JPH0350878A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、高電圧側電極と低電圧側電極との間の放電に
よりレーザ励起を行なうレーザ装置に係り、特に安定し
た高周波放電を実現できるレーザ装置に関する。

（従来の技術） 一般に、各種レーザ加工に使用されるレーザ装置におい
ては、圧力数が１０　Ｌｏｒｒ〜２００　Ｌｏｒｒ程度
のレーザガスを用いて放電させ、この放電によリレーザ
励起を行なうとともに、放電部にレーザガスを流して放
電に伴なうガス温度上昇を抑制するようにしている。

第４図は、従来のこの種のレーザ装置のうち、放”ｌｌ
ｔｍ界方向、レーザガス流方向およびレーザ光軸方向が
各々直交する３輔直交方式のレーザ装置を示すもので、
対向配置した一対の放？ＩＳ？ｔｉ極１ａ（高圧側）、
ｌｂ（低圧側）の内側には、放電の均一化を図るために
誘電体２ａ、２ｂか設けられ、これら両誘電体２ａ、２
ｂの間を、レーザガス流３ａ、３ｂが流れるようになっ
ている。

放電電極１ａ、ｌｂの間には、第４図に示すように、配
線４により、発振周波数がＩ　Ｍ　Ｈｚ〜１００ＭＨｚ
の高周波電源５が接続されており、この高周波電源５か
らの給電により、前記両放電電極１ａ、ｌｂ間の四角形
の領域に高周波放電６が点弧され、この高周波放電領域
内においてレーザ励起が行なわれるようになっている。

そして、励起されたエネルギは、レーザ光７として外部
に取出されるようになっている。

また、誘電体２ａ、２ｂは、第４図に示すように、絶縁
体８ａ、８ｂによって保持されており、絶縁体８ａ、８
ｂは、接地された金属製のレーザ容器９に保持されてい
る。

このレーザ容器９内には、第４図に示すように、レーザ
ガスを冷却するための熱交換器１０．およびレーザガス
を流すための送風機１１がそれぞれ組込まれており、レ
ーザ容器９の上部には、高周波漏洩防止のために遮蔽用
覆い１２が設置されている。

なお、第４図には示していないが、このレーザ装置には
、高周波電源５への配線４を覆う遮蔽覆いおよび高周波
電源５と放電部との整合をとる整合器も設けられている
。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来のレーザ装置においては、放電部下流のレーザ
容器９内面は、金属面がそのまま露出しているため、対
向する２つの誘電体２ａ、２ａ間の放電ギャップを広く
とったり、あるいはレーザガス圧力を高くすると、高周
波放電かレーザ容器９の放電部下流側方向にとび、安定
な放電が実現されないという問題がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたもので、放
電ギャップを広くしたり、あるいはレーザガス圧力を高
くしても、放電電極間で安定な高密度放電が実現でき、
効率向上および小型化を図ることができるレーザ装置を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成する手段として、放電部下流
のレーザ容器内面の少なくとも一部を、絶縁物で覆うと
ともに、この絶縁物を、その誘電率をε、厚みをｄとし
、低電圧側の誘電体の誘電率をε　、厚みをｄｌとした
ときに、 ｄ≧０．２・　（ε・ｄｌ／ε１） なる関係を満足するようにしたことを特徴とする。

（作　用） 本発明に係るレーザ装置においては、放電部下流のレー
ザ容器内面の少なくとも一部が絶縁物で覆われ、低電圧
側の誘電体の放電面側に生じる電位程度以上の電位とな
るようになっている。このため、放電は一対の誘電体間
で生じる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明に係るレーザ装置の一例を示すもので
、符号１ａは高圧側の放電電極、符号１ｂは低圧側の放
電電極であり、これら両放電電極ｌａ、ｌｂは、所要間
隔で対向配置され、その内側には、放電の均一化を図る
ために誘電体２ａ。

２ｂが設けられている。そして、これら両、１体２ａ、
２ｂ間をレーザガス流３ａ、３ｂが流れるようになって
いる。

また、前記両放電電極１ａ、ｌｂは、第１図に示すよう
に、発振周波数がＩＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電源
５に、配線４を介して接続されており、この高周波電源
５の動作により、一対の放電電極１ａ、ｌｂ間の四角形
状の領域に、高周波放電６が点弧され、この高周波放電
領域内において、レーザ励起が行なわれるようになって
いる。そして、励起されたエネルギは、レーザ光７とし
て外部に取出されるようになっている。

前記各誘電体２ａ、２ｂは、第１図に示すように、絶縁
体８ａ、８ｂによって保持されており、これら各絶縁物
８ａ、８ｂは、接地された金属製のレーザ容器９に保持
されている。

このレーザ容器９内には、第１図に示すように、レーザ
ガスを冷却するための熱交換器１０およびレーザガスを
流すための送風機１１かそれぞれ組込まれており、レー
ザ容器９の上部には、高周波漏洩防止のため遮蔽用覆い
１２か設置されている。

前記高周波放電６周辺の放電部下流のレーザ容器９側面
の一部は、第１図に示すように、例えばポリテトラフロ
ロエチレン、ガラスエポキシ等からなる絶縁物１３ａ、
１３ｂにより覆われており、特に、高電圧側の絶縁物１
３ａは、放電電極］ａの後方周辺のレーザ容器９の金属
面が露出しないように取付けられている。

次に、第２図（ａ）、（ｂ）を参照して本実施例の作用
について説明する。

第２図（ａ）、　（ｂ）は放電ギヤツブ（２つの誘電体
２ａ、２ｂ間の距離）を広くしたり、あるいはレーザガ
ス圧力を高くした場合の放電部付近の拡大図であり、第
２図（ａ）は従来の場合を、また第２図（ｂ）は本実施
例の場合をそれぞれ示す。

放電部の左側よりレーザガス流３Ｃか流れており、放電
ギャップ間距離に合わせて、放電電極（高圧側）１ａ、
放電電極（低圧側）ｌｂおよび誘電体２ａ、２ｂの大き
さは変わっており、放電電極１ａ、ｌｂのガス流方向の
長さは、はぼ放電ギャップ間距離に等しい。

第２図（ａ）に示す従来の場合、放電電力密度を高くし
ていくと、高周波放電６′か、誘電体２ａと金属製のレ
ーザ容器９との間で起こる。

ところが、第２図（ｂ）に示す本実施例の場合には、レ
ーザ容器９の内面が絶縁物１３ａ、１３ｂて覆われてい
るため、高周波放電６は誘電体２ａ２ｂ間で起こること
になる。

次に、前記絶縁物１３ａ、１３ｂについて詳述する。

放電電極（高圧側）ｌａの電位を■。ＣＶＤ、放電部に
流れる電流を工　〔Ａ〕、誘電体２ａ、２ｂの容量をＣ
（Ｆ）　、高周波電源５の周波数をωとし、放電電極（
低圧側）２ｂの電位は、接地電位に近いためＯＣＶ）と
看做す。

このとき、放電が誘電体２ａ、２ｂ間で点弧すると、誘
電体２ａの放電面における電位はＶｏ−１／ωＣ・・・
・・・・・・（１）誘電体２ｂの放電面における電位は Ｉ／ωＣ・・・・・・・（２） と−４′る。そしてこれら荷電粒の電位差ｙ　　−２・
Ｉ／ωＣ・・・・・・・・・（３）は放電電圧を表わし
ている。

ところで、第２図＜ａ＞に示す従来構造の場合には、誘
電体２ｂの放電面における電位は、Ｉ／ωＣだけ接地電
位よりも高くなるため、放電による荷電粒子が、レーザ
ガス流３Ｃにより放電部下流に流されることと相俟って
、誘電体２ａとレザ容器９の放電部下流側との間で放電
が起こる。

そして、放電ギャップ間距離を広くしたり、あるいはレ
ーザガス圧を高くすると、誘電体２ａの電位■。が高く
なるため、前記現象かさらに生し易くなる。

一方、第２図（ｂ）に示ず本実）恒例の場合には、レー
ザ容器９の放電部下流側を絶縁物１′３ａ１３ｂでてい
、誘電体２ｂの放電面側に生じる電位程度以上の電位と
なるようにしているので、ＩＩｋ電は誘電体２ａ、２ｂ
間で生じることになる。

次に、前記絶縁物１３ａ、１３ｂの条件について説明す
る。

誘電体２ｂの誘電率をε　、厚さをｄｌ、放電■ 電極１ｂの面積をＳとすると、前記容量ＣはＣ−ε　・
Ｓ／ｄ　　　　　・・・・・・・・・（４）１ である。

絶縁物１３ａ、１３ｂの誘電率をε、厚さをｄ１放電が
レーザ容器９側にとんだ時の放電が点弧する面積をに−
３とすると、絶縁物１３ａ、１３ｂの条件は、 １／（ω・ｑ　−ｋ　Ｓ／ｄ）≧ １／（ω・ε　・Ｓ／ｄ１）・・・・・・（５）■ となり、 ｄ≧ｋ・（εｄ、／ε１）・・・・・・・・・（６）を
得る。

絶縁物１３ａ、１３ｂの面上での放電の拡がりは、放電
の集中により放電電極面積の０．２倍程度と見積ると、 ｋ−ｏ、２　　　　　　　　　・・・・・・・・・（７
）となり、この（７）式を前記（６）式に代入すると、
ｄ≧０．２（εｄ１／ε１）・・・・・・（８）となる
。

ここで、例えば低圧側の誘電体２ｂにアルミナ（ｓ−１
０，ｄ　ｔ　−１０ｍｍ）を用い、絶縁物１３ａ、１３
ｂとしてポリテトラフロロエチレン（Ｅ−２，１）を用
いたとすると、前記（８）式より絶縁物１３ａ、１３ｂ
の厚さｄは ｄ≧０．４２（關）　　　・・・・・・・・・（９）と
なる。

このように、前記条件の絶縁物１３ａ、１３ｂを配する
ことにより、放電ギャップ間距離が広い場合であっても
、あるいはレーザガス圧力が高い場合であっても、放電
電極１ａ、ｌｂに挾まれた誘電体２ａ、　　２ｂ間で、
安定な高電力密度放電を実現することができる。

なお、前記実施例においては、誘電体２ａ、２ｂの下流
に絶縁物１３ａ、１３ｂを設ける場合について説明した
が、レーザの運転条件により、絶縁物１３ａのみでも同
様の効果を得ることが可能である。すなわち、放電部下
流の金属製のレーザ容器９内面の少なくとも一部を、絶
縁物で覆えばよい。

ま、・こ、絶縁物１３ａ、１３ｂの厚みは、必ずしも等
しい必要はない。

第３図は、本発明の他の実施例を示すもので、前記実施
例におけるレーザ容器９および遮蔽用覆い１２に代え、
レーザ容器９′および遮蔽用覆い１２′をそれぞれ用い
るようにしたものである。

すなわち、前記レーザ容器９′は、前記実施例の場合と
異なり、ガラスエポキシ等の絶縁物で形成されており、
かつ高周波漏洩を防ぐため、前記レーザ容器９′の全体
が、遮蔽用覆い１２′で囲まれている。

なお、その他の点については、前記実施例と同一構成と
なっている。

本実施例の場合にも、放電部下流周辺において、レーザ
容器９′内面の電位が前記（５）式を満足するようにす
れば、前記実施例と同様の効果が期待できる。

なお、前記両実施例においては、３軸直受方式のレーザ
装置について説明したが、レーザガス流とレーザ光軸と
が平行な軸流方式のレーザ装置にも適用できる。また、
放電電極とレーザ容器との絶縁防止として、高いレーザ
ガス圧力で動作する直流パルス放電励起レーザ装置にも
適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、放電ギャップを
広くしても、あるいはレーザガス圧力を高くしても、放
電電極間で安定な高密度放電が実現でき、効率が高く小
型のレーザ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレーザ装置を示す構成
図、第２図（ａ）、　（ｂ）は本発明の効果を従来のも
のと比較して示す説明図、第３図は本発明の他の実施例
を示す第１図相当図、第４図は従来のレーザ装置を示す
構成図である。 ｌａ、ｌｂ・・・放電電極、２ａ、２ｂ・・・誘電体、
３ａ。 ３ｂ。 ３ｃ・・・レーザガス流、 ６・・・高周波放 電、 ９゜ ９′ ・・・レーザ容器、 １３ａ。 １３ｂ・・・絶 縁物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高電圧側電極と低電圧側電極との間に、誘電体を隔てて
   放電させ、この放電によりレーザ励起を行なうとともに
   、放電部にレーザガスを流して放電に伴なうガス温度上
   昇を抑制するレーザ装置において、前記放電部下流のレ
   ーザ容器内面の少なくとも一部を、絶縁物で覆うととも
   に、この絶縁物を、その誘電率をε、厚みをｄとし、低
   電圧側の誘電体の誘電率をε＿１、厚みをｄ＿１とした
   ときに、 ｄ≧０．２・（ε・ｄ＿１／ε＿１） なる関係を満足するようにしたことを特徴とするレーザ
   装置。