(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードに電流を供給する定電流源と、
前記レーザダイオードに並列に接続されるスイッチング素子と、
前記定電流源を制御すると共に前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記定電流源から出力される電流を制御するための第１の電流指令値及び第２の電流指令値を比較し、
前記第１の電流指令値の後に入力される前記第２の電流指令値が前記第１の電流指令値よりも小さい場合、前記レーザダイオードの出力が無いときに前記レーザダイオードに電流が流れる電圧から前記レーザダイオードの発振閾値未満の電圧を前記レーザダイオードに印加することを特徴とするレーザダイオード駆動用電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記レーザダイオードの出力が無いときに、ゲート閾値電圧からゲート飽和圧までの電圧に相当する駆動信号を前記スイッチング素子に印加することを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード駆動用電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記駆動信号の値を一定に維持することを特徴とする請求項２に記載のレーザダイオード駆動用電源装置。
【請求項４】
レーザダイオードの特性の変化に対応した発振閾値電圧となるように前記駆動信号の値を変えることを特徴とする請求項２に記載のレーザダイオード駆動用電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記レーザダイオードの出力が無いときに、小から大に変化する駆動信号を前記スイッチング素子に印加することを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード駆動用電源装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載のレーザダイオード駆動用電源装置を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオードを駆動する定電流方式のレーザダイオード駆動用電源装置及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されるレギュレータ方式のレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）駆動用電源装置は、リップル及びノイズが少なく過渡応答が良いが、定電圧源の電圧を降圧させる際に生じる損失が大きく電力変換効率が低い。そのため近年では電力変換効率の向上のため、スイッチング方式のＬＤ駆動用電源装置が多く用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１３０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のスイッチング方式のＬＤ駆動用電源装置は、高出力のレーザを得るため、ＬＤを直列又は並列に複数配列して構成されたＬＤモジュールが用いられ、当該ＬＤモジュールに並列接続されたスイッチング素子をオンオフ動作させることにより、ＬＤモジュールへの電流経路を高速に切り替える。このようなスイッチング方式のＬＤ駆動用電源装置では、パルス駆動周波数が高い電流駆動波形を出力する際のリップル電流を緩和するため、平滑リアクトルのインダクタンス値が大きな値に設定されている。そして、電流指令値がゼロの期間では、ＬＤモジュールに並列接続されたスイッチング素子がオンとなり、平滑リアクトルに蓄積されたエネルギーが平滑リアクトルとスイッチング素子との閉回路に還流する。ところが、当該閉回路の抵抗は小さく、また当該閉回路の内部インピーダンス及びインダクタンスも小さいため、当該閉回路では、平滑リアクトルから放出されるエネルギーの消費が少ない。この状態で前回の第１の電流指令値よりも低い値の第２の電流指令値が電源装置に入力されたとき、当該閉回路で消費されなかったエネルギーにより、パルス状の微小電流がＬＤ駆動電流に重畳され、第２の電流指令値で設定される電流よりも大きなＬＤ駆動電流がＬＤに流れる。従来のスイッチング方式のＬＤ駆動用電源装置では加工形状に合わせてレーザ出力を変化させる必要があるため、このようなＬＤ駆動電流がＬＤモジュールに供給されるとワークの加工不良を招く可能性がある。そのため、従来のスイッチング方式のＬＤ駆動用電源装置では、ＬＤ駆動電流が特定の値に低下するまで待機時間を設け、この待機時間が経過した後にスイッチング素子をオフにする必要があるため、加工条件を高速に切り替えることができず、ワークの加工速度が低下するという課題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワークの加工速度を向上できるレーザダイオード駆動用電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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装置は、レーザダイオードに電流を供給する定電流源と、レーザダイオードに並列に接続されるスイッチング素子と、定電流源を制御すると共にスイッチング素子のオンオフを制御する制御部とを備え、制御部は、定電流源から出力される電流を制御するための第１の電流指令値及び第２の電流指令値を比較し、第１の電流指令値の後に入力される第２の電流指令値が第１の電流指令値よりも小さい場合、レーザダイオードの出力が無いときにレーザダイオードに電流が流れる電圧からレーザダイオードの発振閾値未満の電圧をレーザダイオードに印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るレーザダイオード駆動用電源装置は、ワークの加工速度を向上できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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装置及びレーザ加工装置の構成図
【図２】比較例に係るスイッチング方式のレーザ加工装置の動作を示すタイミングチャート
【図３】図１に示すＬＤの特性を示す図
【図４】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装置によるスイッチング素子の制御動作を説明するための図
【図５】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の動作を示すタイミングチャート
【図６】スイッチング素子の導通抵抗を制御する前後のＬＤのＶＩ特性を示す図
【図７】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装置の制御部の第１のハードウェア構成例を示す図
【図８】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装置の制御部の第２のハードウェア構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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装置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。
【００１０】
実施の形態．
図１は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装置及びレーザ加工装置の構成図である。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装置１００と、レーザダイオード駆動用電源装置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へ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。以下ではレーザダイオード駆動用電源装置を単に「電源装置」と称する場合がある。
【００１１】
電源装置１００は、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源１０と、定電流源１０からＬＤ２０に供給される電流を検出して電流値３ａとして出力する電流検出部１１とを備える。また電源装置１００は、定電流源１０とＬＤ２０との間に設けられＬＤ２０に並列接続されるスイッチング素子１２と、ＬＤ２０の出力を制御するために定電流源１０から出力される電流の値を制御すると共にスイッチング素子１２のオンオフを制御する制御部１３とを備える。
【００１２】
制御部１３は、加工指令である電流指令値１３１ａ及びビームオン信号１３１ｂを出力する加工指令出力部１３１と、ビームオン信号１３１ｂをスイッチング素子１２の駆動可能な駆動信号１３３ａに変換して出力するスイッチング素子駆動回路１３３と、電流指令値１３１ａに応じて定電流源１０の動作を制御することによりＬＤ２０に供給される電流の値を制御する電流制御部１３４とを備える。電流指令値１３１ａは、ＬＤ２０に供給される電流を制御するための指令値である。ビームオン信号１３１ｂは、ＬＤ２０からレーザビームを出射するための信号であり、後述する駆動信号１３３ａと相似の矩形状の信号である。電流制御部１３４は、電流検出部１１で検出された電流値３ａが電流指令値１３１ａと一致するように定電流源１０の動作を制御するための駆動信号を出力する。
【００１３】
定電流源１０は、電流制御部１３４から出力される駆動信号に基づき交流電源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。定電流源１０は、交流電源４００から供給される交流電力を整流する整流部１０１と、単相のフルブリッジインバータ動作をすることにより整流部１０１から出力される電力を交流電力に変換するスイッチング回路１０２とを備える。また定電流源１０は、スイッチング回路１０２から出力された交流電圧を整流する整流回路１０３と、整流回路１０３で整流された電圧を平滑する平滑回路１０４とを備える。
【００１４】
整流部１０１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に並列接続された平滑コンデンサ２とを備える。スイッチング回路１０２は絶縁型の電力変換部である。スイッチング回路１０２は、電流制御部１３４から出力される駆動信号に基づき、整流部１０１で整流された電圧を交流電圧に変換する単相フルブリッジインバータ回路３と、単相フルブリッジインバータ回路３で変換された電圧を巻線比に対応した特定の値の電圧に変換するトランス４とを備える。トランス４の出力電圧はトランス４の巻数比で調整され、トランス４の出力電流は単相フルブリッジインバータ回路３を構成する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。
【００１５】
整流回路１０３は４つのダイオードで構成される全波整流回路であるが、整流回路１０３の構成はこれに限定されるものではなく、整流回路１０３には、ダイオードの代わりに金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタであるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いてもよい。
【００１６】
平滑回路１０４は、一端が整流回路１０３に接続され他端がＬＤ２０の一端に接続されるリアクトル５と、平滑コンデンサ６とを備える。平滑コンデンサ６の一端はリアクトル５の他端に接続されると共にＬＤ２０の一端に接続され、平滑コンデンサ６の他端は整流回路１０３に接続されると共にＬＤ２０の他端に接続される。
【００１７】
このように構成されたレーザ加工装置２００では、電源装置１００からＬＤ２０に電流が供給されることにより、ＬＤ２０からレーザが出射され、ＬＤ２０から出射されたレーザは、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。
【００１８】
電源装置１００からＬＤ２０に供給される電流の値は電流検出部１１により検出され、制御部１３の電流制御部１３４は、電流検出部１１で検出された電流値３ａが電流指令値１３１ａと一致するように、単相フルブリッジインバータ回路３を構成する複数のスイッチング素子のオン時間を調整する。またスイッチング素子１２がオフのときには定電流源１０から出力された電流がＬＤ２０に流れ、スイッチング素子１２がオンのときにはＬＤ２０に電流が流れない。このようにしてＬＤ２０に流れる電流が調整される。すなわち電源装置１００では、レーザのパルス駆動時にはスイッチング素子１２のオンオフによって、定電流源１０の出力電流が流れる電流経路が切り替えられる。電流経路が瞬時に切り替えられることによりＬＤ２０への電流を高速に立ち下げ又は立ち上げることができる。なおＬＤ２０の駆動電流が大きい場合にはスイッチング素子１２をオフする際に生ずるサージ電圧を抑制するためにスイッチング素子１２へスナバ回路を設けてもよい。
【００１９】
このように構成されたスイッチング方式のレーザ加工装置２００では、前述したように出力リップル電流を緩和するため、平滑回路１０４のリアクトル５のインダクタンス値が大きな値に設定されている。図２は比較例に係るスイッチング方式のレーザ加工装置の動作を示すタイミングチャートである。図２には、上から順に、電流制御部１３４に入力される電流指令値１３１ａと、スイッチング素子１２の駆動信号１３３ａと、リアクトル５に蓄えられたエネルギーが放出されるときに電流検出部１１で検出される電流値であるリアクトル電流と、ＬＤ２０に流れる電流であるＬＤ駆動電流と、レーザ出力とが示される。
【００２０】
図２に示すように、比較例に係るスイッチング方式のレーザ加工装置では、時刻ｔ１のタイミングでスイッチング素子１２がオンからオフに切り替えられると共に、電流指令値１３１ａである第１の電流指令値Ｉ１が出力されたとき、リアクトル電流及びＬＤ駆動電流が流れて一定のレーザ出力が得られる。
【００２１】
また比較例に係るスイッチング方式のレーザ加工装置では、時刻ｔ１から一定時間経過した後の時刻ｔ２のタイミングでスイッチング素子１２がオフからオンに切り替えられると共に、電流指令値１３１ａがゼロにされたとき、リアクトル５及びスイッチング素子１２により形成される閉回路には、リアクトル５に蓄積されたエネルギーが還流する。ところが当該閉回路の抵抗は小さく、また当該閉回路の内部インピーダンス及びインダクタンスも小さいため、当該閉回路ではエネルギーの消費が少ない。従って当該閉回路には、符号Ｌｉで示すようなリアクトル電流が流れ続ける。
【００２２】
この状態で、時刻ｔ２から一定時間経過した後の時刻ｔ３のタイミングでスイッチング素子１２がオンからオフに切り替えられると共に第２の電流指令値Ｉ２が入力されると、高い値のリアクトル電流Ｌｉにより、符号Ｄｉで示すＬＤ駆動電流に符号ΔＤｉで示す微小電流が重畳された形となり、第２の電流指令値Ｉ２で設定された値よりも高いＬＤ駆動電流が流れる。第２の電流指令値Ｉ２は、第１の電流指令値Ｉ１よりも小さい電流指令値１３１ａである。スイッチング方式のレーザ加工装置では、加工形状に合わせてレーザ出力を変化させる必要があるため、このようなＬＤ駆動電流がＬＤに供給されるとワーク３００の加工不良を招く可能性がある。そのため、スイッチング方式のレーザ加工装置では、ＬＤ駆動電流が第２の電流指令値Ｉ２で設定された値に低下するまで待機時間を設け、この待機時間が経過した後にスイッチング素子１２をオフにする必要があるため、加工条件を高速に切り替えることができず、ワーク３００の加工速度が低下し、加工製品の生産性が低下するという課題があった。
【００２３】
これに対して本実施の形態に係るレーザ加工装置２００の制御部１３は、第２の電流指令値Ｉ２と第１の電流指令値Ｉ１と比較し、第２の電流指令値Ｉ２が第１の電流指令値Ｉ１よりも小さい場合、ＬＤ２０の出力が無いときにＬＤ２０に電流が流れる電圧からＬＤ２０の発振閾値未満の電圧をＬＤ２０に印加するように構成されている。これにより、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間にリアクトル５から放出されるエネルギーをＬＤ２０で消費させることができる。従って上記の待機時間を短くでき、スイッチング素子１２がオンからオフに切り替えられる毎に異なる電流指令値が設定されたときでも、加工条件を高速に切り替えることができる。
【００２４】
図３は図１に示すＬＤの特性を示す図である。図３の左側にはＬＤ２０のＶＩ特性が示され、横軸にはＬＤ２０の順方向電圧Ｖｆ［Ｖ］が示され、縦軸にはＬＤ２０の順方向電流Ｉｆ［Ａ］が示される。ＩｔｈはＬＤ２０の発振閾値電流であり、Ｖｔｈは発振閾値電圧である。Ｖｓは、ＬＤ２０に印加される順方向電圧Ｖｆの中で電圧ＬＤ２０に電流が流れ始めるときの電圧である。図３のＶＩ特性では、発振閾値電流Ｉｔｈが２０［Ａ］とされ、電圧Ｖｓが４０［Ｖ］とされ、発振閾値電圧Ｖｔｈが４４［Ｖ］とされる。このようにＬＤ２０を使用した半導体レーザは、共振器を持つレーザであるため、発光ダイオードとは異なり、レーザ発振するための発振閾値電流Ｉｔｈを持っている。
【００２５】
図３のＶＩ特性に示される領域ＣＡは、ビームオフのとき、すなわち図１に示すスイッチング素子１２がオンのときにＬＤ２０へ流す電流が０［Ａ］以上かつ発振閾値電流Ｉｔｈ未満となるようにＬＤ２０へ印加される順方向電圧Ｖｆに対応した領域である。すなわち図３のＶＩ特性によれば、４０［Ｖ］から４４［Ｖ］までの電圧がＬＤ２０に印加されたとき、ＬＤ２０には発振閾値電流Ｉｔｈ未満の順方向電流Ｉｆが流れる。
【００２６】
図３の右側には、ＬＤ２０の出力特性が示され、横軸にはＬＤ２０の順方向電流Ｉｆ［Ａ］が示され、縦軸にはＬＤ２０のレーザ出力Ｐ［Ｗ］が示される。ＬＤ２０の出力特性によれば、ＬＤ２０に発振閾値電流Ｉｔｈ未満の順方向電流Ｉｆが流れるとき、ＬＤ２０は発振することなく、レーザ出力Ｐは０［Ｗ］となる。そして順方向電流Ｉｆの値が発振閾値電流Ｉｔｈよりも高い領域では、電流に比例してレーザ出力が大きくなる特性がある。
【００２７】
前述した比較例に係るレーザ加工装置の課題は、ビームオフ時にリアクトル５から放出されるエネルギーを消費できないことであるが、本実施の形態に係るレーザ加工装置２００は、図３に示すＬＤ２０の出力特性を利用して、ビームオフ時にＬＤ２０へ流れる電流が０［Ａ］以上かつ発振閾値電流Ｉｔｈ未満となるように、ＬＤ２０へ印加される順方向電圧Ｖｆを制御する。そして本実施の形態に係るレーザ加工装置２００は、ＬＤ２０へ印加される順方向電圧Ｖｆを制御するため、スイッチング素子１２の導通抵抗が変化する特性を用いる。このことを図４を用いて説明する。
【００２８】
図４は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装置によるスイッチング素子の制御動作を説明するための図である。図４の横軸には、スイッチング素子１２のゲートソース電圧ＶＧＳが示され、図４の縦軸には、スイッチング素子１２の順方向電圧Ｖｆ１が示される。Ｖｔｈ１はゲート閾値電圧であり、Ｖｓａｔはゲート飽和電圧である。本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源装置１００は、ＬＤ２０へ印加される順方向電圧Ｖｆを制御するため、スイッチング素子１２の導通抵抗が変化する特性を利用する。具体的には、図４のゲート閾値電圧Ｖｔｈ１からゲート飽和圧Ｖｓａｔまでのゲート電圧に相当する駆動信号１３３ａがビームオフ時に出力された場合、図３の左側に示す順方向電圧Ｖｆの値は、電圧Ｖｓから発振閾値電圧Ｖｔｈまでの範囲内になる。そのためビームオフ時でも負荷電圧が発生し、定電流源１０のリアクトル５に蓄積されたエネルギーを消費させることができる。
【００２９】
図５は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の動作を示すタイミングチャートである。図５には、図２と同様に、電流指令値１３１ａ、スイッチング素子１２の駆動信号１３３ａ、リアクトル電流、ＬＤ駆動電流及びレーザ出力が示される。レーザ加工装置２００では、時刻ｔ２のタイミングで、図４に示すゲート閾値電圧Ｖｔｈ１からゲート飽和圧Ｖｓａｔまでのゲート電圧に相当する駆動信号１３３ａがスイッチング素子１２に印加される。このとき、図５に示すようなリアクトル電流ＬｉがＬＤ２０に流れると共にＬＤ駆動電流が流れる。このＬＤ駆動電流の値は、図３に示す発振閾値電流Ｉｔｈ未満であるため、ＬＤ２０ではレーザ出力が行われず、リアクトル５から放出されるエネルギーが消費される。
【００３０】
そしてレーザ加工装置２００では、時刻ｔ２から一定時間経過した後の時刻ｔ２’のタイミングで、図４に示すゲート飽和圧Ｖｓａｔよりも高いゲート電圧に相当する駆動信号１３３ａがスイッチング素子１２へ印加される。このとき、リアクトル５及びスイッチング素子１２により形成される閉回路に還流するリアクトル電流は、図２に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３までに流れるリアクトル電流よりも低い値となっている。
【００３１】
時刻ｔ２’から一定時間経過した後の時刻ｔ３のタイミングでスイッチング素子１２がオンからオフに切り替えられると共に第２の電流指令値Ｉ２が入力されると、第２の電流指令値Ｉ２で設定されたＬＤ駆動電流Ｄｉが流れる。なお時刻ｔ２から時刻ｔ２’までの時間は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間よりも短い値とされる。また時刻ｔ２から時刻ｔ２’までの時間は、ＬＤ駆動電流Ｄｉが第２の電流指令値Ｉ２と等しくなるようにリアクトル５から放出されるエネルギーを消費できる長さに設定されている。
【００３２】
このように本実施の形態に係るレーザ加工装置２００では、ビームオフ時にＬＤ２０の両端へ印加される電圧を、ＬＤ２０に電流が流れる電圧Ｖｓ以上かつＬＤ２０の発振閾値電圧Ｖｔｈ以下の値とすることで、ビームオフ時に負荷電圧を発生させて定電流源１０のリアクトル５に蓄積されたエネルギーが消費される。この構成により、スイッチング素子１２がオンからオフに切り替えられる毎に異なる電流指令値が設定されたときでも、加工条件を高速に切り替えることができる。
【００３３】
また本実施の形態に係るレーザ加工装置２００では、スイッチング素子１２を駆動するタイミングを加工条件に合わせて制御することが可能である。具体的には、加工対象に最適な加工条件を予めユーザーがコンピュータ数値制御装置に入力することで、加工物の形状に合わせてどのタイミングで電流指令値を変更するかがプログラムされている。レーザ加工装置２００の制御部１３は、コンピュータ数値制御装置に入力されたプログラムに基づき電流指令値を先読みし、次のレーザパルスで入力される第２の電流指令値がその前のレーザパルスで入力された第１の電流指令値よりも小さい場合、スイッチング素子１２の導通抵抗が変化する特性を用いて、検出される電流値３ａであるリアクトル電流が第２の電流指令値と同等の値になるまでエネルギーを消費させた後、スイッチング素子１２をオン状態にする。なお、第２の電流指令値が第１の電流指令値よりも大きい場合、レーザ加工装置２００は、スイッチング素子１２をオン状態にし、パルスオフ時に第２の電流指令値を変更すればよい。このようにスイッチング素子１２をオンする時間を制御することで第２の電流指令値が入力されるまでエネルギーが消費され、レーザパルスの立ち上がり及び立ち下がりを高速化できる。
【００３４】
また本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源装置１００及びレーザ加工装置２００によれば、以下のような効果が得られる。レーザ出力のオンオフ動作が繰り返されるとレーザ出力がオンされたときのＬＤ２０の温度とレーザ出力がオフされたときのＬＤ２０の温度との温度差に起因した熱的なストレスがＬＤ２０に繰り返し加わるため、ＬＤ２０を構成するチップとボンディングワイヤとの接続箇所に、はんだクラックが発生し、故障に至る場合がある。ＬＤ２０の寿命を延ばすためには、ＬＤ２０のジャンクション温度の変化量を小さくする必要がある。実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源装置１００及びレーザ加工装置２００では、図５に示すように時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に、発振閾値電流Ｉｔｈ未満のＬＤ駆動電流が流れるため、このようなＬＤ駆動電流が流れていない場合に比べて、レーザ出力がオフ時のＬＤ２０の温度が上昇し、ＬＤ２０のジャンクション温度の変化量が小さくなる。これによりＬＤ２０の寿命を延ばすことができる。
【００３５】
なおＬＤ２０は経年劣化によってＶＩ特性が変化するため、ＶＩ特性が変化するとビームオフ時にＬＤ２０の両端へ印加される電圧範囲、すなわちＬＤ２０に電流が流れる電圧Ｖｓ以上かつＬＤ２０の発振閾値電圧Ｖｔｈ以下の範囲が変化する。レーザダイオード駆動用電源装置１００はレーザ出力をモニタしているため、レーザダイオード駆動用電源装置１００は、ＬＤ２０の両端に印加される電圧とＬＤ２０に流れる電流とレーザ出力とに基づき、スイッチング素子１２の導通抵抗を制御するように構成してもよい。図６はスイッチング素子の導通抵抗を制御する前後のＬＤのＶＩ特性を示す図である。図６には図３の左側の図と同様にＬＤ２０のＶＩ特性が示される。図６では、ＬＤ２０が経年劣化する前の発振閾値電圧Ｖｔｈが４４［Ｖ］とされ、ＬＤ２０が経年劣化した後の発振閾値電圧Ｖｔｈが４８［Ｖ］とされる。レーザダイオード駆動用電源装置１００には、ＬＤ２０が経年劣化の度合いに対応した発振閾値電圧Ｖｔｈとなるように、図４に示すゲート閾値電圧Ｖｔｈ１からゲート飽和圧Ｖｓａｔまでのゲート電圧に相当する駆動信号１３３ａの値が調整される。この場合、電圧対応テーブルを制御部１３に設定しておき、電圧対応テーブルに、ゲート閾値電圧Ｖｔｈ１からゲート飽和圧Ｖｓａｔまでのゲート電圧に相当する複数の駆動信号値と時間とを対応付けておき、レーザダイオード駆動用電源装置１００の運転が開始した時点から現時点までの経過時間に応じて駆動信号値を選択するように構成すればよい。
【００３６】
本実施の形態に係るレーザダイオード駆動用電源装置１００の制御部１３が備える各機能は処理回路を用いて実現することができる。各機能とは、加工指令出力部１３１、スイッチング素子駆動回路１３３及び電流制御部１３４である。図７は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装置の制御部の第１のハードウェア構成例を示す図である。図８は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装置の制御部の第２のハードウェア構成例を示す図である。図７には専用処理回路６０のような専用のハードウェアにより上記の処理回路を実現する例が示される。図８にはプロセッサ６１及び記憶装置６２により上記の処理回路を実現する例が示される。
【００３７】
図７に示すように専用のハードウェアを利用する場合、専用処理回路６０は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。上記の各機能のそれぞれを、処理回路で実現してもよいし、まとめて処理回路で実現してもよい。
【００３８】
図８に示すようにプロセッサ６１及び記憶装置６２を利用する場合、上記の各機能のそれぞれは、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組合せにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、記憶装置６２に記憶される。プロセッサ６１は記憶装置６２に記憶されたプログラムを読み出して実行する。またこれらのプログラムは、上記の各機能のそれぞれが実行する手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。記憶装置６２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、又はＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ（登録商標））といった半導体メモリが該当する。半導体メモリは不揮発性メモリでもよいし揮発性メモリでもよい。また記憶装置６２は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）が該当する。
【００３９】
なお本実施の形態では制御部１３に加工指令出力部１３１が設けられているが、加工指令出力部１３１は、レーザダイオード駆動用電源装置１００又はレーザ加工装置２００の外部に設けられていてもよい。また本実施の形態では整流回路１０３が複数のダイオードで構成されているが、整流回路１０３は複数のスイッチング素子で構成される同期整流方式の回路としてもよい。複数のダイオードで構成された整流回路１０３ではダイオードに生じる電圧降下分の順電圧が損失となるが、同期整流では整流回路１０３における損失電圧をより低減できるため、同期整流方式の整流回路１０３では電源装置１００の電力変換効率を高めることができる。
【００４０】
なお本実施の形態では電流検出部１１を用いているが、レーザ加工装置２００の電流制御部１３４は、電流検出部１１で検出された電流値３ａを用いることなく、第１の電流指令値Ｉ１又は第２の電流指令値Ｉ２に対応した駆動信号を出力する構成、すなわちオープンループにて制御する構成としてもよい。ただし電流検出部１１で検出された電流値３ａを用いることにより、ＬＤ２０に供給される電流の制御精度が向上するため、ＬＤ２０のレーザ出力精度が高まり、ワーク３００の加工品質がより向上する。
【００４１】
なお図５では、時刻ｔ２’から時刻ｔ３までの駆動信号１３３ａの値が時刻ｔ２から時刻ｔ２’までの駆動信号１３３ａの値よりも高くされている。すなわち制御部１３は、ＬＤ２０の出力が無いときに、小から大に変化する駆動信号１３３ａをスイッチング素子１２に印加するように構成されている。ただし駆動信号１３３ａの変化はこれに限定されず、時刻ｔ２’から時刻ｔ３までの駆動信号１３３ａの値を時刻ｔ２から時刻ｔ２’までの駆動信号１３３ａの値と等しくしてもよい。すなわち、レーザダイオード駆動用電源装置１００の制御部１３は、先読みした第２の電流指令値Ｉ２が第１の電流指令値Ｉ１よりも小さいとき、ＬＤ２０に印加される電圧の値を前述した電圧範囲とする駆動信号１３３ａの値を、一定に維持するように構成してもよい。この構成により、第２の電流指令値Ｉ２が入力される前にリアクトル５から放出されるエネルギーがより多く消費されるため、駆動信号１３３ａの値を変化させた場合に比べて、加工条件をより高速に切り替えることができる。
【００４２】
以上に説明したように本実施の形態に係るレーザ加工装置２００の制御部１３は、ＬＤ２０の出力が無いときにＬＤ２０に印加される電圧の値を電圧Ｖｓから発振閾値電圧Ｖｔｈまでの範囲とする駆動信号１３３ａを、スイッチング素子１２に出力するように構成されている。これによりリアクトル５から放出されるエネルギーをＬＤ２０で消費させることができ、スイッチング素子１２がオンからオフに切り替えられる毎に異なる電流指令値が設定されたときでも加工条件を高速に切り替えることができる。そのためワーク３００の加工速度が向上し、加工製品の生産性が向上するという効果を得ることができる。
【００４３】
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】
【００４４】
１，１０３  整流回路、２，６  平滑コンデンサ、３  単相フルブリッジインバータ回路、３ａ  電流値、４  トランス、５  リアクトル、１０  定電流源、１１  電流検出部、１２  スイッチング素子、１３  制御部、２０  ＬＤ、２１  ファイバ、２２  加工ヘッド、２３  レンズ、６０  専用処理回路、６１  プロセッサ、６２  記憶装置、１００  レーザダイオード駆動用電源装置、１０１  整流部、１０２  スイッチング回路、１０４  平滑回路、１３１  加工指令出力部、１３１ａ  電流指令値、１３１ｂ  ビームオン信号、１３３  スイッチング素子駆動回路、１３３ａ  駆動信号、１３４  電流制御部、２００  レーザ加工装置、３００  ワーク、４００  交流電源。
【要約】
レーザダイオード駆動用電源装置（１００）は、ＬＤ（２０）に電流を供給する定電流源（１０）と、ＬＤ（２０）に並列に接続されるスイッチング素子（１２）と、定電流源（１０）を制御すると共にスイッチング素子（１２）のオンオフを制御する制御部（１３）とを備え、制御部（１３）は、定電流源（１０）から出力される電流を制御するための第１の電流指令値及び第２の電流指令値を比較し、第１の電流指令値の後に入力される第２の電流指令値が第１の電流指令値よりも小さい場合、ＬＤ（２０）の出力が無いときにＬＤ（２０）に電流が流れる電圧からＬＤ（２０）の発振閾値未満の電圧をＬＤ（２０）に印加す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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