JPH05327071A

JPH05327071A - レーザ装置の冷却器

Info

Publication number: JPH05327071A
Application number: JP12609392A
Authority: JP
Inventors: Fumio Matsuzaka; 文夫松坂; Yuko Kanazawa; 祐孝金沢
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】電極以外への短絡電流を生じることなく、放
電によるレーザガスの温度上昇を防止するレーザ装置を
提供する。【構成】金属電極５の下流側の誘電体板２に、冷却媒
体８を流すための冷却器７を設けると共にこの冷却器７
と電極５との間に両者を電気的に遮断するための低誘電
率帯１２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ媒質となるガス
を電極間に満たし、高周波放電によりレーザ励起を行う
ガスレーザ装置に係り、特に、電極以外への短絡電流を
生じることなく、放電によるレーザガスの温度上昇を防
止するレーザ装置の冷却器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、各種レーザ加工に使用されるガ
スレーザ装置においては、圧力が１０Ｔｏｒｒ〜２００
Ｔｏｒｒ程度のレーザガスをレーザ媒質とし、このレー
ザ媒質が満たされた電極間に高周波放電することによ
り、レーザ励起を行うと共に、レーザガスを流動して放
電に伴うガス温度上昇を抑制している。

【０００３】図６は、この目的に適う従来のガスレーザ
装置５０の例を示している。このガスレーザ装置５０
は、放電電界方向、レーザガス流方向及びレーザ光軸方
向が各々直交する三軸直交型レーザ装置である。

【０００４】図示するように、レーザガスを収容する金
属製真空容器５１は、角型の筒の始端と終端とが閉じ合
わされて形成され、筒内５２に送風機５３、放電部５
４、熱交換器５５が順に設けられている。送風機５３
は、レーザガス流を発生させるために設けられ、図中矢
印Ａで示す方向に流路が形成される。熱交換器５５は、
放電により上昇したガス温度を吸収するために設けら
れ、熱交換器５５で熱を奪われたレーザガスが再び送風
機５３で循環される。放電部５４は、高周波放電により
レーザ励起を行うために設けられ、その詳細が図７に示
されている。

【０００５】図７に示されるように、放電部５４には、
金属電極５６と誘電体板５７とが、組み合わされそれぞ
れ高周波電源５８の給電又は高電圧側、接地側に設けら
れている。これら金属電極５６及び誘電体板５７は、平
行に対向させて設けられる。誘電体板５７は金属真空容
器５１に保持され、その外側に金属電極５６が取り付け
られている。金属電極５６の大きさよりも誘電体板５７
の大きさが大きいのは、金属電極５６と金属真空容器５
１との絶縁を図るためである。また、誘電体板５７は、
所定の厚さを有すると共にシール性を有し、レーザガス
を封入するための金属真空容器５１の外殻の一部を形成
している。

【０００６】発振周波数が１ＭＨz 〜１００ＭＨz 程度
の電圧が高電圧側金属電極５６ａに印加されると共に接
地側電極５６ｂ並びに上記金属真空容器５１は接地され
る。金属電極５６より誘電体板５７を介して高周波電流
が流れ、放電部５４に満たされたレーザガス中で放電が
点弧され、この高周波放電によってレーザ励起が行われ
る。励起されたエネルギは、光共振器（図示せず）の作
用によって、紙面と垂直の方向にレーザ光として取り出
される。

【０００７】誘電体板５７は、電気的には、金属電極５
６と直列にコンデンサを接続した場合と同様の作用をす
る。即ち、高周波電流の局所的な集中を防ぎ、放電の均
一化を図る役割を果たしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、放電部５４
は、金属電極５６の間に誘電体板５７が介在する構造で
ある。これに隣接する金属真空容器５１が接地電位であ
るため、電圧側電極５６ａから誘電体板５７を伝導して
金属真空容器５１に漏れ電流が流れないように、誘電体
板５７の金属電極５６両側を充分な幅に形成する必要が
ある。さらに、放電電圧が高いので、高周波放電が電極
間だけでなく、高電圧側電極５６ａと接地電位の金属真
空容器５１との間で起こることがある。特に、図３に示
すようにレーザガス流に伴ってガスイオン５９が流れる
ので、レーザガス流の下流側では、誘電体板５７の内側
表面から金属真空容器５１への放電Ｂが起きやすい。こ
のように電極から電極以外への不要な放電が発生する
と、エネルギが損失すると共に放電が不安定になり、良
好なレーザ光が実現できないことがある。このため、図
３では、誘電体板５７を金属電極５６から金属真空容器
５１までの距離は上流側で短く下流側で長くなるよう形
成されている。しかし、この距離を大きく取ろうとする
と、機械的強度上の問題が生じる。

【０００９】また、電極間の放電によりレーザガスが励
起されると共に温度上昇する。この温度上昇は、図４に
示すようにレーザガス流の電極より下流側（点線Ｃで囲
った部分）で大きくなる。これにより、レーザガス流の
電極より下流側の誘電体板５７（点線Ｃで囲った部分）
が温度上昇する。誘電体板５７が温度上昇すると、誘電
体板５７の損傷、或いは、温度上昇によるレーザ発振効
率の低下につながる。そして、レーザガスの温度上昇が
下流側ほど大きいため、ガスの膨張によりガスの濃度も
下流に向かうに従って稀薄になり、これに伴って放電抵
抗が小さくなる。従って、このような状態のレーザガス
に高周波電圧をかければ、下流に向かうに従って高周波
電流が多く流れ、高周波電流の集中を生じ、レーザ出力
が低下してしまうという、放電不安定の問題がある。

【００１０】このように放電部５４におけるレーザガス
及び誘電体板５７の温度上昇は、問題である。本出願人
は、これを防止するために放電部を外部より冷却するこ
とを考えた。図２に示されるように、温度上昇が顕著で
あるところのレーザガス流の電極より下流側は、誘電体
板５７が長く形成されているので、冷却器６０は、この
延出された誘電体板５７下流部に取り付けることにな
る。また、冷却効果を上げるためには、誘電体板５７の
外側に溝６１等を設けて、この溝６１に冷却器６０を埋
設するのがよい。

【００１１】ところが、冷却器６０は、熱交換を効率よ
くするために金属製の冷却容器に水等の冷媒６２を封入
して形成される。このため冷却器を構成する容器、冷媒
は導電率が非常に高いものとなる。従って、点線矢印で
示したような電流が流れる。このことは、電圧側電極５
６ａから金属真空容器５１に漏れる電流を流しやすくす
ることになる。即ち、冷却器を設けると漏れ電流の問題
が発生する。

【００１２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、電極以外への短絡電流を生じることなく、放電によ
るレーザガスの温度上昇を防止するレーザ装置を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、レーザ媒質ガスを流し込むためのガス流路
に、金属電極を装着した誘電体板を対向させて設けたレ
ーザ装置において、上記金属電極の下流側の誘電体板
に、冷却媒体を流すための冷却器を設けると共にこの冷
却器と電極との間に両者間の静電容量を減少させるため
の低誘電率帯を設けたものである。

【００１４】

【作用】上記構成により、誘電体板に誘電率の高い冷却
器を取り付けても、冷却器と電極との間の静電容量を小
さくできるので、電極から冷却器に流れる漏れ電流が非
常に少なくなる。そして、冷却器の働きにより、下流側
の誘電体板が冷却され、且つレーザガスが冷却される。
従って、誘電体板の温度上昇による損傷が防止されると
共にレーザガスの温度上昇によるレーザ光発生効率の低
下が防止される。

【００１５】

【実施例】本発明の第１の実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００１６】図１には、本発明に係るレーザ装置の放電
部１が示されている。金属真空容器５１及び、これに連
なる図示されない部分は、従来例で説明した図５のレー
ザ装置と同様のものであり、送風機５３、熱交換器５
５、高周波電源５８等を備えている。図１に示されるよ
うに、放電部１には誘電体板２が対向させて設けられて
いる。誘電体板２は、金属真空容器５１の外殻の一部を
構成し、金属真空容器５１に連続させて一体的に固定さ
れている。金属真空容器５１及び誘電体板２で囲まれる
空間内には、矢印Ａ方向のレーザガス流路３が形成され
ている。

【００１７】２つの誘電体板２、２には、それぞれ外側
に均一な深さの凹部４が設けられている。凹部４は、誘
電体板２のレーザガス流の上流寄りに位置されており、
凹部４から金属真空容器５１までの距離は上流側で短く
下流側で長くなるよう形成されている。それぞれの凹部
４には、高電圧側或いは接地側電極となる金属電極５が
嵌装されている。一方の金属電極５は、高周波電源５８
に接続され高電圧側金属電極５ａを形成し、他方の接地
側電極５ｂは、接地されている。

【００１８】また、金属真空容器５１も接地されてい
る。

【００１９】誘電体板２には、それぞれもう１つの凹部
６が設けられ、凹部６には、冷却器７が埋設されてい
る。冷却器７は、金属製の角型パイプに水等の冷媒８を
収容しており、図示されないが熱交換器が接続されて循
環系を構成している。冷媒は、図１の紙面に垂直な方向
に流され、誘電体板２を冷却する働きをする。

【００２０】凹部６の上下流側に隣接して、さらに凹部
９、１０が設けられている。凹部９、１０には、それぞ
れ低誘電率材料１１が充填されている。金属電極５と冷
却器７との間は、この凹部９に充填された低誘電率材料
１１により電気的に遮断されている。即ち、凹部９、１
０は低誘電率帯１２を形成している。

【００２１】次に実施例の作用を述べる。

【００２２】高周波電源５８からの電圧が金属電極５間
に印加されると、その放電によりレーザガス流路内のレ
ーザガスが励起されると共にガス温度が上昇する。温度
上昇したレーザガスは下流に流れ、Ｃの部分で高温にな
る。この熱は誘電体板２に伝わる。一方、冷却器７内に
は、冷媒８が循環され誘電体板２が冷却される。従っ
て、誘電体板２の温度上昇による損傷が防止される。

【００２３】冷却器７が誘電体板２の凹部６に埋設され
ているため、冷却器７からレーザガス流路３までの距離
が短く、冷熱が伝わりやすい。誘電体板２が冷却される
ことにより、Ｃの部分のレーザガスが冷却される。Ｃの
部分のレーザガスが冷却されると、レーザガスの温度上
昇によるレーザ光発生効率の低下が防止される。また、
放電部１でのレーザガス温度が均一化されるので、金属
電極５の間で均一な放電が得られる。

【００２４】一方、誘電体板２に装着された冷却器７
は、金属製であり、冷媒８として水を収容しているので
導電率が高い。しかし、冷却器７と金属電極５との間に
は、低誘電率帯１２が存在しているため、冷却器７と金
属電極５との間の静電容量は非常に小さい。従って、金
属電極５から冷却器７に流れる漏れ電流は少ない。

【００２５】なお、本実施例では、凹部９、１０に低誘
電率材料１１を充填して低誘電率帯１２を形成したが、
空気は低誘電率材料１１であるので、凹部９、１０を設
けるだけで低誘電率帯１２を形成することもできる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００２７】（１）誘電体板及びレーザガスが冷却でき
るので、レーザ装置の効率が向上する。

【００２８】（２）冷媒に水を使用できるので、冷却装
置が安価に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すレーザ装置の電極部の
構造図である。

【図２】冷却器を設けた電極部の構造図である。

【図３】放電の方向が示された電極部の構造図である。

【図４】温度上昇部分が示された電極部の構造図であ
る。

【図５】レーザ装置の説明図である。

【図６】従来例を示すレーザ装置の電極部の構造図であ
る。

【符号の説明】

１放電部２誘電体板３レーザガス流路５金属電極７冷却器１２低誘電率帯５８高周波電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ媒質ガスを流し込むためのガス流
路に、金属電極を装着した誘電体板を対向させて設けた
レーザ装置において、上記金属電極の下流側の誘電体板
に、冷却媒体を流すための冷却器を設けると共にこの冷
却器と電極との間に両者を電気的に遮断するための低誘
電率帯を設けたことを特徴とするレーザ装置の冷却器。