JPH07131096A - 高周波電源装置及びレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電性負荷たるレーザヘッドの放電開始前及
び放電開始後ともに良好なインピーダンス整合状態にす
る。 【構成】 高周波電源装置３４は、直流電源部１２及び
インバータ１４からなる高周波電源部１１と、この高周
波電源部１１からの高周波電源を高周波交流放電による
レーザガス励起のレーザヘッド２７に供給するマッチン
グ回路１６とから構成されている。制御回路３０のＰＬ
Ｌ制御部２０は、高周波電源部１１の出力電圧ＶＡと出
力電流ＩＡとを検出して、両者の位相が略一致するよう
にインバータ制御部２３を介してインバータ１４の出力
周波数をＰＬＬ制御する。そして、制御回路３０の位相
検出信号レベル判定部３１は、位相検出信号たる出力電
圧ＶＡ及び出力電流ＩＡが一定レベル未満のときには、
高周波電源部１１のＰＬＬ制御部２０による制御を停止
させ、代りに、周波数初期値基準信号発生部３２により
高周波電源部１１の出力周波数を初期値Ｆ０に固定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波電源装置及びこ
れを用いたレーザ発振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の交流放電励起レーザ発振装置の一
例を図６に示す。即ち、高周波電源装置１は、高周波電
源部２，マッチング回路３，出力設定器４及び制御回路
５を備えている。

【０００３】高周波電源部２は、商用交流電源を高周波
電源に変換するものであり、その出力は、マッチング回
路３を介して放電性負荷たるレーザヘッド６の放電電極
７，７間に供給されるようになっている。このレーザヘ
ッド６は、共振器８，８を備えており、共振器８，８
は、放電電極７，７間の放電エネルギーを光変換及び増
幅してレーザＬＳを放出する。

【０００４】この場合、マッチング回路３は、放電電極
７，７間に加わる電圧を放電に必要な高電圧とするとと
もに、放電電流とのインピーダンスを整合し、高周波電
源のエネルギーが１００％レーザヘッド６に伝達される
ように作用する。又、制御回路５は、高周波電源部２の
出力電圧が出力設定器４による設定値となるように高周
波電源部２を制御する。

【０００５】このような高周波交流放電によりレーザガ
スを励起するレーザ発振装置では、直流放電によりレー
ザガスを励起するレーザ発振装置とは異なり、放電電極
７，７をレーザガス中に露出する必要がなく、従って、
放電時に電極材料がレーザガス中に蒸発，飛散すること
がないので、レーザガス，放電電極７，７及び共振器
８，８の寿命が長くなり、運転経費が安価になる利点が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ発振装置
においては、マッチング回路３による高周波電源インピ
ーダンスと放電インピーダンスとの整合は、通常、レー
ザヘッド６の定格出力となる電源出力付近で行なわれ
る。そして、この種のレーザ発振装置では、高周波電源
部２から見た放電インピーダンスはその高周波電源部２
の出力に応じて変化するので、レーザ光ＬＳの出力を変
換させるべく高周波電源部２の出力を定格出力から低下
させていくと、高周波電源インピーダンスと放電インピ
ーダンスとの間で整合条件がくずれ、レーザヘッド６か
ら高周波電源部２への反射電力が増大し、結果として、
高周波電源部２における損失が増大し、レーザヘッド６
の発振不安定、或いは、高周波電源部２の破損等の悪影
響を及ぼす問題がある。

【０００７】而して、このような問題を解決するため
に、本発明者は他の複数の発明者とともに次のような技
術を改良開発した（特願平５−８９７３８号）。

【０００８】以下、その改良技術を図７に従って説明す
る。即ち、高周波電源部１１は、与えられる３相の商用
交流電源を整流して可変の直流電源を得る直流電源部１
２と、この直流電源部１２から直流母線１３を介して与
えられる直流電源から高周波電源を得るべくスイッチン
グ素子たる４個のＳＩＴ１４ａをブリッジ接続してなる
電圧形インバータ１４とから構成されている。そして、
インバータ１４の出力端子は出力線１５を介してインピ
ーダンス整合手段たる逆Ｌ形ＬＣ共振回路からなるマッ
チング回路１６の入力端子に接続されている。

【０００９】電圧検出器１７及び電流検出器１８は、出
力線１５に配設されていて、高周波電源部１１のインバ
ータ１４の出力電圧及び出力電流を検出するもので、夫
々の出力端子は制御回路１９におけるＰＬＬ制御部２０
の高周波電圧検出部２１及び高周波電流検出部２２の入
力端子に夫々接続されている。そして、ＰＬＬ制御部２
０は、高周波電圧検出部２１及び高周波電流検出部２２
が電圧検出器１７及び電流検出器１８からの出力電圧及
び出力電流を位相検出信号として検出すると、これらの
位相差に応じた位相差信号を出力するようになってお
り、その出力端子は、インバータ制御部２３の入力端子
に接続されている。インバータ制御部２３は、ＰＬＬ制
御部２０からの位相差信号に応じて制御信号を出力する
もので、その出力端子はインバータ１４の制御入力端子
に接続されている。

【００１０】制御回路１９の直流電源制御部２４は、そ
の入力端子が出力設定手段たる出力設定器２５の出力端
子に接続されていて、出力設定器２５から与えられる出
力設定値に応じた制御信号を出力するようになってお
り、その出力端子は高周波電源部１１の直流電源部１２
の制御入力端子に接続されている。そして、以上によっ
て高周波電源装置２６が構成されている。

【００１１】放電性負荷たるレーザヘッド２７は、対向
する放電電極２８，２８を有し、且つ、これらの放電電
極２８，２８の間隔間を挾んで対向する共振器２９，２
９を有するものである。そして、このレーザヘッド２７
において、一方の放電電極２８は前記マッチング回路１
６の出力端子に接続され、他方の放電電極２８は接地さ
れている。

【００１２】次に、この改良技術の作用につき説明す
る。高周波電源部１１から高周波電源が出力されると、
その出力電圧ＶＡは、マッチング回路１６により放電に
必要な高電圧になされて放電電極２８，２８間に印加さ
れるとともに、放電電流（負荷電流）Ｉとの位相が整合
される。従って、放電電極２８，２８間に高周波交流放
電が発生して、その放電エネルギーが共振器２９，２９
により光変換及び増幅されてレーザ光ＬＳが取出され
る。

【００１３】更に、高周波電源部１１からの出力電圧Ｖ
Ａ及び出力電流ＩＡは、電圧検出器１７及び電流検出器
１８により検出されて制御回路１９の高周波電圧検出部
２１及び高周波電流検出部２２に与えられる。これによ
り、ＰＬＬ制御部２０は、出力電圧ＶＡと出力電流ＩＡ
との位相差を検出して位相差信号をインバータ制御部２
３に与え、インバータ制御部２３は、その位相差が略零
になるように発振周波数の制御信号を作り、インバータ
１４に与えるようにする。そして、インバータ１４は、
位相差が略零となるように、即ち、ＰＬＬ制御により出
力電圧ＶＡと出力電流ＩＡとの位相が略一致するように
出力周波数を制御する。又、制御回路１９の直流電源制
御部２４は、出力設定器２５からの出力設定値ＶＲに応
じた制御信号を出力して高周波電源部１１の直流電源部
１２に与えるようになる。これにより、直流電源部１２
は、出力電圧ＶＤが出力設定値ＶＲと略一致するように
その出力電圧ＶＤを制御する。

【００１４】而して、ＰＬＬ制御部２０による位相制御
と逆Ｌ形ＬＣ共振回路で構成されたマッチング回路１６
によるインピーダンス整合とは、夫々単独で行なわれて
も意味をなさないが、両者を同時に行なうと、マッチン
グ回路１６が高周波電源部１１の出力電圧ＶＡと負荷電
流Ｉとを略１対１で対応させる機能をあわせもつことは
電気回路理論から証明されている。

【００１５】一方、放電時の放電性負荷たるレーザヘッ
ド２７は、定電圧特性をもつ。従って、レーザヘッド２
７の放電エネルギーを制御するためには、放電電流Ｉを
パラメータとするのが最も効果的であり、ここでは、高
周波電源部１１の出力電圧ＶＡをパラメータとして制御
することにより、負荷電流Ｉを間接的に制御するように
している。

【００１６】ところで、図７に示すようなレーザ発振装
置においては、放電開始前と放電開始後とではインピー
ダンスが異なり、マッチング回路１６の外部から見たイ
ンピーダンスも異なるようになる。

【００１７】即ち、レーザ発振装置において、放電開始
後の等価回路は、図８に示すようになる。即ち、逆Ｌ形
ＬＣ発振回路からなるマッチング回路１６は、インダク
タンスＬｍ及びキャパシタンスＣｍとして示され、レー
ザヘッド２７は、放電による電圧降下を与える抵抗成分
Ｒと、放電電極２８，２８間のキャパシタンス及び放電
電極２８，２８自身のキャパシタンスの和からなるキャ
パシタンス成分Ｃとからなる。又、放電開始前の等価回
路は、図９に示すようになる。即ち、レーザヘッド２７
は、電圧降下を与える抵抗成分Ｒがなくなってキャパシ
タンス成分Ｃのみとなる。

【００１８】従って、高周波電源部１１の高周波出力の
出力周波数の初期値として、放電開始後のインピーダン
ス整合を与える周波数Ｆ（以下ＰＬＬ周波数と称す）を
与えると、放電開始前において過渡的にイピーダンス不
整合の状態が生ずる問題がある。

【００１９】そこで、このような問題を解決するために
は、高周波電源部１１の出力周波数の初期値として放電
開始前の共振周波数Ｆ０（図９の等価回路の共振周波
数）を与えることが考えられる。この場合、レーザ発振
装置の放電開始時の共振周波数の変動に対しては、ＰＬ
Ｌ制御は充分に追随する速度を有するので、理論的に
は、放電開始前及び放電開始後とも良好なインピーダン
ス整合状態によるレーザ発振装置の運転が可能になる。

【００２０】ところで、図７において、レーザ発振装置
の運転中において高周波電源装置２６の出力設定が零に
された場合には、制御装置１９におけるＰＬＬ制御部２
０の高周波電圧検出部２１及び高周波電流検出部２２に
より検出される出力電圧ＶＡ及び出力電流ＩＡはともに
零になる。又、レーザ発振装置の運転中において高周波
電源装置２６の出力設定が定格出力に比し小さい場合に
は、前述したようにＰＬＬ制御部２０によって検出され
る出力電圧ＶＡ及び出力電流ＩＡの信号レベルも小さく
なり、多くの誤差成分を含むようになる。従って、実際
の運転においては、高周波電源装置２６の出力設定が一
定値未満の場合には、ＰＬＬ制御部２０により検出され
る出力電圧ＶＡ及び出力電流ＩＡに含まれる誤差成分の
ためにＰＬＬ制御の正常な動作は保障できなくなくるも
のであり、即ち、高周波電源装置２６の出力周波数が出
力電圧ＶＡと出力電流ＩＡとの位相を略一致させる値と
はならないことになる。

【００２１】以上のように、レーザヘッド２７が放電動
作していない状態においては、ＰＬＬ制御部２０が検出
する出力電圧ＶＡ及び出力電流ＩＡは一定レベル未満の
状態にあるので、たとえ、高周波電源部１１の出力周波
数の初期値として放電開始前の共振周波数Ｆ０を与えた
としても、この共振周波数Ｆ０はＰＬＬ制御にとっては
無意味なものとなってしまって、放電開始前及び放電開
始後とも良好なインピーダンス整合状態を保つようにす
るという目的は達成できなくなる。

【００２２】一方、図７に示すレーザ発振装置におい
て、負荷インピーダンスは、主として負荷のキャパシタ
ンス成分の値により固体差をもつ。即ち、レーザ発振装
置の放電開始後の等価回路（図８）及び放電開始前の等
価回路（図９）において、放電電極２８，２８間のキャ
パシタンス及び放電電極２８，２８自身のキャパシタン
スの合成であるキャパシタンス成分Ｃは、主に、放電電
極２８，２８の形状によって決定されるので、レーザ発
振装置のもつキャパシタンス成分は、放電電極２８，２
８の形状に応じた固体差をもつようになる。

【００２３】この場合、レーザ発振装置の負荷インピー
ダンスの固体差が、高周波電源部１１の出力周波数の変
動により調整できる範囲内であれば問題はないが、その
出力周波数の上限値との間で調整できる範囲を逸脱する
ことがある。このように、負荷インピーダンスの固体差
が高周波電源部１１の出力周波数の上限値と下限値との
間で調整できない場合には、出力周波数は、上限値，下
限値又は本来のＰＬＬ周波数の高調波か或いは分数調波
のいずれかの値になる。そして、このような場合には、
高周波電源部１１の高周波出力の可変範囲である出力周
波数の上限値と下限値との間でインピーダンス整合が実
現できるように、マッチング回路１６のインピーダンス
Ｌｍ及びキャパシタンスＣｍの値を調整する必要があ
る。

【００２４】又、上述したようにして、マッチング回路
１６のインダクタンスＬｍ及びキャパシタンスＣｍを調
整したとしても、レーザガスの組成の変化或いは放電電
極２８，２８の形状の変化等により負荷インピーダンス
のキャパシタンス成分が変化することもあり得る。とり
わけ、これらの場合には、何らかの異常現象に関係があ
ることが多く、この意味でもＰＬＬ周波数を把握するこ
とは重要である。

【００２５】しかしながら、図７に示す構成では、高周
波電源部１１とレーザヘッド２７との間のインピーダン
ス整合が、高周波電源部１１の出力周波数の上限値と下
限値との間で実現できなかった場合に、これを判定する
ことができない。特に、高周波電源部１１の出力周波数
の上限値と下限値との間で、本来のＰＬＬ周波数の高調
波か或いは分数調波による引込みを生じた場合には、正
常な引込みによるものと区別は極めて困難であった。

【００２６】従って、本発明の第１の目的は、放電性負
荷の放電開始前及び放電開始後とも良好なインピーダン
ス整合状態とすることができる高周波電源装置を提供す
ることにある。

【００２７】本発明の第２の目的は、放電性負荷とのイ
ンピーダンス整合が出力周波数の上限値と下限値との間
で実現できていない可能性のある場合に、これを判定す
ることができる高周波電源装置を提供することにある。

【００２８】本発明の第３の目的は、レーザヘッドの放
電開始前及び放電開始後ともに良好なインピーダンス整
合状態とすることができるレーザ発振装置を提供するこ
とにある。

【００２９】本発明の第４の目的は、レーザヘッドとの
インピーダンス整合が高周波電源装置の出力周波数の上
限値と下限値との間で実現できていない可能性のある場
合に、これを判定することができるレーザ発振装置を提
供するにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の高周波電
源装置は、商用交流電源を高周波電源に変換する高周波
電源部と、この高周波電源部と放電性負荷との間に設置
され、負荷電流と前記高周波電源部の出力電圧とを略１
対１の関係に整合するインピーダンス整合手段と、前記
高周波電源部の出力電圧及び出力電流を位相検出信号と
して検出してこれらの位相が略一致するように前記高周
波電源部の出力周波数を制御するとともに、前記高周波
電源部の高周波出力の設定をその出力電圧をパラメータ
として行なう制御手段とを具備し、前記制御手段を、前
記位相差検出信号が一定レベル未満のときには、前記高
周波電源部の出力電圧と出力電流との位相を略一致させ
るための出力周波数の制御を停止し、代りに、前記高周
波電源部の出力周波数を、その上限値と下限値との範囲
で予め設定された周波数初期値に固定するように構成す
るところに特徴を有する。

【００３１】請求項２記載の高周波電源装置は、請求項
１記載のものと同様に、高周波電源部，インピーダンス
整合手段及び制御手段を設けるとともに、外部から操作
されるスイッチ手段を設け、前記制御手段を、前記スイ
ッチ手段が操作されたときには、前記高周波電源部の出
力電圧と出力電流との位相を略一致させるための出力周
波数の制御を停止し、代りに、前記高周波電源部の出力
周波数を、その上限値と下限値とこれらの範囲で予め設
定された周波数初期値とのいずれかに固定するように構
成するところに特徴を有する。

【００３２】請求項３記載の高周波電源装置は、制御手
段を、高周波電源部の出力電圧と出力電流の位相を略一
致させるための出力周波数の制御が正常に行なわれてい
るか否かを報知する報知信号を出力するように構成する
ところに特徴を有する。

【００３３】請求項４記載のレーザ発振装置は、請求項
１，２又は３記載の高周波電源装置を用いて高周波交流
放電によりレーザガスを励起するように構成するところ
に特徴を有する。

【００３４】

【作用】請求項１記載の高周波電源装置によれば、制御
手段は、位相検出信号（高周波電源部の出力電圧及び出
力電流）が一定レベル未満のときには、高周波電源部の
出力周波数を予め定められた周波数初期値に固定して運
転させる。換言すれば、制御手段は、位相検出信号が一
定レベル以上のときのみＰＬＬ制御による運転を行なわ
せることになる。従って、放電性負荷の放電開始前及び
放電開始後とも良好なインピーダンス整合状態とするこ
とができる。

【００３５】この場合、制御手段は、位相検出信号が一
定レベル未満のとき（ＰＬＬ制御が正常に行なわれない
とき）には、報知信号を出力するので、報知信号の有無
によって周波数初期値による運転かＰＬＬ制御による運
転かを操作者が判断することができる（請求項３）。

【００３６】請求項２記載の高周波電源装置によれば、
制御手段は、前記スイッチ手段が操作されたときには、
前記高周波電源部の出力電圧と出力電流との位相を略一
致させるための出力周波数の制御を停止し、代りに、前
記高周波電源部の出力周波数を、その上限値と下限値と
予め設定された周波数初期値とのいずれかに固定する。
従って、その後、ＰＬＬ制御を再開して高周波電源部の
出力周波数の変化を測定して周波数の引込み状態を観察
することにより、正常にＰＬＬ制御が行なわれているか
否かを判定することができる。

【００３７】この場合、制御手段は、ＰＬＬ制御による
周波数引込み完了時に報知信号を出力するので、周波数
引込み完了を操作者が知ることができる（請求項３）。

【００３８】請求項４記載のレーザ発振装置によれば、
放電性負荷たるレーザヘッドに対して請求項１，２又は
３と同様の作用効果が得られる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例につき、図１を
参照して説明するに、図１においては図７と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について
のみ説明する。

【００４０】即ち、制御手段たる制御回路３０は、制御
回路１９と同様に、ＰＬＬ制御部２０，インバータ制御
部２３及び直流電源制御部２４を有するとともに、位相
検出信号レベル判定部３１，周波数初期値（Ｆ０）基準
信号発生部３２及び切換スイッチ３３を有する。そし
て、切換スイッチ３３において、可動接片ｃはインバー
タ制御部２３の入力端子に接続され、一方の固定接片ｂ
はＰＬＬ制御部２０の出力端子に接続され、他方の出力
端子ａは周波数初期値基準信号発生部３２の出力端子に
接続されている。又、位相検出信号レベル判定部３１の
両入力端子は、電圧検出器１７及び電流検出器１８の出
力端子に夫々接続されている。

【００４１】この場合、位相検出信号レベル判定部３１
は、電圧検出器１７及び電流検出器１８からの出力電圧
ＶＡ及び出力電流ＩＡを位相検出信号として入力して、
これらが夫々一定レベル以上のときには、切換スイッチ
３３の接片（ｃ−ｂ）間をオンさせ、これらが夫々一定
レベル未満のときには、切換スイッチ３３の接片（ｃ−
ａ）間をオンさせるとともに、出力端子から報知信号と
してインターフェース出力信号ＩＦＳａを出力するよう
になっており、これによって図示しない報知器例えば報
知ランプが点灯される。

【００４２】そして、制御回路３０は、高周波電源部１
１及びマッチング回路１６とともに高周波電源装置３４
を構成するものである。

【００４３】次に、本実施例の作用につき述べる。尚、
放電性負荷たるレーザヘッド２７が正常に発振してレー
ザ光ＬＳを出力する場合の動作は、図７に示す改良技術
と同様であり、この場合には、切換スイッチ３３の接片
（ｃ−ｂ）間がオンされている。

【００４４】今、位相検出信号レベル判定部３１が検出
する位相検出信号たる出力電圧ＶＡ及び出力電流ＩＡが
夫々一定レベルに達しなかった場合には、位相検出信号
レベル判定部３１は、切換スイッチ３３の接片（ｃ−
ｂ）間をオフさせ且つ接片（ｃ−ａ）間をオンさせると
ともに、出力端子からインタフェース出力信号ＩＦＳａ
を出力する。

【００４５】従って、切換スイッチ３３の接片（ｃ−
ｂ）間のオフにより、ＰＬＬ制御部２０による高周波電
源部１１のＰＬＬ制御が停止され、代りに、切換スイッ
チ３３の接片（ｃ−ａ）間のオンにより、周波数初期値
基準信号発生部３２からの周波数初期値（Ｆ０）基準信
号がインバータ制御部２３に与えられる。これにより、
インバータ１４は高周波出力の出力周波数が周波数初期
値Ｆ０（初期値Ｆ０は上限値ＦＨと下限値ＦＬとの間に
設定されている。）に固定されるように制御される。

【００４６】その後、周波数初期値Ｆ０に固定された高
周波電源装置３４の運転により、高周波出力の出力電圧
ＶＡ及び出力電流ＩＡが一定レベル以上になった場合に
は、位相検出信号レベル判定部３１は、切換スイッチ３
３の接片（ｃ−ａ）間をオフさせ且つ接片（ｃ−ｂ）間
をオンさせるとともに、出力端子からのインタフェース
出力信号ＩＦＳａの出力を停止させる。従って、切換ス
イッチ３３の接片（ｃ−ｂ）間のオンにより、ＰＬＬ制
御部２０からの位相差信号がインバータ制御部２３に与
えられるようになり、以て、高周波電源部１１のＰＬＬ
制御が再開される。

【００４７】このように、本実施例によれば、高周波電
源部１１の高周波出力の出力電圧ＶＡ及び出力電流ＩＡ
が一定レベル未満のときには、高周波電源部１１のＰＬ
Ｌ制御を停止させて、代りに、高周波電源部１１をその
出力周波数が予め定められた周波数初期値Ｆ０になるよ
うに固定して運転させ、前記出力電圧ＶＡ及び出力電流
ＩＡが一定レベル以上のときには、高周波電源部１１を
ＰＬＬ制御により運転させるようにしたので、レーザヘ
ッド２７の放電開始前及び放電開始後とも良好なインピ
ーダンス整合状態での運転が可能になる。

【００４８】しかも、高周波電源部１１からの出力電圧
ＶＡ及び出力電流ＩＡが一定レベル未満のときには、位
相検出信号レベル判定部３１からインタフェース出力信
号ＩＦＳａを出力させるようにしたので、このインタフ
ェース出力信号ＩＦＳａの有無により、操作者は、現
在、高周波電源部１１が周波数初期値Ｆ０で運転されて
いるか、或いは、ＰＬＬ制御により運転されているかの
判断を行なうことができる。

【００４９】図２は本発明の第２の実施例を示すもので
あり、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略
し、以下、異なる部分についてのみ説明する。

【００５０】即ち、制御手段たる制御回路３５は、前記
制御回路３０とは異なり、位相検出信号レベル判定部３
１及び切換スイッチ３３を有しておらず、代りに、高周
波電源部１１の出力周波数の上限値（ＦＨ）を与える周
波数上限値基準信号を発生する周波数上限値基準信号発
生部３６及び下限値（ＦＬ）を与える周波数下限値基準
信号を発生する周波数下限値基準信号発生部３７を有す
るとともに、外部から操作されるスイッチ手段たる選択
スイッチ３８を備えている。

【００５１】この選択スイッチ３８において、第１の固
定接片ａはＰＬＬ制御部２０の出力端子に接続され、第
２の固定接片ｂは周波数初期値基準信号発生部３２の出
力端子に接続され、第３の固定接片ｃは周波数上限値基
準信号発生部３６の出力端子に接続され、第４の固定接
片ｄは周波数下限値基準信号発生部３７の出力端子に接
続され、可動接片ｅはインバータ制御部２３の入力端子
に接続されている。尚、ＰＬＬ制御部２０は、ＰＬＬ制
御により周波数引込みが完了したときには報知信号とし
てインタフェース出力信号ＩＦＳｂを出力するようにな
っており、これによって図示しない報知器例えば報知ラ
ンプが点灯される。そして、この制御回路３５は、高周
波電源部１１及びマッチング回路１６とともに高周波電
源装置３９を構成するものである。

【００５２】次に、この第２の実施例の作用につき、図
３及び図４をも参照しながら説明する。高周波電源部１
１とレーザヘッド２７とのインピーダンス整合が、高周
波電源部１１の出力周波数の上限値ＦＨと下限値ＦＬと
の間で実現できていない可能性がある場合、或いは、本
来のＰＬＬ周波数Ｆの高調波か分数調波による引込みが
生じた場合には、正常な周波数引込みに比し安定でない
ので、選択スイッチ３８を操作することにより周波数に
外乱を与えることによって、その判定が可能になる。

【００５３】即ち、選択スイッチ３８を外部から操作す
ることにより、接片（ｅ−ａ）間をオフさせ、接片（ｅ
−ｂ）間，接片（ｅ−ｃ）間或いは接片（ｅ−ｄ）間を
オンさせる。従って、選択スイッチ３８の接片（ｅ−
ａ）間のオフによりＰＬＬ制御部２０によるＰＬＬ制御
は停止され、接片（ｅ−ｂ）間，接片（ｅ−ｃ）間或い
は接片（ｅ−ｄ）間のオンにより高周波電源部１１の出
力周波数は初期値Ｆ０，上限値ＦＨ或いは下限値ＦＬに
固定される。その後、選択スイッチ３８を再度操作して
接片（ｅ−ａ）間をオンさせると、ＰＬＬ制御部２０に
よる高周波電源部１１のＰＬＬ制御が再開される。この
状態で、時間経過による周波数の変化を測定して周波数
の引込み状態を観察することによって、正常にＰＬＬ制
御が行なわれているか否かの判断が可能になる。

【００５４】この様子を図３及び図４に従って述べる。
本来のＰＬＬ周波数Ｆが高周波電源部１１の出力周波数
の下限値ＦＬより低く、本来のＰＬＬ周波数Ｆの高調波
の１つである高調波Ｆ´が高調波電源部１１の出力周波
数の上限値ＦＨと下限値ＦＬとの間にあるとする（図３
参照）。この場合、選択スイッチ３８の操作により周波
数上限値基準信号発生部３６を選択して高周波電源部１
１の出力周波数を上限値ＦＨにすると、高調波Ｆ´によ
り引込みが生ずることがあるが（図３の（イ）の状
態）、選択スイッチ３８の操作により周波数下限値基準
信号発生部３７を選択して高周波電源部１１の出力周波
数を下限値ＦＬにすると、本来のＰＬＬ周波数Ｆにより
引込みが生ずる。しかしながら、高周波電源部１１の出
力周波数は下限値ＦＬ未満にはならないので、その出力
周波数は下限値ＦＬに固定される（図３の（ロ）の状
態）。

【００５５】尚、図示はしないが、本来のＰＬＬ周波数
Ｆが高周波電源部１１の出力周波数の上限値ＦＨより高
く、本来のＰＬＬ周波数Ｆの分数調波の１つである分数
調波が高周波電源部１１の出力周波数の上限値ＦＨと下
限値ＦＬとの間にある場合には、選択スイッチ３８の操
作により高周波電源部１１の出力周波数を下限値ＦＬに
すると、分数調波により引込みが生ずることがあるが、
選択スイッチ３８の操作により高周波電源部１１の出力
周波数を上限値ＦＨにすると、本来のＰＬＬ周波数Ｆに
より引込みが生ずる。しかしながら、高周波電源部１１
の出力周波数は上限値ＦＨを超えるようにはならないの
で、その出力周波数は上限値ＦＨに固定される。

【００５６】一方、本来のＰＬＬ周波数Ｆが高周波電源
部１１の出力周波数の上限値ＦＬと下限値ＦＬとの間に
あった場合には（図４参照）、選択スイッチ３８により
高周波電源部１１の出力周波数の上限値ＦＨにしたとき
（図４の（ハ）の状態）、下限値ＦＬにしたとき（図４
の（ニ）の状態）のいずれにおいてもＰＬＬ周波数Ｆに
より引込みが生じ、ＰＬＬ制御部２０が出力端子からイ
ンタフェース出力信号ＩＦＳｂを出力する。

【００５７】従って、この第２の実施例によれば、高周
波電源部１１と放電性負荷たるレーザヘッド２７とのイ
ンピーダンス整合が高周波電源部１１の出力周波数の上
限値ＦＨと下限値ＦＬとの間で実現できていない可能性
のある場合には、選択スイッチ３８を操作して高周波電
源部１１の出力周波数を測定することによりそれを判断
することができる。

【００５８】しかも、選択スイッチ３８の操作に基づい
てＰＬＬ周波数により引込みが完了したときには、ＰＬ
Ｌ制御部２０がインタフェース出力信号ＩＦＳｂを出力
して報知ランプを点灯させるようにしたので、この場合
には、特に高周波電源部１１の出力周波数を測定する必
要はない。

【００５９】図５は本発明の第３の実施例を示すもので
あり、図１及び図２と同一部分には同一符号を付して説
明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。

【００６０】制御手段としての制御回路４０は、図１に
示す制御回路３０の構成要素と図２に示す制御回路３５
の構成要素とを全て有するものであり、特に、図１及び
図２と異なるところは、切換スイッチ３８の固定接片ｃ
を選択スイッチ３８の第１の固定接片ａに接続した構成
にある。

【００６１】従って、選択スイッチ３８の接片（ｅ−
ａ）間をオンさせた場合には、図１に示す第１の実施例
と同様の作用効果が得られ、選択スイッチ３８の接片
（ｅ−ａ）間をオフさせ且つ接片（ｅ−ｂ）間，接片
（ｅ−ｃ）間或いは接片（ｅ−ｄ）間をオンさせた場合
には、図２に示す第２の実施例と同様の作用効果が得ら
れるようになる。

【００６２】尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例
にのみ限定されるものではなく、例えば、高周波電源装
置はレーザ発振装置のみならず高周波電源を必要とする
放電性負荷全般に適用し得る等、要旨を逸脱しない範囲
内で適宜変形して実施し得ることは勿論である。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通りであるの
で、次のような効果を奏する。請求項１記載の高周波電
源装置によれば、位相検出信号が一定レベル未満のとき
には、高周波電源部の出力電圧と出力電流の位相が略一
致するようにする制御を停止させるとともに、前記高周
波電源部の出力周波数を予め定められた周波数初期値に
固定するようにしたので、放電性負荷の放電開始前及び
放電開始後ともに良好なインピーダンス整合状態とする
ことができる。

【００６４】請求項２記載の高周波電源装置によれば、
スイッチ手段が操作されたときには、高周波電源部の出
力電圧と出力電流の位相が略一致するようにする制御を
停止させるとともに、前記高周波電源部の出力周波数を
上限値，下限値又は予め定められた周波数初期値のいず
れかに固定するようにしたので、放電性負荷とのインピ
ーダンス整合が高周波電源部の出力周波数が上限値と下
限値との間で実現できていない可能性がある場合には、
これを判定することができる。

【００６５】請求項３記載の高周波電源装置によれば、
高周波電源部の出力電圧と出力電流との位相を略一致さ
せる制御が正常に行なわれているか否かを報知する報知
信号が得られるので、作業上便利である。

【００６６】請求項４記載のレーザ発振装置によれば、
請求項１，２又は３記載の高周波電源装置をレーザガス
の高周波放電の励起に用いるようにしたので、レーザヘ
ッドの場合でも請求項１，２又は３に記載された構成か
ら得られる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電気的構成図

【図２】本発明の第２の実施例を示す電気的構成図

【図３】ＰＬＬ制御が正常に行なわれていない場合の周
波数変移図

【図４】ＰＬＬ制御が正常に行なわれている場合の周波
数変移図

【図５】本発明の第３の実施例を示す電気的構成図

【図６】従来例を示す電気的構成図

【図７】改良技術を示す電気的構成図

【図８】放電点灯時の等価回路図

【図９】放電未点灯時の等価回路図

【符号の説明】

図面中、１１は高周波電源部、１２は直流電源部、１４
はインバータ、１６はマッチング回路（インピーダンス
整合手段）、２０はＰＬＬ制御部、２１は高周波電圧検
出部、２２は高周波電流検出部、２３はインバータ制御
部、２４は直流電源制御部、２５は出力設定器、２７は
レーザヘッド（放電性負荷）、２８は放電電極、２９は
共振器、３０は制御回路（制御手段）、３１は位相検出
信号レベル判定部、３２は周波数初期値基準信号発生
部、３４は高周波電源装置、３５は制御回路（制御手
段）、３６は周波数上限値基準信号発生部、３７は周波
数下限値基準信号発生部、３８は選択スイッチ（スイッ
チ手段）、３９は高周波電源装置、４０は制御回路（制
御手段）、４１は高周波電源装置を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電源を高周波電源に変換する高
   周波電源部と、 この高周波電源部と放電性負荷との間に設置され、負荷
   電流と前記高周波電源部の出力電圧とを略１対１の関係
   に整合するインピーダンス整合手段と、 前記高周波電源部の出力電圧及び出力電流を位相検出信
   号として検出してこれらの位相が略一致するように前記
   高周波電源部の出力周波数を制御するとともに、前記高
   周波電源部の高周波出力の設定をその出力電圧をパラメ
   ータとして行なう制御手段とを具備し、 前記制御手段は、前記位相検出信号が一定レベル未満の
   ときには、前記高周波電源部の出力電圧と出力電流との
   位相を略一致させるための出力周波数の制御を停止し、
   代りに、前記高周波電源部の出力周波数を、その上限値
   と下限値との範囲で予め設定された周波数初期値に固定
   するように構成されていることを特徴とする高周波電源
   装置。
2. 【請求項２】 商用交流電源を高周波電源に変換する高
   周波電源部と、 この高周波電源部と放電性負荷との間に設置され、負荷
   電流と前記高周波電源部の出力電圧とを略１対１の関係
   に整合するインピーダンス整合手段と、 前記高周波電源部の出力電圧及び出力電流を位相検出信
   号として検出してこれらの位相が略一致するように前記
   高周波電源部の出力周波数を制御するとともに、前記高
   周波電源部の高周波出力の設定をその出力電圧をパラメ
   ータとして行なう制御手段と、 外部から操作されるスイッチ手段とを具備し、 前記制御手段は、前記スイッチ手段が操作されたときに
   は、前記高周波電源部の出力電圧と出力電流との位相を
   略一致させるための出力周波数の制御を停止し、代り
   に、前記高周波電源部の出力周波数を、その上限値と下
   限値とこれらの範囲で予め設定された周波数初期値との
   いずれかに固定するように構成されていることを特徴と
   する高周波電源装置。
3. 【請求項３】 制御手段は、高周波電源部の出力電圧と
   出力電流の位相を略一致させるための出力周波数の制御
   が正常に行なわれているか否かを報知する報知信号を出
   力するように構成されていることを特徴とする請求項１
   又は２記載の高周波電源装置。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の高周波電源
   装置を用いて高周波交流放電によりレーザガスを励起す
   るようにしたことを特徴とするレーザ発振装置。