JPH0439978A - レーザ発振器 - 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 本発明は、切断、溶接、熱処理などのためにレーザ光を
発生させるレーザ発振器に関するものである。

従来の技術 一般的なレーザ発振器の構成について第１図を参照して
説明する。１個または複数個の放電管からなる放電管群
ｌには、各放電管ごとに陽極２と陰極３からなる１組の
放電電極が具備されている。

第１図において２組の放電管は対称的に配設されて放電
部が形成され、それぞれに高電圧電源４から電流が供給
される。また、放電管群１の両端には出力ミラー５、終
端ミラー６が配設されて光共振器を形成している。さら
に、放電管群１の両端部分の陰極電極３．３近傍と中央
部の陽極電極２閏は略Ｅ字型循環管体７により接続され
てガス循環路が形成されている。この循環管体７にはガ
スを循環させる送風機８や、ガスを冷却する熱交換器９
が配設されている。また、前記放電管群ｌには放電管ご
とに前記陽極２と陰極３の間にある放電管の外周に陽極
２または陰極３と電気的に接続された放電開始補助リン
グ１０または放電開始補助管１０が設けられている。

第８図は、従来のスイッチング高圧電Ｒ４の構成を示す
ブロック図である。３相２００■を整流スタック１１で
受は整流した後、１次側平滑コンデンサ１２で電圧リア
ルを低減しハ　スイッチング素子１３でスイッチングし
てパルス信号に変換し、高周波トランス１５に電力を電
送する。高周波トランス１５では電力を２次側に電送す
るとともに２次側に高電圧を発生させ、高速高圧整流器
１６て整流したあと、高圧コンデンサ１７で平滑し、放
電管ｌの陽極２と陰極３間に電圧が印加される。

一方、基準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１８の信号と、出力命令設定回路２
０からの指令に基づいてスイッチング周波数を決定する
出力設定回路１９．（ＦＭ回路）の信号とを受けて、ド
ライブ回路１４てはスイッチンク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して、スイッチン
グ素子１３のゲートに送る。

このように構成されているレーザ発振器は、ガス流方向
と放電方向とレーザ光の発振軸か同軸であるため光軸方
向から見たときに、その放電及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い。従って、出力
されるレーザ光を用いて加工を行う場合加工性能が良い
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、１次側の平滑コンデンサの端子間電圧が
変動すると２次側の出力電力がそれに応して変動し、レ
ーザ出力も変動するという課題があった。

本発明は、このような従来のレーザ発振器の課題を考慮
し、１次側の平滑コンデンサの端子間電圧が変動しても
、２次側の出力電力がそれに応して変動せず、レーザ出
力も変動しないレーザ発振器を提供ずろことを目的とす
る。

課題を解決するための手段 本発明は、陽極と陰極を有する放電電極を備えた１個ま
たは複数個の放電管の放電群と、この放電管に電力を供
給するスイッチング高圧１ｉＲ，と、前記放電群の両端
に配備されたレーザ共振用のミラーと、前記放電電極の
近傍で前記放電群に接続され、この放電群と共にガス循
環路を構成する循環管体と、前記ガス循環路にレーザ媒
質としてのガスを供給するガス供給装置とを備えたレー
ザ発振器において、スイッチング周波数を変化させて出
力電力を調節することの出来る前記スイッチング高圧電
源の上流側に、整流手段、平滑コンデンサおよびスイッ
チング素子を有し、また、前記スイッチング高圧電源の
１次側平滑コンデンサに、その端子間電圧を検出する電
圧検出手段を有し、その電圧検出手段により検出された
電圧に対応して、前記スイッチング高圧電源の最大スイ
ッチング周波数の２倍以上をスイッチング周波数として
、前記スイッチング素子のスイッチングオン時間を変化
させて、その出力電力制御が行われることを特徴とする
レーザ発振器である。

また、本発明は、陽極と陰極を有する放電電極を備えた
１個または複数個の放電管の放電群と、この放電管に電
力を供給するスイッチング高圧電源と、前記放電群の両
端に配備されたレーザ共振用のミラーと、前記放電電極
の近傍で前記放電群に接続され、この放電群と共にガス
循環路を構成する循環管体と、前記ガス循環路にレーザ
媒質としてのガスを供給するガス供給装置とを備えたレ
ーザ発振器において、スイッチング周波数を変化させて
出力電力を調節することの出来る前記スイッチング高圧
電源の上流側に、整流手段、平滑コンデンサおよびスイ
ッチング素子を有し、また、前記スイッチング高圧電源
の１次側平滑コンデンサに、その端子間電圧を検出する
電圧検出手段を有し、その電圧検出手段により検出され
た電圧に対応して、前記スイッチング高圧電源の最大ス
イッチング周波数の２倍以−ヒをスイッチング周波数の
下限動作周波数として、前記スイッチング素子のスイッ
チングスイッチング周波数を変化させて、その出力電力
制御を行うことを特徴とするレーザ発振器である。

作用 本発明は、スイッチング周波数を変化させて出力電力を
調節することの出来る、レーザ発振器の放電群に電力を
供給するスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ
にあって、その端子間電圧を検出する電圧検出手段によ
り検出された電圧に対応して、スイッチング高圧電源の
上流側に設けられたスイッチング素子のスイッチングオ
ン時間を、前記スイッチング高圧電源の最大スイッチン
グ周波数の２倍以上をスイッチング周波数として、変化
させて、その出力電力制御が行う。

また、本発明は、スイッチング周波数を変化させて出力
電力を調節することの出来る、レーザ発振器の放電群に
電力を供給するスイッチング高圧電源の１次側平滑コン
デンサにあって、その端子間電圧を検出する電圧検出手
段により検出された電圧に対応して、スイッチング高圧
電源の上流側に設けられたスイッチング素子のスイッチ
ング周波数を、前記スイッチング高圧電源の最大スイッ
チング周波数の２倍以上をスイッチング周波数の下限動
作周波数として変化させて、その出力電力制御が行う。

実施例 以下に本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
２図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図においては第８図と比較すると明確なように、スイッ
チング高圧電源４の上流側におもに整流手段の一例とし
ての整流器２７、平滑コンデンサ２６およびスイッチン
グ素子２５からなるスイッチング低圧電源が接続されて
いる。

一方、スイッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ１
２に電圧検出手段の一例としての電圧検出器２１が接続
され、その端子間電圧を検出している。また、その検出
電圧は、誤差増幅器２２に誘導されている。誤差増幅器
２２は、基準電圧信号発生回路２４０基準電圧とその検
出電圧を比較し、その誤差を増幅してスイッチング低圧
電源の出力設定回路２Ｂ（ＰＷＭ回路）に出力するよう
になっている。その出力設定回路２８は、スイッチング
オン時間を制御する回路である。さらに、スイッチング
低圧電源内のスイッチング周波数設定回路２９は、固定
されたスイッチング周波数設定値を出力する回路である
。ドライブ回路２３は、その出力設定回路２８で発生し
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２９からの固定されたスイッチング周波数設定
値を人力して、それに基づき、スイッチング低圧電源内
のスイッチング素子２５を制御するようになっている。

なお、その際のスイッチング周波数は、スイッチング高
圧電源の最大スイッチング周波数の２倍以上である。

次に、本発明の主要な動作に付いて説明する。

第３図に、スイッチング高圧電源４の１次側平滑コンデ
ンサ１２の端子間電圧が基準電圧に対して＋側に撮れた
場合（Ａ）、基準電圧時　（Ｂ）および−例に振れた場
合（Ｃ）に、スイッチング低圧電源内のドライブ回路２
３で発生する制御信号の例を示した。第３図からも明ら
かなように、スイッチング高圧電源の１次側平滑コンデ
ンサ１２の端子間電圧が低下すると、電圧検出器２１が
それを検出する。そして、誤差増幅器２２に人力される
。他方、基準電圧信号発生回路２４の基準電圧が誤差増
幅器２２に人力されるので、その降下差が出力設定回路
２８へ人力される。そこで、出力設定回路２８は、電力
が一定になるように基準電圧に対する電圧降下分たけス
イッチング低圧電源のスイッチングオン時間を広げて出
力する。

ドライブ回路２３は、そのそのスイッチング時間と、ス
イッチング周波数設定回路２９からの固定されたスイッ
チング周波数で、スイッチング素子２５をスイッチング
する。またスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデン
サ１２の端子間電圧が上昇すると、同様にして基準電圧
に対する電圧上昇分だけスイッチング低圧電源のスイッ
チングオン時間を狭め出力電力が一定になるように制御
する。

つぎに、第４図に本発明を用いた場合と従来の方法の場
合についてスイッチング高圧電源４の１次側平滑コンデ
ンサ１２の端子間電圧の変動割合と出力電力の変動割合
の関係の比較をした。この第４図からも明白なように、
スイッチング高圧電源４の１次側コンデンサ１２の端子
間電圧を検出し基準信号に対する変動幅に応してスイッ
チングオン時間を制御することで、スイッチング電源か
らの出力電力は安定になり、レーザ出力はスイッチング
高圧電源の１次側平滑コンデンサ１２の端子間電圧に依
存しないようになる。

このように、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基準信号に対する変動幅
に応じてスイッチング低圧電源のスイッチングオン時間
を制御することで、スイッチング高圧電源からの出力電
力はスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ１２
の端子間電圧に依存せず、レーザ出力も安定化する。

以下に別の本発明の一実施例を図面を参照して説明する
。第５図は、その本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。同図においても、第８図と比較すると明確なよう
に、スイッチング高圧電源４の上流側におもに整流手段
の一例としての整流器２７、平滑コンデンサ２６および
スイッチング素子２５からなるスイッチング低圧電源が
接続されている。一方、スイッチング高圧電源の１次側
平滑コンデンサ１２に電圧検出手段の一例としての電圧
検出器２１が接続され、その端子間電圧を検出している
。また、その検出電圧は、誤差増幅器２２に誘導されて
いる。誤差増幅器２２は、基準電圧信号発生回路２４０
基準電圧とその検出電圧を比較し、その誤差を増幅して
スイッチング低圧電源の出力設定回路３０　（ＦＭ回路
）に出力するようになっている。その出力設定回路３０
は、スイッチング周波数を制御する回路である。さらに
、スイッチング低圧電源内のスイッチングオン時間設定
回路３１は、固定されたスイッチングオン時間設定値を
出力する回路である。ドライブ回路２３は、その出力設
定回路３０て発生したスイッチングオン周波数（１ａと
、スイッチングオン時間設定回路３１からの固定された
スイッチングオン時間設定値を人力して、それに基づき
、スイッチング低圧電源内のスイッチング素子２５４制
御するようになっている。なお、前記スイッチング高圧
電源の最大スイッチング周波数の２倍以上をスイッチン
グ周波数の下限動作周波数として、前記スイッチング素
子２５のスイッチングスイッチング周波数を変化させて
、その出力電力制御を行なっている。

次に、本発明の主要な動作に付いて説明する。

第６図に、スイッチング高圧電ｒ１．４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）、基準電圧時（Ｂ）および−例に振れた
場合（Ｃ）に、スイッチ、ング低圧電源内のドライブ回
路２３て発生する制御信号の例を示した。第６図からも
明らかなように、スイッチング高圧電源の１次側平滑コ
ンデンサ１２の端子間電圧が低下すると、電圧検出器２
１がそれを検出する。そして、誤差増幅器２２に人力さ
れる。他方、基準電圧信号発生回路２４の基準電圧が誤
差増幅器２２に人力されるので、その降下差が出力設定
回路３０へ入力される。そこで、出力設定回路３０は、
電力が一定になるように基準電圧に対する電圧降下分だ
けスイッチング低圧電源のスイッチング周波数を上げて
出力する。ドライブ回路２３は、そのそのスイッチング
周波数と、スイッチングオン時間設定回路３１からの固
定されたスイッチングオン時間で、スイッチング素子２
５をスイッチングする。またスイッチング高圧電源の１
次側平滑コンデンサ１２の端子間電圧が上昇すると、同
様にして基準電圧に対する電圧上昇分だけスイッチング
低圧電源のスイッチング周波数を下げ出力電力が一定に
なるように制御する。

つぎに、第７図に本発明を用いた場合と従来の方法の場
合についてスイッチング高圧電源４の１次側平滑コンデ
ンサ１２の端子間電圧の変動割合と出力電力の変動割合
の関係の比較をした。この第７図からも明白なように、
スイッチング高圧電Ｒ４の１次側コンデンサ１２の端子
間電圧を検出し基準信号に対する変動幅に応してスイッ
チング周波数を制御することで、スイッチング電源から
の出力電力は安定になり、レーザ出力はスイッチング高
圧電源の１次側平滑コンデンサ１２の端子間電圧に依存
しないようになる。

このように、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ｒ：Ｉ電圧を検出し基準信号に対する変
動幅に応じてスイッチング低圧電源のスイッチング周波
数を制御することで、スイッチング高圧電源からの出力
電力はスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデンサ１
２の端子間電圧に依存せず、レーザ出力も安定化する。

発明の詳細 な説明したところから明らかなようここ、木発明を用い
ることで、１次側の平滑コンデンサの端子間電圧が変動
してもレーザ出力は変動せず、レーザ加工の信頼性が著
しく向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は木発明に係るレーザ発振器の一実施例の構成を
示す概略断面図、第２図は同実施例の回路構成を示すブ
【コック図、第３図はスイッチング高圧電源の１次側平
滑コンデンサの端子間電圧が基準電圧に対して＋側に振
れた場合（Ａ）、基準電圧時（Ｂ）、および−例に振れ
た場合（Ｃ）に、スイッチング低圧電源内のドライブ回
路で発生する制御信号を示すグラフ、第４図は、本発明
の場合と従来の場合についてスイッチング高圧電源の１
次側平滑コンデンサの端子間電圧の変動割合と出力電力
の変動割合の関係を示すグラフ、第５図は別の本発明に
係るレーザ発振器の一実施例の回路構成を示すブロック
図、第６図はスイッチング高圧電源の１次側平滑コンデ
ンサの端子間電圧が基準電圧に対して＋側に振れた場合
（Ａ）、基準電圧時（Ｂ）および−側に振れた場合（Ｃ
）に、スイッチング低圧電源内のドライブ回路で発生す
る制御信号を示すグラフ、第７図は本発明の場合と従来
の場合についてスイッチング高圧電源の１次側平滑コン
デンサの端子間電圧の変動割合と出力電力の変動割合の
関係を示すグラフ、第８図は従来のレーザ発振器の回路
構成を示すブロック図である。 １・・・放電管群、２・・・陽極、３・・・陰極、４・
・・高圧電源、５・・・出力ミラー　６・・・終端ミラ
ー７・・・循環管体、８・・・送風器、９・・・熱交換
器、ｌＯ・・・放電開始補助リング、１１・・・整流ス
タック、１２・・何次側平滑コンデンサ、１３・・・ス
イッチング素子、１４・・・ドライブ回路、１５・・・
高周波トランス、１６・・・高速高圧整流器、Ｉ７・・
・高圧コンデンサ、１８・・・スイッチングオン時開設
定回路、１９・・・出力設定回路（ＦＭ回路）、２ｏ・
・・出力命令設定回路、２１・・・電圧検出手段、２２
・・・誤差増幅器、２３・・・スイッチング低圧電源ド
ライブ回路、２４・・・基準電圧信号発生回路、２５・
・・スイッチング低圧電源スイッチング素子、２６・・
・平滑コンデンサ、２７・・・整流手段、′、２８・・
・スイッチング低圧電源出力設定回路（ＰＷＭ回路）、
２９・・・スイッチング低圧電源スイッチンク周波数設
定回路、３０・・・出力設定回路（ＦＭ回′＃Ｊ）、３
１・・・スイッチングオン時間設定回路。 代理人　弁理士　松　１）正　道 第 図 ０： 放電開始補助リング 第 図 第 図 壊′″８−度 Ｊｔスｉ−ｔ　ｔａ　ｓ　　￥６に−（’１０）第６図 第７ 図 鳩チ閤 ｔ７ｓ−１ｈ　／ｌ　ＩＩ　＆　（’１０　）第８図 ］ｂ 七

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）陽極と陰極を有する放電電極を備えた１個または
   複数個の放電管の放電群と、この放電管に電力を供給す
   るスイッチング高圧電源と、前記放電群の両端に配備さ
   れたレーザ共振用のミラーと、前記放電電極の近傍で前
   記放電群に接続され、この放電群と共にガス循環路を構
   成する循環管体と、前記ガス循環路にレーザ媒質として
   のガスを供給するガス供給装置とを備えたレーザ発振器
   において、スイッチング周波数を変化させて出力電力を
   調節することの出来る前記スイッチング高圧電源の上流
   側に、整流手段、平滑コンデンサおよびスイッチング素
   子を有し、また、前記スイッチング高圧電源の１次側平
   滑コンデンサに、その端子間電圧を検出する電圧検出手
   段を有し、その電圧検出手段により検出された電圧に対
   応して、前記スイッチング高圧電源の最大スイッチング
   周波数の２倍以上をスイッチング周波数として、前記ス
   イッチング素子のスイッチングオン時間を変化させて、
   その出力電力制御を行うことを特徴とするレーザ発振器
   。
2. （２）陽極と陰極を有する放電電極を備えた１個または
   複数個の放電管の放電群と、この放電管に電力を供給す
   るスイッチング高圧電源と、前記放電群の両端に配備さ
   れたレーザ共振用のミラーと、前記放電電極の近傍で前
   記放電群に接続され、この放電群と共にガス循環路を構
   成する循環管体と、前記ガス循環路にレーザ媒質として
   のガスを供給するガス供給装置とを備えたレーザ発振器
   において、スイッチング周波数を変化させて出力電力を
   調節することの出来る前記スイッチング高圧電源の上流
   側に、整流手段、平滑コンデンサおよびスイッチング素
   子を有し、また、前記スイッチング高圧電源の１次側平
   滑コンデンサに、その端子間電圧を検出する電圧検出手
   段を有し、その電圧検出手段により検出された電圧に対
   応して、前記スイッチング高圧電源の最大スイッチング
   周波数の２倍以上をスイッチング周波数の下限動作周波
   数として、前記スイッチング素子のスイッチングスイッ
   チング周波数を変化させて、その出力電力制御を行うこ
   とを特徴とするレーザ発振器。