JPH0631161U - レーザ電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］レーザ電源装置の軽量小型化をはかる。 ［構成］三相整流回路１２の出力端子は、平滑用のコン
デンサ１４を介してインバータ回路１６の入力端子に接
続されている。インバータ回路１６のスイッチング・ト
ランジスタＴＲ1 〜ＴＲ4 は、インバータ制御部５０に
よるスイッチング制御によって商用周波数よりも十分に
高い周波数（たとえば１ｋＨｚ）でオン・オフする。イ
ンバータ回路１６の出力端子は変圧器１８の一次側コイ
ルに接続され、変圧器１８の二次側コイルは整流回路２
０の入力端子に接続されている。整流回路２０の出力端
子はランプ点灯用のコンデンサ２２の両端子に接続され
ている。コンデンサ２２は、ランプ点灯用のスイッチン
グ・トランジスタ２４およびダイオード２６を介して励
起ランプ２８に直列接続されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、レーザ励起用のランプを点灯駆動するためのレーザ電源装置に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

この種のレーザ電源装置は、ＹＡＧレーザ等の固体レーザに用いられている。 図３に、従来のこの種レーザ電源装置の回路構成を示す。このレーザ電源装置に おいて、三相入力端子にはたとえば２００Ｖの商用三相交流（Ｒ，Ｓ，Ｔ）が入 力される。入力された商用三相交流は、三相変圧器１００によって、たとえば５ ００Ｖに昇圧される。三相変圧器１００で昇圧された三相交流は、６個のサイリ スタＳＲ1 〜ＳＲ6 を三相ブリッジ結線してなる三相全波整流回路１０２に入力 され、ここで直流に変換される。三相全波整流回路１０２より出力された直流は リアクトル１０４を介してコンデンサ１０６に所定の充電電圧まで充電される。

【０００３】 このコンデンサ１０６は、トランジスタ１０８およびダイオード１１０を介し て励起ランプ１１２と直列接続されている。コンデンサ１０６が所定の充電電圧 まで充電されている状態でトランジスタ１０８がオンすると、コンデンサ１０６ が放電し、その放電電流がランプ電流ＩR として励起ランプ１１２を流れ、ラン プ１１２が点灯する。ランプ１１２が点灯すると、その光エネルギでＹＡＧロッ ド１１４が励起されてレーザ発振する。レーザ発振によりＹＡＧロッド１１４の 両端面から出射されたレーザ光ＬＢは、出力ミラー１１６と反射ミラー１１８と の間で反射を繰り返して増幅ののち、出力ミラー１１６を抜けて出力される。

【０００４】 なお、コンデンサ１０６と並列に、抵抗１２０とトランジスタ１２２とからな る放電回路が接続されている。この放電回路は、コンデンサ１０６の充電電圧が 設定値を越えたときに、コンデンサ１０６を放電させ、充電電圧を設定値まで下 げるものである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

一般に、この種のレーザ電源装置は、レーザ発振部と組み合わさって筐体に収 められ、ユニット型のレーザ装置を構成する。かかる筐体には、レーザ発振部に 冷却水を供給するポンプやタンク等の冷却部も収容されるため、レーザ装置ユニ ット全体の重量は相当なものになる。上記したような従来のレーザ電源装置にお いては、変圧器１００が特に重く、大電力用のものでは約２００ｋｇにもなる。 このように変圧器１００が重いと、それを収容する筐体も頑丈で重くなり、レー ザ装置ユニットの全重量が１トンを越えることもあった。レーザ装置ユニットが これほど重いと、移動させるのも大変であり、また、工場の中二階等に設置して 光ファイバで可搬性のレーザ出射部と接続する場合には装置ユニットを支える部 材および中二階構造を強固なものにしなければならなかった。

【０００６】 本考案は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、軽量小型化したレーザ電源 装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案の第１のレーザ電源装置は、レーザ媒体 に対してレーザ発振用の光エネルギを照射する励起ランプにランプ電流を供給す るレーザ電源装置において、商用交流を直流に変換する第１の整流回路と、前記 第１の整流回路より出力された前記直流を高周波交流に変換するインバータ回路 と、前記インバータ回路より出力された前記高周波交流を昇圧する変圧器と、前 記変圧器より出力された高周波交流を直流に変換する第２の整流回路と、前記第 ２の整流回路より出力された直流を充電するコンデンサと、前記コンデンサを放 電させてその放電電流を前記ランプ電流として前記励起ランプに供給せしめるコ ンデンサ放電手段とを具備する構成とした。

【０００８】 また、本考案の第２のレーザ電源装置は、レーザ媒体に対してレーザ発振用の 光エネルギを照射する励起ランプにランプ電流を供給するレーザ電源装置におい て、商用交流を直流に変換する第１の整流回路と、前記第１の整流回路より出力 された前記直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路 より出力された前記高周波交流を昇圧する変圧器と、前記変圧器より出力された 高周波交流を直流に変換する第２の整流回路と、前記第２の整流回路より出力さ れた直流を所定のスイッチング動作により所定の波形に変換して前記ランプ電流 として励起ランプに供給せしめるスイッチング手段とを具備する構成とした。

【０００９】

【作用】

第１のレーザ電源装置では、商用交流が第１の整流回路で直流に変換され、こ の第１の整流回路より出力された直流はインバータ回路で高周波交流に変換され る。そして、インバータ回路より出力された高周波交流は変圧器で昇圧されてか ら第２の整流回路で直流に変換され、第２の整流回路より出力された直流がラン プ点灯用のコンデンサに供給され、コンデンサを充電する。コンデンサが所定の 電圧まで充電された後、所定のタイミングでコンデンサ放電手段がコンデンサを 放電させることによって、その放電電流がランプ電流として励起ランプに供給さ れ、ランプが点灯する。変圧器は、高周波交流を通すものであるため、軽量小型 のものでよい。

【００１０】 第２のレーザ電源装置では、商用交流が第１の整流回路で直流に変換され、こ の第１の整流回路より出力された直流はインバータ回路で高周波交流に変換され る。そして、インバータ回路より出力された高周波交流は変圧器で昇圧されてか ら第２の整流回路で直流に変換され、第２の整流回路より出力された直流がスイ ッチング手段によって所定の波形に変換されランプ電流として励起ランプに供給 され、ランプが点灯する。このレーザ電源装置でも、変圧器は、高周波交流を通 すものであるため、軽量小型のものでよい。

【００１１】

【実施例】

以下、図１および図２を参照して本考案の実施例を説明する。 図１は、本考案の第１の実施例によるＹＡＧレーザ用のレーザ電源装置の構成 を示す。このレーザ電源装置において、三相入力端子１０は、６個のダイオード Ｄ1 〜Ｄ6 をブリッジ結線してなる三相全波整流回路１２の入力端子に接続され ている。三相全波整流回路１２の出力端子は、平滑用のコンデンサ１４を介して インバータ回路１６の入力端子に接続されている。このインバータ回路１６はブ リッジ結線された４つのスイッチング・トランジスタＴＲ1 〜ＴＲ4 からなり、 駆動回路５２からのインバータ駆動信号Ｆa,Ｆb に応動してトランジスタＴＲ1, ＴＲ3 とトランジスタＴＲ2,ＴＲ4 とが商用周波数よりも十分に高い周波数（た とえば１ｋＨｚ）で交互にオンするように構成されている。

【００１２】 インバータ回路１６の出力端子は変圧器１８の一次側コイルに接続され、変圧 器１８の二次側コイルは４個のダイオードＤ7 〜Ｄ10をブリッジ結線してなる単 相全波整流回路２０の入力端子に接続されている。単相全波整流回路２０の出力 端子はランプ点灯用のコンデンサ２２の両端子に接続されている。このコンデン サ２２は、ランプ点灯用のトランジスタ２４およびダイオード２６を介して励起 ランプ２８に直列接続されている。また、コンデンサ２２と並列に、抵抗３０と トランジスタ３２とからなる放電回路が接続されている。励起ランプ２８に隣接 してＹＡＧロッド３４が配置され、ＹＡＧロッド３４の両端面と対向して出力ミ ラー３６と反射ミラー３８が配置されている。励起ランプ２８およびＹＡＧロッ ド３４は、レーザ冷却部（図示せず）からの冷却水によって冷却される。

【００１３】 このレーザ電源装置には、上記した各部を制御する制御部４０〜５０も設けら れている。点灯制御部４０は、コンデンサ２２が所定の充電電圧に充電されてい る状態下で、ランプ点灯用トランジスタ２４をオンさせ、コンデンサ２２を放電 させる。コンデンサ２２が放電すると、その放電電流はランプ電流ＩR として励 起ランプ２８を流れ、ランプ２８が点灯する。ランプ２８が点灯すると、その光 エネルギでＹＡＧロッド３４が励起されてレーザ発振する。レーザ発振によりＹ ＡＧロッド３４の両端面から出射されたレーザ光ＬＢは、出力ミラー３６と反射 ミラー３８との間で反射を繰り返して増幅ののち、出力ミラー３６を抜けて出力 される。

【００１４】 充電電圧検出回路４２は、コンデンサ２２の両端子（両電極）間の電圧つまり コンデンサ充電電圧を検出し、その電圧検出値を充放電制御部４４に与える。充 放電制御部４４は、コンデンサ２２の充電電圧が設定値を越えたときに、ドライ ブ回路４５を通じてトランジスタ３２をオンにして、コンデンサ２２を抵抗３０ およびトランジスタ３２の放電回路に放電させ、充電電圧を設定値まで下げる。

【００１５】 変圧器１８の一次側回路には、たとえばホールＣＴからなる電流センサ４６が 設けられ、この電流センサ４６からの出力信号を基に電流値測定回路４８で一次 側電流の測定値が求められる。電流値測定回路４８で得られた電流測定値は充放 電制御部４４に与えられる。

【００１６】 充放電制御部４４は、充電電圧検出回路４２からの充電電圧検出値に基づいて コンデンサ２２を所定の充電電圧まで充電させるよう充電信号をインバータ制御 部５０へ送出する。インバータ制御部５０は、充放電制御部４４からの充電信号 に応じて、インバータ回路１６に対する高周波数（１ｋＨｚ）のインバータ制御 信号ｆa,ｆb を生成する。駆動回路５２は、インバータ制御部５０からのインバ ータ制御信号ｆa,ｆb を増幅してインバータ駆動信号Ｆa,Ｆb とし、インバータ 駆動信号Ｆa,Ｆb によってインバータ回路１６のトランジスタＴＲ1 〜ＴＲ4 を スイッチング駆動する。さらに、インバータ制御部５０は、電流値測定回路４８ からの電流検出値に基づいて、コンデンサ２２に対する充電電流Ｉc を定電流制 御によって流すようインバータ制御信号ｆa,ｆb をパルス幅変調するとともに、 異常な電流が流れた時にはスイッチング素子を保護するためにインバータ回路１ ６の動作を停止させる等の制御を行う。

【００１７】 かかる構成のレーザ電源装置において、入力端子１０より入力された、たとえ ば２００Ｖの商用三相交流（Ｒ，Ｓ，Ｔ）は三相全波整流回路１２で直流に変換 される。この三相全波整流回路１２からの直流はインバータ回路１６によって、 たとえば１ｋＨｚの高周波交流に変換され、この高周波交流は変圧器１８によっ て、たとえば５００Ｖまで昇圧ののち整流回路２０に入力されて、ここで直流に 変換され、この直流によってコンデンサ２２が充電される。変圧器１８は、イン バータ回路１６からの高周波交流を通すものであるため、高出力のレーザ発振を 行う場合でも軽量小型の変圧器で足りる。一般には、交流周波数の大きさに反比 例して変圧器の重量は軽くなるとされている。したがって、インバータ周波数を １ｋＨｚにした場合には、商用交流（５０または６０Ｈｚ）をそのまま変圧器に 通す場合（従来の方式）と比較して、変圧器の重量を約１／２０まで軽量化する ことができる。したがって、従来は約２００ｋｇ重の変圧器を使用していたもの を１０数ｋｇ重の変圧器で済ませることができ、電源装置全体ひいてはレーザ装 置全体の大幅な軽量小型化を実現することができ、装置ユニットの移動や設置等 が容易となる。

【００１８】 図２は、第２の実施例によるレーザ電源装置の構成を示す。図中、図１中のも のと同様な構成・機能を有する部分には同一の符号を付してある。上記した第１ の実施例によるレーザ電源装置は高出力パルスの発生あるいは繰り返しパルスの 発振を行うものであるのに対し、この第２の実施例によるレーザ電源装置は連続 発振の可能なものである。

【００１９】 この図２のレーザ電源装置において、単相全波整流回路２０の出力端子は、平 滑コンデンサ６０、スイッチング・トランジスタ６２、平滑用のコイル６４，コ ンデンサ６６、およびダイオード６８を介して励起ランプ２８の電極端子に接続 されている。コイル６４を挟んでコンデンサ６６と並列に接続されたダイオード ７０はコイル６４に蓄積された電磁エネルギを還流させるための還流回路を構成 している。

【００２０】 スイッチング・トランジスタ６２のベースには、スイッチング制御部７２より ＰＷＭ制御信号ＳＡがスイッチング制御信号として駆動回路７４を介して与えら れる。このＰＷＭ制御信号ＳＡによってスイッチング・トランジスタ６２が高周 波でオン・オフ動作することにより、そのコレクタ端子にはパルス幅変調された チョッパ波形の直流電流が得られる。このチョッパ波形の直流電流が平滑用のコ イル６４およびコンデンサ６６を通ることでパルス幅に応じた包絡線波形の直流 電流に変わり、この直流電流がランプ電流ＩR としてダイオード６８を介して励 起ランプ２８に供給される。

【００２１】 ランプ電流ＩR が流れる回路には、たとえばトロイダルコイルからなる電流セ ンサ７６が設けられ、この電流センサ７６の出力信号に基づいて電流値測定回路 ７８がランプ電流ＩR の電流測定値を求める。スイッチング制御部７２は、電流 値測定回路７８からの電流測定値を受け取り、この電流測定値が予め設定された 基準電流波形に倣うようフィードバック方式でＰＷＭ制御を行う。

【００２２】 このレーザ電源装置においては、入力された商用三相交流（Ｒ，Ｓ，Ｔ）を三 相全波整流回路１２で直流に変換し、この直流をインバータ回路１６によって、 たとえば１ｋＨｚの高周波交流にいったん変換し、この高周波交流を変圧器１８ で昇圧してから単相整流回路２０で直流に変換し、この直流をスイッチンク・ト ランジスタ６２でＰＷＭ制御により任意の波形に制御してランプ電流ＩR として 励起ランプ２８に供給するようにしている。このように、このレーザ電源装置で も、変圧器１８はインバータ回路１６からの高周波交流を通すものであるため、 これを軽量小型の変圧器で構成することが可能であり、レーザ電源装置全体ひい てはレーザ装置全体の大幅な軽量小型化を実現できる。

【００２３】 なお、上記した実施例では、三相商用交流を入力したが、単相商用交流を入力 するものでもよい。また、上記実施例ではＰＷＭ制御方式によってインバータ制 御を行うようにしたが、可変周波数制御方式を用いてもよい。さらに、スイッチ ング素子はトランジスタに限らず、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等でもよい。さらにまた、 本考案の電源装置はＹＡＧレーザに限定されるものではなく、励起ランプを用い る任意のレーザ装置に適用可能である。

【００２４】

【考案の効果】 以上説明したように、本考案のレーザ電源装置によれば、商用交流をいったん 直流に変換し、この直流を高周波の交流に変換し、この高周波交流を変圧器で昇 圧してから直流に変換し、この直流でランプ点灯用のコンデンサあるいはスッチ ング手段を介してランプを点灯駆動するようにしたので、軽量小型の変圧器を用 いることが可能であり、電源装置全体を大幅に軽量小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例によるレーザ電源装置の
構成を示す回路図である。

【図２】本考案の第２の実施例によるレーザ電源装置の
構成を示す回路図である。

【図３】従来のレーザ電源装置の構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１２ 三相全波整流回路 １６ インバータ回路 １８ 変圧器 ２０ 単相全波整流回路 ２２ ランプ点灯用コンデンサ ２４ ランプ点灯用トランジスタ ２８ 励起ランプ ４０ 点灯制御部 ５０ インバータ制御部 ６２ スイッチング・トランジスタ ７２ スイッチング制御部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒体に対してレーザ発振用の光エ
   ネルギを照射する励起ランプにランプ電流を供給するレ
   ーザ電源装置において、 商用交流を直流に変換する第１の整流回路と、 前記第１の整流回路より出力された前記直流を高周波交
   流に変換するインバータ回路と、 前記インバータ回路より出力された前記高周波交流を昇
   圧する変圧器と、 前記変圧器より出力された高周波交流を直流に変換する
   第２の整流回路と、 前記第２の整流回路より出力された直流を充電するコン
   デンサと、 前記コンデンサを放電させてその放電電流を前記ランプ
   電流として前記励起ランプに供給せしめるコンデンサ放
   電手段と、 を具備したことを特徴とするレーザ電源装置。
2. 【請求項２】 レーザ媒体に対してレーザ発振用の光エ
   ネルギを照射する励起ランプにランプ電流を供給するレ
   ーザ電源装置において、 商用交流を直流に変換する第１の整流回路と、 前記第１の整流回路より出力された前記直流を高周波交
   流に変換するインバータ回路と、 前記インバータ回路より出力された前記高周波交流を昇
   圧する変圧器と、 前記変圧器より出力された高周波交流を直流に変換する
   第２の整流回路と、 前記第２の整流回路より出力された直流を所定のスイッ
   チング動作により所定の波形に変換して前記ランプ電流
   として励起ランプに供給せしめるスイッチング手段と、 を具備したことを特徴とするレーザ電源装置。