JP2606269Y2 - レーザ電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、繰り返しパルスレーザ
光を発生するレーザの電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】繰り返しパルスレーザ光は、通常５０パ
ルス／秒以上のパルスレートを有するパルス状のレーザ
光で、たとえばシーム溶接や切断等のレーザ加工に用い
られている。このような繰り返しパルスレーザ光を発生
するには、一般に、電力を電荷として蓄積するコンデン
サをパルスレートに対応した周波数で瞬時に放電させ、
その放電パルス電流をレーザ励起用ランプに供給して該
ランプをパルス点灯せしめ、その光エネルギでレーザロ
ッドをパルス発振させるようにしている。

【０００３】従来のこの種レーザ電源装置では、商用交
流電力をコンデンサ充電用の直流に変換するための整流
回路にサイリスタを使用し、各サイリスタの点弧を制御
することで、コンデンサの充電を制御していた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】上記のような従来のレ
ーザ電源装置においては、サイリスタの点弧周波数が整
流のためのスイッチング周波数（商用交流周波数）に制
限されるため、コンデンサの充電速度も商用交流周波数
に制限されていた。これがために、たとえば３００パル
ス／秒以上の高速繰り返しパルスレーザ光を発振出力し
ようとすると、コンデンサの放電サイクルに充電サイク
ルが追従できなくなり、安定した出力のパルスレーザ光
が得られなかった。

【０００５】また、従来のレーザ電源装置では、コンデ
ンサを無充電状態から設定電圧まで充電する際に、充電
電流の立ち上がりが遅く、そのぶん充電電流の最大値が
相当大きくなるため、その充電電流の最大値に合わせて
大容量のブレーカを使用しなければならなかった。

【０００６】本考案は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、高速・高精度な充電が可能で、安定した出力の
高速繰り返しパルスレーザ光が得られるレーザ電源装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本考案の第１のレーザ電源装置は、コンデンサを
繰り返し放電させてレーザ励起用のランプを繰り返し点
灯させるレーザ電源装置において、商用交流電力を直流
電力に変換する整流回路と、前記コンデンサと前記ラン
プとの間に直列に接続された第１のスイッチング・トラ
ンジスタと、前記整流回路と前記コンデンサとの間に直
列に接続された第２のスイッチング・トランジスタと、
商用周波数よりも高い第１の繰り返し周波数で前記第１
のスイッチング・トランジスタをスイッチング制御して
前記コンデンサを繰り返し放電させる放電制御手段と、
前記第１の繰り返し周波数に対応した第２の繰り返し周
波数で前記第２のスイッチング・トランジスタをスイッ
チング制御して前記コンデンサを所定の設定電圧まで繰
り返し充電する充電制御手段とを具備する構成とした。

【０００８】本考案の第２のレーザ電源装置は、上記第
１のレーザ電源装置において、前記コンデンサに流れる
充電電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段
より得られる電流検出信号をフィードバック信号として
前記充電電流を設定電流値に一致させるように前記第２
のスイッチング・トランジスタをスイッチング制御する
充電電流制御手段とを有する構成とした。

【０００９】

【作用】本考案では、商用交流電力を整流回路によって
いったん直流に変換し、この直流を充電回路の第２のス
イッチング・トランジスタを介してコンデンサに供給す
ることにより、コンデンサを充電する。放電回路の第１
のスイッチング・トランジスタによるコンデンサの放電
サイクルに合わせて充電回路の第２のスイッチング・ト
ランジスタをオン・オフさせることにより、各放電の直
後にコンデンサ充電電圧を設定電圧まで戻し、次の放電
を設定電圧から開始させることができる。これにより、
高速のパルスレートでパルスレーザ光を繰り返し発振さ
せる場合でも、常に一定のコンデンサ放電電流によって
レーザ励起用ランプを安定にパルス点灯させることがで
きる。

【００１０】また、本考案では、コンデンサに供給する
充電電流をフィードバックループの定電流制御方式で制
御することにより、コンデンサを無充電状態から設定電
圧まで高速に充電することができるとともに、充電時間
を通じて充電電流を平均化させて電流最大値を低く抑え
ることができる。

【００１１】

【００１２】

【実施例】以下、添付図を参照して本考案の実施例を説
明する。図１は本考案の一実施例によるレーザ電源装置
の回路構成を示すブロック図、図２は実施例のレーザ電
源装置におけるコンデンサ充電電流の波形図である。

【００１３】この実施例のレーザ電源装置において、三
相入力端子（Ｕ，Ｖ，Ｗ）には、昇圧トランス（図示せ
ず）によって所定の電圧まで昇圧された三相の商用交流
電力が入力される。入力された三相の商用交流電力は６
個のダイオードＤ1 〜Ｄ6 からなる三相全波整流回路１
０によって直流の電力に変換され、この直流の電力がＩ
ＧＢＴ（アイソレート・ゲート・バイポーラ・トランジ
スタ）１２およびコイル１４を介してコンデンサ１６に
供給されるようになっている。

【００１４】ＩＧＢＴ１２とコンデンサ１６との間の充
電回路には、コンデンサ１６に流れ込む充電電流Ｉｃを
検出するための電流センサとしてホールＣＴ（電流変成
器）１８が設けられている。このホールＣＴ１８の出力
信号は充電電流検出回路２０に入力され、充電電流検出
回路２０より得られた充電電流検出信号ＳＩｃは充電制
御回路２２に与えられる。また、コンデンサ１６の両端
子は充電電圧検出回路２４の入力端子に接続され、充電
電圧検出回路２４よりコンデンサ１６の充電電圧Ｖｃを
表す充電電圧検出信号ＳＶｃが得られる。この充電電圧
検出信号ＳＶｃは充電制御回路２２と放電制御回路２８
とに与えられる。

【００１５】充電制御回路２２は、従来のサイリスタ制
御のような商用交流周波数の制限を受けることはなく、
任意の周波数、任意のタイミングで駆動回路２６を介し
てＩＧＢＴ１２のオン・オフを制御する。

【００１６】コンデンサ１６を無充電状態から設定電圧
まで充電するとき、充電制御回路２２は、充電電流検出
回路２０からの充電電流検出信号ＳＩｃをフィードバッ
ク信号として、図２に示すように、充電電流Ｉｃを高速
に立ち上げ、充電期間ｔｃを通じてほぼ一定の値Ｉｓで
流し続けるような定電流制御を行う。図２において、破
線Ｉｃ’は従来のレーザ電源装置による充電電流の波形
を示す。

【００１７】このように、本実施例のレーザ電源装置に
おいては、定電流制御によってコンデンサ１６を無充電
状態から設定電圧Ｖs まで充電するので、充電期間ｔc
を通じて充電電流Ｉc が平均化され、充電電流Ｉc の最
大値が低く抑えられる。これにより、昇圧トランスの前
後に設けられるブレーカ（図示せず）を、たとえば従来
装置では６０アンペア容量であったものを、本実施例の
装置では３０アンペア容量のものに小型化することがで
きる。

【００１８】コンデンサ１６の正極端子１６ａは、ＧＴ
Ｒ（Ｇｉａｎｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３０およびダ
イオード３２を介してレーザ励起ランプ３４の一方の電
極端子に接続される。そして、コンデンサ１６の負極端
子１６ｂは、直接レーザ励起ランプ３４の他方の電極端
子に接続される。レーザ励起ランプ３４にはダイオード
３６を介してシマー回路３８も接続される。このシマー
回路３８は、ランプ内の放電路を安定化させるために１
００〜２００ミリアンペア程度の予備電流を供給する。

【００１９】放電制御回路２８は、タイミング回路４０
からのタイミング信号Ｔ1 に応動して駆動回路４２を介
してＧＴＲ３０のオン・オフを制御する。たとえば、４
００パルス／秒のレートでランプ３４をパルス点灯させ
る場合は、４００Ｈｚの周波数でＧＴＲ３０を周期的に
オン・オフさせ、コンデンサ１６を周期的に放電させ
る。

【００２０】トリガ回路４４は、タイミング信号Ｔ1 に
同期したタイミング信号Ｔ2 に応動してトリガパルスを
トリガ電極４６に印加して励起ランプ３４のパルス点灯
を開始させる。励起ランプ３４がパルス点灯する度に、
その光を照射されたレーザロッド４８が発振して、ラン
プ電流（コンデンサ１６の放電電流）に対応した強度の
パルスレーザ光ＬＢがレーザロッド４８より出射する。
このパルスレーザ光ＬＢは一対の共振ミラー５０，５２
の間で反射を繰り返して増幅されてから外部に出力され
る。

【００２１】上記のようにコンデンサ１６は、パルスレ
ーザ光のパルスレートに対応した周波数で繰り返し放電
する。この間、充電制御回路２２は、充電電圧検出回路
２４からの充電電圧検出信号ＳＶc をモニタし、放電に
よってコンデンサ１６の充電電圧Ｖc が設定電圧Ｖs か
ら落ち込む度に、Ｖc をＶs まで回復させるようＩＧＢ
Ｔ１２をオンさせる。ＩＧＢＴ１２のスイッチング周波
数は任意の値に設定可能または可変制御可能であるか
ら、コンデンサ１６の放電周波数つまりパルスレーザ光
のパルスレートに対応した周波数（たとえば４００ＨＡ
ｚ）でＩＧＢＴ１２をオン・オフさせてよい。

【００２２】このように、本実施例のレーザ電源装置で
は、商用の三相交流電力を整流回路１０で直流に変換
し、この直流をＩＧＢＴ１２で高速に（たとえばコンデ
ンサ１６の放電サイクルに対応した周波数で）スイッチ
ングして、コンデンサ１６を高速充電することができる
ため、高速繰り返しパルスレーザ光を発振出力する場合
でもコンデンサ１６を常に設定電圧Ｖs から放電させる
ことができ、これによって、安定した出力の高速繰り返
しパルスレーザ光が得られる。

【００２３】なお、単相の交流電力を入力電源とする場
合は、三相整流回路１０を単相の整流回路に置き換えれ
ばよい。また、上記の実施例ではコンデンサ充電用のス
イッチング・トランジスタとして定電流充電に好適なＩ
ＧＢＴ１２を用いたが、ＧＴＲ等の他のトランジスタも
使用可能である。

【００２４】

【考案の効果】以上説明したように、本考案のレーザ電
源装置によれば、商用周波数よりも高い周波数の放電サ
イクルに合わせてコンデンサの充電電圧を設定電圧まで
高速に戻すことができ、安定した出力の高速繰り返しパ
ルスレーザ光を発振出力することができる。

【００２５】さらに、本考案のレーザ電源装置では、コ
ンデンサに供給する充電電流をフィードバックループの
定電流制御方式で制御することにより、コンデンサを無
充電状態から設定電圧まで高速に充電することができる
とともに、充電時間を通じて充電電流を平均化させて電
流最大値を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例によるレーザ電源装置の回路
構成を示すブロック図である。

【図２】実施例のレーザ電源装置における充電電流特性
を示す電流波形図である。

【符号の説明】

１０ 三相全波整流回路 １２ ＩＧＢＴ １６ コンデンサ ２０ 充電電流検出回路 ２２ 充電制御回路 ２４ 充電電圧検出回路 ２８ 放電制御回路 ３０ ＧＴＲ ３４ レーザ励起ランプ ４８ レーザロッド

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンデンサを繰り返し放電させてレーザ
   励起用のランプを繰り返し点灯させるレーザ電源装置に
   おいて、 商用交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記コンデンサと前記ランプとの間に直列に接続された
   第１のスイッチング・トランジスタと、 前記整流回路と前記コンデンサとの間に直列に接続され
   た第２のスイッチング・トランジスタと 商用周波数より
   も高い第１の繰り返し周波数で前記第１のスイッチング
   ・トランジスタをスイッチング制御して前記コンデンサ
   を繰り返し放電させる放電制御手段と、 前記第１の繰り返し周波数に対応した第２の繰り返し周
   波数で前記第２のスイッチング・トランジスタをスイッ
   チング制御して前記コンデンサを所定の設定電圧まで繰
   り返し充電する充電制御手段と を具備することを特徴と
   するレーザ電源装置。
2. 【請求項２】 前記コンデンサに流れる充電電流を検出
   する電流検出手段と、前記電流検出手段より得られる電
   流検出信号をフィードバック信号として前記充電電流を
   設定電流値に一致させるように前記第２のスイッチング
   ・トランジスタをスイッチング制御する充電電流制御手
   段とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ
   電源装置。