JP3884213B2

JP3884213B2 - レーザ発振器

Info

Publication number: JP3884213B2
Application number: JP2000096157A
Authority: JP
Inventors: 東英田村; 聡西田; 真式青山
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: TW480791B; US6940886B2; KR20010095173A; KR100423716B1; US20010028670A1; JP2001284685A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ発振器、特に、その筺体内部の部品・部材の長寿命化、並びにレーザガスの劣化の抑制に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の炭酸ガスレーザ装置を、図１３を用いて説明する。図１３は従来の炭酸ガスレーザ装置を示す概略構成図である。図において、１はレーザ発振器、２はレーザ発振器１内部にある放電電極、３はレーザ発振器１内部にあるガス循環ブロア、４，５は共振器部で、４は部分反射鏡、５は全反射鏡である。６は熱交換器、７は部分反射鏡４，全反射鏡５，熱交換器６に冷却水を送り冷却する冷却ユニット、８は放電電極２に放電を発生させたり、ガス循環ブロア３を制御したり、レーザ発振器１を真空にしたりする機器が納められている電源盤、９はレーザ発振器１の動作に関する制御を行う制御装置、１０はレーザ発振器１内部にあるレーザガス、１１はレーザ発振器１から取り出されるレーザ光である。
【０００３】
図１３の炭酸ガスレーザ装置の動作について説明する。まず、レーザ発振器１は、制御装置９から起動信号が電源盤８に来ると、ガス循環ブロア３が回転して、内部に充填しているレーザガス１０、例えば炭酸ガスレーザ装置ではＣＯ _２，Ｎ _２，Ｈｅを含む混合ガスが循環する。この状態で、制御装置９から出力信号が来ると、放電電極２へ高電圧が投入され、レーザガス１０が放電で励起される。放電で励起される分子はＮ _２である。励起されたＮ _２分子は運動エネルギーを保有し、活発な運動を始める。運動しているＮ _２分子は、ＣＯ _２分子とぶつかり、運動エネルギーを全てＣＯ _２分子に与える。運動エネルギーを得たＣＯ _２分子は、一定時間経つと光を放出し、安定な基底準位へと落ちる。放出される光の量は、ＣＯ _２分子の量や放電励起されるＮ _２の量に依存する。放出された光は部分反射鏡４と全反射鏡５との間で反射，増幅され、部分反射鏡４から一部は外部に取り出され、残りはさらに全反射鏡５に反射され、戻ることにより、反射，増幅が繰り返される。
【０００４】
外部に取り出されるレーザ光１１は制御装置９の指令の出力相当が取り出されるよう制御されている。図１３に示した構成はレーザ光１１と放電が発生する方向とレーザガス１０が放電電極２を通る方向がそれぞれ垂直に交わるため、３軸直交型と呼ばれる。取り出されたレーザ光１１は例えば、加工機や計測器(図示せず)上に焦点を結んで加工したり、測定したりするのに用いられる。
【０００５】
図１３のレーザ発振器１の内部を詳しく図１４に示す。筐体１３は密閉容器で内部はレーザガス１０で充たされている。安定なレーザ出力を得るためには、安定な放電を実現することが必要で、安定な放電を実現するために、筐体１３内部は１気圧より低い圧力のレーザガス１０が封入されている。筐体１３の両側面には生産やメンテナンスするときに内部の部品を出し入れするための窓があり、その窓を塞ぎ、密閉するために扉１４が取り付けられている。扉１４は筐体１３とネジ止され、Ｏリング（図示せず）を使用することにより密閉できる構成になっている。
【０００６】
筐体１３の内部の主要部品として図１３で説明した放電電極２，ガス循環ブロア３，部分反射鏡４及び全反射鏡５（図１４に図示せず），熱交換器６がある。放電電極２は電極管１５及び絶縁体１６を有している。電極管１５は内部に冷却水を流すための水路１５ａと水路を覆う金属管１５ｂと金属管を覆う誘電体１５ｃからなっている。誘電体１５ｃは、例えばガラスなど誘電率が絶縁体１６より高いものを用いる。一定の距離を開けて配置された２本の電極管１５に高周波の電圧を電源盤（図１４に図示せず）から印可することで放電を生成するが、誘電体１５ｃを介することで非常に滑らかで安定な放電を生成できる。電極管１５は、向き合った面以外の面は放電を防ぐため、向き合った面の一部を露出した状態でその他の部分を絶縁体１６で覆われている。また、電極管１５を冷却するために絶縁性の継手１７，配管１８等も取り付けられている。２５は放電電極２の間を通ったレーザガス１０を冷却するために熱交換器６に導くガスダクトである。
【０００７】
炭酸ガスレーザ発振器の場合、レーザ光１１を発生させるために２本の電極管１５の間で放電させているが、放電はＮ _２を励起するとともに熱や紫外線を発生している。放電による発光スペクトルの波長は図１５に示すように、主に２８０ｎｍから４５０ｎｍに分布し、３００ｎｍ以下の紫外線の発光も確認された。３００ｎｍ以下の波長は通常大気では吸収が大きく、ほとんど１％の透過度しかない。しかし、炭酸ガスレーザの場合、前述のとおり、１気圧未満、一般的には１／１０気圧乃至１／３気圧の範囲で動作し、３００ｎｍの波長の透過度も高い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ発振器でレーザ光を発生させると、放電により紫外線が発生する。レーザ発振器１では、ＣＯ _２，Ｎ _２，Ｈｅを混合させたレーザガスを使用するが、放電によりＣＯ _２が分解されＮＯ _Ｘが生成される。
２ＣＯ _２＋Ｎ _２ → ２ＣＯ＋Ｏ _２＋Ｎ _２ → ２ＣＯ＋２ＮＯ
なお、上記の化学式中のＮＯは、更に酸素（Ｏ）と反応してＮＯ _２となる場合もある。
ＮＯ _Ｘの生成により筺体１３内のレーザガス中の酸素が消費されてしまい、ＣＯ _２の量が減少していき、そのため封じ切り型のレーザ発振器１の場合、レーザ出力が低下していくという問題があった。従来の封じ切り型のレーザ発振器１の場合では、密閉容器である筐体１３内で使用されるが、レーザガス１０の劣化すなわちＣＯ _２の減少、及び筐体１３内部からの微少なレーザガス１０の洩れという要因から、レーザ発振器１の連続封じ切り運転時間は短いものに制限された。
【０００９】
そのため頻繁に筐体１３内のレーザガス１０を交換する必要があり、レーザガス１０を消費することになっていた。また、発生した紫外線は筺体１３内に散乱し、扉１４等、筺体１３の内面に当たった紫外線が反射し、放電電極２の絶縁体１６，配管継手１７やＯリングに照射し、これらの部品の劣化を促進し、レーザ発振器１内部の部品寿命が短く、メンテナンスを頻繁に行わなければならないという問題があった。
【００１０】
上述の問題は、例えば特開平５−１３６５０６号公報及び特開平４−１００２８４号公報において開示されている、容器内のレーザガス及び紫外線によって使用部材が劣化するといった課題と一致する。上記の公報に記載された発明の場合、エキシマレーザ発振器が対象であり、部品の材質としてフッ素系樹脂またはセラミクスを使用することにより、部品の劣化を防止することができた。しかし、この明細書で主な対象としているような炭酸ガスレーザ発振器等の場合、筺体１３内のガス圧が１気圧未満の場合が多く、このような気圧の場合、部品（部材）の材質がフッ素系の材料であっても、３００ｎｍ以下の波長の紫外線の透過度が高くなるため、内部部材に紫外線が当たると劣化が進むことが明らかとなった。
【００１１】
例えば塩化ビニール（Ｃ−Ｃｌ）は、３６０ｎｍ以下の波長により分子結合が切断される。ポリエステル（Ｃ−Ｏ）では３４０ｎｍ以下、フッ素樹脂（Ｃ−Ｆ，Ｃ−Ｈ）では３００ｎｍ以下の波長の光で結合を切断されてしまう。また、フッ素系の樹脂が分解されて、フッ素（Ｆ）が筺体１３内に放出されると、通常、レーザ発振に最適な露点は−４０℃乃至−６０℃で水分は微量ながら存在していなければならないが、そのレーザガス１０中に存在する水分Ｈ _２Ｏと結合することにより、腐食性の高いフッ化水素（ＨＦ）が生成されることが判明した。このフッ化水素は、さらにレーザ発振器１の放電電極２に使用しているガラスなどの誘電体１５ｃやシリコン系の絶縁体１６を下記に示すようなメカニズムで侵してしまう。
４ＨＦ＋ＳｉＯ _２ → ＳｉＦ _４＋２Ｈ _２Ｏ
継手１７は高周波高電圧を印加している放電電極２に接続されているため、誘電率の低い樹脂でなければならず、誘電率の高いセラミクスでは沿面放電が発生するため使用できない。Ｏリングにおいてもこのような環境下では劣化が進むため、通常バイトンなどのフッ素系ゴムを使用する。樹脂の中でも３００ｎｍの紫外線が存在している場所においてはフッ素樹脂が耐性として一番高く、それ以上の材料はなく、現在の技術ではフッ化水素の放出は免れない。
【００１２】
また、特開平１０−３０３４８３号公報においては、放電電極をガラスなどの無機絶縁体で防御する方式について記載されているが、フッ化水素が存在する環境下ではガラス自体が侵され、密閉容器内部にＳｉＦ _４の粉塵が放出されてしまったり、ガラスでできた誘電体を保護することができず、電極管の寿命が短命になるなどの問題が生じていた。
【００１３】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、ガスレーザにおける放電により発生する紫外線を積極的に吸収または捕集したり、紫外線照射により発生する有害なフッ化水素を減少させることにより、レーザ発振器を長期間使用するような場合でも、筺体内の部品の劣化が生じることを防ぎ、長期間にわたって安定した品質のレーザ発振器を得るものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ発振器は、放電によりレーザガスを励起しレーザ光を発生する炭酸ガスレーザ発振手段と、この炭酸ガスレーザ発振手段を収納するアルミ製の筺体と、前記炭酸ガスレーザ発振手段から発生される紫外線が照射される前記筺体の内部壁面に設けられ、前記紫外線を吸収することにより前記筐体内部壁面での前記紫外線の反射を防止するアルミ酸化皮膜とを備えたものである。
【００１８】
また、放電によりレーザガスを励起しレーザ光を発生する炭酸ガスレーザ発振手段と、この炭酸ガスレーザ発振手段を収納する金属製の筺体と、この筺体内部の前記炭酸ガスレーザ発振手段から発生される紫外線が照射される領域に設けられ、前記紫外線を吸収することにより前記筐体内部での前記紫外線の反射を防止するアルミ酸化皮膜を有したアルミ製の金属板とを備えたものである。
【００１９】
また、前記黒化処理層は、酸化アルミ皮膜である。
【００２０】
さらに、放電空間部を介して対向する一対の放電電極の放電によりレーザガスを励起しレーザ光を発生するレーザ発振手段と、前記放電電極の間を通った前記レーザガスを冷却するために熱交換器に導くガスダクトと、前記放電空間を介して前記ガスダクトと対向する位置に設けられ、前記レーザ発振手段から発生される紫外線を受光し前記一対の放電電極間の放電空間部を通り抜け、前記ガスダクトに照射するように反射する反射面を有する反射手段と、前記レーザ発振手段及び前記反射手段を収納する筺体とを備えたものである。
【００２１】
また、前記筺体内部で反射された紫外線が当たる位置に、紫外線を感知するためのセンサーを設けたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
参考例１．
この発明の参考例１によるレーザ発振器を、図１を用いて説明する。図１において、符号３，６，１０，１１，１３乃至１８，２５で示すものは、従来例の図１４に示すものと同一又は相当のものであるため、詳細な説明は省略する。図１において、２０は筐体１３及び扉１４の内面に施された表面処理層であり、この参考例１のものにおいては光触媒層の層である。
【００２８】
筐体１３及び扉１４の内面に光触媒層２０を表面処理により設ける。光触媒層２０に使用される材料としては、例えばＴｉＯ _２を使用する。ＴｉＯ _２を表面処理する方法としては例えば溶射があり、粉末材料をプラズマジェットの装置から、溶融されたものが素材に付着し固化して皮膜を形成する。表面は１０μｍ〜６０μｍ粒が偏平して固化したしたものが積層された状態で紫外線の反射を防ぐのに効果的である。
【００２９】
ＴｉＯ _２の用途は例えば特開平１０−１４９７０８号公報に示されるように、照明器具の透光容器にＴｉＯ _２を被覆し空気洗浄するものがあるが、特開平１０−１４９７０８号公報では、透過性の扉の外側に光触媒層を取付け、内部からの紫外線で外部のＮＯ _Ｘを処理するものである。この発明では表面処理し、紫外線の吸収を促進させるとともに、レーザ発振器の内側に光触媒層２０を配置し、内部のＮＯ _Ｘを減少させ、外部に出さないようにするものである。光触媒層２０のメカニズムは以下の通りである。レーザガス１０中で放電により分解、生成されるＮＯ _Ｘ、ＣＯをＣＯ _２に再生成することによりレーザ出力の低下を抑制する。すなわち、ＣＯ _２を一定量にコントロールすることにより安定なレーザ出力を得るものである。そのため、光触媒層２０にてＮＯ _Ｘを分解すればレーザガス１０の劣化を抑えられる。
２ＮＯ → Ｎ _２＋Ｏ _２
さらに、分解されたＯ _２は放電により生成されたＣＯと結合しＣＯ _２を発生させる。
２ＣＯ＋Ｏ _２ → ２ＣＯ _２
このようにして、放電によるレーザ光１１の発生時にレーザガス１０内に含有し減少するＣＯ _２の補充をし、レーザガス１０の組成の変化を抑制する。
【００３０】
図２は、レーザガス内のＣＯ _２含有量とレーザ出力との関係を光触媒層取付前後にて比較したものである。レーザ出力はレーザガス１０中のＣＯ _２の量に倣い変動する。
光触媒層２０の取付け前ではレーザガス１０の劣化すなわちＣＯ _２の減少によりレーザ出力の低下が始まり、以後は出力が低下するのみである。光触媒層２０の取り付け後では、レーザガス１０の組成の変化を抑制されているためＣＯ _２の減少がほとんど無く、筐体１３の外部への洩れによる内部圧力変動からのレーザ出力の低下が起こるまで安定したレーザ出力を続けている。
【００３１】
この参考例のものでは、一度消費され減少したＣＯ_２が光触媒層２０の触媒作用によりＣＯ_２として再生されることにより、レーザガス１０の劣化を抑制し、封じ切り運転時間の延長が可能になる。消費されたＣＯ_２が１００％再生された場合、封じ切り運転時間が制限される要因の１つが無くなることとなる。発明者が扱っているレーザ発振器に関しては、従来のレーザ発振器の連続封じ切り運転時間が１２時間程度であったのに対し、この参考例のレーザ発振器の場合、およそ１５倍の、１８０時間程度の連続封じ切り運転が可能になる。
また、紫外線吸収の高い表面処理の実施により、紫外線は光触媒層２０に吸収され、絶縁体１６，継手１７，配管１８への照射を防ぎ、部品寿命を延ばす。
【００３２】
参考例２．
この発明の参考例２によるレーザ発振器を、図３を用いて説明する。図３において、符号３，６，１０，１１，１３乃至１８，２０，２５で示すものは、図１に示すものと同一又は相当のものであるため、詳細な説明は省略する。図３において、２２は表面に光触媒層２０を設けた金属板である。
【００３３】
光触媒層２０の触媒作用はその性質より半永久的に機能するものではあるが、上述のとおり、レーザ発振器の筐体１３内においてガス循環ブロワ３によりレーザガス１０が対になる放電電極２の間を通る様に循環しているため、経年劣化による内部部品の一部が粉塵となり光触媒層２０の表面に付着した場合、その機能は低下し、付着していない個所が順調に機能するのに対して付着個所は集中的に劣化することとなるので光触媒層２０の局部的取換えが必要となる。光触媒層２０の取り付け及び劣化時の交換は、図３に示すように、例えば表面に光触媒層２０を設けた金属板２２を筐体１３及び扉１４に取り付けた構成としたことにより、光触媒層２０の効果が低下してきた場合等において、光触媒層２０を設けた金属板２２のみを交換すればよく、比較的簡易に光触媒層２０を交換することができ、レーザ発振器の部品寿命を長寿命化することができる。
【００３４】
また、所望の面積を有する金属板２２を用いたことにより、上述の参考例１のものにおいて筐体１３及び扉１４の内面全般に処理していた光触媒層２０を図３の様に、電極管１５からの紫外線が照射されると思われる必要最小限の領域Ａに貼り付けるだけで上述の参考例１のものとほぼ同様の効果が得られる。図３のようなレーザ発振器ではレーザガスの放電領域を超えた下流側ではガスダクト２５に紫外線は当たり、カーブがあるため、紫外線が樹脂部に戻ってくることはない。そのため、下流側には光触媒層２０の必要性は低い。一方、放電領域の上流側は電極管１５からの紫外線が放射状に広がり、図示した領域Ａに紫外線が当たる。この紫外線が反射することにより、樹脂部の劣化が進むため、この部分のみに光触媒層２０を設け、紫外線の吸収を行えばよい。
この参考例のレーザ発振器の場合、金属板２２の１つの面積が、扉１４の１５分の１以下としており、小さく軽量にすることができる。
【００３５】
実施の形態１．
この発明の第一の実施の形態によるレーザ発振器を、図４を用いて説明する。図４において、符号３，６，１０，１１，１３乃至１８，２５で示すものは、図１に示すものと同一又は相当のものであるため、詳細な説明は省略する。図４において、２３は筐体１３及び扉１４の内面に施された表面処理層であり、この第一の実施の形態のものにおいては黒化処理層である。
【００３６】
筐体１３の内面および扉１４の表面に黒化処理層２３を設ける。放電により紫外線が発生すると、紫外線は筐体１３内に散乱するが、筐体１３及び扉１４の内面に表面処理された黒化処理層２３に当たると９割近くが吸収され、ほとんど反射されない。そのため、紫外線が筐体１３内部で蔓延することなく、絶縁体１６，継手１７，配管１８への照射を防ぎ、フッ化水素（ＨＦ）の発生を抑制することができる。フッ化水素の発生が抑制されるため、高分子材料の結合を切断されることによる部品の劣化抑制し、レーザ発振器の部品寿命を長寿命化することができる。
【００３７】
金属表面を紫外線の波長に対して黒化させる方法は種々あるが、この実施の形態においては、レーザ発振器１の筐体１３内でレーザガス１０という特殊な雰囲気で使用するため、樹脂や有機物によるコーティング，有機染料を使用したメッキによる黒化の場合、その有機物が紫外線により分解され、他の部品の劣化を促進してしまうため、有機染料を使用しないで黒化する方法として、アルミ材を酸性槽に浸漬しアルミ表面に酸化皮膜を生成させる処理を採用した。そのアルミ表面に酸化皮膜を生成させる工程の概略を図１２に示す。
また、図１２に示した処理において、同じ表面処理工程をしてもその素材の組成により黒化する色が異なるということで、アルミの素材を検討し、化学成分としてＭｇを多く含む材質が有効であることが判明した。例えばＡ６０６１材が我々の実験では特に優れていた。さらに上述の処理はその酸化皮膜に無数の孔が生成されており、加熱することにより、孔から硫黄が揮発してレーザ発振に悪影響を与える。揮発を抑制するための方法として、熱水への浸漬，湯洗が欠かせない。
【００３８】
紫外線の波長に対する黒化処理の効果を図１１に示す。鏡面仕上げされたＡｌ面の紫外線反射率を１００％とすると、３５０ｎｍにおいて通常のアルミ材（Ａ５０５２）は６０％、溶射されたＴｉＯ _２は約２５％、上述の黒化処理層は約１０％というデータが得られた。
ＴｉＯ _２による光触媒層２０及び上述の黒化処理層２３に対する紫外線の反射率を比較した場合、黒化処理層２３は紫外線をよく吸収し、光触媒層２０に対して黒化処理層２３は４０％の反射率に抑えることが出来るため、部品寿命も２．５倍に延ばすことができる。
また、材質がＦｅの場合は無電解メッキにおいて炭化物等の微粒子を共析させて黒色複合メッキを形成するブラック処理などが硬質アルマイトと同様な効果がある。
尚、筐体１３及び扉１４の内面に黒化処理層２３を設けるに当たり、密閉容器であるため、接合シール部にはＯリング（図示せず）等のパッキンで十分シール出来るような表面仕上げが必要である。
【００３９】
実施の形態２．
この発明の第二の実施の形態によるレーザ発振器を、図５を用いて説明する。図５において、符号３，６，１０，１１，１３乃至１８，２５で示すものは、図３に示すものと同一又は相当のものであるため、詳細な説明は省略する。また、黒化処理層２３は実施の形態１のものと同一であるため説明は省略する。図５において、２４は表面に黒化処理層２３を設けた金属板である。
【００４０】
黒化処理層２３の取り付け及び劣化時の交換は、図５に示すように、例えば表面に黒化処理層２３を設けた金属板２４を筐体１３及び扉１４に取り付けた構成としたことにより、黒化処理層２３の効果が低下してきた場合等において、黒化処理層２３を設けた金属板２４のみを交換すればよく、比較的簡易に黒化処理層２３を交換することができ、レーザ発振器の部品寿命を長寿命化することができる。
【００４１】
また、所望の面積を有する金属板２４を用いたことにより、上述の第一の実施の形態のものにおいて筐体１３及び扉１４の内面全般に処理していた黒化処理層２３を図５の様に、電極管１５からの紫外線が照射されると思われる必要最小限の領域Ａに貼り付けるだけで上述の第一の実施の形態のものとほぼ同様の効果が得られる。図５のようなレーザ発振器ではレーザガスの放電領域を超えた下流側ではガスダクト２５に紫外線は当たり、カーブがあるため、紫外線が樹脂部に戻ってくることはない。そのため、下流側には黒化処理層２３の必要性は低い。一方、放電領域の上流側は電極管１５からの紫外線が放射状に広がり、図示した領域Ａに紫外線が当たる。この紫外線が反射することにより、樹脂部の劣化が進むため、この部分のみに黒化層処理を実施し、紫外線の吸収を行えばよい。
この実施の形態のレーザ発振器の場合、金属板２４の１つの面積が、扉１４の１５分の１以下としており、小さく軽量にすることができる。
【００４２】
実施の形態３．
この発明の第三の実施の形態によるレーザ発振器を、図６を用いて説明する。図６において、符号３，６，１０，１１，１３乃至１８，２５で示すものは、図５に示すものと同一又は相当のものであるため、詳細な説明は省略する。図６において、２６は筐体１３に取付けられ内部表面に集光して反射するために凹面部２６ａを施した扉である。
【００４３】
筐体１３の内面および扉２６の表面に凹面加工する。放電による紫外線が照射されると、紫外線は、一定の曲率を持って反射するように施工された扉２６の凹面部２６ａ表面に当たり集光されながら反射することとなる。反射された紫外線は、絶縁体１６，継手１７，配管１８に照射することなく集光される。集光後は発散することになるがその先に取り付けられているガスダクト２５に当たり下方に反射するため、散乱光が絶縁体１６，継手１７，配管１８に照射されることは無く、レーザ発振器の部品寿命を長寿命化することができる。
【００４４】
実施の形態４．
この発明の第四の実施の形態によるレーザ発振器を、図７を用いて説明する。図７において、符号３，６，１０，１１，１３乃至１８，２０，２２で示すものは、図３に示すものと同一又は相当のものであるため、詳細な説明は省略する。図７において、２７は絶縁体６の表面に取り付けられた光センサーである。
【００４５】
光触媒層２０を処理した金属板２２の劣化時の状態を知るために、例えば紫外線の反射光が当たる絶縁体１６の表面に光センサー２７を取り付け、受光の量を監視することにより、一定の変化が起こったとき、光センサー２７が作動し、反射光の変化を検出することにより、直ちに金属板２２に設けられた光触媒層２０の劣化が分かるため、光センサー２７の作動に基き金属板２２を交換すればよく、レーザ発振器の部品寿命を長寿命化することができる。
ここで使用する光センサー２７は、フィルター付紫外線検出器または分光計測用Ｓｉフォトダイオード等である。
【００４６】
また、光センサー２７の取り付け位置としては、上述のように紫外線による劣化を防ぐべき絶縁体１６，継手１７，配管１８等の部材の表面に設けてもよいが、一方、扉１４からの反射光をその直近で受光するように、扉１４の近傍に取り付けるようにしてもよい。
【００４７】
また、図８に示すように、光センサー２７の作動をより確実に知らせるために、例えば光センサー２７の信号を制御装置９に取り込み、光センサー２７からの信号が入力されると直ちに制御装置９が異常を警報として知らせることにより、金属板２２に設けられた光触媒層２０の劣化が判り、適切な時期に、表面に光触媒層２０を処理した金属板２２を交換することができ、レーザ発振器の部品寿命を長寿命化することができる。
【００４８】
参考例３．
この発明の参考例３によるレーザ発振器を、図９を用いて説明する。図９において、符号３，６，１０，１１，１３乃至１８，２５で示すものは、図１に示すものと同一又は相当のものであるため、詳細な説明は省略する。図９において、２８はフッ化水素（ＨＦ）などの捕集剤、２９は捕集剤２８を入れる容器である。
【００４９】
レーザ発振器で放電すると、先に説明したとおり、フッ化水素が発生し、発生したフッ化水素は筺体１３内の部品の劣化を促進し、レーザ発振器の部品寿命を短期化させる。フッ化水素が存在しなければ、結果的に放電電極を構成しているシリコン系樹脂やガラスを劣化させることはない。フッ化水素は水に捕集され易いという特性を持っているが、ガスレーザ装置は露点が低く、フッ化水素を吸収できる程の水分を筐体１３内部に有していない。そこで、捕集剤として活性炭などの水分吸着剤に十分な水分を吸着させて、レーザガスが循環する位置に設置することによりフッ化水素を吸着することができる。
【００５０】
先にも述べたとおり、フッ化水素は、筺体１３内に存在するフッ素が水分と結合することにより生じるものであるが、上述のとおり、より多くの水分が存在する環境下においては、フッ素と水素との量の関係から平衡状態となり、一定量を越えてフッ化水素が生成されることはなく、逆にフッ化水素が水に捕集されることとなる。よって、筐体１３内部において、その全体の湿度を上げることなく、特定の位置に十分な水分を吸着させた捕集剤を設けることにより、フッ化水素を効果的に吸着することができる。
【００５１】
フッ化水素をレーザガス中から除去するための構成は前述のとおりであるが、活性炭は微粒子の粒が小さく、通常のフィルターや焼結金属では粉が筐体内部で舞うため、光学部品の劣化が懸念される。
あるいは、アルミナ系シリカゲルを用いることにより、酸化還元反応でフッ素イオンを吸着することができるため、ガス循環経路に入れても、フッ化水素を筐体１３において減少させる効果がある。そのためアルミナ系シリカゲルでペレット状に固め、粉状の粉塵が出ないように構成する。また、このようなペレットでも多少の粉塵は発生するため、フィルターまたは焼結金属のようにレーザガスは通過し、粉塵を通さない程度のメッシュの小さい容器、例えば数１００μｍ以下のメッシュの容器に収納して用いる。このような構成にすることにより、フッ化水素の量を減少させ、ガラスやシリコン系樹脂の劣化を防ぎ、レーザ装置に使用している部材の劣化を予防し、レーザ装置を長寿命化させる効果がある。
【００５２】
アルミナ系シリカゲルによる吸着能力は特に温度が高くなると急激に低下するため、レーザ発振器内部に入れる場合、ガス循環経路中、特に高温となる放電領域に入る前の位置に設置する必要がある。しかも、レーザガス中に含有するフッ化水素を吸着しなければならないため、ガス流に直接接触する位置に設置する方が、より効果を奏する。
【００５３】
参考例４．
この発明の参考例４によるレーザ発振器を、図１０を用いて説明する。図１０において、符号３，６，１０，１１，１３乃至１８，２５，２８で示すものは、図９に示すものと同一又は相当のものであるため、詳細な説明は省略する。図１０において、３０は筐体１３の内部に置かれた繊維質のメッシュを用いた容器である。
【００５４】
レーザ発振器で放電すると、フッ化水素が発生することは上述のとおりであるが、従来例で示したとおり、Ｃ−Ｃｌ結合も紫外線で切断されてしまうため、例えば塩化ビニールのようなエンジニアプラスティックを使用した部材によっては塩素（Ｃｌ）が発生する。筐体１３の内部において塩化ビニールは、例えば冷却水を電極管２の部分へ供給するための配管部材（図示せず）等に用いられる。
一方、共振器部分には銅に金コーティングを施した全反射ミラーが使用されるが、銅と塩素とは結合し易く、塩化銅（ＣｕＣ l _２）を生成する。通常、銅は赤外線を反射する性質を持っているが、塩化銅は赤外線を吸収し易くなるため、炭酸ガスレーザのような赤外のレーザ光を吸収しやすい。そのため、全反射鏡としての機能が低下、すなわち反射率が下がり、レーザ出力がダウンするという課題が生じた。
【００５５】
塩素は活性炭で吸着することができるが、活性炭は数μｍの粉状の塵埃が発生する。この塵埃は共振器に付着すると光学系部品の焼損が生じたりするため、この塵埃は出ないように処理しなければならない。焼結金属などのフィルターではせいぜい２０μｍくらいのフィルターが限界である。レーザガスを通し、活性炭などから生じる粉状の塵埃を出さないようにするには、四フッ化テフロン（登録商標）で造られた繊維質メンブレムか中空糸膜を容器状にし、この中に活性炭を封じ込める方式を取ることで、粉状の塵埃が筐体１３内に飛散したりせず、レーザガスも通過できるため、発生した塩素を筐体１３内から吸着除去し、レーザ発振器１の寿命を長期化することができる。
【００５８】
以上に述べたとおり、この発明によれば、黒化処理層により、レーザ放電により生じた紫外線を吸収することにより、筺体内部の部品への紫外線の照射を防ぎ、部品の寿命を延ばし、ひいては長期間にわたり安定したレーザ出力を得ることができる、といった効果を奏する。
【００５９】
また、黒化処理層を、筺体の内部壁面とは別体の板状体に設けたことにより、黒化処理層が劣化した場合に、容易に別の黒化処理層に交換できる、といった効果を奏する。
【００６０】
また、レーザ放電により生じた紫外線を受光し一対の放電電極間の放電空間部を通り抜けるように反射する反射面を有する反射手段を設けたことにより、紫外線の反射光を集光してまとまって一定の方向に反射させ、筺体内部の部品への紫外線の照射を防ぎ、レーザ発振器の部品の寿命を延ばし、ひいては長期間にわたり安定したレーザ出力を得ることができる、といった効果を奏する。
【００６１】
また、紫外線を感知するためのセンサーを設けたことにより、例えばセンサーからの信号を制御装置へ入力する等により、紫外線の力が一定値を越えた場合等に警報等で知らせることにより、レーザ発振器の部品の寿命を延ばし、ひいては長期間にわたり安定したレーザ出力を得ることができる、といった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の参考例１によるレーザ発振器を示す概略図。
【図２】レーザガス内のＣＯ_２含有量とレーザ出力関係比較図。
【図３】この発明の参考例２によるレーザ発振器を示す概略図。
【図４】この発明の第一の実施の形態によるレーザ発振器を示す概略図。
【図５】この発明の第二の実施の形態によるレーザ発振器を示す概略図。
【図６】この発明の第三の実施の形態によるレーザ発振器を示す概略図。
【図７】この発明の第四の実施の形態によるレーザ発振器を示す概略図。
【図８】この発明の第四の実施の形態によるレーザ発振器を示す概略図。
【図９】この発明の参考例３によるレーザ発振器を示す概略図。
【図１０】この発明の参考例４によるレーザ発振器を示す概略図。
【図１１】ＴｉＯ_２処理層及び黒化処理層の紫外線に対する反射率を示す図。
【図１２】アルミ表面に酸化皮膜を生成させる工程の概略を示すフローチャート。
【図１３】従来の炭酸ガスレーザ装置の概略構成図。
【図１４】従来のレーザ発振器を示す概略図。
【図１５】放電による発光スペクトル図。

Claims

放電によりレーザガスを励起しレーザ光を発生する炭酸ガスレーザ発振手段と、
この炭酸ガスレーザ発振手段を収納するアルミ製の筺体と、
前記炭酸ガスレーザ発振手段から発生される紫外線が照射される前記筺体の内部壁面に設けられ、前記紫外線を吸収することにより前記筐体内部壁面での前記紫外線の反射を防止するアルミ酸化皮膜とを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
放電によりレーザガスを励起しレーザ光を発生する炭酸ガスレーザ発振手段と、
この炭酸ガスレーザ発振手段を収納する金属製の筺体と、
この筺体内部の前記炭酸ガスレーザ発振手段から発生される紫外線が照射される領域に設けられ、前記紫外線を吸収することにより前記筐体内部での前記紫外線の反射を防止するアルミ酸化皮膜を有したアルミ製の金属板とを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
放電空間部を介して対向する一対の放電電極の放電によりレーザガスを励起しレーザ光を発生するレーザ発振手段と、
前記放電電極の間を通った前記レーザガスを冷却するために熱交換器に導くガスダクトと、
前記放電空間を介して前記ガスダクトと対向する位置に設けられ、前記レーザ発振手段から発生される紫外線を受光し前記一対の放電電極間の放電空間部を通り抜け、前記ガスダクトに照射するように反射する反射面を有する反射手段と、
前記レーザ発振手段及び前記反射手段を収納する筺体とを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
前記筺体内部で反射された紫外線が当たる位置に、紫外線を感知するためのセンサーを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のレーザ発振器。