JP2012059797A - 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いて、送風手段に用いられる軸受の消耗の低減が大きな課題となっていた。
【解決手段】レーザガスを送風する送風手段を備えたガスレーザ発振装置において、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、前記回転部は先端に翼車部を設けた回転軸と、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を備え、前記上部軸受および前記下部軸受の一部にフッ素樹脂含有の複合メッキ被膜層を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は主として板金切断用途に用いられるｋＷ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。

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軸流型ガスレーザ発振装置を説明する。

この図において、誘電体よりなる放電管９０１周辺に電極９０２、９０３が設けられ、放電管９０１内に放電空間９０５を形成する。また、放電空間９０５の両端には全反射鏡９０６と部分反射鏡９０７が固定配置され、光共振器を形成している。放電空間９０５内を満たすレーザガスは送風手段９１３によって管内を循環させられている。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９２６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９２４が配置され、モータステータ９２４はケーシング９２５に固定されている。

モータステータ９２４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９２６を回転させる。翼車９２６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９２２、回転軸９２３、翼車９２４および軸受９２８から構成されている。軸受９２８の外周は非回転部であるケーシング９２５と結合されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−１７７３１３号公報

上述の従来技術に係るガスレーザ発振装置は、下記課題を有している。

ガスレーザ発振装置において、送風手段はユーザ先での定期交換部品の一つである。一般的にガスレーザ発振装置は運転時間５万時間以上使用されるが、例えば送風手段は１万６千時間程度で新品への交換が為される。

送風手段の構成部品の内、長期的に消耗する部品は、殆どが回転部に含まれ、特に軸受は最も消耗が早い部品であり、消耗してくると発熱、振動が増大する。寿命に達することで送風手段を交換する必要がある。

すなわち軸受の消耗の低減が大きな課題となっていた。

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、前記回転部は先端に翼車部を設けた回転軸と、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を備え、前記上部軸受および前記下部軸受の一部にフッ素樹脂含有の複合メッキ被膜層を設けたものである。

また好ましくは、前記複合メッキ被膜層が、金属皮膜中にフッ素樹脂の微粒子を均一に分散共析させた複合メッキ皮膜であり、さらには前記金属皮膜が無電解ニッケル層で形成したものである。

また好ましくは、前記上部軸受および前記下部軸受の一部にフッ素樹脂含有の複合メッキ被膜層を設けると共に、当該軸受にグリス潤滑を併用したものである。

本発明は、上記の構成によって、軸受の摩擦、振動を低減させ、消耗期間を長くし、送風手段の交換期間を長期間とすることを可能とした。

本発明の実施の形態１に係るガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態１に係る送風手段と軸受の構成を示す断面図 本発明のガスレーザ発振装置を用いた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の構成図 従来技術に係る送風手段の構成を示す断面図

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、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１１３の構成の一例を詳細に示す。

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１２４が配置され、モータステータ１２４はケーシング１２５に固定されている。

モータステータ１２４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１２６を回転させる。翼車１２６の周囲にはスクロール１２７が配置され、翼車１２６の回転によりレーザガス流１０９が発生する。

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。

回転軸１２３が高速回転可能とするために、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、軸受鋼から成る内輪１２９と、同じく軸受鋼から成る外輪１３０と、セラミックから成る軸受球１３１から構成されている。

内輪１２９は回転軸１２３と結合され、モータロータ１２２、回転軸１２３、翼車１２６および内輪１２９によって回転部を構成する。外輪１３０はケーシング１２５と結合され非回転部を構成する。

内輪１２９と外輪１３０の一部である少なくとも軸受球１３１と接する面には、フッ素樹脂含有の複合メッキ被膜層１３２を設けている。この複合メッキ被膜層１３２は、金属皮膜中にフッ素樹脂の微粒子を均一に分散共析させた皮膜である。

この金属皮膜としては無電解ニッケル層を用い、フッ素樹脂としてはＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）用いて、複合メッキ被膜層１３２として、例えばＰＴＦＥの微粒子を含むニッケルメッキのコーティングとすればよい。

通常、軸受鋼自体の表面の摩擦係数は０．１程度である。しかし、上述のように、内輪１２９と外輪１３０の軸受球１３１と接する面に、無電解ニッケル皮膜中にフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）の微粒子を均一に分散共析させた複合メッキ皮膜１３２を施すことで、該当部分の摩擦係数を０．０５以下にすることが可能となる。

そして、摩擦係数を低減する作用によって、軸受１２８の回転時の摩擦による発熱を極端に低減することができる。このことにより、発熱による振動発生も低減させることができ、軸受寿命は２倍以上に伸びることとなる。

従来の手法として、軸受の摩擦係数低減のため、オイル潤滑を用いることが多かった。しかしこの構成では、オイルミストの発生と伴うため、レーザ発振装置の送風手段に用いた場合、真空ガス中へのオイルミスト侵入に伴う、放電の悪化および内部ミラー汚れが発生するという問題がある。

本発明においては、ガス放出の少ない無電解ニッケル皮膜中に、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）の微粒子を均一に分散共析させた複合めっき皮膜を用いるため、放電悪化やミラー汚れなどの弊害は無く、レーザ発振装置に用いて、非常に優れた構成と言える。

さらに、本発明のガスレーザ発振装置の送風手段の軸受の潤滑にグリスを併用すると、顕著な効果を奏することができる。

グリスを用いることは、オイルほどはミスト発生を懸念する必要はないが、潤滑性がオイルに対して劣る欠点がある。しかしながら、グリス潤滑と無電解ニッケル皮膜中にフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）の微粒子を均一に分散共析させた複合メッキ皮膜を併用することにより、軸受内のグリスの馴染みがよく、さらに摩擦係数も低くなり、軸受摩擦低減と潤滑に対して非常に優れた構成と言える。

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。

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。

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、軸受の消耗期間が長くなるに伴い送風手段の定期点検、交換費用を大幅に抑制する事ができ、ランニングコストを抑えた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。

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 レーザガスの流れる方向
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 反射鏡
１１６ ワーク
１１７ トーチ
１１８ 集光レンズ
１１９ 加工テーブル
１２０ Ｘ軸モータ
１２１ Ｙ軸モータ
１２２ モータロータ
１２３ 回転軸
１２４ モータステータ
１２５ ケーシング
１２６ 翼車
１２７ スクロール
１２８ 軸受
１２９ 内輪
１３０ 外輪
１３１ 軸受玉
１３２ 複合メッキ皮膜

Claims (5)

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、前記回転部は先端に翼車部を設けた回転軸と、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を備え、
   前記上部軸受および前記下部軸受の一部に、フッ素樹脂含有の複合メッキ被膜層を設けたことを特徴とするガスレーザ発振装置。
2. 前記複合メッキ被膜層が、金属皮膜中にフッ素樹脂の微粒子を均一に分散共析させた複合メッキ皮膜である請求項１に記載のガスレーザ発振装置。
3. 前記金属皮膜が無電解ニッケル層である請求項２に記載のガスレーザ発振装置。
4. 前記上部軸受および前記下部軸受の一部にフッ素樹脂含有の複合メッキ被膜層を設けると共に、当該軸受にグリス潤滑を併用した請求項１乃至３に記載のガスレーザ発振装置。
5. 請求項１乃至４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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