JP3910733B2 - コロナ予備電離電極 - Google Patents
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Description
【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表面加工に関する。
【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17に従来の予備電離電極を用いたエキシマレーザ装置の放電回路の等価回路を示し、図18に従来の予備電離電極を示す。
【0004】
図17の等価回路は、スイッチSW、コンデンサCs、Cp、Cp′、コイルLs、Lp、Lc、主電極1、予備電離電極2によって構成される。
【0005】
予備電離電極2は、図18にも示すように、円柱形状の背後電極3が円筒形状の誘電体パイプ4の中空部に挿入され、この誘電体パイプ4の外周面に断面L字形のアース電極5の端部が接触する構成となっている。
【0006】
図17の回路においては、まず高電圧電源H.V.に接続されたコンデンサCsに、コイルLs、Lp、Lcを通して電荷を充電する。
【0007】
次に、スイッチSWをON状態にし、コンデンサCsからコンデンサCp、Cp′に電荷を移動させることで、これらCp、Cp′の電圧を上昇させる。
【0008】
背後電極3とアース電極5との間に高電圧を印加し、その後、コンデンサCp′の電圧が所定のコロナ放電開始電圧に達すると、アース電極5と誘電体パイプ4の接触部6を起点として誘電体パイプ4の外周面にコロナ放電が発生し、紫外光が発生される。この紫外光によって主放電空間のレーザガスが予備電離される。さらに、この後、充電の進行と共にコンデンサCpの電圧が上昇し、このCpの電圧が所定の主放電開始電圧に達すると、予備電離されたガスが絶縁破壊を起こし、主放電が開始される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のレーザ装置では、予備電離電極2のアース電極5は誘電体パイプ4とは別体として構成されており、このアース電極5の端部が誘電体パイプ4の表面に接触するようにアース電極5を設けるようにしているので、誘電体パイプ4の反りや曲がり、誘電体パイプ4の表面の微小な凹凸などによって上記接触部6に隙間が生じる箇所が発生し、この結果、誘電体パイプ4の軸方向に沿って予備電離強度のばらつきが発生する。
【0010】
すなわち、コロナ放電は誘電体4と電極5の接触部を起点として発生するため、隙間が生じた箇所では紫外光の光強度が弱くなり、この結果誘電体パイプ4の軸方向に沿って紫外光の発生強度に分布ができてしまい、ひいては主放電自体にもばらつきが発生してしまうことになる。
【0011】
また、誘電体パイプ4の中空部においても、前述した誘電体パイプ4の反りや曲がり、あるいは誘電体パイプ4の内周面および背後電極3の表面の微小な凹凸等を原因として隙間が生じ、この隙間部分において発生する不要な放電によって電力の損失が発生し、予備電離強度を低下させるという問題がある。なお、誘電体パイプ4は、直径1cm程度の極く小さな径であるため、その中空部の表面(内周面)を研磨加工して凹凸を無くすことは不可能に近い。
【0012】
また、コロナ放電は前述したように、アース電極5と誘電体パイプ4の接触部6を起点として発生されるが、このコロナ放電はその後、誘電体4の外面全周に広がっていく。しかしながら誘電体パイプ4の主電極1に向いていない所で発生した紫外光は主放電空間の予備電離には寄与しない。ここで、コロナ放電の際には、放電による生成物が発生され、この生成物が主放電が行われる際に、主放電空間に進入するとレーザ出力を低下させる原因となる。しかし、上記従来の予備電離電極においては、誘電体パイプ4の外周面に主放電領域の予備電離には寄与しない放電領域が存在するので、大量の放電生成物を発生しレーザ出力を不安定にするというという問題がある。
【0013】
さらに、上記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4の外周面とアース電極5の接触部6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4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、紫外光の発生量が少なく、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。
【0014】
このように従来の予備電離電極においては、各部での不要な放電による電力の損失が発生し、これにより予備電離強度の低下を招きレーザ出力を低下させるという問題があった。また、誘電体パイプ4の外周面の予備電離に寄与しない放電は、大量の放電生成物を発生しレーザ出力を不安定にするという問題もある。 この発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、均一な分布の予備電離強度が得られるようにして、主放電のばらつきを解消するコロナ予備電離電極を提供することを目的とする。
【0015】
また、この発明では、不要な放電による電力の損失を低減することで予備電離強度を強め、レーザ出力を上昇させ、放電生成物の発生を減少させ、出力を安定にするコロナ予備電離電極を提供することを目的とする。
またこの発明は、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。
【0016】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
請求項1に対応する発明では、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側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、前記コロナ電極を前記誘電体パイプの外表面上の前記主放電空間に向いた領域に被覆形成するようにしている。
【0017】
かかる請求項1の発明では、コロナ電極は、従来のように誘電体パイプと別体として形成されて誘電体パイプの表面に接触するように配されるのではなく、例えばメタライジング層とすることで誘電体パイプ表面上に被覆されて一体化形成するようにしており、これによりコロナ電極と誘電体パイプとの接触面での隙間をなくすことができる。したがってこの発明よれば、均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。
【0018】
請求項3に対応する発明では、コロナ電極を例えば請求項4に示すように櫛形とすることにより、コロナ電極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くなるように前記被覆形成するコロナ電極の縁部の形状を構成す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ようになる。
【0019】
請求項5に対応する発明では、コロナ電極の形状を、前記主放電電極の長手方向に沿って延びる少なくとも2本の線状とす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。
【0020】
請求項6に対応する発明では、コロナ電極を網目状にす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。
【0021】
請求項7に対応する発明では、誘電体パイプの外表面のうちの少なくとも主放電空間と反対の領域に、メタライジング層などの導体層を形成するようにしているので、主放電空間の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。
【0022】
請求項9の発明では、前記誘電体パイプ表面に被覆するコロナ電極層の前記誘電体パイプの軸方向に沿った長さを、前記主放電空間の主放電電極の長手方向に沿った長さより長くするようにしたので、主放電空間全体にわたって予備放電を発生させることができる。
【0023】
請求項10に対応する発明では、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のうちの少なくとも主放電空間と反対の領域に、導体層を被覆するようにしている。
【0024】
したがってこの発明によれば、コロナ放電の際に前記予備電離に寄与しない部分での不要な放電による電力の損失を低減することができるとともに、放電生成物の発生を減少させレーザ出力を安定にすることができる。
【0025】
請求項13に対応する発明では、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、誘電体パイプの中空部の内表面にメタライジング層を被覆し、このメタライジング層の上層に金属層を形成するようにしている。
【0026】
この発明によれば、前記誘電体パイプの中空部の内表面にメタライジング層を被覆しその上層に金属層を設けるようにしたので、誘電体パイプと金属層との密着強度が強められるとともに、コロナ放電の際の中空内表面における電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。
【0027】
請求項14の発明では、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、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、誘電体パイプの内周面と背後電極の外周面の双方に接触する導体を介在させるようにしている。
【0028】
前記導体としては、請求項15に示す円管形状の網状体、請求項16に示す渦巻バネ体、請求項17に示す多数の針状体等がある。
【0029】
この発明によれば、誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、誘電体パイプの内周面と背後電極の外周面の双方に接触する導体を介在させるようにしたので、コロナ放電の際の誘電体パイプと背後電極との間の隙間での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。
【0030】
請求項18の発明では、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、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に、導体の粉末を充填するようにしている。
【0031】
この発明では、誘電体パイプと背後電極との間の隙間に導体の粉末を充填するようにしたのでこれら部分の隙間が無くなり、その部分での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。
【0032】
請求項19の発明では、請求項14〜請求項18において、誘電体パイプはその中空部の内表面に金属層が被覆形成されたものとしているので、背後電極と誘電体パイプの接触面が互いに金属になるので、前記不要な電力の損失をさらに低減することができ、予備電離強度を向上させることができる。
【0033】
請求項20の発明では、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、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に絶縁体の粉末を充填するようにしたことを特徴とする。
【0034】
この発明では、誘電体パイプと背後電極との間の隙間に絶縁体の粉末を充填するようにしたのでこれら部分の隙間が無くなり、その部分での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。
【0035】
請求項21の発明では、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、前記誘電体パイプとこの誘電体パイプの中空部に配設される前記背後電極との間に溶融した絶縁体を流し込み、固化させるようにしたことを特徴とする。
【0036】
この発明では、誘電体パイプと背後電極との間に溶融した絶縁体を流し込み、固化させるようにしたので、これら部分の隙間が無くなり、その部分での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。
【0037】
請求項22の発明では、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、前記背後電極としてAl棒を用い、このAl棒を表面酸化処理またはCVD処理することによってAl棒の周面上にAl2O3を形成し、この形成されたAl2O3を誘電体パイプとして用いるようにしたことを特徴とする。
【0038】
この発明では、背後電極としてAl棒を用い、このAl棒を表面酸化処理またはCVD処理することによってAl棒の周面上にAl2O3を形成し、この形成されたAl2O3を誘電体パイプとして用いるようにしたので、背後電極と誘電体パイプとが全く隙間なく一体的に構成されるようになり、これら隙間部分での電力の損失を低減することができるとともに、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。
【0039】
【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。
【0040】
図1に、本発明の第1の実施形態を示す。
【0041】
図1に示す予備電離電極2においては、背後電極3が挿入された誘電体パイプ4の外周面のうちの主放電空間に向いた領域に金属層7を被覆形成し、この金属層7を介して外部電極8に接触させるようにしている。この場合、外部電極8が接地されている。金属層7は、金やニッケル等で構成され、メッキ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法などのメタライジング法を用いて誘電体パイプ4の長手方向に沿って帯状に形成される。誘電体4の材料としては、アルミナセラミックス等のセラミックス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、フッ化物ガラス、チタン酸ストロンチウムなどの無機材料などがあげられる。
【0042】
すなわちこの実施形態においては、誘電体パイプ4の表面に被覆形成されたメタライジング層7自体を予備電離電極2の一方の電極(この場合、コロナ電極という)とし、このコロナ電極層7に接触させた外部電極8を介して電気接続を行うようにしている。
【0043】
この図1の予備電離電極2において、背後電極3とコロナ電極7の間に高電圧を印加すると、コロナ電極7の両端縁7a、7bにおいてコロナ放電が開始され、誘電体パイプ4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。
【0044】
かかる第1の実施形態によれば、コロナ電極7をメタライジング法によって誘電体パイプ4の外周面に被覆形成することで、コロナ電極7を誘電体パイプ4に一体化形成するようにしたので、誘電体パイプ4とコロナ電極7との間に隙間はなくなり、これにより、誘電体パイプ4の軸方向に沿って均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることができる。
【0045】
また、外部電極8とコロナ電極7の接触部に一部隙間が存在しても、これらの接触面は互いに金属であるので、一方の接触面が誘電体である従来技術にくらべ、コロナ放電の際に上記接触部での不要な放電による電力の損失を低減することができる。
【0046】
なお、外部電極8は、誘電体パイプ4の軸方向に沿って帯状に被覆されるメタライジング層7の一部で接触させるようにすればよく、その形状は図1に示したプレート状のもの、電線ケーブル状のものなど任意のものを採用するようにすればよい。
【0047】
また、背後電極3の形状は多角柱状であってもよく、誘電体パイプ4の形状は多角筒形状であってもよい。また、背後電極3側を接地するようにしてもよい。さらに、図1の実施形態において、誘電体4の表面に、まずモリブデン、マンガン等の材料からなるメタライジング層を被覆し、その上層に金、ニッケルなどの金属層7を被覆するようにして、コロナ電極となる金属層7の密着強度を向上させるようにしてもよい。
【0048】
図2に、本発明の第2の実施形態を示す。なお、図1と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0049】
この第2の実施形態では、誘電体4の外周面領域のうちの主放電空間と対峠していない領域に金、ニッケル等の導体層9をメタライジング法などによって形成し、このメタライジング層9とコロナ電極5が接触するように構成している。この場合、コロナ電極5は、先の図12に示した従来技術と同様、誘電体パイプ4とは別体として構成され、メタライジング層9とその端部が接触するように配設されているが、コロナ電極5を省略し、メタライジング層9自体から電線ケーブルを引き出し、この電線ケーブルによって電気接続を行うようにしてもよい。
【0050】
かかる構成によれば、背後電極3とコロナ電極5の間に高電圧を印加すると、メタライジング層9の端縁部9a,9bにおいて、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ4のメタライジング層が形成されていない外周部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2の実施形態によれば、従来とは逆の発想をし、誘電体パイプ4の表面の主放電空間に向いた領域以外の領域に導体層9を形成し、この導体層9をコロナ電極として用いるようにしたので、主放電空間に向かう紫外光を確保すると同時に、予備電離に寄与しない領域での不要な放電および該放電による放電生成物の発生を防ぐことができ、これにより、より安定なレーザ出力を得ることができるとともに、不要な放電による電力の損失を低減することができる。
【0051】
なお、図2の実施形態において、誘電体4の表面に、まずモリブデン、マンガン等の材料からなるメタライジング層を被覆し、その上層に金、ニッケルなどの金属層9を被覆するようにして、コロナ電極となる金属層9の密着強度を向上させるようにしてもよい。
【0052】
ところで、上記図1および図2で示した実施形態におけるメタライジング層7,9の紙面に垂直な方向に関する長さLであるが、これは図3にハッチングで示すよう、主電極1による主放電が行われる主放電空間幅Wよりも長く、かつ予備電離電極を両端で絶縁支持する碍子10までは達しないように設定しており、これにより主放電空間全体にわたって予備放電を発生させることができる。
【0053】
図4に、本発明の第3の実施形態を示す。なお、図2と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0054】
この第3の実施形態では、誘電体パイプ4の中空内表面にまずモリブデン、マンガン等の材料を用いたメタライジング層11を形成し、さらにこの上層に、金、ニッケル等の金属メッキ層12を形成するようにしている。すなわち、この場合、背後電極3は金属メッキが施された誘電体4の中空部に挿入される。
【0055】
かかる第3の実施形態によれば、背後電極3と誘電体パイプ4の中空部の内周面の間に隙間が存在しても、背後電極3と誘電体パイプ4の接触面が互いに金属になるので、一方の接触面が誘電体である従来技術にくらべ、コロナ放電の際にこの中空内周面における不要な電力の損失を低減することができ、予備電離強度を向上させることができる。
【0056】
さらに、この第3の実施形態によれば、メタライジング層11を介して金属メッキ層12を形成するようにしているので、金属メッキ層12の密着強度が強化され、金属メッキ層12がはがれにくくなる。
【0057】
なお、この場合は、誘電体パイプ4の内周面に形成する金属層を2層構造としたが、1層構造にしてもよい。
【0058】
図5に本発明の第4の実施形態を示す。
【0059】
この図5に示す第4の実施形態は、先の図1に示した実施形態の変形であり、誘電体パイプ4の外周面にメタライジング形成されるコロナ電極7の形状を図5(b)に示すような櫛形として、コロナ放電の開始点の距離をより多く確保できるようにすることで、予備電離強度を強化するようにしている。
【0060】
図5において、誘電体パイプ4の外周面にメタライジング形成されるコロナ電極7は、一対の主電極1の間の主放電空間に向いた領域のみに形成されており、その両端部に当接された外部電極8を介して電気接続がなされる。
【0061】
この図5において、背後電極3とコロナ電極7との間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ4とコロナ電極7の接触部、すなわちコロナ電極の櫛形状をした一方の縁部7cと他方の縁部7dにおいてコロナ放電が開始され、誘電体パイプ4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。
かかる実施形態によれば、コロナ電極の縁部7cを櫛形状にしているので、直線形状である従来技術に比べ、コロナ放電の開始点の長さが大幅に長くなることになり、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ようになる。また、コロナ電極7をメタライジング法によって誘電体パイプ4の外周面に被覆形成することで、コロナ電極7を誘電体パイプ4に一体化形成するようにしたので、誘電体パイプ4とコロナ電極7との間に隙間はなくなり、これにより、誘電体パイプ4の軸方向に沿って均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることが可能になる。
【0062】
また、この実施形態によれば、外部電極8をコロナ電極7の一部で接触させるようにしているので、誘電体パイプ4の曲がりや反りに起因するこれらの接触不良を回避することができる。勿論、外部電極8は前述したように、電線ケーブル状のものを採用するようにしてもよい。
【0063】
また、図5に示す実施形態では、コロナ電極7の一方の縁部7cを櫛形状としたが、他方の縁部7dも櫛形状にするようにしてもよく、このほうがよりコロナ放電の開始点長を確保することができる。
【0064】
また、コロナ電極7の縁部の形状は、図5に示した4角形状に限らず、3角形などの多角形や、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。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。
【0065】
図6に本発明の第5の実施形態を示す。
【0066】
この図6に示す第5の実施形態では、図5に示した実施形態と図2に示した実施形態を組み合わせたものであり、誘電体パイプ4の表面の主放電空間に向いた領域以外の領域にも導体層を形成し、予備電離に寄与しない領域での不要な放電および該放電による放電生成物の発生を防ぐようにしている。
【0067】
図6においては、誘電体パイプ4の外周面の主放電空間を向いた領域を残し、それ以外の全面にメタライジング層15を形成し、このメタライジング層15をコロナ電極としている。メタライジング層15の端部15aを櫛形にすることで、コロナ放電の開始点をより多く確保できるようにしている。
【0068】
この図6において、背後電極3とコロナ電極15との間に高電圧を印加すると、コロナ電極15の櫛形状をした一方の縁部15aと他方の縁部15bにおいてコロナ放電が開始され、誘電体パイプ4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とになる。
なお、図6の実施形態において、コロナ電極15の他方の縁部15bも櫛形状にするようにしてもよく、このほうがよりコロナ放電の開始点長を確保することができる。また、図6の実施形態では、コロナ電極15を誘電体パイプ4の外周に一体的に形成し、誘電体4が外部に開放された領域を1箇所だけ確保するようにしたが、誘電体パイプ4上の主放電空間に向いた領域に配置される電極と、誘電体パイプ4上主放電空間の反対の領域に配置される電極とを別体として誘電体パイプ4上に形成し、誘電体4が外部に開放された領域を2箇所確保するようにしてもよい。
【0069】
図7にこの発明の第6の実施形態を示す。
【0070】
この第6の実施形態では、先の図5に示した櫛形状のコロナ電極15を、少なくとも2本(この場合は3本)のワイヤ電極16に代替するようにしている。
【0071】
すなわち、誘電体パイプ4の外周面にメタライジング形成されるコロナ電極を少なくとも2本のワイヤ電極16で構成し、かつこれらワイヤ電極16を誘電体パイプ4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。
【0072】
図7において、背後電極3とワイヤ電極16の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ4と各ワイヤ電極16の各接触部において、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。
【0073】
この第6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の開始点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、コロナ電極16をメタライジング法によって誘電体パイプ4の外周面に被覆形成することで、コロナ電極16を誘電体パイプ4に一体化形成するようにしたので、誘電体パイプ4とコロナ電極16との間に隙間はなくなり、これにより、誘電体パイプ4の軸方向に沿って均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることが可能になる。
【0074】
図8に本発明の第7の実施形態を示す。
【0075】
この第7の実施形態では、図7に示した実施形態と先の図2に示した実施形態を組み合わせたものであり、コロナ電極を複数のワイヤ電極16で構成してコロナ放電の開始点の長さをかせぐと共に、誘電体パイプ4の表面の主放電空間に向いた領域以外の領域にも導体層9を形成し、予備電離に寄与しない領域での不要な放電および該放電による放電生成物の発生を防ぐようにしている。これらワイヤ電極16および導体層9は、メタライジング法によって形成される。
【0076】
図8において、背後電極3とワイヤ電極16(および導体層9)の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ4と各ワイヤ電極16の各接触部と導体層9の両端部9a,9b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。
【0077】
図9にこの発明の第8の実施形態を示す。
【0078】
この第8の実施形態では、先の図5に示した櫛形状のコロナ電極15を、図9(b)に示すようなワイヤが網目状に交差された網目状電極20に代替するようにしている。
【0079】
すなわち、誘電体パイプ4の外周面にメタライジング形成されるコロナ電極を網目状電極20で構成し、かつこの網目状電極20を誘電体パイプ4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。網目状電極20の両端部21は、外部電極8と接触させるので、全面にメタライジング層を形成するようにしている。
【0080】
図9において、背後電極3と網目状電極20の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ4と網目状電極20との各接触部において、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。
【0081】
この第8の実施形態によれば、網目状電極20と誘電体パイプ4の接触部の距離が従来より長くなる分だけコロナ放電の開始点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、網目状電極20をメタライジング法によって誘電体パイプ4の外周面に被覆形成するようにしたので、誘電体パイプ4と網目状電極20との間に隙間はなくなり、これにより、誘電体パイプ4の軸方向に沿って均一な分布の予備電離強度が得られるようになり、主放電のばらつきも解消することができる。また、予備電離強度を強めてレーザ出力を上昇させることが可能になる。
【0082】
図10に本発明の第9の実施形態を示す。
【0083】
この第9の実施形態では、図9に示した実施形態と先の図2に示した実施形態を組み合わせたものであり、コロナ電極を網目状電極20で構成してコロナ放電の開始点の長さをかせぐと共に、誘電体パイプ4の表面の主放電空間に向いた領域以外の領域にも導体層9を形成し、予備電離に寄与しない領域での不要な放電および該放電による放電生成物の発生を防ぐようにしている。これらワイヤ電極16および導体層9は、メタライジング法によって形成される。
【0084】
図10において、背後電極3とワイヤ電極16(および導体層9)の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ4と各網目状電極20の各接触部と導体層9の両端部9a,9bにおいて、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ4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。
【0085】
なお、上記各実施形態において、メタライジング層の種類に関しては前述した金、あるいはニッケルが望ましいが、レーザガスに対して腐食性の少ないものなら、他の任意の金属を用いてもよい。。
【0086】
図11に本発明の第10の実施形態を示す。
【0087】
この第10の実施形態では、図11(d)に示すように、背後電極3と誘電体パイプ4との間に金属製の網状導体30を介在させることで、背後電極3と誘電体パイプ4との隙間を網状の金属で埋め、これにより背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させて、予備電離強度を向上させるようにしている。
【0088】
網状導体30は、図11(a)に示すように、同軸ケーブルの外側導体の如く円筒状に形成され、まずこの網状導体30に背後電極3を挿入する。そして、この後、網状導体30が外装された背後電極3を誘電体パイプ4に挿入するようにする(図11(c)(d))。
【0089】
なお、この実施形態において、先の図4に示した技術を採用するようにしてもよい。すなわち、その内周面に金属層が形成された誘電体パイプ4と背後電極3との間に網状導体を30を介在させるようにすれば、より背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させることができる。
【0090】
図12に本発明の第11の実施形態を示す。
【0091】
この第11の実施形態では、背後電極3と誘電体パイプ4との間に金属製の渦巻バネ31を介在させることで、渦巻バネ31を背後電極の外周面と誘電体パイプ4の内周面の双方に当接させ、これにより背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させて、予備電離強度を向上させるようにしている。
【0092】
渦巻バネ31は、誘電体パイプ4の軸方向長さと同じ長さを有する平板を渦巻状に形成したものである。
【0093】
なお、この実施形態においても、先の図4に示した技術を採用するようにしてもよい。すなわち、その内周面に金属層が形成された誘電体パイプ4と背後電極3との間に渦巻バネ31を介在させるようにすれば、より背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させることができる。
【0094】
図13に本発明の第12の実施形態を示す。
【0095】
この第12の実施形態では、背後電極3と誘電体パイプ4との間に金属製の多数の針状体を介在させることで、針状体32を背後電極の外周面と誘電体パイプ4の内周面の双方に当接させ、これにより背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させて、予備電離強度を向上させるようにしている。
【0096】
これら多数の針状体32は、背後電極3の周面から突出されるように背後電極3の周面に形成するようにしてもよいし、あるいは誘電体パイプ4の内周面に形成するようにしてもよい。
【0097】
なお、この実施形態においても、先の図4に示した技術を採用するようにしてもよい。すなわち、その内周面に金属層が形成された誘電体パイプ4と背後電極3との間に針状体32を介在させるようにすれば、より背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させることができる。
【0098】
図14に本発明の第13の実施形態を示す。
【0099】
この第13の実施形態では、背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間にNi、Cuなどの導体の粉末34あるいはAl2O3などの絶縁体の粉末34を充填し、これにより背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させて、予備電離強度を向上させるようにしている。
【0100】
この実施形態においても、先の図4に示した技術を採用するようにしてもよい。すなわち、その内周面に金属層が形成された誘電体パイプ4と背後電極3との間に導体或いは絶縁体の粉末34を充填するようにすれば、より背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させることができる。
【0101】
図15に本発明の第14の実施形態を示す。
【0102】
この第14の実施形態では、背後電極3と誘電体パイプ4との間の隙間に、溶融した誘電体材料(Gaなど)を流し込み、これを固化させることで、上記隙間を完全に無くすようにしており、これにより上記隙間部分での不要な放電による電力の損失を低減させ、予備電離強度を向上させることができる。
【0103】
図16に本発明の第15の実施形態を示す。
【0104】
この実施形態では、誘電体パイプ4と背後電極3とを別体として製造して後でこれらを結合するのではなく、これら誘電体パイプ4と背後電極3とを一体的に製造する。
【0105】
すなわち、背後電極3としてAl棒を用い、このAl棒を水蒸気雰囲気中で加熱することでAl棒を表面酸化し、この表面酸化によってAl棒の周面にAl2O3を形成する。そして、この誘電体であるAl2O3を誘電体パイプ4として用いるようにする。
【0106】
このようにこの実施形態では、Al棒を表面酸化することによって背後電極3上に誘電体4を形成するようにしたので、これらの間には隙間は存在せず、これら部分での不要な電力損失をほぼ完全に無くすことができる。
【0107】
なお、Al2O3はCVD法を用いてAl棒の表面に付着させるようにしてもよい。
【0108】
ところで、上記実施形態では、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、本発明を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】第1及び第2の実施形態におけるメタライジング層の配設長を説明する図。
【図4】本発明の第3の実施形態を示す図。
【図5】本発明の第4の実施形態を示す図。
【図6】本発明の第5の実施形態を示す図。
【図7】本発明の第6の実施形態を示す図。
【図8】本発明の第7の実施形態を示す図。
【図9】本発明の第8の実施形態を示す図。
【図10】本発明の第9の実施形態を示す図。
【図11】本発明の第10の実施形態を示す図。
【図12】本発明の第11の実施形態を示す図。
【図13】本発明の第12の実施形態を示す図。
【図14】本発明の第13の実施形態を示す図。
【図15】本発明の第14の実施形態を示す図。
【図16】本発明の第15の実施形態を示す図。
【図17】予備電離電極を用いたエキシマレーザ装置の放電回路の等価回路を示す図。
【図18】従来の予備電離電極を示す図。
従来の装置を示す図。
【符号の説明】
1…主電極
2…予備電離電極
3…背後電極
4…誘電体パイプ
5…コロナ電極
7、15…コロナ電極(メタライジング層)
8…外部電極
9…コロナ電極
10…碍子
11…メタライジング層
12…金属層
15…コロナ電極
16…コロナ電極(ワイヤ電極)
20…コロナ電極(網目状電極)
Claims (12)
- 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側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、
前記コロナ電極を前記誘電体パイプの外表面上の前記主放電空間に向いた領域に一体化形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。 - 前記コロナ電極はメタライジング法によって一体化形成するようにしたことを特徴とする請求項1記載のコロナ予備電離電極。
- 前記コロナ電極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一体化形成するコロナ電極の縁部の形状を構成するようにしたことを特徴とする請求項1記載のコロナ予備電離電極。
- 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3記載のコロナ予備電離電極。
- 前記コロナ電極の形状を、前記主放電電極の長手方向に沿って延びる少なくとも2本の線状とするようにしたことを特徴とする請求項1記載のコロナ予備電離電極。
- 前記コロナ電極を網目状にするようにしたことを特徴とする請求項1記載のコロナ予備電離電極。
- 前記誘電体パイプの外表面のうちの少なくとも主放電空間と反対の領域に、導体層を一体化形成したことを特徴とする請求項1乃至6記載のコロナ予備電離電極。
- 前記導体層をメタライジング法によって形成するようにしたことを特徴とする請求項7記載のコロナ予備電離電極。
- 前記誘電体パイプ表面に被覆するコロナ電極層の前記誘電体パイプの軸方向に沿った長さを、前記主放電空間の主放電電極の長手方向に沿った長さより長くするようにしたことを特徴とする請求項1乃至8記載のコロナ予備電離電極。
- 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側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のうちの少なくとも主放電空間と反対の領域に、導体層を一体化形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。 - 前記導体層をメタライジング法によって形成するようにしたことを特徴とする請求項10記載のコロナ予備電離電極。
- 前記導体層の前記誘電体パイプの軸方向に沿った長さを、前記主放電空間の主放電電極の長手方向に沿った長さより長くするようにしたことを特徴とする請求項10または11記載のコロナ予備電離電極。
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