JPH11308882A

JPH11308882A - パルス放電回路およびレーザー装置

Info

Publication number: JPH11308882A
Application number: JP11103998A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Okamura; 勝也岡村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】サージによって信頼性の低下することのない長
寿命、高信頼性のパルス放電回路を提供することにあ
る。また、他の目的は、信頼性の高いかつ放電管等の状
態を容易に計測できる高信頼性の小型の金属蒸気レーザ
ー等のレーザー装置を提供する。【解決手段】コンデンサ２３、２４、２７、３０、３３
に蓄積された電荷を高速スイッチ２２を通じて放電する
共振回路２６，２９，３２，３６と、この共振回路によ
り発生したパルス電圧を昇圧するパルストランス３７
と、このパルストランスにより昇圧されたパルス電圧
を、このパルストランスの二次側の高圧側と低圧側とに
それぞれ直列に挿入された第１，第２の可飽和リアクト
ル３４，３５の磁気スイッチ作用によりパルス圧縮した
後、負荷に印加する出力部と、を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立ち上がりの速い高
電圧かつ大電流の短パルスを発生させるパルス放電回路
およびこのパルス放電が発生する放電管内に封入されて
いる金属を放電励起する金属蒸気レーザーなどのレーザ
ー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エキシマレーザーや金属蒸気レ
ーザーなどのパルスレーザーは立ち上がりの速い高電圧
かつ大電流のパルスを発生させるパルス放電回路からの
パルスを用いて放電管内に封入されている金属を放電励
起する必要がある。このようなパルス放電回路ではコン
デンサに貯えた電荷を高速スイッチを用いて放電する方
法が−般的であり、高速スイッチとしてはギャップスイ
ッチやサイラトロン、半導体スイッチ等が用いられてい
る。また、特に高繰返しで発振させるものにおいてはス
イッチ回路と放電回路の間に磁気圧縮回路と称するパル
ス圧縮回路や昇圧パルストランスを接続し、スイッチの
電流、電圧責務を低減してスイッチの寿命の延命が図ら
れることもある。

【０００３】図１３はこの種のパルス放電回路１の一例
であり、特開平６−６１８０２号公報に開示されてい
る。このパルス放電回路１は第１，第２コンデンサ２，
３と、第１の可飽和リアクトル４とにより第１の共振回
路を構成し、第２，第３コンデンサ３，５と、第２の可
飽和リアクトル６とにより第２の共振回路を構成してい
る。また、第３，第４コンデンサ５，７と、第３の可飽
和リアクトル８とにより第３の共振回路を構成し、第
４，第５コンデンサ７，９と、第４の可飽和リアクトル
１０とにより第４の共振回路を構成している。さらに、
第３の共振回路と第４の共振回路との間にはパルストラ
ンス１１を挿入している。

【０００４】そして、予め第１のコンデンサ２を図示し
ない充電回路により所定電圧に充電しておき、スイッチ
１２をターンオンすることにより第１の共振回路の共振
周波数で決まるパルス幅で第２のコンデンサ３が充電さ
れ、次に第２の共振回路の共振周波数で決まるパルス幅
で第３のコンデンサ５が充電され、さらにまた次の第３
の共振回路の共振周波数で決まるパルス幅で第４のコン
デンサ７が充電され、最後の第４の共振回路の共振周波
数で決まるパルス幅で第５のコンデンサ９が充電され、
立ち上がりの速い高電圧かつ大電流のパルスが発生す
る。このパルスは図示しない金属蒸気レーザーなどのレ
ーザー装置の放電管等の負荷に給電され、放電管内で放
電して、その管内に封入されている金属を蒸気化し放電
励起してレーザーを出力させる。なお、第４のコンデン
サ７が充電されるときにはパルストランス１１により電
圧増幅される。

【０００５】このような従来のパルス放電回路１ではス
イッチ１２の電圧、電流責務が低減されるので、スイッ
チ素子としてサイリスタなどの半導体スイッチでも理論
上適用可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スイッ
チ素子として半導体スイッチを用いて長寿命高信頼性の
パルス放電回路を得るためには、スイッチ素子自身だけ
ではなく、その駆動回路や制御回路などの信頼性も向上
させる必要がある。

【０００７】ところで放電励起のレーザーではエネルギ
ー密度の高い放電を起こさせることによってレーザー作
用を行わせる訳であるが、注入されたエネルギーの内有
効に使われるエネルギーは高々１０パーセント程度であ
り、残りのエネルギーは熱、不要電磁界輻射、回路に誘
起される急峻なサージ電圧となってしまう。サージ電圧
が誘起されるのは回路の高圧側とは限らず、低圧側にも
同じように誘起される。

【０００８】ところが図１３で示した従来のパルス放電
回路では、高圧側に直列に第４の可飽和リアクトル１０
のインピーダンス成分が挿人されているために誘起サー
ジを減衰させる事ができるが、低圧側にはそのようなイ
ンピーダンスがないので低圧側に誘起されたサージは容
易にスイッチ１２まで到達する。パルストランスが単巻
変圧器でない場合には直流的にはー次二次巻線間が絶縁
されるが、高周波のサージ電圧は静電容量の結合を介し
て容易に伝播するので、結局スイッチ１２まで到達する
事になる。

【０００９】このようにしてスイッチ１２に到達したサ
ージ電圧はスイッチ１２の図示しない駆動回路の動作に
悪影響を及ぼす事がある。特に半導体スイッチにおいて
は駆動回路の電源電圧が十数ボルトと低いので、サージ
電圧による誤動作、破壊が発生しやすく深刻な問題とな
る。

【００１０】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、サージによって信頼性の低下す
ることのない長寿命、高信頼性のパルス放電回路を提供
することにある。また、他の目的は、信頼性が高くかつ
放電管等の状態を容易に計測できる高信頼性の小型の金
属蒸気レーザー等のレーザー装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載のパルス放電回路は、コンデンサに蓄
積された電荷を高速スイッチを通じて放電するパルス発
生回路と、このパルス発生回路により発生したパルス電
圧を昇圧するパルストランスと、このパルストランスに
より昇圧されたパルス電圧を、このパルストランスの二
次側の高圧側と低圧側とにそれぞれ直列に挿入された第
１，第２の可飽和リアクトルの磁気スイッチ作用により
パルス圧縮した後、負荷に印加する出力部と、を具備し
ていることを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、パルストランスの二次
側の高圧側と低圧側とに、第１，第２の可飽和リアクト
ルをそれぞれ直列に挿入したので、このパルス放電回路
に誘起されるサージを第１，第２の可飽和リアクトルの
インピーダンスにより高圧側と低圧側とも有効に減衰さ
せることができる。

【００１３】このために、サージがパルス放電回路の高
速スイッチに到達するのを防止ないし低減することがで
きるので、スイッチの延命と回路の信頼性の向上を図る
ことができる。

【００１４】請求項２に記載のパルス放電回路は、請求
項１記載のパルス放電回路において、第１，第２の可飽
和リアクトルは、同一の鉄心上に２つのコイルを巻回す
ることにより構成されていることを特徴とする。

【００１５】この発明によれば、第１，第２の２つの可
飽和リアクトルを、同一の鉄心上に２つのコイルをそれ
ぞれ巻回する事によって構成するので、飽和のタイミン
グがー致し、回路動作上では可飽和リアクトルを分割し
ていないのと全く同じ効果が得られ、小型化と信頼性の
向上を図ることができる。

【００１６】請求項３に記載のパルス放電回路は、請求
項１または２記載のパルス放電回路において、パルスト
ランスの一次二次巻線間に静電シールドを設け、この静
電シールドを接地していることを特徴とする。

【００１７】この発明によれば、パルストランスのー次
二次巻線間に静電シールドを設け、接地するので、サー
ジが静電シールドを介して大地へながれ、二次側からー
次側の高速スイッチへ伝播するのを防止ないし低減する
ことができる。

【００１８】請求項４に記載のパルス放電回路は、請求
項１〜３のいずれか１項に記載のパルス放電回路におい
て、パルストランスの二次側にセンタータップを設け、
このセンタータップを接地していることを特徴とする。

【００１９】この発明によれば、パルストランスの二次
側を、センタータップ付きとし接地するので、パルス放
電回路の高圧側と低圧側が対称の回路となり、サージ電
圧が相殺されてキャンセルされるので、サージの−次側
回路の高速スイッチへの伝播が低減される。

【００２０】請求項５に記載のパルス放電回路は、請求
項１〜４のいずれか１項に記載のパルス放電回路におい
て、パルストランスの一次側に複数組の独立したパルス
発生回路を接続していることを特徴とする。

【００２１】この発明によれば、パルストランスー次側
に複数組の独立したパルス発生回路を接続するので、こ
れらの各パルス発生回路からのパルスはパルストランス
により合成され、万一、一方のパルス発生回路に故障が
生じたとしても、他方のパルス発生回路により継続した
運転が可能となる。

【００２２】請求項６に記載のパルス放電回路は、請求
項１〜４のいずれか１項に記載のパルス放電回路におい
て、パルストランスの一次側に、接地されたセンタータ
ップを設け、このパルストランス一次側に正負異なる極
性のパルスを発生する複数のパルス発生回路を接続して
いることを特徴とする。

【００２３】この発明によれば、パルストランスー次側
もセンタータップ付きとし、パルストランスー次側に正
負異なる極性のパルス発生回路を接続したので、パルス
トランスのー次二次巻線間の電位差が小さくなり、絶縁
上の信頼性が増大するとともに小型軽量化が可能にな
る。

【００２４】請求項７に記載のパルス放電回路は、請求
項５または６に記載のパルス放電回路において、複数の
パルス発生回路を交互運転するように構成していること
を特徴とする。

【００２５】この発明によれば、パルストランスー次側
の複数組の独立したパルス発生回路を交互に動作させる
ので、万一、一方のパルス発生回路に故障が生じた場合
にはパルス発生回路の繰り返し周波数が低下するものの
１パルス当たりのエネルギーを変えないで運転の継続が
可能となる。

【００２６】請求項８に記載のレーザー装置は、請求項
１〜７のいずれか１項に記載のパルス放電回路と、この
パルス放電回路からのパルス電圧が長手方向中間部で給
電されて封入金属を放電励起しレーザーを出力する放電
管と、を具備し、この放電管の長手方向に沿ってこの給
電部の両側に前記パルス放電回路のパルストランス一次
側回路をそれぞれ振り分けるように対称に配置したこと
を特徴とする。

【００２７】この発明によれば、パルス放電回路からの
立ち上がりの速い高電圧かつ大電流のパルス電圧が金属
蒸気レーザーなどのレーザー装置の放電管の給電部に給
電され、放電管内で放電して、その管内に封入されてい
る金属を蒸気化すると共に放電励起してレーザーが出力
される。そして、このパルス放電回路のパルストランス
ー次側の回路を、放電管の長手方向に沿ってこの給電部
の両側に振り分けるように対称に配置して放電管とパル
ス放電回路とを並設するので、空間の利用効率が高まり
レーザー装置の小型化が可能になる。

【００２８】請求項９に記載のレーザー装置は、請求項
８記載のレーザー装置において、放電管を第１の金属板
上に第１の絶縁体を介して固定し、さらにこの第１の金
属板を第２の絶縁体を介して第２の金属板上に固定し、
この第１の金属板と第２の金属板とを電気的に接続し
て、共に接地したことを特徴とする。

【００２９】この発明によれば、放電管内の放電によっ
て誘起されるサージは、第１の金属板に電気的に接続さ
れると共に接地されている第２の金属板にのみ発生し
て、大地にアースされるので、放電管の周囲に漏れて電
磁波が放射されるのを低減させることができる。

【００３０】請求項１０に記載のレーザー装置は、請求
項８または９記載のレーザー装置において、高圧側と低
圧側の給電部の間において放電管の外周を金属体により
被覆し、この金属被覆体を接地したことを特徴とする。

【００３１】この発明によれば、放電管内の放電に伴っ
て発生する有害電磁波は高圧側と低圧側の給電部の間に
おいて放電管の外周を被覆する金属体を介して大地にア
ースされるので、放電管の周囲に漏れるのを低減させる
ことができる。

【００３２】請求項１１に記載のレーザー装置は、請求
項８〜１０のいずれか１項に記載のレーザー装置におい
て、放電管の高圧側と低圧側の両給電部を鍔状の電極と
し、これら鍔状電極どうしの対向端部をそれぞれ湾曲さ
せたことを特徴とする。

【００３３】この発明によれば、放電管の高圧側と低圧
側の両給電部を鍔状の電極とし、これら鍔状電極どうし
の対向端部をそれぞれ湾曲させて丸みを持たせたので、
両給電部の電界が緩和され、電気絶縁上の信頼性を下げ
ることなく、給電部の高圧側と低圧側どうしを近づける
ことができ、または、レーザー放電に伴って発生する有
害電磁波の強さを低減させることができる。

【００３４】請求項１２に記載のレーザー装置は、請求
項１１記載のレーザー装置において、鍔状電極の湾曲対
向端部の湾曲半径を１５ｍｍ以上に設定していることを
特徴とする。

【００３５】この発明によれば、請求項１１に記載のレ
ーザー装置と同様に、鍔状電極どうしの対向端部をそれ
ぞれ湾曲させて丸みを持たせたので、請求項１１に記載
のレーザー装置と同様の作用効果を奏することができ
る。

【００３６】請求項１３に記載のレーザー装置は、請求
項９〜１２のいずれか１項に記載のレーザー装置におい
て、放電管の高圧給電部近傍の第１の金属板に絶縁体を
介して電極を設け、この電極と第１の金属板間に誘起さ
れる電圧により、この放電管の高圧給電部の電圧を計測
するように構成していることを特徴とする。

【００３７】この発明によれば、電極を介して高圧側給
電部の電圧を計測することにより、レーザー装置の動作
に異常が生じた場合には、その異常を直ちに発見するこ
とができる。

【００３８】請求項１４に記載のレーザー装置は、請求
項９〜１２のいずれか１項に記載のレーザー装置におい
て、放電管の高圧側と低圧側の給電部間の金属被覆体内
にてコイルを設け、このコイルに誘起される電圧により
放電管の放電電流を計測するように構成していることを
特徴とする。

【００３９】この発明によれば、コイルに誘起される電
圧により放電管の放電電流を計測することにより、レー
ザー装置の動作に異常が生じた場合には、その異常を直
ちに発見することができる。

【００４０】

【発明の実施形態】次に本発明の実施形態について図１
〜図１２を参照しながら説明する。なお、これらの図
中、同一または相当部分には同一符号を付している。

【００４１】図１は本発明の第１の実施形態に係るパル
ス放電回路２１の回路図である。このパルス放電回路２
１は、高速スイッチ２２と、第１，第２コンデンサ２
３，２４と、第１の可飽和リアクトル２５とにより、第
１の共振回路２６を構成している。高速スイッチ２２の
高速スイッチ素子としては、ギャップスイッチやサイラ
トロン、サイリスタ等の半導体スイッチ等が使用され
る。

【００４２】また、第２，第３コンデンサ２４，２７
と、第２の可飽和リアクトル２８とにより第２の共振回
路２９を構成している。さらに、第３，第４コンデンサ
２７，３０と、第３の可飽和リアクトル３１とにより第
３の共振回路３２を構成すると共に、第４，第５コンデ
ンサ３０，３３と、第４，第５の可飽和リアクトル３
４，３５とにより第４の共振回路３６を構成し、この第
４の共振回路３６と第３の共振回路３２との間にはパル
ストランス３７を挿入している。

【００４３】すなわち、パルストランス３７の二次側
は、その高圧側に、第１の可飽和リアクトルである第４
の可飽和リアクトル３４を直列に挿入すると共に、その
低圧側に、第２の可飽和リアクトルである第５の可飽和
リアクトル３５を直列に挿入して、立ち上がりの速い高
電圧かつ大電流のパルスを出力し、後述するレーザー装
置の放電管等の負荷に印加する出力部に構成されてい
る。

【００４４】そして、予め第１のコンデンサ２３を図示
しない充電回路により所定電圧に充電しておき、高速ス
イッチ２２をターンオンすることにより、第１の共振回
路２６の共振周波数で決まるパルス幅のパルス電圧が、
第２のコンデンサ２４に充電されてから第２の共振回路
２９の共振周波数で決まるパルス幅で第３のコンデンサ
２７に充電される。このパルス電圧はパルストランス３
７により昇圧されてから、次の第３の共振回路３２の共
振周波数で決まるパルス幅で第４のコンデンサ３３に充
電され、最後の第４の共振回路３６の共振周波数で決ま
るパルス幅で第５のコンデンサ３３に充電され、立ち上
がりの速い高電圧かつ大電流のパルスが発生する。この
パルス電圧は図示しない金属蒸気レーザーなどのレーザ
ー装置の放電管等の負荷に給電される。

【００４５】したがって、本実施形態によれば、パルス
トランス３７の二次側の高圧側に、第４の可飽和リアク
トル３４を直列に挿入すると共に、その低圧側に第５の
可飽和リアクトル３５を直列に挿入しているので、レー
ザー装置の放電管等の負荷での放電によって高周波のサ
ージがパルス放電回路２１に誘起された場合でも、この
サージは第４，第５の可飽和リアクトル３４，３５のイ
ンピーダンスによって減衰され、サージが高速スイッチ
２２まで到達することが殆どない。

【００４６】このために、サージが高速スイッチ２２の
図示しない駆動回路の動作に悪影響を及ぼすのを防止な
いし低減することができる。特に、半導体スイッチでは
駆動回路の電源電圧が十数ボルトと低いので、サージに
よりこの駆動回路を破壊し、あるいは誤動作させ易い
が、サージが高速スイッチ２２まで到達することが殆ど
ないので、この駆動回路の破壊や誤動作を防止ないし低
減することができる。

【００４７】図２は本発明の第２の実施形態に係るパル
ス放電回路２１Ａの要部を断面で示す模式図である。こ
のパルス放電回路２１Ａは、上記第４，第５の可飽和リ
アクトル３４，３５の各コイル３４ａ，３５ａを、例え
ばアモルファスリボンをトロイダル状（円環状）に巻回
した鉄心４０上にそれぞれ巻回している点に特徴があ
る。

【００４８】したがって、第４，第５の可飽和リアクト
ル３４，３５が一つの鉄心４０を共有するので、これら
第４，第５の可飽和リアクトル３４，３５の飽和のタイ
ミングが一致し、回路動作上と見かけ上も共に単一のリ
アクトルと同様になる。このために、これら第４，第５
の可飽和リアクトル３４，３５を２分割する場合に比べ
てスペースの節約を図ることができるので、小型化と信
頼性の向上を共に図ることができる。但し、鉄心４０は
複数の薄鋼板を積層して構成してもよい。

【００４９】図３は本発明の第３の実施形態に係るパル
ス放電回路２１Ｂの回路図である。このパルス放電回路
２１Ｂは、図１で示すパルス放電回路２１のパルストラ
ンス３７のー次巻線３７ａと二次巻線３７ｂとの間に静
電シールド５０を設け、このシールド５０を接地する点
に特徴がある。

【００５０】したがって、パルストランス３７の二次側
から侵入したサージ電圧は、静電シールド５０を介して
大地に流れるので、サージの一次側の高速スイッチ２２
への伝播を防止ないし低減することができる。このため
に、高速スイッチ２２に伝播されるサージをより一層減
衰し信頼性を向上させることができる。

【００５１】図４は本発明の第４の実施形態に係るパル
ス放電回路２１Ｃの回路図である。このパルス放電回路
２１Ｃは、図３で示すパルス放電回路２１Ｂのパルスト
ランス３７の二次巻線３７ｂに、接地されたセンタータ
ップ６０を設ける点に特徴がある。

【００５２】したがって、パルストランス３７の二次側
の回路がセンタータップ６０を中心として高圧側と低圧
側とが対称になるので、高圧側に誘起されるサージと低
圧側に誘起されるサージとがパルストランス３７の二次
側に到達したときには打ち消しあってほぼゼロ（０）に
なる。仮にサージ成分が残った場合でも、このサージは
静電シールド５０により大地に流れるので、一次側に伝
播するサージはきわめて微小なレベルに低減することが
できる。また、パルストランス３７の二次側の高圧側と
低圧側の対地電圧を、その二次側の極間電圧のほぼ半分
に低減する事ができるので、小型化が可能になる。

【００５３】図５は本発明の第５の実施形態に係るパル
ス放電回路２１Ｄの回路図である。このパルス放電回路
２１Ｄは、図４で示すパルス放電回路２１Ｃの一次巻線
３７ａを例えば２並列３７ａ１，３７ａ２とし、これら
各巻線３７ａ１，３７ａ２に、互いに独立した一次側回
路７０，７１を電磁気的に接続している。これら一次側
回路７０，７１は、上記第１〜第３の共振回路２６，２
９，３２であり、各共振周波数により定まるパルス幅の
パルスを出力するパルス発生回路である。

【００５４】したがって、各一次側回路７０，７１から
出力された２つの独立したパルスは、パルストランス３
７の二次側により１つのパルスに合成されて第４の共振
回路３６に与えられる。また、２つの一次側回路７０，
７１はそれぞれ独立しているので、万一、片方の一次側
回路、例えば７０の高速スイッチ２２等に故障が生じて
も、他方の一次側回路７１が正常であれば、出力の低下
は伴うものの継続した運転が可能である。

【００５５】また、以上の説明では２つの一次側回路７
０，７１（パルス発生回路）が同時に動作するものとし
て説明したが、交互に動作させる制御ももちろん可能で
ある。その場合には、パルス放電回路２１Ｄの動作周波
数を一次側回路７０，７１の動作周波数の２倍に高める
事ができる。また、一次側回路７０，７１の一方が故障
した場合には繰返し周波数が落ちるものの、１パルス当
たりのエネルギーは変わらずに運転の継続が可能であ
る。

【００５６】図６は本発明の第６の実施形態に係るパル
ス放電回路２１Ｅの回路図である。このパルス放電回路
２１Ｅは、図５で示すパルス放電回路２１Ｄの一次巻線
３７ａを例えば２並列３７ａ１，３７ａ２とすると共
に、これら一次巻線３７ａ１，３７ａ２を、これらどう
しが各高速スイッチ２２と各コンデンサ２３，２４，２
７の充電極性以外の極性がセンタータップ６０を中心と
して対称的に配置されるようにパルストランス３７の二
次巻線３７ｂに電磁気的に接続し、接地位置７０ａ，７
１ａも対称に配置している。

【００５７】したがって、このパルス放電回路２１Ｅに
よれば、パルストランス３７の一次巻線３７ａ１と３７
ａ２には結局同極性のパルス電圧が印加されることとな
り、電気的には図５で示すパルス放電回路２１Ｄとほぼ
同様の作用が得られる。

【００５８】しかし、本実施形態では一次側回路７０，
７１が対称配置であるため、これらの一次巻線３７ａ
１，３７ａ２の対地電位が正負両極性に分布し、かつ二
次巻線３７ｂも正負両極性に分布しているので、結局、
一次，二次巻線３７ａ，３７ｂ間の電位差を近づけるこ
とができ、電気絶縁性能を向上させることができる。

【００５９】図７は本発明の第７の実施形態に係るパル
ス放電回路２１Ｆの回路図である。このパルス放電回路
２１Ｆは、図６で示すパルストランス３７の２並列の一
次巻線３７ａ１，３７ａ２どうしを一体に接続すると共
に、その接続部にセンタータップ７２を接続し、さら
に、このセンタータップ７２に接続した共通線７３ａ，
７３ｂに両一次側回路７０，７１の低圧側をそれぞれ接
続している。

【００６０】このパルス放電回路２１Ｆによれば、その
電気的構成が上記パルス放電回路２１Ｄ，２１Ｅとほぼ
同様であるので、これらとほぼ同様の作用効果を奏する
ことができる。

【００６１】図８は本発明の第８の実施形態に係るレー
ザー装置８０の配置図である。このレーザー装置８０
は、上記各パルス放電回路２１，２１Ａ〜２１Ｇのいず
れか、例えば２１Ｆを、金属蒸気レーザーなどのレーザ
ー装置の放電管８１に、その長手方向に沿って並設する
ことによりレーザー装置８０全体の小型化を図る点に特
徴がある。

【００６２】すなわち、レーザー装置８０は、横長の電
気絶縁性の放電管８１内に所要の金属を封入しており、
この放電管８１の長手方向中間部の外周面に、アルミ製
等の一対の金属管８２ａ，８２ｂを外嵌して給電部を形
成している。、これら給電金属管８２ａ，８２ｂ間には
ピーキングコンデンサ８３を接続する一方、これら給電
金属管８２ａ，８２ｂの金属管で被覆されていないブレ
ークと称される部分の側方には、パルス放電回路２１Ｆ
のパルストランス３７とその二次側回路とを収容する第
１タンク８４を配設している。

【００６３】したがって、パルス放電回路２１Ｆからの
例えば立ち上がりの速い高電圧かつ大電流のパルスは、
放電管８１の長手方向中間部の一対の金属管８２ａ，８
２ｂの給電部に給電される。これにより、放電管８１内
で放電が発生して、封入金属を蒸気化して放電励起し、
レーザが出力される。

【００６４】そして、第１タンク８４の図中左右両側方
には、第１，第２のパルス発生回路である一次側回路７
０，７１をそれぞれ収容する第２，第３のタンク８５，
８６を配設し、さらに、これら第２，第３のタンク８
５，８６の各外側方には、これら一次側回路７０，７１
を充電する直流電源をそれぞれ収容する第４，第５のタ
ンク８７，８８を配設している。

【００６５】すなわち、第１タンク８４の図中左右両側
方には、その両側に第２〜第５のタンク８５〜８８をほ
ぼ左右対称に振り分け、かつ放電管８１の長手方向に沿
うように配設しているので、これらの設置スペースの節
約を図ることができ、レーザー装置８０全体の小型化を
図ることができる。

【００６６】図９は本発明の第９の実施形態に係るレー
ザー装置８０Ａのブレーク部の横断面図である。このレ
ーザー装置８０Ａは、図８で示すレーザー装置８０にお
いて、放電管８１を第１の電気絶縁体８９を介して第１
の金属板である支持板９０に固定し、さらに、この支持
板９０を第２の電気絶縁体９１を介して第２の金属板で
あるベース９２に固定している。また、このベース９２
上には、電気絶縁体９３を介して、パルストランス３７
とその二次側回路とを収容する第１タンク８４をを固定
している。

【００６７】そして、支持板９０上には、放電管８１の
ブレーク部の外周を所要の間隙をおいて被覆する円弧状
金属板製のカバープレート９４を立設し、このカバープ
レート９４を支持板９０に電気的かつ機械的に接続して
いる。また、支持板９０には接続線９５によりベース９
２を電気的に接続している。

【００６８】したがって、一般に放電管８１内の放電に
より発生するサージは回路導体のみではなく、この放電
管８１を支持する筐体金属にも誘起され、周囲の電子回
路などに有害な影響を及ぼすが、このレーザー装置８０
Ａによれば、放電管８１を支持する筐体金属である支持
板９０をベース９２に電気的に接続し、ループさせてい
ないので、サージの伝播を防止ないし低減することがで
きる。

【００６９】また、放電管８１のブレーク部において
は、不要電磁界が輻射し易いが、このレーザー装置８０
Ａによれば、カバープレート９４によりシールドするこ
とができるので、不要電磁界の周囲への伝播も防止ない
し低減することができる。

【００７０】図１０は本発明の第１０の実施形態に係る
レーザー装置８０Ｂの給電金属管８２ａ，８２ｂの対向
端部の横断面図である。このレーザー装置８０Ｂは、図
９で示すレーザー装置８０Ａにおいて、給電金属管８２
ａ，８２ｂを鍔状に形成すると共に、その各対向端部８
２ｃ，８２ｄを外方に湾曲する湾曲端部に形成し、その
放電管８１側である内側と外側とに共に丸みを持たせた
点に特徴がある。

【００７１】すなわち、放電管８１のブレーク部では、
１００％の電位差を持つ金属が対向しているので、電界
ストレスが極めて高くなるが、本実施形態ではブレーク
部において対向する金属管８２ａ，８２ｂの湾曲対向端
分８２ｃ，８２ｄに丸みを持たせているので、電界が緩
和され安定した電気絶縁性能が得られる。

【００７２】また、ブレーク間の距離は放電管８１の長
さ、口径にもよるが、通常１５０ｍｍから２５０ｍｍ程
度であるが、湾曲円弧半径を大きくするほど電界緩和効
果も大きくなるから、この程度のギャップに対しては湾
曲円弧半径を１５ｍｍ以上とすると、極端な耐電圧の低
下を防ぐ事ができる。また、ブレーク部付近での放電管
８１内部での電位傾度が安定するので放電化の寿命も伸
びる。

【００７３】図１１は本発明の第１１の実施形態に係る
レーザー装置８０Ｃの横断面図である。このレーザー装
置８０Ｃは、放電管８１を支える支持板９０の表面に電
気絶縁してボタン状の金属電極９６を立設し、この金属
電極９６と支持板９０との間に発生する電気信号を高周
波同軸ケーブル９７で図示しない受信装置に伝達するよ
うになっている。

【００７４】したがって、放電管８１にパルス電圧が印
加されると、放電管８１を囲う金属管一般は大地に対し
て高電位になり、この時金属電極９６と支持板９０の間
には浮遊静電容量の比率で決まる電圧が発生する。この
電圧は金属電極９６の位置を固定すれば、印加電圧に比
例するので印加電圧波形をモニターする事ができる。

【００７５】したがって、放電管８１の電圧波形をモニ
ターする事により、放電管８１の動作に異常が生じた場
合には、その異常をすぐに発見し、判定する事ができ
る。

【００７６】図１１は本発明の第１１の実施形態に係る
レーザー装置８０Ｃの横断面図である。このレーザー装
置８０Ｃは、放電管８１を支える支持板９０の表面に電
気絶縁してループコイル９８を立設し、このループコイ
ル９８に誘起される電気信号を高周波同軸ケーブル９９
で図示しない受信装置に伝達するようになっている。

【００７７】したがって、放電管８１が放電して放電管
８１に電流が流れると、その周囲に磁界が発生するの
で、ループコイル９８には、発生磁界に応じた電圧が誘
起される。この電圧はループコイル９８の位置と形状が
固定されているので、放電管８１の電流に比例し、この
電流は図示しない受信装置によりモニターされる。この
ために、放電管８１の電流波形が容易に計測できるの
で、レーザー装置８０Ｄの動作に異常が生じた場合に
は、その異常をすぐに発見し、判定する事ができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るパルス
放電回路よれば，パルストランスの二次側の高圧側と低
圧側とに、第１，第２の可飽和リアクトルをそれぞれ直
列に挿入したので、このパルス放電回路に誘起されるサ
ージを第１，第２の可飽和リアクトルのインピーダンス
により高圧側と低圧側とも有効に減衰させる事ができ
る。このために、サージがパルス放電回路の高速スイッ
チに到達するのを防止ないし低減することができるの
で、高速スイッチの延命と回路の信頼性の向上を図るこ
とができる。

【００７９】すなわち、レーザー装置の放電管等の負荷
の放電によるサージに伴って信頼性の低下することのな
い長寿命、高信頼性のパルス放電回路、小型軽量のパル
ス放電回路、コンパクトに配置できる金属蒸気レーザー
等のレーザー装置、そのレーザー状態を容易に計測でき
る高信頼性のレーザー装置を得る事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るパルス放電回路
の回路図。

【図２】本発明の第２の実施形態に係るパルス放電回路
の可飽和リアクトルの鉄心の縦断面などを示す模式図。

【図３】本発明の第３の実施形態に係るパルス放電回路
の回路図。

【図４】図４は本発明の第４の実施形態に係るパルス放
電回路の回路図。

【図５】図５は本発明の第５の実施形態に係るパルス放
電回路の回路図。

【図６】図６は本発明の第６の実施形態に係るパルス放
電回路の回路図。

【図７】図７は本発明の第７の実施形態に係るパルス放
電回路の回路図。

【図８】図８は本発明の第８の実施形態に係るレーザー
装置の配置図。

【図９】図９は本発明の第９の実施形態に係るレーザー
装置のブレーク部付近の横断面図。

【図１０】図１０は本発明の第１０の実施形態に係るレ
ーザー装置の給電部の横断面図。

【図１１】図１１本発明の第１１の実施形態に係るレー
ザー装置のブレーク部付近の横断面図。

【図１２】本発明の第１２の実施形態に係るレーザー装
置のブレーク部付近の横断面図。

【図１３】従来のパルス放電回路の回路図。

【符号の説明】

２１、２１Ａ〜２１Ｆパルス放電回路２２高速スイッチ２３、２４、２７、３０、３３第１〜第５コンデンサ２５、２８、３１、３４、３５第１〜第５可飽和リア
クトル３７パルストランス４０第４、第５可飽和リアクトルの共有鉄心５０静電シールド６０パルストランスの二次側巻線のセンタータップ７０，７１パルストランスの二次側回路７２パルストランスの一次側巻線のセンタータップ８０，８０Ａ〜８０Ｄレーザー装置８１放電管８２ａ、８２ｂ給電金属管８４パルストランス収容タンク８９第１の電気絶縁体９０支持板（第１の金属板）９１第２の電気絶縁体９２ベース（第２の金属板）９５接続線９６金属電極９７ループコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンデンサに蓄積された電荷を高速スイ
ッチを通じて放電するパルス発生回路と、このパルス発
生回路により発生したパルス電圧を昇圧するパルストラ
ンスと、このパルストランスにより昇圧されたパルス電
圧を、このパルストランスの二次側の高圧側と低圧側と
にそれぞれ直列に挿入された第１，第２の可飽和リアク
トルの磁気スイッチ作用によりパルス圧縮した後、負荷
に印加する出力部と、を具備していることを特徴とする
パルス放電回路。
【請求項２】請求項１記載のパルス放電回路におい
て、第１，第２の可飽和リアクトルは、同一の鉄心上に
２つのコイルを巻回することにより構成されていること
を特徴とするパルス放電回路。
【請求項３】請求項１または２記載のパルス放電回路
において、パルストランスの一次二次巻線間に静電シー
ルドを設け、この静電シールドを接地していることを特
徴とするパルス放電回路。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のパ
ルス放電回路において、パルストランスの二次側にセン
タータップを設け、このセンタータップを接地している
ことを特徴とするパルス放電回路。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のパ
ルス放電回路において、パルストランスの一次側に複数
組の独立したパルス発生回路を接続していることを特徴
とするパルス放電回路。
【請求項６】請求項１〜４のいずれか１項に記載のパ
ルス放電回路において、パルストランスの一次側に、接
地されたセンタータップを設け、このパルストランス一
次側に正負異なる極性のパルスを発生する複数のパルス
発生回路を接続していることを特徴とするパルス放電回
路。
【請求項７】請求項５または６に記載のパルス放電回
路において、複数のパルス発生回路を交互運転するよう
に構成していることをを特徴とするパルス放電回路。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載のパ
ルス放電回路と、このパルス放電回路からのパルス電圧
が長手方向中間部で給電されて封入金属を放電励起しレ
ーザーを出力する放電管と、を具備し、この放電管の長
手方向に沿ってこの給電部の両側に前記パルス放電回路
のパルストランス一次側回路をそれぞれ振り分けるよう
に対称に配置したことを特徴とするレーザー装置。
【請求項９】請求項８記載のレーザー装置において、
放電管を第１の金属板上に第１の絶縁体を介して固定
し、さらにこの第１の金属板を第２の絶縁体を介して第
２の金属板上に固定し、この第１の金属板と第２の金属
板とを電気的に接続して、共に接地したことを特徴とす
るレーザー装置。
【請求項１０】請求項８または９記載のレーザー装置
において、高圧側と低圧側の給電部の間において放電管
の外周を金属体により被覆し、この金属被覆体を接地し
たことを特徴とするレーザー装置。
【請求項１１】請求項８〜１０のいずれか１項に記載
のレーザー装置において、放電管の高圧側と低圧側の両
給電部を鍔状の電極とし、これら鍔状電極どうしの対向
端部をそれぞれ湾曲させたことを特徴とするレーザー装
置。
【請求項１２】請求項１１記載のレーザー装置におい
て、鍔状電極の湾曲対向端部の湾曲半径を１５ｍｍ以上
に設定していることを特徴とするレーザー装置。
【請求項１３】請求項９〜１２のいずれか１項に記載
のレーザー装置において、放電管の高圧給電部近傍の第
１の金属板に絶縁体を介して電極を設け、この電極と第
１の金属板間に誘起される電圧によりこの放電管の高圧
給電部の電圧を計測するように構成していることを特徴
とするレーザー装置。
【請求項１４】請求項９〜１２のいずれか１項に記載
のレーザー装置において、放電管の高圧側と低圧側の給
電部間の金属被覆体内にてコイルを設け、このコイルに
誘起される電圧により放電管の放電電流を計測するよう
に構成していることを特徴とするレーザー装置。