特許 7465225 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/00 20070101AFI20240403BHJP

   H01S 3/097 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

H02M1/00 Z

H01S3/097 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021020650

(22)【出願日】2021-02-12

(65)【公開番号】P2022123372

(43)【公開日】2022-08-24

【審査請求日】2023-07-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】田坂 泰久

(72)【発明者】

【氏名】山口 英正

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１７８２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１１５２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６３５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０１３２３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／００，７／４８

Ｈ０１Ｓ ３／０９７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器にバースト状の高周波電圧を供給する高周波電源を有する電源装置であって、
前記高周波電源を制御する制御回路と、
前記制御回路に電力を供給する制御電源と、
前記制御回路および前記制御電源を収容する金属製の第２筐体と、
前記第２筐体および前記高周波電源を収容する金属製の第１筐体と、
を備え、
前記第２筐体は、前記第１筐体に対して絶縁され、且つ、前記第１筐体から離隔されている、電源装置。

【請求項2】

前記第２筐体は、絶縁部材を介して前記第１筐体から所定の距離離れた状態で支持される、請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記第２筐体は、信号線を通じて前記レーザ発振器を含む光源装置の筐体と電気的に接続されている請求項１または２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記第２筐体は、前記制御回路および前記制御電源を収容する空間の側面を区画する側板部と、前記側板部の底部を塞ぐ底板部と、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項5】

前記制御回路は、前記レーザ発振器から出力されるレーザの強度を検出する光検出器の検出信号を受信する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項6】

前記制御電源から前記制御回路に電力を供給する経路に、高周波信号の伝達を低減するための高周波低減手段が設けられる、請求項１から５のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項7】

前記高周波低減手段はコモンモードチョークを含む、請求項６に記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光源装置に高周波電圧を供給する電源装置が知られている。本出願人は、特許文献１において電源装置を開示している。この電源装置は、レーザ発振器にバースト状の高周波電圧を供給する。この電源装置は、レーザ発振器のパルスレーザを検出する光検出器の検出信号を平滑化した信号に基づいて、電源装置の状態を調節するレーザ制御装置を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１９２７１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者らは、レーザ光源装置の電源装置について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

【0005】

レーザ光源装置の電源装置では、負荷となるレーザ発振器にバースト状の高周波電圧を供給するとき、光源装置にコモンモード電流が発生する。このコモンモード電流は、浮遊容量とフレームグランドとを介して電源装置に伝達される。コモンモード電流が電源装置の制御回路に流れると、制御回路の誤動作や故障の原因となりうる。

【0006】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、レーザ光源装置の電源装置に関し、制御回路へのコモンモード電流の影響を低減可能な電源装置を提供することを目的の一つとしている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の、電源装置は、レーザ発振器にバースト状の高周波電圧を供給する高周波電源を有する電源装置であって、高周波電源を制御する制御回路と、制御回路に電力を供給する制御電源と、制御回路および制御電源を収容する金属製の第２筐体と、第２筐体および高周波電源を収容する金属製の第１筐体と、を備える。第２筐体は、第１筐体に対して絶縁され、且つ、第１筐体から離隔されている。

【0008】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、制御回路へのコモンモード電流の影響を低減可能な電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る電源装置を備えたレーザ加工システムのブロック図である。

【図2】図１の電源装置を示す側面断面図である。

【図3】図１のレーザ加工システムの動作説明用のブロック図である。

【図4】図３のレーザ加工システムの動作波形図である。

【図5】第２実施形態に係る電源装置２０を備えたレーザ加工システムを示すブロック図である。

【図6】比較例の電源装置を備えたレーザ加工システムのブロック図である。

【図7】図６の電源装置を示す側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

【0012】

また、共通点のある別々の構成要素には、名称の冒頭に「第１、第２」等と付して他と区別し、総称するときはこれらを省略する。また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。また、構成要素同士を区別するために、符号の末尾に「Ａ、Ｂ」等と付すことがあり、区別せずに総称するときはこれらを省略する。

【0013】

［第１実施形態］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る電源装置２０を説明する。図１は、本実施形態の電源装置２０を備えたレーザ加工システム１００のブロック図である。レーザ加工システム１００は、産業用の加工ツールとし使用できる。電源装置２０は、高周波電圧Ｖｒを光源装置１０に供給する。光源装置１０は、高周波電圧Ｖｒにより励振され、パルスレーザＬｐを発生させるレーザ発振器１１０（例えば、ＣＯ２レーザ）を含み、パルスレーザＬｐをレーザ加工機９０に供給する。レーザ加工機９０は、供給されたパルスレーザＬｐを所定の光学系を介して対象物に照射して穴開け等の加工を行う。

【0014】

電源装置２０の第１筐体２２２のフレームグランド（以下、「ＦＧ」という）と、光源装置１０の筐体１２２のＦＧと、レーザ加工機９０の筐体９２２のＦＧとは、アース線２２を通じて共通に接続される。アース線２２は、例えば接地される。

【0015】

電源装置２０は、整流器２５０と、充電電源２００と、高周波電源３００と、制御電源２６０と、制御回路１４０とを含む。整流器２５０は、受電した３相交流電圧Ｖｃを整流して整流電圧Ｖｐを生成する。充電電源２００は、整流電圧Ｖｐを直流電圧Ｖｄに変換する。高周波電源３００は、直流電圧Ｖｄを高周波電圧Ｖｒに変換して光源装置１０に供給する。制御電源２６０は、交流電圧Ｖｃを整流・平滑して直流電圧Ｖｇ（例えば、５Ｖ）を生成し、制御回路１４０に供給する。制御回路１４０は、直流電圧Ｖｇで動作し、充電電源２００および高周波電源３００にタイミングやレベル等を制御するための制御信号を供給する。

【0016】

光源装置１０は、レーザ発振器１１０の一対の放電電極１１と、レーザ発振器１１０から出力されるレーザの強度を検出する光検出器１８０とを有する。光検出器１８０は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ:Photo Diode）である。光検出器１８０のベース電位側ラインは、筐体１２２のＦＧに接続されている。光検出器１８０の信号線１２は制御回路１４０に接続され、光検出器１８０の検出信号を制御回路１４０に供給する。

【0017】

高周波電源３００は、レーザ発生用の高周波電圧Ｖｒを発生させるために、スイッチング素子（不図示）を高周波でスイッチング駆動させ、負荷となる光源装置１０のレーザ発振器１１０の放電電極１１に供給する。

【0018】

スイッチング素子を高周波でスイッチングさせた場合、レーザ発振器１１０の放電電極１１と筐体１２２との間には、スイッチング素子の動作に合わせて高電圧が繰り返し印加される。高周波域では、レーザ発振器１１０の放電電極１１と光源装置の筐体１２２との間の寄生容量Ｃｆのインピーダンスは低下するため、レーザ発振器１１０の放電電極１１から、寄生容量Ｃｆを介して筐体１２２に流れるコモンモード電流ｉｃｏｍが大きくなる。

【0019】

ここで、図６、図７を参照して比較例の電源装置２０Ｂを説明する。図６は、比較例の電源装置２０Ｂを備えたレーザ加工システム１００Ｂのブロック図である。この比較例は、発明者らが、本発明の電源装置２０を開発する過程で、比較のために検討されたものである。比較例の光源装置１０とレーザ加工機９０の構成は、本実施形態の電源装置２０と同様である。比較例の電源装置２０Ｂは、本実施形態の電源装置２０に対して、制御回路１４０のベース電位側ラインが第１筐体２２２のＦＧに接続されており、電気的に繋がっている点で相違し、他の構成は同様である。

【0020】

図７は、電源装置２０Ｂを示す側面断面図である。電源装置２０Ｂの第１筐体２２２は、直方体空間２２ｈの側面を区画する角筒状の側板部２２ａと、側板部２２ａの底部を塞ぐ平板状の底板部２２ｂと、側板部２２ａの天井部を塞ぐ平板状の上蓋部２２ｃとを有する。側板部２２ａと、底板部２２ｂと、上蓋部２２ｃとは共通電位とされる。第１筐体２２２には、制御電源２６０、制御回路１４０、整流器２５０、充電電源２００および高周波電源３００が主回路として収容されており、制御電源２６０、制御回路１４０、整流器２５０、充電電源２００および高周波電源３００のベース電位側ラインは第１筐体２２２のＦＧに接続されている。

【0021】

比較例では、制御回路１４０は、第１筐体２２２およびアース線２２を通して光源装置の筐体１２２と電気的に接続されているため、レーザ発振器１１０から筐体１２２に流れるコモンモード電流ｉｃｏｍは、アース線２２および信号線１２を通して制御回路１４０に流れ込む。このようなコモンモード電流ｉｃｏｍが制御回路１４０に流れると、制御回路１４０の誤動作や故障の原因となり得る。

【0022】

比較例の説明を踏まえて、本発明の電源装置２０を説明する。図２は、本実施形態の電源装置２０を示す側面断面図である。本実施形態の電源装置２０は、コモンモード電流ｉｃｏｍの影響を低減するために、制御電源２６０と制御回路１４０とを収容する第２筐体２２４であって、第１筐体２２２から絶縁されている第２筐体２２４を有する。また、制御回路１４０は、そのベース電位側ラインが第１筐体２２２のＦＧに接続されず、第１筐体２２２から絶縁された第２筐体２２４に接続されている。

【0023】

第１筐体２２２を説明する。第１筐体２２２は、金属製の箱状のケーシングである。第１筐体２２２は、上下に配列された下空間２２ｊおよび上空間２２ｋの側面を区画する角筒状の側板部２２ａと、側板部２２ａの底部を塞ぐ平板状の底板部２２ｂと、側板部２２ａの天井部を塞ぐ平板状の天井部２２ｄと、下空間２２ｊと上空間２２ｋとを隔てる平板状の隔壁部２２ｅとを有する。下空間２２ｊには、第２筐体２２４が収容され、第２筐体２２４には、制御電源２６０と制御回路１４０が収容される。上空間２２ｋには、整流器２５０、充電電源２００および高周波電源３００が収容される。

【0024】

第２筐体２２４は、金属製の箱状のケーシングである。第２筐体２２４は、空間２４ｍの側面を区画する角筒状の側板部２４ａと、側板部２４ａの底部を塞ぐ平板状の底板部２４ｂとを有する。側板部２４ａは、側板部２２ａから絶縁部材２４ｐを介して内側に所定の距離離れて浮いた状態で支持される。底板部２４ｂは、底板部２２ｂから絶縁部材２４ｐを介して上側に所定の距離離れて浮いた状態で支持される。この構成により、第２筐体２２４は、第１筐体２２２と電気的に絶縁される。

【0025】

絶縁部材２４ｐによる離隔距離が小さいと、これらの間の制電容量を介してコモンモード電流ｉｃｏｍが制御回路１４０に漏れる可能性がある。このため、この離隔距離は、制御回路１４０に漏れるコモンモード電流ｉｃｏｍが所望レベル以下になるように設定される。絶縁部材２４ｐによる離隔距離は５ｍｍ以上で所望の性能が得られることが示唆されている。本実施形態では、絶縁部材２４ｐによる離隔距離は、一例として２０ｍｍ～３０ｍｍに設定されている。

【0026】

この構成により、本実施形態の電源装置２０では、制御回路１４０のベース電位側ラインと第１筐体２２２との間のインピーダンスが高くなるので、高周波電源３００および光源装置１０の高周波駆動で発生するコモンモード電流ｉｃｏｍが回り込む経路を限定できる。この結果、コモンモード電流ｉｃｏｍによる制御回路１４０への影響を低減できる。また、第２筐体２２４は、信号線１２を通して光源装置の筐体１２２のＦＧと電気的に接地されていてもよい。第１筐体２２２と第２筐体２２４で絶縁されていれば、アース線２２、信号線１２を通して第１筐体２２２、第２筐体２２４、筐体１２２を通るループが形成されないため、コモンモード電流ｉｃｏｍが制御回路１４０に回り込む量を低減できる。

【0027】

次ぎに、図３、図４を参照して、レーザ加工システム１００の動作を説明する。図３は、レーザ加工システム１００の動作説明用のブロック図である。図４は、レーザ加工システム１００の動作波形図である。

【0028】

図３を参照して、レーザ加工機９０を説明する。レーザ加工機９０は、対象物９０２にレーザパルスビーム９０４を照射し、対象物９０２を加工する。対象物９０２の種類は特に限定されず、また加工の種類も、穴空け（ドリル）、切断などが例示されるが、その限りではない。

【0029】

レーザ加工機９０は、光学系９１０、加工機制御装置９２０、ステージ９３０を備える。対象物９０２はステージ９３０上に載置され、必要に応じて固定される。

【0030】

加工機制御装置９２０は、レーザ加工システム１００を統括的に制御する。具体的には加工機制御装置９２０は、電源装置２０に対してタイミング信号Ｓ１およびレーザパルスビームの強度を指定する強度指令Ｓ２を出力する。また加工機制御装置９２０は、加工処理を記述するデータ（レシピ）にしたがってステージ９３０を制御するための位置制御信号Ｓ３を生成する。

【0031】

ステージ９３０は、加工機制御装置９２０からの位置制御信号Ｓ３に応じて、対象物９０２を位置決めし、対象物９０２とレーザパルスビーム９０４の照射位置を相対的にスキャンする。ステージ９３０は、１軸、２軸（ＸＹ）あるいは３軸（ＸＹＺ）であり得る。

【0032】

高周波電源３００およびレーザ発振器１１０は、加工機制御装置９２０のタイミング信号Ｓ１をトリガとして発振し、パルスレーザＬｐを発生する。タイミング信号Ｓ１は、ハイ、ロー２値をとるパルス信号であり、例えばハイの区間が発光区間に、ローの区間が停止区間となる。パルスレーザＬｐの発光区間中の強度は、強度指令Ｓ２に基づいて設定される。光学系９１０は、パルスレーザＬｐに基づくレーザパルスビーム９０４を対象物９０２に照射する。光学系９１０の構成は特に限定されず、ビームを対象物９０２に導くためのミラー群、ビーム整形のためのレンズやアパーチャなどを含みうる。

【0033】

図３を参照して、光源装置１０を説明する。光源装置１０は、レーザ発振器１１０と、光検出器１８０とを備える。レーザ発振器１１０は、一対の放電電極、レーザ共振器を形成する一対のミラーなどを備える。

【0034】

光検出器１８０には、レーザ発振器１１０から出力されるパルスレーザＬｐの一部がビームスプリッタなどによって分岐入力される。光検出器１８０は、パルスレーザＬｐの強度を検出し、第１検出信号Ｖｓ１を制御回路１４０に供給する。光検出器１８０は、個々のパルスの強度を検出できる程度の高速応答性を有することが重要で、したがって熱型検出素子ではなく、量子型検出素子を用いることが好ましい。光検出器１８０が出力する第１検出信号Ｖｓ１は、パルスレーザＬｐの波形に応じたパルス状の信号となる。

【0035】

図３を参照して、電源装置２０を説明する。電源装置２０は、高周波電圧Ｖｒを生成し、レーザ発振器１１０の一対の放電電極に印加する。高周波電圧Ｖｒの周波数（同期周波数という）は、レーザ発振器１１０の一対の放電電極の静電容量と、それに付随するインダクタの共振周波数に応じて規定される。

【0036】

図３を参照して、充電電源２００を説明する。充電電源２００は、整流電圧Ｖｐを受け、それをもとに直流電圧Ｖｄを生成する。例えば、充電電源２００には、制御回路１４０から、直流電圧Ｖｄの目標レベルを指示する電圧指令Ｓ５が入力される。電圧指令Ｓ５は、直流電圧Ｖｄの目標値を示すアナログの基準電圧Ｖｅであってもよいし、基準電圧Ｖｅを示すデジタル値であってもよい。充電電源２００は、直流電圧Ｖｄの電圧レベルを基準電圧Ｖｅに安定化する。

【0037】

図３を参照して、高周波電源３００を説明する。高周波電源３００は、直流電圧Ｖｄを受け、それを交流の高周波電圧Ｖｒに変換する。高周波電源３００は、直流電圧Ｖｄを交流電圧に変換するインバータと、インバータの出力を昇圧するトランスを含んでもよい。高周波電圧Ｖｒの振幅は直流電圧Ｖｄに比例するから、パルスレーザＬｐの実効強度は電圧指令Ｓ５（基準電圧Ｖｅ）に基づいて制御可能である。

【0038】

図３を参照して、制御回路１４０を説明する。制御回路１４０には、加工機制御装置９２０から、タイミング信号Ｓ１および強度指令Ｓ２が入力される。制御回路１４０は、タイミング信号Ｓ１がハイの間、電源装置２０のインバータに、同期周波数の励振信号Ｓ４を供給する。これにより電源装置２０からレーザ発振器１１０に、バースト状の高周波電圧Ｖｒが供給され、レーザ発振器１１０は、タイミング信号Ｓ１に応じて、発振と停止を交互に繰り返す。典型的には、タイミング信号Ｓ１の繰り返し周波数は１ｋＨｚ～１０ｋＨｚ程度であり、パルス幅（つまりレーザの励振時間）は数十μｓのオーダーである。

【0039】

制御回路１４０は、強度指令Ｓ２に応じて、基準電圧Ｖｅを生成する。これにより高周波電圧Ｖｒの振幅、ひいてはパルスレーザＬｐの強度が、強度指令Ｓ２に応じて制御される。

【0040】

次ぎに、光源装置１０の基本的な動作を説明する。図４は、光源装置１０の動作波形図である。図４には上から順に、タイミング信号Ｓ１、励振信号Ｓ４、高周波電圧Ｖｒ、レーザ発振器１１０の放電電極に流れる放電電流ＩＤ、パルスレーザＬｐの強度が示される。なお本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

【0041】

時刻ｔ０にタイミング信号Ｓ１がハイとなると、同期周波数を有する励振信号Ｓ４が生成される。励振信号Ｓ４に応じて高周波電源３００がスイッチングすることにより、高周波電圧Ｖｒがレーザ発振器１１０に供給される。レーザ発振器１１０の放電電極に高周波電圧Ｖｒが印加されると放電が生じ、放電電流Ｉｄが流れはじめる。励振信号Ｓ４は、タイミング信号Ｓ１がハイとなるオン時間（励振時間）Ｔｏｎの間、持続する。

【0042】

放電開始後、ある遅延時間の経過後の時刻ｔ１において、パルスレーザＬｐの強度が増加する。レーザパルスの波形は、レーザ発振器の特性に依存する。この例では、立ち上がりの直後において大きなピークが現れ、その後、平坦な部分が継続する。

【0043】

時刻ｔ２にタイミング信号Ｓ１がローとなると、励振信号Ｓ４が停止し、高周波電圧Ｖｒも停止する。そうすると放電が徐々に弱まり、やがて消滅する。パルスレーザＬｐの強度も時刻ｔ２以降、減衰していく。光源装置１０は、この動作を繰り返すことにより、パルスレーザＬｐを生成する。

【0044】

図３に戻り、制御回路１４０の基本的な動作を説明する。制御回路１４０は、光検出器１８０から供給される第１検出信号Ｖｓ１を受信する。制御回路１４０は、第１検出信号Ｖｓ１に基づいて、パルスレーザＬｐの強度（およびエネルギー）を安定化し、温度やガスの劣化などの影響を低減する。制御回路１４０は、パルス状の第１検出信号Ｖｓ１を平滑化する平滑化回路１４２を含み、平滑化された第２検出信号Ｖｓ２に基づいて、電源装置２０の状態（動作パラメータ）を調節する。平滑化回路１４２は、アナログあるいはデジタルのローパスフィルタで構成することができる。ローパスフィルタの時定数（すなわちカットオフ周波数）は、想定されるタイミング信号Ｓ１の繰り返し周波数に基づいて定めればよく、例えば、ローパスフィルタの時定数は、１～２０ｍｓ程度に設定される。例えば、タイミング信号Ｓ１の周波数が、１ｋＨｚ～１０ｋＨｚである場合に、ローパスフィルタの時定数を５ｍｓとした場合、時定数は、タイミング信号Ｓ１の周期の５～５０倍となる。平滑化回路１４２が生成する第２検出信号Ｖｓ２は、第１検出信号Ｖｓ１の連続するいくつかのパルスの実効強度の平均を表すものと把握できる。

【0045】

制御回路１４０は、第２検出信号Ｖｓ２に基づいて得られるレーザの実効強度の検出値が、その目標値と一致するように、フィードバック制御によって電源装置２０の動作パラメータを補正する補正部１４４を含む。実効強度の目標値は、強度指令Ｓ２に応じて生成される。本実施の形態では、補正対象の動作パラメータは、高周波電圧Ｖｒの振幅であり、すなわち制御回路１４０は、直流電圧Ｖｄを補正する。

【0046】

レーザ発振器１１０の発光期間の直前、直流電圧Ｖｄは目標電圧Ｖｅに安定化される。タイミング信号Ｓ１に応じて、レーザ発振器１１０が発振し、パルスレーザＬｐの強度を示す第１検出信号Ｖｓ１が生成される。

【0047】

第１検出信号Ｖｓ１は平滑化回路１４２において平滑化され、第２検出信号Ｖｓ２が生成される。この例では、第２検出信号Ｖｓ２は、サイクル毎に発光直後にＡ／Ｄコンバータによりデジタル値に変換される。このデジタル値とその目標値との誤差に基づいて補正量が生成される。

【0048】

図３を参照して、充電電源２００を説明する。充電電源２００は、バンクコンデンサ２０２と、充電回路２１０と、充電コントローラ２３０とを備える。充電電源２００と高周波電源３００の間は、ＤＣリンク２０４で接続される。ＤＣリンク２０４には、バンクコンデンサ２０２が接続される。

【0049】

レーザのショットの終了後、バンクコンデンサ２０２は放電され、直流電圧Ｖｄは低下する。充電回路２１０は、次のショットまでに、バンクコンデンサ２０２に充電電流Ｉｃを供給し、直流電圧Ｖｄを回復させる。充電コントローラ２３０は、ＤＣリンク２０４の直流電圧Ｖｄが、電圧指令Ｓ５に応じた目標電圧Ｖｅに近づくように、充電回路２１０による充電動作を制御する。例えば、充電コントローラ２３０は、電圧指令Ｓ５に基づいて、充電回路２１０の充電時間および充電回数の少なくとも一方を制御してもよい。

【0050】

充電回路２１０はスイッチングコンバータ（例えば、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ）で構成することができる。充電コントローラ２３０は、先行するメイン充電と、それに続くサブ充電によって、バンクコンデンサ２０２を充電してもよい。

【0051】

メイン充電では、電圧指令Ｓ５に応じたパルス幅を有するワンショットパルスを生成し、充電回路２１０を１回、スイッチングし、粗い精度で充電を行う。これにより、バンクコンデンサ２０２に、大きな充電電流が供給され、直流電圧Ｖｄがおおよそ基準電圧Ｖｅに近い電圧レベルまで回復する。続いてサブ充電に移行し、直流電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｅと一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータを数回、スイッチングさせる。

【0052】

高周波電源３００は、昇圧トランス３０２およびインバータ３１０を備える。昇圧トランス３０２の２次巻線Ｗ２は、レーザ発振器１１０の放電電極と接続される。インバータ３１０は、例えば、フルブリッジ回路などを含む。インバータ３１０の電源端子には、直流電圧Ｖｄが供給される。インバータ３１０は励振信号Ｓ４に応じてスイッチング動作し、昇圧トランス３０２の１次巻線Ｗ１に交流電圧Ｖａを印加し、２次巻線Ｗ２に高周波電圧Ｖｒを発生させる。なおインバータ３１０や昇圧トランス３０２の構成は特に限定されない。

【0053】

以上が、レーザ加工システム１００の動作の説明である。

【0054】

以上のように構成された本実施形態の電源装置２０の特徴を説明する。電源装置２０は、レーザ発振器１１０にバースト状の高周波電圧Ｖｒを供給する高周波電源３００を有する電源装置であって、高周波電源３００を制御する制御回路１４０と、制御回路１４０に電力を供給する制御電源２６０と、制御回路１４０および制御電源２６０を収容する金属製の第２筐体２２４と、第２筐体２２４および高周波電源３００を収容する金属製の第１筐体２２２と、を備える。第２筐体２２４は、第１筐体２２２に対して絶縁され、且つ、第１筐体２２２から離隔されている。

【0055】

この構成によれば、制御回路１４０を収容する金属製の第２筐体２２４を第１筐体２２２から浮かすことで、コモンモード電流ｉｃｏｍが筐体のＦＧを通じて制御回路１４０に流れる経路の一部を遮断できる。この結果、コモンモード電流ｉｃｏｍによる、制御回路１４０の故障や誤動作を減らすことができる。

【0056】

本実施形態では、第２筐体２２４は、絶縁部材を介して第１筐体２２２から所定の距離離れた状態で支持されているため、第２筐体２２４を第１筐体２２２から電気的に絶縁できる。

【0057】

本実施形態では、第２筐体２２４は、信号線１２を通じてレーザ発振器１１０を含む光源装置１０の筐体１２２と電気的に接続されているため、第１筐体２２２と第２筐体２２４で絶縁されていれば、アース線２２、信号線１２を通して第１筐体２２２、第２筐体２２４、筐体１２２を通るループが形成されない。この結果、コモンモード電流ｉｃｏｍが制御回路１４０に回り込む量を低減できる。

【0058】

本実施形態では、第２筐体２２４は、制御回路１４０および制御電源２６０を収容する空間の側面を区画する側板部２４ａと、側板部２４ａの底部を塞ぐ底板部２４ｂと、を有するため、コモンモード電流ｉｃｏｍによる制御回路１４０および制御電源２６０の誤動作や故障を減らすことができる。

【0059】

本実施形態では、制御回路１４０は、レーザ発振器１１０から出力されるレーザの強度を検出する光検出器１８０の検出信号を受信するため、検出信号を平滑化した信号に基づいて、電源装置２０の動作パラメータを調節できる。

【0060】

［第２実施形態］
次ぎに、本発明の第２実施形態に係る電源装置２０の概要を説明する。第２実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。図５は、本実施形態の電源装置２０を備えたレーザ加工システム１００を示すブロック図であり、図１に対応する。

【0061】

本実施形態は、制御電源２６０から制御回路１４０に電力を供給する経路に、高周波信号の伝達を低減するための高周波低減手段２７０が設けられる点で相違し、他の構成は同様である。重複する説明を省き、高周波低減手段２７０を説明する。高周波低減手段２７０は、制御電源２６０と制御回路１４０との間の経路で相互に高周波信号の伝達を低減できるものであれば何でもよい。図５の例では、高周波低減手段２７０は、コモンモードチョークである。コモンモードチョークは、非コモンモード電流に対して低インピーダンスで、コモンモード電流に対して高インピーダンスとなる素子である。コモンモードチョークは、制御電源２６０と制御回路１４０との間のコモンモード電流の相互伝達を低減できる。

【0062】

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用と効果を奏しうる。加えて本実施形態によれば、制御電源２６０から制御回路１４０に電力を供給する経路に、高周波信号の伝達を低減するための高周波低減手段２７０が設けられているため、コモンモード電流ｉｃｏｍが回り込む可能性がある制御電源２６０と制御回路１４０との間の経路の高周波インピーダンスを高くし、この経路から制御回路１４０へ回り込むコモンモード電流ｉｃｏｍを低減することができる。この結果、コモンモード電流ｉｃｏｍによる、制御回路１４０の故障や誤動作を一層減らすことができる。また、本実施形態では、高周波低減手段２７０は、コモンモードチョークを含むため、コモンモード電流ｉｃｏｍの回り込み量を一層低減することができる。

【0063】

また、第２筐体２２４は、信号線１２を通じて光源装置の筐体１２２のＦＧと電気的に接続されていてもよい。第１筐体２２２と第２筐体２２４で絶縁されていれば、アース線２２、信号線１２を通じて第１筐体２２２、第２筐体２２４、筐体１２２を通るループが形成されないため、コモンモード電流ｉｃｏｍが制御回路に回り込む量が低減される。さらに高周波低減手段２６４があれば、回り込み量を一層低減することができる。

【0064】

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除などの多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。

【0065】

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

【0066】

実施形態では、第１筐体２２２が、下空間２２ｊと上空間２２ｋとを隔てる隔壁部２２ｅとを有する例を説明したが、これに限定されない。例えば、第１筐体２２２は、隔壁部２２ｅを有しなくてもよい。

【0067】

実施形態では、第２筐体２２４の天井側が開放される例を説明したが、これに限定されない。例えば、第２筐体２２４の天井側に蓋が設けられてもよい。

【0068】

実施形態では、第２筐体２２４が箱状である例を説明したが、これに限定されない。例えば、第２筐体２２４は板状であってもよい。

【0069】

実施形態では、制御回路１４０が、加工機制御装置９２０からタイミング信号Ｓ１と強度指令Ｓ２を受ける例を説明したが、これに限定されない。制御回路１４０が、加工機制御装置９２０から信号を受けることは必須ではない。

【0070】

実施形態では、制御電源２６０が絶縁トランスを備えない例を説明したが、制御電源２６０は絶縁トランスを備えてもよい。

【0071】

上述した各実施形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

【符号の説明】

【0072】

１０ 光源装置、 ２０ 電源装置、 ２４ａ 側板部、 ２４ｂ 底板部、 ２４ｍ 空間、 ９０ レーザ加工機、 １１０ レーザ発振器、 １４０ 制御回路、 ２００ 充電電源、 ２２２ 第１筐体、 ２２４ 第２筐体、 ２６０ 制御電源、 ２７０ 高周波低減手段、 ３００ 高周波電源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】