JPS5830717B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばレーザ加工装置のレーザロッドを励起
するに好適な放電灯点灯装置に関する。

固体レーザを用いたレーザ加工装置のレーザ励起源とし
て放電灯（フラッシュランプ）を用いることが多く。

この種の放電灯点灯装置は、一般に直流電源に接続され
て共振充電されたコンデンサの電荷を波形整形コイルを
介して放電灯に供給し、トリガを印加することによって
上記放電灯を閃光放電させて発光させている。

ところが上記コンデンサのｔａｎδ特性によって充放電
時間に制限を受けたり、また閃光発光時間を長く持続す
ることができない等の問題があった。

例えば、ル−ザパルス時間を長くする為には大容量のコ
ンデンサを必要とした。

これが為に装置が大型化し、またレーザパルスの繰り返
しを高速度にすることができなかった。

またコンデンサの容量を小さくした場合には、ル−ザパ
ルス時間を十分に確保できず、良好な加工がなされない
欠点がある。

ところで、良好なレーザ加工を行う為には、レーザ波形
の立上り及び立下りが急峻で、その繰り返しが高速であ
ればよいことが知られている。

しかしながら従来より種々提唱され、捷た実現されてい
る装置では、レーザ波形の立上り、及び立下りを、つ１
り励起源としての放電灯の閃光発光波形の立上り、及び
立下りを急峻にすることができなかった。

例えば、放電灯を微小電流で予備放電させておき、この
予備放電している放電灯に充放電コンデンサから大電流
を供給して強い発光を得るようにしたものがある。

しかしながら、上記大電流の供給開始から安定した強い
閃光を発する放電状態寸での過渡時間が長く、従って波
形の変化が緩やかになった。

またこの場合、高速度な繰り返しを行うと、安定した放
電状態に達する以前に放電が停止されることになり、結
局、放電時間を十分に確保することができないと云う問
題が生じた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、充放電コンデンサを小形化、軽
量化すると共に装置の簡略化をばかり、しかも高速度の
操り返しで、閃光発光時間を十分に確保し、更には立上
り及び立下りの急峻な波形を得て、例えばレーザ加工装
置に効果的に供することのできる放電灯点灯装置を提供
することにある。

以下図面を参照して本発明装置の一実施例を説明する。

第１図は概略構成図で、図中１１は商用交流電源を整流
する整流素子等からなる直流電源である。

この直流電源１１の出力端には平滑用のコンデンサ１２
が接続されている。

渣た前記直流電源１１には、第１のスイッチング素子と
しての５ＣＲ１３とインダクタ１４とを直列に介して第
１の充放電コンデンサ１５が接続されている。

この第１の充放電コンデンサ１５にはダイオード１６を
介して第２の充放電コンデンサ１７が接続されている。

これらの第１及び第２の充放電コンデンサ１５．１７は
、前記５ＣＲ１３の後述する点弧開成によって前記直流
電源１１から共振充電される。

オた第１及び第２の充放電コンデンサ１５．１７は前記
ダイオード１６によって分離され、独立した容量素子と
して機能する。

しかして、前記コンデンサ１２にば５ＣＲ１８が順方向
に接続され、渣た前記第１の充放電コンデンサ１５には
５ＣＲ１９が順方向に接続され、更に前記第２の充放電
コンデンサ１７にはコイル２０を直列接続した５ＣＲ２
１が順方向に接続されている。

そしてこれらの５ＣＲ１８，１９，２１のカソード側は
共通に接続され、波形整形コイル２２を介して放電灯２
３に接続されている。

つ捷り、この放電灯２３に対して前記各コンデンサ１２
，１５゜１７はそれぞれ５ＣＲ１８，１９，２１を介し
て並列的に設けられている。

なお上記５ＣＲ１Ｂ。１９．２１はそれぞれ独立して点
弧開成されるものである。

また図中２３ａは放電灯２３のトリガ電極で、トリガ回
路２４が接続されている。

更に、前記放電灯２３にはバラスト抵抗２５を介して補
助直流電源２６が接続され、予備放電がなされている。

ところで、前記各５ＣＲ１３，１８，１９゜２１ば、そ
れぞれ点弧回路２７ａ、２７ｃ、２γｂ。

２７ｄによって点弧パルスが印加され、ゲート開成する
ものである。

上記点弧回路２７ａ〜２７ｄはスタートパルス信号によ
って順次駆動されるもので、そのタイミングは遅延回路
２８ａ、２８ｂ。

２８Ｃによって設定されている。

即ち、上記スタートパルスによって５ＣＲ１３，５ＣＲ
１９゜５ＣＲ１８，５ＣＲ２１の順に点弧開成するよう
になっている。

このように構成された装置の作用を第２図を参照して説
明する。

第３図ａ、ｂ、ｃばそれぞれコンデンサ１２，１５．１
７の充電電圧ｖ。

１．Ｖｏ２゜ＶＣ３を示すもので、同図ｄは放電灯の放
電電流ＩＤ、同図ｅは共振充電電流ＩＬの波形を示して
いる。

平滑用コンデンサ１２には、通常直流電源１１の出力Ｖ
１ なる電荷が充電されている。

一方、補助直流電源２６はバラスト抵抗２５を介して放
電灯２３の電極に電圧を印加しているっこの状態に於い
て、前記トリガ回路２４から約２０ＫＶのパルス電圧が
印加されると放電灯内部に線状の発光を伴ってアーク放
電が生じる。

このアーク放電による放電灯２３の電圧降下は、例えば
電極間距離が７５綱で、封入されたキセノンガスが約４
５０ｗｒＬＨｖの場合、略１００Ｖ程度となり、その電
流は約３０ｍＡである。

この、放電が放電灯２３の予備放電である。

このような予備放電がなされている状態において時刻Ｔ
１にスタートパルス信号が印加されたとき、本装置は次
のように作用する。

即ち、上記スタートパルス信号によって点弧回路２７ａ
が駆動され、５ＣＲ１３を開成する。

この５ＣＲ１３の開成によってコンデンサ１５及びコン
デンサ１７はインダクタ１４を介して直流電源１１に接
続され、ここに直列共振が生じて上記コンデンサ１５゜
１７は共振充電されるっこの直列共振によるコンデンサ
１５．１？の充電電圧Ｖ。

２．ｖｏ３は電源出力ｖ１の略２倍となり、第３図ｂｙ
ｅにそれぞれ示すように２ｖ１ となる。

なち・このときの共振電流ＩＬは同図ｅに示すようにな
る。

そして、前記５ＣＲ１３ば、上記充電が完了したとき、
今度はその充電電荷の放電作用による逆バイアスによっ
て目動的にターンオフされ、遮断される。

しかるのち、遅延回路２８ａを介して遅延したスタート
パルス信号は時刻Ｔ２において点弧回路２７ｂを駆動し
、前記５ＣＲ１９を点弧開成する。

この５ＣＲ１９の開成によって前記第１のコンデンサ１
５に充電された充電電荷は波形整形コイル２２を介して
放電され、放電灯２３に供給される。

この為、放電灯２３の放電電流が増大し、放電灯２３の
電圧降下が小さくなる。

つ１す、放電灯２３は負性抵抗特性を示し、その電圧降
下は前記電源出力ｖ１に比して十分小さくなる。

このときの第１のコンデンサ１５の充電電圧Ｖ。

２は第２図すに示すようになる。

しかして、上記コンデンサ１５の電圧Ｖ。

２が電圧ｖ１ に低下した時刻Ｔ３に５ＣＲ１８を点弧
導通させる。

この５ＣＲ１８の点弧は、前記遅延回路２８ｂを介して
駆動される点弧回路２７ｃによって行われる。

この５ＣＲ１８の導通によって前記放電灯２３には、前
記コンデンサ１２から、つ捷り直流電源１１から出力ｖ
１の電力が供給される。

従って放電灯２３には、第２図ｄに示す如く、コンデン
サ１５の放電による急峻な電流が流れ、続いて直流電源
１１からの安定した電流が流れることになる。

しかるのち、時刻Ｔ４に前記点弧回路２７ｄを駆動して
５ＣＲ２１を点弧開成する。

この５ＣＲ２１の点弧開成によって先に充電された第２
コンデンサ１７からの光電電荷が急速に放電される。

このとき、放電灯２３にば５ＣＲ２１の開成時に充電電
圧２Ｖ１が印加され、この電圧２ｖ１によって前記５Ｃ
Ｒ１８は逆バイアスされる。

従って５ＣＲ１８はターンオフし、直流電源１１からの
電力供給が停止する。

かくして第２のコンデンサ１７の充電電荷が急速に放電
し、この放電によるコンデンサ１７の電位がｖｌ に下
ったとき、前記第１のコンデンサ１５の充電電荷と共に
放電する。

従って、前記第１及び第２のコンデンサ１５．１７を容
量を小さくしておくことによって急速な充放電がなされ
、放電灯２３への供給電流の立上り及び立下９波形を急
岐にすることができる。

以上要するに、コンデンサ１５の比較的小容量で、且つ
充電電圧の高い電荷は、放電電流の急峻な立上りを起こ
す。

そして一旦放電を開始した放電灯２３には直流電源１１
から安定した電流が供給され、その放電状態を持続する
。

しかるのち、第２のコンデンサ１γの高い電圧で小容量
の充電電荷を放電することによって直流電源１１からの
電流供給を急峻に停止せしめ、上記コンデンサ１５．１
７の残留電荷を高速度に放電する。

かくして、立上り及び立下り波形の急峻な電流を放電灯
２３に供給することができる。

従って放電灯２３は立上り及び立下りの急峻な閃光発光
を行う。

そして、上記放電灯２３を、例えばレーザ装置の励起源
として用いた場合には、上記閃光発光の立上り、及び立
下りに対応した波形特性のレーザ光線を得ることができ
る。

従ってレーザ加工に供する場合には、極めて良好に加工
を行うことができる。

捷た、上記のように立上り及び立下りの急峻な放電電流
で放電灯２３を駆動できるので、その繰り返しを高速度
に行うことができる。

またこの高速度な繰り返しに対しても前記第１及び第２
のコンデンサ１５，１７の容量が小さい為に、ｔａｎδ
損失がなく十分に使用に耐え得る。

なち・、放電灯２３の発光時間ば５ＣＲ１９の点弧時間
Ｔ２から５ＣＲ２１の点弧時間Ｔ４迄によって定められ
る。

従って遅延回路２８ａ、２８ｂ。２８ｃの各遅延時間を
適宜設定することによって所望の発光時間を容易に得る
ことができる。

かくして、先に説明したレーザ加工装置に適用した場合
には、加工条件に応じたレーザ光を被加工物に照射する
ことができ、加工能率の向上をはかることができる利点
がある。

次に本発明の他の実施例を第３図及び第４図を参照して
説明する。

第３図は装置の概略構成図で第４図はその信号波形図で
ある。

この実施例ハ、先に説明した第１図に示す実施例に対し
て５ＣＲ１９の代りにダイオード３１が用い、更に５Ｃ
Ｒ１８の出力に抵抗３２．３３とコンデンサ３４とから
なる時定数回路を設けて、その出力をダイオード３５を
介して放電灯２３に供給するようにしたものである。

そして、放電灯２３の予備放電を行うことなく、自己ト
リガーによって閃光発光するようにしたものである。

即ち、上記の如く構成した装置によれば、第１のコンデ
ンサ１５に充電された電荷は、放電灯２３に印加される
トリガーパルス信号によっテ放電開始する。

そして先に説明した実施例と同様に立上りの急峻な閃光
を得て、その後直流電源１１からの安定した供給電流に
よって閃光放電を持続する。

なお前記時定数回路は５ＣＲ１８の点弧を確実にするも
ので、前記第１のコンデンサ１５の放電による５ＣＲ１
８の逆ノ９アスを防止している。

そして、５ＣＲ２１の点弧開成によって５ＣＲ１８が逆
バイアスされ、直流電源１１からの電流供給を停止する
。

かくしてこのように構成した装置においても先に説明し
た実施例と同様に立上り及び立下りの急峻な閃光発光を
得ることができる。

なか本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば第１及び第２のコンデンサ１５，１γの容量は、
放電灯２３（ｆ１５６光発光繰り返し速度に基づいて設
定すればよいもので、比較的小容量のものでよい。

従って共振充電条件を定める前記インダクタ１４の形状
も小形化することができ、装置の簡略化及び価格の低減
をはかることができる。

筐た本発明装置はレーザ装置を始めとして、写真機のフ
ラッシュ装置等としても十分に適用するととができる。

その他者部分にふ・ける個々の回路構成は、その仕様に
応じて定められるものであって、要するに本発明はその
要旨を逸脱しない範囲で種種変形して実施することがで
きる。

以上詳述したように、本発明によれば、高速度な繰り返
しで、その発光時間を十分に確保し、しかも立上り及び
立下りが急峻で、例えばレーザ装置に効果的に供するこ
とができる等の種々格別の利点を有する放電灯点灯装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明装置の一実施例を示すもので
、第１図は概略構成図、第２図は信号波形図、第３図及
び第４図は本発明装置の他の実施例を示すもので、第３
図は概略構成図、第４図は信号波形図である。 １１・・・直流電源、１３，１８，１９，２１・・・５
ＣＲ１１５・・・充放電コンデンサ、１６・・・ダイオ
ード、１７・・・充放電コンデンサ、２２・・・波形整
形コイル、２３・・・放電灯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電源と、この直流電源に第１のスイッチング素
   子を介して接続されて共振充電される第１の充放電コン
   デンサと、この第１の充放電コンデンサにダイオード素
   子を介して接続されて上記第１の充放電コンデンサと同
   時に共振充電される第２の充放電コンデンサと、前記第
   １の充放電コンデンサの充電電荷を波形整形して放電灯
   に供給する波形整形コイルと、上記充電電荷が供給され
   ている放電灯に前記直流電源出力を供給する第２のスイ
   ッチング素子と、前記第２の充放電コンデンサの充電電
   荷を放電させて上記第２のスイッチング素子をオフ動作
   すると共に前記波形整形コイルを介して放電灯へ供給す
   る第３のスイッチング素子と、前記放電灯をトリガする
   トリガ回路とを具備したことを特徴とする放電灯点灯装
   置。 ２ 第１、第２及び第３のスイッチング素子は、第１の
   スイッチング素子がオン動作されたのち、第２のスイッ
   チング素子がオン動作され、ソノ後第３のスイッチング
   素子がオン動作されるものであって、そのオン動作タイ
   ミングを制御することによって、放電灯の閃光発光波形
   を制御するものである特許請求の範囲第１項記載の放電
   灯点灯装置。 ３ 第１及び第２の充放電コンデンサは、前記第１のス
   イッチング素子に直列に介在されたインダクタンスによ
   って共振充電されるもので、その充電電圧は直流電源出
   力の略２倍である特許請求の範囲第１項記載の放電灯点
   灯装置。