JP2016032013A

JP2016032013A - ガスレーザ発振装置

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Publication number: JP2016032013A
Application number: JP2014153509A
Authority: JP
Inventors: 良彰阪本; Yoshiaki Sakamoto; 林川　洋之; Hiroyuki Hayashikawa; 洋之林川; 江口　聡; Satoshi Eguchi; 聡江口
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-03-07

Abstract

【課題】長期にわたって信頼性を保ち、かつ、環境負荷やコスト面でもすぐれており、さらに、送風手段の重大な故障を事前に自動で検出して警鐘を発して故障前にメンテナンスを実施でき、メンテナンス時間の短縮とオーバーホール部品の削減をするガスレーザ発振装置を提供する。【解決手段】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、前記レーザ媒体であるレーザガスを送風する送風装置と、前記放電手段と前記送風装置を接続するレーザガス循環経路を備えたガスレーザ発振装置であって、前記送風装置はレーザガスを循環させる翼車室とモータ室を備えてなり、前記翼車室と前記モータ室の間にシール部材を設けたようにしたものである。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザガスを循環させ高出力のレーザ光を出力する流軸型のガスレーザ発振装置に関し、特に、レーザガスの循環に用いられる送風装置の信頼性に関するものである。

送風機によってレーザガスを循環する従来のレーザ発振装置は、送風機の駆動部分のオイルがレーザガス中に漏れでないように構成していた（例えば特許文献１参照）。

図４は従来技術にかかるレーザ発振装置の全体構成図である。

図４において、従来のレーザ発振装置８２０は、レーザガスを循環させるための送風機８０８と、上記レーザガスを循環させるためのガス配管経路８０３と、上記ガス配管経路８０３にレーザガスを供給するレーザガス供給手段である供給側電磁弁８１０および装置外部に配置されるレーザガスボンベ８３０と、ガス配管経路８０３のレーザガスを排出するレーザガス排出手段である流量制限器８１１に直列接続された通常排出側電磁弁８１２と急速排出側電磁弁８１３および排気ポンプ８１４と、上記送風機８０８内のモータ室８０８ｃの減圧を行うモータ室減圧手段である流量制限器８１１および急速排出側電磁弁８１３に接続する配管経路とオイルトラップ８１６を有する。

さらに、送風機８０８の翼車室８０８ｂとモータ室８０８ｃの圧力差を検出する差圧検出手段８４５と、予め上記送風機８０８の翼車室８０８ｂとモータ室８０８ｃの最低圧力差を差圧下限基準値として設定された差圧下限基準値設定部８４４と、上記差圧検出手段８４５の出力信号と上記差圧下限基準値設定部８４４に設定された差圧下限基準値とを比較する差圧下限比較部８４３と、予め上記送風機８０８の翼車室８０８ｂとモータ室８０８ｃの最高圧力差を差圧上限基準値として設定された差圧上限基準値設定部８４７と、上記差圧検出手段８４５の出力信号と上記差圧上限基準値設定部８４７に設定された差圧上限基準値とを比較する差圧上限比較部８４６と、上記差圧下限比較部８４３および差圧上限比較部８４６の出力をカウントまたは積分する積分手段８４２と、上記積分手段８４２の出力が所定値を超えた場合に警報を発生させる警報手段８４１を有した差圧監視装置８５０を有している。

図５は従来のガスレーザ発振装置８２０の送風機８０８手段周辺の構成図である。送風機８０８はレーザガスを高速循環させるための翼車８０８ａを有した翼車室８０８ｂと、翼車８０８ａを高速回転させるためのモータを有したモータ室８０８ｃに大別される。上記翼車室８０８ｂとモータ室８０８ｃの間にはシール８０８ｄが挿入されモータ室８０８ｃ内の潤滑油８０８ｅが翼車室８０８ｂに漏れないように構成されていた。

特開２００３−１１０１７０号公報

しかしながら、従来技術に係るガスレーザ発振装置では、送風装置の翼車室とモータ室が完全に分離されておらず、排気ポンプで圧力差を生じさせてモータ室のオイルを翼車室に混入させないようにするものなので、モータ室内の異物がレーザガスの循環路に混入することを防止するには十分でなかった。

また、気圧差を設けるための排気が常に必要となるため、ガス排気という環境負荷やコストの面で問題があった。さらに、運転中に最適な条件で運転しているかを監視できず、送風装置の故障を事前に検知して効率的なメンテナンスを行うことが出来なかった。

そこで本発明は、長期にわたって信頼性を保ち、かつ、環境負荷やコスト面でもすぐれており、さらに、送風手段の重大な故障を事前に自動で検出して警鐘を発して故障前にメンテナンスを実施でき、メンテナンス時間の短縮とオーバーホール部品の削減をすることができるガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る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、前記レーザ媒体であるレーザガスを送風する送風装置と、前記放電手段と前記送風装置を接続するレーザガス循環経路を備えたものであって、前記送風装置はレーザガスを循環させる翼車室とモータ室を備えてなり、前記翼車室と前記モータ室の間にシール部材を設けたものである。

また、好ましくは、前記翼車室と前記モータ室の圧力差を検出する圧力測定機器を設け、前記翼車室と前記モータ室の圧力差が運転中に所定の範囲外になった時間を計測し、当該時間が一定以上続いた場合には前記送風手段を停止するようにしたものである。

上記の構成により、本発明に係るガスレーザ発振装置では、送風手段の翼車室とモータ室がシール部材で分離されていることで、モータ室内の異物がレーザガスの循環路に混入することを防止し、気圧差を設けるための排気も不要となり、さらに、最適気圧差で運転されているか常に監視できているので、長期にわたって信頼性を保ち、かつ、環境負荷やコスト面でもすぐれており、さらに、送風手段の重大な故障を事前に自動で検出して警鐘を発して故障前にメンテナンスを実施でき、メンテナンス時間の短縮とオーバーホール部品の削減をすることができる。

本発明の実施形態にかかるガスレーザ発振装置の全体構成図本発明の実施形態にかかる送風手段の詳細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レーザ加工機の概略構成図従来技術にかかるレーザ発振装置の全体構成図従来技術にかかる送風手段の詳細構成を示す断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
＜ガスレーザ発振装置の主要構成＞
図１に本発明の実施の形態の一例に係るガスレーザ発振装置の構成を示す。ガスレーザ発振装置１００は放電管１０１、電極１０２および１０３、電源１０４、全反射鏡１０６、部分反射鏡１０７、レーザガス流路１１０、熱交換器１１１および１１２、送風機２００から構成される。

放電管１０１はガラスなどの誘電体からなり、電極１０２および１０３は前記放電管周辺に設けられ、電源１０４は前記電極に接続される。前記電極１０２および１０３の間に挟まれた放電管１０１内で放電空間１０５が形成される。全反射鏡１０６、部分反射鏡１０７は前記放電空間１０５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。レーザビーム１０８は前記部分反射鏡１０７より出力される。

レーザガス流１０９はガスレーザ発振装置１００の中を循環している。レーザガス流路１１０は放電管１０１とレーザガス導入部１１３で接続されている。熱交換器１１１および１１２は放電空間１０５における放電と送風装置２００の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるはたらきを有する。送風装置２００はレーザガスを循環させ、放電空間１０５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。

以上が本発明の実施の形態に係るガスレーザ発振装置の構成である。

＜ガスレーザ発振装置の動作＞
以上のように構成された本発明のガスレーザ発振装置の動作について図面を用いて説明する。

送風装置２００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１１３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および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。

＜送風装置の構成と動作の詳細＞
次に本発明の実施の形態に係る送風装置２００の構成と動作を図２を用いながら説明する。送風装置２００は、モータロータ２０１、回転軸２０２、翼車２０３、モータステータ２０４、ハウジング２０５、スクロール２０６、上部軸受２０７、下部軸受２０８、シール部材２０９を具備している。

モータロータ２０１は回転軸２０２と結合され、回転軸２０２の先端に翼車２０３が備えられている。モータロータ２０１と同軸にモータステータ２０４が配置され、モータステータ２０４はハウジング２０５に固定されている。モータステータ２０４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２０１が回転し、回転軸２０２を介して翼車２０３を回転させる。

翼車２０３の周囲にはスクロール２０６が配置され、翼車２０３の回転によりレーザガス流１０９が発生する。回転軸２０２は上下２箇所に配置された軸受２０７、２０８によって回転可能な状態で支持されている。軸受２０７および２０８は回転軸２０２と結合されている。

送風装置２００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２０１、回転軸２０２、翼車２０３および軸受２０７、２０８から構成されている。軸受２０７および２０８の外周は非回転部であるハウジング２０５と結合されている。

さらに、本発明の実施の形態に係る送風装置２００の特徴部分に関して説明する。

送風装置２００は大きく２つの部位に分けられる。第１は、レーザガスの流路であり翼車２０３が高速回転している翼車室２１０である。第２は、モータロータ２０１、モータステータ２０４、上部軸受２０７、下部軸受２０８があるモータ室２１１である。

モータ室２１１の中には、上部軸受２０７と下部軸受２０８の摩耗防止のために、オイル又はグリースといった潤滑剤が使用されている。また、長時間の運転の行うと、わずかではあるが軸受けからダストが発生することがある。この潤滑剤やダストがレーザガスの流路に混入すると安定した放電を妨げるため、かかることがないようにメンテナンスを行う必要がある。

しかしながら、本実施形態にかかる送風装置では、翼車室２１０とモータ室２１１の間にシール部材２０９を備えている。そして、モータ室２１１のガス圧力が翼車室２１０のガス圧力より所定の範囲で小さくなるように排気した後、シール部材２０９で２つの部屋の流通を完全に遮断している。

さらに、翼車室２１０とモータ室２１１の圧力差を検出する圧力測定機器３００を設けて、翼車室２１０とモータ室２１１の圧力差が運転中に常に所定の範囲に入っているか監視を行っている。圧力差が所定の範囲外になった場合は、その時間を計測してその時間が一定以上続いた場合にはシール状態に異常が発生したと判断する。そして警報を発して送風装置２００の運転、更に、ガスレーザ発生装置＠の運転を停止する。

以上に述べた構成によって、本実施の形態のガスレーザ発振装置は、送風手段の翼車室とモータ室がシール部材で分離されていることで、モータ室内の異物がレーザガスの循環路に混入することを防止し、気圧差を設けるための排気も不要となり、さらに、最適気圧差で運転されているか常に監視できているので、長期にわたって信頼性を保ち、かつ、環境負荷やコスト面でもすぐれており、さらに、送風手段の重大な故障を事前に自動で検出して警鐘を発して故障前にメンテナンスを実施でき、メンテナンス時間の短縮とオーバーホール部品の削減をすることができる。

＜レーザ加工機の構成＞
次に、図３は本発明の実施の形態に係るガスレーザ発振装置を用いたレーザ加工機の構成図である。

本発明のガスレーザ発振装置１００より出力されたレーザビーム１０８を反射ミラー４０１によりトーチ４０２内部に具備された集光レンズ４０３まで誘導し、集光レンズ４０３により集光されたレーザビーム１０８を加工ワーク４０４に照射し、切断、溶接などの用途に用いている。

加工ワーク４０４はテーブル４０５に搭載されており、Ｘ軸モータ４０６、Ｙ軸モータ４０７により集光レンズ４０３を移動させることにより、加工ワーク４０４を任意の形状に加工している。なお、図３では集光レンズ４０３を動力２０６、２０７より移動させているが、テーブル４０５側にＸ軸モータ４０６、Ｙ軸モータ４０７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。

本発明にかかるガスレーザ発振装置は、長期にわたって信頼性を保ち、かつ、環境負荷やコスト面でもすぐれており、さらに、送風手段の重大な故障を事前に自動で検出して警鐘を発して故障前にメンテナンスを実施でき、メンテナンス時間の短縮とオーバーホール部品の削減をすることができるものであり、レーザガスを循環させ高出力のレーザ光を出力する流軸型のガスレーザ発振装置等において有用である。

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レーザガス導入部
２００送風装置
２０１モータロータ
２０２回転軸
２０３翼車
２０４モータステータ
２０５ハウジング
２０６スクロール
２０７上部軸受
２０８下部軸受
２０９シール部材
２１０翼車室
２１１モータ室
３００圧力測定機器
４０１反射ミラー
４０２トーチ
４０３集光レンズ
４０４ワーク
４０５テーブル
４０６Ｘ軸モータ
４０７Ｙ軸モータ

Claims

レーザ媒体を励起する放電手段と、前記レーザ媒体であるレーザガスを送風する送風装置と、前記放電手段と前記送風装置を接続するレーザガス循環経路を備えたガスレーザ発振装置であって、
前記送風装置はレーザガスを循環させる翼車室とモータ室を備えてなり、
前記翼車室と前記モータ室の間にシール部材を設けたガスレーザ発振装置。
前記翼車室と前記モータ室の圧力差を検出する圧力測定機器を設け、
前記翼車室と前記モータ室の圧力差が運転中に所定の範囲外になった時間を計測し、当該時間が一定以上続いた場合には前記送風装置を停止する請求項１に記載のガスレーザ発振装置。