JP2002016307A

JP2002016307A - 放電励起ガスレーザ装置のスイッチング素子の冷却構造

Info

Publication number: JP2002016307A
Application number: JP2000195551A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamamori; 賢治山森; Toyoji Inoue; 豊治井上
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】筐体を小型化し、磁気パルス圧縮回路に与え
るパルスの幅を小さくすることが可能なスイッチング素
子の冷却構造を提供すること。【解決手段】絶縁板２，２’上に半導体スイッチＳＷ
１〜ＳＷ４を取付け、絶縁板２，２’を水冷プレート３
により冷却する。半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の周囲
には絶縁部材からなる隔壁２ａ〜２ｃ，２ａ’〜２ｃ’
が設けられている。このため、絶縁板２，２’を大きく
することなく、半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と水冷プ
レート３との間の沿面距離を確保することができ、配線
Ｗの長さを短くすることができる。従って、配線Ｗに生
じる浮遊インダクタンスを小さくすることができ、磁気
パルス圧縮回路に与えるパルス幅を短くすることができ
る。上記隔壁を、配線引き出し側の絶縁板２，２の端
部、半導体スイッチ間に設ければ、さらに配線Ｗを短く
し浮遊インダクタンスを小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧パルス発生
用の磁気パルス圧縮回路を備えた放電励起型レーザ装置
におけるスイッチング素子の冷却構造に関し、さらに詳
細には磁気パルス圧縮回路に電荷を移行させるためのス
イッチング素子をコンパクトに冷却することができる冷
却構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザ、フッ素レーザ等の放電
励起型レーザ装置は、放電電極間において短時間に放電
を繰返しパルスレーザを発振する。放電電極には短時間
に高電圧を供給する必要があり、高電圧パルス発生回路
が設けられる。放電励起型レーザ装置に用いる高電圧パ
ルス発生回路として、磁気パルス圧縮回路が知られてい
る。

【０００３】図７に、放電励起型レーザ装置に設けられ
る一般的な高電圧パルス発生回路の構成を示す。図７の
構成は、可飽和リアクトルからなる磁気スイッチＳＲ
２、ＳＲ３を用いた２段の磁気パルス圧縮回路を含む例
であり、図中点線で囲まれた部分が２段の磁気パルス圧
縮回路である。この高電圧パルス発生回路の動作を以下
に説明する。 (1) 高圧電源（充電器）から、電荷がコンデンサＣ０
に、インダクタンスＬ１を介してチャージされる。 (2) 半導体スイッチＳＷは、半導体スイッチであり、例
えばＩＧＢＴが使用される。半導体スイッチＳＷが閉じ
られてオンとなり、主コンデンサＣ０、磁気スイッチＳ
Ｒ１、コンデンサＣ１、半導体スイッチＳＷのループに
電流が流れ、コンデンサＣ０の電荷がコンデンサＣ１に
移行する。 (3) その際、チャージ後のコンデンサＣ０には２０〜３
０ｋＶの高電圧が印可されいるので、磁気スイッチＳＲ
１のオン時に半導体スイッチＳＷにも同様の電圧がかか
る。半導体スイッチＳＷのモジュールの定格電圧は、通
常、数ｋＶであり、半導体スイッチＳＷには上記のよう
に高電圧が印加されるので、該高電圧を分割するため
に、半導体スイッチＳＷのモジュールを複数直列に接続
してスイッチ回路を構成する。

【０００４】(4) コンデンサＣ１の電圧の時間積分値が
磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、
磁気スイッチＳＲ２が飽和して、コンデンサＣ１、コン
デンサＣ２、磁気スイッチＳＲ２のループに電流が流
れ、コンデンサＣ１の電荷がコンデンサＣ２に移行す
る。この時、電流のパルス幅が圧縮される。パルス幅の
圧縮比率は、磁気スイッチＳＲ２のコアに巻かれる配線
のターン数に依存する。このような回路は磁気パルス圧
縮回路と呼ばれる。 (5) この後、コンデンサＣ２における電圧Ｖ２の時間積
分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達す
ると、磁気スイッチＳＲ３が飽和して、コンデンサＣ
２、ピーキングコンデンサＣＰ、磁気スイッチＳＲ３の
ループに電流が流れ、コンデンサＣ２の電荷がピーキン
グコンデンサＣＰに移行し、ピーキングコンデンサＣＰ
が充電される。この時、電流のパルス幅が圧縮される。
パルス幅の圧縮比率は、磁気スイッチＳＲ３のコアに巻
かれる配線のターン数に依存する。ピーキングコンデン
サＣＰが充電される。 (6) 充電が進むにつれてピーキングコンデンサＣＰの電
圧ＶＰが上昇し、この電圧ＶＰがある値Ｖｂに達する
と、放電電極Ｅ間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電
が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レ
ーザ光が発生する。なお、主放電が発生する前に、不図
示の予備電離手段により放電電極Ｅ間のレーザ媒質であ
るレーザガスが予備電離される。 (7) その後、主放電によりピーキングコンデンサＣＰの
電圧が急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。 (8) このような放電動作が半導体スイッチＳＷのスイッ
チング動作によって繰り返し行なわれることにより、所
定の繰り返し周波数でのパルスレーザ発振が行なわれ
る。

【０００５】上記高電圧パルス発生回路において、磁気
スイッチおよびコンデンサとで構成される各段の容量移
行回路のインダクタンスを後段に行くにつれ小さくなる
ように設定することにより、各段を流れる電流パルスの
ピーク値が順次高くなり、かつ、そのパルス幅が順次狭
くなるようなパルス圧縮動作が行なわれ、放電電極Ｅ間
に短パルスの強い放電が実現される。よって、電極間で
グロー放電が安定に維持されて、レーザ発光の安定性が
増大し、また、レーザの発振効率も向上する。

【０００６】近年、露光用光源として使用されるエキシ
マレーザは、スループット増大のため、放電の数ｋＨｚ
での高繰り返しが要請され始めている。そのためには、
半導体スイッチＳＷのスイッチング動作を高繰り返しで
行なう必要がある。また、磁気パルス圧縮でパルス幅を
小さくすることによって、放電電圧の立ち上がりが早く
なり、高繰り返しが可能になると考えられている。上記
の半導体スイッチＳＷは、スイッチング動作中高温にな
るので冷却が必要である。

【０００７】図８、図９に、従来の複数直列に接続して
構成されている半導体スイッチＳＷの冷却構造を示す。
図８、図９に示すように、半導体スイッチＳＷは、ヒー
トシンク１０を介して絶縁板２上に設けられる。図８
は、３個の半導体スイッチＳＷを絶縁板２の片面に配置
した例であり、図９（ａ）は、４個の半導体スイッチＳ
Ｗを絶縁板２の両面に配置した例である。供給する電圧
や回路構成により、半導体スイッチＳＷの数を多くする
場合がある。その時は図９のように配置することが考え
られる。ヒートシンク１０は、アルミ製のブロックで、
熱伝導により半導体スイッチＳＷから伝わってきた熱
を、表面に設けたフィンから放熱する。したがって、表
面積が大きいほど冷却効率が良い。また、絶縁板２は例
えばガラス入りのエポキシ樹脂である。

【０００８】半導体スイッチＳＷの冷却は、ヒートシン
ク１０に冷却風を送ることにより行なわれる。そのため
に、回転ファン１１と水冷式のラジエータ１２が設けら
れ、半導体スイッチＳＷを収める筐体１は、通風路１３
を構成するように二重構造になっている。回転ファン１
１からの冷却風はヒートシンク１０を冷却する。熱くな
った冷却風はラジエータ１２により冷却される。ラジエ
ータ１２により冷却された冷却風は、通風路１３により
再び回転ファン１１に戻り送風される。冷却風を循環さ
せるのは、排気熱により、これらの回路を含むレーザ装
置全体に悪い影響が出るのを避けるためである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図８、図９（ａ）に示
す冷却構造には、次のような問題点がある。冷却風の通
風路を確保するために筐体１が二重構造である。このた
め、スイッチ回路の部分が大型化する。また、半導体ス
イッチＳＷを効率良く冷却するためには、ヒートシンク
１０は表面積が大きいものが必要である。このため、ス
イッチ回路自体も大型化する。例えば、図９（ａ）のよ
うに配置する場合、半導体スイッチＳＷのスイッチング
周波数が２ｋＨｚ程度の時、２個のヒートシンク１０を
挟んだ距離は図９（ｂ）に示すように約１５０ｍｍにな
る。図８、図９（ａ）の太線は各半導体スイッチＳＷを
接続する配線Ｗである。図９に示すように、２個のヒー
トシンク１０を挟んだ距離が長くなると、配線Ｗの引き
まわし距離が長くなり、配線Ｗで囲まれる面積〔図８、
図９（ａ）において、太い線で囲まれる面積：点線斜線
で示す〕が大きくなる。そのため、配線Ｗに生じる浮遊
インダクタンスが大きくなる。

【００１０】したがって、磁気パルス圧縮回路に与える
パルスの幅が大きくなる。即ち、図７の回路の主コンデ
ンサＣ０、半導体スイッチＳＷ、コンデンサＣ１、磁気
スイッチＳＲ１の回路ループにおいて、磁気パルス圧縮
回路１段目のコンデンサＣ１にかかる電圧（電流）のパ
ルス幅が大きくなる。放電のパルス幅を短くするため
に、磁気パルス圧縮回路は大きな圧縮比が必要となり、
大きな圧縮比を得るためには、コアの断面積を大きくす
る必要があるので、結果的に装置が大型化する。さら
に、図８、図９に示すものにおいては、ヒートシンク１
０が空冷であり冷却能力が低い。高繰り返し放電のため
に、スイッチングの周波数が大きくなると、それに比例
して半導体スイッチＳＷで発生する熱量も大きくなり、
２ｋＨｚ以上の繰り返しにより発生した熱量を冷却する
ためには、さらに大型のヒートシンクが必要となり、装
置全体がさらに大型化する。

【００１１】図８、図９に示す空冷式の冷却構造は、上
記のように冷却効率が悪いため、半導体スイッチＳＷの
冷却構造として、例えば特開平１１−３４６４８０公報
に示されるように冷却を水冷で行なう構成が提案されて
いる。同公報図１には、「熱伝導性の良い絶縁基板４の
一面にＩＧＢＴやダイオードなどの半導体素子３を高温
ハンダ付けし」、「絶縁基板４の他面を銅ベースなどの
ヒートシンク１に低温ハンダ付けし」、「ヒートシンク
１の裏側に…冷却水路２ａを構成する」ことが示されて
いる。

【００１２】図１０に、上記の水冷構造を図８のものに
適用した場合の構成を示す。同図に示すように、水冷プ
レート３上に熱伝導性を有する絶縁板２を介して半導体
スイッチＳＷを配置する。熱伝導性を有する絶縁板２に
は、例えば、アルミナや窒化アルミなどがある。図１０
に示すものは、水冷であるので、空冷に比べ冷却効率が
良い。このため、半導体スイッチＳＷが大きな周波数で
動作しても、発生する熱量を十分に冷却できる。また、
冷却風を循環させる必要がなく、筐体に通風路を形成す
る必要がなく小型化できる。ただし、水冷プレート３に
は市水（一般に使用されている水道水）相当の冷却水が
流れるのでアースになる。各半導体スイッチＳＷには数
ｋＶの、特に直列に接続された最上流の（接地側でな
い）スイッチＳＷには数十ｋＶの高電圧がかかってい
る。したがって、半導体スイッチＳＷと水冷プレート３
との間で沿面放電が生じないように、半導体スイッチＳ
Ｗと水冷プレート３間で十分な沿面距離Ｄを確保する必
要がある。そのため、図１０に示すように、絶縁板２の
長さを長くして沿面距離Ｄを確保することになる。すな
わち、水冷構造にすれば、スイッチ回路はヒートシンク
がない分、図において上下方向には小さくなるが、絶縁
物２の長さの分だけ長くなり、筐体が十分に小型化でき
ないとともに、配線が長くなり浮遊インダクタンスも大
きくなる。図１１に示すように、水冷プレート３の両面
に絶縁板２，２’を取付け、半導体スイッチＳＷを絶縁
板２，２’に取り付けた場合は、水冷構造のため、図の
上下方向の厚さが４０〜５０ｍｍとなり、従来に比べ薄
くすることができる。しかし、上記のように半導体スイ
ッチＳＷと水冷プレート３間で十分な沿面距離を確保す
る必要があるため、絶縁板２が長くなり、絶縁板２の長
さの分だけ配線が囲む面積が大きくなり、浮遊インダク
タンスも大きい。

【００１３】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、本発明の第１の目的は、半導体スイッチＳＷが大
きな周波数で動作しても、発生する熱量を十分に冷却で
き、かつ、スイッチ回路部の筐体構造を小型化し、か
つ、半導体スイッチＳＷ間の配線が囲む面積を小さく
し、浮遊インダクタンスを小さくすることができる放電
励起型レーザ装置のスイッチング素子の冷却構造を提供
することである。また、本発明の第２の目的は、装置の
小型化をはかり、放電励起型レーザ装置の磁気パルス圧
縮回路に与えるパルスの幅を小さくすることが可能な放
電励起型レーザ装置のスイッチング素子の冷却構造を提
供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を次のようにして解決する。（１）放電励起ガスレーザ装置の高電圧パルス発生回路
に設けられた複数のスイッチング素子を、絶縁部材を介
して水冷プレート上に配置し、スイッチング素子の少な
くとも一部にスイッチング素子を囲む絶縁材からなる隔
壁を設ける。上記のように、上記絶縁部材上のスイチン
グ素子に接続される配線が横切る箇所に、スイッチング
素子と水冷プレート間あるいはスイッチング素子間の沿
面距離を確保できる程度の高さの隔壁を設けることによ
り、スイッチング素子と水冷プレート間の絶縁部材の長
さを長くする必要がなくなり、またスイッチング素子間
の距離を短くすることができるので、上記スイッチング
素子への配線の引回し距離を短くすることができる。こ
のため、配線の浮遊インダクタンスを少なくすることが
でき、磁気パルス圧縮回路に与えるパルス幅を短くする
ことができる。したがって、磁気パルス圧縮回路の圧縮
比を大きくする必要がなくなり、装置を小型化すること
ができる。また、上記隔壁を設けることにより、水冷プ
レートとスイッチング素子間の沿面距離を絶縁部材の外
形寸法を大きくすることなく確保することが可能となる
ので、絶縁部材の外形寸法が小さくなり、スイッチング
素子を収納する筐体の小型化を図ることができる。さら
に、水冷プレートによりスイッチング素子を冷却してい
るので、空冷に比べて冷却効率が良く、半導体スイッチ
が大きな周波数で動作しても、発生する熱量を十分に冷
却できる。したがって、高繰り返しのスイッチング動作
が可能となる。また、空冷のように冷却風を循環させる
必要がなく筐体を小型化することができる。（２）水冷プレートの両面上に絶縁部材を介してスイッ
チング素子を配置し、上記両絶縁部材の少なくとも一方
の端部に上記スイッチング素子の一部を囲む隔壁を設け
る。上記のように水冷プレートの両面上に絶縁部材を介
してスイッチング素子を配置すれば、スイッチング素子
の数が多い場合であってもコンパクトに構成することが
できる。また、上記絶縁部材の配線が横切る部分の端部
の少なくとも一方に、スイッチング素子と水冷プレート
間の沿面距離を確保できる程度の高さの隔壁を設けるこ
とにより、スイッチング素子と水冷プレート間の絶縁部
材の長さを長くする必要がなくなり、上記スイッチング
素子への配線の引回し距離を短くすることができる。特
に、水冷プレートの厚さ分、両絶縁部材の距離が離れて
も、それぞれの絶縁部材上に配設されたスイッチング素
子間を接続する配線の長さを短くすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例を示
す図である。図１（ａ）は図１（ｂ）におけるＡ−Ａ断
面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）を上方から見た図
を示しており、本実施例は水冷プレートの両面に絶縁板
を設け、絶縁板上に半導体スイッチを設けた実施例を示
している。同図において、ＳＷ１〜ＳＷ４は前記した放
電励起型レーザ装置に設けられる高電圧パルス発生回路
の半導体スイッチ（例えばＩＧＢＴ）であり、半導体ス
イッチＳＷ１，ＳＷ２は絶縁板２上の一方の面に取り付
けられ、半導体スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、絶縁板２’
の一方の面に取り付けられる。絶縁板２，２’の他方の
面は水冷プレート３の両面にとりつけられる。絶縁板２
としては、前記したように熱伝導性を有する例えばアル
ミナや窒化アルミを用いることができる。水冷プレート
３には、管路３ａを介して冷却水が供給される。

【００１６】また、図１（ａ）（ｂ）に示すように、絶
縁板２の配線引き出し方向を除き、半導体スイッチＳＷ
１，ＳＷ２の周囲および半導体スイッチＳＷ３，ＳＷ４
の周囲には絶縁部材からなる隔壁２ａ〜２ｃ，２ａ’〜
２ｃ’が設けられている〔図１（ｂ）では絶縁板２側か
ら見た図を示しているが、絶縁板２’側も図１（ｂ）と
同様な隔壁が設けられている〕。なお、従来のヒートシ
ンクによる空冷と違い、本実施例の冷却構造の水冷なの
で、上記のような隔壁２ａ〜２ｃ，２ａ’〜２ｃ’を設
けても、冷却上の問題は生じない。上記、半導体スイッ
チＳＷ１〜ＳＷ４、絶縁板２，２’、水冷プレート３は
筐体１内に収納され、半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に
接続された配線Ｗは、筐体１から外部に引き出される。

【００１７】本実施例においては、上記のように半導体
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の周囲に隔壁２ａ〜２ｃ，２
ａ’〜２ｃ’を設けているので、半導体スイッチＳＷ１
と絶縁板２，２’の端部との距離Ｌ１を小さくしても、
半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と水冷プレート３との間
の沿面距離Ｄを十分に確保することができる。このた
め、前記図１１に示したように絶縁板の長さを長くする
必要がなく、半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３を結ぶ配線
Ｗの長さを短くすることができる。前記したように、配
線Ｗで囲まれる面積（同図の点線斜線で示した部分の面
積）が大きくなると配線Ｗに生じる浮遊インダクタンス
が大きくなるが、上記のように隔壁２ａ，２ａ’を設け
ることにより、半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３を結ぶ配
線Ｗの長さを短くすることができ、配線Ｗで囲まれる面
積を小さくすることができる。その結果、配線Ｗの浮遊
インダクタンスを小さくし、磁気パルス圧縮回路に与え
るパルス幅を短くすることができる。

【００１８】なお、図１（ａ）の紙面前後方向の絶縁板
２，２’の長さ〔図１（ｂ）の上下方向の絶縁板２，
２’の長さ〕を長くし、絶縁板２，２’により半導体ス
イッチＳＷ１〜ＳＷ４と水冷プレート３との沿面距離を
確保する場合には、図の紙面前後方向に設けられた隔壁
２ｂ，２ｃ，２ｂ’，２ｃ’の両方、あるいはいずれか
一方を除去してもよい。すなわち、浮遊インダクタンス
を小さくするには、上側の面に取付けられた半導体スイ
ッチＳＷ２と下側に面に取り付けられた半導体スイッチ
ＳＷ３間を接続する配線Ｗ、半導体スイッチＳＷ１，Ｓ
Ｗ４から引き出される配線Ｗ、および半導体スイッチ間
を接続する配線Ｗを短くすればよいのであるから、配線
Ｗが横切る部分にのみ隔壁を設け、図１（ｂ）の隔壁２
ｂ，２ｃを除去しても上記と同様に浮遊インダクタンス
を小さくすることができる。但しこの場合には、筐体１
はその分だけ大きくなる。

【００１９】図２は本発明の第２の実施例を示す図であ
り、本実施例は、図１に示したものにおいて、配線引き
出し側の絶縁板部分にも、隔壁２ｄ，２ｄ’を設け、配
線引き出し側の絶縁板を短くしたものであり、その他の
構成は図１に示したものと同じである。本実施例におい
ては、上記のように、配線引き出し側の絶縁板部分に
も、隔壁２ｄ，２ｄ’を設けたので、半導体スイッチＳ
Ｗ１，ＳＷ４と絶縁板２，２’の端部との距離Ｌ２を小
さくしても半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４と水冷プレー
ト３との間の沿面距離Ｄを十分に確保することができ
る。このため、配線の引き出し口側に設けられた半導体
スイッチＳＷ１，ＳＷ４とから引き出される配線Ｗの長
さを短くすることができ、この部分の配線Ｗで囲まれる
面積を図１に示したものと比べ小さくすることができ
る。したがって、一層浮遊インダクタンスを小さくし、
磁気パルス圧縮回路に与えるパルス幅を短くすることが
できる。

【００２０】図３は本発明の第３の実施例を示す図であ
り、本実施例は、図２に示したものにおいて、半導体ス
イッチＳＷ１，ＳＷ２の間、および半導体スイッチＳＷ
３，ＳＷ４の間にも、隔壁２ｅ，２ｅ’を設けたもので
ある。なお、図３では上から見た図を省略しているが、
図３においても、図１、図２と同様、図の紙面前後方向
に隔壁２ｂ，２ｃ、隔壁２ｂ’，２ｃ’が設けられてい
る。前記したように、半導体スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ
２にはそれぞれ数ｋＶの電圧が印可されている。したが
って、隣り合う半導体スイッチ間で沿面放電が生じない
よう沿面距離Ｄを確保する必要がある。

【００２１】本実施例においては、上記のように、半導
体スイッチの間にも、隔壁２ｅ，２ｅ’を設けたので、
半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２間の距離および半導体ス
イッチＳＷ３，ＳＷ４間の距離Ｌ３を短くしても、沿面
距離Ｄを十分に確保することができる。このため、半導
体スイッチＳＷ１，ＳＷ２、半導体スイッチＳＷ３，Ｓ
Ｗ４を結ぶ配線Ｗを短くすることができ、この部分の配
線Ｗで囲まれる面積を図２に示したものと比べさらに小
さくすることができる。したがって、一層浮遊インダク
タンスを小さくし、磁気パルス圧縮回路に与えるパルス
幅を短くすることができる。なお、第２、第３の実施例
においても、第１の実施例と同様、図２（ａ）、図３の
紙面前後方向に設けられた隔壁２ｂ，２ｃ，２ｂ’，２
ｃ’の両方、あるいはいずれか一方を除去してもよい。
すなわち、図２（ｂ）、図３の隔壁２ｂ，２ｃを除去し
ても上記と同様に浮遊インダクタンスを小さくすること
ができる。

【００２２】上記第１〜第３の実施例では、水冷プレー
トの両面に絶縁板を取付け、絶縁板上に半導体スイッチ
を設ける場合について示したが、前記図１０に示したよ
うに、水冷プレートの一方の面に絶縁板を取付けたもの
にも本発明を適用することができる。図４は、本発明の
第４の実施例を示す図であり、上記のように水冷プレー
トの一方の面に絶縁板を取付けた実施例を示している。
同図において、ＳＷ１〜３は前記した放電励起型レーザ
装置に設けられる高電圧パルス発生回路の半導体スイッ
チ（例えばＩＧＢＴ）であり、半導体スイッチＳＷ１〜
３は絶縁板２上の一方の面に取り付けられる。絶縁板２
としては、前記したように熱伝導性を有する例えばアル
ミナや窒化アルミを用いることができる。

【００２３】絶縁板２の他方の面には水冷プレート３が
取付けられ、水冷プレート３には、管路３ａを介して冷
却水が供給される。また、絶縁板２の配線引き出し方向
の端部の半導体スイッチＳＷ１の周辺部には、隔壁２ｄ
が設けられている。また、前記図１、図２に示したよう
に、図中の紙面の前後方向にも、隔壁２ｂ，２ｃ（絶縁
材２ｃについては同図中で示されていない）が設けられ
る。上記半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、絶縁板２、水
冷プレート３は筐体１内に収納され、半導体スイッチＳ
Ｗに接続された配線Ｗは、筐体１から外部に引き出され
る。本実施例においては、上記のように隔壁２ｄが設け
られているので、半導体スイッチＳＷ１と絶縁板２の端
部との距離Ｌ２を小さくしても、半導体スイッチＳＷ１
と水冷プレート３との間の沿面距離Ｄを十分に確保する
ことができ、前記第２の実施例と同様、半導体スイッチ
ＳＷ１から引き出される配線Ｗの長さを短くすることが
できる。したがって、前記したように、配線Ｗの浮遊イ
ンダクタンスを小さくすることができ、磁気パルス圧縮
回路に与えるパルス幅を短くすることができる。

【００２４】図５は本発明の第５の実施例を示す図であ
る。同図において、ＳＷ１〜ＳＷ２は前記した放電励起
型レーザ装置に設けられる高電圧パルス発生回路の半導
体スイッチ（例えばＩＧＢＴ）であり、上記第４の実施
例と同様、半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ２は絶縁板２上
の一方の面に取り付けられ、絶縁板２の他方の面には水
冷プレート３が取付けられ、水冷プレート３には、管路
３ａを介して冷却水が供給される。また、半導体スイッ
チＳＷ１，ＳＷ２の間には、前記第３の実施例のように
隔壁２ｅが壁のように設けられている。また、前記図
１、図２に示したように、図中の紙面の前後方向にも、
隔壁２ｂ，２ｃ（隔壁２ｃは同図では示されていない）
が設けられる。本実施例においては、上記のように半導
体スイッチＳＷ１，ＳＷ２の間に隔壁２ｅが設けられて
いるため、半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２の間の距離Ｌ
３を短かくすることができ、前記したように配線Ｗの浮
遊インダクタンスを小さくすることができる。したがっ
て、磁気パルス圧縮回路に与えるパルス幅を短くするこ
とができる。

【００２５】図６は本発明の第６の実施例を示す図であ
り、本実施例は、図４、図５の実施例を組み合わせ、配
線引き出し方向の端部の半導体スイッチＳＷ１の周辺部
と、半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２の間にそれぞれ隔壁
２ｄ，２ｅを設けたものである。その他の構成は前記し
た実施例と同じであり、図示していないが、図中の紙面
の前後方向にも、隔壁２ｂ，２ｃが設けられる。本実施
例においては、上記のように、配線引き出し方向の端部
の半導体スイッチＳＷ１の周辺部と、半導体スイッチＳ
Ｗ１，ＳＷ２の間に、隔壁２ｅをもうけたので、半導体
スイッチＳＷ１から引き出される配線の長さ、半導体ス
イッチＳＷ１，ＳＷ２間の配線の長さを短くすることが
できる。このため、図５の実施例のものに比べ、一層浮
遊インダクタンスを小さくし、磁気パルス圧縮回路に与
えるパルス幅を短くすることができる。

【００２６】なお、第４〜第６の実施例においても、図
の紙面前後方向に設けられた隔壁の両方、あるいはいず
れか一方を除去してもよい。すなわち、前記したよう
に、配線が横切る部分にのみ隔壁を設け、紙面前後方向
に設けられた隔壁を除去しても上記と同様に浮遊インダ
クタンスを小さくすることができる。但しこの場合に
は、筐体１はその分だけ大きくなる。

【００２７】以上のように、本発明の第１〜６の実施例
によれば、配線による浮遊インダクタンスを小さくし、
磁気パルス圧縮回路に与えるパルス幅を短くすることが
できる。さらに、上記実施例においては、絶縁板２，
２’の外形寸法を小さくすることができるので、筐体１
の小型化を図ることができる。また、水冷方式で半導体
スイッチＳＷを冷却しているので、冷却効率がよく、半
導体スイッチＳＷが高繰り返し周波数で動作させても発
生する熱量を十分に冷却することができる。なお、半導
体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４にスイッチのドライブ基板等
が取り付けられ、これらと上記隔壁２ａ〜２ｄ，２ａ’
〜２ｄ’が干渉する場合は、その部分の隔壁２ａ〜２
ｄ，２ａ’〜２ｄ’の高さを低くしたり除去する等して
適宜対応する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、高繰り返し放電励起ガスレーザ装置の高電圧パルス
発生回路のスイッチング素子を、絶縁物を介して水冷プ
レート上に配置し、絶縁物にスイッチング素子の少なく
とも１部を囲む隔壁を設けたので、以下の効果を得るこ
とができる。 (1) 空冷に比べて冷却効率が良く、半導体スイッチが大
きな周波数で動作しても、発生する熱量を十分に冷却で
きる。したがって、高繰り返しのスイッチング動作が可
能となる。また、冷却風を循環させる必要がなく、筐体
を小型化することができる。 (2) 半導体スイッチへの配線を短くでき、半導体スイッ
チ間の配線が囲む面積を小さくすることができる。した
がって、浮遊インダクタンスを小さくすることができ、
磁気パルス圧縮回路に与えるパルス幅を短くすることが
できる。したがって、磁気パルス圧縮回路の圧縮比を大
きくする必要がなく、コアの断面積を小さくすることが
でき、磁気パルス圧縮回路を小型化することができる。 (3) 水冷プレートの両面に取り付けた絶縁部材上にスイ
ッチング素子を配置すれば、スイッチング素子の数が多
い場合であってもコンパクトに構成することができる。
また、両絶縁部材の少なくとも一方の端部に上記スイッ
チング素子の一部を囲む絶縁材からなる隔壁を設けるこ
とにより、スイッチング素子と水冷プレート間の絶縁部
材の長さを長くする必要がなくなり、上記スイッチング
素子への配線の引回し距離を短くすることができる。特
に、水冷プレートの厚さ分、両絶縁部材の距離が離れて
も、それぞれの絶縁部材上に配設されたスイッチング素
子間を接続する配線の長さを短くすることができる。 (4) さらに、隣り合う半導体スイッチの間に絶縁材から
なる隔壁を設ければ、半導体スイッチどうしの間隔を短
くすることができる。したがって、さらに小型化、かつ
配線距離を短くし、浮遊インダクタンスを小さくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図４】本発明の第４の実施例を示す図である。

【図５】本発明の第５の実施例を示す図である。

【図６】本発明の第６の実施例を示す図である。

【図７】放電励起型レーザ装置に設けられる一般的な高
電圧パルス発生回路の構成を示す図である。

【図８】従来の空冷式の半導体スイッチの冷却構造
（１）を示す図である。

【図９】従来の空冷式の半導体スイッチの冷却構造
（２）を示す図である。

【図１０】従来の水冷式の半導体スイッチの冷却構造
（１）を示す図である。

【図１１】従来の水冷式の半導体スイッチの冷却構造
（２）を示す図である。

【符号の説明】

１筐体２，２’ 絶縁板２ａ〜２ｅ絶縁部材（隔壁）２ａ’〜２ｅ’ 絶縁部材（隔壁）３水冷プレートＳＷ１〜ＳＷ４半導体スイッチ

フロントページの続きＦターム(参考） 5F036 AA01 BA10 BA23 BB01 BC22 BC31 5F071 AA06 GG05 JJ01 JJ07 JJ10 5F072 AA06 GG05 HH07 JJ01 JJ07 JJ20 SS06 TT01 TT25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直列に接続された複数のスイッチング素
子を有するスイッチ回路と、上記スイッチ回路の出力端に接続された磁気パルス圧縮
回路と、上記磁気パルス圧縮回路の出力端に接続され、レーザチ
ェンバ内に配置された一対の主放電電極とを有する放電
励起ガスレーザ装置におけるスイッチング素子の冷却構
造であって、上記複数のスイッチング素子を、絶縁部材を介して水冷
プレート上に配置し、上記絶縁部材に、スイッチング素
子の少なくとも一部を囲む絶縁材からなる隔壁を設け、
上記スイッチング素子への配線の引回し距離を短くした
ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置のスイッチン
グ素子の冷却構造。
【請求項２】水冷プレートの両面上に絶縁部材を介し
てスイッチング素子を配置し、上記両絶縁部材の少なくとも一方の端部に上記スイッチ
ング素子の一部を囲む絶縁材からなる隔壁を設け、上記
スイッチング素子への配線の引回し距離を短くしたこと
を特徴とする請求項１の放電励起ガスレーザ装置のスイ
ッチング素子の冷却構造。