(57)【要約】【課題】従来のガスレーザ発振装置では、送風手段の円周振れが発生しやすいためレーザガス流の流量を増加させることができず、小型で大出力のガスレーザ発振装置を得られない。【解決手段】本発明のガスレーザ発振装置において、レーザガスを送風する送風手段に、先端に翼車部を設けるとともに前記送風手段を構成する部材のうち最も膨張率の小さい材料で形成される回転軸と、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、前記下部軸受の外周部を固定する抑え板とを備えたるようにした。【選択図】図１
2010153545.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るとともに前記送風手段を構成する部材のうち最も膨張率の小さい材料で形成される回転軸と、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、前記下部軸受の外周部を固定する抑え板とを備えたことを特徴とするガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記回転軸の材料としてインバーを使用したことを特徴とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
請求項１または２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。
【０００７】
また送風機９０９は運転により発熱する。発熱によりシャフト９２３は特に長手方向に膨張するため、コイルバネ９２１はシャフト９２３の熱膨張による寸法の変化を吸収する機能も果たしていた（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】
【０００８】
しかしながら従来のガスレーザ発振装置における送風機では、シャフトの回転数を増加させていくと、シャフトの円周振れが大きくなるという問題点が存在した。円周振れが大きくなることにより、シャフトに負荷がかかり破損にいたるケースや、ターボ翼などのシャフトに付随する回転体部分が、ケーシングなどの非回転部に接触し破損するという現象が発生していた。
【０００９】
上述の従来のガスレーザ発振装置における送風機の構成では、シャフトの熱膨張をころがり軸受を介してコイルバネで吸収させる構造としているため、ころがり軸受の外周を完全に固定していないので、円周振れが発生しやすいものとなっていた。
【００１０】
そのため、シャフトの回転数は、円周振れが増加せず、送風機が問題なく運転できる範囲に設定されているため、レーザガス流の流量を増加させることができず、小型で大出力のガスレーザ発振装置を得られないといった課題が存在していた。
【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るとともに前記送風手段を構成する部材のうち最も膨張率の小さい材料で形成される回転軸と、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、前記下部軸受の外周部を固定する抑え板とを備えたものであり、本発明の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】
【００１２】
本発明の構成により円周振れの発生を抑制し、回転軸の回転数を増加させることが可能となり、送風手段の送風するレーザガス流の流量が増加するので、レーザビームの出力を増大させることができ、小型で大出力のガスレーザ発振装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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は回転軸１２３と結合されている。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、１２９の内周から構成されている。軸受１２８の外周は非回転部であるケーシング１２５と結合されている。
【００２５】
上記のように約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得るために、回転軸１２３は通常数万〜１０万ＲＰＭ程度の高速で回転している。回転数は増加させるほど、送風手段１１３のレーザガス流１０９の流量が増加するので、レーザビーム１０８の出力を増大させることができ、小型で大出力のガスレーザ発振装置を得ることができる。
【００２６】
そこで、本発明の構成として、軸受１２９の外周部はケーシング１２５に圧入などにより固定するとともに、従来技術において必要であったばねは削除し、軸受１２９を抑え板１３０により固定する。抑え板１３０は、その取付け時に軸受１２９の下部より回転軸の軸方向に予圧を加えるように固定する。
【００２７】
さらに、回転軸１２３に熱膨張率の小さい材料を使用することとし、これにより発熱による寸法の変化を抑制している。回転軸１２３で使用する熱膨張率の小さい材料としてはインバーなどの合金や、あるいは炭素繊維材料などのように十分な強度を保有していれば金属以外の材料でも使用可能である。
【００２８】
以上のように、軸受１２９がケーシング１２５に対して軸方向と円周方向に固定される構成としたことにより、回転軸１２３は高速回転時でも円周振れの発生を抑制することができる。また、高温のレーザガス流１０９の影響により最も寸法的に変動の大きい回転軸１２３は、熱膨張率の小さい材料で形成されているので、寸法精度上の変動が最小に抑えられることで、上記の固定構造が維持される。
【００２９】
したがって、回転軸の回転数を増加させることが可能となり、送風手段の送風するレーザガス流の流量が増加するので、レーザビームの出力を増大させることができ、小型で大出力のガスレーザ発振装置を得ることができる。
【００３０】
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信装置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。
【００３１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
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、送風手段の回転数を高速化することが可能となり、小型で大出力のレーザ出力を得ることができるコストパフォーマンスの高い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】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態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におけるガスレーザ加工機の構成図
【図４】従来技術に係るガスレーザ発振装置の構成図
【図５】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】
【００３４】
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    レーザガス流
１１０    レーザガス流路
１１１    熱交換器
１１２    熱交換器
１１３    送風機
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    翼車
１２５    ケーシング
１２６    モータステータ
１２７    スクロール
１２８    軸受
１２９    軸受
１３０    抑え板
１３５    下部フタ
【図１】
2010153545.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010153545.tif 000005
【図４】
2010153545.tif 000006
【図５】
2010153545.tif 000007