負圧フリットシール（ｆｒｉｔ ｓｅａｌ）をガスレーザ装置に提供
する方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】

多くのレーザ装置において、ガラス、セラミック、ガラスセラミック、金属等
から成る、本明細書にてレーザブロックとして説明する管又はブロックにより、
ガス放電キャビティが提供される。一般に、典型的には、アルミニウム、ニッケ
ル、鉄合金等のような金属から成る複数の電極がレーザブロックに取り付けられ
る。更に、光学路を確立するため少なくとも２つのミラーがレーザブロックに取
り付けられている。リングレーザ装置の場合、閉ループの光学路を確立するため
少なくとも３つのミラーがレーザブロックに取り付けられている。

【０００３】 レーザ装置の低コストの製造を可能にするため、電極及びミラーは、ソルダー
ガラスシールと称されることがあるフリットシールによりレーザブロックに取り
付けることができる。勿論、レーザ装置の場合、フリットシールは、ウェーバ（
Ｗｅｂｅｒ）らに対して発行された、「低コストのリングレーザ角速度センサ（
Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ Ｒｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ａｎｇｕｌａｒ Ｒａｔｅ Ｓｅｎ
ｓｏｒ）」という名称の米国特許第４，８１７，１１２号に特に教示されている
ように、レーザ装置の場合、フリットシールは構成要素とレーザブロックとの間
に密閉シールを提供しなければならない。

【０００４】 フリットシールの使用を示す別の特許は、ハーマディンガー（Ｈａｍｅｒｄｉ
ｎｇｅｒ）らに対して発行された、「レーザ装置の管ミラー組立体（Ｌａｓｅｒ
Ｔｕｂｅ Ｍｉｒｒｏｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」という名称の米国特許第４，
２３３，５６８号である。この米国特許に特に記載されているように、その熱膨
張係数に基づいて特定のガラスフリットが選ばれる。より具体的には、フリット
材料の熱膨張係数が、全体として、互いに固着される構成要素に正確に適合する
ように選ばれる。

【０００５】 ２つの物品の接続部、又は、２つの物品の取り付け面の間に狭持された部分の
何れかにフリット材料を付与するため、フリット材料は、典型的には、低密度の
担体と混合されて、フリット材料がその内部に懸濁されたスラリーを形成する。
米国再特許第２５，７９１号は、ソルダーガラス又はフリットによる封止プロセ
スの特徴を説明するものの一例である。

【０００６】 上記のガラスフリット／スラリーを使用してレーザ装置を製造するとき、例え
ば、電極及びミラーのような、レーザブロックに取り付けるべき構成要素は、所
要位置に配置され、僅かな力、例えば、ばね負荷力により所要位置に保持する。
一方、フリット／スラリー、又は単に「スラリー」は、特に、浸漬、圧力フロー
、ブラッシング、注射器の使用又はその他の「歯磨き剤状」の分与技術を含む多
岐に亙る技術により、取り付けられるべき構成要素の周縁接続部及びレーザブロ
ックに施される。

【０００７】 スラリーが構成要素及びレーザブロックの周縁接続部に施された後、フリット
材料がその液体又は流体状態を変化させ、その結果、上述した接続部を取り囲む
液体ガラスとなるようにするのを許容するのに十分なフリット化温度まで構成要
素、レーザブロック及びスラリーの温度を上昇させる。このステップの後、冷却
時間をおき、その間、フリット材料がその「ガラス」状態に戻り、これにより、
構成要素とレーザブロックとの接続部に密閉シールを形成する。

【０００８】 上述した過程は、上述した米国特許第４，２３３，５６８号に更に詳細に記載
されている。しかし、レーザ装置に関して、上述した過程は、構成要素の取り付
け面とレーザブロックの取り付け面との間に狭持される場合と異なり、構成要素
とレーザブロックとの接続部の周りにフリット材料を配置するものであることが
好ましいことを認識すべきである。

【０００９】 直前に述べた「スラリー」法は、十分な密閉シールを提供するが、多数の不利
益な点がある。例えば、フリット／スラリーの組合わせ体は、フリット材料と担
体との「混合比率」の影響を受け易い。このことは、シールの完璧さ、強度、熱
膨張係数に起因する応力及び密閉性の点にて不均一さをもたらす可能性がある。
第二に、スラリー法は、スラリー材料を１つの構成要素から次の構成要素に均一
に施すことを許容せず、このため、大量生産時、シールの信頼性を低下させるこ
とになる。最後に、フリット／スラリー法は、構成要素とレーザブロックとの接
続部を取り囲むようにスラリーを施すときに出会う困難性のため、「自動」的な
製造技術を実現しえない。

【００１０】

【発明の概要】

本発明の１つの目的は、フリット／スラリー法の不利益な点のないフリットシ
ールを提供することである。

【００１１】 本発明の別の目的は、互いに固着しようとする２つの物品間に均一なフリット
シールを提供することである。 本発明は、レーザ装置及びその他の型式のガス放電装置の製造時に特に有用な
新規なシールの方法及び装置の双方を提供することである。より具体的には、本
発明は、ガス放電キャビティを提供する物体に電極及び／又はミラーを取り付け
ることに関するものである。

【００１２】 本発明において、２つの物品には、共に接続すべき取り付け面が設けられる。
第一の物品が第二の物品に当たるようにして保持され、周縁接続部を形成する。
リング形状の予成形体が、第一及び第二の物品に近接して、第二の物品の取り付
け面上に配置される。予成形体の材料は、実質的に、互いに取り付けようとする
２つの物品間にシールを形成するためのフリット材料から成っている。２つの物
品と予成形体との組合わせ体を、フリット材料が液体状態に変化するようにする
のに十分な温度まで加熱し、これにより冷却後、密閉シールを形成する。

【００１３】 次に、図１を参照すると、ノーベル（Ｎｏｒｖｅｌｌ）に対して発行された、
「高性能レーザ装置及びその製造方法（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌ
ａｓｅｒ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ）」という名
称の米国特許第４，６１２，６４７号に記載されたものと同様のレーザ装置１０
の断面図が図示されている。直前に述べた特許には、電界支援の接着法を使用し
てレーザブロック又はブロックに対し電極を固着する方法が記載されている。レ
ーザ装置１０は、レーザブロック１２内にレージング（ｌａｓｉｎｇ）キャビテ
ィ１４を提供し得るように多岐に亙るガラス、ガラスセラミック、金属等により
提供することのできるレーザブロック１２を備えている。高度に研磨したミラー
１６、１８がレージングキャビティ１４の両端にてレーザブロック１２に固定さ
れて、周知の仕方にてレージング作用を実現し得るように光路を提供する。アノ
ード２０及びカソード２２という２つの電極がそれぞれ直立ボア２４、２６を介
してレージングキャビティ１４と連通している。

【００１４】 カソード２２は、取り付け面３２を有して、全体として半球状である。カソー
ド２２は、特に、米国特許第４，６１２，６４７号に教示されたように、導電性
被覆を有するアルミニウム、ニッケル合金、ベリリウム、更にはガラスさえも含
む多岐に亙る材料にて製造することができる。カソード２２及びアノード２０の
詳細は、本発明の範囲外である。しかし、その双方の電極に共通することは、こ
れらの電極が全体として、レーザブロック１２の平坦な取り付け面又はガス放電
キャビティを形成するその他の物体に取り付けることを目的とするリング形状の
取り付け面を有することである。

【００１５】 例えば、図１において、アノード２０は、インジウム（ｉｎｄｉｕｍ）シール
３６によりレーザブロック１２に対して封止された釦（ボタン）状電極として図
示されている。カソード２２は、インジウムシール３４によりレーザブロック１
２に固定した状態で図示されている。本発明において、インジウムシール３４、
３６は、以下に説明するガラスフリットシールにて置換される。

【００１６】 ミラー１６、１８は、共に光学接点すなわちフリットシールによりレーザブロ
ック１２に接続されている。リングレーザ装置の場合、レーザビームは多角形の
リング路を進まなければならないから、シールが安定していることは特に重要な
ことである。このため、少なくとも３つのミラー面を互いに整合させることは、
周知であるように、ミラー面により画成されたような、光学的閉ループ路が実現
されるようにするために重要なことである。勿論、ミラーの構成要素をレーザブ
ロックに取り付ける方法としてフリットシールが選ばれるならば、フリット材料
の熱膨張係数は、温度作用によりミラーの整合状態が変化する程度が最小である
ように、ミラーの構成要素及びレーザブロックの双方と可能な限り近くなるよう
に選ばなければならない。

【００１７】 本発明において、「フリット（ｆｒｉｔ）」という語は、硝子質状又は非硝子
質の何れかである、ガラス又はガラス状材料を形成する多岐に亙る材料の任意の
ものを意味することを意図するものである。かかるフリット材料は、例えば、鉛
‐ガラス等のようなその他の要素を含むことができる。フリット材料の例は、コ
ーニングガラスワークスエンドスコットオプティカルガラスカンパニー（Ｃｏｒ
ｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ Ｗｏｒｋｓ ａｎｄ Ｓｃｈｏｔｔ Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｇｌａｓｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）からの上記の米国特許第４，２３３，５６８号に
特に記載されており、この特許には、そのフリット材料と、それらの相応する熱
膨張係数の性質及びそのフリット化温度とがリストアップされている。コーニン
グガラスワークスからのＢＫ−７ガラスのようなホウケイ酸塩ガラスにて製造さ
れ、熱膨張係数が８．３×１０−６／℃のレーザブロック及びミラー基層と共に
使用するのに適した本発明によるフリット材料の例は、熱膨張係数が８．４×１
０−６／℃のコーニング７５７０硝子質フリット材料、熱膨張係数が８．９×１
０−６／℃のコーニング７５７５硝子質フリット材料、及び熱膨張係数が８．３
×１０−６／℃のスコット（Ｓｃｈｏｔｔ）Ｇ０１７−３４０である。

【００１８】 図２ａ、図２ｂ及び図２ｃには、「フリット予成形体」２００を使用すること
により、図１に図示した構成要素と同様のレーザブロック１２にミラー構成要素
１６を取り付けるための本発明の１つの実施の形態が図示されている。図２ａ及
び図２ｂには、「フリット化過程」前にミラーの構成要素１６をレーザブロック
１２に組み立てる状態が図示され、また、図２ｃには、フリット化過程後、ミラ
ーの構成要素１６をレーザブロック１２に取り付ける状態が図示されている。よ
り具体的には、図２ａ及び図２ｂには、貫通する開口を有するリング形状のフリ
ット予成形体２００が図示されている。レーザ技術にて周知であるように、ミラ
ー１６は、レージングキャビティ１４と連通するミラー被覆（図示せず）を有し
ている。ミラー１６は、円筒状の形状をしており且つ予成形体２００の開口内に
配置された状態で図示されている。

【００１９】 図２ｃには、ミラー１６、レーザブロック１２及びフリット予成形体２００の
組合わせ体をフリット化温度まで加熱し、その後に、ガラスフリットシールを形
成し得るように冷却されるフリットシール２００ａが概略図的に図示されている
。フリット化温度のとき、フリット材料は液体状態に変化する。図２ａ及び図２
ｃに図示した構成要素は、接着剤により所要位置に保持される。

【００２０】 接着剤により、フリット予成形体２００を所要位置に保持するための過程は、
フリットシール２００ａが形成される間に、非水平面上にて行うことができる。
この過程は、接着剤によりフリット予成形体２００を所要位置に粘着させること
により行われ、このため固定することは全く不要である。フリットの予成形体２
００は、ラッカーのような揮発性マトリックス溶剤内に接着する能力を有する材
料により粘着させる。この粘着材料を表面に配置して膜を形成する。この膜は、
フリット予成形体２００をブロックに対して軽く保持する。非水平式方法の有利
な点は、一時に１つのフリットを形成することに代えて、一時に多数のフリット
を形成することにより遥かに複雑でない仕方にて製造を行うことができる点であ
る。粘着材料を使用することの１つの有利な点は、加熱過程後、完全に燃焼する
ことである。このため、フリットシール２００ａを汚し又はフリットに応力を加
えるであろう残留物又は塵が残らない。

【００２１】 フリット化過程後、上述した組合わせ体を冷却させ、ミラー１６とレーザブロ
ック１２と周縁接続部２２０を取り囲む密閉フリットシール２００ａが得られる
ようにする。本発明に従ってリング形状予成形体２００を使用する結果、フリッ
ト化及び湿潤化過程中、ミラー１６とレーザブロック１２の接続部２２０の周り
でフリット予成形体２００が「収縮し」、これによりフリット／スラリーを使用
する場合よりも優れたシールが得られる。

【００２２】 ミラー１６及び予成形体２００の寸法上の特徴は広範囲に変更可能であり、そ
の全ては本発明の範囲内に属するものと考えられる。本発明の１つの実際的な実
施の形態の一例は、予成形体２００が１０．１０９ｍｍ（０．３９８インチ）の
外径と、８．１２８ｍｍ（０．３２０インチ）の内径と、０．８８９ｍｍ（０．
０３５インチ）の厚さとを有するものである。ミラー構成要素１６は外径７．６
２０ｍｍ（０．３００インチ）のＢＫ−７ガラスでできている。

【００２３】 フリット予成形体２００は、全体として、任意の多岐に亙る技術により共に保
持されたフリット材料から成ることを認識すべきである。例えば、コーニングガ
ラスワークスは、「マルチフォームエンドクリアフォーム（Ｍｕｌｔｉｆｏｒｍ
ａｎｄ Ｃｌｅａｒｆｏｒｍ）」という登録商標名による製品を提供する。こ
れらの製品は、ガラスを「粉体処理」することにより形成された精緻な非多孔質
の負圧密のプレス加工したガラス体である。粒状ガラス粒子は、所要形状に乾燥
プレスされ且つ高温度にて加熱して、溶融させ。密な形状の構造体にする。焼結
ガラス予成形体や、予成形体の形状を保ち得るように「ワックス状」バインダに
より共に保持された予成形体を含む、その他の型式の予成形体が本発明の範囲に
属する。本発明において、上述したような予成形体を使用することは、１つの加
熱ステップのみを必要とし、その温度がフリット材料を液体状態に変化させるの
に十分な程度であればよい、フリット化過程を許容する。。

【００２４】 図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに関して説明したような本発明の内容は、レーザブ
ロック１２に取り付けられるミラーの構成要素１６以外の任意の構成要素に適用
可能である。すなわち、アノード２０又はカソード２２は同一の仕方にてレーザ
ブロック１２に固定することができる。図２ｂを参照すると、ミラー１６は、本
発明を実施するとき、アノード２０、カソード２２又は任意のその他の物品と置
換することができる。

【００２５】 当該技術分野の全ての当業者は、本発明の好ましい実施の形態のみが開示され
ており、これらの実施の形態は、添付図面に図示した本発明の真の精神及び範囲
から逸脱せずに変更及び改変が可能であることが認識されよう。より具体的には
、図面には、全体として、レーザブロック１２として図示した別の物品に取り付
けられる物品としてレーザ装置の構成要素が図示されている。図面には、更に、
全体として、環状又はリング形状の取り付け面を有する物品が図示されており、
該取り付け面は、レーザブロックに接続されたとき、構成要素とレーザブロック
との間に環状の接続部を形成する。環状の取り付け面を有する構成要素以外の構
成要素を本発明の範囲に含めることを意図するものである。

【００２６】 添付図面に図示したフリット予成形体は、また、リング形状の構造のものとし
て図示されている。かかるリング形状の予成形体が同様に環状の構成要素の周り
に取り付けられたとき、フリット化過程は、そのフリット化過程の結果として構
成要素とレーザブロックとの周縁接続部の周りにてフリット予成形体を収縮させ
ることを許容する。リング形状の予成形体であることが好ましいが、例えば、矩
形の形状の予成形体のようなその他の形状体も構成要素と該構成要素に接続しよ
うとする物品との接続部の周りで湿潤化及び収縮化を可能にするから、これらの
形状体も本発明の範囲に属するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レーザ装置の断面図である。

【図２】 ２ａは本発明によるフリットシールの平面図である。 ２ｂは本発明によるフリット化過程を行う前のフリットシールの断面図である
。 ２ｃは本発明によるフリット化過程を行なった後のフリットシールの断面図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オルソン，スチュアート・ディー アメリカ合衆国ミネソタ州55126，ショア ヴュー，ヴィラ・ドライブ 5731 (72)発明者 ジョシ，シャリ・エル アメリカ合衆国ミネソタ州55317，チャン ハッセン，ヒドゥン・レイン 250 (72)発明者 ベックウィズ，ティモシー・エイ アメリカ合衆国ミネソタ州55433，クー ン・ラピッズ，ハンドレッドエイス・アベ ニュー・ノースウエスト 1269 Ｆターム(参考） 5F071 EE01 FF08 FF09 JJ08 JJ10

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一の物品の取り付け面を第二の物品の取り付け面と共に固
   着する方法において、 フリット材料から成る予成形体を何れかの物品の前記取り付け面上に配置する
   ことと、 接着材料を使用して予成形体を粘着させることと、 前記予成形体と、第一及び第二の物品との組合わせ体を、前記フリット材料を
   液化させるのに十分な程度に加熱することと、 その後に、前記第一の物品及び前記第二の物品の少なくとも接続部にて前記第
   一及び第二の物品を共に固着し得るように前記組合わせ体を冷却することとを備
   える方法。
2. 【請求項２】 請求項１の方法において、前記接着材料がラッカーである、
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１の方法において、前記フリット材料がガラスから成
   る、方法。
4. 【請求項４】 請求項１の方法において、前記第一の物品の取り付け面が環
   状の形状をしている、方法。
5. 【請求項５】 ミラー及び電極を備えるレーザ装置の構成要素の取り付け面
   をレーザブロックの取り付け面と共に固着する方法において、 フリット材料から成る予成形体を前記レーザブロックの前記取り付け面上に配
   置することと、 接着材料を使用して予成形体を粘着させることと、 前記予成形体と、前記レーザ装置の構成要素と、前記レーザブロックとの組合
   わせ体を、前記フリット材料を液化させるのに十分な程度に加熱することと、 その後に、前記レーザ装置の構成要素と前記レーザブロックとの少なくとも接
   続部にて前記レーザ装置の構成要素と前記レーザブロックとを共に固着し得るよ
   うに前記組合わせ体を冷却することとを備える、方法。
6. 【請求項６】 請求項５の方法において、前記レーザブロックがホウケイ酸
   塩ガラスから成る、方法。
7. 【請求項７】 請求項５の方法において、前記レーザ装置の構成要素がホウ
   ケイ酸塩ガラスで出来た基層を有するミラーである、方法。
8. 【請求項８】 請求項５の方法において、前記レーザ装置の構成要素がホウ
   ケイ酸塩ガラスで出来た基層を有するミラーであり、前記レーザブロックがホウ
   ケイ酸塩ガラスで出来ている、方法。
9. 【請求項９】 請求項８の方法において、前記ホウケイ酸塩ガラスがＢＫ−
   ７である、方法。
10. 【請求項１０】 請求項５の方法において、前記レーザブロックが、ガラス
    、ガラスセラミック及び金属の群から選ばれた材料で出来ている、方法。
11. 【請求項１１】 請求項５の方法において、前記接着材料がラッカーである
    、方法。
12. 【請求項１２】 電極を有するガス放電キャビティ構成要素の取り付け面を
    ガス放出キャビティブロックの取り付け面と共に固着する方法において、 フリット材料から成る予成形体を前記ガス放電キャビティブロックの前記取り
    付け面上に配置することと、 接着材料を使用して予成形体を接着することと、 前記予成形体と、前記ガス放出キャビティ構成要素と、前記ガス放出キャビテ
    ィブロックとの組合わせ体を、前記フリット材料を液化させるのに十分な程度に
    加熱することと、 その後、前記ガス放電キャビティ構成要素と前記ガス放電キャビティブロック
    との少なくとも接続部にて前記ガス放電キャビティ構成要素と前記ガス放電キャ
    ビティブロックとを共に固着し得るように前記組合わせ体を冷却することとを備
    える、方法。