JP5494027B2 - レーザ発振装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ媒質ガスを用いたレーザ発振装置に関するものである。

レーザ発振装置は、加工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、および溶接、加工等に多用されている。

特に、レーザ媒質ガスとして、ＣＯ_２を主体とする混合ガスを使用したＣＯ_２ガスレーザ等のガスレーザ発振装置は、レーザビーム特性が優れ、かつ大出力が比較的容易であることから広く使用されている。

このようなガスレーザ発振装置は、光共振器と、この光共振器に接続したガス循環路を有し、前記光共振器内において放電による励起で高温となったレーザ媒質ガスは、ガス循環路を循環させる時に冷却する構成となっている。

また、ガス循環路には、レーザ媒質ガスを循環させるための送風機を介在させている。

この送風機は、ファンの軸を、軸受で軸支した構造としているが、軸を例えば数万ｒ・ｐ・ｍと高速で回転させているので、軸受に供給するグリス等の潤滑剤が継時的に劣化、減少する等して潤滑不良が発生し、この状態が継続されると、軸受だけでなく、ガスレーザ発振装置全体が破損するおそれがある。

そこで、従来のレーザ発振装置は、送風機の振動を加速度センサ等の振動センサで検出し、振動レベルにより、警報器から警報を発するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−９０６６１号公報

すなわち、従来のレーザ発振装置においても、送風機の軸受潤滑不良を検出し、警報を発することで、潤滑剤を補充したり、あるいは軸受を交換したりするなどして、軸受やガスレーザ発振装置全体が破損するのを防止しようとしている。

しかしながら、警報器から警報が発されても、それに気づかなかったり、対応が遅かったりすると、軸受の損傷が急速に進行し、ついにはガスレーザ発振装置全体が破損することもある。

そこで、本発明は、送風機の軸受潤滑不良が発生した場合でも、軸受やガスレーザ発振装置全体が損傷しにくくすることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、光共振器と、この光共振器に接続したガス循環路と、このガス循環路、または前記光共振器にレーザ媒質ガスを供給するガス供給器と、前記ガス循環路、または前記光共振器からレーザ媒質ガスを排出するガス排出器と、前記ガス循環路、または前記光共振器のレーザ媒質ガスのガス圧力を検出するガス圧力検出器と、このガス圧力検出器で検出したガス圧力により、前記ガス供給器とガス排出器の少なくとも一方を制御するガス圧力制御器と、前記ガス循環路に介在させた送風機と、この送風機に設置された振動センサと、この振動センサが検出した振動信号値が、予め設定された振動基準値以上であるか否かを判断し、前記振動基準値以上であれば基準値超過信号を出力する比較器とを備え、前記比較器から前記基準値超過信号が出力されると、前記ガス圧力制御器により、前記ガス供給器とガス排出器の少なくとも一方を制御して、前記光共振器内のレーザ媒質ガスのガス圧力を、所定運転ガス圧力よりも低くなるように制御する構成とし、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、光共振器と、この光共振器に接続したガス循環路と、このガス循環路、または前記光共振器にレーザ媒質ガスを供給するガス供給器と、前記ガス循環路、または前記光共振器からレーザ媒質ガスを排出するガス排出器と、前記ガス循環路、または前記光共振器のレーザ媒質ガスのガス圧力を検出するガス圧力検出器と、このガス圧力検出器で検出したガス圧力により、前記ガス供給器とガス排出器の少なくとも一方を制御するガス圧力制御器と、前記ガス循環路に介在させた送風機と、この送風機に設置された振動センサと、この振動センサが検出した振動信号値が、予め設定された振動基準値以上であるか否かを判断し、前記振動基準値以上であれば基準値超過信号を出力する比較器とを備え、前記比較器から前記基準値超過信号が出力されると、前記ガス圧力制御器により、前記ガス供給器とガス排出器の少なくとも一方を制御して、前記光共振器内のレーザ媒質ガスのガス圧力を、所定運転ガス圧力よりも低くなるように制御する構成としたものであるので、送風機の軸受潤滑不良が発生した場合でも、軸受やガスレーザ発振装置全体が損傷しにくくすることができる。

すなわち、本発明においては、送風機に設置した振動センサによって検出した振動信号値が、予め設定された振動基準値以上になると、前記ガス圧力制御器により、前記ガス供給器とガス排出器の少なくとも一方を制御して、前記光共振器内のレーザ媒質ガス圧力を所定運転ガス圧力よりも低くなるように制御するものであるので、送風機の軸受への負荷を軽減することができる。

このため、送風機の軸受潤滑不良が発生した場合でも、送風機の振動レベルを低減させることができ、その結果として軸受やガスレーザ発振装置全体が損傷しにくくすることができるのである。

本発明のレーザ発振装置の実施の形態１を示す構成図 同断面図

以下、本発明を一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１において、１は光共振器で、この光共振器１は、部分反射鏡２と、この部分反射鏡２に対向するように設置された全反射鏡３とにより、構成されている。

光共振器１にはガス循環路６が接続され、レーザ媒質ガスは、インバータ８により回転制御された送風機４により、光共振器１とガス循環路６により構成されるレーザ媒質ガス経路内を、循環する。

また、ガス循環路６には熱交換器５が介在されており、レーザ媒質ガス経路内を循環するレーザ媒質ガスは、熱交換器５部分で冷却される。

つまり、光共振器１においては、図示されていない高電圧電源により放電励起が行われ、しかも送風機４によりレーザ媒質ガスが圧縮圧送されるので、高温となる。

したがって、レーザ媒質ガス経路内を循環するレーザ媒質ガスを、熱交換器５部分で冷却することにより、光共振器１部分が、異常に高温化しないようにしている。

ところで、前記光共振器１とガス循環路６により構成されるレーザ媒質ガス経路内には、レーザ発振装置２０の外部に設置されているガスボンベ３０からレーザ媒質ガスが、ガス供給器１３を通じて供給される。

また、光共振器１とガス循環路６により構成されるレーザ媒質ガス経路内を循環するレーザ媒質ガスは、真空ポンプ１５によりガス排出器１４を通じて、このレーザ媒質ガス経路外に排出される。

なお、これらのガス供給器１３およびガス排出器１４は電磁弁で構成されており、後述するガス圧力制御器１７によって開閉制御が行われるようになっている。

つまり、光共振器１内のレーザ媒質ガスのガス圧力は、レーザ光７の強度を安定して得るに適した所定運転ガス圧力に一定制御する必要がある。

そこで、本実施形態では、光共振器１とガス循環路６により構成されるレーザ媒質ガス経路内を循環するレーザ媒質ガスのガス圧を、ガス圧力検出器１６により検出し、そのガス圧力に比例した電気信号をガス圧信号として、ガス圧力制御器１７に出力する。

ガス圧力制御器１７は、光共振器１内のレーザ媒質ガスのガス圧力が、所定運転ガス圧力となるように、ガス供給器１３およびガス排出器１４の開閉制御を行う。

次に、送風機４の内部構成について、図２を用いて説明する。

図２に示すように、送風機４を構成するファン室４ａの表面には、吸入口４ｂと、吐出口４ｃが設けられ、またこのファン室４ａの内部には、レーザ媒質ガスを圧送するためのファン４ｄが設けられている。

また、ファン室４ａに連結されたモータ室４ｅ内には、その一端がファン４ｄに連結された回転軸４ｆが設けられている。

さらに、回転軸４ｆの中程には回転子４ｇが固定されており、この回転子４ｇの外周には、所定間隔で固定子４ｈが配置されている。

また、回転軸４ｆの回転子４ｇ両側は、軸受４ｉで軸支されている。この軸受４ｉには潤滑のためグリス等が使用されるが、グリス等は継時的に劣化、減少し潤滑不良が発生するおそれがある。

軸受４ｉの潤滑不足が発生すると、軸受４ｉの磨耗による軸受軌道面の面あれが起こり、その結果として円滑な回転ができずに、振動が発生する。

そこで、本実施形態では、図１において、送風機４に設置された振動センサ９により、軸受４ｉ部分からの振動を検出し、電気信号に変換し、振動信号として増幅器１０に出力する構成とした。なお、振動センサ９としては、振動加速度や角速度を検出し、電圧や電流変化に変換するものが実用化されている。

また、振動センサ９の出力である振動信号は、増幅器１０により増幅後、増幅された振動信号が比較器１１に送られる。

比較器１１には、予め設定された振動基準値を設定しており、増幅された振動信号が、振動基準値以上か否かを判断し、振動基準値以上であれば基準値超過信号を、警報器の一例として用いたアラーム表示器１２に出力する。

なお、増幅器１０と比較器１１との間にフィルタ等を設け任意の周波数帯域における振動信号に選別し、外乱と振動の区別を明確化する方法もある。

比較器１１の出力である基準値超過信号は、上述のごとくアラーム表示器１２に送られ、これによりアラーム表示器１２はアラーム表示を行うとともに、アラーム信号を、ガス圧力制御器１７に出力する。

なお、アラーム表示器１２では、基準超過信号の頻度を演算し、頻度が所定値以上となった時に、アラーム表示とアラーム信号出力を行う構成とすることで、外乱の影響を低減することもできる。

送風機４内部の軸受４ｉが潤滑不良を起こし、アラーム表示器１２からアラーム信号がガス圧力制御器１７に送られると、ガス圧力制御器１７はガス供給器１３およびガス排出器１４の開閉制御を行うことで、光共振器１とガス循環路６により構成されるレーザ媒質ガス経路内のレーザ媒質ガスのガス圧力を、所定運転ガス圧より低い圧力となるように調整する。

そして、このように、光共振器１とガス循環路６により構成されるレーザ媒質ガス経路内のレーザ媒質ガスのガス圧力を、所定運転ガス圧より低い圧力となるように低下させると、光共振器１内のレーザ媒質ガスの密度が下がり、送風機４内部のファン４ｄにかかる負荷が低減され、軸受４ｉへの荷重が小さくなる。

以上のように、本実施形態によれば、送風機４の軸受潤滑不良が発生した場合でも、送風機４内の軸受４ｉ荷重を小さくできるので、送風機４の軸受潤滑不良が発生した場合でも、送風機４の振動レベルを低減させることができ、その結果として軸受４ｉやガスレーザ発振装置２０全体が損傷しにくくすることができるのである。

また、このようにすれば、軸受潤滑不良対策を講じるまでの間に、軸受４ｉが損傷するスピードを遅延させることができるので、軸受４ｉの寿命を延ばすと言うことにもつながる。

なお、本実施の形態においては、上述した送風機４の軸受潤滑不良が発生した場合には、アラーム表示器１２からの信号により、ガス圧力制御器１７で、光共振器１内のレーザ媒質ガス圧力を、所定運転ガス圧より低い圧力となるように、レーザ媒質ガス給排気量を調整するようにしている。

しかしながら、この場合でも、光共振器１内のレーザ媒質ガス圧力が、ガス圧力下限値（所定運転ガス圧＞ガス圧力下限値）よりも低くならないようにしている。

つまり、上述した送風機４の軸受潤滑不良が発生した場合であっても、アラーム表示器１２からの信号により、ガス圧力制御器１７で、光共振器１とガス循環路６により構成されるレーザ媒質ガス経路内のレーザ媒質ガスのガス圧力を下げすぎると、気圧が低いことが原因で、例えば送風機４内部に設けた固定子４ｈに通電するための電源接続部分で、絶縁抵抗が劣化してしまうことがある。

このため、本実施形態では、光共振器１内のレーザ媒質ガス圧力が、ガス圧力下限値（前記所定運転ガス圧＞前記ガス圧力下限値）よりも低くならないようにしているのである。

このレーザ媒質ガス経路内が負圧となって、外気の侵入が発生するおそれがある。

そこで、このように、上述した送風機４の軸受潤滑不良が発生した場合であっても、所定運転ガス圧よりも低いガス圧力下限値よりも低くならないように、ガス圧力制御器１７で、ガス供給器１３およびガス排出器１４の開閉制御を行っている。

なお、上記実施形態では、比較器１１の出力である基準値超過信号は、アラーム表示器１２を介してガス圧力制御器１７に出力する構成としたが、比較器１１の出力である基準値超過信号を直接、ガス圧力制御器１７に出力する構成としても良い。

本発明のレーザ発振装置は、送風機の軸受潤滑不良が発生した場合に、積極的に振動レベルを低減させ軸受の寿命を延長できるレーザ発振装置を提供することでき、レーザ媒質ガスを用いたレーザ発振装置として産業上有用である。

１ 光共振器
２ 部分反射鏡
３ 全反射鏡
４ 送風機
４ｉ 軸受
５ 熱交換器
６ ガス循環路
７ レーザ光
８ インバータ
９ 振動センサ
１０ 増幅器
１１ 比較器
１２ アラーム表示器
１３ ガス供給器
１４ ガス排出器
１５ 真空ポンプ
１６ ガス圧力検出器
１７ ガス圧力制御器
２０ レーザ発振装置
３０ ガスボンベ

Claims (5)

1. 光共振器と、
   前記光共振器に接続したガス循環路と、
   前記ガス循環路、または前記光共振器にレーザ媒質ガスを供給するガス供給器と、
   前記ガス循環路、または前記光共振器からレーザ媒質ガスを排出するガス排出器と、
   前記ガス循環路、または前記光共振器のレーザ媒質ガスのガス圧力を検出するガス圧力検出器と、
   前記ガス圧力検出器で検出したガス圧力により、前記ガス供給器と前記ガス排出器の少なくとも一方を制御するガス圧力制御器と、
   前記ガス循環路に介在させた送風機と、
   前記送風機に設置された振動センサと、
   前記振動センサが検出した振動信号値が、予め設定された振動基準値以上であるか否かを判断し、前記振動基準値以上であれば基準値超過信号を出力する比較器とを備え、
   前記比較器は、直接、前記ガス圧力制御器に前記基準値超過信号を出力し、
   前記基準値超過信号が入力された前記ガス圧力制御器は、前記ガス供給器と前記ガス排出器の少なくとも一方を制御して、前記光共振器内のレーザ媒質ガスのガス圧力を、所定運転ガス圧力よりも低くなるように制御するレーザ発振装置。
2. 前記比較器には警報器を接続した請求項１に記載のレーザ発振装置。
3. 前記比較器は前記ガス圧力制御器に前記基準値超過信号を出力すると同時に、前記警報器に前記基準値超過信号を出力する請求項２に記載のレーザ発振装置。
4. 光共振器と、
   前記光共振器に接続したガス循環路と、
   前記ガス循環路、または前記光共振器にレーザ媒質ガスを供給するガス供給器と、
   前記ガス循環路、または前記光共振器からレーザ媒質ガスを排出するガス排出器と、
   前記ガス循環路、または前記光共振器のレーザ媒質ガスのガス圧力を検出するガス圧力検出器と、
   前記ガス圧力検出器で検出したガス圧力により、前記ガス供給器と前記ガス排出器の少なくとも一方を制御するガス圧力制御器と、
   前記ガス循環路に介在させた送風機と、
   前記送風機に設置された振動センサと、
   前記振動センサが検出した振動信号値が、予め設定された振動基準値以上であるか否かを判断し、前記振動基準値以上であれば基準値超過信号を出力する比較器と、
   前記比較器と前記ガス圧力制御器との間に接続された警報器とを備え、
   前記比較器は、前記警報器に前記基準値超過信号を出力し、
   前記基準値超過信号が入力された前記警報器は、アラーム表示をすると同時に、アラーム信号を前記ガス圧制御装置に出力し、
   前記アラーム信号が入力された前記ガス圧力制御器は、前記ガス供給器と前記ガス排出器の少なくとも一方を制御して、前記光共振器内のレーザ媒質ガスのガス圧力を、所定運転ガス圧力よりも低くなるように制御する構成としたレーザ発振装置。
5. 前記ガス圧力制御器は、前記光共振器内のレーザ媒質ガス圧力を、前記所定運転ガス圧力よりも低く、且つ予め設定されたガス圧下限値よりも高い値に制御し、
   前記ガス圧下限値は、前記送風機内部に設けられた固定子に通電するための電源接続部分で絶縁抵抗が劣化しない下限のガス圧である請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ発振装置。

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