JPS6340233A - サイラトロン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、環境温度又は負荷に応じて冷媒温度を制御
できるサイラトロン装置に関するしのである。

［従来の技術］ 第２図は、例えば「レーザ学会研究報告（１９８５年）
ＲＴＭ−８５−９Ｊの第１頁に記載された、サイラトロ
ン装置を備えた一般的な横方向励起形パルスレーザ発振
器を示すブロック図である。

図において、（１）は直流の高圧電源、（２）は高圧電
源（１）の両端間に接続された放電スイッチング用のサ
イラトロン、（３）はサイラトロン（２）のアノード、
（４）はサイラトロン（２）のカソード、（５）はサイ
ラトロン（２）を起動してアノード（３）及びカソード
（４）間を導通させるためのトリガ、（６）及び（７）
はサイラトロン（２）に内蔵され且つトリガ（５）に接
続された第１グリツド及び第２グリツド、（８）はサイ
ラトロン（２）と共に高圧電源（１）の両端間に接続さ
れたパルス放電回路である。

（９）及び（１０）はパルス放電回路（８）に接続され
た陰極及び陽極、（１１）は陰極（９）及び陽極（１０
）間に流し込まれるレーザガス（例えばＫｒ、Ｆｔ、Ｈ
ｅからなる混合ガス）、（１２）は陰極（９）及び陽極
（１０）間に形成される放電励起部、（１３）は（９）
〜（１２）を収納するレーザ筺体である。

次に、第２図に示した従来のパルスレーザ発振器の動作
について説明する。

まず、レーザ筺体（１３）内に封入されたレーザガス（
１１）が、陰極（９）及び陽極（１０）間の放電励起部
（１２）に流し込まれる。又、一方、高圧電源（１）に
よりパルス放電回路（８）が所定の電圧で充電される。

ここで、トリガ（５）から第１グリツド（６）及び第２
グリツド（７）にパルスが与えられると、サイラトロン
（２）のアノード（３）及びカソード（４）間で放電が
起こり、サイラトロン（２）が導通状態となる。このと
き、パルス放電回路（８）により、陰極（９）及び陽極
（１０）間に、パルス電圧が印加されて均一な放電が起
こる。この放電により形成された放電励起部（１２）で
は、例えば励起されたレーザガスＫｒＦ’などが生成さ
れてレーザ発振が生じる。

通常、このようなパルスレーザ発振器においては、１秒
間に数１０〜数１０００回の放電動作を行なわせること
により平均出力を得ている。このような高繰り返し動作
を実現するため、以下の■〜■の条件を満たす高圧スイ
ッチが必要となる。

■保持電圧（両端に印加できる電圧）が高いこと。

■ピーク電流が高いこと。

■電流の立ち上がり（ｄｉ／ｄｔ）が早いこと。

■導通状態から非導通状態になるまでの復帰時間が早い
こと。

■高繰り返し動作が可能なこと。

■寿命が長いこと。

これら■〜■の条件を満たす高圧スイッチとして、一般
にサイラトロン（２）が用いられている。

サイラトロン（２）は、３〜５極（第２図の例では４極
）の真空管であり、そのカソード（４）は電子を放出し
やすいようにカソードヒータ（図示せず）により加熱さ
れている。又、内部に水素ガスを封入して復帰時間及び
寿命の特性を数件した水素サイラトロンの場合は、水素
ガスの圧力を調整するためにリザーバヒータ（図示せず
）ら備えている。

更に、これらヒータによる定常的な発熱の他に導通動作
時の損失による発熱がある。第３図はサイラトロン（２
）の動作時におけるアノード（３）及びカソード（４）
間の、電圧Ｖ、雷電流及び損失電力Ｗ（−ＶＸＩ）の特
性を示したしのである。

例えば、トリガ（５）からのパルス信号により、時間１
＝０においてアノード（３）及びカソード（４）間で放
電が開始すると、サイラトロン（２）の両端の電圧Ｖが
下がり始め、同時に電流Ｉが流れ始める。このとき、電
圧Ｖ及び電流■の積ｖ×■が損失となってサイラトロン
（２）自身を加熱する。この加熱量は、当然ながら繰り
返し数（１秒間にサイラトロン（２）が動作する回数）
に比例し、且つ動作時の回路条件により異なる。最大２
５０ｐｐｓの高繰り返し数を目的としたサイラトロン（
２）の例では、ヒータによる定常的な発熱３００Ｗに対
し、動作時の損失による発熱は２００〜７００Ｗとなる
。

サイラトロン（２）の周辺の温度が適性値より高すぎる
場合は、サイラトロン（２）を構成する電極材料又はセ
ラミックなどの絶縁材料が、熱的歪を受けてついには破
壊されることになる。

逆に適性値より低すぎる場合は、カソード（４）からの
電子供給が十分に行なわれないため、トリガ（５）から
のパルス信号を受けてもサイラトロン（２）が導通状態
とならないことがある。又、たとえ導通状態となってら
、早い電流Ｉの立ち上がり（ｄｉ／ｄｔ）が得られず且
つ復帰時間も遅れる。復帰時間が昔しく遅れたときには
、高圧電源（＋）が短絡状態となって大電流が流れるた
め、サイラトロン（２）を構成する電極が損傷を受ける
ことになる。

従来より、動作時の発熱による熱量を奪うため、サイラ
トロン（２）には冷却系が設けられている。

第４図は冷却系を備えた従来のサイラトロン装置を示す
ブロック図であり、（２ａ）はセラミック等からなり、
アノード（３）、カソード（４）、第１グリツド（６）
及び第２グリツド（７）が設けられてサイラトロン（２
）を構成するサイラトロン本体、（１４）はサイラトロ
ン本体（２ａ）を収納する容器である。

（１５）はサイラトロン本体（２ａ）の側壁を冷却する
絶縁油などからなる冷媒、（１６）は矢印に沿って流れ
る冷媒（１５）を冷却するための熱交換器、（１７）は
熱交換器（１６）内を循環する水などからなる第２の冷
媒、（１８）は冷媒（１５）を循環させる循環ポンプで
あり、これらは冷却系を構成している。

第４図において、冷媒（１５）が循環ポンプ（１８）に
より矢印のように循環すると、熱交換器（１，６）によ
り冷却されなからサイラトロン本体（２ａ）から熱を奪
う。このとき、カソード（４）の周辺はヒータ等で加熱
される箇所なので、冷媒（１５）アノード（３）側から
給入されてカソード（４）側から給出される。

従って、サイラトロン（２）内の冷媒（１５）の温度は
、カソード（４）の周辺で最高点となるように設定され
ている。この最高点温度の最適値は、通常２５〜３５°
Ｃである 通常、冷却系（１５）〜（１８）は、サイラトロン（２
）の定格負荷（電圧、電流及び繰り返し数）において、
冷媒（１５）の温度が一定となるように設計されている
。従って、例えば繰り返し周波数が低いときには動作に
よる発熱量が少なくなるため、冷媒（１５）の温度が適
性温度範囲以下になる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のサイラトロン装置は以上のように、冷却系は備え
ていたが、加熱に関してはカソードヒータ及びリザーバ
ヒータのみで行なっていたので、冬場の冷媒（１５）及
び熱交換器（１６）が冷えきっている状態においては、
冷媒（１５）を適性温度まで上昇させるのに１５〜２０
分という長い時間を要するという問題点があった。又、
サイラトロン（２）に対する印加電圧、ピーク電流及び
繰り返し周波数などの動作時の負荷変動によりサイラト
ロン（２）自身の発熱量が異なるため、適性温度範囲内
に保つためには冷媒（１５）又は第２の冷媒（１７）の
流量調節を必要とする問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、サイラトロンの始動時のウオーミングアツプ
時間を短縮すると共に、サイラトロンの安定動作及び長
寿命化を実現し、使いやすく信頼性の高いサイラトロン
装置を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るサイラトロン装置は、サイラトロン内の
冷媒の温度を検出する温度検出系と、冷媒の温度に応じ
て冷媒を加熱するための加熱系とを備えたものである。

［作用］ この発明においては、環境温度が低いときには、サイラ
トロンから独立した加熱系により冷媒を適宜加熱して始
動時のウオーミングアツプ時間を短縮し、又、動作時の
負荷が変動したときには、冷媒の流量を変えずに加熱系
を調整して冷媒温度を一定の適性温度範囲内に保つ。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、（２
）〜（４）、（６）、（７）及び（１４）〜（１８）は
前述の従来装置と同様のものである。

（１９）はサイラトロン（２）内のカソード（４）側に
設けられた温度センサ、（２０）は温度センサ（１９）
の検出信号Ｓに基づいて冷媒（１５）の温度を表示する
温度表示器であり、これらは温度検出系を構成している
。

（２１）は冷媒（１５）の冷却系の一部に組み込まれて
冷媒（１５）を加熱するためのヒータなどからなる加熱
源、（２２）は加熱源（２１）を駆動するための加熱用
電源、（２３）は温度表示器（２０）におけろ温度信号
Ｔに応じて加熱用電源（２２）を制御する温度制御機構
であり、これらは冷媒（１５）の加熱系を構成している
。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。尚、サイラトロン（２）の冷却系の基本的
動作は、第４図に示した従来装置の場合と同様である。

又、温度制御機構（２３）内には、予め、例えば２５〜
３５°Ｃの適性温度範囲が設定されており、温度信号Ｔ
が適性温度範囲内の場合は制御信号Ｃをオフとし、適性
温度範囲以下の場合は制御信号Ｃをオンとするようにな
っている。

いま、冬場において冷媒（１５）及び熱交換器（１６）
か冷えきった状態にあり、始動前の冷媒（１５）の温度
は適性温度以下である場合を例にとって説明する。

まず、サイラトロン（２）の始動時には、サイラトロン
（２）内のヒータ（図示せず）を起動すると共に、加熱
用電源（２２）をオンさせて加熱源（２１）を起動する
。これにより、冷媒（１５）の温度は、サイラトロン（
２）のカソード（４）側における適性温度範囲内に速や
かに上昇する。従って、サイラトロン（２）は短時間で
動作可能な状態となる。

温度表示器（２０）は、温度センサ（１９）からの検出
信号Ｓに基づいて、冷媒（１５）の現在温度を常に表示
する。又、温度制御機構（２３）は、温度信号Ｔが適性
温度範囲内にあることを判断すると、制御信号Ｃにより
加熱用電源（２２）をオフにして、加熱源（２１）の駆
動を停止させる。

又、動作時のサイラトロン（２）の負荷が減少して例え
ば繰り返し周波数か低下した場合、温度センナ（１９）
は直ちに冷媒（１５）の温度低下を検出し、温度表示器
（２０）を介して温度信号Ｔを温度制御機構（２３）に
出力する。温度信号Ｔに応じて温度制御機構（２３）は
制御信号Ｃを出力し、これにより加熱源（２１）を駆動
して冷媒（１５）の温度を適性温度範囲内に保つ。

尚、上記実施例では、温度制御機構（２３）が温度表示
器（２０）からの温度信号Ｔを用いて加熱用電源（２２
）の制御を行なったが、温度センサ（１９）からの検出
信号Ｓを直接用いて制御してもよい。

又、温度制御機構（２３）を用いないで、オペレータが
温度表示器（２０）を観測しながら手動操作により冷媒
（１５）の温度を制御してもよい。

し発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、サイラトロン内の冷媒
の温度を検出する温度検出系と、冷媒の温度に応じて冷
媒を加熱するための加熱系とを設け、環境温度が低いと
き又は動作時の負荷が低下したときには、適宜加熱系を
駆動して冷媒温度を一定の適性温度範囲内に保つように
したので、始動時のウオーミングアツプ時間が短縮され
、使いやすく信頼性の高いサイラトロン装置が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はサイラトロン装置を用いた一般的なパルスレーザ発振
器を示すブロック図、第３図は一般的なサイラトロン装
置の電圧、電流及び損失電力の関係を示す特性図、第４
図は従来のサイラトロン装置を示すブロック図である。 （２）・・・サイラトロン　　　（４）・・・カソード
（１５）・・・冷媒　　　　　　　（１９）・・・温度
センナ（２０）・・・温度表示器　　　　（２１）・・
・加熱用電源（２２）・・・加熱源　　　　　　（２３
）・・・温度制御機構Ｓ・・・検出信号 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 昂１図 １９　　　星趨−−−プ ′　５　　１唄トエイ言号

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）高圧電源からの電圧をパルス的に放電させるため
   のサイラトロンと、このサイラトロン内に冷媒を循環さ
   せる冷却系と、前記サイラトロン内の前記冷媒の温度を
   検出する温度検出系と、前記冷媒の温度に応じて前記冷
   媒を加熱するための加熱系とを備えたサイラトロン装置
   。
2. （２）温度検出系は、サイラトロン内に設けられた温度
   センサと、この温度センサの検出信号に基づいて冷媒の
   温度を表示する温度表示器とからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のサイラトロン装置。
3. （３）温度センサは、サイラトロンのカソード側に設け
   られたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のサ
   イラトロン装置。
4. （４）加熱系は、冷却系の一部に組み込まれた加熱源と
   、この加熱源を駆動する加熱用電源とを備えたことを特
   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
   記載のサイラトロン装置。
5. （５）加熱系は、冷媒の温度に応じて加熱用電源をオン
   オフ制御する温度制御機構を備えたことを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載のサイラトロン装置。
6. （６）温度制御機構は、冷媒の温度を適性温度と比較し
   、前記冷媒の温度が前記適性温度範囲内の場合には加熱
   用電源をオフとし、前記冷媒の温度が前記適性温度範囲
   以下の場合には前記加熱用電源をオンとすることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載のサイラトロン装置。