JP2829118B2 - 金属蒸気レーザ装置 - Google Patents
金属蒸気レーザ装置Info
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- JP2829118B2 JP2829118B2 JP30178890A JP30178890A JP2829118B2 JP 2829118 B2 JP2829118 B2 JP 2829118B2 JP 30178890 A JP30178890 A JP 30178890A JP 30178890 A JP30178890 A JP 30178890A JP 2829118 B2 JP2829118 B2 JP 2829118B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は金属蒸気レーザ装置に係り、特に大出力化が
可能であると共に装置の寿命を延長することができる金
属蒸気レーザ装置に関する。
可能であると共に装置の寿命を延長することができる金
属蒸気レーザ装置に関する。
（従来の技術） 主に、レーザ加工、光反応プロセス、同位体原子の励
起イオン化等に使用される金属蒸気レーザ装置のレーザ
管は、第２図に示すように、セラミック管１の外周を断
熱材２で覆った上にガラス管３を被せた放電管４が、そ
の両端に配置されたＯリング５を介して外管６の内部に
設置される。外管６の両端には、それぞれ窓７および励
起電圧印加用の電極８が設けられる。セラミック管１の
内側には金属片９が配置され、管内にはバッファガスが
充填される。
起イオン化等に使用される金属蒸気レーザ装置のレーザ
管は、第２図に示すように、セラミック管１の外周を断
熱材２で覆った上にガラス管３を被せた放電管４が、そ
の両端に配置されたＯリング５を介して外管６の内部に
設置される。外管６の両端には、それぞれ窓７および励
起電圧印加用の電極８が設けられる。セラミック管１の
内側には金属片９が配置され、管内にはバッファガスが
充填される。
このように構成されたレーザ管10は、電極８に図示し
ない外部の電源から高電圧を印加し、バッファガス中で
放電させて金属片９を溶かし、レーザ光を発生させる。
ない外部の電源から高電圧を印加し、バッファガス中で
放電させて金属片９を溶かし、レーザ光を発生させる。
（発明が解決しようとする課題） 上記金属蒸気レーザ装置は、例えばセラミック管１内
に配置される金属片９に銅を用いた場合には、銅蒸気レ
ーザと呼ばれる。銅蒸気レーザにおいて、放電によって
金属片（銅）９を溶かしてレーザ光を発生させるために
は、セラミック管１の温度を1500℃以上に保つ必要があ
る。レーザ出力は、セラミック管１内の1500℃以上の高
温領域（ホットエリア）の長さにほぼ比例する。
に配置される金属片９に銅を用いた場合には、銅蒸気レ
ーザと呼ばれる。銅蒸気レーザにおいて、放電によって
金属片（銅）９を溶かしてレーザ光を発生させるために
は、セラミック管１の温度を1500℃以上に保つ必要があ
る。レーザ出力は、セラミック管１内の1500℃以上の高
温領域（ホットエリア）の長さにほぼ比例する。
しかし、1500℃程度の高温では、熱が幅射によって逃
げていくことが支配的であるため、セラミック管１の窓
７の近くでは、放射冷却によって温度が低下していた。
したがって、大出力レーザの開発のためには、長いセラ
ミック管１を用いて長い高温領域を作る必要があった。
げていくことが支配的であるため、セラミック管１の窓
７の近くでは、放射冷却によって温度が低下していた。
したがって、大出力レーザの開発のためには、長いセラ
ミック管１を用いて長い高温領域を作る必要があった。
しかしながら、セラミック管１は長いものを製造する
ことが技術的に困難で、製造することができてもコスト
が高く、また曲がり等の精度上の問題がある。さらに、
長いセラミック管１は熱伸縮が大きく、運転を繰り返す
と断熱材２等に負荷が掛り、寿命が短くなる。これらの
ことから、レーザ出力の向上には限界があった。
ことが技術的に困難で、製造することができてもコスト
が高く、また曲がり等の精度上の問題がある。さらに、
長いセラミック管１は熱伸縮が大きく、運転を繰り返す
と断熱材２等に負荷が掛り、寿命が短くなる。これらの
ことから、レーザ出力の向上には限界があった。
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、装置
の大出力化を図ることができると共に、レーザ管の寿命
を延長することができる金属蒸気レーザ装置を提供する
ことを目的とする。
の大出力化を図ることができると共に、レーザ管の寿命
を延長することができる金属蒸気レーザ装置を提供する
ことを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は、セラミック管の外周を断熱材で包囲し、こ
の断熱材の外側に外管を設け、上記セラミック管の内壁
に金属片を配置してレーザ管ユニットを構成し、このレ
ーザ管ユニットを軸方向に直列に連結して両外管を相互
に接合し、さらに各外管の外端部を閉じて外管内を気密
とし、両セラミック管の間でセラミック管の内側にバッ
ファガスを供給するガス供給装置を設ける一方、両セラ
ミック管の曲に高圧電極を介在させ、各セラミック管の
外端部にアース電極を設け、上記高圧電極に高電圧を印
加させる電圧印加装置を設けたものである。
の断熱材の外側に外管を設け、上記セラミック管の内壁
に金属片を配置してレーザ管ユニットを構成し、このレ
ーザ管ユニットを軸方向に直列に連結して両外管を相互
に接合し、さらに各外管の外端部を閉じて外管内を気密
とし、両セラミック管の間でセラミック管の内側にバッ
ファガスを供給するガス供給装置を設ける一方、両セラ
ミック管の曲に高圧電極を介在させ、各セラミック管の
外端部にアース電極を設け、上記高圧電極に高電圧を印
加させる電圧印加装置を設けたものである。
（作用） 両セラミック管の間でセラミック管の内側にガス供給
装置からバッファガスを導入することで、両セラミック
管の中央部の高電圧部にバッファガス（放電ガス）を加
圧状態で導入することができ、両セラミック管間の高圧
電極に電圧印加装置により放電電圧を印加すると、バッ
ファガス中で放電が起る一方、バッファガス中で生じる
放電が安定し、耐高電圧設計上有利である。この放電は
両セラミック管の間に介在された高圧電極と各セラミッ
ク管の外端部に設けられたアース電極との間で起る。放
電により次第に温度が上昇すると、やがて金属片が融解
して金属蒸気を発生し、この金属が放電プラズマ中の電
子によって励起され、レーザ発振が起る。本発明では、
レーザ管ユニットを軸方向に直列に連結したから、長い
レーザ管とすることができ、長い高温領域を作ることが
できる。また、レーザ出力が高温領域の長さにほぼ比例
することから、レーザ出力を大幅に増大させることが可
能となる。また、セラミック管は各レーザ管ユニット毎
に分割されているため、長いセラミック管を設ける必要
がない。したがって、熱伸縮を小さく抑えることがで
き、断熱材等への影響を抑えることにより装置の長寿命
化を図ることができる。
装置からバッファガスを導入することで、両セラミック
管の中央部の高電圧部にバッファガス（放電ガス）を加
圧状態で導入することができ、両セラミック管間の高圧
電極に電圧印加装置により放電電圧を印加すると、バッ
ファガス中で放電が起る一方、バッファガス中で生じる
放電が安定し、耐高電圧設計上有利である。この放電は
両セラミック管の間に介在された高圧電極と各セラミッ
ク管の外端部に設けられたアース電極との間で起る。放
電により次第に温度が上昇すると、やがて金属片が融解
して金属蒸気を発生し、この金属が放電プラズマ中の電
子によって励起され、レーザ発振が起る。本発明では、
レーザ管ユニットを軸方向に直列に連結したから、長い
レーザ管とすることができ、長い高温領域を作ることが
できる。また、レーザ出力が高温領域の長さにほぼ比例
することから、レーザ出力を大幅に増大させることが可
能となる。また、セラミック管は各レーザ管ユニット毎
に分割されているため、長いセラミック管を設ける必要
がない。したがって、熱伸縮を小さく抑えることがで
き、断熱材等への影響を抑えることにより装置の長寿命
化を図ることができる。
（実施例） 本発明に係る金属蒸気レーザ装置の一実施例について
第１図を参照して説明する。
第１図を参照して説明する。
金属蒸気レーザ装置には、一対のレーザ管ユニット12
A,12Bが設けられ、これらのレーザ管ユニット12A,12Bが
軸方向に直列に連結される。レーザ管ユニット12Aはぼ
ぼ円筒形状で両端部にフランジ13a,13bが形成された外
管14A内に放電管15Aが収容される。放電管15Aは両端部
においてＯリング16a,16bを介して外管14A内に気密に保
持される。放電管15Aはセラミック管17Aの外周が断熱材
18Aで包囲され、この断熱材18Aの外周をガラス管19Aで
覆って構成される。
A,12Bが設けられ、これらのレーザ管ユニット12A,12Bが
軸方向に直列に連結される。レーザ管ユニット12Aはぼ
ぼ円筒形状で両端部にフランジ13a,13bが形成された外
管14A内に放電管15Aが収容される。放電管15Aは両端部
においてＯリング16a,16bを介して外管14A内に気密に保
持される。放電管15Aはセラミック管17Aの外周が断熱材
18Aで包囲され、この断熱材18Aの外周をガラス管19Aで
覆って構成される。
セラミック管17Aの両側にはパルス状の高電圧が印加
される高圧電極20およびアース電極21Aが配設され、セ
ラミック管17Aの内壁には、例えば銅材から成る複数の
金属片22が分散配置される。外管14Aのアース電極21A側
の端部には縮径部23Aがフランジ24a,13aを介して接合さ
れ、この縮径部23Aの端部にはレーザ光線を放出するた
めのレーザ窓25Aが設けられる。
される高圧電極20およびアース電極21Aが配設され、セ
ラミック管17Aの内壁には、例えば銅材から成る複数の
金属片22が分散配置される。外管14Aのアース電極21A側
の端部には縮径部23Aがフランジ24a,13aを介して接合さ
れ、この縮径部23Aの端部にはレーザ光線を放出するた
めのレーザ窓25Aが設けられる。
他方のレーザ管ユニット12Bも同様の構造を有するた
め、同様の符号を付して重複説明を省略する。
め、同様の符号を付して重複説明を省略する。
両レーザ管ユニット12A,12Bのセラミック管17A,17Bは
その間に高圧電極20を介在させて配設される。また、両
レーザ管ユニット12A,12Bの外管14A,14Bは、フランジ13
b,13cを介して相互に接合され、内部が気密に保持され
る。なお符号26A,26Bは高電圧側と接地側を隔離するた
めに外管14A,14Bの胴部に設けられた絶縁ブレークを示
す。また、外管14A,14Bの外側には、セラミック管17A,1
7Bから断熱材18A,18Bを通過して外部へ漏洩する熱を吸
収して例する図示しない水冷装置が備えられる。
その間に高圧電極20を介在させて配設される。また、両
レーザ管ユニット12A,12Bの外管14A,14Bは、フランジ13
b,13cを介して相互に接合され、内部が気密に保持され
る。なお符号26A,26Bは高電圧側と接地側を隔離するた
めに外管14A,14Bの胴部に設けられた絶縁ブレークを示
す。また、外管14A,14Bの外側には、セラミック管17A,1
7Bから断熱材18A,18Bを通過して外部へ漏洩する熱を吸
収して例する図示しない水冷装置が備えられる。
このように構成されたレーザ管12には、セラミック管
17A,17Bの内側にバッファガス（通常ネオン（Ne）ガ
ス）を供給するガス供給装置28が接続される。ガス供給
装置28にはバッファガスを貯蔵したガスボンベ29が備え
られ、このガスボンベ29から延びるガス供給配管30に圧
力調整用の減圧弁31およびニードルバルブ32が介装さ
れ、そのガス供給配管30の末端が両外管14A,14Bのフラ
ンジ13b,13cの間を通ってセラミック管17A,17Bの内側へ
バッファガスを供給可能にレーザ管12に接続される。ま
た、両縮径部23A,23Bには、排気ニードルバルブ33A,33B
を介装した排気管34を介して真空ポンプ35が接続され
る。
17A,17Bの内側にバッファガス（通常ネオン（Ne）ガ
ス）を供給するガス供給装置28が接続される。ガス供給
装置28にはバッファガスを貯蔵したガスボンベ29が備え
られ、このガスボンベ29から延びるガス供給配管30に圧
力調整用の減圧弁31およびニードルバルブ32が介装さ
れ、そのガス供給配管30の末端が両外管14A,14Bのフラ
ンジ13b,13cの間を通ってセラミック管17A,17Bの内側へ
バッファガスを供給可能にレーザ管12に接続される。ま
た、両縮径部23A,23Bには、排気ニードルバルブ33A,33B
を介装した排気管34を介して真空ポンプ35が接続され
る。
また、レーザ管12には高圧電極20にパルス状の高電圧
を印加するための電圧印加装置37が接続される。すなわ
ち、高圧電極20および両アース電極21A,21B間にはピー
キングコンデンサ38A,38Bおよび充電抵抗39A,39Bを並列
したものが導電性の外管14A,14Bを介して電気的に接続
される。そして、高圧電極20には充電コンデンサ40を介
してホールドオフダイオード41、共振充電チョーク42の
直列回路を経て、高圧直流電源（例えば６〜12KV程度）
の正側に接続される。高圧直流電源の負側は、接地線と
て他方のアース電極21A,21Bに直接接続される。
を印加するための電圧印加装置37が接続される。すなわ
ち、高圧電極20および両アース電極21A,21B間にはピー
キングコンデンサ38A,38Bおよび充電抵抗39A,39Bを並列
したものが導電性の外管14A,14Bを介して電気的に接続
される。そして、高圧電極20には充電コンデンサ40を介
してホールドオフダイオード41、共振充電チョーク42の
直列回路を経て、高圧直流電源（例えば６〜12KV程度）
の正側に接続される。高圧直流電源の負側は、接地線と
て他方のアース電極21A,21Bに直接接続される。
ここで、充電コンデンサ40の容量は、通常４〜20nF程
度が用いられ、ピーキングコンデンサ38A,38Bの容量
は、その1/2〜1/5程度とされる。さらに、サイラトロン
43のアノードがホールドオフダイオード41と充電コンデ
ンサ40の接地点に接続され、カソードが接地線に接続さ
れる。
度が用いられ、ピーキングコンデンサ38A,38Bの容量
は、その1/2〜1/5程度とされる。さらに、サイラトロン
43のアノードがホールドオフダイオード41と充電コンデ
ンサ40の接地点に接続され、カソードが接地線に接続さ
れる。
次に、上記実施例の作用について説明する。
レーザ管12に満たされるバッファガスは、ガスボンベ
29から減圧弁31によって減圧された後、さらにニードル
バルブ32の絞りにより調整されてレーザ管12に供給され
ると同時に、レーザ管12のバッファガスを真空ポンプ35
によって吸引し、排気ニードルバルブ33A,33Bの調整に
よりガス圧が10〜60Torr程度、流量が0.01〜50/h程度
になるように制御される。
29から減圧弁31によって減圧された後、さらにニードル
バルブ32の絞りにより調整されてレーザ管12に供給され
ると同時に、レーザ管12のバッファガスを真空ポンプ35
によって吸引し、排気ニードルバルブ33A,33Bの調整に
よりガス圧が10〜60Torr程度、流量が0.01〜50/h程度
になるように制御される。
次に、高圧電流電極（図示せず）を始動し、トリガ回
路（図示せず）から１〜10KHzの繰返し周波数を持つト
リガ信号をサイラトロン43のグリッドに加えると、共振
充電チョーク42とホールドオフダイオード41によって、
高圧直流電源の電圧の２倍の電圧に充電された充電コン
デンサ40の電荷が、サイラトロン43が導通を繰り返す度
毎に高圧電極20およびアース電極21A,21Bを通じてレー
ザ管12内に印加され、放電が行なわれる。なお、ピーキ
ングコンデンサ38A,38Bはサイラトロン43の立上りを早
める作用をしている。
路（図示せず）から１〜10KHzの繰返し周波数を持つト
リガ信号をサイラトロン43のグリッドに加えると、共振
充電チョーク42とホールドオフダイオード41によって、
高圧直流電源の電圧の２倍の電圧に充電された充電コン
デンサ40の電荷が、サイラトロン43が導通を繰り返す度
毎に高圧電極20およびアース電極21A,21Bを通じてレー
ザ管12内に印加され、放電が行なわれる。なお、ピーキ
ングコンデンサ38A,38Bはサイラトロン43の立上りを早
める作用をしている。
この放電が繰り返されることにより、断熱材18A,18B
に囲まれたセラミック管17A,17Bの温度が上昇し、やが
て金属片22が融解して金属蒸気が発生する。金属片22と
して銅材を用いる場合には、銅の蒸気圧はセラミック管
17A,17Bの温度が1500℃程度のときに最もよい条件とな
り、放電プラズマ中の電子によってこの銅が励起され、
逆転分布を生じる結果、レーザ発振が行なわれる。
に囲まれたセラミック管17A,17Bの温度が上昇し、やが
て金属片22が融解して金属蒸気が発生する。金属片22と
して銅材を用いる場合には、銅の蒸気圧はセラミック管
17A,17Bの温度が1500℃程度のときに最もよい条件とな
り、放電プラズマ中の電子によってこの銅が励起され、
逆転分布を生じる結果、レーザ発振が行なわれる。
この場合、各レーザ管ユニット12A,12Bの両セラミッ
ク管17A,17Bは、高圧電極20とアース電極21A,21Bとの間
の放電により共に高温度になり、両レーザ管ユニット12
A,12Bが互いに接合されているため、セラミック管17A,1
7Bの高温領域（ホットエリア）の長さを従来に比較して
倍増することができる。その結果、レーザ出力は飛躍的
に向上する、また、両レーザ管ユニット12A,12Bのセラ
ミック管17A,17Bは相互に分割されているため、セラミ
ック管17A,17Bの熱伸縮による断熱材18A,18B等への影響
を抑制することができ、装置の長寿命化を図ることがで
きる。
ク管17A,17Bは、高圧電極20とアース電極21A,21Bとの間
の放電により共に高温度になり、両レーザ管ユニット12
A,12Bが互いに接合されているため、セラミック管17A,1
7Bの高温領域（ホットエリア）の長さを従来に比較して
倍増することができる。その結果、レーザ出力は飛躍的
に向上する、また、両レーザ管ユニット12A,12Bのセラ
ミック管17A,17Bは相互に分割されているため、セラミ
ック管17A,17Bの熱伸縮による断熱材18A,18B等への影響
を抑制することができ、装置の長寿命化を図ることがで
きる。
なお、上記実施例においては、金属片22に銅材を用い
た場合について説明したが、その他の金属を用いた場合
についても同様に適用することができる。
た場合について説明したが、その他の金属を用いた場合
についても同様に適用することができる。
本発明に係る金属蒸気レーザ装置は、レーザ管ユニッ
トを軸方向に直列に連結したから、セラミック管を軸方
向に直列に配設し、高温領域の長さを大幅に増大させる
ことができる。したがって、レーザ出力の大出力化を図
ることができる。また、両レーザ管ユニットのセラミッ
ク管が相互に分割されているため、セラミック管の熱伸
縮による断熱材等への影響を抑制し、装置の長寿命化を
図ることができる。
トを軸方向に直列に連結したから、セラミック管を軸方
向に直列に配設し、高温領域の長さを大幅に増大させる
ことができる。したがって、レーザ出力の大出力化を図
ることができる。また、両レーザ管ユニットのセラミッ
ク管が相互に分割されているため、セラミック管の熱伸
縮による断熱材等への影響を抑制し、装置の長寿命化を
図ることができる。
さらに、両セラミック管の間でセラミック管の内側に
ガス供給装置からバッファガスを導入することで、両セ
ラミック管の中央部の高電圧部にバッファガス（放電ガ
ス）を加圧状態で導入させることができ、両セラミック
管間の高圧電極に電圧印加装置により放電電圧を印加さ
せると、バッファガス中で放電が起る一方、バッファガ
ス中で生じる放電が安定し、耐高電圧設計上有利となる
等の効果を奏する。
ガス供給装置からバッファガスを導入することで、両セ
ラミック管の中央部の高電圧部にバッファガス（放電ガ
ス）を加圧状態で導入させることができ、両セラミック
管間の高圧電極に電圧印加装置により放電電圧を印加さ
せると、バッファガス中で放電が起る一方、バッファガ
ス中で生じる放電が安定し、耐高電圧設計上有利となる
等の効果を奏する。
第１図は本発明に係る金属蒸気レーザ装置の一実施例を
示す構成図、第２図は従来の金属蒸気レーザ装置のレー
ザ管を示す構成図である。 12A,12B……レーザ管ユニット、14A,14B……外管、15A,
15B……ガラス管、17A,17B……セラミック管、18A,18B
……断熱材、20……高圧電極、21A,21B……アース電
極、22……金属片、28……ガス供給装置、37……電圧印
加装置。
示す構成図、第２図は従来の金属蒸気レーザ装置のレー
ザ管を示す構成図である。 12A,12B……レーザ管ユニット、14A,14B……外管、15A,
15B……ガラス管、17A,17B……セラミック管、18A,18B
……断熱材、20……高圧電極、21A,21B……アース電
極、22……金属片、28……ガス供給装置、37……電圧印
加装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−68992（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110682（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/03 - 3/036 H01S 3/227
Claims (1)
- 【請求項１】セラミック管の外周を断熱材で包囲し、こ
の断熱材の外側に外管を設け、上記セラミック管の内壁
に金属片を配置してレーザ管ユニットを構成し、このレ
ーザ管ユニットを軸方向に直列に連結して外管を相互に
接合し、さらに各外管の外端部を閉じて外管内を気密と
し、両セラミック管の間でセラミック管の内側にバッフ
ァガスを供給するガス供給装置を設ける一方、両セラミ
ック管の間に高圧電極を介在させ、各セラミック管の外
端部にアース電極を設け、上記高圧電極に高電圧を印加
させる電圧印加装置を設けたことを特徴とする金属蒸気
レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30178890A JP2829118B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 金属蒸気レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30178890A JP2829118B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 金属蒸気レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174576A JPH04174576A (ja) | 1992-06-22 |
| JP2829118B2 true JP2829118B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=17901185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30178890A Expired - Lifetime JP2829118B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 金属蒸気レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2829118B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-07 JP JP30178890A patent/JP2829118B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04174576A (ja) | 1992-06-22 |
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