JPH065797B2 - パルスレ−ザの電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フラッシュランプを使用するパルスレーザの
電源回路に関し、特にフラッシュランプの保護ないし長
寿命化を図るように工夫したものである。

（従来の技術） レーザ加工によく使われるＹＡＧ（イットリウム・アル
ミニウム・ガーネット）レーザやガラスレーザ等の固体
レーザは、ＹＡＧロッドやガラスロッド等のレーザ媒体
を励起用光源で照射してレーザ発振を起こさせる光励起
形のレーザである。このような固体レーザでパルス状の
レーザ光を得るには励起用光源にキセノンフラッシュラ
ンプまたはクリプトンフラッシュランプを使用し、この
フラッシュランプを繰り返しパルス的に点灯させること
によって５０〜２００Ｈｚの繰り返し発振が可能となっ
ている。

一般に、励起用のフラッシュランプは、コンデンサに充
電される電荷を放電することによって点灯する。したが
って、パルス状のレーザ光を繰り返し発生するパルスレ
ーザにおいては、コンデンサへの充電とフラッシュラン
プでの放電とが繰り返し行われ、その繰り返し速度が早
くなるにつれてレーザ発振の周波数も増大する。

なお、パルスレーザは、切断，穴開け，シーム溶接，ス
ポット溶接等の瞬間的に高いレーザ出力を要する加工に
使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、コンデンサの充電電荷が放電してもフラッシ
ュランプはすぐにカットオフ状態にならず、ある時間導
通しつづける。これは、ランプ内の不活性物質（Ｘｅ，
Ｋｒ等）がまだイオン化状態になっているためである。
このように放電が終了してからフラッシュランプが完全
にカットオフ状態になるまでの時間はクエンチタイムと
称せられている。クエンチタイムは、ランプ電流の大き
さ，発光（点灯）の繰り返し速度，ランプ内の温度等の
条件によって変化する。

このようなクエンチタイム現象は、連続発振やジャイア
ントパルスのような１回限りの発振を行うレーザでは特
に問題ないが、パルス発振を繰り返し行うパルスレーザ
では不具合を生じている。

すなわち、クエンチタイムが長くなったりあいは発振周
波数を高くすると、クエンチタイムが終了しないうちに
次のパルス発振のための充電が始まってしまい、そうな
ると、フラッシュランプはまだ導通状態にあるため、コ
ンデンサに充電されるべき電荷がフラッシュランプで流
れてしまいいわゆる直流放電状態になる。この直流放電
状態が発生すると、本来瞬間的に発光するようにつくら
れたフラッシュランプがトリガに関係なく連続発光し続
ける結果、ランプが破壊したりランプ寿命が著しく低下
する。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、直流
放電が発生しても直ちにそれを止めてフラッシュランプ
を保護しその寿命を長くするようにしたパルスレーザの
電源装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明の構成は、レーザ媒体がパル
ス状のレーザ発振を繰り返し起こすよう励起用のフラッ
シュランプを繰り返しパルス点灯させるパルスレーザの
電源装置において、フラッシュランプを含む充放電回路
内の所定の電圧または電流を検出する手段と；各パルス
点灯のトリガが発せられてから所定の時間経過後に該電
圧または電流の検出値を設定値と比較して前記フラッシ
ュランプで直流放電が発生しているかどうかを判定する
手段と；直流放電が発生していると判定手段により判定
されたとき、これに応答して充放電回路への充電を停止
させる手段とを具備することを特徴とする。

（作用） トリガが発せられてフラッシュランプがパルス点灯する
と、コンデンサに充電されていた電荷が放電して充放電
回路内にパルス状の電流が流れ、やがてコンデンサの放
電が止まる。しかし、そこでフラッシュランプはカット
オフ状態にならずしばらく導通し続ける。この導通のオ
ーバータイムすなわちクエンチタイムが長いと、あるい
はパルス点灯間隔が短いと、まだフラッシュランプが導
通しているうちに次のパルス点灯のための充電が開始さ
れることがあり、そうなると、コンデンサに充電される
べき電荷がフラッシュランプで流れてしまい、直流放電
状態になる。

そのような直流放電状態に至ると、充放電回路におい
て、例えばコンデンサの充電電圧が正常時のレベルに達
しなくなり、これが検出手段により検出され次いで判定
手段により設定値と比較されることによって、直流放電
状態であるとの判定がなされる。そうすると、充電停止
手段が作動して充放電回路への充電を断ち、これによっ
て直流放電が止まる。

このように、本発明では、直流放電が発生すると、それ
が充放電回路内の所定の電圧または電流を通じて直ちに
検出されて充電が強制的に停止されることにより、フラ
ッシュランプの破壊ないし損傷が防止される。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。

構成 第１図は、この実施例によるパルスＹＡＧレーザの電源
装置の主要な構成を示す。

商用電源１０から供給される所定の商用交流電圧Ｅｏは
昇圧トランス１２を介して充電回路１４に入力される。
この充電回路１４は、交流電圧を直流電圧に変換する整
流回路を有し、起動ボタン（図示せず）からの充電開始
信号ＣＳに応動して一定の充電電圧Ｖｏを出力する。

充電回路１４の出力端子は、抵抗１６を介してコンデン
サ１８およびコイル２０のそれぞれの一方の端子に接続
される。コイル２０の他方の端子はキセノンフラッシュ
ランプまたはクリプトンフラッシュランプ２２の一方の
端子に接続され、フラッシュランプ２２の他方の端子お
よびコンデンサ１８の他方の端子はそれぞれ接地され
る。抵抗１６はコンデン１８の充電速度に時定数を与え
るためのものであり、またコイル２０は急激な放電電流
を防止してフラッシュランプを保護するためのものであ
る。また、フラッシュランプにはトリガ電極２４が備え
られ、トリガ回路２６からこのトリガ電極２４にフラッ
シュランプの各パルス発振を開始させるためのトリガパ
ルスＴＰが与えられるようになっている。以上、抵抗１
６，コンデンサ１８，コイル２０，フラッシュランプ２
２トリガ電極２４，トリガ回路２６は、この実施例の充
放電回路を構成する。なお、フラッシュラン２２に隣接
してＹＡＧロッドや反射鏡等（図示せず）が配設されて
いる。

コンデンサ１８の両端子は電圧検出回路２８の入力端子
に接続される。この電圧検出回路２８はコンデン１８の
端子間電圧つまり充電電圧Ｖを検出または測定し、その
検出電圧値ＭＶを誤差回路３０，比較回路３２のそれぞ
れの一方の入力端子に与える。これら誤差回路３０，比
較回路３２のそれぞれの他方の入力端子には、充電電圧
設定回路３４より所定の設定電圧ＳＶが与えられる。誤
差回路３０は、検出電圧値ＭＶと設定電圧ＳＶとの誤差
電圧ＥＶを生成してこれを充電制御回路３６に与え、充
電性回路３６はその誤差電圧ＥＶを零にするように、す
なわち検出電圧値ＭＶが設定縁圧ＳＶに一致するよう
に、充電回路１４の出力電圧Ｖｏを制御する。比較回路
３２は、検出電圧値ＭＶと設定電圧ＳＶとを比較して前
者（ＭＶ）が後者（ＳＶ）よりも低いときは“０”レベ
ル，そうでないときつまり前者（ＭＶ）が後者（ＳＶ）
よりも高いか等しいときは“１”レベルとなるような比
較出力電圧ＣＯを発生する。この比較出力電圧ＣＯは直
流放電判定回路３８に与えられる。

直流放電判定回路３８は、タイミング回路４０から判定
タイミング信号ＴＭを受け、そのときの比較出力信号Ｃ
Ｏのレベル状態にしたがってフラッシュランプ２２が直
流放電状態であるかどうかを判定し、“０”か“１”の
判定信号ＤＥを充電禁止回路４２に与える。すなわち、
比較出力信号ＣＯが“１”のとき、判定回路３８は正常
（カットフ状態）と判定して“０”の判定信号ＤＥを与
える。また、比較出力信号ＣＯが“０”のとき判定回路
３８は異常（直流放電状態）と判定して“１”の判定信
号ＤＥを与える。そして、充電禁止回路４２は、“１”
の判定信号ＤＥを受けると充電回路１４に対して充電電
圧Ｖｏの出力を停止させるようになっている。

なお、判定信号ＤＥはスタート回路４４にも与えられ、
スタート回路４４は“１”の判定信号ＤＥを受けるとタ
イミング回路４０に対してスタート信号ＳＴの供給を停
止する。このスタート信号ＳＴは繰り返しパルス発振の
各周期毎に発生されこの信号ＳＴに応動してタイミング
回路４０はトリガ回路２６にトリガ指示信号ＴＲを送る
とともに充電制御回路３６に充電タイミング信号ＣＴを
送る。したがって、スタート信号ＳＴの供給が断たれる
と、トリガ指示信号ＴＲと充電タイシング信号ＣＴも断
たれるようになっている。

以上の構成において、電圧検出回路２８がこの実施例の
検出手段を形成し、比較回路３２，充電電圧設定回路３
４，直流放電判定回路３８およびタイミング回路４０が
この実施例の判定手段を形成し、充電禁止回路４２がこ
の実施例の充電停止手段を形成する。なお、各要素２８
〜４４はアナログ回路でもディジタル回路でもよく、あ
るいはマイクロコンピュータで構成されてもよい。

動作 次に、第２図につきこの実施例の動作を説明する。

先ず、時刻ｔ_１で“１”のスタート信号ＳＴ（第２図
Ｃ）がスタート回路４４より発せられ、これに応動して
タイミング回路４０からトリガ回路２６にトリガ指示信
号ＴＲ（第２図に図示せず）が与えられ、トリガ回路２
６からトリガ電極２４にトリガパルスＴＰ（第２図に図
示せず）が送られてフラッシュランプ２２の放電が開始
される。すると、コンデンサ１８に充電されていた電荷
がフラッシュランプ２２をパルス状に流れる（第２図
Ａ）。このパルス放電によってコンデンサ１８の充電電
圧Ｖは下がり、やがて時刻ｔ_２で放電が止まる（第２図
Ｂ）。

しかし、ランプ電流Ｉはその時点ｔ_２でカットされず時
刻ｔ_３まで流れ続ける（第２図Ａ）。いわゆるクエンチ
タイムＱ（ｔ_２〜ｔ_３）であり、これは前述のようにラ
ンプ電流の大きさ，発光（点灯）の繰り返し速度，ラン
プ内の温度等の条件によって変化する。

この例では、放電開始時刻ｔ_１から所定の時間Ｔｏ後の
時刻ｔ_４で充電タイミング信号ＣＴ（第２図Ｄ）が与え
られる。したがって、第２図(A)の実線のようにクエン
チタイムＱ１が時刻ｔ_４の前に終了すれば第２図(B)の
実線のように時刻ｔ_４から正常にコンデンサ１８への充
電が行われる。この場合、時刻ｔ_５〜ｔ_６の期間に
“０”の判定タイミング信号ＴＭ（第２図Ｅ）が与えら
れたとき、比較出力信号ＣＯ（第２図Ｆ）は“１”にな
っているので、判定信号ＤＥ（第２図Ｇ）は“０”で正
常状態を表す。その結果、時刻ｔ_６でスタート信号ＳＴ
が与えられると、上述と同様なパルス放電が繰り返され
る。

しかし、第２図(A)の二点鎖線のようにクエンチタイム
Ｑ２が時刻ｔ４を過ぎると、コンデンサ１８に充電され
るべき電荷がフラッシュランプ２２に流れ、第２図(A)
の点線のように直流放電状態になる。この場合、第２図
(B)の点線のようにコンデンサ充電電圧Ｖは設定電圧Ｖ
ｏまで上昇せず、判定タイミング信号ＴＭ（第２図Ｅ）
が与えられたときの比較出力信号ＣＯ（第２図Ｆ）は
“０”になるので、判定信号ＤＥ（第２図Ｇ）は“１”
となり異常状態（直流放電状態）を表す。これにより、
第１図いおいて、充電禁止回路４２が充電回路１４に対
して充電電圧Ｖｏの出力を停止させるとともに、スター
ト回路４４がタイミング回路４０へのスタート信号ＳＴ
の供給を停止する。その結果、第２図(B)の一転鎖線の
ようにコンデンサ充電電圧Ｖが降下すると同時に、直流
放電も弱まり終いにはカットオフ状態いなる。

このように、直流放電状態が発生すると、そのときの充
電サイクル中にその異常状態が検出されて充電停止によ
り強制的にカットオフがなれるので、フラッシュランプ
２２の破壊ないし損傷が効果的に防止される。

なお、第１図の構成では、直流放電状態を検出するため
にコンデンサの端子間電圧をモニタしたが、電流検出回
路を用いてランプ電流Ｉをモニタしてもよい。また、コ
ンデンサと並列に放電回路を接続して、直流放電状態が
検出されたならば充電の停止とともにその放電回路を作
動させてコンデンサの充電電荷がフラッシュランプに流
れるのを喰い止めるようにしてフラッシュランプのカッ
トオフを促進することも可能である。また、充放電回路
は第１図のもの以外にも各種の構成が可能である。さら
にまた、本発明は、パルスＹＡＧレーザだけでなく、他
のパルス形固体レーザやフラッシュランプ励起色素レー
ザ等にも適用可能である。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、フラッシュランプで直
流放電が発生しても、それを直ぐに検出して止めるよう
にしたので、フラッシュランプの破壊を防止しその寿命
を長くすることができる。また、このようにフラッシュ
ランプの安全が確保されるので、パルス発振の繰り返し
周波数を高くすることができる

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるパルスレーザの電源
装置の構成を示すブロック図、および 第２図は、第１図の電源装置の動作を説明するためのタ
イミング図である。 １４…充電回路、１８…コンデンサ、２０…コイル、２
２…フラッシュランプ、２４…トリガ電極、２６…トリ
ガ回路、２８…電圧検出回路、３０…誤差回路、３２…
比較回路、３４…充電電圧設定回路、３６…充電制御回
路、３８…直流放電回路、４０…タイミング回路、４２
…充電禁止回路、４４…スタート回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ媒体がパルス状のレーザ発振を繰り
   返し起こすよう励起用のフラッシュランプを繰り返しパ
   ルス点灯させるパルスレーザの電源装置において、 前記フラッシュランプを含む充放電回路内の所定の電圧
   または電流を検出する手段と、 各パルス点灯のトリガが発せられてから所定の時間経過
   後に前記電圧または電流の検出値を設定値と比較して前
   記フラッシュランプで直流放電が発生しているかどうか
   を判定する手段と、 前記直流放電が発生していると前記監視手段により判定
   されたとき、これに応答して前記充放電回路への充電を
   停止させる手段と、 を具備することを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】前記検出手段は、前記充放電回路のコンデ
   ンサの充電電圧を検出する電圧検出手段からなる特許請
   求の範囲第１項に記載の電源装置。