JPH0126553B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 比較的薄い電気絶縁性材料で作られた気体封
入円筒管と、 該管内にあり、かつその軸線に対して概略垂直
である複数の離隔されたデイスクであつて、各々
が前記管の軸線と共軸的に整合された中央部開口
を有しており、該開口が中心部放電路を画成する
デイスクと、 高い熱伝導度を有した複数のカツプ状部材であ
つて各々が概略平坦な面、概略円筒形状のリム、
及び該平坦な面の中央にある開口を有しているカ
ツプ状部材とを含んでおり、 該カツプ状部材が前記各々のデイスクの中央部
開口から前記管の壁に至りかつ該管壁を通過する
熱伝導路を与え、該各々のカツプ状部材の開口の
周縁に前記デイスクが装着され、さらに、前記管
の内側壁沿いに該各々のカツプ状部材のリムの遠
方側の縁が永久的に固定されており、さらに、 前記管内の気体を励起する装置と、 前記管と整合された光学的空洞と を含むレーザ。

２ 請求の範囲第１項に記載のレーザにおいて、
前記各々のカツプ状部材は前記開口と前記リムと
の間に少なくとも一つの気体戻り穴を有するレー
ザ。

３ 請求の範囲第２項に記載のレーザにおいて、
前記各カツプ状部材は、前記中央部開口に共軸的
に整合され、さらに、隣り合うカツプ状部材との
間の少なくとも一部分に延出し、かつ前記気体戻
り穴までの半径方向位置以下の半径を有する遮蔽
体を含むレーザ。

４ 請求の範囲第３項に記載のレーザにおいて、
前記リング遮蔽体は隣接する前記カツプ状部材の
本体内に延びるレーザ。

５ 請求の範囲第２項に記載のレーザにおいて、
前記リング遮蔽体の直径は前記管内における気体
ポンピング量を制御すべく選択されるレーザ。

６ 請求の範囲第２項に記載のレーザにおいて、
前記気体戻り穴の寸法かつまたは位置は前記カツ
プ状部材により様々であるレーザ。

７ 請求の範囲第２項に記載のレーザにおいて、
前記リング遮蔽体の直径は前記管内で気体圧力勾
配に局所的変化を生じさせるように選択されるレ
ーザ。

８ 請求の範囲第１項に記載のレーザにおいて、
陽極から発生した熱が前記管に、さらに該管を通
過して伝導されるように、該陽極が前記カツプ状
部材によつて前記管内に固定されているレーザ。

９ 請求の範囲第１項に記載のレーザにおいて、
前記電気絶縁性の管はセラミツクであるレーザ。

１０ 請求の範囲第９項に記載のレーザにおい
て、前記セラミツク管はアルミナ製であるレー
ザ。

１１ 請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、前記カツプ状部材は銅製であるレーザ。

１２ 請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、前記デイスクはタングステン製であるレー
ザ。

１３ 請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、前記カツプ状部材はろう付けによつて固定さ
れるレーザ。

１４ 比較的に薄い電気絶縁材料で作られた気体
封入円筒管と、 高い熱伝導度を有する材料で作られた複数の薄
壁部材であつて、各々が前記管の軸線に共軸的に
整合された中央開口を有し、該開口が中心部放電
路を画成している部材とを有しており、 該各薄壁部材の中央開口から前記管壁に至り、
かつ該管壁を通過する熱伝導路が形成され、前記
管の内側壁沿いに前記各薄壁部材の遠方側の縁が
永久的に固定され、前記各中央開口が耐スパツタ
性材料で囲まれており、さらに、 前記管内の気体を励起する装置と、 前記管に整合された光学的空洞と を含むレーザ。

１５ 請求の範囲第１４項に記載のレーザにおい
て、前記各々の薄壁部材は少なくとも一つの気体
戻り穴を有しているレーザ。

１６ 請求の範囲第１５項に記載のレーザにおい
て、前記薄壁部材に同軸的に固定されて前記管内
のガスの流れを制御する遮蔽体を有するレーザ。

１７ 請求の範囲第１４項に記載のレーザにおい
て、前記電気絶縁性材料製の円筒管はアルミナ製
であり、前記薄壁部材は銅製であり、前記耐スパ
ツタ性材料はタングステンであるレーザ。

１８ 気体レーザ放電管を製造する方法であつ
て、管の軸線に概略整合された中心開口を各々有
する複数の離隔された熱伝導性部材を、電気絶縁
性の該管内に組立てる段階と、 中央部開口を各々有する耐スパツタ性デイスク
を、前記各熱伝導性部材に隣接して設ける段階
と、 前記デイスクの中央部開口を貫通した心金を引
つ張つて光学的に真直ぐな孔を画成するように該
デイスクを厳密に整合させる段階と、 前記熱伝導性部材を前記電気絶縁性管に永久的
に固定し、さらに、前記デイスクを該熱伝導性部
材に永久的に固定する段階と を含む方法。

１９ 請求の範囲第１８項に記載の方法におい
て、前記固定する段階は前記熱伝導性部材を前記
電気絶縁性の管にろう付けすることを含む方法。

２０ 請求の範囲第１９項に記載の方法におい
て、前記組立てる段階は前記ろう付けの前に前記
熱伝導性部材と前記電気絶縁性の管との間に硬ろ
う材料を挿入する段階を含む方法。

２１ 請求の範囲第２０項に記載の方法におい
て、前記ろう付けの段階は前記心金を引つ張つた
状態で前記管組立体全体を焼くことにより達成さ
れる方法。

２２ 請求の範囲第１９項に記載の方法におい
て、前記組立て段階は、 (a) 熱伝導性材料のカツプ状部材を形成する段階
と、 (b) 該カツプ状部材を前記管内で離隔させて挿入
する段階と、 (c) 前記カツプ状部材と前記管壁との間に硬ろう
材料を挿入する段階と、 (d) 前記カツプ状部材のリムを前記管の内壁に向
かつて拡張させて該カツプ状部材を所定位置に
保持する段階と を含む方法。

２３ 請求の範囲第２２項に記載の方法におい
て、前記デイスクと前記カツプ状部材との間に硬
ろう材料が与えられる方法。

２４ 請求の範囲第２３項に記載の方法におい
て、少なくとも二つの前記カツプ状部材は前記管
内に挿入される前にデイスクが接合されて孔の中
心線を確定する方法。

２５ 請求の範囲第２１項に記載の方法におい
て、前記焼き段階は前記心金を鉛直方向に向けて
行う方法。

２６ 請求の範囲第２２項に記載の方法におい
て、前記組立て段階は、前記各カツプ状部材の一
部として共軸的な遮蔽リングを形成することを含
む方法。

２７ 請求の範囲第１９項に記載の方法におい
て、前記熱伝導性部材は前記管内に組立てられる
前に焼鈍される方法。

２８ 請求の範囲第１８項に記載の方法におい
て、前記レーザ管の一端を陰極組立体で終端さ
せ、他端を陽極で終端させる段階を含む方法。

２９ 請求の範囲第２８項に記載の方法におい
て、前記陽極を別の熱伝導性部材により前記管壁
に装着することにより該陽極が該管内に固定され
る方法。

技術分野 本発明は気体レーザー、特に改良されたレーザ
ー放電管を有する気体イオンレーザーに関する。

背景技術 現在、数種類の市販されている気体イオンレー
ザがある。その一つの型式は気体封入ガラス管内
に複数のグラフアイトデイスクを使用する放電管
を有する。たとえば米国特許第3619810号を参照
されたい。また、他の型式においては厚壁状のベ
リリア（酸化ベリリウムBeO）の小片が放電孔
を形成すべく一体に接合されている。たとえば米
国特許第3760213号参照。

米国特許第3501714号にはもう一つの型の放電
管が説明されている。この特許においては薄壁状
の精密加工のセラミツク管が使用されている。提
案されているセラミツク材料の一つはアルミナ
（酸化アルミニウムAl₂O₃）である。放電で発生
された熱は一連の密接に離隔された円筒部分から
管外に伝導されるのであるが、これら円筒部分は
管作動時に加熱されて膨張し、セラミツク管に接
触する。

この設計は厚壁BeO型放電管よりも多数の利
点を有する。約２mmの内径と１ないし1.5cm程度
の外径を有したBeO毛細管においては酸化ベリ
リウムを流れる熱流が管外壁に引張応力を生じさ
せるが、この応力は代表的なイオンレーザーの場
合、セラミツクの破断強度の10ないし15パーセン
トに達する。アルミナは酸化ベリリウムの熱伝導
度の約七分の一の伝導度を有するので、かつその
応力は熱伝導度に反比例するので、同一寸法のア
ルミナ毛細管における応力は管を破壊するに十分
な大きさとなり得る。

しかし比較的に薄壁の管（端効果は無視する）
においては外部層における円周方向及び縦方向の
引張応力は次式で与えられる。

1/2△tαε／（１−ν）。ここで△ｔは管壁を横
断する温度勾配、αは当該材料の熱膨張率、εは
その材料のヤング率、そしてνはポアソン比であ
る。もしもアルミナ管が直径1.5インチ（3.81cm）
程度に作られると熱流に利用し得る面積が△ｔを
かなり低下させる結果、応力は実質的に管の外径
の比にまで低減され得る。

また、アルミナ管はさらに薄い壁で作ることが
出来る。酸化ベリリウム管における厚壁は構造上
の剛性を得る為であると共に水冷に大きな表面積
が必要であるからである。酸化アルミニウム管に
おいては大きな外径は構造上の剛性と水冷に利用
可能な面積の両方を与える。内径が１ 1/4インチ
（3.715cm）ないし１ 3/8インチ（3.4925cm）で外
径が１ 1/2インチ（3.81cm）ないし１ 5/8インチ
（4.1275cm）の酸化アルミニウム管における応力
計算値は、管を同一電力が流れる場合において酸
化アルミニウムの破断強度の10ないし15％に達す
る。従つて薄壁酸化アルミニウム管は管の引張強
度に匹敵する程の応力を管内に発生することなく
熱を伝導除去し得る能力において、酸化ベリリウ
ムと完全に比肩する。

しかし米国特許第3501714号に説明されている
レーザ管は設計上及び製造上の欠点を多数有して
いる。それらの欠点の多くは精密加工のセラミツ
ク管と厳格な公差を有したデイスクであつて管壁
に永久的には接合されないデイスクとを使用する
ことに由来する。

米国特許第3501714号は膨張するデイスクとセ
ラミツク管壁との間の対称的にして一様な熱的結
合を確実にするため表面仕上げ及び直径の両方に
厳格な公差を要求するデイスクの膨張を利用した
気体レーザー管について述べている。これによつ
て、製造が高価かつ困難となることに加え、もし
もこれらの公差が得られなければ、管の外壁から
出る非対称的熱流と相まつて、内部デイスクの膨
張はセラミツク管の引張強度を超えた大きな接線
方向応力を生ずるに至る。厳格な公差を保持しな
ければならないために、機械工作される管の長さ
が制限される。上述のレーザーにおいては管外径
が約1.7インチ（4.318cm）である場合でも放電管
は４インチ（10.16cm）未満である。半径方向に
対称的な熱流がある条件下ではセラミツク管の熱
応力は内部壁が外部壁よりも高温であることに帰
因する。したがつて管は外部壁におけるよりも接
線方向引張応力が大きくなるように膨張する。対
称的な半径方向の熱流がある条件下では外部壁に
おける接線方向引張応力（セラミツクは引張応力
に最も弱い）はすでにセラミツクの引張破断応力
の約20％に達する。厳格な公差が維持されたとし
ても非対称的熱流条件が発生する結果、外部セラ
ミツク管引張応力は対称的な半径方向熱流の場合
に相遇する応力よりも係数５程大きいであろうと
推測される。この条件は管を容易に破断しかねな
い。

さらに引例のような表面仕上げ公差を要求する
と（デイスク外側で16RMS以上、アルミナ管内
側壁の表面仕上げ…32RMS以上）管壁から熱流
に利用可能な実効表面積が制限される。

特許第3501714号に説明されたレーザーはガス
放電及びその外方のセラミツク製封入管の間の熱
伝達に利用可能な表面積を最大にするため、厚い
デイスクの使用に頼つている。この事実及び内部
デイスクと外部セラミツク封入管との間の貧弱な
熱的接触は、レーザー内おける気体流に対して数
通りの形態で大きなインピーダンス（抵抗）を与
える。第一に、気体流が通る円筒形チヤンネルを
厚いデイスクに用いる必要があるが、厚いデイス
クは気体流により大きなインピーダンスを生ず
る。第二にデイスクの温度はより高く、一層大き
な気体流インピーダンスを生ずる。

発明の開示 したがつて改良された気体レーザーとそれを製
造する方法を与えることが本発明の目的である。

本発明のもう一つの目的は改良された放電管、
特にイオンレーザーに使用するに適したもの、を
与えることである。

本発明のもう一つの目的は低い誤差許容範囲の
部品を使用して製造し得る改良された気体放電管
を有したイオンレーザーを与えることである。

本発明のもう一つの目的は、堅牢にして非常に
信頼性の高い気体イオンレーザーを与えることで
ある。

本発明のもう一つの目的は放電路から熱を伝導
するに効果的である放電管を有した気体イオンレ
ーザーを与えることである。

本発明のもう一つの目的は管内で気体ポンピン
グ（汲上げ）の量及び方向を制御する装置を備え
た気体イオンレーザー管を与えることである。

本発明によれば気体レーザー、特に気体イオン
レーザー、にはアルミナのような薄壁の比較的誤
差許容範囲が低いセラミツク管の放電管が使用で
きる。電気放電による熱はセラミツク管の内側壁
に永久的に接合された薄壁のカツプ部材を使用す
ることによりセラミツク管に効果的に熱伝達され
る。

放電断面積は、カツプ部材又はカツプ部材に対
し共軸的に固定された耐スパツタ性デイスク、に
設けられた開口により決定される。カツプ部材の
周縁には気体戻り穴が設けられている。

この構造を用いてプラズマ放電により発生され
た熱はこれらカツプ部材とセラミツク封入管とか
ら熱伝導されるがカツプ中心部とセラミツク管外
壁との間の温度差は小さい。この小さな温度差は
カツプ型部材とセラミツク管との間の接合が密で
あるためである。さらに特定するとこれら内部部
材は、セラミツク管に対しこれらいずれの方に丸
味不足や表面仕上げの不規則性があつても、変形
して適合する。さらにろう付け及びはんだ付け等
を行なうことにより永久的な金属接触が内部カツ
プ及び外部セラミツク壁の間に与えることが出
来、この接触はこれら双方間に高い熱伝導性を与
える。

これらの方法を用いる結果、内部部分及び外部
部分に必要な誤差許容範囲は著しく低減される。
このことはさらにこれら部分の機械工作を要せず
に非常に長い構造体の製作を可能にする。好まし
くは孔を確定しているデイスクを支持するカツプ
部材は薄壁の銅で作られる。

銅はこれらのデイスクとして使用する良好な材
料である。この理由は適当に焼鈍されれば銅は延
性を有し、容易に膨張して壁に接触し、高い伝導
性を持つからである。その結果、中央孔と壁との
間の薄い部分は小さい温度勾配を与え、内部部分
を厚くすることなく内部部分の温度上昇を低く維
持する。米国特許第3501714号におけるレーザー
の設計におけるような熱膨張の為の空間を残す必
要はない。

上の薄壁部材は米国特許第3501714号のレーザ
ー設計に使用された厚壁よりもいくつかの利点を
有する。第一に薄壁は前述したように、円周の又
は表面仕上げのいずれかの誤差の許容範囲のいず
れにも依らずに外部セラミツク管の内径に適合す
べく容易にカツプの変形が起こり得る。これによ
り硬ろう材料又ははんだ材料の毛細管作用により
一様に濡らし得る一様な薄い空間が与えられ、硬
ろう又ははんだがカツプとセラミツク管との間の
熱的接合を果す。低精度のセラミツク管と組合せ
ることによつて、比較的容易にレーザ管が製造で
きる。

第二に薄壁カツプは管内に気体貯留のための大
きな容積を与える。このことの効果として、始動
の際又はあるレベルから他のレベルに変更する場
合に管内の圧力変化を最小にするための外部に釣
合いタンクを設けることなく良好な動作が得られ
る。

第三に薄壁カツプは、遮蔽体を組合せることに
より大型で低温の、したがつて気体伝導性の高い
（圧力降下の低い）、かつ一個のデイスクの周縁上
の穴から次のデイスクの周縁上の穴に至る、経路
を与えることにより、管に沿つて低い圧力勾配を
維持し得る。

本発明のもう一つの局面によれば、カツプ部材
それぞれに対し軸線方向に輪又は遮蔽体が設けら
れており、その結果セラミツク管壁近辺の気体が
一層低温に保たれることにより、管内に貯留され
る気体の量が増大される。この遮蔽体は管内にお
ける気体ポンピングを最小にする点で又は制御す
る点で助けとなる。

本レーザー設計の特徴は陽極にもある。この陽
極は他の内部管部材と同様に装架されている。し
たがつて陽極で発生された熱は直接、伝導によつ
てセラミツク封入管を介して伝導される。陽極は
冷却水と電気的接触を持たず、電気分解が排除さ
れている。したがつて水の抵抗率及び無機質存在
量は管の寿命に影響を与えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による改良型気体イオンレーザ
ーの分解断面図である。

第２図は第１図のレーザーに使用されるカツプ
部材及び遮蔽体の断面図である。

第３図は組立ての際にセラミツク管内に配置さ
れたときの第２図のカツプ部材の部分断面図であ
る。

第４図は第３図に示した硬ろう挾みの透視図で
ある。

第５図は本発明の改良型レーザーを組立てるに
使用される挿入兼膨張工具の平面図である。

第６図は第５図の工具の一部の部分断面図であ
る。

第７図はセラミツク管内に挿入された後のカツ
プ部材を示す図である。

第８図は孔を確定している耐スパツタ性デイス
クを製造する装置を示す図である。

第９図は組立て前のデイスクの透視図である。

第１０図は第９図デイスクをカツプ部材にろう
付けするに用いる硬ろうリングの平面図である。

第１１図はデイスクにスポツト溶接された第１
０図の硬ろうリングを示す図である。

第１２図は放電管内におけるカツプとデイスク
との組立体を示す図である。

発明を実施例するための最良の形態 第１図は本発明による改良型気体イオンレーザ
ー１０の分解断面図である。レーザー１０はアル
ゴン又はクリプトン等の活性気体で満たされた、
かつ光学的空洞を形成すべく鏡１６，１８（略線
的に示す）に整合された軸線１４を有する放電管
１２を含む。放電管１２は気体封入円筒管であ
り、この放電管１２を水ジヤケツト（同様に略線
で示す）２０が囲む。水は入口２２にてジヤケツ
ト中に流入し、熱を吸収して、出口２４から流出
する。水ジヤケツトの周りには、公知の方法で放
電プラズマを閉じ込めるソレノイドがあるが図示
されていない。

放電管１２は薄壁のセラミツク管２６、陰極組
立体２８、陽極３０、及び端窓組立体３２，３４
を含む。後者窓組立体はそれぞれ陰極組立体２８
及び陽極３０に対するニツケル製窓支持管３６に
固定されている。

陰極組立体２８は電源（図示してなし）に接続
され、かつ螺旋状陰極４２に接続された二つの接
続部３８，４０を含む。陰極４２からの放射及び
スパツタリングが窓３２附近の領域に入ることを
防止するため、熱遮蔽体４４が設けられている。

プラズマ放電路及びプラズマ放電断面積は複数
のデイスク４８内に設けられる開口又は孔４６に
より決定される。デイスク４８は好ましくは耐ス
パツタ性の材料で作られる。第１図においては放
電管１２の全体が示されていないので、七個のデ
イスクのみが示されている。一つの実際の実施例
においては50個以上のそのようなデイスクが使用
されている。

デイスク４８は薄壁部材であるカツプ状部材５
８の開口４９の周縁に接合されている。これらは
銅などの優れた熱伝導体であり、かつ展延性を有
する材料で作られる。カツプ部材５０のリム
（縁）５２はセラミツク管２６の内側壁に永久的
に接合されている。カツプ部材５０のリム５２と
開口４９との間には気体戻り穴５４が設けられて
いる。プラズマ放電により発生された熱はデイス
ク４８及びカツプ部材５０からセラミツク管２６
の管壁を通して急速に伝導され、壁から熱が水冷
却材により運び去られる。

カツプ部材５６のそれぞれには円筒形の遮蔽体
（リング）５６が共軸的に装着され又は形成され
ている。これらの遮蔽体は領域５８内の気体を比
較的低温に維持する。各遮蔽体５６はカツプ５０
を介してセラミツク管２６の管壁への熱伝導によ
り冷却される。遮蔽体５６が無ければ、領域５８
内の気体は放電熱の伝導により加熱される。もし
もこれが起こると管内にはあまり重要でない気体
原子が貯留されるのでスイツチを入れてから平衡
に達するまでに長い時間が必要とされる。その理
由は放電領域内で適当な作動圧力が達成される前
に気体が気体戻り穴から陽極領域及び陰極領域に
移動しなければならないからである。遮蔽体５６
が所定位置にある場合、気体は領域６０から領域
５８に移動するだけで平衡作動条件を確立でき
る。

気体戻り穴の附近における電界の影響のもとで
気体戻り穴５４を通してイオンを加速することに
よつて気体のポンピング（汲上げ）が生じること
がある。遮蔽体５６は再結合のための表面とイオ
ンが領域５８中に遊動するためのチヤンネル６２
のみとを与えることによつて領域５８内のイオン
数を最小にする。

よく知られていることであるが、放電領域のす
べてのイオンが孔の壁に自由落下する（理論上、
ラングミユア−トンクス模型として説明されてい
る）ように低圧放電が連続的な孔内で起生すると
きは気体ポンピングは低電流時には陽極に向き、
高電流時には陰極に向く。閉じ込め構造体が附近
に壁のない領域内にあれば、ポンピングは常に陰
極に向く。したがつて遮蔽体５６の直径を適当に
選ぶことにより、装置の設計目標である最大放
電々流の下で正味のポンピングが無いようにする
ことが可能でる。これは通常の形式で内部的に気
体を戻す十分な迂回路を与えることが困難である
長いイオンレーザーにおいては考慮すべき重要点
である。

放電による気体ポンピングの方向は孔と遮蔽体
５６の形状及び直径によつて制御出来るので、管
を管に沿つたいろいろの区間で変化するようにし
得る。したがつてたとえば一領域内で陽極ポンピ
ングを持ち、他領域で陰極ポンピングを持つよう
にし得る。これは、全体としてゼロのもしくは小
さな圧力差を与えながらもプラズマ振動の成長を
最小限にするよるような圧力勾配を、管内に与え
る。もしも気体戻り穴が、孔直径よりもやや小さ
な程度の直径から著しく拡大されると気体戻り穴
から放電も通過し得る。しかしもしも直径かつま
たは位置が変えられれば放電はこれら迂回穴を多
分通過しないであろう。それはこれが起こるため
にはこの構造体の経路にかなりの無理が必要でか
らである。この無理な経路はまた、磁界に対して
平行であるよりはむしろ磁界に垂直に放電が起生
する領域を含む。このことは放電を壁に向けて起
こし、かつ単位長さ当りの放電ポテンシヤルを上
昇させる傾向を生ずる。

アルミナ管２６は「クアーズ」及び「マクダネ
ルス」等の製造業者から入手可能であり、外径
1.50インチ（3.81cm）及び壁厚0.125インチ
（0.3175cm）を有する標準品目である。内側円筒
の許容範囲は外径について±0.05インチ（0.127
cm）及びインチ直線度について0.06ないし0.12イ
ンチ（0.1524ないし0.3048cm）である。標準的な
自己ジグ法及び補助ジグ法を系列ろう付けと組合
せて使用することにより第１図に示すような孔付
き管を製造することは直接的方法であろうが、内
径及び直線度に関する大きな許容範囲がそれらの
使用を不可にする。

内径及び直線性に関する小さな許容範囲を有す
るセラミツク管が非常に高価であることは明白で
ある。以下の技術は入手可能な「標準許容範囲」
のセラミツク管を使用した第１図のイオンレーザ
ー孔付き管の製造に使用可能である。

第２図に示すように銅カツプ部材５０はドロー
イング（引抜き）によつてOFHC銅板から成形さ
れる。その後、遮蔽体５６がたとえばろう付けに
よつてカツプ５０に接合される。

第３図に示す銅カツプ５０とセラミツク管２６
との間に、リング状ろう付け材料６４（第４図）
が配置される。適当なろう付け材料の一つは「テ
イスクシル（Tiscusil）」である。この材料は、
活性金属処理と呼ばれる方法のもとでセラミツク
と金属との間の接合剤をなすペーストに使用され
ている、少量のチタニウム添加のなされた銅銀融
合体である。この処理においてはチタニウムがセ
ラミツク材料を減少させる結果、セラミツク対金
属の接合が一回の操作で果される。このことによ
りたとえば公知のモリマンガン法その他の方法に
より先行技術のセラミツク金属化法は不要であ
る。

カツプ５０はの縁表面に沿つて円周方向に延び
た溝６６を与えることが望ましいことが見出され
ている。この溝はリング状ろう付け材料に形成さ
れたリツプ（唇）６８を受承する。リツプと溝の
組合せの目的はろう付け作業の間、ろう付け材料
がずれるのを防止するためである。これはカツプ
リム（縁）の角にて清浄な銅とセラミツクの接触
をなすことを確実にする。

第５図ないし第７図はいかにして個々のカツプ
部材５０がセラミツク管２６の内側壁に抗して膨
張し、その結果、ろう付けの前に確実な機械的固
着を形成するか、を示している。セラミツク管２
６はレール７２に沿つて平行に移動し得るキヤリ
ツジ７０上に支持されている。管２６内には遊動
心金７４がある。細長い部分７８及び膨張ヘツド
８０を含んだ膨張工具７６はレール７２に平行に
固定されている。銅カツプ５０が最初に膨張ヘツ
ド８０上に挿入される。次にキヤリツジ７０が管
２６内でカツプ５０を中心に据えながら破線で示
すように膨張工具７６に向けて移動される。

水圧ポンプ（図示してなし）のような適当な装
置がピストン７９を駆動するように働し、このピ
ストンが、カツプ状部材５０内で円周方向に配置
された複数の指片８４に抗して、それまでつめ込
まれていた弾性体リング（第６図）を外向きに押
しひろげる。これらの指片はリム５２を変形し、
かつ強制的にセラミツク管２６に固く接触させ
る。この位置（第７図）にあるとき管は後のろう
付け作業を受ける態勢になつている。

銅カツプ５０は、これらを膨張するに必要な力
を最小にし、かつこれらをセラミツク管２６と一
層良好に適合し得るように、管２６内に挿入され
る前に焼鈍される。このことは管の内径が少々内
より歪であるので、望ましい。

ろう付けに先立つてデイスク４８を鍍金するこ
とをここで説明する。初めにタングステンデイス
ク４８はＯリング９０（第８図）の内側に金属製
スペーサ８８により離隔された状態で心金８６上
にねじ込みされる。この組立体は次に0.0005ない
し0.0010インチ（0.00127ないし0.00254cm）の厚
さにニツケル鍍金される。Ｏリング９０はデイス
クの内側領域を被覆し、金属スペーサ８８はデイ
スクに対する電気接触を与える。この被覆はその
後、硬ろう材料により表面が濡らされるのを防
ぐ。ニツケル被覆された外側領域９２を有する成
形済みデイスクが第９図に示されている。

鍍金の後、デイスク４８は900℃にて10分間水
素中で燃やされる。これがニツケル鍍金を焼鈍し
てニツケル−タングステン接合を改善する。ウエ
スタンゴールドアンドプラチナムカンパニーから
入手出来る直径0.030インチ（0.0762cm）のニク
ルシ−３線から第１０図に示すような硬ろうリン
グ９４が成形される。この硬ろうリングは次に第
１１図に示すようにタングステンデイスク４８の
片面に対し点９６にてスポツト溶接される。

ここで管組立てシーケンスを説明する。最初に
膨張工具７６上にカツプ５０が置かれ、工具が十
分に膨張され、カツプ５０を所定位置に保持す
る。硬ろう箔リング６４がカツプ５０の周囲に置
かれ、カツプが管２６内の適切な位置に来るまで
キヤリツジと管が移動される。タングステン心金
７４は管２６の内部で自由に遊動し膨張工具の穴
の内部に滑動するようにキヤリツジ７０上を管と
共に移動する。カツプ５０が膨張された後、弾性
体７８の圧力が緩和され、次にキヤリツジと管の
組合せ体が膨張工具からはずされる。次に第１２
図に示すように心金上をタングステン製デイスク
−硬ろうリング組立体が滑動する。カツプ５０と
デイスク４８を交互に据付けしながら孔が完成さ
れるまでこの手続が繰返される。

実際上は心金直径に合致する最初及び最後のタ
ングステンデイスク４８はより高温用の硬ろう合
金を用いてそれぞれの銅カツプ５０に対し予めろ
う付けしておくことも出来る。これらの二つのデ
イスクは孔の中心線を確定している。

ろう付けに先立つて心金をつけたままの管−孔
組立体は端「Ｂ」（第１２図）を上向きにして真
空炉内に鉛直に置かれる。心金７４は一端を固定
されてろう付けサイクルの間、反対端が引張られ
ることによつてぴんと張られる。これによりすべ
ての中間デイスク４８がろう付け後には、光学的
に直線的な孔形成すべく整合されることが保証さ
れる。

次第に大きくなるデイスク孔４９を有する一又
はそれ以上の区間からなる「遷移」区間が一端又
は両端に設けられる。この場合、最初と最後の
「心金寸法」のデイスク及びこれらの外方にある
大き目寸法のデイスクはすべて予めろう付けされ
てある。

組立体が加熱されるにつれて銅はセラミツクよ
りも膨張する傾向にある。その理由はそれらの熱
膨張係数が異なるからである。その結果、ろう付
け温度が達成されたときには管２６内でカツプ５
０が非常に堅固に係合される。銅はろう付け温度
にて十分に焼鈍されるが、これは、冷却期間中に
熱膨張差により生じた応力に応じて延びてろう付
け点にてセラミツクからはずれなくなるために、
好ましいことである。

「遊動」デイスクを引張された直線状心金上に
整合する工程は、非常に要求公差が低いセラミツ
ク管内で厳格に光学的に直線的な孔を造形するた
めには非常に重要である。「非常に直線的孔」は
全体的な直線度が孔直径の10％未満であるものと
解釈してよい。

陰極組立体２８は銅製容器２９内に収容される
が、この容器は管２６と気密密封を形成せねばな
らない。この（密封のための）接合を形成するに
は上記と同じ膨張−ろう付け法が使用される。管
の内側ではカツプと管壁との間の良好な熱伝導性
を得るためにろう付けが必要である。端部では真
空密封接合が同様に必要であり、膨張後にカツプ
が管壁の小さな不規則性に順応するようにたがね
形の工具によりカツプを壁に一層密着した状態に
押圧し得る。これにより一層良好な真空密封が得
られる。

この同じ製造法が陽極３０の装架に使用され
る。その結果得られる形状は重要な利点を有す
る。陽極３０はカツプ５０の設計と類似した銅カ
ツプ５１により装架される。その結果、陽極によ
り発生された熱はカツプ５１を通して管外に伝導
される。かくして陽極は冷却水との電気的接触が
全く無いまま冷却される。陽極は、米国特許第
3501714号におけるような陽極と管２６との間の
絶縁ワニスを使用せずとも管のの残りの部分から
電気的に孤立している。また、導線（図示してな
し）は管２６の壁を通過することなく管から引出
される。

高い耐スパツタ性の材料を与えるもう一つの技
術は公知の方法により銅カツプ５０の中心領域上
にタングステンを蒸着することである。この場合
はもちろんタングステンデイスク４８を心金上に
心置きさせるべく滑動せしめる上記の便法は適用
出来ない。しかし直線的孔は、外部からの機械的
規準を基に決定された管中心にタングステンを保
持するためのピンを備えた挿入具の使用により、
依然達成し得る。次に、タングステン鍍金された
銅中心部分が整合された状態を維持しつつ、銅カ
ツプリムが管壁に対して適応するように銅カツプ
が膨張されて、管壁に当たる。

銅カツプ５０はアルミナに装着するもう一つの
方法は次の通りである。MoMnで予め金属化す
るか又は他の方法で金属化されたアルミナ管２６
の壁と接触するようにカツプが膨張されたときに
カツプ５０とセラミツクの金属化された周縁とを
加熱してはんだを融解するパルス誘導加熱装置に
より、銅カツプを所定位置にパルスろう付けし得
る。パルス終了後にアルミナ壁を冷却することに
よりはんだがその融解点以下に冷却される結果、
銅カツプを所定位置にろう付けしたまま工具が直
ちに引出され得る。この方法は永久磁石が管の内
側に使用される場合に好ましい。なぜならばこの
方法は磁石が磁気を失なわない低温で銅カツプを
装着する一つの方法だからである。

管は比較的低温で作動するので、水冷却の中断
が冷却ジヤケツト内に残つている水を沸騰させる
ことはない。計算の示すところによれば管内に蓄
積された熱は孔付き管２６を水沸点まで上昇させ
るにさえ不十分である。空気冷却管もまたこのレ
ーザー設計法で実現可能である。（その場合）冷
却フインがアルミナ管２６の外表面に直接に装着
される。

一つの実際の実施例においては次の寸法が使用
された。

カツプ(50) 厚さ 0.0762cm 開口(49)の直径 0.7874cm 外径 2.8575cm ろう付けリング(64) 厚さ 0.00508cm デイスク(48) 孔(46)直径 0.2794cm 外径 1.27cm 厚さ 0.0254cm 遮蔽体(56) 外径 1.905cm 内径 1.5875cm