JP4148106B2 - Laser oscillation device and laser processing machine - Google Patents
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Description
本発明は遠心送風機を用いたレーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。 The present invention relates to a laser oscillation device using a centrifugal blower and a laser processing machine.
近年、レーザ発振装置およびレーザ加工機は加工対象物を非接触でかつ熱影響が少なく加工できるという特徴から多様な材質や形状の切断や溶接等に実用され、精密化及び高速化の要望は日々増加の一途にある。 In recent years, laser oscillators and laser processing machines have been put to practical use for cutting and welding of various materials and shapes because of the feature that workpieces can be processed in a non-contact manner and with little thermal influence. It is increasing.
従来、図5に示すようなガスレーザ用送風機が用いられていた。 Conventionally, a gas laser blower as shown in FIG. 5 has been used.
以下、図を参照しながら説明する。 Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.
ガスレーザ用送風機100は垂直に設置され、レーザガスは図示されていない上流側の冷却器から循環路を介して矢印59のように吸入され、矢印80のように2方向に分かれて遠心方向に吐出される。
The
シャフト52は、ハウジング(循環路側ケーシング)58の羽根車51の回転を支持し、その両者は互いにナットで機械的に結合されている。シャフト52には、その外周に沿ってロータ53が焼きばめによって固定されている。そのロータ53の外側には、ステータ54が設けられている。
The
軸受け55は、ハウジング57とハウジング58との間の隔壁121に形成された連通孔121aに設けられている。なお、50はオイル通路である。
The bearing 55 is provided in a communication hole 121 a formed in the
これをさらに詳細に示したのが図6で、これについて説明する。 This is shown in more detail in FIG. 6, which will be described.
図6において、シャフト52に中間部材66が挿入され、この中間部材66に環状溝として2本の溝651,652が形成されている。
隔壁121は、軸受け55が取り付けられる軸受けホルダ60と、リング64が取り付けられるリングホルダ63とから構成される。リングホルダ63の内周には、リング部材64として、2個のリング641,642が挿入されている。
In FIG. 6, an intermediate member 66 is inserted into the
The
なお、55は軸受けで、501は軸受け55の内輪、60は軸受けホルダで、60aは軸受けホルダ60に形成された経路、61は軸受けカバー、62は排出経路、63はリングホルダで、63aはリングホルダ63に形成された経路、65は環状溝である(例えば特許文献1参照)。
Reference numeral 55 denotes a bearing, 501 denotes an inner ring of the
そして、前述のリング部材64は、ステンレス系の焼結金属でできている。これは中間部材66と同様、耐食性と耐磨耗性を確保する目的である。
The
図7に従来の他のレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。 FIG. 7 shows an example of a schematic configuration of another conventional laser oscillation apparatus.
以下、図7を参照しながら従来のレーザ発振装置を説明する。 Hereinafter, a conventional laser oscillation apparatus will be described with reference to FIG.
この図に於いて、1はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、2,3は放電管1周辺に設けられた電極である。4は電極2,3に接続された電源である。5は電極2,3間に挟まれた放電管1内の放電空間である。6は全反射鏡、7は部分反射鏡である。8は部
分反射鏡7より出力されるレーザビームである。
In this figure, 1 is a discharge tube made of a dielectric material such as glass, and 2 and 3 are electrodes provided around the
矢印9はレーザガスの流れる方向を示している。10はレーザガス流路であり、11および12は放電空間5における放電と遠心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、13はレーザガスを循環させるための送風手段である。レーザガス流路10と放電管1は、レーザガス導入部14で接続されている。
An
図8は従来のレーザ加工機の概略構成の一例を示す。以下、図8を参照しながら従来のレーザ加工機を説明する。 FIG. 8 shows an example of a schematic configuration of a conventional laser processing machine. Hereinafter, a conventional laser beam machine will be described with reference to FIG.
この図に於いて、49はガスレーザ発振装置で、そこから出力されたレーザビーム8は、反射鏡15にて反射され、ワーク16近傍へ導かれる。レーザビーム8は、トーチ17内部に備えられた集光レンズ18によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク16に照射され、加工が行われる。ワーク16は加工テーブル19上に固定されており、X軸モータ20あるいはY軸モータ21によって、トーチ17はワーク16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。
In this figure, 49 is a gas laser oscillation device, and the
図9にレーザ発振装置における遠心送風機周辺の構造を示す。 FIG. 9 shows the structure around the centrifugal blower in the laser oscillation device.
重力方向に対して、遠心送風機は、下側にモータステータ22bが配置され、モータロータ22aは重力方向に対して鉛直方向に配置されている。モータロータ22aと結合したシャフト29の先端に、翼車23およびディヒューザ24が備えられている。
In the centrifugal fan, the motor stator 22b is disposed on the lower side of the centrifugal blower, and the motor rotor 22a is disposed in the vertical direction with respect to the gravity direction. An
レーザガスは、吸入口25から重力方向の上方向より吸入され、翼車23の回転による遠心力によって運動エネルギを与えられ、その後、ディヒューザ24によって、運動エネルギは圧力へと変換され、吸入口25よりも約1.5倍程度の圧力となったガスは、吐出口26より吐出される。
The laser gas is sucked from the
送風機下部のモータが収納されたケーシング31部分には、オイル27が収納され、ベアリング28の潤滑およびモータロータ22aの冷却を行っている。このオイルより発生したオイルミストが、翼車が循環させているレーザガス中に侵入するとレーザガスの純度が低下し、レーザ発振に大きな不具合をもたらすことになる。
Oil 27 is accommodated in the
よってオイルミストのレーザガス循環部への侵入を抑制するため、隔壁部30が設けられ、モータ室34とガス循環室35とを分離している。隔壁部とシャフトの間は数10〜数100μmの隙間が設けられており、シャフトの回転を阻害しないような構成となっている。
Therefore, in order to suppress the oil mist from entering the laser gas circulation portion, the
上述のように、隔壁部には数10〜数100μmの隙間があるため、真空拡散によりオイルミストが隙間を通って、モータ室からガス循環室へ侵入してしまう。これを防ぐため、真空ポンプ32によって、モータ室より常時一定量のガスを排気し、ガス循環室よりモータ室の方が低圧になるように構成している。モータ室〜真空ポンプ間には電磁弁33が備えられており、必要に応じて開閉を行っている。
As described above, since there is a gap of several tens to several hundreds of μm in the partition wall, oil mist enters the gas circulation chamber from the motor chamber through the gap due to vacuum diffusion. In order to prevent this, the
隔壁部の詳細構造を図10に示す。シャフト29と金属シール36との間には、数10〜数100μmの隙間が設けられており、その隙間を常時一定量のレーザガスが流れている。この常時流れているレーザガスによって、モータ室34からガス循環室35へのオイルミストの侵入が防止出来る。
上記従来のレーザ装置やレーザ加工機において、シャフト29と金属シール36との間の隙間を流れるレーザガスは、そのまま真空ポンプより外部へ排気されるものであり、排気された分のレーザガスは別途別系統にてガス循環室に供給する必要がある。これがレーザ発振装置およびレーザ加工機におけるレーザガスの単位時間当たりの消費量となり、ランニングコストの大きなウエイトを占めるものである。
In the above-described conventional laser apparatus and laser processing machine, the laser gas flowing through the gap between the
よって如何にレーザガスの単位時間当たりの消費量を低減するかが、ランニングコスト低減の上で、大きな課題となっていた。 Therefore, how to reduce the amount of laser gas consumed per unit time has been a major issue in reducing running costs.
本発明は、特にガス消費量抑制によるランニングコスト低減や信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser oscillation apparatus and a laser processing machine apparatus that are particularly low in running cost by suppressing gas consumption and highly reliable.
上記問題点を解決するために、本発明のレーザ発振装置は、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、前記送風手段は先端に翼車部を設けたシャフト部と、前記シャフト部を回転させる駆動部と、翼車部と駆動部とを分離する隔壁部を有し、前記隔壁部近傍のシャフト部は溝が設けられ、その溝形状は螺旋形状または斜めに形成した溝で構成され、前記シャフト部の溝ピッチは翼車部から駆動部に向って粗、密、粗と変化させ、また、前記シャフト部の溝ピッチは翼車部から駆動部に向って粗、密、粗と変化させる。 In order to solve the above problems, a laser oscillation device of the present invention forms a discharge means for exciting a laser medium, a blower means for blowing laser gas, and a circulation path for laser gas between the discharge means and the blower means. A laser gas path, and the air blowing means includes a shaft portion provided with an impeller portion at a tip thereof, a driving portion that rotates the shaft portion, and a partition portion that separates the impeller portion and the driving portion, The shaft portion in the vicinity of the partition wall is provided with a groove, and the groove shape is formed by a spiral shape or an oblique groove , and the groove pitch of the shaft portion is rough, dense, rough from the impeller portion to the drive portion. changing, also, the groove pitch of the shaft portion is coarse toward the driver from the impeller part, dense, rough and Ru varied.
また、本発明のレーザ加工機は、加工ワークを乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ加工トーチの少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御装置と、レーザ光を発生する上記レーザ発振装置とを備えたものである。 The laser processing machine of the present invention includes a processing table on which a processing work is placed, a driving means for moving at least one of the movement of the processing table and the laser processing torch, a numerical control device for controlling the driving means, and a laser beam. And the above-mentioned laser oscillation device for generating the above.
以上の構成により、本発明は、隔壁部のレーザガスの流れを自発的に圧縮作用を伴って作り出すことができ、特にガス消費量抑制によるランニングコスト低減や信頼性の高い装置を得ることができる。 With the above configuration, the present invention can spontaneously produce the flow of the laser gas in the partition wall with a compressing action, and in particular, can reduce the running cost by suppressing the gas consumption and obtain a highly reliable apparatus.
(実施の形態)
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図1は本発明の実施の形態を示す説明図である。
(Embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention.
この図に於いて、1はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、2,3は放電管1周辺に設けられた電極である。4は電極2,3に接続された電源である。5は電極2,3間に挟まれた放電管1内の放電空間である。6は全反射鏡、7は部分反射鏡である。8は部分反射鏡7より出力されるレーザビームである。
In this figure, 1 is a discharge tube made of a dielectric material such as glass, and 2 and 3 are electrodes provided around the
矢印9はレーザガスの流れる方向を示している。10はレーザガス流路であり、11および12は放電空間5における放電と遠心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、43はレーザガスを循環させるための遠心送風機である。レーザガス流路10と放電管1は、レーザガス導入部14で接続されている。
An
ここで、遠心送風機43以外は背景技術で説明したものと同様であるので、ここではこの遠心送風機43を中心に図2を参照して説明する。
Here, since it is the same as that of what was demonstrated by background art except the
図2は遠心送風機43において隔壁部の金属シール36やシャフト部29についての詳細図面を示している。
FIG. 2 shows a detailed drawing of the
シャフト部29は隔壁部近傍に螺旋形状の溝37aを設けており、シャフト部29近傍の隔壁部の金属シール36と、隔壁部の金属シール36近傍のシャフト部29の少なくとも一方はテーパ形状を有し、駆動部側の隔壁部近傍に補助翼車38を設けている。
The
シャフト部29に設けられた螺旋形状の溝37aの幅は、翼車部から駆動部に向かって、幅広、幅狭、幅広と変化させている。また、この幅は翼車部から駆動部に向かって狭くしてもよい。
The width of the
金属シール36とシャフト部29に設けられたテーパ形状は、翼車部から駆動部に向かって、テーパ角度が広がるように構成されている。
The taper shape provided in the
また、シャフト部29の溝ピッチは、翼車部から駆動部に向かって粗、密、粗と変化させている。
Further, the groove pitch of the
以上のように構成された隔壁部について、その動作を説明する。 The operation of the partition wall configured as described above will be described.
シャフト29が回転すると、螺旋形状の溝37aに沿ってレーザガスが流れる。本実施例では、溝37の幅を翼車部側で幅広としているため、周囲のレーザガスを溝で捕らえやすく、隔壁部中央付近で溝37aの幅を幅狭とすることで、捕らえたレーザガスを一旦圧縮した後、駆動部側の溝37aの幅を再度幅広とすることで、前記の圧縮されたレーザガスが膨張し、その結果、翼車部から駆動部に向かう円滑なレーザガスの流れが得られる。
When the
また、シャフト29が回転することで発生する遠心力が、レーザガスの粘性によりレーザガスの流れの加わり、金属シール36とシャフト部29に設けられたテーパ形状によって、シャフト29の回転で発生する遠心力は翼車部から駆動部に向かうにしたがって大きくなるため、レーザガスの流れを発生、増長する作用がある。
Further, the centrifugal force generated by the rotation of the
駆動部側隔壁部近傍に設けられた補助翼車38は、シャフト29の回転方向に対し、レーザガスの流れを翼車部から駆動部の方向に発生させるように配置されており、補助翼車近傍の圧力がレーザガスの流れ発生によって周囲より低圧力となる。この補助翼車38近傍の局所的な低圧力によって隔壁部を通過するレーザガスの流れを発生、増長する作用がある。
The auxiliary impeller 38 provided in the vicinity of the drive unit side partition is disposed so as to generate a flow of laser gas in the direction from the impeller to the drive unit with respect to the rotation direction of the
なお、シャフト部29の溝37a形状は、図3に示すように斜めに形成した溝37bとしてもよい。
The shape of the
隔壁部を通過するレーザガスの流量は、溝形状やテーパ形状、補助翼車性能の設定によって所望のレーザガス量にすることが可能である。 The flow rate of the laser gas passing through the partition wall can be set to a desired laser gas amount by setting the groove shape, taper shape, and auxiliary impeller performance.
上記の動作によって、隔壁部を通過するレーザガスの流れを自発的に発生させることが可能になる。このレーザガスの流れを発生させる過程で、レーザガスの圧縮や、補助翼車近傍の局所的な低圧力の発生を利用しているため、モータ室からガス循環室へのオイルミスト侵入を防止するために必要なレーザガスの流量を、従来より低減することが可能となる。 By the above operation, it becomes possible to spontaneously generate a flow of laser gas passing through the partition wall. In order to prevent the oil mist from entering the gas circulation chamber from the motor chamber because the laser gas compression and the generation of local low pressure near the auxiliary impeller are used in the process of generating the laser gas flow. The required flow rate of the laser gas can be reduced as compared with the conventional technique.
次にレーザ加工機について、図4を用いて説明する。 Next, the laser processing machine will be described with reference to FIG.
この図に於いて、45はガスレーザ発振装置で前述したレーザ発振装置であり、そこから出力されたレーザビーム8は、反射鏡15にて反射され、ワーク16近傍へ導かれる。レーザビーム8は、トーチ17内部に備えられた集光レンズ18によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク16に照射され、加工が行われる。ワーク16は加工テ
ーブル19上に固定されており、X軸モータ20あるいはY軸モータ21によって、トーチ17はワーク16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。
In this figure,
このように、加工ワーク16を乗せる加工テーブル19と、加工テーブル19の移動とレーザ加工トーチ17の少なくとも一方を移動するX軸モータ20やY軸モータ21などの駆動手段と、この駆動手段を制御する数値制御装置(図示せず)と、レーザビーム8を集光レンズ18を通過させてレーザを発生するレーザ加工機に、上述した実施の形態における各レーザ発振装置を構成とすることにより、ガス消費量抑制によるランニングコスト低減や長期に渡って安定して使用できる信頼性の高いレーザ加工機が得られる。
As described above, the machining table 19 on which the
本発明のレーザ発振装置およびレーザ加工機は、特にガス消費量抑制によるランニングコスト低減、および長期に渡って安定して使用できる信頼性の高い装置を提供できる。 The laser oscillation device and laser processing machine according to the present invention can provide a highly reliable device that can be used stably over a long period of time, especially by reducing running costs by suppressing gas consumption.
9 レーザガスの流れる方向
10 レーザガス流路
15 反射鏡
16 ワーク
17 トーチ
18 集光レンズ
19 加工テーブル
20 X軸モータ
21 Y軸モータ
29 シャフト部
30,30a,30b 隔壁部
36 金属シール
37a、37b 溝
38 補助翼車
43 遠心送風機
45 ガスレーザ発振装置
9 Laser
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