JPS6326559B2

JPS6326559B2 -

Info

Publication number: JPS6326559B2
Application number: JP10193180A
Authority: JP
Inventors: Shunsui Kawasaki; Kyoshi Araki
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1988-05-30
Also published as: JPS5727083A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は炭酸ガスレーザーなどの気体レーザ
ー装置の機構に係わるものである。

CO₂レーザー等の高出力レーザーにあつては、
放電管の発熱量が大きく放電管の伸長・屈曲が生
じ、このため発振モードが変動しまた発振出力も
低下する。従来公知のCO₂レーザー管は放電管の
外周を水冷管で覆つた所謂、二重ガラス管の構成
をとつている。しかし、問題なのはこのガラス二
重管と共振ミラーホルダーとの結合の仕方であ
る。従来公知の最も簡単なレーザー共振器におい
ては、この二重ガラス管の両端にミラーホルダー
を接着している。しかし、このような構造ではレ
ーザー出力及びモードを充分に安定化させること
は出来ない。即ち、二重ガラス管を軸に沿つた２
点ないし３点で支持しても熱伸縮や振動により屈
曲して発振出力並びにモードが変動する。また冷
却用の水道水は常に恒温でなく、水冷管外壁は気
温の影響を受けて、二重管は伸縮する。さらに、
ミラーホルダーの接着剤は多分に弾性的であつて
経年変化を起こし、接着部が変動し易いからであ
る。

これに替る従来公知のレーザー装置にあつては
ガラス二重管の保持と共振ミラーホルダーの支持
を分離させる方法を採用している。即ち、放電管
の両端に位置する一対の共振器支持板を熱膨脹率
の極めて小さい材料、たとえばインバー棒や石英
管（通常は３本）で連結している。一方、ガラス
二重管から成る放電管は両端においてその軸芯が
共振ミラーの光軸に合致するように夫々の共振器
支持板に固定されている。この方法によつてレー
ザー出力及びモードの安定性は著しく改善され
る。しかしながら、この方法の欠点は共振器支持
板を結ぶ連結棒が、二重ガラス管の外径より外側
に位置するため共振器支持板の外形寸法が大きく
なること、及び連結棒が低熱膨脹率を有する特殊
な材料であるため高価なことである。

さらに従来のガラス二重管型放電管の欠点は、
次の諸点にある。

まず第１に、発熱する内部放電管を支持するカ
ソード及びアノードホルダーには、電極用ガラス
管とガス流通用ガラス管が外部より、放電管の軸
方向と直交して挿嵌されており、該ガラス管は外
側の水冷ガラス筒に固定されるので、管軸方向に
熱膨脹せんとする放電管はラジアル方向に屈曲し
てモード並びに出力の変動を生じる。

第２に、このような電極を含む二重ガラス管
は、その構成が複雑になり易いため、加工コスト
が高いばかりか、精密なガラス加工（放電管内径
の真直度、公差、外管に対する偏芯度が重要）は
数少ない熟練ガラス工に頼らねばならず却々入手
困難である。

本発明は以上の問題を解決すべく提案されたも
のであり、一対の共振器支持板に固定した放電管
ホルダーにレーザ発振管を玉軸受を介して支持し
て、レーザ発振管をラジアル方向にのみ拘束する
と共に、一対の共振器支持板の一方を気体レーザ
ー装置の基板上に固定し、且つ他方をキヤスタを
介して基板上に載置することにより、レーザー発
振管の管軸方向の熱伸縮を許容してその屈曲を抑
制し、それによつてレーザ発振出力及び発振モー
ドの安定性向上を計ろうとするものである。

以下図面について本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明になる気体レーザー装置を模式的
に示した図であり、第２図及び第３図は本発明の
要部を示す一部拡大図である。

まず、気体レーザー装置全体を説明すると、本
発明に係る気体レーザー装置は、レーザー発振管
１と、該レーザー発振管１との間に恒温の冷却水
を通すための第１水層２７を形成すべく前記レー
ザー発振管を囲繞するアルミナ製の内筒２３と、
該内筒２３との間に恒温冷却水を流すための第２
水層６３を形成すべく内筒２３を囲ぎようする外
筒６１と、上記レーザー発振管１を両端において
支持する一対の共振器支持板３と、該共振器支持
板３の一側に配設された内部に共振ミラー１８，
１９を収納するミラーホルダー１７とから成り、
上記レーザー発振管１は、内筒２３の中央部に位
置するアノードホルダー４、両端部のカソードホ
ルダー５及び両者を結ぶアルミナ放電管６とから
なり、後述するガスジヨイント９によつて放電管
６内に活性ガスを流入させアノードとカソード間
に放電現象を起こすことによりレーザー光を発振
させ、上記共振ミラーからマニピユレーターを介
して患部に照射するものであり、それぞれの嵌合
部は気密性、絶縁性を保証すべくガラスフリツト
により融着されている。

内筒２３は、外側からステンレス鋼などによつ
て形成された金属製の冷却ジヤケツト１０、断熱
筒６０によつて被嵌されており、該冷却ジヤケツ
ト１０の両端はレーザー発振管１をそのラジアル
方向に支持すべくフランジ部材を介して共振器支
持板３に固定される。第１水層２７を流れる恒温
の冷却水は、外筒６１の一端に固定されたジヨイ
ント１２より第１水層２７内に流入し、アノード
ホルダー４に穿設された通孔１４を通つて外筒６
１の他端に固定されたジヨイント１５を介して外
部へ流出する。

尚、ジヨイント１２，１５は冷却ジヤケツト１
０に固定されＯリング３８により第１水層２７か
らシールされた蓋３７と管用ねじ３９で螺合して
いる。この第１水層２７を循環する恒温の冷却水
は、発熱量の大きいレーザー発振管１をほぼ一定
温度に冷却しレーザー出力を増加させると共に出
力及びモードの安定化の機能を果しているが、上
記レーザー発振管１の構成材料をガラスより熱伝
導率が大きいアルミナにすれば冷却効果はより良
好となる。

また第２水層６３を流れる恒温冷却水は、外筒
６３の一端に設けられたジヨイント６４より第２
水層内に流入し、水層内を流れて外筒６３の他端
に設けられたジヨイント６５から外部へ流出す
る。従つて、冷却ジヤケツト１０は、直接大気に
晒されることなく、第２水層６３を流れる恒温冷
却水により常に定温に保持される。

このように冷却ジヤケツト１０を定温制御する
のは、冷却ジヤケツト１０がレーザー発振管１を
そのラジアル方向に支持する役割だけでなく、共
振器間隔を常に平行かつ一定に保持し、レーザー
出力及びモードを安定化させるためである。

尚、レーザー発振管１の放熱冷却を行うための
第１水層２７内の温度は、恒温水を循環させてい
るとはいえレーザーの出力レベルや発振時間の長
短によつて変動するので、冷却ジヤケツト１０を
定温により長く保つためには、断熱筒６０を断熱
効果の大きな合成樹脂で形成すると共に断熱筒６
０と冷却ジヤケツト１０の間に薄い空気層を設け
ればより断熱効果を上げることが可能となる。

ミラーホルダー１７は、共振器支持板３とベロ
ーズ１６を介して真空を保持しており、ミラーホ
ルダー１７の内部には共振ミラー１８及び１９が
設置されレーザー発振管１と共にレーザー共振器
を構成しており、レーザー発振管１の軸芯が共振
ミラー１８，１９の光軸に合致するように夫々の
共振器支持板３に支持される。

気体レーザー装置は基板２０上に載置されてお
り、右方の共振器支持板３の下面は数個のねじ２
１により基板２０に固定されているが、左方の共
振器支持板の下面にはキヤスター２２が取付けら
れ基板２０上に設置されている。

次にアノード部、カソード部及び放電管の支持
部分の一実施例を第２図に基づいて詳述する。

まずアノード部の構造について述べる。

先にも述べたようにアノードホルダー４は内筒
２３の中心部に配置されており、アノードホルダ
ー４の中心軸線方向には棒状のガスジヨイント９
の開口端が臨む通孔が穿設されていて、該通孔の
両端開口部にはアルミナ製の放電管６の一端が嵌
合融着され気密性を保持している。

またアノードホルダー４の外周面両端の段部に
は、内筒２３の内周面が融着嵌合している。

更にアノード線２４を軸芯に融着した棒状のア
ノードコネクター７は、外筒６１、冷却ジヤケツ
ト１０、断熱筒６０、アノードホルダー４を貫通
してアノードホルダー４の通孔にその下端が臨ん
でおり、上記アノードコネクター７と蓋体２７と
は接着され、蓋体２７は外筒６１にねじにより固
定される。

尚、上記アノードコネクター７と外筒６１及び
冷却ジヤケツト１０との間には第２水層６３の水
漏れを防ぐためＯリング２６，２８が付設され、
上記アノードコネクター７の下端とアノードホル
ダー４の通孔との間には活性ガスの漏れを防ぐＯ
リング２５が付設されるが、アノードコネクター
７は外筒６１、冷却ジヤケツト１０、及びアノー
ドホルダー４が軸方向への伸縮を許容されるよう
に上記Ｏリングを介してかかる部材に貫通され
る。

次にカソード部の構造について述べる。

内筒２３の両端に位置するアルミナ製のカソー
ドホルダー５は大径部と小径部とからなり、小径
部は内筒２３に挿入し、大径部は断熱筒６０に嵌
合しており、該カソードホルダー５の肩部に設け
られた段部には内筒２３の端部が融着嵌合してい
る。また該小径部の一端には大径部と小径部を貫
く中ぐり孔と連結する透孔が穿設されており、該
透孔にはアルミナ放電管６の端部がガラスフリツ
トにより融着嵌合され小径部の中ぐり孔に装填さ
れた円筒状カソード２９と接している。更に該円
筒状カソード２９にはガスジエツト９の開口端が
中空部に臨んだ中空リング３０が接着されてお
り、また該中空リング３０の中空部には蓋体３
２、外筒ホルダー３３、冷却ジヤケツト１０、断
熱筒６０及びカソードホルダー５の大径部を貫い
て棒状のカソードコネクター８の下端が臨んでお
り、カソードコネクター８の中心に融着されたカ
ソード線３１の先端は上記中空リング３０にねじ
止めされている。

尚、上記蓋体３２は外筒ホルダー３３にねじに
より固定され、カソードコネクター５は第２水層
６３の水漏れ及びガスジヨイント９から流出する
活性ガスの漏れを防止すべくアノードコネクター
４と同様にＯリング３４，３５，３６が付設され
ると共に、外筒６１、冷却ジヤケツト１０、カソ
ードホルダー５の軸方向への伸縮を許容するよう
にかかるＯリング３４，３５，３６を介して貫通
する。

次にレーザー発振器の両端支持方法について説
明する。カソードホルダー５の大径部の中ぐり孔
には外方から中空リング３０に当接するように円
筒体４０の一端が螺合しており該円筒体４０の一
端は放電管ホルダー２の円筒部内にボールベアリ
ング（玉軸受）４３を介して管軸方向の一定のク
リアランスを有する状態で支持されると共に、Ｏ
リング４２によりカソード部の気密性を保持して
いる。更に上記放電管ホルダー２はＯリング４４
を介して共振器支持板３に固定されている。

冷却ジヤケツト１０及び外筒６１の共振器支持
板３への取付方法は、冷却ジヤケツト１０の端に
フランジ部材４５がねじ止めされ、このフランジ
部材４５は共振器支持板３に取付けられたフラン
ジ１１にねじにて固定されている。

またフランジ１１に固定された外筒ホルダー３
３は、外筒６１を保持しているが、Ｏリング４
６，４７によつて第２水層６３との間をシール
し、またクリツプ４８は外筒６１の脱落を防いで
いる。

尚、第３図はガスジヨイント９の取付構造を示
すものであるが、ガスジヨイント９の取付構造
も、カソードコネクター８及びアノードコネクタ
ー７と同様の取付構造であり、ガスジヨイント９
の上部には蓋４９が嵌合接着され、該蓋４９は外
筒或は外筒ホルダー３３に螺合しており、Ｏリン
グ５０は活性ガスの密封を、Ｏリング５１及び５
２は第２水層６３の密封を保証すると共に、ガス
ジヨイント９はレーザー発振器、内筒２３、冷却
ジヤケツト１０外筒６１などの軸方向への伸縮を
許容する。

また、このガスジヨイント９とカソードコネク
ター８或はアノードコネクター７を併合すること
も可能であり、そのためにはガスジヨイント９の
先端を２本に分枝して一方をガス入口となし、他
の枝管にカソード線３１を融着すれば良い。

ちなみに、以上の説明では冷却ジヤケツト１０
にステンレス鋼等の金属材を用いたが、更に高度
の出力安定度を期待する場合には石英またはイン
バー材を用いることもよく、また共振器ミラー周
辺も恒温水にて冷却してもよい。

また、放電管６及び外筒２３はアルミナ材でな
く、例えばパイレツクスガラス等を用いることも
出来るが、この場合にはカソード及びアノードホ
ルダーとの接合にはＯリングと管用ねじの組合せ
の方法を採用することが出来る。

このようにして本実施例になる気体レーザー装
置は、第１に、外周を恒温に冷却された冷却ジヤ
ケツトが共振器支持板の連結棒の機能を果すと共
に、その間隔を常に一定に保持するために、レー
ザー出力ならびにモードの安定性が著しく向上す
るのみならず、レーザー共振器の所要断面積が小
さい小型のレーザー装置を製作しうるし、また連
結棒に高価なインバー等を用いない簡素な機構の
ため装置のコストダウンも実現しうる。

第２に、レーザー発振管の両端はボールベアリ
ングによりラジアル方向のみに拘束されて懸架さ
れ、またガス管、電極コネクター、水冷ジヨイン
ト等の突起部材は、外筒６１、冷却ジヤケツト１
０とはＯリングを介して軸方向の伸縮を許容する
ように結合されると共に、共振器支持板３の一方
はキヤスターを介して基板に載置されている。従
つてレーザー発振管は管軸方向の熱伸縮を許容
し、一方、ラジアル方向には拘束されて光軸を保
証する構造となつているため、レーザー出力並び
にモードの安定性が著しく改善される。

第３に、レーザー発振管を構成するカソードホ
ルダー、アノードホルダー、これらを連結する放
電管及び内筒をガラスフリツトによつて融着する
ため、レーザー発振管自体は精密且つ複雑なガラ
ス加工技術を必要としないため自社製作が容易で
あり、比較的廉価である。

第４に、放電管の両端支持方法として、管軸方
向の熱伸縮を許容するような手段を採用したため
に、熱的要因による放電管の屈曲を防止し、この
ため発振出力及びモードの変動を抑制しうる。

以上述べたように、この発明によればレーザー
発振管の管軸方向の熱伸縮を許容してその屈曲を
抑制できるので、レーザ発振出力及び発振モード
の安定性向上を計れる。

なお、本発明はＵ字型多重折返しの高出力レー
ザーやCO₂レーザー以外の気体レーザ装置にも応
用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる気体レーザー装置全体を
示す正面図である。第２図はアノード部、カソー
ド部及び放電管の支持方法の一実施例を示した一
部拡大図である。第３図はガスジヨイントの取付
け方法を示す断面図である。１：レーザー発振管、２：放電管ホルダー、
３：共振器支持板、４：アノードホルダー、５：
カソードホルダー、６：放電管、１０：冷却ジヤ
ケツト、１１：フランジ、２９：カソード、１
８，１９：共振ミラー、２０：基板、２２：キヤ
スター、４３：ボールベアリング（玉軸受）。

Claims

【特許請求の範囲】１レーザー発振管を構成する放電管、水冷管、
及び外筒を同軸上に配置して構成した気体レーザ
ー装置において、一対の共振器支持板に固定した放電管ホルダー
に前記レーザー発振管を玉軸受を介して支持し
て、該レーザー発振管をラジアル方向にのみ拘束
すると共に、前記一対の共振器支持板の一方を前
記気体レーザー装置の基板上に固定し、且つ他方
をキヤスタを介して前記基板上に載置して、前記
レーザー発振管の管軸方向の熱伸縮を許容してそ
の屈曲を抑制し、レーザ発振出力及び発振モード
の安定性を向上させることを特徴とする気体レー
ザー装置。