JPH03119774A

JPH03119774A - パルス励起形レーザ装置

Info

Publication number: JPH03119774A
Application number: JP25530189A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Okumura; 奥村　清; Kiyoshi Saito; 清斉藤; Toshimasa Imaoka; 今岡　敏正; Kazumago Nishimura; 西村　和孫; Akio Nakazawa; 彰男中沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-10-02
Filing date: 1989-10-02
Publication date: 1991-05-22

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、パルス励起形レーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

パルス励起形レーザ装置は、溶接、穴あけ、焼入れ、マ
ーキング等の加工に使用する。かかるレーザ装置は、励
起源としてフラッシュランプを使用し、このフラッシュ
ランプに台形状の電流を印加すると、その台形状の電流
に相似のレーザ出力を得る。

かかるパルス励起形のレーザ装置の従来例には、特開昭
５８−２１２１８８号、特開昭６０−４９６８８号があ
る。この２つの従来例は、フラッシュランプへの電流供
給源として、パルス整形回路（パルスフォーミングネッ
トワーク、ＰＦＮと略）を使用する。ＰＦＮは、コンデ
ンサとチョークコイルとより成るＣＬ回路を多段（カス
ケード）接続した回路であり、その一端には充電用直流
電源を接続し、他端に上記フラッシュランプを負荷とし
て接続する。かかる接続を第９図に示す。ＰＦＮＩＯは
、４段接続のＣＬ回路であり、各段のコンデンサ１４，
１６，１８．２０の容量はＣＯ＋チョークコイル１５．
１７，１９．２１のインダクタンスはり、である。直流
源１１は、ＰＦＮＩＯへの充電電源であり、サイリスタ
１３は、フラッシュランプ１２へ放電タイミング決定用
に使用する。

動作は、以下の通りである。先ず直流電源１１からＰＦ
ＮＩＯへ電流を送り各コンデンサ１４〜２０を充電する
。充分に充電された時点で、サイリスタ１３をＯＮすれ
ば、ＰＦＮＩＯからサイリスタ１３を通してフラッシュ
ランプ１２へ放電が行われる。この放電は、各段のコン
デンサからチョークコイルを介して行われる。この結果
、ＰＦＮＩＯの出力電流は、第１０図に示す如く台形状
電流となる。レーザ出力は、この台形状電流に相似の波
形となる。

このＰＦＮを使ったレーザ装置側を第１１図に示す。

この従来例は、特開昭６１−２２４３８１号に記載され
るでいる。パルス励起固体レーザ部は、２枚の反射ミラ
ー２０，２１、固体レーザ媒質２２、シャッタ２３、フ
ラッシュランプ１２より成り、これを制御する手段とし
て、ＰＦＮＩＯ、サイリスタ１３．２７、駆動回路２５
，２６、コントローラ２４を有する。駆動回路２６は、
シャッタ２３の開閉制御を行う。シャッタ２３が閉じて
いるときは、フラッシュランプ１２が点灯しても、レー
ザ出力は外部に取出せない。

フラッシュランプ１２の点灯はサイリスタ１３をＯＮし
てＰＦＮＩＯから電流を通電すればよい。これにより、
レーザ光が放射する。

一方、フラッシュランプ１２の消灯は、サイリスタ２７
をＯＮすればよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

特開昭６１−２２４３８１号、ＰＦＮたるＣＬ回路の各
段にあってはＣ０ｔＬＯと同一値であるが故に、各段で
のインピーダンスが同一となり、インピーダンスマツチ
ングを図っている。然るに、サイリスタ２７による励起
ランプ電流遮断時にはＰＦＮＩＯ内のチョークコイルに
は、インダクタンス成分の故に電流急変時によるサージ
が発生することになる。

しかし、特開昭６１−２２４３８１号にはこのサージに
関する記載はない。

サージが発生すると、ＰＦＮの内部閃絡等の絶縁故障と
いった問題が生ずる。

一方、レーザ光出力波形は、励起電流波形で定まるが、
この電流の半値幅を第２のサイリスタ２７を用いること
なく短くすることは、ＰＦＮ内での抵抗成分の存在、Ｐ
ＦＮ内でのＣ，Ｌ回路定数による制限、といった点から
困難であった。

本発明の目的は、パルス幅を短くできるレーザ装置を提
供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ＰＦＮのコンデンサとチョークコイルとを全
部同一値とするのではなく、フラッシュランプに近い程
Ｃ，Ｌを大きくし、フラッシュランプに遠い程Ｃ，Ｌを
小さくしたものであり、且つ各段のＣとＬどの比を一定
にせしめたものである。

〔作　用〕

本発明によれば、励起パルスの立上り特性はフラッシュ
ランプに近いＣとＬによって定まる故にランプに適合し
たものとなり、励起パルスの立下り特性はフラッシュラ
ンプに遠いＣとＬによって定まる故に急なものとなる。

〔実施例〕

第１図は本発明のＰＦＮの実施例図である。本実施例で
は、回路構成は従来と同じＣとＬとの各膜結合形のＰＦ
Ｎであるが、コンデンサ２１，２３，２５゜２７とチョ
ークコイル２２，２４，２６．２８の静電容量Ｃ４゜Ｃ
３，Ｃ２，ＣいインダクタンスＬ４．Ｌ、、Ｌ、。

Ｌｌを次の如く設定した値とする。

Ｃ＋　＞　Ｃ２＞　Ｃ３＞　Ｃ４・・・・・・（１）Ｌ
　Ｉ＞　Ｌ　２　＞　Ｌ　３　＞　Ｌ　４・・・・・・
（２）ここで、（３）式は、各段でのインピーダンスマツチン
グ条件であり、これによりサージ発生は防止できる。（
１）、（２）式は、励起パルスの波形決定要因をなし、
フラッシュランプ１２に近い側のＣ。

Ｌにより立上りの改善をはかり、フラッシュランプ１２
に遠い側のＣ，Ｌにより立下りを急峻なものとする。

ここで、その理由を述べる。ＰＦＮＩＯからフラッシュ
ランプ１２への放電は、チョークコイル２８゜２６．２
４．２２の存在により、最も近いコンデンサ２７が最初
にパルスを形成する。次いで、チョークコイル２８の存
在分だけ遅れてコンデンサ２５がコンデンサ２７のパル
ス波形に重畳する。以下、チョークコイル２６と２８の
存在分だけ遅れてコンデンサ２３が続き、最後にチョー
クコイル２４と２６と２８の存在分だけ遅れてコンデン
サ２１がパルス波形を形成する。

この結果は、台形状のパルス波形となるのであるが、フ
ラッシュランプ１２に近いコンデンサ程大きな電荷（Ｑ
＝Ｃ■）を持つ故に、大きなパルス電流（波形）となる
。これは立上げ時の現象である。

一方、フラッシュランプ１２に遠いコンデンサでは小さ
な電荷を持つ故に、かなり遅く放電をすると考えてよい
。従って、立下りは遠いコンデンサの影響を受けること
になり、急峻な立下りとなる（と解する）。

本実施例のパルス波形例を従来例のパルス波形と対比す
る。

第２図（イ）は第２図（ロ）の従来例でのＣ，Ｌ各設問
−例でのパルス波形図である。Ｃ０＝５５μＦ。

Ｌ　ｏ＝　６５μＨに設定した場合のフラッシュランプ
１２に印加する電流（放電電流）波形が第２図（イ）で
ある。この波形では、パルス幅は０．２６ａ＋ｓとなる
。

かかる第２図（イ）では、立上りのピーク部分Ｐ１は低
く、且つ立下りの一部Ｐ２に凹みが発生する。

一方、第３図（イ）は、第３図（ロ）の本実施例でのＣ
，Ｌ各段異ならしめた場合でのパルス波形図である。、
Ｃ０＝５５μＦ、Ｃ２＝２７．５ｆμＦ、Ｃ３＝１６．
５μＦ、Ｃ４＝１１μＦ、Ｌ、＝６５μＨ，Ｌ２＝３２
．５μＨ，Ｌ３＝１９．５μＨ，Ｌ４＝１３μＨに設定
した。ここで、Ｌ、＝Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４．Ｃｌ＝Ｃ２＋
ｃ３＋Ｃ，の関係であり、且つＬ　Ｉ　＝　Ｌ　Ｏ＋　
ＣＩ　＝　ＣＯとした。これによって、回路定数上は、
第２図（ロ）と第３図（ロ）とは同一条件とみることが
できる。さて、第３図（ロ）の回路によるパルス波形図
である第３図（イ）からは、立上りのピーク部分Ｐｌが
高くなっていること、立下りの凹みの部分Ｐ２が解消さ
れていることがわかる。パルス幅は０．２２ｍ５と短縮
できる（約８５％に短縮）。更に、ランプ特性に適合し
た特性となった。

第４図は次第２図（ロ）の従来回路でのコンデンサ２０
．１８からの放電電流波形１．１２を示す（この波形は
シミュレーション結果である）。振動を繰返しながら放
電電流が減衰していることがわかる。

この放電電流波形１．と１２とが重畳してフラッシュラ
ンプ１２へ印加するパルスとなる。この重畳波形が第２
図（イ）となる。

第５図は第３図（ロ）の本実施例でのコンデンサ２７．
２５からの放電電流波形ｆｌｙ　Ｉ２、第６図は第３図
の（ロ）の本実施例でのコンデンサ２３．２１からの放
電電流波形１３＋　　１４を示す。いずれもシミュレー
ション結果を示す。フラッシュランプ１２へ印加するパ
ルスは、Ｉ　Ｉ　ｅ　　Ｉ　２＊　Ｉ　３．Ｉ　４との
重畳したものとなる。この重畳波形が第３図（イ）とな
る。

尚、第４図〜第６図によれば、振動は繰返し行われて、
回路で定まる時定数に従って減衰する。

さて、この第４図〜第６図の波形の中で、第２図（イ）
、第３図（イ）の波形に寄与するのは最初の２波程度で
あり、残りの波は重畳の結果零とし、結果として関係な
くなる。

第７図は充電電源たる直流電源１１をコンデンサ２７の
両端に接続した実施例図である。この接続実施例によれ
ば、充電は従来例と変わることなく行われると共に、放
電も従来例と変ることなく行われる。

第８図（イ）はＰＦＮのコンデンサの他の実施例図であ
る。単一容量Ｃ，のコンデンサを用意しておき、これを
組合せて他の容量を形成せしめた実施例図である。即ち
、コンデンサ２５を２つのＣ。

の直列回路、コンデンサ２３を４つのＣ１の直列回路で
コンデンサ２１を８個のＣ，の直列回路で構成した。第
８図（ロ）はチョークコイル２２の直列の組合せて各チ
ョークコイル２４，２６．２８を構成せしめた実施例図
である。これらの実施例によれば標準化をはかれる。第
８図（イ）、（ロ）の組合せも可能である。尚、直列化
ではなく並列化した接続であってもよい。

本実施例によれば、パルス幅が短くなることから同一の
出力（Ｊ）でもピークパワー（Ｗ）を大きくなることが
できる、且つ従来に比してより速い加工作業が可能とな
った。このため特にマーキング加工では、マーキング面
の対象物を瞬時に蒸発させることができ、すすの発生を
少なくできる。

尚、段数としては、２段以上が好ましい。更に、各段の
ＣとＬとを（１）弐〜（３）式を満足した範囲で変更で
きるので種々の任意の波形特性を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ランプ特性に適合した特性を得ること
ができる。更に、（３）式を満足するが故にサージ発生
はない。更に、電流半値幅の短い電流をフラッシュラン
プに供給できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ＰＦＮの実施例図、第２図は従来例の波
形説明図、第３図は本実施例の波形説明図、第４図は従
来の放電波形例図、第５図及び第６図は本実施例の放電
波形例図、第７図は本発明のＰＦＮの他の実施例図、第
８図はＰＦＮの更に他の実施例図、第９図は従来のＰＦ
Ｎの回路側図、第１０図はその放電波形図、第１１図は
従来のレーザ装置を示す図である。１０・・・波形整形回路（ＰＦＮ）、１１・・・充電電
源（直流電源）、１２・・・フラッシュランプ、１３・
・・サイリスタ、２１，２３，２５．２７・・・コンデ
ンサ、２２，２４，２６゜２８・・・チョークコイル。 □を集　１　図纂　２［ −１稟稟デ図拓０図稟／／

Claims

【特許請求の範囲】１、波形整形回路と、該波形整形回路の放電電流が入力
するフラッシュランプと、該ランプを励起源とするレー
ザ発生部とより成るパルス励起形レーザ装置において、上記波形整形回路は、コンデンサとチョークコイルとよ
り成るＣＬ回路を多段縦続結合した構成より成り、且つ
フラッシュランプに近い側のコンデンサの静電容量及び
チョークコイルのインダクタンスの値を、フラッシュラ
ンプに遠い側のコンデンサの静電容量及びチョークコイ
ルのインダクタンスの値に比して大きく設定し、且つ各
段の静電容量とインダクタンスの比を略同一値と設定し
てなるパルス励起形レーザ装置。２、上記波形整形回路のフラッシュランプに最も近いコ
ンデンサの静電容量をＣ＿１とするとき、残りのコンデ
ンサは、この静電容量Ｃ＿１を持つコンデンサを直列接
続して形成した請求項１のパルス励起形レーザ装置。３、上記波形整形回路のフラッシュランプに最も遠いチ
ョークコイルのインダクタンスをＬとするとき、残りの
チョークコイルは、このインダクタンスＬのチョークコ
イルを直列接続して形成した請求項１のパルス励起形レ
ーザ装置。４、上記波形整形回路への充電直流電源は、縦続結合部
のいずれかに接続してなる請求項１のパルス励起形レー
ザ装置。５、波形整形回路と、該波形整形回路の出力側に設けた
第１のサイリスタと、該第１のサイリスタを介しての放
電電流が入力するフラッシュランプと、該ランプを励起
源とするレーザ発生部と、該レーザ発生部内の２つの反
射鏡の一方の反射鏡の手前に設けたシャッタと、上記第
１のサイリスタの出力端に接続された転流用の第２のサ
イリスタと、より成るパルス励起形レーザ装置において
、上記波形整形回路は、コンデンサとチョークコイルとよ
り成るＣＬ回路を多段縦続結合した構成より成り、且つ
フラッシュランプに近い側のコンデンサの静電容量及び
チョークコイルのインダクタンスの値を、フラッシュラ
ンプに遠い側のコンデンサの静電容量及びチョークコイ
ルのインダクタンスの値に比して大きく設定し、且つ各
段の静電容量としてインダクタンスの比を同一値と設定
してなるパルス励起形レーザ装置。