(57)【要約】【課題】ガスレーザ発振装置において、送風手段の回転軸の軸受の隙間が温度上昇によって変化することで、軸受の与圧機構を安定しなくなることを防止する。【解決手段】前記送風手段が、先端に翼車部を設けた回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動部と、前記回転軸に結合された上部軸受および下部軸受と、前記下部軸受と所定の隙間で勘合する軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを固定するケーシングを備え、前記軸受ハウジングの材質が前記下部軸受の材質の１．２〜２倍の熱膨張率とすることにより、各部に温度差を生じた場合でも軸受外径と軸受ハウジング内径間の隙間を一定に保つことを特徴とする【選択図】図１
2010177313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒体としてのレーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備えたガスレーザ発振装置であって、
前記送風手段が、先端に翼車部を設けた回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動部と、前記回転軸に結合された上部軸受および下部軸受と、前記下部軸受と所定の隙間で勘合する軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを固定するケーシングを備え、
前記軸受ハウジングの材質が前記下部軸受の材質の１．２〜２倍の熱膨張率であることを特徴とするガスレーザ発振装置。
【請求項２】
レーザ媒体としてのレーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備えたガスレーザ発振装置であって、
前記送風手段が、先端に翼車部を設けた回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動部と、前記回転軸に結合された上部軸受および下部軸受と、前記下部軸受と所定の隙間で勘合する軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを固定するケーシングを備え、
前記ケーシングの前記軸受ハウジングとの勘合部分に溝部を形成したことを特徴とするガスレーザ発振装置。
【請求項３】
レーザ媒体としてのレーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備えたガスレーザ発振装置であって、
前記送風手段が、先端に翼車部を設けた回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動部と、前記回転軸に結合された上部軸受および下部軸受と、前記下部軸受と所定の隙間で勘合する軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを固定するケーシングを備え、
前記軸受ハウジングと前記ケーシングの間に断熱材を設けたことを特徴とするガスレーザ発振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のガスレーザ発振装置を具備したことを特徴とするガスレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として板金切断、溶接などの用途に用いられるｋＷ（キロワット）クラスのガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に係るガスレーザ発振装置の一例を、特許文献を参照ならびに引用して説明を行う。
【０００３】
図４に従来技術に係るガスレーザ発振装置の構成を示す。本図において、放電管９０１の両端には出力結合鏡９０２と全反射鏡９０３とからなる光共振器が設置されている。放電管９０１の外周上には金属電極９０４および９０５が取り付けられている。金属電極９０５及び９０６の間には高周波電源６から高周波電圧が印加される。これによって、放電管９０１内に高周波グロー放電が発生し、レーザ励起が行われる。
【０００４】
さらに図４では送風機９０９によってレーザガスを装置内で循環している。この目的はレーザガスの冷却にある。レーザガスの絶対温度はレーザ発振利得に影響し、発振効率を上昇させるためにはレーザガスを強制的に冷却してやる必要がある。本図の構成では、冷却器９０８で主として放電による加熱エネルギーをレーザガスから除去し、そして、送風機９０９は冷却されたレーザガスを圧縮し、圧縮されたレーザガスは冷却器９０７を介して圧縮熱を除去された後放電管９０１に導かれる。
【０００５】
次に、図５に従来技術に係る送風機９０９として採用されるターボブロアの構造を示す。ターボ翼９１６とシャフト９２３とは機械的に結合され、ターボ翼９１６はモータによって高速で回転する。シャフト９２３の支持にはころがり軸受９１９及び９２０が使用され、ころがり軸受の内輪、外輪及びボールのそれぞれの間には通常すきまが生じるように設けられている。また、高速で回転するとボール及び外輪の遠心力による膨張によってそのすきまがさらに大きくなってしまう。
【０００６】
従って、このような隙間をなくすために、軸受のスラスト方向に２Ｋｇｆ以上の予圧を与えている。予圧にはころがり軸受９２０の左側に設けられたコイルバネ９２１の付加する一定の荷重によって与えられる。ころがり軸受９２０の右側にはその予圧を受けるスラストメタル９２２が設けられている（以上、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平２−１９４６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガスレーザ発振装置において、送風機は運転によるモータおよびガス圧縮による発熱を生じる。そのため送風機はそのケーシングを何らかの手段により冷却し、その発生した熱を外部に逃がすように設計されている。
【０００８】
上記構成の送風機において、軸受の外径とそれに勘合するハウジングの内径は通常数十μｍ、精密な設定では４〜８μｍの隙間を有しており、軸受は軸方向にスライド可能な構造となっている。したがって、運転により回転軸の温度が上昇して熱膨張によりその長さが伸びた場合においても、軸受は軸方向にスライドすることにより、常に一定の軸受与圧が可能となる構成になっている。
【０００９】
しかしながら、運転時の回転軸や軸受の温度上昇に比べ、軸受に勘合するハウジングの部分は軸受の外輪と微小な隙間を有しており、かつケーシングに接しているため、温度上昇こそするがそれは回転軸や軸受ほどの温度上昇には至らない。
【００１０】
したがって、熱膨張の作用により、上記隙間は停止時に比べて小さくなり、温度上昇が大きい場合には隙間がゼロまたはしまり勝手となり、軸受は内部をスライドできなくなり軸受間の定圧与圧機構が正しく作用しなくなり、軸受間の与圧が過大になったりまた不足になったりして、回転振動を増大させてしまい、ひいてはベアリング破損してしまうという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、本発明のガスレーザ発振装置は、レーザ媒体としてのレーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備えたガスレーザ発振装置であって、前記送風手段が、先端に翼車部を設けた回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動部と、前記回転軸に結合された上部軸受および下部軸受と、前記下部軸受と所定の隙間で勘合する軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを固定するケーシングを備え、前記軸受ハウジングの材質が前記下部軸受の材質の１．２〜２倍の熱膨張率であることを特徴とするものである。
【００１２】
または、前記ケーシングの前記軸受ハウジングとの勘合部分に溝部を形成したことを特徴とするガスレーザ発振装置である。
【００１３】
または、前記軸受ハウジングと前記ケーシングの間に断熱材を設けたことを特徴とするガスレーザ発振装置である。
【００１４】
そして、ガスレーザ加工機は、上記のガスレーザ発振装置を具備したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成により、下部軸受外径と軸受ハウジング内径との隙間は運転状態に左右されることなく、常に安定した定圧与圧機構を実現することにより、送風手段の安定した運転状態と長寿命化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１に本発明の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。
【００１８】
軸流型ガスレーザ発振装置１００は、放電管１０１、電極１０２及び１０３、電源１０４、全反射鏡１０６、部分反射鏡１０７、レーザガス流路１１０、熱交換機１１１、１１２、送風手段１１３、レーザガス導入部１１４を、その構成として具備する。
【００１９】
放電管１０１はガラスなどの誘電体で形成されている。電極１０２と電極１０３は放電管１０１周辺に設けられ、各電極１０２、１０３には電源１０４が接続される。そして、電極１０２と電極１０３の間に挟まれた放電管１０１内に放電空間１０５が形成される。全反射鏡１０６と部分反射鏡１０７は放電空間１０５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。矢印１０８は部分反射鏡１０７より出力されるレーザビームを象徴的に表現したものである。
【００２０】
矢印１０９はレーザガス流を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中のレーザガス流路１１０を循環している。熱交換機１１１および熱交換機１１２は放電空間１０５における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げる。送風手段１１３はレーザガスを循環させるためのものであり、この送風手段１１３により放電空間５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。レーザガス流路１１０と放電管１０１は、レーザガス導入部１１４で接続されている。
【００２１】
以上が本発明のガスレーザ発振装置１００の構成である。次にその動作について説明する。
【００２２】
送風手段１１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１１０を通り、レーザガス導入部１１４より放電管１０１内へ導入される。この状態で電源１０４に接続された電極１０２、１０３から放電空間１０５に放電を発生させる。
【００２３】
放電空間１０５内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡１０６および部分反射鏡１０７により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡１０７からレーザビーム１０８が出力される。このレーザビーム１０８がレーザ加工等の用途に用いられる。
【００２４】
送風手段１１３としては、一般的に遠心式の送風手段が用いられる。図２に送風手段の構成の一例を詳細に示す。
【００２５】
本図において、モータロータ１２２は回転軸１２３と結合され、回転軸１２３の先端に翼車１２４が備えられている。モータロータ１２２と同軸にモータステータ１２６が配置され、モータステータ１２６はケーシング１２５に固定されている。
【００２６】
モータステータ１２６へ外部より交流電力が供給されると、発生した回転磁界によりモータロータ１２２が回転し、回転軸１２３を介して翼車１２４を回転させる。翼車１２４の周囲にはスクロール１２７が配置され、翼車１２４の回転によりレーザガス流１０９が発生する。
【００２７】
回転軸１２３は上下２箇所に配置された軸受１２８、１２９によって回転可能な状態で支持されている軸受１２８および１２９はアンギュラコンタクト軸受という相互に与圧をかけることにより軸受隙間を抑制する方式の軸受が用いられている。
【００２８】
送風手段１１３の構成は回転部と非回転部とに分けられ、回転部は前記モータロータ１２２、回転軸１２３、翼車１２４および軸受１２８および１２９の内輪から構成されている。上部の軸受１２８の内輪は回転軸１２３に、外輪は上部軸受ハウジング１３１へ圧入され固定されている。下部の軸受１２８の内輪は回転軸１２３に圧入され固定されている。
【００２９】
一方外輪はケーシング２５に固定された軸受ハウジング１３２の内径と約６μｍの隙間を有して勘合されている。また外輪はベアリング押え１３３によりバネ１３４の力により上方に力を加えられ、上部軸受１２８の外輪を軸受ハウジング１３１に当接させることにより２ケの軸受間に定圧与圧をかける構造としている。これにより、運転時における回転軸１２３の温度上昇による伸びが生じた場合でも常に一定の与圧を軸受１２８および１２９に与えることができる。
【００３０】
送風手段１１３のおかれる環境はガスレーザ発振装置内の温度制御された内部であり、たとえば２０℃の冷却水がケーシング１２５に流されることにより、その温度も２０℃付近に制御されることが多い。
【００３１】
例えば、運転前の各部温度は２０℃であり、この温度にて通常組み立てされ、下部軸受１２９の外径と軸受ハウジング１３２の内径は基準寸法４０ｍｍでその隙間は６μｍであったとする。また下部軸受１２９の材質は鉄鋼で熱膨張率は１１．９×１０の−６乗、軸受ハウジングの材質はステンレス鋼ＳＵＳ３０４で熱膨張率は１７．３×１０の−６乗であるとする。
【００３２】
運転が始まると、回転軸１２３はモータロータ１２２の発熱により温度上昇し、また下部軸受１２９も高速回転することによる転がり摩擦により発熱し、いずれも約７０℃まで上昇する。この場合下部軸受１２９の外径は温度上昇による熱膨張で約２４μｍ大きくなる。一方軸受ハウジング１３２は、下部軸受１２９の温度とケーシング１２５の温度の間の温度である約５５℃の温度となるため、その内径は温度上昇による熱膨張で約２４μｍ伸びる。したがって、下部軸受１２９外輪と軸受ハウジング１３２の隙間は運転状態でも運転前の６μｍの隙間を維持して、その定圧与圧機構は運転前と同様に安定した働きをすることができる。
【００３３】
なお、軸受ハウジング１３２の温度上昇の度合いは、運転時の稼働状況等にも影響されるが、本発明の構成では必ず下部軸受１２９の温度とケーシング１２５の温度の間の温度となり、上記数値例でいえば、下部軸受１２９の７０℃に対して、おおよそ５０℃〜６０℃の範囲の温度となっているので、しまり勝手にならずかつ所定の性能を損なわない程度の隙間を維持するには、軸受ハウジング１３２の材質を下部軸受１２９の材質の１．２〜２倍の熱膨張率を有するようにそれぞれの材質を選択すれば、本発明の効果を得ることができる。
【００３４】
以上のように、本発明の構成によって、下部軸受外径と軸受ハウジング内径との隙間は運転状態に左右されることなく、常に安定した定圧与圧機構を実現することにより、送風手段の安定した運転状態と長寿命化を実現することができる。
【００３５】
次に、図３は本発明の実施の形態におけるガスレーザ加工機の構成図である。本発明のガスレーザ発振装置１００より出力されたレーザビーム１０８を反射ミラー１１５によりトーチ１１７内部に具備された集光レンズ１１８まで誘導し、集光レンズ１１８により集光されたレーザビーム１０８を加工ワーク１１６に照射し、切断、溶接などの用途に用いている。
【００３６】
加工ワーク１１６はテーブル１１９に搭載されており、動力１２０、１２１により集光レンズ１１８を移動させることにより、加工ワーク１１６を任意の形状に加工している。図２では集光レンズ１１８を動力１２０、１２１により移動させているが、テーブル１１９側に動力１２０、１２１を接続して移動させても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、本発明のガスレーザ発振装置の他の実施の形態について説明する。図４は、図１に示すガスレーザ発振装置を構成する送風手段の異なる構成を示す図である。他の実施形態の構成と同一部分には同一符号を付し、以下詳細な説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態おける送風手段２１３において、下部軸受１２９と軸受ハウジング１３２は、同じ材質または熱膨張率が同程度の材質で構成されているものとする。
【００３９】
本実施の形態で異なるのは、ケーシング２２５において、軸受ハウジング１３２と接触する部分に溝部１３７を形成した点にある。これにより、ケーシング２２５の軸受ハウジング１３２との接触部は全面で接触することなく、その一部のみが接触している。
【００４０】
したがって運転時の下部軸受１２９で発生した熱は軸受ハウジング１３２までは伝わるが、ケーシング１２５には伝わりにくい。そのため、軸受ハウジング１３２の温度は軸受１２９とほぼ同じ温度となり、下部軸受１２９の外輪と軸受ハウジング１３２の内径は一定の隙間を保つことができるため、その定圧与圧機構は運転前と同様に安定した働きをすることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態において図１に示す送風手段１１３が送風手段２１３に置き換わることの他の構成は同じである。
【００４２】
（実施の形態３）
次に、本発明のガスレーザ発振装置の他の実施の形態について説明する。図５は、図１に示すガスレーザ発振装置を構成する送風手段の異なる構成を示す図である。他の実施形態の構成と同一部分には同一符号を付し、以下詳細な説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態おける送風手段３１３において、下部軸受１２９と軸受ハウジング１３２は、同じ材質または熱膨張率が同程度の材質で構成されているものとする。
【００４４】
本実施の形態で異なるのは、ケーシング３２５において、軸受ハウジング１３２と接触する部分に断熱材１３６を設置した点にある。したがって運転時の下部軸受１２９で発生した熱は軸受ハウジング１３２までは伝わるが、ケーシング１２５には伝わりにくい。そのため、軸受ハウジング１３２の温度は軸受１２９とほぼ同じ温度となり、下部軸受１２９の外輪と軸受ハウジング１３２の内径は一定の隙間を保つことができるため、その定圧与圧機構は運転前と同様に安定した働きをすることができる
なお、本実施の形態において図１に示す送風手段１１３が送風手段３１３に置き換わることの他の構成は同じである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機は、送風手段の安定した軸受定圧与圧機構を実現できるため、送風手段を長期に安定して使用することができる、メンテナンスコストを最小化するガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の送風手段の構成図
【図３】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ加工機の構成図
【図４】本発明の実施の形態２におけるガスレーザ発振装置の送風手段の構成図
【図５】本発明の実施の形態３におけるガスレーザ発振装置の送風手段の構成図
【図６】従来技術に係るガスレーザ発振装置の構成図
【図７】従来技術に係るガスレーザ発振装置における送風機の構成図
【符号の説明】
【００４７】
１００    ガスレーザ発振装置
１０１    放電管
１０２    電極
１０３    電極
１０４    電源
１０５    放電空間
１０６    全反射鏡
１０７    部分反射鏡
１０８    レーザビーム
１０９    レーザガスの流れる方向
１１０    レーザガス流路
１１１    熱交換器
１１２    熱交換器
１１３、２１３、３１３    送風手段
１１４    レーザガス導入部
１１５    反射ミラー
１１６    ワーク
１１７    トーチ
１１８    集光レンズ
１１９    テーブル
１２０    動力
１２１    動力
１２２    モータロータ
１２３    回転軸
１２４    モータステータ
１２５、２２５、３２５    ケーシング
１２６    翼車
１２７    スクロール
１２８    上部軸受
１２９    下部軸受
１３２    軸受ハウジング
１３３    ベアリング押さえ
１３４    バネ
１３５    下部フタ
１３６    断熱材
１３７    溝部
【図１】
2010177313.tif 000003
【図２】
2010177313.tif 000004
【図３】
2010177313.tif 000005
【図４】
2010177313.tif 000006
【図５】
2010177313.tif 000007
【図６】
2010177313.tif 000008
【図７】
2010177313.tif 000009