JP3779031B2 - コロナ予備電離電極 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コロナ放電による紫外光予備電離を用いた放電励起型レーザ装置に関し、特に予備電離を行わせる予備電離電極の形状の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＥＡレーザは、一対の対向する主電極によって構成される主放電空間に存在する１気圧以上の気体に、均一なグロー放電を発生させることにより、レーザ発振に必要な反転分布領域を形成してレーザ発振を行う方式である。このＴＥＡレーザにおいて、主放電空間中の気体全体に均一なグロー放電を得るには、主放電を開始する前に、主放電空間中の気体全体を予備電離させる必要がある。特に、エキシマレーザの場合は、主放電に用いられる希ガス中での電子の寿命が短いため、寿命時間内に励起を行わない限り、反転分布が形成されないことから、主放電の直前にできるだけ多く主放電空間中の希ガス全体を電離させておく必要がある。現在、予備電離方式としては、Ｘ線、スパーク放電、コロナ放電などを使った様々な方式があるが、中でもコロナ放電を使った方式は、比較的簡便で主放電空間中の気体への汚染が少ないことから、容量移行型の予備電離方式として広く使用されている。
【０００３】
図４（ａ）に従来のコロナ予備電離電極を用いたエキシマレーザ装置の放電発生部の断面図を示し、図４（ｂ）に前記コロナ予備電離電極の斜視図を示す。 この放電発生部においては、一対の主電極４５と４６を対向させ、その両側にコロナ予備電離電極４８（破線で囲んだ部分）を配設している。
【０００４】
コロナ予備電離電極４８は、円柱形の背後電極４１が、円筒形の誘電体パイプ４２の中空部に配され、この誘電体パイプ４２の外周面に断面Ｌ字形のアース電極４３の端部が接触する構成となっている。
【０００５】
かかる構成においては、主電極４５、４６間で放電を発生させる前に、まず、背後電極４１とアース電極４３との間に高電圧を印加し、アース電極４３と誘電体パイプ４２の接触部４４を起点として誘電体パイプ４２の外周面に生じるコロナ放電によって、紫外光を発生させる。この紫外光中の高電圧によって加速された電子により、主放電空間に満たされたレーザガスを予備電離する。次に、主電極４５と４６の間に高電圧が印加されると予備電離されたガスが絶縁破壊を起こし、主放電４７が開始される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコロナ予備電離電極では、コロナ放電の開始点である誘電体パイプ４２の外周面とコロナ電極４３の接触部４４が１本の直線でしか構成されていないため、誘電体パイプ４２上のより多くのポイント位置に予備放電の開始点（起点）を確保することができない。すなわち、上記従来技術では、予備放電の開始点の距離を十分に確保することができないので、小さな発光量の紫外光しか得られず、このため十分な予備電離が行われず、所望のレーザ出力が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、装置を大型にすることなく主放電空間全体にわたって、十分な予備電離を行うのに必要な紫外光の発光量を得ることができるコロナ予備電離電極を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため第１の発明は、中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、
前記誘電体パイプの外表面領域のうちの前記主放電空間に向いた領域にのみ前記コロナ電極と誘電体パイプとの接触部を配し、かつ前記接触部の縁を前記コロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が前記誘電体パイプの軸長より長くなるように前記コロナ電極の接触部の縁部の形状を構成するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
かかる構成によれば、前記接触部の縁をコロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が、前記誘電体パイプの軸長より長くなるようにしているので、従来に比べ予備放電の開始点の距離が長くなり、これにより装置を大型にすることなく主放電空間全体にわたって、十分な予備電離を行うのに必要な紫外光の発光量を得ることができる。
【００１０】
また、前記接触部を主放電空間に向いた領域にのみ配置するようにしたので、予備電離に寄与しない部分での放電による電力の損失を防ぐとともに、予備電離強度、及びレーザ出力の低下を防ぐことが可能となる。
【００１１】
さらに、予備電離に寄与しない部分での放電を防ぐことによって、大量の放電生成物の発生を抑制することができ、レーザ出力を安定させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）に、本発明の第１の実施形態を示す。
【００２０】
この実施例においては、一対の主電極４５と４６を対向させ、その両側にコロナ予備電離電極１１（破線で囲んだ部分）を配設している。
【００２１】
また、コロナ予備電離電極１１は、円柱形状の背後電極４１が、円筒形状の誘電体パイプ４２の中空部に配され、誘電体パイプ４２の外周面領域のうちの主放電空間に向いた領域でのみ、コロナ電極１２が、誘電体パイプ４２に倣うよう接触する構成となっている。この場合、コロナ電極１２側を接地している。
【００２２】
さらに、コロナ電極１２が誘電体パイプ４２の外周面に接触している部分の端縁は、直線１３及び１４、曲線１５、１６で連続的に構成されており、主放電空間の方面から見ると接触部の形状は櫛状をなす。
【００２３】
かかる第１の実施形態によれば、背後電極４１とコロナ電極１２の間に高電圧を印加すると、直線１３及び１４、曲線１５、１６で構成される誘電体パイプ４２とコロナ電極１２の接触部において、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ４２の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。
ここで、図１（ｂ）のθ（ラジアン角）は、曲線１５又は１６の両端１７、１８と誘電体パイプ４２の中心点１９によってなす角である。曲線１５及び１６の長さは、誘電体パイプ４２の外周面の直径Ｄとθによって決定される。直線１３及び１４を所望の長さとすることで、曲線１５及び１６がｎ本ずつ存在したとすると、誘電体パイプ４２とコロナ電極１２の接触距離は従来のコロナ予備電離電極に比べて
（Ｄ／２）×θ×２ｎ＝ｎＤθ
だけ長くすることができる。従って、従来のコロナ予備電離電極と比較してコロナ放電の開始点がｎＤθだけ増えることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができる。また、主放電空間を予備電離させるための紫外光が発生するコロナ放電は、コロナ電極と誘電体パイプとの接触部を起点として誘電体パイプの外表面に生じるが、本発明によれば、コロナ電極１２と誘電体パイプ４２との接触部は、主放電空間側にあるので、予備電離に寄与しない部分での放電による電力の損失を防ぐとともに、予備電離強度、及びレーザ出力の低下を防ぐことが可能となる。
【００２４】
さらに、予備電離に寄与しない部分での放電を防ぐことによって、大量の放電生成物の発生を抑制することができ、レーザ出力を安定させることができる。
【００２５】
なお、背後電極４１の形状は多角柱状であってもよく、誘電体パイプ４２の形状は多角筒形状であってもよい。
【００２６】
また、背後電極４１を接地するようにしてもよい。
【００２７】
また、本発明の第１の実施形態では、図１（ｂ）に示すように主放電空間の方面から見たコロナ電極１２が誘電体パイプ４２に接触している縁部は、直線１３及び１４、曲線１５、１６で連続的に構成された四角く切り込んだ形状となっているが、本発明は、これに限定されることなく、コロナ電極１２が誘電体４２に接触している部分が、四角形以外の多角形や、曲線、あるいはこれらを組み合わせて切り込んだ形状であってもよい。
【００２８】
要は、接触部の縁をコロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が、誘電体パイプの軸長より長ければよい。
【００２９】
図２（ａ）、（ｂ）に、本発明の第２の実施形態を示す。なお、図１（ａ）、（ｂ）と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【００３０】
この第２の実施形態では、コロナ電極を少なくとも２本のワイヤ電極２２で構成し、かつこれらワイヤ電極２２を誘電体パイプ４２の外周面領域のうちの主放電空間に向いた領域にのみ、配置するようにしている。
【００３１】
この場合、ワイヤ電極２２は、主放電電極４５、４６の長手方向に沿って配置された２個以上のセラミックの固定具２３によって固定されている。
【００３２】
かかる構成によれば、背後電極４１とワイヤ電極２２の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ４２とワイヤ電極２２の接触部において、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ４２の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。
【００３３】
この第２の実施形態によれば、従来のコロナ予備電離電極と比較して接触部の直線が１本から２本に増えた分だけコロナ放電が増えることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができる。
【００３４】
さらに、この第２の実施形態によれば、複数本のワイヤ電極２２を主放電空間側にのみ配置するようにしたので、予備電離に寄与しない部分での放電による電力の損失を防ぐとともに、予備電離強度、及びレーザ出力の低下を防ぐことが可能となる。さらに、予備電離に寄与しない部分での放電を防ぐことによって、大量の放電生成物の発生を抑制することができ、レーザ出力を安定させることができる。
【００３５】
なお、この第２の実施形態において、ワイヤ電極２２を先の第１実施形態のような櫛状（パルス波形状）にして、コロナ放電開始点の距離を増やすようにしてもよい。
【００３６】
図３（ａ）、（ｂ）に、本発明の第３の実施形態を示す。なお、図２（ａ）、（ｂ）と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【００３７】
図３に示すように、第３の実施形態では、コロナ電極を網目状の電極３２で構成し、かつこれら網目状電極３２を誘電体パイプ４２の外周面領域のうちの主放電空間に向いた領域にのみ、配置するようにしている。
【００３８】
この場合、網目状電極３２は、主放電電極の長手方向に沿って配置された２個以上のセラミックの固定具２３によって固定されている。
【００３９】
かかる構成によれば、背後電極４１と網目状電極３２の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ４２と網目状電極３２の接触部において、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ４２の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。この第３の実施形態によれば、コロナ電極を網目状電極で構成するようにしたので、網目状電極３２と誘電体パイプ４２の接触部の距離が従来より長くなる分だけコロナ放電が増えることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができる。また、この第３の実施形態によれば、網目状電極３２を主放電空間側にのみ配置するようにしたので、予備電離に寄与しない部分での放電による電力の損失を防ぐとともに、予備電離強度、及びレーザ出力の低下を防ぐことが可能となる。さらに、予備電離に寄与しない部分での放電を防ぐことによって、大量の放電生成物の発生を抑制することができ、レーザ出力を安定させることができる。
【００４０】
なお、上記実施例では、本発明をエキシマレーザに適用するようにしたが、予備電離を行うものであれば、他の任意のガスレーザに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す図。
【図４】従来の装置を示す図。
【符号の説明】
２３…固定具
４１…背後電極
４２…誘電体パイプ
１２，２２，３２，４３…コロナ電極
４５，４６…主電極

Claims (2)

1. 中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、
   前記誘電体パイプの外表面領域のうちの前記主放電空間に向いた領域にのみ前記コロナ電極と誘電体パイプとの接触部を配し、かつ前記コロナ電極の接触部の縁をコロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が前記誘電体パイプの軸長より長くなるように前記コロナ電極の接触部の縁部の形状を構成するようにしたことを特徴とするコロナ予備電離電極。
2. 前記コロナ電極の縁部を櫛状に構成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のコロナ放電予備電離電極。

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