JPH04311075A - レーザ用ターボブロア - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ発振器内にレーザ
ガスを循環させるレーザ用ターボブロアに関し、特に循
環効率の向上を図ったレーザ用ターボブロアに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の炭酸（ＣＯ２　）ガスレーザ発振
装置は、コンパクトで高出力が得られ、レーザビームの
質も向上している。そうしたことから、金属または非金
属材料等の切断および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。

【０００３】図４に従来のレーザ用ターボブロアの構造
を示す。アルミや鉄などでできたターボ翼１とシャフト
２はナット３で結合されている。シャフト２の中央には
ロータ４が固定され、その周りにはステータ５が設けら
れている。これらロータ４とステータ５とで高周波モー
ター６が構成されている。ターボ翼１はこの高周波モー
タ６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。

【０００４】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７及び８が使用さ
れている。ころがり軸受７および８の潤滑は、オイルを
定期的に軸受に供給するオイルジェットまたはオイルエ
ア潤滑方式、あるいはグリースを封入するグリース潤滑
方式が使用されている。このような構成によってレーザ
用ターボブロアは、ターボ翼１の回転により矢印Ａのよ
うにレーザガスを導入口９から吸入し、吐出口１０から
圧縮したレーザガスを矢印Ｂのように出力する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザ用タ
ーボブロアでは、１個のターボ翼１によってレーザガス
を強制循環させている。しかし、ターボ翼１のような遠
心式ブロアは、定圧縮比型のブロアであり、送風配管の
流体抵抗が増加するとガス流量が減少するという特性が
ある。この特性より、最大出力時では放電管内でのレー
ザガスの流体抵抗が最大となり、それに伴ってガス流量
が最小となる。すなわち、ガスの冷却効率が低下して、
ルーツブロアなどの定流量型のブロアと比較してレーザ
出力が下がってしまうという問題がある。

【０００６】この最大出力時における出力低下を改善す
るためには、所要のガス流量が得られるように送風配管
の流体抵抗を低減するか、もしくは高い圧縮比をターボ
ブロアに持たせれば良いことになる。送風配管の流体抵
抗を低減するには、流体抵抗の最も大きい放電管の内径
を大きくする必要があるが、放電管内径を大きくすると
レーザビームの品質が悪化して、切断などに適したシン
グルモードを得られなくなる。

【０００７】したがって、この出力低下を改善する方法
としては、ターボブロアの圧縮比を上げることが最も有
効となる。その方法には、同じターボ翼を使用して回転
数を上げる方法と、ターボ翼そのものを大型化して所要
の圧縮比を得るという方法が考えられる。しかし、前者
の方法では、高速回転に伴う振動、軸受寿命、モータの
信頼性、インペラの強度および騒音などの問題が生じる
ため、回転数を上げるのにも限界がある。

【０００８】また、後者の方法は、大型化のためターボ
翼にかかる遠心力も増大し、疲労強度やクリープ強度な
どが低下してしまい、信頼性を著しく損なってしまうと
いう問題点がある。本発明はこのような点に鑑みてなさ
れたものであり、小型でありながら高い圧縮比を得るこ
とのできるレーザ用ターボブロアを提供することを目的
とする。

【０００９】

【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、レーザ発振器内にレーザガスを循環させ
るレーザ用ターボブロアにおいて、前記レーザガスを前
記レーザ発振器側へ送るターボ翼と、前記ターボ翼を支
持するシャフトと、前記シャフトを回転させるモータと
、前記回転するシャフトを支持する軸受と、前記シャフ
ト上で前記ターボ翼の上流側に取り付けられる軸流形の
動翼と、を有す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。

【００１０】

【作用】ターボブロアに導入されたレーザガスは、軸流
形の動翼で圧縮され、さらにターボ翼で圧縮されてレー
ザ発振器側へ送られる。したがって、ターボ翼を大きく
したり、回転数を上げたりすることなく高い圧縮比を得
ることができる。また、それに伴いターボブロアの大型
化および耐久性の劣化を防止することが可能となる。

【００１１】

【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。図２は本実施例のターボブロアが適用される炭
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２１の両端には出力結合鏡２２と全反射
鏡２３とからなる光共振器が設置されている。放電管２
１の外周上には金属電極２４及び２５が取り付けられて
いる。金属電極２４は接地され、金属電極２５は高周波
電源２６に接続されている。金属電極２４及び２５の間
には高周波電源２６から高周波電圧が印加される。これ
によって、放電管２１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２１内のレーザビーム光
軸を３３で、また、出力接合鏡２２から外部に取り出さ
れるレーザビーム光軸を３４でそれぞれ示す。

【００１２】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３２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３１が開放になり所
定流量のレーザガスがガスボンベ３０から導かれ、それ
により装置内のガス圧が規定値に達する。その後は真空
ポンプ３２の排気とバルブ３１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。

【００１３】さらに図２では、ターボブロア２９によっ
てレーザガスを装置内で循環させている。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、理論的には
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。

【００１４】本装置では、レーザガスは約２００ｍ／ｓ
ｅｃ以上の流速で放電管２１内を通過して矢印で示す方
向に流れ、冷却器２８に導かれる。冷却器２８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、ターボブロア２９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２７を介し
て放電管２１に導かれる。これは、ターボブロア２９で
発生した圧縮熱を放電管２１に再度導かれる前に冷却器
２７で除去するためである。これらの冷却器２７及び２
８は周知であるので詳細な説明は省略する。

【００１５】次に本発明に係るターボブロア２９の構成
を説明する。図１はターボブロア２９の構成を示す断面
図である。なお、図４と同一の構成のものには同一の符
号を付してある。シャフト２にはターボ翼１と軸流形の
動翼１１がナット３で固定されている。シャフト２の中
央にはロータ４が固定され、ハウジング１４にはステー
タ５が設けられている。これらロータ４とステータ５と
で高周波モータ６が構成されている。ターボ翼１はこの
高周波モータ６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。

【００１６】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７及び８が使用さ
れている。ころがり軸受７および８は、それぞれ内輪７
ａ，８ａ、外輪７ｂ，８ｂおよびボール７ｃ，８ｃから
なっている。ころがり軸受７および８は、シャフト２の
軸芯に対して斜め方向の力を受け止めるアンギュラ玉軸
受である。ころがり軸受７および８の潤滑方式は、オイ
ルを定期的に軸受に供給するオイルジェットまたはオイ
ルエア潤滑方式、あるいはグリースを封入するグリース
潤滑方式が使用されている。

【００１７】ころがり軸受７および８とハウジング１４
との間には、オイルフィルムダンパ１５、１６が設けら
れている。オイルフィルムダンパ１５，１６は、それぞ
れころがり軸受７、８とその外周に設けられた図示され
ていないスリーブとの間の空間にＯリング１５ａ，ｂお
よび１６ａ，ｂを設けたものであり、空間内には、グリ
ースまたはオイルが充填されている。このオイルフィル
ムダンパ１５、１６を設けることにより、シャフト２が
高速回転したときの振動を減衰させることができる。

【００１８】ターボ翼１と反対側に位置するころがり軸
受８には、コイルバネ１７が当接している。コイルバネ
１７は、ころがり軸受７，８にスラスト方向の予圧（例
えば２ｋｇｆ以上）を与えている。これにより、ころが
り軸受７，８の各内輪７ａ，８ａ、外輪７ｂ，８ｂおよ
びボール７ｃ，８ｃ間に隙間ができないようにしている
。

【００１９】ターボ翼１側に位置するころがり軸受７に
接してスラストメタル１８が設けられている。このスラ
ストメタル１８はテフロン（例えば四フッ化エチレン）
製であり、ボルト１９ａ，１９ｂによってハウジング１
４に固定され、コイルバネ１７によるスラスト方向の予
圧を受け止めている。

【００２０】レーザガスをブロア内に導入する導入口９
には、静翼１２を有する円筒体１３が挿入されている。 静翼１２は、その位置が動翼１１とターボ翼１との間に
くるように円筒体１３に固定されている。これら動翼１
１と静翼１２とにより後置静翼形の軸流ファンが形成さ
れている。動翼１１と静翼１２は、それぞれ１２枚の羽
根１１ａ，１２ａを有している。これらの羽根１１ａ，
１２ａは、動翼１１が回転することにより、導入口９か
らのレーザガスを軸方向に圧縮し、ターボ翼１へ送るよ
うに形成されている。

【００２１】上記構成を有するターボブロア２９は、導
入口９から矢印Ａの向きに導入されたレーザガスを動翼
１１で吸入し圧縮する。静翼１２はこの動翼１１で吸入
、圧縮されたレーザガスをさらに圧縮し、ターボ翼１に
送る。したがって、ターボ翼１に導入されるレーザガス
は、高圧力のものとなる。また、静翼１２は動翼１１に
よって乱れたレーザガスの流れを軸方向に向ける働きを
するので、レーザガスを効率よくターボ翼１に送ること
ができる。こうして高圧力のレーザガスは、ターボ翼１
によってさらに圧縮されて吹き出し口１０から矢印Ｂの
ようにレーザ発振器側に送られる。

【００２２】図３は従来のものと比較した本発明のター
ボブロア２９の排気特性を示す図である。図中曲線４１
〜４３は、本実施例のターボブロア２９の特性を示す曲
線、４４〜４６は従来のターボブロアの特性を示す曲線
である。また、曲線４１と４４は高回転数Ｈで、４２と
４５は中回転数Ｍで、４３と４６は低回転数Ｌでターボ
ブロアを動作させたときの特性である。図３から分かる
ように、どちらのターボブロアも回転数の上昇とともに
圧縮比が増大しており、その圧縮比はガス流量に対して
ほぼ一定の値を示している。しかし、同一回転数で比べ
ると、本実施例の場合は、従来より１．２倍の圧縮比を
得ている。

【００２３】このように、ターボ翼１の上流に動翼１１
と静翼１２とを設けることにより、従来のレーザ用ター
ボブロアと比較して、同じ回転数でも高い圧縮比を得る
ことが可能となる。このため、回転数および負荷を抑え
ることができるので、耐久性が向上する。また、動翼１
１を軸流形とし、ターボ翼１と同じシャフト２上に固定
することにより、コンパクトなターボブロアが提供され
る。

【００２４】なお、本実施例では、ターボ翼１に遠心式
のものを使用したが、これを軸流式、または斜流式のも
のにしてもよい。また、ころがり軸受７，８をセラミッ
クで構成することにより、ころがり軸受の寿命をさらに
長くすることができる。さらにころがり軸受７，８に代
えてころ軸受としてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ターボ
ブロアに導入されたレーザガスを軸流形の動翼で圧縮し
、さらにターボ翼で圧縮してレーザ発振器側へ送るよう
にしたので、ターボ翼を大きくしたり、回転数を上げた
りすることなく高い圧縮比を得ることができる。また、
それに伴いターボブロアを小型化し、耐久性の劣化を防
止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るターボブロアの構成を示す断面図
である。

【図２】本発明の一実施例のターボブロアが適用される
炭酸ガスレーザ発振装置の全体構成を示す図である。

【図３】従来のものと比較した本発明のターボブロアの
排気特性を示す図である。

【図４】従来のレーザ用ターボブロアの構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

１　　ターボ翼 ２　　シャフト ６　　高周波モータ ７，８　　ころがり軸受 １１　　動翼 １２　　静翼 １５，１６　　オイルフィルムダンパ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザ発振器内にレーザガスを循環さ
   せるレーザ用ターボブロアにおいて、前記レーザガスを
   前記レーザ発振器側へ送るターボ翼と、前記ターボ翼を
   支持するシャフトと、前記シャフトを回転させるモータ
   と、前記回転するシャフトを支持する軸受と、前記シャ
   フト上で前記ターボ翼の上流側に取り付けられる軸流形
   の動翼と、を有することを特徴とするレーザ用ターボブ
   ロア。
2. 【請求項２】　　前記動翼の下流側でかつ前記ターボ翼
   の上流側には、前記レーザ用ターボブロア本体に固定さ
   れる静翼とが設けられていることを特徴とする請求項１
   記載のレーザ用ターボブロア。
3. 【請求項３】　　前記軸受にはオイルフィルムダンパが
   設けられていることを特徴とする請求項１記載のレーザ
   用ターボブロア。
4. 【請求項４】　　前記軸受はアンギュラ玉軸受であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のレーザ用ターボブロア。
5. 【請求項５】　　前記軸受はころ軸受であることを特徴
   とする請求項１記載のレーザ用ターボブロア。
6. 【請求項６】　　前記軸受はセラミック軸受であること
   を特徴とする請求項１記載のレーザ用ターボブロア。