JP2014146691A - Gas laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミック電極を有するガスレーザ発振器に関する。 The present invention relates to a gas laser oscillator having a ceramic electrode.
ガスレーザ発振器の放電電極として、金属電極をセラミックで被覆したセラミック電極が用いられている。特許文献1に、セラミック電極で、レーザ容器の一部を構成したガスレーザ発振器が開示されている。金属電極は、セラミック部材の外側の表面に形成された凹部内に収容される。すなわち、金属電極は、レーザ容器内の空間から分離され、大気中に開放される。金属電極をレーザ容器の内部に配置する場合には、電極表面の全域を、放電領域から絶縁しなければならない。金属電極をレーザ容器の外側に配置すると、金属電極の絶縁部を少なくすることができる。 A ceramic electrode in which a metal electrode is coated with ceramic is used as a discharge electrode of a gas laser oscillator. Patent Document 1 discloses a gas laser oscillator in which a ceramic electrode is part of a laser container. The metal electrode is accommodated in a recess formed on the outer surface of the ceramic member. That is, the metal electrode is separated from the space in the laser container and opened to the atmosphere. When the metal electrode is disposed inside the laser container, the entire surface of the electrode must be insulated from the discharge region. When the metal electrode is disposed outside the laser container, the insulating portion of the metal electrode can be reduced.
セラミックは、金属等に比べて脆性が高いため、僅かのひびがセラミックの割れに繋がりやすい。セラミック電極がレーザ容器の一部を構成している場合、セラミック電極に割れが発生すると、レーザ容器内の圧力が急激に上昇する。圧力の急激な上昇によって、送風機や電源が故障する場合がある。 Since ceramic is more brittle than metal or the like, a slight crack is likely to lead to cracking of the ceramic. In the case where the ceramic electrode constitutes a part of the laser container, when the ceramic electrode is cracked, the pressure in the laser container is rapidly increased. A blower or power supply may break down due to a sudden rise in pressure.
本発明の目的は、セラミック電極の破損が、他の機器の故障に繋がりにくいガスレーザ発振器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a gas laser oscillator in which breakage of a ceramic electrode is unlikely to cause failure of other equipment.
本発明の一観点によると、
相互に対向する壁面に、それぞれ開口が形成された放電チェンバと、
前記開口を塞ぎ、相互に対向する一対のセラミック電極と、
一対の前記セラミック電極の間の放電領域に、レーザガスを供給するガス供給系と、
前記セラミック電極が破損したときに、前記開口を通って前記放電領域へ大気が流入することを抑制するように構成された大気流入抑制構造と
を有するガスレーザ発振器が提供される。
According to one aspect of the invention,
A discharge chamber in which openings are formed on the walls facing each other;
A pair of ceramic electrodes that close the opening and oppose each other;
A gas supply system for supplying a laser gas to a discharge region between the pair of ceramic electrodes;
There is provided a gas laser oscillator having an air inflow suppressing structure configured to suppress air from flowing into the discharge region through the opening when the ceramic electrode is broken.
セラミック電極が破損した場合に、放電領域への大気の流入が抑制されるため、放電領域の圧力が急激に上昇することに起因する故障を防止することができる。 When the ceramic electrode is damaged, the inflow of air into the discharge region is suppressed, so that it is possible to prevent a failure due to a rapid increase in the pressure in the discharge region.
[実施例1]
図1に、実施例1によるガスレーザ発振器の断面図を示す。実施例1によるガスレーザ発振器のレーザ容器10が、放電チェンバ20、送風チェンバ30、及びガス循環路40で構成される。放電チェンバ20、ガス循環路40、及び送風チェンバ30により、閉じたガスの循環経路が形成される。レーザ容器10内に、レーザガス、例えば炭酸ガス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。チェンバ同士は気密に連結されており、レーザ容器10内の気密性が確保されている。
[Example 1]
FIG. 1 is a sectional view of a gas laser oscillator according to the first embodiment. The
送風チェンバ30内に、送風機31が取り付けられている。送風機31により、レーザガスが、送風チェンバ30、放電チェンバ20及びガス循環路40内をこの順番に循環する。
A
放電チェンバ20の、相互に対向する壁面に、それぞれ開口21が形成されている。一対のセラミック電極22が、それぞれ開口21を塞いでいる。一対のセラミック電極22の間に、放電領域23が画定される。放電領域23は、レーザガスの流れの方向と直交する方向に長い形状を有する。レーザガスの流れの方向、放電が生じる方向、及びレーザ光が伝搬する方向が、相互に直交する。電源25が、セラミック電極22に交流電力を供給する。
ガス循環路40の一部に、熱交換器41が配置されている。熱交換器41は、レーザガスを冷却する。圧力センサ43が、レーザ容器10内の圧力を測定する。圧力の測定結果が制御装置50に入力される。制御装置50は、圧力の測定結果に基づいて、電源25及び送風機31のオンオフを制御する。
A
ガス循環路40、送風チェンバ30、送風機31が、放電領域23にレーザガスを供給するガス供給系を構成する。
The
図2に、放電チェンバ20及びセラミック電極22の断面図を示す。放電チェンバ20の、相互に対向する壁面に、それぞれ開口21が形成されている。一対の開口21を、それぞれ一対のセラミック電極22が塞いでいる。一対のセラミック電極22の間に、放電領域23が画定される。放電チェンバ20の壁面とセラミック電極22との間にシール部材60、例えばOリングが挿入されており、放電領域23の気密性が確保されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
セラミック電極22の各々は、セラミック部材26及び導電部材27を含む。セラミック部材26が、開口21を塞いでいる。セラミック部材26の、放電領域23に対向する表面に、ガスの流れの方向と直交する方向(図2において紙面に垂直な方向)に延びる凸部28が形成されている。
Each
セラミック部材26の外側の表面に凹部29が形成されている。凹部29は、凸部28と対応する位置に配置されている。凹部29内に、導電部材27が収容されている。セラミック電極22の外側の表面に、樹脂膜65が形成されている。樹脂膜65に、導電部材27の一部を露出させる開口が形成されている。この開口内に、接続用導体61が配置される。電源25(図1)から、接続用導体61を介して、導電部材27に交流電力が供給される。
A
樹脂膜65は、セラミック部材26よりも脆性が低い。セラミック部材26に割れが発
生しても、樹脂膜65が割れ目の部分を塞ぐため、気密性が破壊されにくい。
The
図3を参照して、セラミック電極22が破損したときの制御装置50の制御方法について説明する。図3の横軸は経過時間を表し、縦軸はレーザ容器10内の圧力を示す。正常な稼働状態におけるレーザ容器10(図1)内の圧力をPnで表す。圧力Pnは、大気圧Patより低い。時刻t0において、セラミック電極22(図2)に割れが生じたとする。セラミック電極22に割れが生じても、樹脂膜65が割れ目を塞いでいるため、割れ目を通したリークは少ない。このため、レーザ容器10内の圧力は、図3に実線で示したように、リーク量に応じて徐々に上昇する。時刻t1において、レーザ容器10内の圧力が、閾値Pthに達する。制御装置50(図1)は、レーザ容器10内の圧力が閾値を越えたことを検出すると、送風機31及び電源25(図1)を停止させる。
With reference to FIG. 3, the control method of the
樹脂膜65が形成されていない場合には、セラミック電極22に割れが生じると、セラミックの脆性のために、セラミック電極22が直ちに複数の破片に分断されてしまう場合がある。セラミック電極22が破壊されると、図3に破線で示したように、レーザ容器10内の圧力が急激に上昇し、大気圧Patまで到達する。このため、送風機31及び電源25が、停止するまでに、大気圧の条件下で稼働する。送風機31及び電源25が、通常の条件とは大きく異なる条件の下で稼働するため、故障が発生しやすい。
In the case where the
実施例1では、セラミック電極22に割れが生じた場合、レーザ容器10内の圧力が徐々に上昇するため、送風機31及び電源25を、故障が発生する前に停止させることができる。樹脂膜65は、セラミック部材26が破損したときに、開口21を通って放電領域23へ大気が流入することを抑制する大気流入抑制構造としての役割を担う。
In the first embodiment, when the
実施例1では、大気流入抑制構造として樹脂膜65を用いたが、樹脂膜65に代えて、セラミックよりも脆性の低い柔軟な材料からなる膜を用いてもよい。
In the first embodiment, the
[実施例2]
図4に、実施例2によるガスレーザ装置の放電チェンバ20及びセラミック電極22の断面図を示す。以下、実施例1との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例1では、大気流入抑制構造として、樹脂膜65(図2)が用いられていたが、実施例2では、セラミック電極22に樹脂膜65が形成されていない。
[Example 2]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
放電チェンバ20の外側に一対の密閉板66が取り付けられている。一対の密閉板66は、それぞれ一対の開口21を塞ぎ、セラミック電極22との間に気密空間69を形成している。密閉板66には、セラミック部材26よりも脆性の低い材料、例えば金属が形成用いられる。密閉板66と放電チェンバ20の壁面との間に、シール部材67、例えばOリングが配置されており、気密空間69の気密性が確保されている。
A pair of sealing
導電部材27と電源25(図1)とを接続する配線68は、密閉板66と交差して気密空間69の外部に引き出される。密閉板66と配線68との交差箇所も、気密性が保たれている。気密空間69の各々の容積は、レーザ容器10(図1)の容積に比べて十分小さい。
A
次に、気密空間69の好ましい容積について説明する。気密空間69の容積をVS、通常状態における気密空間69内の圧力をPSで表す。圧力PSは大気圧である。レーザ容器10の容積をVL、運転時のレーザ容器10内の圧力をPLで表す。送風機31の運転可能最大圧力をPmaxで表す。このとき、不等式
VS<((Pmax−PL)/(PS−Pmax))×VL
を満足するように、気密空間69の容積VSを設定することが好ましい。ここで、PL<
Pmax<PSは成立すると仮定する。この不等式が満たされるとき、一方のセラミック電極22が破損しても、送風機31の損傷を防止することができる。
Next, a preferable volume of the
It is preferable to set the volume VS of the
Assume that Pmax <PS holds. When this inequality is satisfied, even if one
実施例2では、セラミック電極22が損傷すると、気密空間69内の大気がレーザ容器10(図1)内に流入する。ところが、気密空間69の容積がレーザ容器10の容積に比べて十分小さいため、レーザ容器10内の圧力が、送風機31の運転可能最大圧力以上に上昇することはない。
In the second embodiment, when the
図5を参照して、セラミック電極22が破損したときの制御装置50(図1)の制御方法について説明する。図5の横軸は経過時間を表し、縦軸はレーザ容器10内の圧力を示す。正常な稼働状態におけるレーザ容器10(図1)内の圧力をPnで表す。時刻t0において、セラミック電極22(図4)に割れが生じたとする。気密空間69(図4)内の大気がレーザ容器10(図1)内に流入するため、図5において実線で示すように、気密空間69内の圧力とレーザ容器10内の圧力が等しくなるまで、レーザ容器10内の圧力が上昇する。気密空間69の容積がレーザ容器10の容積に比べて十分小さいため、レーザ容器10内の圧力の上昇幅は僅かである。
With reference to FIG. 5, the control method of the control apparatus 50 (FIG. 1) when the
閾値Pthが、レーザ容器10内の上昇後の圧力よりも低い値に設定されている。セラミック電極22が損傷した後、時刻t1において、レーザ容器10内の圧力が閾値Pthに達する。制御装置50(図1)は、レーザ容器10内の圧力が閾値Pthに達したことを検出すると、実施例1の場合と同様に、送風機31及び電源25を停止させる。
The threshold value Pth is set to a value lower than the pressure after the rise in the
実施例2においても、レーザ容器10内の圧力が過度に上昇する前に、送風機31及び電源25を停止させることができるため、セラミック電極22の破損に起因する装置故障を防止することができる。
Also in the second embodiment, since the
送風機31及び電源25が停止した後は、レーザ容器10内に大気が流入してもよい。したがって、密閉板66と放電チェンバ20との間に、僅かのリークが生じていてもよい。
After the
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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 レーザ容器
20 放電チェンバ
21 開口
22 セラミック電極
23 放電領域
25 電源
26 セラミック部材
27 導電部材
28 凸部
29 凹部
30 送風チェンバ
31 送風機
40 ガス循環路
41 熱交換器
43 圧力センサ
50 制御装置
60 シール部材
61 接続用導体
65 樹脂膜
66 密閉板
67 シール部材
68 配線
69 気密空間
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記開口を塞ぎ、相互に対向する一対のセラミック電極と、
一対の前記セラミック電極の間の放電領域に、レーザガスを供給するガス供給系と、
前記セラミック電極が破損したときに、前記開口を通って前記放電領域へ大気が流入することを抑制するように構成された大気流入抑制構造と
を有するガスレーザ発振器。 A discharge chamber in which openings are formed on the walls facing each other;
A pair of ceramic electrodes that close the opening and oppose each other;
A gas supply system for supplying a laser gas to a discharge region between the pair of ceramic electrodes;
A gas laser oscillator having an air inflow suppressing structure configured to suppress air from flowing into the discharge region through the opening when the ceramic electrode is damaged.
前記ガス循環路にレーザガスを循環させる送風機と
を有し、
さらに、
前記セラミック電極に交流電力を供給する電源と、
前記ガス循環路の内部の圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサの測定結果に基づいて、前記送風機及び前記電源を停止させる制御装置と
を有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガスレーザ発振器。 The gas supply system includes a gas circulation path having the discharge region in the path;
A blower for circulating laser gas in the gas circulation path,
further,
A power source for supplying AC power to the ceramic electrode;
A pressure sensor for measuring the pressure inside the gas circuit;
The gas laser oscillator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control device that stops the blower and the power source based on a measurement result of the pressure sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013014325A JP2014146691A (en) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | Gas laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013014325A JP2014146691A (en) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | Gas laser oscillator |
Publications (1)
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JP2014146691A true JP2014146691A (en) | 2014-08-14 |
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ID=51426703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2013014325A Pending JP2014146691A (en) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | Gas laser oscillator |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
2013
- 2013-01-29 JP JP2013014325A patent/JP2014146691A/en active Pending
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