JPH01143374A - 交流放電励起レーザ装置 - Google Patents
交流放電励起レーザ装置Info
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- JPH01143374A JPH01143374A JP30181287A JP30181287A JPH01143374A JP H01143374 A JPH01143374 A JP H01143374A JP 30181287 A JP30181287 A JP 30181287A JP 30181287 A JP30181287 A JP 30181287A JP H01143374 A JPH01143374 A JP H01143374A
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- Japan
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は交流放電励起レーザ装置の放電電極に印加する
交流電圧に関するものである。
交流電圧に関するものである。
従来交流放電励起レーザ装置の交流電圧は特開昭５８−
１４７１８５の第５図のごと＜、３相交流電圧をコンバ
ータ１０１により整流し。
１４７１８５の第５図のごと＜、３相交流電圧をコンバ
ータ１０１により整流し。
平滑回路１０２により電圧の脈動を除去して直流電圧を
得る。このコンバータ１０１はサイリスク等の６素子か
らなる電気スイッチにより構成され、３相交流の位相に
同期させて通電を制御することにより、直流出力電圧を
得るものである。このコンバータ１０１は、コンバータ
１０１からの直流出力電圧と直流電圧設定装置１０３の
設定値との差を増幅器１０４により増幅し、コンバータ
１０１の電気スイッチの導通率を制御して、直流出力電
圧が一定に保たれるように制御される。インバータ１０
５はコンバーり１０１の直流出力電圧を１００ＫＨｚ程
度の交流電圧に変換するものであり、インバータ１゜５
の出力電圧は昇圧トランス１０６により電圧が昇圧され
、この電圧が電極１０７，１０８に加えられ無声放電１
０９が発生させられる。この無声放電１０９の発生によ
り生じた無声放電電流は、昇圧トランス１０６の２次巻
線の中点を分割して接続された電流検出回路１１０によ
り検出される。無声放電電流の検出値は電流設定装置１
１１の設定値信号との電圧差を増幅器１１２により増幅
し、インバータ１０５の電気スイッチの導通率を制御す
ることにより、放電電流が一定に制御されている。
得る。このコンバータ１０１はサイリスク等の６素子か
らなる電気スイッチにより構成され、３相交流の位相に
同期させて通電を制御することにより、直流出力電圧を
得るものである。このコンバータ１０１は、コンバータ
１０１からの直流出力電圧と直流電圧設定装置１０３の
設定値との差を増幅器１０４により増幅し、コンバータ
１０１の電気スイッチの導通率を制御して、直流出力電
圧が一定に保たれるように制御される。インバータ１０
５はコンバーり１０１の直流出力電圧を１００ＫＨｚ程
度の交流電圧に変換するものであり、インバータ１゜５
の出力電圧は昇圧トランス１０６により電圧が昇圧され
、この電圧が電極１０７，１０８に加えられ無声放電１
０９が発生させられる。この無声放電１０９の発生によ
り生じた無声放電電流は、昇圧トランス１０６の２次巻
線の中点を分割して接続された電流検出回路１１０によ
り検出される。無声放電電流の検出値は電流設定装置１
１１の設定値信号との電圧差を増幅器１１２により増幅
し、インバータ１０５の電気スイッチの導通率を制御す
ることにより、放電電流が一定に制御されている。
又、インバータ１０５への直流入力電流を直流入力電流
検出器１１３により検出し、直流電流設定装置１１４の
設定値との差を増幅器１１５により増幅し、インバータ
１０５の直流入力電流が直流電流設定装置１１４の設定
値を越えたときにのみ、ダイオード１１６により無声放
電電流設定装置１１１の設定値を下げるように動作し、
インバータ１０５の直流入力電力の過大入力を防止し、
昇圧トランス１０６の巻線の短絡または電極１０７．１
０８の絶縁劣下環の事故に対してインバータ１０５又は
コンバータ１０１に過大電流が流れないようにしている
。
検出器１１３により検出し、直流電流設定装置１１４の
設定値との差を増幅器１１５により増幅し、インバータ
１０５の直流入力電流が直流電流設定装置１１４の設定
値を越えたときにのみ、ダイオード１１６により無声放
電電流設定装置１１１の設定値を下げるように動作し、
インバータ１０５の直流入力電力の過大入力を防止し、
昇圧トランス１０６の巻線の短絡または電極１０７．１
０８の絶縁劣下環の事故に対してインバータ１０５又は
コンバータ１０１に過大電流が流れないようにしている
。
従って大出力の交流放電を行なうためには交流電源を昇
圧トランスによって昇圧していた。
圧トランスによって昇圧していた。
二〇昇圧トランスの等価回路は第６図に示すごとくであ
り、一般の高周波電源の昇圧を行なうためには、トラン
ス−次側の巻数を２次側コイル開放時の電源出力インピ
ーダンス（数＋Ω）の５〜２０倍のインピーダンスを持
つように選び１次に電源出力電圧と放電電極印加電圧の
比をトランスの昇圧比とし２次側の巻数比を決めている
。従って昇圧比を高くとった場合には２次側の巻数が多
くなるため巻線間の漂遊容量が大きくなり異常な共振が
発生したり絶縁が劣化するため昇圧比を大きくとれない
という欠点がある。
り、一般の高周波電源の昇圧を行なうためには、トラン
ス−次側の巻数を２次側コイル開放時の電源出力インピ
ーダンス（数＋Ω）の５〜２０倍のインピーダンスを持
つように選び１次に電源出力電圧と放電電極印加電圧の
比をトランスの昇圧比とし２次側の巻数比を決めている
。従って昇圧比を高くとった場合には２次側の巻数が多
くなるため巻線間の漂遊容量が大きくなり異常な共振が
発生したり絶縁が劣化するため昇圧比を大きくとれない
という欠点がある。
さらに昇圧トランスの巻線の短絡又は電極の絶縁劣下が
あったとき、直流電流設定装置の設定値を越えたときに
のみダイオードが設定値を下げるように動作するため１
回路に設定値以上の直接電流タイムラグをもって流れる
という欠点がある。
あったとき、直流電流設定装置の設定値を越えたときに
のみダイオードが設定値を下げるように動作するため１
回路に設定値以上の直接電流タイムラグをもって流れる
という欠点がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、交流電源の昇圧を昇
圧トランスのみでなく、放電に対し並列の容量および直
列のインダクタンスを設けた共振回路を設け、放電管電
圧を数倍以上に昇圧し、出力周波数を向上させレーザ出
力を大きくする。又断線事故時に高圧が発生する部分に
あらかじめ設定値以上の電圧が印加された場合に導通ず
るスイッチを設けることにより構成部品の破壊等を防ぐ
ことを目的としている。
圧トランスのみでなく、放電に対し並列の容量および直
列のインダクタンスを設けた共振回路を設け、放電管電
圧を数倍以上に昇圧し、出力周波数を向上させレーザ出
力を大きくする。又断線事故時に高圧が発生する部分に
あらかじめ設定値以上の電圧が印加された場合に導通ず
るスイッチを設けることにより構成部品の破壊等を防ぐ
ことを目的としている。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕そのために本
発明では、少くともいずれか一方に誘電体を介した少く
とも一対の放電電極とこれらの放電電極間に昇圧トラン
スにより昇圧した交流電圧を印加して２両放電電極間に
放電を生じさせる交流放電において、放電電極と昇圧ト
ランスの間に整合昇圧回路を設は整合昇圧回路により昇
圧トランス後の電源電圧を３倍以上に昇圧したから、昇
圧トランスの昇圧比が小さくなり小型に安価に出来ると
ともに整合昇圧回路と並列にスイッチ素子を設け９回路
の断線等に伴なう異常な昇圧時に導通し異常な電圧を逃
がすようにしたため構成部品を保護することができる。
発明では、少くともいずれか一方に誘電体を介した少く
とも一対の放電電極とこれらの放電電極間に昇圧トラン
スにより昇圧した交流電圧を印加して２両放電電極間に
放電を生じさせる交流放電において、放電電極と昇圧ト
ランスの間に整合昇圧回路を設は整合昇圧回路により昇
圧トランス後の電源電圧を３倍以上に昇圧したから、昇
圧トランスの昇圧比が小さくなり小型に安価に出来ると
ともに整合昇圧回路と並列にスイッチ素子を設け９回路
の断線等に伴なう異常な昇圧時に導通し異常な電圧を逃
がすようにしたため構成部品を保護することができる。
以下本発明を図に示す実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例を示す全体構成図である。３相
交流電源１はサイリスク等の電気スイッチにより構成さ
れたコンバータ装置２で３相交流電源の位相が制御され
直流電力に変換されている。この直流電力はりアクドル
３とコンデンサ４により構成される平滑回路によりコン
バータ装置２から出力された直流電力の脈動が少なくさ
れた後、トランジスタやＦＥＴなどのスイッチング素子
から構成されたインバータ装置５によって交流電力に変
換される。この変換された交流電力は昇圧トランス６に
より電圧を数倍に昇圧された後、整合２昇圧回路７によ
り電源と負荷とのインピーダンス整合および数倍の昇圧
を行なう。昇圧された交流電圧（周波数約３００ＫＨｚ
以上）はレーザ媒質ガスを励起する放電電極８．９に印
加され放電を生ぜじめて。
交流電源１はサイリスク等の電気スイッチにより構成さ
れたコンバータ装置２で３相交流電源の位相が制御され
直流電力に変換されている。この直流電力はりアクドル
３とコンデンサ４により構成される平滑回路によりコン
バータ装置２から出力された直流電力の脈動が少なくさ
れた後、トランジスタやＦＥＴなどのスイッチング素子
から構成されたインバータ装置５によって交流電力に変
換される。この変換された交流電力は昇圧トランス６に
より電圧を数倍に昇圧された後、整合２昇圧回路７によ
り電源と負荷とのインピーダンス整合および数倍の昇圧
を行なう。昇圧された交流電圧（周波数約３００ＫＨｚ
以上）はレーザ媒質ガスを励起する放電電極８．９に印
加され放電を生ぜじめて。
レーザ媒質ガス１０に励起エネルギを供給する。
この励起されたレーザ媒質ガス１０を介し対向配置され
た図示しない反射鏡および部分透過鏡よりなる共振器に
より発振され、共振器内部のゲインが内部損失を上回る
とレーザ発振が起りレーザ光が部分透過鏡より取出され
る。
た図示しない反射鏡および部分透過鏡よりなる共振器に
より発振され、共振器内部のゲインが内部損失を上回る
とレーザ発振が起りレーザ光が部分透過鏡より取出され
る。
レーザ発振中異常な昇圧が発生すると、整合。
昇圧回路７と昇圧トランス６に並列に設けられたエアギ
ャップ１１が作動する。このときエアギャップの作動を
受は保護回路１３を経てインバータ２に入れ直流電力を
下げる。水室ではエアギヤ・７プ１１は整合、昇圧回路
７の中に設けられているか昇圧トランス６の２次側と放
電管１２の間ならばどの位置でも良い。
ャップ１１が作動する。このときエアギャップの作動を
受は保護回路１３を経てインバータ２に入れ直流電力を
下げる。水室ではエアギヤ・７プ１１は整合、昇圧回路
７の中に設けられているか昇圧トランス６の２次側と放
電管１２の間ならばどの位置でも良い。
この構成において１作動について説明する。
一般にレーザ装置の光出力は放電電力から発振しきい値
電力を減算したものに効率をかけたものが知られている
（第２図参照）。すなわち光出力ＷＬは。
電力を減算したものに効率をかけたものが知られている
（第２図参照）。すなわち光出力ＷＬは。
Ｗ、＝ηｄ（ＷＤ −ＷＴ）ｌ）
ただし、ηｄ＝微分効率
ＷＴＨ−発振しきい値電力
ＷＤ−放電電力
で表わされηｄ 、 ＷＴ、は共振器光学系損失、レー
ザ媒質ゲイン、飽和パラメータ等により決まる。
ザ媒質ゲイン、飽和パラメータ等により決まる。
従って光出力ＷＬを大きくとるには、■ηｄを大きくす
る。■ＷＴＨを小さくする。■Ｗ９を大きくする方法が
考えられるがηｄ 、 Ｗ、、は装置によりある程度限
定されるため比較的自由なＷＤを大きくとることが効果
が大きい。
る。■ＷＴＨを小さくする。■Ｗ９を大きくする方法が
考えられるがηｄ 、 Ｗ、、は装置によりある程度限
定されるため比較的自由なＷＤを大きくとることが効果
が大きい。
一般に誘電体を介した交流放電の放電電力Ｗ。
ＷＤ ＝ πＸ ｆ ＸＣｇＸ ＶＯＰＩ ＶＯＰ”
Ｖｏｐ＋”ただし、ｆ−電源周波数（Ｈｚ） Ｃｇ−誘電体電気容量〔Ｆ〕 ＶＯＰＩ−放電維持電圧 （〔Ｖ］”零−ピーク値） ｖｏＰ−電極間電圧 （〔Ｖ〕零−ピーク値） が知られている。このため放電電力Ｗ、を大きくとるた
めには放電電極８．９の誘電体電気容量Ｃｇあるいは放
電電極８．９の電極間電圧■。Ｐを大きくとれば良い。
Ｖｏｐ＋”ただし、ｆ−電源周波数（Ｈｚ） Ｃｇ−誘電体電気容量〔Ｆ〕 ＶＯＰＩ−放電維持電圧 （〔Ｖ］”零−ピーク値） ｖｏＰ−電極間電圧 （〔Ｖ〕零−ピーク値） が知られている。このため放電電力Ｗ、を大きくとるた
めには放電電極８．９の誘電体電気容量Ｃｇあるいは放
電電極８．９の電極間電圧■。Ｐを大きくとれば良い。
しかし、誘電体電気容量Ｃｇを大きくとるには誘電体の
絶縁耐力２機械強度等の問題がある。
絶縁耐力２機械強度等の問題がある。
従って放電電極８．９の電極間電圧を整合、昇圧回路６
により数倍の昇圧を行なう。このために本発明の整合昇
圧回路６の電源から見た等価回路を第３図に示す。この
等価回路は第４図のごとく変換することが出来、その等
価容量ＣＸおよび等価抵抗ＲＸは次式で表わすことが出
来る。
により数倍の昇圧を行なう。このために本発明の整合昇
圧回路６の電源から見た等価回路を第３図に示す。この
等価回路は第４図のごとく変換することが出来、その等
価容量ＣＸおよび等価抵抗ＲＸは次式で表わすことが出
来る。
Ｋ、、＝ＷＸＣｇＸＲ
ただしＣｇ−誘電体電気容量ＣＦ）
Ｒ−放電の等価抵抗〔Ω〕
Ｃｍ＝整合、昇圧回路の並列容量〔Ｆ］Ｌ−整合、昇圧
回路の直列リアクトル ｆ−電源周波数（Ｈｚ） Ｗ＝２πｆ 従って電源電圧Ｖ。に対する放電電極間電圧Ｖ８の昇圧
比Ｋｖは。
回路の直列リアクトル ｆ−電源周波数（Ｈｚ） Ｗ＝２πｆ 従って電源電圧Ｖ。に対する放電電極間電圧Ｖ８の昇圧
比Ｋｖは。
となる。このときＷ、Ｌ、Ｃ，を共振状態にすると。
Ｗ”ＬＣＸ−１＝Ｑ
となり、電源電圧と放電電極間の昇圧比Ｋｖはとなる。
このためにＷ、Ｃ，、ＲＸを適当に選べば共振を利用し
て任意の昇圧比を選ぶことが出来る。
て任意の昇圧比を選ぶことが出来る。
このように昇圧トランス後の電源電圧に対し。
並列の容量および直列のインダクタンスを設けた共振を
生ずる整合昇圧回路６により放電電極間電圧を３倍以上
昇圧することで、従来のトランスの昇圧比を１０倍以下
としトランスの漂遊容量を小さくするとともに出力周波
数を従来の３倍以上向上させレーザ出力を大きくするこ
とができる。
生ずる整合昇圧回路６により放電電極間電圧を３倍以上
昇圧することで、従来のトランスの昇圧比を１０倍以下
としトランスの漂遊容量を小さくするとともに出力周波
数を従来の３倍以上向上させレーザ出力を大きくするこ
とができる。
次に高電圧が発生する整合昇圧回路７および昇圧トラン
ス６と並列にエアギャップ等のスイッチ素子１１を設け
たことにより、運転電圧ではギャップ間隔ｄで開状態で
あり、断線等に異常昇圧時に導通となり回路の断線等に
伴なう誘導電圧等が発生した場合、その蓄積エネルギー
を速かに逃がすことで各部の部品の損傷を防止出来る。
ス６と並列にエアギャップ等のスイッチ素子１１を設け
たことにより、運転電圧ではギャップ間隔ｄで開状態で
あり、断線等に異常昇圧時に導通となり回路の断線等に
伴なう誘導電圧等が発生した場合、その蓄積エネルギー
を速かに逃がすことで各部の部品の損傷を防止出来る。
なおギャップの破壊電圧はエアの湿度、電極表面状態（
ヨゴレ、サビ等）で変化するため密閉構造にしたり、さ
らに安定なガス、窒素等を封入すればさらに信願性が向
上する。
ヨゴレ、サビ等）で変化するため密閉構造にしたり、さ
らに安定なガス、窒素等を封入すればさらに信願性が向
上する。
以上述べたように本発明では高い昇圧比のトランスを使
用せずに高電圧の高周波出力を得ることができるため漂
遊容量等の問題を回避でき。
用せずに高電圧の高周波出力を得ることができるため漂
遊容量等の問題を回避でき。
トランスを小型化するとともに低価格にすることができ
る。
る。
さらに高電圧が発生する整合、昇圧回路近傍に安全回路
を設けたため、数ｍｓ程度の時間遅れによりスイッチ素
子、トランス等の破壊を防止出来るという優れた効果が
得られる。
を設けたため、数ｍｓ程度の時間遅れによりスイッチ素
子、トランス等の破壊を防止出来るという優れた効果が
得られる。
第１図は本発明の実施例を示す全体構成図。
第２図はレーザ装置の光出力特性図、第３図は本発明の
整合昇圧回路の等価回路図、第４図は本発明の等価回路
の変換回路図、第５図は従来の実施例を示す全体構成図
、第６図は従来の昇圧トランスの等価回路図。 １・・・３相交流電源 ２・・・コンバータ装置３・
・・リアクトル ４・・・コンデンサ５・・・イン
バータ装置 ６・・・昇圧トランス７・・・整合昇圧回
路 ８．９・・・放電電極１０・・・レーザ媒質
１１・・・スイッチ素子特許出願人 株式会社小松製
作所 代理人 （弁理士）岡 １）和 喜 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
整合昇圧回路の等価回路図、第４図は本発明の等価回路
の変換回路図、第５図は従来の実施例を示す全体構成図
、第６図は従来の昇圧トランスの等価回路図。 １・・・３相交流電源 ２・・・コンバータ装置３・
・・リアクトル ４・・・コンデンサ５・・・イン
バータ装置 ６・・・昇圧トランス７・・・整合昇圧回
路 ８．９・・・放電電極１０・・・レーザ媒質
１１・・・スイッチ素子特許出願人 株式会社小松製
作所 代理人 （弁理士）岡 １）和 喜 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
Claims (2)
- （１）少なくともいずれか一方に誘電体を介した少くと
も一対の放電電極とこれらの放電電極間に昇圧トランス
により昇圧した交流電圧を印加して両放電電極間に放電
を生じさせる交流放電において，放電電極と昇圧トラン
スの間に整合昇圧回路を設け，整合昇圧回路により昇圧
トランス後の電源電圧を３倍以上昇圧することを特徴と
する交流放電励起レーザ装置。 - （２）少なくともいずれか一方に誘電体を介した少くと
も一対の放電電極とこれらの放電電極間に昇圧トランス
により昇圧した交流電圧を印加して両放電電極間に放電
を生じさせる交流放電において，放電電極と昇圧トラン
ス間に整合昇圧回路と並列にスイッチ素子を設け，回路
の断線等に伴なう異常な昇圧時に導通することを特徴と
する交流放電励起レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30181287A JPH01143374A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 交流放電励起レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30181287A JPH01143374A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 交流放電励起レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01143374A true JPH01143374A (ja) | 1989-06-05 |
Family
ID=17901459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30181287A Pending JPH01143374A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 交流放電励起レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01143374A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5101049A (en) * | 1986-05-13 | 1992-03-31 | Seitetsu Kagaku Co., Ltd. | Novel thiophene derivatives and methods for producing the same |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP30181287A patent/JPH01143374A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5101049A (en) * | 1986-05-13 | 1992-03-31 | Seitetsu Kagaku Co., Ltd. | Novel thiophene derivatives and methods for producing the same |
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