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JP2020088031A - レーザ装置用の電源装置 - Google Patents

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JP2020088031A JP2018216527A JP2018216527A JP2020088031A JP 2020088031 A JP2020088031 A JP 2020088031A JP 2018216527 A JP2018216527 A JP 2018216527A JP 2018216527 A JP2018216527 A JP 2018216527A JP 2020088031 A JP2020088031 A JP 2020088031A
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Abstract

【課題】信頼性を高めたレーザ装置を提供する。
【解決手段】高周波電源400は、一対の放電電極202,204の容量を含む共振回路210に高周波電圧VRFを印加する。過電圧抑制回路500は、共振回路210の両端間の過電圧を抑制する。異常検出器600は、異常を検出すると高周波電源400からの高周波電圧VRFの印加を停止させる。
【選択図】図2

Description

本発明は、電源装置に関する。
産業用の加工ツールとして、レーザ加工装置が広く普及している。レーザ加工装置には、COレーザなどの高出力のガスレーザが使用される。図1は、レーザ装置100Rのブロック図である。レーザ装置100Rは、レーザ共振器200および電源装置250Rを備える。レーザ共振器200は、一対の放電電極202,204、全反射鏡206、部分反射鏡208を備える。
一対の放電電極202,204は、COなどのレーザ媒質ガスが充電されたガスチャンバ内に設けられる。一対の放電電極202,204の間には、静電容量Cが存在する。この静電容量Cと、インダクタL(インダクタ素子あるいは寄生インダクタ)は、共振周波数fRESを有する共振回路210を形成する。
電源装置250Rは、高周波電圧VRFを共振回路210に印加する。高周波電圧VRFの周波数fRF(以下、同期周波数という)は、共振回路の周波数fRESの近傍に設定される。高周波電圧VRFが印加されることにより、一対の放電電極202,204の間に放電電流が流れる。放電電流によってレーザ媒質ガスが励起され、反転分布が形成される。誘導放出光は、全反射鏡206と部分反射鏡208が形成する光共振器内を往復し、レーザ媒質ガスを通過することにより増幅される。増幅された光の一部が部分反射鏡208から出力として取り出される。
電源装置250Rは、安定化された直流電圧VDCを生成する直流電源300と、直流電圧VDCを高周波電圧VRFに変換する高周波電源400とを備える。
特開2018−39032号公報 特開2015−32746号公報
本発明者らは、図1のレーザ装置100Rについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
放電電極202や204において接触不良などが生ずると、開放状態で運転することになる。開放状態では、静電容量Cが非常に小さくなるため、共振回路の共振周波数が非常に高い値fRES’となる。この状態で、同期周波数f(f<fRES’)の高周波電圧Vacを印加し続けると、共振周波数fRES’において、高周波電圧VRFの振幅を超える非常に高電圧が発生する。この高電圧が高周波電源400の内部の半導体素子(すなわちパワートランジスタ)に印加されると、信頼性が低下する。
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、信頼性を高めたレーザ装置の提供にある。
本発明のある態様は、一対の放電電極を含むレーザ共振器を駆動する電源装置に関する。電源装置は、一対の放電電極の容量を含む共振回路に高周波電圧を印加する高周波電源と、共振回路の両端間、もしくは高周波電源の内部ノードの過電圧を抑制する過電圧抑制回路と、過電圧抑制回路と直列なスイッチと、異常を検出すると、スイッチをオンする異常検出器と、を備える。
ここでいう「異常」は、電源装置内に過電圧を発生させうる異常である。過電圧抑制回路を設けることで、共振回路の共振周波数が設計値から大きく外れた場合に、過電圧を抑制でき、高周波電源などに含まれる半導体素子を保護できる。また過電圧が生じない状況では、スイッチをオフしておくことで、過電圧抑制回路にリーク電流が流れるのを防止でき、またリーク電流に起因するノイズを抑制できる。
レーザ共振器の筐体はアース線を介して接地されてもよい。異常検出器は、アース線に流れる電流にもとづいて、異常を検出してもよい。
レーザ共振器の筐体はアース線を介して接地されており、異常検出器は、筐体の電位にもとづいて、異常を検出してもよい。
電源装置は、異常検出器が異常を検出すると、外部に通知する通知手段をさらに備えてもよい。
高周波電源は、インバータと、インバータの出力と接続される1次巻線およびレーザ共振器と接続される2次巻線を有するトランスと、を含んでもよい。過電圧抑制回路は、トランスの1次巻線と接続されてもよい。
過電圧抑制回路は、電圧サプレッサ、サージ防護デバイス、ガスアレスタ(サージアレスタ)の少なくともひとつを含んでもよい。
過電圧抑制回路は、直列に接続される複数の素子を含んでもよい。個々の素子の静電容量が大きい場合に、それらを直列に接続することで、過電圧抑制回路の静電容量を小さくできる。
過電圧抑制回路は、一対の放電電極の容量の1/10以下のキャパシタを含んでもよい。この場合、キャパシタが負荷となるため、共振周波数が高くなりすぎるのを防止でき、過電圧を抑制できる。
過電圧抑制回路は、LCR負荷を含んでもよい。この場合、放電電極に異常が生じて開放状態となっても、LCR負荷によって共振周波数が高くなりすぎるのを防止でき、過電圧を抑制できる。
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、装置、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。
本発明のある態様によれば、レーザ装置の信頼性を高めることができる。
レーザ装置のブロック図である。 実施の形態に係るレーザ装置のブロック図である。 図3(a)、(b)は、異常検出器の構成例を示す回路図である。 図4(a)〜(d)は、過電圧抑制回路の構成例を示す回路図である。 電源装置の具体的な構成例を示す回路図である。 レーザ装置を備えるレーザ加工装置を示す図ある。 図7(a)、(b)は、過電圧抑制回路の配置の変形例を示す図である。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、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、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
図2は、実施の形態に係るレーザ装置100のブロック図である。レーザ装置100は、レーザ共振器200と電源装置250を備える。
図2において、レーザ共振器200は等価回路として示される。一対の放電電極202,204の間には、静電容量Cと、抵抗成分Rが含まれる。静電容量Cは、インダクタLとともに共振回路210を形成する。この共振回路210の共振周波数をfRESとする。インダクタLは、インダクタ部品および配線や基板の寄生インダダクタンスの少なくとも一方を含む。
電源装置250は、高周波電圧VRFを共振回路210に印加する。高周波電圧VRFの周波数fRF(以下、同期周波数という)は、共振回路の周波数fRESの近傍に設定される。高周波電圧VRFが印加されることにより、一対の放電電極202,204の間に放電電流が流れる。放電電流によってレーザ媒質ガスが励起され、反転分布が形成される。
電源装置250は、直流電源300、高周波電源400、過電圧抑制回路500、スイッチSW1、異常検出器600、通知手段610を備える。直流電源300は、その出力が一対のDCリンク310と接続されており、DCリンク310に所定の電圧レベルに安定化された直流電圧(DCリンク電圧ともいう)VDCを発生する。
高周波電源400の入力は、DCリンク310と接続されており、DCリンク電圧VDCを受ける。高周波電源400は、共振周波数fRESと同じ周波数(同期周波数)fRFを有する高周波電圧VRFを発生し、レーザ共振器200に供給する。高周波電源400の構成は限定されないが、直流電圧VDCを交流電圧VACに変換するHブリッジ回路(インバータ)402と、Hブリッジ回路402の出力電圧VACを昇圧するトランス404と、を含むことができる。
過電圧抑制回路500は、共振回路210の両端間、もしくは高周波電源の内部ノードの過電圧を抑制可能に構成される。図2において、過電圧抑制回路500は、Hブリッジ回路402と昇圧トランス404の接続ノードと接続されており、昇圧トランス404の1次側の電圧の過電圧を抑制可能となっている。
スイッチSW1は、過電圧抑制回路500の電流経路を遮断するために、過電圧抑制回路500と直列に設けられる。
異常検出器600は、レーザ装置100の異常を検出すると、異常検出信号SABNをアサートし、スイッチSW1をオンする。ここでいう「異常」は、電源装置250内に過電圧を発生させうる異常、言い換えれば共振周波数を設計値よりも高くシフトさせる異常であり、たとえば放電電極202,204の接触不良、インダクタLの外れ、それらを接続する配線の外れ、配線の断線(オープン)あるいは劣化によるインピーダンスの増加が例示される。なお電源装置250は、異常が発生した後に異常検出信号SABNをアサートしてもよいし、異常の予兆が現れた段階で異常検出信号SABNをアサートしてもよい。
通知手段610は、異常検出器600による異常検出を外部に通知する。たとえば通知手段610は、ブザーやランプ、ディスプレイなど、ユーザに対する直接的な通知手段であってもよい。
あるいは通知手段610は、ブザー、ランプ、ディスプレイを制御するシステム側のコントローラと接続されるインタフェースであってもよい。この場合、通知手段610は、ユーザに対して、間接的に異常の発生を通知してもよい。この場合において、システム側のコントローラは、異常発生の通知をトリガーとして、適切なタイミングで適切な保護処置を実行できる。
以上が電源装置250の基本構成である。続いてその動作を説明する。
レーザ装置100に異常(もしくはその予兆)が発生すると、異常検出器600は異常検出信号SABNをアサートし、スイッチSW1をオンする。これにより過電圧抑制回路500が高周波電源400に接続され、過電圧抑制回路500が接続されるノード間の過電圧が抑制される。
一方、レーザ装置100の正常状態においては、異常検出器600が異常検出信号SABNをネゲートされており、スイッチSW1はオフである。したがって過電圧抑制回路500は高周波電源400から切り離される。
以上が電源装置250の動作である。この電源装置250によれば、過電圧抑制回路500を設けることで、共振回路210の共振周波数fRESが設計値から大きく外れた場合に、過電圧を抑制でき、高周波電源400などに含まれる半導体素子を保護できる。また過電圧が生じない状況では、スイッチSW1をオフしておくことで、過電圧抑制回路500にリーク電流が流れるのを防止でき、またリーク電流に起因するノイズを抑制できる。
本発明は、図2のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。
・異常検出器600について
異常検出器600の検出速度が遅いと、スイッチSW1のターンオンが遅れ、遅れ時間の間、過電圧が発生することになり好ましくない。したがって異常検出器600には、過電圧抑制回路500が有効に働くべきタイミング(すなわち実際に過電圧が発生するタイミング)より早く、異常検出信号SABNをアサートすることが要求される。そこで以下では、高速な異常検出器600について説明する。
図3(a)、(b)は、異常検出器600の構成例を示す回路図である。レーザ共振器200は、金属の筐体(ガスチャンバー)220で覆われており、筐体220は、アース線222を介して接地される。
図3(a)の異常検出器600は、アース線222に流れる電流Ixにもとづいて、異常の有無を判定する。より具体的には、アース線に流れる電流Ixの振幅が所定のしきい値を超えると、異常と判定することができる。
図3(b)の異常検出器600は、筐体220の対接地電位Vxにもとづいて、異常の有無を判定する。より具体的には、電位Vxの振幅が所定のしきい値を超えると、異常と判定することができる。
以上が異常検出器600の構成例である。続いて異常検出器600の動作原理を説明する。放電電極202と筐体220の間、放電電極204と筐体220の間には寄生容量Cpが存在する。レーザ共振器200が正常であるとき、設計した共振周波数fRESの電流がレーザ共振器200(電極202,204間)に流れ、寄生容量Cpの影響は無視することができる。このとき寄生容量Cpおよびアース線222に流れる電流Ixは実質的にゼロであり、また筐体220の電位Vxは実質的に接地電圧と等しい。
放電電極202や放電電極204に接続される配線が断線し、あるいはインピーダンスが増大すると、共振回路210の共振周波数が設計値より高くなり、高周波の電流が流れる。高周波の電流は、容量値の小さい寄生容量Cpを経由してアース線222に流れる。これにより、筐体220の電位Vxが非ゼロとなる。
図3(a)、(b)の異常検出器600によれば、共振回路210の共振周波数のシフトを高速に検出することができ、実際に電源装置250の内部で過電圧が発生するより前に(あるいは発生したとしても直ちに)、スイッチSW1をターンオンすることができる。
なお、異常検出器600の異常検出の方法はこれに限定されない。応答性の低い方式を用いるかわりに、異常判定のしきい値を厳しく設定してもよい。
図4(a)〜(d)は、過電圧抑制回路500の構成例を示す回路図である。図4(a)の過電圧抑制回路500は、ガスアレスタ502を含む。ガスアレスタ502の端子間電圧が動作開始電圧を超えると、ガスアレスタ502が短絡状態となり、過電圧抑制回路500の両端間電圧ΔVが抑制される。
ここで過電圧抑制回路500の両端間の静電容量は、一対の放電電極の静電容量の1/5より小さいことが好ましい。なぜなら、過電圧抑制回路500の静電容量が大きすぎると、共振回路210の共振周波数fRESをシフトさせることとなり、回路動作に影響を及ぼすからである。この観点において、図4(a)のようにガスアレスタ502単体で過電圧抑制回路500を構成すると、静電容量が大きすぎる場合がある。
このような場合には図4(b)に示すように、複数の過電圧抑制素子(サージ保護素子)を直列に接続するとよい。これにより、過電圧抑制回路500の両端間の静電容量は、複数の過電圧抑制素子それぞれの静電容量の合成容量となるため、個々の過電圧抑制素子の静電容量よりも小さくすることができる。
より詳しくは図4(b)の過電圧抑制回路500は、直列に接続されるガスアレスタ502とバリスタ504を含む。この構成では、過電圧抑制回路500の両端間に高電圧ΔVが印加されると、ガスアレスタ502の端子間電圧が動作開始電圧を超えて短絡状態となり、高電圧ΔVがバリスタ504に印加される。その結果、バリスタ504のI−V特性に応じて電流が流れ、高電圧ΔVを抑制できる。バリスタ504に代えて、一般的な過電圧抑制素子を用いることができ、たとえばSPD(酸化亜鉛型アレスタ)やトランゾープを用いてもよい。
図4(a)、(b)の過電圧抑制回路500は、過電圧に応答して動作するものであったが、その限りでなく、過電圧抑制回路500は、レーザ共振器200の開放異常状態における過電圧の発生を予防する回路であってもよい。より具体的には過電圧抑制回路500は、同期周波数fRFにおいては、共振回路210に比べて十分にハイインピーダンスであり、同期周波数fRFより高い周波数においては、低いインピーダンスを有してもよい。図4(c)の過電圧抑制回路500は、キャパシタ506を含む。キャパシタ506の静電容量は、一対の放電電極202,204の静電容量の1/5以下、好ましくは1/10以下である。開放異常が発生しても、このキャパシタ506が負荷として残るため、共振周波数が高くなりすぎるのを防止でき、過電圧を抑制できる。
図4(d)の過電圧抑制回路500は、LCR負荷回路を含む。開放状態となっても、LCR負荷によって共振周波数が高くなりすぎるのを防止でき、過電圧を抑制できる。
なお過電圧抑制回路500を、図4(a)〜(d)に例示した回路のいくつかを並列に接続した構成であってもよい。
図5は、電源装置250の具体的な構成例を示す回路図である。レーザ装置100には、発光期間(励振期間)と停止期間を指示する制御信号(励振信号)S1が入力され、励振信号S1にもとづいて間欠動作する。たとえば励振信号S1は、数kHz程度の繰り返し周波数、デューティ比5%程度のパルス信号である。
高周波電源400は、Hブリッジ回路(フルブリッジ回路)402と昇圧トランス404とを備える。高周波電源400は、Hブリッジ回路402と昇圧トランス404のセット401を、2系統備え、それらが並列に接続されている。もちろんこのセット401を1系統のみで構成してもよい。励振信号S1が励振区間を指示するレベル(たとえばハイ)の間、Hブリッジ回路402はスイッチングし、昇圧トランス404の1次巻線に交流電圧VACを印加する。Hブリッジ回路402のスイッチング周波数は、同期周波数fRFであり、たとえば2MHz程度に設定される。その結果、昇圧トランス404の2次巻線には、交流電圧VACを昇圧した高周波電圧VRFが発生する。
直流電源300は、バンクコンデンサ302および充電回路304を含む。バンクコンデンサ302は、DCリンク306の間に設けられる。充電回路304はバンクコンデンサ302を充電し、バンクコンデンサ302の電圧VDCを一定に保つ。
励振区間の間、Hブリッジ回路402がスイッチング動作することにより、バンクコンデンサ302に蓄えられたエネルギー(電荷)が放出され、直流電圧VDCの電圧レベルは低下する。充電回路304は、直流電圧VDCの電圧レベルの低下を補うように、バンクコンデンサ302に充電電流を供給する。すなわち、直流電源300もまた、励振信号S1と同期して間欠動作する。
なお直流電源300を、励振期間中も含めて定常的に動作するDC/DCコンバータで構成してもよい。
(用途)
続いてレーザ装置100の用途を説明する。図6は、レーザ装置100を備えるレーザ加工装置900を示す図ある。レーザ加工装置900は、対象物902にレーザパルス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。
レーザ加工装置900は、レーザ装置100、光学系910、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。ステージ930は、制御装置920からの位置制御信号S2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。
レーザ装置100は、制御装置920からのトリガ信号(励振信号)S1に応じて発振し、レーザパルス906を発生する。光学系910は、レーザパルス906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。
制御装置920は、レーザ加工装置900を統括的に制御する。具体的には制御装置920は、レーザ装置100に対して間欠的に励振信号S1を出力する。また制御装置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S2を生成する。
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
過電圧抑制回路の配置について、いくつかの変形例を説明する。図2では、過電圧抑制回路500を、Hブリッジ回路402と昇圧トランス404の間に接続したがその限りでない。図7(a)、(b)は、過電圧抑制回路500の配置の変形例を示す図である。
図7(a)に示すように、過電圧抑制回路500およびスイッチSW1を、高周波電源400の出力ノード、すなわち昇圧トランス404の2次側に設けてもよい。これにより、2次側の電圧VRFの過電圧が抑制され、ひいては1次側の過電圧を抑制することができる。
図7(b)に示すように、過電圧抑制回路500およびスイッチSW1のセットを、Hブリッジ回路402を構成するスイッチ(トランジスタ)MH,MLそれぞれと並列に設けてもよい。
過電圧抑制回路500およびスイッチSW1を、レーザ共振器200側に設けてもよい。
異常検出器による異常検出方法についても、いくつかの変形例を説明する。
異常検出器は、レーザ装置の出力光の有無にもとづいて異常を判定してもよい。レーザ装置が非発光の場合(あるいは光量が低下の場合)に、異常と判定してもよい。
異常検出器は、共振周波数の電流成分にもとづいて異常を判定してもよい。負荷(共振回路)もしくは高周波電源の出力に流れる電流を監視し、検出値から共振周波数の成分を抽出し、共振周波数の電流が小さい場合には、異常と判定してもよい。
異常検出器は、共振周波数以外の電流成分にもとづいて異常を判定してもよい。負荷(共振回路)もしくは高周波電源の出力に流れる電流を監視し、検出値から共振周波数以外の成分を抽出し、共振周波数以外の電流が大きい場合には、異常と判定してもよい。
異常検出器は、ショット後の高周波電源の入力電圧の低下幅にもとづいて異常を判定してもよい。レーザが正常に発光すれば、直流電源の出力コンデンサ(バンクコンデンサ)に蓄えられた電荷が放電され、直流電圧が低下する。したがってバンクコンデンサの電圧を監視し、電圧低下が小さいときに、異常と判定できる。
異常検出器は、共振周波数より高い周波数のノイズにもとづいて異常を判定してもよい。電流が高周波となった場合、高周波の放射ノイズあるいは伝導ノイズが増加する。このノイズをアンテナで検出し、ノイズが増加した場合に異常と判定できる。
異常検出器は、一対の放電電極間の電圧にもとづいて異常を判定してもよい。高周波電圧を印加しているにもかかわらず、共振回路の両端間に十分な電圧が検出されない場合、異常と判定できる。
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
100 レーザ装置
200 レーザ共振器
202,204 放電電極
206 全反射鏡
208 部分反射鏡
210 共振回路
250 電源装置
300 直流電源
302 バンクコンデンサ
304 充電回路
400 高周波電源
402 Hブリッジ回路
404 昇圧トランス
500 過電圧抑制回路
502 ガスアレスタ
504 バリスタ
600 異常検出器
610 通知手段

Claims (5)

  1. 一対の放電電極を含むレーザ共振器を駆動する電源装置であって、
    前記一対の放電電極の容量を含む共振回路に高周波電圧を印加する高周波電源と、
    前記共振回路の両端間、もしくは前記高周波電源の内部ノードの過電圧を抑制する過電圧抑制回路と、
    前記過電圧抑制回路と直列に設けられたスイッチと、
    異常を検出すると、前記スイッチをオンする異常検出器と、
    を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 前記レーザ共振器の筐体はアース線を介して接地されており、
    前記異常検出器は、前記アース線に流れる電流にもとづいて、前記異常を検出することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記レーザ共振器の筐体はアース線を介して接地されており、
    前記異常検出器は、前記筐体の電位にもとづいて、前記異常を検出することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  4. 前記異常検出器が異常を検出すると、外部に通知する通知手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電源装置。
  5. 前記高周波電源は、
    インバータと、
    前記インバータの出力と接続される1次巻線および前記レーザ共振器と接続される2次巻線を有するトランスと、
    を含み、
    前記過電圧抑制回路は、前記トランスの1次巻線と接続されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電源装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023166674A (ja) * 2022-05-10 2023-11-22 住友重機械工業株式会社 電源装置、レーザ装置
JP7679042B1 (ja) 2023-11-24 2025-05-19 ユニークチップス合同会社 電気抵抗測定装置、ホール効果測定装置及び半導体特性測定装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01302882A (ja) * 1988-05-31 1989-12-06 Mitsubishi Electric Corp パルス放電レーザ用電源装置
JPH0739166A (ja) * 1993-07-26 1995-02-07 Toshiba Corp 高周波電源装置及びレーザ発振装置
JP2010251411A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Mitsubishi Electric Corp ガスレーザ発振器
JP2011233659A (ja) * 2010-04-27 2011-11-17 Panasonic Corp レーザ発振装置およびレーザ加工機

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07162067A (ja) * 1993-12-02 1995-06-23 Mitsubishi Electric Corp レーザ装置及びレーザ放電管
JP3496369B2 (ja) * 1995-11-06 2004-02-09 三菱電機株式会社 レーザ用電源装置
TWI307988B (en) * 2005-06-22 2009-03-21 Chao Cheng Lu Laser power source apparatus
JP5920870B2 (ja) * 2011-11-02 2016-05-18 株式会社アマダミヤチ レーザ電源装置
JP5972603B2 (ja) * 2012-02-24 2016-08-17 東芝Itコントロールシステム株式会社 レーザ電源装置及びその制御方法
JP6184798B2 (ja) 2013-08-05 2017-08-23 住友重機械工業株式会社 ガスレーザ装置、パルスレーザビーム出力方法及びレーザ加工装置
CN105594307B (zh) * 2013-10-04 2018-09-28 东芝三菱电机产业系统株式会社 电源装置
JP2017069561A (ja) * 2015-09-29 2017-04-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 ガスレーザ発振装置
KR20180039032A (ko) 2018-03-23 2018-04-17 주식회사 진흥테크 무인항공기 및 무인항공기 자동충전장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01302882A (ja) * 1988-05-31 1989-12-06 Mitsubishi Electric Corp パルス放電レーザ用電源装置
JPH0739166A (ja) * 1993-07-26 1995-02-07 Toshiba Corp 高周波電源装置及びレーザ発振装置
JP2010251411A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Mitsubishi Electric Corp ガスレーザ発振器
JP2011233659A (ja) * 2010-04-27 2011-11-17 Panasonic Corp レーザ発振装置およびレーザ加工機

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023166674A (ja) * 2022-05-10 2023-11-22 住友重機械工業株式会社 電源装置、レーザ装置
JP7679042B1 (ja) 2023-11-24 2025-05-19 ユニークチップス合同会社 電気抵抗測定装置、ホール効果測定装置及び半導体特性測定装置
JP2025085316A (ja) * 2023-11-24 2025-06-05 ユニークチップス合同会社 電気抵抗測定装置、ホール効果測定装置及び半導体特性測定装置

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