(57)【要約】【課題】ガスレーザ発振装置に用いるターボブロワにかかる揚力は運転時に大きく変化し、揚力変化のために軸受にかかる荷重も変化するため、軸受の寿命に対し悪影響を与えていた。【解決手段】本発明に用いるターボブロワは、軸駆動手段によって回転を行なう回転部と、回転を行なわない非回転部から成り、前記回転部は先端に翼車部を設けた軸と、前記軸を回転させる駆動部と、前記軸に結合された２箇所以上の軸受とを備え、前記翼車下部に磁性体のフランジを備え、前記磁性体のフランジの下部に電磁石を備え、前記電磁石は回転体スラスト方向に磁性体のフランジを吸引する方向に磁力を発生するよう配置され、前記磁力は、ターボブロワ運転状態に応じて、予め設定された値に従い、制御するようにした。【選択図】図１
2014116344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒体を励起する放電手段と、レーザガスを送風するターボブロワと、前記放電手段とターボブロワ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、
前記ターボブロワは軸駆動手段によって回転を行なう回転部と、回転を行なわない非回転部から成り、前記回転部は先端に翼車部を設けた軸と、前記軸を回転させる駆動部と、前記軸に結合された２箇所以上の軸受とを備え、
前記翼車下部に磁性体のフランジを備え、前記磁性体のフランジの下部に電磁石を備え、前記電磁石は回転体スラスト方向に磁性体のフランジを吸引する方向に磁力を発生するよう配置され、
前記磁力は、ターボブロワ運転状態に応じて、予め設定された値に従い、制御されることを特徴とするガスレーザ発振装置。
【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用途に用いられるｋＷクラスのガスレーザ発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３に従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図２を参照しながら従来の軸流型ガスレーザ発振装置を説明する。
【０００３】
この図に於いて、１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、２、３は前記放電管周辺に設けられた電極である。４は前記電極に接続された電源である。５は前記電極２、３間に挟まれた放電管１内の放電空間である。６は全反射鏡、７は部分反射鏡であり、この全反射鏡６、部分反射鏡７は前記放電空間５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。８は前記部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。
【０００４】
矢印９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を循環している。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５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ための熱交換機、１３はレーザガスを循環させるためのターボブロワであり、このターボブロワ１３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１０と放電管１は、レーザガス導入部１４で接続されている。
【０００５】
以上が従来のガスレーザ発振装置の構成である。次にその動作について説明する。
【０００６】
ターボブロワ１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１０を通り、レーザガス導入部１４より放電管１内へ導入される。この状態で電源４に接続された電極２、３から放電空間５に放電を発生させる。放電空間５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６および部分反射鏡７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７からレーザビーム８が出力される。このレーザビーム８がレーザ加工等の用途に用いられる。
【０００７】
図４は従来のターボブロワの構成例である。モータロータ２２は回転軸２３と結合され、回転軸２３の先端に翼車２６が備えられている。モータロータ２２と同軸にモータステータ２４が配置され、モータステータ２４はケーシング２５に固定されている。モータステータ２４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２２が回転し、回転軸２３を介して翼車２６を回転させる。翼車２６の周囲にはスクロール２７が配置され、翼車２６の回転によりレーザガス流９が発生する。
【０００８】
回転軸２３は上下２箇所に配置された上部軸受２８および下部軸受２９によって回転可能な状態で支持されている。上部軸受２８および下部軸受２９は回転軸２３と結合されている。ターボブロワ１３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２２、回転軸２３、翼車２６、上部軸受２８および下部軸受２９から構成されている。
【０００９】
上部軸受２８および下部軸受２９の外周は非回転部であるケーシング２５と結合されている。下部軸受２９の下側より下部軸受押さえ３０を介して予圧バネ３１およびバネ押さえフタ３２が配置され、常に一定の荷重が掛かるようになっている。モータステータ２４にはインバータ３３が接続され、電力が供給されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１８４５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この様な従来のガスレーザ発振装置は、下記課題を有している。
【００１２】
翼車２６が回転すると揚力３９が発生する。揚力の方向は回転軸２３の翼車向き、すなわちガス吸入口側である。揚力３９はガス圧力や回転軸の回転数によって異なり、一定では無い。揚力３９は上部軸受２８に掛かる。ここで問題となるのが上部軸受２８の寿命である。一般的に軸受は、軸方向に一定の荷重を掛けて使うように設計されている。軸受けに掛かる荷重には最適値が存在し、大きすぎても小さすぎても軸受け寿命を短くする。
【００１３】
しかるに、ターボブロワに掛かる揚力は、停止時はゼロであるが起動〜加速中は徐々に増加し、定常運転時に最大値に達する。停止の際はこの逆であり、揚力変化のために軸受けに掛かる荷重も変化する。またガスレーザ発振装置特有の使用条件として、放電安定化およびレーザ出力安定化のため、ガス圧を変化させる制御を行うことがあるが、その場合にも揚力変化に伴い、軸受けに掛かる荷重も変化する。
【００１４】
すなわち、軸受けに掛かる荷重を常に最適値に保ち、軸受け寿命を延ばすことが大きな課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記問題点を解決するために、レーザ媒体を励起する放電手段と、レーザガスを送風するターボブロワと、前記放電手段とターボブロワ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、前記ターボブロワは軸駆動手段によって回転を行なう回転部と、回転を行なわない非回転部から成り、前記回転部は先端に翼車部を設けた軸と、前記軸を回転させる駆動部と、前記軸に結合された２箇所以上の軸受とを備え、前記翼車下部に磁性体のフランジを備え、前記磁性体のフランジの下部に電磁石を備え、前記電磁石は回転体スラスト方向に磁性体のフランジを吸引する方向に磁力を発生するよう配置され、前記磁力は、ターボブロワ運転状態に応じて、予め設定された値に従い、制御される事を特徴とするガスレーザ発振装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に示す構成により、軸受に掛かる荷重を常に最適値に保つ事が出来るため、軸受寿命を延長可能となり、ターボブロワ全体の寿命延長を図る事で長期に渡って信頼性の確保出来るガスレーザ発振装置を提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に関するガスレーザ発振装置のターボブロワの構成図
【図２】本発明の実施形態に関する荷重ＦＵ、揚力Ｙ、質量Ｍ、磁力Ｇおよびバネ予圧Ｓについて示したグラフ
【図３】従来技術に係るガスレーザ発振装置の構成図
【図４】従来技術に係るターボブロワの構成図
【図５】従来構成における、荷重ＦＵ、揚力Ｙ、質量Ｍおよびバネ予圧Ｓについて示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施形態に関するガスレーザ発振装置のターボブロワの構成図である。翼車２６の下部に磁性体フランジ３４が設置されている。磁性体フランジ３４は鉄やＳＵＳ４００番台などの金属が使用される。磁性体フランジ３４の下部には電磁石３５が配置されている。ターボブロワの吸入側にはガス圧センサ３６が配置されている。電磁石３５、インバータ３３およびガス圧センサ３６は、制御装置３７に接続されている。
【００２０】
回転体の合計質量をＭ、予圧バネの力をＳ、翼車が回転する際に発生する揚力をＹとし、上部軸受２８に掛かる荷重をＦＵ、下部軸受２９に掛かる荷重をＦＤとすると、
ＦＵ＝Ｙ＋Ｓ−Ｍ
ＦＤ＝Ｓ
すなわち上部軸受２８に掛かる荷重ＦＵは揚力Ｙによって変動する。
【００２１】
図５は従来構成における、荷重ＦＵ、揚力Ｙ、質量Ｍおよびバネ予圧Ｓについて示した図である。ターボブロワ起動および停止によって荷重ＦＵが変動し、軸受にとっての最適荷重から外れる事が判る。またターボブロワ吸入ガス圧が変動した場合にも荷重ＦＵが変動することが判る。
【００２２】
ここで、本発明の実施例の動作について説明をする。ターボブロワが起動するとインバータ３３よりターボブロワへ所定周波数の電力が供給される。起動開始から一定の運転状態に到達するまで約６０秒の時間を要す。その間に翼車の回転数は上昇し、揚力も上昇する。インバータ３３は制御装置３７に接続されているため、インバータの周波数情報は制御装置３７に送られる。制御装置３７内には、インバータ周波数と翼車の揚力との相関に関する情報が予め格納されており、この情報に応じて制御装置３７に接続された電磁石３５は揚力を打ち消す方向に磁力Ｇを発生させ、磁性体フランジ３４を吸引する。ここで上部軸受け２８に掛かる荷重ＦＵは
ＦＵ＝Ｙ＋Ｓ−Ｍ−Ｇ
磁力Ｇは揚力Ｙの変化に追従して、制御装置３７によって変化させるため、常にＦＵは一定値に保たれる。ガス圧変動にともなう揚力変化に対しても同様である。ガス圧センサ３６からガス圧に関する情報が制御装置３７に送られる。制御装置３７内には、ガス圧と翼車の揚力との相関に関する情報が予め格納されており、この情報に応じて制御装置３７に接続された電磁石３５は揚力を打ち消す方向に磁力Ｇを発生させ、磁性体フランジ３４を吸引する。
【００２３】
図２は本発明の実施例における、荷重ＦＵ、揚力Ｙ、質量Ｍ、磁力Ｇおよびバネ予圧Ｓについて示した図である。ターボブロワの停止〜運転〜停止に至る全ての状態で、一定の荷重ＦＵを実現出来ている事が判る。
【００２４】
本発明のポイントは、ガスレーザ発振装置に特有の課題を解決できる点にある。ガスレーザ発振装置におけるターボブロワの使用条件は吸入ガス圧１３〜２６ｋＰａ、翼車外径１５０〜２５０ｍｍ、且つ回転周波数６００〜９００Ｈｚの間にある。圧縮比は１．５前後のため、この場合揚力Ｙは４０〜８０Ｎ程度の値となる。回転周波数６００〜９００Ｈｚで用いられる軸受は、高速回転に適したアンギュラ球軸受が使われる事が多く、最適荷重は３０〜５０Ｎ程度である。回転体質量Ｍは３０〜４０Ｎ程度のため、揚力Ｙをキャンセルする事が出来れば、バネ予圧Ｓを適当な値に設定することで、軸受に最適な荷重を作る事は可能である。ガスレーザ発振器に用いられるターボブロワ内に格納可能なサイズの実用的な電磁石の磁力は１００Ｎ程度が限界であり、その点からも本発明は実用的といえる。
【００２５】
ターボブロワの他の代表的な用途であるターボ分子ポンプでは、使用圧力が１ｋＰａに満たず、揚力は殆ど発生しないため、本発明は意味を成さない。また使用圧力が１００ｋＰａを超える大気圧以上で用いられるターボブロワでは、揚力が１０００Ｎを超え、本発明が効果を出せる領域を超えてしまう。本発明がガスレーザ発振装置のターボブロワ用として特に有用であるのは上述の理由による。
【００２６】
また１〜６ｋＷクラスのガスレーザ発振装置において、運転中に吸入ガス圧を変える事はレーザ発振の安定化に不可欠な動作である。ガスレーザ発振装置につきまとう課題はガス放電の安定化である。放電が安定しなければ、安定したレーザ出力を得る事が出来ない。しかし放電は、微妙なガス混合比のバラツキや不純物の混入により変動しやすい。特に１〜６ｋＷクラスの、いわゆる大出力のガスレーザ発振装置は、放電負荷が高いため、変動の度合いが大きい。そのため、安定したガス放電を得る事ができるように適宜ガス圧を変える制御を行う事が一般的である。本発明はガス圧を変えた際に変化する翼車の揚力に対しても、磁力による相殺効果を出せるようにした点も有用である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によって、ターボブロワ軸受に掛かる荷重を常に最適値に維持する事が出来、軸受寿命の延長によってターボブロワ全体の寿命延長を図り、長期に渡って高い信頼性を確保出来るガスレーザ発振装置として有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１    放電管
２    電極
３    電極
４    電源
５    放電空間
６    全反射鏡
７    部分反射鏡
８    レーザビーム
９    レーザガスの流れる方向
１０    レーザガス流路
１１    熱交換器
１２    熱交換器
１３    ターボブロワ
１４    レーザガス導入部
２２    モータロータ
２３    回転軸
２４    モータステータ
２５    ケーシング
２６    翼車
２７    スクロール
２８    上部軸受
２９    下部軸受
３０    下部軸受押さえ
３１    予圧バネ
３２    バネ押さえフタ
３３    インバータ
３４    磁性体フランジ
３５    電磁石
３６    ガス圧センサ
３７    制御装置
【図１】
2014116344.tif 000003
【図２】
2014116344.tif 000004
【図３】
2014116344.tif 000005
【図４】
2014116344.tif 000006
【図５】
2014116344.tif 000007