JPS63226982A - ガスレ−ザ装置 - Google Patents

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、作動ガス流路の上流側に陽極が設けられ下流
側に陰極が設けられたガス・フロ一式のガスレーザ装置
に関するものである。

［従来の技術］ 出願人は先に、確実に均一なグロー放電を得る目的で第
７図に示すように、陽極を作動ガスの上流側に設け、陰
極を下流側に設けたガスレーザ装置を提案した。同図に
おいて、１は石英や強化ガラス等から形成された放電管
であり、２は作動ガスの流路の一部を構成する貫通孔２
ａを有するアルミニウム等の金属材料からなる導電性ホ
ルダである。導電性ホルダ２の貫通孔２ａの内周面には
リング状の陰極３．３が露出状態で固定されており、ま
た貫通孔２ａの両端には放電管１．１の一方の端部即ち
下流側端部１ａ、１ａがＯ−リング４．４を介して気密
に嵌入されている。

導電性ホルダ２の貫通孔２ａの内周面には、絶縁のため
に例えばＡｌ２Ｏ３等の酸化メッキが施しである。なお
絶縁処理を不要にするために、ホルダ２をセラミックで
製造することも考えられているが、セラミックでは高い
加工精度を出すことができないためにＯ−リング４を入
れる溝の加工精度が悪くなって、Ｏ−リング４による気
密シールを確実に行い難いという問題があるため、実際
にはセラミック類のホルダは殆ど使用されていない。レ
ーザ管の気密が不十分であると、外気がレーザ管内に侵
入して放電性が悪くなるからである。

またセラミックの放熱性の悪さと製造コストの高さも、
セラミック類のホルダが使用されない原因になっている
。

放電管１の下流側端部１ａと導電性ホルダ２との嵌合状
態は第８図に示す通りであり、導電性ホルダ２の内周面
と放電管１の外周面との間には、所定寸法の空間Ｇが形
成されている。この空間Ｇは、放電管１を貫通孔２ａに
挿入する際又は装置の組立の際に、放電管１に無理な力
が加わって放電管の端部が破損するのを防止するために
設けられている。

第７図において５，５は陽極であり、６，６は補助電極
である。放電管の１，１の他方の端部１ｂ、ｌｂにはレ
ーザ結合ｔｌＩ７ａ、８ａが固定されたレーザ結合鏡支
持部材７，８がそれぞれ嵌合されている。また放電管１
，１には、作動ガス循環用の配管９ａ、９ｂの一端が嵌
合され、配管９ａ。

９ｂの他端は熱交換器１０に接続されている。１１は作
動ガスを循環させるためのブロワであり、１２は熱交換
器である。熱交換器１２は、放電管１．１内の放電によ
って温度上昇したガス流の熱量を除去し、熱交換器１０
はブロワ１１の圧縮熱によって温度上昇したガス流の熱
量を除去する。

作動ガスは、符号１３で示した矢印の経路で循環する。

陰極３と陽極５との間には、直流電源１４と、電源制御
回路１５とバラスト抵抗１６とからなる直列回路が接続
されており、陰極３と補助電極６との間には高抵抗の電
流制限用の抵抗１７が接続されている。

実際に放電を発生する場合には、補助電極６と陽極５と
の間に微小グロー放電１８．１８を発生し、この微小グ
ローｔｌｉ電１８を利用して陽極５と陰極３との間にグ
ロー放電１９．１９を発生する。

クロー族ｆｆ１１９．１９を維持スルタメニ、ＣＯ２。

Ｎ２　、Ｈｅ等の混合ガスからなる作動ガスが陽極５側
から陰極３側に向かって高速で流される。陽極側で発生
したガスイオンは、高速で流れる作動ガスによって十分
に加速されて陰極３の表面に衝突し、陰極３の表面から
は電子が放出される。このようにしてグロー放電を発生
してレーザの励起が行われる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この種のガスレーザ装置では、第８図に
示したようにグロー放電１９が、放電管１の下流側端部
１ａの外周面と導電性ホルダ２の内周面との間に形成さ
れた空間Ｇ内に侵入して〇−リング４の一部を焼損させ
るという事態が発生する。前述の通り、導電性ホルダ２
の貫通孔２ａの内周面は酸化メッキによって一応の絶縁
が施されている。したがって酸化メッキの絶縁耐力が十
分な間は、第８図に符号Ｉで示したようにグロー放電は
陰極３の部分においてのみ発生する。作動ガスの流速が
速くなると、作動ガスの下流側に位置する空間Ｇ内は負
圧となって、グロー放電１９には空間Ｇ側に拡がろうと
する力が働いている。

したがって貫通孔２ａの内周面に施された酸化メッキの
うち空間Ｇ側にあって陰極３に近い部分は、グロー放電
にさらされて徐々に絶縁耐力が低下することになる。そ
して導電性ホルダ２は陰極３と同電位であるため絶縁耐
力が低下して絶縁が破壊されると、絶縁が破壊された部
分からも電子放出が始まる。そしてこの現象は、徐々に
空間Ｇ内に向かって進み、放電面は第８図のＩからＩ、
　ＩＩＩ。

■のように拡がり、最後にはＯ−リング４の部分まで放
電面が拡って０−リング４が焼損する事態が発生する。

そこで従来は、放電がＯ−リング４に到達するまでの時
間を少しでも延ばすために、貫通孔２ａの内周面に溝２
１）、２ｂを形成して沿面距離を延ばしている。しかし
ながら、このような対策も０−リングの焼損を防止する
ための本質的な解決策にはなっていない。

Ｏ−リング４がグロー放電に晒されて炭化すると気密シ
ールが破られて放電管内に外気が混入するようになる。

その結果レーザ装置の寿命が短くなるのは勿論のこと、
完全に寿命に到達する前にレーザ出力の低下及び不安定
化等の放電性能の低下の問題が発生する。また炭化した
Ｏ−リング４の一部が炭化物としてレーザ管内を浮遊す
るようになると、この炭化物がレーザ結合１ｔ１２７ａ
及び８ａの表面を汚染して更にレーザ発振性能が悪くな
るという問題が生じる。

本発明の目的は、簡単な構成でグロー放電の放電面の拡
大を防止して上記問題点を解消することができるガスレ
ーザ装置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、その実施例を示す第１図に見られるように、
作動ガス流路の下流側に配置される陰極３を貫通孔２Ｏ
ａ内に露出させた状態で保持する導電性ホルダ２０と、
該導電性ホルダ２０の貫通孔２０ａの一端に下流側端部
１ａがＯ−リング４を介して気密に嵌入される放電管１
とを備え、Ｏ−リング４よりも陰極３側で放電管１の下
流側端部１ａの外周面と導電性ホルダ２０の貫通孔２０
ａの内周面との間に空間Ｇが形成されてなるガスレーザ
装置において、空間Ｇ内にグロー放電が拡大して行くの
を防止する。

そこで本発明においては、ＩＩＩ性ホルダ２０と同電位
保持されて空間Ｇ内の少なくとも一部の電位傾度を緩和
する電位傾度緩和用導電体（５０゜５１．５２．７０）
を下流側端部１ａの外周を略囲むようにして空間Ｇ内に
設けた。

［発明の作用コ 電位傾度緩和用導電体は、放電管１の下流側端部１ａの
外周面と導電性ホルダ２０の貫通孔２０ａの内周面との
間の空間Ｇ内の少なくとも一部に、放電管１の下流側端
部１ａを囲むようにして電位傾度が電子放出レベル以下
になった電位傾度緩和領域を形成する。このような領域
内では、電位傾度が電子放出レベル以下になっているの
で、この領域において導電性ホルダ２０の貫通孔２０ａ
の内周面に施した絶縁部材の絶縁耐力が低下してもその
部分から電子放出が始まることは無い。したがって、グ
ロー放電の放電面が拡大すること及びグロー放電が空間
Ｇの奥に侵入してＯ−リング４がグロー放電に晒される
のを確実に防止することができる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例の要部の概略断面図を示し
ている。なお第７図に示した従来の装置で用いる部材と
同様の部材には第７図に付した符号と同じ符号を付しで
ある。本実施例では、ブロワに至る分岐管３０を設けて
、この分岐管３０に導電性ホルダ２０が０−リング４１
を介して気密に嵌合されている。そして導電性ホルダ２
０はＯ−リング４２を介して接合された２つの筒状部材
２ＯＡ及び２０Ｂによって構成される。この様に導電性
ホルダ２０を複数の部材によって構成することにより、
レーザ管の組立及び直線性の調整を容易にしている。そ
して本実施例では、導電性ホルダ２０の貫通孔２０ａの
内周面に形成された環状の溝２Ｏｂ内にステンレス製ワ
イヤをスプリング状にしてこれを環状に成形した導電性
ループ部材５０を嵌め込んである。このループ部材５０
は、環状の溝２０ｂから外れない程度の外径寸法を有し
ており、放電管１の下流側端部１ａの外周面と導電性ホ
ルダ２０の内周面との間に挟持される。

ループ部材５０はスプリング状を呈しているため可撓性
を有しており、放電管１の下流側端部１ａが挿入された
際には容易に変形する。したがって放電管１の端部を破
損させることがない上、放電管の下流側端部１ａを固定
しないので、装置の組立の際に放電管１の位置決め調整
を可能にしている。符号６０で示した複数の線は、レー
ザ管の電界の状況を概略的に示す等電界曲線である。な
お本実施例においては、ループ部材５０が電位傾度緩和
用導電体を構成している。

第２図には、ループ部材５０を使用しないときの空間Ｇ
付近の電位傾度の状態を示しである。６０ａで示した曲
線は、はぼ電子放出レベルの電気傾度を示す曲線である
。この図から判るように空間Ｇ内の電位傾度は電子放出
レベルにあるため、導電性ホルダ２０の貫通孔２０ａの
内周面に施した絶縁材料の絶縁耐力が低下すると容易に
放電面が広がることになる。

第３図には、第１図に示したようにループ部材５０を用
いた場合の空間Ｇ付近の電位傾度の状態を示しである。

なお第３図の状態は、ループ部材５０が導電性ホルダ２
０と同電位になっている場合の状態である。貫通孔２０
ａの内周面の全面に絶縁被覆が施されている場合には、
放電面が溝２０ｂの部分まで広がって溝２０ｂ付近の絶
縁被覆が破壊され、ループ部材５０が導電性ホルダ２０
と電気的に導通するようになる。尚予め溝部２０ｂの部
分だけ絶縁被覆を除去しておけば、常時ループ部材５０
を導電性ホルダ２０と同電位に保持しておくことができ
る。第３図から判るように、ループ部材５０が導電性ホ
ルダ２０と同電位に保持されると、ループ部材５０が配
置された領域内の電位傾度は緩和され、電子放出レベル
にある電位傾度曲線６０ａはループ部材５０の内側即ち
放電管１の肉厚部を通るようになる。したがってループ
部材５０の部分で、グロー放電の放電面の拡大が阻止さ
れる。なおループ部材５０のスプリングの各ターン間の
間隔は、所望の効果が得られる程度に適宜に設定する。

本実施例では、既存の導電性ホルダ２０をそのまま用い
ているため、溝２０ｂとＯ−リング４との間に既存の沿
面距離増大用の溝２０Ｃが形成されている。また、本実
施例では既存の導電性ホルダ２０の沿面距離増大用の溝
２Ｏｂ内にループ部材５０を入れているため、ループ部
材５０が空間Ｇの奥に配置されているが、空間Ｇの入口
側により近い部分にループ部材５０を配置したほうがよ
り好ましい結果を得られることは容易に理解できるであ
ろう。更にループ部材は、完全に閉じたループを形成し
ている必要はなく、一部に切り欠かれた部分があっても
所望の効果を得ることができる。

本実施例によれば、既存の導電性ホルダの沿面距離増大
用の溝２０ｂにループ部材５ｏを嵌め込むだけでよいの
で、簡単な構造で安価に○−リング４の劣化の防止を図
ることができる。またループ部材５０を導電性ホルダ２
０に直接接触させた状態で配置するので、ループ部材５
ｏと導電性ホルダ２０とを電気的に接続するためにリー
ド線等の特別な部材を必要としない。

電位傾度緩和用導電体として用いられるループ部材は、
上記実施例に限定されるものではなく、例えば第４図に
示したように可撓性を有する薄いステンレス板等からな
る環状金属板５１の内周部に径方向に放射状に延びる複
数のスリット５１ａを形成したものを電位傾度緩和用１
！電体として用いることもできる。このような金属板を
用いると、グロー放電の侵入をより直接的に阻止するこ
とができる。なおこの金属板５１の可撓性は、放電管１
を挿入したときに放Ｔｉ管の下流側端部を損傷させない
程度に定められているのは勿論である。また第５図に示
すように、ループ状に形成した金属製のブラシ５２を電
位傾度緩和用導電体として用いることもできる。更にル
ープ状に形成したスチールウールを電位傾度緩和用導電
体として用いることもできる。

第６図には、電位傾度緩和用導電体の異なる例を示す本
発明の伯の実施例の概略図が示しである。

第６図の実施例では、放電管１の外周面上に導電性ホル
ダ２０と同電位に保持される導電層７０が設けられてい
る。本実施例では、導電層７０と１ノで金属コーティン
グ層を用いている。また本実施例では導電性ホルダ２０
の貫通孔２Ｏａ内に挿入される部分だけでなく、導電性
ホルダ２０の端部２０ｄを越えた位置まで導電層７０が
形成されている。導電層７０と導電性ホルダ２０との電
気的な接続は、リード線７１によって行われている。

金属コーティングの形成は、蒸着等の公知の技術を用い
て行われる。コーティングに使用する金属としては、脱
ガス発生がなく、耐熱性（２００”程度）があり、酸化
されにくい材質、例えばＮｉなどが好ましい。

第６図の符＠６０で示した等電界曲線から判るように、
空間Ｇの径方向両側には同電位の２つの部材（導電層ホ
ルダ２０と導電ｗ！Ｊ７０）が配置されるので、同電位
の部材で挟まれたこの空間Ｇ内の電位傾度は電子放出レ
ベル以下に緩和されることになる。したがって、空間Ｇ
内に放電面が延びることはなく、先の実施例と同様にＯ
−リング４のグロー放電による劣化を防止できる。本実
施例では、導ｆｆＷ７０と導電性ホルダ２０との間に電
位傾度緩和領域が形成される。

本実施例のように、導電層７０を導電性ホルダ２０の端
部２０ｄを越えた位置まで延ばしておくと、放電管１の
内部で発生する紫外線８０や熱幅射により発生する熱を
導電１１７０で反射することができるので、Ｏ−リング
４の紫外線による劣化と熱による劣化とを同時に防止で
きる利点がある。

また特に熱伝導性のよい金属で導電層７０を形成すれば
、外部に露出した導電Ｊｉ７０の部分が放熱フィンの効
果を果たすため、Ｏ−リング４の加熱防止と一緒に放電
管の加熱をも防止でき、放電管の寿命を延ばすことかで
きる利点がある。

上記実施例では、導電層７０を導電性ホルダ２０の端部
２０ｄを越える位置まで延ばして形成しであるが、導電
層７０は少なくともＯ−リング４よりも陰極３側の放電
管１の端部の外周面上に形成されていればよく、理論的
には軸線方向の幅は僅かでよい。しかしながら、余り幅
が狭いと電位傾度緩和領域の幅が狭くなるため、負圧に
よって空間側に引き込まれたグロー放電がこの狭い電位
傾度緩和領域を越えてしまう虞れがあるため、導電層７
０の軸線方向の幅はある程度は広く設定しておくことが
必要である。導電層７０を外部まで延ばさずに空間Ｇ内
にとどめる場合には、貫通孔２０ａの壁部に給電ブラシ
を設けて導電層７０と接触させるようにしておけばよい
。

［発明の効果］ 本発明によれば、放電管の下流側端部の外周面と導電性
ホルダの貫通孔の内周面との間に形成された空間内に該
空間内の少なくとも一部の電位傾度を緩和する電位傾度
緩和用導電体を該下流側端部の外周を略囲むようにして
設けたので、グロー放電の放電面の前記空間内への拡大
を阻止して、グロー放電によるＯ−リングの劣化を確実
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図、第２図は
ループ部材を用いないときの電界の状態を示す部分拡大
断面図、第３図はループ部材を用いたときの電界の状態
を示す部分拡大断面図、第４図はループ部材の異なる実
施例を示す平面図、第５図はループ部材の更に異なる実
施例を示す断面図、第６図は本発明の異なる実施例を示
す部分拡大額面図、第７図は従来の装置の概略図、第８
図は従来の装置のグロー放電発生状態を示す説明図であ
る。 １・・・放電管、２．２０・・・導電性ホルダ、２，２
Ｑ　ａ　・・・貫通孔、２ｂ、２０ｂ、２０ｃｍ・・溝
、３・・・陰極、４・・・０−リング、５・・・陽極、
６・・・補助電極、７ａ、８ａ・・・レーザ結合鏡、１
０．１２・・・熱交換器、１１・・・ブロワ、５０・・
・ループ部材（Ｍ位傾度緩和用導電体）、７０・・・導
電層（電位傾度緩和用導電体）。 第１　図 第４因　　　　Ｍ５図 ζノ 第６図 ＠７図 第８図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）作動ガス流路の下流側に配置される陰極を貫通孔
   内に露出させた状態で保持する導電性ホルダと、該導電
   性ホルダの前記貫通孔の一端に下流側端部がＯ−リング
   を介して気密に嵌入される放電管とを備え、前記Ｏ−リ
   ングよりも前記陰極側で前記放電管の前記下流側端部の
   外周面と前記導電性ホルダの前記貫通孔の内周面との間
   に空間が形成されてなるガスレーザ装置において、 前記導電性ホルダと同電位に保持されて前記空間内の少
   なくとも一部の電位傾度を緩和する電位傾度緩和用導電
   体を前記放電管の前記下流側端部の外周を略囲むように
   して前記空間内に設けたことを特徴とするガスレーザ装
   置。
2. （２）前記電位傾度緩和用導電体は、可撓性を有し且つ
   前記放電管の前記下流側端部の外周面と前記導電性ホル
   ダの内周面との間に挟持された導電性ループ部材からな
   る特許請求の範囲第１項に記載のガスレーザ装置。
3. （３）前記導電性ループ部材は、スプリング状を呈して
   いる特許請求の範囲第２項に記載のガスレーザ装置。
4. （４）前記導電性ループ部材は、環状金属板の内周部に
   径方向に放射状に延びる複数のスリットが形　成されて
   なる特許請求の範囲第２項に記載のガスレーザ装置。
5. （５）前記電位傾度緩和用導電体は、前記放電管の前記
   下流側端部の外周面上に形成された導電層からなる特許
   請求の範囲第１項に記載のガスレーザ　装置。
6. （６）前記導電層は、前記導電性ホルダの端部を越えて
   作動ガスの上流側に延びている特許請求の範囲第５項に
   記載のガスレーザ装置。