JPH077203A - パルスレーザの電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パルスレーザの電源装置において、フラッシュ
ランプに流れる電流波形を任意に可変制御できるように
する。 【構成】直流電源２で蓄電された大容量コンデンサ３よ
りスイッチ回路４を用いてパルス状の電流Ｉ₁を放電す
ると共に、直流電源１４で蓄電された大容量コンデンサ
１５よりスイッチ回路１６を用いて電流Ｉ₂をパルス状
に放電する。そして、電流Ｉ₁及びＩ₂を合成（加算）し
たランプ電流Ｉ_Lをフラッシュランプ７に供給する。ま
た、コントロール回路１３のパルス幅設定部１３ａでス
イッチ回路４及び１６による開閉時間を設定し、電圧設
定部１３ｄで大容量コンデンサ３及び１５の蓄電電圧を
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フラッシュランプで発
振素子を励起しレーザ光を発生させるパルスレーザ発振
器に係わり、特にフラッシュランプに流れる電流波形を
制御することが可能なパルスレーザの電源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＹＡＧレーザ等の固体レーザを発振させ
るレーザ発振器は、レーザ発振を起こすＹＡＧロッド等
の発振素子と、そのロッドに光を照射して励起エネルギ
を与えるフラッシュランプとを備えており、フラッシュ
ランプをパルス状に発光させることによってパルス状の
レーザ光を発振させる。また、このフラッシュランプに
は直流電源と大容量コンデンサとスイッチ回路とが結線
されており、直流電源で予め蓄電した大容量コンデンサ
よりスイッチ手段を用いて電荷をパルス状に放電させ、
この放電によってフラッシュランプにパルスエネルギが
供給され、フラッシュランプがパルス状に発光する。こ
のフラッシュランプの出力は、スイッチ手段によるパル
ス状の放電時間と大容量コンデンサの蓄電電圧によって
制御される。

【０００３】上記のようなレーザ光を用いて例えば溶接
などの加工を行う場合、加工する材料や加工形状によっ
てフラッシュランプを流れる電流（以下、ランプ電流と
いう）のパルス波形の形状を変化させる制御、即ち波形
制御を行うと良質な加工ができるとされている。

【０００４】このようなランプ電流の波形制御を行う従
来の技術として、特開平４−１４４０９８号公報に記載
のものが知られている。この特開平４−１４４０９８号
公報においては、前述のような大容量コンデンサとスイ
ッチ回路とを用いてフラッシュランプを発光させる構成
に加え、コンデンサとコイルとスイッチング素子とで構
成される少なくとも２つの共振充電回路を大容量コンデ
ンサに並列接続しており、大容量コンデンサから放電さ
れる電流波形に共振充電回路より放電される電流波形を
合成することにより、ランプ電流の電流波形を制御して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のフラッシュラン
プに直流電源と大容量コンデンサとスイッチ回路とを単
純に結線しただけの構成では、ランプ電流は大容量コン
デンサの蓄電電圧に依存する自然放電のみとなるため、
その波形制御は不可能である。

【０００６】また、特開平４−１４４０９８号公報に記
載の構成においては、大容量コンデンサからの放電によ
りこれに並列接続された共振充電回路が充電され、この
共振充電回路が充電されるのを待って波形制御が行われ
ることになる。従って、この共振充電回路の充電中は波
形制御ができず、例えばパルスの立ち上がり点からの波
形制御ができない。また、共振充電回路の充電電圧は共
振充電回路に含まれるコイルのインダクタンスに依存す
るため、ランプ電流の波形制御の目的で上記充電電圧を
変更しようとするとコイルを取り替える必要がある。従
って、共振充電回路からの放電電流を任意に可変制御す
ることが困難である。

【０００７】本発明の目的は、フラッシュランプに流れ
る電流波形を任意に可変制御できるパルスレーザの電源
装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、フラッシュランプにパルス状の電
流を供給して前記フラッシュランプを発光させ、この発
光により発振素子を励起してレーザ光を発生させるパル
スレーザの電源装置において、直流電源及びこの直流電
源で蓄電されるコンデンサを並列に接続した充電回路が
少なくとも２つ直列に接続され、前記充電回路の各々の
出力端には前記コンデンサからの放電をパルス状に行わ
せるスイッチ手段がそれぞれ設けられ、前記スイッチ手
段の各々の出力端は共に前記フラッシュランプの入力端
に接続されると共に、前記スイッチ手段の各々を流れる
放電電流の波形を可変制御する制御手段が設けられてい
ることを特徴とするパルスレーザの電源装置が提供され
る。

【０００９】上記パルスレーザの電源装置において、好
ましくは、各々の前記制御手段は、前記スイッチ手段に
よるパルス状の開閉時間をそれぞれ設定するパルス幅設
定部と、前記直流電源の各々による前記コンデンサの各
々の蓄電電圧をそれぞれ設定する電圧設定部とを有す
る。

【００１０】

【作用】上記のように構成した本発明においては、並列
に接続された各々の充電回路においてコンデンサが直流
電源で蓄電され、充電回路の各々の出力端に設けられた
スイッチ手段を閉じることにより上記各コンデンサから
電荷がパルス状に放電される。そして、スイッチ手段の
各々の出力端が共にフラッシュランプの入力端に接続さ
れていることにより、上記各コンデンサから放電された
パルス状の電流が合成（加算）されてフラッシュランプ
に供給される。また、各充電回路が直列に接続されてい
ることにより、この時の放電電圧は各直流電源の電圧、
即ち各コンデンサの蓄電電圧を合成（加算）した値とな
る。

【００１１】上記のようにして合成された電流がフラッ
シュランプに供給され、フラッシュランプがパルス状に
発光する。このフラッシュランプの発光により発振素子
が励起されてレーザ光が発生する。また、制御手段にお
いて、各スイッチ手段の開閉時間や各直流電源による各
コンデンサの蓄電電圧を変化させることにより、各充電
回路からの放電電流の波形を制御することが可能とな
り、従って、これら放電電流を合成して得られる電流、
即ちフラッシュランプに流れるランプ電流の電流波形を
任意に可変制御することが可能となる。

【００１２】また、上記充電回路を２個以上直列に接続
することにより、各々の充電回路からの放電電流の波形
を別個に制御すれば、これらを合成したフラッシュラン
プに流れるランプ電流の電流波形をさらに複雑に可変制
御することが可能となる。さらにこの場合、多数の充電
回路、即ち直流電源を直列に接続することになるため、
高電圧をフラッシュランプに印加することが可能とな
り、高電流をフラッシュランプに流すことが可能とな
る。従って、パルスレーザのピークパワー、即ち出力を
増大することができ、板厚の厚い材料も加工可能とな
る。

【００１３】また、上記制御手段におけるランプ電流の
電流波形の可変制御は次のように各部を設定することに
より行われる。即ち、各々のスイッチ手段によるパルス
状の開閉時間がパルス幅設定部によってそれぞれ設定さ
れることにより、各々の充電回路から放電される電流の
放電時間がそれぞれ制御される。また、直流電源の各々
によるコンデンサの各々の蓄電電圧が電圧設定部で設定
されることにより、各々の充電回路の放電電圧がそれぞ
れ制御される。

【００１４】

【実施例】本発明によるパルスレーザの電源装置の一実
施例について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は、本実施例のパルスレーザの電源装置の構成図で
ある。図１においてパルスレーザの電源装置において、
商用電源１からの交流電流を直流に整流する２つの直流
電源２及び１４が設けられており、直流電源２及び１４
にそれぞれ並列に大容量コンデンサ３及び１５が接続さ
れている。また、上記直流電源２と大容量コンデンサ３
によって充電回路３ａが、直流電源１４と大容量コンデ
ンサ１５によって充電回路１５ａが構成され、充電回路
３ａの出力端にはスイッチ回路４が、充電回路１５ａの
出力端にはスイッチ回路１６が接続されており、さらに
スイッチ回路４の出力端及びスイッチ回路１６の出力端
はレーザ光を発振するレーザ発振器１２の入力端に接続
されている。また、レーザ発振器１２に並列にシマー回
路５及びトリガ回路６が接続されている。さらにこれに
加え、装置全体の制御を行う制御手段としてのコントロ
ール回路１３が設けられている。

【００１５】コントロール回路１３は、スイッチ回路４
及びスイッチ回路１６におけるそれぞれのパルス状の開
閉時間、即ちパルス幅を設定するパルス幅設定部１３ａ
と、直流電源２及び直流電源１４のそれぞれの電圧、即
ち大容量コンデンサ３及び大容量コンデンサ１５のそれ
ぞれの蓄電電圧を設定する電圧設定部１３ｂと、上記各
設定部におけるパルス幅や電圧等の設定値を外部から入
力する入力部１３ｃとを備える。

【００１６】レーザ発振器１２は、光励起型の固体レー
ザであり、クリプトンランプやキセノンランプ等からな
る励起用のフラッシュランプ７を発光させると、そのエ
ネルギによってＹＡＧロッド等の発振素子９がレーザ光
を発生する。レーザ光はエンドミラー８と出力ミラー１
０との間で共振し、ある強度に達すると出力ミラー１０
から外部に出ていく。

【００１７】フラッシュランプ７にはシマー回路５によ
り予め設定された電圧（シマー電圧）が印加され、この
状態のフラッシュランプ７のまわりのトリガ電極１１に
トリガ回路６で電場をかけることによりフラッシュラン
プ７にシマー電流が流されている。このシマー電流は、
フラッシュランプ７が安定して発光しレーザ発振が安定
に行えるように予め流される微弱な電流である。

【００１８】以上の構成において、運転時には以下のよ
うな動作が行われる。まず、商用電源１から例えばＡＣ
２００（Ｖ）の電力が直流電源２及び１４に供給され
る。直流電源２及び１４は交流を直流に整流し、コント
ロール回路１３の電圧設定部１３ｂからの信号Ｔ₁とＴ₂
とにより、予め設定されたそれぞれの電圧で大容量コン
デンサ３及び１５が別々に蓄電される。大容量コンデン
サ３及び１５が蓄電されると、スイッチ回路４及び１６
はコントロール回路１３のパルス幅設定部１３ａからの
コントロール信号Ｓ₁とＳ₂により、予め設定されたパル
ス幅で大容量コンデンサ３及び１５に蓄えられた電荷を
パルス状に放電する。

【００１９】パルス幅設定部１３ａから設定されるスイ
ッチ回路４及び１６の開閉時間、及び電圧設定部１３ｂ
から設定される大容量コンデンサ３及び１５の蓄電電圧
は一般に異なっており、このため、スイッチ回路４から
放電される電流波形とスイッチ回路１６から放電される
電流波形とは異なる。そして、これらスイッチ回路４及
び１６から放電された電流が合成（加算）され、ランプ
電流としてフラッシュランプ７に流れる。フラッシュラ
ンプ７には前述のように予めシマー電流が流されてお
り、この状態で上記ランプ電流が供給されることによ
り、フラッシュランプ７は発光する。このフラッシュラ
ンプ７の発光により発振素子９はパルスエネルギを得、
励起されてパルス状にレーザ光を発生する。

【００２０】図２はこの時の電流波形が形成される過程
の一例を説明する図である。パルス幅設定部１３ａから
図２（ａ）に示すパルス幅のコントロール信号（短形パ
ルス信号）Ｓ₁がスイッチ回路４に入力されるとスイッ
チ回路４はそのパルス幅に相当する時間間隔だけ回路を
閉じる。この時の放電電圧は図２（ｂ）に示すように大
容量コンデンサ３の充電電圧Ｖ₁となる。そして、図２
（ｃ）に示すように、この電圧Ｖ₁に応じた電流Ｉ₁が放
電される。

【００２１】また、パルス幅設定部１３ａから図２
（ｄ）に示すパルス幅のコントロール信号（短形パルス
信号）Ｓ₂がスイッチ回路１６に入力されるとスイッチ
回路１６はそのパルス幅に相当する時間間隔だけ回路を
閉じる。この時の放電電圧は図２（ｅ）に示すように大
容量コンデンサ１５の充電電圧Ｖ₂となる。そして、図
２（ｆ）に示すように、この電圧Ｖ₂に応じた電流Ｉ₂が
放電される。

【００２２】また、充電回路３ａ及び１５ａが直列に接
続されているため、フラッシュランプ７に印加される電
圧は、図２（ｇ）に示すように２つの充電回路からの放
電電圧、即ち大容量コンデンサ３及び１５の蓄電電圧Ｖ
₁とＶ₂を合成（加算）した波形となる。さらに、ランプ
電流としてフラッシュランプ７に流れる電流Ｉ_Lは、図
２（ｈ）に示すように充電回路３ａからの電流Ｉ₁と充
電回路１５ａからの電流Ｉ₂とを合成（加算）した波形
となる。即ち、図２の例において、フラッシュランプ７
にはスイッチ回路４が閉になっている間だけ電流Ｉ₁と
Ｉ₂とを加算した電流が流れ、他の期間は電流Ｉ₂が流れ
ることになる。

【００２３】実際の運転時においては、ある一定のパル
スレーザの周期、従ってパルスレーザの周波数が入力部
１３ｃより予め入力されており、この周期毎に上記説明
した動作、即ちパルス幅設定部１３ａ、電圧設定部１３
ｂからの各設定値に基づく信号の出力、大容量コンデン
サ３及び１５の蓄電、スイッチ回路４及び１６の閉動
作、充電回路３ａ及び１５ａからの放電が行われ、波形
の制御が行われたランプ電流Ｉ_Lが一定周期でパルス状
にフラッシュランプ７に流れ、レーザ光が一定周期でパ
ルス状に発振する。

【００２４】また、パルス幅設定部１３ａにおけるコン
トロール信号Ｓ₁及びＳ₂のパルス幅はそれぞれ任意に設
定可能であり、しかも大容量コンデンサ３及び１５の蓄
電電圧は電圧設定部１３ｂからのコントロール信号Ｔ₁
及びＴ₂によりそれぞれ任意に設定可能であることによ
り、フラッシュランプ７に流れるランプ電流Ｉ_Lの電流
波形を任意に可変制御することができる。

【００２５】図１では２つの充電回路を用いたが、さら
に多くの充電回路を用い、これらを直列に接続すること
により、各々の充電回路からの放電電流の波形を別個に
制御すれば、これらを合成したフラッシュランプに流れ
るランプ電流の電流波形をさらに複雑に可変制御するこ
とが可能となる。例えば、３つ充電回路を用いてこれら
を直列に接続すれば、図３（ａ）に示す第１の充電回路
からの放電電流Ｉ₁と、図３（ｂ）に示す第２の充電回
路からの放電電流Ｉ₂と、図３（ｃ）に示す第３の充電
回路からの放電電流Ｉ₃とを合成することにより、図３
（ｄ）に示すような複雑な波形のランプ電流Ｉ_Lを得る
ことができる。

【００２６】さらに、多数の充電回路、即ち直流電源を
直列に接続することにより、高電圧をフラッシュランプ
に印加することが可能となり、高電流をフラッシュラン
プに流すことが可能となる。従って、パルスレーザのピ
ークパワー、即ち出力を増大することができ、板厚の厚
い材料も加工可能となる。

【００２７】以上のように本実施例においては、充電回
路３ａからの電流Ｉ₁と充電回路１５ａからの電流Ｉ₂と
を合成（加算）したランプ電流Ｉ_Lがフラッシュランプ
７に流れる。この時、パルス幅設定部１３ａにおけるコ
ントロール信号Ｓ₁及びＳ₂のパルス幅はそれぞれ任意に
設定可能であり、また大容量コンデンサ３及び１５の蓄
電電圧は電圧設定部１３ｂからのコントロール信号Ｔ₁
及びＴ₂によりそれぞれ任意に設定可能であるので、フ
ラッシュランプ７に流れるランプ電流Ｉ_Lの電流波形を
任意に可変制御することができる。

【００２８】また、多数の充電回路を用いてこれらを直
列に接続することにより、各々の充電回路からの放電電
流の波形を別個に制御すれば、ランプ電流の電流波形を
さらに複雑に可変制御することができる。この場合、高
電圧をフラッシュランプに印加することが可能となり、
パルスレーザのピークパワー、即ち出力を増大すること
ができ、板厚の厚い材料も加工可能となる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも２つの充電
回路を直列に接続し、各充電回路から放電される電流波
形をそれぞれ独立に制御するので、合成されたランプ電
流の電流波形を任意に可変制御することができる。

【００３０】また、多数の充電回路を用いるので、ラン
プ電流の電流波形をさらに複雑に可変制御することがで
きる。

【００３１】さらに、高電圧をフラッシュランプに印加
することが可能となり、パルスレーザのピークパワー、
即ち出力を増大することができ、板厚の厚い材料も加工
可能となる。

【００３２】従って、本発明によれば、例えばレーザ光
を用いた溶接を行う場合に良質な加工を行うための最適
な入熱条件を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるパルスレーザの電源装
置の構成図である。

【図２】図１のパルスレーザの電源装置において電流波
形が形成される過程の一例を説明する図である。

【図３】図１の実施例における充電回路を３つにした変
形例を示す図であって、（ａ）は第１の充電回路からの
放電電流Ｉ₁、（ｂ）は第２の充電回路からの放電電流
Ｉ₂、（ｃ）は第３の充電回路からの放電電流Ｉ₃、
（ｄ）は電流Ｉ₁〜Ｉ₃を合成したランプ電流Ｉ_Lを示
す。

【符号の説明】

２ 直流電源 ３ 大容量コンデンサ ３ａ 充電回路 ４ スイッチ回路 ７ フラッシュランプ ９ 発振素子 １２ レーザ発振器 １３ コントロール回路 １３ａ パルス幅設定部 １３ｂ 電圧設定部 １３ｃ 入力部 １４ 直流電源 １５ 大容量コンデンサ １５ａ 充電回路 １６ スイッチ回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フラッシュランプにパルス状の電流を供
   給して前記フラッシュランプを発光させ、この発光によ
   り発振素子を励起してレーザ光を発生させるパルスレー
   ザの電源装置において、 直流電源及びこの直流電源で蓄電されるコンデンサを並
   列に接続した充電回路が少なくとも２つ直列に接続さ
   れ、前記充電回路の各々の出力端には前記コンデンサか
   らの放電をパルス状に行わせるスイッチ手段がそれぞれ
   設けられ、前記スイッチ手段の各々の出力端は共に前記
   フラッシュランプの入力端に接続されると共に、前記ス
   イッチ手段の各々を流れる放電電流の波形を可変制御す
   る制御手段が設けられていることを特徴とするパルスレ
   ーザの電源装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、各々の前記スイッチ手
   段によるパルス状の開閉時間をそれぞれ設定するパルス
   幅設定部と、前記直流電源の各々による前記コンデンサ
   の各々の蓄電電圧をそれぞれ設定する電圧設定部とを有
   することを特徴とする請求項１記載のパルスレーザの電
   源装置。