JPH05343776A - 炭酸ガスパルスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない電力で効率良くレーザガスを再生で
き、装置全体の小型化にも貢献可能であるような、長寿
命の炭酸ガスパルスレーザ装置を提供する。 【構成】 ガス容器１内に放電電極２ａ，２ｂを対向配
置して放電部を形成し、この放電部と送風ファン７及び
熱交換器９ａを含むガス流路を形成する。放電部に、二
酸化炭素を含むレーザガス８を供給し、このレーザガス
を励起してレーザを発生させる。ガス容器１内部におけ
る放電部（２ａ，２ｂ）下流側と熱交換器９ａの間に、
酸素と一酸化炭素を二酸化炭素に変換するガス再生器１
１を配置する。一般的には、レーザガス再生物質１２と
ヒータコイル１３などの加熱手段によってガス再生器１
１を構成する。典型的には、ガス容器１内部のガス流路
中の一部をメッシュにより区分し、このメッシュ領域内
にガス再生器１１を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大出力の炭酸ガスパル
スレーザ装置に係り、特に、ガス再生器の取り付け位置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、大出力の炭酸ガスパルスレー
ザ装置においては、炭酸ガス、窒素ガス、ヘリウムガス
を混合したレーザガスを、送風器により放電部に高速循
環させて、放電電極間にグロー放電を発生させ、この放
電によって二酸化炭素を励起し、光共振器の作用でレー
ザ出力を取り出している。

【０００３】ところで、このようなグロー放電中では、
一部の二酸化炭素分子が分解して、一酸化炭素と酸素が
発生するため、二酸化炭素の励起強度が低下し、レーザ
出力が低下する。また、酸素分子の影響により、グロー
放電が収縮してアーク放電が発生し易くなることが知ら
れている。このようなアーク放電は、高温度、大電流密
度であるため、レーザ発振を不能とするばかりでなく、
二酸化炭素ガスの分解をますます加速し、炭酸ガスパル
スレーザ装置のガスの寿命を著しく短縮させてしまう。

【０００４】そこで、従来より、上記のようなレーザガ
スのガス分解を補償し、ガスの寿命を長くするための対
策として、図２に示すように、ガス再生器を使用した炭
酸ガスパルスレーザ装置が考えられている。すなわち、
ガス容器１内にグロー放電電極２ａ，２ｂが対向配置さ
れている。このうち、一方のグロー放電電極２ａは、導
体３ａに固定されると共に電流端子４に接続されてお
り、他方のグロー放電電極２ｂは、導体３ｂに固定され
ると共にリード線（図示せず）により接地電位に接続さ
れている。この場合、ガス容器１は絶縁物から構成され
ており、これによってガス容器１と電流端子４は電気的
に絶縁されている。また、グロー放電電極２ａ，２ｂ間
のレーザガスを予備電離してグロー放電を発生させるた
めに、導体３ｂにコンデンサ５が接続されると共に、両
導体３ａ，３ｂ間にギャップ６が形成されている。さら
に、ガス容器１内には送風ファン７が設置され、グロー
放電電極２ａ，２ｂによって形成されるグロー放電部
に、図中矢印８方向にレーザガスを循環させるように構
成されている。この送風ファン７の前後には、グロー放
電によって温度が上昇したレーザガスを冷却するための
熱交換器９ａ，９ｂが配設されている。

【０００５】そして、ガス分解の対策として、ガス容器
１には、パイプ１０を介してガス再生器１１に接続され
ており、このガス再生器１１には、レーザガス再生物質
１２とヒータコイル１３、及び冷却送風器１４が内蔵さ
れている。このようなガス再生器１１を付加することに
より、この炭酸ガスパルスレーザ装置においては、次の
ような作用が得られる。

【０００６】すなわち、グロー放電によってその二酸化
炭素の一部が分解し、熱交換器９ａによって冷却された
使用済みレーザガスの一部は、矢印１５として示される
ように、熱交換器９ａの下流側からパイプ１０を介して
ガス再生器１１に導入され、レーザガス再生物質１２と
共に、最適な温度条件までヒータコイル１３で加熱され
る。この加熱処理によって、グロー放電により分解した
二酸化炭素が再生される。この再生レーザガスは、冷却
送風器１４により再び冷却された後、矢印１６として示
されるように、パイプ１０を介して導出され、ガス容器
１に戻される。なお、この場合、冷却送風器１４は、ガ
ス再生器１１からの導出部分の再生レーザガス（ガス流
１６）の温度がガス再生器１１への導入部分の使用済み
レーザガス（ガス流１５）の温度とほぼ等しくなるまで
再生レーザガス１６を冷却し、ガス容器１の歪みを生じ
ないように設定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の炭酸ガスパルスレーザ装置には、以下に
述べるような解決すべき課題が存在している。すなわ
ち、放電により分解した二酸化炭素を再生するには、前
述した通り、レーザガス再生物質１２を加熱しなければ
ならない。この場合、放電により加熱され、その一部が
分解し、熱交換器９ａにより冷却された使用済みレーザ
ガス１５の一部を、レーザガス再生物質１２と共にヒー
タコイル１３で最適な温度条件まで加熱する必要がある
ため、ヒータコイル１３に大きな電力を加えなければな
らない。

【０００８】また、ヒータコイル１３によって加熱さ
れ、再生された再生レーザガス１６は高温となっている
ため、この再生レーザガス１６をガス容器１に戻すため
には、前述したように、冷却送風器１４によってガス再
生器１１の導入部分とほぼ等しいガス温度まで一旦冷却
しなければならない。このように高温の再生レーザガス
１６を十分に冷却するためには、冷却送風器１４にかな
り大きな電力を加えなければならない。

【０００９】以上のように、従来の炭酸ガスパルスレー
ザ装置においては、ガス再生器１１のヒータコイル１３
及び冷却送風器１４にそれぞれ大きな電力を必要とし、
効率が悪いという問題がある。また、ガス容器１の外部
にガス再生器１１を別個に配置する構成であるため、装
置全体が大型化してしまう問題もある。

【００１０】本発明は、上記のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、少
ない電力で効率良くレーザガスを再生でき、装置全体の
小型化にも貢献可能であるような、長寿命の炭酸ガスパ
ルスレーザ装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による炭酸ガスパ
ルスレーザ装置は、ガス容器内に放電電極を対向配置し
て放電部を形成し、この放電部と送風ファン及び熱交換
器を含むガス流路を形成し、前記放電部に、二酸化炭
素、窒素、ヘリウムを混合してなるレーザガスを供給
し、このレーザガスを励起してレーザを発生させる炭酸
ガスパルスレーザ装置において、前記ガス容器内部にお
ける前記放電部下流側と前記熱交換器の間に、酸素と一
酸化炭素を二酸化炭素に変換するガス再生器を配置した
ことを特徴としている。

【００１２】この場合、一般的には、レーザガス再生物
質とヒータコイルなどの加熱手段によってガス再生器を
構成すると共に、ガス流路中に分岐流路を設け、この分
岐流路を介してレーザガスの一部をガス再生器に導入・
導出するように構成する。すなわち、放電電極から送出
されたレーザガスの一部をガス流路の本流から分岐流路
を介してガス再生器内に導入し、ガス再生器で再生した
レーザガスを、再び分岐流路を介してガス流路の本流に
戻し熱交換器に送出するように構成する。典型的には、
ガス容器内部のガス流路中の一部をメッシュによって区
分し、このメッシュ領域内にガス再生器を配置する。

【００１３】

【作用】以上のように構成された本発明の炭酸ガスパル
スレーザ装置は、ガス容器の内部にガス再生器を配置す
る構成であるため、ガス容器の外部にガス再生器を別個
に配置する場合に比べて装置全体の小型化に貢献でき
る。特に、放電部から送出されたレーザガスの一部をそ
のままガス再生器に導入し、レーザガスを再生した後に
熱交換器に送出するように構成したことにより、レーザ
ガスを一度に冷却できる。従って、熱交換器で一旦冷却
した後にガス再生器で再生し、再び冷却するように構成
した場合に必要なガス再生器の冷却送風器を省略できる
ため、装置全体を一層小型化できる。

【００１４】また、一旦冷却した後、加熱再生し、再び
冷却するというような冷却面での無駄がないため、装置
全体として冷却に必要な電力をその分だけ低減できる。
さらに、ガス再生器においてヒータコイルなどの加熱に
よりレーザガスを再生する場合には、放電部で加熱され
たレーザガスをそのままガス再生器内に導入できるた
め、加熱に必要な電力を低減できる。特に、メッシュ領
域内にガス再生器を配置した場合には、レーザガスの流
れがメッシュによって規制され、再生されたレーザガス
がメッシュ領域内である程度滞留する形となり、一般的
に高温状態にある再生レーザガスが一度にガス流路の本
流に戻されることがないため、熱交換器に加わる負担を
軽減できるという利点がある。

【００１５】

【実施例】以下には、本発明による炭酸ガスパルスレー
ザ装置の一実施例を図１を参照して具体的に説明する。
この図１に示す炭酸ガスパルスレーザ装置は、ガス再生
器１１及び熱交換器９ａの構成を除く他の部分について
は、基本的に、前記図２の従来装置と同様の構成を有し
ている。すなわち、ガス容器１内にはグロー放電電極２
ａ，２ｂが対向配置され、一方のグロー放電電極２ａ
は、導体３ａに固定されると共に電流端子４に接続され
ており、他方のグロー放電電極２ｂは、導体３ｂに固定
されると共にリード線（図示せず）により接地電位に接
続されている。また、ガス容器１は絶縁物から構成され
ており、これによってガス容器１と電流端子４は電気的
に絶縁されている。さらに、グロー放電電極２ａ，２ｂ
間のレーザガスを予備電離してグロー放電を発生させる
ために、導体３ｂにコンデンサ５が接続されると共に、
両導体３ａ，３ｂ間にギャップ６が形成されている。さ
らに、ガス容器１内には送風ファン７が設置され、グロ
ー放電電極２ａ，２ｂによって形成されるグロー放電部
に、図中矢印８方向にレーザガスを循環させるように構
成されている。なお、図２の従来装置においては、グロ
ー放電によって温度が上昇したレーザガスを冷却するた
めに、送風ファン７の前後に熱交換器９ａ，９ｂが配設
されていたが、本実施例においては、送風ファン７の上
流のみに熱交換器９ａが配設されている。

【００１６】そして、図２の従来装置においては、ガス
容器１の外部にガス再生器１１が配置されていたが、本
実施例においては、ガス容器１の内部にガス再生器１１
が配置されている。すなわち、ガス再生器１１は、グロ
ー放電電極２ａ，２ｂによって形成されるグロー放電部
の下流側と熱交換器９ａの間に配置されている。より詳
細には、グロー放電部の下流におけるガス容器１のコー
ナー部にメッシュ１７が配置され、ガス流路の本流から
区分されており、このメッシュ領域内に、レーザガス再
生物質１２とヒータコイル１３とを有するガス再生器１
１が配置されている。

【００１７】以上のような構成を有する本実施例の作用
は次の通りである。すなわち、グロー放電によってその
二酸化炭素の一部が分解した使用済みレーザガスの一部
は、ガス流路の本流からメッシュ１７を介してメッシュ
領域内に導入され、この領域内のガス再生器１１に導入
され、レーザガス再生物質１２と共に、最適な温度条件
までヒータコイル１３で加熱される。この加熱処理によ
って、グロー放電により分解した二酸化炭素が再生され
る。この再生レーザガスは、再びメッシュ１７を介して
ガス流路の本流に戻され、下流の熱交換器９ａに送出さ
れ、冷却された後、送風ファン７を介してグロー放電部
に供給される。

【００１８】このように、本実施例の炭酸ガスパルスレ
ーザ装置は、従来ガス容器１の外部に配置していたガス
再生器１１をガス容器１の内部に配置する構成であるた
め、装置全体を従来よりも小型化でき、ガス容器１とガ
ス再生器１１とを接続するパイプ１０なども不要とな
る。特に、グロー放電部から送出されたレーザガスの一
部をそのままガス再生器１１に導入し、レーザガスを再
生した後に熱交換器９ａに送出するように構成したこと
により、従来必要であった冷却送風器１４が不要とな
り、装置全体が一層小型化されている。

【００１９】また、従来のように、一旦冷却した後、加
熱再生し、再び冷却するという冷却面での無駄がないた
め、装置全体として冷却に必要な電力をその分だけ低減
できる。さらに、グロー放電部で加熱されたレーザガス
をそのままガス再生器１１内に導入できるため、ガス再
生器１１内のヒータコイル１３で加熱するために必要な
電力についても従来より低減できる。特に、本実施例に
おいては、メッシュ領域内にガス再生器１１を配置して
いるため、レーザガスの流れがメッシュ１７によって規
制され、再生されたレーザガスがメッシュ領域内である
程度滞留する形となり、高温状態にある再生レーザガス
が一度にメッシュ１７の外部に送出されることはないた
め、熱交換器９ａに加わる負担を軽減できるという利点
がある。

【００２０】従って、本実施例によれば、ガス容器１内
にガス再生器１１を配置したことにより、従来にくらべ
て装置全体を小型化できる。また、ガス再生器１１をグ
ロー放電部下流側と熱交換器９ａの間に配置したことに
より、ガス再生器１１の冷却送風器１４を省略できると
共にヒータコイル１３に供給する電力が低減でき、ガス
再生器１１に供給する電力が低減できるため、少ない電
力で効率良くレーザガスを再生できる。さらに、ガス再
生器１１によって継続的に効率良くレーザガスを再生す
ることにより、グロー放電によるレーザガスのガス分解
を補償し、ガスの寿命を長くできるため、結果的に装置
の長寿命化に貢献できる。

【００２１】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、ガス容器内部に仕切り板を設けて
分岐流路を形成し、この分岐流路内にガス再生器を配置
する構成も可能である。この場合、単純に仕切り板を設
けるだけの構成も可能であるが、仕切り板にメッシュを
使用したり、分岐流路の導入・導出部にメッシュを配置
する構成も可能である。また、分岐流路を積極的に形成
せずに、単純に放電部下流側と熱交換器の間にガス再生
器を配置する構成も可能であるが、この場合には、ガス
流の効率を低下させないようにガス再生器を配置する必
要がある。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
従来ガス容器外部に配置していたガス再生器をガス容器
内部の放電部下流側と熱交換器の間に配置することによ
り、少ない電力で効率良くレーザガスを再生でき、装置
全体の小型化にも貢献可能であるような、長寿命の炭酸
ガスパルスレーザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による炭酸ガスパルスレーザ装置の一実
施例を示す構成図。

【図２】従来の炭酸ガスパルスレーザ装置の一例を示す
構成図。

【符号の説明】

１…ガス容器 ２ａ，２ｂ…グロー放電電極 ３ａ，３ｂ…導体 ４…電流端子 ５…コンデンサ ６…ギャップ ７…送風ファン ８，１５，１６…ガス流 ９ａ，９ｂ…熱交換器 １０…パイプ １１…ガス再生器 １２…レーザガス再生物質 １３…ヒータコイル １４…冷却送風器 １７…メッシュ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 彰 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 玉川 徹 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 沖田 裕二 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝エフエーシステムエンジニアリング株式 会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス容器内に放電電極を対向配置して放
   電部を形成し、この放電部と送風ファン及び熱交換器を
   含むガス流路を形成し、前記放電部に、二酸化炭素、窒
   素、ヘリウムを混合してなるレーザガスを供給し、この
   レーザガスを励起してレーザを発生させる炭酸ガスパル
   スレーザ装置において、 前記ガス容器内部における前記放電部下流側と前記熱交
   換器の間に、酸素と一酸化炭素を二酸化炭素に変換する
   ガス再生器を配置したことを特徴とする炭酸ガスパルス
   レーザ装置。