JPS62174986A

JPS62174986A - 高周波励起気体レ−ザ−

Info

Publication number: JPS62174986A
Application number: JP1559486A
Authority: JP
Inventors: Norio Karube; 規夫軽部
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1987-07-31

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】産業上の利用分野本発明は高周波で励起される気体レーザーに関するもの
である。

従来の挾術気体レーザーに於ける高周波励起は、ｉ）金属電極とレーザーガスが接しないので特に化学反
応性の高いＣＯ２レーザーに良いｉｉ）リアクテブ　バ
ラス１〜であるのでエネルギー効率が良いｉｉｉ　）　Ｉｌｌ放電で電圧が低いので電源の固体素
子化による小型化が可能 ■）高速ガス流時の放電均一性が良く良質のモードが得
られるなどの理由で、ｉ）小型ｉｔ　）高効率ｉｉｉ　）良いビームモードが得られ、切断加工用等のＣＯ２に適している。

しかしながら、一方では安定な放電の為には誘電体層の
両端間に放電維持電圧と同程度の電圧降下を必要とする
が、従来の高周波励起ＣＯ２レーザーの電極は第４図、
第５図に示す如く金属電極の鉄管１１の表面上に誘電体
層としてグラスライニング層１２を０．８〜１．２ｍｍ
の厚さでコーテングし電極１０．１０’　を構成し、電
極１０゜１０の鉄管１１．１１に高周波電源１３より高
周波を印加することによりレーザーガスを励起させてい
た。

レーザーの放電維持電圧は５〜１０ＫＶであるので、上
記ライニング層１２にも同程度の電圧が印加されること
になる。従って、同層１２は少なくとも１５ＫＶ程度の
耐電圧特性は持たねばならない。

しかしながら、該ライニング層１２は鉄管１１にコーテ
ングすることから鉄管１１と密着圧がよいこと、また、
鉄管１１が熱により膨張したとき剥離が生じないように
熱特性が鉄管１１と一致せねばならず、電気的特性のみ
からこのライニング層１２の材料を選択することができ
なかった。また、製造上からも、コーテングを行うこと
によりピンホールが生じたり剥離が生じるという問題も
ある。さらに、ライニング層１２は薄膜であるため、印
加する電流値を上げていくと絶縁破壊が生じ、絶縁破壊
やピンホールがあると電流が集中して流れるため電流値
を上げることができず、おのずから入力電力レベルに限
界があり、ＩＫＷが限界であった。その場合でも、電流
密度を上げて注入電力密度を増大させることはできない
ので、放電領域を拡大させる必要があり、為に電極間隔
が４０ｍｍ以上であったので良質のＴＥＭ００モードは
得難かった。

発明が解決しようとする問題点本発明は上記従来技術の欠点を改善し、上記金属電極と
誘電体層が密着性が良いこと及び熱特性が一致すること
という条件を不要にし、誘電体を純然たる電気特性のみ
から選択し、電流密度を上げても絶縁破壊が生じないよ
うな誘電体を選び１穫表面での許容電流密度値を増大ぜ
しめて単位体積当たりの放電入力レベルを増大せしめて
高出力の高周波励起気体レーザーを得ることにある。

問題点を解決するための手段レーザーガスを誘電体層を介して金属電極に印カロされ
た高周波により励起させる高周波励起気体レーリ”−に
おいて、上記誘電体図は上記金属電極に接着されること
なく接してまたは間隙をもって上記金属電極を覆うよう
に構成することにより上記問題点を解決した。

作　　用上記誘電体層は上記金属電極に接着されていないから、
該誘電体は、上記金属電極に密着性がよいもの及び熱特
性が金属電極と一致するもの等の条件を考慮する必要が
なく、単に誘電体としての電気特性のみから該誘電体を
ｊパ択できるから、誘電率が高く、絶縁破壊電界値の高
い誘電体を選ぶことによって高出力（１ＫＷ以上）の高
周波励起気体レーザーを得ることができる。

実施例第１図は本発明の１実施例を示す図、第２図は第１図Ｘ
−Ｘ断面図で、１は鉄等のパイプで構成された金属電極
、２は誘電体層で、上記金属電極１を間隙３をもって覆
っており、この金属電極１と誘電体層２からなる電極が
２本レーザーガス内に配置されており、両金属電極１．
１間に高周波電源４から高周波を印加することにより、
レーザーガスを励起させレーザー光を得るようになって
おり、本発明と従来の高周波励起気体レーザーとの相違
は上記金属電極１と誘電体層２が間隙３をもって配置さ
れている点で他の構成は従来のものと同一である。

なお、上記間隙３は必ずしも空間を有している必要はな
く、誘電体層２と金Ｂ電極１は接していてもよく、単に
両者間が接着されてなければよい。

また、該間隙３内に電導性の高いペーストを充填しペー
スト層にしてもよい。

このような構成において、電流密度をｔｏ、上記誘電体
層２の誘電率をε、印加周波数をω、上記誘電体２の層
厚をｄとすると、該誘電体層２の電圧降下Ｖは簡単な計
算の結果、Ｖ＝ｄ　ｉ　ｏ　／εω　　　　・・・・・・・・・（
１）となる。一方、放電の安定化の為にはこの電圧降下
■の値は放電維持電圧■０の近傍の値にすればよいので
、上記誘電体層の所要厚みｄは第（１）式のＶに■０を
代入し、ｄ＝Ｖｏ　・εω／ｌＯ・・・・・・・・・（２）とな
る（なお、第１図に示す例においては２つの誘電体層２
，２があるから１方の誘電体層２の厚みは第（２）式に
示す値の半分となる）。また、誘電体内部の電界強度Ｅ
は簡単な計算の結果Ｅ干１０／εω　　　　　・・・・
・・・・・（３）である。そこで、上記誘電体層２の絶
縁破壊電界強度をＥＯとすると、上記電界強度Ｅは、Ｅ
≦ＥＯ・・・・・・・・・（４）と、絶縁破壊電界強度ＥＯより小さくすればよい。

第（４）式に第（３）式を代入し、１０／εω≦ＥＯ故に、ｔｏ≦ＥＯεω　　　　　・・・・・・・・・（５）と
なり、許容最大電流密度はＥｏεωとなるから、許容最
大電流密度を上げるには、周波数ωを上げるか、ＥＯε
の大きい材料、即ち、絶縁破壊電界強度ＥＯが大きく、
誘電率εの高い材料を選択すればよく、層の厚さには無
関係である。そうすることにより許容最大電流密度を増
大させ、単位体積当たりの放電入力レベルを増大させて
、出力の大きいＩＫＷ以上の高周波励起気体レーザーを
得ることができる。

上記誘電体層２の材料としては上記電気的特性の条件よ
り、例えば、チタン酸バリウム、石英。

アルミナ、マイラー、カプトン等を選ぺばよい。

上記実施例では、２つの電極とも金属電極１を誘電体層
２で覆ったものを用いたが、必ずしも両電極とも誘電体
層２で覆う必要はなく、一方の電極のみ誘電体層２で覆
い、他方は金属電極１のみにしてもよい。

さらに、電極の断面形状が円であることに限定される必
要もなく、四辺形でも、また他の形状でもよく、金属電
極と誘電体層を分離して接着しなければどのような形状
でもよい。

発明の効果以上述べたように、本発明は金属電極と誘電体層が分離
され接着されてないから、誘電体層を金属電極に密着し
やすいものとか、熱膨張率が金属１痺に一致したもの等
の条件を考慮することなく、単に電気的特性（誘電率、
絶縁破壊電界強度等）のみを考慮して選択でき、それに
より許容電流密度値を増大させ、単位体積当たりの放電
入力レベルを増大させ、大出力（ＩＫＷ以上）の高周波
励起気体レーザーを１与ることができる。また、細い径
の共振器を用いてＴＥＭｏｏモードをも可能にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は第１図ｘ
−Ｘ断面図、第３図は従来の高周波励起気体レーザーの
説明図、第４図は第３図×−Ｘ断面図である。１・・・金属電極、２・・・誘電体層、３・・・間隙。（ほか１名）−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザーガスを誘電体層を介して金属電極に印加
された高周波により励起させる高周波励起気体レーザー
において、上記金属電極は上記誘電体層により接着され
ることなく覆われていることを特徴とする高周波励起気
体レーザー。
（２）上記金属電極は上記誘電体層に間隙をもって覆わ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
高周波励起気体レーザー。
（３）上記間隙には電導性の高いペーストが充填されて
いる特許請求の範囲第２項記載の高周波励起気体レーザ
ー。
（４）上記高周波励起気体レーザーの一方の電極は金属
電極のみで構成され、他方の電極は上記金属電極と誘電
体層で構成されている特許請求の範囲第１項、第２項又
は第３項記載の高周波励起気体レーザー。
（５）上記誘電体層は誘電率が高く、絶縁破壊電界強度
の高い誘電材料で構成される特許請求の範囲第１項、第
２項、第３項または第４項記載の高周波励起気体レーザ
ー。