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    公开号:WO1988002937A1
    申请号:PCT/JP1987/000773
    申请日:1987-10-14
    公开日:1988-04-21
    发明作者:Akira Egawa
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:H01S3-00
    专利说明:
    [0001] • 明 細 書 高 周 波 電 源 装 置 技術分野
    [0002] 本発明は、 高周波電源装置に関し、 特に C02 , H e - e, CO , エキシマ等全てのガス レーザ発生用高周波電源装置に関 する。 背景技術
    [0003] 交流放電によるガス レーザ装置としては、 従来周波数数 1.00 K Hz以下の無声放電 （ひ zonizer放電） を用いる ものが提 案されている。 '
    [0004] ； ； 一方、 本発明者は、 更 周波数の高い数 lOOK fe〜数 10 MHzの周波数の電圧を印加して放電管の単位体積あたりに注 入できる電力を大き く し、 更に固体素子を用いて小型化した レ ーザ発生用高周波電源装置を試作している。
    [0005] 第 1 図に従来のレーザ究生装置に用いられている レ ーザ発 生用高周波電源装置 1 ' の構成を示す。 該レーザ発生用高周 波電源装置 1 ' は整流平滑回路 1 1 、 および高周波ィ ンバー タ 1 3からなる。 該整流平滑回路 i 1 は交流電流を整流平滑 化して直流電流として出力する ものである。 第 2図にその構 成の 1 ί列を示す。 前記高周波ィ ンバータ 1 3 は直流電流を高 周波電流に変換するものである。 第 3図にその構成の 1例を 示す。 第 1図中のマ ッ チ ング回路 2 は前記高周波ィ ンバ—タ 1 3 の出力とレーザ詧 3 の入力との間のィ ン ピ—ダ ンスの整 合をとるためのものであって、 例えば Π型フ ィ ルタである。 前記高周波ィ ンバータ 1 3から出力された波形は矩形波に近 いが、 該マッチング回路 2を経てより正弦波形に近い波形の 高周波が出力され、 これがレーザ詧 3 の両電極間に印加され る。
    [0006] ところが第 1図のレーザ発生用高周波電源装置は、 レーザ の連镜出力モー ド （ モー ド〉 において使用される際には 問題がないが、 高速制御が不可能であるという問題点を有じ レーザ加工時においては、 最大 5 K ite程度の周波数の間欠 的なレ一ザ出力を用いることが要求される場合がある。 例え ば C u や A £ の切断、 加工において、 . C u や A J2 が溶融し始 めるまでは、 レーザ I光の反射率が極めて大き く 、 そ φため上 記のレーザの連続 ¾力モー ドを用いるよりば、 高強度のパル ス化された （間欠的な） レーザ出力を加えることにより、 瞬 間的に材料を溶融させてレ一ザの吸収率を良く して切断、 加 ェを進めるという ことが必要とされる。 ところが第 1図のレ 一ザ発生用高周波電源装置では、 5 K Ffeというような高速制 御 （パルス 動） を行う ことは不可能である。
    [0007] 第 丄図の整流平滑回路 1 1 は、 第 2図に示されるように 商用の交流電源を整流し、 商用電源周波：数 （ 5 0 Hz ) から整 流された波形のリ フ プルを平滑化すべく設けられたコ イ ルと コ ンデンサからなる平滑回路によつて平滑化される。 従って 第 1図の電源装置においては、 この周波数 （ 5 0 Hz ) 以上の 高速制御は、 不可能である。
    [0008] そこで第 4図に示されるように整流平滑回路 1 1 と高周波 ィ ンバータ 1 3 との間にシリ ーズレギユ レータ 1 2を設けた レーザ発生,用高周波電源装置が用いられている。 シリ ーズレ ギユ レ—タの構成例を第 5図 （ A ) および第 5図 （ B ) に示 す。 .
    [0009] 第 4図の構成を有する レーザ発生用高周波電源装置によれ ば、 例えばこ こに用いられている シリ 一ズレギュ レータの定 電圧出力用 ト ラ ンジス タ のベー スにパルス 動入力をする こ とにより、 前述の 5 K ¾程度のパルス躯動は可能となる。 しかし、 シリ 一ズレギユ レ一タは第 5 A図あるいは第 5 B 図に示されているように負荷と直列に制御用 ト ラ ンジスタを 接続した構成となっており、 この ト ラ.ンジスタにおける電力 消費が避けられないため、 本質的に電力の利用効率が低く 、 また上記 ト ラ ンジスタにおける発熱等のためヒ ー ト シ ン クを 設ける. こ とが必要となるなど装置の大型化の原因ともなると いう問題点を有している。 ' ' 発明の開示
    [0010] 本発明の百的は、 高速制御可能で、 且つ電力消費の少'ない、 高周波電源装置を提供することにある。
    [0011] 本発明による高周波電源装置.は、 所定の周波数を有し、 断 铳的にォンとなる制御信号を出力し、. 該制御信号が継続的に ォンである時間は任意に設定可能である制御部と、 直流電流 を入力し、 前記制御信号に応じてオンまたはオフする こ とに • より、 該直流電流を断镜したパルスと して出力するスィ ッ チ ング部と、 該スィ ツチング部の出力 整流、 且つ平滑化して 直流電流として出力する整流平滑部とを有してなるスィ ッチ ング電源、 および、 前記ス ィ ン チ ング電源からの前記直流電 5 流出力を入力し、 高周波電流を出力する高周波ィ ンバ—タを 備えてなる -ことを特徴とする。 図面の簡単な說明
    [0012] 第 1図は従来のレーザ発生 高周波電源舅置の第 1 の搆成0 例を示す図、
    [0013] 第.2図は螯琉平滑回路の搆成の 1例を示す図、
    [0014] - 第 3図ば高周波ィ1ンバータの搆成の I例を示す図、
    [0015] 第 4 IIは従来のレニザ発生用高周波電源装置の第 2の構成 例を示す図であ 。 ■：
    [0016] 5 第 5 Α図および第 5 Β図は第 4図に示される従来のレーザ
    [0017] '発生用高周波電源装置に用いられている シ リ ーズレギユ レ一 タの構成の例を示す図、
    [0018] 第 6図は本発明による高周波電源装置の概略構成、 および レーザ発生用高周波電源装置としての概略撐成を示す図、0 第 7図は、 スイ ツチ ング電源の基本的搆成を示す図、
    [0019] 第 8 A図は第 7図のスイ ッチング電源 1 2 の制御部 122の 搆成例を示す図、
    [0020] 第 8 B図は上記第 8 A図の構成にパルス駆動入力部 1224を 付加した搆成を示す図、 そして
    [0021] 5 ' 第 9図は第 6図の構成においてパルス駆勣 （ 5 K Hz ) した ときの波形図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0022] 第 6 図には、 本発明による高周波電源装置の基本的構成が、 レーザ発生のための付加的な構成と共に示されている。 本発 明による高周波電源装置の主要部は、 第 6 図において破線 1 内に示されるよ う に、 整流平滑回路 1 1 、 スィ ッ チング電源 1 2 、 および高周波ィ ンバ―タ 1 3 から镥成される。 整流平 滑回路 1 1 は、 交流電源から供給される電流を整流平滑化す る ものであり 、 こ う して得られた直流電流をスィ ッ チ ング電 源 1 2 に対 ·して供袷する。
    [0023] スィ ッ チング電源 1 2 は第 7 図に示すよ う な構成を有して いる。 第 7 ·図において、 ス ィ ツ チング電源 1 2 は、 制御部 122 ス ィ ソ チ ング部 12 1 、 および整流平滑部 123 からなる。； 制御部 122 は、 所定の周波数を有しミ 断続的にオ ンとなる 制御信号を出力する ものであって、 該制御信号が上記周波数 の 周期の間に継続的にォ ンである時間は任意に設定可能で あるよ う に構成されている ものである。 よ り詳钿な搆成例に ついては後述する。
    [0024] スイ ッ チ ング部 1 21 は、 前記整流平滑回路 1 1 からの直流 電流を入力し、 前記制御信号に応じてオ ンまたはオフする こ とによ り 、 該直流電流を断核したパルスと して出力する もの であって、 例えば該制御信号をゲー ト入力とする電界効果 ト ラ ンジスタ （ F E T ) を備えてなる ものである。
    [0025] 整流平滑部 1 23 は、 前記スィ ツチ ング部 12 1 の出力を整流、 且つ平滑化して直.流電流として出力するもので、 前述の第 2 図に示した搆成において、 ダイォ一ドからなる整流回路の部 分を良く知られた単相の交流入力に対応したものに置き換え. また、 誘導コ ィ ルのィ ンダクタ ンスおよびコンデンサの容量 を、 スィ ツチング部 121 からの、 前記所定の周波数に等しい 周波数のパルス出力を平滑化するような値に選んだものであ る。
    [0026] 第 6図の高周波ィ ンバ一タ 1 3 ば、 前記スィ ツチング電源
    [0027] 1 2からの前記.直流電流'出力を入力,して、 高周波電流と〔 マ レ 出力するもので、 前述の第 3図の構成を有するものでよい。 以上説明した、 第 S図の破線 1内に示される本発明による. 高周波電源装置の主要部からの出力ば、 従来の第 1図に示し' た構成に'おけるものと同様のマッチング面路 2を介して、 レ 一ザ管 3 の電極に印加される。
    [0028] なお、 上記制御部 122 において上記スィ ツチング部 121 を ォンまたはオフする制御信号の周波数を、 該スィ ツチング電 潁 L 2が組込まれた高周波電源^置 I全体をパルス駆動する 周波数より十分高く設定しておけば （例えば 5 K Hzのパルス 駆動に対して、 前記スィ ツチング電源 1 2の制御部 122 から の前記制御信号の周波数を 5 0 K Hzとしておけば） 、 該高周 波電源装置 1 のパルス駆動は支障なく行わ'れ得る。 すなわち 第 6図の高周波電源装置 1 は高速制御可能である。
    [0029] またスィ ツチング電源の本来の性質として、 スィ ッチング 部における電力損失は極めて少ない。
    [0030] 第 8 A図および第 8 B図には前述の第 7図の、 さらに具体 的な構成例を示すものである。 - 第 8 A図の制御部 122 は、 ノ コギ リ 波発生器 1221、 P W M (Pulse Width Modulation) コ ンパ レータ 1222、 電源電流出力 レ ベル、 すなわち、 レーザ出力レベル設定のためのボテ ンシ ョ メ ータ 1223を備えており 、 該 P W Mコ ンパ レ 一タ 1222にお いては該ポテンシ ョ メ —タ 1223における設定電圧をしきい値 レベルと してノ コギ リ 波発生器 1221の出力のノ コギ リ 波がこ のしきい値を超える ときのみ H レベルを出力するので、 該ス ィ ソ チ ング電源の制御部 122 の出力'パルスの'幅は、 前記ポテ ン シ ョ メ 一タ 1223における設定電圧によ って定ま る。 ス ィ ノ チ ング電源の出力の直流電流レべルは、 こ の制御部 122 の出 力パルス の幅に対応する ス ィ ツ チ ング部 121 のオ ンの時間に 'よ って定められるので、 結局、 最終的な レーザ ¾カレベルは 前記ポテ ンシ ョ メ ータ 1223における設定電圧によ って定めら れる こ と 'になる。
    [0031] 第 3 B図には、 前記第 8 A図の制御部 122 にパルス ¾区動入 力部 1224を付加した制御部 122 ' の構成を示す。 こ の例では パルス躯勣入力部 1224の ト ラ ン ジス タ べ一 ス に H レベルが入 力される と P W Mコ ン ノ、。 レ ータ i 222の し き い値レベルが ÷ V となって、 制御部 122 ' の出力は L レべルとなり 、 ス ィ ッ チ ング部 121 がオ フ となる。 よ って レ 一ザ出力もオ フ となる 。 第 7 図に示すス イ ツ チ ング電源の整流平滑回路 123 のフ ィ ノレ タ定数は、 前記ノ コギ リ 波の周波数を 5 0 K Hzとする と、 こ れを平滑化するに必要な程度のものであるので、 洌えば、 前 記のよ う な 5 K Hzのス ィ ツ チングに対しては該ス ィ ソ チ ング 電源は十分応答可能である。
    [0032] 第 9図は上記 5 K バルス駆動時における主な部分の働き を示す波形図である。 100 A' sec の間維繞してオ ンとなる 5 K Hzのパルス駆動入力に対して、 スィ ッチ ング電源 1 2 の制 御部 122 の出力は即座に応答し、 この 1 Q 0 ' s ec の間におい てのみ断鐃的な、 例えば、 5 0 K Hzの矩形波を 力する。 高 周波イ ンバ一タ Γ 3からの出力もこれに応じ、 第 9図に示さ れるようなパルス扰のレーザ岀力が得られる。 産業上の利用可能性
    [0033] 本発明による高周波電源装置ば、 特に、 金属加工に用いら れるガス レーザ発生用の高周波電源装置として有用である。.
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. 所定の周波数を有し、 断続的にオ ンとなる制御信号を 出力し、 該制御信号が継镜的にオ ンである時間は任意に設定 可能である制御部（122) と、
    直流電流を入力し、 前記制御信号に応じてォ ンまたはオ フ する こ とによ り 、 該直流電流を.断^したパルスと して出力す る ス ィ ッ チ ング部（121) と、 '
    該ス ィ ン チ ング部（121) の'出.力を整流、'.且つ平滑化して直 流電流と して岀カする.整流平滑部（123) とを有してなる ス ィ ッ チ ング電源 （12) 、 および . .
    前記ス イ ッ チ ング電源 （12) から ø前記直流電流出力を入 ' 力し、 高周波電流を出力する高周波イ ンバータ （13) を備え てなる こ とを特徵とする高周波電源装置。
    2. 前記制御部（122) は、 前記所定の周波数のノ コギ リ 波 を出力する ノ コギリ'波発生器（i'221) と、 電源電流 O出力 レべ ル設定のためのポテ ン シ ョ メ ータ（ 1223) と、 該^テ シ シ ョ メ ―タ （1223)の出力と前記ノ コギ リ 波発生器（1221)の出力とを 比較する コ ンパ レ —タ （ 1222)と、 外部からのパルス駆動入力 に応じて該ポテンシ ョ メ ータ （1223)の出力レベ をパルス抆 に変化せしめるスイ ン チング素子（ 1224) とからなる請求の範 囲第 i 項記載の高周波電源装置。
    类似技术:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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