(57)【要約】  【課題】  従来のレーザ装置は、シャフト２９と金属シール３６との間の隙間を流れるレーザガスは、そのまま真空ポンプより外部へ排気されるため、排気分のレーザガスは別途別系統にてガス循環室に供給する必要がある。このため、如何にしてレーザガスの単位時間当たりの消費量を低減するかが、ランニングコスト低減の上で、大きな課題となっていた。  【解決手段】  本発明のレーザ発振装置は、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送風手段と、前記放電手段と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、前記送風手段は先端に翼車部を設けたシャフト部と、前記シャフト部を回転させる駆動部と、翼車部と駆動部とを分離する隔壁部を有し、前記隔壁部近傍のシャフト部に溝を設けたものである。【選択図】図１
2005142342.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送風手段と、前記放電手段と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、前記送風手段は先端に翼車部を設けたシャフト部と、前記シャフト部を回転させる駆動部と、翼車部と駆動部とを分離する隔壁部を有し、前記隔壁部近傍のシャフト部は溝が設けられたレーザ発振装置。
【請求項２】
シャフト部近傍の隔壁部と前記隔壁部近傍の前記シャフト部の少なくとも一方がテーパ形状である請求項１記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
隔壁部近傍に補助翼車を有した請求項１または２記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
シャフト部の溝形状は螺旋形状である請求項１から３のいずれかに記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
シャフト部の溝形状は斜めに形成された請求項１から３のいずれかに記載のレーザ発振装置。
【請求項６】
シャフト部の溝形状の幅は翼車部から駆動部に向って狭くした請求項４または５記載のレーザ発振装置。
【請求項７】
シャフト部の溝形状の幅は翼車部から駆動部に向って幅広、幅狭、幅広と変化させた請求項４または５記載のレーザ発振装置。
【請求項８】
シャフト部の溝ピッチは翼車部から駆動部に向って粗、密、粗と変化させた請求項４または５記載のレーザ発振装置。
【請求項９】
加工ワーク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加工トーチの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装置と、レーザ光を発生する請求項１から８のいずれかに記載の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】
本発明は遠心送風機を用いた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、レーザ発振装置およびレーザ加工機は加工対象物を非接触でかつ熱影響が少なく加工できるという特徴から多様な材質や形状の切断や溶接等に実用され、精密化及び高速化の要望は日々増加の一途にある。
【０００３】
従来、図５に示すようなガスレーザ用送風機が用いられていた。
【０００４】
以下、図を参照しながら説明する。
【０００５】
ガスレーザ用送風機１００は垂直に設置され、レーザガスは図示されていない上流側の冷却器から循環路を介して矢印５９のように吸入され、矢印８０のように２方向に分かれて遠心方向に吐出される。
【０００６】
シャフト５２は、ハウジング（循環路側ケーシング）５８の羽根車５１の回転を支持し、その両者は互いにナットで機械的に結合されている。シャフト５２には、その外周に沿ってロータ５３が焼きばめによって固定されている。そのロータ５３の外側には、ステータ５４が設けられている。
【０００７】
軸受け５５は、ハウジング５７とハウジング５８との間の隔壁１２１に形成された連通孔１２１ａに設けられている。なお、５０はオイル通路である。
【０００８】
これをさらに詳細に示したのが図６で、これについて説明する。
【０００９】
図６において、シャフト５２に中間部材６６が挿入され、この中間部材６６に環状溝として２本の溝６５１，６５２が形成されている。
隔壁１２１は、軸受け５５が取り付けられる軸受けホルダ６０と、リング６４が取り付けられるリングホルダ６３とから構成される。リングホルダ６３の内周には、リング部材６４として、２個のリング６４１，６４２が挿入されている。
【００１０】
なお、５５は軸受けで、５０１は軸受け５５の内輪、６０は軸受けホルダで、６０ａは軸受けホルダ６０に形成された経路、６１は軸受けカバー、６２は排出経路、６３はリングホルダで、６３ａはリングホルダ６３に形成された経路、６５は環状溝である（例えば特許文献１参照）。
【００１１】
そして、前述のリング部材６４は、ステンレス系の焼結金属でできている。これは中間部材６６と同様、耐食性と耐磨耗性を確保する目的である。
【００１２】
図７に従来の他のレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。
【００１３】
以下、図７を参照しながら従来のレーザ発振装置を説明する。
【００１４】
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は放電管１周辺に設けられた電極である。４は電極２，３に接続された電源である。５は電極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は部分反射鏡である。８は部
分反射鏡７より出力されるレーザビームである。
【００１５】
矢印９はレーザガスの流れる方向を示している。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５における放電と遠心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送風手段である。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。
【００１６】
図８は従来のレーザ加工機の概略構成の一例を示す。以下、図８を参照しながら従来のレーザ加工機を説明する。
【００１７】
この図に於いて、４９はガスレーザ発振装置で、そこから出力されたレーザビーム８は、反射鏡１５にて反射され、ワーク１６近傍へ導かれる。レーザビーム８は、トーチ１７内部に備えられた集光レンズ１８によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク１６に照射され、加工が行われる。ワーク１６は加工テーブル１９上に固定されており、Ｘ軸モータ２０あるいはＹ軸モータ２１によって、トーチ１７はワーク１６に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工が行われる。
【００１８】
図９にレーザ発振装置における遠心送風機周辺の構造を示す。
【００１９】
重力方向に対して、遠心送風機は、下側にモータステータ２２ｂが配置され、モータロータ２２ａは重力方向に対して鉛直方向に配置されている。モータロータ２２ａと結合したシャフト２９の先端に、翼車２３およびディヒューザ２４が備えられている。
【００２０】
レーザガスは、吸入口２５から重力方向の上方向より吸入され、翼車２３の回転による遠心力によって運動エネルギを与えられ、その後、ディヒューザ２４によって、運動エネルギは圧力へと変換され、吸入口２５よりも約１．５倍程度の圧力となったガスは、吐出口２６より吐出される。
【００２１】
送風機下部のモータが収納されたケーシング３１部分には、オイル２７が収納され、ベアリング２８の潤滑およびモータロータ２２ａの冷却を行っている。このオイルより発生したオイルミストが、翼車が循環させているレーザガス中に侵入するとレーザガスの純度が低下し、レーザ発振に大きな不具合をもたらすことになる。
【００２２】
よってオイルミストのレーザガス循環部への侵入を抑制するため、隔壁部３０が設けられ、モータ室３４とガス循環室３５とを分離している。隔壁部とシャフトの間は数１０〜数１００μｍの隙間が設けられており、シャフトの回転を阻害しないような構成となっている。
【００２３】
上述のように、隔壁部には数１０〜数１００μｍの隙間があるため、真空拡散によりオイルミストが隙間を通って、モータ室からガス循環室へ侵入してしまう。これを防ぐため、真空ポンプ３２によって、モータ室より常時一定量のガスを排気し、ガス循環室よりモータ室の方が低圧になるように構成している。モータ室〜真空ポンプ間には電磁弁３３が備えられており、必要に応じて開閉を行っている。
【００２４】
隔壁部の詳細構造を図１０に示す。シャフト２９と金属シール３６との間には、数１０〜数１００μｍの隙間が設けられており、その隙間を常時一定量のレーザガスが流れている。この常時流れているレーザガスによって、モータ室３４からガス循環室３５へのオイルミストの侵入が防止出来る。
【特許文献１】特開平８−３３５７３１号公報（第３−６頁、第１図，第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上記従来のレーザ装置やレーザ加工機において、シャフト２９と金属シール３６との間の隙間を流れるレーザガスは、そのまま真空ポンプより外部へ排気されるものであり、排気された分のレーザガスは別途別系統にてガス循環室に供給する必要がある。これがレーザ発振装置およびレーザ加工機におけるレーザガスの単位時間当たりの消費量となり、ランニングコストの大きなウエイトを占めるものである。
【００２６】
よって如何にレーザガスの単位時間当たりの消費量を低減するかが、ランニングコスト低減の上で、大きな課題となっていた。
【００２７】
本発明は、特にガス消費量抑制によるランニングコスト低減や信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機装置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】
【００２８】
上記問題点を解決するために、本発明のレーザ発振装置は、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送風手段と、前記放電手段と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、前記送風手段は先端に翼車部を設けたシャフト部と、前記シャフト部を回転させる駆動部と、翼車部と駆動部とを分離する隔壁部を有し、前記隔壁部近傍のシャフト部は溝が設けられ、その溝形状は螺旋形状などで構成される。
【００２９】
また、本発明のレーザ加工機は、加工ワーク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加工トーチの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装置と、レーザ光を発生する上記レーザ発振装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【００３０】
以上の構成により、本発明は、隔壁部のレーザガスの流れを自発的に圧縮作用を伴って作り出すことができ、特にガス消費量抑制によるランニングコスト低減や信頼性の高い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】
【００３１】
（実施の形態）
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は本発明の実施の形態を示す説明図である。
【００３２】
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は放電管１周辺に設けられた電極である。４は電極２，３に接続された電源である。５は電極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は部分反射鏡である。８は部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。
【００３３】
矢印９はレーザガスの流れる方向を示している。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５における放電と遠心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、４３はレーザガスを循環させるための遠心送風機である。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。
【００３４】
ここで、遠心送風機４３以外は背景技術で説明したものと同様であるので、ここではこの遠心送風機４３を中心に図２を参照して説明する。
【００３５】
図２は遠心送風機４３において隔壁部の金属シール３６やシャフト部２９についての詳細図面を示している。
【００３６】
シャフト部２９は隔壁部近傍に螺旋形状の溝３７ａを設けており、シャフト部２９近傍の隔壁部の金属シール３６と、隔壁部の金属シール３６近傍のシャフト部２９の少なくとも一方はテーパ形状を有し、駆動部側の隔壁部近傍に補助翼車３８を設けている。
【００３７】
シャフト部２９に設けられた螺旋形状の溝３７ａの幅は、翼車部から駆動部に向かって、幅広、幅狭、幅広と変化させている。また、この幅は翼車部から駆動部に向かって狭くしてもよい。
【００３８】
金属シール３６とシャフト部２９に設けられたテーパ形状は、翼車部から駆動部に向かって、テーパ角度が広がるように構成されている。
【００３９】
また、シャフト部２９の溝ピッチは、翼車部から駆動部に向かって粗、密、粗と変化させている。
【００４０】
以上のように構成された隔壁部について、その動作を説明する。
【００４１】
シャフト２９が回転すると、螺旋形状の溝３７ａに沿ってレーザガスが流れる。本実施例では、溝３７の幅を翼車部側で幅広としているため、周囲のレーザガスを溝で捕らえやすく、隔壁部中央付近で溝３７ａの幅を幅狭とすることで、捕らえたレーザガスを一旦圧縮した後、駆動部側の溝３７ａの幅を再度幅広とすることで、前記の圧縮されたレーザガスが膨張し、その結果、翼車部から駆動部に向かう円滑なレーザガスの流れが得られる。
【００４２】
また、シャフト２９が回転することで発生する遠心力が、レーザガスの粘性によりレーザガスの流れの加わり、金属シール３６とシャフト部２９に設けられたテーパ形状によって、シャフト２９の回転で発生する遠心力は翼車部から駆動部に向かうにしたがって大きくなるため、レーザガスの流れを発生、増長する作用がある。
【００４３】
駆動部側隔壁部近傍に設けられた補助翼車３８は、シャフト２９の回転方向に対し、レーザガスの流れを翼車部から駆動部の方向に発生させるように配置されており、補助翼車近傍の圧力がレーザガスの流れ発生によって周囲より低圧力となる。この補助翼車３８近傍の局所的な低圧力によって隔壁部を通過するレーザガスの流れを発生、増長する作用がある。
【００４４】
なお、シャフト部２９の溝３７ａ形状は、図３に示すように斜めに形成した溝３７ｂとしてもよい。
【００４５】
隔壁部を通過するレーザガスの流量は、溝形状やテーパ形状、補助翼車性能の設定によって所望のレーザガス量にすることが可能である。
【００４６】
上記の動作によって、隔壁部を通過するレーザガスの流れを自発的に発生させることが可能になる。このレーザガスの流れを発生させる過程で、レーザガスの圧縮や、補助翼車近傍の局所的な低圧力の発生を利用しているため、モータ室からガス循環室へのオイルミスト侵入を防止するために必要なレーザガスの流量を、従来より低減することが可能となる。
【００４７】
次にレーザ加工機について、図４を用いて説明する。
【００４８】
この図に於いて、４５はガスレーザ発振装置で前述したレーザ発振装置であり、そこから出力されたレーザビーム８は、反射鏡１５にて反射され、ワーク１６近傍へ導かれる。レーザビーム８は、トーチ１７内部に備えられた集光レンズ１８によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク１６に照射され、加工が行われる。ワーク１６は加工テ
ーブル１９上に固定されており、Ｘ軸モータ２０あるいはＹ軸モータ２１によって、トーチ１７はワーク１６に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工が行われる。
【００４９】
このように、加工ワーク１６を乗せる加工テーブル１９と、加工テーブル１９の移動とレーザ加工トーチ１７の少なくとも一方を移動するＸ軸モータ２０やＹ軸モータ２１などの駆動手段と、この駆動手段を制御する数値制御装置（図示せず）と、レーザビーム８を集光レンズ１８を通過させてレーザを発生するレーザ加工機に、上述した実施の形態における各レーザ発振装置を構成とすることにより、ガス消費量抑制によるランニングコスト低減や長期に渡って安定して使用できる信頼性の高いレーザ加工機が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のレーザ発振装置およびレーザ加工機は、特にガス消費量抑制によるランニングコスト低減、および長期に渡って安定して使用できる信頼性の高い装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置の説明図
【図２】同実施の形態におけるレーザ発振装置の隔壁部の説明図
【図３】同実施の形態におけるシャフト溝形状を斜めの溝とした場合の説明図
【図４】同実施の形態におけるレーザ加工機の説明図
【図５】従来におけるレーザ発振装置の説明図
【図６】従来におけるレーザ発振装置の詳細説明図
【図７】従来における他のレーザ発振装置の説明図
【図８】従来におけるレーザ加工機の説明図
【図９】一般的なレーザ発振装置における遠心送風機部の構造図
【図１０】従来におけるレーザ発振装置における隔壁部の説明図
【符号の説明】
【００５２】
９      レーザガスの流れる方向
１０    レーザガス流路
１５    反射鏡
１６    ワーク
１７    トーチ
１８    集光レンズ
１９    加工テーブル
２０    Ｘ軸モータ
２１    Ｙ軸モータ
２９    シャフト部
３０，３０ａ，３０ｂ    隔壁部
３６    金属シール
３７ａ、３７ｂ    溝
３８    補助翼車
４３    遠心送風機
４５    ガスレーザ発振装置
【図１】
2005142342.tif 000003
【図２】
2005142342.tif 000004
【図３】
2005142342.tif 000005
【図４】
2005142342.tif 000006
【図５】
2005142342.tif 000007
【図６】
2005142342.tif 000008
【図７】
2005142342.tif 000009
【図８】
2005142342.tif 000010
【図９】
2005142342.tif 000011
【図１０】
2005142342.tif 000012