JP2707356B2 - 気体レーザ装置 - Google Patents

気体レーザ装置

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正史 大西
修三 吉住
昭男 田中
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【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制御の
容易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図に示す。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
高圧抵抗、14は制御真空管である。
次に前記従来例の動作について説明する。気体レーザ
媒質は、出力鏡2と全反射鏡3を取り付けたレーザ共振
器1内に送風機6により給気ダクト8を通じて供給さ
れ、放電電極4a,4bによる放電により励起されてレーザ
光を出力する。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200V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で整流した後、高圧抵抗
13と制御真空管14により電流電圧制御して得ていた。
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の放電電圧電流特
性は、30〜50kVの放電開始電圧からその約半分の放電維
持電圧まで変化し、さらに電流が増えるにつれて電圧が
低下する特性を示している。従来の高電圧電源では、高
圧トランス11に定電圧特性を持たせ、放電電圧との差を
高圧抵抗13と制御真空管14により負担していた。その結
果、商用電圧10から数10kVまで昇圧するために、巻数比
を大きくした大型の高圧トランスや、必要な絶縁距離を
得るために寸法を大きくした高圧用真空管等を使用しな
ければならず、電源が大型化する問題点があった。
また、高電圧回路上に位置した制御真空管14を用いて
電流制御するため、制御回路と高電圧回路との絶縁が必
要になり、高電圧回路のノイズによる制御回路の破損が
頻繁に発生する問題点があった。
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、高電圧
ノイズによる制御回路の破損を防止し、出力制御を容易
に行なう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 本発明は、前記目的を達成するために、高電圧電源
を、実効電圧を変化させることのできる低電圧の交流電
源と昇圧トランスと整流回路とで構成し、昇圧トランス
の2次出力端子と整流回路との間に整流回路と並列にコ
ンデンサを接続するか、または昇圧トランスの2次コイ
ル巻線を電気的絶縁性を有する誘電体物質で被覆して2
次コイルに分布容量を持たせるようにし、並列のコンデ
ンサまたは昇圧トランスの2次コイルの分布容量の容量
値に昇圧トランス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トラン
スの漏れインダクタンスの直列共振周波数を、低電圧交
流電源の出力周波数の上限値の1.7倍から2.3倍としたも
のである。
作用 本発明は、前記構成により、昇圧トランスの巻線巻数
比を小さくできるので、昇圧トランスを小型化すること
ができる。また、高電圧電源の制御を昇圧トランス1次
側の低電圧側で制御できるので、高電圧ノイズによる制
御回路の破損を防止することができ、出力を容易に制御
することができる。
実施例 以下、本発明の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の構成を示すものであり、21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31a
〜31dからなる。32は1次コイルと2次コイルを絶縁構
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高周波高耐圧コンデンサ、34はコン
デンサ33に並列に接続された整流回路である。35は整流
回路34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35の両端部は放電電極24a,24bに接続されて
いる。
昇圧トランス32の巻数比は、所要電圧の約2分の1と
し、コンデンサ33の容量値は、昇圧トランス32の漏れイ
ンダクタンスとコンデンサ33の容量値にトランス巻数比
の2乗倍した値の直列共振周波数が、インバータ回路31
から出力される交流周波数の上限値の約2倍になるよう
に設定されている。
次に前記実施例の動作について説明する。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振する。
発振されたレーザ光は、出力鏡22および全反射鏡23の間
を増幅されて往復し、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29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を通じてレー
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31a,31cと31b,31dとを交互に断続するこ
とにより交流電圧を発生させ、かつその断続の周期によ
り交流周波数を変え、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、整流回路34により整流され、平滑コンデンサ35によ
り平滑された高電圧の直流となってレーザ発振器21の放
電電極24a,24bに印加される。
昇圧トランス32の1次側のインバータ回路31の出力周
波数に対する昇圧トランス32の1次インピーダンスの周
波数特性は、本願の発明者らが測定した結果、第2図に
示すようにインピーダンスが極小値を示す周波数が現
れ、その周波数は昇圧トランス32の漏れインダクタンス
と2次側のコンデンサ33の容量にトランス巻数比の2乗
倍した容量の直列共振周波数に一致した。さらに、昇圧
トランス32の2次側の出力電圧特性を測定した結果、第
3図aに示すように、無負荷時の発生電圧は、直列共振
作用により出力周波数が共振周波数付近すなわちインピ
ーダンスが極小値を示す点で極大値を示し、共振周波数
の1/2以下の周波数ではトランス巻数比の1.5倍から2倍
の電圧が周波数の増加に応じて発生した。また、最大出
力電流の特性は、第3図bに示すようにインバータ回路
31の出力周波数と直列共振周波数との比が1/1.7から1/
2.3までの間で大きな出力電流が得られることが分かっ
た。
この結果、並列コンデンサ33の容量値に昇圧トランス
32の巻数比の2乗倍した容量と昇圧トランス32の漏れイ
ンダクタンスの直列共振周波数をインバータ回路31の出
力周波数の上限値の1.7倍から2.3倍とするとき、昇圧ト
ランス32の巻線巻数比は1次/2次電圧比の約2分の1ま
で減ずることができ、高電圧出力でコイル寸法が大きい
従来のトランスより昇圧トランス32を小型化することが
できる。また、昇圧トランス32の2次側の高電圧出力
は、昇圧トランス32の1次側の低電圧側で制御でき、か
つ昇圧トランス32により高電圧側とは絶縁されているの
で、高電圧ノイズによる制御回路の破損を防止すること
ができる。また、高電圧側の出力は、インバータ回路31
の断続周波数や通電時間により制御できるので、出力の
制御を容易に行なうことができる。
本発明はまた、図には示していないが、コンデンサ33
を用いずに、昇圧トランス32の2次コイル巻線を電気的
絶縁性を有する誘電体物質で被覆して2次コイルに分布
容量を持たせることによっても実現することができる。
すなわち、インバータ回路31の断続周波数の約2倍(1.
7〜2.3倍)の周波数により昇圧トランス32の1次インピ
ーダンスが最小となるように、2次コイル巻線を被覆す
る誘電体物質の誘電率と被覆厚とを定めればよい。この
ときの周波数は、2次コイルの分布容量にトランス巻数
比の2乗倍した容量と昇圧トランス32の漏れインダクタ
ンスの直列共振周波数となっており、第1図に示した実
施例と同じく所要電圧比の約半分の巻数比で昇圧トラン
ス32を構成することができ、昇圧トランス32の高電圧出
力を1次側の低電圧側で制御することができるので、前
記実施例と同様な効果を得ることができる。
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
圧トランスの巻線巻数比を1次/2次電圧比の約2分の1
まで減ずることができ、昇圧トランスを小型化すること
ができる。また、高電圧電源の出力を真空管等の高電圧
用素子によらずに昇圧トランス1次側の低電圧側で制御
することができるので、高電圧ノイズによる制御回路の
破損を防止することができ、出力を容易に制御すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す気体レーザ装置の概略
構成図、第2図は本発明の一実施例における昇圧トラン
スの位相と1次インピーダンスの周波数特性を示すグラ
フ、第3図aは本発明の一実施例における昇圧トランス
の無負荷時の発生電圧の周波数特性を示すグラフ、第3
図bは本発明の一実施例における高圧電源の最大電流の
周波数特性を示すグラフ、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)、31a〜31d……半導体ス
イッチ素子、32……昇圧トランス、33……高周波高耐圧
コンデンサ、34……整流回路、35……平滑コンデンサ。
フロントページの続き (72)発明者 吉住 修三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 田中 昭男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 山根 茂樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 唐崎 秀彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、実効電圧を変化させることのできる低電圧交流電
    源と昇圧トランスと整流回路とを含み、前記昇圧トラン
    スの2次出力端子と前記整流回路との間に前記整流回路
    と並列にコンデンサを接続し、前記昇圧トランスの漏れ
    インダクタンスと前記コンデンサ容量に昇圧トランス巻
    数比の2乗倍した容量の直列共振周波数を前記低電圧交
    流電源の出力周波数の上限値の1.7倍から2.3倍としたこ
    とを特徴とする気体レーザ装置。
  2. 【請求項2】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、実効電圧を変化させることのできる低電圧交流電
    源と昇圧トランスと整流回路とを含み、前記昇圧トラン
    スの2次コイル巻線を電気的絶縁性を有する誘電体物質
    で被覆して分布容量を持たせ、前記誘電体物質の誘電率
    と被覆厚さを、前記昇圧トランスの2次コイルの分布容
    量に昇圧トランス巻数比の2乗倍した容量と昇圧トラン
    スの漏れインダクタンスの直列共振周波数が前記低電圧
    交流電源の出力周波数の上限値の1.7倍から2.3倍となる
    ように定めたことを特徴とする気体レーザ装置。
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