JPH0427179A - 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】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、加工用のエキシマレーザ装置等のレーザ装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、炭酸ガスレーザおよびエキシマレーザ等の大出力
のガスレーザが材料の加工用に盛んに利用されている。

二の中でもエキシマレーザは、他のレーザに比べて、短
波長領域で大きな出力を得ることができるため、微細加
工および外科手術等の分野における新しいレーザとして
期待されている。

エキシマレーザは、レーザ媒質として、クリプトン（Ｋ
ｒ）、キセノン（Ｘｅ）などの希ガスと、フッＸ　（Ｆ
）、塩素（Ｃｆｆｉ）などのハロゲンガスを適宜混合し
たガス（以下ル−ザ媒質ガス」という、）を用い、この
レーザ媒質ガスを放電させることにより、波長１９３ｎ
ｍから波長３５３ｎｍの間で幾つかの共振線が得られ、
この共振線のうちから、加工目的に最適の波長の共振線
を選択することができる。

このような加工用のレーザ装置において、大出力のレー
ザを連続的に安定して得るためには、常に新しいレーザ
媒質ガスを装置内の放電空間に供給することが不可欠の
技術となる。

第４図は従来のレーザ装置の構成を示す概念図である。

第４図に示すように、ガス容器１７は、レーザ発振管を
構成する圧力容器であり、このガス容器１７内には、放
電電極２．ファン３および熱交換器４が設けられる。

放電電極２は高圧電源６に接続され、また放電電極２の
両側には、全反射鏡１０と半透過鏡１１とが設置される
。この全反射鏡１０と半透過鏡１１とは、光共振器を構
成しており、また各々が、ガス容器１７の窓の役割も果
たしている。

ファン３は、ガス容器１７を貫通する軸１８により、ガ
ス容器１７の外部に設置した電動機１９に連結され、こ
の電動機１９により回転する。

また軸１８が、ガス容器１７を貫通する部分には、磁性
流体２０が満たされており、この磁性流体２０は、永久
磁石２１で保持されている。この磁性流体２０は、軸１
８が高速で回転しても、ガス容器１７の外部にレーザ媒
質ガス１２が漏れ出すことを防止している。

ガス容器１７内には、レーザ媒質ガス１２として、キセ
ノンまたはクリプトンなどの希ガスと、フッ素または塩
素などのハロゲンガスとの混合ガスおよびヘリウムなど
の希釈ガスが封入されている。

このように、構成された従来のレーザ装置の動作を以下
説明する。

高圧電源６により高電圧が、ガス容器１７内の放電電極
２に印加され、放電空間９のレーザ媒質ガスが放電する
ことにより、高エネルギー状態に励起され、いわゆる反
転分布を生じる。

励起したレーザ媒質ガス１２のエネルギーは、全反射鏡
１０および半透過鏡１１が構成する光共振器を往復反射
することにより、レーザビームとして、ガス容器１７の
外部に出力される。

このように高圧電源６を連続的に動作させ、レーザ媒質
ガス１２を連続的に放電および励起させることにより、
持続的なレーザビームを得ることができ、材料の加工な
どの目的にレーザビームを利用することができる。

しかし、レーザ媒質ガス１２を連続して放電。

励起させると、レーザ発振にとって好ましくない反応生
成物も、放電空間２に蓄積される。このような反応生成
物は、レーザ発振の出力を低下させ、連続的なレーザビ
ームの利用の障害となる。

そこで、従来のレーザ装置では、ガス容器１７内に、フ
ァン３と熱交換器４とを設置し、ファン３を回転させる
ことにより、レーザ媒質ガス１２を放電空間９→熱交換
器４→ファン３→放電空間９へと循環させ（矢印Ａ）、
熱交換器４によりレーザ媒質ガス１２を冷却することに
よって、レーザ発振の出力低下を防止している。すなわ
ち熱交換器４を通過したレーザ媒質ガス１２は、はぼ放
電前の状態に戻り、この放電前の状態となったレーザ媒
質ガス１２を再度放電させることにより、以前と同様の
出力を有するレーザ発振を維持できる。

［発明が解決しよ・うとする課題］ しかしながら、このような従来のレーザ装置では、ガス
容器１７内に設置されている磁性流体２０永久磁石２１
およびファン３と電動機１９とを連結する軸が、レーザ
媒質ガス１２を構成する反応性の強いハロゲンガスと反
応することにより、腐食劣化するという問題があった。

その結果、レーザ装置の長期にわたる運転中に、軸１８
がガス容器１７を貫通する部分から、ガス容器１７内に
封入したレーザ媒質ガス１２が漏れ出すという問題があ
った。

レーザ媒質ガス１２は、人体に有害なハロゲンガスを含
有するため、エキシマレーザ等を広〈産業上の用途に利
用するためには、レーザ媒質ガス１２の漏洩の防止は不
可欠である。

この発明の目的は、上記問題点に鑑み、ガス容器の外部
へ、レーザ媒質であるガスの漏洩が生しることないレー
ザ装置を提供することである。

〔課題を解決するだめの手段〕

この発明のレーザ装置は、ガス容器の内部にファンを駆
動する回転子を設け、この回転子に回転力を与える電気
巻線をガス容器の外部に設けたことを特徴とする。

（作用〕 この発明の構成によれば、ガス容器の外部に設けた電気
巻線で発生させた磁界により、ガス容器内に設けた回転
子に誘導電流を誘起するとともに回転力を発生させ、回
転子を回転させることにより、ファンを回転させる。し
たがって、従来のようにファンと、電動機とを連結する
軸がガス容器を貫通することがなく、ガス容器は完全に
気密を保つことができる。さらに従来のように、ガス容
器を貫通したファンと電動機とを連結する軸を保持する
ための磁性流体および永久磁石等が不必要となる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説
明する。

第１図はこの発明の一実施例のレーザ装置の構成を示す
概念図である。

第１図に示すように、レーザ装置は、レーザ発振管とな
るガス容器１の内部に、放ｔｔ極２．ファン３．熱交換
器４および回転子５を備え、またガス容器１の外部には
、放電電極２に接続した高圧電源６．！気巻線７および
この電気巻線７に接続した交流電源８とを備えたもので
ある。

放ｉｔ極２間の空間は、放電領域９であり、この放電領
域９０両側には、全反射鏡１０および半透過鏡１１を設
置する。この全反射Ｒ１０と半透過鏡１１とは光共振器
を構成し、また各々は、ガス容器１の芯の役割も果たす
。

ファン３の一端には、回転子５を連結しでおり、この回
転子５を回転させることによりファン３を回転させる。

回転子５は、誘導電動機のかご形回転子と同一のもので
あり、また回転子５を包むように、ガス容器１の外部に
設置した電気巻線７は、誘導電動機の固定子巻線と同一
のものである。

回転子５と電気巻線７との間のガス容器１の部分を薄い
ステンレス板で構成することにより、電気巻線７により
生じた磁界は、ガス容器１の内部の回転子５を貫通し、
またガス容器１は気密を保つ。

またガス容器１の内部には、レーザ媒質のガス（以下「
レーザ媒質ガス１２」という。）として、クリプトン、
フッ素および希釈ガスのヘリウムを全圧２気圧で封入し
た。

このように構成したレーザ装置の動作を以下説明する。

高圧電源６により放ｉｔｔ極２に高電圧パルスを供給す
ることによって、ガス容器１の内部に封入したレーザ媒
質ガス１２を放電させる。

この放電により、レーザ媒質ガス１２は、高エネルギー
状態に励起され、いわゆる反転分布の状態となる０反転
分布の状態となったレーザ媒質ガス１２は、誘導放出に
より光の放射および増幅作用を起こす、そして放射光が
全反射鏡１ｏと半透過鏡１１とから構成した光共振器を
往復反射することにより、強力なレーザビーム１３をガ
ス容器１の外部に発振させることができる。

このように高圧電源２の高圧パルスによりレーザ媒質ガ
ス１２の放電動作を繰り返すことにより、持続的なレー
ザビーム１３を得ることができ、このレーザビーム１３
を利用することにより材料の加工などの目的を果たすこ
とができる。

一方、レーザ媒質ガス１２を放電させ、励起させると、
レーザビーム１３を構成する励起原子の他に、レーザ出
力に悪影響を与える反応生成物も生成される。この反応
生成物が、運転中のレーザ装置内に蓄積されると、最終
的には、レーザ出力を得ることができなくなる。

そこでガス容器１の内に、ファン３と熱交換器４とを設
置することにより、レーザ出力に悪影響を与える反応生
成物を放ｉｆｆ領域９から除去する。

すなわち、ファン３を回転させることにより、放電領域
９→熱交換器４→フアン３→放電ｆ＋ＪＩ域９へとレー
ザ媒質ガス１２を循環させ（矢印Ａ）、放電領域９から
排出したレーザ媒質ガス１２を熱交換器４で冷却するこ
とにより、反応生成物を解離した後、ファン３により、
再び新しいレーザ媒質ガス１２として、放電領域９に供
給する。その結果、常に新しいレーザ媒質ガス１２を放
電領域９番ご供給することができる。

以下第２図および第３図に基づいて、ファン３を回転さ
せるための回転子５および電気巻線７について説明する
。

第２図は第１図の回転子５を示す概念図、第３図は多相
交流を印加した時の回転子５の状態図である。

第２図において、回転子５は、誘導電動機のかこ形回転
子と同一のものあり、耐腐食性に優れたアルミニウムで
構成した。

また第３図において、１４は電気巻線７により生じた磁
界、１５は磁界１４により回転子７に誘起される誘導電
流を示す。

また第１図に示す回転子５と電気巻線７との間のガス容
器１の部分は、薄いステンレス板１′で構成し、電気巻
線７により生じた磁界が、ガス容器１の内部の回転子５
を貫通するようにしである。

このような回転子５の動作を以下説明する。

交流電源８により電気巻線７に多相交流を印加すること
により生した磁界１４は、回転子５を貫通し、矢印の方
向に回転する。この磁界１４の回転により、回転子５に
誘導電流が誘起され、紙面（第３図）に対して垂直方向
に電流が流れる。この回転子５に流れた電流は、フレミ
ングの左手の法則に従い、磁界１４の回転方向と同一方
向のトルク（矢印Ｂ）を発生させ、その結果、回転子５
は磁界の回転方向と同一方向に回転する。

このように、ガス容器１の外部に設置した電気巻線７に
より発生させた磁界により、ガス容器１の内部に設置し
た回転子５に誘導電流を誘起させ、回転子５にトルクを
発生させ、回転子５を回転させることにより回転子５に
連結したファン３を回転させる。したがって、ファン３
と回転子５とを連結する軸１６はガス容器１を貫通する
ことなく、ガス容器１は完全に気密を保つことでき、さ
らに従来のように、軸１８を保持する磁性流体２０およ
び永久磁石２１も不必要となる。

その結果、レーザ媒質ガス１２の漏洩事故を完全になく
すことができる。また回転子５は耐腐食性に優れたアル
ミニウムにより構成し、さらにガス容器ｌの内部に磁性
流体および永久磁石が不必要となり、ガス容器１の内部
で腐食が発生することがないため、レーザ媒質ガス１２
の寿命およびレーザ装置の寿命を向上させることができ
る。

なおこの実施例においては、回転子５として、電動誘導
機のかご形回転子を用いたが、電気巻線７によるガス容
器１の外部からの磁界により、誘起される誘導電流によ
って回転力を発生する回転子であれば、その構造は特に
限定されない。またファン３と回転子５とは別体として
構成したが、一体化した構造としても良い。

〔発明の効果〕

この発明のレーザ装置によれば、ガス容器の外部に設け
た電気巻線で発生させた磁界により、ガス容器内に設置
した回転子に誘導電流を誘起することによって、回転力
を発生させることによりファンを回転させる。したがっ
て、従来のように、ガス容器内のファンと、ガス容器外
の電動機とを連結する軸が、ガス容器を貫通することが
なく、ガス容器を完全に気密に保つことができる。さら
に従来のようなガス容器を貫通したファンと電動機とを
連結する軸を保持するための磁性流体および永久磁石等
が不必要となる。その結果、ガス容器からレーザ媒質で
あるガスが、漏洩する危険性を完全になくすことができ
、またガス容器内で腐食、劣化する磁性流体および永久
磁石が不必要となるため、レーザ装置の寿命を向上させ
ることができ、加工用などの産業上究めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のレーザ装置の構成を示す
概念図、第２図は第１図の回転子５を示す概念図、第３
図は多相交流を印加した時の回転子５の状態図、第４図
は従来のレーザ装置の構成を示す概念図である。 １・・・ガス容器、２・・・族１ｔｔ極、３・・・ファ
ン、４・・・熱交換器、５・・・回転子、７・・・電気
巻線ｌ・・・ガス容＝ ７・・・電気巻線 第 図 第 図 Ｕ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガス容器の内部に一対の放電電極と熱交換器とファンと
   を収容し、このファンにより前記一対の放電電極と熱交
   換器との間でガスを循環させるようにするとともに、 前記ガス容器の内部に前記ファンを駆動する回転子を設
   け、この回転子に回転力を与える電気巻線を前記ガス容
   器の外部に設けたことを特徴とするレーザ装置。