JP2010199267A - ガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスレーザ発振装置における送風手段のレーザガスの循環流量を増すことにより高効率で大出力が出せるだけで無く、長期に渡って省エネルギーで安定した性能を維持する事を目的とする。
【解決手段】そこで本発明の送風手段は、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、前記回軽部は先端に翼車部を設けた回転軸と、前記回転軸に結合された上部軸受および下部軸受とを備え、前記回転部とは分離された駆動部と、前記駆動部から前記回転軸に回転を伝達する駆動伝達部を備える。
【選択図】図２

Description

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。

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３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。

この図に於いて、９０１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、９０２、９０３は前記放電管周辺に設けられた電極である。９０４は前記電極に接続された電源である。９０５は前記電極９０２、９０３間に挟まれた放電管９０１内の放電空間である。９０６は全反射鏡、９０７は部分反射鏡であり、この全反射鏡９０６、部分反射鏡９０７は前記放電空間９０５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。９０８は前記部分反射鏡９０７より出力されるレーザビームである。矢印９０９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。９１０はレーザガス流路であり、９１１および９１２は放電空間９０５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、９１３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９１３により放電空間９０５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。レーザガス流路９１０と放電管１は、レーザガス導入部９１４で接続されている。

図４は従来の板金切断レーザ加工機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レーザ加工機を説明する。

この図に於いて、レーザビーム９０８は、反射鏡９１５にて反射され、ワーク９１６近傍へ導かれる。レーザビーム９０８は、トーチ９１７内部に備えられた集光レンズ９１８によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク９１６に照射され、切断加工が行われる。ワーク９１６は加工テーブル９１９上に固定されており、Ｘ軸モータ９２０あるいはＹ軸モータ９２１によって、トーチ９１７はワーク９１６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。

以上が従来のガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機の構成である。次にその動作について説明する。

送風手段９１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路９１０を通り、レーザガス導入部９１４より放電管９０１内へ導入される。この状態で電源９０４に接続された電極９０２、９０３から放電空間５に放電を発生させる。放電空間９０５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９０６および部分反射鏡９０７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９０７からレーザビーム９０８が出力される。このレーザビーム９０８がレーザ加工等の用途に用いられる。

送風手段９１３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９２２は回転軸９２３と結合され、回転軸９２３の先端に翼車９２４が備えられている。モータロータ９２２と同軸にモータステータ９２６が配置され、モータステータ９２６はケーシング９２５に固定されている。モータステータ９２６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９２２が回転し、回転軸９２３を介して翼車９２４を回転させる。翼車９２４の周囲にはスクロール９２７が配置され、翼車９２４の回転によりレーザガス流９０９が発生する。

回転軸９２３は上下２箇所に配置された軸受９２８によって回転可能な状態で支持されている。軸受９２８は回転軸９２３と結合されている。送風手段９１３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９２２、回転軸９２３、翼車９２４および軸受９２８から構成されている。

なお、ガスレーザ発振装置の送風手段に関する従来技術の異なる一例としては、ターボ翼とシャフトとが機械的に結合され、ターボ翼が一体となったモータ部によって高速で回転させるものがある（例えば特許文献１を参照）。
特開平２−１９４６７９号公報

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。上述したようにレーザ発振装置のレーザガスの循環は、翼車と駆動部が一体となった送風手段が用いられているが、しかし、翼車と駆動部が一体となった送風手段では、内蔵するロータによる回転軸の回転数が翼車の回転数の限界となり、そのためレーザガスの循環流量を増やして効率よく入出力を出すことができない問題があった。さらに、長期にわたって高回転で駆動する場合には、回転による共振を防止する必要がある。

本発明は、レーザガスの循環流量を増す事により高効率で大出力が出せるだけで無く、長期に渡って省エネルギーで安定した性能を維持する事を目的とする。

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たガスレーザ発振装置であって、前記送風手段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、前記回軽部は先端に翼車部を設けた回転軸と、前記回転軸に結合された上部軸受および下部軸受とを備え、前記回転部とは分離された駆動部と、前記駆動部から前記回転軸に回転を伝達する駆動伝達部を備えたことを特徴とするものである。

好ましくは、前記駆動伝達部がタイミングベルトと複数のプーリからなり、前記駆動部の回転速度に対して前記回転軸の回転速度の方が大きくなるように各々のプーリの径を設定したものである。

上記のようなガスレーザ発振装置に、さらに前記送風手段の回転部を保持するケーシングに設置された振動センサと、前記振動センサより振動量を検出する振動検出手段と、前記駆動部の回転数を制御するインバータ手段と、前記振動検出手段の検出量が所定の閾値より大きくなった場合に前記インバータ手段に対して前記駆動部の回転速度を変化させるように制御する制御手段を備えたものである。

以上のように構成した本発明は、一般的なターボフロアでは困難だったレーザガスの循環流量増大を安価なモータと駆動伝達装置により可能とし、レーザ発振装置の高効率化と高出力化を図れるだけでなく、長期に渡って省エネルギーで安定した性能を維持し、故障を起こしにくいレーザ発振器装置を提供することができる。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

送風手段１１３としては、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。

回転軸１２３の先端に翼車１２４が備えられている。回転軸１２３は上下２箇所に配置された軸受１２８によって回転可能な状態で支持されている。軸受１２８はケーシング１２５で保持され回転軸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、回転部は回転軸１２３、翼車１２４および軸受１２８から構成されている。

この回転部とは分離された駆動部としてモータ２０４を設ける。モータ２０４はインバータ回路２０５によって回転数を制御される。モータ２０４の回転を回転軸１２３に伝達するための駆動伝達部として、モータ２０４の軸に取り付けたタイミングプーリ２０３、回転軸１２３に取り付けたタイミングプーリ２０１、それぞれのタイミングプーリ間を結ぶタイミングベルト２０２が設けられている。

モータ２０４の回転はタイミングプーリ２０３を回転させ、タイミングベルト２０２を介してタイミングプーリ２０１に伝えられる。そして、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。

また、各々のタイミングプーリ２０１、２０３の径は異なるものとしておく。好ましくは、モータ２０４の軸に取り付けたタイミングプーリ２０３の径を回転軸１２３に取り付けたタイミングプーリ２０１の径よりも大きく設定している。

以上のように構成することで、まず、駆動部を分離することでより回転数の大きなモータ２０４を必要なスペックに応じて設定できるので、翼車１２４の回転を大きくして、結果、レーザガスの循環流量を増大できる。

さらには、タイミングプーリの径の比率を調整することで、モータ２０４の回転速度に対して回転軸１２３の回転速度の方を大きくなるように設定して、さらにレーザガスの循環流量を増大できる。

また、駆動部と回転部を分離するメリットとして、特定の回転数のときに共振を生じたとしても、タイミングプーリの径の比率を変えて使用すれば、性能を落すことなく駆動回転数を変えることができ、結果として共振を防止することができる。

次に、高速回転時の共振防止をさらに確実にするために、本体に設けた振動検出素子の信号を、回転数を制御するインバータ回路２０５にフィードバックすることで共振を抑制することができる。

そのために、送風手段の回転部を保持するケーシング１２５に設置された振動センサ２０６と、振動センサ２０６より振動量を検出する振動検出回路２０７と、駆動部の回転数を制御するインバータ回路２０５と、振動検出回路２０７の検出量が所定の閾値より大きくなった場合にインバータ回路２０５に対してモータ２０４の回転速度を変化させるように制御する制御手段２０８を設ける。

このようにすれば、回転部の回転を増して、レーザガスの循環流量を増大できるようにしても、本体に設けた振動検出素子の信号がフィードバックされるので確実に共振を抑制できる。

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、高効率で、かつ、高回転時も安定して動作するので、高性能な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。

本発明の実施の形態に係るガスレーザ発振装置の概略構成図 本発明の実施の形態に係る送風手段の構成を示す断面図 従来技術に係るガスレーザ発振装置の構成図 従来技術に係るガスレーザ加工機の構成図 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

１００ ガスレーザ発振装置
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 送風手段
１１４ レーザガス導入部
１２３ 回転軸
１２４ 翼車
１２５ ケーシング
１２７ スクロール
１２８ 軸受
２０１ タイミングプーリ
２０２ タイミングベルト
２０３ タイミングプーリ
２０４ モータ
２０５ インバータ回路
２０６ 振動センサ
２０７ 振動検出回路
２０８ 制御手段

Claims (4)

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たガスレーザ発振装置であって、
   前記送風手段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、前記回軽部は先端に翼車部を設けた回転軸と、前記回転軸に結合された上部軸受および下部軸受とを備え、前記回転部とは分離された駆動部と、前記駆動部から前記回転軸に回転を伝達する駆動伝達部を備えたことを特徴とするガスレーザ発振装置。
2. 前記駆動伝達部がタイミングベルトと複数のプーリからなり、前記駆動部の回転速度に対して前記回転軸の回転速度の方が大きくなるように各々のプーリの径を設定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。
3. 請求項１または２記載のガスレーザ発振装置であって、さらに前記送風手段の回転部を保持するケーシングに設置された振動センサと、前記振動センサより振動量を検出する振動検出手段と、前記駆動部の回転数を制御するインバータ手段と、前記振動検出手段の検出量が所定の閾値より大きくなった場合に前記インバータ手段に対して前記駆動部の回転速度を変化させるように制御する制御手段を備えたガスレーザ発振装置。
4. 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を具備したことを特徴とするガスレーザ加工機。

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