JPH0588519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、放電管にパルス状の放電電流を供
給して点灯させるときに、当該放電管の内部抵抗
の過渡的な変化に起因して、電源の出力電圧が異
常な高電圧になるのを防止する放電管用電源の出
力制限回路に関する。

〔従来技術とその問題点〕

現在、加工用固体レーザとしては、発振の安定
性が良好であることや、比較的に大出力が得やす
いことからNd：YAGがレーザ媒質として多用さ
れている。このレーザ媒質としてもNd：YAGは
イツトリウム・アルミニウム・ガーネツトと呼ば
れている光学結晶に１％程度のネオジウム（Nd）
を含有させたもので、これを棒状に形成して両端
を鏡面研磨したのち無反射コーテイングを施し、
側面はすりガラス状にして励起光が棒全体に吸収
されやくしており、これを一般にYAG棒と称し
ている。

このYAG棒は、波長が500〜800nmの光を吸収
していわゆる励起状態となり、波長が1.06μm付
近のレーザ光を発振する。そしてその出力形態は
連続繰返しのノーマルパルスである。これは、ご
く短い時間にパレス的に集中されたレーザ光であ
つて、切れ味を良くするためにエネルギー密度を
大きくしている。

このような連続繰返しのノーマルパルスは、励
起ランプをパルス的に点灯させ、このランプ点灯
時間とランプ電流値を制御することで得られるの
であるが、このようにして得られたノーマルパル
スのパルス幅は0.1〜20ミリ秒程度、パルス繰返
し周波数は速いもので毎秒200パルス程度となる。

上述のようなレーザ光を発生させるための励起
用ランプとして、寿命・信頼性・使いやすさなど
の観点から、希ガス、たとえばキセノンガスある
いはクリプトンガスを用いた直管形の放電管が使
用されるのであるが、高い周波数のノーマルパル
スのレーザ光を得るためには、放電管の素早い放
電立上りと短い消弧時間が必要である。

第３図は固体レーザ発振用の放電管をパルス的
に点灯させるための電源装置の従来例を示す回路
図である。この第３図において、符号２なる交流
電源からの交流電力はサイリスタ整流器３に入力
されて直流に変換されるのであるが、このサイリ
スタ整流器３と平滑コンデンサ４とで直流電源を
形成している。

電源スイツチ５とスイツチ素子としての短絡ス
イツチ８とを閉路すると、直流電源→電源スイツ
チ５→リアクトル７→短絡スイツチ８→直流電源
の経路で電流が流れることにより、リアクトル７
にエネルギーが蓄えられるので、適切な時点で短
絡スイツチ８を開路させると、リアクトル７に蓄
積されたエネルギーは立上りの急激な大電流とな
り、阻止ダイオード１２とトリガ変圧器１５とを
介して放電管９に流入してこれを放電させる。次
いで電源スイツチ５を開路して直流電源からのエ
ネルギー供給を遮断しても、リアクトル７に蓄積
されたエネルギーにより、リアクトル７→阻止ダ
イオード１２→トリガ変圧器１５→放電管９→フ
リーホイールダイオード６→リアクトル７の経路
で電流が循環し、放電管９は放電を継続する。次
いで、適切な時期に短絡スイツチ８を閉路する
と、放電管９は短絡されて消弧し、リアクトル７
の残余のエネルギーはリアクトル７→短絡スイツ
チ８→フリーホイールダイオード６→リアクトル
７の経路で循環して消耗することとなる。

放電管９の放電立上りを素早く、かつ速やかな
消弧を実現するために、放電管９にはパルス点灯
を休止している期間でも僅かな電流による放電を
継続させておく、いわゆるシマー・モードなる状
態を維持させておくのであるが、これはトリガ回
路１４からの信号をトリガ変圧器１５に与えてこ
のトリガ変圧器１５から高電圧を発生させること
によりシマー・モードを開始し、ひきつづきシマ
ー電源１１から阻止ダイオード１３とトリガ変圧
器１５とを介してシマー電流を放電管９に供給す
ることでシマー・モードが維持される。

このシマー電流は、通常は0.1アンペア程度の
電流があつて、この電流で放電管９を放電させる
シマー・モードにより、放電立上りと消弧の促進
の他に、パルス放電開始時のシヨツクを軽減して
当該放電管９の長寿命化にも有用であり、とくに
高頻度での放電にさいして大きな効果を発揮す
る。

第４図は放電管に流す電流の理想的な波形を示
す波形図であつて、常時は0.1アンペア程度のシ
マー電流が流れており、立上りと立下りとが急激
な矩形波状のパルス電流を供給することで放電管
を放電させるならば、最高の効率でレーザ媒質を
励起させることができる。

第５図は第３図に示す従来例回路により放電管
をパルス放電させるときの放電管の電流と電圧の
変化をあらわした波形図であつて、第５図イは放
電管９に流れる電通の変化を、第５図ロは放電管
９の電圧の変化をそれぞれがあらわしている。

この第５図であきらかなように、シマー電流が
流れている状態で、t₀なる時刻に短絡スイツチ８
を開路してリアクトル７に蓄積されていたエネル
ギーを放電管９に与えて放電させるとき、当該放
電管９の内部抵抗の過渡的な変化により異常な高
電圧を発生する欠点があり、この高電圧により、
とくに半導体素子は破損のおそれを有する。

〔発明の目的〕

この発明は、リアクトルに蓄積されたエネルギ
ーにより放電管をパルス放電させるときの放電開
始時に、当該放電管内部抵抗の過渡的変化に起因
して発生する高電圧を抑制できる放電管用電源の
出力制限回路を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、リアクトルに蓄積されたエネルギ
ーを放電管に与えてパルス放電を開始させるさい
の当該放電管内部抵抗の過渡的変化に起因して発
生する高電圧は、このリアクトルのエネルギーを
適宜バイパスさせることで抑制できることに着目
したものであつて、前記リアクトルに誘起される
電圧を導通できる極性でこのリアクトルに並列に
ダイオードを接続することにより、上述の高電圧
を抑制しようとするものである。

さらにこのダイオードが導通することにより流
れる電流を検出する手段を設けることで当該ダイ
オードの動作状態が認識でき、装置の保守性向上
が期待できる。

〔発明の実施例〕

第１図は第１の発明の実施例を示す回路図であ
る。この第１図において、符号２なる交流電源か
らの交流電力は半導体スイツチ素子、たとえばサ
イリスタで構成されているサイリスタ整流器３に
より直流に変換されるのであるが、このサイリス
タ整流器３と平滑コンデンサ４とで直流電源を形
成し、電源スイツチ５と、スイツチ素子としての
短絡スイツチ８とを閉路するならば、上述の直流
電源からリアクトル７へ電流が流れてエネルギー
が蓄えられるので、直流電源側への電流の逆流を
阻止する阻止ダイオード１２を介してこのエネル
ギーを放電管９に与えてパルス放電させることに
より、図示されていないレーザ媒質たとえば
YAG棒を励起させてパルス状のレーザ光を出力
させる。ここで符号６は電流を循環させるための
フリーホイールダイオードである。

なお、電源スイツチ５と短絡スイツチ８とは動
作状態がわかり易いように接点式で図示している
が、これらのスイツチは大電流をきわめて高速で
投入あるいは遮断しなければならないことから、
実際には接点式のスイツチではなく、サイリスタ
あるいはゲートターンオフサイリスタのような半
導体スイツチング素子が使用される。

直流電源側から送込まれるパルス電流により放
電管９をパルス放電させるのに先立つて、当該放
電管９は0.1アンペア程度の小電流での放電状態、
いわゆるシマー・モードの状態にしておく。この
シマー・モードはトリガ回路１４の動作によりト
リガ変圧器１５に生ずる高電圧で放電管９を放電
させるとともに、シマー電源１１から逆流を阻止
するための阻止ダイオード１３とトリガ変圧器１
５とを介してシマー電流を供給することで達成さ
れる。

上述のシマー・モードはパルス放電の休止期間
でも継続されるのであるが、このシマー・モード
の存在により、放電管９はパルス放電の立上り時
間と放電の消弧時間とを短くできるし、さらに放
電立上り時のシヨツクを軽減して当該放電管９の
寿命を延長させる効果を有するので、とくに高頻
度での放電を繰返す場合に有効である。

放電管９が上述のシマー・モードにあるとき、
電源スイツチ５と短絡スイツチ８とを閉路する
と、リアクトル７にはこのリアクトル７のインダ
クタンス値と直流電源の電圧で定まる傾斜に従つ
て急速に増大する電流が流れるので、この電流が
放電管９を放電させるのに十分な所定値に到達し
た瞬間に短絡スイツチ８を開放すると、この電流
が阻止ダイオード１２とトリガ変圧器１５とを経
て放電管９に流入して放電を開始させる。

この電流が所定の上限値に達すれば電源スイツ
チ５を開路して直流電源からの電流の供給を遮断
するのであるが、フリーホイールダイオード６が
導通して電流が循環させることにより、放電管９
はその放電を継続する。この放電が所定時間継続
した時点で短絡スイツチ８を再び閉路すれば、放
電管９はこの短絡スイツチ８で短絡されることに
なるので、その放電は速やかに終息して再びシマ
ー・モード状態に戻る。

上述の動作により、放電管９はそのパルス放電
の１サイクルを終了するのであるが、適宜の休止
時間を経て再びパルス放電を繰返す。

ところで放電管９がパルス放電を開始するさい
の内部抵抗の過渡的な変化により、放電管９に高
い電圧を生じることは第５図により既に説明済み
であるが、本発明においては、リアクトル７に並
列に出力制限ダイオード２１を図示の極性で接続
することにより、上述の高電圧を抑制している。
すなわち放電管９の内部抵抗が急上昇して電圧が
増大すると、本発明にもとづく出力制限ダイオー
ド２１が導通することになり、リアクトル７→出
力制限ダイオード２１→電源スイツチ５→リアク
トル７の経路で電流が循環することで、放電管９
に生ずる高電圧が抑制されることになる。

なお第１図に図示の出力制限ダイオード２１の
アノード端子は電源スイツチ５の電源側端子と接
続されているが、これを電源スイツチ５の負荷側
端子に接続しても差支えないことは勿論でる。

第２図は第２の発明の実施例を示す回路図であ
るが、この第２図に図示している交流電源２、サ
イリスタ整流器３、平滑コンデンサ４、電源スイ
ツチ５、フリーホイールダイオード６、リアクト
ル７、短絡スイツチ８、放電管９、シマー電源１
１、阻止ダイオード１２と１３、トリガ回路１４
ならびにトリガ変圧器１５の名称・用途ならびに
機能は第１図に図示のものとまつたく同じである
から、これらの説明は省略する。

第２図に示す第２発明の実施例回路では、リア
クトル７に並列接続されている出力制限ダイオー
ド２１が導通するとき、その電流が電流検出器２
２により検出され、その検出電流値が所定値以上
になるならば、コンパレータ２３が出力制限ダイ
オー２１の動作を信号するよう構成されている。

なおこの第２図に記載の出力制限ダイオード２
１のアノード端子を図示とは異なつた電源スイツ
チ５の負荷側端子に接続するようにしても差支え
ないことは勿論である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、直流電源からリアクトルに
蓄えられたエネルギーを放電管に導いてこの放電
管をパルス放電させるさいに、当該放電管の内部
抵抗の過渡的な変化により異常高電圧を発生して
も、リアクトルに並列接続された出力制限用のダ
イオードが導通することで、異常高電圧を自動的
に抑制するのであるが、そのための費用はごく僅
かで大きな効果を発揮できる。また本発明により
負荷側が開放された場合の異常電圧も抑制できて
安全運転が期待できる効果もあわせて有する。さ
らに、リアクトルに並列接続されている出力制限
用ダイオードが導通したことを検出できる回路が
設けられることにより、装置の動作状態の把握な
らびに保守性を向上できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図が第１の発明の実施例を示す回路図であ
り、第２図は第２の発明の実施例を示す回路図で
ある。第３図は固体レーザ発振用の放電管をパル
ス的に点灯させるための電源装置の従来例を示す
回路図であり、第４図は放電管に流す電流の理想
的な波形を示す波形図であり、第５図は第３図に
示す従来例回路により放電管をパルス放電させる
ときの放電管の電流と電圧の変化をあらわした波
形図である。 ２……交流電源、３……サイリスタ整流器、４
……平滑コンデンサ、５……電源スイツチ、６…
…フリーホイールダイオード、７……リアクト
ル、８……スイツチ素子としての短絡スイツチ、
９……放電管、１１……シマー電源、１２，１３
……阻止ダイオード、１４……トリガ回路、１５
……トリガ変圧器、２１……出力制限ダイオー
ド、２２……電流検出器、２３……コンパレー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リアクトルとスイツチ素子との直列回路を直
   流電源に接続するとともにこのスイツチ素子に並
   列に放電管を接続し、前記スイツチ素子を閉路す
   ることで前記リアクトルに蓄えられたエネルギー
   をこのスイツチ素子の開路により前記放電管へ与
   えるように構成している放電管用電源装置におい
   て、前記直流電源の電圧を阻止する極性のダイオ
   ードを前記リアクトルに並列に接続することを特
   徴とする放電管用電源の出力制限回路。 ２ リアクトルとスイツチ素子との直列回路を直
   流電源に接続するとともにこのスイツチ素子に並
   列に放電管を接続し、前記スイツチ素子を閉路す
   ることで前記リアクトルに蓄えられたエネルギー
   をこのスイツチ素子の開路により前記放電管へ与
   えるように構成している放電管用電源装置におい
   て、前記直流電源の電圧を阻止する極性のダイオ
   ードと、このダイオードに電流が流れたことを検
   出する手段との直列回路を前記リアクトルに並列
   に接続することを特徴とする放電管用電源の出力
   制限回路。