JPS609675B2 - 横断流ガスレ−ザ用流路構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、横方向高周波励起のための、相向き合った流
路壁内に配置する電流を備え、該電極は「流路の内側の
誘電材料と流路の外側の金属層とから成り、金属層がそ
れぞれ電極の極と結合している横断流ガスレーザ用の流
路構造に関する。

＜先行技術＞上記技術分野の装置は、例えば米国特許明
細書３７４８５９４からからすでに知られている。

ガス流中におけるレーザ活性状態を励起させるために高
周波エネルギーの活性は、流路において護蚤層によりガ
ス流から分離されている電極を使うという方法を採る“
譲霞電極”を用いれば特に有利となる。公知の装置にお
いては譲霞材料がレーザ導管の構造および構成を決めて
しまう。このようなしーザは減圧状態にして操作される
ので（５０一２００仇ｂ）、レーザの流路が大気圧に対
して強度面で耐久力を発揮するように構成されなければ
ならない。しかるに、適切な電気的データ一を有する誘
電体は「その機械的特性のために、大いなスパン幅を有
する自己保存力ある流路壁として活用されるには不向き
であるが、例えば誘電体としては必要とされるような機
械的曲げ強度を具備せぬセラミック物質が用いられてい
る。かような点は、大規模寸法のレーザが光軸方向に構
成される場合、つまり高レーザ出力を得る場合であれ、
特に高放射特性を得る場合であれ、特にあてはまること
になる。他面、金属によるレーザ流路の耐久力ある仕様
が何のトラブルもなく可能となるのではない。

というのは、金属部分に対する容量結合が、一方では管
理調整されていない不規則放電を生じ、他方では容量的
短絡を発生させるからである。そのほかの問題は、電極
自体の領域から起る必要不可欠な熱放射により、および
金属レーザ流路と誘電電極金属被覆部との間で高いガス
気密性を発生させることを不可欠とすることにより生ず
る。＜発明の目的＞ 本発明は、前記公知の流路構造の改良した構造を堤供し
、これによって光軸方向に極めて大きな寸法をもつレー
ザの流路構造が製造され得るようにすることを目的とす
る。

＜発明の構成＞ 本発明の目的は、冒頭に記載した種類の流路構造におい
て、本発明によれば、流路が支持ハウジングにより囲ま
れ、このハウジングは電極を保持する肇がそれぞれ‐っ
づっの電極用受入れ面を持つこと、電極の誘電材料が支
持部として構成されていて、個々の電極の金属層を厚綾
を以て囲み、この厚綾に対して金属層が流離内部方向に
向けて後退して配置されること、誘電性支持部は厚縁に
より、ハウジングの受入れ面に密接し、且つこうしてハ
ウジングに固着されていること、および金属層が誘電性
支持部とは離れた側において自由空間を有して配置され
ていることにより達成される。

本発明の好ましい実施態様においては、ハウジングは、
支持部の金属層と整合する少なくとも一つの空隙を有し
、特に空隙の面積が金属層の面績に一致するようになっ
ている。

このような実施態様においては、ハウジングは金属層に
向き合った領域内で取外されていて、その結果、このよ
うな実施態様によってハウジングと金属層との間で容量
結合は更に低下せしめられる。更に金属層が解放状態に
おかれることにより、電極の冷却は容易となる。

空隙を通過して冷却媒体が金属層に向かう場合、例えば
冷却空気流が存在する場合に好都合である。この場合、
空隙が一つの挿入部材により遮蔽されていて、この挿入
部村が、この部材自身と金属層との間において冷却媒体
のために流路を解放状態におき、冷却媒体用として入口
および出口の孔部を有するように装備され得る。

上記挿入部村がプラスチックから構成されるならば好都
合である。

そのほかの好ましい実施態様において、ガスの流れ方向
に対し横断方向をとるか、および／またはガスの流れ方
向に対して平行を採るかして複数の支持部が相並んで配
備されている。

このようなモジュール構造によれば、活性電極面の寸法
を流れの方向に対して横切り、また必要ある場合には流
れの方向そのものに希望に沿って変えることが可能とな
る。このためには、流動方向に対して横切り、ないいま
光軸方向を探って横並びに相並んで配置する支持部の数
や流動方向に向け相前後して並んで配置する支持部の数
を変えることが十分である。支持部が譲亀性ホルダーに
より支えられて、ハウジングの受入れ面に確保されてい
る場合には、特に有利である。

ホルダーはその際、流路に向いた側において平坦となり
、支持部の同様に平坦な下側と整合している。ホルダー
および支持部はこうして共に流路のための平坦な誘電境
界壁を形成する。更に、ホルダーが、ホルダー自体の、
流路とは反対側において平坦になっていて、および支持
部の同様に平坦な厚緑と整合している状態にもなり得る
。

ホルダーおよび支持部は共にこうして、平坦な厚綾を形
成し、この厚緑はハウジング壁の受入れ面に接する。ホ
ルダーは特にハウジングに固定されていて、例えばねじ
止めされる。

ホルダーにより複数の支持部も支えられるように配慮さ
れ得る。好適実施態様の場合、支持部がその厚縁長さ全
体にわたって受入れ面と密着接合しているように装備さ
れているが、その他の実施態様においてはこのようなシ
ール面に沿って、接着面と厚綾との間にＯ型リングが挿
入され得る。

なお支持部が小さな損失角と高誘電率を有する、たとえ
ば針２０３の如き誘電材料から構成されるならば特に有
利である。

そのほかこうした材料は、高い機械的・熱的強度を持た
ねばならぬが、というものも支持部は放電機構と直接、
接触するからである。これに対し、支持部を収納するホ
ルダーを製作するには、損失角および誘電率に関しては
比較的４・ごな要求しか設定され得ぬ議電材料が活用さ
れるのである。実施例 以下、本発明による一実施例を示す添加図面を参照して
本発明を詳述する。

第１図においてはガスレーザ流の流路構造の短小ピース
１が示されている。

このピース１は平坦な上側壁３を有し、同じく平坦な下
側壁４を有する強固なハウジング２から成る。双方の壁
３および４はこれに直交して走る２枚の側壁５および６
により相互に結合されていて、その前端側および後端側
においてハゥジワグ２が開いている。ハウジング２は支
持構造体として形成されていて、特に形態安定性をもち
、耐荷重性ある金属から成り、その結果、ハウジングに
より囲まれた流路が本質的に低圧力へと真空化されてい
る場合に、外部からハウジングへと作用する圧力に耐え
得るのである。上側壁３および下側壁４（第１図では見
えなし、）においては、互に並んでいる複数の長方形空
隙７が配置されていて、これらの空隙が上側および下側
の壁において対になって向き合っている。

ハウジング２により囲まれた流路の相互に向き合った上
側壁および下側壁の内側は平坦に構成されＬ空隙７の周
囲には電極用の受入れ面亀蚤を形成するがＬ この受入
れ面の構成はト以下、第２図によって詳細に説明する。
個々の電極は例えばＡＩ２０３−セラミックの如き誘電
材料から成る楢状または皿状の支持部９を有する。

皿状支持体の平坦基底には、薄い金属層１０が装備され
、これが平板な電極を形成し、接続ワイヤ１１を介して
図には示されていない電源と結合している。金属層は例
えば、暁付け銀層の場合もあり得るが、このような銀層
はプラズマ放電により付与されたものであり、１００〜
２００ミクロメータの厚みを備える。基底部において金
属層１０を有する皿状の凹みは垂直壁１２により囲まれ
、この壁の上側が平坦な厚綾１３として形成されている
。

壁１２は、フランジー４の形態を探る厚緑１３に接する
ようにして拡がっているが、これは第２図において断面
で示すとおりである。皿状支持部の基底部における金属
層１０の配備により「厚緑により規定される面に平行し
て走る面内に金属層１０が配置することになり、金属層
１０の面は厚縁１３の面に対し、後退した状態でセッテ
ィングされていることになる。第２図から明確になるこ
とは、支持部９がホルダー１５により保持されているこ
とである。

このホルダーは例えば利用価値のあるガラスセラミック
といった譲軍材料からも同様に構成され、基本的にはプ
レート状をなして構成される。支持部の内方に向いた側
において、ホルダー１５の下側では、フランジー６が突
出し、このフランジが前記支持部のフランジ１４下に競
合し、この支持部をこうした措置により支承する。この
種のホルダー１５は支持部９の両側で長さ方向に配置し
、その結果、この支持部がホルダー中に懸架されること
になる。ここでホルダー１５の厚みは支持部の全高さに
一致し、その結果としてホルダー１５の平田になった上
側面１７は支持部の平坦な厚緑１３と整合しており、他
方、ホルダー１５の下側面は支持部９の平坦な下側面と
整合している。ホルダーは支持部より幅広く構成するこ
とができ、それにより、第２図に示すように、ホルダー
が複数の相並んだ支持部を収納することができる。

しかしながらホルダー内の支持部の幅を調節することも
可能である。各支持部９の金属層１０がハウジング壁内
空隙７と並ぶように配置し、かつ支持部の一つの要素と
なる厚縁亀３がし空隙Ｔを囲む平坦なハウジング２の壁
内側に接し「このハウジング壁がこうした範囲において
受入れ面１９を形成するように、支持部はハウジング２
の上側壁３および下側壁４の内側にホルダーにより保持
されている。

第１図の図解から明確になるように、空隙のサイズと金
属層ＩＣの表面積は相互に一致していて、金属層ＩＱは
その面積全体にわたり露出するように配置されている。
支持部９はホルダー１５によりハウジングの壁３および
４に保持され、このホルダーは例えば壁３および４にね
じ止めされる。基本的には、厚緑ｉ３は壁３および４の
受入れ面に密着して接することが重要である。このよう
な状況は例えば、支持部がその厚緑沿いに受入れ面と接
合することにより達成でき、他の実施例では、厚縁と受
入れ面との間にパッキングリング３０（第３図）が挿入
されている。ハウジング２の側壁５および６はその内側
において誘電層２０を以て被覆されていて（第１図）、
その結果、流路を形成するハウジング２の内側空間は、
あらゆる側において、金属ハウジング２から謙露材料に
よって遮蔽されている。

双方の側壁５および６には孔部２１が設けられ、この孔
部を通って、流路の内部から外部へ向けての放射流が通
過し、既知の方法で、流路の外部に配備された鏡面２２
および２３において反射することになり、その結果、双
方の鏡面２２および２３間の空間が光学的共鳴器を形成
するようになる。第１図において矢印２４により示され
る如く、露出されている金属層１川ま、冷却空気流のよ
うな冷却媒体流によって冷却を受けるが、この冷却媒体
流は外部から金属層１川こ向って流れるのである。

第３図に示されるような他の実施例においては〜空隙７
はプラスチック部材２５１こより閉ざされるが、このプ
ラスチック部材は外部から空隙中へと押込まれ、その下
側２６と金属層１０との間で細い流動用隙間２６を形成
するが、この隙間は入口２８を介して冷却媒体供給源と
接続する。

入口２８を通って隙間２７中に入ってくる冷却媒体が流
動用隙間２７を通過して出口２９へ出る。このような方
法により、金属層の効果的な冷却を保証する冷却体のた
めの流動路が規定される。作用時においては、第１図に
示されるようなピースーがレーザー装置の流路内に設置
される。たとえば、ピース１は、第１図において矢印Ａ
の方向に流れるガス流を必要な速度にまで誘導する膨張
ノズルの下流域に設置される。流動がピース１を通過す
る際に、ガス自体は、金属層１川こより形成された対に
なった電極間で励起され、これによりレーザー光線を放
出することが可能となる。このレーザー光線は鏡面２２
および２３により形成される光学的共鳴器から既知手法
により抽出することができる。支持部は作用時において
は、通常、放電が行なわれる励起領域内に存在し、その
ために機械的視点においても、熱的視点においても高負
荷に耐えなければならない。

しかるに支持部は比較的小さな面積しか持たないので、
こうした目的のために適している例えば酸化アルミニウ
ムセラミックというセラミック材料によっても上記の対
策を行なうことは可能である。更に支持部材料はこのよ
うな領域内で、小さな損失角と高い譲露率を持たねばな
らない。こうしたことは酸化アルミニウムセラミックに
よっても満たされる。これに対し、ホルダーの材料は、
同様の電気特性を持つ必要はなく、従って安価な材料が
使用できるのであり、例えばガラスセラミックまたは高
損失角をもつ別の誘電材料を用いることもできる。

ホルダーの材料はその際、基本的には、本釆のホルダー
の機能のほか、高周波放電機構とハウジングとを電気的
に分離する課題を有する。支持部をモジュール的に利用
することにより、いづれにせよ、相互に並んだ、または
流れの方向に前後して配置した支持部の個数を変動され
ることにより電極の有効面積を変えることができる。こ
れにより、このようなしーザ−機構は簡単な手法により
規模変更を行ない得る。＜発明の効果＞ このような構造は、例えば金属から成る任意幅の安定な
ハウジングをつくることが可能となり、しかもハウジン
グと電極金属層との間には障害や容量結合が生じない。

とりわけ、このような実施態様では全体の失持機能をハ
ウジングに伝えることができる。これによって噴射導管
内部には、付加的な支柱が不要であり、流れが乱れぬ状
況が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガス放電域内で切断したときの流路の、斜視
図である。 第２図は、挿入支持部を有するホルダー部分とピースを
上から見た斜射図である。 第３図は、ハウジング空隙を閉ざす挿入部材を有する、
ハウジングに保持された支持部の、外側構造の一実施例
の長さ方向断面である。 なお、図面での照合番号は下記の各部品を意味する。 １……流路短小ピース、２・・・…ハウジング、３，４
・・・・・・壁、５，６…・・・側壁、７・・・・・・
空隙、９・・・・・・支持部、１０・・・・・・金属層
、１１・・・・・・接続ワイヤ、１２・・・・・・垂直
壁、１３・・・・・・厚緑、１４・…・・フランジ、１
５……ホルダー、１６……フラソジ、１７・・・・・・
上側面、１９・・・・・・受入れ面、２０・・・・・・
議電層、２１・・・・・・孔部、２２，２３・・・・・
・鏡面、２４・・・・・・矢印、２５・・・・・・プラ
スチック部材、２６・・・・・・プラスチック部材下側
、２７・・・・・・流動用隙間、２８……入口、２９…
・・・出口、３０・・…・パッキングリング。 Ｆｉｇ．ｌ Ｆｉｇ．２ Ｆｉ９．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 横方向高周波励起のための、相向き合った流路壁内
   に配置する電極を備え、該電極は、流路の内側の誘電材
   料と流路の外側の金属層とから成り、金属層がそれぞれ
   電源の極と結合している横断流ガスレーザ用の流路構造
   において、流路が支持ハウジング２により囲まれ、この
   ハウジングは電極を保持する壁３，４がそれぞれ一つづ
   つの電極用受入れ面１９を持つこと、電極の誘電材料が
   支持部９として構成されていて、個々の電極の金属層１
   ０を厚縁１３を以て囲み、この厚縁に対して金属層１０
   が流路内部方向に向けて後退して配置されること、誘電
   性支持部９は厚縁１３により、ハウジング２の受入れ面
   １９に密接し、且つこうしてハウジング２に固着されて
   いること、および金属層１０が誘電性支持部９とは離れ
   た側において自由空間を有して配置されていることを特
   徴とする流路構造。 ２ 前記ハウジング２は、支持部９の金属層１０と整合
   する少なくとも一つの、空隙７を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の流路構造。 ３ 前記空隙７の面積が金属層１０の面積に一致してい
   る特許請求の範囲第２項に記載の流路構造。 ４ 少なくとも一つの冷却媒体が前記空隙７を介して金
   属層１０に対向して配置されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項に記載の流路構造。 ５ 前記空隙７が挿入部材２５により閉ざされ、この部
   材がそれ自体と金属層１０との間の冷却媒体のための循
   環通路２７を形成し、かつ冷却媒体のための入口および
   出口の孔部（２８ないし２９）を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の流路構造。 ６ 前記挿入部材２５がプラスチツクから構成されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の流路構造
   。 ７ ガスの流れ方向に対し横断方向をとるか、および／
   またはガスの流れ方向に対し平行を採るかして、複数の
   支持部９が相並んで配備されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の流路構造。 ８ 前記支持部９が誘電ホルダー１５により支持され、
   およびハウジング２の受入れ面１９において確保されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の流路構造。 ９ 前記ホルダー１５が、このホルダーの、流路へ向い
   た側１８において平坦になっていて、および支持部９の
   同様に平坦な下側面と整合していることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項に記載の流路構造。 １０ 前記ホルダー１５が、このホルダーの、流路とは
   反対側１７において平坦になっていて、および支持部９
   の同様に平坦な厚縁１３と整合していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第８項に記載の流路構造。 １１ 前記ホルダー１５がハウジング２に固定されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の流路
   構造。 １２ 前記ホルダー１５によって複数の支持部９が支え
   られることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の
   流路構造。 １３ 前記支持部９が小さな損失角および高誘電率を有
   する、例えばＡｌ＿２Ｏ＿３の如き誘電材料から成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の流路構造
   。 １４ 前記支持部９はそれらの厚縁１３に沿って受入れ
   面１９と密着して接合されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の流路構造。