JPH03112181A - Turbo floor for laser and laser oscillation device using it - Google Patents

Turbo floor for laser and laser oscillation device using it

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JPH03112181A
JPH03112181A JP25115789A JP25115789A JPH03112181A JP H03112181 A JPH03112181 A JP H03112181A JP 25115789 A JP25115789 A JP 25115789A JP 25115789 A JP25115789 A JP 25115789A JP H03112181 A JPH03112181 A JP H03112181A
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JP
Japan
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laser
shaft
turbo
bearing
turbo blower
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Application number
JP25115789A
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Japanese (ja)
Inventor
Nariaki Koyama
小山 成昭
Norio Karube
規夫 軽部
Tsutomu Funakubo
舟久保 勤
Hideaki Oku
奥 秀昭
Kenji Nakahara
賢治 中原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Publication of JPH03112181A publication Critical patent/JPH03112181A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/036Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To shut off heat build-up with magnetic coupling by torque coupling first and second shafts through the magnetic coupling and arranging a turbo blade on the first shaft while a heat source motor on the second shaft. CONSTITUTION:A shaft 21 and a bearing 5 where a turbo wing 1 is mounted are stored within a housing 11, both sides are sealed by O rings 9 and 10, and they are placed under laser gas. A motor with the shaft 21, the bearings 13 and 14, a rotor 3, and a stator 4 is stored within a housing 12 and it is placed under atmospheric pressure. A water-cooling pipe 15 is provided around the stator 4. With magnetic coupling, a magnetic pole 16 is rotated according to the revolution of a cylindrical yoke 17 and rotary torque is transmitted from the axis 22 to an axis 21. An insulator barrier 18 is provided between the magnetic pole and a yoke and laser gas is airtightly sealed. Heat build-up at the rotor 3 is not transmitted to bearings 5 and 6, thus cooling the axis 22 which is heated by the rotor 3. Also, the axis 21 is not affected by the influence of heat build-up due to eddy current. With this configuration, a turbo blower which does not require replacement of grease, etc., can be obtained.

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ブロア及びそれを用いたレ
ーザ発振装置に係り、特に軸受の長寿命化を実現させ、
信頼性、保守性を改良したレーザ用ターボブロア及びレ
ーザ発振装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a turbo blower for a laser that forcibly circulates laser gas in a processing gas laser device, etc., and a laser oscillation device using the same, and particularly relates to a turbo blower for use in a gas laser device for processing, etc., and a laser oscillation device using the same. Realize,
The present invention relates to a laser turbo blower and a laser oscillation device with improved reliability and maintainability.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近の炭酸(Co□)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
(利用されるようになってきている。特に、CNCC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。
Recent carbon dioxide (Co□) gas laser oscillators can obtain high output and have good quality laser beams, and are widely used for laser processing such as cutting metal or non-metallic materials, welding metal materials, etc. In particular, CNC laser processing machines combined with CNCC numerical control devices are rapidly developing in the field of cutting complex shapes at high speed and with high precision.

以下図面を用いて従来の炭酸(CO2)ガスレーザ発振
装置を説明する。
A conventional carbon dioxide (CO2) gas laser oscillation device will be described below with reference to the drawings.

第4図は従来技術による炭酸(CO2)ガスレーザ発振
装置の全体構成を示す図である。放電管31の両端には
出力結合鏡32と全反射鏡33とからなる光共振器が設
置されている。放電管31の外周上には金属電極34及
び35が取り付けられている。金属電極34は接地され
、金属電極35は高周波電源36に接続されている。金
属電極34及び35の間には高周波電源36から高周波
電圧が印加される。これによって、放電管31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
31内のレーザビーム光軸を43で、また出力結合鏡3
2から外部に取り出されるレーザビーム光軸を44でそ
れぞれ示す。
FIG. 4 is a diagram showing the overall configuration of a carbon dioxide (CO2) gas laser oscillation device according to the prior art. An optical resonator consisting of an output coupling mirror 32 and a total reflection mirror 33 is installed at both ends of the discharge tube 31. Metal electrodes 34 and 35 are attached to the outer periphery of the discharge tube 31. The metal electrode 34 is grounded, and the metal electrode 35 is connected to a high frequency power source 36. A high frequency voltage is applied between the metal electrodes 34 and 35 from a high frequency power supply 36. As a result, a high frequency glow discharge is generated within the discharge tube 31, and laser excitation is performed. The optical axis of the laser beam inside the discharge tube 31 is set at 43, and the output coupling mirror 3
The laser beam optical axes taken out from 2 to the outside are indicated by 44, respectively.

このようなガスレーザ発振装置を起動する時には必ず最
初に真空ポンプ42によって装置内部全体の気体が排気
される。ついでバルブ41が開放になり所定流量のレー
ザガスがガスボンベ40か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42の排気とバルブ
41の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
When starting up such a gas laser oscillation device, the vacuum pump 42 always first evacuates the entire gas inside the device. Then, the valve 41 is opened, a predetermined flow rate of laser gas is introduced from the gas cylinder 40, and the gas pressure within the apparatus reaches a predetermined value. Thereafter, the vacuum pump 42 is evacuated and the valve 41 is used to introduce supplementary gas, and a portion of the laser gas is continuously replaced with fresh gas while the gas pressure inside the device is maintained at a specified value. This prevents gas contamination within the device.

さらに第4図では送風機39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(CO2)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
Tの−(3/2)乗に比例するので発振効率を上昇させ
るだめにはレーザガスを強制的に冷却してやる必要があ
る。
Furthermore, in FIG. 4, the laser gas is circulated within the apparatus by a blower 39. Its purpose is to cool the laser gas. In carbon dioxide (CO2) gas lasers, about 20% of the injected electrical energy is converted into laser light, and the rest is consumed for gas heating. However, according to theory, the laser oscillation gain is proportional to the -(3/2) power of the absolute temperature T, so in order to increase the oscillation efficiency, it is necessary to forcibly cool the laser gas.

本装置ではレーザガスは約100m/secの流速で放
電管31内を通過し矢印で示す方向に流れ、冷却器38
に導かれる。冷却器38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39
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37を介して放電管31に導かれる。これ
は、送風機39で発生した圧縮熱を放電管31に再度導
かれる前に冷却器37で除去するためである。これらの
冷却器37及び38は周知であるので詳細な説明は省略
する。
In this device, the laser gas passes through the discharge tube 31 at a flow rate of about 100 m/sec, flows in the direction shown by the arrow, and passes through the cooler 38.
guided by. The cooler 38 mainly removes heating energy due to discharge from the laser gas. And the blower 39
compresses the cooled laser gas. The compressed laser gas is guided to the discharge tube 31 via the cooler 37. This is because the compression heat generated by the blower 39 is removed by the cooler 37 before being guided to the discharge tube 31 again. Since these coolers 37 and 38 are well known, detailed explanation will be omitted.

送風機39として採用されているものにはルーツブロア
とターボブロアがある。第5図にターボブロアの構造を
示す。ターボ翼1とシャフト2とは機械的に結合されて
いる。シャフト2にはロータ3が取り付けられており、
ロータ3とステータ4とで高周波モーターを構成してい
る。ターボ翼1はこの高周波モータによって、回転数的
lO万RPMの高速で回転される。そのため低速回転の
ルーツブロア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。
The blower 39 used includes a roots blower and a turbo blower. Figure 5 shows the structure of the turbo blower. The turbo blade 1 and the shaft 2 are mechanically coupled. A rotor 3 is attached to the shaft 2,
The rotor 3 and stator 4 constitute a high frequency motor. The turbo blade 1 is rotated at a high speed of 10,000 RPM by this high frequency motor. Therefore, compared to a Roots blower that rotates at low speed, the volume is smaller in inverse proportion to the rotation speed.

さらに、シャフト2の支持のために、高周波モータの両
側に一対のころがり軸受5及び6が使用されている。こ
ろがり軸受5及び6の潤滑には、オイルミストによるレ
ーザガス汚染を防止するために、通常グリース潤滑が使
用される。
Furthermore, for supporting the shaft 2, a pair of rolling bearings 5 and 6 are used on either side of the high frequency motor. Grease lubrication is normally used to lubricate the rolling bearings 5 and 6 in order to prevent laser gas contamination by oil mist.

このような構成によって、レーザガスは矢印8のように
冷却器38からレーザ用ターボブロアへ吸入され、矢印
7のようにレーザ用ターボブロアから冷却器37へ吐出
される。
With this configuration, laser gas is drawn from the cooler 38 to the laser turbo blower as shown by arrow 8, and is discharged from the laser turbo blower to the cooler 37 as shown by arrow 7.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

第4図及び第5図に示す従来のレーザ発振装置では以下
のような課題がある。
The conventional laser oscillation device shown in FIGS. 4 and 5 has the following problems.

即ち、従来のレーザ用ターボブロアでは、10万RPM
もの高速回転のため、モータからの発熱が大きく、グリ
ースの劣化及び枯渇といった問題が生じていた。即ち、
モータの効率は約75%程度であり、残りの25%はモ
ータの発熱損失となる。例えば、出力2kWのモータの
場合、約667Wが発熱損失となる。このうちの約56
7Wはステータ4の鉄損と銅損による発熱であり、約1
00Wがロータ3の銅損による発熱である。
In other words, in the conventional laser turbo blower, 100,000 RPM
Because the motor rotates at high speed, the motor generates a large amount of heat, causing problems such as deterioration and depletion of grease. That is,
The efficiency of the motor is about 75%, and the remaining 25% is heat loss from the motor. For example, in the case of a motor with an output of 2 kW, the heat loss is approximately 667 W. Approximately 56 of these
7W is heat generation due to iron loss and copper loss in stator 4, which is approximately 1
00W is heat generation due to copper loss of the rotor 3.

この発熱によって、ロータ3の温度は100℃以上にも
達する。ステータ4の発熱はステータ外周部に水冷装置
を設けることによって、冷却可能であるが、ロータ3は
高速で回転しているため、ステータのように水冷装置を
設けて冷却することは不可能である。また、モータ内は
0.1気圧程度のレーザガスしか存在しないので、空冷
による冷却効果もほとんど期待できない。
Due to this heat generation, the temperature of the rotor 3 reaches 100° C. or more. The heat generated by the stator 4 can be cooled by providing a water cooling device on the outer periphery of the stator, but since the rotor 3 rotates at high speed, it is impossible to cool it by providing a water cooling device like the stator. . Further, since only laser gas of about 0.1 atm exists inside the motor, hardly any cooling effect by air cooling can be expected.

従って、ロータ3で発生した熱はシャフト2を伝わり、
シャフト2に固定された軸受5及び6を加熱し、軸受の
温度を上昇させる。軸受は約80℃の温度までは問題な
く動作するが、これ以上の温度になると、lO℃上昇す
る毎に軸受の寿命が2分の1になるという問題がある。
Therefore, the heat generated by the rotor 3 is transmitted through the shaft 2,
Bearings 5 and 6 fixed to shaft 2 are heated to increase the temperature of the bearings. The bearing operates without problems up to a temperature of approximately 80°C, but when the temperature exceeds this temperature, there is a problem in that the life of the bearing is halved for every 10°C increase.

これは、軸受の潤滑剤が高温度によって劣化することに
起因する。
This is due to the fact that the bearing lubricant deteriorates due to high temperatures.

従って、このような状態のまま、運転を継続すると軸受
が破壊してしまうという問題がある。そこで、通常は1
000時間毎にグリースを補充したり、軸受自身を交換
したりしていた。従って、従来はこのようなメンテナン
スに多大な労力を費やしていた。
Therefore, if the operation is continued in this state, there is a problem that the bearing will be destroyed. Therefore, usually 1
Grease was replenished and the bearings themselves were replaced every 1,000 hours. Therefore, conventionally, a great deal of effort has been spent on such maintenance.

さらに、軸受5及び6に伝わった熱によって、グリース
が気化してしまい。気化したグリースはレーザガス中に
混入して光学部品等を汚染し、レーザ出力低下やモード
変形等といった問題を起こしていた。
Furthermore, the heat transmitted to the bearings 5 and 6 causes the grease to vaporize. The vaporized grease mixes into the laser gas and contaminates optical components, causing problems such as a decrease in laser output and mode deformation.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、軸
受の温度上昇を抑制し、信頼性及び保守性に優れたレー
ザ用ターボブロア及びそれを用いたレーザ発振装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a laser turbo blower and a laser oscillation device using the same, which suppress the temperature rise of the bearing and have excellent reliability and maintainability. do.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

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軸受と、
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、前記シャフトが磁気
カップリングを介してトルク結合された第1及び第2の
シャフトからなり、前記ターボ翼が前記第1のシャフト
に設けられ、前記モータが前記第2のシャフトに設けら
れていることを特徴とするレーザ用ターボブロアが、提
供される。
In order to solve the above problems, the present invention includes a shaft having a turbo blade at its tip, a bearing that supports the shaft,
A laser turbo blower comprising a motor for rotating the shaft, wherein the shaft comprises first and second shafts torque-coupled via a magnetic coupling, and the turbo blade is connected to the first shaft. Provided is a turbo blower for a laser, characterized in that the motor is provided on the second shaft.

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。
Furthermore, the present invention provides a laser oscillation device using the above laser turbo blower.

〔作用〕[Effect]

シャフトを磁気カップリングを介してトルク結合された
第1及び第2のシャフトで構成し、ターボ翼を第1のシ
ャフトに設け、熱源であるモータを第2のシャフトに設
ける。モータの回転トルクは磁気カップリングを介して
ターボ翼側に伝達するが、モータで発生した熱は磁気カ
ップリングによって熱的に遮断される。これによって、
空冷効果の期待できない第1のシャフト側の軸受にモー
タからの熱が伝達しなくなる。
The shaft is composed of a first shaft and a second shaft which are torque-coupled via a magnetic coupling, a turbo blade is provided on the first shaft, and a motor serving as a heat source is provided on the second shaft. The rotational torque of the motor is transmitted to the turbo blade side via the magnetic coupling, but the heat generated by the motor is thermally blocked by the magnetic coupling. by this,
Heat from the motor is no longer transmitted to the bearing on the first shaft side, where no air cooling effect can be expected.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第1図は本発明のレーザ用ターボブロアの第1の実施例
の構成を示す図である。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1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。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of a laser turbo blower according to the present invention. Components that are the same as those in FIG. 5 are given the same reference numerals, so a description thereof will be omitted. Here, the turbo blade 1 is shown as a centrifugal blade, but it may be a diagonal flow blade or an axial flow blade.

本実施例が従来のものと本質的に異なる部分は、シャフ
トを磁気カップリングでトルク結合された第1及び第2
のシャフト21及び22で構成し、第1のシャフト21
に軸受5及び6を設け、第2のシャフト22にモータを
構成するロータ3及びステータ4を設けた点である。
The essential difference between this embodiment and the conventional one is that the shaft is connected to the first and second shafts, which are torque-coupled by magnetic coupling.
The first shaft 21 is composed of shafts 21 and 22.
Bearings 5 and 6 are provided on the second shaft 22, and the rotor 3 and stator 4 that constitute the motor are provided on the second shaft 22.

さらに、本実施例では、レーザ用ターボブロアを構成す
るハウジングを軸受ハウジング11とモータハウジング
12の2つのハウジングに分割している。
Furthermore, in this embodiment, the housing constituting the laser turbo blower is divided into two housings: a bearing housing 11 and a motor housing 12.

軸受ハウジング11にはターボ翼1の取り付けられた第
1のシャフト21と、第1のシャフト21を保持する軸
受5及び6とが収納される。軸受ハウジング11はレー
ザガス下にあり、両側をOリング9及び10によってシ
ールされている。
The bearing housing 11 accommodates a first shaft 21 to which the turbo blade 1 is attached, and bearings 5 and 6 that hold the first shaft 21. The bearing housing 11 is under the laser gas and sealed on both sides by O-rings 9 and 10.

モータハウジング12には第2のシャフト22と、第2
のシャフト22を保持する軸受13及び14と、ロータ
3とステータ4とからなるモータとが収納される。モー
タハウジング12は大気圧下に設けられる。ステータ4
の周囲にはステータ4を冷却するための水冷管15が設
けられている。
The motor housing 12 includes a second shaft 22 and a second shaft 22 .
Bearings 13 and 14 that hold the shaft 22, and a motor consisting of a rotor 3 and a stator 4 are housed. Motor housing 12 is provided under atmospheric pressure. Stator 4
A water cooling pipe 15 for cooling the stator 4 is provided around the stator 4 .

軸受ハウジング11とモータハウジング12との間には
、第2のシャフト22の回転トルクを第1のシャフト2
1に伝達する磁気カップリングが設けられている。
Between the bearing housing 11 and the motor housing 12, the rotational torque of the second shaft 22 is transferred to the first shaft 2.
1 is provided.

磁気カップリングは磁極16と円筒状ヨーク17とから
なる。円筒状ヨーク17の回転に応じて磁極16が回転
し、モータの回転トルクは第2のシャフト22から第1
のシャフト21に伝達される。この磁気カップリングの
間隙部、即ち磁極16と円筒状ヨーク17と間には軸受
ハウジング11内のレーザガスを気密封止するための隔
壁18が設けられている。
The magnetic coupling consists of a magnetic pole 16 and a cylindrical yoke 17. The magnetic pole 16 rotates in accordance with the rotation of the cylindrical yoke 17, and the rotational torque of the motor is transferred from the second shaft 22 to the first shaft.
is transmitted to the shaft 21 of. A partition wall 18 is provided between the magnetic coupling, that is, between the magnetic pole 16 and the cylindrical yoke 17, for hermetically sealing the laser gas within the bearing housing 11.

このように第1及び第2のシャフト21.22は磁気カ
ップリングによって熱的に遮断されているので、ロータ
3で発生した熱は軸受5及び6に伝達することはない。
Since the first and second shafts 21 , 22 are thus thermally isolated by the magnetic coupling, the heat generated in the rotor 3 is not transferred to the bearings 5 and 6 .

ロータ3によって加熱される第2のシャフト22は圧縮
空気等の強制空冷によって冷却される。また、汚染の心
配がないのでオイルミストやオイルジェット等のオイル
潤滑でも良い。
The second shaft 22 heated by the rotor 3 is cooled by forced air cooling such as compressed air. Furthermore, since there is no fear of contamination, oil lubrication such as oil mist or oil jet may be used.

また、磁気カップリングは第1のシャフト21側に磁極
16を有し、第2のシャフト22側に渦電流の発生する
円筒状ヨーク17を有する。従って、第1のシャツ)2
1は渦電流による発熱の影響を受けない。
Further, the magnetic coupling has a magnetic pole 16 on the first shaft 21 side, and a cylindrical yoke 17 in which an eddy current is generated on the second shaft 22 side. Therefore, the first shirt)2
1 is not affected by heat generation due to eddy currents.

第2図(a)は磁気カップリングの詳細を示す軸方向の
断面図であり、第2図(b)は第2図(a)のA−A方
向の断面図である。
FIG. 2(a) is an axial cross-sectional view showing details of the magnetic coupling, and FIG. 2(b) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2(a).

磁極16は中空円板状の磁石19と、この磁石19を両
側から挟む円板状のヨーク23及び24とからなる。磁
石19の第2のシャフト22側はN極で、第1のシャフ
ト21側はS極である。円板ヨーク23及び24は磁路
となり、磁石19からの磁束20を円筒状のヨーク17
に伝える。磁極16は中心軸に磁路ができないように磁
性体でないステンレスボルト26によって、第1のシャ
フト21に締結されている。円板ヨーク23及び24と
円筒状ヨーク17とは歯と歯が噛み合うような構成にな
っている。
The magnetic pole 16 consists of a hollow disk-shaped magnet 19 and disk-shaped yokes 23 and 24 that sandwich the magnet 19 from both sides. The second shaft 22 side of the magnet 19 is a north pole, and the first shaft 21 side is a south pole. The disk yokes 23 and 24 form a magnetic path, and the magnetic flux 20 from the magnet 19 is transferred to the cylindrical yoke 17.
tell to. The magnetic pole 16 is fastened to the first shaft 21 by a non-magnetic stainless steel bolt 26 so that a magnetic path is not formed along the central axis. The disc yokes 23 and 24 and the cylindrical yoke 17 are configured so that their teeth mesh with each other.

隔壁18は中空円板27と円筒28と円板29とからな
る。中空円板27及び円板29は共にステンレス製であ
り、円筒28はガラス等の絶縁体で作られる。円筒28
を絶縁体としたのは、磁束20によって隔壁18に渦電
流が発生しないようにするためである。渦電流が発生す
ると隔壁18自体が発熱してしまい冷却効果を低減する
からである。
The partition wall 18 consists of a hollow disk 27, a cylinder 28, and a disk 29. Both the hollow disk 27 and the disk 29 are made of stainless steel, and the cylinder 28 is made of an insulator such as glass. cylinder 28
The reason why is made of an insulator is to prevent eddy current from being generated in the partition wall 18 due to the magnetic flux 20. This is because when an eddy current occurs, the partition wall 18 itself generates heat, reducing the cooling effect.

ここで、磁気カップリングのトルクτは仮想仕事の原理
より次式のように近似計算できる。
Here, the torque τ of the magnetic coupling can be approximately calculated using the principle of virtual work as shown in the following equation.

τ=  (Ea−Eb)/dθ Eaは磁気カップリングの外歯と内歯とが合っている場
合のエネルギー、Ebは磁気カップリングの外歯と内歯
とが合っていない場合のエネルギ、dθは両者の間のロ
ータ回転角(機械角表示)である。
τ= (Ea-Eb)/dθ Ea is the energy when the external teeth and internal teeth of the magnetic coupling match, Eb is the energy when the external teeth and internal teeth of the magnetic coupling do not match, dθ is the rotor rotation angle (expressed in mechanical angle) between the two.

上式は歯が合っている場合と合っていない場合との中間
における平均伝達トルクを示している。
The above equation shows the average transmitted torque between when the teeth are aligned and when they are not aligned.

また、磁気エネルギーEmは、磁束密度Bと磁場の強さ
Hを用いると、 Em= f v B−Hd v となる。
Further, the magnetic energy Em is expressed as Em=f v B−Hd v using the magnetic flux density B and the magnetic field strength H.

今、第2図の磁気カップリングの寸法を次のように設定
する。
Now, the dimensions of the magnetic coupling shown in FIG. 2 are set as follows.

磁石19の内径をlQmm、外径を28mmとする。円
板状ヨーク23及び24の歯の部分の直径を34mmと
する。円筒状ヨーク17の歯の部分の直径を38mm、
スロットの部分の直径を42mmとする。円筒状ヨーク
17の外径を44mmとする。従って、円筒状ヨーク1
7の歯の部分の肉厚は3mmであり、スロット部分の肉
厚は1mmである。円筒状ヨーク17の歯及びスロット
の部分の長さを等しくする。磁石19と円板状ヨーク2
3及び24の厚さはそれぞれ3mmとする。
The magnet 19 has an inner diameter of 1Q mm and an outer diameter of 28 mm. The diameter of the teeth of the disc-shaped yokes 23 and 24 is 34 mm. The diameter of the tooth portion of the cylindrical yoke 17 is 38 mm,
The diameter of the slot portion is 42 mm. The outer diameter of the cylindrical yoke 17 is 44 mm. Therefore, the cylindrical yoke 1
The wall thickness of the tooth portion 7 is 3 mm, and the wall thickness of the slot portion is 1 mm. The lengths of the tooth and slot portions of the cylindrical yoke 17 are made equal. Magnet 19 and disk-shaped yoke 2
The thicknesses of 3 and 24 are each 3 mm.

このような磁気カップリングを想定して、有限要素法に
より磁気エネルギーEa及びEbを解析すると、 Ea=1.2459  (J/rad)Eb=0.86
70  (J/rad>dθ=π/4(rad) となる。従って、伝達トルクτは0.48248Nm 
(0,04923kg fm)となる。
Assuming such magnetic coupling, when magnetic energies Ea and Eb are analyzed using the finite element method, Ea=1.2459 (J/rad) Eb=0.86
70 (J/rad>dθ=π/4(rad). Therefore, the transmitted torque τ is 0.48248Nm
(0,04923kg fm).

ターボブロアに要求されるトルクは約0.019 k 
g f’mなので、安全率を2.5倍としても十分にこ
の磁気カップリングによってトルクの伝達は可能である
The torque required for the turbo blower is approximately 0.019 k
Since g f'm, torque can be sufficiently transmitted by this magnetic coupling even if the safety factor is set to 2.5 times.

第3図は本発明のレーザ発振装置の第2の実施例の構成
を示す図である。本実施例は第1図のレーザ用ターボブ
ロアの軸受5.6.13及び14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。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a second embodiment of the laser oscillation device of the present invention. In this embodiment, an oil film damper is attached around the bearings 5, 6, 13 and 14 of the laser turbo blower shown in FIG. 1 to absorb the vibrations of the bearings.

オイルフィルムダンパーはスリーブ51と、0リング5
2及び53と、軸受ハウジング11とスリーブ51との
間に充填されたオイルとによって構成される。
The oil film damper consists of sleeve 51 and O-ring 5.
2 and 53, and oil filled between the bearing housing 11 and the sleeve 51.

ころがり軸受5及び6の内輪は第1のシャフト21に固
定され、外輪はスリーブ51に固定されている。ころが
り軸受13及び14の内輪は第2のシャフト22に固定
され、外輪はスリーブ51に固定されている。軸受ハウ
ジング11とスリーブ24との間には10〜100μm
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。
The inner rings of the rolling bearings 5 and 6 are fixed to the first shaft 21, and the outer rings are fixed to the sleeve 51. The inner rings of the rolling bearings 13 and 14 are fixed to the second shaft 22, and the outer rings are fixed to the sleeve 51. There is a gap of 10 to 100 μm between the bearing housing 11 and the sleeve 24.
A gap is provided and filled with grease or oil.

0リング52及び53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。
The O-rings 52 and 53 are for blocking the laser gas from grease or oil filled in the gap.

このような構成にすることによって、ターボ翼l及びシ
ャツ)21が高速で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。
With this configuration, vibrations caused when the turbo blade 1 and the shirt 21 rotate at high speed are attenuated by the hydrodynamic damping effect of the oil film damper.

このオイルフィルムダンパーは第1のシャフト21の軸
受5及び6のみに設けてもよい。
This oil film damper may be provided only on the bearings 5 and 6 of the first shaft 21.

以上の実施例ではころがり軸受について説明したが、玉
軸受又はコロ軸受でもよい。さらに、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。
Although rolling bearings have been described in the above embodiments, ball bearings or roller bearings may also be used. Furthermore, a ceramic bearing using ceramic as the bearing material may be used.

以上のように本実施例によれば、軸受部の温度上昇を抑
制したので、従来500〜1000時間であった軸受の
寿命が、5000〜15000時間と長くなり、さらに
、グリースの定期的な補充又は軸受及びグリースの交換
といった保守が不要となる。
As described above, according to this embodiment, since the temperature rise in the bearing part is suppressed, the life of the bearing is extended from 500 to 1,000 hours to 5,000 to 15,000 hours. Also, maintenance such as replacing bearings and grease becomes unnecessary.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、軸受部の温度上昇
を抑制することができ、グリースの定期的な補充又は軸
受及びグリースの交換といった保守が不要となり、信頼
性及び保守性の改善されたレーザ用ターボブロアを提供
することが可能となる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to suppress the temperature rise in the bearing part, and there is no need for maintenance such as regular replenishment of grease or replacement of the bearing and grease, and reliability and maintainability are improved. It becomes possible to provide a turbo blower for lasers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1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2図(a)は磁気カブプリングの詳細を示す軸方向の
断面図、 第2図(b)は第2図(a)のA−A方向の断面図、 第3図は本発明の第2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4図は従来の炭酸(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  − ターボ翼 2.21.22 ・   シャフト 3   ・ ロータ 4−・−・・・ステータ 5.6.13.14 ・・  軸受 9.10.52.53° ゛ ・ 0リング11   
 軸受ハウジング 12 ゛  モータハウジング 15    水冷管 16    磁極 17 ・・−°・円筒状ヨーク 18    隔壁 19  ・・  磁石 20 ・  磁束 24°・″  円板状ヨーク 26    ステンレスボルト 31  ・ 放電管 32    出力結合鏡 33  ° 全反射鏡 34.35−−〜−電極 36 ・−高周波電源 38 ・   冷却器 39    送風機 40 −  ガスボンベ 42 ゛   真空ポンプ 43 °・° 共振器内レーザビーム光軸23. 37、 °・° °共振器外レーザビーム光軸
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a laser turbo blower according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along the line A-A in FIG. 3 (a), FIG. 3 is a diagram showing the structure of a laser turbo blower according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a conventional carbon dioxide (CO2) gas laser oscillation device. Figure 5 is a diagram showing the overall configuration of a conventional laser turbo blower. 1 - Turbo blade 2.21.22 ・ Shaft 3 ・ Rotor 4 --- Stator 5.6.13.14 ・ Bearing 9.10.52.53° ゛ ・ O-ring 11
Bearing housing 12 ゛ Motor housing 15 Water-cooled tube 16 Magnetic pole 17 ...-°・Cylindrical yoke 18 Partition wall 19 ... Magnet 20 ・Magnetic flux 24°・'' Disc-shaped yoke 26 Stainless steel bolt 31 ・Discharge tube 32 Output coupling mirror 33° Total reflection mirror 34. 35 --- Electrode 36 - High frequency power supply 38 ・ Cooler 39 Air blower 40 - Gas cylinder 42 ゛ Vacuum pump 43 °・° Laser beam optical axis in resonator 23. 37, °・° ° Resonator Outer laser beam optical axis

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)先端にターボ翼を有するシャフトと、前記シャフ
トを支持する軸受と、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
、 前記シャフトが磁気カップリングを介してトルク結合さ
れた第1及び第2のシャフトからなり、前記ターボ翼が
前記第1のシャフトに設けられ、前記モータが前記第2
のシャフトに設けられていることを特徴とするレーザ用
ターボブロア。
(1) In a laser turbo blower comprising a shaft having a turbo blade at the tip, a bearing that supports the shaft, and a motor for rotating the shaft, the shaft is torque-coupled via a magnetic coupling. the turbo blade is provided on the first shaft, and the motor is provided on the second shaft.
A turbo blower for lasers, characterized in that it is installed on the shaft of.
(2)前記第1のシャフトを収納する第1のハウジング
と、前記第2のシャフト及び前記モータを収納する第2
のハウジングと、前記第1のハウジング内にレーザガス
を気蜜封止するために前記磁気カップリングの間隙部に
設けられた隔壁と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。
(2) a first housing that accommodates the first shaft; a second housing that accommodates the second shaft and the motor;
and a partition wall provided in the gap of the magnetic coupling for air-tightly sealing the laser gas in the first housing. turbo blower for lasers.
(3)前記磁気カップリングは前記第1のシャフト側に
磁石を有し、前記第2のシャフト側に渦電流板を有する
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) The laser turbo blower according to claim 1, wherein the magnetic coupling has a magnet on the first shaft side and an eddy current plate on the second shaft side.
(4)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、第2項、第3項又
は第4項記載のレーザ用ターボブロア。
(4) The turbo blower for a laser according to claim 1, 2, 3, or 4, characterized in that an oil film damper is provided on the bearing.
(5)前記軸受が玉軸受であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項、第2項、第3項又は第4項記載のレー
ザ用ターボブロア。
(5) The laser turbo blower according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the bearing is a ball bearing.
(6)前記軸受がころ軸受であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項、第2項、第3項又は第4項記載のレ
ーザ用ターボブロア。
(6) A laser turbo blower as set forth in claim 1, 2, 3, or 4, wherein the bearing is a roller bearing.
(7)前記軸受がセラミック軸受であることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項、第2項、第3項又は第4項記
載のレーザ用ターボブロア。
(7) The laser turbo blower according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the bearing is a ceramic bearing.
(8)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7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。
(8) A laser oscillation device comprising a discharge tube that excites the laser by gas discharge, an optical resonator that causes laser oscillation, and a gas circulation device that forcibly cools the laser gas using a blower and a cooler, wherein the blower is A laser oscillation device comprising the laser turbo blower according to any one of claims 1 to 7.
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