JPH0444377A

JPH0444377A - 気体レーザ装置

Info

Publication number: JPH0444377A
Application number: JP2153235A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Sugiyama; 勤杉山; Hitoshi Motomiya; 均本宮; Masashi Onishi; 正史大西; Shuzo Yoshizumi; 吉住　修三; Akio Tanaka; 田中　昭男; Shigeki Yamane; 茂樹山根; Hidehiko Karasaki; 秀彦唐崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1992-02-14
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2649428B2

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、炭酸ガスレーザ等の気体レーザ装置において
、特に高電圧電源の効率を高めるとともに出力電流の安
定化を図ったレーザ装置に関する。

従来の技術従来の気体レーザ装置の構成例を第３図に示す。気体レ
ーザ媒質は、出力鏡１と全反射鏡２を取り付けたレーザ
共振器３内に送風機４により供給ダクト５を通じて供給
され、放電電極６．７による放電により励起されてレー
ザ光を出力する。

レーザ共振器３内の温度上昇した気体レーザ媒質は、排
気ダクト８を通じレーザ共振器３内から回収され、冷却
器９により冷却されて再び給気ダクト５を通じてレーザ
共振器３内に供給される。

放電電極６，７に印加される高電圧は、例えば直流電源
１０の出力電圧をインバータ回路１１内の半導体スイッ
チ素子を交互に断続することにより高周波交流電圧に変
換し、これを高周波昇圧トランス１２で昇圧し、高圧整
流ダイオード１３および平滑コンデンサ１４で整流平滑
して高電圧の直流を発生していた。

発明が解決しようとする課題一般に気体レーザ装置における放電電圧電流特性は、３
０〜５０ｋＶの放電開始電圧かられずかの電流でその約
半分の放電維持電圧まで垂下し、さらに電流が増えるに
連れて電圧が低下する特性を示している。この状態から
さらに電流を増加させると、急激に放電維持電圧が低下
して放電電流が一層増加するアーク放電に至り、放電電
流が不安定になってレーザ光の出力か変動する。このた
め、従来の高電圧電源では、昇圧トランス１２の１次コ
イル１２ａと２次コイル１２ｂの磁気結合を低下させた
上で、２次コイル１２ｂとの結合度が１次コイル１２ａ
よりも大きい３次コイル１２Ｃを設けて２次コイル１２
ｂに発生する電圧変化を検出していた。このため、１次
コイル１２ａから２次コイル１２ｂへの電力伝達効率が
低く、１次電流を多く流す必要があるため、インバータ
回路１１内の半導体スイッチ素子として大容量の素子を
使用する必要があった。また、１次コイル１２ａと３次
コイル１２ｃとの間の結合率がゼロではないため、１次
電流変動による昇圧トランス１２内の磁束変化を３次コ
イル１２ｃが誤検出することがあった。この結果、アー
ク放電に移行するときの２次電圧変動を検出しきれず、
レーサ共振器内の放電かアーク放電に移行して放電電流
が不安定となる問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するものであ
り、気体レーザ装置の高電圧電源の効率を高めるととも
に、出力電流を安定化し、制仰を容易に行なうことので
きる気体レーザ装置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、高電圧電源を、
実効電圧を変化可能な低電圧交流電源と昇圧トランスと
整流回路とを含むように構成し、昇圧トランスは、１次
コイルを内側、２次コイルを外側に巻いて同軸巻とし、
少なくとも２次コイルの外径およびその軸方向の長さと
同じ寸法の矩形を含む寸法の第１電極を２次コイルの軸
と平行に、かつ２次コイルの外径以上の距離を置いて誘
電体絶縁物を介在させて配置するようにしたものである
。

本発明はまた、第１電極と少なくとも同し外形寸法の接
地された第２電極を第１電極に対し２次コイルとは反対
側に配置し、第１および第２電極間の距離を２次コイル
と第１電極の間の距離の多くとも１０分の１とし、両者
の間に２次コイルと第１電極との間に介在された誘電体
絶縁物の少なくとも２倍以上の誘電系の誘電体を介在さ
せるとともに、第１および第２電極の間を少なくとも１
００にΩ以上の抵抗で接続するようにしたちのである。

本発明はまた、抵抗の両端に発生する電圧と基準信号電
圧とを入力比較する比較増幅器の出力信号により低電圧
交流電源の実効電圧を変化させるようにしたものである
。

作用本発明は、前記構成により、昇圧トランスの２次コイル
全体が、２次コイル出力電圧と同じ電圧波形を出力する
電源に接続された１個の仮想電極となり、２次コイルと
誘電体絶縁物と第１電極とによりコンデンサが形成され
、このコンデンサに接続された抵抗の端子間電圧を検出
することにより２次コイルの出力電圧の変動を検出する
ことができる。

本発明はまた、２次コイルと誘電体絶縁物と第１電極と
誘電体と第２電極とで２個の直列のコンデンサが形成さ
れ、この２個のコンデンサには交流電圧が印加されるた
め、それぞれにはコンデンサの静電容量分に逆比例した
分圧電圧が発生するので、正確な２次コイル出力電圧の
変動を検出することができる。このときの分圧比は、第
１および第２電極の間隔に反比例し、電極間に介在する
誘電体の誘電率に比例する。２個のコンデンサは、昇圧
トランスの１次コイルの発生する磁束の影響を受けるこ
とがなく、２次コイルの出力電圧にのみ依存しているの
で、放電負荷の電圧変動を正確に検出することができる
。

本発明はまた、放電負荷はアーク放電状態になるとグロ
ー放電状態のときと比べて放電維持電圧が半分以下に低
下するので、グロー放電時の検出電圧を基準電圧として
設定し、これと第１および第２電極に接続する抵抗の端
子間電圧とを比較演算することにより放電状態の異常を
検出する。異常が検出されたときには、昇圧トランスに
入力する交流電圧の実効電圧を下げて高電圧電源の出力
電流を絞り、放電を元のグロー放電に復帰させ、グロー
放電に復帰した後再び元の出力電流まで上げる。この結
果、放電電流の変動を小さく抑えてレーザ光出力の安定
化を実現することができる。

実施例以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図は本発明の一実施例における昇圧トランスの概略構
成を示し、第２図に本発明の一実施例における回路構成
を示している。

第２図において、２１は例えば２００Ｖの商用交流電圧
を整流平滑した低電圧直流電源である。

２２は低電圧直流電源２１の出力を低電圧の交流に変換
するインバータ回路（低電圧交流電源）、２３はインバ
ータ回路２２の出力を昇圧する昇圧トランス、２４は高
周波交流電圧を整流する高圧整流ダイオード、２５は整
流された直流を早滑する平滑コンデンサ、２６はレーザ
光を出力するレーサ共振器である。２７．２８は昇圧ト
ランス２３の２次コイル近傍に形成されたコンデンサ、
２９はコンデンサ２７．２８の接続点に接続された抵抗
、３０は低圧整流ダイオード、３１は比較演算器、３２
は基準電圧源、３３はアンドゲート、３４は半導体スイ
ッチ素子駆動信号源である。

第１図において、昇圧トランス２３は、フェライトコア
３５の一方の脚部３５ａに、内側に１次コイル３６を巻
き、この１次コイル３６と絶縁距離をおいて外側に１０
０ｍｍの外径を持つ２次コイル３７を巻いたものである
。フェライトコア３５は、脚部３５ａが鉛直方向となる
ように、誘電体絶縁物である絶縁油３８で満たされたト
ランス容器３９内に、コア保持具４０ａ、４０ｂに固定
されて配置されている。トランス容器３９内にはまた、
２次コイル３７の投影形状の縦横寸法より少し大きい矩
形寸法に加工された約１ｍｍ厚さの誘電体であるカラス
エポキシ板４１が配置されており、これは２次コイル３
７の軸に平行に対面しているトランス容器３９の内壁面
３９ａに、セラミックス碍子４２．４３を介して固定さ
れている。ガラスエポキシ板４１は、その両面に銅鍍金
が施されて第１電極４４および第２電極４５が形成され
、第１電極４４と２次コイル３７との距離が均等に約１
００ｍｍないし１５０ｍｍになるように固定されている
。ガラスエポキシ板４１の厚さは、第１電極４４と２次
コイル３７との間の距離の多くとも１０分の１止まりと
し、その誘電率は絶縁油３８の誘電率の少なくとも２倍
以上とする。

この結果、２次コイル３７と第１電極４４との間に介在
された絶縁油３８により第２図のコンデンサ２７が形成
され、第１電極４４と第２電極４５との間に介在された
ガラスエポキシ板４１によりコンデンサ２８が形成され
る。そして第２図に示すように、第１および第２電極４
４．４５間には１００にΩの抵抗２９が接続され、第２
電極４５および抵抗２９の他端は共に接地されている。

抵抗２９か約１００にΩ以下の抵抗値の場合、各コンデ
ンサ２７．２８に電荷が蓄積されるよりも抵抗２９によ
る放電時定数が短いため、電圧波形は２次コイル出力電
圧に比例しなくなるので、抵抗２９の値は少なくとも１
０ＱｋΩ以上とする。

第１電極４４は、低圧整流ダイオ−ｔ”　３０を介して
比較演算器３１の一方の入力に接続され、比較演算器３
１の他方の入力には基準電圧源３２が接続されている。

インバータ回路２２内の半導体スイッチ素子は、半導体
スイッチ素子駆動信号源３４からの信号により駆動され
るが、比較演算器３１の出力を制御信号とするアンドゲ
ート３３を中継している。

次に、前記実施例の動作について説明する。第２図にお
いて、低圧直流電源２１は商用電源を整流平滑して低電
圧の直流をインバータ回路２２へ出力する。インバータ
回路２２は、インバータ回路２２内の半導体スイッチ素
子を半導体スイッチ素子駆動信号源３４からの信号によ
り断続することにより交流電圧を発生させ、かつ断続の
周期を変えることによって交流周波数を変え、その接続
時間を変えることにより実効電圧を変化させている。イ
ンバータ回路２２から出力された高周波電圧は、昇圧ト
ランス２３で昇圧され、その２次コイル３７の出力が高
圧整流ダイオード２４で整流され、平滑コンデンサ２５
で平滑されてレーザ共振器２６の放電電極２６ａ、２６
ｂに印加される。

直列に接続されたコンデンサ２７．２８に加わる電圧は
、昇圧トランス２３の２次コイル３７の出力電圧であり
、交流電圧であるが、レーザ共振器２６に流れる負荷電
流により垂下して実効電圧は放電電圧に一致する。直列
コンデンサ２７．２８の分担電圧は、第１および第２電
極４４．４５間の距離、誘電体絶縁物である絶縁油３８
およびガラスエポキシ板４１の誘電率により、本実施例
では約１００対１から２００対１の割合でコンデンサ２
８に放電電圧に比例した低い電圧か発生する。基準電圧
源３２の発生電圧は、レーザ共振器２６の放電状態が正
常のクロー放電の時のコンデンサ２８の分担電圧の約９
０％に調整して設定しである。コンデンサ２８の分担電
圧は、交流電圧となるので低圧整流ダイオード３０によ
り直流に整流した後、比較演算器３１に入力される。抵
抗２つは信号源であるコンデンサ２８から比較演算器３
１への入力抵抗を決めるものであり、第１および第２電
極４４．４５に異常電圧が発生したときに比較演算器３
１を保護する。比較演算器３１は、低圧整流ダイオード
３０で整流された直流信号の電圧が、基準電圧源３２の
電圧より上回る時には正電圧を発生するが、下回る時は
ゼロ電圧となる。アントゲート３３は、比較演算器３１
からのゲート信号が正電圧の時にゲートを開いて半導体
スイッチ素子駆動信号源３４からのパルス信号を通過さ
せるが、ゲート信号がゼロ電圧の時にはゲートを閉しる
。したがって、レーザ共振器２６における放電がアーク
放電になって電圧が下がると、比較演算器３１が基準電
圧源３２よりも低い電圧を検出してゼロ電圧を出力する
ので、アンドゲート３３かゲートを閉じて半導体スイッ
チ素子駆動信号源３４からの出力をインバータ回路２２
へ伝達するのを防ぎ、レーザ共振器２６のアーク放電と
なった放＠電流を遮断する。なお、コンデンサ２７．２
Ｂに加わる電圧は１次コイル３６に流れる電流ではなく
、２次コイル３７に発生する電圧に依存しているので、
１次コイル３６に流れる電流の波形により誤作動するこ
とはない。また、１次コイル３６と２次コイル３７との
間の結合度を下げて漏れ磁束を発生させる必要がないた
め、昇圧トランス２３の電力伝達効率が高い。

このように前記実施例によれば、昇圧トランス２３の２
次コイル３７と絶縁油３８と第１電極４４とによりコン
デンサ２７を形成し、第１電極４４とカラスエポキシ板
４１と第２電極４５とによりコンデンサ２８を形成し、
第１電極４４と第２電極４５との間に抵抗２９を接続し
て第２電極４５を接地するとともに、抵抗２９の端子間
電圧を比較演算器３１の一方の入力とし、比較演算器３
１の他方の入力に基準電圧源３２を接続して、比較演算
器３１の出力により半導体スイッチ素子駆動信号源３４
からインバータ回路２２の半導体スイッチ素子への信号
をアンドゲート３３を通じて１ＴｈＪ　ａｌｌするよう
にしたので、レーザ共振器２６がアーク放電に移行する
ときの２次コイル３７の出力電圧の変動を正確に検出し
てインバータ回路２２を適切に制御することかでき、気
体レーザ装置の高電圧電源の効率を高めるとともに出力
電流の安定化および制御の容易化を図ることができる。

発明の効果以上のように、本発明の気体レーザ装置によれば、高電
圧電源を、実効電圧を変化可能な低電圧交流電源と昇圧
トランスと整流回路とを含むように構成し、昇圧トラン
スは、１次コイルを内側、２次コイルを外側に巻いて同
軸巻とし、少なくとも２次コイルの外径およびその軸方
向の長さと同じ寸法の矩形を含む寸法の第１電極を２次
コイルの軸と平行に、かつ２次コイルの外径以上の距離
を置いて誘電体絶縁物を介在させて配置するようにした
ので、昇圧トランスに２次コイルの電圧変動を検出する
ための３次コイルを巻く必要がなく、１次電流の変動に
よる誤検出を防止することができる。また、１次コイル
と２次コイルとの間の結合度を下げて漏れ磁束を発生さ
せる必要がないので、昇圧トランスの電力伝達効率を高
めることができる。

本発明はまた、第１電極と少なくとも同じ外形寸法の接
地された第２電極を第１電極に対し２次コイルとは反対
側に配置し、第１および第２電極間の距離は２次コイル
と第１電極の間の距離の多（とも１０分の１とし、両者
の間に２次コイルと第１電極との間に介在された誘電体
絶縁物の少な（とも２倍以上の誘電率の誘電体を介在さ
せるとともに、第１および第２電極の間を少なくとも１
００にΩ以上の抵抗で接続するようにしたので、２次コ
イルと誘電体絶縁物と第１電極と誘電体と第２電極とで
２個の直列コンデンサが形成され、その分圧電圧により
２次フィルの出力電圧の変動を正確に検出することがで
きる。

本発明はまた、抵抗の両端に発生する電圧と基準信号電
圧とを入力比較する比較増幅器の出力信号により低電圧
交流電源の実効電圧を変化させるようにしたので、２次
コイルの出力電圧の変動を正確に検出してその制御を適
切に行なうことができ、気体レーザ装置の高電圧電源の
効率を高めることができるとともに、出力電流を安定化
して安定したレーザ出力を得る二とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における気体レーザ装置の昇
圧トランスの概略構成図、第２図は本発明の一実施例に
おける気体レーザ装置の高電圧電源の回路構成図、第３
図は従来の気体レーザ装置の一例を示す概略構成図であ
る。２１・・・低電圧直流電源、２２・・・インバータ回路
（低電圧交流電源）、２３・・・昇圧トランス、２４・
・・高圧整流ダイオード、２５・・・平滑コンデンサ、
２６・・・レーザ共振器、２７．２８・・・コンデンサ
、２９・・・抵抗、３０・・・低圧整流ダイオード、３
１・・・比較演算器、３２・・・基準電圧源、３３・・
・アンドゲート、３４・・・半導体スイッチ素子駆動信
号源、３５・・・フェライトコア、３６・・・１次コイ
ル、３７・・・２次コイル、３８・・・絶縁油、３９・
・・トランス容器、４０ａ、４Ｑｂ・・・コア保持具、
４１・・・ガラスエポキシ板、４２．４３・・・セラミ
ックス碍子、４４・・第１電極、４５・第２電極。代理人の氏名　　弁理士　蔵　合　正　博第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ共振器内の気体レーザ媒質を高電圧電源に
接続された放電電極の放電により励起してレーザ光を発
生させる気体レーザ装置において、前記高電圧電源が、
実効電圧を変化可能な低電圧交流電源と昇圧トランスと
整流回路とを含み、前記昇圧トランスを１次コイルを内
側に巻き、２次コイルを外側に巻く同軸巻とし、少なく
とも前記２次コイルの外径およびその軸方向の長さと同
じ寸法の矩形を含む寸法の第１電極を前記２次コイルの
軸と平行に、かつ２次コイルの外径以上の距離を置いて
誘電体絶縁物を介在させて配置するとともに、前記第１
電極を少なくとも１００ｋΩ以上の抵抗で接地電位と接
続したことを特徴とする気体レーザ装置。
（２）第１電極と少なくとも同じ外形寸法の接地された
第２電極を前記第１電極に対し昇圧トランスの２次コイ
ルとは反対側に配置し、前記第１電極と第２電極との距
離を前記２次コイルと前記第１電極との間の距離の多く
とも１０分の１とし、前記第１電極と第２電極との間に
前記２次コイルと前記第１電極との間に介在された誘電
体絶縁物の誘電率の少なくとも２倍以上の誘電率の誘電
体を介在させ、前記第１電極と第２電極との間に少なく
とも１００ｋΩ以上の抵抗を接続したことを特徴とする
請求項（１）記載の気体レーザ装置。
（３）抵抗の両端に発生する電圧を一端の入力とし基準
信号電圧を他端の入力とする比較増幅器の出力信号によ
り低電圧交流電源の実効電圧を変化させることを特徴と
する請求項（２）記載の気体レーザ装置。