JP2649429B2 - 気体レーザ装置 - Google Patents
気体レーザ装置Info
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- JP2649429B2 JP2649429B2 JP2153237A JP15323790A JP2649429B2 JP 2649429 B2 JP2649429 B2 JP 2649429B2 JP 2153237 A JP2153237 A JP 2153237A JP 15323790 A JP15323790 A JP 15323790A JP 2649429 B2 JP2649429 B2 JP 2649429B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、炭酸ガスレーザ等の気体レーザ装置におい
て、特に高電圧電源の効率を高めるとともに出力電力の
安定化を図ったレーザ装置に関する。
て、特に高電圧電源の効率を高めるとともに出力電力の
安定化を図ったレーザ装置に関する。
従来の技術 従来の気体レーザ装置においては、気体レーザ媒質
が、出力鏡と全反射鏡を取り付けたレーザ共振器に送風
機により供給ダクトを通じて供給され、放電電極による
放電により励起されてレーザ光を出力している。
が、出力鏡と全反射鏡を取り付けたレーザ共振器に送風
機により供給ダクトを通じて供給され、放電電極による
放電により励起されてレーザ光を出力している。
レーザ光を発生させるための高電圧は、例えば200Vの
商用電源を整流平滑して低電圧直流電源とし、その出力
電圧を半導体スイッチ素子の断続により交流電圧に変換
し、これを昇圧トランスで昇圧した後、整流ダイオード
および平滑コンデンサにより整流平滑して高電圧の直流
を得、これをレーザ共振器の放電電極に印加していた。
商用電源を整流平滑して低電圧直流電源とし、その出力
電圧を半導体スイッチ素子の断続により交流電圧に変換
し、これを昇圧トランスで昇圧した後、整流ダイオード
および平滑コンデンサにより整流平滑して高電圧の直流
を得、これをレーザ共振器の放電電極に印加していた。
発明が解決しようとする課題 従来、この種の気体レーザ装置においては、商用電源
200Vを気体レーザ装置の放電維持に必要な10〜20kVの電
圧まで昇圧するために、昇圧トランスの昇圧比を約100
倍近くまで上げられるように２次コイルの巻数を多くす
る必要がある。一方、交流電圧を得るための半導体スイ
ッチ素子の断続周波数は、昇圧トランスの寸法を小形化
するために10〜20kHzまで高周波化されている。また、
２次側短絡時の短絡インピーダンスを高めて半導体スイ
ッチ素子を保護するために、１次コイルのインダクタン
スを数mHとしている。この結果、断続周波数の高周波化
により２次コイルにおける分布容量が無視できなくな
り、分布容量と１次/2次コイル間の漏れインダクタンス
の共振により異常電圧が発生し、昇圧トランスや整流ダ
イオードおよび平滑コンデンサなどの絶縁破壊を起こす
場合があった。また、巻線分布容量により昇圧トランス
の力率が低下する問題点があった。
200Vを気体レーザ装置の放電維持に必要な10〜20kVの電
圧まで昇圧するために、昇圧トランスの昇圧比を約100
倍近くまで上げられるように２次コイルの巻数を多くす
る必要がある。一方、交流電圧を得るための半導体スイ
ッチ素子の断続周波数は、昇圧トランスの寸法を小形化
するために10〜20kHzまで高周波化されている。また、
２次側短絡時の短絡インピーダンスを高めて半導体スイ
ッチ素子を保護するために、１次コイルのインダクタン
スを数mHとしている。この結果、断続周波数の高周波化
により２次コイルにおける分布容量が無視できなくな
り、分布容量と１次/2次コイル間の漏れインダクタンス
の共振により異常電圧が発生し、昇圧トランスや整流ダ
イオードおよび平滑コンデンサなどの絶縁破壊を起こす
場合があった。また、巻線分布容量により昇圧トランス
の力率が低下する問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点を解決するもので
あり、気体レーザ装置の高電圧電源の信頼性を高めると
ともに出力電力を安定化することのできる気体レーザ装
置を提供することを目的とする。
あり、気体レーザ装置の高電圧電源の信頼性を高めると
ともに出力電力を安定化することのできる気体レーザ装
置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、前記目的を達成するために、高電圧電源
を、実効電圧を変化可能な低電圧交流電源と昇圧トラン
スと整流回路とを含むように構成し、昇圧トランスの２
次コイルの電源の巻付張力を電線の断線張力の30〜40％
としたものである。
を、実効電圧を変化可能な低電圧交流電源と昇圧トラン
スと整流回路とを含むように構成し、昇圧トランスの２
次コイルの電源の巻付張力を電線の断線張力の30〜40％
としたものである。
作用 本発明は、前記構成により、昇圧トランスの２次コイ
ル巻線分布容量が最小となり、異常電圧の発生を抑えて
高電圧電源の信頼性を高めるとともに、力率が最大にな
り、分布容量のばらつきが最小となるので、出力特性の
ばらつきが小さくなって出力電圧を安定化させることが
できる。
ル巻線分布容量が最小となり、異常電圧の発生を抑えて
高電圧電源の信頼性を高めるとともに、力率が最大にな
り、分布容量のばらつきが最小となるので、出力特性の
ばらつきが小さくなって出力電圧を安定化させることが
できる。
実施例 以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明
する。第１図は本発明の一実施例における気体レーザ装
置の概略構成を示している。第１図において、１はレー
ザ共振器、２は出力鏡、３は全反射鏡である。4a,4bは
放電電極、５はレーザ共振器１内の気体レーザ媒質の放
電部、６は送風機、７は冷却器、８は給気ダクト、９は
排気ダクトである。また、10は低電圧直流電源、11は低
電圧交流電源となるインバータ回路であり、フルブリッ
ジ接続された４個の半導体スイッチ素子からなる。12は
１次コイルと２次コイルを同軸巻にして絶縁構成とした
昇圧トランスであり、その１次側にインバータ回路11が
接続されている。13は昇圧トランス12の２次側に接続さ
れた整流ダイオードであり、14は整流ダイオード13に接
続された平滑コンデンサであり、平滑コンデンサ14の両
端部は放電電極4a,4bにそれぞれ接続されている。これ
ら整流ダイオード13および平滑コンデンサ14により整流
回路が構成されている。
する。第１図は本発明の一実施例における気体レーザ装
置の概略構成を示している。第１図において、１はレー
ザ共振器、２は出力鏡、３は全反射鏡である。4a,4bは
放電電極、５はレーザ共振器１内の気体レーザ媒質の放
電部、６は送風機、７は冷却器、８は給気ダクト、９は
排気ダクトである。また、10は低電圧直流電源、11は低
電圧交流電源となるインバータ回路であり、フルブリッ
ジ接続された４個の半導体スイッチ素子からなる。12は
１次コイルと２次コイルを同軸巻にして絶縁構成とした
昇圧トランスであり、その１次側にインバータ回路11が
接続されている。13は昇圧トランス12の２次側に接続さ
れた整流ダイオードであり、14は整流ダイオード13に接
続された平滑コンデンサであり、平滑コンデンサ14の両
端部は放電電極4a,4bにそれぞれ接続されている。これ
ら整流ダイオード13および平滑コンデンサ14により整流
回路が構成されている。
低電圧直流電源10は、商用電源200Vを整流平滑して直
流化した電源とし、気体レーザ媒質の放電を維持するの
に必要な10〜20kVの電圧まで昇圧するために、昇圧トラ
ンス12として昇圧比が70倍のものが使用されている。そ
して昇圧トランス12の２次コイルは、この昇圧比を得る
ために直径約0.2mmのエナメル線をその断線張力である8
00gの約35％に相当する300gの巻付張力をもって約4000
回巻としている。一方、インバータ回路11の半導体スイ
ッチ素子は、20kHzで断続され、その接続時間により出
力電力を制御されている。また、昇圧トランス12の１次
コイルのインダクタンスは、２次コイル側の短絡時にイ
ンバータ回路11の半導体スイッチ素子を保護するため
に、約6mH、結合係数を約0.9としている。
流化した電源とし、気体レーザ媒質の放電を維持するの
に必要な10〜20kVの電圧まで昇圧するために、昇圧トラ
ンス12として昇圧比が70倍のものが使用されている。そ
して昇圧トランス12の２次コイルは、この昇圧比を得る
ために直径約0.2mmのエナメル線をその断線張力である8
00gの約35％に相当する300gの巻付張力をもって約4000
回巻としている。一方、インバータ回路11の半導体スイ
ッチ素子は、20kHzで断続され、その接続時間により出
力電力を制御されている。また、昇圧トランス12の１次
コイルのインダクタンスは、２次コイル側の短絡時にイ
ンバータ回路11の半導体スイッチ素子を保護するため
に、約6mH、結合係数を約0.9としている。
次に前記実施例の動作について説明する。第１図にお
いて、レーザ共振器１内へは、気体レーザ媒質が送風機
６により給気ダクト８を通じて供給され、放電電極4a,4
b間でグロー放電を起こすことにより励起されてレーザ
光を発生する。発生されたレーザ光は、出力鏡２および
全反射鏡３の間を往復して増幅され、最後は出力鏡２か
ら外へ取り出される。レーザ共振器１内の温度上昇した
気体レーザ媒質は、排気ダクト９を通じて回収され、冷
却器７により冷却されて再び送風機６により給気ダクト
８を通じてレーザ共振器１内へ送られる。
いて、レーザ共振器１内へは、気体レーザ媒質が送風機
６により給気ダクト８を通じて供給され、放電電極4a,4
b間でグロー放電を起こすことにより励起されてレーザ
光を発生する。発生されたレーザ光は、出力鏡２および
全反射鏡３の間を往復して増幅され、最後は出力鏡２か
ら外へ取り出される。レーザ共振器１内の温度上昇した
気体レーザ媒質は、排気ダクト９を通じて回収され、冷
却器７により冷却されて再び送風機６により給気ダクト
８を通じてレーザ共振器１内へ送られる。
低電圧直流電源10の出力は、インバータ回路11の半導
体スイッチ素子を交互に断続することにより交流電圧を
発生させ、その断続の周期により交流周波数を変え、そ
の持続時間により実効電圧を変化させている。昇圧トラ
ンス12で高電圧に昇圧された交流は、整流ダイオード13
により整流され、平滑コンデンサ14により平滑されて高
電圧の直流となってレーザ共振器１内の放電電極4a,4b
に印加される。
体スイッチ素子を交互に断続することにより交流電圧を
発生させ、その断続の周期により交流周波数を変え、そ
の持続時間により実効電圧を変化させている。昇圧トラ
ンス12で高電圧に昇圧された交流は、整流ダイオード13
により整流され、平滑コンデンサ14により平滑されて高
電圧の直流となってレーザ共振器１内の放電電極4a,4b
に印加される。
第２図は、本願発明者らが測定した気体レーザ装置の
昇圧トランスにおける２次コイルの巻付張力に対する巻
線分布容量およびそのばらつきの依存性を示している。
巻付張力がその電線の断線張力の約20％を下回ると分布
容量のばらつきが大きくなるとともにその平均値が上昇
している。これは巻き付け時の電線間距離が電線の太さ
で一義的に決まらず、電線間に空間が生じ絶縁油などを
含浸すると絶縁油により誘電率が上昇するためである。
このような電線間の空間はコイルによって一様ではない
ことから、分布容量にばらつきを生じるものである。一
方、昇圧比を大きくするために２次コイルは多層巻にす
るのが一般的であるが、断線張力の50％を越えると上層
部の電線が下層部の電線に入り込むため、実効的に電線
間の距離が短くなり分布容量が増加する。分布容量が増
加するとコイル漏れインダクタンスとの共振周波数が低
下し、昇圧トランスの入力周波数に近づくために異常電
圧が発生しやすくなる。第２図の結果によれば、断線張
力の30〜40％の範囲の巻付張力で２次コイルを巻き付け
ると、巻線分布容量とそのばらつきが最小となり、巻線
分布容量による共振周波数を昇圧トランス入力周波数か
ら遠ざけることができることが判明した。また第３図
は、昇圧トランスの２次コイルの巻付張力に対する電線
被覆の損傷頻度および電線間の絶縁耐圧の依存性を示し
ており、巻付張力が断線張力の50％を越えるほど絶縁被
覆の損傷は大きくなり絶縁耐圧が低下することが判明し
た。
昇圧トランスにおける２次コイルの巻付張力に対する巻
線分布容量およびそのばらつきの依存性を示している。
巻付張力がその電線の断線張力の約20％を下回ると分布
容量のばらつきが大きくなるとともにその平均値が上昇
している。これは巻き付け時の電線間距離が電線の太さ
で一義的に決まらず、電線間に空間が生じ絶縁油などを
含浸すると絶縁油により誘電率が上昇するためである。
このような電線間の空間はコイルによって一様ではない
ことから、分布容量にばらつきを生じるものである。一
方、昇圧比を大きくするために２次コイルは多層巻にす
るのが一般的であるが、断線張力の50％を越えると上層
部の電線が下層部の電線に入り込むため、実効的に電線
間の距離が短くなり分布容量が増加する。分布容量が増
加するとコイル漏れインダクタンスとの共振周波数が低
下し、昇圧トランスの入力周波数に近づくために異常電
圧が発生しやすくなる。第２図の結果によれば、断線張
力の30〜40％の範囲の巻付張力で２次コイルを巻き付け
ると、巻線分布容量とそのばらつきが最小となり、巻線
分布容量による共振周波数を昇圧トランス入力周波数か
ら遠ざけることができることが判明した。また第３図
は、昇圧トランスの２次コイルの巻付張力に対する電線
被覆の損傷頻度および電線間の絶縁耐圧の依存性を示し
ており、巻付張力が断線張力の50％を越えるほど絶縁被
覆の損傷は大きくなり絶縁耐圧が低下することが判明し
た。
以上のような事実から本実施例を考察すると、本実施
例における２次コイルは約4000回巻であり、その巻線分
布容量は３〜6pFで、300gの張力で巻くと巻線分布容量
は3pFになり、ばらつきは最小となる。このような２次
コイルを有する昇圧トランス12における漏れインピーダ
ンスは、１次インダクタンス結合係数により1.14mHとな
るが、巻線分布容量が6pFのときの共振周波数が昇圧比7
0から約27kHzであるのに対し、本実施例における3pFで
は約39kHzまで上がり、昇圧トランス12の入力周波数20k
Hzに対して約２倍となり、共振による異常電圧発生を抑
制することができる。また、巻線張力が断線張力の35％
で巻かれているので電線被覆の損傷はなく、高周波高圧
の絶縁を必要とする昇圧トランス12および整流ダイオー
ド13における絶縁耐圧を確保できるので、昇圧トランス
12の信頼性を高めることができる。さらに、昇圧トラン
ス12の２次コイルの巻線分布容量は最小となり、力率は
最大になり、分布容量のばらつきが最小となるので、出
力特性のばらつきが小さくなって出力電圧を安定化させ
ることができる。
例における２次コイルは約4000回巻であり、その巻線分
布容量は３〜6pFで、300gの張力で巻くと巻線分布容量
は3pFになり、ばらつきは最小となる。このような２次
コイルを有する昇圧トランス12における漏れインピーダ
ンスは、１次インダクタンス結合係数により1.14mHとな
るが、巻線分布容量が6pFのときの共振周波数が昇圧比7
0から約27kHzであるのに対し、本実施例における3pFで
は約39kHzまで上がり、昇圧トランス12の入力周波数20k
Hzに対して約２倍となり、共振による異常電圧発生を抑
制することができる。また、巻線張力が断線張力の35％
で巻かれているので電線被覆の損傷はなく、高周波高圧
の絶縁を必要とする昇圧トランス12および整流ダイオー
ド13における絶縁耐圧を確保できるので、昇圧トランス
12の信頼性を高めることができる。さらに、昇圧トラン
ス12の２次コイルの巻線分布容量は最小となり、力率は
最大になり、分布容量のばらつきが最小となるので、出
力特性のばらつきが小さくなって出力電圧を安定化させ
ることができる。
発明の効果 以上のように、本発明の気体レーザ装置によれば、昇
圧トランスの２次コイルの電線巻き付け時の巻付張力を
断線張力の30〜40％としたので、気体レーザ装置の高電
圧電源の信頼性を高めるとともに、力率を最大にして出
力電力を安定化することができる。
圧トランスの２次コイルの電線巻き付け時の巻付張力を
断線張力の30〜40％としたので、気体レーザ装置の高電
圧電源の信頼性を高めるとともに、力率を最大にして出
力電力を安定化することができる。
第１図は本発明の一実施例における気体レーザ装置の概
略構成図、第２図は従来の気体レーザ装置における昇圧
トランスの２次コイルの巻付張力に対する巻線分布容量
およびそのばらつきの依存性を示すグラフ、第３図は同
昇圧トランスにおける２次コイルの巻付張力に対する電
線被覆の損傷頻度および電線間の絶縁耐圧の依存性を示
すグラフである。 １……レーザ共振器、２……出力鏡、３……全反射鏡、
4a,4b……放電電極、５……気体レーザ媒質の放電部、
６……送風機、７……冷却器、８……給気ダクト、９…
…排気ダクト、10……低電圧直流電源、11……インバー
タ回路（低電圧交流電源）、12……昇圧トランス、13…
…整流ダイオード、14……平滑コンデンサ。
略構成図、第２図は従来の気体レーザ装置における昇圧
トランスの２次コイルの巻付張力に対する巻線分布容量
およびそのばらつきの依存性を示すグラフ、第３図は同
昇圧トランスにおける２次コイルの巻付張力に対する電
線被覆の損傷頻度および電線間の絶縁耐圧の依存性を示
すグラフである。 １……レーザ共振器、２……出力鏡、３……全反射鏡、
4a,4b……放電電極、５……気体レーザ媒質の放電部、
６……送風機、７……冷却器、８……給気ダクト、９…
…排気ダクト、10……低電圧直流電源、11……インバー
タ回路（低電圧交流電源）、12……昇圧トランス、13…
…整流ダイオード、14……平滑コンデンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉住 修三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 田中 昭男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 山根 茂樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 唐崎 秀彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】レーザ共振器内の気体レーザ媒質を高電圧
電源に接続された放電電極の放電により励起してレーザ
光を発生させる気体レーザ装置において、前記高電圧電
源が、実効電圧を変化可能な低電圧交流電源と昇圧トラ
ンスと整流回路とを含み、前記昇圧トランスの２次コイ
ルの電線巻き付け時の巻付張力を断線張力の30〜40％と
したことを特徴とする気体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2153237A JP2649429B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 気体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2153237A JP2649429B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 気体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0444379A JPH0444379A (ja) | 1992-02-14 |
| JP2649429B2 true JP2649429B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=15558055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2153237A Expired - Fee Related JP2649429B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 気体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2649429B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW256927B (ja) * | 1994-03-01 | 1995-09-11 | Hitachi Seisakusyo Kk | |
| JP3779436B2 (ja) * | 1997-06-30 | 2006-05-31 | 株式会社東芝 | カラー陰極線管用電子銃 |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP2153237A patent/JP2649429B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0444379A (ja) | 1992-02-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090516 Year of fee payment: 12 |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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