(57)【要約】【課題】簡易な構造を有し且つ安価な外部地絡保護装置を備えたレーザ装置を提供すること。【解決手段】本発明のレーザ装置１０は、３相交流電力線により電力が供給される放電励起用電源１１を具備している。この放電励起用電源１１は、その内部に３つの第１のコンデンサ１２ａ、ｂ、ｃを備えている。レーザ装置１０は、第１のコンデンサ１２ａ、ｂ、ｃそれぞれを利用して３相交流電力線の各相と接地との間の電圧を測定する電圧測定手段と、該電圧測定手段により測定された電圧の値と所定の閾値とを比較して、該電圧の値が該閾値を越えた時、３相交流電力線から放電励起用電源１１への電力の供給を遮断する電力遮断手段１８と、から構成される外部地絡保護装置を、有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電力線により電力が供給される電源を具備するレーザ装置であって、
前記電源は、その内部にコンデンサを備え、
前記コンデンサを利用して前記３相交流電力線の各相と接地との間の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段により測定された電圧の値と所定の閾値とを比較して、該電圧の値が該閾値を越えた時、前記３相交流電力線から前記電源への電力の供給を遮断する電力遮断手段と、から構成される外部地絡保護装置を、
有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
３つの前記コンデンサを有しており、前記３相交流電力線の前記各相と前記接地との間に該コンデンサそれぞれが接続されており、前記電圧測定手段は、前記各相と前記コンデンサそれぞれとの間で電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記電圧測定手段により測定された前記電圧の値が前記閾値を越えた時、警報を出力する警報手段を有す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】
前記レーザ装置がガスレーザ装置であり、レーザガスを循環させるブロワと、真空ポンプとを有し、該ブロワ及び該真空ポンプそれぞれは、減圧下で駆動するモータを有しており、前記モータそれぞれは、前記３相交流電力線による電力の供給を受けており、前記電圧測定手段により測定された前記電圧の値が前記閾値を越えた時、前記電力遮断手段が、前記３相交流電力線から前記電源への電力の供給を遮断すると共に、前記モータそれぞれへの電力の供給も遮断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関し、特に外部地絡保護装置を有するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ装置は、切断、溶接、表面処理などの加工分野で広く使われている。特に炭酸ガスレーザ装置が、効率が高く高出力が得られるために、レーザ加工の分野で用いられている。
【０００３】
炭酸ガスレーザ装置は、レーザ発振の出力を高めるために、ブロアを用いて、炭酸ガスを含むレーザガスを放電電極間に高速で流して循環させている。そして、このブロアのモータは、レーザガスが循環するガス循環経路内に配置されている。このモータは、減圧下で稼動するために、大気圧下よりも耐電圧が低下した状態で使用されている。また、この種のレーザ装置は、３相交流電力線から電力の供給を受けて稼動している。
【０００４】
このような炭酸ガスレーザ装置が稼動する工場では、建設されてからかなりの年数が経った工場も多く、電気設備の地絡に対する保護装置が整っていない工場が現在も多く見受けられる。このような工場においてある電気設備に地絡が発生すると、この電気設備と同じ配電系統に電気接続された炭酸ガスレーザ装置は、その地絡により起こる電源各相と接地間の電圧が異常上昇して、ブロアのモータが絶縁破壊を起こす場合があった。
【０００５】
このような外部地絡からの事故を防止するために、零相電流検出用の電流変成器（ＣＴ）、または零相電圧検出用の電圧変成器（ＰＴ）などを使用することにより外部地絡を検知する装置があるが、これらは装置自体が大掛かりであり、また高価でもあるため、新たに外部地絡の防止装置を導入することへの障害となっている。
【０００６】
一方、モータが負荷として接続される電気システムの地絡検出装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、モータ起動時の突入電流中の直流分による変流器の飽和を抑制し、モータ保護用継電器の不要動作を防止可能にする地絡検出装置が開示されており、コイルを用いて地絡を検出する手段が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３２２１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の地絡検出装置が検出するのは、自己の装置内の地絡であり、外部の地絡を検出することは困難であった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、簡易な構造を有し且つ安価な外部地絡保護装置を有するレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ装置は、３相交流電力線により電力が供給される電源を具備するレーザ装置であって、上記電源は、その内部にコンデンサを備え、上記コンデンサを利用して上記３相交流電力線の各相と接地との間の電圧を測定する電圧測定手段と、上記電圧測定手段により測定された電圧の値と所定の閾値とを比較して、該電圧の値が該閾値を越えた時、上記３相交流電力線から上記電源への電力の供給を遮断する電力遮断手段と、から構成される外部地絡保護装置を、有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、３つの上記コンデンサを有しており、上記３相交流電力線の上記各相と上記接地との間に該コンデンサそれぞれが接続されており、上記電圧測定手段は、上記各相と上記コンデンサそれぞれとの間で電圧を測定することが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記電圧測定手段により測定された上記電圧の値が上記閾値を越えた時、警報を出力する警報手段を有することが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明は、上記レーザ装置がガスレーザ装置であり、レーザガスを循環させるブロワと、真空ポンプとを有し、該ブロワ及び該真空ポンプそれぞれは、減圧下で駆動するモータを有しており、上記モータそれぞれは、上記３相交流電力線による電力の供給を受けており、上記電圧測定手段により測定された上記電圧の値が上記閾値を越えた時、上記電力遮断手段が、上記３相交流電力線から上記電源への電力の供給を遮断すると共に、上記モータそれぞれへの電力の供給も遮断することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の外部地絡保護装置を備えたレーザ装置によれば、外部地絡保護装置は、簡易な構造を有し且つ安価であり、外部地絡から自己の装置を保護する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のレーザ装置をその好ましい一実施形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態のレーザ装置１０（以下、本装置１０ともいう）は、図１に示すように、３相交流電力線により電力が供給される放電励起用電源１１を具備している。この放電励起用電源１１は、その内部に３つの第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃを備えている。
また、本装置１０は、第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃそれぞれを利用して３相交流電力線の各相と接地との間の電圧を測定する電圧測定手段と、該電圧測定手段により測定された電圧の値と所定の閾値とを比較して、該電圧の値が該閾値を越えた時、３相交流電力線から放電励起用電源１１への電力の供給を遮断する電力遮断手段１８とから構成される外部地絡保護装置を有している。
【００１７】
本装置１は、炭酸ガスを含むレーザガスを用いてレーザ発振する炭酸ガスレーザ装置であり、発振されたレーザは、レーザ切断やレーザ溶接などのレーザ加工に用いることができる。図１は、本装置１０を示す回路図である。なお、図１には、説明を分かりやすくするために、本装置１０の要部のみを示してある。
【００１８】
本装置１０は、図１に示すように、レーザを励起発振する放電管１６と、該放電管に電力を供給する放電励起用電源１１と、装置外部の３相交流電力線と放電励起用電源１１との間の電気接続の開閉を行う遮断器１８と、放電管１６内にレーザガスを循環させるブロア１４と、該レーザガスが循環するガス循環経路内を減圧する真空ポンプ１５とを有している。また、レーザガスは、図示していないガスボンベから本装置１０に供給される。
【００１９】
また、本装置１０は、図１に示すように、３相交流変圧器２０の２次側と、遮断器４０を介して電気接続されている。この３相交流変圧器２０の２次側には、遮断器５０を介して外部電気装置３０が接続されており、外部電気装置３０と本装置１０とは、同じ配電系統内に配置されている。遮断器４０および遮断器５０それぞれは、同じ配電盤に配置されている。また３相交流変圧器２０の中性点は、接地抵抗２１を介して大地接地されている。
【００２０】
以下、本装置１０についてさらに説明する。
本装置１の放電管１６は、放電励起用電源１１から電力が供給される図示しない高周波発生回路により発生された高周波が印加され、レーザガスを励起してレーザを発生する。放電管１６におけるレーザ発振方式としては、高速軸流型、３軸直交型またはガススラブ型などを用いることができる。
【００２１】
本装置１の放電励起用電源１１は、遮断器１８を介して、遮断器４０からの３相交流電力線による電力の供給を受けている。放電励起用電源１１は、ノイズフィルターとして、内部に３つの第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃを有している。第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃそれぞれは、図１に示すように、３相交流電力線の各相と接地との間に電気接続されている。第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃそれぞれは、直接大地接地されていてもよい。または、第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃそれぞれが、本装置１０に筐体接地されていて、該筐体が大地接地されていてもよい。
【００２２】
また放電励起用電源１１では、３相交流電力線の各相と第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃそれぞれとの間に、さらに第２のコンデンサ１７a、１７ｂ、１７ｃが配置されている。
【００２３】
また、本装置１０の放電励起用電源１１は、零相電圧監視回路１３を有している。零相電圧監視回路１３は、同じ配電系統内の他の装置に地絡が生じた場合に、３相交流電力線から放電励起用電源１１への電力の供給を遮断して、放電励起用電源１１の損傷を防止して、外部地絡から本装置１０を保護する働きを有している。
【００２４】
零相電圧監視回路１３は、第１のコンデンサ１２ａと第２のコンデンサ１７ａとの間、第１のコンデンサ１２ｂと第２のコンデンサ１７ｂとの間および第１のコンデンサ１２ｃと第２のコンデンサ１７ｃとの間それぞれで、電圧を測定しており、該電圧の値と所定の閾値とを比較して、該電圧の値が上昇して該閾値を越えた時、３相交流電力線から放電励起用電源１１への電力の供給を遮断する電力遮断信号ＢＳを、遮断器１８に出力する。すなわち、本装置１０では、上記電圧測定手段が、第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃと零相電圧監視回路１３とから構成されている。
【００２５】
本装置１０では、零相電圧監視回路１３の上記閾値として、各相において同じ値を用いている。この閾値は、正常時に起こり得る電圧変動の最大の値よりも大きいことが好ましく、且つ、外部地絡により本装置１０が損傷を受ける最小の電圧値よりも小さいことが好ましい。
【００２６】
具体的には上記閾値は、外部地絡が生じていない電圧正常時における各相の実効電圧値の約１５０％に設定することが好ましい。
【００２７】
第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃそれぞれは、同じ静電容量を有することが、負荷を平衡させる上で好ましい。第２のコンデンサ１７a、１７ｂ、１７ｃの静電容量についても同様である。
【００２８】
第２のコンデンサ１７a、１７ｂ、１７ｃは、該コンデンサにおける電圧降下を大きくして、零相電圧監視回路１３が常時測定する電圧を低く設定する観点から、第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃそれぞれよりも小さな静電容量を有することが好ましい。
【００２９】
第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃおよび第２のコンデンサ１７a、１７ｂ、１７ｃそれぞれの静電容量は、放電励起用電源１１の特性に応じて適宜設定されることが好ましいが、一般に、１２aと１７a、１２ｂと１７ｂ、１２ｃと１７ｃそれぞれの合成容量が３．８ｎＦ〜５．６ｎＦの範囲にあることが好ましい。
このような第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃおよび第２のコンデンサ１７a、１７ｂ、１７ｃとしては、例えば、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサなどを用いることができる。第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃとしては、特にセラミックコンデンサを用いることが、インピーダンスノイズ低減の上で好ましい。
【００３０】
この外部地絡の例を具体的に説明すると、図１には、外部電気装置３０が、本装置１０と同じ配電系統内に配置されている。この外部電気装置３０において、３相交流電力線の一つの相に地絡が生じた場合、地絡した電流が、３相交流変圧器２０の中性点に接続されている接地抵抗２１に地絡電流として流れ、この地絡電流と接地抵抗２１の電気抵抗値との積の分だけ、零相電圧が上昇する。
【００３１】
一方、本装置１０においては、外部電気装置３０に上記地絡が発生すると、該装置で地絡が生じた３相交流電力線の相と同じの相の電圧がゼロとなり、他の２相それぞれは、上記零相電圧の上昇分だけ電圧が増加する。そして、例えば、詳しくは後述するが、減圧下に置かれているモータ１４ａ、１５ａの電源端子部分では、地絡が生じた相と正常な相との間の電圧差が増加して、絶縁破壊が生じ易い状態となる。
その結果、上記電圧測定手段が測定している部位の電圧も、上記零相電圧の上昇に応じて増加する。具体的には、上記電圧測定手段が測定している部位の電圧の増加分は、上記零相電圧の増加分と、第１のコンデンサと第２コンデンサの静電容量の値とから求められる。
【００３２】
本装置１０の遮断器１８は、外部引き外し機能を有しており、本装置１０外部の遮断器４０と放電励起用電源１１との電気接続の開閉を行う。遮断器１８は、上記電力遮断手段として、零相電圧監視回路１３から電力遮断信号を入力すると、遮断器４０から放電励起用電源１１への電力の供給を遮断する。遮断器１８は、いわゆるメインブレーカである。この遮断器１８および上記遮断器４０、５０は、ノーヒューズブレーカであることが好ましい。
【００３３】
また、本装置１０は、上記電圧測定手段が測定する電圧の値が上記閾値を越えた時、警報を出力する警報手段を有している。零相電圧監視回路１３は、上記電圧の値が上記閾値を越えた時、警報信号ＡＳを出力する。上記警報手段は、この警報信号を入力すると、警報音または回転灯を点灯するなどの警報を発して、外部地絡が発生したことを知らせる。
【００３４】
次に、本装置１０の真空ポンプ１５およびブロワ１４について説明する。
本装置１では、その起動時に、真空ポンプ１５により、放電管１６を含むガス循環経路内が所定の値まで減圧される。その後、上記ガスボンベからレーザガスがガス循環経路内に供給される。本装置１０の稼働中には、ガス循環経路内のガス圧力が所定の範囲に制御されるように、上記ガスボンベからのガスの供給と、真空ポンプ１５によるガスの排気とが制御される。
【００３５】
そして、ブロワ１４および真空ポンプ１５それぞれは、図１に示すように、減圧下で駆動するモータ１４ａ、１５ａを有している。図１には、本装置１０の稼働中に減圧状態になる範囲が鎖線で示されている。この減圧状態には、本装置１０の起動時などのレーザガスが存在しない場合と、本装置１０の稼働中のレーザガスが存在する場合とが含まれる。
【００３６】
このようにモータ１４ａ、１５ａそれぞれは、通常、減圧下に配置されており、一般に数百Ｐａ〜１４０００Ｐａの圧力下で用いられる。このような減圧下では、大気圧下よりも絶縁破壊が生じ易いので、モータ１４ａ、１５ａそれぞれは、外部地絡が生じて零相電圧が上昇した場合には、この電圧の上昇により、絶縁破壊を生じ易い環境にある。
【００３７】
本装置１では、これらのモータ１４ａ、１５ａが、放電励起用電源１１と同様に、メインブレーカである遮断器１８を介して、遮断器４０からの３相交流電力線による電力の供給を受けている。したがって、上記電圧測定手段が測定する電圧の値が上記閾値を越えた時、上記電力遮断手段が、３相交流電力線から放電励起用電源１１への電力の供給を遮断すると共に、モータ１４ａ、１５ａへの電力の供給も遮断する。
【００３８】
このように、本装置１０の外部地絡保護装置は、上記電圧測定手段および上記電力遮断手段から構成される。
【００３９】
次に、上述した本装置１０の動作の一例について以下に説明する。
まず、遮断器１８を閉じることにより、３相交流電力線による電力が、放電励起用電源１１に供給されると共に、放電管１６、ブロア１４および真空ポンプ１５などが起動し、所定の手順に従って、本装置１０が稼動状態になる。
【００４０】
また、ブロワ１４および真空ポンプ１５それぞれのモータ１４ａ、１５ａが、所定の減圧下で駆動する。
【００４１】
外部地絡が生じていない場合には、第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃと零相電圧監視回路１３とから構成される上記電圧測定手段が測定する電圧の値それぞれは、上記閾値を超えないので、零相電圧監視回路１３から電力遮断信号ＢＳおよび警報信号ＡＳが出力されることはない。
【００４２】
一方、本装置１０と同じ配電系統内に配置されている外部電気装置３０において地絡が発生し、上記電圧測定手段が測定した電圧の値が上昇して、上記閾値を越えると、零相電圧監視回路１３は、電力遮断信号ＢＳを遮断器１８に出力すると共に、警報信号ＡＳを上記警報手段に出力する。
【００４３】
そして、遮断器１８は、電力遮断信号ＢＳを入力すると、遮断器４０と放電励起用電源１１との電気接続を開放すると共に、モータ１４ａ、１５ａへの電力の供給を遮断する。
【００４４】
なお、図１に示す例では、本装置１０と同じ配電系統内に配置されている外部電気装置が１つであったが、この外部電気装置が複数配置されており、いずれかの外部電気装置に地絡が発生した場合には、本装置１０は、上述したのと同様に外部地絡から自己を保護する。
【００４５】
上述した本装置１０によれば、上記外部地絡保護装置は、外部地絡から自己を確実に保護する。具体的には、この外部地絡保護装置は、放電励起用電源１１を外部地絡から保護すると共に、減圧下で絶縁破壊を生じ易い状況で稼動しているモータ１４ａ、１５ａを外部地絡から保護する。また、この外部地絡保護装置は、放電励起用電源１１が備えている第１のコンデンサ１２a、１２ｂ、１２ｃを利用して構成されているので、簡易な構造を有し且つ安価である。
【００４６】
また、本装置１０は、自己の内部で地絡が生じた場合にも、零相電圧監視回路１３が、放電励起用電源１１などへの電力の供給を遮断するので、自己の地絡による損害を最小限に留めることができる。
【００４７】
本発明のレーザ装置は、上述した実施形態に制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
例えば、本発明のレーザ装置は、炭酸ガスレーザ装置を例として実施形態が説明されたが、他の種類のレーザガスを用いてレーザ発振するレーザ装置であってもよく、また、液体や固体媒質を励起してレーザ発振するレーザ装置であってもよい。
【００４８】
また、本装置１０では、零相電圧監視回路１３が、電圧の上昇を監視していたが、外部電気装置３０で地絡が生じた相と同じ相の電圧の降下を監視していてもよい。この場合、上記電圧測定手段により測定された電圧の値が上記閾値を越えた時とは、測定された該電圧の値が、該閾値を超えて低下した場合を意味する。
【００４９】
また、本装置１０では、零相電圧監視回路１３の上記閾値が各相において同じ値を用いているが、各相において異なった値を用いていてもよい。
また、本装置１０では、第２のコンデンサ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを有していなくてもよい。
【００５０】
さらに、本装置１０では、モータ１４ａ、１５ａは、その全体が減圧下に配置されていたが、零相電圧が上昇した場合に絶縁破壊が生じ易い部位のみが減圧下に配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明のレーザ装置の一実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    レーザ装置
１１    放電励起用電源（電源）
１２a、１２ｂ、１２ｃ    第１のコンデンサ（コンデンサ）
１３    零相電圧監視回路
１４    真空ポンプ
１４ａ    モータ
１５    ブロア
１５ａ    モータ
１６    放電管
１７a、１７ｂ、１７ｃ    第２のコンデンサ
１８    遮断器（電力遮断手段）
２０    ３相交流変圧器
２１    接地抵抗
３０    外部電気装置
４０、５０    遮断器
【図１】
2008277426.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月29日(2008.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電力線により電力が供給される電源を具備するレーザ装置であって、
前記電源は、その内部にノイズフィルターとしてのコンデンサを備え、
前記コンデンサを利用して前記３相交流電力線の各相と接地との間の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段により測定された電圧の値と所定の閾値とを比較して、該電圧の値が該閾値を越えた時、前記３相交流電力線から前記電源への電力の供給を遮断する電力遮断手段と、から構成される外部地絡保護装置を、
有しており、
前記３相交流電力線には、この３相交流電力線により電力が供給される外部電気装置が接続されており、
前記外部地絡保護装置は、前記外部電気装置において地絡が生じると、前記３相交流電力線から前記電源への電力の供給を遮断する、
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
３つの前記コンデンサを有しており、前記３相交流電力線の前記各相と前記接地との間に該コンデンサそれぞれが接続されており、前記電圧測定手段は、前記各相と前記コンデンサそれぞれとの間で電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記電圧測定手段により測定された前記電圧の値が前記閾値を越えた時、警報を出力する警報手段を有す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】
前記レーザ装置がガスレーザ装置であり、レーザガスを循環させるブロワと、真空ポンプとを有し、該ブロワ及び該真空ポンプそれぞれは、減圧下で駆動するモータを有しており、前記モータそれぞれは、前記３相交流電力線による電力の供給を受けており、前記電圧測定手段により測定された前記電圧の値が前記閾値を越えた時、前記電力遮断手段が、前記３相交流電力線から前記電源への電力の供給を遮断すると共に、前記モータそれぞれへの電力の供給も遮断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ装置。