(57)【要約】【課題】  レーザビームオフの待機状態からレーザビームオン状態へ移行した後、短時間で所望のレーザビーム出力を得ることができるガスレーザ発振器を得る。【解決手段】  レーザビームオン状態とオフ状態とに応じて、ガスレーザ発振器の電源のインバータ回路のスイッチング周波数を切り替える手段を備えることにより、レーザビームオフの待機状態においては、レーザ発振しない程度の周波数にて放電を行うよう、スイッチング周波数を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する放電電極に交流電力を供給してレーザ発振を行うガスレーザ発振器において、
前記放電電極に供給する交流電力を発生するインバータ回路と、
数値制御装置からのレーザビームオン・オフ指令に基づき、前記インバータ回路にスイッチング周波数指令を出力する制御部とを備え、
前記制御部は、レーザビームオン時はレーザビーム出力に応じた周波数指令をインバータ回路に出力し、レーザビームオフ時は放電電極において放電は発生するがレーザ発振しない周波数指令をインバータ回路に出力するものであるガスレーザ発振器。
【請求項２】
前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子およびこのスイッチング素子に並列に接続されたダイオードを備え、
前記ダイオードをワイドギャップ半導体としたものである、請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項３】
前記スイッチング素子をワイドギャップ半導体としたものである、請求項２に記載のガスレーザ発振器。
【請求項４】
前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子およびこのスイッチング素子に並列に接続されたダイオードを備え、
前記スイッチング素子をワイドギャップ半導体としたものである、請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスレーザ発振器の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸ガスレーザ発振器などの共振器に放電を発生させるため、高周波電力を供給するスイッチング電源において、レーザビームオフの待機状態からレーザビームオン状態へ移行する際に、瞬時に高周波電力を出力する必要がある。一方、放電ランプを即時点灯すべく、消灯している放電ランプに点灯しない程度の電圧を加えておく技術が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２２３９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示のスイッチング電源を、炭酸ガスレーザ発振器などのスイッチング電源に適用した場合、レーザビームオフの待機状態では放電電極には放電しない程度の電圧をかけることとなるが、結局は放電を消灯させることになるため、待機状態からレーザビームオンへ移行した直後は所望のレーザビーム出力を得られないと言う問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、レーザビームオフの待機状態からレーザビームオン状態へ移行した後、短時間で所望のレーザビーム出力を得ることができるガスレーザ発振器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るガスレーザ発振器においては、レーザビームオフの待機状態においても、電極の放電を維持するために、レーザ発振をしない程度の周波数で電力を電極に出力できるよう、レーザビームオン状態とオフ状態とに応じて、スイッチング電源のスイッチング周波数を切り替える手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、レーザビームオン状態とオフ状態とに応じて、スイッチング周波数を切り替える手段を備えることにより、レーザビームオフの待機状態においては、レーザ発振しない程度の周波数にて放電を行うよう、スイッチング周波数を制御することができる。これにより、レーザビームオフの待機状態からレーザビームオン状態へ移行した後、短時間で所望のレーザビーム出力が得られるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１を示すガスレーザ発振器のスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振器のスイッチング電源装置の動作を説明するフローチャート図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振器のスイッチング電源装置のレーザ出力指令、制御基板の出力指令、インバータ回路の出力電力の時間変化の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１におけるガスレーザ発振器のスイッチング電源装置の回路構成を示すものである。図１に示すように、このスイッチング電源装置においては、コンバータ回路２、インバータ回路３、および昇圧トランス４による３つのブロックから構成される。コンバータ回路２は、交流電源１から入力される交流電圧を所望の直流電圧へ変換する。インバータ回路３は、前述の直流電圧を所望の周波数の交流に変換する。トランス４は、前述の交流電圧を所望の電圧へ昇圧する。そして、このスイッチング電源装置にて所望の周波数および電圧に変換された電力は、負荷となるガスレーザ発振器の放電電極５へ供給される。
【００１０】
インバータ回路３は、スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとダイオード３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを含む電気部品にて構成される。スイッチング素子３１ａ、３１ｄおよびスイッチング素子３１ｃ、３１ｂはそれぞれ直列に接続されて一相分のアームが構成され、コンバータ回路２の出力に並列に接続されている。ここで、スイッチング素子３１ａ〜３１ｄは耐圧を確保する為に、それぞれ複数のスイッチング素子が直列接続されている。また、ダイオード３２ａ〜３２ｄは還流電流を流すため、スイッチング素子３１ａ〜３１ｄに対して逆向きに、それぞれ並列に接続されている。
【００１１】
放電電極５は向かい合った一対の電極から成り、電極間に放電を発生させ、レーザ媒質であるレーザガスを励起しレーザ発振を行う。なお、放電中は内部に抵抗５１、リアクタンス５２、キャパシタ５３の電気的特性を含んでいるため、図１においては形式的に図示している。
【００１２】
また、このガスレーザ発振器は数値制御装置（ＮＣ）１２にて、例えばレーザビームのオン・オフを制御されている。ＮＣ１２から出力されたレーザビームのオン・オフ指令は、ガスレーザ発振器に設けられた、スイッチング素子３１ａ〜３１ｄにスイッチングのオン・オフ指令を出力する制御基板１１に与えられる。そして、制御基板１１は、レーザビームのオン時またはオフ時のそれぞれに設定された周波数で、スイッチング素子３１ａ〜３１ｄにオン・オフ指令を出力する。
【００１３】
次に、実施の形態１におけるガスレーザ発振器のスイッチング電源の動作について、図２のフローチャート（ＳＴＥＰ１〜６）を参照して説明する。
（ＳＴＥＰ１）⇔（ＳＴＥＰ２）
まず、ＮＣ１２よりガスレーザ発振器のオン指令が出されると、ガスレーザ発振器はレーザビームオフの待機状態となる。レーザビームオフの待機状態においては、ＮＣ１２からの指令に基づき、レーザ発振は起こらないが放電電極５にて放電を点灯させる程度の低い周波数ｆ１でインバータ回路３が動作するように、制御基板１１からスイッチング素子３１ａ〜３１ｄに、周波数ｆ１となるオン・オフ指令が出力される。そして、ＮＣ１２よりレーザビームオン指令が出されるまで、待機状態を維持する。
【００１４】
（ＳＴＥＰ２）⇒（ＳＴＥＰ３）⇔（ＳＴＥＰ４）
レーザ加工を開始するため、ＮＣ１２からレーザビームオン指令が出されると、レーザ発振が起こる程度の高い周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）でインバータ回路３を動作するように、制御基板１１からスイッチング素子３ａ〜３ｄに、周波数ｆ２となるオン・オフ指令が出力さる。これにより、放電電極５の電極間にて高周波で放電が発生しレーザ発振が起こり、所望のレーザ出力を得る。ここで、ＳＴＥＰ１にて、レーザビームオフの待機状態においても放電は維持されていたので、レーザ発振の立ち上がりは早く、すぐに所望のレーザ出力が得られる。そして、ＮＣ１２よりレーザビームオフ指令が出されるまで、レーザ発振状態を維持する。なお、周波数ｆ２は、レーザビームの出力に応じて変化する制御を行う場合もある。
【００１５】
（ＳＴＥＰ４）⇒（ＳＴＥＰ５）⇒（ＳＴＥＰ１）
レーザ加工中の加工ヘッドの早送り時やワーク交換時等、レーザ出力を一時的にオフしたい場合、ＮＣ１２よりレーザビームオフ指令が出力され、周波数ｆ１でインバータ回路３が動作するように、制御基板１１がスイッチング素子３１ａ〜３１ｄに、周波数ｆ１となるオン・オフ指令を出し、待機状態となる。
【００１６】
（ＳＴＥＰ５）⇒（ＳＴＥＰ６）
最終的にレーザ加工が完了した場合、ＮＣ１２よりガスレーザ発振器オフ指令が出力され、制御基板１１からスイッチング素子３１ａ〜３１ｄへの指令は停止し、スイッチング電源の動作は停止し、放電も停止する。
【００１７】
次に、レーザ出力指令に対する、制御基板１２のインバータ回路３への出力指令と、インバータ回路３の出力の出力電力を説明する。図３（ａ）はレーザ出力指令、図３（ｂ）は制御基板１２の出力指令、図３（ｃ）はインバータ回路３の出力電力の時間変化の関係を示したグラフである。
【００１８】
図３に示したとおり、レーザ出力が指令されている時間ｔ１およびｔ３の間においては、図３（ｂ）に示したとおり、制御基板１２より周波数ｆ２の出力指令がインバータ回路３に出力される。そして、図３（ｃ）に示したとおり、インバータ回路３からは周波数ｆ２の高周波電力がトランス４に出力されて、放電電極５にて周波数ｆ２で放電が発生する。これにより、所望のレーザ出力が得られる。
【００１９】
一方、レーザビームを出力しない時間ｔ２の間は、図３（ｂ）に示したとおり、制御基板１２より周波数ｆ１の出力指令がインバータ回路３に出力される。このとき、周波数ｆ１はレーザ発振しない程度の低い周波数（ｆ２＞ｆ１）である。そして、図３（ｃ）に示したとおり、インバータ回路３からは周波数ｆ１の低周波電力がトランス４に出力されて、放電電極５にて周波数ｆ１で放電が発生する。この場合、放電周波数が低いのでレーザ発振は行われない。
【００２０】
本実施の形態で説明したように、この発明に係るガスレーザ発振器においては、レーザビームオフの待機状態においても、放電電極５の放電を維持するために、レーザ発振をしない程度の周波数で電力を放電電極５に出力できるよう、レーザビームオン状態とオフ状態とに応じて、インバータ回路３のスイッチング周波数を切り替える制御基板１２を備えたものである。そして、レーザビームオフの待機状態においては、レーザ発振しない程度の周波数にて放電を行うよう、インバータ回路３のスイッチング周波数を制御した。これにより、レーザビームオフの待機状態からレーザビームオン状態へ移行した後、短時間で所望のレーザビーム出力が得られるという効果を得ることができる。
【００２１】
実施の形態２．
ガスレーザ発振器では負荷が放電電極５となり、放電電極５は放電時に図１に示したように、抵抗成分５１、リアクトル成分５２、コンデンサ成分５３を持つことになる。そのため、放電周波数ｆが変化すると、負荷に印加される電圧と電流の位相差θが変化する。共振周波数Ｆに放電周波数ｆが近付いてくると、インバータ回路のスイッチング素子３１ａ〜３１ｄにリカバリ電流が流れる領域となり、還流ダイオード３２ａ〜３２ｄの故障に繋がる恐れがある。このため、一般的なダイオードでは、放電周波数ｆを大きく下げることは困難であった。
【００２２】
本実施の形態においては、従来のダイオードに比べ、リカバリ電流に強いＳｉＣ等のワイドギャップ半導体をインバータ回路３の還流ダイオード３２ａ〜３２ｄに用いる事で、放電周波数ｆを大きく下げる事が可能となる。これによって、レーザビームオフの待機状態の放電周波数ｆ１を実施の形態１のものよりさらに低くすることができ、待機状態での消費電力をより削減する事ができる。
【００２３】
また、高耐圧・高効率であるワイドギャップ半導体をインバータ回路３のスイッチング素子へ採用する事で、実施の形態１に比べスイッチング素子の直列数を削減する事が可能となり、スイッチング電源装置の小型化・冷却機構の簡略化が可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１  交流電源
２  コンバータ回路
３  インバータ回路
４  昇圧トランス
５  放電電極
１１  制御基板
１２  数値制御装置（ＮＣ）
３１  スイッチング素子
３２  還流ダイオード
５１  放電電極の内部抵抗成分
５２  放電電極の内部リアクタンス成分
５３  放電電極の内部コンデンサ成分
【図１】
2015015325.tif 000003
【図２】
2015015325.tif 000004
【図３】
2015015325.tif 000005