JPH0444379A - 気体レーザ装置 - Google Patents
気体レーザ装置Info
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- JPH0444379A JPH0444379A JP2153237A JP15323790A JPH0444379A JP H0444379 A JPH0444379 A JP H0444379A JP 2153237 A JP2153237 A JP 2153237A JP 15323790 A JP15323790 A JP 15323790A JP H0444379 A JPH0444379 A JP H0444379A
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- wire
- transformer
- tensile force
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- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
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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。
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力の安
定化を図ったレーザ装置に関する。
、特に高電圧電源の効率を高めるとともに出力電力の安
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においては、気体レーザ媒質が、
出力鏡と全反射鏡を取り付けたレーザ共振器に送風機に
より供給ダクトを通じて供給され、放電電極による放電
により励起されてレーザ光を出力している。
出力鏡と全反射鏡を取り付けたレーザ共振器に送風機に
より供給ダクトを通じて供給され、放電電極による放電
により励起されてレーザ光を出力している。
レーザ光を発生させるための高電圧は、例えば２００Ｖ
の商用電源を整流平滑して低電圧直流電源とし、その出
力電圧を半導体スイッチ素子の断続により交流電圧に変
換し、これを昇圧トランスで昇圧した後、整流ダイオー
ドおよび平滑コンデンサにより整流平滑して高電圧の直
流を得、これをレーザ共振器の放電電極に印加していた
。
の商用電源を整流平滑して低電圧直流電源とし、その出
力電圧を半導体スイッチ素子の断続により交流電圧に変
換し、これを昇圧トランスで昇圧した後、整流ダイオー
ドおよび平滑コンデンサにより整流平滑して高電圧の直
流を得、これをレーザ共振器の放電電極に印加していた
。
発明が解決しようとする課題
従来、この種の気体レーザ装置においては、商用電源２
００Ｖを気体レーザ装置の放電維持に必要な１０〜２０
ｋｖの電圧まで昇圧するために、昇圧トランスの昇圧比
を約１００倍近くまで上げられるように２次コイルの巻
数を多（する必要がある。一方、交流電圧を得るための
半導体スイッチ素子の断続周波数は、昇圧トランスの寸
法を小形化するた吟に１０〜２０ｋＨ２まで高周波化さ
れている。また、２次側短絡時の短絡インピーダンスを
高めて半導体スイッチ素子を保護するために、１次コイ
ルのインダクタンスを数ｍＨとしている。この結果、断
続周波数の高周波化により２次コイルにおける分布容量
が無視できなくなり、分布容量と１次／′２次コイル間
の漏れインダクタンスの共振により異常電圧が発生し、
昇圧トランスや整流ダイオードおよび平滑コンデンサな
との絶縁破壊を起こす場合があった。また、巻線分布容
量により昇圧トランスの力率が低下する問題点があった
。
００Ｖを気体レーザ装置の放電維持に必要な１０〜２０
ｋｖの電圧まで昇圧するために、昇圧トランスの昇圧比
を約１００倍近くまで上げられるように２次コイルの巻
数を多（する必要がある。一方、交流電圧を得るための
半導体スイッチ素子の断続周波数は、昇圧トランスの寸
法を小形化するた吟に１０〜２０ｋＨ２まで高周波化さ
れている。また、２次側短絡時の短絡インピーダンスを
高めて半導体スイッチ素子を保護するために、１次コイ
ルのインダクタンスを数ｍＨとしている。この結果、断
続周波数の高周波化により２次コイルにおける分布容量
が無視できなくなり、分布容量と１次／′２次コイル間
の漏れインダクタンスの共振により異常電圧が発生し、
昇圧トランスや整流ダイオードおよび平滑コンデンサな
との絶縁破壊を起こす場合があった。また、巻線分布容
量により昇圧トランスの力率が低下する問題点があった
。
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信頼性を高めるとと
もに出力電力を安定化する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。
り、気体レーザ装置の高電圧電源の信頼性を高めるとと
もに出力電力を安定化する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、昇圧トランスの２次コ
イルの電線の巻付張力を電線の断線張力の３０〜４０％
としたものである。
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、昇圧トランスの２次コ
イルの電線の巻付張力を電線の断線張力の３０〜４０％
としたものである。
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
巻線分布容量が最小となり、異常電圧の発生を抑えて高
電圧電源の信頼性を高めるとともに、力率が最大になり
、分布容量のばらつきが最小となるので、出力特性のば
らつきが小さくなって出力電圧を安定化させることがで
きる。
巻線分布容量が最小となり、異常電圧の発生を抑えて高
電圧電源の信頼性を高めるとともに、力率が最大になり
、分布容量のばらつきが最小となるので、出力特性のば
らつきが小さくなって出力電圧を安定化させることがで
きる。
実施例
以下、本発明の好ましい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気体レーザ装置
の概略構成を示している。第１図において、■はレーザ
共振器、２は出力鏡、３は全反射鏡である。４ａ、４ｂ
は放電電極、５はレーザ共振器ｌ内の気体レーザ媒質の
放電部、６は送風機、７は冷却器、８は給気ダクト、９
は排気ダクトである。また、１ｏは低電圧直流電源、１
１は低電圧交流電源となるインバータ回路であり、フル
ブリッジ接続された４個の半導体スイッチ素子からなる
。１２は１次コイルと２次コイルを同軸巻にして絶縁構
成とした昇圧トランスであり、その１次側にインバータ
回路１１が接続されている。１３は昇圧トランス１２の
２次側に接続された整流ダイオードであり、１４は整流
ダイオード１３に接続された平滑コンデンサであり、平
滑コ′ンデンサ１４の両端部は放電電極４ａ、４ｂにそ
れぞれ接続されている。これら整流ダイオード１３およ
び平滑コンデンサ１４により整流回路が構成されている
。
る。第１図は本発明の一実施例における気体レーザ装置
の概略構成を示している。第１図において、■はレーザ
共振器、２は出力鏡、３は全反射鏡である。４ａ、４ｂ
は放電電極、５はレーザ共振器ｌ内の気体レーザ媒質の
放電部、６は送風機、７は冷却器、８は給気ダクト、９
は排気ダクトである。また、１ｏは低電圧直流電源、１
１は低電圧交流電源となるインバータ回路であり、フル
ブリッジ接続された４個の半導体スイッチ素子からなる
。１２は１次コイルと２次コイルを同軸巻にして絶縁構
成とした昇圧トランスであり、その１次側にインバータ
回路１１が接続されている。１３は昇圧トランス１２の
２次側に接続された整流ダイオードであり、１４は整流
ダイオード１３に接続された平滑コンデンサであり、平
滑コ′ンデンサ１４の両端部は放電電極４ａ、４ｂにそ
れぞれ接続されている。これら整流ダイオード１３およ
び平滑コンデンサ１４により整流回路が構成されている
。
低電圧直流電源１０は、商用電源２００Ｖを整流平滑し
て直流化した電源とし、気体レーザ媒質の放電を維持す
るのに必要な１０〜２０ｋｖの電圧まで昇圧するために
、昇圧トランス１２として昇圧比が７０倍のものが使用
されている。モして昇圧トランス１２の２次コイルは、
この昇圧比を得るために直径的０．２ｍｍのエナメル線
をその断線張力である８００ｇの約３５％に相当する３
ｏＯｇの巻付張力をもって約４０００回巻としている。
て直流化した電源とし、気体レーザ媒質の放電を維持す
るのに必要な１０〜２０ｋｖの電圧まで昇圧するために
、昇圧トランス１２として昇圧比が７０倍のものが使用
されている。モして昇圧トランス１２の２次コイルは、
この昇圧比を得るために直径的０．２ｍｍのエナメル線
をその断線張力である８００ｇの約３５％に相当する３
ｏＯｇの巻付張力をもって約４０００回巻としている。
一方、インバータ回路１１の半導体スイッチ素子は、２
ＱｋＨｚ７：断続され、その接続時間により出力電力を
制御されている。また、昇圧トランス１２の１次コイル
のインダクタンスは、２次コイル側の短絡時にインバー
タ回路１１の半導体スイッチ素子を保護するために、約
６ｍＨ１結合係数を約０．９としている。
ＱｋＨｚ７：断続され、その接続時間により出力電力を
制御されている。また、昇圧トランス１２の１次コイル
のインダクタンスは、２次コイル側の短絡時にインバー
タ回路１１の半導体スイッチ素子を保護するために、約
６ｍＨ１結合係数を約０．９としている。
次に前記実施例の動作について説明する。第１図におい
て、レーザ共振器１内へは、気体レーザ媒質が送風機６
により給気ダクト８を通じて供給され、放電電極４ａ、
４ｂ間でグロー放電を起こすことにより励起されてレー
ザ光を発生する。発生されたレーザ光は、出力鏡２およ
び全反射鏡３０間を往復して増幅され、最後は出力鏡２
から外へ取り出される。レーザ共振器１内の温度上昇し
た気体レーザ媒質は、排気ダクト９を通じて回収され、
冷却器７により冷却されて再び送風機６により給気ダク
ト８を通じてレーザ共振器１内へ送られる。
て、レーザ共振器１内へは、気体レーザ媒質が送風機６
により給気ダクト８を通じて供給され、放電電極４ａ、
４ｂ間でグロー放電を起こすことにより励起されてレー
ザ光を発生する。発生されたレーザ光は、出力鏡２およ
び全反射鏡３０間を往復して増幅され、最後は出力鏡２
から外へ取り出される。レーザ共振器１内の温度上昇し
た気体レーザ媒質は、排気ダクト９を通じて回収され、
冷却器７により冷却されて再び送風機６により給気ダク
ト８を通じてレーザ共振器１内へ送られる。
低電圧直流電源１０の出力は、インバータ回路１１の半
導体スイッチ素子を交互に断続することにより交流電圧
を発生させ、その断続の周期により交流周波数を変え、
その接続時間により実効電圧を変化させている。昇圧ト
ランス１２で高電圧に昇圧された交流は、整流ダイオー
ド１３により整流され、平滑コンデンサ１４により平滑
されて高電圧の直流となってレーザ共振器１内の放電電
極４ａ、４ｂに印加される。
導体スイッチ素子を交互に断続することにより交流電圧
を発生させ、その断続の周期により交流周波数を変え、
その接続時間により実効電圧を変化させている。昇圧ト
ランス１２で高電圧に昇圧された交流は、整流ダイオー
ド１３により整流され、平滑コンデンサ１４により平滑
されて高電圧の直流となってレーザ共振器１内の放電電
極４ａ、４ｂに印加される。
第２図は、本願発明者らが測定した気体レーザ装置の昇
圧トランスにおける２次コイルの巻付張力に対する巻線
分布容量およびそのばらつきの依存性を示している。巻
付張力がその電線の断線張力の約２０％を下回ると分布
容量のばらつきが大きくなるとともにその平均値が上昇
している。これは巻き付け時の電線間距離が電線の太さ
で一義的に決まらず、電線間に空間が生じ絶縁油などを
含浸すると絶縁油により誘電率が上昇するためである。
圧トランスにおける２次コイルの巻付張力に対する巻線
分布容量およびそのばらつきの依存性を示している。巻
付張力がその電線の断線張力の約２０％を下回ると分布
容量のばらつきが大きくなるとともにその平均値が上昇
している。これは巻き付け時の電線間距離が電線の太さ
で一義的に決まらず、電線間に空間が生じ絶縁油などを
含浸すると絶縁油により誘電率が上昇するためである。
このような電線間の空間はコイルによって一様ではない
ことから、分布容量にばらつきを生じるのである。一方
、昇圧比を大きくするために２次コイルは多層巻にする
のが一般的であるが、断線張力の５０％を越えると上層
部の電線が下層部の電線に入り込むため、実効的に電線
間の距離が短くなり分布容量が増加する。分布容量が増
加するとコイル漏れインダクタンスとの共振周波数が低
下し、昇圧トランスの入力周波数に近づくために異常電
圧が発生しやすくなる。第２図の結果によれば、断線張
力の３０〜４０％の範囲の巻付張力で２次コイルを巻き
付けると、巻線分布容量とそのばらつきが最小となり、
巻線分布容量による共振周波数を昇圧トランス人力周波
数から遠ざけることができることが判明した。また第３
図は、昇圧トランスの２次コイルの巻付張力に対する電
線被覆の損傷頻度および電線間の絶縁耐圧の依存性を示
しており、巻付張力が断線張力の５０％を越えるほど絶
縁被覆の損傷は大きくなり絶縁耐圧が低下することが判
明した。
ことから、分布容量にばらつきを生じるのである。一方
、昇圧比を大きくするために２次コイルは多層巻にする
のが一般的であるが、断線張力の５０％を越えると上層
部の電線が下層部の電線に入り込むため、実効的に電線
間の距離が短くなり分布容量が増加する。分布容量が増
加するとコイル漏れインダクタンスとの共振周波数が低
下し、昇圧トランスの入力周波数に近づくために異常電
圧が発生しやすくなる。第２図の結果によれば、断線張
力の３０〜４０％の範囲の巻付張力で２次コイルを巻き
付けると、巻線分布容量とそのばらつきが最小となり、
巻線分布容量による共振周波数を昇圧トランス人力周波
数から遠ざけることができることが判明した。また第３
図は、昇圧トランスの２次コイルの巻付張力に対する電
線被覆の損傷頻度および電線間の絶縁耐圧の依存性を示
しており、巻付張力が断線張力の５０％を越えるほど絶
縁被覆の損傷は大きくなり絶縁耐圧が低下することが判
明した。
以上のような事実から本実施例を考察すると、本実施例
における２次コイルは約４０００回巻であり、その巻線
分布容量は３〜６ｐＦで、３００ｇの張力で巻くと巻線
分布容量は３ｐＦになり、ばらつきは最小となる。この
ような２次コイルを有する昇圧トランス１２における漏
れインピーダンスは、１次インダクタンス結合係数によ
り１゜１４ｍＨとなるが、巻線分布容量が６ｐＦのとき
の共振周波数が昇圧比７０から約２７ｋＨｚであるのに
対し、本実施例における３ｐＦでは約３９ｋＨｚまで上
がり、昇圧トランス１２の入力周波数２ＱｋＨｚに対し
て約２倍となり、共振による異常電圧発生を抑制するこ
とができる。また、巻線張力が断線張力の３５％で巻か
れているので電線被覆の損傷はなく、高周波高圧の絶縁
を必要とする昇圧トランス１２および整流ダイオード１
３における絶縁耐圧を確保できるので、昇圧トランス１
２の信頼性を高めることができる。さらに、昇圧トラン
ス１２の２次コイルの巻線分布容量は最小となり、力率
は最大になり、分布容量のばらつきが最小となるので、
出力特性のばらつきが小さくなって出力電圧を安定化さ
せることができる。
における２次コイルは約４０００回巻であり、その巻線
分布容量は３〜６ｐＦで、３００ｇの張力で巻くと巻線
分布容量は３ｐＦになり、ばらつきは最小となる。この
ような２次コイルを有する昇圧トランス１２における漏
れインピーダンスは、１次インダクタンス結合係数によ
り１゜１４ｍＨとなるが、巻線分布容量が６ｐＦのとき
の共振周波数が昇圧比７０から約２７ｋＨｚであるのに
対し、本実施例における３ｐＦでは約３９ｋＨｚまで上
がり、昇圧トランス１２の入力周波数２ＱｋＨｚに対し
て約２倍となり、共振による異常電圧発生を抑制するこ
とができる。また、巻線張力が断線張力の３５％で巻か
れているので電線被覆の損傷はなく、高周波高圧の絶縁
を必要とする昇圧トランス１２および整流ダイオード１
３における絶縁耐圧を確保できるので、昇圧トランス１
２の信頼性を高めることができる。さらに、昇圧トラン
ス１２の２次コイルの巻線分布容量は最小となり、力率
は最大になり、分布容量のばらつきが最小となるので、
出力特性のばらつきが小さくなって出力電圧を安定化さ
せることができる。
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、昇圧
トランスの２次コイルの電線巻き付け時の巻付張力を断
線張力の３０〜４０％としたので、気体レーザ装置の高
電圧電源の信頼性を高めるとともに、力率を最大にして
出力電力を安定化することができる。
トランスの２次コイルの電線巻き付け時の巻付張力を断
線張力の３０〜４０％としたので、気体レーザ装置の高
電圧電源の信頼性を高めるとともに、力率を最大にして
出力電力を安定化することができる。
第１図は本発明の一実施例における気体レーザ装置の概
略構成図、第２図は従来の気体レーザ装置における昇圧
トランスの２次コイルの巻付張力に対する巻線分布容量
およびそのばらつきの依存性を示すグラフ、第３図は同
昇圧トランスにおける２次コイルの巻付張力に対する電
線被覆の損傷頻度および電線間の絶縁耐圧の依存性を示
すグラフである。 １・・・レーザ共振器、２・・・出力鏡、３・・・全反
射鏡、４ａ、４ｂ・・・放電電極、５・・・気体レーザ
媒質の放電部、６・・・送風機、７・・・冷却器、８・
・・給気ダクト、９・・・排気ダクト、１ｏ・・・低電
圧直流電源、１１・・・インバータ回路（低電圧交流電
源）、１２・・・昇圧トランス、 ■ ３・・・整流グイオート、 ■ ４・・・ 平滑コンデンサ。
略構成図、第２図は従来の気体レーザ装置における昇圧
トランスの２次コイルの巻付張力に対する巻線分布容量
およびそのばらつきの依存性を示すグラフ、第３図は同
昇圧トランスにおける２次コイルの巻付張力に対する電
線被覆の損傷頻度および電線間の絶縁耐圧の依存性を示
すグラフである。 １・・・レーザ共振器、２・・・出力鏡、３・・・全反
射鏡、４ａ、４ｂ・・・放電電極、５・・・気体レーザ
媒質の放電部、６・・・送風機、７・・・冷却器、８・
・・給気ダクト、９・・・排気ダクト、１ｏ・・・低電
圧直流電源、１１・・・インバータ回路（低電圧交流電
源）、１２・・・昇圧トランス、 ■ ３・・・整流グイオート、 ■ ４・・・ 平滑コンデンサ。
Claims (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、前記昇圧トランスの２次コイルの電線巻
き付け時の巻付張力を断線張力の３０〜４０％としたこ
とを特徴とする気体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2153237A JP2649429B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 気体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2153237A JP2649429B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 気体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0444379A true JPH0444379A (ja) | 1992-02-14 |
| JP2649429B2 JP2649429B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=15558055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2153237A Expired - Fee Related JP2649429B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 気体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2649429B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5625252A (en) * | 1994-03-01 | 1997-04-29 | Hitachi, Ltd. | Main lens structure for a color cathode ray tube |
| US6133684A (en) * | 1997-06-30 | 2000-10-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electron gun with polygonal shaped rim electrode |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP2153237A patent/JP2649429B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5625252A (en) * | 1994-03-01 | 1997-04-29 | Hitachi, Ltd. | Main lens structure for a color cathode ray tube |
| US6133684A (en) * | 1997-06-30 | 2000-10-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electron gun with polygonal shaped rim electrode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2649429B2 (ja) | 1997-09-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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