JPH0626257B2 - 横断励起ガスレーザ用電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 この発明は、横断励起レーザに関するものであり、特に
比較的単純な断面形状を有するそのようなレーザのため
の電極に関するものである。

技術の説明 横断励起レーザは、一般的に循環するレーザガス媒体を
通って放電を行うために２個の対向した、高い縦横比の
電極を使用する。典型的にガスは対向する１対の電極間
を横断して流され、ガスは対向する２個の電極間のスペ
ースによつて定められる領域を通って流れる。電極間に
アークが発生してそれにより電極材料が劣化しガス媒体
が汚染されることを阻止するために、電極間のスペース
およびそのスペースの均一性は予め定められた限度内に
維持されなければならない。電極プロファイルまたは形
状は破壊的なアーク効果の発生を阻止するために注意深
く設計されなければならない。従来は複雑な数学的に定
められた正確な電極プロファイルが電極間の領域内の放
電およびそれに続くイオン化特性を最良のものにするた
めに使用されている。このようなプロファイルの例は
“ロゴスキイ”、“チャング”または“変形チャング”
プロファイルとしてこの分野で普通に呼ばれているもの
である。従来技術のこれらの電極は一般に均一な電界解
析技術に基づいて正確に決定された形状を有しており、
これらを解析技術は放電電圧の大きさに関係するデータ
を使用しており、したがつて電極表面の電流密度、ガス
媒体圧力、電極間間隔、その他のファクターに関係した
データを使用している。その結果これらの従来の形式の
電極は全て共通に電極表面座標の正確な規定を有してい
る。電極プロファイルに対するこの正確な規定の結果と
して、このような電極の製作は複雑で費用のかかるデジ
タル機会加工技術の使用、或いは特別のアナログ工具に
よる製造を必要とする。また従来技術のこれらの電極プ
ロファイルは一般に実際に有用な放電領域よりもずつと
広い電極を与え、したがつてレーザ出力パワーを対応し
て増加することなく全体のレーザ容器の所要の大きさを
著しく増加させる。

これらの従来技術の電極のさらに別の欠点の一つは、そ
の複雑な形状によりレーザ容器内の電極相互の所要の整
列が困難となりそれを達成するのにコストがかかること
である。

発明の解決しようとする課題 この発明の目的は、前述のような従来技術の欠点を除去
し、電極の製造ならびにそれに続くレーザ空洞内の電極
の整列を容易にする簡単化された電極プロファイルを有
するレーザ用電極を開発することである。

課題解決のための手段および作用 この発明のレーザ用電極は、互いに平行に配置された平
坦な上面および底面を有し、両端部がほぼ半円形状の形
状を有する細長い部材より構成され、この部材はさらに
底面から上方に垂直に延在してこの電極部材を囲むほぼ
垂直な側壁を有し、側壁と上面との間の転移領域が上面
の周縁を囲む所定の実質上一定の曲率半径を有する凸状
曲面で構成されて予め定められた放電電位の範囲内で使
用できるようにされていることを特徴とする。

このように上面の周縁を囲む所定の実質上一定の曲率半
径を有する凸状曲面で構成された転移領域を設けること
によって、この所定の曲率半径によって定められた値で
アーク放電の放電電圧が決定され局部的に電界が集中す
ることが防止されるから、比較的簡単な形状の電極で所
定の放電電位の範囲内の安定な動作が可能になる。ま
た、垂直な側壁によって丸味を持つた縁部を終端するこ
とは全体の電極の幅を減少させる作用をし所要のレーザ
容器の大きさを減少させる。電極の底面はレーザ容器の
内部表面に電極をボルトで固定するための複数のねじを
切つた孔のような取付け手段を設けられてもよい。

図示の実施例では、35000 乃至40000 ボルトの範囲の放
電電圧で使用するための電極が電極の上面を囲む約7 ／
16インチの曲率半径を有する丸味を有する縁部を備えて
いる。この曲率半径を有する電極はこの発明によりレー
ザの動作パラメータの広い範囲にわたつてすぐれた性能
特性を与えることが示されている。性能特性は従来技術
の均一電界解析技術にしたがつて製作されたもつと複雑
なプロファイルの電極と実質上同一である。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明により製作された電極の上面図であ
る。

第２図は、第１図の線2 −2 に沿った電極の断面図であ
る。

第３図は、第１図の線3 −3 に沿った電極の断面図であ
る。

発明の詳細な説明 図面を参照すると、この発明により製作された電極の１
例が示されている。

電極10は長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）、高さ（Ｈ）を有する概
して細長い形状であり、両端はほぼ半円形状である。電
極10は水平方向に平たく、ほぼ平坦な上面12と、反対側
の平坦な底面16と、ほぼ垂直な外側側壁20とを有してい
る。平坦な上面12と垂直な側壁20との間の転移領域は凸
面の丸味を持つた縁部部分14を構成し、それは所定の曲
率半径（ｒ）を有する。

さらに示されるように、底面16は複数の取付け用ねじ孔
18a ，18b ，18c として示されているような電極取付け
手段を備えている。もちろん、取付け用ねじ孔18の数お
よび位置は特定の横断励起レーザの適用に対する取付け
の要求によつて大部分決定され、したがつて孔18の数お
よび位置はこの発明の実施例によつて変動する。

電極10は典型的には選択された金属の一体の部材から構
成される。選択された金属はアルミニウム、ステンレス
鋼、銅、あるいは任意の多数の他の適当な金属でよい。
選択された金属の硬度は電極の使用によつて生じるパッ
タリングの程度に関係する。例えば、ステンレス鋼は比
較的硬い金属であり、銅よりなる電極よりもスパッタリ
ングの程度が少ない。励起エネルギの影響下の電極表面
のスパッタリング、或いは金属原子の脱落は循環される
レーザガス或いはレーザ内の光学素子の望ましくない汚
染を生じる。スパッタリング量を減少させるために、比
較的ソフトな金属が選択される場合には外表面領域の硬
度を有効に増加させるために適当な被覆材料で被覆する
ことができる。実質上銅からなる電極10の被覆のための
適当な被覆材料の一例はニツケルメツキ材料である。

図示された電極の形状から、比較的容易に製作できる電
極のプロファイルが与えられることが認められる。この
ようなプロファイル形状は簡単なミーリング装置によつ
て、或いは鋳造動作を使用する簡単なモールドによつて
すらも製作されることができる。この製作が容易である
特徴は所定の用途のために比較的硬い金属材料が選択さ
れた場合には特に重要である。その場合にはそのような
電極の加工時間の必要量は大きく減少する。したがつ
て、電極の比較的高い生産率が電極当りのコストが比較
的低くて達成される。

この発明の図示された実施例において、電極の近似的寸
法は以下のとおりである。

Ｌ＝6.00インチ Ｗ＝1.30インチ Ｈ＝0.40インチ Ａ＝0.60インチ Ｂ＝0.65インチ 転移領域14の曲率半径は約7 ／16インチである。

この曲率半径は各種の横断ガス流レーザに使用するため
の電極の生産において適していることが認められた。例
えば、約0.5 乃至4 気圧のガス圧力、約20000 乃至4000
0 ボルトの放電電圧、5000アンペアまでの電流密度、6
ジュールまでの全電極入力エネルギで動作するレーザが
この約7 ／16インチの曲率半径によつて特徴付けられる
プロファイルを有する電極を有効に使用することができ
ることが認められた。さらに、電極の長さおよび幅の寸
法は上下されてもよいが、この曲率半径を保持すること
によつて類似した結果が得られる。もしも長さおよび幅
が定められるならば、高さは約0.40インチに維持され、
また対向する電極対の間隔は公称1 cmに維持されること
が好ましい。

したがつて、この発明による電極の設計は従来の電極設
計において必要とされていた面倒な均一電界解析技術を
使用する必要がない。

それぞれ上述のような寸法を有する電極対は、35乃至40
kVの放電電圧で動作する横断励起ガスレーザにおいて、
従来技術のもつと複雑な形状を有する電極と実質上同一
の特性を示すことが認められた。さらに、このような電
極対はレーザ空洞中における整列が一層容易であり、さ
らに従来技術の電極よりも容易に製作することができ
る。さらに、図示の実施例にしたがつて製作された電極
は実質的に垂直な側壁20により狭い幅を有することが認
められる。したがつて、上面から底面まで完全に延在す
る湾曲部を有する電極の側面の代わりに垂直な側壁を使
用することは電極幅を減少させ、対応するレーザ容器全
体の大きさを減少させる。縁部14の曲率は対向電極間の
不所望なアークの発生を阻止し、しかも有利な減少した
電極幅を与える。

もちろん、上記の特定の実施例は単なる例示に過ぎない
ものであり、ここに示されたものにこの発明を限定する
ことを意味するものではない。また当業者にはこの発明
の精神および技術的範囲を逸脱することなく変形変更を
行うことができることが容易に認識されるであろう。し
たがつてこの発明は上記した特定の実施例によつて限定
されるものではなく、添附された請求の範囲によつての
み限定されるものである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質上互いに平行に配置された実質上平坦
   な上面および底面を有する細長い形状の電極部材により
   構成され、前記電極部材はさらに前記底面から上方に垂
   直に延在して前記電極部材を囲むほぼ垂直な側壁を有
   し、前記側壁と前記上面との間の転移領域が湾曲面を有
   している横断ガス流レーザ用電極において、 前記細長い形状の電極部材は前記上面および底面に垂直
   な方向から見た形状が両端部においてそれぞれほぼ半円
   形の形状の端部部分を具備し、 前記側壁と前記上面との間の湾曲面の転移領域が前記側
   壁および前記上面に対して垂直な断面において上面の全
   周縁で実質上一定の曲率半径を有する凸状曲面を有して
   いることを特徴とする横断ガス流レーザ用電極。
2. 【請求項２】一定の曲率半径は約７／１６インチである
   請求項１記載の電極。
3. 【請求項３】前記底面は前記電極をレーザ空洞の内面に
   取付けるための取付け手段を備えている請求項１記載の
   電極。
4. 【請求項４】前記部材はアルミニウム、ステンレス鋼、
   またはニッケル被覆銅から構成されている請求項１記載
   の電極。
5. 【請求項５】前記取付け手段は前記底面に形成されてい
   る複数のねじを切った孔である請求項３記載の電極。