JP3473244B2 - Corona generator - Google Patents

Corona generator

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JP3473244B2
JP3473244B2 JP1722196A JP1722196A JP3473244B2 JP 3473244 B2 JP3473244 B2 JP 3473244B2 JP 1722196 A JP1722196 A JP 1722196A JP 1722196 A JP1722196 A JP 1722196A JP 3473244 B2 JP3473244 B2 JP 3473244B2
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corona
electrode
dielectric ceramic
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建 行村
英一 吉田
和幸 久保田
修 山岡
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、コロナ発生装置
に関するもので、特に、レーザ装置の予備電離のために
用いるコロナ発生装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】たとえば放電励起エキシマレーザにおい
て、レーザ光を効率良く発生させるためには、放電エネ
ルギーを効率良く放電媒質に投入することが重要であ
る。そのためには、予備電離を十分に行ない、高い電子
数密度を得ることが重要である。予備電離方式には、ア
ーク方式、X線方式、およびコロナ方式がある。アーク
方式は、生成される電子数密度が高いという長所がある
が、安定な励起放電の維持が難しい。X線方式は、電子
数密度が高く、安定な励起放電も可能であるが、放射線
制御のための装置が大型化してしまう。コロナ方式は、
安定な励起放電が可能であり、かつ放射線制御の必要も
ないが、予備電離効果が低く、生成される電子数密度が
低いという問題がある。 【0003】図5から図7を参照して、上述のコロナ方
式による予備電離を行なう従来のコロナ発生装置1は、
誘電体セラミック基材2を備え、この誘電体セラミック
基材2の一方面上には、図5にハッチングを施すことに
より示すように、電極3が全面またはほぼ全面にわたっ
て形成され、同じく他方面上には、図6に示すように、
スリット状に延びる電極非形成部4を有する電極5が形
成されている。電極非形成部4の各側にある電極5の各
部分は、図示しないが、互いに接続されており、同電位
である。 【0004】従来の他のコロナ発生装置1aでは、図6
に示した他方面上に形成された電極5に代えて、図7に
示すように、複数の円形の島状の電極非形成部4aを有
する電極5aが形成されている。前述したように、コロ
ナ方式では、予備電離効果が低く、生成される電子数密
度が低いという問題は、このようなコロナ発生装置1ま
たは1aの電極3と電極5または5aとの間に交流また
はパルス電圧を印加すると、電極5または5aの端、言
い換えると、電極非形成部4または4aとの境界部が高
電界となり、コロナが発生する、ということに起因す
る。すなわち、コロナ発生に寄与する部分は、電極5ま
たは5aの端に限られ、電極5または5aの他の領域
は、コロナ発生に寄与しないにもかかわらず、ここにも
電流が流れるため、コロナ発生部以外を流れる電流、つ
まり予備電離に関与しない電流が大きくなり、その結
果、予備電離の効率が悪くなり、電子数密度が低くなる
のである。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明の目
的は、コロナ方式の利点を維持しつつ、アーク方式に匹
敵する電子数密度を得ることができる、コロナ発生装置
を提供しようとすることである。 【0006】 【課題を解決するための手段】この発明は、誘電体セラ
ミック基材、およびこの誘電体セラミック基材を挟んで
対向するように設けられた電極とを備える、レーザ装置
の予備電離用コロナ発生装置に向けられるものであっ
て、上述した技術的課題を解決するため、一方の電極を
針状電極から構成し、この針状電極を、誘電体セラミッ
ク基材に対して点接触するように圧接させたことを特徴
としている。 【0007】 【発明の効果】この発明によれば、一方の電極である針
状電極が誘電体セラミック基材に対して点接触するよう
に圧接しているので、交流またはパルス電圧を印加した
とき、この針状電極の点接触している部分において、高
電界となり、コロナを発生させる。その結果、コロナ発
生に寄与しない部分で流れる電流を少なくすることがで
きることから、電離の効率を高めることができ、そのた
め、電子数密度を高めることができる。 【0008】したがって、この発明に係るコロナ発生装
置を、たとえばエキシマレーザのようなレーザ装置にお
ける予備電離のために適用すれば、アーク方式に匹敵す
るレーザ光の発生効率をコロナ方式で得ることができる
ようになる。 【0009】 【発明の実施の形態】図1は、この発明の一実施形態に
よるコロナ発生装置11を示す図解的斜視図であり、図
2は、図1に示したコロナ発生装置11の図解的側面図
である。コロナ発生装置11は、誘電体セラミック基材
12を備え、その一方面上には、平面的に延びる平面電
極13が全面またはほぼ全面にわたって形成される。誘
電体セラミック基材12の他方面には、針状電極14
接触するように圧している。針状電極14は、図1
では4個のものが図示されているが、その個数は、単に
1個でも、あるいは他の複数個であってもよい。 【0010】このようなコロナ発生装置11において、
針状電極14側をアース接続しながら、平面電極13と
針状電極14との間に、交流またはパルス電圧を印加す
れば、図1に示すように、針状電極14が誘電体セラミ
ック基材12に接触する部分において、高電界となり、
コロナ15が発生する。上述した誘電体セラミック基材
12は、限定するものではないが、たとえば、チタン酸
バリウム系、チタン酸ストロンチウム系、チタン酸鉛系
のような誘電体セラミックから構成される。 【0011】また、平面電極13は、たとえばニッケル
から構成されるが、これに限らず、レーザチャンバ中の
ガス、たとえばフッ素や塩素を含むガスに侵されないも
の、かつこれらのガスを侵さないもの、たとえば、銅、
真鍮、ステンレス鋼、金、あるいはこれらで表面をめっ
きしたもので構成されてもよい。また、針状電極14
は、たとえばステンレス鋼から構成されるが、これに限
らず、平面電極13の場合と同様、レーザチャンバ中の
ガス、たとえばフッ素や塩素を含むガスに侵されないも
の、かつこれらのガスを侵さないもの、たとえば、銅、
真鍮、ニッケル、金、あるいはこれらで表面をめっきし
たもので構成されてもよい。 【0012】針状電極14は、図示の態様では、その根
元から先端に向かって徐々に細くされることによって、
先端において尖った形状を有していたが、先端において
のみ細く尖った形状を有していても、根元から先端まで
細いままの形状であってもよい。 【0013】 【実験例】図1および図2を参照して、比誘電率が68
00のチタン酸バリウム系誘電体セラミックからなる誘
電体セラミック基材12上に、ニッケルからなる平面電
極13およびステンレス鋼からなる針状電極14を設
け、コロナ発生装置11を得た。 【0014】このコロナ発生装置11を図3に示すコロ
ナ発生回路16に組み込み、コロナを発生させた。コロ
ナ発生回路16において、コロナ発生装置11は、コン
デンサ17および回路インダクタンス18と直列に接続
され、充電インダクタンス19がコロナ発生装置11と
並列に接続されている。また、コンデンサ17の充電電
圧に基づいて得られるパルス電圧をコロナ発生装置11
に印加するため、スイッチ20が設けられている。この
ようなコロナ発生回路16において、コンデンサ17が
充電された後に、スイッチ20を閉じると、コロナ発生
装置11にパルス電圧が印加され、図1に示すように、
コロナ15が発生する。 【0015】なお、実験では、コンデンサ17として2
nFのものを、回路インダクタンス18として300n
Hのものを、充電インダクタンス19として30μHの
ものを、それぞれ使用した。上述のようにしてコロナ1
5を発生している2個のコロナ発生装置11を、電子数
密度測定回路21の並行平板電極22の両側に、それぞ
れ、10mmの間隔を隔てて配置し、電子数密度を測定し
た。その結果が、図4に示されている。なお、図4に
は、図3のコロナ発生回路16をパルス電圧印加回路と
して用い、コロナ発生装置11に代えて、ステンレス針
を用いたアーク方式による電子数密度も併せて示されて
いる。 【0016】図4から、この実験例によれば、コロナ方
式は、アーク方式に匹敵する、むしろアーク方式より高
い電子数密度を示していることがわかる。特に、コンデ
ンサ17の充電電圧が高くなるほど、コロナ方式の方が
より優れた結果を示すことがわかる。なお、上述の実験
例では、誘電体セラミック基材12として、比誘電率が
6800の誘電体セラミックからなるものを用いたが、
比誘電率がそれ以下のもの、あるいは、10500、1
6000といったそれ以上の誘電体セラミックを用いて
も、ほぼ同等の電子数密度を示すことが確認されてい
る。この比誘電率に関しては、1000以上であること
が望ましい。
BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention relates to a corona generating device, in particular, relates to Turkey Rona generator used <br/> for preionization of the laser device It is. 2. Description of the Related Art For example, in a discharge-excited excimer laser, in order to efficiently generate laser light, it is important to efficiently discharge energy into a discharge medium. For that purpose, it is important to sufficiently perform preliminary ionization and obtain a high electron number density. The preionization method includes an arc method, an X-ray method, and a corona method. The arc method has an advantage that the number density of generated electrons is high, but it is difficult to maintain a stable excitation discharge. The X-ray method has a high electron number density and is capable of stable excitation discharge, but the apparatus for radiation control becomes large. Corona method
Although stable excitation discharge is possible and there is no need for radiation control, there is a problem that the preliminary ionization effect is low and the generated electron number density is low. [0005] Referring to FIGS. 5 to 7, a conventional corona generating apparatus 1 that performs the above-described preionization by the corona method,
The dielectric ceramic substrate 2 is provided. On one surface of the dielectric ceramic substrate 2, as shown by hatching in FIG. As shown in FIG.
An electrode 5 having an electrode non-forming portion 4 extending in a slit shape is formed. Although not shown, the respective portions of the electrode 5 on each side of the electrode non-formed portion 4 are connected to each other and have the same potential. In another conventional corona generating apparatus 1a, FIG.
Instead of the electrode 5 formed on the other surface shown in FIG. 7, an electrode 5a having a plurality of circular island-shaped electrode non-formed portions 4a is formed as shown in FIG. As described above, in the corona method, the problem that the preliminary ionization effect is low and the number density of generated electrons is low is that the AC or AC between the electrode 3 and the electrode 5 or 5a of the corona generator 1 or 1a. When a pulse voltage is applied, the end of the electrode 5 or 5a, in other words, the boundary with the electrode non-formed portion 4 or 4a becomes a high electric field, and corona is generated. That is, the portion contributing to corona generation is limited to the end of the electrode 5 or 5a, and the other region of the electrode 5 or 5a does not contribute to corona generation. The current flowing outside the portion, that is, the current not involved in the preionization, increases, and as a result, the efficiency of the preionization decreases and the electron number density decreases. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a corona generator capable of obtaining an electron number density comparable to that of the arc system while maintaining the advantages of the corona system. It is to be. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a laser device including a dielectric ceramic substrate and electrodes provided to face each other with the dielectric ceramic substrate interposed therebetween.
In order to solve the technical problem described above, one electrode is connected to a corona generator for preliminary ionization.
Consist of needle-like electrode, the needle electrode is characterized in that is pressed against such contact hand point of the dielectric ceramic substrate. According to the present invention , the needle as one of the electrodes is provided.
As the Jo electrode contacts hand point of the dielectric ceramic substrate
When an alternating current or a pulse voltage is applied, a high electric field is generated in the point contact portion of the needle electrode, and corona is generated. As a result, the current flowing in a portion that does not contribute to corona generation can be reduced, so that the ionization efficiency can be increased, and therefore, the electron number density can be increased. Therefore, if the corona generating device according to the present invention is applied for preliminary ionization in a laser device such as an excimer laser, it is possible to obtain a laser beam generation efficiency comparable to that of the arc method by the corona method. Become like FIG. 1 is a schematic perspective view showing a corona generator 11 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of the corona generator 11 shown in FIG. It is a side view. The corona generating device 11 includes a dielectric ceramic base material 12, and on one surface thereof, a planar electrode 13 extending in a plane is formed over the entire surface or almost the entire surface. On the other surface of the dielectric ceramic substrate 12, a needle electrode 14 is provided.
It is pressure contact to point contact. The needle electrode 14 is shown in FIG.
Although four are shown in the figure, the number may be simply one or another number. In such a corona generator 11,
If an alternating current or a pulse voltage is applied between the flat electrode 13 and the needle electrode 14 while the needle electrode 14 is connected to the ground, the needle electrode 14 becomes a dielectric ceramic substrate as shown in FIG. A high electric field is generated at the portion in contact with
Corona 15 is generated. The dielectric ceramic substrate 12 described above is made of, for example, but not limited to, a dielectric ceramic such as barium titanate, strontium titanate, and lead titanate. The flat electrode 13 is made of, for example, nickel, but is not limited to this. One that is not attacked by a gas in the laser chamber, for example, a gas containing fluorine or chlorine, and one that does not attack these gases, For example, copper,
It may be made of brass, stainless steel, gold, or those whose surfaces are plated with them. In addition, the needle electrode 14
Is made of, for example, stainless steel, but is not limited to this, as in the case of the flat electrode 13, one that is not affected by the gas in the laser chamber, for example, a gas containing fluorine or chlorine, and one that does not attack these gases. , For example, copper,
It may be made of brass, nickel, gold, or those whose surfaces are plated with them. In the illustrated embodiment, the needle-like electrode 14 is gradually narrowed from its root to its tip,
Although it has a pointed shape at the tip, it may have a thin pointed shape only at the tip or a shape that remains thin from the root to the tip. Experimental Example Referring to FIGS. 1 and 2, the relative dielectric constant is 68.
A flat electrode 13 made of nickel and a needle-shaped electrode 14 made of stainless steel were provided on a dielectric ceramic base material 12 made of a barium titanate-based dielectric ceramic of No. 00, and a corona generator 11 was obtained. The corona generating device 11 was incorporated in a corona generating circuit 16 shown in FIG. 3 to generate a corona. In the corona generating circuit 16, the corona generating device 11 is connected in series with the capacitor 17 and the circuit inductance 18, and the charging inductance 19 is connected in parallel with the corona generating device 11. Further, the pulse voltage obtained based on the charging voltage of the capacitor 17 is converted to a corona generator 11.
, A switch 20 is provided. In such a corona generation circuit 16, when the switch 20 is closed after the capacitor 17 is charged, a pulse voltage is applied to the corona generation device 11, and as shown in FIG.
Corona 15 is generated. In the experiment, two capacitors 17 were used.
nF of 300 n as the circuit inductance 18
H and 30 μH as the charging inductance 19 were used. Corona 1 as described above
The two corona generating devices 11 that generate 5 were arranged on both sides of the parallel plate electrode 22 of the electron number density measuring circuit 21 at an interval of 10 mm, respectively, and the electron number density was measured. The result is shown in FIG. FIG. 4 also shows the electron number density by an arc method using a stainless needle in place of the corona generating device 11 using the corona generating circuit 16 of FIG. 3 as a pulse voltage applying circuit. From FIG. 4, it can be seen that, according to this experimental example, the corona system has a higher electron number density than the arc system, but has a higher electron density than the arc system. In particular, it can be seen that the higher the charging voltage of the capacitor 17 is, the more excellent the corona method is. In the above-described experimental example, the dielectric ceramic substrate 12 was made of a dielectric ceramic having a relative dielectric constant of 6800.
Having a relative permittivity of less than 10500, 1
It has been confirmed that even when a dielectric ceramic of 6000 or more is used, substantially the same electron number density is exhibited. The relative dielectric constant is desirably 1000 or more.

【図面の簡単な説明】 【図1】この発明の一実施形態によるコロナ発生装置1
1を図解的に示す斜視図である。 【図2】図1に示したコロナ発生装置11を図解的に示
す側面図である。 【図3】図1に示したコロナ発生装置11による電子数
密度を測定するために実験例において用いられたコロナ
発生回路16および電子数密度測定回路21を示す図で
ある。 【図4】この発明に従って実施された実験例で得られた
コロナ発生装置11による電子数密度を、アーク方式に
よる電子数密度と比較して示す図である。 【図5】従来のコロナ発生装置1を図解的に示す斜視図
である。 【図6】図5に示したコロナ発生装置1の反対側の面を
図解的に示す斜視図である。 【図7】従来の他のコロナ発生装置1aを図解的に示
す、図6に相当の図である。 【符号の説明】 11 コロナ発生装置 12 誘電体セラミック基材 13 平面電極 14 針状電極 15 コロナ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a corona generator 1 according to an embodiment of the present invention.
1 is a perspective view schematically showing 1. FIG. 2 is a side view schematically showing the corona generating device 11 shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a corona generation circuit 16 and an electron number density measurement circuit 21 used in an experimental example to measure an electron number density by the corona generation device 11 shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the electron number density obtained by the corona generator 11 obtained in an experimental example implemented according to the present invention, in comparison with the electron number density obtained by an arc method. FIG. 5 is a perspective view schematically showing a conventional corona generating device 1. 6 is a perspective view schematically showing a surface on the opposite side of the corona generating device 1 shown in FIG. FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 6, schematically illustrating another conventional corona generating device 1a. [Description of Signs] 11 Corona generator 12 Dielectric ceramic substrate 13 Planar electrode 14 Needle electrode 15 Corona

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岡 修 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 平7−313833(JP,A) 特開 平8−151201(JP,A) 特開 平5−89942(JP,A) 実開 昭62−166230(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01T 19/00 - 23/00 H01S 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Osamu Yamaoka 2-26-10 Tenjin, Nagaokakyo-shi, Kyoto, Japan Murata Manufacturing Co., Ltd. (56) References JP-A-7-313833 (JP, A) 8-151201 (JP, A) JP-A-5-89942 (JP, A) Japanese Utility Model Application Sho 62-166230 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01T 19/00 -23/00 H01S 3/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 誘電体セラミック基材、および前記誘電
体セラミック基材を挟んで対向するように設けられた電
極とを備える、レーザ装置の予備電離用コロナ発生装置
において、 一方の前記電極は、針状電極からなり、前記誘電体セラ
ミック基材に対して点接触するように圧接していること
を特徴とする、コロナ発生装置。
(57) Claims 1. A pre-ionization corona generation for a laser device, comprising: a dielectric ceramic substrate; and electrodes provided to face each other with the dielectric ceramic substrate interposed therebetween. in the device, one of said electrodes is made of needle-like electrodes, characterized in that it pressed to contact the dielectric hand points to a ceramic substrate, a corona generating device.
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