(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードから出射されたレーザをワークに照射することで前記ワークを加工するレーザ加工装置のレーザダイオード駆動用電源であって、
スイッチング素子を有し、電流を前記レーザダイオードに供給する電力変換器と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部には、前記スイッチング素子のスイッチング周期として、レーザ加工の時定数の２倍した値よりも短い値が設定され、
前記レーザ加工の時定数は、前記ワークの加工に要求される面粗さを、前記ワークの移動速度で除した値であり、
前記制御部は、前記レーザダイオードに流れる電流を検出してフィードフォワード制御するとき、目標電流値に対して予め決められたスイッチング幅、又は予め決められたスイッチングのパターンで前記スイッチング動作を制御することを特徴とするレーザダイオード駆動用電源。
【請求項２】
レーザダイオードから出射されたレーザをワークに照射することで前記ワークを加工するレーザ加工装置のレーザダイオード駆動用電源であって、
スイッチング素子を有し、電流を前記レーザダイオードに供給する電力変換器と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部には、前記スイッチング素子のスイッチング周期として、レーザ加工の時定数の２倍した値よりも短い値が設定され、
前記レーザ加工の時定数は、前記ワークの加工に要求される面粗さを、前記ワークの移動速度で除した値であり、
前記制御部には、前記レーザダイオードに流れる電流を検出してフィードバック制御するとき、前記レーザダイオード駆動用電源が有するフィードバック制御系の応答時定数と前記スイッチング周期との和として、前記レーザ加工の時定数の２倍した値よりも短い値が設定されることを特徴とするレーザダイオード駆動用電源。
【請求項３】
レーザダイオードから出射されたレーザをワークに照射することで前記ワークを加工するレーザ加工装置のレーザダイオード駆動用電源であって、
スイッチング素子を有し、電流を前記レーザダイオードに供給する電力変換器と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部には、前記スイッチング素子のスイッチング周期として、レーザ加工の時定数の２倍した値よりも短い値が設定され、
前記レーザ加工の時定数は、前記ワークの加工に要求される面粗さを、前記ワークの移動速度で除した値であることを特徴とするレーザダイオード駆動用電源。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載のレーザダイオード駆動用電源を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
前記面粗さ及び前記移動速度を入力する項目が表示された入力画面を備えたことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワークを加工するレーザ加工装置のレーザダイオード駆動用電源及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）駆動用電源は、出力側に大容量のコンデンサを有する定電圧源によってＬＤに必要な電圧よりも高い直流電圧を出力し、ＬＤ及びレギュレータ回路にはこの直流電圧が印加される。従来のＬＤ駆動用電源は、レギュレータに印加される電圧を調整することによりＬＤに流れる電流を調整する。レギュレータはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及びトランジスタといった半導体素子で構成され、従来のＬＤ駆動用電源は、レギュレータの制御によって電流値を高速に変更可能である。ただしレギュレータに流れる電流が損失となるため電源効率が悪くなる。【０００３】
特許文献１に開示される定電流方式のＬＤ用電源制御装置は、レーザダイオードに電力を供給する電源と、レーザダイオードと電源との間に挿入された電流制御用スイッチング素子及びリアクトルと、電流検知器と、電流制御用スイッチング素子及びリアクトルの直列回路に並列接続されたダイオードとを備え、電源出力側に大容量のコンデンサを設けず、定電流動作を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４５６１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ加工では、加工ヘッドがワークに対して移動し、又はワークが加工ヘッドに対して移動することによって、ワークの加工が行われる。特許文献１に開示される定電流方式のＬＤ駆動用電源では、スイッチング制御によって電流値を高速に変化させるとき、スイッチング素子のオンオフに伴って電流リプルが大きくなり、ＬＤに流れる電流値が変動して、ＬＤ出力値すなわちレーザ強度が変動する。特許文献１に開示されるＬＤ駆動用電源では、ＬＤ出力値の変動により、加工に要求される加工面粗さを満たすことができない場合があるという課題がある。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＬＤ出力値の変動を低減できるレーザダイオード駆動用電源を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザダイオード駆動用電源は、レーザダイオードから出射されたレーザをワークに照射することでワークを加工するレーザ加工装置のレーザダイオード駆動用電源であって、スイッチング素子を有し、電流をレーザダイオードに供給する電力変換器と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部とを備え、制御部には、スイッチング素子のスイッチング周期として、レーザ加工の時定数の２倍した値よりも短い値が設定され、レーザ加工の時定数は、ワークの加工に要求される面粗さを、ワークの移動速度で除した値であり、制御部は、レーザダイオードに流れる電流を検出してフィードフォワード制御するとき、目標電流値に対して予め決められたスイッチング幅、又は予め決められたスイッチングのパターンでスイッチング動作を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るレーザダイオード駆動用電源は、ＬＤ出力値の変動を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源の構成図
【図２】図１に示す電力変換器の第１の構成例を示す図
【図３】図２に示す電力変換器を用いた場合における出力電流波形を説明するための図
【図４】図１に示す電力変換器の第２の構成例を示す図
【図５】図４に示す電力変換器を用いた場合における出力電流波形を説明するための図
【図６】図１に示す制御部の第１の構成例を示す図
【図７】図１に示す制御部の第２の構成例を示す図
【図８】スイッチング周期と出力電流の変動とスイッチング素子のオン時間とスイッチング素子のオフ時間との関係を示す図
【図９】図１に示す制御部の第３の構成例を示す図
【図１０】電力変換器の出力電流の変動がワークの加工に与える影響について説明するための図
【図１１】本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源の変形例を示す図
【図１２】図１１に示すＬＤの電流電圧波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源及びレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源の構成図である。図１に示されるレーザ加工装置２００は、レーザダイオード駆動用電源１００と、レーザダイオード駆動用電源１００から供給される電流によりレーザを出射するレーザダイオードであるＬＤ２０と、ワーク３００を加工するための加工ヘッド２２と、ＬＤ２０から出射されたレーザを加工ヘッド２２で伝送する光学結合系及び光増幅器の一例であるファイバ２１とを備える。
【００１２】
レーザダイオード駆動用電源１００は、電力変換器１０と、電力変換器１０内のスイッチング素子のオンオフ動作を制御する制御部１１とを備える。電力変換器１０は、電流検出器１３で検出された電流値を電流指令値と比較することにより、電力変換器１０に設けられるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。電力変換器１０は、スイッチング素子をオンオフ動作させることによって、交流電源４００から供給される交流電力を直流電力に変換する定電流方式の電力変換器である。
【００１３】
ＬＤ２０から出力されたレーザは、ファイバ２１によって加工ヘッド２２まで伝送され、加工ヘッド２２内のレンズ２３によりワーク３００上に集光される。これによりワーク３００の切断加工が行われる。ワーク３００の加工時には、レーザの集光位置をワーク３００上で移動させる必要があるため、ワーク３００を移動させる不図示のワーク移動機構上にワーク３００が設置され、又はレーザ加工装置２００には加工ヘッド２２を移動させる不図示のヘッド移動機構が設けられるものとする。
【００１４】
図２は図１に示す電力変換器の第１の構成例を示す図である。図２に示す電力変換器１０−１は、非絶縁型の降圧チョッパ方式の電力変換器である。電力変換器１０−１は、交流電源４００から供給される交流電力を整流する整流回路１と、整流回路１に並列接続されたコンデンサ２と、スイッチング素子３と、チョッパダイオード４と、リアクトル５とを備える。
【００１５】
スイッチング素子３のドレインは、整流回路１とコンデンサ２の一端とに接続される。スイッチング素子３のソースは、チョッパダイオード４のカソードとリアクトル５の一端とに接続される。チョッパダイオード４のアノードはコンデンサ２の他端とＬＤ２０のカソードとに接続される。リアクトル５の他端はＬＤ２０のアノードに接続される。
【００１６】
図３は図２に示す電力変換器を用いた場合における出力電流波形を説明するための図である。図３には、加工指令１２である電流指令と、図１に示す制御部１１で生成されるスイッチング素子駆動信号と、電力変換器１０−１の出力電流波形とが示される。また図３には、リアクトルが大きい場合のスイッチング素子駆動信号及び出力電流波形が示され、リアクトルが小さい場合のスイッチング素子駆動信号及び出力電流波形が示される。
【００１７】
電流指令が制御部１１に入力されて電流が急速に立ち上がる場合、スイッチング素子３は特定のスイッチング周期でスイッチング動作を開始する。それに従って出力電流波形は図３に示すように立ち上がる。電流波形はスイッチング素子のオンオフ動作に起因して変動し、これを電流リプルと称する。電流リプルはリアクトルを大きくすると変動幅を抑制できるが、出力電流の立ち上がりが遅くなる。リアクトルを小さくすると出力電流の立ち上がりが速くなるため、出力電流は短時間で電流目標値に達するが、リアクトルが小さくなるほど電流リプルが大きくなる。
【００１８】
図４は図１に示す電力変換器の第２の構成例を示す図である。図４に示す電力変換器１０−２は、絶縁型の電力変換器であり、整流回路１で整流された電力をインバータ６により交流電力に変換し、トランス７を介して再び整流する方式である。トランス７の二次側に出力される電流はダイオード８又はダイオード９とリアクトル５とを介してＬＤ２０に流れる。出力電圧はトランス７の巻数比で調整され、出力電流はインバータ６内の複数のスイッチング素子のスイッチング周期に対するオン時間の割合で調整される。
【００１９】
図５は図４に示す電力変換器を用いた場合における出力電流波形を説明するための図である。図５には、電流指令と、インバータ６の出力電圧波形と、電力変換器１０−２の出力電流波形とが示される。
【００２０】
インバータ６がフルブリッジ構成であるため、インバータ６の出力電圧波形は図５のようにプラスマイナスの矩形波となる。この矩形波のパルス幅を調整することで出力が調整される。ここで、インバータ６の出力電圧が正側と負側とで非対称となった場合、トランス７に流れる電流には一時的に直流成分が生じる。直流成分が生じるとトランス７のコアが偏磁し、電流値が強くなると飽和してしまうため、電流の短絡事故が発生する可能性がある。このため、トランス７の出力波形は正側と負側とで対称にしなければならない。電力変換器１０−２のスイッチング周期は、正側出力及び負側出力の１組分の時間、すなわち図５に示すインバータ周期に等しい。
【００２１】
以下ではスイッチング素子３の動作を制御する制御部の構成例を説明する。
【００２２】
図６は図１に示す制御部の第１の構成例を示す図である。図６に示す制御部１１−１は、非絶縁型の降圧チョッパ方式の電力変換器１０−１を一定周波数でのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動する制御回路の一例である。
【００２３】
制御部１１−１は、電流検出器１３で検出された電流を増幅する増幅器３１と、増幅器３１で増幅された電流と電流指令値３５とを比較してその誤差に応じた信号を増幅して出力する誤差増幅回路３２と、三角波発生器３４と、ＰＷＭ発生回路３３と、駆動回路３０とを備える。
【００２４】
ＰＷＭ発生回路３３は、三角波発生器３４から出力された三角波と誤差増幅回路３２から出力された信号とを比較して誤差増幅回路３２の出力信号に応じたパルス幅のＰＷＭ信号を出力する。駆動回路３０は、ＰＷＭ発生回路３３から出力されたＰＷＭ信号をスイッチング素子３の駆動信号に変換する。
【００２５】
電流検出器１３で検出された電流は、誤差増幅回路３２で電流指令値３５と比較され、その誤差に応じた信号がＰＷＭ発生回路３３に入力される。ＰＷＭ発生回路３３では、三角波と誤差増幅回路３２の出力値とが比較され、誤差増幅回路３２の出力信号に応じたパルス幅のＰＷＭ信号が出力される。ＰＷＭ信号が駆動回路３０で増幅されて駆動信号に変換され、駆動信号によってスイッチング素子３が駆動される。このような回路の場合、三角波発生器３４の周波数は、スイッチング素子３のスイッチング周波数に等しい。
【００２６】
図７は図１に示す制御部の第２の構成例を示す図である。図７に示す制御部１１−２は、三角波による一定周波数駆動ではなく、制御部１１−２に駆動の基準周波数回路を持たない制御回路の一例である。制御部１１−２のように周波数が変化する回路においても、スイッチング素子３のスイッチング周波数は定義可能である。
【００２７】
制御部１１−２は、駆動回路３０、増幅器３１及びコンパレータ３６を備える。制御部１１−２では、電流検出器１３で検出された電流がコンパレータ３６によって電流指令値３５と比較され、電流検出器１３で検出された電流が電流指令値３５よりも大きい場合、スイッチング素子３がオフとなり、電流検出器１３で検出された電流が電流指令値３５よりも小さい場合、スイッチング素子３がオンとなるように制御される。
【００２８】
ここで、コンパレータ３６には２つの抵抗器Ｒ１，Ｒ２が接続されており、コンパレータ３６の入出力にヒステリシスが生じる。電流指令値をＩとし、ヒステリシス付きのコンパレータ３６による電流変動幅をｄＩとすると、電流指令値Ｉと電流変動幅ｄＩとの間には下記（１）式の関係が成り立つ。
【００２９】
【数１】
0006272577.tif 000002
【００３０】
リアクトル５のインダクタンスをＬとし、電力変換器１０−１の入力電圧をＶｉｎとし、電力変換器１０−１の出力電圧すなわちＬＤ２０の順方向電圧をＶｏｕｔとし、チョッパダイオード４の順方向電圧をＶｄとしたとき、スイッチング素子３がオン時の出力電流の電流変動幅ｄＩは、下記（２）式で表される。またスイッチング素子３がオフ時の出力電流の電流変動幅ｄＩは、下記（３）式で表される。
【００３１】
【数２】
0006272577.tif 000003
【００３２】
【数３】
0006272577.tif 000004
【００３３】
図８はスイッチング周期と出力電流の変動とスイッチング素子のオン時間とスイッチング素子のオフ時間との関係を示す図である。上記（２）式のｄｔｏｎはスイッチング素子３のオン時間であり、上記（３）式のｄｔｏｆｆはスイッチング素子３のオフ時間であり、スイッチング周期ｄｔは、ｄｔ＝ｄｔｏｎ＋ｄｔｏｆｆで求められる。上記（２）式及び（３）式では電流が定常的に安定して流れている状況を想定し、回路の抵抗損失を無視している。上記（２）式及び（３）式から、スイッチング周期ｄｔは下記（４）式で表される。
【００３４】
【数４】
0006272577.tif 000005
【００３５】
図９は図１に示す制御部の第３の構成例を示す図である。図９に示す制御部１１−３は、マイコン及びＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）といった回路で構成されている。電流検出器１３で検出された電流はＡＤ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器４３によってデジタル信号に変換され、変換された値と電流指令値４４との差が減算器４５により求められ、当該差分に従って制御器４６ではスイッチング素子３の制御信号が生成される。
【００３６】
この制御信号は、一般的には発振器４１から出力される一定周波数の信号に基づいて、ＰＷＭ信号生成器４２でＰＷＭ信号に変換され、スイッチング素子３の駆動回路３０に入力される。この回路構成の内、一部をデジタル回路として構成するか、又は全てをＦＰＧＡの内部で処理するかは任意である。
【００３７】
このような回路の場合、発振器４１から出力される信号の周期がスイッチング素子３のスイッチング周波数に等しい。発振器４１から出力される信号は、一般にはデジタル回路の内部で生成されるが、結果的にこの信号によってスイッチング素子３をＰＷＭ駆動できるため、この信号の周波数を測定すれば、レーザ加工の時定数の同定は可能である。レーザ加工の時定数は、ワーク３００の加工に要求される面粗さを、ワーク３００の移動速度で除した値である。レーザ加工の時定数の詳細は後述する。
【００３８】
次に電力変換器１０−１の出力電流の電流変動幅ｄＩがワーク３００の加工に与える影響について説明する。
【００３９】
図１０は電力変換器の出力電流の変動がワークの加工に与える影響について説明するための図である。図１０には上から順に、電力変換器１０−１の出力電流の変動と、加工面荒さが小さいときの凹凸面と、加工面荒さが大きいときの凹凸面とが示される。
【００４０】
レーザ加工では、静止状態のワーク３００に対して加工ヘッド２２が移動することによってワーク３００が切断され、又は静止状態の加工ヘッド２２に対してワーク３００が移動することによってワーク３００が切断される。そのとき、ＬＤ２０に流れる電流値が変動することによって、ＬＤ出力値すなわちレーザ強度が変動する。そのため図１０の上から１つ目に示す出力電流の変動は、ＬＤ２０のレーザ強度の変動に等しいと言える。レーザ強度の変動の周期はｄｔｐであり、スイッチング周期に相当する。この周期ｄｔｐを、スイッチング時定数又はスイッチング周期と称する場合がある。
【００４１】
ワーク３００及び加工ヘッド２２が相対的に移動するときのレーザ強度の変動によって、加工溝の幅が広くなり又は狭くなる様子が、図１０の上から２つ目と３つ目に示される。隣接する複数の大小の円は互いに接している。これは、レンズ２３の焦点位置におけるレーザのビーム形状が円形と考えてよく、ワーク３００に照射される円形のレーザの幅が時間の経過と共に変動するためである。
【００４２】
レーザ強度の変動の周期をｄｘとすると、周期ｄｘと周期ｄｔｐとの関係は、下記（５）式に示すように、ワーク３００及び加工ヘッド２２が相対的に移動する移動速度ｖＬに依存する。
【００４３】
【数５】
0006272577.tif 000006
【００４４】
周期ｄｘはいわゆる面粗さではなく、加工面に現れる「うねり」のようなものである。一方、加工時は、加工面の仕上げ精度として加工の「面粗さ」が問われることが多い。面粗さには様々な定義が存在するが、面粗さｄｚは、ワーク３００の上面、すなわちワーク３００の加工ヘッド２２と対向する面において、レーザの出射方向と直交する方向における凸凹状の起伏部の底部から頂部までの幅として定義できる。図１０に示すように面粗さｄｚは、焦点位置におけるレーザのビーム形状が最も小さいときとビーム形状が最も大きいときとの差分に相当する。
【００４５】
周期ｄｘと面粗さｄｚとには、レーザの変動が関係すると共に、レーザ加工時の加工現象が関係するため、周期ｄｘ及び面粗さｄｚの関係は単純に表すことはできない。しかしながら、図１０の上から３つ目に示されるように面粗さｄｚが大きくなるような場合を考えると、面粗さｄｚと周期ｄｘの間には下記（６）式の関係がある。
【００４６】
【数６】
0006272577.tif 000007
【００４７】
ここで、加工性能の面粗さとして、ｄｚ０の面粗さが要求される場合、レーザ加工後の表面の面粗さｄｚは、要求面粗さｄｚ０よりも小さくする必要がある。そのため面粗さｄｚは、最大でｄｘ／２の大きさとなりうるので、周期ｄｘは下記（７）式を満たす必要がある。
【００４８】
【数７】
0006272577.tif 000008
【００４９】
上記（５）式に示す周期ｄｘと周期ｄｔｐの関係より、上記（７）式は下記（８）式で表すことができる。
【００５０】
【数８】
0006272577.tif 000009
【００５１】
ここでレーザ加工の時定数ｄｔｍを下記（９）式に定義する。移動速度ｖＬは加工時における移動機構の最大の移動速度である。（９）式によれば、レーザ加工の時定数ｄｔｍは、加工現象として目標とすべき長さである「面粗さ」を加工速度で割ったものと理解できる。
【００５２】
【数９】
0006272577.tif 000010
【００５３】
このように定義したレーザ加工の時定数ｄｔｍとスイッチング周期ｄｔｐとは下記（１０）式の関係にある。
【００５４】
【数１０】
0006272577.tif 000011
【００５５】
上記（１０）式の関係は次のことを意味している。すなわちワーク３００とレーザ光とを相対的に移動させてレーザ加工を行う場合、必要とされる面粗さを実現するためには、レーザダイオード駆動用電源１００のスイッチング周期ｄｔｐは、レーザ加工の時定数ｄｔｍを２倍した値、すなわち要求面粗さｄｚ０を移動速度ｖＬで割ったものを２倍した値よりも小さくする必要がある。
【００５６】
なお、スイッチング周期ｄｔが加工の品質に影響を与えることは前述した通りであるが、レーザ加工の時定数ｄｔｍ以外の時定数が加工に影響を与える場合がある。レーザダイオード駆動用電源１００が出力電流を制御するため、検出された電流値を用いてフィードバック制御を行う場合、スイッチング周期ｄｔだけでなく、電流値が検出されてからスイッチング動作に反映されるまでのフィードバック時間、すなわち電力変換器１０が備えるフィードバック制御系の処理に要する時間も考慮する必要がある。従って、制御系において十分長い時定数で積算処理が行われている場合、レーザ加工の時定数ｄｔｍには、スイッチング周期ｄｔに制御系の応答時定数を加えた値を用いる必要がある。すなわちレーザ加工の時定数ｄｔｍは、フィードバック制御系の応答時定数を含む。本実施の形態に係る制御部には、レーザダイオードに流れる電流を検出してフィードバック制御するとき、レーザダイオード駆動用電源が有するフィードバック制御系の応答時定数とスイッチング周期との和として、レーザ加工の時定数の２倍した値よりも短い値が設定される。
【００５７】
本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源１００は、フィードバック時間とスイッチング周期とを足し合わせた時間を、レーザ加工の時定数ｄｔｍを２倍した値よりも小さくすることにより、電流変動による加工面粗さへの影響を抑制することができる。
【００５８】
なおフィードバック制御の場合、フィードバック系の時定数による遅れを考慮する必要があり、また制御系によっては電流値が安定するまでにスイッチング周期が数周期分かかる場合もあり、電流値の高速な制御という意味では不利な場合が多い。これに対してフィードフォワード制御の場合、すなわち目標電流値に対して予め決められたスイッチング幅、又は予め決められたスイッチングのパターンでスイッチングを行うとき、フィードバックを行う必要がないので、電流変動による加工面粗さへの影響をより一層抑制できる。
【００５９】
ここまでは定電流方式の電力変換器を用いたレーザダイオード駆動用電源の構成例を説明したが、本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源には定電圧方式の電力変換器を用いてもよい。以下では定電圧方式の電力変換器を用いたレーザダイオード駆動用電源の構成例を説明する。
【００６０】
図１１は本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源の変形例を示す図である。図１１に示すレーザダイオード駆動用電源１００Ａは、定電圧方式の昇圧チョッパ型のスイッチング電源である。レーザダイオード駆動用電源１００Ａは、電力変換器１０Ａ及び制御部１１Ａを備える。制御部１１Ａには、図１に示す制御部１１と同様に、スイッチング素子のスイッチング周期として、レーザ加工の時定数の２倍した値よりも短い値が設定される。
【００６１】
電力変換器１０Ａは、整流回路１、コンデンサ２、リアクトル５ａ、スイッチング素子３ａ、ダイオード４ａ、コンデンサ１５及び電圧検出器１４を備える。制御部１１Ａは、図６に示す制御部１１−１の構成要素に加えて、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）３７を備える。
【００６２】
電圧検出器１４はコンデンサ１５の両端電圧を検出し、検出された電圧が制御部１１Ａにおけるフィードバック制御に用いられる。ここで、コンデンサ１５のキャパシタンスが十分大きな値に設定されている場合、出力電圧は一定に保たれ電圧リプルが発生しないため、コンデンサ１５のキャパシタンスは比較的小さい値に設定されているものと仮定する。すなわちコンデンサ１５は電力変換器１０Ａの出力電圧に対して十分な容量がないものとする。また制御部１１Ａは、電力変換器１０Ａの出力電圧をフィードバック制御しているが、電圧は変動しているため、増幅器３１と誤差増幅回路３２との間にはＬＰＦ３７が設けられている。
【００６３】
図１２は図１１に示すＬＤの電流電圧波形を示す図である。図１２に示すようにＬＤ２０の電流電圧波形は、ＬＤ２０の電流電圧特性により、ＬＤ電圧が僅かに変化してもＬＤ電流は大きく変化する。すなわちこの状況は、レーザダイオード駆動用電源１００ＡによってＬＤ電圧が一定に制御されているもののコンデンサ１５に十分な容量がないため、ＬＤ電圧に僅かな変動が発生していることを意味する。そのためＬＤ２０の電流電圧特性により、ＬＤ電流は、大きく変動して電流リプルが生じるため、電流リプルが加工に影響を及ぼすレベルとなる。この加工への影響を抑えるためには、レーザダイオード駆動用電源１００Ａのスイッチング周波数を十分に高くしなければならない。
【００６４】
なお本実施の形態では、スイッチング素子のスイッチング周期がレーザ加工の時定数の２倍した値よりも短い値に設定されているが、スイッチング素子のスイッチング周期はこれに限定されず、レーザ加工の時定数のｎ倍した値よりも短い値に設定されていればよい。ただしｎは１より大きい値である。このようにスイッチング素子のスイッチング周期が、レーザ加工の時定数のｎ倍した値よりも短い値に設定されていれば、電流変動による加工面粗さへの影響を抑制することができる。
【００６５】
なお本実施の形態に係るレーザ加工装置２００には、面粗さｄｚ及び移動速度ｖＬを入力する項目が表示された入力画面を設けてもよい。当該入力画面を設けることにより、任意の値の面粗さｄｚ及び移動速度ｖＬを入力でき、面粗さｄｚ及び移動速度ｖＬを変化させた場合でも、電流変動による加工面粗さへの影響を抑制することができる。
【００６６】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  整流回路、２  コンデンサ、３，３ａ  スイッチング素子、４  チョッパダイオード、４ａ  ダイオード、５，５ａ  リアクトル、６  インバータ、７  トランス、１０，１０−１，１０−２，１０Ａ  電力変換器、１１，１１−１，１１−２，１１−３，１１Ａ  制御部、１２  加工指令、１３  電流検出器、１４  電圧検出器、１５  コンデンサ、２０  ＬＤ、２１  ファイバ、２２  加工ヘッド、２３  レンズ、３０  駆動回路、３１  増幅器、３２  誤差増幅回路、３３  ＰＷＭ発生回路、３４  三角波発生器、３５  電流指令値、３６  コンパレータ、３７  ＬＰＦ、４１  発振器、４２  ＰＷＭ信号生成器、４３  ＡＤ変換器、４４  電流指令値、４６  制御器、１００，１００Ａ  レーザダイオード駆動用電源、２００  レーザ加工装置、３００  ワーク、４００  交流電源、Ｒ１，Ｒ２  抵抗器。
【要約】
ＬＤ２０から出射されたレーザをワーク３００に照射することでワーク３００を加工するレーザ加工装置２００のレーザダイオード駆動用電源１００であって、スイッチング素子を有し、電流をＬＤ２０に供給する電力変換器１０と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部１１とを備え、制御部１１には、スイッチング素子のスイッチング周期として、レーザ加工の時定数のｎ倍した値よりも短い値が設定され、ｎは１より大きい値であり、レーザ加工の時定数は、ワーク３００の加工に要求される面粗さを、ワーク３００の移動速度で除した値であることを特徴とする。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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