JPH0779174B2 - ガスレ−ザ装置 - Google Patents

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・フロー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2a
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1
a,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てある。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
ラミック製のホルダは殆ど使用れていない。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、セラミック製のホルダが使
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,1bにはレーザ結合鏡7
a,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
放電18を利用して陽極５と陰極３との間にグロー放電1
9,19を発生する。グロー放電19,19を維持するために、C
O2,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Ｏ−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側に拡がろうといする力
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II,III,IV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Ｏ−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2b,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Ｏ−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鏡7a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20a
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20a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いくのを防止する。

そこで本発明においては、導電性ホルダ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］ 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て
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Ｏ−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20はＯ−リ
ング42を介して接合された２つの筒状部材20A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20b内にステンレス製ワイヤをスプリング状にしてこ
れを環状に形成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てある。60aで示した曲線
は、ほ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てある。な
お第３図の状態は、ループ部材50が導電性ホルダ20と同
電位になっている場合の状態である。貫通孔20a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20b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50を嵌め込むだけでよいので、
簡単な構造で安価にＯ−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20に直接
接触させた状態で配置するので、ループ部材50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導電体
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
たときに放電管の下流側端部を損傷させない程度に定め
さ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
発明の他の実施例の概略図が示してある。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として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20a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図の符号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と導電層70）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、
導電層70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20
d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層70
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層70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ができ
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てあるが、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
電位軽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70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軽度
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
す部分拡大断面図、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、2,20a……貫通
孔、2b,20b,20c……溝、３……陰極、４……Ｏ−リン
グ、５……陽極、６……補助電極、7a,8a……レーザ結
合鏡、10,12……熱交換器、11……ブロワ、50……ルー
プ部材（電位傾度緩和用導電体）、70……導電層（電位
傾度緩和用導電体）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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
   性の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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。