JPS6022628Y2 - レ−ザ−電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は、レーザー光の波形を制御するレーザー電源装
置の改良に関する。

〔考案の技術的背景〕

第、１図は従来のレーザー電源装置を示す構成図であり
、同装置は特にゲートパルスレーザ−の発振繰返し率を
高め、また照射時間を広範囲に可変できる構成としたも
のである。

すなわち、この装置は、直流電源１から出力された電圧
を波形整形コイル２を介して充放電コンデンサ３へ充電
制御する制御整流素子４と、直流電源１の電圧を直接波
形整形コイル５を介してフラッシュランプ６の供給する
制御整流素子７と、前記充放電コンデンサ３の充電電圧
を制御整流素子７に加え逆バイアスしてオフ状態としく
これを転流と称し、以下このように記す。

）、且つフラッシュランプ６の発光を停止させる制御整
流素子８とからなり、これらの制御整流素子４．７．
８はゲートパルス制御部：９によって制御される。

このゲートパルス制御部９はクロックパルス発生器１０
と、このクロックパルス発生器１０のクロックパルスを
受けてゲートパルスを作威し前記制御整流素子４，７．
８のゲートに印加するゲートパルス発生器１１．１２．
１３と、各制御整流素子４，７．８の制御タイミングを
設定する遅延回路１４．１５とによって構成されている
。

なお、１６はトリガー電圧発生部（図示せず）の１トリ
ガ一信号によってフラッシュランプ６を起動状態にする
トリガー電極、１７はレーザー物質、１８は集光鏡、１
９および２０は鏡面体と半鏡面体でありこの両者で共振
器を形成する、２１は集光レンズ、２２は被加工体であ
る。

而して、上記装置の動作について具体的に述べると、ま
ず、最初に制御整流素子４を点弧して直流電源１の電圧
を充放電コンデンサ３に充電する。

しかる後、第２図に示すタイミングちで制御整流素子７
を点弧して直流電源１の電圧をフラッシュランプ６に印
加する。

従って、このフラッシュランプ６は発光を開始し、この
光は集光鏡１８によってレーザー物質１７に集められ、
レーザー物質１７は鏡面体１９および半透鏡面体２０か
らなる共振器によって励振されたレーザー光を発する。

このレーザー光は半透鏡面体２０を透過し集光レンズ２
１によって集められ、被加工体２２に照射される。

ここで、被加工体２２の加工が行われる。

その後、遅延回路１５からゲートパルス発生器１３を介
して出力される加工終了タイミング類の信号で制御整流
素子８を点弧して前記制御整流素子７を逆バイアスに設
定してオフとし、さらにフラッシュランプ６の発光を停
止させる。

ところで、このレーザー光の照射特性はフラッシュラン
プ６の発光特性で決まり、これを第２図に示す。

なお、縦軸を発光出力ｐ、横軸を時間ｔとする。

すなわち、時刻ち〜ｔ２までは制御整流素子７の導通時
間によってゆるやかに立ち上り、ｔ２以後は図のような
尖頭波形Ａをともなって時刻ｔ３て立ち下がる。

この尖頭波形Ａの突出度合は充放電コンデンサ３の容量
値によって決まるものである。

〔背景技術の問題点〕

ところで、上記した従来装置によって２枚の金属板２２
ａ、 ２２ ｂの突き合せ部を溶接する場合、前記
充放電コンデンサ３の容量値は適切なものを選ぶ必要が
ある。

すなわち、この充放電コンデンサー３の容量値を転流値
以上の値にすると、第３図の溶接断面図に示すように、
斜線で示す溶接凝固部分２３の内部に空泡２４が生じ、
周囲に飛沫粒Ｂ（スプラッシュ）が発生し易くなる。

また、第２図の波形によるレーザー光は、切断加工や穴
あけ加工には適しているが、スポット溶接などのより深
い溶は込みを必要とする溶接には最適とは言えない。

以上のように、従来装置にあっては、充放電コンデンサ
３の容量値を一旦設定してしまうと、その後の用途が非
常に狭い範囲に限定されてしまう欠点がある。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、レーザー励起用のパルス光のパルス幅
を可変設定できるとともに、パルス光の立ち下がり部分
を制御し、加工用途に応じて最適な加工ができるレーザ
ー電源装置を提供することを目的とする。

〔考案の概要〕

本考案は、上記目的を遠戚するために、電源供給部と、
所定のそれぞれのタイミングでオン状態になる第１〜第
３の制御整流素子とこの第１の制御整流素子のオンによ
って前記電源供給部より電圧が印加される放電発光体と
、前記第２および第３の制御整流素子のオン状態によっ
て充電および放電動作をする時定数の異った第１および
第２の充放電コンデンサ部を備え、まず、第１の充放電
コンデンサ部の放電によって前記第１の制御整流素子を
オフ状態に腰次に第２の充放電コンデンサ部の放電発電
圧を前記放電発光体に印加するようにしたレーザー電源
装置である。

〔考案の実施例〕

本考案の一実施例を第４図の構成国および第５図の特性
図を用いて説明する。

第４図において１は直流電源で、この出力側に２個の制
御整流素子３０．３１が分岐接続され、このうち、制御
整流素子３０の出力側には共振充電用コイル３２が接続
されている。

さらに、この共振充電コイル３２の他端側とアース間に
は波形整形コイル３３（空心コイルあるいは鉄心コイル
）と充放電用コンデンサ３４とスイッチ３５とからなる
直列回路３６が接続されている。

この直列回路３６と波形整形コイル３２との相互接続点
は充放電コンデンサ３７を介してアースされ、さらに制
御整流素子３８および波形整形コイル３９を介してフラ
ッシュランプ６へ接続し同フラッシュランプ６へ印加電
圧を供給するようにしている。

また、これらの制御整流素子等３０，３２．３８には前
記制御整流素子３１が並設されている。

また、フラッシュランプ６にはトリガー電極１６が巻装
され、同フラッシュランプ６の近傍に集光鏡１８を備え
たレーザー物質１７および共振器（鏡面１９、半透鏡面
２０とから戊る）と集光レンズ２１が配置され、フラッ
シュランプ６の発光によって発生するレーザー光を被加
工体２２に照射するようになっている。

なお、３個の制御整流素子３０，３１．３８は、第１図
と同様の構成を有するゲートパルス制御部９によって所
定のタイミングで点弧制御される。

次に、以上のように構成されたレーザー電源装置の作用
を説明する。

先ず、スイッチ３５を閉戊した後、ゲートパルス制御部
９よりゲートパルスを出力して制御整流素子３０を点弧
する。

この結果、直流電源１から出力された電圧は、共振充電
用コイル３２で共振波形整形された後、２個の充放電コ
ンデンサ３４．３７に充電される。

従って、この場合の２個の充放電コンデンサ３４，３７
の総充電電圧は直流電源１の電圧の約２倍となる。

また、この時、充電される電圧は共振充電用コイル３２
、共振充電兼波形整形コイル３３と充放電コンデンサ３
４．３７とによって決まる共振充電電圧となる。

次に時亥Ｆ１において、ゲートパルス制御部９からゲー
トパルスを出力して制御整流素子３１を点弧する。

同時に、トリガー電圧発生部（図示せず）より） ＩＪ
ガーパルスがトリガー電極１６へ印加される。

したがって、直流電源１より制御整流素子３１と波形整
形用コイル３９を介してフラッシュランプ６に印加電圧
が供給され、同フラッシュランプ６はレーザー物質１７
の励起光を発する。

この光に応じて被加工体２２にレーザー光が照射される
ことになる。

さらに、時亥Ｆ２において、ゲートパルス制御部９から
ゲートパルスを出力して制御整流素子３８を点弧する。

これによって、まず充放電コンデンサ３７に充電された
電圧が制御整流素子３８を介して制御整流素子３１の出
力側に逆電圧として印加される。

この結果、制御整流素子３１は固有ターンオフタイム（
通常数１０μｓである）内で転流される。

次に、制御整流素子３１が転流され、直流電源１からフ
ラッシュランプ６への印加電圧が停止される項、充放電
コンデンサ３４の充電電圧は、フラッシュランプ６の発
光の立ち下がりを形成する電流として制御整流素子３８
を介してフラッシュランプ６へ印加される。

この時の放電は波形整形用コイル３３を介して行われる
ため、尖頭放電電流は充分抑制されたものとなり、かつ
波形整形コイル３３の値によって放電時定数も長く設定
できるため、結果としてフラッシュランプ６の発光は転
流直後の尖頭波形Ｃが抑制され、ゆるやかな立ち下がり
の波形のパルス光となる。

この発光波形を第５図ａに示す。

なお、ゲートパルス制御部９は遅延回路１５の調整によ
って、時刻Ｔ□での制御整流素子３１のオン状態から時
亥旧゛２でのオフ状態（制御整流素子３８オン状態によ
る転流作用）までの時間を長くすることができる。

すなわち、時刻Ｔ２を時刻Ｔ’２ （Ｔ２＜Ｔ’２）と
することができ、第５図すに示すようにフラッシュラン
プ６の発光時間を長くしたパルス光も得られる。

なお、第５図ａ、 ｂともに縦軸を発光出力Ｐ、横軸に
発光時間Ｔを示し、Ｔ３．Ｔ′３は発光終了時刻、Ｃは
転流直後の尖頭波形を示す。

このような立ち下がりのゆるやかなフラッシュランプ６
の発光によって得られるレーザー光を使用して、２枚の
金属２２ａ、２２ｂのつき合せ部を溶接すれば、第６図
の溶接部断面図に示すように、溶融擬固部（斜線部）内
に発生する空泡を極力少なくすることができる。

また、溶接表面も平担に仕上がり強度を充分に得られる
。

また、第５図ａあるいはｂの転流直後の尖頭波形Ｃをさ
らに抑制するのには、第４図の点線で示すダイオード４
０を制御整流素子３１に対し極性を逆にして並列接続す
ることによって可能となり、第７図ａあるいはｂのよう
なパルス光を得ることができる。

したがって、尖頭波形によって不都合の生じる加工にも
対処できる。

なお、第７図ａ、 ｂの縦軸、横軸は第５図と同様に発
光出力Ｐと時間Ｔを示し、Ｃ′は尖頭波形を示す。

以上のように、充放電コンデンサ３７からなる第１の充
放電コンデンサ部と、波形整形コイル３３および充放電
コンデンサ３４からなる第２の充放電コンデンサ部を設
け、両者の放電時定数の違いによってその充電量を、１
つはフラッシュランプ６の主放電発光を停止させ、もう
１つは同ランプの発光の立ち下がりに使用することによ
り、立ち下がりのゆるやかな発光波形あるいは幅の広い
発光波形などを種々形成でき、またスイッチ３５のオフ
によって転流後の立下がり波形の急峻なものも得られる
など、一層発光波形の種類が多くなる。

また、本考案は上記実施例に限定されることなく、例え
ば波形整形コイル３３と充放電コンデンサ３４の直列回
路を多段に設け、立ち下がりの波形の種類を増すことが
できる。

これによって、必要段数を選択することで各加工目的に
応じた立ち下がり波形を得ることができ、加工用途の範
囲が一層広くなる。

〔考案の効果〕

上記のように、本考案によればフラッシュランプのパル
ス発光の立ち下がり波形をコイルとコンデンサおよびス
イッチとの簡単な構成で種種に変えることができ、レー
ザー光を用いて加工する場合でもその加工目的に応じて
、立ち下がり部の急峻な波形、立ち下がり部のゆるやか
な波形、あるいはパルス幅を任意に設定した各種の波形
などを適宜つくり出すことができ、レーザー加工の加工
性能の向上が図れるレーザー電源装置を提供できるもの
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来のレーザー電源装置の構成国、第２図は第
１図の構成による装置の発光特性図、第３図は第１図に
示す装置によって溶接を行った時の溶接部断面図、第４
図は本考案に係わるレーザー電源装置の一実施例を示す
構成国、第５図は第４図の構成による装置の発光特性図
、第６図は第４図に示す装置によって溶接を行った時の
溶接部断面図、第７図は第４図に示す装置に新たにダイ
オードを追加した時に得られる発光特性図である。 ９・・・・・・ゲートパルス制御部、３０・・・・・・
第１の制御整流素子、３１・・・・・・第２の制御整流
素子、３６・・・・・・第２の充放電コンデンサ部、３
７・・・・・・第１の充放電コンデンサ部、３８・・・
・・・第３の制御整流素子、４０・・・・・・ダイオー
ド。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電源供給を行う電源供給部と、所定のタイミングをもっ
   て第１、第２および第３のゲートパルス信号を出力する
   デー５トパルス制御部と、このゲートパルス制御部から
   出力される第１および第２のゲートパルス信号によって
   オン状態になる第１および第２の制御整流素子と、この
   第１の制御整流素子がオンしたとき前記電源供給部の電
   圧を充電する時定数の異った第１および第２の充放電コ
   ンデンサ一部と、前記第２の制御整流素子がオンしたと
   き前記電源供給部からの電圧を受けて放電発光する放電
   発光体と、前記ゲートパルス制御部から出力される第３
   のゲートパルス信号でオン状態となって前記第１および
   第２の充放電コンデンサ、部の充電電圧を前記第２の制
   御整流素子に加えてオフ状態にするとともに緩慢な立下
   がり特性をもって前記放電発光体へ前記充電電圧を印加
   する第３の制御整流素子とを備えることを特徴とするレ
   ーザー電源装置。