KR102531290B1 - 레이저장치 및 그 전원장치 - Google Patents

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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

신뢰성을 높인 레이저장치를 제공한다.
고주파전원(400)은, 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 용량을 포함하는 공진회로(210)에 고주파전압(VRF)을 인가한다. 과전압억제회로(500)는, 공진회로(210)의 양단 간의 과전압을 억제한다. 보호회로(550)는, 이상을 검출하면 고주파전원(400)으로부터의 고주파전압(VRF)의 인가를 정지시킨다.

Description

레이저장치 및 그 전원장치{LASER APPARATUS AND POWER SUPPLY APPARATUS THEREOF}
본 출원은 2018년 4월 20일에 출원된 일본 특허출원 제2018-081678호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 레이저장치에 관한 것이다.
산업용 가공툴로서, 레이저가공장치가 널리 보급되어 있다. 레이저가공장치에는, CO2레이저 등의 고출력의 가스레이저가 사용된다. 도 1은, 레이저장치(100R)의 블록도이다. 레이저장치(100R)는, 레이저공진기(200) 및 전원장치(250R)를 구비한다. 레이저공진기(200)는, 한 쌍의 방전전극(202, 204), 전체반사경(206), 부분반사경(208)을 구비한다.
한 쌍의 방전전극(202, 204)은, CO2 등의 레이저매질가스가 충전된 가스챔버 내에 마련된다. 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 사이에는, 정전용량(C)이 존재한다. 이 정전용량(C)과, 인덕터(L)(인덕터소자 혹은 기생(寄生)인덕터)는, 공진주파수 fRES를 갖는 공진회로(210)를 형성한다.
전원장치(250R)는, 고주파전압(VRF)을 공진회로(210)에 인가한다. 고주파전압(VRF)의 주파수 fRF(이하, 동기주파수라고 함)는, 공진회로의 주파수 fRES의 근방으로 설정된다. 고주파전압(VRF)이 인가됨으로써, 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 사이에 방전전류가 흐른다. 방전전류에 의하여 레이저매질가스가 여기되고, 반전분포가 형성된다. 유도방출광은, 전체반사경(206)과 부분반사경(208)이 형성하는 광공진기 내를 왕복하고, 레이저매질가스를 통과함으로써 증폭된다. 증폭된 광의 일부가 부분반사경(208)으로부터 출력으로서 취출된다.
전원장치(250R)는, 안정화된 직류전압(VDC)을 생성하는 직류전원(300)과, 직류전압(VDC)을 고주파전압(VRF)으로 변환하는 고주파전원(400)을 구비한다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평9-129953호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2015-32746호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2017-69561호
본 발명자들은, 도 1의 레이저장치(100R)에 대하여 검토한 결과, 이하의 과제를 인식하기에 이르렀다.
방전전극(202나 204)에 있어서 접촉불량 등이 발생하면, 개방상태로 운전하게 된다. 개방상태에서는, 정전용량(C)이 매우 작아지기 때문에, 공진회로의 공진주파수가 매우 높은 값 fRES'가 된다. 이 상태에서, 동기주파수 fO(fO<fRES')의 고주파전압 VRF를 계속 인가하면, 공진주파수 fRES'에 있어서, 고주파전압(VRF)의 진폭을 초과하는 매우 높은 고전압이 발생한다. 이 고전압이 고주파전원(400)의 내부의 반도체소자(즉 파워트랜지스터)에 인가되면, 신뢰성이 저하된다.
본 발명은 이러한 상황에 있어서 이루어진 것이며, 그 소정 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 신뢰성을 높인 레이저장치의 제공에 있다.
본 발명의 소정 양태는 레이저장치 혹은 그 전원장치에 관한 것이다. 레이저장치는, 한 쌍의 방전전극을 포함하는 레이저공진기와, 한 쌍의 방전전극을 구동하는 전원장치를 구비한다. 전원장치는, 한 쌍의 방전전극의 용량을 포함하는 공진회로에 고주파전압을 인가하는 고주파전원과, 공진회로의 양단 간의 과전압을 억제하는 과전압억제회로와, 이상(異常)을 검출하면 고주파전압의 인가를 정지시키는 보호회로를 구비한다. 보호회로가 이상을 검출하는 데에 필요로 하는 시간은, 과전압억제회로가 과전압에 견딜 수 있는 시간보다 짧다.
이 양태에 의하면, 과전압억제회로를 마련함으로써, 공진회로의 공진주파수가 설곗값으로부터 크게 벗어난 경우에, 과전압을 억제할 수 있어, 고주파전원 등에 포함되는 반도체소자를 보호할 수 있다. 그리고 과전압억제회로가 고전압을 억제하고 있는 동안에, 보호회로에 의하여 이상의 유무를 판정하고, 이상이 발생하는 경우에는, 장치를 정지시킴으로써, 고주파전원의 반도체소자를 보호할 수 있으며, 또 과전압억제회로의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
과전압억제회로의 용량은, 한 쌍의 방전전극의 용량의 1/5보다 작아도 된다. 이로써 과전압억제회로가, 공진회로의 공진주파수에 미치는 영향을 작게 할 수 있다.
과전압억제회로는, 전압서프레서, 서지방호디바이스, 가스어레스터(서지어레스터) 중 적어도 하나를 포함해도 된다.
과전압억제회로는, 직렬로 접속되는 복수의 소자를 포함해도 된다. 개개의 소자의 정전용량이 큰 경우에, 그들을 직렬로 접속시킴으로써, 과전압억제회로의 정전용량을 작게 할 수 있다.
과전압억제회로는, 용량이 한 쌍의 방전전극의 용량의 1/10 이하인 커패시터를 포함해도 된다. 이 경우, 커패시터가 부하가 되기 때문에, 공진주파수가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있어, 과전압을 억제할 수 있다.
과전압억제회로는, LCR부하를 포함해도 된다. 이 경우, 방전전극에 이상이 발생하여 개방상태가 되어도, LCR부하에 의하여 공진주파수가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있어, 과전압을 억제할 수 있다.
보호회로는, 레이저장치의 출력광의 유무에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 레이저장치가 비발광인 경우에, 무부하상태라고 판정해도 된다. CO2레이저의 경우, 적외선검출소자를 이용하면 된다.
보호회로는, 공진주파수의 전류성분에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 부하(공진회로) 혹은 고주파전원의 출력에 흐르는 전류를 감시하고, 검출값으로부터 공진주파수의 성분을 추출하며, 공진주파수의 전류가 작은 경우에는, 무부하상태라고 판정해도 된다.
보호회로는, 공진주파수 이외의 전류성분에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 부하(공진회로) 혹은 고주파전원의 출력에 흐르는 전류를 감시하고, 검출값으로부터 공진주파수 이외의 성분을 추출하며, 공진주파수 이외의 전류가 큰 경우에는, 무부하상태라고 판정해도 된다.
보호회로는, 쇼트 후의 고주파전원의 입력전압의 저하폭에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 레이저가 정상적으로 발광하면, 직류전원의 출력커패시터(뱅크커패시터)에 축적된 전하가 방전되어, 직류전압이 저하된다. 따라서 뱅크커패시터의 전압을 감시하고, 전압저하가 작을 때에, 무부하상태라고 판정할 수 있다.
보호회로는, 과전압억제회로에 흐르는 전류에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 과전압억제회로를 구성하는 서지보호소자에 전류가 흐른 경우에는 무부하상태라고 판정할 수 있다.
보호회로는, 공진주파수보다 높은 주파수의 노이즈에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 전류가 고주파가 된 경우, 고주파의 방사노이즈 혹은 전도노이즈가 증가한다. 이 노이즈를 안테나로 검출하고, 노이즈가 증가한 경우에 무부하상태라고 판정할 수 있다.
보호회로는, 한 쌍의 방전전극 간의 전압에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 고주파전압을 인가하고 있음에도 불구하고, 공진회로의 양단 간에 충분한 전압이 검출되지 않는 경우, 무부하상태라고 판정할 수 있다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환된 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명의 소정 양태에 의하면, 레이저장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 레이저장치의 블록도이다.
도 2는 실시형태에 관한 레이저장치의 블록도이다.
도 3에 있어서 도 3의(a)~(d)는, 과전압억제회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 전원장치의 구체적인 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 보호회로를 포함하는 고주파전원의 구성예를 나타내는 도이다.
도 6은 레이저장치를 구비하는 레이저가공장치를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명을 적합한 실시형태를 근거로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 나타나는 동일 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 중복되는 설명은 적절히 생략한다. 또한, 실시형태는, 발명을 한정하는 것이 아니라 예시이며, 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 한정할 수 없다.
도 2는, 실시형태에 관한 레이저장치(100)의 블록도이다. 레이저장치(100)는, 레이저공진기(200)와 전원장치(250)를 구비한다. 레이저공진기(200)와 전원장치(250)의 기능은 도 1과 동일하다.
레이저공진기(200)는, 한 쌍의 방전전극(202, 204)을 구비하고, 그들의 사이의 정전용량(C)이 인덕터(L)와 함께 공진회로(210)를 형성한다. 이 공진회로(210)의 공진주파수를 fRES로 한다.
전원장치(250)는, 도 1의 전원장치(250)에 더하여, 과전압억제회로(500) 및 보호회로(550)를 구비한다.
직류전원(300)은, 소정의 전압레벨로 안정화된 직류전압(VDC)을 발생시켜, 고주파전원(400)에 공급한다. 고주파전원(400)은, 공진주파수 fRES와 동일한 주파수(동기주파수) fRF를 갖는 고주파전압(VRF)을 발생시켜, 레이저공진기(200)에 공급한다. 고주파전원(400)의 구성은 한정되지 않지만, 직류전압(VDC)을 교류전압(VAC)으로 변환하는 인버터와, 인버터의 출력전압(VAC)을 승압하는 트랜스를 포함할 수 있다.
과전압억제회로(500)는, 공진회로(210)의 양단 간의 과전압을 억제 가능하게 구성된다.
보호회로(550)는, 레이저장치(100)의 동작을 감시하고, 이상(異常)을 검출하면 고주파전원(400)에 의한 고주파전압(VRF)의 인가를 정지시킨다. 보호회로(550)가 검출 대상으로 하는 이상은, 공진회로(210)의 양단 간에 과전압을 발생시키는 이상, 바꾸어 말하면, 과전압억제회로(500)에 의한 억제동작이 실제로 발생하는 이상이다. 이와 같은 이상으로서는, 공진회로(210)의 공진주파수가, 그 설곗값(즉 동기주파수) fRES보다 높아지는 이상이 예시되고, 예를 들면 방전전극(202, 204)의 접촉불량, 인덕터(L)의 어긋남, 그들을 접속하는 배선의 어긋남 등에 기인하여 발생하며, 이하에서는, 개방이상이라고 총칭한다. 다만, 공진회로(210)의 양단 간 전압(ΔV)의 스펙트럼은, 동기주파수 fRF에 더하여, 그 외의 주파수성분을 포함하고, 또 고주파전원(400)의 출력단과, 레이저공진기(200)의 입력단의 사이에는, 도시하지 않는 기생임피던스가 존재하기 때문에, 고주파전압(VRF)과 양단 간 전압(ΔV)의 파형은 반드시 일치하지는 않는 것에 유의하기 바란다.
보호회로(550)가 개방이상을 검출하는 데에 필요로 하는 시간은, 과전압억제회로(500)가 과전압에 견딜 수 있는 시간보다 짧게 설계된다.
이상이 레이저장치(100)의 구성이다. 이 레이저장치(100)에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 과전압억제회로(500)를 마련함으로써, 공진회로(210)의 공진주파수가 설곗값 fRES로부터 크게 벗어난 경우에, 그 양단 간에 발생하는 과전압을 억제할 수 있고, 고주파전원(400) 등에 포함되는 반도체소자를 보호할 수 있다.
여기에서, 양단 간 전압(ΔV)의 과전압상태가 과전압억제회로(500)에 의하여 억제되는 동안, 과전압억제회로(500)에는 전류가 계속 흐르게 된다. 이 상태가 길게 지속되면, 과전압억제회로(500)의 발열이 커지거나 하여, 과전압억제기능이 저하되거나, 혹은 과전압억제기능을 완전히 잃을 가능성이 있다. 그렇게 하면, 다시 과전압이 고주파전원(400)에 인가되어, 반도체소자의 신뢰성을 저하시킬 가능성이 있다. 따라서 과전압억제회로(500)에 더하여 보호회로(550)를 마련하고, 과전압억제회로(500)가 고전압을 억제하고 있는 동안에, 보호회로(550)에 의하여 이상의 유무를 판정하며, 이상이 발생하는 경우에는, 고주파전원(400)이나 직류전원(300)을 정지시킴으로써, 과전압의 발생원인을 제거하여 고주파전원(400)의 반도체소자를 보호할 수 있고, 또 과전압억제회로(500)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은, 도 2의 블록도나 회로도로서 파악되거나, 혹은 상술한 설명으로부터 유도되는 다양한 장치, 방법에 이르는 것이며, 특정 구성에 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 범위를 좁히기 위해서가 아니라, 발명의 본질이나 동작의 이해를 돕고, 또 그들을 명확화하기 위하여, 보다 구체적인 구성예나 실시예를 설명한다.
도 3의 (a)~(d)는, 과전압억제회로(500)의 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 3의 (a)의 과전압억제회로(500)는, 가스어레스터(502)를 포함한다. 가스어레스터(502)의 단자 간 전압이 동작개시전압을 초과하면, 가스어레스터(502)가 단락(短絡)상태가 되고, 과전압억제회로(500)의 양단 간 전압(ΔV)이 억제된다.
여기에서 과전압억제회로(500)의 양단 간의 정전용량은, 한 쌍의 방전전극의 정전용량의 1/5보다 작은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 과전압억제회로(500)의 정전용량이 과도하게 크면, 공진회로(210)의 공진주파수 fRES를 시프트시키게 되어, 회로동작에 영향을 미치기 때문이다. 이 관점에 있어서, 도 3의 (a)와 같이 가스어레스터(502) 단체(單體)로 과전압억제회로(500)를 구성하면, 정전용량이 과도하게 큰 경우가 있다.
이와 같은 경우에는 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 과전압억제소자(서지보호소자)를 직렬로 접속하면 된다. 이로써, 과전압억제회로(500)의 양단 간의 정전용량은, 복수의 과전압억제소자 각각의 정전용량의 합성용량이 되기 때문에, 개개의 과전압억제소자의 정전용량보다 작게 할 수 있다.
보다 자세하게는 도 3의 (b)의 과전압억제회로(500)는, 직렬로 접속되는 가스어레스터(502)와 배리스터(504)를 포함한다. 이 구성에서는, 과전압억제회로(500)의 양단 간에 고전압(ΔV)이 인가되면, 가스어레스터(502)의 단자 간 전압이 동작개시전압을 초과하여 단락상태가 되고, 고전압(ΔV)이 배리스터(504)에 인가된다. 그 결과, 배리스터(504)의 I-V특성에 따라 전류가 흘러, 고전압(ΔV)을 억제할 수 있다. 배리스터(504) 대신에, 일반적인 과전압억제소자를 이용할 수 있으며, 예를 들면 SPD(산화 아연형 어레스터)나 트랜솝을 이용해도 된다.
도 3의 (a), (b)의 과전압억제회로(500)는, 과전압에 응답하여 동작하는 것이었지만, 그에 한정되지 않고, 과전압억제회로(500)는, 레이저공진기(200)의 개방이상상태에 있어서의 과전압의 발생을 예방하는 회로여도 된다. 보다 구체적으로는 과전압억제회로(500)는, 동기주파수 fRF에 있어서는, 공진회로(210)에 비하여 충분히 높은 임피던스이며, 동기주파수 fRF보다 높은 주파수에 있어서는, 낮은 임피던스를 가져도 된다. 도 3의 (c)의 과전압억제회로(500)는, 커패시터(506)를 포함한다. 커패시터(506)의 정전용량은, 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 정전용량의 1/5 이하, 바람직하게는 1/10 이하이다. 개방이상이 발생해도, 이 커패시터(506)가 부하로서 남기 때문에, 공진주파수가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있어, 과전압을 억제할 수 있다.
도 3의 (d)의 과전압억제회로(500)는, LCR부하회로를 포함한다. 개방상태가 되어도, LCR부하에 의하여 공진주파수가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있어, 과전압을 억제할 수 있다.
다만 과전압억제회로(500)는, 도 3의 (a)~(d)에 예시한 회로 중 몇 가지를 병렬로 접속한 구성이어도 된다.
도 4는, 전원장치(250)의 구체적인 구성예를 나타내는 회로도이다. 레이저장치(100)에는, 발광기간(여진기간)과 정지기간을 지시하는 제어신호(여진신호)(S1)가 입력되고, 여진신호(S1)에 근거하여 간헐동작(間欠動作)한다. 예를 들면 여진신호(S1)는, 수 kHz 정도의 반복주파수, 듀티비 5% 정도의 펄스신호이다.
고주파전원(400)은, H브리지회로(풀브리지회로)(402)와 승압트랜스(404)를 구비한다. 고주파전원(400)은, H브리지회로(402)와 승압트랜스(404)의 세트(401)를, 2계통 구비하고, 그들이 병렬로 접속되어 있다. 물론 이 세트(401)를 1계통으로만 구성해도 된다. 여진신호(S1)가 여진구간을 지시하는 레벨(예를 들면 하이)의 사이, H브리지회로(402)는 스위칭하고, 승압트랜스(404)의 1차 권선에 교류전압(VAC)을 인가한다. H브리지회로(402)의 스위칭주파수는, 동기주파수 fRF이며, 예를 들면 2MHz 정도로 설정된다. 그 결과, 승압트랜스(404)의 2차 권선에는, 교류전압(VAC)을 승압시킨 고주파전압(VRF)이 발생한다.
직류전원(300)은, 뱅크커패시터(302) 및 충전회로(304)를 포함한다. 뱅크커패시터(302)는, DC링크(306)의 사이에 마련된다. 충전회로(304)는 뱅크커패시터(302)를 충전하고, 뱅크커패시터(302)의 전압(VDC)을 일정하게 유지한다.
여진구간의 사이, H브리지회로(402)가 스위칭동작함으로써, 뱅크커패시터(302)에 축적된 에너지(전하)가 방출되어, 직류전압(VDC)의 전압레벨은 저하된다. 충전회로(304)는, 직류전압(VDC)의 전압레벨의 저하를 보충하도록, 뱅크커패시터(302)에 충전전류를 공급한다. 즉, 직류전원(300)도 또한, 여진신호(S1)와 동기하여 간헐동작한다.
다만 직류전원(300)을, 여진기간 중도 포함하여 정상적으로 동작하는 DC/DC컨버터로 구성해도 된다.
도 4에서는, 보호회로(550)는 고주파전원(400)의 일부로서 구성된다. 고주파전원(400)의 출력에는, 전류센서(CT)가 마련되고, 레이저공진기(200)에 흐르는 전류가 감시된다. 구체적으로는, 2계통의 승압트랜스(404) 각각의 출력에, 전류센서(CT1, CT2)가 마련되고, 보호회로(550)는, 전류센서(CT1, CT2)의 출력에 근거하여 이상을 검출하며, 이상상태에 있어서 H브리지회로(402)를 정지시킨다.
도 5는, 보호회로(550)를 포함하는 고주파전원(400)의 구성예를 나타내는 도이다. 보호회로(550)는, 고주파전류검출회로(고주파전류검출기판)(560), 프리앰프회로(프리앰프기판)(570), 구동신호발생회로(구동신호발생기판)(580A, 580B)를 구비한다.
고주파전류검출회로(560)는, 2개의 전류센서(CT1, CT2)의 출력을 받아, 동기주파수 fRF(2MHz)의 주파수성분을 제거한다. 고주파전류검출회로(560)는, 예를 들면 밴드제거필터(562, 564)를 포함한다.
프리앰프회로(570)는, 전류센서(CT1, CT2)가 검출한 전륫값을 처리한다. 레벨판정기(572(574))는, 밴드제거필터(562(564))의 출력을 임곗값과 비교한다. 레벨판정기(576(578))는, 전류센서(CT1(CT2))의 출력을, 소정의 임곗값과 비교한다. 전류차판정기(579)는, 2개의 전류센서(CT1, CT2)의 출력의 차분을 검출하여, 임곗값과 비교한다.
구동신호발생회로(580A)는, H브리지회로(402)를 제어하기 위한 구동신호를 생성하는 블록이다. 구동신호발생회로(580A)는, 밴드제거필터(562(564))의 출력 쪽이 클 때, 즉 동기주파수 fRF보다 높은 주파수성분이 많이 포함되는 경우에, 개방이상(회로오픈)이라고 판정하고, 인터록을 발생시킨다.
구동신호발생회로(580A)는, 전류센서(CT1(CT2))의 출력 쪽이 클 때, 과전류상태라고 판정하고, 인터록을 발생시킨다.
구동신호발생회로(580A)는, 차분이 임곗값보다 클 때, 전류언밸런스상태라고 판정하고, 인터록을 발생시킨다.
어느 하나의 요인에 의하여 인터록이 발생하면, 고주파전원(400)(H브리지회로(402)의 스위칭동작)을 정지시킨다. 또한, 정지지령은, PLC(Programmable Logic Controller)(590)에 공급된다. PLC는, 시퀀서 혹은 스테이트머신으로서의 기능을 구비하고, 전원장치(250) 전체를 통괄적으로 제어하는 컨트롤러이다. 정지지시를 받은 PLC(590)는, 구동신호발생회로(580B)에 정지를 지시한다. 구동신호발생회로(580B)는, 직류전원(300)을 제어하기 위한 블록이며, 정지지시에 응답하여, 직류전압(VDC)의 생성동작을 정지한다.
이상이 보호회로(550)의 구성예이다. 계속해서 보호회로에 의한 이상 검출의 변형예를 설명한다.
(변형예 1)
보호회로(550)는, 레이저장치(100)의 출력(레이저광)의 유무에 근거하여 이상을 판정한다. 즉, 고주파전원(400)이 동작상태에 있음에도 불구하고, 레이저광이 검출되지 않는 경우, 개방이상이라고 판정할 수 있다. 이 변형예에서는 보호회로(550)는, 광센서로 구성할 수 있다.
(변형예 2)
직류전원(300)이 도 4에 나타내는 바와 같이 뱅크커패시터(302)와 충전회로(304)를 포함하는 경우, 레이저공진기(200)가 정상적으로 발광했을 때에는, 뱅크커패시터(302)의 전압(VDC)은 소정의 전압폭 저하되지만, 레이저공진기(200)가 정상적으로 발광하지 않는 경우, 뱅크커패시터(302)의 전압(VDC)의 저하폭은 작아진다. 따라서 보호회로(550)는, 쇼트 전후의 고주파전원(400)의 입력전압(직류전원(300)의 출력전압(VDC))의 저하폭에 근거하여 이상을 판정해도 된다.
(변형예 3)
보호회로(550)는, 과전압억제회로(500)에 흐르는 전류가 임곗값을 초과했을 때에, 이상이라고 판정해도 된다.
(변형예 4)
공진회로에 흐르는 전류가 고주파가 된 경우, 고주파의 방사노이즈 혹은 전도노이즈가 증가한다. 보호회로(550)는 이 고주파노이즈를 안테나로 검출하고, 고주파노이즈가 증가한 경우에 무부하상태(개방이상)라고 판정해도 된다.
(변형예 5)
보호회로(550)는, 한 쌍의 방전전극(202, 204) 간의 전위차(ΔV)를 감시하고, 전위차(ΔV)에 근거하여 이상을 판정해도 된다.
다만 보호회로(550)는 여기에서 설명한 몇 가지의 이상검출방법을 병용해도 된다.
실시형태에서는, 과전압억제회로(500)가 전원장치(250)에 마련되는 경우를 설명했지만 그에 한정되지 않고, 과전압억제회로(500)는 레이저공진기(200)측에 마련되어도 된다.
(용도)
계속해서 레이저장치(100)의 용도를 설명한다. 도 6은, 레이저장치(100)를 구비하는 레이저가공장치(900)를 나타내는 도이다. 레이저가공장치(900)는, 대상물(902)에 레이저펄스(904)를 조사하여, 대상물(902)을 가공한다. 대상물(902)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 또 가공의 종류도, 구멍뚫기(드릴), 절단 등이 예시되지만, 그에 한정되지 않는다.
레이저가공장치(900)는, 레이저장치(100), 광학계(910), 제어장치(920), 스테이지(930)를 구비한다. 대상물(902)은 스테이지(930) 상에 재치되고, 필요에 따라 고정된다. 스테이지(930)는, 제어장치(920)로부터의 위치제어신호(S2)에 따라, 대상물(902)을 위치결정하고, 대상물(902)과 레이저펄스(904)의 조사위치를 상대적으로 스캔한다. 스테이지(930)는, 1축, 2축(XY) 혹은 3축(XYZ)일 수 있다.
레이저장치(100)는, 제어장치(920)로부터의 트리거신호(여진신호)(S1)에 따라 발진하여, 레이저펄스(906)를 발생시킨다. 광학계(910)는, 레이저펄스(906)를 대상물(902)에 조사한다. 광학계(910)의 구성은 특별히 한정되지 않으며, 빔을 대상물(902)에 유도하기 위한 미러군, 빔정형을 위한 렌즈나 애퍼처 등을 포함할 수 있다.
제어장치(920)는, 레이저가공장치(900)를 통괄적으로 제어한다. 구체적으로는 제어장치(920)는, 레이저장치(100)에 대하여 간헐적으로 여진신호(S1)를 출력한다. 또 제어장치(920)는, 가공처리를 기술하는 데이터(레시피)에 따라 스테이지(930)를 제어하기 위한 위치제어신호(S2)를 생성한다.
실시형태에 근거하여, 구체적인 어구를 이용하여 본 발명을 설명했지만, 실시형태는, 본 발명의 원리, 응용의 일 측면을 나타내고 있는 것에 지나지 않으며, 실시형태에는, 청구범위에 규정된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에 있어서, 다양한 변형예나 배치의 변경이 인정된다.
100 레이저장치
200 레이저공진기
202, 204 방전전극
206 전체반사경
208 부분반사경
210 공진회로
250 전원장치
300 직류전원
302 뱅크커패시터
304 충전회로
400 고주파전원
402 H브리지회로
404 승압트랜스
500 과전압억제회로
502 가스어레스터
504 배리스터
550 보호회로
560 고주파전류검출회로
570 프리앰프회로
580 구동신호발생회로
590 PLC

Claims (6)

  1. 한 쌍의 방전전극을 포함하는 레이저공진기를 구동하는 전원장치로서,
    풀브리지회로 및 트랜스를 포함하고, 상기 트랜스의 1차 권선이 상기 풀브리지회로와 접속되며, 상기 트랜스의 2차 권선에 발생하는 고주파전압을, 상기 한 쌍의 방전전극의 용량을 포함하는 공진회로에 인가하는 고주파전원과,
    상기 고주파전원의 외부에 마련되고, 상기 공진회로의 양단 간에 접속되어, 상기 공진회로의 양단 간의 과전압을 억제하는 과전압억제회로와,
    이상을 검출하면 상기 고주파전압의 인가를 정지시키는 보호회로를 구비하고,
    상기 보호회로가 상기 이상을 검출하는 데에 필요로 하는 시간은, 상기 과전압억제회로가 상기 과전압에 견딜 수 있는 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 전원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과전압억제회로의 용량은, 상기 한 쌍의 방전전극의 용량의 1/5보다 작은 것을 특징으로 하는 전원장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 과전압억제회로는, 전압서프레서, 서지방호디바이스, 가스어레스터, 용량이 상기 한 쌍의 방전전극의 용량의 1/10 이하인 커패시터, LCR부하 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 과전압억제회로는, 직렬로 접속되는 복수의 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보호회로는,
    (i) 레이저장치의 출력광의 유무,
    (ii) 상기 고주파전원에 흐르는 전류 중, 상기 공진회로의 공진주파수의 성분,
    (iii) 상기 고주파전원에 흐르는 전류 중, 상기 공진회로의 공진주파수 이외의 성분,
    (iv) 쇼트 후의 상기 고주파전원의 입력전압의 저하폭,
    (v) 상기 과전압억제회로에 흐르는 전류,
    (vi) 상기 공진회로의 공진주파수보다 높은 주파수의 노이즈,
    (vii) 상기 한 쌍의 방전전극 간의 전압
    중 적어도 하나에 근거하여 이상을 판정하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  6. 한 쌍의 방전전극과,
    풀브리지회로 및 트랜스를 포함하고, 상기 트랜스의 1차 권선이 상기 풀브리지회로와 접속되며, 상기 트랜스의 2차 권선에 발생하는 고주파전압을, 상기 한 쌍의 방전전극의 용량을 포함하는 공진회로에 인가하는 고주파전원과,
    상기 고주파전원의 외부에 마련되고, 상기 공진회로의 양단 간에 접속되어, 상기 공진회로의 양단 간의 과전압을 억제하는 과전압억제회로와,
    이상을 검출하면 상기 고주파전압의 인가를 정지시키는 보호회로를 구비하고,
    상기 보호회로가 상기 이상을 검출하는 데에 필요로 하는 시간은, 상기 과전압억제회로가 상기 과전압에 견딜 수 있는 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 레이저장치.
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