JPS62174987A - 高周波励起気体レ−ザ−用電極 - Google Patents
高周波励起気体レ−ザ−用電極Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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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。
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の電極の構造
に関するものである。
に関するものである。
従来の技術
気体レーナーにおける高周波励起は、
ｉ）金属電橋とレーザーガスがが接しないので化学反応
性の高いＣＯ２レーザーに良いｉｉ）リアクティブバラ
スｉ・であるのでエネルギー効率が良い ｉｉ ）縦放電で電圧が低いので電源の固体素子化によ
る固体化が可能 役）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 ｉ）高効率 ｉｎ）良いビームモード が得られ、切断加工用等のＣＯｚレーザーに適している
。
性の高いＣＯ２レーザーに良いｉｉ）リアクティブバラ
スｉ・であるのでエネルギー効率が良い ｉｉ ）縦放電で電圧が低いので電源の固体素子化によ
る固体化が可能 役）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 ｉ）高効率 ｉｎ）良いビームモード が得られ、切断加工用等のＣＯｚレーザーに適している
。
しかしながら、一方では安定な放電のためには誘電体膜
の両面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図に示す如く鉄管１１の表面上に誘電体膜として
グラスライニング層１２を０．８〜１．２ｆｆ１ｍ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。
の両面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図に示す如く鉄管１１の表面上に誘電体膜として
グラスライニング層１２を０．８〜１．２ｆｆ１ｍ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と密着性がよいこと、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。
ングすることから、鉄管１１と密着性がよいこと、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レ
ーザー出力１ ＫＷ／μ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、ために電
極間隔が４Ｑ１ｍ以上であったので良質のＴＥＭｏｏモ
ードは得がたかった。また、従来のこのような電極構造
は直交型レーザーのみに適合したものであることも限界
の一種であった。
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レ
ーザー出力１ ＫＷ／μ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、ために電
極間隔が４Ｑ１ｍ以上であったので良質のＴＥＭｏｏモ
ードは得がたかった。また、従来のこのような電極構造
は直交型レーザーのみに適合したものであることも限界
の一種であった。
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、誘電体を構成す
る部材は熱特性を考慮する必要なく、単に電気的特性の
みを考慮して最適な材料を自由に選択でき、かつ、レー
ザー出力１〜５ＫＷ以上が出せる高周波励起気体レーザ
ー用電極を提供することにある。
る部材は熱特性を考慮する必要なく、単に電気的特性の
みを考慮して最適な材料を自由に選択でき、かつ、レー
ザー出力１〜５ＫＷ以上が出せる高周波励起気体レーザ
ー用電極を提供することにある。
問題点を解決するための手段
本発明は、断面正方形の中空を有し、該中空中にレーザ
ーガスが通る機械的強度を有する誘電体製パイプのレー
ザー管の相対向する一組の辺の外面に金属薄膜が接着し
、該金属薄膜間に高周波電源を接続するようにすること
によって上記問題点を解決した。
ーガスが通る機械的強度を有する誘電体製パイプのレー
ザー管の相対向する一組の辺の外面に金属薄膜が接着し
、該金属薄膜間に高周波電源を接続するようにすること
によって上記問題点を解決した。
作用
電極の機械的強度は上記誘電体製のパイプで維持され、
該誘電体の外面に接着される金属７Ｎ膜は電気伝導性の
みを有すればよいから十分薄くすることができ、そのた
め熱膨張の差によって誘電体が破壊されることな（誘電
体を自由に選択することができる。また、誘電体のパイ
プの板厚も十分厚くとれ、使用中ピンホールが生じたり
、絶縁破壊が生じるようことがなく、電極表面での許容
電流α値を増大することができ単位体積当たりの放電入
力レベルを増大することができ、１〜５ＫＷの出力が出
させ気体レーザーの電極が得られる。
該誘電体の外面に接着される金属７Ｎ膜は電気伝導性の
みを有すればよいから十分薄くすることができ、そのた
め熱膨張の差によって誘電体が破壊されることな（誘電
体を自由に選択することができる。また、誘電体のパイ
プの板厚も十分厚くとれ、使用中ピンホールが生じたり
、絶縁破壊が生じるようことがなく、電極表面での許容
電流α値を増大することができ単位体積当たりの放電入
力レベルを増大することができ、１〜５ＫＷの出力が出
させ気体レーザーの電極が得られる。
実施例
本発明は直交型レーザーにも同軸型レーザーにも適用す
ることができるが、同軸型レーザーに用いる電極の一実
施例について説明する。第１図は本発明の一実施例を示
す図で、１はアルミナ等の誘電体のセラミックの直方体
のパイプであって、−辺がｐの長さの正方形断面の中空
を有するレーザー管である。そして、１組の相対する辺
の外面には金属薄ｌ１１２．３がメタル溶射等で接着さ
れている。そして、該金属薄膜２．３には高周波電源４
が接続され、上記パイプ１の中空を流れるレーザーガス
（ＧＯ２、Ｎ２ Ｈｅ等混合）を励起するようになって
いる。該金属薄１１１２，３は電気伝導性のみを有すれ
ば良いので薄くすることができて従来例の場合と異なり
、誘電体と金属の相性はさほどの制約を与えないので誘
電体は十分な電気特性を有するものの中から自由に選択
することができる。特に、メタル溶射で金属薄１１１２
．３を形成する場合、例えば銅やアルミ等の金属粉末を
Ｈｅガス中でプラズマ化して誘電体のセラミック表面に
吹き付けて０．２〜Ｑ、４ｍｌ０の層の金属薄膜２゜３
を形成させた場合、メタル溶射であるから、金属薄ｌ１
％２．３は多孔質のものとなるので誘電体との熱膨張係
数が一致しなくともクラックや剥離の原因にならないの
である。この点、従来のものと比較した場合、従来のも
のは金属上に誘電体を溶射して多孔質の誘電体層を得た
としても電流が量適してしまい全く役にたたないものと
なり、本発明のように誘電体上に金属簿膜をメタル溶射
によって形成することによって初めて誘電体と金属との
熱膨張係数が異なってもクラックや剥離の原因とならず
、しかも電極の機能を達成できるものである。
ることができるが、同軸型レーザーに用いる電極の一実
施例について説明する。第１図は本発明の一実施例を示
す図で、１はアルミナ等の誘電体のセラミックの直方体
のパイプであって、−辺がｐの長さの正方形断面の中空
を有するレーザー管である。そして、１組の相対する辺
の外面には金属薄ｌ１１２．３がメタル溶射等で接着さ
れている。そして、該金属薄膜２．３には高周波電源４
が接続され、上記パイプ１の中空を流れるレーザーガス
（ＧＯ２、Ｎ２ Ｈｅ等混合）を励起するようになって
いる。該金属薄１１１２，３は電気伝導性のみを有すれ
ば良いので薄くすることができて従来例の場合と異なり
、誘電体と金属の相性はさほどの制約を与えないので誘
電体は十分な電気特性を有するものの中から自由に選択
することができる。特に、メタル溶射で金属薄１１１２
．３を形成する場合、例えば銅やアルミ等の金属粉末を
Ｈｅガス中でプラズマ化して誘電体のセラミック表面に
吹き付けて０．２〜Ｑ、４ｍｌ０の層の金属薄膜２゜３
を形成させた場合、メタル溶射であるから、金属薄ｌ１
％２．３は多孔質のものとなるので誘電体との熱膨張係
数が一致しなくともクラックや剥離の原因にならないの
である。この点、従来のものと比較した場合、従来のも
のは金属上に誘電体を溶射して多孔質の誘電体層を得た
としても電流が量適してしまい全く役にたたないものと
なり、本発明のように誘電体上に金属簿膜をメタル溶射
によって形成することによって初めて誘電体と金属との
熱膨張係数が異なってもクラックや剥離の原因とならず
、しかも電極の機能を達成できるものである。
また、金属薄膜２．３は１アンペア程度の電流を流せば
よいものであるから、誘電体の板厚（例えば２ｍｉ〜３
ｍｍ）に対し非常に薄いものでよく（０，２ｍｍ−０，
４ｍｍ） 、必ずしもメタル溶射によって形成する必要
はなく、メッキでも蒸着でもさらには導電性接着剤で接
着してもよい。
よいものであるから、誘電体の板厚（例えば２ｍｉ〜３
ｍｍ）に対し非常に薄いものでよく（０，２ｍｍ−０，
４ｍｍ） 、必ずしもメタル溶射によって形成する必要
はなく、メッキでも蒸着でもさらには導電性接着剤で接
着してもよい。
さらに、剥離を防止するために、金属７ｉｇ膜を第２図
に示すように蛇行する金属薄膜５として誘電体のパイプ
１にメタル溶射、蒸着、メッキ、さらには接着剤で接着
してもよい。また、第３図に示すように金属薄膜片６を
多数誘電体のパイプ１に上述のように接着し導線７で相
互に接続してもよい。
に示すように蛇行する金属薄膜５として誘電体のパイプ
１にメタル溶射、蒸着、メッキ、さらには接着剤で接着
してもよい。また、第３図に示すように金属薄膜片６を
多数誘電体のパイプ１に上述のように接着し導線７で相
互に接続してもよい。
一方、誘電体のパイプ１は、金属薄膜２．３を接着しな
い辺の板厚は該パイプ１の機械的強度を得るためにある
程度の厚み（例えば５ＩＩ１ｍ程度）を持たせ、また、
金属薄１１Ａ２．３を接着する辺の板厚ｄは誘電体の誘
電率をε、高周波周波数をω、電流密度をｔｏとすると
、簡単な計算の結果、上下面２枚の誘電体を通しての電
圧降下はｔｏ・２ｄ／εωとなる。安定な１１ｉ電のた
めにはこの値がレーザープラズマの放電維持電圧Ｖに等
しければ良いので、その条件から誘電体の所要板厚は第
（１）式のように設定すれば良い。
い辺の板厚は該パイプ１の機械的強度を得るためにある
程度の厚み（例えば５ＩＩ１ｍ程度）を持たせ、また、
金属薄１１Ａ２．３を接着する辺の板厚ｄは誘電体の誘
電率をε、高周波周波数をω、電流密度をｔｏとすると
、簡単な計算の結果、上下面２枚の誘電体を通しての電
圧降下はｔｏ・２ｄ／εωとなる。安定な１１ｉ電のた
めにはこの値がレーザープラズマの放電維持電圧Ｖに等
しければ良いので、その条件から誘電体の所要板厚は第
（１）式のように設定すれば良い。
ｄ −Ｖ６ω／２ ｔｏ ・−−−−−（１
）一方、誘電体内部の電解強度はｊＯ／εωとなるので
、誘電体が破壊しないためにはこの値が誘電体の絶縁強
度Ｅより小であれば良く、この条件から最大許容電流ｊ
ｏ（ｍａｘ）と最大注入電力Ｗ（ｍａｘ）がそれぞれ次
のように求まる。
）一方、誘電体内部の電解強度はｊＯ／εωとなるので
、誘電体が破壊しないためにはこの値が誘電体の絶縁強
度Ｅより小であれば良く、この条件から最大許容電流ｊ
ｏ（ｍａｘ）と最大注入電力Ｗ（ｍａｘ）がそれぞれ次
のように求まる。
ｔｏ（ｍａｘ＞＝εωＥ −−−−−−（２）
Ｗ （ｍａｘ ） ＝Ｉ ＬＶＦ、（１）Ｅ −−
−−−−＜ ３）ただし、ここで誘電率εは絶対誘電率
であって比誘電率Ｋを用いて ε−にε０ ・・・・・・（４）と書
くことができて、εＯはＭＫＳ単位で８．８５４ｘ１０
−＋２の値である。誘電体内部の電界強度は板厚によら
ないので、板厚は橢械的強度を満足するべく選べばよい
。ただし、一般的にこの板厚は小さくなり勝ちであるの
で、これを大きくするにはできるだけ低電流高電圧に、
周波数を高く、かつ高誘電率材料を用いること等が必要
である。また、最大注入電力レベルを増大させるにも、
できるだけ低電流高電圧に、周波数を高く、そして、絶
縁破壊強度Ｅの大きな材料を選択すれば良い。
Ｗ （ｍａｘ ） ＝Ｉ ＬＶＦ、（１）Ｅ −−
−−−−＜ ３）ただし、ここで誘電率εは絶対誘電率
であって比誘電率Ｋを用いて ε−にε０ ・・・・・・（４）と書
くことができて、εＯはＭＫＳ単位で８．８５４ｘ１０
−＋２の値である。誘電体内部の電界強度は板厚によら
ないので、板厚は橢械的強度を満足するべく選べばよい
。ただし、一般的にこの板厚は小さくなり勝ちであるの
で、これを大きくするにはできるだけ低電流高電圧に、
周波数を高く、かつ高誘電率材料を用いること等が必要
である。また、最大注入電力レベルを増大させるにも、
できるだけ低電流高電圧に、周波数を高く、そして、絶
縁破壊強度Ｅの大きな材料を選択すれば良い。
次に、ｆ＝３ｃｍ、Ｌ＝１゜６Ｍの場合について種々の
材料について所要板厚ｄと最大注入電力レベルＷ （ｍ
ａｘ ）を計算してみると下表のようになる。
材料について所要板厚ｄと最大注入電力レベルＷ （ｍ
ａｘ ）を計算してみると下表のようになる。
ＡＪｈ ０３ ９，４ ３９４ ０．４２
９８．９これらは放電維持電圧Ｖ−１ＫＶ、ω／２
π＝１００ＫＨｚの場合であって、板厚ｄも１主入電力
Ｗも第（１）式、第（３）式に示すようにこの２種のパ
ラメータの積に比例するので、電圧及び周波数のどれを
上げてもさらに増大させることができる。上表によれば
アルミナ（Ａｉ２０３）は使用に耐える材料であること
が分る。
９８．９これらは放電維持電圧Ｖ−１ＫＶ、ω／２
π＝１００ＫＨｚの場合であって、板厚ｄも１主入電力
Ｗも第（１）式、第（３）式に示すようにこの２種のパ
ラメータの積に比例するので、電圧及び周波数のどれを
上げてもさらに増大させることができる。上表によれば
アルミナ（Ａｉ２０３）は使用に耐える材料であること
が分る。
なお、上記実施例には誘導体としてセラミックを使用し
たが、必ずしもセラミックである必要はなく、上述した
ように該誘導体によって電極の機械的強度を持たせる必
要があることから、機械的強度があり電気特性の適した
誘導体があれば他の材質のものであっても良い。
たが、必ずしもセラミックである必要はなく、上述した
ように該誘導体によって電極の機械的強度を持たせる必
要があることから、機械的強度があり電気特性の適した
誘導体があれば他の材質のものであっても良い。
発明の効果
以上述べたように、本発明は、電極として機械的強度を
持つ誘電体の上に金ｒＩＡ薄膜を接着して電極を構成し
たから、誘電体と金属ＨＭの熱特性が一致しなくても剥
離が生じるようなことはなく、誘電体は電気特性のみか
ら選択することができる。
持つ誘電体の上に金ｒＩＡ薄膜を接着して電極を構成し
たから、誘電体と金属ＨＭの熱特性が一致しなくても剥
離が生じるようなことはなく、誘電体は電気特性のみか
ら選択することができる。
また、誘電体は十分な電気特性を有するものから自由に
選択でき、かつ従来のように薄膜ではないので製造上ピ
ンホールが生じることもない。そして、これによりＴＥ
Ｍｏｏモード１〜５ＫＷの高出力のＣＯ２レーザーを高
周波励起する電極を得ることができる。
選択でき、かつ従来のように薄膜ではないので製造上ピ
ンホールが生じることもない。そして、これによりＴＥ
Ｍｏｏモード１〜５ＫＷの高出力のＣＯ２レーザーを高
周波励起する電極を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例を示ず図、第２図。
第３図は本発明による他の実施例における金属薄膜の接
着方法を示す図、第４図は従来の電極の構成を示す図、
第５図は第４図Ｘ−Ｘ断面図である。 １・・・セラミックのパイプ、２．３．５・・・金属薄
膜、４・・・高周波電源、６・・・金属薄膜片、７・・
・導線。
着方法を示す図、第４図は従来の電極の構成を示す図、
第５図は第４図Ｘ−Ｘ断面図である。 １・・・セラミックのパイプ、２．３．５・・・金属薄
膜、４・・・高周波電源、６・・・金属薄膜片、７・・
・導線。
Claims (5)
- （１）断面正方形の中空を有し該中空中にレーザーガス
が通る機械的強度を有する誘電体製パイプのレーザー管
の相対向する一組の辺の外面に金属薄膜が接着され、該
金属薄膜間に高周波電源が接続される高周波励起気体レ
ーザー用電極。 - （２）上記金属薄膜が接着されるレーザ管の辺の板厚ｄ
はセラミックの誘電率をε、高周波周波数をω、電流密
度をｉ０、レーザープラズムの放電維持電圧をＶとする
と、 板厚ｄ＝Ｖεω／２ｉ０ の値に選定されてい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用電極。 - （３）上記金属薄膜は上記誘電体製パイプにメタル溶射
によって接着された特許請求の範囲第１項または第２項
記載の高周波励起気体レーザー用電極。 - （４）上記金属薄膜は上記誘電体製パイプに蛇行して接
着されている特許請求の範囲第１項、第２項または第３
項記載の高周波励起気体レーザー用電極。 - （５）上記金属薄膜は上記誘電体製パイプに相互に間隙
を持ち多数接着された金属薄膜片を導線で相互に接続さ
れた構成よりなる特許請求の範囲第１項、第２項または
第３項記載の高周波励起気体レーザー用電極。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1559686A JPS62174987A (ja) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | 高周波励起気体レ−ザ−用電極 |
| EP87901110A EP0256135B1 (en) | 1986-01-29 | 1987-01-28 | Gas laser utilizing high-frequency excitation |
| US07/117,149 US4800567A (en) | 1986-01-29 | 1987-01-28 | High-frequency-discharge excited gas laser |
| PCT/JP1987/000059 WO1987004868A1 (en) | 1986-01-29 | 1987-01-28 | Gas laser utilizing high-frequency excitation |
| DE8787901110T DE3778605D1 (de) | 1986-01-29 | 1987-01-28 | Gaslaser mit hochfrequenzerregung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1559686A JPS62174987A (ja) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | 高周波励起気体レ−ザ−用電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62174987A true JPS62174987A (ja) | 1987-07-31 |
Family
ID=11893096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1559686A Pending JPS62174987A (ja) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | 高周波励起気体レ−ザ−用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62174987A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988002562A1 (en) * | 1986-09-30 | 1988-04-07 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Gas laser device and a method of fabricating the same |
| JPH01258482A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-16 | Fanuc Ltd | ガスレーザ装置用放電管 |
-
1986
- 1986-01-29 JP JP1559686A patent/JPS62174987A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988002562A1 (en) * | 1986-09-30 | 1988-04-07 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Gas laser device and a method of fabricating the same |
| JPH01258482A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-16 | Fanuc Ltd | ガスレーザ装置用放電管 |
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