JP2000307174A

JP2000307174A - レーザ装置

Info

Publication number: JP2000307174A
Application number: JP11115783A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shirochi; 敞城地; Koji Takaichi; 幸二高市
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ電源部内のコンデンサ回路でコンデン
サ分担電圧のバランスが失われたときに早期にこの異常
事態を検知して適切な処置をとること。【解決手段】レーザ電源部１２において、コンデンサ
バンク２４は、容量が同一の値に設定２個のコンデンサ
４０，４２を直列接続してなる。これらのコンデンサ４
０，４２と並列に同一の抵抗値に設定されたブリーダ抵
抗４４，４６が接続されている。コンデンサバンク２４
と並列に、同一の抵抗値に設定２個の抵抗４８，５０を
直列接続してなる抵抗回路５２が接続されている。コン
デンサバンク２４内のノードＮaと抵抗回路５２内のノ
ードＮbは、バランス監視回路５４に接続されている。
バランス監視回路５４は、両ノードＮa，Ｎb間の電位差
（Ｅa−Ｅb）が予め設定した範囲を越えたときは、両コ
ンデンサ４０，４２間の分担電圧のバランスが失われた
ものとして動作し、充電回路２６内で電力を遮断するよ
うリレー回路７４に作用する。また、その異常事態を示
す信号ＷＳを主制御部６２に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置に関
し、特にレーザ電源部内に複数のコンデンサを直列接続
してなるコンデンサ回路を備えるレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の加工用固体レーザ装置たとえばＹ
ＡＧレーザ加工装置では、単相または三相の商用交流電
力を直流電力に変換し、直流電力でレーザ発振部の励起
手段たとえば励起ランプを駆動する方式のレーザ電源部
を備えている。この種のレーザ電源部では、直流電力の
蓄積や平滑用に大容量（キャパシタンス）のコンデンサ
を用いるが、なにぶんにも高電圧（通常数百ボルト以
上）なので、コンデンサ１個では耐えられない。そこ
で、コンデンサを複数（通常２個）直列に接続したもの
をコンデンサバンクまたはコンデンサ回路として用いて
いる。

【０００３】このようなレーザ電源部内のコンデンサ回
路で重要なことは、各コンデンサの分担電圧（分圧電
圧）が均等になることである。この分担電圧の均等性ま
たはバランスが確保されないと、他よりも過大な電圧を
分担するコンデンサが劣化を早めたり破壊することがあ
る。したがって、コンデンサ回路を構成する各コンデン
サが同一の特性（特に容量および内部抵抗）を有してい
るのが好ましい。しかしながら、実際には、各コンデン
サの特性値にはある程度のばらつきがある。そこで、こ
の種のコンデンサ回路では、同一の抵抗値に設定された
ブリーダ抵抗を各コンデンサと並列に接続して、コンデ
ンサの特性値のばらつきを補償するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなブリーダ
抵抗によりコンデンサ回路内で各コンデンサの分担電圧
のバランスまたは均等性が確保される。ところが、種々
の原因たとえば取付（接続）ミスや振動その他の外力に
よってブリーダ抵抗の端子が外れたり切れたりすること
がある。コンデンサ回路内で、ブリーダ抵抗の１つが外
れると、各コンデンサ間のバランスは失われる。その場
合、ブリーダ抵抗が外れた方のコンデンサにおいてはイ
ンピーダンスが増大して分担電圧が上昇し、そのぶんブ
リーダ抵抗が残っている（外れていない）方のコンデン
サの分担電圧は低下する。その結果、ブリーダ抵抗が外
れた方のコンデンサが劣化を早め、時には過熱して爆発
したりする。

【０００５】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、レーザ電源部内のコンデンサ回路で
コンデンサ分担電圧のバランスが失われたときは早期に
この異常事態を検知して適切な処置をとるようにしたレ
ーザ装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１のレーザ装置は、レーザ光を発振出
力するためのレーザ発振部と、交流電力を直流電力に変
換し、前記直流電力で前記レーザ発振部を駆動するレー
ザ電源部と、ほぼ同一の容量値に設定されたＮ個（Ｎは
２以上の整数）のコンデンサを直列に接続してなり、前
記レーザ電源部内で前記レーザ発振部に供給すべき直流
電力を蓄積するコンデンサ回路と、ほぼ同一の抵抗値に
設定されたＮ個の抵抗を直列に接続してなり、前記コン
デンサ回路に並列接続された抵抗回路と、少なくとも１
組の互いに対応する前記コンデンサ回路内の第１のノー
ドと前記抵抗回路内の第２のノードとの間に接続され、
前記第１および第２のノード間の電位差が所定の範囲内
にあるか否かを監視するバランス監視手段と、前記電位
バランス監視手段により前記第１および第２のノード間
の電位差が前記所定の範囲を越えたことが検出されたと
きに前記コンデンサ回路の前段で電力を遮断する電力遮
断手段とを具備する構成とした。

【０００７】また、本発明の第２のレーザ装置は、レー
ザ光を発振出力するためのレーザ発振部と、交流電力を
直流電力に変換し、前記直流電力で前記レーザ発振部を
駆動するレーザ電源部と、ほぼ同一の容量値に設定され
たＮ個（Ｎは２以上の整数）のコンデンサを直列に接続
してなり、前記レーザ電源部内で直流電圧を平滑するコ
ンデンサ回路と、ほぼ同一の抵抗値に設定されたＮ個の
抵抗を直列に接続してなり、前記コンデンサ回路に並列
接続された抵抗回路と、少なくとも１組の互いに対応す
る前記コンデンサ回路内の第１のノードと前記抵抗回路
内の第２のノードとの間に接続され、前記第１および第
２のノード間の電位差が所定の範囲内にあるか否かを監
視するバランス監視手段と、前記電位バランス監視手段
により前記第１および第２のノード間の電位差が前記所
定の範囲を越えたことが検出されたときに前記コンデン
サ回路の前段で電力を遮断する電力遮断手段とを具備す
る構成とした。

【０００８】本発明のレーザ装置において、前記バラン
ス監視手段は、好ましくは、前記第１および第２のノー
ド間で極性を逆向きにして直列接続された一対のツェナ
ーダイオードを有してよく、また、前記第１および第２
のノード間に接続された発光ダイオードと、前記発光ダ
イオードからの光によって導通する受光素子とからなる
フォトカプラを有する構成であってよい。

【０００９】前記電力遮断手段は、好ましくは、前記交
流電力の伝送路に設けられた開閉器と、前記開閉器を閉
状態または開状態に切り替えるためのリレー回路とを有
する構成であってよい。この場合、より好ましくは、前
記リレー回路をハードウェア式で制御する第１の制御手
段とソフトウェア的に制御する第２の制御手段とが併用
させる構成であってよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
実施例を説明する。

【００１１】図１に、本発明の一実施例によるレーザ加
工装置の主要な構成を示す。

【００１２】このレーザ加工装置は、レーザ光を発振出
力するレーザ発振部１０と、このレーザ発振部１０を駆
動するレーザ電源部１２と、装置内の各部を制御する制
御部１４とを備えている。

【００１３】レーザ発振部１０は、チャンバ（図示せ
ず）内に配置された励起用光源たとえば励起ランプ１６
およびレーザ媒体たとえばＹＡＧロッド１８と、チャン
バの外でＹＡＧロッド１８の光軸上に配置された一対の
光共振器ミラー２０，２２とを有している。

【００１４】励起ランプ１６が点灯すると、その光エネ
ルギーでＹＡＧロッド１８が励起され、ＹＡＧロッド１
８の両端面より光軸上に出た光が光共振器ミラー２０，
２２の間で反射を繰り返して増幅されたのちレーザ光Ｌ
Ｂとして出力ミラー２０を抜け出る。出力ミラー２０よ
り抜け出たレーザ光ＬＢは、ミラーや光ファイバ等の光
学系（図示せず）を介して加工位置の出射ユニット（図
示せず）まで送られ、出射ユニットより被加工物（図示
せず）に照射される。

【００１５】レーザ電源部１２は、レーザ発振部１０に
供給すべきレーザ発振用の電力を蓄積する電力蓄積用の
コンデンサ回路またはコンデンサバンク２４と、商用の
三相交流電源電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を直流に変換してコン
デンサバンク２４を所定の直流電圧Ｅcに充電するため
の充電回路２６と、コンデンサバンク２４とレーザ発振
部１０の励起ランプ１６との間に接続されたランプ電流
供給回路２８とを含んでいる。

【００１６】ランプ電流供給回路２８は、放電用スイッ
チング素子たとえばトランジスタ３０と、インダンクタ
ンスコイル３２と、還流ダイオード３４と、逆流防止ダ
イオード３６とから構成されている。放電用スイッチン
グ素子３０がオン状態になると、コンデンサバンク２４
がランプ電流供給回路２８を介して励起ランプ１６側に
放電し、その放電電流が励起電流ＩRとして励起ランプ
１６を流れることによって励起ランプ１６が点灯する。
レーザ発振部１０よりパルスレーザ光ＬＢを発振出力さ
せるとき、放電用スイッチング素子３０はパルス時間を
通じて商用周波数よりも十分に高い周波数（たとえば１
０ｋＨｚ）でスイッチング（オン・オフ）動作する。

【００１７】コンデンサバンク２４は、複数個たとえば
２個のコンデンサ４０，４２を直列接続してなる。これ
らのコンデンサ４０，４２の容量は同一の値に設定され
ている。もっとも、コンデンサの容量および内部抵抗に
はある程度のばらつきがある。そこで、両コンデンサ４
０，４２の分担電圧を均等にするため、同一の抵抗値に
設定されたブリーダ抵抗４４，４６をそれぞれコンデン
サ４０，４２に並列接続している。コンデンサ４０，４
２間のノードＮaは、後述するバランス監視回路５４に
接続されている。

【００１８】コンデンサバンク２４と並列に、バンク内
のコンデンサと同数（２個）の抵抗４８，５０を直列接
続してなる抵抗回路５２が接続されている。これらの抵
抗４８，５０の抵抗値は同一の値に設定されている。抵
抗４８，５０間のノードＮbは、バランス監視回路５４
に接続されている。

【００１９】また、コンデンサバンク２４と並列に、抵
抗５６とトランジスタ５８とを直列接続してなるリセッ
ト用の放電回路６０も接続されている。

【００２０】制御部１４は、装置内の全般的な制御に関
する処理を実行する主制御部６２の外に、各部を個別的
に制御するための制御手段や装置内の所要のパラメータ
を測定する測定手段等を含んでいる。

【００２１】測定手段のうち、電圧測定回路６４は、電
圧センス線６６を介して励起ランプ１６の両端子に電気
的に接続されており、電源部１２より励起ランプ１６に
印加される電圧（ランプ電圧）ＥRをたとえば実効値で
測定し、求めたランプ電圧測定値ＳVを主制御部６２と
ランプ駆動制御回路６８とに与える。電流測定回路７０
は、レーザ電源部１２のランプ電流供給回路２８に取付
されている電流センサたとえばホールＣＴ７２より電流
検出信号を受け取って、励起ランプ１６に供給される電
流ＩRを実効値で測定し、求めたランプ電流測定値ＳI
を主制御部６２とランプ駆動制御回路６８とに与える。

【００２２】ランプ駆動制御回路６８は、電圧測定回路
６４からのランプ電圧測定値ＳV または電流測定回路７
０からのランプ電流測定値ＳI 、あるいはランプ電圧測
定値ＳV およびランプ電流測定値ＳI から求めたランプ
電力測定値ＳP （ＳV ・ＳI）を予め設定されている基
準値または基準波形と比較して比較誤差を求め、この比
較誤差を零にするように、たとえばパルス幅制御信号か
らなる高周波数（本例では１０ｋＨｚ）のスイッチング
制御信号ＳＷを生成する。このスイッチング制御信号Ｓ
Ｗにより駆動回路３８を介して放電制御用スイッチング
素子３０がスイッチング制御される。

【００２３】このようなフィードバック制御方式によ
り、励起ランプ１６に供給される電流、電圧または電力
が基準値または基準波形に倣うように制御される。な
お、レーザ光ＬＢの出力（光強度）を測定し、その測定
値をフィードバック信号とすることも可能である。

【００２４】主制御部６２は、たとえばマイクロコンピ
ュータからなり、制御部１４内の各部に接続されている
だけでなく、記憶装置、入力装置、表示装置、通信装置
等の周辺装置（図示せず）にも接続されている。

【００２５】バランス監視回路５４は、コンデンサバン
ク２４内のノードＮaおよび抵抗回路５２内のノードＮb
よりそれぞれの電位Ｅa，Ｅbを表す電圧を入力する。バ
ランス監視回路５４は、直接的には両ノードＮa，Ｎb間
の電位差またはバランスを監視し、間接的にはコンデン
サバンク２４内の両コンデンサ４０，４２間の分担電圧
のバランスを監視する。そして、両ノードＮa，Ｎb間の
電位差（Ｅa −Ｅb）が予め設定した範囲を越えたとき
は、両コンデンサ４０，４２間の分担電圧のバランスが
失われたものとして動作し、充電回路２６内で電力を遮
断するようリレー回路７４にハードウェア的に作用する
ようになっている。

【００２６】また、上記のバランス異常（アンバラン
ス）状態を検出したとき、バランス監視回路５４は、そ
の異常事態を示す信号ＷＳを主制御部６２に与える。こ
れに応動して、主制御部６２は、充電回路２６内で電力
を遮断するようリレー回路７４にソフトウェア的に作用
するようになっている。さらに、主制御部６２は、充電
回路２６内の充電制御部に対して充電動作を止めるため
の制御信号を与え、ランプ駆動制御回路６８に対してラ
ンプ駆動動作を止めるための制御信号を与え、放電制御
部７６に対して放電回路６０をオンさせるための制御信
号を与える。また、主制御部６２は、表示装置のディス
プレイを通じて異常事態を知らせる。

【００２７】図２に、充電回路２６およびリレー回路７
４の回路構成例を示す。

【００２８】充電回路２６は、三相昇圧トランス７８、
電磁開閉器８０、三相全波整流回路８２、平滑用コンデ
ンサ回路８４、充電電流供給回路８６および充電制御部
８８を有している。

【００２９】三相昇圧トランス７８は、たとえば、２０
０Ｖの商用交流電源電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を入力し、これ
を６００ボルト付近まで昇圧する。電磁開閉器８０は、
リレー回路７４により閉状態または開状態を選択的に切
り替えられるようになっており、閉状態では三相昇圧ト
ランス７８からの三相交流電圧をそのまま後段の三相全
波整流回路８２に送る。

【００３０】三相全波整流回路８２は、入力した三相交
流電力を全波整流して直流に変換し、たとえば５５０ボ
ルト付近の直流電圧を出力する。三相全波整流回路８２
からの直流電圧は、平滑用コンデンサ回路８４でリップ
ルを除かれたうえで、充電電流供給回路８６に与えられ
る。

【００３１】充電電流供給回路８６は、充電用スイッチ
ング素子たとえばトランジスタ８９と、インダクタンス
コイル９０と、還流ダイオード９２とから構成されてい
る。充電用スイッチング素子８９は、駆動回路９４によ
る駆動で商用周波数よりも十分に高い周波数（たとえば
１０ｋＨｚ）でスイッチング（オン・オフ）動作し、定
常時でたとえば５００ボルト付近の充電電圧Ｅcにコン
デンサバンク２４を充電する。

【００３２】充電制御部８８は、充電回路２６の出力電
圧Ｅcを検出する電圧検出回路９６と、この電圧検出回
路９６からの電圧検出信号をフィードバック信号として
出力電圧Ｅcを充電電圧設定値に一致させるように充電
用スイッチング素子８９をスイッチング制御する充電制
御回路９８とから構成されている。

【００３３】平滑用コンデンサ回路８４は、複数個たと
えば２個のコンデンサ１００，１０２を直列接続してな
る。これらのコンデンサ１００，１０２の容量は同一の
値に設定されている。また、両コンデンサ１００，１０
２の分担電圧を均等にするため、ほぼ同一の抵抗値に設
定されたブリーダ抵抗１０４，１０６をそれぞれコンデ
ンサ１００，１０２に並列接続している。コンデンサ１
００，１０２間のノードＮeはバランス監視回路１０８
に接続されている。

【００３４】平滑用コンデンサ回路８４と並列に、コン
デンサ１００，１０２と同数（２個）の抵抗１１０，１
１２を直列接続してなる抵抗回路１１４が接続されてい
る。これらの抵抗１１０，１１２の抵抗値は同一の値に
設定されている。抵抗１１０，１１２間のノードＮfは
バランス監視回路１０８に接続されている。

【００３５】バランス監視回路１０８は、上記コンデン
サバンク２４に対するバランス監視回路５４と同様の構
成および機能を有するものであってよい。したがって、
両ノードＮe，Ｎf間の電位差（Ｅe −Ｅf）が予め設定
した範囲を越えると、バランス監視回路１０８は、平滑
用コンデンサ回路８４内の両コンデンサ１００，１０２
間で分担電圧のバランスが失われたものとして、充電回
路２６内で電力を遮断するようリレー回路７４にハード
ウェア的に作用し、同時にその異常事態を示す信号ＷＳ
を主制御部６２に与えるようになっている。

【００３６】リレー回路７４は、電磁開閉器８０の可動
接点をメーク（閉）位置とブレイク（開）位置との間で
切り替えるためのリレー１１６を有するとともに、この
リレー１１６を駆動ないし制御するための回路に交流電
源１２０，ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）１２２お
よびリレースイッチ１２４等を設けている。ＳＳＲ１２
２は、トランジスタ１２６を介して主制御部６２により
オン／オフ状態を制御される。

【００３７】正常時、ＳＳＲ１２２およびリレースイッ
チ１２４は共にオン（閉）状態に保たれる。これによ
り、交流電源１２０からの励磁電流がリレー１１６に供
給され、リレー１１６は電磁開閉器８０を閉状態とす
る。

【００３８】しかし、異常時、特にコンデンサバンク２
４または平滑用コンデンサ回路８４内でコンデンサ４
０，４２または１００，１０２間の分担電圧がアンバラ
ンス状態になると、バランス監視回路５４または１０８
および主制御部６２がそれぞれリレー回路７４に作用す
る。より詳細には、バランス監視回路５４または１０８
内には後述するようにリレー１４０（図３）が含まれて
おり、バランス異常時にはこのリレー１４０が作動し
て、リレー回路７４内のリレースイッチ１２４をオフ状
態に切り替える。また、主制御部６２は、バランス監視
回路５４または１０８よりバランス異常検知信号ＷＳを
受け取ると、トランジスタ１２６を通じてＳＳＲ１２２
をオフにする。

【００３９】この結果、リレー１１６に励磁電流が供給
されなくなり、リレー１１６は電磁開閉器８０を開状態
に切り替える。これにより、電磁開閉器８０で三相交流
電力は遮断される。

【００４０】このように、コンデンサバンク２４または
平滑用コンデンサ回路８４内でコンデンサ４０，４２ま
たは１００，１０２間の分担電圧がアンバランスになる
と、バランス監視回路５４または１０８がハードウェア
的に、主制御部６２がソフトウェア的にそれぞれリレー
回路７４に作用することにより、リレー回路７４を通じ
て電磁開閉器８０で電力を遮断するようになっている。
ここで、バランス監視回路５４または１０８によるハー
ドウェア式の電力遮断系統が、主制御部６２によるソフ
トウェア的な電力遮断系統よりも直接的で確度が高く優
先する。

【００４１】なお、図２において、制御用電源回路１２
８は、三相交流電源電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の中から単相交
流電圧を入力し、内蔵の降圧トランスおよび単相整流回
路（図示せず）等により電圧値の低い制御用の各種電源
電圧ＶB，ＶC，‥を生成し、これらの電源電圧を制御部
１４内の各部に供給する。レーザ電源部１２で電力が遮
断されても、制御用電源回路１２８より電源電圧ＶB，
ＶC，‥が供給され続けるため、制御部１４はアクティ
ブ状態を維持することができる。

【００４２】図３に、本実施例におけるバランス監視回
路５４の回路構成を示す。このバランス監視回路５４
は、コンデンサバンク２４内のノードＮaと抵抗回路５
２内のノードＮb間の電位差（Ｅa−Ｅb）を監視するた
めに、両ノードＮa，Ｎb間で互いに極性を逆向きにして
直列接続された一対のツェナーダイオード１３０，１３
２と、互いに極性を逆向きにして並列接続された一対の
発光ダイオード１３４，１３６と、これらの発光ダイオ
ード１３４，１３６のいずれか一方が発光したときにそ
の光を受けて導通するフォトトランジスタ１３８とを有
する。発光ダイオード１３４，１３６とフォトトランジ
スタ１３８とはフォトカプラ１３５を構成する。

【００４３】ＮＰＮ型のフォトトランジスタ１３８のコ
レクタ端子は電源電圧ＶBの端子に接続され、エミッタ
端子はリレー１４０および発光ダイオード１４２に接続
されている。フォトトランジスタ１３８が導通すると、
リレー１４０が作動すると同時に、発光ダイオード１４
２が通電して発光する。リレー１４０は、活性化（励
磁）されると、上記したようにリレー回路７４内のリレ
ースイッチ１２４をオフ状態に切り替える。また、発光
ダイオード１４２が発光すると、その光を受けてフォト
トランジスタ１４４が通電し、出力端子１４６の論理値
がＬレベルになる。この論理値Ｌレベルの出力信号が、
上記バランス異常検知信号ＷＳとして主制御部６２に与
えられる。なお、発光ダイオード１４２とフォトトラン
ジスタ１４４とはフォトカプラ１４３を構成している。

【００４４】上記のように発光ダイオード１３４，１３
６のいずれか一方が発光してフォトトランジスタ１３８
が導通するのは、コンデンサバンク２４内のノードＮa
と抵抗回路５２内のノードＮb間の電位差（Ｅa−Ｅb）
の絶対値がツェナーダイオード１３０，１３２の１個分
のツェナー電圧Ｖzとツェナーダイオード１３０，１３
２の１個分の順方向電圧Ｖjと発光ダイオード１３４，
１３６の１個分の順方向電圧Ｖkとの和Ｖs（Ｖz＋Ｖj＋
Ｖk）を越えたときである。この基準電圧Ｖsのうち順方
向電圧Ｖj，Ｖkの割合は小さく、実質的にツェナー電圧
Ｖzが支配的なパラメータとなる。

【００４５】図４に、一例としてブリーダ抵抗４４が外
れた場合の本実施例における作用を示す。この場合、電
源スイッチを時刻ｔoでオンにすると、主制御部６２は
直ちに充電回路２６を作動させる。その際、主制御部６
２は、充電制御回路９８をアクティブにするとともに、
ＳＳＲ１２２をオンにする。これにより、電磁開閉器８
０が閉状態となり、充電制御回路９８が駆動回路９４を
介して充電用スイッチング素子８９をスイッチング制御
する。

【００４６】充電回路２６より直流電圧の出力が開始さ
れると、コンデンサバンク２４に充電電流が速やかに供
給され、充電電圧が立ち上がる。この立ち上がりは、ブ
リーダ抵抗よりもコンデンサの容量によるインピーダン
スで律則される。しかして、充電回路２６の出力電圧な
いしコンデンサバンク２４の充電電圧が設定値Ｅc付近
に達するまでは、両コンデンサ４０，４２は充電電圧を
ほぼ均等に分担する。

【００４７】しかし、充電の立ち上げが終了して定常状
態に移行すると、ブリーダ抵抗４４，４６の有無が影響
してくる。本例では、コンデンサ４２側のブリーダ抵抗
４６は正常に接続されているのに対して、コンデンサ４
０側のブリーダ抵抗４４は外れている。この場合、コン
デンサ４２はブリーダ抵抗４６と形成する閉回路内で少
しずつ放電し、充電電圧（分担電圧）が次第に低下す
る。このコンデンサ４２側の充電電圧低下分を補うため
に充電回路２６より供給される充電電流はブリーダ抵抗
４４の外れているコンデンサ４０に集中する（充電され
る）。このため、コンデンサ４０の充電電圧（分担電
圧）は上昇する。ここで、両コンデンサ４０，４２の分
担電圧をＥ40，Ｅ42とすると、Ｅ40＝Ｅc−Ｅa，Ｅ40＝
Ｅaである。したがって、ノードＮaの電位Ｅaは次第に
低下する。

【００４８】一方、抵抗回路５２においては、充電の立
ち上げ中も立ち上げ後も、充電回路２６の出力電圧（つ
まりコンデンサバンク２４の充電電圧）を両抵抗４８，
５０で分圧してなる分圧電圧がノードＮbに現れる。両
抵抗４８，５０の抵抗値が同一に設定されているので、
ノードＮbには充電回路２６の出力電圧のほぼ１／２に
等しい分圧電圧が得られる。したがって、充電立ち上げ
後のノードＮbの電位ＥbはほぼＥc／２付近に維持され
る。

【００４９】バランス監視回路５４においては、ツェナ
ーダイオード１３０，１３２および発光ダイオード１３
４，１３６で構成される入力回路に、コンデンサバンク
２４内のノードＮaからの電圧Ｅaと抵抗回路５２内のノ
ードＮbからの電圧Ｅbとの差（Ｅa−Ｅb）に相当する電
圧δが印加される。この差電圧δの絶対値が上記基準電
圧Ｖs（Ｖz＋Ｖj＋Ｖk）を越えると、逆バイアスを印加
されている方のツェナーダイオード（この場合は１３
０）が導通（降伏）して、該入力回路に電流が流れ、こ
の電流で励起される発光ダイオード（この場合は１３
６）が発光する。

【００５０】ブリーダ抵抗４４，４６の有無が上記と逆
の場合、つまりブリーダ抵抗４４は正常に接続されてい
るのにブリーダ抵抗４６が外れている場合は、コンデン
サバンク２４内のノードＮaの電圧Ｅaが次第に上昇し、
差電圧δ（Ｅa−Ｅb）の絶対値が上記基準電圧Ｖs（Ｖz
＋Ｖj＋Ｖk）を越えるとバランス監視回路５４では上記
と逆方向に電流が流れ、他方の発光ダイオード（１３
４）が発光する。

【００５１】また、抵抗回路５２において抵抗４８，５
０の片方、たとえば抵抗４８が何らかの原因で外れた場
合は、図５に示すように、充電の立ち上げ途中にバラン
ス監視手段５４がバランス異常を検知して電力を遮断す
る。この場合は、充電の開始直後からコンデンサバンク
２４内のノードＮaと抵抗回路５２内のノードＮbとの間
に電位差が生じ、ノードＮbからバランス監視手段５４
の入力回路を介して抵抗５０にも電流（バイパス電流）
が流れる。そのぶんコンデンサ４２に供給される充電電
流が少なくなるため、ノードＮaの電位Ｅaの立ち上がり
は緩やかになる。そして、このバイパス電流の電流値が
或る値を越えると、発光ダイオード（この場合は１３
４）が発光して、フォトトランジスタ１３８が導通す
る。

【００５２】このように、コンデンサバンク２４でブリ
ーダ抵抗４４，４６の切断または離脱あるいはコンデン
サ４０，４２の経時劣化等によりコンデンサ４０，４２
間の分担電圧が許容範囲を越えるほどアンバランスにな
ると、バランス監視回路５４がその異常状態を検知して
充電回路２６で電力を遮断させるようになっている。こ
れにより、コンデンサバンク２４内でのコンデンサの破
壊や爆発等を未然に防止することができ、装置の安全性
・信頼性を高められる。

【００５３】また、万が一抵抗回路５２内で抵抗４８，
５０の片方が外れた場合には実質的に充電不能となる
が、かかる異常事態に対してもバランス監視回路５４が
作動して充電回路２６で電力を遮断させるようになって
いる。この場合は、充電開始時刻から短時間でバランス
監視回路５４より異常検知信号が発生されるので、主制
御部６４はコンデンサバンク２４側の異常事態と区別す
ることが可能であり、異常事態の種類に応じた警報メッ
セージを出すことができる。

【００５４】充電回路２６内に設けられている平滑用コ
ンデンサ回路８４用のバランス監視回路１０８において
も、上記コンデンサバンク２４用のバランス監視回路５
４と同様の作用が行なわれる。

【００５５】なお、本実施例のバランス監視回路（５
４，１０８）では、フォトカプラ１３５，１４３により
電圧の異なる回路間を電気的に絶縁して、制御回路の安
全性を図っている。

【００５６】上記した実施例では、２個のコンデンサを
直列接続してコンデンサ回路を構成している。しかし、
３個以上のコンデンサを直列接続してなるコンデンサ回
路に対しても本発明は適用可能である。

【００５７】図６に、３個のコンデンサ１５０，１５
２，１５４を直列接続してなるコンデンサ回路１５６の
例を示す。この場合も、各コンデンサ１５０，１５２，
１５４の分担電圧を均等にするため、各々の容量は同一
の値に設定される。また、コンデンサ特性値のばらつき
を補償するため、コンデンサ１５０，１５２，１５４と
並列に同一の抵抗値に設定されたブリーダ抵抗１５８，
１６０，１６２が接続される。

【００５８】本発明にしたがい、このコンデンサ回路１
５６と並列に、同一の抵抗値に設定された３個の抵抗１
６４，１６６，１６８を直列接続してなる抵抗回路１７
０が接続される。バランス監視回路１７２は、上記した
実施例のバランス監視回路５４と同様のものでよく、コ
ンデンサ回路１５６内の任意のノードたとえばコンデン
サ１５０，１５２間のノードＮgとこれと対応する抵抗
回路１７０内のノード（抵抗１６４，１６６間のノー
ド）Ｎhとに接続されてよい。

【００５９】コンデンサ回路１５６内でコンデンサ１５
０，１５２，１５４間の分担電圧が均等でなくなると、
ノードＮgの電位Ｅgは正常値（ほぼＥc／３）からずれ
てくる。一方、抵抗回路１７０側のノードＮhの電位Ｅh
は、正常値（ほぼＥc／３）に維持される。両ノードＮ
g，Ｎh間の電位差（Ｅg−Ｅh）が許容範囲を越えると、
バランス監視回路１７２が上記実施例と同様に作動す
る。

【００６０】コンデンサ回路１５６および抵抗回路１７
０における他の組のノードＮp，Ｎqにバランス監視回路
１７２を接続しても同様の作用効果が得られる。また、
各組のノード（Ｎg，Ｎh）、（Ｎp，Ｎq）に個別的にバ
ランス監視回路１７２を接続することももちろん可能で
ある。

【００６１】上記した実施例におけるレーザ発振部１
０、レーザ電源部１２、制御部１４の構成は一例であ
り、本発明を何ら限定するものではなく、種々の変形・
変更が可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ装
置によれば、レーザ電源部内のコンデンサ回路でコンデ
ンサ分担電圧のバランスが失われたときは早期にこの異
常事態を検知して適切な処置をとるようにしたので、装
置の安全性および信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザ加工装置の主要
な構成を示す図である。

【図２】実施例のレーザ加工装置における充電回路およ
びリレー回路の構成を示す図である。

【図３】実施例のレーザ加工装置におけるバランス監視
回路の構成を示す図である。

【図４】実施例における異常時の作用を説明するための
図である。

【図５】実施例における異常時の作用を説明するための
図である。

【図６】一変形例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０レーザ発振部１２レーザ電源部１４制御部２４コンデンサバンク（電力蓄積用コンデンサ回
路）２６充電回路２８ランプ電流供給回路４０，４２コンデンサ４４，４６ブリーダ抵抗４８，５０抵抗５２抵抗回路５４バランス監視回路６２主制御部７４リレー回路８０電磁開閉器８２三相全波整流回路８４平滑用コンデンサ回路８６充電電流供給回路８８充電制御部１００，１０２コンデンサ１０４，１０６ブリーダ抵抗１０８バランス監視回路１１０，１１２抵抗１１４抵抗回路１１６リレー１３０，１３２ツェナーダイオード１３４，１３６，１４２発光ダイオード１３８，１４４フォトトランジスタ１４０リレー

フロントページの続きＦターム(参考） 4E068 CA02 CA18 CK01 5F072 AB01 AK01 GG07 HH02 HH04 HH07 JJ05 KK01 PP01 SS06 YY06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を発振出力するためのレーザ発
振部と、交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力で前記レー
ザ発振部を駆動するレーザ電源部と、ほぼ同一の容量値に設定されたＮ個（Ｎは２以上の整
数）のコンデンサを直列に接続してなり、前記レーザ電
源部内で前記レーザ発振部に供給すべき直流電力を蓄積
するコンデンサ回路と、ほぼ同一の抵抗値に設定されたＮ個の抵抗を直列に接続
してなり、前記コンデンサ回路に並列接続された抵抗回
路と、少なくとも１組の互いに対応する前記コンデンサ回路内
の第１のノードと前記抵抗回路内の第２のノードとの間
に接続され、前記第１および第２のノード間の電位差が
所定の範囲内にあるか否かを監視するバランス監視手段
と、前記バランス監視手段により前記第１および第２のノー
ド間の電位差が前記所定の範囲を越えたことが検出され
たときに、前記コンデンサ回路の前段で電力を遮断する
電力遮断手段とを具備するレーザ装置。
【請求項２】レーザ光を発振出力するためのレーザ発
振部と、交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力で前記レー
ザ発振部を駆動するレーザ電源部と、ほぼ同一の容量値に設定されたＮ個（Ｎは２以上の整
数）のコンデンサを直列に接続してなり、前記レーザ電
源部内で直流電圧を平滑するコンデンサ回路と、ほぼ同一の抵抗値に設定されたＮ個の抵抗を直列に接続
してなり、前記コンデンサ回路に並列接続された抵抗回
路と、少なくとも１組の互いに対応する前記コンデンサ回路内
の第１のノードと前記抵抗回路内の第２のノードとの間
に接続され、前記第１および第２のノード間の電位差が
所定の範囲内にあるか否かを監視するバランス監視手段
と、前記バランス監視手段により前記第１および第２のノー
ド間の電位差が前記所定の範囲を越えたことが検出され
たときに、前記コンデンサ回路の前段で電力を遮断する
電力遮断手段とを具備するレーザ装置。
【請求項３】前記コンデンサ回路内の前記コンデンサ
にほぼ同一の抵抗値に設定されたブリーダ抵抗がそれぞ
れ並列に接続されていることを特徴とする請求項１また
は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】前記バランス監視手段が、前記第１およ
び第２のノード間で極性を逆向きにして直列接続された
一対のツェナーダイオードを有することを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項５】前記バランス監視手段が、前記第１およ
び第２のノード間で極性を逆向きにして並列接続された
一対の発光ダイオードと、各々の前記発光ダイオードか
らの光によって導通する受光素子とからなるフォトカプ
ラを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載のレーザ装置。
【請求項６】前記電力遮断手段が、前記交流電力の伝
送路に設けられた開閉器と、前記開閉器を閉状態または
開状態に選択的に切り替えるためのリレー回路とを有す
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレ
ーザ装置。
【請求項７】前記電力遮断手段が、前記リレー回路を
ハードウェア式で制御する第１の制御手段とソフトウェ
ア的に制御する第２の制御手段を有することを特徴とす
る請求項６に記載のレーザ装置。