JP2007081438A

JP2007081438A - コロナ予備電離電極

Info

Publication number: JP2007081438A
Application number: JP2006345806A
Authority: JP
Inventors: Masanari Nakano; 真生中野; Toshihiro Nishisaka; 敏博西坂; Ayako Oobe; 彩子大部
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: JP4261577B2

Abstract

【課題】誘電体パイプの中空部において、誘電体パイプの反りや曲がり、あるいは誘電体パイプの内周面および背後電極の表面の微小な凹凸等を原因として隙間が生じ、この隙間部分において発生する不要な放電によって電力の損失が発生し、予備電離強度を低下させるという問題があることから、不要な放電による電力損失を低減することで予備電離強度を強め、レーザ出力を上昇させるコロナ予備電離電極を提供する。
【解決手段】誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、誘電体パイプの内周面と背後電極の外周面の双方に接触する導体を介在させるようにしている。
【選択図】図１１

Description

この発明は、コロナ放電による紫外光予備電離を用いた放電励起型レーザ装置に関し、特に予備電離を行わせる予備電離電極の表面加工に関する。

ＴＥＡレーザは、一対の対向する主電極によって構成される主放電空間に存在する１気圧以上の気体に、均一なグロー放電を発生させることにより、レーザ発振に必要な反転分布領域を形成してレーザ発振を行う方式である。このＴＥＡレーザにおいて、主放電空間中の気体全体に均一なグロー放電を得るには、主放電を開始する前に、主放電空間中の気体全体を予備電離させる必要がある。特に、エキシマレーザの場合は、主放電に用いられる希ガス中での電子の寿命が短いため、寿命時間内に励起を行わない限り、反転分布が形成されないことから、主放電の直前にできるだけ多く主放電空間中の希ガス全体を電離させておく必要がある。現在、予備電離方式としては、Ｘ線、スパーク放電、コロナ放電などを使った様々な方式があるが、中でもコロナ放電を使った方式は、比較的簡便で主放電空間中の気体への汚染が少ないことから、容量移行型の予備電離方式として広く使用されている。

図１７に従来の予備電離電極を用いたエキシマレーザ装置の放電回路の等価回路を示し、図１８に従来の予備電離電極を示す。

図１７の等価回路は、スイッチＳＷ、コンデンサＣｓ、Ｃｐ、Ｃｐ′、コイルＬｓ、Ｌｐ、Ｌｃ、主電極１、予備電離電極２によって構成される。

予備電離電極２は、図１８にも示すように、円柱形状の背後電極３が円筒形状の誘電体パイプ４の中空部に挿入され、この誘電体パイプ４の外周面に断面Ｌ字形のアース電極５の端部が接触する構成となっている。

図１７の回路においては、まず高電圧電源Ｈ．Ｖ．に接続されたコンデンサＣｓに、コイルＬｓ、Ｌｐ、Ｌｃを通して電荷を充電する。

次に、スイッチＳＷをＯＮ状態にし、コンデンサＣｓからコンデンサＣｐ、Ｃｐ′に電荷を移動させることで、これらＣｐ、Ｃｐ′の電圧を上昇させる。

背後電極３とアース電極５との間に高電圧を印加し、その後、コンデンサＣｐ′の電圧が所定のコロナ放電開始電圧に達すると、アース電極５と誘電体パイプ４の接触部６を起点として誘電体パイプ４の外周面にコロナ放電が発生し、紫外光が発生される。この紫外光によって主放電空間のレーザガスが予備電離される。さらに、この後、充電の進行と共にコンデンサＣｐの電圧が上昇し、このＣｐの電圧が所定の主放電開始電圧に達すると、予備電離されたガスが絶縁破壊を起こし、主放電が開始される。

上記従来のレーザ装置では、予備電離電極２のアース電極５は誘電体パイプ４とは別体として構成されており、このアース電極５の端部が誘電体パイプ４の表面に接触するようにアース電極５を設けるようにしているので、誘電体パイプ４の反りや曲がり、誘電体パイプ４の表面の微小な凹凸などによって上記接触部６に隙間が生じる箇所が発生し、この結果、誘電体パイプ４の軸方向に沿って予備電離強度のばらつきが発生する。

すなわち、コロナ放電は誘電体４と電極５の接触部を起点として発生するため、隙間が生じた箇所では紫外光の光強度が弱くなり、この結果誘電体パイプ４の軸方向に沿って紫外光の発生強度に分布ができてしまい、ひいては主放電自体にもばらつきが発生してしまうことになる。

また、誘電体パイプ４の中空部においても、前述した誘電体パイプ４の反りや曲がり、あるいは誘電体パイプ４の内周面および背後電極３の表面の微小な凹凸等を原因として隙間が生じ、この隙間部分において発生する不要な放電によって電力の損失が発生し、予備電離強度を低下させるという問題がある。なお、誘電体パイプ４は、直径１ｃｍ程度の極く小さな径であるため、その中空部の表面（内周面）を研磨加工して凹凸を無くすことは不可能に近い。

また、コロナ放電は前述したように、アース電極５と誘電体パイプ４の接触部６を起点として発生されるが、このコロナ放電はその後、誘電体４の外面全周に広がっていく。しかしながら誘電体パイプ４の主電極１に向いていない所で発生した紫外光は主放電空間の予備電離には寄与しない。ここで、コロナ放電の際には、放電による生成物が発生され、この生成物が主放電が行われる際に、主放電空間に進入するとレーザ出力を低下させる原因となる。しかし、上記従来の予備電離電極においては、誘電体パイプ４の外周面に主放電領域の予備電離には寄与しない放電領域が存在するので、大量の放電生成物を発生しレーザ出力を不安定にするというという問題がある。

さらに、上記従来のコロナ予備電離電極では、コロナ放電の開始点である誘電体パイプ４の外周面とアース電極５の接触部６が１本の直線でしか構成されていないため、誘電体パイプ４上のより多くのポイント位置に予備放電の開始点（起点）を確保することができない。すなわち、上記従来技術では、予備放電の開始点の距離を十分に確保することができないので、紫外光の発生量が少なく、このため十分な予備電離が行われず、所望のレーザ出力が得られないという問題があった。

このように従来の予備電離電極においては、各部での不要な放電による電力の損失が発生し、これにより予備電離強度の低下を招きレーザ出力を低下させるという問題があった。また、誘電体パイプ４の外周面の予備電離に寄与しない放電は、大量の放電生成物を発生しレーザ出力を不安定にするという問題もある。

この発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、不要な放電による電力の損失を低減することで予備電離強度を強め、レーザ出力を上昇させ、放電生成物の発生を減少させ、出力を安定にするコロナ予備電離電極を提供することを目的とする。またこの発明は、装置を大型にすることなく主放電空間全体にわたって、十分な予備電離を行うのに必要な紫外光の発光量を得ることができるコロナ予備電離電極を提供することを目的とする。

請求項１に対応する発明では、中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、誘電体パイプの中空部の内表面にメタライジング層を被覆し、このメタライジング層の上層に金属層を形成するようにしている。

請求項２の発明では、中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、誘電体パイプの内周面と背後電極の外周面の双方に接触する導体を介在させるようにしている。

前記導体としては、請求項３に示す円管形状の網状体、請求項４に示す渦巻バネ体、請求項５に示す多数の針状体等がある。

請求項６の発明では、中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、導体の粉末を充填するようにしている。

請求項７の発明では、請求項２〜請求項６において、誘電体パイプはその中空部の内表面に金属層が被覆形成されたものとしている。

請求項８の発明では、中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に絶縁体の粉末を充填するようにしたことを特徴とする。

請求項９の発明では、中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に溶融した絶縁体を流し込み、固化させるようにしたことを特徴とする。

請求項１０の発明では、中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記背後電極としてＡｌ棒を用い、このＡｌ棒を表面酸化処理またはＣＶＤ処理することによってＡｌ棒の周面上にＡｌ2Ｏ3を形成し、この形成されたＡｌ2Ｏ3を誘電体パイプとして用いるようにしたことを特徴とする。

第１発明によれば、前記誘電体パイプの中空部の内表面にメタライジング層を被覆しその上層に金属層を設けるようにしたので、誘電体パイプと金属層との密着強度が強められるとともに、コロナ放電の際の中空内表面における電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。

第２〜５発明によれば、誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、誘電体パイプの内周面と背後電極の外周面の双方に接触する導体を介在させるようにしたので、コロナ放電の際の誘電体パイプと背後電極との間の隙間での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。

第６発明によれば、誘電体パイプと背後電極との間の隙間に導体の粉末を充填するようにしたのでこれら部分の隙間が無くなり、その部分での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。

第７発明によれば、背後電極と誘電体パイプの接触面が互いに金属になるので、前記不要な電力の損失をさらに低減することができ、予備電離強度を向上させることができる。

第８発明によれば、誘電体パイプと背後電極との間の隙間に絶縁体の粉末を充填するようにしたのでこれら部分の隙間が無くなり、その部分での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。

第９発明によれば、誘電体パイプと背後電極との間に溶融した絶縁体を流し込み、固化させるようにしたので、これら部分の隙間が無くなり、その部分での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。

第１０発明によれば、背後電極としてＡｌ棒を用い、このＡｌ棒を表面酸化処理またはＣＶＤ処理することによってＡｌ棒の周面上にＡｌ2Ｏ3を形成し、この形成されたＡｌ2Ｏ3を誘電体パイプとして用いるようにしたので、背後電極と誘電体パイプとが全く隙間なく一体的に構成されるようになり、これら隙間部分での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に、本発明の第１の実施形態を示す。

図１に示す予備電離電極２においては、背後電極３が挿入された誘電体パイプ４の外周面のうちの主放電空間に向いた領域に金属層７を被覆形成し、この金属層７を介して外部電極８に接触させるようにしている。この場合、外部電極８が接地されている。金属層７は、金やニッケル等で構成され、メッキ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法などのメタライジング法を用いて誘電体パイプ４の長手方向に沿って帯状に形成される。誘電体４の材料としては、アルミナセラミックス等のセラミックス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、フッ化物ガラス、チタン酸ストロンチウムなどの無機材料などがあげられる。

すなわちこの実施形態においては、誘電体パイプ４の表面に被覆形成されたメタライジング層７自体を予備電離電極２の一方の電極（この場合、コロナ電極という）とし、このコロナ電極層７に接触させた外部電極８を介して電気接続を行うようにしている。

この図１の予備電離電極２において、背後電極３とコロナ電極７の間に高電圧を印加すると、コロナ電極７の両端縁７ａ、７ｂにおいてコロナ放電が開始され、誘電体パイプ４の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。

かかる第１の実施形態によれば、コロナ電極７をメタライジング法によって誘電体パイプ４の外周面に被覆形成することで、コロナ電極７を誘電体パイプ４に一体化形成するようにしたので、誘電体パイプ４とコロナ電極７との間に隙間はなくなり、これにより、誘電体パイプ４の軸方向に沿って均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。

また、外部電極８とコロナ電極７の接触部に一部隙間が存在しても、これらの接触面は互いに金属であるので、一方の接触面が誘電体である従来技術にくらべ、コロナ放電の際に上記接触部での不要な放電による電力の損失を低減することができる。

なお、外部電極８は、誘電体パイプ４の軸方向に沿って帯状に被覆されるメタライジング層７の一部で接触させるようにすればよく、その形状は図１に示したプレート状のもの、電線ケーブル状のものなど任意のものを採用するようにすればよい。

また、背後電極３の形状は多角柱状であってもよく、誘電体パイプ４の形状は多角筒形状であってもよい。また、背後電極３側を接地するようにしてもよい。さらに、図１の実施形態において、誘電体４の表面に、まずモリブデン、マンガン等の材料からなるメタライジング層を被覆し、その上層に金、ニッケルなどの金属層７を被覆するようにして、コロナ電極となる金属層７の密着強度を向上させるようにしてもよい。

図２に、本発明の第２の実施形態を示す。なお、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付している。

この第２の実施形態では、誘電体４の外周面領域のうちの主放電空間と対峠していない領域に金、ニッケル等の導体層９をメタライジング法などによって形成し、このメタライジング層９とコロナ電極５が接触するように構成している。この場合、コロナ電極５は、先の図１２に示した従来技術と同様、誘電体パイプ４とは別体として構成され、メタライジング層９とその端部が接触するように配設されているが、コロナ電極５を省略し、メタライジング層９自体から電線ケーブルを引き出し、この電線ケーブルによって電気接続を行うようにしてもよい。

かかる構成によれば、背後電極３とコロナ電極５の間に高電圧を印加すると、メタライジング層９の端縁部９ａ，９ｂにおいて、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ４のメタライジング層が形成されていない外周部にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。この第２の実施形態によれば、従来とは逆の発想をし、誘電体パイプ４の表面の主放電空間に向いた領域以外の領域に導体層９を形成し、この導体層９をコロナ電極として用いるようにしたので、主放電空間に向かう紫外光を確保すると同時に、予備電離に寄与しない領域での不要な放電および該放電による放電生成物の発生を防ぐことができ、これにより、より安定なレーザ出力を得ることができるとともに、不要な放電による電力の損失を低減することができる。

なお、図２の実施形態において、誘電体４の表面に、まずモリブデン、マンガン等の材料からなるメタライジング層を被覆し、その上層に金、ニッケルなどの金属層９を被覆するようにして、コロナ電極となる金属層９の密着強度を向上させるようにしてもよい。

ところで、上記図１および図２で示した実施形態におけるメタライジング層７，９の紙面に垂直な方向に関する長さＬであるが、これは図３にハッチングで示すよう、主電極１による主放電が行われる主放電空間幅Ｗよりも長く、かつ予備電離電極を両端で絶縁支持する碍子１０までは達しないように設定しており、これにより主放電空間全体にわたって予備放電を発生させることができる。

図４に、本発明の第３の実施形態を示す。なお、図２と同一の構成要素には、同一の符号を付している。

この第３の実施形態では、誘電体パイプ４の中空内表面にまずモリブデン、マンガン等の材料を用いたメタライジング層１１を形成し、さらにこの上層に、金、ニッケル等の金属メッキ層１２を形成するようにしている。すなわち、この場合、背後電極３は金属メッキが施された誘電体４の中空部に挿入される。

かかる第３の実施形態によれば、背後電極３と誘電体パイプ４の中空部の内周面の間に隙間が存在しても、背後電極３と誘電体パイプ４の接触面が互いに金属になるので、一方の接触面が誘電体である従来技術にくらべ、コロナ放電の際にこの中空内周面における不要な電力の損失を低減することができ、予備電離強度を向上させることができる。

さらに、この第３の実施形態によれば、メタライジング層１１を介して金属メッキ層１２を形成するようにしているので、金属メッキ層１２の密着強度が強化され、金属メッキ層１２がはがれにくくなる。

なお、この場合は、誘電体パイプ４の内周面に形成する金属層を２層構造としたが、１層構造にしてもよい。

図５に本発明の第４の実施形態を示す。

この図５に示す第４の実施形態は、先の図１に示した実施形態の変形であり、誘電体パイプ４の外周面にメタライジング形成されるコロナ電極７の形状を図５(b)に示すような櫛形として、コロナ放電の開始点の距離をより多く確保できるようにすることで、予備電離強度を強化するようにしている。

図５において、誘電体パイプ４の外周面にメタライジング形成されるコロナ電極７は、一対の主電極１の間の主放電空間に向いた領域のみに形成されており、その両端部に当接された外部電極８を介して電気接続がなされる。

この図５において、背後電極３とコロナ電極７との間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ４とコロナ電極７の接触部、すなわちコロナ電極の櫛形状をした一方の縁部７ｃと他方の縁部７ｄにおいてコロナ放電が開始され、誘電体パイプ４の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。かかる実施形態によれば、コロナ電極の縁部７ｃを櫛形状にしているので、直線形状である従来技術に比べ、コロナ放電の開始点の長さが大幅に長くなることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができようになる。また、コロナ電極７をメタライジング法によって誘電体パイプ４の外周面に被覆形成することで、コロナ電極７を誘電体パイプ４に一体化形成するようにしたので、誘電体パイプ４とコロナ電極７との間に隙間はなくなり、これにより、誘電体パイプ４の軸方向に沿って均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることが可能になる。

また、この実施形態によれば、外部電極８をコロナ電極７の一部で接触させるようにしているので、誘電体パイプ４の曲がりや反りに起因するこれらの接触不良を回避することができる。勿論、外部電極８は前述したように、電線ケーブル状のものを採用するようにしてもよい。

また、図５に示す実施形態では、コロナ電極７の一方の縁部７ｃを櫛形状としたが、他方の縁部７ｄも櫛形状にするようにしてもよく、このほうがよりコロナ放電の開始点長を確保することができる。

また、コロナ電極７の縁部の形状は、図５に示した４角形状に限らず、３角形などの多角形や、曲線、あるいはこれらを組み合わせて切り込んだ形状であってもよい。要は、接触部の縁をコロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が、誘電体パイプの軸長より長ければよい。

図６に本発明の第５の実施形態を示す。

この図６に示す第５の実施形態では、図５に示した実施形態と図２に示した実施形態を組み合わせたものであり、誘電体パイプ４の表面の主放電空間に向いた領域以外の領域にも導体層を形成し、予備電離に寄与しない領域での不要な放電および該放電による放電生成物の発生を防ぐようにしている。

図６においては、誘電体パイプ４の外周面の主放電空間を向いた領域を残し、それ以外の全面にメタライジング層１５を形成し、このメタライジング層１５をコロナ電極としている。メタライジング層１５の端部１５ａを櫛形にすることで、コロナ放電の開始点をより多く確保できるようにしている。

この図６において、背後電極３とコロナ電極１５との間に高電圧を印加すると、コロナ電極１５の櫛形状をした一方の縁部１５ａと他方の縁部１５ｂにおいてコロナ放電が開始され、誘電体パイプ４の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射されることになる。なお、図６の実施形態において、コロナ電極１５の他方の縁部１５ｂも櫛形状にするようにしてもよく、このほうがよりコロナ放電の開始点長を確保することができる。また、図６の実施形態では、コロナ電極１５を誘電体パイプ４の外周に一体的に形成し、誘電体４が外部に開放された領域を１箇所だけ確保するようにしたが、誘電体パイプ４上の主放電空間に向いた領域に配置される電極と、誘電体パイプ４上主放電空間の反対の領域に配置される電極とを別体として誘電体パイプ４上に形成し、誘電体４が外部に開放された領域を２箇所確保するようにしてもよい。

図７にこの発明の第６の実施形態を示す。

この第６の実施形態では、先の図５に示した櫛形状のコロナ電極１５を、少なくとも２本（この場合は３本）のワイヤ電極１６に代替するようにしている。

すなわち、誘電体パイプ４の外周面にメタライジング形成されるコロナ電極を少なくとも２本のワイヤ電極１６で構成し、かつこれらワイヤ電極１６を誘電体パイプ４の外周面領域のうちの主放電空間に向いた領域にのみ、配置するようにしている。

図７において、背後電極３とワイヤ電極１６の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ４と各ワイヤ電極１６の各接触部において、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ４２の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。

この第６の実施形態によれば、従来のコロナ予備電離電極と比較して接触部の直線が１本から２本に増えた分だけコロナ放電の開始点が増えることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができる。また、コロナ電極１６をメタライジング法によって誘電体パイプ４の外周面に被覆形成することで、コロナ電極１６を誘電体パイプ４に一体化形成するようにしたので、誘電体パイプ４とコロナ電極１６との間に隙間はなくなり、これにより、誘電体パイプ４の軸方向に沿って均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることが可能になる。

図８に本発明の第７の実施形態を示す。

この第７の実施形態では、図７に示した実施形態と先の図２に示した実施形態を組み合わせたものであり、コロナ電極を複数のワイヤ電極１６で構成してコロナ放電の開始点の長さをかせぐと共に、誘電体パイプ４の表面の主放電空間に向いた領域以外の領域にも導体層９を形成し、予備電離に寄与しない領域での不要な放電および該放電による放電生成物の発生を防ぐようにしている。これらワイヤ電極１６および導体層９は、メタライジング法によって形成される。

図８において、背後電極３とワイヤ電極１６（および導体層９）の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ４と各ワイヤ電極１６の各接触部と導体層９の両端部９ａ，９ｂにおいて、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ４２の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。

図９にこの発明の第８の実施形態を示す。

この第８の実施形態では、先の図５に示した櫛形状のコロナ電極１５を、図９(b)に示すようなワイヤが網目状に交差された網目状電極２０に代替するようにしている。

すなわち、誘電体パイプ４の外周面にメタライジング形成されるコロナ電極を網目状電極２０で構成し、かつこの網目状電極２０を誘電体パイプ４の外周面領域のうちの主放電空間に向いた領域にのみ配置するようにしている。網目状電極２０の両端部２１は、外部電極８と接触させるので、全面にメタライジング層を形成するようにしている。

図９において、背後電極３と網目状電極２０の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ４と網目状電極２０との各接触部において、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ４２の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。

この第８の実施形態によれば、網目状電極２０と誘電体パイプ４の接触部の距離が従来より長くなる分だけコロナ放電の開始点が増えることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができる。また、網目状電極２０をメタライジング法によって誘電体パイプ４の外周面に被覆形成するようにしたので、誘電体パイプ４と網目状電極２０との間に隙間はなくなり、これにより、誘電体パイプ４の軸方向に沿って均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることが可能になる。

図１０に本発明の第９の実施形態を示す。

この第９の実施形態では、図９に示した実施形態と先の図２に示した実施形態を組み合わせたものであり、コロナ電極を網目状電極２０で構成してコロナ放電の開始点の長さをかせぐと共に、誘電体パイプ４の表面の主放電空間に向いた領域以外の領域にも導体層９を形成し、予備電離に寄与しない領域での不要な放電および該放電による放電生成物の発生を防ぐようにしている。これらワイヤ電極１６および導体層９は、メタライジング法によって形成される。

図１０において、背後電極３とワイヤ電極１６（および導体層９）の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ４と各網目状電極２０の各接触部と導体層９の両端部９ａ，９ｂにおいて、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ４の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。

なお、上記各実施形態において、メタライジング層の種類に関しては前述した金、あるいはニッケルが望ましいが、レーザガスに対して腐食性の少ないものなら、他の任意の金属を用いてもよい。

図１１に本発明の第１０の実施形態を示す。

この第１０の実施形態では、図１１(d)に示すように、背後電極３と誘電体パイプ４との間に金属製の網状導体３０を介在させることで、背後電極３と誘電体パイプ４との隙間を網状の金属で埋め、これにより背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させて、予備電離強度を向上させるようにしている。

網状導体３０は、図１１(a)に示すように、同軸ケーブルの外側導体の如く円筒状に形成され、まずこの網状導体３０に背後電極３を挿入する。そして、この後、網状導体３０が外装された背後電極３を誘電体パイプ４に挿入するようにする（図１１(c)(d)）。

なお、この実施形態において、先の図４に示した技術を採用するようにしてもよい。すなわち、その内周面に金属層が形成された誘電体パイプ４と背後電極３との間に網状導体を３０を介在させるようにすれば、より背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させることができる。

図１２に本発明の第１１の実施形態を示す。

この第１１の実施形態では、背後電極３と誘電体パイプ４との間に金属製の渦巻バネ３１を介在させることで、渦巻バネ３１を背後電極の外周面と誘電体パイプ４の内周面の双方に当接させ、これにより背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させて、予備電離強度を向上させるようにしている。

渦巻バネ３１は、誘電体パイプ４の軸方向長さと同じ長さを有する平板を渦巻状に形成したものである。

なお、この実施形態においても、先の図４に示した技術を採用するようにしてもよい。すなわち、その内周面に金属層が形成された誘電体パイプ４と背後電極３との間に渦巻バネ３１を介在させるようにすれば、より背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させることができる。

図１３に本発明の第１２の実施形態を示す。

この第１２の実施形態では、背後電極３と誘電体パイプ４との間に金属製の多数の針状体を介在させることで、針状体３２を背後電極の外周面と誘電体パイプ４の内周面の双方に当接させ、これにより背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させて、予備電離強度を向上させるようにしている。

これら多数の針状体３２は、背後電極３の周面から突出されるように背後電極３の周面に形成するようにしてもよいし、あるいは誘電体パイプ４の内周面に形成するようにしてもよい。

なお、この実施形態においても、先の図４に示した技術を採用するようにしてもよい。すなわち、その内周面に金属層が形成された誘電体パイプ４と背後電極３との間に針状体３２を介在させるようにすれば、より背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させることができる。

図１４に本発明の第１３の実施形態を示す。

この第１３の実施形態では、背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間にＮi、Ｃｕなどの導体の粉末３４あるいはＡｌ2Ｏ3などの絶縁体の粉末３４を充填し、これにより背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させて、予備電離強度を向上させるようにしている。

この実施形態においても、先の図４に示した技術を採用するようにしてもよい。すなわち、その内周面に金属層が形成された誘電体パイプ４と背後電極３との間に導体或いは絶縁体の粉末３４を充填するようにすれば、より背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させることができる。

図１５に本発明の第１４の実施形態を示す。

この第１４の実施形態では、背後電極３と誘電体パイプ４との間の隙間に、溶融した誘電体材料（Ｇａなど）を流し込み、これを固化させることで、上記隙間を完全に無くすようにしており、これにより上記隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させ、予備電離強度を向上させることができる。

図１６に本発明の第１５の実施形態を示す。

この実施形態では、誘電体パイプ４と背後電極３とを別体として製造して後でこれらを結合するのではなく、これら誘電体パイプ４と背後電極３とを一体的に製造する。

すなわち、背後電極３としてＡｌ棒を用い、このＡｌ棒を水蒸気雰囲気中で加熱することでＡｌ棒を表面酸化し、この表面酸化によってＡｌ棒の周面にＡｌ2Ｏ3を形成する。そして、この誘電体であるＡｌ2Ｏ3を誘電体パイプ４として用いるようにする。

このようにこの実施形態では、Ａｌ棒を表面酸化することによって背後電極３上に誘電体４を形成するようにしたので、これらの間には隙間は存在せず、これら部分での不要な電力損失をほぼ完全に無くすことができる。

なお、Ａｌ2Ｏ3はＣＶＤ法を用いてＡｌ棒の表面に付着させるようにしてもよい。

ところで、上記実施形態では、本発明をエキシマレーザに適用するようにしたが、予備電離を行うものであれば、本発明を他の任意のガスレーザに適用するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態を示す図。本発明の第２の実施形態を示す図。第１及び第２の実施形態におけるメタライジング層の配設長を説明する図。本発明の第３の実施形態を示す図。本発明の第４の実施形態を示す図。本発明の第５の実施形態を示す図。本発明の第６の実施形態を示す図。本発明の第７の実施形態を示す図。本発明の第８の実施形態を示す図。本発明の第９の実施形態を示す図。本発明の第１０の実施形態を示す図。本発明の第１１の実施形態を示す図。本発明の第１２の実施形態を示す図。本発明の第１３の実施形態を示す図。本発明の第１４の実施形態を示す図。本発明の第１５の実施形態を示す図。予備電離電極を用いたエキシマレーザ装置の放電回路の等価回路を示す図。従来の予備電離電極を示す図。

符号の説明

１主電極
２予備電離電極
３背後電極
４誘電体パイプ
５コロナ電極
７、１５コロナ電極（メタライジング層）
８外部電極
９コロナ電極
１０硝子
１１メタライジング層
１２金属層
１５コロナ電極
１６コロナ電極（ワイヤ電極）
２０コロナ電極（網目状電極）

Claims

中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプの中空部の内表面にメタライジング層を被覆し、このメタライジング層の上層に金属層を形成するようにしたことを特徴とするコロナ予備電離電極。
中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、誘電体パイプの内周面と背後電極の外周面の双方に接触する導体を介在させるようにしたことを特徴とするコロナ予備電離電極。
前記導体は、円管形状の網状体である請求項２記載のコロナ予備電離電極。
前記導体は、その軸方向長さが誘電体パイプの軸方向長さと略同じである渦巻バネである請求項２記載のコロナ予備電離電極。
前記導体は、前記誘電体パイプの内周面または背後電極の外周面から突出された多数の針状体である請求項２記載のコロナ予備電離電極。
中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、導体の粉末を充填するようにしたことを特徴とするコロナ予備電離電極。
前記誘電体パイプはその中空部の内表面に金属層が被覆形成されたものである請求項２または３または４または５または６記載のコロナ予備電離電極。
中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に絶縁体の粉末を充填するようにしたことを特徴とするコロナ予備電離電極。
中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に溶融した絶縁体を流し込み、固化させるようにしたことを特徴とするコロナ予備電離電極。
中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、前記背後電極としてＡｌ棒を用い、このＡｌ棒を表面酸化処理またはＣＶＤ処理することによってＡｌ棒の周面上にＡｌ2Ｏ3を形成し、この形成されたＡｌ2Ｏ3を誘電体パイプとして用いるようにしたことを特徴とするコロナ予備電離電極。