JP2698690B2 - レーザ発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、切断、溶接、熱処理などのためにレーザ光
を発生させるレーザ発振器に関するものである。

従来の技術 一般的なレーザー発振器の構成について第１図を参照
して説明する。１個または複数個の放電管からなる放電
管群１には、各放電管ごとに陽極２と陰極３からなる１
組の放電電極が具備されている。第１図において２組の
放電管は対称的に配設されて放電部が形成され、それぞ
れに高電圧電源４から電流が供給される。また、放電管
群１の両端には出力ミラー５、終端ミラー６が配設され
て光共振器を形成している。さらに、放電管群１の両端
部分の陰極電極３、３近傍と中央部の陽極電極２間は略
Ｅ字型循環管体７により接続されてガス循環路が形成さ
れている。この循環管体７にはガスを循環させる送風機
８や、ガスを冷却する熱交換器９が配設されている。ま
た、前記放電管群１には放電管ごとに前記陽極２と陰極
３の間にある放電管の外周に陽極２または陰極３と電気
的に接続された放電開始補助リング10または放電開始補
助管10が設けられている。

第８図は、従来のスイッチング高圧電源４の構成を示
すブロック図である。３相200Vを整流スタック11で受け
整流した後、１次側平滑コンデンサ12で電圧リプルを低
減し、スイッチング素子13でスイッチングしてパルス信
号に変換し、高周波トランス15に電力を電送する。高周
波トランス15では電力を２次側に電送するとともに２次
側に高電圧を発生させ、高速高圧整流器16で整流したあ
と、高圧コンデンサ17で平滑し、放電管１の陽極２と陰
極３間に電圧が印加される。

一方、基準スイッチングオン時間を設定するスイッチ
ングオン時間設定回路18の信号と、出力命令設定回路20
からの指令に基づいてスイッチング周波数を決定する出
力設定回路19（FM回路）の信号とを受けて、ドライブ回
路14ではスイッチングオン時間とスイッチング周波数を
決定しドライブ信号を発生して、スイッチング素子14の
ゲートに送る。

このように構成されているレーザ発振器は、ガス流方
向と放電方向とレーザ光の発振軸が同軸であるため光軸
方向から見たときに、その放電及びその放電によって形
成されるゲイン分布が同心で対称性がよい。従って、出
力されるレーザ光を用いて加工を行う場合加工性能が良
いとされている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、１次側の平滑コンデンサの端子間電圧
が変動すると２次側の出力電力がそれに応じて変動し、
レーザ出力も変動するという課題があった。

本発明は、このような従来のレーザ発振器の課題を考
慮し、１次側の平滑コンデンサの端子間電圧が変動して
も、２次側の出力電力がそれに応じて変動せず、レーザ
出力も変動しないレーザ発振器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、陽極と陰極を有する放電電極を備えた１個
または複数個の放電管の放電群と、この放電管に電力を
供給するスイッチング高圧電源と、前記放電群の両端に
配備されたレーザ共振用のミラーと、前記放電電極の近
傍で前記放電群に接続され、この放電群と共にガス循環
路を構成する循環管体と、前記ガス循環路にレーザ媒質
としてのガスを供給するガス供給装置とを備えたレーザ
発振器において、スイッチング周波数を変化させて出力
電力を調節することの出来る前記スイッチング高圧電源
の上流側に、整流手段、平滑コンデンサおよびスイッチ
ング素子を有し、また、前記スイッチング高圧電源の１
次側平滑コンデンサに、その端子間電圧を検出する電圧
検出手段を有し、その電圧検出手段により検出された電
圧に対応して、前記スイッチング高圧電源の最大スイッ
チング周波数の２倍以上をスイッチング周波数として、
前記スイッチング素子のスイッチングオン時間を変化さ
せて、その出力電力制御が行われることを特徴とするレ
ーザ発振器である。

また、本発明は、陽極と陰極を有する放電電極を備え
た１個または複数個の放電管の放電群と、この放電管に
電力を供給するスイッチング高圧電源と、前記放電群の
両端に配備されたレーザ共振用のミラーと、前記放電電
極の近傍で前記放電群に接続され、この放電群と共にガ
ス循環路を構成する循環管体と、前記ガス循環路にレー
ザ媒質としてのガスを供給するガス供給装置とを備えた
レーザ発振器において、スイッチング周波数を変化させ
て出力電力を調節することの出来る前記スイッチング高
圧電源の上流側に、整流手段、平滑コンデンサおよびス
イッチング素子を有し、また、前記スイッチング高圧電
源の１次側平滑コンデンサに、その端子間電圧を検出す
る電圧検出手段を有し、その電圧検出手段により検出さ
れた電圧に対応して、前記スイッチング高圧電源の最大
スイッチング周波数の２倍以上をスイッチング周波数の
下限動作周波数として、前記スイッチング素子のスイッ
チングスイッチング周波数を変化させて、その出力電力
制御を行うことを特徴とするレーザ発振器である。

作用 本発明は、スイッチング周波数を変化させて出力電力
を調節することの出来る、レーザ発振器の放電群に電力
を供給するスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデン
サにあって、その端子間電圧を検出する電圧検出手段に
より検出された電圧に対応して、スイッチング高圧電源
の上流側に設けられたスイッチング素子のスイッチング
オン時間を、前記スイッチング高圧電源の最大スイッチ
ング周波数の２倍以上をスイッチング周波数として、変
化させて、その出力電力制御が行う。

また、本発明は、スイッチング周波数を変化させて出
力電力を調節することの出来る、レーザ発振器の放電群
に電力を供給するスイッチング高圧電源の１次側平滑コ
ンデンサにあって、その端子間電圧を検出する電圧検出
手段により検出された電圧に対応して、スイッチング高
圧電源の上流側に設けられたスイッチング素子のスイッ
チング周波数を、前記スイッチング高圧電源の最大スイ
ッチング周波数の２倍以上をスイッチング周波数の下限
動作周波数として変化させて、その出力電力制御が行
う。

実施例 以下に本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第２図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。
同図においては第８図と比較すると明確なように、スイ
ッチング高圧電源４の上流側におもに整流手段の一例と
しての整流器27、平滑コンデンサ26およびスイッチング
素子25からなるスイッチング低圧電源が接続されてい
る。一方、スイッチング高圧電源の１次側平滑コンデン
サ12に電圧検出手段の一例としての電圧検出器21が接続
され、その端子間電圧を検出している。また、その検出
電圧は、誤差増幅器22に誘導されている。誤差増幅器22
は、基準電圧信号発生回路24の基準電圧とその検出電圧
を比較し、その誤差を増幅してスイッチング低圧電源の
出力設定回路28（PWM回路）に出力するようになってい
る。その出力設定回路28は、スイッチングオン時間を制
御する回路である。さらに、スイッチング低圧電源内の
スイッチング周波数設定回路29は、固定されたスイッチ
ング周波数設定値を出力する回路である。ドライブ回路
23は、その出力設定回路28で発生したスイッチングオン
時間設定値と、スイッチング周波数設定回路29からの固
定されたスイッチング周波数設定値を入力して、それに
基づき、スイッチング低圧電源内のスイッチング素子25
を制御するようになっている。なお、その際のスイッチ
ング周波数は、スイッチング高圧電源の最大スイッチン
グ周波数の２倍以上である。

次に、本発明の主要な動作に付いて説明する。

第３図に、スイッチング高圧電源４の１次側平滑コン
デンサ12の端子間電圧が基準電圧に対して＋側に振れた
場合（Ａ）、基準電圧時 （Ｂ）および−側に振れた場
合（Ｃ）に、スイッチング低圧電源内のドライブ回路23
で発生する制御信号の例を示した。第３図からも明らか
なように、スイッチング高圧電源の１次側平滑コンデン
サ12の端子間電圧が低下すると、電圧検出器21がそれを
検出する。そして、誤差増幅器22に入力される。他方、
基準電圧信号発生回路24の基準電圧が誤差増幅器22に入
力されるので、その降下差が出力設定回路28へ入力され
る。そこで、出力設定回路28は、電力が一定になるよう
に基準電圧に対する電圧降下分だけスイッチング低圧電
源のスイッチングオン時間を広げて出力する。ドライブ
回路23は、そのそのスイッチング時間と、スイッチング
周波数設定回路29からの固定されたスイッチング周波数
で、スイッチング素子25をスイッチングする。またスイ
ッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ12の端子間電
圧が上昇すると、同様にして基準電圧に対する電圧上昇
分だけスイッチング低圧電源のスイッチングオン時間を
狭め出力電力が一定になるように制御する。

つぎに、第４図に本発明を用いた場合と従来の方法の
場合についてスイッチング高圧電源４の１次側平滑コン
デンサ12の端子間電圧の変動割合と出力電力の変動割合
の関係の比較をした。この第４図からも明白なように、
スイッチング高圧電源４の１次側コンデンサ12の端子間
電圧を検出し基準信号に対する変動幅に応じてスイッチ
ングオン時間を制御することで、スイッチング電源から
の出力電力は安定になり、レーザ出力はスイッチング高
圧電源の１次側平滑コンデンサ12の端子間電圧に依存し
ないようになる。

このように、スイッチング高圧電源の１次側平滑コン
デンサ12の端子間電圧を検出し基準信号に対する変動幅
に応じてスイッチング低圧電源のスイッチングオン時間
を制御することで、スイッチング高圧電源からの出力電
力はスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ12の
端子間電圧に依存せず、レーザ出力も安定化する。

以下に別の本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。第５図は、その本発明の一実施例を示すブロック図
である。同図においても、第８図と比較すると明確なよ
うに、スイッチング高圧電源４の上流側におもに整流手
段の一例としての整流器27、平滑コンデンサ26およびス
イッチング素子25からなるスイッチング低圧電源が接続
されている。一方、スイッチング高圧電源の１次側平滑
コンデンサ12に電圧検出手段の一例としての電圧検出器
21が接続され、その端子間電圧を検出している。また、
その検出電圧は、誤差増幅器22に誘導されている。誤差
増幅器22は、基準電圧信号発生回路24の基準電圧とその
検出電圧を比較し、その誤差を増幅してスイッチング低
圧電源の出力設定回路30（FM回路）に出力するようにな
っている。その出力設定回路30は、スイッチング周波数
を制御する回路である。さらに、スイッチング低圧電源
内のスイッチングオン時間設定回路31は、固定されたス
イッチングオン時間設定値を出力する回路である。ドラ
イブ回路23は、その出力設定回路30で発生したスイッチ
ングオン周波数値と、スイッチングオン時間設定回路31
からの固定されたスイッチングオン時間設定値を入力し
て、それに基づき、スイッチング低圧電源内のスイッチ
ング素子25を制御するようになっている。なお、前記ス
イッチング高圧電源の最大スイッチング周波数の２倍以
上をスイッチング周波数の下限動作周波数として、前記
スイッチング素子25のスイッチングスイッチング周波数
を変化させて、その出力電力制御を行なっている。

次に、本発明の主要な動作に付いて説明する。

第６図に、スイッチング高圧電源４の１次側平滑コン
デンサ12の端子間電圧が基準電圧に対して＋側に振れた
場合（Ａ）、基準電圧時（Ｂ）および−側に振れた場合
（Ｃ）に、スイッチング低圧電源内のドライブ回路23で
発生する制御信号の例を示した。第６図からも明らかな
ように、スイッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ
12の端子間電圧が低下すると、電圧検出器21がそれを検
出する。そして、誤差増幅器22に入力される。他方、基
準電圧信号発生回路24の基準電圧が誤差増幅器22に入力
されるので、その降下差が出力設定回路30へ入力され
る。そこで、出力設定回路30は、電力が一定になるよう
に基準電圧に対する電圧降下分だけスイッチング低圧電
源のスイッチング周波数を上げて出力する。ドライブ回
路23は、そのそのスイッチング周波数と、スイッチング
オン時間設定回路31からの固定されたスイッチングオン
時間で、スイッチング素子25をスイッチングする。また
スイッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ12の端子
間電圧が上昇すると、同様にして基準電圧に対する電圧
上昇分だけスイッチング低圧電源のスイッチング周波数
を下げ出力電力が一定になるように制御する。

つぎに、第７図に本発明を用いた場合と従来の方法の
場合についてスイッチング高圧電源４の１次側平滑コン
デンサ12の端子間電圧の変動割合と出力電力の変動割合
の関係の比較をした。この第７図からも明白なように、
スイッチング高圧電源４の１次側コンデンサ12の端子間
電圧を検出し基準信号に対する変動幅に応じてスイッチ
ング周波数を制御することで、スイッチング電源からの
出力電力は安定になり、レーザ出力はスイッチング高圧
電源の１次側平滑コンデンサ12の端子間電圧に依存しな
いようになる。

このように、スイッチング高圧電源の１次側平滑コン
デンサ12の端子間電圧を検出し基準信号に対する変動幅
に応じてスイッチング低圧電源のスイッチング周波数を
制御することで、スイッチング高圧電源からの出力電力
はスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ12の端
子間電圧に依存せず、レーザ出力も安定化する。

発明の効果 以上説明したところから明らかなように、本発明を用
いることで、１次側の平滑コンデンサの端子間電圧が変
動してもレーザ出力は変動せず、レーザ加工の信頼性が
著しく向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザ発振器の一実施例の構成を
示す概略断面図、第２図は同実施例の回路構成を示すブ
ロック図、第３図はスイッチング高圧電源の１次側平滑
コンデンサの端子間電圧が基準電圧に対して＋側に振れ
た場合（Ａ）、基準電圧時（Ｂ）、および−側に振れた
場合（Ｃ）に、スイッチング低圧電源内のドライブ回路
で発生する制御信号を示すグラフ、第４図は、本発明の
場合と従来の場合についてスイッチング高圧電源の１次
側平滑コンデンサの端子間電圧の変動割合と出力電力の
変動割合の関係を示すグラフ、第５図は別の本発明に係
るレーザ発振器の一実施例の回路構成を示すブロック
図、第６図はスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデ
ンサの端子間電圧が基準電圧に対して＋側に振れた場合
（Ａ）、基準電圧時（Ｂ）および−側に振れた場合
（Ｃ）に、スイッチング低圧電源内のドライブ回路で発
生する制御信号を示すグラフ、第７図は本発明の場合と
従来の場合についてスイッチング高圧電源の１次側平滑
コンデンサの端子間電圧の変動割合と出力電力の変動割
合の関係を示すグラフ、第８図は従来のレーザ発振器の
回路構成を示すブロック図である。 １……放電管群、２……陽極、３……陰極、４……高圧
電源、５……出力ミラー、６……終端ミラー、７……循
環管体、８……送風器、９……熱交換器、10……放電開
始補助リング、11……整流スタック、12……１次側平滑
コンデンサ、13……スイッチング素子、14……ドライブ
回路、15……高周波トランス、16……高速高圧整流器、
17……高圧コンデンサ、18……スイッチングオン時間設
定回路、19……出力設定回路（FM回路）、20……出力命
令設定回路、21……電圧検出手段、22……誤差増幅器、
23……スイッチング低圧電源ドライブ回路、24……基準
電圧信号発生回路、25……スイッチング低圧電源スイッ
チング素子、26……平滑コンデンサ、27……整流手段、
28……スイッチング低圧電源出力設定回路（PWM回
路）、29……スイッチング低圧電源スイッチング周波数
設定回路、30……出力設定回路（FM回路）、31……スイ
ッチングオン時間設定回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 杉山 勤 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 本宮 均 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 大西 正史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−211976（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−143374（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−154579（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−23589（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−220880（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陽極と陰極を有する放電電極を備えた１個
   または複数個の放電管の放電群と、この放電管に電力を
   供給するスイッチング高圧電源と、前記放電群の両端に
   配備されたレーザ共振用のミラーと、前記放電電極の近
   傍で前記放電群に接続され、この放電群と共にガス循環
   路を構成する循環管体と、前記ガス循環路にレーザ媒質
   としてのガスを供給するガス供給装置とを備えたレーザ
   発振器において、スイッチング周波数を変化させて出力
   電力を調節することの出来る前記スイッチング高圧電源
   の上流側に、整流手段、平滑コンデンサおよびスイッチ
   ング素子を有し、また、前記スイッチング高圧電源の１
   次側平滑コンデンサに、その端子間電圧を検出する電圧
   検出手段を有し、その電圧検出手段により検出された電
   圧に対応して、前記スイッチング高圧電源の最大スイッ
   チング周波数の２倍以上をスイッチング周波数として、
   前記スイッチング素子のスイッチングオン時間を変化さ
   せて、その出力電力制御を行うことを特徴とするレーザ
   発振器。
2. 【請求項２】陽極と陰極を有する放電電極を備えた１個
   または複数個の放電管の放電群と、この放電管に電力を
   供給するスイッチング高圧電源と、前記放電群の両端に
   配備されたレーザ共振用のミラーと、前記放電電極の近
   傍で前記放電群に接続され、この放電群と共にガス循環
   路を構成する循環管体と、前記ガス循環路にレーザ媒質
   としてのガスを供給するガス供給装置とを備えたレーザ
   発振器において、スイッチング周波数を変化させて出力
   電力を調節することの出来る前記スイッチング高圧電源
   の上流側に、整流手段、平滑コンデンサおよびスイッチ
   ング素子を有し、また、前記スイッチング高圧電源の１
   次側平滑コンデンサに、その端子間電圧を検出する電圧
   検出手段を有し、その電圧検出手段により検出された電
   圧に対応して、前記スイッチング高圧電源の最大スイッ
   チング周波数の２倍以上をスイッチング周波数の下限動
   作周波数として、前記スイッチング素子のスイッチング
   スイッチング周波数を変化させて、その出力電力制御を
   行うことを特徴とするレーザ発振器。