(57)【要約】【課題】従来のガスレーザ発振装置は、レーザガス消費量が多く、ランニングコストが増大するという問題が発生していた。【解決手段】レーザガス４を移動させる回転体２１ａ，２１ｂと、回転体２１ａ，２１ｂを駆動する駆動部２２と、回転体２１ａ，２１ｂと駆動部２２を連結する駆動軸２３と、駆動軸２３を貫通させるとともに回転体２１ａ，２１ｂと駆動部２２を隔離する隔壁２５と、隔壁２５と駆動軸２３の間に配置した軸受け２６と、軸受け２６よりも回転体２１ａ，２１ｂ側に配置し、かつ軸受け２６の外形寸法よりも大きな空間部２８と、軸受け２６と空間部２８の間にシール材２７を配置したものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、前記電極へ接続した電源と、前記電源と前記電極により形成される放電空間にレーザガスを循環供給させる送風機を備え、
前記送風機には、レーザガスを移動させる回転体と、前記回転体を駆動する駆動部と、前記回転体と前記駆動部を連結する駆動軸と、前記駆動軸を貫通させるとともに前記回転体と前記駆動部を隔離する隔壁と、前記隔壁と前記駆動軸の間に配置した軸受けと、前記軸受けの外形寸法よりも大きくかつ前記軸受けよりも前記回転体側に配置された空間部と、前記軸受けと前記空間部の間にシール材とを配置したガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記空間部の回転体との間に補助シールを設けた請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記隔壁の前記回転体側の面にラビリンスシールを形成した請求項１または２記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
前記シール材として弾性体を用いた請求項１から３のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【請求項５】
前記シール材の共振周波数を前記回転体によるレーザガスの圧力脈動の周波数と一致させた請求項４記載のガスレーザ発振装置。
【請求項６】
加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段のうち少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、レーザ光を発生する請求項１から５のいずれかに記載のガスレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は送風機でレーザガスを循環するガスレーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ発振装置ならびにレーザ加工機は、金属、非金属材料において切断、溶接・溶着、スクライビングといった広範囲に渡る加工に応用されてきており、幅広い業界に導入されつつある。
【０００３】
そのような中で、レーザ発振装置に用いられる送風機は、レーザガスを循環させるという重要な働きを持っている。
【０００４】
図７は従来のガスレーザ発振装置を示しており、送風機１０１、熱交換器１０２ａ，１０２ｂ、レーザガスを循環させる経路１０３、経路１０３内部を循環するレーザガス１０４、放電管１０５、放電管１０５に設けられた電極１０６、電極１０６に接続された電源１０７、部分透過鏡１０８、全反射鏡１０９、レーザガス１０４の供給器１１０、供給器１１０からレーザガスの経路１０３内へ流入するレーザガス１０４の調整装置１１１、レーザガス１０４の排出調整装置１１２、レーザガスの経路１０３内部の圧力を検出する圧力検出装置１１３、圧力検出装置１１３からの信号を入力して供給器１１１を制御する制御部１１４から構成している。
【０００５】
図に示すとおり、送風機１０１から出てきたレーザガス１０４は、圧縮され高温となっているため、熱交換器１０２ａにより冷却される。熱交換器１０２ａ通過後、レーザガス１０４は経路１０３で接続されている放電管１０５に流入する。放電管１０５には電極１０６を介して電源１０７が接続されており、電源１０７により放電管１０５内を通過するレーザガス１０４に高電圧が印加され放電が発生する。放電の電気エネルギーによりレーザガス１０４が励起され反転分布となり光を発し、部分透過鏡１０８と全反射鏡１０９の間を光が往復することによりレーザ発振状態となる。発生したレーザビームの一部は部分透過鏡１０８から外部へと取り出され、レーザ加工に用いられる。
【０００６】
放電管１０５で放電エネルギーにより高温となったレーザガス１０４は熱交換器１０２ｂにより冷却され、送風機１０１に戻る。レーザガス１０４は経路１０３内部を循環するうちに、放電エネルギーや電極１０６の磨耗粉などにより劣化する。そのためレーザガス１０４は、その一部が排出調整装置１１２によってレーザ発振装置外部へ取り出され廃棄される。廃棄されたレーザガス１０４と同量の新しいレーザガス１０４を供給器１１０から調整装置１１１を通して経路１０３内部へ供給し、経路１０３内部の圧力が一定となるように圧力検出装置１１３により、制御部１１４を介して調整装置１１１を制御している。
【０００７】
この従来のガスレーザ発振装置に用いる送風機１０１の詳細を図８に示す。
【０００８】
図において、１２０は送風機１０１の外殻を形成するケーシング、１２１ａ，１２１ｂはケーシング内部に設けられている回転体、１２２は回転体１２１ａ，１２１ｂを回転させるための駆動部、１２３は回転体１２１ａ，１２１ｂに駆動部１２２の駆動力を伝達する駆動軸、１２４は回転体１２１ａ，１２１ｂ間で駆動力を伝達するためのギア、１２５は回転体１２１ａ，１２１ｂが収容されている空間と駆動部側が収容されている空間を隔離する隔壁、１２６は隔壁１２５に具備された軸受け、１２７は隔壁１２５に具備されたシール材を示している。
【０００９】
図８において、駆動部１２２により駆動軸１２３を介して回転体１２１ａを回転させる。このとき回転体１２１ａに加わった力は、ギア１２４により回転体１２１ｂにも伝達され同様に回転する。このとき回転体１２１ａ，１２１ｂは断面がまゆ玉形状をしており、回転する角度によりケーシング１２０との間に空間が生ずる構成となっているため、回転体１２１ａ，１２１ｂが回転することにより、レーザガス１０４が送風機１０１に吸入、吐出される作用を有している。
【００１０】
ギア１２４や駆動軸１２３には、潤滑用のオイルを付与する構成とし、これらを回転の摩擦から保護している。しかし前記オイルがレーザガス１０４内に混入すると、レーザガス１０４の成分比率を変化させ放電悪化によるレーザ出力低下を引き起こすため、隔壁１２５を設け駆動部側と回転体側を隔離し、オイルの回転体１２１ａ，１２１ｂ側への流入を防止している。
【００１１】
実際には駆動軸１２３を回転させるため隔壁１２５に埋め込まれた軸受け１２６により保持される構成としており、微小な隙間が駆動軸１２３と隔壁１２５間に存在していたが、この微小隙間を塞ぐことを目的として、従来のガスレーザ発振装置では、例えば特許文献１に示すようなシール材１２７を隔壁１２５に具備し、シール材先端を駆動軸１２３に接触させ、前記微小隙間を塞ぐ構成としていた。
【００１２】
また、特許文献２に示すように、ラビリンスとチャンバー溝の関連形成と、ラビリンスとチャンバー溝と四弗化エチレン樹脂製シールの並列配置でオイルの回転体１２１ａ，１２１ｂ側への流入を防止するものもあった。
【００１３】
このような従来のガスレーザ発振装置では、送風機１０１の長期間運転時において、シール材１２７の磨耗、弾力性変動などの経時変化により、駆動軸１２３と隔壁１２５間の微小な隙間が発生することは避けられない。
【００１４】
これにより、駆動部側空間の圧力が高くなり、駆動部側のオイルが回転体１２１ａ，１２１ｂ側に流入する場合が存在した。オイルが回転体１２１ａ，１２１ｂ側に逆流した場合、レーザガス１０４の成分比率を変化させるため、放電の悪化によりレーザ出力が低下し、長期間に渡ってレーザ出力を安定して維持できないという課題を有していた。そこで、従来のガスレーザ発振装置では、このような流入を防止するため、排出調整装置１１２を送風機１０１の駆動部側空間に接続し、常時一定量のレーザガス１０４を吸引して回転体１２１ａ，１２１ｂ側圧力よりも駆動部側圧力を低くする構成も取られていた。
【００１５】
隔壁１２７の駆動部側空間の圧力は、レーザガス１０４の送風機１０１への吸入圧Ｐ１、吐出圧Ｐ２のおおよそ平均された数値となる。また、回転軸１回転につき４回の工程でガスが圧縮されるため、駆動部側空間におけるガス圧の脈動ΔＰの存在も避けられない。回転体側のシール周辺におけるガス圧力の下限値は下記の式で表される。
【００１６】
Ｐｒ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２  −  ΔＰ／２
したがって、駆動部側の圧力Ｐｇは下記を満たす必要がある。
【００１７】
Ｐｇ＜（Ｐ１＋Ｐ２）／２  −  ΔＰ／２  −Ｋ
ここで、Ｋはシールを通じてミストが拡散しないための余裕値である。
【００１８】
このガス吸引量分だけ、新しいガスを補給して圧力を一定に保つ必要があり、吸引量はすなわちレーザガス消費量と等量である。
【特許文献１】実開平３−２５２６４号公報
【特許文献２】特開昭６２−３０３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかし、ガス圧脈動ΔＰが大きい場合、駆動部側圧力Ｐｇを極端に低く設定する必要があり、そのためには吸引量すなわちレーザガス消費量を増やさなければならず、この場合ガスレーザ発振装置のランニングコストが増大するという問題が発生していた。
【００２０】
また、特許文献２に記載したものは、チャンバー溝の寸法が小さく、ガス圧脈動を減少することができなかった。
【００２１】
前記、背景技術にあるようにガスレーザ発振装置は、より幅広い産業分野への導入、多岐に渡る業種、材料への適用が渇望されており、ランニングコストを増加させずに、長期間に渡って安定したレーザ出力の維持を市場から要望されていた。
【００２２】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、安定したレーザ出力を長期間に渡って維持できるガスレーザ発振装置およびレーザ加工機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するために本発明は、電極と、前記電極へ接続した電源と、前記電源と前記電極により形成される放電空間にレーザガスを循環供給させる送風機を備え、前記送風機には、レーザガスを移動させる回転体と、前記回転体を駆動する駆動部と、前記回転体と前記駆動部を連結する駆動軸と、前記駆動軸を貫通させるとともに前記回転体と前記駆動部を隔離する隔壁と、前記隔壁と前記駆動軸の間に配置した軸受けと、前記軸受けの外形寸法よりも大きくかつ前記軸受けよりも前記回転体側に配置された空間部と、前記軸受けと前記空間部の間にシール材とを配置したものである。
【００２４】
また、前記回転体と前記空間部の間に補助シールを設けたり、前記隔壁の前記回転体側の面にラビリンスシールを形成したり、前記シール材として弾性体を用いたり、前記シール材の共振周波数を前記回転体によるレーザガスの圧力脈動の周波数と一致させたり、またはそれらの組み合わせの構造をとり、送風機のガス圧脈動ΔＰを、そのシール部またはその近傍の構成により低減させることにより、吸引量すなわちレーザガス消費量を小さくしている。
【００２５】
そしてこの構成により、より安定したレーザ出力を長期間に渡って維持できる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明は、ガスレーザ発振装置の送風機内部の圧力脈動を低減させる構成により、最小のレーザガス消費量すなわちランニングコストを削減でき、駆動部側オイルの回転体側への流入を防止することが可能となり、ガスレーザ発振装置およびレーザ加工機のレーザ出力を長期間に渡って安定して維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１のガスレーザ発振装置について、図１から図３を用いて説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態１のレーザ発振装置を示しており、送風機１、熱交換器２ａ，２ｂ、レーザガスを循環させる経路３、経路３内部を循環するレーザガス４、放電管５、放電管５に設けられた電極６、電極６に接続された電源７、部分透過鏡８、全反射鏡９、レーザガス４の供給器１０、供給器１０から経路３内へ流入するレーザガス４の調整装置１１、レーザガス４の排出調整装置１２、経路３内部の圧力を検出する圧力検出装置１３、圧力検出装置１３からの信号を入力して調整装置１１を制御する制御部１４を備えている。
【００２９】
図に示すとおり、電源７と電極６により形成される放電空間にレーザガス４を循環供給させる送風機１から出てきたレーザガス４は、圧縮され高温となっているため、熱交換器２ａにより冷却される。熱交換器２ａ通過後、レーザガス４は経路３で接続されている放電管５に流入する。放電管５には電極６を介して電源７が接続されており、電源７により放電管５内を通過するレーザガス４に高電圧が印加され放電が発生する。放電の電気エネルギーによりレーザガス４が励起され反転分布となり光を発し、部分透過鏡８と全反射鏡９の間を光が往復することによりレーザ発振状態となる。発生したレーザビームの一部は部分透過鏡８から外部へと取り出され、レーザ加工に用いられる。
【００３０】
放電管５で放電エネルギーにより高温となったレーザガス４は熱交換器２ｂにより冷却され、送風機１に戻る。レーザガス４は経路３内部を循環するうちに、放電エネルギーや電極６の磨耗粉などにより劣化する。そのためレーザガス４は、その一部が排出調整装置１２によってレーザ発振装置外部へ取り出され廃棄される。廃棄されたレーザガス４と同量の新しいレーザガス４を供給器１０から調整装置１１を通して経路３内部へ供給し、経路３内部の圧力が一定となるように圧力検出装置１３により、制御部１４を介して調整装置１１を制御している。
【００３１】
このガスレーザ発振装置に用いる送風機１の詳細を図３に示す。
【００３２】
図に示すようにこのガスレーザ発振装置に用いる送風機１は、送風機１の外殻を形成するケーシング２０、ケーシング２０内部に設けられて回転することでレーザガス４を移動させる回転体２１ａ，２１ｂ、回転体２１ａ，２１ｂを回転駆動させるための駆動部２２、回転体２１ａ，２１ｂに駆動部２２の駆動力を伝達する駆動軸２３、回転体２１ａ，２１ｂ間で駆動力を伝達するためのギア２４、駆動軸２３を貫通させるとともに回転体２１ａ，２１ｂが収容されている空間と駆動部側が収容されている空間を隔離する隔壁２５、隔壁２５と駆動軸２３の間に配置した軸受け２６、軸受け２６よりも回転体２１ａ，２１ｂ側に配置し、軸受け２６の外形寸法よりも大きな空間部２８と、軸受け２６と空間部２８の間に配置したシール材２７を備えている。
【００３３】
図において、駆動部２２により駆動軸２３を介して回転体２１ａを回転させる。このとき回転体２１ａに加わった力は、ギア２４により回転体２１ｂにも伝達され同様に回転する。このとき回転体２１ａ，２１ｂは断面がまゆ玉形状をしており、回転する角度によりケーシング２０との間に空間が生ずる構成となっているため、回転体２１ａ，２１ｂが回転することにより、レーザガス４が送風機１に吸入、吐出される作用を有している。
【００３４】
ギア２４や駆動軸２３には、潤滑用のオイルを付与する構成とし、これらを回転の摩擦から保護している。しかし前記オイルがレーザガス４内に混入すると、レーザガス４の成分比率を変化させ放電悪化によるレーザ出力低下を引き起こすため、隔壁２５を設け駆動部側と回転体側を隔離し、オイルの回転体２１ａ，２１ｂ側への流入を防止している。
【００３５】
図２は送風機１の駆動軸２３周囲の詳細図で、駆動軸２３を回転させるため隔壁２５に埋め込まれた軸受け２６により保持される構成としており、微小な隙間が駆動軸２３と隔壁２５間に存在していたが、この微小隙間を塞ぐことを目的として、シール材２７を軸受け２６と回転体２１ａ、２１ｂの間に配置し、シール材２７の先端を駆動軸２３に接触させ、前記微小隙間を塞ぐ構成としている。
【００３６】
なお、本実施の形態の特徴は、軸受け２６やシール材２７よりも回転体２１ａ、２１ｂ側の隔壁２５に軸受け２６の外形寸法よりも大きな空間部２８を設けたことである。
【００３７】
従来のガスレーザ発振装置（例えば特許文献１、２）における送風機では、空間部分の寸法から回転体の回転による圧力脈動ΔＰを十分減少することができず、圧力脈動ΔＰがそのままシール材周辺に伝達され、これによる圧力変動により、駆動部側オイルがミストの状態で回転体側へ流入することがあった。
【００３８】
本実施の形態では、シール材２７の回転体２１ａ，２１ｂ側に一定の脈動減衰を行う空間部２８を設けることにより、その圧力脈動を低減することにより少量のガス消費量でも駆動部側オイルがミスト状で回転体側へ流入しない構成としたものであり、レーザ発振装置のレーザ出力を長期間に渡って安定して維持することができる。
【００３９】
なお、この構成において、シール材２７は例えば薄いゴム材や樹脂のような柔軟な弾性材料で作られていて、回転体２１ａ，ｂの回転による圧力脈動ΔＰによりシール材２７はその圧力脈動ΔＰを低減する方向に変形することが可能としている。
【００４０】
また、シール材２７の共振周波数が回転体２１ａ，ｂの回転による圧力脈動ΔＰの周波数と一致するように構成している。これにより、より確実に圧力脈動ΔＰを低減することが可能となる。
【００４１】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図４を用いて説明する。
【００４２】
なお、実施の形態１と同様な構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態２の特徴は、実施の形態１における空間部２８の回転体２１ａ、２１ｂ側に補助シール２９を設けたことである。
【００４４】
これにより、回転体２１ａ，２１ｂの回転による圧力脈動ΔＰは補助シール２９により、シール材２７への伝達が阻害されることになる。
【００４５】
なお、補助シール２９は、駆動軸２３とのクリアランスが小さければ小さいほど有効ではあるが必ずしも駆動軸２３と接触する必要はない。
【００４６】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図５を用いて説明する。
【００４７】
なお、実施の形態１、２と同様な構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態３の特徴は、実施の形態１の空間部２８と回転体２１ａ、２１ｂの間に実施の形態２の補助シールに代えてラビリンスシール３０を設けたことである。
【００４９】
これにより、回転体２１ａ，２１ｂの回転による圧力脈動ΔＰはラビリンスシール３０により、シール材２７への伝達が阻害されることになる。
【００５０】
なお、ラビリンスシール３０は、そのクリアランスが小さければ小さいほど有効である。
【００５１】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図６を用いて説明する。
【００５２】
図６には、本実施の形態のレーザ加工機を示しており、このレーザ加工機は、上記実施の形態１、２、３の何れかのガスレーザ発振装置６０、全反射鏡６１、集光手段６２、被加工物６３、レーザビーム６４を備えている。
【００５３】
レーザ発振装置６０から出たレーザビーム６４は全反射鏡６１により集光手段６２に導かれる。集光手段６２により集光されたレーザビームは被加工物６３に照射され、切断、溶接などが行われる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、レーザガス供給量の増加によるランニングコストの増大を減少させ、ガスレーザ発振装置のレーザ出力を長期間に渡って安定して維持することができ、ガスレーザ発振装置およびレーザ加工機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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構成図
【図２】本発明の実施の形態１における送風機の駆動軸周囲の詳細説明図
【図３】本発明の実施の形態１における送風機の詳細説明図
【図４】本発明の実施の形態２における送風機の駆動軸周囲の詳細説明図
【図５】本発明の実施の形態３における送風機の駆動軸周囲の詳細説明図
【図６】本発明の実施の形態４におけるレーザ加工機の構成図
【図７】従来のレーザ発振装置の構成図
【図８】従来のレーザ発振装置における送風機の詳細説明図
【符号の説明】
【００５６】
１    送風機
２    熱交換器
３    経路
４    レーザガス
５    放電管
６    電極
７    電源
８    部分透過鏡
９    全反射鏡
１０    供給器
１１    調整装置
１２    排出調整装置
１３    圧力検出装置
１４    制御部
２０    ケーシング
２１ａ，２１ｂ    回転体
２２    駆動部
２３    駆動軸
２４    ギア
２５    隔壁
２６    軸受け
２７    シール材
２８    空間部
２９    補助シール
３０    ラビリンスシール
６０    レーザ発振装置
６１    全反射鏡
６２    集光手段
６３    被加工物
６４    レーザビーム
【図１】
2010212547.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010212547.tif 000005
【図４】
2010212547.tif 000006
【図５】
2010212547.tif 000007
【図６】
2010212547.tif 000008
【図７】
2010212547.tif 000009
【図８】
2010212547.tif 000010