JPH04263481A - ガスレーザ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ媒質ガスを放電
励起してレーザ光を出力するガスレーザ装置に係り、と
くに放電によって生じた熱を取り除くための熱交換器を
改良したガスレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＴＥＡＣＯ２　レーザやエキシ
マレーザなどのような大気圧あるいは高気圧での横放電
励起によってレーザ出力を得るガスレーザ装置では、レ
ーザ媒質ガスを充填した気密容器内に放電部や送風機，
熱交換器などを配置し、この放電部に設けられた一対の
主放電電極間と多数の予備電離電極の放電によってレー
ザ光出力を得ている。

【０００３】ここで、放電部としての予備電離電極は、
主放電電極が放電を開始する前に放電空間のレーザ媒質
ガスを予備電離し、主放電が発生し易くするためのもの
である。また送風機は放電空間のレーザ媒質ガスを循環
し、放電によって生じたダストやレーザ発振を妨げるよ
うな不純物の偏りを除き、主放電電極間で均一なグロー
放電が生じるようにするのと、放電によって温度上昇し
たレーザ媒質ガスを熱交換器に導いてこのレーザ媒質ガ
スを適切な温度に下げるとともに気密容器の圧力を一定
に保つようにするために用いられる。この送風機には一
般に貫流ファンが用いられ、気密容器をコンパクトにし
かつ横長の主放電電極間全域のレーザ媒質ガスを循環で
きるようにしている。

【０００４】また熱交換器には数本のフィンチューブを
組み合わせたタイプやプレートフィンタイプあるいは銅
やアルミニウムのような熱伝導度の大きい金属製のパイ
プをらせん状に巻いたものが一般的に用いられており、
その配置はたとえば特開昭６２−１１１４８６号公報に
開示されているように、送風機の吸込み側のみ（同公報
の第８図参照）あるいは吸込み側と吐出側の両方（同公
報の第５図参照）に設けられるのが通常である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開昭６２−１１１４８６号に示す熱交換器は、その
製作過程でチューブ同士を溶接あるいはろう付けなどで
接合する必要があり、そのような接合箇所は気密容器内
で数箇所もあることから、レーザ媒質ガスの充填や排気
によってチューブの内外に圧力差が生じて接合部分に亀
裂が生じたりする欠点がある。図４は従来用いられてい
るフィンチューブタイプの熱交換器を例示したものであ
るが、フィンチューブ２１同士をＵ字管２２を介して接
合箇所２３で接続しなければならないのである。とくに
エキシマレーザのような塩化水素やフッ素ガスのような
金属腐食性のガスを用いるレーザでは、レーザ媒質ガス
によってその接合部分がとくに腐食されて冷媒が気密容
器内に漏れるなどという重大な事故を引き起こすという
ことがある。

【０００６】また、熱交換器の設置場所は前述したよう
に送風機の吸込み側あるいは吸込み側と吐出側のいずれ
かに限定されるから、レーザ媒質ガスの循環流路を塞ぐ
ことになってガス流速を低下させる大きな要因になって
いる。そのため、エキシマレーザのように近年数百Ｈｚ
から数千Ｈｚの高速繰り返し発振が必要とされているレ
ーザ装置においては、主放電電極間のレーザ媒質ガスの
流速をいかに均一にかつ高速にするかが重大な課題の一
つとなっているから、特開昭６２−１１１４８６号のよ
うな装置では熱交換器によるガス流速低下を補うために
送風機を大型にするとかあるいは送風機の回転を高速に
するなどの処置が必要になり、電力−光エネルギー変換
効率という点ではまったく非効率であるといわざるを得
ない。

【０００７】さらに、大型の送風機を用いるとそれだけ
のためにレーザ装置全体が大きくなって、気密容器やそ
の他の製作コストが上昇したりレーザ装置を別の装置に
組み込む場合にはスペースを大きくとる必要があるから
不都合を生じるという問題がある。また、送風機を高速
回転するとその軸受にかかる負担が大きくなり、軸受の
メンテナンス回数が増えて最悪の場合は軸受またはファ
ン翼部を破損することになってガスレーザ装置の信頼性
を低下する恐れがある。

【０００８】さらにまた、ＴＥＡＣＯ２　レーザやエキ
シマレーザなどは、主放電電極および予備電離電極の放
電によって電極材料が蒸発したり、レーザ媒質ガス中に
含まれる不純物同士が反応したりして、金属粉やハロゲ
ン化金属粉，有機物の粉などの微粉が生じ、これらがレ
ーザ発振に悪影響を及ぼすから定期的に気密容器内を清
掃する必要があるが、気密容器の構造上簡単に開口して
清掃することができないなどの問題もある。

【０００９】本発明は、上記のような課題を解決すべく
してなされたものであって、冷媒の漏洩のまったくない
かつ高速のガス循環が可能なガスレーザ装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ媒質ガ
スが封入された気密容器と、この気密容器内に設けられ
てレーザ媒質ガスを励起する放電部と、この放電部にレ
ーザ媒質ガスを循環・冷却する貫流ファンおよび熱交換
器とからなるガスレーザ装置において、前記気密容器を
放電部側と貫流ファン側に着脱自在に分割し、前記貫流
ファン側容器部は冷媒が供給される中空部を形成する冷
却室とこの冷却室の内面側に一体的に並設される複数の
冷却板とからなる熱交換器を構成することを特徴とする
ガスレーザ装置である。

【００１１】

【作　　用】本発明によれば、放電部側と貫流ファン側
とに着脱自在に２分割した気密容器の貫流ファン側容器
部に中空部を有する冷却室を設けかつその内面側に複数
の冷却板を一体的に並設して熱交換器を構成するように
したので、冷媒漏洩の危険のないかつ容器内の清掃など
のメンテナンスの容易なガスレーザ装置とすることがで
き、安定したレーザ発振を行うことが可能である。また
、レーザ媒質ガスの循環を妨げる熱交換器をガス循環流
路中に配置することがないから、貫流ファンを大型化す
ることなくレーザの繰り返し発振周波数を向上させるこ
とができ、これにともなってガスレーザ装置の最大発振
出力を増大させることができる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して詳しく説明する。図１は本発明のレーザ装置の内部
構造の構成例を示す横断面図であり、図２は図１のＡ−
Ａ矢視断面図である。図において、１はレーザ媒質ガス
が封入された気密容器であって、放電部側容器部１ａと
貫流ファン側容器部１ｂとに着脱自在に分割されて構成
される。２は貫流ファンで、矢示Ｒ方向すなわち時計回
り方向に回転することにより、レーザ媒質ガスを矢示Ｓ
方向にすなわち放電空間に循環する。３ａは高電圧電源
４から高電圧が供給される主放電電極である。５は予備
電離電極であり、高電圧電源４から高電圧がコンデンサ
６を介して供給されてアーク放電することにより紫外線
を発生して、主放電電極３ａ，３ｂ間のレーザ媒質ガス
を一部電離して主放電電極３ａ，３ｂの間でグロー放電
するようにしている。

【００１３】７は貫流ファン側容器部１ｂに設けられた
中空部を形成する冷却室であり、配管８ａ，８ｂを介し
て冷媒が循環される。９は図２の斜視図で詳しく示すよ
うに、冷却室７の内面側すなわち貫流ファン２側に突出
して貫流ファン２を包むように冷却室７に一体構造で並
設された複数の冷却板であり、この冷却板９と冷却室７
とで放電によってレーザ媒質ガスに発生した熱を除去し
て一定のガス温度にする熱交換器の機能を有する。この
冷却板９の形状は複雑でないから機械加工あるいはダイ
キャスト加工などの方法によって容易に製作することが
でき、またその製作に当たって溶接やろう付を行う必要
がないから製作コストは安価である。

【００１４】このように気密容器１を構成することによ
り、常に冷却板９は冷却室７の冷媒で冷却されることに
なるから、貫流ファン２を矢示Ｒの時計回り方向に回転
して主放電電極３ａ，３ｂ間のレーザ媒質ガスを矢示Ｓ
方向に循環して冷却板９の面に接触して流れるから、放
電によって発生した熱は冷媒によって吸収され配管８ｂ
を介して気密容器１の外に除去されることになる。

【００１５】なお、冷却板９の冷却室７への付け根部分
の形状をレーザ媒質ガスの循環流路の一部を形成するよ
うにすれば、従来のガス循環を高速化するために用いら
れる整流板は不要となる。また、その冷却板９の間隔を
変化させるようにすれば放電部の長手方向のガス流速分
布を変化させることができ、主放電電極３ａ，３ｂ間の
ガス流速を均一化することが可能である。さらに、レー
ザ媒質ガスの循環流路には冷却板９以外にはそのガス循
環を妨げるものはないから、従来よりも高速のガス循環
を行うことが可能である。さらにまた、放電部側容器部
１ａから貫流ファン側容器部１ｂを取り外すことにより
、気密容器１内を大きく開口することができるから、器
内の清掃作業を短時間で行うことが可能である。

【００１６】このように構成した本発明例とフィンチュ
ーブタイプの従来例（前出の図４参照）とを同一貫流フ
ァンを用いて回転数が３０００ｒｐｍ　における繰り返
し発振周波数（Ｈｚ）とレーザ出力（Ｗ）　の関係を比
較した結果を図３に示した。図３から明らかなように、
本発明例は最大繰り返し発振周波数を大きくすることが
でき、それに伴って最大レーザ出力も向上することがわ
かる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、気
密容器の側壁の一部を冷却室と冷却板からなる着脱自在
な熱交換器としたので、冷媒漏洩の危険のないかつ容器
内の清掃などのメンテナンスの容易なガスレーザ装置を
実現することができ、安定したレーザ発振を行うことが
可能である。また、レーザ媒質ガスの循環を妨げる熱交
換器をガス循環流路中に配置することがないから、貫流
ファンを大型化することなくレーザの繰り返し発振周波
数を向上させることができ、これにともなってガスレー
ザ装置の最大発振出力を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスレーザ装置の構成を示す概略図で
ある。

【図２】本発明に用いられる熱交換器の一部を示す斜視
図である。

【図３】本発明例と従来例との同一貫流ファンで３００
０ｒｐｍ　の回転数における繰り返し発振周波数（Ｈｚ
）とレーザ出力（Ｗ）　の関係を示す特性図である。

【図４】従来のガスレーザ装置に用いられるフィンチュ
ーブタイプの熱交換器の斜視図である。

【符号の説明】

１　　気密容器 １ａ　　放電部側容器部 １ｂ　　貫流ファン側容器部 ２　　貫流ファン ３　　主放電電極（放電部） ４　　高電圧電源 ５　　予備電離電極（放電部） ７　　冷却室 ８　　冷却板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　　レーザ媒質ガスが封入された気密
   容器と、この気密容器内に設けられてレーザ媒質ガスを
   励起する放電部と、この放電部にレーザ媒質ガスを循環
   ・冷却する貫流ファンおよび熱交換器とからなるガスレ
   ーザ装置において、前記気密容器を放電部側と貫流ファ
   ン側に着脱自在に分割し、前記貫流ファン側容器部は冷
   媒が供給される中空部を形成する冷却室とこの冷却室の
   内面側に一体的に並設される複数の冷却板とからなる熱
   交換器を構成することを特徴とするガスレーザ装置。