(57)【要約】【課題】回転軸に結合された軸受が劣化などにより破壊した場合、回転軸の有する回転エネルギーにより送風手段が過大な損傷を受けるが、このような損傷を最小限度に抑制することのできる送風手段を搭載したレーザ発振装置を提供する。【解決手段】レーザガスを送風する送風手段において、回転部は先端に翼車を設けた回転軸とそれに結合された１つ以上の軸受を備え、非回転部は翼車に近接されて設けられているスクロール部と駆動手段および回転軸、軸受を保持するハウジング部により構成され、前記回転軸と前記ハウジング部の空間距離を前記翼車と前記スクロール部の間隙以下とした。【選択図】図１
2013004826.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、レーザ媒体である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を接続するレーザガス循環経路を備え、前記送風手段は駆動手段により回転する回転部と回転を行わない非回転部から成り、
前記回転部は先端に翼車を設けた回転軸と前記回転軸に結合された１つ以上の軸受を備え、
前記非回転部は翼車に近接されて設けられているスクロール部と前記駆動手段および回転軸、軸受を保持するハウジング部により構成され、
前記翼車の回転により送風手段としてのポンプ動作を行う方法を有したレーザ発振装置であって、
前記回転軸と前記ハウジング部の空間距離を前記翼車と前記スクロール部の間隙以下としたことを特徴とするガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記回転軸に装着されたプレートを備え、前記ハウジング部に対する前記回転軸の最も狭い空間距離の部分を前記プレート部分とした請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記回転軸とハウジング部の空間距離を２５０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
前記回転軸とハウジング部の空間距離を前記翼車とスクロール部の間隙以下とする箇所を、１つ以上ある前記軸受のうち、最も翼車に距離が近い軸受の近傍としたことを特徴とする請求項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】
前記回転軸とハウジング部の空間距離を前記翼車とスクロール部の間隙以下とする箇所を、前記回転軸の回転バランス調整部分と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４のいずれかに記載のレーザ発振装置を備えたレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として板金切断、溶接などの用途に用いられる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】
図４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４を参照しながら従来のガスレーザ発振装置を説明する。
【０００３】
この図において、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、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器、１３はレーザガスを循環させるための送風手段であり、この送風手段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】
送風手段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】
送風手段１３としては、一般的に遠心式の送風手段が用いられる。図５は従来の送風手段の構成例である。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２４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２６が配置され、モータステータ２６はハウジング２５に固定されている。モータステータ２６へ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２４を回転させる。翼車２４の周囲にはスクロール２７が配置され、翼車２４の回転によりレーザガス流９が循環する。
【０００８】
回転軸２３は上下２箇所に配置された軸受２８、２９によって回転可能な状態で支持されている。また回転軸２３には、回転バランスを調整するための回転バランス体３２が設けられている。
【０００９】
軸受２８は回転軸２３と結合されている。送風手段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２４および軸受２８から構成されている。
【００１０】
軸受２８の外周は非回転部であるハウジング２５と結合されている。
【００１１】
下部に配置された軸受２９には保持体３３を介してバネ３４により、予圧を与えている。またバネ３４はフタ３５により保持される構造となっている。
【００１２】
翼車２４とスクロール２７は最小となる間隙が約５００μｍ程度になるように配置されているが、これは効率よくレーザガス９の流量を確保するためである。翼車２４の回転によりレーザガス９に遠心力を与え、回転の中心から外側に向かってレーザガス流が発生する。翼車２４とスクロール２７の間隙が大きい場合、回転による遠心力を十分にレーザガスに与えることができないため、レーザガスの流量が低下する。そのため、この間隙はできる限り小さくすることが流量を確保する上で有利となる。
【００１３】
回転軸２３の回転軸振れ、熱膨張による寸法変化、部品寸法の公差などの影響により、翼車２４とスクロール２７の間隙は変動する。そのため、前記変動量以下に間隙を小さくしすぎた場合には、翼車２４とスクロール２７が接触し、損傷を受ける。そのため従来のガスレーザ発振装置では、レーザガス９の流量確保と、翼車２４とスクロール２７の接触防止を両立するための寸法として約５００μｍの間隙に設定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−４０１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
このような従来のガスレーザ発振装置は、下記課題を有している。
【００１６】
十分なレーザ出力、レーザガス９流量を維持するため、回転軸２３は通常数万ＲＰＭの高速で回転している。そのため軸受２８、２９も同様の高速で回転している。回転部と非回転部は軸受２８、２９内部でボールなどにより部分的に接触しているため、上記高速回転による負荷が加わる。長時間運転した場合、軸受２８、２９内部の接触部の磨耗などにより劣化が進行し、最終的に破損にいたる。軸受２８、２９が破損すると、回転軸２３が軸振れを起こす。そのため回転軸２３に設けられた翼車２４も大きく振り回されることになり、スクロール２７に接触し、損傷を受けることになった。
【００１７】
発生した損傷が回転軸２３や軸受２８、２９のみに限定されておれば、その部分のみの交換で対処でき、かかる費用も最小限ですませることができる。しかし翼車２４、スクロール２７などの周辺部材にも影響を及ぼすことになると、それら部品においても交換が必要になる。翼車２４、スクロール２７は大型の部品かつ、複雑形状であるため高額な部品であり、これらを交換するとなると非常に高額な費用が必要となっていた。
【００１８】
従来のガスレーザ発振装置における送風手段１３は、上記軸受２８、２９破損時における部品の損傷被害の拡大を有効に防止することができず、多大な部品交換費用が発生し、ガスレーザ発振装置のメンテナンスコストが増加する、といった課題が存在していた。
【００１９】
このような課題を解決するために、特許文献１のように、回転軸の周囲に環状体をもうけ、軸受破損時の回転軸振れのエネルギーを吸収させる構造も用いられてきたが、回転軸と環状体との間隙を明確に規定しておらず、本来の目的である被害の拡大防止としての機能を有効に果たすことができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
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、レーザ媒体である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を接続するレーザガス循環経路を備え、前記送風手段は駆動手段により回転する回転部と回転を行わない非回転部から成り、前記回転部は先端に翼車を設けた回転軸と前記回転軸に結合された１つ以上の軸受を備え、前記非回転部は翼車に近接されて設けられているスクロール部と前記駆動手段および回転軸、軸受を保持するハウジング部により構成され、前記翼車の回転により送風手段としてのポンプ動作を行う方法を有したレーザ発振装置において、前記回転軸とハウジング部の空間距離を前記翼車とスクロール部の間隙以下としたことを特徴とするガスレーザ発振装置、およびレーザ加工機である。
【００２１】
この構成により、軸受が破損し回転軸が軸振れを起こした場合においても、翼車とスクロールが接触する前に、回転軸とハウジングのうち、翼車とスクロール部の間隙以下とした箇所が先に接触するため、翼車およびスクロールの損傷を防止することが可能となる。そのため、部品の交換に必要な費用を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に示す構成により、回転軸に結合された軸受が劣化などにより破壊した場合でも、回転軸の有する回転エネルギーにより送風手段内部が損傷を受けたとしても、このような損傷を最小限度に抑制することのできる送風手段を搭載したガスレーザ発振装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるガスレーザ発振装置の送風手段構成断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるガスレーザ発振装置の送風手段構成断面図
【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手段の構成断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
なお、以下に説明する実施の形態において、従来の技術で説明した構成と同一の構成については同一の符号を付し、説明は省略するものとする。特に、本発明においては送風手段に特徴を有するゆえ、送風手段に重点を置いて説明することとする。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態に関するガスレーザ発振装置の送風手段１３の構成図である。回転軸２３にプレート３０を設けることにより、前記プレート３０とハウジング２５間に近接部を作り出し、近接部の距離を翼車２４、スクロール２７間の間隙３１以下の距離としている。
【００２７】
この構成により、軸受２８、２９が破損し回転軸２３が軸振れを起こした場合においても、プレート３０とハウジング２５間が最初に接触し回転エネルギーを吸収するため、翼車２４やスクロール２７など他部位の損傷を防止することができる。
【００２８】
また図１では、回転軸２３側にプレート３０を設けているが、ハウジング２５側にプレート３０を設けても同様の効果を得ることができる。
【００２９】
プレート３０の材料は、一般には金属が用いられるが、樹脂材料などをもちいることも可能である。
【００３０】
本実施の形態に係るガスレーサ発振装置において、設けられたプレート３０とハウジング２５の近接部分の距離を、好ましくは２５０μｍ以下に設定するとよい。
【００３１】
通常、翼車２４とスクロール２７間の間隙３１の距離は５００μｍ程度になるように配置されている。このためプレート３０とハウジング２５の距離が５００μｍ以下であれば、翼車２４、スクロール２７の接触を防止できるが、実際には部品の寸法公差のバラツキがあるため、確実にプレート３０とハウジング２５を先に接触させるには、ある程度小さめに設計することが必要になる。
【００３２】
しかしながら小さくしすぎると、部品の寸法精度を上げる必要が生じ、加工費用が高額になるため、一般的な加工方法で実現できる寸法精度を考慮した結果、翼車とスクロール間距離の１／２とすることが、費用面、機能面を最も有効に両立させることができる。そのため、回転軸とハウジングの近接部分の距離を２５０μｍ以下に設定している。
【００３３】
プレート３０を設置するにあたり、最も好適な形態について説明する。本実施の形態において設けられたプレート３０の配置を、本発明では最も翼車２４に距離が近い軸受２８の近傍としたことを特徴としている。
【００３４】
プレート３０の目的は、軸受２８、２９が破損した場合に、翼車２４とスクロール２７の接触を防止することである。
【００３５】
軸受は２箇所あるが、翼車２４、スクロール２７から遠い位置の軸受２９が破損しても、より近い位置の軸受２８により間隙３１はある程度、維持することができる。
【００３６】
しかし近い位置の軸受２８が破損した場合、遠い位置の軸受２９では間隙３１を維持することは困難である。そのため、プレート３０の配置としては、最も翼車２４に距離が近い軸受２８の近傍とすることで、より有効に機能させることが可能となる。
【００３７】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態に関するガスレーザ発振装置について図２をもとに説明する。図２は本実施の形態にかかるガスレーザ発振装置の送風手段１３の構成図である。
【００３８】
数万ＲＰＭのように高速で回転するためには、回転中心周りの質量のバランスを平衡させることが必要である。通常、回転軸２３には、その調整を行うための回転バランス体３２が設けられている。
【００３９】
回転バランス体３２は、その目的上、回転軸２３よりも外径が一回り大きく設計されている。そのため、前記プレート３０の役割を、回転バランス体３２に持たせることにより、プレート３０を新たに追加する必要がなくなり、コストを低減させたガスレーザ発振装置を提供することが可能となる。
【００４０】
回転バランス体３２は回転軸２３に圧入される場合や、回転軸２３と一体化される場合などがあるが、いずれの場合においても同様の効果を得ることが可能である。
【００４１】
（実施の形態３）
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。レーザビーム８を反射ミラー１５によりトーチ１７内部に具備された集光レンズ１８まで誘導し、集光レンズ１８により集光されたレーザビーム８を加工ワーク１６に照射し、切断、溶接などの用途に用いている。
【００４２】
加工ワーク１６はテーブル１９に搭載されており、動力２０、２１により集光レンズ１８を移動させることにより、加工ワーク１６を任意の形状に加工している。図２では集光レンズ１８を動力２０、２１により移動させているが、テーブル１９側に動力２０、２１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】
【００４３】
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、送風手段の回転軸に結合された軸受が劣化などにより破損した場合でも、回転軸の有する回転エネルギーによる送風手段内部の損傷を最小限度に抑制することが可能となりメンテ費用を低減でき、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。
【符号の説明】
【００４４】
１    放電管
２、３    電極
４    電源
５    放電空間
７    部分反射鏡
８    レーザビーム
９    レーザガス流
１０    レーザガス流路
１１、１２    熱交換器
１３    送風手段
１４    レーザガス導入部
１５    反射ミラー
１６    加工ワーク
１７    トーチ
１８    集光レンズ
１９    テーブル
２０、２１    動力
２２    モータロータ
２３    回転軸
２４    翼車
２５    ハウジング
２６    モータステータ
２７    スクロール
２８    軸受
２９    軸受
３０    プレート
３１    間隙
３２    回転バランス体
３３    保持体
３４    バネ
３５    フタ
【図１】
2013004826.tif 000003
【図２】
2013004826.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013004826.tif 000006
【図５】
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