(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を整流平滑して直流を作り出す整流回路と、この整流回路で作り出された直流電圧を印可せしめるパワーＭＯＳ−ＥＦＴをフルブリッジで構成した高周波インバータと、この高周波インバータで得られた交流電力が送られ、前記高周波インバータとレーザ発振器における放電空間との間のインピーダンスを変換し、かつ昇圧するためのマッチング回路と、前記高周波インバータを動作させたり、停止させたりすべく高周波インバータを駆動せしめる駆動回路と、この駆動回路に駆動指令を与える駆動指令部と、前記マッチング回路に流れる電流を監視する電流監視部とを設け、前記電流監視部において前記マッチング回路の電流がゼロになったことを検出した後、前記駆動指令部から前記駆動回路に駆動指令を与えることを特徴とするレーザ発振器用電源装置。
【請求項２】
商用電源を整流平滑して直流を作り出す整流回路と、この整流回路で作り出された直流電圧を印可せしめるパワーＭＯＳ−ＥＦＴをフルブリッジで構成した高周波インバータと、この高周波インバータで得られた交流電力が送られ、前記高周波インバータとレーザ発振器における放電空間との間のインピーダンスを変換し、かつ昇圧するためのマッチング回路と、前記高周波インバータを動作させたり、停止させたりすべく高周波インバータを駆動せしめる駆動回路と、この駆動回路に駆動指令を与える駆動指令部と、前記マッチング回路に流れる電流を監視する電流監視部と、前記駆動指令のＯＮ／ＯＦＦ時間の最小値を規定する休止タイマー部とを設け、前記高周波インバータが壊れない程度まで電流が下がるまでの一定時間を前記休止タイマー部にＯＦＦ時間の最小値に設定したことを特徴とするレーザ発振器用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばワークにレーザ加工を行うのに使用されるレーザ発振器のレーザ発振器用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばワークにレーザ加工を行うのに使用される高周波放電励起によるＣＯ２レーザ発振器のレーザ発振器用電源装置の構成としては、電力をコントロールするためのＤＣ／ＤＣコンバータと、その電力を高周波に変換するための高周波インバータ、および放電負荷に電力を効率よく注入しかつ昇圧するためのマッチング回路からなっているのが普通である。
【０００３】
通常の低周波インバータ例えばＡＣサーボアンブであるならば、周波数が低いがゆえにインバータのスイッチング素子自体によりＰＷＭ（Ｐｕｌｓ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）を行ってパワーのコントロールを行っている。
【０００４】
但し、高周波インバータにおいては、スイッチング周波数自体が高いため、ＰＷＭを行うのは困難である。そのため、高周波インバータではパワーのコントロールができず、その前段にＤＣ／ＤＣコンバータが必要となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のレーザ発振器用電源装置において、パワーをコントロールするＤＣ／ＤＣコンバータと高周波にする高周波インバータには、それぞれスイッチング素子がある。この各々のスイッチング素子からは、スイッチング損失や、ＯＮ損失が発生し、熱を発生させている。これはすなわち電源の効率を下げているからに他ならない。
【０００６】
さらに、スイッチング素子が２つ必要なばかりか、駆動する回路等がそれぞれ必要であるため、コスト、信頼性、電源の大きさ等に不利を生じている。
【０００７】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータをなくし、高周波インバータのみでパワーをコントロールすることにより、効率を上げ、コストを下げ、さらにレーザ発振器自体の大きさを小さくできるようにしたレーザ発振器用電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１によるこの発明のレーザ発振器用電源装置は、商用電源を整流平滑して直流を作り出す整流回路と、この整流回路で作り出された直流電圧を印可せしめるパワーＭＯＳ−ＥＦＴをフルブリッジで構成した高周波インバータと、この高周波インバータで得られた交流電力が送られ、前記高周波インバータとレーザ発振器における放電空間との間のインピーダンスを変換し、かつ昇圧するためのマッチング回路と、前記高周波インバータを動作させたり、停止させたりすべく高周波インバータを駆動せしめる駆動回路と、この駆動回路に駆動指令を与える駆動指令部と、前記マッチング回路に流れる電流を監視する電流監視部とを設け、前記電流監視部において前記マッチング回路の電流がゼロになったことを検出した後、前記駆動指令部から前記駆動回路に駆動指令を与えることを特徴とするものである。
【０００９】
したがって、整流回路で商用電源が整流平滑されて直流が作り出された後、パワーＭＯＳ−ＦＥＴをフルブリッジで構成した高周波インバータへ流れて印可される。そして、駆動指令部から駆動回路へ駆動指令が与えられると、駆動回路が動作して高周波インバータで得られた交流電力がマッチング回路へ送られる。このマッチング回路では高周波インバータとレーザ発振器における放電空間との間のインピーダンスが変換し、かつ昇圧されてレーザ発振器における放電空間との間で放電される。その結果、電流監視部において、マッチング回路に流れる電流を監視し、前記マッチング回路の電流が完全にゼロになってから、前記駆動指令部を作動させて駆動指令のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比を変化させるようにすることにより、レーザの光出力が自由にコントロールされる。
【００１０】
請求項２によるこの発明のレーザ発振器用電源装置は、商用電源を整流平滑して直流を作り出す整流回路と、この整流回路で作り出された直流電圧を印可せしめるパワーＭＯＳ−ＥＦＴをフルブリッジで構成した高周波インバータと、この高周波インバータで得られた交流電力が送られ、前記高周波インバータとレーザ発振器における放電空間との間のインピーダンスを変換し、かつ昇圧するためのマッチング回路と、前記高周波インバータを動作させたり、停止させたりすべく高周波インバータを駆動せしめる駆動回路と、この駆動回路に駆動指令を与える駆動指令部と、前記マッチング回路に流れる電流を監視する電流監視部と、前記駆動指令のＯＮ／ＯＦＦ時間の最小値を規定する休止タイマー部とを設け、前記高周波インバータが壊れない程度まで電流が下がるまでの一定時間を前記休止タイマー部にＯＦＦ時間の最小値に設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
したがって、整流回路で商用電源が整流平滑されて直流が作り出された後、パワーＭＯＳ−ＦＥＴをフルブリッジで構成した高周波インバータへ流れて印可される。そして、駆動指令部から駆動回路へ駆動指令が与えられると、駆動回路が動作して高周波インバータで得られた交流電力がマッチング回路へ送られる。このマッチング回路では高周波インバータとレーザ発振器における放電空間との間のインピーダンスが変換し、かつ昇圧されてレーザ発振器における放電空間との間で放電される。その結果、休止タイマー部において、高周波インバータが壊れない程度まで電流が下がるまでの時間を監視し、前記マッチング回路の電流が高周波インバータが壊れない程度までの電流になることを見計らってから、前記駆動指令部を作動させて駆動指令のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比を変化させるようにすることにより、レーザの光出力が自由にコントロールされる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１を参照するに、レーザ発振器用電源装置１は、商用電源３を整流平滑して直流を作り出す整流回路５を備えており、この整流回路５で作り出された直流電圧を印可せしめる複数のパワーＭＯＳ−ＦＥＴ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄをフルブリッジで構成した高周波インバータ７と、この高周波インバータ７で得られた交流電力が送られ、前記高周波インバータ７とレーザ発振器ＬＨにおける電極Ａ、Ｂで形成される放電空間Ｃとの間のインピーダンスを変換し、かつ昇圧するためのマッチング回路９と、前記高周波インバータ７を動作させたり、停止させたりすべく高周波インバータ７を駆動せしめる駆動回路１１と、この駆動回路１１に駆動指令を与える駆動指令部１３と、例えば前記マッチング回路９の電流が完全にＯＦＦになるまで、マッチング回路１１に流れる電流を監視する電流監視部１５と、で構成されている。
【００１６】
前記複数のパワーＭＯＳ−ＦＥＴ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄは、駆動回路１１によって駆動信号が与えられ、ＯＮ／ＯＦＦを行う。通常、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ７ＡとパワーＭＯＳ−ＦＥＴ７Ｄ同士、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ７ＢとパワーＭＯＳ−ＦＥＴ７Ｃ同士が同時にＯＮ／ＯＦＦし、且つたすき掛け状の動作を繰り返すことによってマッチング回路１１に高周波の交流電力を送るようになっている。前記駆動回路１１には外部からの駆動指令部１３より駆動指令（ＯＮ／ＯＦＦ信号）が入力される。この信号は高周波インバータ７を動作させるか、停止させるかの信号であり、駆動回路１１はこの信号により各々のパワーＭＯＳ−ＦＥＴ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄをコントロールさせる。
【００１７】
前記マッチング回路１１は高周波インバータ７とレーザ発振器ＬＨにおける電極Ａ、Ｂで形成される放電空間Ｃとの間のインピーダンスを変換し、かつ昇圧するための回路で、図１の構成は定電圧型であり、高周波インバータ７にはサインカーブ状の電流が流れるものである。
【００１８】
定電圧型の高周波インバータ７の場合、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ７ＡとパワーＭＯＳ−ＦＥＴ７Ｂが同時にＯＮしてしまうと短絡電流が流れＦＥＴが破損してしまうので、通常パワーＭＯＳ−ＦＥＴ７ＡとパワーＭＯＳ−ＦＥＴ７ＢがＯＦＦしている時間（デットタイム）を設けるのが普通となっている。
【００１９】
図１における駆動指令部１３の駆動指令と各々のパワーＭＯＳ−ＦＥＴ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄは図２に示した動作チャートのごとく動作される。そして、駆動指令をＯＮ／ＯＦＦさせると図３、図４に示すごとくマッチング回路１１に流れる電流が変化し、すなわち放電空間Ｃへの注入電力が変化する。図３は駆動指令のデュティ（ＤＵＴＹ）の低いとき、出力レーザパワーが低い状態を、図４は駆動指令のデュティ（ＤＵＴＹ）の高いとき、出力レーザパワーが大の状態を示すものである。
【００２０】
しかし、放電空間Ｃに電力を注入してからの、レーザ光の出力応答は一般に数百μＳ程の時間がかかる。駆動指令をこの応答速度よりも遙かに高い周期（数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）でＯＮ／ＯＦＦを繰り返せば、レーザ光の出力は駆動指令のＯＮ時間とＯＦＦ時間との比（ＤＵＴＹ）で規定されたみかけ上一定の出力となる。休止タイマー部１７は、駆動指令のＯＮ／ＯＦＦ間の時間の最小値ｔ△を規定する。
【００２１】
よって、通常の低周波インバータのようにＦＥＴのそれぞれの時間の比を変化させるＰＷＭではなく、インバータを動作させるか休止させるかの変化をさせることにより（駆動指令のＤＵＴＹを変化させることにより）高周波インバータ７であっても、インバータ自体でレーザの光出力を変化させることが可能となる。
【００２２】
しかし、ただ単に駆動指令をＯＮ／ＯＦＦさせたのでは高周波インバータ７に重大なダメージを及ぼすことになる。通常、インバータが動作し始めてから、マッチング回路１１が完全に共振し安定するまでに１０サイクル前後が必要である。同様に、インバータが休止してからマッチング回路１１の電流がゼロになるまでも１０サイクル前後の時間がかかる。
【００２３】
定電圧型の高周波インバータ７においては、図５に例１、例２で示されているように、デットタイムが終了してから電流の向きが変化するのなら安全に動作し（電流の位相遅れ状態）、高周波インバータ７は破損しないが、図６に例３、例４で示されているように、デットタイムが終了する以前に電流の向きが変化すると（位相進み状態）、ＦＥＴに寄生されているダイオードがもつ逆回復時間により、高周波インバータ７に上下短絡の電流がながれてしまい、ＦＥＴを破損してしまう。
【００２４】
したがって、高周波インバータ７が休止し、マッチング回路１１の電流がゼロになる前に再度駆動指令を入力し、高周波インバータ７を動作させてしまうと、位相進み状態となり高周波インバータ７を破損してしまう可能性がある。
【００２５】
よって、駆動指令はマッチング回路１１の電流がゼロになるまで待った後にＯＮすることにする。すなわち、駆動指令には最低ある一定時間のＯＦＦ時間を設けておくことにすれば、高周波インバータ７は破損することなく動作し、かつ駆動指令のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比を調整することによって、電力のコントロールをすることができる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータをなくし、効率を上げ、コストを下げ、さらにレーザ発振器自体の大きさを小さくすることができる。
【００２６】
前記実施の形態では、駆動指令はマッチング回路１１の電流がゼロになるまで待った後にＯＮすることにしたが、仮に位相進み状態であってもパワーＭＯＳ−ＦＥＴに流れる電流が小さければ破損することはない。よって、電流が完全にゼロになるまで待たなくても、仮に位相進み状態であっても、高周波インバータ７が壊れない程度まで電流が下がるまでの時間を休止タイマー部１７で監視し、駆動指令をＯＮにするのを待てば良く、この場合にも同様の効果を有するものである。
【００２７】
また、単純に駆動指令をＯＮにするのをマッチング回路１１の電流がゼロになるまで待って（ＯＦＦ時間を規定以上保って）行うのでなく、マッチング回路１１に流れる電流を電流監視部１５で監視し、電流が位相遅れ状態になるようなタイミングで駆動信号をＯＮにしても良く、この場合にも同様の効果を有するものである。
【００２８】
なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上のごとき発明の実施の形態の説明から理解されるように、請求項１の発明によれば、整流回路で商用電源が整流平滑されて直流が作り出された後、パワーＭＯＳーＦＥＴをフルブリッジで構成した高周波インバータへ流れて印可される。そして、駆動指令部から駆動回路へ駆動指令が与えられると、駆動回路が動作して高周波インバータで得られた交流電力がマッチング回路へ送られる。このマッチング回路では高周波インバータとレーザ発振器における放電空間との間のインピーダンスが変換し、かつ昇圧されてレーザ発振器における放電空間との間で放電される。その結果、電流監視部において、マッチング回路に流れる電流を監視し、前記マッチング回路の電流が完全にＯＦＦになってから、前記駆動指令部を作動させて駆動指令のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比を変化させるようにすることにより、レーザの光出力を自由にコントロールせしめることができる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータをなくし、効率を上げ、コストを下げ、さらにレーザ発振器自体の大きさを小さくすることができる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、整流回路で商用電源が整流平滑されて直流が作り出された後、パワーＭＯＳーＦＥＴをフルブリッジで構成した高周波インバータへ流れて印可される。そして、駆動指令部から駆動回路へ駆動指令が与えられると、駆動回路が動作して高周波インバータで得られた交流電力がマッチング回路へ送られる。このマッチング回路では高周波インバータとレーザ発振器における放電空間との間のインピーダンスが変換し、かつ昇圧されてレーザ発振器における放電空間との間で放電される。その結果、休止タイマー部において、高周波インバータが壊れない程度まで電流が下がるまでの時間を監視し、前記マッチング回路の電流が高周波インバータが壊れない程度までの電流になることを見計らってから、前記駆動指令部を作動させて駆動指令のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比を変化させるようにすることにより、レーザの光出力を自由にコントロールせしめることができる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータをなくし、効率を上げ、コストを下げ、さらにレーザ発振器自体の大きさを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のレーザ発振器用電源装置を説明する構成図である。
【図２】レーザ発振器用電源装置の動作を説明する動作フローチャート図である。
【図３】駆動指令のＤＵＴＹが低いときの動作を説明する説明図である。
【図４】駆動指令のＤＵＴＹが高いときの動作を説明する説明図である。
【図５】位相遅れ状態の動作を説明する説明図である。
【図６】位相進み状態の動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
１  レーザ発振器用電源装置
３  商用電源
５  整流回路
７  高周波インバータ
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ  パワーＭＯＳーＦＥＴ
９  マッチング回路
１１  駆動回路
１３  駆動指令部
１５  電源監視部
１７  休止タイマー部
【図１】
0004580560.tif 000002
【図２】
0004580560.tif 000003
【図３】
0004580560.tif 000004
【図４】
0004580560.tif 000005
【図５】
0004580560.tif 000006
【図６】
0004580560.tif 000007