JPH0444382A - 気体レーザ装置 - 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、炭酸ガスレーザ等の気体レーザ装置において
、特に高電圧電源の小型化を図るとともに出力特性の安
定化を図った気体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４図を参照して説明
する。第４図において、１はレーザ共振器、２は出力鏡
、３は全反射鏡、４ａ、４ｂは放電電極、５はレーザ共
振器１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
、１０は商用電源、１１は高圧トランス、１２は高圧整
流ダイオード、１３は平滑コンデンサ、１４は高圧抵抗
、１５は制御真空管である。

第３図は前記高圧トランス１１の構成例を示しており、
１６は鉄心、１７は鉄心１６に鉛直方向に巻かれたトラ
ンスコイル、１８は鉄心１６を支持するトランス支持台
、１９はこれら鉄心１６、トランスコ、イル１７および
トランス支持台１８を収容するトランス容器、２０はト
ランス容器１９内に充填された絶縁油、１９ａはトラン
ス容器１９を密閉するトランス容器天板、１９ｂ、１９
ｃは絶縁油２０を冷却するためにトランス容器１９の外
壁に設けられたフィン状の冷却器、１７ａはトランス容
器天板１９ａの上部に取り付けられた１次入力端子、１
７ｂはトランス容器天板１９ａの上部に取り付けられた
高圧碍子である。

次に前記従来例の動作について説明する。第４図におい
て、レーザ共振器１内の気体レーザ媒質は、送風機６に
より給気ダクト８を通じてレーザ共振器１内に供給され
、高電圧電源に接続された放電電極４ａ、４ｂの放電に
より励起されてレーザ光を発生する。発生したレーザ光
は、出力鏡２と全反射鏡３との間を往復する間に増輔さ
れて出力鏡２から外部へ取り出される。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給気ダク
ト８を通じてレーザ共振器１内に供給される。

気体レーザ媒質を放電励起させるための高電圧は、例え
ば２０ＱＶの商用電源１０を高圧トランス１１で昇圧し
て高圧整流ダイオード１２で整流し、平滑コンデンサ１
３で平滑した後、高圧抵抗１４と制御真空管１５により
電流電圧を制御して、レーザ共振器１の放電電極４ａ、
４ｂに印加される。

発明が解決しようとする課題 一般に、この種の気体レーザ装置では、高圧トランス１
１により商用の１００〜２００Ｖの電圧から放電開始電
圧３０〜５０ｋＶまで昇圧しているので、高圧トランス
１１、高圧整流ダイオード１２および平滑コンデンサ１
３は絶縁寸法を取るために大きなものを使用する必要が
あり、電源が大型化する問題点があった。また、従来の
高圧トランス１１は、低い商用周波数による昇圧のため
、鉄心１６を縦配置としてトランスコイル１７を鉛直方
向に巻いており、鉄心１６の温度分布が上下方向に生じ
る問題点があった。特に、電源の小型化のために鉄心１
６としてフェライトコアを用いて高周波電圧を昇圧する
場合には、鉄心１６の上下方向の温度分布により出力特
性が運転中に変化する問題点があった。

発明が解決しようとする課題 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を小型化し、電源の出
力特性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 前記目的を達成するために、本発明による気体レーザ装
置は、高電圧電源を、実効電圧を変化可能で周波数が１
ｋＨｚ以上の低電圧交流電源と昇圧トランスと整流回路
とを含み、昇圧トランスと整流回路を絶縁油を充填した
トランス容器内に実装するとともに、貫通穴を有する絶
縁仕切り板を絶縁油中に設け、絶縁仕切り板の上側に昇
圧トランスを配置し、下側に整流回路を配置し、さらに
トランス容器の外壁の絶縁仕切り板の高さ位置付近に冷
却器を設けたものである。

作用 本発明は、前記構成により、トランス容器内の絶縁仕切
り板で仕切られた下部の部屋では、整流回路部の発熱に
より暖められた絶縁油が上昇し、絶縁仕切り板の貫通穴
を通って上部の部屋に入るが、そこで直ぐに冷却器によ
り冷却されて再び絶縁仕切り板の貫通穴を通って下部の
部屋に入り、トランス容器内を対流循環する。このため
整流回路部は、絶縁油により常に冷却されるので、整流
回路部の発熱による寿命低下が防止される。

方、上部の部屋の絶縁油は、昇圧トランスの発熱により
暖められて温度が上昇し、高温状態になっている。フェ
ライトコアは、温度が上昇するにつれて透磁率が上昇し
、鉄損が減少するので、高温に維持することによりトラ
ンスの効率が増加し、かつ異常放電によりトランス出力
が短絡状態のときに高インピーダンスを維持して電流の
増加率を抑えることができるので、電源の出力特性を安
定化することができる。また、同一トランス容器内に昇
圧トランスと整流回路とを実装することができるので、
電源を小型化することができる。

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昇圧トランスの
構成を示し、第２図は本発明の一実施例における気体レ
ーザ装置の構成を示している。まず第２図において、２
１はレーザ共振器、２２は出力鏡、２３は全反射鏡であ
る。２４ａ。

２４ｂは放電電極、２５はレーザ共振器２１内の気体レ
ーザ媒質の放電部、２６は送風機、２７は冷却器、２８
は給気ダクト、２９は排気ダクトである。また、３０は
低電圧直流電源、３１は周波数が１ｋＨｚ以上の低電圧
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。３２は１
次コイルと２次コイルを同軸巻き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３１
が接続されている。３３は昇圧トランス３２の２次側に
並列に接続された整流ダイオードであり、３４は整流ダ
イオード３３に並列に接続された平滑コンデンサであり
、平滑コンデンサ３４の両端部は放電電極２４ａ、２４
ｂに接続されている。これら整流ダイオード３３および
平滑コンデンサ３４により整流回路が構成されている。

昇圧トランス３２は、第１図に示すように、鉄心である
フェライトコア３５の両脚部３５ａ、３５ｂを水平にし
て配置され、その両側部をコア保持具３６．３７に設け
た溝内に挿入して挟み込み、このコア保持具３６．３７
を樹脂製の絶縁仕切り板３８の上面に取り付けることに
より、絶縁仕切り板３８に保持されている。絶縁仕切り
板３８は、絶縁油３９を充填したトランス容器４０の天
板４１から３分の２の深さの位置に水平に取り付けられ
ており、トランス容器４０を上部の部屋Ａと下部の部屋
Ｂとに仕切っている。１次／２次同軸巻のトランスコイ
ル４２は、フェライトコア３５の脚部のうち絶縁仕切り
板３８に接していない方の脚部３５ｂに取り付けられて
、その中心軸が絶縁仕切り板３８に平行になっている。

絶縁仕切り板３８に仕切られた下部の部屋Ｂには、整流
ダイオード３３と平滑コンデンサ３４とを有する整流回
路がダイオード取付具４３．４４に取り付けられて配置
されている。絶縁仕切り板３８１＝は、トランスコイル
４２の真下の位置およびコア保持具３６．３７およびダ
イオード取付具４３．４４の外側の位置に、それぞれ全
体でトランスコイル４２の断面積と同じになるように複
数の貫通穴４５．４６が分割されて設けられている。ま
た、トランス容器４０の絶縁仕切り板３８付近の外壁に
は、絶縁油３９を冷却するためのフィン状の冷却器４７
．４８が取り付けられている。昇圧トランス３２の１次
人力は、入力端子４９から入ってトランスコイル４２の
１次側に接続され、トランスコイル４２の２次側は整流
平滑された直流高電圧となってセラミックス製の高圧碍
子５０から出力される。

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、レーザ共振器２１内へは、気体レーザ媒質が送風機
２６により給気ダクト２８を通じて供給され、放電電極
２４ａ、２４ｂ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２２および全反射鏡２３の間を往復して増幅され、
最後は出力鏡２２から外へ取り出される。レーザ共振器
２１内の温度上昇した気体レーザ媒質は、排気ダクト２
９を通じて回収され、冷却器２７により冷却されて再び
送風機２６により給気ダクト２８を通してレーザ共振器
２１内へ送られる。

低電圧直流電源３０の出力は、インバータ回路３１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１　ｋ
Ｈｚ以上の周波数領域で変化させ、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３２で高電圧
に昇圧された交流は、整流ダイオード３３により整流さ
れ、平滑コンデンサ３４により平滑されて高電圧の直流
となってレーザ共振器２１の放電電極２４ａ、２４ｂに
印加される。

第１図において、トランス容器４０内の下部の部屋Ｂの
絶縁油は、整流ダイオード３３および平滑コンデンサ３
４の発熱により＋１／）られて上昇し、絶縁仕切り板３
８の貫通穴４５を通って上部の部屋Ａに入り、ここで直
ちに冷却器４７．４８により冷却されて温度が下がり、
トランス容器４０の内壁面付近の油から絶縁仕切り板３
８の貫通穴４６を通って下部の部屋Ｂに流入する。この
結果、絶縁油３９が、トランス容器４０内の特に整流ダ
イオード３３および平滑コンデンサ３４が配置された下
部の部屋Ｂを中心に対流循環するので、整流ダイオード
３３および平滑コンデンサ３４は、絶縁油３９により常
に冷却されて発熱による寿命低下を防止することができ
る。一方、昇圧トランス３２は、絶縁仕切り板３８で仕
切られた上部の部屋Ａに配置され、下部の部屋Ｂ内の絶
縁油３９の対流の影響をあまり受けないので、昇圧トラ
ンス３２の発熱により暖められた絶縁油が高温状態に維
持され、フェライトコア３５の温度変化による出力特性
の変動が防止される。

このように、前記実施例によれば、絶縁油３９で満たさ
れたトランス容器４０内を貫通穴４５．４６を有する絶
縁仕切り板３８で上下に仕切り、上部の部屋Ａに昇圧ト
ランスを配置し、下部の部屋Ｂに整流回路を配置すると
ともに、トランス容器４０の外壁の絶縁仕切り板３８の
高さ位置付近冷却器４７．４８を設けたので、昇圧トラ
ンス３２のフェライトコア３５を高温に維持して出力特
性の変動を防止できるとともに、整流回路の整流ダイオ
ード３３および平滑コンデンサ３４を常に冷却してその
寿命低下を防止することができる。

また、昇圧トランス３２と整流回路とを同一のトランス
容器４０内に配置したので電源を小型化することができ
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
トランスと整流回路を絶縁油を充填したトランス容器内
に実装するとともに、貫通穴を有する絶縁仕切り板を絶
縁油中に設け、絶縁仕切り板の上側に昇圧トランスを配
置し、下側に整流回路を配置し、トランス容器の外壁の
絶縁仕切り板の高さ位置付近に冷却器を設けたので、高
電圧電源を小型化できるとともに出力特性を安定化して
レーザ光を安定的に出力することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における昇圧トランスの構成
を示す概略構成図、第２図は本発明の一実施例における
気体レーザ装置の概略構成図、第３図は従来の気体レー
ザ装置における昇圧トランスの概略構成図、第４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・・・レーザ共振器、２２・・・出力鏡、２３・・
・全反射鏡、２４ａ、２４ｂ・・・放電電極、２５・・
・気体レーザ媒質の放電部、２６・・・送風機、２７・
・・冷却器、２８・・・給気ダクト、２９・・・排気ダ
クト、３０低電圧直流電源、３１・・・インバータ回路
（低電圧交流電源）、３２・・・昇圧トランス、３３・
・・整流ダイオード、３４・・・平滑コンデンサ、３５
・・・フェライトコア（鉄心）、３５ａ、３５ｂ−・・
脚部、３６．３７・・・コア保持具、３８・・・絶縁仕
切り板、３９・・・絶縁油、４０・・・トランス容器、
４１・・・天板、４２・・・トランスコイル、４３．４
４・・・ダイオード取付具、４５．４６・貫通穴、４７
．４８・・冷却器、４９・・・入力端子、５０・・高圧
碍子、Ａ・・上部の部屋、Ｂ・・・下部の部屋。 代理人の氏名　　弁理士　蔵　合　正　博第１図 ３５ａ、３５ｂ−脚部 ４５．４６−貫通穴 第３図 ７ｂ 第２ｍ 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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で周波数が１ｋＨｚ以上の低電圧交
   流電源と昇圧トランスと整流回路とを含み、前記昇圧ト
   ランスと整流回路を絶縁油を充填したトランス容器内に
   実装するとともに、貫通穴を有する絶縁仕切り板を前記
   絶縁油中に設け、前記絶縁仕切り板の上側に前記昇圧ト
   ランスを配置し、下側に前記整流回路を配置し、前記ト
   ランス容器の外壁の前記絶縁仕切り板の高さ位置付近に
   冷却器を設けたことを特徴とする気体レーザ装置。
2. （２）昇圧トランスのコイルは１次／２次同軸巻とし、
   コイル中心軸が絶縁仕切り板と平行になるように鉄心を
   保持し、鉄心の脚部のうちコイルを取り付けていない方
   の脚部を前記絶縁仕切り板に保持したことを特徴とする
   請求項（１）記載の気体レーザ装置。