JPH0317257A - 物質蒸気発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、物質の蒸気そのものを、または、蒸気を励
起もしくは電離媒体として利用する物質蒸気発生装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、この種物質の蒸気を利用した物質蒸気発生装
置の一例として、金属蒸気レーザ装置や蒸気イオンビー
ム装智などがあるが、これらのうち、第ｌＯ図は、昭和
５６年度レーザー研究第９巻第２号、「銅蒸気レーザー
の製作』に示された従来の金属蒸気レーザ装置を示す断
面図であり、図において、１は陰極端子、２は陽極端子
、３は陰極、４は陰極３に対１；リする陽極、５は電極
３，４間に配置され、内部に放電が形成される放電部で
、例えば内管、６はこの内管５から径方向への熱伝導や
対流による熱損失を抑制するための断熱材、７は真空部
ｌ１を形戊するためのシール管、８はレーザ光を取り出
す窓、９はこれらを取り囲む金属外管、１０は金属蒸気
を生戒する銅粒などの金属粒、１１は上記シール管７か
ら径方向への熱伝導や対流による熱損失を抑制するため
の真空部、１２は真空部１１の内部にあり、上記シール
管７からの熱放射による熱順失を抑制するようにシール
管７の外周を包む円筒状の複数層の熱反射体、ｌ３は熱
反射体を支持するスペーサである．次に動作について説
明する。陰極端子１と陽極端子２の間にパルス電圧がｒ
Ｉ７加されると、陰極３と賜極４との間にパルス放電が
発生し、内管５の内部に放電が形成される。次いで、放
電により発生した熱は、内管５に伝導し、内管５を取り
囲む断熱材６，真空部１１，熱反射体１２．スペーサｌ
３により径方向への熱の対流，伝導，放射による熱ｊＲ
失を極力抑えることで、内管５の温度を上昇させる．温
度が上昇すると、内管５内部に設定した金属粒１０を溶
融して、レーザ発振を起こすのに必要な金属蒸気を得る
。この状態において、パルス電圧により、金属蒸気が励
起され、反転分布を起こし、光共振器（図示されていな
い）を両端の窓８の列側に設置すれば、窓８を通して、
レーザ光が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の金属蒸気レーザ装置は以上のように構威されてい
るので、スペーサｌ３で支持されてぃる複数層の熱反射
体１２問に数ｍｍ程度の隙間が存在し、この隙間を通っ
て熱放射による熱流が軸方向にｌＯ〜２０％程度に流れ
出る。この際、上記隙間を通って軸方向に流れ出る熱流
を減少させるために、上記隙間をなくすべく複数層の熱
反射体ｌ２を内外から相互に接触させてしまうと、熱反
射体ｌ２の相互の熱伝道によって熱流が径方向に流れ出
て、いずれにしても装置の熱効率が悪くなるという課題
があった。

つまり、従来の金属蒸気レーザ装置においては、熱反射
体ｌ２の径方向の熱田失が大きい場合、金属蒸気を発住
させる所定の温度を得る放電管への投入電力が増加し、
レーザ媒質のガス温度が増加するため、レーザ出力が減
少し、レーザの効率も悪くなる。

また、熱反射体１２の軸方向の熱田失が大きい場合、放
電管の軸方向温度が平坦でなくなり、放電管への同じ投
入電力に対して、軸方向のレーザの媒質長が減少し、レ
ーザの効率が悪くなるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためＣこなされ
たもので、熱反射体の径方向に流れ出る熱伝導による熱
流を減少できて、しかも、熱反射体の両端から軸方向に
流れ出る熱放射による熱流を残少でき、また、熱反射体
の軸方向の両端における熱反１・１効率を軸方向の中央
部に比べて高くずることができる物質蒸気発生装置を得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る請求項ｌの物質蒸気発生装置は、物質蒸
気で満たされた空間を包む容器を一層または複数層の熱
反射体で包み、上記熱反射体をその軸方向の両端に至る
に従って次第に小口径となるように構威したものである
。

この際、熱反射体間の隙問をその軸方向の両端に至るに
従って次第に小さくなるように構成するのが好ましい。

また、この発明に係る請求項２のＩＦＩ質蒸気発生装置
は、物質蒸気で満たされた空間を包む容２ｚを一層また
は複数層の熱反射体で包み、上記熱反射体の軸方向の両
端の層数を軸方向の中央部の層数より多く横成したもの
である。

（作　用〕 この発明における請求項１の物質蒸気発生装置は、熱反
射体の軸方向の中央部から両端側に流れ出る熱放射によ
る熱流を、軸方向の両端に至るに従って次第に小口径と
なるように横戒されている熱反射体の両端側でその熱反
射体の軸方向の中央部側に向かって効果的に反射させる
ことができる。

従って、熱反射体の両端から軸方向に流れ出る熱放射に
よる熱流を減少させ−ることかできる。この結果、熱反
射体間の隙間をなくすべく熱反射体を内外から相互に接
触させなくても良いので、熱反射体の径方向に流れ出る
熱伝導による熱流も減少させることができる。

この際、熱反射体問の隙間をその軸方向の両端に至るに
従って次第に小さくなる′ように構成すれば、熱反財体
の両端から軸方向に梳れ出る熱放射による熱流を更に減
少できる。

また、この発明における請求項２の物質蒸気発生装置は
、熱反射体の軸方向の両端の層数が軸方向の中央部の層
数より多く構威されているので、熱反射体の軸方向の両
端における熱反射効率を軸方向の中央部に比べて高くす
ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は金属蒸気レーザ装置の第１の実施例を示す要部の縦
断面図、第２図は同上の熱放射体の斜視図であり、第１
０図と同一又は相当部分には同一符号を付して重複説明
は省略する．第ｌ図および第２図において、１２は円筒
状で複数層の熱反射体であり、これらの熱反射体１２は
、その軸方向（矢印ａ方向）の中央部１２ａが真円筒状
に構成され、その軸方向の両端部１２ｂが開口端に至る
に従って次第に小口径となるテーバ状に構成されている
。１５は熱反射体１２間に隙間を形或するために各熱反
射体１２の外周に巻回されたモリブデンやタングステン
などによるコイル状の複数のスペーサである。そして、
熱反射体１２の中央部１２ａとテーパ状の両端部１２ｂ
の開口端との口径比を内周側の熱反射体１２より外周側
の熱反射体ｌ２ほと大きく構成することによって、熱反
則体１２間の隙間は、中央部１２ａ間の隙間１４ａが最
大で、テーバ状の両端部１２ｂ間の隙間１４ｂがその開
口端に至るに従って次第に小さくなるように構成されて
いる。

次に動作について説明する。第１０図で説明したように
、パルス電圧の印加により内管５の内部に放電を形成し
、内管５の内部の金属粒１０を溶融して、金ｉ蒸気を得
る。そして、パルス電圧により金属蒸気を励起すること
により窓８を通してレーザ光を得るが、この際、内管５
の内部に放電により発生した熱は、内管５から断熱材６
およびシール管７を熱伝導して真空部１１の内部に径方
向へ放射される。

そして、真空部１１の内部に径方向へ放射された熱流は
、複数層の熱反躬体１２の中央部で袖方向（矢印ａ方向
）に対して直角な方向で内管５側に向けて矢印ｂ方向に
反射される。また、複数層の熱反射体１２のテーバ状の
両端部１２ｂは上記熱流を軸方向の中央部側に向けて矢
印Ｃ方向に反射する。また、熱反射体１２間の隙間を軸
方向の中央部１２ａから両端１２ｂ側である矢印ｄ方向
に流れ出る熱放射による熱流も熱反射体１２のテーバ状
の両端部１２ｂによって軸方向の中央部側に向かって矢
印Ｃ方向に効果的に反射される。従って、熱反射体１２
のテーバ状の両端部１２ｂは、熱反射体ｌ２の両端から
軸方向（矢印ｄ方向）に流れ出る熱放射による熱流を減
少させる。

しかもこの際、熱反射体１２のテーバ状の両端部１２ｂ
の間の隙間１４ｂがその開口端に至るに従って次第に小
さくなるように構威されているので、熱反射体ｌ２の両
端から軸方向（矢印ｄ方向）に流れ出る熱放射による熱
・流は更に減少される。

そして、熱反射体１２のテーバ状の両端部ｌ２ｂによっ
て熱放射による熱流を軸方向の中央部側（矢印Ｃ方向）
に反射させることにより、金属蒸気で満たされた内管５
内における軸方向（矢印ａ方向）の温度分布を１５００
゜程度で平坦にできて、内管５内における金属蒸気を軸
方向に長く得られて、軸方向のレーザ媒質長が増大し、
レーザ出力の増加、レーザ効率の向上が得られる。

次に、金属蒸気レーザ′Ａ置の第１の実施例における変
形例を（頓に説明する。

第１の変形例を示す第３図は、複数層の熱反射体１２を
その軸方向の中央部１．　２　ａがら両端部１２ｂの全
長にかけて開口端に至るに従って次第に小口径となるよ
うにテーバ状に構威したものである。

第２の変形例である第４図は、複数層の熱反射休ｌ２を
その軸方向の中央部１２ａから両端部１２ｂの全長にか
けて開口端に至るに従って次第に小口径となるようにｌ
ｌ！ｈ率を変化さ一仕で滑らかに湾曲させたものである
。

第３の変形例である第５図は、複数層の熱反射体ｌ２を
その軸方向の中央部１２ａから両端部１２ｂの全長にか
けて開口端に至るに従って次第に小口径となるように各
セクション毎に角度を変化させた多段階テーバ状に横或
したものである。

なお、第ｌ〜第３の何れの変形例も、熱反射体１２間の
隙間が、中央部１２ａから両端部１２ｂの開口端に至る
に従って次第に小さくなるように構威されている． そして、これら第１〜第３の何れの変形例も、熱反射体
１２は熱放射による熱流を軸方向の中央部に向かう矢印
Ｃ方向に効果的に反射させることができて、第１の実施
例と同様の効果を奏することができる． 次に、第６図は金属蒸気レーザ装置の第２の実施例を示
す要部の縦断面であり、この場合は第ｌ図に示した複数
層の熱反射体ｌ２のテーバ状の両端部１２ｂの内周側に
、さらに複数層のテーバ状の部分熱反射体１２ｃを配置
して、熱反射体１２の軸方向の両ＩｆＩｌ　２　ｂと１
２ｃの層数を軸方向の中央部１２ａの層数より多く構威
したものである。

この第２の実施例によれば、熱反射体１２の軸方向の両
端１２ｂと１２ｃとの層数が軸方向の中央部１２ａの層
数より多いので、熱反射体１２の軸方向の両端１２ｂと
１２ｃとにまり熱反射効率が軸方向の中央部１２ａに比
べ高くなる。この結果、第１の実施例と同様に、金属蒸
気で満たされた内管５内における軸方ｔｉｌ＋　（矢印
ａ方向）の温度分布を１５００’程度で平坦にできて、
内管５内における金属蒸気を軸方向に長く得られて、軸
方向のレーザ媒質長が増大し、レーザ出力の増加、レー
ザ効率の向上が得られる。

次に、金属蒸気レーザ装置の第２の実施例における変形
例を順に説明する。

第１の変形例である第７図は、複数層の熱反射体１２の
テーバ状の両端部１２ｂの外周側に、複数層のテーバ状
の部分熱反射体１．　２　ｃを配置したものである． なお、第６図と第７図とを合成して、熱反射体１２のテ
ーバ状の両端部１２ｂの内周側と外周側との両方に、複
数層のテーパ状の部分熱反射体１２ｃを配置しても良い
。

第２の変形例である第８図は、円筒状の複数層の熱反射
体１２の軸方向の両端部１２ｄの内周側に、円筒状の複
数層の部分熱反射体１２ｅを配置したものである． 第３の変形例である第９図は、円筒状の複数層の熱反射
体１２の軸方向の両端部１２ｄの外周側に、円筒状の複
数層の部分熱反射体１２ｅを配置したものである． なお、第８図と第９図とを合威して、熱反射体１２の両
端部１２ｄの内周側と外周側との両方に、円筒状の複数
層の部分熱反射体１２ｅを配置しても良い。

そして、これら第１〜第３の何れの変形例によっても、
第２の実施例と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施例では、金属蒸気レーザー装置について
説明したが、物質発生装置および高温炉であってもよく
、上記実施例と同様の効果を奏する． 〔発明の効果〕 以上のように、この発明の請求項ｌの物質蒸気発生装置
によれば、熱反射体の軸方向の中央から両端に流れ出る
熱放射による熱流を熱反射体の軸方向の中央部側に向か
って効果的に反射させることができるように、熱反射体
の軸方向の中央部から両端に至るに従って次第に小口径
となるように構威したので、熱反剖体の柊方向に流れ出
る熱伝導による熱流を減少できて、しかも、熱反射体の
両端から軸方向に流れ出る熱放射による熱流を減少でき
る。そして、熱反射体の軸方向の両端側で熱放射による
熱流を軸方向の中央部側に向かって反射させることによ
り、物質蒸気で満たされた容器内における軸方向温度分
布を平坦にできる。この結果、容器内における物質蒸気
を軸方向に長く１１られて、軸方向のレーザ媒質長が増
大し、レーザ出力が増加して、レーザ効率が向上ずる効
果がある。

また、この発明の請求項２の物質蒸気発生装置によれば
、熱反射体の軸方向の両端における熱反射効率を軸方向
の中央部に比べて高くすることができるように、熱反射
体の軸方同の両端の層数を軸方向の中央部の層数より多
く構威したので、熱反射体の両端から軸方向に流れ出る
熱放射による熱流を減少させることができて、物質蒸気
で満たされた容器内における軸方向温度分布を平坦にで
きる。この結果、容器内における物質蒸気を軸方向に長
く得られ′ζ、軸方向のレーザ媒質長が増大し、レーザ
出力が増加して、レーザ効率が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による金属蒸気レーザ
装置の要部を示す縦断面図、第２図は同上の熱反射体を
示す斜視図、第３図．第４図および第５図は上記第１の
実施例における第１．第２および第３の変形例を示す要
部の縦断面図、第６図はこの発明の第２の実施例による
金属レーザ装置の要部を示す概略的縦断面図、第７図，
第８図および第９図は上記第２の実施例における第１，
第２および第３の変形例を示す要部の概略的縦面面図、
第１０図は従来の金属蒸しレーザ装置全体を示す縦断面
図である。 ５は内ｇ（容器）、１２は熱反射体、１２ａは熱反射体
の中央部、１２ｂ，１２ｄは熱反射体の両端部、１２ｃ
，１２ｅは部分熱反射体．なお、 図中、 同一符号は同一、 又は相当部分を 示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　物質蒸気で満たされた空間を包む容器と、上記
   容器を包む一層または複数層の熱反射体を具備する物質
   蒸気発生装置において、上記熱反射体をその軸方向の両
   端に至るに従って次第に小口径となるように構成したこ
   とを特徴とする物質蒸気発生装置。
2. （２）　物質蒸気で満たされた空間を包む容器と、上記
   容器を包む一層または複数層の熱反射体を具備する物質
   蒸気発生装置において、上記熱反射体の軸方向の両端の
   層数を軸方向の中央部の層数より多く構成したことを特
   徴とする物質蒸気発生装置。