JPH0439984A - レーザ発振器 - Google Patents

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、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間するものである。

従来の技術 一般的なレーザ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
ｌには、各放電管ごとに陽極２と陰極３からなるＩｌｌ
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ｌ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ｌの両端部分の陰極電極３．３近傍と中央
部の陽極電極２閏は略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ｌ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ｌＯ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２００■を整流スタック１１で
受は整流した後、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１
６で整流したあと、高圧コンデンサ１７で平滑し、放電
管ｌの陽極２と陰極３間に電圧が印加される。

一方、基準スイッチング周波数を設定するスイッチング
周波数設定回路（ＦＭ回路）１Ｂ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オン時間
を決定する出力設定回路１９　（ＰＷＭ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１３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、電源電圧が変動すると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、電源電圧が変動しても、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、電源の交流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
媒買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、電源交流電圧を検出する電
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
供給する電源交流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
閉を、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
電力を供給する電源交流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カ）らなるスイッチング低圧電源が接続され
ている。

更に、そのスイッチング低圧電源においては次のような
手段が設けられている。即ち、電圧変換器２１は、ＡＣ
交流電源の交流電圧を変換する手段、整流器３１はその
電圧変換器２１の出力を整流する手段、平滑コンデンサ
３０は、その整流された電圧を平滑する手段である。ま
た、基準電圧信号発生回路２４は、予め決められた基準
となる電圧を出力する回路であり、誤差増幅器２２はそ
の基準電圧信号と、前記平滑コンデンサ３０からの出力
信号とを入力し、その差を増幅する手段である。スイッ
チング低圧電源の出力設定回路（ＰＷＭ）２Ｂは、その
増幅された差信号を入力し、それに対応したスイッチン
グオン時閉信号を発生する手段である。さらに、スイッ
チング低圧電源のスイッチング周波数設定回路２９は、
固定のスイッチング周波数を設定する回路である。そし
て、スイッチング低圧電源のドライブ回路２３は、その
スイッチング周波数信号と前記スイッチング周波数信号
を人力し、その周波数１つそのスイッチングオン時閉で
、スイッチング低圧電源のスイッチング素子２５を制御
する手段である。なお、電圧変換器２Ｎ、整流器３１、
平滑コンデンサ３０は、電圧検出手段の一例である。放
電管１、陽極２、陰極３、整流スタックＩＣ１次側平滑
コンデンサ１２、スイッチング素子１３、ドライブ回路
１４、高周波トランス１５、高速高圧整流器１６、高圧
コンデンサ１７、スイッチング周波数設定回路１８、出
力設定回路（ＰＷＭ）］　９、出力命令設定回路２ｏは
、第１図、第８図のものと同じであるのでその説明を省
略する。

次に、本発明の主要な動作に付いて説明する。

第３図に、電源交流電圧が基準電圧に対して＋側に撮れ
た場合（Ａ）、基準電圧時（Ｂ）および−例に振れた場
合（ｃ）に、スイッチング低圧電海内のドライブ回路２
３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、電源の交流電圧が低下すると、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に人力されるので、その降下差が出力設定回路２
８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閉
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。また電源の交流電圧が上昇すると、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
合について電源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、電
源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、スイッチング高圧電
源からの出力電力は安定になり、レーザ出力は電源電圧
に依存しないようになる。

このように、電源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、電源の電圧に依存せず、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、電圧検出手段の一例としての電
圧検出器２１が電源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３２（ＦＭ回路）に出力するよう
になっている。

その出力設定回路３２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３３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３２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３３
からの固定されたスイッチングオン時間設定値を人力し
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。

なお、スイッチング周波数設定回路（ＦＭ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
イッチングオン時間を決定する出力設定回路（ＰＷＭ回
路）１９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１３のゲートに送
る点等については、従来と同様である。

次に、本発明の主要な動作に１寸いて説明する。

第６図に、電源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て
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、電源交流電圧が低下すると、電圧検出器２１が
それを検出する。そして、誤差増幅器２２に人力される
。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に人力されるので、その降下差が出力設定回路
３２へ人力される。そこで、出力設定回路３２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閉設定路３３からの固定され
たスイッチングオン時閉で、スイッチング素子２５をス
イッチングする。また電源の交流電圧が上昇すると、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、電源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、
電源の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、レーザ出力は電源の電圧
に依存しないようになる。

このように、電源交流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、電源の電圧に依存せず、レーザ出力も安定化す
る。

発明の詳細 な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、電源交流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図は電源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−例に振
れた場合（Ｃ）に、同実施例の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、電源電圧の
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図は電源電圧が基準電圧に
対して＋側に振れた場合（Ａ）、基準電圧時（Ｂ）およ
び−例に振れた場合（Ｃ）に、同実施例のスイッチング
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、電
源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、ｌＯ・・・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・・・スイッチング周波数設
定回路、１９・・・出力設定回路（ＰＷＭ回路）、２０
・・・出力命令設定回路、２１・・・電圧検出手段、２
２・・・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）、２
９・・・スイッチング低圧電源スイッチング周波数設定
回路、３０・・・平滑コンデンサ、３１・・・整流回路
、３２・・・出力設定回路、３３・・・スイッチングオ
ン時間設定回路。 代理人　弁理士　松　１）正　道 第 図 第 図 第 図 ｔ３１４ｔＳ−ｔ　ｔａ　ｓ　１！３　ｋ　（’１０）
第６図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、スイッチングオン時間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、電源の交流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. （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、電源交流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。