JPH04213885A - 金属蒸気レーザ用電源 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、１もしくは２以上の
メタルバイポーラレーザに用いられるレーザ用電源に関
し、詳しくは、多数のメタルバイポーラレーザに同時に
電源を供給する際に用いて好適なメタルバイポーラレー
ザ用電源に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９を参照して従来のレーザ用電源装置
を説明する。周知の方法により、３相３８０Ｖ線または
幹線から与えられる交流電圧交流は、コンバータ１０に
よって直流電圧直流に変換される。この場合、直流電圧
の大きさは、任意に調整される。

【０００３】コンバータ１０は、可変自動トランスレギ
ュレーティングモジュール１２を有し、可変交流電圧を
供給する。固定昇圧比の昇圧トランス１４は、前記可変
交流電圧を可変交流高電圧に昇圧する。整流および平滑
回路１６は、交流高電圧を可変直流高電圧に変換する。

【０００４】この直流高電圧は、コンバータ１０の正お
よび負出力端子間に印可され、パルス電圧に変換されて
メタルバイポーラレーザ管の電極に供給される。このパ
ルス電圧は、充電コンデンサ２０の放電によって発生さ
れる。

【０００５】固定インダクタンス誘導コイル２２は、コ
ンバータ１０の正出力端とダイオード２４の電極（アノ
ード）間に接続される。ダイオード２４の他の電極（カ
ソード）は、Ａ点においてコンデンサ２０の電極に接続
されている。コンデンサ２０の他の電極は管１８の電極
２６に接続されている。管１８の他の電極２８は接地電
位に接続されている。

【０００６】約５０ｎＨのインダクタンスを有する誘導
コイル３０は、管１８の電極２６、２８に接続されて並
列に配置される。コイル３０のインダクタンスは管１８
のインダクタンスより充分に大きく、コンデンサ２０の
充電を可能にする。

【０００７】電気制御パルスＩｃは、可制御スイッチ３
２を瞬時に閉じさせる。可制御スイッチ３２（例えば、
サイラトロン：熱陰極放電管）は、一端が点Ａに他端が
コンバータ１０の負出力端にそれぞれ接続されている。

【０００８】コンデンサ３４は、コンバータ１０の正お
よび負出力端に接続され、コンデンサ２０の放電期間中
において流れる電流による電圧降下を防止する（エネル
ギーアキュームレータとして供給する）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】電圧パルスのピーク振
幅が調整し得るという事実は、レーザの特質に従った多
くのエネルギー量をレーザ管に供給することを可能にす
る。ところで、経年変化、金属量あるいは、その他のパ
ラメータについては個々の管において異なっている。

【００１０】そして、従来の装置に用いられるコンバー
タは、与えられたレーザについて調整されているため、
同時に適用される複数のレーザについては使用すること
ができないという問題があった。

【００１１】この発明の目的は、多数のレーザによって
使用され得るコンバータを有したメタルバイポーラレー
ザ用電源を提供することにある。

【００１２】また、幹線から供給される交流電圧から固
定振幅の直流電圧への変換を改良するとともに、充電コ
ンデンサの充電回路において生じるパルス電圧のピーク
調整を改良する。これにより、電気変換効率を高めるこ
とができ、供給装置の価格および形状を小さくすること
を目的とする。

【００１３】また、１つのコンバータを全てのレーザに
用いるときは、分離された部屋もしくは場所に隔離する
必要があり、各レーザとは同軸線によって接続しなけれ
ばならないが、この発明は、このような問題点をも解決
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、交流電圧を固定直流電圧に変換するコンバータ
（４０）と、前記直流電圧に基づき可調整最大振幅パル
ス電圧を供給する少なくとも１つの供給手段とを有し、
前記供給手段は、充電勾配が可変に設定される電力充電
回路と、前記充電回路に接続された制御スイッチ（３２
）とを有し、前記電力充電回路は前記制御スイッチの状
態に応じて放電を行うことを特徴とする。

【００１５】好ましくは、電力あるいは電気エネルギー
の充電は、前述の点Ａでダイオードの一端に接続された
充電コンデンサにおいて行われる。また、このダイオー
ドの他端は、充電回路の充電勾配を変化させ得る可変誘
導コイルに接続される。

【００１６】第１の変形によれば、前記可変誘導コイル
は、コイルの軸方向に移動する磁気コアを有している。

【００１７】第２の変形例によれば、前記可変誘導コイ
ルは２つのコイルを含み、これらのコイルは他の一つに
対して移動し、かつ、これらの各々の位置に対応した相
互インダクタンスを持つように直列に接続される。

【００１８】第３の変形例によれば、前記可変誘導コイ
ルはコイル内に挿入された強磁性コアと、強磁性コアの
回りの制御巻き線と、コアのインダクタンスを変化させ
るように制御巻き線内に電流を供給する手段とを含む。

【００１９】

【作用】前記電力充電回路の充電勾配が可変であるため
、各レーザの特性に応じたパルス電圧を発生することが
できる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。

【００２１】図１は、この発明の一実施例であるメタル
バイポーラレーザ用電源装置の構成を示すブロック図で
ある。図において、コンバータ４０は、幹線に接続され
て３相３８０Ｖの交流電圧が供給され、固定の高圧直流
電圧を正および負出力端子間に印可している。このコン
バータ４０は、整流、平滑回路１６に接続された固定変
換比の昇圧トランス１４を有している。

【００２２】この実施例においては、高圧直流電圧は可
変充電勾配を有した回路によってパルス電圧に変換され
る。この回路は、一端がコンバータ４０の正出力端子に
接続され、他端がダイオード２４の一端（アノード）に
接続された可変誘導コイル４２を有している。ダイオー
ド２４の他端（カソード）は点Ａにおいて充電コンデン
サ２０の一端に接続されている。充電コンデンサ２０の
他端は、レーザ管１８の電極２６に接続されている。

【００２３】図２および図３を参照して第１の実施例に
おける可変誘導コイルについて説明する。オイル流を有
する円柱状容器４４は、３つの並行な分離ディスク４６
，４８，５０を具備しており、各ディスクの中央部には
中空の分離スピンドル５２が貫通するように穴があけら
れている。ディスク４６と５０は容器４４に取り付けら
れたリング５４，５６に固定されている。中央のディス
ク４８は、スピンドル５２に取り付けられ、スピンドル
５２は、容器４４の底に接着もしくは溶接されたベアリ
ング５８にはめ込まれている。容器４４の上方において
は、モータ６４のシャフトあるいはスピンドルに取り付
けられたピニオン６２とかみ合う歯車がスピンドル５２
に設けられている。

【００２４】各ディスク４６，４８，５０は、その中央
に関して対称に配置された４つのフラットコイル６６を
支持する。ここで、例として図３にディスク４８の平面
図を示す。各コイル６６は、隣接コイルの巻き線に対し
て反対方向に巻回されている。ディスク上の４つのコイ
ル６６は、他のコイルと直列に接続される。ディスク４
６と５０のコイル６６は重ね合うように位置され、対応
するコイルは同一方向に巻回される。さらに、ディスク
４６、５０のコイル６６は直列に接続される。

【００２５】中央のディスク４８のコイル６６は、ディ
スク４６，５０のコイル６６の２倍の巻き線を有してい
る。中央ディスク４８のコイルの電流供給線および放電
線は、中空シャフト５２を通って、容器４４の外側にあ
る絶縁体に接続されている。

【００２６】インダクタンスの変化は、中央ディスク４
８の回転位置の変更によって得られる。最大インダクタ
ンスは、中央ディスク４８のコイルがディスク４６およ
び５０のコイルに重ね合わされたときに得られる。最小
インダクタンスは、中央ディスク４８を最大インダクタ
ンスの位置から９０°回転させることによって得られる
。

【００２７】図４は、可変誘導コイルの変形例の構成を
示す概略構成図である。この変形例におけるインダクタ
ンスの変化は、コイル７０内のマグネットバー６８の貫
通長を調整することによって得られる。マグネットバー
６８は、ラック７２に取り付けられ、ラック７２は、モ
ータ６４のシャフトの先端に設けられたピニオン６２に
かみ合うようになっている。したがて、マグネットバー
６８は、コイル７０の軸方向に沿って並行に移動するこ
とができる。

【００２８】図５は、可変誘導コイルの他の変形例の構
成を示す概略構成図である。この変形例におけるインダ
クタンスの変化は、コイル７４の軸に沿って位置するマ
グネットバー７６の誘導係数を変更することによって得
られる。電流供給手段８０に接続された制御巻き線７８
がマグネットバー７６を囲んでいる。マグネットバー７
６の誘導係数、したがって、コイル７４のインダクタン
スは制御巻き線７８を通過する電流の量に依存する。

【００２９】この変形例においては、コイル７４は互い
に反対方向に巻回された２つの直列の巻き線７４ａ，７
４ｂを有している。このようにすると、コイルのトラン
ス効果を打ち消すことができ、したがって、レーザー管
１８と電源供給回路とのインピーダンスが完全にはマッ
チングしていない場合に、レーザー管１８に供給される
エネルギーの反射によって発生するパルス電圧に対する
保護を得ることができる。

【００３０】図６は、図１に示す電源供給装置の充電曲
線を示している。図において曲線ａ，ｂ，ｃは、各々イ
ンピーダンス値が４００，１０００および２０００ｍＨ
の場合に対応している。この場合において、充電コンデ
ンサ２０の容量は８ｎＦであり、レーザーショットの繰
り返し周波数は５ｋＨｚ（２００μｓ毎に１ショット）
である。放電はほぼ２００ｎｓ内で行われ、したがって
、図に与えられたスケールでは放電曲線は実質的に垂直
となる。

【００３１】これにより次のことが理解できる。すなわ
ち、誘導コイル４２のインダクタンスＬの機能により、
充電曲線の勾配が変化する。点Ａと接地点との間に、２
００μｓ後に達する電圧は、前記勾配の作用である。レ
ーザービームのパワーは、前記電圧の直接作用である。 したがって、設計者によって適用されている管１８の特
徴を知ることにより、所望の光学パワーを得るようにコ
イル４２のインダクタンスを調整することが可能である
。

【００３２】さらに、この状況は、図１に示すクローズ
ドループ制御手段２１の使用により自動化が可能である
。以下に、制御手段２１の詳細について図７を参照して
説明する。

【００３３】点Ａと接地点との間に与えられた電圧は、
ユーザによって与えられる指示値に依存する。ボルトメ
ータ２１０は、サイラトロン３２をトリガする信号Ｉｃ
に制御され、点Ａと接地点間の電圧を測定する。このボ
ルトメータ２１０は、約１００の測定に対しての平均値
を得るとともに、点Ａと接地点間の電圧を示す信号を出
力として供給する。この平均電圧は、コンパレータ２１
２によって指示電圧Ｖｃと比較される。コンパレータ２
１２は比較作用の信号を制御装置２１４の入力に供給し
、制御装置２１４は制御信号Ｓｃを出力端へ供給する。 この変形例においては、信号Ｓｃは、モータ６４の入力
端あるいは電流発生器８０の入力端に供給され、サイラ
トロンのトリガの間に、平均電圧値が指示電圧値に等し
くなるように、コイル４２のインダクタンスを変化させ
る。

【００３４】図８は、同実施例を複数のレーザに適用す
る場合の構成例を示すブロック図である。図において、
コンバータ４０は、幹線からの交流電圧を高圧直流電圧
に変換し、正および負出力端間に印可する。

【００３５】管１８の各々は、可調整の最大振幅パルス
電圧を供給する手段に接続されている。したがって、各
管１８の固有特性の作用により、各レーザービームの所
望のパワーを得るようにパルス電圧が調整される。

【００３６】図８に示す実施例において、パルス電圧供
給手段の各々は図１に示す実施例の通りである。前記手
段の全ては、コンバータ４０の正出力端と負出力端間に
おいて並列に接続される。前記手段の各々は、閉じられ
たときに管１８を処理に投入させるスイッチを有してい
る。

【００３７】この発明による装置においては、パルス電
圧の最大振幅の状態は、交流電圧から直流電圧への変換
に依存する。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、複数のレーザへ電源を供給する場合であっても、１つ
のコンバータのみで足りる。したがって、変換システム
の効率を向上させ、さらに、電源供給装置のコストと大
きさを減少させることができる。加えて、特別な問題を
生じることなしに、コンバータをレーザから離れさせる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】同実施例における可変誘導コイル４２の縦断面
図である。

【図３】図２に示すＡ−Ａ線矢視図である。

【図４】可変誘導コイル４２の変形例の構成を示す概略
構成図である。

【図５】可変誘導コイル４２の他の変形例の構成を示す
概略構成図である。

【図６】同実施例における充電勾配を示すグラフである
。

【図７】同実施例におけるクローズドループ制御手段２
１の構成を示すブロック図である。

【図８】同実施例を複数のレーザに適用する場合の構成
例を示すブロック図である。

【図９】従来のレーザ用電源の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１８　　レーザ管 ２０　　充電コンデンサ ２４　　ダイオード ３２　　サイラトロン ４０　　コンバータ ４２　　可変誘導コイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　交流電圧を固定直流電圧に変換するコ
   ンバータ（４０）と、前記直流電圧に基づき可調整最大
   振幅パルス電圧を供給する少なくとも１つの供給手段と
   を有し、前記供給手段は、充電勾配が可変に設定される
   電力充電回路と、前記充電回路に接続された制御スイッ
   チ（３２）とを有し、前記電力充電回路は前記制御スイ
   ッチの状態に応じて放電を行うことを特徴とするメタル
   バイポーラレーザ用電源。
2. 【請求項２】　　前記電力充電回路は、所定点（Ａ）に
   おいてダイオード（２４）の一端に接続された充電コン
   デンサと、前記ダイオードの他端に接続されると共に充
   電勾配を変化させ得る可変誘導コイル（４２）とを具備
   し、前記充電コンデンサ内において充電が行われること
   を特徴とする請求項１記載のメタルバイポーラレーザ用
   電源。
3. 【請求項３】　　前記可変誘導コイルは、少なくとも２
   つのコイル（６６）を有し、前記各コイルは他方に関し
   て移動するとともに、相互インダクタンスが各々の位置
   に対応するように直列接続されることを特徴とする請求
   項２記載のメタルバイポーラレーザ用電源。
4. 【請求項４】　　前記可変誘導コイルは、前記コイルの
   軸方向に沿って移動する磁気コアを有することを特徴と
   する請求項２記載のメタルバイポーラレーザ用電源。
5. 【請求項５】　　前記可変誘導コイルは、当該コイル内
   に挿入される強磁性コア（７６）、前記強磁性コアを囲
   う制御巻き線、および前記強磁性コアのインダクタンス
   を変化させるように前記制御巻き線内に電流を供給する
   制御電流供給手段（８０）とを具備することを特徴とす
   る請求項２記載のメタルバイポーラレーザ用電源。