JPS6244436B2

JPS6244436B2 -

Info

Publication number: JPS6244436B2
Application number: JP3040782A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Kanehara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1987-09-21
Also published as: JPS58147185A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は無声放電励起レーザー装置に関する
ものであり、特に無声放電々力の制御における安
定性及び信頼性の向上を計つた無声放電励起レー
ザー装置に関するものである。

従来、この種の装置として第１図に示すものが
あつた。

図において、３相交流電圧は整流回路２により
直流電圧に変換され、平滑回路３により電圧の脈
動が少なくされる。ここで整流回路２は、第２図
に示すように、６個の整流器５により構成され、
３相交流を全波整流している。また、平滑回路３
は、第３図に示すようにリアクトル６とコンデン
サ７により構成されている。

インバータ８は、第４図に示すように、真空
管、サイリスタ、FET，SITまたはトランジスタ
等の複数の電気スイツチ９により構成され、４個
の電気スイツチ９のON時間が制御されることに
より出力電流が制御されるものであり、動作周波
数が100KHz程度の単相インバータである。この
インバータ８は、直流入力電流検出器１０の検出
信号と電流設定装置１１の電流設定入力との差を
とり、この差信号を増幅器１２により増幅した信
号により電気スイツチ９の導通率を制御すること
により出力電力が制御され、インバータ８の直流
入力電流が電流設定入力１１とと同じ値になるよ
うに制御される。インバータ８の出力電圧は昇圧
トランス１３により電圧が昇圧され、表面が誘電
体に覆れた１対の電極１４Ａ，１４Ｂにこの昇圧
電圧が加えられ、電極１４Ａ，１４Ｂ間に無声放
電１５を生じさせる。また、容器１６内にはレー
ザー媒質ガス１７を満してあり、無声放電１５に
よりレーザー媒質ガス１７を励起することによ
り、無声放電１５部分をはさんで対向して配置さ
れた全反射鏡１８と部分透過鏡１９とからなる共
振器によりレーザー発振を起し、レーザー光２０
を部分透過鏡１９から取り出しレーザー加工等に
使用する。

従来の無声放電励起レーザー装置は以上のよう
に構成されているので、インバータ８の直流入力
電流を直流入力電流検出器１０により検出し一定
に制御しても、インバータ８の直流入力電力に対
する交流出力電力の比、すなわち電力変換効率が
変化したり、トランス１３の入力電力に対する電
極１４Ａ，１４Ｂへの無声放電電力の比、すなわ
ち電力伝達効率が変化したりすると、無声放電電
力が変化し、レーザ光２０の強さが安定しないと
いう欠点があつた。

これはインバータ８を構成する電気スイツチ９
がFETまたはトランジスタ等の半導体で構成さ
れているため、ON抵抗やON電圧、またはスイツ
チング損失が温度条件によつて変化することと、
トランス１３の巻線抵抗や鉄心の損失の温度によ
る変化に帰因するものである。

また、３相交流電源１の電圧が変動した場合、
整流回路２がダイオード５により構成されている
ので、整流回路２の直流出力電圧、すなわちイン
バータ８の直流入力電圧が変動するため、インバ
ータ８の直流入力電流を一定に制御しても直流入
力電力は変動してしまうという問題があつた。

また、３相交流電源１の電圧が高くなりすぎる
と、インバータ８を構成する電気スイツチ９の耐
電圧を越えてしまい、トランジスタ等の電気スイ
ツチ９を破壊してしまう等の欠点があつた。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、インバータ８の
直流入力電圧を一定に制御し、また電極１４Ａ，
１４Ｂに流れる無声放電１５の電流を一定に制御
することにより、安定なレーザー出力を得ること
ができる無声放電励起レーザー装置を提供するこ
とを目的としている。

以下、この発明の一実施例を図に基づいて説明
する。第５図はこの発明の一実施例装置を示し、
図において、３相交流電圧をコンバータ２２によ
り整流し、平滑回路３により電圧の脈動を除去し
て直流電圧を得る。このコンバータ２２の一例を
第６図及び第７図に示す。第６図に示すコンバー
タ２２はサイリスタ等の６素子からなる電気スイ
ツチ２３により構成され、３相交流の位相に同期
させて導通を制御することにより、直流出力電圧
を得るものである。このコンバータ２２は、コン
バータ２２からの直流出力電圧と直流電圧設定装
置２４の設定値との差を増幅器２５により増幅
し、コンバータ２２の電気スイツチ２３の導通率
を制御して、直流出力電圧が一定に保たれるよう
に制御される。また、第７図に示すコンバータ２
２は、交流電圧をダイオード５０で整流した後、
トランジスタ等の電気スイツチ５１とダイオード
２６とによりチヨツパ制御する構成であり、スイ
ツチングにより導通時間を制御することにより直
流出力電圧を制御するものである。

インバータ８はコンバータ２２の直流出力電圧
を100KHz程度の交流電圧に変換するものであ
り、インバータ８の出力電圧は昇圧トランス２７
により電圧が昇圧され、この電圧が電極１４Ａ，
１４Ｂに加えられ無声放電１５が発生させられ
る。この無声放電１５の発生により生じた無声放
電電流は、昇圧トランス２７の２次巻線の中点を
分割して接続された電流検出回路２８により検出
される。この電流検出回路２８の一例を第８図に
示す。電流検出回路２８はダイオード２９、コン
デンサ３０及び抵抗３１により構成され、ダイオ
ード２９は昇圧トランス２７の２次巻線に流れる
交流電流を整流し、コンデンサ３０に直流電圧と
して充電する。コンデンサ３０の電圧は抵抗３１
に流れ、無声放電電流と抵抗３１の積による電圧
が無声放電電流の検出値として用いられる。この
電流検出回路２８は昇圧トランス２７の２次巻線
のアース電位側に挿入されるため、他の制御回路
で電流検出回路２８の出力を利用する時、絶縁の
必要が無く安全であるという特徴がある。

また、電流検出回路２８としては、第９図に示
す回路のものもあり、この回路は昇圧トランス２
７の２次巻線のアース電位側にフエライトコア等
で構成されたトランス３２を第８図の回路に挿入
したもので、高圧回路と制御回路が完全に絶縁さ
れ、さらに安全なものにすることができる。

無声放電電流は電流検出回路２８により直流電
圧信号として検出され、無声放電電流設定装置３
３の設定値との電圧差を増幅器３４により増幅し
インバータ８の電気スイツチ９の導通率を制御す
ることにより無声放電電流が一定に制御される。
この回路によれば、インバータ８の効率または昇
圧トランス２７の損失が変化しても無声放電電流
を一定に制御することができ、またインバータ８
の直流入力電圧もコンバータ２２により一定に制
御されているため無声放電電圧も安定になる。し
たがつて、無声放電力は３相交流電源１の電圧変
動の影響を受けないことになる。また無声放電電
流の変動も無いので高精度に安定にすることがで
き、したがつてレーザー出力２０を安定なものと
することができる効果がある。インバータ８への
直流入力電流を直流入力電流検出器１０により検
出し、直流電流設定装置３５の設定値との差を増
幅器３６により増幅し、インバータ８の直流入力
電流が直流電流設定装置３５の設定値を越えた時
にのみ、ダイオード３７により無声放電電流設定
装置３３の設定値を下げるように動作し、インバ
ータ８の直流入力電力の過大入力を防止し、昇圧
トランス２７の巻線の短絡または電極１４Ａ，１
４Ｂの絶縁劣下等の事故に対してインバータ８ま
たはコンバータ２２に過大電流が流れないように
することができ、装置の損傷を防ぐことができ
る。また、巻線電圧検出器３８は昇圧トランス２
７の２次巻線の近傍に巻いた３次巻線３９に発生
する電圧を直流電圧に変換するもので、高電圧の
２次巻線に対して３次巻線３９は低電圧でよく、
しかも２次巻線と相似の電圧波形であるため、こ
の電圧を巻線電圧検出器３８の一例である第１０
図のダイオード４０とコンデンサ４１及び抵抗４
２により直流に変換すれば、２次巻線電圧を容易
に検出することができる。この巻線電圧検出器３
８の信号と巻線電圧設定装置４３との電圧差を増
幅器４４により増幅し、昇圧トランス２７の２次
巻線電圧が巻線電圧設定装置４３の設定値を越え
た時にのみダイオード４５により無声放電電流設
定装置３３の設定値を下げるように動作し、昇圧
トランス２７の断線、昇圧トランス２７から電極
１４Ａ，１４Ｂへ至る電線の断線、または無声放
電１５が発生しない場合に昇圧トランス２７の２
次巻線電圧が上昇して昇圧トランス２７の巻線ま
たは電極１４Ａ，１４Ｂを絶縁破壊するのを未然
に防止することができる。

以上のように、この発明装置によれば、インバ
ータの直流入力電圧を一定に保ち、無声放電電流
を制御し、また保護機能としてインバータの直流
入力電流または昇圧トランスの２次巻線電圧が設
定値を越えた時に無声放電電流設定装置の設定値
を下げるように構成したので、無声放電電力を高
精度に安定にすることができ、したがつてレーザ
ー出力も安定なものとすることができ、昇圧トラ
ンスや電極の短絡、絶縁劣下、断線等の異常事態
が生じても装置の損傷を防ぐことができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の無声放電励起レーザー装置を示
す概念図、第２図は整流回路の一例を示す図、第
３図は平滑回路の一例を示す図、第４図はインバ
ータの一例を示す図、第５図はこの発明の一実施
例を示す概念図、第６図はコンバータの一例を示
す図、第７図はコンバータの他の一例を示す図、
第８図は電流検出回路の一例を示す回路図、第９
図は電流検出回路の他の一例を示す回路図、第１
０図は巻線電圧検出器の一例を示す図である。１……３相交流、２……整流回路、３……平滑
回路、５，２６，２９，３７，４５，４０……ダ
イオード、６……リアクトル、７，３０，４１…
…コンデンサ、８……インバータ、９，２３……
電気スイツチ、１０……直流入力電流検出器、１
１……直流電流設定装置、１２，２５，３４，３
６……増幅器、１３……昇圧トランス、１４Ａ，
１４Ｂ……電極、１５……無声放電、１６……容
器、１７……レーザー媒質ガス、１８……全反射
鏡、１９……部分透過鏡、２０……レーザー光、
３１，４２……抵抗、３２……トランス、２２…
…コンバータ、２４……電圧設定装置、２７……
昇圧トランス、２８……電流検出回路、３３……
無声放電電流設定装置、３５……直流入力電流設
定装置、３８……巻線電圧検出器、３９……３次
巻線、４３……巻線電圧設定装置、なお図中同一
符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ、
上記コンバータの直流出力電圧を交流電圧に変換
するインバータ、上記インバータの交流出力電圧
を昇圧するトランス、上記トランスの２次側に接
続され対向して配設され誘電体で覆われた一対の
電極、上記一対の電極間に無声放電を発生させる
ことにより励起されるレーザー媒質ガス、上記無
声放電を介して対向して配設された全反射鏡と部
分透過鏡とからなる共振器、上記無声放電の電流
値を検出する電流検出装置、上記無声放電の電流
値を設定する放電電流設定装置、上記電流検出装
置の検出値が放電電流設定装置の設定値となるよ
うに上記インバータの出力電圧を制御する制御装
置を備えたことを特徴とする無声放電励起レーザ
ー装置。２電流検出装置はトランスの２次巻線の中点を
分割し巻線電流を全波整流することにより検出す
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の無声放電励起レーザー装置。３コンバータはコンバータの出力電圧がコンバ
ータ出力電圧設定装置の設定値になるように制御
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項または第２項に記載の無声放電励起レーザー装
置。４放電電流設定装置の設定値はインバータへの
入力電流が直流電流設定値を越えたときに下げる
ように制御されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の無声放電
励起レーザー装置。５放電電流設定装置の設定値はトランスの２次
巻線電圧が設定値を越えたときに下げるように制
御されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
乃至第４項のいずれかに記載の無声放電励起レー
ザー装置。