JPS6346995B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気体レーザー装置、特に高電圧側電極
に高電圧電流を供給する回路の耐絶縁性を向上さ
せることにより、電極への印加電圧を上げて大き
な出力のレーザービームが得られるようにした気
体レーザー装置に関するものである。

ガスレーザー媒質を無声放電により励起して、
連続してレーザービームを放出させる気体レーザ
ー装置が周知であり、そのレーザービームを利用
して金属等の穴明け、溶接その他の加工が行われ
ている。

以下気体レーザー装置のうち、高出力無声放電
式の炭酸ガスレーザーを例にとつて説明する。第
１図は上記炭酸ガスレーザーの構造を示す原理図
であり、第２図はその電極の詳細説明図である。

第１図において１０は接地側電極である金属電
極で、接地側電極１０は接地線１１を介して接地
されている。１２は高電圧側電極である誘電体電
極で、金属性の高電圧側電極１２の表面は誘電体
１４で被覆されている。１６は放電空間であり、
放電空間１６の両端には全反射鏡１８および部分
反斜鏡２０が固定配置され、光共振器が形成され
ている。２２は当該炭酸ガスレーザーを収納して
いる容器であり、容器２２内には放電空間１６内
を循環するレーザー媒質を冷却するための熱交換
器２４およびレーザー媒質を加速するためのブロ
ワー２６が装填されている。

２８は誘電体電極１２を冷却するための純水を
冷却する冷却器であり、３０は冷却水を供給する
ためのポンプであり、３２は冷却水を純水化する
ためのイオン交換樹脂を内蔵した純水器である。
３４は交流電源を示し、交流電源３４により誘電
体電極１２と、接地側電極１０とに高電圧電流が
供給されるようになつている。

以上のような構成により、交流電源３４から
10KHz、10KV（実効値）程度の高電圧高周波電流
が電極１０，１２間に印加されると、放電空間１
６に無声放電として知られる安定なグロー状の放
電が生起される。

放電空間１６内にはレーザー媒質が循環してお
り、レーザー媒質は、通常炭酸ガスを主成分と
し、ヘリウム、チツ素等を含む混合ガスが用いら
れている。レーザー媒質は、溶器２２内の熱交換
器２４により冷却され、ブロワー２６により加速
されて、放電空間１６内を放電方向と直交して循
環するように構成されている。このレーザー媒質
が循環している放電空間にグロー放電が生起され
ると、その放電エネルギがレーザー媒質に与えら
れて炭酸ガス分子がレーザー励起され、前述した
レーザー媒質の循環方向および放電方向の両者と
直交するすなわち光共振器の光軸方向にレーザー
ビームの励起が行われ、光共振器による共振増幅
が行われた後、その一部が部分反射鏡２０からレ
ーザービームとして外部へと放出される。

なお、放電空間１６内を循環するレーザー媒質
の温度が上昇すると、レーザー発振のエネルギ効
率およびその出力が低下するため、レーザー媒質
は、熱交換器２４にて冷却され、かつブロワー２
６にて高速循環されて、レーザー媒質の温度上昇
が一定値以下に抑制されている。同様に誘電体電
極１２の温度上昇による誘電体１４の熱破壊を防
止するために誘電体電極１２内には冷却水が強制
循環され、直接冷却されるようになつており、冷
却水は冷却器２８内で冷却され純水器３２により
純水化されてポンプ３０により強制供給されてい
る。

第２図に示す炭酸ガスレーザー装置の電極の詳
細説明図により誘電体電極の構造をさらに詳しく
説明すると、誘電体電極１２には高圧線３６を介
して交流電源３４からの高電圧電流が供給され、
高圧線３６は導線３８が高耐電圧の絶縁体４０に
て被覆された構造から成り、また高圧線３６は高
圧ブツシング４２により容器２２に絶縁保持され
ている。誘電体電極１２の内部には冷却パイプ４
４ａの一方から冷却水が供給され、また他の冷却
パイプ４４ｂから誘電体電極１２内の冷却水が排
出され、両パイプ４４ａ、および４４ｂは絶縁ポ
ート４６により容器２２に絶縁保持されている。
前述した両パイプ４４ａ、および４４ｂは、可撓
性を有する高耐電圧パイプから形成されている。

以上説明したように炭酸ガスレーザー装置の誘
電体電極１２には高電圧電流が供給されるので、
その高電圧供給回路は絶縁耐力の大きなものでな
ければならない。

しかしながら、従来装置においては、前述した
ように高圧ブツシング４２と絶縁体４０に被覆さ
れた高圧線３６との接続部分４８、および高圧線
３６と誘電体電極１２との接続部分４９の高圧線
３６の導線３８の一部が外部に露出しているの
で、露出した導線３６の一部と金属製の容器２２
との間に放電破壊を生ずる恐れがあり、必ずしも
充分な絶縁耐力を得られないという欠点があつ
た。そのため誘電体電極１２への印加電圧が制限
され、レーザー装置への投入電力の増加が図れず
大きな出力レーザービームを従来構造の炭酸ガス
レーザー装置から取り出すことが出来なかつた。
この様な放電破壊を防止するのには露出導線をエ
ポキシ樹脂等の絶縁物で被覆する必要があるが、
この様な絶縁物で露出した高圧線３６の接続部分
４８，４９を被覆してしまうと、高圧電流供給回
路や誘電体電極１２の保守、交換が困難となる難
点がある。

また、高圧線３６自体も、金属製の導線３８が
誘電体である絶縁体４０で被覆されており、前述
した誘電体電極１２と同様の構成を成していて、
高圧線３６と高圧線付近の容器２２の内壁との間
には火花放電破壊には至らなくとも微細な無声放
電を生ずる場合があり、これは高圧線３６の表面
劣化の原因となつている。これを防止するのに
は、高圧線３６の導線３８を被覆している絶縁体
４０を厚くし、高圧線３６の絶縁耐力を上げる必
要があるが、この様な厚い絶縁体４０を用いた特
殊な高圧線は別途制作しなければならずその入手
が困難である等の難点がある。

さらに、上述高圧線３６と容器２２内壁との間
の放電破壊を防止するために、高圧線３６と容器
２２との間の距離を充分確保する必要があり、こ
れが当該レーザー装置をより小型化することがで
きず、その容器２２内の空間利用率を低下させる
一因となつている。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は気体レーザー装置の高電圧側電
極に高圧電流を供給する耐絶縁性の良好な供給回
路を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、放電容
器内に配設された高電圧側電極と接地側電極間に
外部電源から高周波交流高電圧を印加して両電極
間で無声放電を行い、放電空間のレーザ媒質を励
起する気体レーザー装置において、前記高電圧側
電極の高電圧電流供給回路に用いる高圧線を、導
線を中心として同軸状にその内側から順に固体絶
縁物、絶縁性気体、固体絶縁物で覆い、且つ外側
の固体絶縁物先端部を前記高電圧側電極に密着固
定して容器内部における高圧線全体を容器内の放
電空間から完全に遮断したことを特徴とする。

本発明において、高電圧側電極である誘電体電
極の高圧電流供給回路の導線を被覆している内側
および外側の両固体絶縁物に可撓性部材を用いる
ことが好適であり、また誘電体電極の高圧電流回
路の導線を被覆している固体絶縁物内の絶縁性気
体として空気を用いることも好適である。

以下図面に基づいて本発明の好適な実施例につ
いて説明する。

第３図には本発明に係る気体レーザー装置の好
適な実施例が示され、第２図の従来装置と同一部
材には同一符号を付して説明を省略する。

本発明において特徴的なことは、誘電体電極１
２へ高圧電流を供給する高圧線３６が、導線３８
を中心として同軸状にその内側から可撓性を有す
るチユーブ状の固体絶縁物５０、絶縁性気体５２
である空気、さらに可撓性を有するチユーブ状の
固体絶縁物５４で被覆されていることである。ま
た高圧線３６と高圧ブツシング４２との接続部分
４８は、容器２２の外部の大気中に露出してお
り、高圧線３６は絶縁ポート５６により固体絶縁
物５４に被覆されたままで容器２２に絶縁保持さ
れている。高圧線３６を覆つているチユーブ状の
固体絶縁物５０、および５４の先端は容器２２内
より外部に突出していて高圧線３６の内側および
外側を被覆している固体絶縁物５０，５４の内部
空間に大気中の空気が自由に流入できるようにな
つている。高圧線３６を被覆している外側のチユ
ーブ状の固体絶縁物５４の電極側先端は、容器２
２内の誘電体電極１２の表面に直接固着され、封
ぜられている。

従つて、本発明において、容器２２内における
高圧線３６は完全に放電空間から遮断されること
となり、両固体絶縁物５０及び５４間の絶縁空間
は、大気に連通した全くの別空間となることが埋
解される。

この結課、供給される高周波交流高電圧が容器
２２の絶縁ポート５６から誘電体電極１２への伝
送径路中で容器２２内部の低気圧空間に向けて無
声放電を発生することはほぼ完全に防止でき、容
器２２と高圧線３６との間における放電破壊及び
これに伴う電圧伝送効率の低下を効果的に防止可
能となる。

レーザー媒質は前述のように炭酸ガス、チツ
素、ヘリウムの混合ガスであり、その容器２２内
への最適封入圧は通常100Torr前後であり、高く
ても300Torrである。この様な低気圧のレーザー
媒質中では、大気中で放電を発生させる場合に比
べて、約５分の１程度の電圧で放電を生じさせる
ことができる。換言すれば高圧線３６を包む固体
絶縁物５０，５４間の大気圧と同一の気圧を有す
る空気は、容器２２内の気体すなわちレーザー媒
質よりもはるかに耐絶縁性に富んでおり、高圧線
３６は従来のものと比較してさらにチユーブ状の
固体絶縁体５４で被覆されているため、高圧線３
６の耐絶縁性が従来のものと比べて飛躍的に向上
し、容器２２と高圧線３６との間の放電破壊をほ
ぼ完壁に防止することができる。

なお上述実施例において固体絶縁物５０，５４
として可撓性を有する部材を用いているが、これ
は高圧電流供給路の取り付け、保守を容易とする
ためであり、場合によつては可撓性部材を用いな
くても良い。

また、絶縁性気体５２として簡便さを目的に大
気中の空気を利用しているが、N₂、SF₆などの耐
絶縁性気体を簡単な気体封入手段を用いて高圧線
３６を被覆している内側と外側の固体絶縁物５
０，５４間に封入するようにしても良い。

この様に、本発明によれば、容器２２内の高電
圧側電極である誘電体電極１２への高圧電流供給
路の高圧線３６の導線３８の露出部分が無くな
り、かつ高圧線３６の耐絶縁性が飛躍的に向上す
る結果、誘電体電極１２あるいは金属高圧電極６
２への印加電圧を上げて大出力のレーザー装置を
供給することが可能となる。

また、高圧線３６は従来のごとく固体絶縁体５
０で被覆され、さらに絶縁性気体５２、および固
体絶縁体５４で覆われているため、耐絶縁性が著
しく向上し、従来装置で生ずる可能性のあつた高
圧線３６表面と容器２２との間の火花放電破壊は
勿論のこと、微細な無声放電の発生をも完全に防
止することができる。その結果高圧線３６の表面
劣化が生ぜず、また固体絶縁体５０の表面劣化も
生じなくる。また、この様に高圧線３６の絶縁耐
力が向上した結果容器２２に接近させて高圧電流
供給回を配置することができるようになり、装置
の小型化、容器内の空間利用率の向上が図れる。

さらに、高圧線３６と高圧ブツシング４２との
接続部分が容器２２外部に露出しており、誘電体
電極１２や高圧線３６の修理、交換等の保守が容
易に行えるようになる。

さらにまた、高圧電流供給回用として入手の困
難な絶縁性の高い特殊な高圧線３６を用いる必要
がなく、従来からある高圧線３６の外側を絶縁性
気体５２、および固体絶縁体５４で覆えば耐絶縁
性の大きい当該高圧電流供給路が得られる等の効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の無声放電式炭酸ガスレーザー装
置の構成原理図、第２図はその電極部分の詳細説
明図、第３図はこの発明の好適な実施例を示す炭
酸ガスレーザー装置の電極部分の詳細説明図であ
る。 各図中同一部材には同一符号を付し、１０は低
電圧側電極、１２は高電圧側電極、１６は放電空
間、３６は高圧線、３８は導線、５０は固体絶縁
物、５２は絶縁性気体、５４は固体絶縁物であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放電容器内に配設された高電圧側電極と接地
   側電極間に外部電源から高周波交流高電圧を印加
   して両電極間で無声放電を行い、放電空間のレー
   ザ媒質を励起する気体レーザー装置において、 前記高電圧側電極の高電圧電流供給回路に用い
   る高圧線を、導線を中心として同軸状にその内側
   から順に固体絶縁物、絶縁性気体、固体絶縁物で
   覆い、且つ外側の固体絶縁物先端部を前記高電圧
   側電極に密着固定して容器内部における高圧線全
   体を容器内の放電空間から完全に遮断したことを
   特徴とする気体レーザー装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の気体レーザー装置に
   おいて、高電圧側電極の高電圧電流供給回路の導
   線を被覆している内側及び外側の両固体絶縁物に
   可撓性部材を用いたことを特徴とする気体レーザ
   ー装置。 ３ 特許請求の範囲１、２のいずれかに記載の気
   体レーザー装置において、高電圧側電極の高電圧
   電流供給回路の導線を被覆している固体絶縁物内
   の絶縁性気体として大気中の空気を用いたことを
   特徴とする気体レーザー装置。