JPS6026314B2 - レ−ザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はしーザ装置の改良に関する。

従来の固体レーザ装置においては、キセノンフラシュラ
ンプなどをパルス放電させて固体レーザ物質を励起する
ことが行なわれている。

この場合、励起光の波形に対応するレーザ発振出力波形
が得られるが、この波形を整形するには、コンデンサＣ
とィンダクタンスＬよりなる波形整形回路が用いられて
いる。従って、パルス放電の持続時間を長くするにはＬ
Ｃの段数を多数接続したりする必要がある。ところで、
ＬＣの段数を増やさないで放電の持続時間を長くする場
合、特にィンダクタンスＬを大きくすることが考えられ
るが、これではコイルが非常に大形化してしまう。

一方、コンデンサＣのみを大きくし、フラッシュランプ
のインピーダンスとコンデンサＣとの放電時定数により
放電持続時間を長くした場合、放電電流が微小になって
も第２図ｃの破線波形に示すようにｔ，〜ｔ４の長時間
に亘つて放電を持続することになる。

しかしながら、以上のようなレーザ出力波形を加工の分
野に利用しようとした場合、破線で示すような微弱なし
ーザ出力波形では加工に不必要な場合が多い。

また、レーザ物質からできるだけ有効なしーザ出力を取
り出すためには、不必要な励起光を入れない方がレーザ
物質に熱歪みなどの悪影響を生じさせないですむ。

また、フラシュランプの放電後、再度直流電圧をコンデ
ンサに充電しなければならないが、放電が完全に終了す
るまでには次の放電準備が必要なために再充電に取りか
かれない。このことは充放電の繰り返し回教を高速化す
る場合に障害となる。また、従来のレーザ装置はパルス
持続時間を任意に可変するためには、充放電コンデンサ
の容量を変化させないと容易に変らないほどの欠点があ
り、実用上不便な点が多かった。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、簡単な
回路でパルス持続時間を任意に可変したり、放電後期の
パルス立ち下がりを急峻にして次の再充電開始までの時
間を長くし、放充電の繰り返し率を高めるようにするレ
ーザ荘暦を提供するものである。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図において充電用直流電源１の一端側に２系統の充
電制御回路２，３を接続し、一方の充電制御回路２の他
端は大容量Ｃ，のコンデンサ４を介在して充電用直流電
源１の他端側に接続し、また他方の充電制御回路３の他
端は小容量Ｃ２（Ｃ，〉Ｃ２）のコンデンサ５を介在し
て充電用直流源１の池端側に接続している。なお、充電
制御回路２，３はそれぞれスイッチＳ，と充電抵抗Ｒ，
、スイッチＳ２と充電抵抗Ｒ２との直列回路をなし、ス
イッチＳ，，Ｓ２を閉じたときに充電を行ない、放電時
にはスイッチＳ，，Ｓ２を開路するものとする。但し、
充電抵抗Ｋ，，Ｒ２の抵抗値が十分大きいものであれば
スイッチＳ，，Ｓ２は必ずしも必要ではない。また、充
電制御回路２とコンデンサ４との共通接続部より打頂次
第１のサィリスタ６、放電用コイル７およびフラシュラ
ンプ８を直列接続し、このフラシュランプ８の池端をコ
ンデンサ４の他端に接続している。

また、充電制御回路３とコンデンサ５との共通接続部は
第２のサィリスタ９を介挿してその他端を放電用コイル
７のタップに接続している。１０はクロックパルスを発
生するクロックパルス発生回路であって、これにはトリ
ガパルス発生回路１１および遅延回路１２がそれぞれ接
続されている。

このトリガパルス発生回路１１は第１のサィリスタ６の
ゲート端子に、また遅延回路１２はサィリスタトリガ発
生回路１３を介在して第２のサィリスタ９のゲート様子
にそれぞれ接続している。また、クロックパルス発振器
１０の出力側はトリガ発生回路１４を介在してフラシュ
ランプ８のトリガ端子８ａに接続している。なお、図示
していないがフラシュランプ８の近傍に励起光でレーザ
パルスを発生するレーザ物質が配置されている。次に、
第１図に示すレーザ装置の作用を説明する。

今、充電制御回路２，３のスイッチＳ，，Ｓ２を閉成す
ると、充電用直流電源１の直流電圧はこれらの充電制御
回路２，３を通してコンデンサ４，５に電圧Ｖｓ（第２
図ａ参照）まで充電される。そこで、Ｌ時点でクロツク
バルス発生回路１０よりクロツクパルスを発生すると、
このクロックパルスはサィリスタトリガ発生回路１１、
フラッシュランプ用トリガ発生回路１４並びに遅延回路
１２にそれぞれ供給される。これによって、先ず、第１
のサィリスタ６とフラッシュランプ８にトリガパルスが
印加されるので、第１のサィリスタ６はオンしてコンデ
ンサ４の電荷が第１のサィリスタ６および放電用コイル
７を通ってフラシュランプ８で放電する。

従って、フラシュランプ８は励起光を発しその励起光は
集光鏡によってレーザ物質に集光され、該レーザ物質よ
り第２図ｃに示すような立上りの急峻なしーザパルスが
出力される。一方、遅延回路１２は（ら−ｔ，）だけ遅
延するとすれば、遅延回路１２からら時点でクロックパ
ルスがでてサィリスタトリガ発生回路１３に入るため、
これによって第２のサィリスタ９がオンし、コンデンサ
５に貯えられていて電荷が放電しコンデンサ４の電圧Ｖ
ｓ′の時点で逆バイアスとなって第１のサィリスタ６が
オフしコンデンサ４の放電は停止する。

従って、ら時点からコンデンサ５の電荷が第２のサイリ
スタ９および放電用コイル７を通ってフラシュランプ８
に加えられ、ここで放電される（第２図ｂ参照）。

この場合、コンデンサ５の容量は４・さし、値に設定さ
れているので、ｔ２〜ｔ３の短時間で放電を完了してし
まう。つまり、従釆ではコンデンサ４の電荷がなくなる
までにはｔ４時点までかかるものが、容量の小さいコン
デンサ５の電荷を放電させることによってら時点で放電
が完了してしまうことになる。この結果、弱い励起状態
が長く続くことなく、レーザパルスはある高レベル状態
を維持して急激に立下がることになる。

しかも、コンデンサ４はら時点で放電を完了しているの
で、ら時点から次の放電のための充電を行なうことがで
き、早期に充電完了状態に設定できる。

なお、放電電流波形は、ｔ，〜らまではコンデンサ４と
放電用コイル７とフラシユランプ８とによって決まり、
またｔ２〜ｔ３まではコンデサ５と放電用コイル７とフ
ラシユランプ８とによって主として放電電流波形が決ま
る。

このように、パルス放電持続時間はコンデンサ４の容量
を大きくしておき、遅延回路１２の時間設定によって放
電電流波形ｔ，〜らを決めることができるため、従来の
ようにＬ．Ｃ波形整形回路の切り換えを行なわずに変化
させることができる。従って、このレーザパルスをし−
ザ加工分野に利用する場合、穴あげ加工及び溶接加工な
どの用途によってレーザのパルス持続時間を容易に切り
換えることが可能となり実用上便利なものとなる。次に
、第３図は本発明の他の実施例である。同図において２
０は電源トランスで、この２次側コイルにブリッジ整流
回路２１を接続している。この整流回路２１の出力端に
はチョークコイル２２を介在して平滑コンデンサ２３が
接続されている。また、チョークコイル２２とコンデン
サ２３の共通接続部より充電コイル２４、サィリスタ２
５および充放電コンデンサ２６よりなる直列回路を接続
し、同回路の他端をコンデンサ２３の他端側に接続して
いる。また、前記共通接続部よりサィリスタ２７、放電
波形整形コイル２８およびフラシュランプ２９の直列回
路を介してコンデンサ２３の他端側に接続している。３
０‘ま高圧発生回路、３１は放電安定化抵抗である。

さらにサイリスタ２５とコンデンサ２６の共通接続部よ
りサィリスタ３２を介して放電波形整形コイル２８のタ
ップに接続している。一方、３３はクロツクパルス発生
回路であって、これにはサィリスタトリガ発生回路３４
および遅延回路３５が接続されている。

このサィリスタトリガ発生回路３４のトリガパルスはサ
イリスタ２５のゲート端子に印加する。また、遅延回路
３５の出力側は２分岐され、その一方はサィリスタトリ
ガ発生回路３６に接続しサィリスタ２７のゲート端子に
トリガパルスを印加するようになっている。他方は遅延
回路３７およびサィリスタトリガ発生回路３８に接続し
てサィリスタ３２のゲート端子にトリガパルスを加える
ようにしている。なお、フラシュランプ２９は外部トリ
ガで予備放電させると同時に高圧発生回路３０の直流電
圧と放電安定化抵抗３１によって常時微弱な放電を行な
うようにしている。次に、第３図のレーザ装置の動作を
説明する。

コンデンサ２３からは所定の直流電圧が発生しており、
従って、ち時点でクロツクパルス発生回路３３からクロ
ックパルスを発生すると（第４図参照）、サィリスタト
リガ発生回路３４を経てサィリスタ２５のゲート端子に
トリガパルスが印加される。このため、コンデンサ２３
の電圧は充電コイル２４、サイリスタ２５を通ってコン
デンサ２６に充電される。この場合、コンデンサ２６の
容量は小さい値でよく、第４図ｂのＶｃ２に示すように
充蟹コイル２４とコンデンサ２６は直列共振し半サイク
ルでサィリスタ２５の電流は零となって遮断状態となる
。この期間、コンデンサ２３の電圧は第４図ａのように
一時的に低下しコンデンサ２６の充電が完了したら再び
コンデンサ２３の電圧は元に復帰する。次いで、遅延回
路３５で（ら一ち）遅延したｔ２時点でサィリスタトリ
ガ発生回路３６よりサィリスタ２７のゲート端子にトリ
ガバルスを印加し、さらに、これと同時又は前もってフ
ラシュランプ３０のトリガ端子に高圧ランプトリガを印
加すると、フラシュランプ２９は予備放電が続いている
ので、コンデンサ２３よりサイリスタ２７および放電波
形成形コイル２８を通って主放電が行なわれる。

さらに、遅延回路３７で遅延し主放電の行なわれている
途中のち時点で、サィリスタトリガ発生回路３８よりサ
イリスタ３２のゲート端子にトリガパルスを印加すると
、サイリスタ３２は順方向にバイアスがかかっているの
で、コンデンサ２６の電荷は放電波形成形コイル２８に
流入し、それによりサィリスタ２７は逆方向にバイアス
されるためそれまでの放電は停止する。

コンデンサ２６の放電はフラシュランプ２９を通して短
時間のうちに放電するように容量が選ばれるので、フラ
シュランプ２９の放電はし時点で完了する。このように
して、フラシュランプ２９は直流回路から放電し適当な
時間幅で直流放電遮断用のパルス電力供ｖ給で放電を遮
断することができる。

即ち、パルス幅とパルスくり返し率とを適当に選択する
ことができる。放電電流の幅は遅延回路３７の遅延時間
の調整を行なうことによって任意に変化できることは明
らかである。このような回路構成では、コンデンサ２３
の容量はフラシュランブ２９が一回放電するに足るエネ
ルギーを畜鏡している必要はない。

商用電源と同期して作動させる場合には、コンデンサ２
３は十分小さくできる。また、整流回路２１には多相整
流回路を利用し長時間接続パルス電流を平坦化すること
もできる。なお、本実施例ではフラシュランプ２９を外
部トリガで予備放電させると同時に高圧発生回路３０の
直流電圧と放電安定化抵抗３１を接続し常時微弱な放電
を行なわせるようにしたが、この直流高圧発生源は必ず
しも必要とはしない。

しかし、直流放電を行なわせておけば、次にパルス放電
時に高圧のランプトリガパルスを印加しないで良い利点
がある。その他、本発明は上記実施例に限ることなく種
々変形して実施することが可能である。

以上詳記したように本発明によれば、比較的容量の大き
いコンデンサの電荷をフラシュランプに供給して主放電
を行ない、適宜な時間に容量の小さいコンデンサの電荷
を前記フラツュランプに供給して放電するようにしたの
で、従釆のよくに弱い励起状態を長く続けることなく、
最適な状態を経過したときに直ちに急峻に放電を終了さ
せることができ、従って、再放電を速かに行なうことが
できる。

つまり、従来のレーザ装置ではコンデンサ容量に比例し
た低レベルのレーザバルスの持続時間を有するもので、
例えばレーザ穴あげ加工などにおいては被加工物に十分
な穴あげが行なわれずに溶融するために、照射当初十分
強いレーザビームで穴あげしても再度溶融物が穴に流入
して塞いでしまう。これに対し、本願レーザ袋贋は立下
りの急峻なしーザパルス光を用いるので、最適な穴あげ
加工ができる。また、溶接にあっては、ある最適なェネ
ルギ密度より低いレーザビームを照射しても溶融状態を
つくるにはパワー不足であり、これらの熱は周囲に伝播
して熱影響を与えるだけである。

また、レーザ物質は励起光を照射したときに熱歪みが生
じるので、これを回避するためにレーザ物質側壁面を水
によって冷却しているが、これではしーザ物質の中心部
と周辺部との間に温度差が生じて歪となって発生する。

このレーザ物質の熱歪み現象は連続励起光の方がパルス
幅の小さい励起光より大きい。このことからパルス励起
光でもそのパルス幅が短い程その熱歪みは小さい。従っ
て、本発明のレーザ装置はしーザ物質の熱歪みに関して
も小さくできる。さらに、放電系の一部の時間遅れを任
意に時間設定できるので、レザー出力の持続時間を容易
に切換えることとなって実用的にも便利である。

さらに、電源回路の損失に関しては、コンデンサが完全
な放電によって貴電荷にならず、所定レベル以上の電圧
が残留するので、次の充電における充電回路における発
熱量はコンデンサの蓄積ェネルギの割りに小さくできる
。即ち、電圧の高い部分で充電するので、充電電流が一
定でも高い電圧領域の充電であるので、充電電力は低い
電圧のものより大きくなるためである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザ装置の構成図、第２図は第
１図に示す装置の動作波形図、第３図は本発明の他の実
施例を説明するレーザ装置の構成図、第４図は第３図に
示す装置の動作波形図である。 １・・・・・・充電用直流電源、２，３・・・・・・充
電制御回路、４・・・・・・大容量コンデンサ、５・・
…・小容量コンデンサ、６・・・・・・サィリスタ、８
・・・・・・励起用ランプ（フラシユランプ）、９……
サイリスタ、１０……クロツクパルス発生回路、１２・
・・・・・遅延回路、２３……コンデンサ、２５……サ
イリスタ、２６……コンデンサ、２７……サイリスタ、
２９……励起用ランプ、３０・・・・・・高圧発生回路
、３２・・・…サィリスタ、３３・・・…クロツクパル
ス発生回路、３５，３７・・・・・・遅延回路。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 励起用ランプの励起光でレーザ物質を励起し所定方
   向にレーザパルスを発生するレーザ装置おいて、容量Ｃ
   ＿１のコンデンサに充電された電荷を第１のサイリスタ
   および前記励起用ランプを通して放電し該ランプより励
   起光を発する第１の充放電系と、容量Ｃ＿２（Ｃ＿１＞
   Ｃ＿２）のコンデンサに充電された電荷を第２のサイリ
   スタを通して前記励起用ランプで放電する第２の充放電
   系と、この第２の放電系の放電開始を前記第１の放電系
   より任意時間遅れるように前記第１、第２のサイリスタ
   のゲートをトリガし前記レーザパルスの立下りを急峻に
   する放電制御系とを備えてなることを特徴とするレーザ
   装置。 ２ 第２の充放電系として、直流電源と容量Ｃ＿２のコ
   ンデンサとの間にサイリスタを挿入し、放電制御系で該
   サイリスタを動作制御し、容量Ｃ＿１のコンデンサの放
   電電流により容量Ｃ＿２のコンデンサを充電するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレー
   ザ装置。