JPH0637406A

JPH0637406A - 金属蒸気レーザ装置

Info

Publication number: JPH0637406A
Application number: JP19187292A
Authority: JP
Inventors: Eisaku Mizufune; 栄作水船; Tsuneyoshi Ohashi; 常良大橋; Toshiji Shirokura; 利治白倉; Akira Wada; 昭和田; Sei Takemori; 聖竹森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、金属蒸気の消耗が大幅に低減
され、長時間運転が可能なことは勿論、高出力で、か
つ、高効率なレーザ発信ができる金属蒸気レーザ装置を
提供することにある。【構成】本発明は、ガス中の放電エネルギーにより金属
源９を加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属
蒸気から成るレーザ媒質を形成させる放電管１の外周に
同軸状に設けられた断熱部材２が、前記放電管１内中央
部の管壁温度１２が極小となり、かつ、放電管中央部と
放電管端部の間の管壁温度１２が極大となる双峰特性の
放電管内管壁温度分布を形成する断熱特性を具備するよ
うに、放電管１の軸方向中央部に位置する耐熱断熱部材
２の厚みをその端部の厚みより薄くしたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属蒸気レーザ装置に係
り、特に、予め放電管内に収納されている金属をガス放
電によって加熱して気化、及び励起させてレーザ出力を
得る金属蒸気レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の金属蒸気レーザ装置は、例えば、
特開平2−281773 号公報に開示されているように、ガス
中の放電エネルギーにより放電管内の管壁温度を所定温
度（例えば、銅蒸気レーザでは１５００℃前後）に昇温
するため、セラミック製放電管の外周に、放電管軸方向
に沿って厚みが一様で、かつ、一様な断熱特性を具備し
た電気絶縁性の円筒状断熱部材と、さらにその外周に真
空断熱層とを組み合わせた複合断熱構造が採用され、放
電管径方向の断熱強化を図っている。

【０００３】また、特開昭63−229782号公報では、真空
断熱層内部に放電管軸方向に沿って厚みが一様で、か
つ、一様な断熱特性を具備した第２の電気絶縁性の円筒
状断熱部材を配設し、放電管径方向の断熱性能の更なる
向上を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の金属蒸気レ
ーザ装置によれば、放電管の外周に配設された円筒状断
熱部材の厚みが放電管軸方向に沿って一様であり、か
つ、一様な断熱性能を具備していたため、放電管内の管
壁温度は、放電管軸方向の中央部で最大となり端部に向
かって単調減少する単峰性の管壁温度分布を形成してい
た。

【０００５】その結果、金属蒸気密度が放電管内の管壁
温度で一義的に決まり、かつ、レーザ出力、及び発振効
率が適切な管壁温度、即ち、適切な放電管内金属蒸気密
度により最適化される事実から、上述の単峰性の管壁温
度分布では、金属蒸気密度も放電管内中央部で最大とな
り、中央部から端部に向かって単調減少するため、レー
ザ発振に寄与し得る有効領域は、金属蒸気密度の高い放
電管軸方向中央部の高温領域に限定され、従来の装置で
は、レーザ媒質の放電管内での効率的な形成が図られて
いなかった。

【０００６】そのため、放電長に占めるレーザ媒質長の
割合が小さく、従って、レーザ装置の高出力化を図るた
めには、放電体積の増加を余儀なくされ、放電管の長尺
化に対しては、放電抵抗と放電管の自己インダクタンス
の増大により電源の高電圧化が必要となり、また、放電
管の大口径化に対しては、放電電流の表皮効果のため、
放電管径方向中心部の利得低下によりレーザビームがリ
ングモードになり、発振効率が低下するという問題があ
った。

【０００７】さらに、レーザ媒質となる金属蒸気密度が
放電管端部へ単調減少するため、放電管中央部と端部の
間に大きな密度勾配が生じ、その結果、金属蒸気が放電
管端部へ拡散し、端部の低温領域で凝集・固化するた
め、金属蒸気の消耗が著しく、レーザ装置の長時間運転
が困難であった。

【０００８】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、金属蒸気の消耗が大幅に低減
され、長時間運転が可能なことは勿論、高出力で、か
つ、高効率なレーザ発信ができる金属蒸気レーザ装置を
提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はガス中の放電エ
ネルギーにより金属源を加熱・蒸発させて金属蒸気を発
生させ、その金属蒸気から成るレーザ媒質を形成させる
放電管の外周に同軸状に設けられた断熱部材が、前記放
電管内中央部の管壁温度が極小となり、かつ、放電管中
央部と放電管端部の間の管壁温度が極大となる双峰特性
の放電管内管壁温度分布を形成する断熱特性を具備して
いることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の上記構成による金属蒸気レーザ装置に
よれば、ガス中の放電エネルギーにより、予め放電管内
に配設された金属塊が加熱・蒸発して生成された金属蒸
気は、上記双峰性管壁温度分布に起因した密度勾配によ
り、放電管の中央部と端部の両方向に同時に拡散する。

【００１１】このため、放電管最端部を除いて、金属蒸
気の密度勾配がゼロになる定常状態では、金属蒸気が均
一分布する領域は放電管軸方向に沿って拡大し、長尺、
かつ、平坦な金属蒸気密度分布が形成されるので、上記
目的が達成される。

【００１２】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明の金
属蒸気レーザ装置を詳細に説明する。

【００１３】図１に本発明の金属蒸気レーザ装置の一実
施例を示す。

【００１４】該図に示すごとく、予め複数個の金属塊９
を収納した耐熱セラミック製の円筒状放電管１は、その
外周を耐熱セラミックファイバー製の円筒状断熱層２に
より同軸状に取り囲まれ、円筒状断熱層２の外周には、
更に同軸状に円筒状の耐熱ガラス管３が配設されてい
る。

【００１５】また、前記放電管１と断熱層２とを收納し
た円筒状耐熱ガラス管３は、その両端が金属製のレーザ
管本体５に具備された金属フランジ８ａ〜８ｃにＯリン
グ等（図示せず）の弾性部材を介して支持され、これに
より、高温下での放電管１と耐熱ガラス管３の放電管軸
方向への伸びを吸収し、かつ、熱応力割れを防止してい
る。

【００１６】さらに、前記耐熱ガラス管３と前記レーザ
管本体５とに囲まれた空間は、前記Ｏリング等で密閉さ
れ、真空引きにより真空断熱層４を構成することによ
り、更なる断熱強化を図っている。

【００１７】また、前記金属フランジ８ａ，８ｂ間には
電気絶縁用の円筒状スリーブ７が設けられ、金属フラン
ジ８ａ，８ｃにはそれぞれ円筒状電極６ａ，６ｂが機械
的に固定され、電気的に接続されている。

【００１８】そして、円筒状電極６ａと６ｂ間に外部電
気回路（図示せず）から高電圧パルスが印加されると、
前記放電管１の内部に予め封入されたバッファーガス中
の電極６ａと６ｂに挟まれた放電空間１０にプラズマが
生成・進展し、パルス放電電流は、このプラズマを介し
て電極６ａと６ｂ間を流れ、更に電極を介して金属製レ
ーザ管本体５を流れる。この時、前記放電空間１０と前
記レーザ管本体５は同軸構造を形成し、放電空間１０を
流れる放電電流の向き１１ａがレーザ管本体５を流れる
向き１１ｂと逆方向になるため、レーザ管本体５の自己
インダクタンスが低減され、レーザ上下準位間の自己終
止遷移を利用した金属蒸気レーザ装置に適した立ち上り
の速い放電電流が得られる構造となっている。

【００１９】その結果、前記金属蒸気に、前記パルス放
電エネルギーの一部が移行し、一部の金属蒸気原子に反
転分布状態が形成されるため、誘導放出光の光共振器
（図示せず）による増幅作用によってレーザ発振が達成
される。

【００２０】従来のレーザ装置では、上述した如く、放
電管１の外周は一様な厚みで、かつ、一様な断熱特性を
具備した断熱層２で同軸状に配設されていたため、管壁
温度は放電管軸方向の中央部で最大で、端部に向かって
単調減少する単峰性分布を形成していたため、レーザ媒
質となる金属蒸気密度も前記管壁温度と同様に、単峰性
分布を呈することになる。

【００２１】このため、レーザ発振に寄与し得る放電管
１内の有効領域が中心部の高温領域に制限されていたの
で、放電体積を増大させることなくレーザ出力、及び発
振効率の向上を図ることは困難であった。

【００２２】そこで、本実施例では、図２に断熱層２の
詳細を示すように、断熱層２の軸方向中央部の厚みを薄
くし、前記中央部での径方向への放熱が、放電管１の中
央部と端部とに挟まれた厚みの厚い断熱領域での放熱よ
り顕著になる。

【００２３】このため、図３に放電管軸方向長さに対す
る管壁温度１２と銅蒸気密度分布１３ａ，１３ｂの特性
を示すごとく、放電管中央部の管壁温度１２は極小とな
り、一方、放電管中央部と端部とに挟まれた領域での管
壁温度１２は極大となる双峰性の管壁温度分布を形成し
得る。

【００２４】この結果、管壁温度で決まる金属特有の飽
和蒸気圧に達した金属蒸気は、図３に示すように、過渡
的には、管壁温度１２が極小となる放電管軸方向の中央
部で銅蒸気密度が極小となり、放電管軸方向の中央部と
端部に挟まれた領域では極大となる双峰性密度分布１３
ａを呈することになる。

【００２５】しかし、同様に、図３の金属蒸気の双峰性
密度分布１３ａにより、放電管１内では金属蒸気の密度
勾配が生じるため、放電管軸方向の中心部と端部に向か
ってそれぞれ同時に金属蒸気の拡散１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ，１４ｄが生じ、少なくとも放電管軸方向の最端部
を除いて、定常的には均一な金属蒸気密度分布の平衡状
態１３ｂが放電管１内に形成され得る。

【００２６】これにより、放電長に占めるレーザ媒質長
の割合が増大し、また、拡散領域が放電管１の最端部に
限定されるため、放電体積を増加させることなく、高出
力・高発振効率化及び長時間運転の可能な金属蒸気レー
ザ装置を提供できる。

【００２７】図２に示した断熱部材２は一様な断熱特性
を有する一体構造であったが、更に、図４から図１０に
示す他の実施例のように、同一の断熱性能を有する複数
の断熱部材の組合わせでも、前記双峰性管壁温度分布を
達成することができる。

【００２８】即ち、図４に示す実施例は、断熱層２を軸
方向に３分割し、中央部の厚みの薄い断熱層と、その両
端の厚みの厚い断熱層とを突き合わせた構造で断熱部材
を構成したものである。

【００２９】図５に示す実施例は、中央部の厚みの薄い
断熱層とその両端の厚みの厚い断熱層とをはめ合い構造
にして断熱部材を構成したものである。

【００３０】図６に示す実施例は、中央部の厚みの薄い
部位にて軸方向に２分割された断熱層同士の突き合わせ
構造で断熱部材を構成したものである。

【００３１】図７に示す実施例は、中央部の厚みの薄い
断熱層と一方の厚みの厚い断熱層を一体構造とし、これ
と残る厚みの厚い断熱層とを突き合わせた構造で断熱部
材を構成したものである。

【００３２】図８に示す実施例は、図７に示す突き合わ
せ構造をはめ合い構造に変形して断熱部材を構成したも
のである。

【００３３】図９に示す実施例は、図６に示す突き合わ
せ構造を厚みの薄い中央部ではめ合い構造に変形して断
熱部材を構成したものである。

【００３４】図１０に示す実施例は、厚みが一様な一体
の断熱層の端部外周に更なる断熱層を同軸状に配設して
断熱部材を構成したものである。

【００３５】図１１に示す実施例は、厚みの厚い断熱層
の一方の端部外周をテーパ状とし、このテーパ状断熱層
と厚みの薄い断熱層とを突き合わせて断熱部材を構成し
たものである。

【００３６】図１２に示す実施例は、上述のテーパ状断
熱層の突き合わせ構造にして断熱部材を構成したもので
ある。

【００３７】上記断熱構造は、断熱層２の軸方向中央部
の厚みを薄くするため、放電管１の軸方向中央部に位置
する断熱層の外周長をその端部に比して短くする構造と
したが、図１３に示す実施例では、逆に、３分割された
断熱部材において、断熱層２の中央部の内周長をその端
部の内周長に比して長くして突合わせ構造としたことを
特徴としている。他の構成は図１に示したものと同様で
ある。

【００３８】図１４に示す実施例は、内周長の短い断熱
層と外周長の長い断熱層とを一体構造とし、この断熱層
と残る内周長の短い断熱層とを突合わせた構造で断熱部
材を構成したものである。

【００３９】図１５に示す実施例は、図１４の突合わせ
構造をはめ合い構造の変形した例である。

【００４０】図１６に示す実施例は、図１３をはめ合い
構造に変形した例である。

【００４１】図１７に示す実施例は、一様な断熱特性を
有する一体の断熱層の端部内面に、同軸状に断熱層を配
設した構造である。

【００４２】図１８に示す実施例は、端部内面をテーパ
状にした断熱層の突合わせ構造である。

【００４３】図１９に示す実施例は、図１８において、
軸方向中央部に内周長の長い厚みの一様な断熱層部材を
挿入し、突合わせ構造とした実施例である。

【００４４】図２０に示す実施例は、放電管１と断熱層
２とを収納した耐熱ガラス管３の外周で、かつ、放電管
１の中央部を除く部位に、別の断熱層１５を同軸状に配
設したことを特徴とする。

【００４５】図２１に示す実施例は、図２０の断熱層１
５と同様の部位に、少なくとも１枚以上の金属製熱放射
板１６を設けたことを特徴とする。

【００４６】図２２に示す実施例は、真空断熱層４内の
放電管１の中央部に位置する金属製レーザ管本体５の内
面に熱吸収体１７を設け、放電管１の中央部径方向から
の放射熱を熱吸収体１７により吸収し、吸収した熱を真
空断熱層４の外周に設けられた水、あるいは油等の冷却
層１９により除去し、放電管１の軸方向中央部の管壁温
度を端部より低下させることを特徴とする。

【００４７】図２３に示す実施例は、真空断熱層４内に
放電管１の軸方向中央部に位置する部位に少なくとも１
枚以上の金属製熱放射板１６を設け、この熱放射板１６
に複数の開孔部１８を設けることにより、放電管１の軸
方向中央部径方向からの放熱を開孔部１８を通して促進
させることを特徴とする。

【００４８】図２５に示す実施例は、真空断熱層４の外
周に同軸状に冷却層２０を配設し、この冷却層２０を放
電管１の軸方向中央部に位置する部位のレーザ管本体５
に設けられた金属フランジ８ｄと８ｅにより隔室２０を
形成することにより、隔室２０の冷却用冷媒の温度を、
その両側の冷却層１９に流す冷却用冷媒の温度より低く
して、放電管１の軸方向端部より中央部からの熱を多く
吸収・除去することを特徴としている。

【００４９】図２６に示す実施例は、金属フランジ８ｄ
と８ｅにより、Ｏリング等の弾性部材を介して、放電管
１の軸方向中央部に位置する耐熱ガラス管３と金属製の
レーザ管本体５で囲まれた領域に隔室２０を設け、図２
５の実施例と同様に、隔室２０に両側の冷却層１９より
低い温度の冷媒を流し、放電管１の軸方向中央部からの
熱を端部に比べて多く吸収・除去することを特徴として
いる。

【００５０】図２７に示す実施例は、真空断熱層４にお
いて、放電管１の軸方向中央部に位置する部位に、例え
ば、金属等の熱良導体から成るバネ状板２１を、耐熱ガ
ラス管３の外周面と金属製レーザ管本体５の内周面とに
接触して配設することにより、放電管１の軸方向中央部
から径方向に伝熱される熱を、バネ状板２１の熱伝導を
介して金属製レーザ管本体５に放熱することを特徴とし
ている。

【００５１】図２８に示す実施例は、図２７と同様に、
真空断熱層４内の放電管１の軸方向中央部に位置する部
位に、図２９に示すように、例えば、金属製の熱良導体
から成るリング状のバネ板材２１を、耐熱ガラス管３の
外周面とレーザ管本体５の内周面に接触して配設するこ
とにより、金属製のバネ状板材２１の熱伝導を介して、
金属製レーザ管本体５に放熱することを特徴としてい
る。

【００５２】さらに、放電管１の軸方向中央部に位置す
る真空断熱層４内に、図３０に示すように、例えば、金
属製の熱良導体から成るリング状のバネ状板材２１を設
けてもよい。

【００５３】図３１に示す実施例では、放電管１の外周
を同軸状に取り巻く断熱部材２において、図３２に示す
ように、放電管１の軸方向中央部に位置する断熱部材の
かさ密度を端部の断熱部材のかさ密度より小さくし、放
電管１の軸方向中央部からの放熱を端部より促進したこ
とを特徴としている。

【００５４】図３３に示す断熱部材の構造は、一様な断
熱特性を具備した円筒構造において、断熱層２の軸方向
中央部に、断熱層２を形成する断熱部材より高熱伝導率
を有する複数の断熱部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃを断熱
層２と交互に配列することを特徴とするものである。こ
れにより、図３４に示す熱伝導状態図から明らかなごと
く、放電管１の径方向に管壁を通して伝熱される熱流束
は、断熱層２と断熱部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃをそれ
ぞれ直接通過するが、低熱伝導率を有する断熱層２が高
熱伝導率を有する断熱部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃと交
互に隣接しているため、断熱層２から断熱部材２３ａ，
２３ｂ，２３ｃへの熱伝導による熱流束２４が生成す
る。

【００５５】その結果、放電管１の中央部からの放熱が
高熱伝導率を有する断熱部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃを
通して促進され、放電管１の中央部と端部に挟まれた領
域からの放熱に比して顕著となるため、図３と同様の定
常的な金属蒸気の密度の均一分布１３ｂが放電管１内に
形成され得る。

【００５６】図３５に示す実施例は、真空断熱層４内の
放電管１と断熱部材２とを収納した耐熱ガラス管３の外
周面で、少なくとも放電管１の軸方向中央部を除いた部
位に、例えば、電気絶縁被覆された発熱体２５を配設
し、この発熱体２５により耐熱ガラス管３を加熱するこ
とにより、放電管１内に双峰性の管壁温度分布を形成す
ることを特徴とする。

【００５７】図３６に示す実施例は、レーザ管本体５の
外周面において、少なくとも放電管１の軸方向中央部を
除く部位に、発熱体２５を配設したことを特徴としてい
る。

【００５８】

【発明の効果】以上説明した本発明の金属蒸気レーザ装
置によれば、ガス中の放電エネルギーにより金属源を加
熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気から
成るレーザ媒質を形成させる放電管の外周に同軸状に設
けられた断熱部材が、前記放電管内中央部の管壁温度が
極小となり、かつ、放電管中央部と放電管端部の間の管
壁温度が極大となる双峰特性の放電管内管壁温度分布を
形成する断熱特性を具備しているものであるから、ガス
中の放電エネルギーにより、予め放電管内に配設された
金属塊が加熱・蒸発して生成された金属蒸気は、上記双
峰性管壁温度分布に起因した密度勾配により、放電管の
中央部と端部の両方向に同時に拡散するため、放電管の
最端部を除いて、金属蒸気の密度勾配がゼロになる定常
状態では、金属蒸気が均一分布する領域は放電管の軸方
向に沿って拡大し、長尺、かつ、平坦な金属蒸気密度分
布が形成されるので、放電管内の管壁温度が放電管の軸
方向に沿って双峰性分布となり、放電管の軸方向に長
尺、かつ、平坦な金属蒸気密度分布が得られ、従って、
放電長に占める放電管の軸方向のレーザ媒質長の割合が
増加し、高出力、かつ、高効率なレーザ発振が得られ
る。

【００５９】また、平坦な金属蒸気密度分布の放電管の
軸方向への拡大により、放電管内の金属蒸気の拡散が生
じる領域は少なくとも放電管の最端部にのみ限定される
ため、金属蒸気の消耗が大幅に低減されるので、長時間
運転の可能な金属蒸気レーザ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属蒸気レーザ装置の一実施例を示す
半断面図である。

【図２】本発明の金属蒸気レーザ装置の一実施例に採用
される断熱部材の断面斜視図である。

【図３】本発明の金属蒸気レーザ装置の一実施例におけ
る放電管内の管壁温度と金属蒸気密度の軸方向分布特性
図である。

【図４】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図５】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図６】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図７】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図８】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図９】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図１０】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を
示す断面図である。

【図１１】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を
示す断面図である。

【図１２】本発明に採用される断熱部材の他の実施例を
示す断面図である。

【図１３】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図１４】図１３に示した実施例に採用される断熱部材
の他の実施例を示す断面図である。

【図１５】図１３に示した実施例に採用される断熱部材
の他の実施例を示す断面図である。

【図１６】図１３に示した実施例に採用される断熱部材
の他の実施例を示す断面図である。

【図１７】図１３に示した実施例に採用される断熱部材
の他の実施例を示す断面図である。

【図１８】図１３に示した実施例に採用される断熱部材
の他の実施例を示す断面図である。

【図１９】図１３に示した実施例に採用される断熱部材
の他の実施例を示す断面図である。

【図２０】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図２１】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図２２】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図２３】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図２４】図２３に示した実施例に採用される熱放射板
の詳細を示す斜視図である。

【図２５】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図２６】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図２７】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図２８】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図２９】図２８図のＩ〜II線に沿う断面図である。

【図３０】図２８に採用されるバネ板材の他の実施例を
示す部分断面図である。

【図３１】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す半断面図である。

【図３２】図３１に採用される断熱部材の他の実施例を
示す断面斜視図である。

【図３３】図３１に採用される断熱部材の他の実施例を
示す断面斜視図である。

【図３４】図３３に示した断熱部材の熱伝導状態を示す
図である。

【図３５】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す断面斜視図である。

【図３６】本発明の金属蒸気レーザ装置の他の実施例を
示す断面斜視図である。

【符号の説明】

１…円筒状放電管、２…円筒状断熱層、３…耐熱ガラス
管、４…真空断熱層、５…レーザ管本体、６ａ，６ｂ…
円筒状電極、７…電気絶縁スリーブ、８ａ，８ｂ，８
ｃ，８ｄ，８ｅ…金属フランジ、９…金属塊、１０…放
電空間、１１ａ，１１ｂ…放電電流の向き、１２…管壁
温度、１３ａ…金属蒸気密度の過渡分布、１３ｂ…金属
蒸気密度の定常分布、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ
…金属蒸気の拡散方向、１５…断熱部材、１６…熱放射
板、１７…熱吸収体、１８…開孔部、１９…冷却層、２
０…隔室、２１…バネ状板材、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ
…高熱伝導率の断熱部材、２５…発熱体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田昭茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者竹森聖茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス中の放電エネルギーにより金属源を加
熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気から
成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外周
に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周に
同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属製レーザ
管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前記断熱部
材は、前記放電管内中央部の管壁温度が極小となり、か
つ、放電管中央部と放電管端部の間の管壁温度が極大と
なる双峰特性の放電管内管壁温度分布を形成する断熱特
性を具備していることを特徴とする金属蒸気レーザ装
置。
【請求項２】ガス中の放電エネルギーにより金属源を加
熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気から
成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外周
に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周に
同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属製レーザ
管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前記放電管
内中央部の管壁温度が極小となり、かつ、放電管中央部
と放電管端部の間の管壁温度が極大となる双峰特性の放
電管内管壁温度分布を形成するように、前記断熱部材の
軸方向中央部の厚みをその端部の厚みより薄くしたこと
を特徴とする金属蒸気レーザ装置。
【請求項３】ガス中の放電エネルギーにより金属源を加
熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気から
成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外周
に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周に
同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属製レーザ
管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前記放電管
内中央部の管壁温度が極小となり、かつ、放電管中央部
と放電管端部の間の管壁温度が極大となる双峰特性の放
電管内管壁温度分布を形成するように、前記放電管軸方
向中央部に位置する断熱部材の外周長をその端部に比し
て短くしたことを特徴とする金属蒸気レーザ装置。
【請求項４】ガス中の放電エネルギーにより金属源を加
熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気から
成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外周
に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周に
同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属製レーザ
管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前記放電管
内中央部の管壁温度が極小となり、かつ、放電管中央部
と放電管端部の間の管壁温度が極大となる双峰特性の放
電管内管壁温度分布を形成するように、前記放電管軸方
向中央部に位置する断熱部材の内周長を、その端部の内
周長に比して長くしたことを特徴とする金属蒸気レーザ
装置。
【請求項５】ガス中の放電エネルギーにより金属源を加
熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気から
成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外周
に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周に
同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属製レーザ
管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前記放電管
内中央部の管壁温度が極小となり、かつ、放電管中央部
と放電管端部の間の管壁温度が極大となる双峰特性の放
電管内管壁温度分布を形成するように、前記断熱部材の
軸方向中央部の断熱性能をその端部の断熱性能より低下
させたことを特徴とする金属蒸気レーザ装置。
【請求項６】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みより
薄くした前記断熱部材は、全体が一体に形成されている
ことを特徴とする請求項２、又は３記載の金属蒸気レー
ザ装置。
【請求項７】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みより
薄くした前記断熱部材は、軸方向に３分割され、中央部
の厚みの薄い断熱部材とその両端部の厚みの厚い断熱部
材とが突き合わせ構造で形成されていることを特徴とす
る請求項２、又は３記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項８】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みより
薄くした前記断熱部材は、軸方向に３分割され、中央部
の厚みの薄い断熱部材とその両端部の厚みの厚い断熱部
材とがはめあい構造で形成されていることを特徴とする
請求項２、又は３記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項９】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みより
薄くした前記断熱部材は、前記中央部の厚みの薄い部分
で軸方向に２分割され、該部分が突き合わせ構造で形成
されていることを特徴とする請求項２、又は３記載の金
属蒸気レーザ装置。
【請求項１０】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みよ
り薄くした前記断熱部材は、前記中央部の厚みの薄い断
熱部材と一方の厚みの厚い断熱部材を一体構造とし、こ
れと残る厚みの厚い断熱部材とが突き合わせ構造で形成
されていることを特徴とする請求項２、又は３記載の金
属蒸気レーザ装置。
【請求項１１】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みよ
り薄くした前記断熱部材は、前記中央部の厚みの薄い断
熱部材と一方の厚みの厚い断熱部材を一体構造とし、こ
れと残る厚みの厚い断熱部材とがはめあい構造で形成さ
れていることを特徴とする請求項２、又は３記載の金属
蒸気レーザ装置。
【請求項１２】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みよ
り薄くした前記断熱部材は、前記中央部の厚みの薄い部
分で軸方向に２分割され、厚みの薄い中央部ではめあい
構造に形成されていることを特徴とする請求項２、又は
３記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項１３】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みよ
り薄くした前記断熱部材は、厚みが一様な一体の断熱部
材の端部外周に別の断熱部材を同軸状に配置して形成さ
れていることを特徴とする請求項２、又は３記載の金属
蒸気レーザ装置。
【請求項１４】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みよ
り薄くした前記断熱部材は、厚みの厚い断熱部材の端部
外周をテーパ状にし、このテーパ状断熱部材と厚みの薄
い断熱部材とを突き合わせて形成されていることを特徴
とする請求項２、又は３記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項１５】軸方向中央部の厚みをその端部の厚みよ
り薄くした前記断熱部材は、厚みの厚い断熱部材の端部
外周をテーパ状にし、このテーパ状断熱部材同志を突き
合わせて形成されていることを特徴とする請求項２、又
は３記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項１６】前記放電管軸方向中央部の内周長が、そ
の端部の内周長に比して長くなっている前記断熱部材
は、該断熱部材を軸方向に３分割し、その内の厚みの薄
い断熱部材を放電管軸方向中央部の外周側に配置して両
端部の厚みの厚い断熱部材と突き合わせ構造にして形成
したことを特徴とする請求項４記載の金属蒸気レーザ装
置。
【請求項１７】前記放電管軸方向中央部の内周長が、そ
の端部の内周長に比して長くなっている前記断熱部材
は、一方の端部に位置する厚みの厚い断熱部材と軸方向
中央部の外周側に位置する厚みの薄い断熱部材とを一体
構造にし、この一体構造の断熱部材の厚みの薄い先端部
と残りの端部に位置する厚みの厚い断熱部材とを突き合
わせ構造にして形成したことを特徴とする請求項４記載
の金属蒸気レーザ装置。
【請求項１８】前記放電管軸方向中央部の内周長が、そ
の端部の内周長に比して長くなっている前記断熱部材
は、一方の端部に位置する厚みの厚い断熱部材と軸方向
中央部の外周側に位置する厚みの薄い断熱部材とを一体
構造にし、この一体構造の断熱部材の厚みの薄い先端部
と残りの端部に位置する厚みの厚い断熱部材とをはめあ
い構造にして形成したことを特徴とする請求項４記載の
金属蒸気レーザ装置。
【請求項１９】前記放電管軸方向中央部の内周長が、そ
の端部の内周長に比して長くなっている前記断熱部材
は、該断熱部材を軸方向に３分割し、その内の厚みの薄
い断熱部材を放電管軸方向中央部の外周側に配置して両
端部の厚みの厚い断熱部材とはめあい構造にして形成し
たことを特徴とする請求項４記載の金属蒸気レーザ装
置。
【請求項２０】前記放電管軸方向中央部の内周長が、そ
の端部の内周長に比して長くなっている前記断熱部材
は、厚みが一様な一体の断熱部材の端部内周に別の断熱
部材を同軸状に配置して形成されていることを特徴とす
る請求項４記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項２１】前記放電管軸方向中央部の内周長が、そ
の端部の内周長に比して長くなっている前記断熱部材
は、厚みの厚い断熱部材の端部内周をテーパ状にし、こ
のテーパ状断熱部材と厚みの薄い断熱部材とを突き合わ
せて形成されていることを特徴とする請求項４記載の金
属蒸気レーザ装置。
【請求項２２】前記放電管軸方向中央部の内周長が、そ
の端部の内周長に比して長くなっている前記断熱部材
は、厚みの厚い断熱部材の端部内周をテーパ状にし、こ
のテーパ状断熱部材同志を突き合わせて形成されている
ことを特徴とする請求項４記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項２３】ガス中の放電エネルギーにより金属源を
加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気か
ら成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外
周に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周
に同軸状に設けられた耐熱ガラス管と、該耐熱ガラス管
の外周に同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属
製レーザ管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前
記耐熱ガラス管の外周側で、かつ、前記放電管の中央部
を除く部位に別の断熱部材を同軸状に配置し、これら断
熱部材は前記放電管内中央部の管壁温度が極小となり、
かつ、放電管中央部と放電管端部の間の管壁温度が極大
となる双峰特性の放電管内管壁温度分布を形成する断熱
特性を具備していることを特徴とする金属蒸気レーザ装
置。
【請求項２４】ガス中の放電エネルギーにより金属源を
加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気か
ら成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外
周に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周
に同軸状に設けられた耐熱ガラス管と、該耐熱ガラス管
の外周に同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属
製レーザ管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前
記耐熱ガラス管の外周側で、かつ、前記放電管の中央部
を除く部位に少なくとも１枚の熱放射板を設けたことを
特徴とする金属蒸気レーザ装置。
【請求項２５】前記熱放射板には複数の開孔部が設けら
れていることを特徴とする請求項２４記載の金属蒸気レ
ーザ装置。
【請求項２６】ガス中の放電エネルギーにより金属源を
加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気か
ら成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外
周に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周
に同軸状に設けられた耐熱ガラス管と、該耐熱ガラス管
の外周に同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属
製レーザ管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前
記真空断熱層内の放電管の中央部に位置する金属製レー
ザ管本体の内面に熱吸収体を設けると共に、この熱吸収
体で吸収した熱を除去する冷却層を前記真空断熱層の外
周に設けたことを特徴とする金属蒸気レーザ装置。
【請求項２７】ガス中の放電エネルギーにより金属源を
加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気か
ら成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外
周に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周
に同軸状に設けられた耐熱ガラス管と、該耐熱ガラス管
の外周に同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属
製レーザ管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前
記真空断熱層の外周に同軸状に冷却層を設けると共に、
該冷却層を前記金属製レーザ管の軸方向に設けられた複
数の金属フランジにより複数の部屋に隔離し、かつ、前
記放電管の軸方向中央部に位置する冷却層隔室の冷却用
冷媒の温度を、その両側に位置する冷却層隔室に流す冷
却用冷媒の温度より低くすることを特徴とする金属蒸気
レーザ装置。
【請求項２８】ガス中の放電エネルギーにより金属源を
加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気か
ら成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外
周に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周
に同軸状に設けられた耐熱ガラス管と、該耐熱ガラス管
の外周に同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属
製レーザ管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前
記真空断熱層の外周に同軸状に冷却層を設けると共に、
該冷却層を前記金属製レーザ管の軸方向に設けられた複
数の金属フランジにより複数の部屋に隔離し、このうち
の１つの部屋を放電管軸方向中央部に位置する前記耐熱
ガラス管と金属製レーザ管で囲まれた領域に形成し、こ
の放電管の軸方向中央部に位置する冷却層隔室の冷却用
冷媒の温度を、その両側に位置する冷却層隔室に流す冷
却用冷媒の温度より低くすることを特徴とする金属蒸気
レーザ装置。
【請求項２９】ガス中の放電エネルギーにより金属源を
加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気か
ら成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外
周に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周
に同軸状に設けられた耐熱ガラス管と、該耐熱ガラス管
の外周に同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属
製レーザ管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前
記真空断熱層の放電管軸方向中央部に位置する部位に熱
良導体から成るバネ状板を、前記耐熱ガラス管の外周面
と金属製レーザ管の内周面とに接触するように設けたこ
とを特徴とする金属蒸気レーザ装置。
【請求項３０】前記バネ状板はリング状に形成されてい
ることを特徴とする請求項２９記載の金属蒸気レーザ装
置。
【請求項３１】前記放電管の軸方向中央部に位置する断
熱部材のかさ密度をその端部に位置する断熱部材のかさ
密度より小さくし、前記放電管の軸方向中央部からの放
熱をその端部より促進させたことを特徴とする請求項５
記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項３２】前記断熱部材の軸方向中央部に、該断熱
部材より高熱伝導率を有する複数の別の断熱部材を前記
断熱部材と交互に配列したことを特徴とする請求項５記
載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項３３】ガス中の放電エネルギーにより金属源を
加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気か
ら成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外
周に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周
に同軸状に設けられた耐熱ガラス管と、該耐熱ガラス管
の外周に同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属
製レーザ管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前
記耐熱ガラス管の外周面の少なくとも前記放電管の軸方
向中央部を除いた部位に、電気絶縁被覆された発熱体を
配置し、該発熱体により前記耐熱ガラス管を加熱するこ
とを特徴とする金属蒸気レーザ装置。
【請求項３４】ガス中の放電エネルギーにより金属源を
加熱・蒸発させて金属蒸気を発生させ、その金属蒸気か
ら成るレーザ媒質を形成させる放電管と、該放電管の外
周に同軸状に設けられた断熱部材と、該断熱部材の外周
に同軸状に設けられた耐熱ガラス管と、該耐熱ガラス管
の外周に同軸状に設けられ、真空断熱層を形成する金属
製レーザ管とを備えた金属蒸気レーザ装置において、前
記放電管の外周面の少なくとも該放電管の軸方向中央部
を除いた部位に、電気絶縁被覆された発熱体を配置し、
該発熱体により前記放電管を加熱することを特徴とする
金属蒸気レーザ装置。