JPH1126845A - レーザ電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［課題］ 励起ランプにランプ電流を供給するためのス
イッチング手段の寿命を延ばして、スイッチング手段の
故障によるレーザ発振の停止を少なくする。 ［解決手段］ このレーザ電源装置の主電源部１０は、
商用周波数の単相交流電圧ＥA を入力して直流に変換
（整流）する単相整流回路１６と、この単相整流回路１
６からの直流電力をいったん蓄えるコンデンサ１８と、
単相整流回路１６とコンデンサ１８との間に接続された
充電回路２０と、コンデンサ１８と励起ランプ１０２と
の間に接続された放電用スイッチング回路４０とを有し
ている。放電用スイッチング回路４０は、コンデンサ１
８と励起ランプ１０２との間に各々直列に接続され、か
つ互いに並列に接続された一対のスイッチング素子４０
ａ，４０ｂからなる。制御部１４は、これらのスイッチ
ング素子４０ａ，４０ｂの制御端子に商用周波数よりも
高い周波数たとえば２５ｋＨｚのスイッチング制御信号
Ｇａ，Ｇｂを個別的に与え、両スイッチング素子４０
ａ，４０ｂを交互にオンさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振用の励
起ランプに電力を供給するためのレーザ電源装置に関す
る。

【００２０】

【従来の技術】ＹＡＧレーザ等の固体レーザ装置では、
励起ランプを点灯させて、その光エネルギーをＹＡＧロ
ッド等のレーザ媒体に照射してレーザ発振を起こすよう
に構成されている。

【００３０】図３に、この種の固体レーザ装置に用いら
れている従来のレーザ電源装置の回路構成を示す。

【００４０】このレーザ電源装置において、出力端子
［OUTa，OUTb］はレーザ発振部の励起ランプ（図示せ
ず）の両電極端子にそれぞれ接続されている。

【００５０】入力側の三相整流回路２００は、三相交流
電源端子［Ｕ，Ｖ，Ｗ］からの商用周波数（５０Ｈｚま
たは６０Ｈｚ）の三相交流電圧を整流して直流電圧に変
換する。この三相整流回路２００より直流の充電電流Ｉ
c が電磁開閉器２０２および平滑用コイル２０４を介し
てコンデンサ２０６に流れ、コンデンサ２０６が所定電
圧たとえば２８０Ｖに充電される。

【００６０】コンデンサ２０６と出力端子［OUTa，OUT
b］との間には放電用のスイッチング素子２０８が直列
に接続されている。このスイッチング素子２０８がオン
になると、コンデンサ２０６が放電し、その放電電流ｉ
L がスイッチング素子２０８、インダクタンスコイル２
１０，出力コンデンサ２１２および逆流防止用ダイオー
ド２１４を介して励起ランプに流れる。このランプ電流
ｉL によって励起ランプが点灯する。

【００７０】スイッチング素子２０８がオフになると、
コンデンサ２０６の放電は中断するが、インダクタンス
コイル２１０および出力コンデンサ２１２に蓄えられて
いた電磁エネルギーおよび電荷エネルギーが放出される
ことでランプ電流ｉL は流れ続ける。

【００８０】放電用スイッチング素子２０８は、制御部
２２０からのたとえば５０ｋＨｚの高周波スイッチング
信号ｃｓによってオン・オフする。これにより、ランプ
電流ｉL を途切れることなく持続的に流し、励起ランプ
を連続点灯させ、レーザ発振部より連続発振のレーザ光
を得ることができる。このような連続発振で励起ランプ
に印加される電圧は、定格値でたとえば１５０Ｖ程度で
ある。

【００９０】逆流防止ダイオード２１４と出力端子OUTa
との間にはランプ電流ｉL を検出するための電流センサ
２１６が取り付けられている。この電流センサ２１６か
らの出力信号に応じて電流検出回路２１８よりランプ電
流ｉL の大きさ（たとえば電流実効値）を表すランプ電
流検出信号ＳｉL が得られる。このランプ電流検出信号
ＳｉL は制御部２２０に与えられる。

【０１００】制御部２２０は、電流検出回路２１８から
のランプ電流検出信号ＳｉL に基づいて、ランプ電流ｉ
L を設定電流値に一致させるようにスイッチング素子２
０８のスイッチング動作を制御するとともに、スイッチ
ング素子２０８の破壊等によってランプ電流ｉL が異常
に過大になった時は電磁開閉器２０２を遮断するように
している。なお、電磁開閉器２０２と並列に接続されて
いる抵抗２０３は電流制限抵抗である。

【０１１０】この種のレーザ電源装置では、上記したよ
うに励起ランプにレーザ発振用の電力を供給する主電源
部の外に、励起ランプに点灯を開始させるためのスター
タとしてトリガ回路（図示せず）およびブースタ回路が
設けられる。

【０１２０】図示の従来のレーザ電源装置では、三相交
流電源電圧の一相分の交流電圧ｅ（２２０Ｖ）が昇圧ト
ランス２２４の一次側コイルに供給され、昇圧トランス
２２４の二次側コイルに得られる昇圧電圧（たとえば１
０００Ｖ）がブースタ回路２２６に入力される。ブース
タ回路２２６は、トランス２２４からの交流電圧をダイ
オードｄ1 ，ｄ2 で整流してコンデンサｃ1 ，ｃ2 に積
み重ねるようにして昇圧し、その昇圧した高電圧（たと
えば２５００Ｖ）を抵抗２２８および逆流防止ダイオー
ド２３０を介して励起ランプに印加するようになってい
る。

【０１３０】励起ランプを点灯させるとき、制御部２２
０は、先ず主電源部とブースタ回路２２６を起動させ
る。すなわち、主電源部に対しては、電磁開閉器２０２
を閉じてスイッチング素子２０８にスイッチング制御信
号ｃｓを供給する。また、ブースタ回路２２６に対して
は、昇圧トランス２２４の一次側回路に設けられている
開閉器２２２を閉じる。

【０１４０】このようにして主電源部およびブースタ回
路２２６を待機させておいて、制御部２２０はトリガ回
路（図示せず）を作動させる。そうすると、トリガ回路
の働きにより励起ランプ内のガスが絶縁破壊され、ラン
プのインピーダンスが急激に下がる。次いで、その後を
追うようにブースタ回路２２６より約２５００Ｖの高電
圧で電流が励起ランプに流し込まれ、励起ランプのイン
ピーダンスがいっそう下がる。その後は、主電源部から
の約１５０Ｖ程度のランプ電圧でも十分な大きさのラン
プ電流ｉL を流すことができる。

【０１５０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のレ
ーザ電源装置では、励起ランプを連続点灯させて連続発
振のレーザ光を得るように、放電用スイッチング素子２
０８を商用周波数よりも桁違いに高い周波数（５０ｋＨ
ｚ）でスイッチング制御し、連続した（途切れのない）
ランプ電流ｉL を励起ランプに供給するようにしてい
る。このため、スイッチング素子２０８がスイッチンク
動作で疲弊して破壊しやすい。

【０１６０】スイッチング素子２０８が壊れて短絡する
と、励起ランプ電流ｉL が過大になり、ランプの故障の
原因となる。そこで、上記のように電流センサ２１６お
よび電流検出回路２１８を設けてそのような過電流を検
出し、制御部２２０が主回路の電磁開閉器２０２を遮断
するようにしている。

【０１７０】しかし、スイッチング素子２０８が破壊す
れば、その時点でレーザ発振を止めることになり、たと
えばレーザ加工装置においては、そこでレーザ加工を中
断または停止しなければならず、生産管理や品質管理の
点で好ましくない。したがって、スイッチング素子２０
８の寿命をできるだけ延ばし、レーザ発振を不所望に止
める頻度を少なくすることが望まれる。

【０１８０】上記の課題に対して、複数個のスイッチン
グ素子２０８を並列接続し、それらを並列動作つまり同
時にオン・オフさせて、素子１個当たりの負担または仕
事量を軽減する方式が考えられる。

【０１９０】しかし、普通、この種のスイッチング素子
に用いられるＦＥＴ（Field EffectTransistor)やＩＧ
ＢＴ（Insulated Gate Bipolar transistor ）等は部品
間で特性（特にオン抵抗値）に若干のばらつきがある。
このため、上記の方式では、並列動作する複数個のスイ
ッチング素子２０８の中で、オン抵抗値の最も小さいス
イッチング素子に偏って他よりも多くの電流が流れ、そ
のスイッチング素子が早めに疲労して破壊してしまい、
結果として並列運転が有効に機能しないという不都合が
ある。

【０２００】また、上記した従来のレーザ電源装置にお
いて、励起ランプの点灯を開始するには、主電源部を起
動ないし待機させておいてトリガ回路を作動させる。こ
の場合、励起ランプは点灯直前まで高インピーダンス状
態になっている。このため、待機状態の主電源部からは
コンデンサ２０６の電圧（２８０Ｖ）に等しい最大出力
電圧が励起ランプに印加されることになる。

【０２１０】かくして、トリガ回路およびブースタ回路
２２６によって励起ランプのインピーダンスが下げられ
た時、主電源部からのランプ電圧が定格値（約１５０
Ｖ）よりも相当高い電圧値（２８０Ｖ）になっているた
め、一瞬ではあるが励起ランプに過大なランプ電流ｉL
が流れてしまう。これがランプの故障の原因となること
があった。

【０２２０】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、その第１の目的は、励起ランプにランプ電
流を供給するためのスイッチング手段の寿命を延ばし
て、スイッチング手段の故障によるレーザ発振の停止を
少なくするようにしたレーザ電源装置を提供することに
ある。

【０２３０】また、本発明の第２の目的は、励起ランプ
の点灯開始時に主電源部より過大なランプ電流が流れな
いようにしてランプや回路部品の安全を図るレーザ電源
装置を提供することにある。

【０２４０】

【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、本発明の第１のレーザ電源装置は、レーザ媒体に
レーザ発振用の光エネルギを照射する励起ランプに電力
を供給するレーザ電源装置において、商用周波数の交流
電圧を入力して整流する整流回路と、前記整流回路から
の直流電力をいったん蓄えるコンデンサと、前記コンデ
ンサと前記励起ランプとの間に各々直列に接続され、か
つ互いに並列に接続された第１および第２のスイッチン
グ素子と、前記第１および第２のスイッチング素子を商
用周波数よりも高い所定の周波数で交互にオンさせる制
御手段とを具備する構成とした。

【０２５０】本発明の第２のレーザ電源装置は、上記第
１のレーザ電源装置において、前記所定の周波数に対応
したサイクル毎に前記励起ランプに供給されるランプ電
流の電流値を検出するランプ電流検出手段と、前記サイ
クル毎に前記ランプ電流の電流値を設定電流値と比較し
て誤差を求める比較手段と、前記誤差を零にするように
次のサイクルにおける前記スイッチング手段のオン時間
を可変制御するパルス幅制御手段とを具備する構成とし
た。

【０２６０】本発明の第３のレーザ電源装置は、レーザ
媒体にレーザ発振用の光エネルギを照射する励起ランプ
に電力を供給するレーザ電源装置において、商用周波数
の交流電圧を入力して整流する整流回路と、前記整流回
路からの直流電力をいったん蓄えるコンデンサと、前記
コンデンサと前記励起ランプとの間に接続されたスイッ
チング手段と、前記コンデンサ側から前記励起ランプに
印加されるランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段
と、前記励起ランプの点灯を開始させるための点灯スタ
ータ手段と、前記励起ランプが点灯を開始するまでの待
機中は前記ランプ電圧を前記励起ランプの定格電圧より
は高く前記コンデンサの電圧よりも低い値に設定された
所定の待機用電圧値に保つように前記スイッチング手段
を商用周波数よりも高い所定の周波数でスイッチング制
御し、前記励起ランプが点灯を開始した後は前記励起ラ
ンプに所望のレーザ出力に対応した電力、電流または電
圧が供給されるように前記スイッチング手段を前記所定
の周波数でスイッチング制御する制御手段とを具備する
構成とした。

【０２７０】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照して
本発明の実施例を説明する。

【０２８０】図１に、本発明の一実施例によるレーザ電
源装置の回路構成を示す。このレーザ電源装置は、固体
レーザ装置たとえばＹＡＧレーザ加工装置に組み込ま
れ、レーザ発振部１００の励起ランプ１０２に電力を供
給する。

【０２９０】レーザ発振部１００において、励起ランプ
１０２およびＹＡＧロッド１０４（レーザ媒体）は、た
とえばアクリル樹脂からなるチャンバ１０６内に設けら
れた反射鏡筒（図示せず）の中に相隣接して配置されて
いる。チャンバ１０６の外でＹＡＧロッド１０４の光軸
上には、一対の光共振器ミラー１０８，１１０がＹＡＧ
ロッド１０４を挟み平行に向き合って配置されている。

【０３００】後述する本実施例のレーザ電源装置より供
給されるランプ電流ＩL によって励起ランプ１０２が発
光すると、その光エネルギによってＹＡＧロッド１０４
が励起され、ＹＡＧロッド１０４の両端面より軸方向に
出た光が光共振器ミラー１０８，１１０の間で反射を繰
り返して増幅されたのちレーザ光ＬＢとして出力ミラー
１０８を抜ける。出力ミラー１０８を抜けたレーザ光Ｌ
Ｂは、ミラー（図示せず）を介して、あるいは入射ユニ
ット、光ファイバおよび出射ユニット（図示せず）を介
して被加工物（図示せず）の加工ポイントに向けて照射
されるようになっている。

【０３１０】本実施例のレーザ電源装置は、励起ランプ
１０２にレーザ発振用の電力を供給するための主電源部
１０と、励起ランプ１０２の点灯を開始させるためのブ
ースタ回路１２およびトリガ回路（図示せず）と、装置
全体を制御するための制御部１４および主電源部の力率
を制御するための力率制御回路３４とを有している。

【０３２０】主電源部１０は、商用周波数（５０Ｈｚま
たは６０Ｈｚ）の単相交流電圧ＥAを入力して直流に変
換（整流）する単相整流回路１６と、この単相整流回路
１６からの直流電力をいったん蓄えるコンデンサ１８
と、単相整流回路１６とコンデンサ１８との間に接続さ
れた充電回路２０と、コンデンサ１８と励起ランプ１０
２との間に接続されたランプ電流供給回路２２とを含ん
でいる。

【０３３０】単相整流回路１６は、たとえば単相全波整
流回路からなり、入力した単相交流電圧ＥA を全波整流
して、正弦波形の半波を１８０゜ずつ繰り返すような全
波整流波形の直流電圧ＥB を出力する。

【０３４０】充電回路２０には、単相整流回路１６とコ
ンデンサ１８との間でコンデンサ１８と並列に接続され
た充電用スイッチング素子２４と、単相整流回路１６と
充電用スイッチング素子２４の間に直列に接続されたイ
ンダクタンスコイル２６と、充電用スイッチング素子２
４とコンデンサ１８との間に直列に接続されたダイオー
ド２８が含まれている。

【０３５０】単相整流回路１６とコンデンサ１８との間
には、インダクタンスコイル２６およびダイオード２８
からなる充電回路と並列に、電流制限抵抗３０および逆
流防止ダイオード３２からなる充電バイパス回路が接続
されている。また、充電回路の開閉器としてサイリスタ
３６が設けられている。このサイリスタ３６の導通（オ
ン）／遮断（オフ）状態は、サイリスタ制御回路３８に
よって制御される。

【０３６０】充電用スイッチング素子２４は、たとえば
ＦＥＴからなり、力率制御回路（ＰＦＣ）３４によって
スイッチング制御される。

【０３７０】力率制御回路３４は、コンデンサ１８に供
給される充電電流Ｉc の位相を単相整流回路１６より出
力される直流電圧ＥB の位相に合わせるように、たとえ
ば７０ｋＨｚの高周波数で充電用スイッチング素子２４
をスイッチング制御する。これにより、本装置に入力さ
れる交流電力に対して励起ランプ１０２側へ実際（有
効）に供給される有効電力の比率つまり力率を可及的に
１に近づけることができる。したがって、単相式の電源
装置において、高い電力効率およびレーザ発振効率を実
現できる。また、たとえば２２０Ｖの入力交流電圧ＥA
に対してコンデンサ１８の充電電圧Ｅc をたとえば３６
０Ｖまで昇圧するので、入力交流電源の電圧変動に影響
されない安定した電力を励起ランプ１０２に供給できる
ようになっている。

【０３８０】ランプ電流供給回路２２は、放電用スイッ
チング回路４０、インダクタンスコイル４２、出力コン
デンサ４４、還流ダイオード４６および逆流防止ダイオ
ード４８から構成されている。

【０３９０】放電用スイッチング回路４０は、コンデン
サ１８と励起ランプ１０２との間に直列に接続され、か
つ互いに並列に接続された一対のスイッチング素子４０
ａ，４０ｂからなる。これらのスイッチング素子４０
ａ，４０ｂには、高速かつ大容量のトランジスタたとえ
ばＦＥＴまたはＩＧＢＴが用いられる。

【０４００】制御部１４は、これらのスイッチング素子
４０ａ，４０ｂの制御端子に商用周波数よりも高い周波
数たとえば２５ｋＨｚのスイッチング制御信号Ｇａ，Ｇ
ｂを個別的に与え、両スイッチング素子４０ａ，４０ｂ
を交互にオンさせる。

【０４１０】放電用スイッチング素子４０ａ，４０ｂの
いずれか一方たとえば４０ａがオンになっている時は、
コンデンサ１８が放電し、その放電電流ＩL がオン状態
のスイッチング素子４０ａ、インダクタンスコイル４
２，出力コンデンサ４４および逆流防止ダイオード４８
を介して励起ランプ１０２に流れる。この放電電流つま
りランプ電流ＩL によって励起ランプ１０２が点灯す
る。

【０４２０】スイッチング素子４０ａがオフになると、
コンデンサ１８の放電は一時中断するが、インダクタン
スコイル４２および出力コンデンサ４４に蓄えられてい
た電磁エネルギーおよび電荷エネルギーが放出されるこ
とでランプ電流ＩL は流れ続ける。この直後に、他方の
スイッチング素子４０ｂがオンになり、コンデンサ１８
の放電が再開する。

【０４３０】上記のように両放電用スイッチング素子４
０ａ，４０ｂが両方合わせて５０ｋＨｚの高周波スイッ
チング制御信号Ｇａ，Ｇｂによって交互にオンするの
て、ランプ電流ＩL は途切れることなく連続的に流れ
る。これにより、励起ランプ１０２は連続点灯し、レー
ザ発振部１００より連続発振のレーザ光ＬＢが得られ
る。

【０４４０】逆流防止ダイオード４８と励起ランプ１０
２との間にはランプ電流ＩL を検出するための電流セン
サ５０が取り付けられている。この電流センサ５０の出
力信号に応じて電流検出回路５２よりランプ電流ＩL の
大きさ（たとえば電流実効値）を表すランプ電流検出信
号ＳＩL が得られる。このランプ電流検出信号ＳＩLは
制御部１４に与えられる。

【０４５０】出力コンデンサ４４の両端子は電圧検出回
路５４の入力端子に接続され、電圧検出回路５４の出力
端子には出力コンデンサ４４の電圧ＥD を表す電圧検出
信号ＳＥD が得られる。この電圧検出信号ＳＥD も制御
部１４に与えられる。

【０４６０】放電用スイッチング回路４０に近接してた
とえばサーミスタからなる温度センサ５６が設けられて
いる。この温度センサ５６の出力信号に応じて温度検出
回路５６より放電用スイッチング回路４０付近の温度を
表す温度検出信号ＳＴが出力される。この温度検出信号
ＳＴも制御部１４に与えられる。

【０４７０】制御部１４は、たとえばマイクロプロセッ
サからなり、適当なインタフェース回路（図示せず）を
介して入力装置や表示装置等（図示せず）に接続され、
所定のプログラムにしたがい各種設定値および各種測定
値に基づいて、装置内の所要の制御を行う。

【０４８０】たとえば、制御部１４は、電流検出回路５
２からのランプ電流検出信号ＳＩLに基づき、ランプ電
流ＩL に対してフイードバック式の定電流制御を行う。
すなわち、放電用スイッチング素子４０ａ，４０ｂをス
イッチング制御する単位時間（サイクル）毎に、ランプ
電流検出信号ＳＩL を設定電流値と比較して誤差を求
め、次のサイクルではその誤差を零にするようにパルス
幅変調（ＰＷＭ）でスイッチング制御信号Ｇａ，Ｇｂの
パルス幅を可変制御する。

【０４９０】ここで、図２に、スイッチング制御信号Ｇ
ａ，Ｇｂの位相またはタイミング関係を示す。制御部１
４は、５０ｋＨｚの内部クロックＣＬに同期して、たと
えばクロックＣＬの奇数サイクル（周期）ではＨレベル
のパルスを有する第１のスイッチング制御信号Ｇａを出
力し、クロックＣＬの偶数サイクルではＨレベルのパル
スを有する第２のスイッチング制御信号Ｇｂを出力す
る。これにより、奇数サイクルでは第１のスイッチング
制御信号ＧａのＨレベル期間だけ第１のスイッチング素
子４０ａがオンし、偶数サイクルでは第２のスイッチン
グ制御信号ＧｂのＨレベル期間だけ第２のスイッチング
素子４０ｂがオンする。

【０５００】本実施例では、上記のようにＰＷＭ制御を
行うため、奇数サイクルで第１のスイッチング素子４０
ａをオンさせた時のランプ電流ＩL の電流値（ＳＩL ）
を設定電流値と比較して誤差を求め、次の偶数サイクル
でその誤差を零にするように第２のスイッチング制御信
号ＧｂのＨレベル期間（パルス幅）を決めて第２のスイ
ッチング素子４０ｂのオン時間を制御する。そして、そ
の偶数サイクルにおけるランプ電流ＩL の電流値（ＳＩ
L ）を設定電流値と比較して誤差を求め、次の奇数サイ
クルでその誤差を零にするように第１のスイッチング制
御信号ＧａのＨレベル期間（パルス幅）を決めて第１の
スイッチング素子４０ａのオン時間を制御する。このよ
うなスイッチング制御をサイクル毎に繰り返す。

【０５１０】このように、放電用スイッチング回路４０
は、外部に対してはあたかも１個のスイッチング素子が
パルス幅制御により５０ｋＨｚでスイッチング動作して
いるのと同じであるが、回路４０の内部では、２つのス
イッチング素子４０ａ，４０ｂがそれぞれ２５ｋＨｚで
スイッチング動作している。この場合、両スイッチング
素子４０ａ，４０ｂは交互にオンするため、それぞれの
オン抵抗値に幾らか違いがあっても、ほぼ均等に電流Ｉ
L が流れ、負担または仕事量が片方に偏ることはない。

【０５２０】したがって、各々のスイッチング素子４０
ａ，４０ｂが、単独で使用される場合と比較して、スイ
ッチング動作回数も負担も半減し、それだけ寿命が延び
ることになる。これにより、本実施例のＹＡＧレーザ加
工装置においては、生産管理や品質管理を向上させるこ
とができる。

【０５３０】制御部１４は、ランプ電流ＩL が過大にな
った時、あるいは放電用スイッチング回路４０が過熱状
態になった時に主電源部２０を止めるための制御信号Ｋ
i ，Ｋt をアンドゲート６０を介してサイリスタ制御回
路３８に与える。

【０５４０】正常時は、制御信号Ｋi ，Ｋt がそれぞれ
Ｈレベルに保持され、したがってアンドゲート６０の出
力端子よりＨレベルの制御信号Ｋがサイリスタ制御回路
３８に与えられる。これによって、サイリスタ制御回路
３８はサイリスタ３６をオン（導通）状態に保持する。

【０５５０】しかし、たとえば放電用スイッチング回路
４０が破壊してランプ電流ＩL が所定の電流監視値を越
えた時は、制御信号Ｋi がＬレベルになり、これによっ
てアンドゲート６０の出力信号ＫもＬレベルとなり、サ
イリスタ制御回路３８はサイリスタ３６をオフ（遮断）
状態に切り替える。また、放電用スイッチング回路４０
が破壊するに至らなくとも所定の温度監視値を越えるほ
ど高い温度まで発熱した時は、制御信号Ｋt がＬレベル
となり、これに応答してサイリスタ制御回路３８がサイ
リスタ３６をオフ（遮断）状態に切り替えるようになっ
ている。

【０５６０】また、制御部１４は、ブースタ回路１２の
制御を行う。本実施例におけるブースタ回路１２は、イ
ンバータとコッククロフト昇圧回路（図示せず）を内蔵
しており、主電源部１０のコンデンサ１８より直流電圧
（コンデンサ充電電圧）Ｅcを入力する。このブースタ
回路１２内で、インバータの２相のスイッチング素子が
制御部１４からのたとえば５０ｋＨｚのスイッチング制
御信号ＨＶに応じて交互にオンすることにより、入力直
流電圧Ｅc を高周波数（５０ｋＨｚ）の交流パルスに変
換する。次いで、コッククロフト昇圧回路において、イ
ンバータからの高周波交流パルスを直流に変換（整流）
すると同時に積み重ねるようにして昇圧する。そして、
その昇圧した高圧の電圧（たとえば２５００Ｖ）を逆流
防止ダイオード（図示せず）を介して励起ランプ１０２
に印加するようにしている。

【０５７０】このブースタ回路１２は、励起ランプ１０
２に点灯を開始させるときに用いられる。励起ランプ１
０２はたとえばキセノンランプからなり、ガラス管の両
端に電極端子を取り付け、管内にガスを封入している。
励起ランプ１０２を点灯させるには、ランプ内でガスの
絶縁を突き破り、両電極間で放電させる必要がある。

【０５８０】励起ランプ１０２を点灯させるとき、制御
部１４は、先ず主電源部１０とブースタ回路１２を起動
させる。すなわち、ブースタ回路１２に対しては、イン
バータにスイッチング制御信号ＨＶを供給する。また、
主電源部１０に対しては、上記制御信号Ｋi ，Ｋt をＨ
レベルにしてサイリスタ制御回路３８にサイリスタ３６
をオンさせるとともに、放電用スイッチング回路４０の
スイッチング素子４０ａ，４０ｂにスイッチング制御信
号Ｇａ，Ｇｂを供給する。こうして、主電源部１０とブ
ースタ回路１２は待機状態に置かれる。

【０５９０】このレーザ電源装置では、そのような点灯
直前の待機中に、主電源部１０の出力電圧ＥD を所定の
待機用電圧に保つようにしている。この待機用電圧は、
過大な突入電流を流さずに励起ランプ１０２を速やかに
点灯させるような電圧値に設定される。本実施例のよう
に、コンデンサ電圧Ｅc が３６０Ｖで、励起ランプ１０
２の定格電圧が１５０Ｖに設定されている場合、この待
機用電圧はたとえば２００Ｖに設定されてよい。

【０６００】制御部１４は、かかる待機中に、電圧検出
回路５４からの電圧検出信号ＳＥDを待機用電圧に対応
した基準値と比較して、その比較誤差を零にするよう
に、つまりランプ電圧ＥD を待機用電圧に維持するよう
に、ＰＷＭ制御によるスイッチング制御信号Ｇａ，Ｇｂ
を放電用スイッチング素子４０ａ，４０ｂに供給する。
待機中の主電源部１０の出力はハイインピーダンス状態
つまり無負荷状態であるから、スイッチング制御信号Ｇ
ａ，Ｇｂは通電時よりも狭いパルス幅で生成されること
になる。

【０６１０】上記のような待機状態の下で、制御部１４
はトリガ回路（図示せず）を作動させる。トリガ回路
は、励起ランプ１０２のカソード端子とランプ１０２の
ガラス管の周りに配置された金属板（図示せず）との間
に約２０ｋＶの高電圧を印加する。これによって、ラン
プ１０２内のガスが絶縁破壊され、ランプのインピーダ
ンスが急激に下がる。そうすると、その後を追うように
ブースタ回路１２より約２５００Ｖの高電圧で電流が励
起ランプ１０２に流し込まれ、励起ランプ１０２のイン
ピーダンスがいっそう下がる。

【０６２０】こうして導通状態になった励起ランプ１０
２に主電源部１０の出力電圧ＥD が印加され、本来（レ
ーザ発振用）のランプ電流ＩL が流れ始める。この時、
励起ランプ１０２の出力電圧ＥD はコンデンサ１８の電
圧（３６０Ｖ）よりもかなり低い待機用電圧値（２００
Ｖ）で励起ランプ１０２に印加されるので、ランプ電流
ＩL が突入電流となって過大に流れることはない。した
がって、励起ランプ１０２の安全性が確保される。

【０６３０】励起ランプ１０２にランプ電流ＩL が流れ
始めた後、制御部１４は放電用スイッチング回路４０に
対するスイッチング制御を待機用の出力電圧制御からレ
ーザ発振用のランプ電流制御に切り替える。ランプ電流
制御の下で、ランプ電圧ＥDは定格値（１５０Ｖ）付近
のレベルになる。

【０６４０】なお、励起ランプ１０２が点灯を開始した
なら、制御部１４はインバータ・スイッチング制御信号
ＨＶの生成を止めてブースタ回路１２を止める。なお、
主電源部１０の逆流防止ダイオード４８には、たとえば
３２００Ｖ耐圧の高耐圧型ダイオードが使用される。

【０６５０】上記した実施例では、放電用スイッチング
回路４０において一対のスイッチング素子４０ａ，４０
ｂを並列接続したが、３個以上のスイッチング素子を並
列接続してそれらを交互にオンさせるようにスイッチン
グ制御する構成とすることも可能である。

【０６６０】また、上記した実施例では、レーザ発振中
は放電用スイッチング回路４０を定電流制御方式でスイ
ッチング制御したが、電圧検出回路５４からの電圧検出
信号ＳＥD に基づいて定電圧制御または定電力制御方式
でスイッチング制御することも可能である。

【０６７０】励起ランプに供給する電流、電圧または電
力を制御する方式として、上記実施例におけるＰＷＭ制
御は一例であり、他のスイッチング方式も可能である。

【０６８０】上記実施例のレーザ電源は入力交流電源に
単相交流電源を用いたが、本発明は三相交流電源を用い
る電源装置にも適用可能である。

【０６９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ電
源装置によれば、励起ランプにランプ電流を供給するた
めの複数個のスイッチング素子を交互にオンする方式で
並列運転させることにより、各スイッチング素子の負担
をほぼ均等に軽減して、素子の長寿命化をはかり、スイ
ッチング素子の故障によるレーザ発振の停止を少なくす
ることができる。これにより、たとえばレーザ加工装置
において、生産管理や品質管理を向上させることができ
る。

【０７００】また、本発明のレーザ電源装置によれば、
励起ランプの点灯を開始させる前の待機中に主電源部の
出力電圧を最大出力電圧よりも低い適正な待機用電圧に
制御するようにしたので、点灯開始時に過大なランプ電
流が流れないようにし、励起ランプや回路部品の安全を
はかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザ電源装置の回路
構成を示すブロック図である。

【図２】実施例における並列型の放電用スイッチング素
子に供給するスイッチング制御信号の位相またはタイミ
ング関係を示す波形図である。

【図３】従来のレーザ電源装置の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１４ 制御部 １８ コンデンサ ２０ 充電回路 ２２ ランプ電流供給回路 ４０ 放電用スイッチング回路 ４０ａ，４０ｂ 放電用スイッチング素子 ５２ 電流検出回路 ５４ 電圧検出回路 １００ レーザ発振部 １０２ 励起ランプ １０４ ＹＡＧロッド（レーザ媒体）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒体にレーザ発振用の光エネルギ
   ーを照射する励起ランプに電力を供給するレーザ電源装
   置において、 商用周波数の交流電圧を入力して整流する整流回路と、 前記整流回路からの直流電力をいったん蓄えるコンデン
   サと、 前記コンデンサと前記励起ランプとの間に各々直列に接
   続され、かつ互いに並列に接続された第１および第２の
   スイッチング素子と、 前記第１および第２のスイッチング素子を商用周波数よ
   りも高い所定の周波数で交互にオンさせる制御手段とを
   具備することを特徴とするレーザ電源装置。
2. 【請求項２】 前記所定の周波数に対応したサイクル毎
   に前記励起ランプに供給されるランプ電流の電流値を検
   出するランプ電流検出手段と、前記サイクル毎に前記ラ
   ンプ電流の電流値を設定電流値と比較して誤差を求める
   比較手段と、前記誤差を零にするように次のサイクルに
   おける前記スイッチング手段のオン時間を可変制御する
   パルス幅制御手段とを具備することを特徴とする請求項
   １に記載のレーザ電源装置。
3. 【請求項３】 レーザ媒体にレーザ発振用の光エネルギ
   ーを照射する励起ランプに電力を供給するレーザ電源装
   置において、 商用周波数の交流電圧を入力して整流する整流回路と、 前記整流回路からの直流電力をいったん蓄えるコンデン
   サと、 前記コンデンサと前記励起ランプとの間に接続されたス
   イッチング手段と、 前記コンデンサ側から前記励起ランプに印加されるラン
   プ電圧を検出するランプ電圧検出手段と、 前記励起ランプの点灯を開始させるための点灯スタータ
   手段と、 前記励起ランプが点灯を開始するまでの待機中は前記ラ
   ンプ電圧を前記励起ランプの定格電圧よりは高く前記コ
   ンデンサの電圧よりも低い所定の待機用電圧値に保つよ
   うに前記スイッチング手段を商用周波数よりも高い所定
   の周波数でスイッチング制御し、前記励起ランプが点灯
   を開始した後は前記励起ランプに所望のレーザ出力に対
   応した電力、電流または電圧が供給されるように前記ス
   イッチング手段を前記所定の周波数でスイッチング制御
   する制御手段とを具備することを特徴とするレーザ電源
   装置。