JPH02194679A - レーザ用ターボブロア及びレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加工用ガスレーザ装置等のレーザガスを強制的
に循環させるレーザ用ターボプロア及びレーザ発振装置
に係り、特に軸受やシャフトの振動を減少させたレーザ
用ターボプロア及びレーザ発振装置に関する。

〔従来の技術］ 最近の炭酸（Ｃｏｔ）ガスレーザ発振装置は高出力が得
られ、レーザビームの質もよく、金属又は非金属材料等
の切断及び金属材料等の溶接等といったレーザ加工に広
く利用されるようになってきている。特に、ＣＮＣ（数
値制御装置）と結合したＣＮＣレーザ加工機として、複
雑な形状を高速かつ高精度で切断する分野において急速
に発展しつつある。

周知のごとくガスレーザ発振装置は約０．１気圧のレー
ザガス中でグロー放電を発生させ、それを一対の光学部
品からなる光共振器によってレーザビームとして取り出
す、この時、注入電力の約８０％は熱になるため、レー
ザガスを冷却するためにルーツプロア又はターボプロア
等でレーザガスを強制的に循環させている。

以下図面を用いて従来の炭酸（Ｃｏ□）ガスレーザ発振
装置ｄについて説明する。

第４図は従来技術による炭酸（ＣＯ２）ガスレーザ装置
の全体構成を示す図である。放電管１の両端には出力結
合鏡２と全反射鏡３とからなる光共振器が設置されてい
る。放電管ｌの外周上には金属電極４および５が取り付
けられている。金属電極４は接地され、金属電極５は高
周波電源６に接続されている。金属電極５及び６の間に
は高周波電源６から高周波電圧が印加される。これによ
って、放電管ｌ内に高周波グロー放電が発生し、レーザ
励起が行われる。放電管１内のレーザビーム光軸を１３
で、また出力結合鏡２から外部に取り出されるレーザビ
ーム光軸を１４でそれぞれ示す。

このようなガスレーザ発振装置を起動する時には先ず最
初に真空ポンプ１２によって装置内部全体の気体が排気
される。ついでパルプ１１が開放になり所定法号のレー
ザガスがガスボンベ！０がら導かれ装置内のガス圧は規
定値に達する。その後は真空ポンプ１２による排気とバ
ルブ１１による補給ガス導入が続き、装置内ガス圧は規
定値に保たれたまま、レーザガスの一部は継続して新鮮
ガスに置換される。これによって装置内のガス汚染は防
止される。

さらに第４図では送風［９によってレーザガスを装置内
で循環している。この目的はレーザガスの冷却にある。

炭酸（ＣＯ□）ガスレーザでは注入電気エネルギーの約
２０％がレーザ光に変換され、他はガス加熱に消費され
る。ところが理論によればレーザ発振利得は絶対温度１
゛の−（３／２）乗に比例するので発振効率を上昇させ
るためにはレーザガスを強制的に冷却してやる必要があ
る。本装置ではレーザガスは約１００ｍ／ｓｅｃの流速
で放電管ｌ内を通過し矢印で示す方向に流れ、冷却器８
に導かれる。冷却器８は主として放電による加熱エネル
ギーをレーザガスから除去する。そして、送風機９は冷
却されたレーザガスを圧縮する。圧縮されたレーザガス
は冷却器７を介して放電管ｌに導かれる。これは、送風
機９で発生した圧縮熱を放電管ｌに再度導かれる前に冷
却器７で除去するためである。これらの冷却器７及び８
は周知であるので詳細な説明は省略する。

第５図に送風機９として採用されるターボプロアの構造
を示す。ターボ翼１６とシャフト２３とは機械的に結合
されている。シャフト２３にはロータ！７が取り付けら
れており、ロータ１７とステータ１８とでモーターを構
成している。ターボ翼１６はこのモータによって、回転
数約１０万Ｒ１）　Ｍの高速で回転する。そのため低速
回転のルーツブロワに比較して回転数に逆比例して体積
が小さくなっている。さらに、シャフト２３の支持にこ
ろがり軸受１９及び２０が使用されている。このように
ターボプロアは高速回転であるため、ころがり軸受、１
９及び２０の潤滑にはオイルを定期的に供給するオイル
ジェットやオイルエア潤滑又は軸受部分にグリースを封
入するグリース潤滑が使用される。

このようなターボブロアのころがり軸受の内輪、外輪及
びボールのそれぞれの間には通常すきまが生じるように
設けられている。また、高速で回転するとボール及び外
輪の遠心力による膨張によってそのすきまがさらに大き
くなってしまう。従って、このようなすきまを無くすた
めに、軸受のスラスト方向に２Ｋｇ　ｆ以上の予圧を与
えている。

予圧はころがり軸受２０の左側に設けられたコイルバネ
２１の付加する一定の荷重によって与えられる。ころが
り軸受２０の右側にはその予圧を受けるスラストメタル
２２が設けられている。このような構成によって、レー
ザガスは矢印８１のように冷却器８からレーザ用ターボ
プロアへ吸入され、矢印７１のようにレーザ用ターボブ
ロアから冷却器７へ吐出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

一ト述のようなレーザ用ターボプロアでは、ターボ翼１
枚の羽根はレーザガスを移動させるたびにレーザガスの
圧力変動や流量変動等の流体振動を生ずる。この振動の
基本周波数ｆは、 ｆ＝ＺＮ　　　ＣＺ：羽根の数、Ｎ：回転数）となる。

回転数は約１０万ｒｐｍの高速であり、羽根数は１０枚
程度であるから、その周波数ｆは数十Ｋ１１ｚ以上とな
る。

このような周波数の流体振動はターボ翼やシャフトに対
してスラスト方向の振動を与えることになる。この振動
によって、従来のレーザ発振装置では以下のような課題
が生じる。

第１にスラストメタル２２と軸受１９との当接部で高周
波の衝撃が発生するので、この部分でいわゆるフレッテ
ィングという摩耗現象が発生する。

この摩耗現象によって、摩耗粉が発生し、これがレーザ
ガスと共にレーザ装置内部を汚染し、レーザ共振器等の
光学部品を破損させるとか、さらにはこの摩耗粉が軸受
内部に侵入し、軸受を破損させるといった問題が生じる
。

第２に軸受が内輪又は外輪とボールとの転道面での振動
が大きくなり、転道面の疲労寿命が短くなる。

第３に振動による高周波騒音が発生する。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、流
体振動によって生じるスラスト方向の振動を軽減するこ
とのできるレーデ用ターボブロア及びレーザ発振装置を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、先端にターボ翼
を有するシャフトと、前記シャフトを支持する一対の軸
受と、前記軸受のすきまをなくすために前記軸受の一方
側から予圧を与える弾性体と、前記予圧を前記軸受の他
方側で受けるスラストメタルと、前記シャフトを回転さ
せるためのモータとから構成されるレーザ用ターボプロ
アにおいて、前記軸受の他方と前記スラストメタルとの
間に除振部材を設けたことを特徴とするレーザ用ターボ
プロアが、提供される。

さらに、本発明では上記レーザ用ターボブロアを用いた
レーザ発振装置が、提供される。

〔作用〕

レーザ用ターボプロアの軸受とスラストメタルとの間に
設けられた除振部材はその内部減衰効果によって流体振
動を大幅に減少させる。また、この除振部材によって軸
受とスラストメタルとの間は振動的に絶縁されるので、
フレッティングや騒音を減少できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に本発明のレーザ用ターボプロアの一実施例の構
成図を示す、第５図と同一の構成要素には同一の符合が
付しであるので、その説明は省略する。ここで、ターボ
翼１６は遠心翼を示しているが斜流翼であっても軸流翼
であってもよい。

本実施例が従来のものと本質的に異なる部分は、ころが
り軸受１９の外輪とスラストメタル２２との間に除振材
料のふっ素ゴム１５が設けられている点である。このふ
っ素ゴム１５は１〜２ｍ＋−の厚さである、ころがり軸
受とスラストメタルとの間に除振部材を設けたのでころ
がり軸受とスラストメタルとの間フレッティングがなく
なり、光学部品や軸受の破損の心配がなくなる。また、
軸受の振動が小さくなるので軸受自身の寿命が長くなる
。

また、騒音も抑制されるので、ターボ翼の回転数を上げ
、高効率で小型のターボブロアを実現できる。

除振材料としてはふっ素ゴムの他にニトリルゴム、天然
ゴム、ネオプレンゴム、ブチルゴム、ブタジェンスチル
ゴム、シリコンゴム等を用いることができる。但し、こ
れらの除振材料の中でも本実施例のターボブロアに最も
敵したものはふっ素ゴムである。何故なら、天然ゴムや
ニトリルゴム等から発生した気化物質（硫黄等）によっ
て循環中のレーザガスが汚染されるからである。ふっ素
ゴムにはこのような汚染物質を発生させることはない、
さらに、本実施例ではシャフト２３の回転軸方向が地面
に対して平行になるように設置しである。

本発明の他の実施例を第２図を用いて説明する。

本実施例はレーザ用ターボブロアの軸受の周囲にオイル
フィルムダンパーを取り付け、軸受の振動を吸収したも
のである。オイルフィルムダンパーはスリーブ２８と、
０リング２４及び２５と、ハウジング３０とスリーブ２
８との間に充填されたオイルとによって構成される。こ
ろがり軸受１９及び２０の内輪はシャフト２３に固定さ
れ、外輪はスリーブ２８及び２９に固定されている。ハ
ウジング３０とスリーブ２８及び２９との間には１（）
〜ｌ　００μｍのすきまが設けられ、そこにグリース又
はオイルが充填される。そして、０リング２４．２５．
２６及び２７はすきまに充填されたグリース又はオイル
とレーザガスとを遮断するためのものである。このよう
な構成にすることによって、ターボ翼１６及びシャフト
２３が回転したときの振動はオイルフィルムダンパーの
流体力学的な減衰効果によって減衰する。このように、
オイルフィルムダンパーと除振部材（ぶつｆｉ　コｌｔ
　）との相乗効果によって、ターボプロアの回転による
振動は大幅に減少することができる。

第１図のターボプロアは出力ＩＫＷ程度のレーザ発振装
置に適用されるが、さらに高出力化のためには大型のタ
ーボ翼を使用してもよい。しかし、コスト的には同−翼
を使用することが雫ましい。

第３図にレーザ出力２ＫＷ程度のターボブロワの構造を
示す。図においてターボブロワの軸受は第１図と同じで
あるので省略しである。なお、図中の矢印８２及び８３
は冷却器８からレーザ用ターボブロアへのレーザガスの
流れる方向を示す。シャフトの左右にターボ翼１６ａ及
び＋６ｂが２個取り付けられている。この構成で軸受け
と駆動モータが１セツトでターボ翼２個を回転できるの
でコスト上有利である。ロータ１７とステータ１８とで
モーターを構成する。ここでは、ターボ翼を同一シャフ
トに取り付けることにより、スラスト方向の荷重変動を
打ち消しあい、スラスト荷重が非常に小さくなり、安定
性が向上し、寿命も非常に長くなる。

以上の実施例ではころがり軸受について説明したが、軸
受の材料としてセラミックを用いたセラミック軸受を用
いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、流体振動によって
生じるスラスト方向の振動を軽減し、ころがり軸受とス
ラストメタルとの間のフレッティングや騒音を減少する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるレーザ用ターボブロア
の構造を示す図、 第２図及び第３図は本発明の他の実施例であるレーザ用
ターボブロアの構造を示す図、第４ＵＡは従来の炭酸（
ＣＯ２）ガスレーザ発振装置の全体構成を示す図、 第５図は従来のレーザ用ターボブロアの構成を示す図で
ある。 １・−・・・・−・−・−放電管 ４． ７． １６、 ｌ　９． ２　・１． ２−・・−−一−−−−−−出力結合鏡３−・−−−−
一−−−・・−・全反射鏡５、−、−−−−−、−−−
・−電極 ６−・・−−−−一−−−−−−高周波電源８・−・−
・・−・・−冷却器 ９〜・・−・−・−送風機 ０ヘー・−・・・−・−・ガスボンベ ２・−・−−−−−−−−−・−真空ポンプ３・−・・
−−−一一一−−−−共振器内レーザビーム光軸４・・
−・−・・−共振器外レーザビーム光軸５・−・−＝−
一−−−・除振部材 ６ａ、、１６ｂ ・−・−ターボ翼 ？　−−−−−−−−−−−一ロータ ８−・−−−−−−一−−−・−ステータｏ　−−−−
−−−−−一軸受 １−−−−−−−−−−−−・−コイルバネ２−−−−
−−−−スラストメタル ３−−−−−−−一・−一−−−シャフト５．２６．２
７ ・・・−−−−−・・−０リング ２８．２９−−−−−−−−一四−スリーブ３０・−・
・−・・・・・・・・−・ハウジング特許出願人　ファ
ナック株式会社 代理人　　　弁理士　　服部毅巖 第２図 第 ■ 図 し、１

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端にターボ翼を有するシャフトと、前記シャフ
   トを支持する一対の軸受と、前記軸受のすきまをなくす
   ために前記軸受の一方側から予圧を与える弾性体と、前
   記予圧を前記軸受の他方側で受けるスラストメタルと、
   前記シャフトを回転させるためのモータとから構成され
   るレーザ用ターボブロアにおいて、 前記軸受の他方と前記スラストメタルとの間に除振部材
   を設けたことを特徴とするレーザ用ターボブロア。
2. （２）前記除振部材がふっ素ゴムで構成されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ用ターボブ
   ロア。
3. （３）前記軸受にオイルフィルムダンパーを設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ用ター
   ボブロア。
4. （４）前記シャフトに逆方向のスラスト荷重がかかるよ
   うに２個のターボ翼を設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のレーザ用ターボブロア。
5. （５）前記軸受がセラミックで構成されるころがり軸受
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレ
   ーザ用ターボブロア。
6. （６）気体放電によってレーザ励起をする放電管と、レ
   ーザ発振を行わせる光共振器と、送風機及び冷却器によ
   ってレーザガスを強制冷却させるガス循環装置とから構
   成されるレーザ発振装置において、 前記送風機が特許請求の範囲第１項から第５項までのい
   ずれかに記載のレーザ用ターボブロアで構成されること
   を特徴とするレーザ発振装置。