JPH0344082A - 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 - 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。

〔従来の技術〕

最近の炭酸（Ｃｏ２）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。

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。

第３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３
５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３２から外部に取り出されるレーザビーム光軸を４
４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まず最
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による排気とバ
ルブ４１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３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。

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４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、回転数約
１０万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。

さらに、シャフト２の支持にころがり軸受５及び６が使
用されている。通常、グリース潤滑の高速限界は軸受５
及び６の内径とＤｍ−Ｎ値とできまる。Ｄｍは軸受の内
径と外径との平均値であり、Ｎは回転数である。このＤ
ｍ−Ｎ値は軸受内径が小さい方が高速回転には有利であ
る。例えば、内径６ｍｍの軸受ではＤｍ−Ｎ値は１７０
万［ｍｍ・ｒｐｍｌであり、内径８ｍｍでは１５０万〔
ｍｍ−ｒ　ｐｍ：］　、内径１０ｍｍでは１４０万〔ｍ
ｍ・ｒｐｍｌである。

また、回転部のアンバランスによる遠心力や自重等の荷
重が軸受に作用しているので、剛性面からあまり小さな
軸受を使用することはできない。

従って、現在では軸受内径８ｍｍのものを使用している
。

ころがり軸受５及び６の潤滑には光学部品の汚染を防止
するために、オイルを定期的に軸受に供給するオイル供
給ユニットが使用されている。供給ユニットは図示して
いないが、オイルを送出するポンプと、オイルを貯蔵す
るタンクと、オイル内のゴミを取り除くフィルター等で
構成されている。

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図及び第４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。

即ち、従来のレーザ用ターボブロアでは、１０万ｒｐｍ
もの高速で回転するため、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５６７Ｗはステータ４の鉄損と銅
損による発熱であり、約１００Ｗがロータ３の銅損であ
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、冷却可能であり、さほど問題とはならな
い。しかし、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。

ロータ３で発生した熱はシャフト２を伝達し、軸受を加
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、
↓０℃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。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。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。

軸受の破壊はターボ翼１に近い方の軸受６よりも、遠い
方の軸受５に多く発生する。これは、ターボＭ１には常
時大量のレーザガスが吹きつけられているので、常時冷
却されていることとなり、ターボ翼１に近い方の軸受６
の温度はあまり上昇せず、逆に、ターボ翼１から遠い方
の軸受５にはこのような作用がないために温度上昇が大
きいことに起因する。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、温
度上昇による軸受の破壊を防止することのできるレーザ
゛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ｒる一対の軸
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、前記一対の軸
受のうち前記ターボ翼から遠い方の軸受の径を前記ター
ボ翼に近い方の軸受の径よりも小さくしたことを特徴と
するレーザ用ターボブロアが、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〕

軸受の径はターボ翼の回転による遠心力や重量等の荷重
を支えるために、あまり小さなものを使用することは好
ましくない。しかし、ターボ翼から遠い方の軸受はター
ボ翼から離れているため、ターボ翼に近い方の軸受に比
べて遠心力や荷重の影響が少ない。そこで、本発明では
ターボ翼から遠い方の軸受の径をターボ翼に近い方の軸
受の径よりも小さくする。これによって、ターボ翼から
遠い方の軸受のＤｍ−Ｎ値は大きくなり、高速限界が上
昇する。従って、軸受温度が上昇しても軸受の寿命は低
下することなく、ターボブロアを長時間運転することが
可能となる。

〔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４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。

本実施例が従来のものと本質的に異なる部分は、ターボ
翼１から遠い方の軸受５１の径が軸受６よりも小さくな
っている点である。これに応じて、シャフト２１の径も
軸受５１と結合する部分の方が軸受６と結合する部分よ
りも小さくなっている。

本実施例では、軸受５１は内径６ｍｍ、外径１９ｍｍの
ものであり、軸受６は内径３　ｍ　ｍ　、外径２２ｍｍ
のものである。軸受６には内径１０ｍｍのものを使用し
ても同様の効果がある。さらに、本実施例ではシャフト
２１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。即ち、ターボブロアを横方向に設置している
。

第２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。本実施例はレーザ用ターボブロアの
軸受５１及び６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２４と、○リング２２及び２３と
、ハウジング２５とスリーブ２４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５１及び６の
内輪はシャフト２１に固定され、外輪はスリーブ２４に
固定されている。ハウジング２５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。

○リング２２及び２３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１及びシ
ャフト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。

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。

以上のように本実施例によれば、高温となる方の軸受の
高速限界を大きくしたので、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。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、温度上昇による軸
受の破壊を防止することができ、軸受温度が上昇しても
軸受の寿命は低下することなくターボブロアを長時間運
転することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

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３図は従来の炭酸（ＣＯ２）ガスレーザ発振３ 装置の全体構成を示す図、 第４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　　　　シャフト ３　　　　　ロータ ４　　　　ステータ ５．５１．６　　　　軸受 ２２．２３　　　０リング ２４　　　　スリーブ ２５　　　　ハウジング 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 ３７．３８　　　　冷却器 ３９　　　　送風機 ４０　　　　ガスボンベ ４ 真空ポンプ 共振器内レーザビーム光軸 共振器外レーザビーム光軸

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、 前記一対の軸受のうち前記ターボ翼から遠い方の軸受の
   径を前記ターボ翼に近い方の軸受の径よりも小さくした
   ことを特徴とするレーザ用ターボブロア。
2. （２）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。
3. （３）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項又は第２項記載のレーザ用ターボブロア
   。
4. （４）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項又は第２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軸受であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２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。