JPH0412583A

JPH0412583A - レーザ発振器

Info

Publication number: JPH0412583A
Application number: JP2116157A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Karasaki; 秀彦唐崎; Shuzo Yoshizumi; 吉住　修三; Akio Tanaka; 田中　昭男; Shigeki Yamane; 茂樹山根; Tsutomu Sugiyama; 勤杉山; Hitoshi Motomiya; 均本宮; Masashi Onishi; 正史大西
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1990-05-02
Publication date: 1992-01-17

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】産業上の利用分野本発明は、切断、溶接、熱処理加工等に使用するレーザ
光を発生させるためのレーザ発振器に関する。

従来の技術従来の一般的なレーザ発振器の構成について第６図を参
照して説明する。１個または複数の放電管ｌａおよび１
ｂからなるレーザ共振器１には、各放電管ｌａ、ｌｂご
とに陽極２と陰極３とからなる１組の放電電極が備えら
れている。第６図においては、２組の放電管１ａ、ｌｂ
が対称に配設されて放電部が形成され、それぞれの放電
電極２．３にスイッチング高圧電源４から電流が供給さ
れる。また、レーザ共振器１の両端には出力ミラー５お
よび終端ミラー６が配設されており、さらに両端部分の
陰極３近傍と中央部の陽極２近傍には、略Ｅ字形の循環
管体７が接続されて、気体レーザ媒質のための循環路が
形成されている。この循環管体７には、気体レーザ媒質
を循環させるための送風機８および気体レーザ媒質を冷
却するための熱交換器９が配設されている。また、レー
ザ共振器１には、各放電管１ａ、ｌｂの陽極２と陰極３
との間の外周部分に、陽極２または陰極３に電気的に接
続された放電開始補助リング１０が配設されている。

第７図は前記レーザ発振器におけるスイッチング高圧電
源４の構成を示している。３相２００Ｖを１次側整流器
１１で受けて整流した後、１次側平滑コンデンサ１２で
電圧リプルを低減し、スイッチング素子１３でスイッチ
ングしてパルス列に変換して高周波トランス１４に電力
を送出する。高周波トランス１４では、電力を２次側に
送出するとともに２次側に高電圧を発生させ、高速高圧
用の２次側整流器１５で整流した後、高圧用の２次側コ
ンデンサ１６で平滑し、レーザ共振器１の陽極２と陰極
３にそれぞれ電圧を印加する。

レーザ共振器１内部では、陽極２と陰極３との間でグロ
ー放電が発生して内部の気体レーザ媒質を励起し、レー
ザ光を発生させる。

一方、ドライブ回路２０は、出力命令設定回路１７から
の指令に基づいてスイッチングオン時間を決定する出力
設定回路１８と、基準スイッチング周波数を設定するス
イッチング周波数設定回路１９からの信号を受けてスイ
ッチングオン時間とスイッチング周波数を決定し、ドラ
イブ信号を発生する。このドライブ信号は、スイッチン
グ素子１３のゲートに印加されてパルス信号を発生する
。

このように構成されたレーザ発振器は、ガス流方向と放
電方向とレーザ光の発振軸が同軸であるため、光軸方向
から見たときにその放電およびその放電によって形成さ
れるゲイン分布が同心で対称性がよく、出力されたレー
ザ光を用いての切断等の加工の性能が良いとされている
。

発明が解決しようとする課題しかしながら、このような従来のレーザ発振器では、電
源電圧の変動により１次側平滑コンデンサ１２の端子間
電圧が変動すると、２次側の出力電力が比例して変動し
、レーザ出力も変動するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり
、電源電圧の変動に依存することなく、レーザ出力を安
定化することのできるレーザ発振器を提供することを目
的とする。

課題を解決するための手段本発明は、前記目的を達成するために、スイッチング高
圧電源の入力側に整流器、平滑コンデンサおよびスイッ
チング素子を有するスイッチング低圧電源を設け、スイ
ッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ１２の端子間
電圧を検出し、その検出電圧に応じてスイッチング低圧
電源のスイッチング周波数またはスイッチングオン時間
を所定のスイッチング動作周波数のもとに変化させるこ
とにより、スイッチング高圧電源の出力電力を制御する
ようにしたものである。

作用本発明は、前記構成により、電源電圧が変動しても１次
側平滑コンデンサの端子間電圧が変動することなく、レ
ーザ出力を安定化することができる。

実施例以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

本実施例は、第７図に示した従来例と同じスイッチング
高圧電源を利用しているので、同−の要素には同一の符
号を付して説明する。

第１図において、１はレーザ共振器、２，３は放電電極
、４はスイッチング高圧電源である。１１は１次側整流
器、１２は１次側平滑コンデンサ、１３はスイッチング
素子、１４は高周波トランス、１５は高速高圧用の２次
側整流器、１６は高圧用の２次側コンデンサ、１７は出
力指令設定回路、１８は出力設定回路、１９はスイッチ
ング周波数設定回路、２０はドライブ回路である。

２１はスイッチング高圧電源４の入力側に設けられたス
イッチング低圧電源である。２２は商用電源の交流入力
を受ける整流回路、２３は平滑コンデンサ、２４はスイ
ッチング素子であり、その出力はスイッチング高圧電源
４の１次側整流器１１に入力される。２５は１次側平滑
コンデンサ１２の端子間電圧を検出するための電圧検出
器、２６は基準電圧を発生させるための基準電圧信号発
生器、２７は電圧検出器２５と基準電圧信号発生器２６
との出力を比較してその差を増輻して出力する差動増幅
器、２８は差動増幅器２７の出力によりスイッチング低
圧電源２１の出力を設定する出力設定回路（ＦＭ回路）
、２９はスイッチング低圧電源２１のスイッチングオン
時間を設定するスイッチングオン時間設定回路、３０は
出力設定回路２８およびスイッチングオン時間設定回路
２９の出力にもとづいてスイッチング素子２４を駆動す
るドライブ回路である。

次に前記実施例の動作について説明する。スイッチング
低圧電源２１の整流器２２に商用電源の交流２００Ｖが
入力されると、まず整流器２２により整流されて平滑コ
ンデンサ２３により平滑されて直流になり、スイッチン
グ素子２４によりパルス列に変換される。このときのス
イッチング周波数とスイッチングオン時間は、ドライブ
回路３０によって制御される。スイッチング素子２４か
ら出力されたパルス信号は、１次側整流器１１によって
再び整流されるとともに１次側平滑コンデンサによって
平滑され、再びスイッチング素子１３により高周波数の
パルス列に変換される。スイッチング素子１３のスイッ
チング周波数およびスイッチングオン時間はドライブ回
路２０によって制御される。スイッチング素子１３の出
力は、高周波トランス１４により昇圧されて再び２次側
整流器１５により整流され、２次側平滑コンデンサ１６
により平滑されて高電圧の直流になり、レーザ共振器１
の放電電極２，３に印加される。

レーザ共振器１内部では、放電電極２．３間のグロー放
電により、内部の気体レーザ媒質が励起されてレーザ光
が発振される。

一方、スイッチング低圧電源２１内では、電圧検出器２
５がスイッチング高圧電源４の１次側平滑コンデンサ１
２の端子間電圧を検出しており、その出力が差動増幅器
２７へ送られる。差動増幅器２７では、電圧検出器２５
の出力電圧が基準電圧信号発生回路２６からの基準電圧
と比較され、その差が増輻されてスイッチング低圧電源
２１の出力設定回路２８へ送られる。ドライブ回路３０
は、出力設定回路２８が発生したスイッチング周波数設
定値とスイッチングオン時間設定回路２９で固定された
スイッチングオン時間設定値とを受けて、スイッチング
低圧電源２１内のスイッチング素子２４を制御する。な
お、出力設定回路２８が設定するスイッチング周波数と
しては、制御の応答を速くするため、スイッチング高圧
電源４のスイッチング周波数の２倍以上の周波数を用い
る。

第２図はスイッチング高圧電源４の１次側平滑コンデン
サ１２の゛端子間電圧が基準電圧に対して＋側に振れた
場合（Ａ）、基準電圧に等しい場合（Ｂ）および−側に
振れた場合（Ｃ）のそれぞれについて、ドライブ回路３
０から発生される制御信号の例を示している。

いま、スイッチング高圧電源４の１次側平滑コンデンサ
１２の端子間電圧が低下すると、スイッチング高圧電源
４の出力電力が一定になるように、端子間基準電圧に対
する電圧降下幅に応じてスイッチング低圧電源２１のス
イッチング周波数を上げる（Ｃの場合）。また、スイッ
チング高圧電源４の１次側平滑コンデンサ１２の端子間
電圧が上昇すると、端子間基準電圧に対する電圧上昇輻
に応じてスイッチング低圧電源２１のスイッチング周波
数を下げて（Ａの場合）、スイッチング高圧電源４の出
力電力が一定になるように制御する。

第３図は本実施例を用いた場合と従来例の場合について
、電源電圧の変動割合と出力電力の変動割合の関係を比
較している。この図からも明らかなように、スイッチン
グ高圧電源４の１次側平滑コンデンサ１２の端子間電圧
を検出し、基準端子間電圧に対する変動幅に応じてスイ
ッチング低圧電源２１のスイッチング周波数を制御する
ことにより、スイッチング高圧電源４からの出力電力は
、電源電圧に依存することなく、安定したレーザ光を出
力させることができる。

第４図は本発明の第２の実施例を示しており、前記第１
の実施例と異なるのは第１図のスイッチング低圧回路２
１がスイッチング低圧回路３１になっており、出力設定
回路（ＦＭ回路）２８が出力設定回路（ＰＷＭ回路）３
２になっており、スイッチングオン時間設定回路２９が
スイッチング周波数設定回路３３になっていることであ
る。これに伴いドライブ回路３４もその人力信号に応じ
て動作するように変更されている。

次にこの第２の実施例の主要部における動作について説
明する。スイッチング低圧電源３１内では、電圧検出器
２５がスイッチング高圧電源４０１次側平滑コンデンサ
１２の端子間電圧を検出しており、その出力が差動増幅
器２７へ送られる。

差動増幅器２７では、電圧検出器２５の出力電圧が基準
電圧信号発生回路２６からの基準電圧と比較され、その
差が増幅されてスイッチング低圧電源３１の出力設定回
路（ＰＷＭ回路）３２へ送られる。ドライブ回路３４は
、出力設定回路（ＰＷＭ回路）３２が発生したスイッチ
ングオン時間設定値とスイッチング周波数設定回路３３
で固定されたスイッチング周波数設定値とを受けて、ス
イッチング低圧電源３１内のスイッチング素子２４を制
御する。なお、スイッチング周波数設定回路３３が設定
するスイッチング周波数としては、制御の応答を速くす
るために、スイッチング高圧電源４のスイッチング周波
数の２倍以上の周波数を用いる。

第５図はスイッチング高圧電源４の１次側平滑コンデン
サ１２の端子間電圧が基準電圧に対して＋側に振れた場
合（Ａ）、基準電圧に等しい場合（Ｂ）および−側に振
れた場合（Ｃ）のそれぞれについて、ドライブ回路３４
が発生する制御信号の例を示している。

いま、スイッチング高圧電源４の１次側平滑コンデンサ
１２の端子間電圧が低下すると、スイッチング高圧電源
４の出力電力が一定になるように、端子間基準電圧に対
する電圧降下幅に応じてスイッチング低圧電源３１のス
イッチングオン時間を広げる（Ｃの場合）。また、スイ
ッチング高圧電源４の１次側平滑コンデンサ１２の端子
間電圧が上昇すると、端子間基準電圧に対する電圧上昇
幅にはじてスイッチング低圧電源３１のスイッチングオ
ン時間を狭めて（への場合）、スイッチング高圧電源の
出力電力が一定になるように制御する。この実施例にお
いても、第３図に示したのと同様な出力特性を得ること
ができる。

このように、スイッチング高圧電源４の１次側平滑コン
デンサ１２の端子間電圧を検出し、基準端子間電圧に対
する変動幅に応じてスイッチング低圧電源３１のスイッ
チングオン時間を制御することにより、スイッチング高
圧電源４からの出力電力は、電源電圧に依存することな
く、安定したレーザ光を出力させることができる。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電源
電圧に比例してレーザ出力が変動するようなことがなく
、レーザ加工の信頼性を大幅に向上させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すレーザ発振器の高電圧
電源のブロック図、第２図は同実施例における制御動作
を示す信号波形図、第３図は同実施例における効果を従
来例との比較で示すグラフ、第４図は本発明の第２の実
施例における高電圧電源のブロック図、第５図は同第２
の実施例における制御動作を示す信号波形図、第６図は
従来のレーザ装置の一般例を示す構成図、第７図は従来
例におけるスイッチング高圧電源のブロック図である。１・・・レーザ共振器、ｌａ、ｌｂ・・・放電管、２゜
３・・・放電電極、４・・・スイッチング高圧電源、５
・・・出力ミラー　６・・・終端ミラー、７・・・循環
管体、８・・・送風機、９・・・熱交換器、１０・・・
放電開始補助リング、１１・・・１次側整流器、１２・
・・１次側平滑コンデンサ、１３・・・スイッチング素
子、１４・・・高周波トランス、−１５・・・２次側整
流器、１６・・・２次側コンデンサ、１７・・・出力指
令設定回路、１８・・・出力設定回路（ＰＷＭ回路）、
１９・・・スイチング周波数設定回路、２０・・・ドラ
イブ回路、２１・・・スイッチング低圧電源、２２・・
・整流器、２３・・・平滑コンデンサ、２４・・・スイ
ッチング素子、２５・・・電圧検出器、２６・・・基準
電圧信号発生器、２７・・・差動増幅器、２８・・・出
力設定回路（ＦＭ回路）、２９・・・スイッチングオン
時間設定回路、３０・・・ドライブ回路、３１・・・ス
イッチング低圧電源、３２・・・出力設定回路（ＰＷＭ
回路）、３３・・・スイッチング周波数設定回路、３４
・・・ドライブ回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高周波トランスの１次側に設けられた交流入力を
整流するための１次側整流器と、整流された直流を平滑
するための１次側平滑コンデンサと、平滑された直流を
パルス列に変換するためのスイッチング素子とを有する
スイッチング高圧電源と、前記１次側整流器の入力側に設けられた交流入力を整流
するための整流器と、整流された直流を平滑するための
平滑コンデンサと、平滑された直流をパルス列に変換す
るためのスイッチング素子とを有するスイッチング低圧
電源とを備え、前記１次側平滑コンデンサの端子間電圧
を検出して前記スイッチング低圧電源のスイッチング素
子のスイッチングを変化させることにより前記スイッチ
ング高圧電源の出力電力を制御することを特徴とするレ
ーザ発振器。
（２）スイッチング低圧電源が、スイッチング高圧電源
のスイッチング周波数の２倍以上の周波数をスイッチン
グ動作周波数としてスイッチング周波数を変化させるこ
とを特徴とする請求項（１）記載のレーザ発振器。
（３）スイッチング低圧電源が、スイッチング素子のス
イッチング周波数に代えてスイッチングオン時間を変化
させることによりスイッチング高圧電源の出力電力を制
御することを特徴とする請求項（１）記載のレーザ発振
器。
（４）スイッチング低圧電源が、スイッチング高圧電源
のスイッチング周波数の２倍以上の周波数をスイッチン
グ動作周波数としてスイッチングオン時間を変化させる
ことを特徴とする請求項（３）記載のレーザ発振器。