JP2011113993A

JP2011113993A - ガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機

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Publication number: JP2011113993A
Application number: JP2009265972A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hayashikawa; 洋之林川; Tetsuo Fujisawa; 哲夫藤澤; Tetsuji Nishimura; 哲二西村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: JP5423347B2

Abstract

【課題】寿命を縮めることなく軸受の寿命の判断を行えるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機を提供するものである。
【解決手段】送風手段１０は、翼車１４、回転軸１５、モータロータ１６から構成された回転部と、モータステータ１７、ケーシング１８から構成された回転を行わない非回転部を有し、回転部と非回転部の間に上部軸受１９、下部軸受２０を設け、上部軸受１９、下部軸受２０の方向に上部温度検出手段２２、下部温度検出手段２５を付勢する上部弾性体２３、下部弾性体２６と、上部軸受１９、下部軸受２０と上部温度検出手段２２、下部温度検出手段２５の間に上部緩衝部材２１、下部緩衝部材２４を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザガスを循環する送風手段を備えた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。

一般に、ガスレーザ発振装置は密閉された筐体内に一対の電極を有し、前記筐体内に封入されたレーザガスをブロワ等の送風手段によって強制的に循環している。そして、前記一対の電極によって生じる放電によって、前記レーザガスを励起し、部分反射鏡と全反射鏡によって共振して、外部にレーザ光を出力する構成にしている。

また、このガスレーザ発振装置は、照射したレーザ光を複数のミラーを介して加工ヘッドに送り、加工テーブル上のワークに位置決めしたレーザ光を照射して加工を行うガスレーザ加工機に用いられている。

ところで、このようなガスレーザ発振装置でレーザガスを循環させる送風手段はレーザガスを送風する翼車と接続した回転軸を軸受で保持する構成にしており、この軸受の寿命を事前に判断して交換することが必要とされていた（特許文献１参照）。

このような軸受では、潤滑不良や内部への異物侵入などによって軸受内部での摩擦が増大すると軸受が発熱する。この発熱は故障の兆候であるため、発熱を早期に検出する事で適切なメンテナンスを施すことが可能となり、軸受寿命の延長すなわち、送風手段全体の寿命延長が可能となる。

そこで、この種の送風手段の軸受の寿命の判断の方法として、軸受の温度を検出するものがあった。

図５は従来のガスレーザ発振装置の送風手段の構成図で、レーザガスを吸い込み、回転により吐出する翼車１０１を回転軸１０２に取り付けていた。この回転軸１０２にはモータロータ１０３を取り付けていて、このモータロータ１０３と対向する位置にモータステータ１０４を配置し、このモータステータ１０４はケーシング１０５に固定していた。

また、回転軸１０２とケーシング１０５との間には、回転軸１０２の上下２箇所に上部軸受１０６、下部軸受１０７を配置し、回転可能に支持し、この上部軸受１０６の外輪に接するようにケーシング１０５の内部に上部温度検出手段１０８を配置し、また、同様に下部軸受１０７の外輪に接するようにケーシング１０５の内部に下部温度検出手段１０９を配置していた。

特開平１１−３１１１９７号公報

この様に従来のガスレーザ発振装置では、上部軸受１０６や下部軸受１０７の外輪に上部温度検出手段１０８や下部温度検出手段１０９を直接接するように取り付けているので、上部軸受１０６や下部軸受１０７に対してバランスの取れていないラジアル方向の荷重がかかる可能性が高かった。

このような数万回転で回転するガスレーザ発振装置の送風手段に用いる軸受を含む回転体は、高速回転による遠心力発生を極力抑えるため、数ｍｍｇ以下のオーダーで動バランスをとっている。このオーダーで動バランスをとっている回転体は外乱に対して非常に敏感であり、バランスの取れていないラジアル方向の荷重がかかると、回転に対して悪影響を及ぼし、振動の増大を引き起こし、その結果、振動の増大が寿命を縮める原因となっていた。

本発明は、この課題を解決し、寿命を縮めることなく軸受の寿命の判断を行えるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機を提供するものである。

上記課題を解決するために本発明のガスレーザ発振装置は、レーザガスに放電を発生させる放電手段と、前記レーザガスを前記放電手段による放電部分に送風する送風手段を備え、前記送風手段は、回転部と、回転を行わない非回転部を有し、前記回転部と前記非回転部の間に軸受を設け、前記軸受の方向に温度検出手段を付勢する弾性体と、前記軸受と前記温度検出手段の間に緩衝部材を配置したものである。

この構成により、軸受は、温度検出手段を介して外部から伝わってくる外力を緩衝部材で吸収することができるので外力の影響を受けにくくなり、より安定した回転を行う事が可能となるとともに軸受温度は緩衝部材を通して温度検出手段へ伝わるため、温度検出機能にも問題は無く、寿命を縮めることなく軸受の寿命の判断を行うことができる。

また、本発明のガスレーザ発振装置は、レーザガスに放電を発生させる放電手段と、前記レーザガスを前記放電手段による放電部分に送風する送風手段を備え、前記送風手段は、回転部と、回転を行わない非回転部を有し、前記回転部と前記非回転部の間に軸受と、前記回転部と同軸かつ軸方向に摺動自由に配置された摺動部材と、前記摺動部材を前記軸受の外輪に押し当てる弾性体を設け、前記摺動部材に温度検出手段を配置したものである。

この構成により、摺動部材は弾性体により同軸かつ軸方向に摺動自由に配置されているので、回転部の偏心を生じることも無く、また運転中には軸受は微小な振動を発生させているが、摺動部材は弾性体によってこの振動に追従し、常に同じ面圧で軸受に接触できるので確実に接触を保つ事ができ、摺動部材の温度を温度検出手段によって検出する事で軸受温度を監視する事が可能となり、寿命を縮めることなく軸受の寿命の判断を行うことができる。

なお、本発明は上述した何れかに記載のガスレーザ発振装置と、前記ガスレーザ発振装置から照射したレーザ光とワークを相対移動させる駆動手段を備えたガスレーザ加工機に適用するものを含むものである。

以上のように本発明は、送風手段の回転部への外乱を最小限に抑えた形で軸受の温度検出を行う事が可能となり、送風手段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。

本発明の実施の形態１に関するガスレーザ発振装置の送風手段の構成図本発明の実施の形態１に関するガスレーザ発振装置の構成図本発明の実施の形態２に関するガスレーザ発振装置の送風手段の構成図本発明の実施の形態３に関するガスレーザ加工機の構成図従来のガスレーザ発振装置の送風手段の構成図

以下に本発明を実施するための形態について、図１から図４を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に関するガスレーザ発振装置の送風手段の構成図、図２は本発明の実施の形態１に関するガスレーザ発振装置の構成図である。

図２に示すように、ガラスなどの絶縁体からなる放電管１内には、レーザガスとして本実施の形態ではＣＯ２ガスを主成分として窒素ガスとヘリウムガスを混合した気体からなるレーザガス２を循環している。放電管１には電極３、４を設けていて、これら電極３、４には電源５を接続して、放電管１内に放電を発生させるように放電手段を構成している。

この放電で生じた高速の電子が、窒素分子を励起して高エネルギー準位に上げ、この励起された窒素分子が、ＣＯ２分子に衝突してＣＯ２分子にエネルギーを与えて励起させ、エネルギー準位を上げ、その際、窒素分子はエネルギー準位が下がる。

そして反転分布したＣＯ２分子は放電管１の両端にそれぞれ対向するように配置した全反射鏡６と部分反射鏡７による共振器内で増幅されレーザ光を誘導放出し、部分反射鏡７から外部にレーザ光８を出力するように構成している。

なお、ヘリウムガスは冷却効果があり、レーザガス２の温度上昇を抑止するとともに、レーザ発振に関係しない下位レベルのＣＯ２分子を衝突で基底状態に戻す作用を行う。

この放電管１にはレーザガス２を循環させる循環路となるガス循環経路９を接続し、そのガス循環経路９の途中にレーザガス２を送風する送風手段１０を配置して、送風手段１０により放電管１内で約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流となるようにガス循環経路９内のレーザガス２を循環させている。

このガス循環経路９には、放電や送風手段１０を通過後に放電エネルギーおよび圧縮熱により高温となっているレーザガス２の温度を下げるための熱交換器１１を複数配置している。

なお、この送風手段１０及び電源５には制御手段１２を接続して、夫々を制御するようにしており、この制御手段１２は警報手段１３にも接続している。

この送風手段１０は図１に示すように、本実施の形態では遠心式の送風手段を用い、レーザガス２を吸い込み、回転により吐出する翼車１４を回転軸１５に取り付けている。この回転軸１５にはモータロータ１６を取り付けていて、このモータロータ１６と対向する位置にモータステータ１７を配置し、このモータステータ１７はケーシング１８に固定している。

このように送風手段１０は回転部と非回転部とに分けられ、回転部は翼車１４、回転軸１５、モータロータ１６から構成され、また、非回転部は、モータステータ１７、ケーシング１８から構成されている。

また、送風手段１０の回転部と非回転部の間、具体的には回転軸１５とケーシング１８との間にはボールベアリングの上部軸受１９、下部軸受２０を配置し、回転可能に支持し、モータステータ１７に交流電力を供給すると、発生した回転磁界によりモータロータ１６が回転し、回転軸１５を介して翼車１４が回転することによりレーザガス２の送風を行うように構成している。

なお、上部軸受１９の非回転部と接触する部分、すなわち外輪には、熱伝導性の良い材質の上部緩衝部材２１を接触させ、この上部緩衝部材２１を上部軸受１９の外輪とで挟む位置に上部温度検出手段２２を配置し、この上部温度検出手段２２を上部軸受１９の方向に付勢する上部弾性体２３をケーシング１８に配置している。

また、上部軸受１９と同様に、下部軸受２０の非回転部と接触する部分、すなわち外輪にも、熱伝導性の良い材質の下部緩衝部材２４を接触させ、この下部緩衝部材２４を下部軸受２０の外輪とで挟む位置に下部温度検出手段２５を配置し、この下部温度検出手段２５を下部軸受２０の方向に付勢する下部弾性体２６をケーシング１８に配置している。

そして、上部温度検出手段２２からの信号と下部温度検出手段２５からの信号を制御手段１２に入力し、予め設定した温度に対応する値と入力した信号を比較して上部軸受１９、下部軸受２０が所定の温度以上になっていないか判断し、所定の温度以上になっている場合には、電源５と送風手段１０を停止させるとともに警報手段１３を動作させ、メンテナンスが必要なことを操作者に知らせるようにしている。

以上のように本実施の形態によれば、レーザガス２に放電を発生させる電極３、４、電源５からなる放電手段と、レーザガス２を放電手段による放電部分に送風する送風手段１０を備え、送風手段１０は、翼車１４、回転軸１５、モータロータ１６から構成された回転部と、モータステータ１７、ケーシング１８から構成された回転を行わない非回転部を有し、回転部と非回転部の間に上部軸受１９、下部軸受２０を設け、上部軸受１９、下部軸受２０の方向に上部温度検出手段２２、下部温度検出手段２５を付勢する上部弾性体２３、下部弾性体２６と、上部軸受１９、下部軸受２０と上部温度検出手段２２、下部温度検出手段２５の間に上部緩衝部材２１、下部緩衝部材２４を配置したもので、この構成により、上部軸受１９、下部軸受２０は、上部温度検出手段２２、下部温度検出手段２５を介して外部から伝わってくる外力を上部緩衝部材２１、下部緩衝部材２４で吸収することができ、外力の影響を受けにくくなり、より安定した回転を行う事が可能となるとともに上部軸受１９、下部軸受２０の温度を上部緩衝部材２１、下部緩衝部材２４を通して上部温度検出手段２２、下部温度検出手段２５へ伝えるため、温度検出機能にも問題は無く、寿命を縮めることなく軸受の寿命の判断を行うことができる。

なお、本実施の形態では、上部緩衝部材２１、下部緩衝部材２４としてゴム製のＯリングを用いたが、これに限定するものではなく、熱伝導性の良い樹脂材や金属からなる弾性部材を用いることもできる。

また、本実施の形態では、上部弾性体２３、下部弾性体２６としてコイルばねを用いたが、これに限定するものではなく、板ばねやゴム等の樹脂性弾性体を用いることもできる。

（実施の形態２）
図３（ａ）は実施の形態２に関するガスレーザ発振装置の送風手段の構成図、図３（ｂ）は後述する摺動部材の斜視図で、本実施の形態２において、実施の形態１と同じ構成の部分については同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の特徴とするところは、実施の形態１での下部緩衝部材２４、下部弾性体２６に替えて、回転部と同軸、すなわち回転軸１５と同軸かつ軸方向に摺動自由に摺動部材２７を配置し、回転部の回転に対して影響を及ぼさないレベルで摺動部材２７を下部軸受２０の外輪に押し当てる弾性体２８を設け、摺動部材２７に下部温度検出手段２５を取り付けている点である。

なお、この実施の形態においても、上部温度検出手段２２からの信号と下部温度検出手段２５からの信号を制御手段１２に入力し、予め設定した温度に対応する値と入力した信号を比較して上部軸受１９、下部軸受２０が所定の温度以上になっていないか判断し、所定の温度以上になっている場合には、電源５と送風手段１０を停止させるとともに警報手段１３を動作させ、メンテナンスが必要なことを操作者に知らせるようにしている。

このように構成したので、摺動部材２７は弾性体２８により同軸かつ軸方向に摺動自由に配置されているので、回転部の偏心を生じることも無く、また運転中には下部軸受２０は微小な振動を発生させているが、摺動部材２７は弾性体２８によってこの振動に追従し、常に同じ面圧で下部軸受２０に接触できるので確実に接触を保つ事ができ、摺動部材２７の温度を下部温度検出手段２５によって検出できるので上部軸受１９と下部軸受２０の温度を監視する事が可能となり、寿命を縮めることなく軸受の寿命の判断を行うことができる。

なお、本実施の形態では、上部緩衝部材２１としてゴム製のＯリングを用いたが、これに限定するものではなく、熱伝導性の良い樹脂材や金属からなる弾性部材を用いることもできる。

また、本実施の形態では、弾性体２８としてコイルばねを用いたが、これに限定するものではなく、板ばねやゴム等の樹脂性弾性体を用いることもできる。

（実施の形態３）
以上の構成の本発明の実施の形態１、２にかかるガスレーザ発振装置は、図４に示すガスレーザ加工機に使用可能であり、その概略構成について図４を参照しながら説明する。

この図に於いて、上述した本発明の実施の形態にかかるガスレーザ発振装置から出力したレーザ光８をワーク２９方向へ進行方向を反射鏡３０で反射することにより変更し、トーチ３１内部に備えた集光レンズ３２によって前記レーザ光８を高密度のエネルギビームに集光して、ワーク２９に照射する。

なお、ワーク２９は加工テーブル３３上に固定されており、トーチ３１をＸ軸モータ３４あるいはＹ軸モータ３５の駆動手段によって、ワーク２９に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工を行うように構成している。

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、送風手段の回転部への外乱を最小限に抑えた形で軸受の温度検出を行う事が可能となり、送風手段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およびガスレーザ加工機として有用である。

２レーザガス
３、４電極
５電源
８レーザ光
１０送風手段
１４翼車
１５回転軸
１６モータロータ
１７モータステータ
１８ケーシング
１９上部軸受
２０下部軸受
２１上部緩衝部材
２２上部温度検出手段２２
２３上部弾性体
２４下部緩衝部材
２５下部温度検出手段
２６下部弾性体
２７摺動部材
２８弾性体
２９ワーク
３４Ｘ軸モータ
３５Ｙ軸モータ

Claims

レーザガスに放電を発生させる放電手段と、前記レーザガスを前記放電手段による放電部分に送風する送風手段を備え、前記送風手段は、回転部と、回転を行わない非回転部を有し、前記回転部と前記非回転部の間に軸受を設け、前記軸受の方向に温度検出手段を付勢する弾性体と、前記軸受と前記温度検出手段の間に緩衝部材を配置したガスレーザ発振装置。
レーザガスに放電を発生させる放電手段と、前記レーザガスを前記放電手段による放電部分に送風する送風手段を備え、前記送風手段は、回転部と、回転を行わない非回転部を有し、前記回転部と前記非回転部の間に軸受と、前記回転部と同軸かつ軸方向に摺動自由に配置された摺動部材と、前記摺動部材を前記軸受の外輪に押し当てる弾性体を設け、前記摺動部材に温度検出手段を配置したガスレーザ発振装置。
請求項１または２に記載のガスレーザ発振装置と、前記ガスレーザ発振装置から照射したレーザ光とワークを相対移動させる駆動手段を備えたガスレーザ加工機。