説明

ガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機

【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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2010−153545(P2010−153545A)
【公開日】平成22年7月8日(2010.7.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−329326(P2008−329326)
【出願日】平成20年12月25日(2008.12.25)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】