JPS63155783A

JPS63155783A - ガスレ−ザ装置

Info

Publication number: JPS63155783A
Application number: JP30149486A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Suzuki; 鈴木　節雄; Etsuo Noda; 悦夫野田; Osamu Morimiya; 森宮　脩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-06-28

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ＣＯ２やＣＯガスなどのガス中での放電励起
を利用したガスレーザ装置の改良に関する。

（従来の技術）大出力を発生させることができるガスレーザ装置として
横方向放電励起ガスレーザ装置が知られている。その放
電部の構成法には、アノード電極とカソード電極の対向
方向、強制循環されるし−ザ媒質としてのガスの通流方
向および共振器の軸方向の相互関係に応じて二軸直交型
と三軸直交型がある。

第２図は、二軸直交型のＣＯ２ガスレーザ装置の要部構
成を示ず。レーザガスＰは、図示しないブロアにより循
環させられており、矢印で示す向きに放電部空間１８を
通流する。このガスＰの流れの上流側にカソード電ｔｆ
Ａｌｌが、下流側にアノード電極１２が互いに対向して
配設されている。

カソード電極１１は複数個のビン状に分割されてガスＰ
の流れと直交する面内に配列されている。

アノード電極１２は複数本の棒状に分割されて、ガスＰ
の流れと直交する方向に平行配置されている。アノード
電極１２とカソード電極１１間にはバラスト抵抗１３．
１４を介して直流電源１５が接続されている。ハーフミ
ラ−１７と全反射ミラー１６が放電部空間１８を挟んで
図示のように配置されて共振器が構成されている。

第３図は、三軸直交型のＣＯ２ガスレーザ装置の要部構
成を示す。レーザガスＰの流れる場に、カソード電極２
１とアノード電極２２が図示のような関係で対向配置さ
れている。カソード電極２１は複数個に分割されて絶縁
体２４に固定されてガスＰの流れる方向と直交する方向
に配列されている。カソード電極２１は例えば第４図に
示すように、ガスＰの流れと平行な面をもつ板状のもの
が用いられる。カソード電極２１とアノード電（嶽２２
の間には、バラスト抵抗２３を介して直流電源２５が接
続されている。全反射ミラー２６とハーフミラ−２７に
より共振器が構成されている。

ガスＰの流れる方向は、共振器の軸と直交すると共に、
電極の対向する方向とも直交する関係になっている。

この様に構成される従来の横方向放電励起ガスレーザ装
置においては、カソード電極材料としてモリブデン（Ｍ
Ｏ）が一般的に使用されている。

これは、ＭＯが高融点金属であってイオンによるスパッ
タの影響が少なく、消耗が少ないためである。

しかし、ＧＯ２ガスやＣＯガスを用いたガスレーザの場
合、残留ガスとして存在する０２が放電場中で分解して
酸素ラジカルが生成され、これにより電極表面の酸化作
用が促進される。カソード電極にＭＯを用いた場合、こ
の酸素ラジカルによりＭＯ電極表面が酸化され、この酸
化物は容易に飛散してアノード電極表面に黒点として付
着する。

このような黒点がアノード電極に形成されると、放電中
にこの黒点が輝点となって光る。また放電電力を増大す
るとグロー放電が不安定となり、アーク放電が発生する
。このアーク放電の開始場所は明確にはわかっていない
が、カソード電極近傍やアノード電極近傍から発生する
ように見える。

特にアノード電極表面に形成される黒点からアーク放電
が発生しているように観測される。実際、放電を何日も
繰返し、アノード電極表面が黒点で汚れると、アーク放
電が発生し易くなり、この結果グロー放電の限界放電電
力が低下する。これはレーザ出力の低下につながる。こ
うなった場合、実用機ではアノード電極表面を研磨する
ことが行なわれている。また、カソード電極表面が酸化
物で汚れると放電が一様につかず、低電力時の放電が不
安定になり、低出力運転時のレーザ出力が不安定になる
。

（発明が解決しようとする問題点）以上のように従来のＭＯ電極を用いた放電励起ガスレー
ザ装置では、ＭＯの酸化によるグロー放電の限界放電電
力の低下に伴うレーザ出力の低下や、また低出力時の放
電の不安定性に問題があった。

本発明は、この様な問題を解決した放電励起型のガスレ
ーザ装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）本発明にかかるガスレーザ装置は、放電部に対向配置さ
れる第１．第２の電極のうち少な（とも一方の電極を、
チタン（Ｔ１）またはＴｉ合金により形成したことを特
徴とする。

（作用）放電場中での電極の安定性は電極材料により当然具なる
。また電極表面に酸化物が形成されて＝６− も、その酸化物の表面での付着力はやはり電極材料によ
り異なり、イオンによるスパッタや熱等で飛散しなけれ
ば電極が汚れることはない。本発明者等が放電場中での
使用に適する電極材料を種々選んで実験した結果による
と、Ｔｉまたはその合金を用いて電極を形成した場合に
極めて安定であり、グロー放電電力の低下や低出力時の
レーザ出力の不安定化が防止されることが明らかになっ
た。

（実施例）具体的な実施例を説明する前に、各種材料を組合わせた
分割カソード電極を用いた放電励起ガスレーザを構成し
て電極材料の比較実験を行なった結果を説明する。電極
材料として使用可能な金属は、銅（ＣＬＩ）、アルミニ
ウム（Ａｆｆｉｘ、チタン（Ｔ　ｉ　）　、モリブデン
（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニ
ッケル（Ｎ　ｉ　＞　、ステンレス（ＳＵＳ＞等が考え
られる。

これらの中から、できるだけ加工性が優れ、また安価に
入手できるものとして、ＣＵ、Ａｆｌ。

５ＵＳ３０４　、　Ｔ　ｉ　、　Ｍｏを選び、これらの
５種の材料に４より分割カソード電極を形成した。アノ
ード電極はＣｕとした。

この様に各種材料を含むカソード電極を有するＣＯ２ガ
スレーザを構成して、アーク放電が発生した状態で合計
４時間の放電実験を行ない、カソード電極の表面とアノ
ード電極の表面を観測した。

数分の放電でＭｏ電極は少し黒っぽい変色を示した。放
電を継続し、１時間経過後の観測結果では、Ｍｏ電極お
よびＣｕ電極は完全に表面の色が変化し、光沢がなくな
っていた。この時間では、Ａ℃。

ＴｉおよびＳＵＳ電極では殆ど変色は認められていない
。２時間放電後になると、Ａｎ電極の表面はざらざらし
た白っぽい灰色に変化した。これは、負グローが存在す
る領域にのみ認められた。Ａｎ電極の先端は消耗して丸
くなり、更に放電を続けると５本のへ２電極のうち２本
は融解して折れた。

４時間放電後、ＴｉおよびＳＵＳ電極は初期状態に比べ
ると僅かに変色したものの、光沢のある表面が維持され
ていることが観測された。

Ｍｏ電極には、酸化物ＭＯＯ２（褐色ないし黒色）が生
′成しているようである。試験後、Ｍｏ電極を水分の含
まれた大気中に何度も露出すると、淡い黄色に変色し始
める。これは、ＭＯＯ２・Ｈ２ＯまたはＭｏＯ２・２Ｈ
２０なる酸化物が生成されたためである。Ｃｕ電極には
Ｃｕ２０またはＣｕＯなる酸化物が生成される。Ａｆｉ
電極はＡｇ２Ｏ３などの酸化物が生成される他、表面に
凹凸が形成されるが、これはおそらくアークスポットに
より電極表面が溶解したものと思われる。

Ａｊ２は他の材料に比べて融点が低いからである。

ＳＵＳはもともと酸化されにくいことが知られている。

７ｉは各種の酸化物が存在し得るが、目視的には余り大
きな変化はなかった。

一方、試験後のアノード電極表面を観測すると、ＭＣＩ
Ｔｉ電極向する部分にのみ多数の黒点が多く分布してい
ることが認められた。アノード電極にこの黒点が現れる
と、アーク放電が生じ易くなる。

以上の実験結果から、カソード電極材料としてＳＵＳと
Ｔｉが最適と考えられるが、５ｕｓＮ極はグロー放電の
限界放電電力が低く、大きいレーザ出力を得ることが難
しい。以上を総合すると、Ｔｉ電極が最適であることが
結論される。

第１図は本発明の一実施例による三軸直交型のＣＯ２Ｏ
２−−、ザ装置の要部構成を示す。１は複数個に分割配
置された主カソード電極（第１の電極）であり、材料は
Ｔｉである。これら主カソード電極１は一枚の平板状ア
ノード電極（第２の電極）２に対向配置されている。ア
ノード電極２はこの実施例ではＣＵであり、その裏面に
は冷却水の配管４が配設されている。レーザ媒質として
のレーザガスＰは図示のように主カソード電極１とアノ
ード電極２の間の空間を通流して循環するようになって
いる。主カソード電極１のガスＰの上流側には複数個に
分割された補助カソード電ａｉ３が配置されている。主
カソード電極１および補助カソード電極３はそれぞれバ
ラスト抵抗５および６を介して直流電源７に接続されて
いる。全反射ミラー８とハーフミラ−９は、ガスＰの流
れと電極の対向方向即ち電流方向の双方に直交する軸を
もつ共振器を構成している。

このように構成されたＣＯ２ガスレーザ装置では、２４
時間の放電を行なった後も主カソード電極１およびアノ
ード電極２のいずれも表面の色や光沢に変化が認められ
ず、アーク放電が発生し始める限界放電電力の低下も全
く認められなかった。

また低出力での放電も安定していた。

上記実施例では、三軸直交型ガスレーザ装置を示したが
、本発明は例えば第２図に示すような二軸直交型にも適
用できるし、軸流型にも適用できる。また実施例では主
カソード電極のみＴｉとしたが、アノード電極や補助カ
ソード電極等をＴｉで形成することも勿論有効である。

純Ｔｉに代わって、Ｔｉ−Ａｆｆｉ、Ｔｉ−Ｃ，Ｔｉ−
Ｃｒ、Ｔｉ−Ｚｒ等のＴｉ合金を用いても本発明は有効
である。また電極全体がＴ１または７ｉ合金でなく、少
なくとも表面がＴｉまたはＴｉ合金で形成されていれば
よい。更に実施例では第１の電極をカソード電極、第２
の電極をアノード電極とする直流放電式のＣＯ２レーザ
装置を説明したが、第１゜第２の電極間に交流電圧が印
加される交流放電式やパルス電圧が印加されるパルス放
電式のガスレーザ装置にも同様に本発明を適用すること
ができる。またレーザガスとしてＣＯ２の他、Ｃ０１Ａ
ｒ等を用いたガスレーザ、金属蒸気を用いた金属蒸気レ
ーザ、希ガスハライドを用いたエキシマレーザ等にも本
発明は有効である。その他本発明はその趣旨を逸脱しな
い範囲で種々変形して実施することができる。

［発明の効果］以上述べたように本発明による放電励起ガスレーザ装置
では、対向電極のうち少なくとも一方の電極にＴｉまた
はＴｉ合金を用いることにより、放電励起ガスレーザ装
置のグロー放電限界放電電力の低下が防止され、これに
よりレーザ出力の低下が防止される。また電極の汚染が
防止される結果、特に低出力での安定性が向上する。更
にＭＯ電極の場合に比べて電極の表面研磨の回数が少な
くて済み、保守点検作業が簡単になる。従ってまた本発
明によれば、長寿命のガスレーザ装置が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるＣＯ２ガスレーザ装置
の要部構成を示す図、第２図は従来の二輪型ＣＯ２ガス
レーザ装置の要部構成を示す図、第３図は同じく三軸型
ＣＯ２ガスレーザ装置の要部構成を示す図、第４図はそ
のカソード電極の具体的な構造を示す図である。１・・・主カソード電極（Ｔｉ）、２・・・アノード電
極、３・・・補助電極、４・・・冷却水配管、５．６・
・・バラスト抵抗、７・・・直流電源、８・・・全反射
ミラー、９・・・ハーフミラ−１Ｐ・・・レーザガス。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の電極と第２の電極とを対向配置させて構成
された放電部を有するガスレーザ装置において、前記第
１、第２の電極の少なくとも一方をチタンまたはチタン
合金により構成したことを特徴とするガスレーザ装置。
（２）前記放電部は、前記第１の電極をカソード電極、
第２の電極をアノード電極とする直流放電式であり、カ
ソード電極をチタンまたはチタン合金により構成した特
許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
（３）前記放電部は、第１の電極をカソード電極、第２
の電極をアノード電極としてその少なくとも一方が複数
個に分割配置された直流放電式であり、レーザ媒質とし
てのガスは強制循環されてこの放電部を通流する特許請
求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
（４）前記放電部は、前記第１、第２の電極間に交流電
圧が印加される交流放電式である特許請求の範囲第１項
記載のガスレーザ装置。
（５）前記放電部は、前記第１、第２の電極間にパルス
電圧が印加されるパルス放電式である特許請求の範囲第
１項記載のガスレーザ装置。
（６）レーザガスが、ＣＯ＿２、ＣＯ、Ａｒ、金属蒸気
または希ガスハライドのいずれかを含む特許請求の範囲
第１項記載のガスレーザ装置。