JPH07154010A - Turboblower for laser - Google Patents

Turboblower for laser

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Publication number
JPH07154010A
JPH07154010A JP30151693A JP30151693A JPH07154010A JP H07154010 A JPH07154010 A JP H07154010A JP 30151693 A JP30151693 A JP 30151693A JP 30151693 A JP30151693 A JP 30151693A JP H07154010 A JPH07154010 A JP H07154010A
Authority
JP
Japan
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shaft
laser
gas
rotor
thread groove
Prior art date
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Pending
Application number
JP30151693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Funakubo
勤 舟久保
Mitsuo Manabe
三男 真鍋
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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Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP30151693A priority Critical patent/JPH07154010A/en
Publication of JPH07154010A publication Critical patent/JPH07154010A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a turboblower for forcibly circulating a laser gas being used in a gas laser in which heating of shaft is retarded. CONSTITUTION:A shaft 2 is threaded 19 in the axial direction. Cooling gas flowing into a blower enters into the air gap of the thread 19 and fed sequentially in the axial direction, as shown by an arrow 90, as the shaft 2 rotates before being discharged through vacuum couplings 16, 18. Consequently, the shaft 2 is cooled directly including the hottest part, i.e., the fitting part of the rotor 3 and the shaft 2. This structure enhances the cooling effect of the shaft 2 significantly.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はガスレーザ装置に使用さ
れるレーザガスを強制的に循環させるレーザ用ターボブ
ロアに関し、特にシャフト部分の冷却効果向上を図った
レーザ用ターボブロアに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser turbo blower for forcibly circulating a laser gas used in a gas laser device, and more particularly to a laser turbo blower for improving a cooling effect of a shaft portion.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の炭酸ガスレーザ装置はコンパクト
で高出力が得られ、レーザビームの品質もよく、金属又
は非金属材料等の切断及び金属材料の溶接といったレー
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。
2. Description of the Related Art Recent carbon dioxide gas laser devices are compact and have a high output and good laser beam quality, and are widely used for laser processing such as cutting metal or non-metal materials and welding metal materials. Is coming. In particular,
As a CNC laser processing machine combined with a CNC (numerical control device), it is rapidly developing in the field of cutting complex shapes at high speed and with high accuracy.

【0003】この炭酸ガスレーザ装置のうち、高速軸流
型のものには、レーザガスを強制的に循環させるために
レーザ用ターボブロアが用いられている。これは、放電
管内で高温になったレーザガスを冷却器に送り込んで強
制的に冷却するためである。
Among these carbon dioxide laser devices, a high-speed axial flow type uses a laser turbo blower for forcibly circulating the laser gas. This is because the laser gas, which has become hot in the discharge tube, is sent to the cooler for forced cooling.

【0004】図6は従来のレーザ用ターボブロア100
Aの構成図である。図において、アルミや鉄などででき
たターボ翼1と、そのターボ翼1の回転を支持するシャ
フト2Aとはナット7で機械的に結合されている。この
シャフト2Aは磁性体である炭素鋼など形成されてい
る。シャフト2Aにはその外周に沿ってロータ3が焼き
ばめや圧入、接着などで固定されている。そのロータ3
の外側には、アルミやステンレスなどの金属でできたハ
ウジング12に焼きばめや圧入、接着又はねじ止めなど
で固定されたステータ4があり、ロータ3との間でモー
ター3Mを構成している。モータ3Mは高速性、高負荷
性、アルミ鋳造法(ダイカスト法)などの量産性から誘
導かご形モータが採用されている。
FIG. 6 shows a conventional turbo blower 100 for a laser.
It is a block diagram of A. In the figure, a turbo blade 1 made of aluminum, iron or the like and a shaft 2A for supporting the rotation of the turbo blade 1 are mechanically coupled by a nut 7. The shaft 2A is formed of carbon steel, which is a magnetic material. A rotor 3 is fixed to the shaft 2A along its outer periphery by shrink fitting, press fitting, bonding, or the like. The rotor 3
On the outside of the, there is a stator 4 fixed to a housing 12 made of a metal such as aluminum or stainless steel by shrink fitting, press fitting, adhesion or screwing, and constitutes a motor 3M with the rotor 3. . As the motor 3M, an induction cage motor is adopted because of its high speed, high load, and mass productivity such as aluminum casting method (die casting method).

【0005】ターボ翼1はこのモータによって、回転数
1〜10万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。
The turbo blade 1 is rotated by this motor at a high speed of 1 to 100,000 rpm. Therefore, the volume is smaller in inverse proportion to the number of revolutions compared to the low speed rotation roots blower.

【0006】さらに、シャフト2Aの支持のために、モ
ータ3M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の潤滑は、光学部品の
汚染を極力抑えるために低蒸気圧のグリースやオイルが
使用されている。ころがり軸受6側にはターボ翼1の向
きにスラスト方向の予圧をかけるためのコイルバネ11
がある。モータ3Mところがり軸受5,6の間には軸受
冷却用の放熱フィン13,14がやはり焼きばめや圧入
などによってシャフト2Aに固定されている。
Further, in order to support the shaft 2A, a pair of rolling bearings 5 and 6 are used on both sides of the motor 3M. For lubrication of the rolling bearings 5 and 6, low vapor pressure grease or oil is used in order to suppress contamination of optical components as much as possible. A coil spring 11 for applying a preload in the thrust direction toward the turbo blade 1 on the rolling bearing 6 side.
There is. Radiating fins 13 and 14 for cooling the bearings are fixed to the shaft 2A between the motor 3M and the roller bearings 5 and 6 by shrink fitting or press fitting.

【0007】このような構成によって、レーザガスは図
6の矢印9のように吸入され、矢印10のように遠心方
向に吐出される。また、軸受冷却用のガスが真空継手1
5及び16からブロワ内部に流入し、放熱フィン13,
14を通過し、真空継手17および18からブロワ外部
に流出する。
With this structure, the laser gas is sucked in as shown by an arrow 9 in FIG. 6 and discharged in the centrifugal direction as shown by an arrow 10. Also, the gas for cooling the bearing is vacuum joint 1
5 and 16 flow into the blower, and the radiation fins 13,
14 and flows out of the blower from the vacuum joints 17 and 18.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザ用タ
ーボブロワ100Aでは回転数が1〜10万rpmと高
速回転であるので、伝達トルクやアンバランスによる遠
心力に対する剛性確保と共振振動の回避とのためにシャ
フト2Aの直径を太くしなければならない。また、ロー
タ3は自重による遠心力を小さくするため、ロータ外形
を小さくしなければならない。そのため、低速回転に比
較してシャフト2Aは太くなり、ロータ3は細くなるの
で、回転磁界による磁束がロータ3だけでなくシャフト
2Aにも通過してしまい、シャフト2Aに鉄損が発生し
ていた。この鉄損発生について図7〜図10を用いて説
明する。
Since the conventional turbo turbo blower for laser 100A rotates at a high speed of 1 to 100,000 rpm, it is necessary to secure the rigidity against the centrifugal force due to the transmission torque and the unbalance and to avoid the resonance vibration. Therefore, the diameter of the shaft 2A must be increased. Further, the rotor 3 must have a small outer shape in order to reduce the centrifugal force due to its own weight. As a result, the shaft 2A becomes thicker and the rotor 3 becomes thinner than in low-speed rotation, so that the magnetic flux due to the rotating magnetic field passes through not only the rotor 3 but also the shaft 2A, causing iron loss in the shaft 2A. . The occurrence of iron loss will be described with reference to FIGS.

【0009】図7は低速回転での磁束の流れを説明する
ためのモータ断面図である。ステータ4の回転磁界によ
り、磁束33はステータ4の歯40からロータ3とステ
ータ4のギャップを経由してロータ3に入る。ここで、
ロータ3の透磁率がシャフト2の透磁率より高く、また
ロータ3のスロット32とロータ3の内側面との間のヨ
ーク長さLが十分あるので、ロータ3に入った磁束33
は、シャフト2Aの傍を通り、2極の場合は180度対
抗したステータ4の歯41より抜ける。
FIG. 7 is a motor sectional view for explaining the flow of magnetic flux at low speed rotation. Due to the rotating magnetic field of the stator 4, the magnetic flux 33 enters the rotor 3 from the teeth 40 of the stator 4 via the gap between the rotor 3 and the stator 4. here,
Since the magnetic permeability of the rotor 3 is higher than that of the shaft 2, and the yoke length L between the slot 32 of the rotor 3 and the inner surface of the rotor 3 is sufficient, the magnetic flux 33 entering the rotor 3
Passes by the shaft 2A and, in the case of two poles, passes through the teeth 41 of the stator 4 opposed by 180 degrees.

【0010】図8は高速回転での磁束の流れを説明する
ためのモータ断面図である。高速回転の場合は、上述し
たように、遠心力低減のためにロータ3が細くなり、ま
た剛性確保等のためにシャフト2Aが太くなる。このた
め、ロータ3のスロット32とロータ3の内側面との間
のヨーク長さL1が短くなるので、磁束33の一部が、
図に示すようにシャフト2Aを通過してしまう。
FIG. 8 is a motor sectional view for explaining the flow of magnetic flux at high speed rotation. In the case of high-speed rotation, as described above, the rotor 3 becomes thin to reduce the centrifugal force, and the shaft 2A becomes thick to ensure rigidity. For this reason, the yoke length L1 between the slot 32 of the rotor 3 and the inner surface of the rotor 3 is shortened, so that part of the magnetic flux 33 is
As shown in the figure, it will pass through the shaft 2A.

【0011】鉄損はヒステリシス損と渦電流損がある。
シャフト2Aの材料にはその加工性や強度からJISで
規定されたS45C(機械構造用炭素鋼)やSCM(ク
ロムモリブデン鋼)、SNC(ニッケルクロム鋼)、S
Cr(クロム鋼)等の炭素鋼が使用される。しかし、こ
れらの炭素鋼はロータ3に使用される電磁鋼板(珪素鋼
板)に比べ、鉄損が大きい。例えば、一般の電磁鋼板の
鉄損は磁化力1.5T、50Hzでは6W/kg以下で
あるのに対し、炭素鋼では約12W/kgになる。
Iron loss includes hysteresis loss and eddy current loss.
The material of the shaft 2A is S45C (carbon steel for machine structural use), SCM (chromium molybdenum steel), SNC (nickel chrome steel), S, etc. defined by JIS because of its workability and strength.
Carbon steel such as Cr (chrome steel) is used. However, these carbon steels have a larger iron loss than the electromagnetic steel plate (silicon steel plate) used for the rotor 3. For example, the iron loss of a general electromagnetic steel sheet is 6 W / kg or less at a magnetizing force of 1.5 T and 50 Hz, while it is about 12 W / kg for carbon steel.

【0012】しかも、ロータ3で使用される電磁鋼板は
0.3〜0.5mm程度の薄板の積層で、渦電流損を防
いでいるが、シャフト2は強度上同じ対策ができない。
そのため、シャフト2Aではロータ3に比較して鉄損成
分が著しく大きくなる。
Moreover, the electromagnetic steel sheet used in the rotor 3 is a lamination of thin plates of about 0.3 to 0.5 mm to prevent eddy current loss, but the shaft 2 cannot take the same measure in terms of strength.
Therefore, the iron loss component of the shaft 2A becomes significantly larger than that of the rotor 3.

【0013】さらに、ステータコイル42からの漏れ磁
束が存在し、この漏れ磁束はそのステータコイル42の
内側にあるロータ3に入るだけでなく、シャフト2Aが
太い場合は、そのシャフト2Aにも入り通過することに
なる。
Further, there is a leakage magnetic flux from the stator coil 42, and this leakage magnetic flux not only enters the rotor 3 inside the stator coil 42, but also enters the shaft 2A when the shaft 2A is thick and passes therethrough. Will be done.

【0014】また、高速回転であるので、このレーザ用
ターボブロア100Aにインバータから供給される駆動
電流の電流波形は正弦波でなく、歪み波形になる。その
歪み波形の高調波成分も鉄損の原因となっている。
Further, because of the high speed rotation, the current waveform of the drive current supplied from the inverter to the laser turbo blower 100A is not a sine wave but a distorted waveform. The harmonic components of the distorted waveform also cause iron loss.

【0015】図9は6万rpm回転時におけるインバー
タからの駆動電流の波形である。横軸は時間tを、縦軸
は駆動電流Iをそれぞれ示している。レーザ用ターボブ
ロア100が高速回転するときの駆動電流Iは、図に示
すように、明らかに正弦波が歪んで歪み波形101とな
っている。
FIG. 9 shows the waveform of the drive current from the inverter when rotating at 60,000 rpm. The horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents drive current I. The drive current I when the laser turbo blower 100 rotates at high speed obviously has a distorted waveform 101 in which the sine wave is distorted.

【0016】図10は図9の波形を周波数分析した結果
を示す図である。これは歪み波形101をFFT(高速
フーリエ変換)を用いて周波数分析した結果であり、横
軸は周波数成分fであり、縦軸はそのときの強度を電圧
値dBVで表したものである。回転に同期した1kHz
が最も強く現れるが、この1kHz以外に5kHz,7
kHzのような、3の倍数をぬかした奇数倍の高調波が
多数発生している。上述したように、これらの高調波成
分も鉄損を大きくする原因であり、その結果、シャフト
2での発熱も大きくなる。
FIG. 10 is a diagram showing the result of frequency analysis of the waveform of FIG. This is the result of frequency analysis of the distorted waveform 101 using FFT (Fast Fourier Transform), the horizontal axis is the frequency component f, and the vertical axis is the intensity at that time expressed in voltage value dBV. 1 kHz synchronized with rotation
Appears most strongly, but in addition to this 1 kHz, 5 kHz, 7
A large number of harmonics of odd multiples, such as kHz, that are multiples of 3 are generated. As described above, these harmonic components also cause the iron loss to increase, and as a result, the heat generated in the shaft 2 also increases.

【0017】一方、冷却についてはレーザ用ターボブロ
ア100Aの内部は約0.1気圧のレーザガスしか存在
しないので、自然対流での空冷効果が期待できない。ま
た、放熱フィン13及び14での強制冷却でも十分でな
い。
On the other hand, regarding cooling, since only a laser gas of about 0.1 atm exists inside the laser turbo blower 100A, an air cooling effect by natural convection cannot be expected. Further, the forced cooling by the radiation fins 13 and 14 is not sufficient.

【0018】このため、実験ではロータ3の温度は約2
20℃まで上昇し、ころがり軸受5及び6の各内輪の温
度が140℃以上まで達した。このとき、外輪温度は4
0℃であった。ころがり軸受はその形状や大きさにもよ
るが内輪の温度と外輪の温度との差が100℃以上にな
ると、内輪の熱膨張により隙間が無くなり、カジリが発
生してしまう。
Therefore, in the experiment, the temperature of the rotor 3 was about 2
The temperature of each inner ring of the rolling bearings 5 and 6 reached 140 ° C or higher. At this time, the outer ring temperature is 4
It was 0 ° C. When the difference between the temperature of the inner ring and the temperature of the outer ring of the rolling bearing is 100 ° C. or more, depending on the shape and size of the rolling bearing, the inner ring is thermally expanded and the gap disappears, causing galling.

【0019】また、ころがり軸受5及び6に使用される
グリースやオイルの潤滑剤は高温度になると劣化が促進
され、一般的には10℃上昇すると寿命は約1/2にな
る。したがって、このような状態のままで運転すると、
早期のカジリによるころがり軸受5及び6の破壊が発生
したり、あるいは潤滑剤の短期間の交換又は補給が必要
となる。このため、メンテナンスに多大な労力を費やし
ていた。
Further, the lubricant such as grease or oil used for the rolling bearings 5 and 6 is accelerated to deteriorate at a high temperature, and generally the service life becomes about 1/2 when the temperature rises by 10 ° C. Therefore, if you drive in this state,
Failure of the rolling bearings 5 and 6 due to premature galling occurs, or short-term replacement or replenishment of the lubricant is required. Therefore, a great deal of labor is spent on maintenance.

【0020】また、ころがり軸受5及び6の温度上昇は
グリースやオイルの蒸発を促進し、気化した潤滑剤がレ
ーザガス中に混入してガスレーザ装置の光学部品等を汚
染し、レーザ出力の低下やビームモード変形による加工
特性不良といった問題を起こしていた。
Further, the temperature rise of the rolling bearings 5 and 6 promotes the evaporation of grease and oil, and the vaporized lubricant is mixed in the laser gas to contaminate the optical parts of the gas laser device, which lowers the laser output and reduces the beam. This caused problems such as poor processing characteristics due to mode deformation.

【0021】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、シャフトにおける発熱を低く抑えることがで
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。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a turbo turbo blower capable of suppressing heat generation in a shaft to a low level.

【0022】[0022]

【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、前記
シャフトを支持する一対の軸受、及び前記シャフトの外
周に沿って固定されたロータとハウジング側に固定され
たステータとから成るモータから構成されるレーザ用タ
ーボブロアにおいて、前記シャフトに軸方向に沿ってね
じ溝を設け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。
In order to solve the above problems, the present invention provides a shaft having a turbo blade at its tip, a pair of bearings for supporting the shaft, and a rotor fixed along the outer circumference of the shaft. There is provided a laser turbo blower including a motor including a stator fixed to a housing side, wherein the shaft is provided with a thread groove along an axial direction.

【0023】[0023]

【作用】シャフトに軸方向に沿ってねじ溝を設ける。冷
却用ガスは、そのねじ溝の空隙に入り、シャフトの回転
に応じて順次軸方向に送り込まれるようにして流れる。
したがって、最も高温になるロータとシャフトとの嵌合
部分も含めて、シャフトは直接冷却される。
Function: A thread groove is provided on the shaft along the axial direction. The cooling gas enters the gap of the thread groove and flows so as to be sequentially fed in the axial direction according to the rotation of the shaft.
Therefore, the shaft is directly cooled, including the fitting portion between the rotor and the shaft, which has the highest temperature.

【0024】また、ねじ溝によってロータとシャフトと
の接触面積が少なくなるので、ロータからシャフトに伝
わる熱のトータル量が低減する。さらに、ねじ溝によっ
てロータからシャフトに流れる磁束が低減するので、鉄
損が抑えられる。
Further, since the screw groove reduces the contact area between the rotor and the shaft, the total amount of heat transferred from the rotor to the shaft is reduced. Further, since the magnetic flux flowing from the rotor to the shaft is reduced by the thread groove, iron loss is suppressed.

【0025】[0025]

【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1は本発明のレーザ用ターボブロアの構成を
示す図である。図中、既に説明した図6と同一の構成要
素には同一の符号を付してその説明を省略する。本発明
のレーザ用ターボブロア100には、シャフト2に軸方
向に沿ってねじ溝19が設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser turbo blower of the present invention. In the figure, the same components as those already described in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the laser turbo blower 100 of the present invention, a thread groove 19 is provided on the shaft 2 along the axial direction.

【0026】このように、シャフト2にねじ溝19を設
けることによって、冷却ガスは、矢印90のように流
れ、すなわち、真空継手15及び17からブロワ内部に
流入した冷却用ガスは、そのねじ溝19の空隙に入り、
シャフト2の回転に応じて順次軸方向に送り込まれるよ
うにして流れ、真空継手16及び18から外部に出てい
く。したがって、最も高温になるロータ3とシャフト2
との嵌合部分も含めて、シャフト2は直接冷却される。
したがって、シャフト2の冷却効果を大幅に向上させる
ことができる。
By thus providing the shaft 2 with the thread groove 19, the cooling gas flows as shown by the arrow 90, that is, the cooling gas flowing from the vacuum couplings 15 and 17 into the blower has the thread groove. Enter the 19 voids,
According to the rotation of the shaft 2, it flows so as to be sequentially fed in the axial direction and flows out from the vacuum joints 16 and 18. Therefore, the rotor 3 and the shaft 2 having the highest temperature
The shaft 2 is directly cooled including the fitting portion with.
Therefore, the cooling effect of the shaft 2 can be significantly improved.

【0027】また、ロータ3の断面図である図2に示す
ように、ねじ溝19によってロータ3とシャフト2との
接触面積が約半分ほどに低減するので、ロータ3からシ
ャフト2に伝わる熱のトータル量が低減する。したがっ
て、シャフト2の発熱を抑制することができる。
As shown in FIG. 2, which is a cross-sectional view of the rotor 3, the screw groove 19 reduces the contact area between the rotor 3 and the shaft 2 by about half, so that the heat transmitted from the rotor 3 to the shaft 2 is reduced. The total amount is reduced. Therefore, heat generation of the shaft 2 can be suppressed.

【0028】さらに、図2に示すように、ロータ3とシ
ャフト2との間にはねじ溝19によって空隙が生じてい
るので、ロータ3からシャフト2に流れ込む磁束33が
遮断され、その結果シャフト2を通過する磁束33が低
減する。したがって、ヒステリシス損や渦電流損などの
鉄損を抑えることができ、この点からもシャフト2の発
熱を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 2, since a gap is formed between the rotor 3 and the shaft 2 by the thread groove 19, the magnetic flux 33 flowing into the shaft 2 from the rotor 3 is blocked, and as a result, the shaft 2 is cut off. The magnetic flux 33 passing through is reduced. Therefore, iron loss such as hysteresis loss and eddy current loss can be suppressed, and heat generation of the shaft 2 can be suppressed also from this point.

【0029】このように、本実施例では、シャフト2に
ねじ溝19を設けることにより、シャフト2の直接冷却
が可能となり、またシャフト2自体の発熱抑制が可能と
なる。したがって、ころがり軸受5及び6の温度を80
°C以下に低減することができ、ころがり軸受5及び6
の寿命(信頼性)も向上する。また、ころがり軸受5及
び6に使用されている潤滑剤の劣化を防ぐことができる
ので、潤滑剤の定期的な交換あるいは補充といった保守
が不要になる。しかも、潤滑剤の蒸発も減少するので、
ガスレーザ装置に使用される光学部品の汚染を防ぐこと
ができ、ガスレーザ装置全体の信頼性および保守性も改
善することができる。
As described above, in the present embodiment, by providing the thread groove 19 on the shaft 2, the shaft 2 can be directly cooled and the heat generation of the shaft 2 itself can be suppressed. Therefore, the temperatures of the rolling bearings 5 and 6 are set to 80
The rolling bearings 5 and 6 can be reduced to below ° C.
The life (reliability) of is also improved. Further, since the lubricant used in the rolling bearings 5 and 6 can be prevented from deteriorating, maintenance such as regular replacement or replenishment of the lubricant becomes unnecessary. Moreover, since the evaporation of the lubricant is also reduced,
The optical components used in the gas laser device can be prevented from being contaminated, and the reliability and maintainability of the entire gas laser device can be improved.

【0030】図3は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。この実施例におけるレーザ用ターボブロア101で
は、放熱フィン20及び21にもねじ溝20a及び21
aが設けられている。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. In the turbo turbo blower 101 in this embodiment, the heat dissipating fins 20 and 21 are also provided with screw grooves 20a and 21.
a is provided.

【0031】また、このねじ溝形状の放熱フィン20及
び21からシャフト2のねじ溝19にわたって冷却用ガ
スのガス通路がモールド22にて形成されている。この
モールド22は、主にステータ4の回りの隙間を埋める
ようにして形成される。ここで、モールド22の材料と
しては、熱伝導の良いシリコンやエポキシ剤あるいはア
ルミナや酸化チタンなどのセラミックもしくはそれらの
混合剤を用いる。
A gas passage for cooling gas is formed in the mold 22 from the heat radiation fins 20 and 21 having the thread groove shape to the thread groove 19 of the shaft 2. The mold 22 is formed so as to mainly fill the gap around the stator 4. Here, as the material of the mold 22, silicon or an epoxy agent having good heat conductivity, ceramic such as alumina or titanium oxide, or a mixture thereof is used.

【0032】このように、放熱フィン20及び21にね
じ溝20a及び21aを設け、またモールド22にて冷
却ガスガイド用のガス通路を形成することにより、真空
継手15及び17から入った冷却ガスは、放熱フィン2
0のねじ溝20aからシャフト2のねじ溝19、そして
放熱フィン21のねじ溝21aに至る流れが改善され、
その流れはより速やかになる。したがって、シャフト2
の冷却効果をさらに向上させることができる。また、冷
却ガスの風量も増加するので、この点からもシャフト2
の冷却効果を強化することができる。
As described above, the cooling fins 20 and 21 are provided with the thread grooves 20a and 21a, and the mold 22 is provided with the gas passage for the cooling gas guide. , Radiation fin 2
0 to the thread groove 19 of the shaft 2 and the thread groove 21a of the heat radiation fin 21 are improved,
The flow will be faster. Therefore, the shaft 2
The cooling effect of can be further improved. In addition, since the air volume of the cooling gas also increases, the shaft 2
The cooling effect of can be enhanced.

【0033】さらに、ステータ4の回りにモールド22
を形成することにより、ステータコイル42(図2)か
らの熱はそのモールド22を経由してより速やかにハウ
ジング12側に流れる。したがって、モータ3Mをより
効果的に冷却することができる。
Further, a mold 22 is formed around the stator 4.
By forming the, the heat from the stator coil 42 (FIG. 2) flows through the mold 22 to the housing 12 side more quickly. Therefore, the motor 3M can be cooled more effectively.

【0034】図4は本発明の第3の実施例である。この
実施例におけるレーザ用ターボブロア102では、シャ
フト2の軸方向全体にねじ溝19が設けられている。放
熱フィンを設けない構成としたのは、シャフト2のねじ
溝19によってシャフト2を十分に冷却できるからであ
る。この放熱フィンの除去によって、レーザ用ターボブ
ロア102を小型化し、また軽量化することができる。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In the laser turbo blower 102 according to this embodiment, the thread groove 19 is provided in the entire axial direction of the shaft 2. The reason why the radiation fins are not provided is that the shaft 2 can be sufficiently cooled by the thread groove 19 of the shaft 2. By removing the heat radiation fins, the laser turbo blower 102 can be made compact and lightweight.

【0035】図5は本発明のレーザ用ターボブロアが適
用されるCO2 ガスレーザ装置の全体構成を示す図であ
る。図において、放電管71の両端には出力結合鏡72
と全反射鏡73とからなる光共振器が設置されている。
放電管71の外周上には金属電極74及び75が取りつ
けられている。金属電極74は接地され金属電極75は
高周波電源76に接続されている。金属電極74及び7
5の間には高周波電源76から高周波電圧が印加され
る。これによって、放電管71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71内のレーザビ
ーム光軸を53で、また出力接合鏡72から外部に取り
出されるレーザビーム光軸を54でそれぞれ示す。
FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of a CO 2 gas laser device to which the laser turbo blower of the present invention is applied. In the figure, an output coupling mirror 72 is provided at both ends of the discharge tube 71.
And an optical resonator including a total reflection mirror 73.
Metal electrodes 74 and 75 are mounted on the outer circumference of the discharge tube 71. The metal electrode 74 is grounded and the metal electrode 75 is connected to a high frequency power supply 76. Metal electrodes 74 and 7
A high-frequency voltage is applied from the high-frequency power supply 76 during the period 5. As a result, high frequency glow discharge is generated in the discharge tube 71 and laser excitation is performed. The laser beam optical axis in the discharge tube 71 is indicated by 53, and the laser beam optical axis taken out from the output bonding mirror 72 is indicated by 54.

【0036】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52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51が開放になり所
定流量のレーザガスがガスボンベ50から導かれ、それ
により装置内のガス圧は規定値に達する。その後は真空
ポンプ52の排気とバルブ51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 activating such a gas laser oscillator, the gas inside the entire device is always exhausted by the vacuum pump 52 first. Then, the valve 51 is opened and a predetermined flow rate of the laser gas is introduced from the gas cylinder 50, whereby the gas pressure in the apparatus reaches a specified value. After that, exhaustion of the vacuum pump 52 and introduction of replenishment gas for the valve 51 continue,
A part of the laser gas is continuously replaced with fresh gas while the gas pressure inside the device is kept at a specified value. This prevents gas contamination in the device.

【0037】さらに図5では送風機であるレーザ用ター
ボブロア100(101,102)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。
Further, in FIG. 5, laser gas is circulated in the apparatus by a turbo turbo blower 100 (101, 102) which is a blower. The purpose is to cool the laser gas. In a carbon dioxide (CO 2 ) gas laser, about 20% of the injected electric energy is converted into laser light, and the other is consumed for gas heating. However, theoretically, the laser oscillation gain is proportional to the absolute temperature T to the power of − (3/2), so that the laser gas must be forcibly cooled in order to increase the oscillation efficiency.

【0038】本装置では、レーザガスは約200m/s
ec以上の流速で放電管71内を通過して矢印で示す方
向に流れ、冷却器78に導かれる。冷却器78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、レーザ用ターボブロア100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
77を介して放電管71に導かれる。これは、レーザ用
ターボブロア100(101,102)で圧縮されたレ
ーザガスが放電管71に再度導かれる前に、その圧縮熱
を冷却器77で除去するためである。これらの冷却器7
7及び78は周知であるので詳細な説明は省略する。
In this device, the laser gas is about 200 m / s.
It passes through the discharge tube 71 at a flow rate of ec or more, flows in the direction indicated by the arrow, and is guided to the cooler 78. The cooler 78 removes heating energy mainly from the discharge from the laser gas. Then, the laser turbo blower 100 compresses the cooled laser gas. The compressed laser gas is guided to the discharge tube 71 via the cooler 77. This is because the heat of compression is removed by the cooler 77 before the laser gas compressed by the laser turbo blower 100 (101, 102) is guided again to the discharge tube 71. These coolers 7
Since 7 and 78 are well known, detailed description will be omitted.

【0039】レーザ用ターボブロア100(101,1
02)はインバータ60で駆動される。このレーザ用タ
ーボブロア100(101,102)の回転数は1万〜
10万rpmと高速回転となるので、インバータ60に
は周波数が167〜1667Hzの高周波インバータが
使用される。
Laser turbo blower 100 (101, 1
02) is driven by the inverter 60. The rotation speed of the laser turbo blower 100 (101, 102) is 10,000 to
Since the rotation speed is as high as 100,000 rpm, a high frequency inverter having a frequency of 167 to 1667 Hz is used as the inverter 60.

【0040】上記の説明では、ターボ翼1を遠心翼とし
て構成したが、斜流翼であっても軸流翼であってもよ
い。また、軸受にころがり軸受を用いるようにしたが、
他のタイプの軸受、例えばすべり軸受を用いるように構
成することも出来る。
In the above description, the turbo blade 1 is constructed as a centrifugal blade, but it may be a mixed flow blade or an axial flow blade. Also, rolling bearings were used for the bearings,
Other types of bearings, such as slide bearings, may be used.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、シャフ
トに軸方向に沿ってねじ溝を設けた。冷却用ガスは、そ
のねじ溝の空隙に入り、シャフトの回転に応じて順次軸
方向に送り込まれるようにして流れる。したがって、最
も高温になるロータとシャフトとの嵌合部分も含めて、
シャフトを直接冷却するので、冷却効果を向上させるこ
とができる。
As described above, in the present invention, the shaft is provided with the thread groove along the axial direction. The cooling gas enters the gap of the thread groove and flows so as to be sequentially fed in the axial direction according to the rotation of the shaft. Therefore, including the fitting part between the rotor and the shaft, which has the highest temperature,
Since the shaft is directly cooled, the cooling effect can be improved.

【0042】また、ねじ溝によってロータとシャフトと
の接触面積が少なくなるので、ロータからシャフトに伝
わる熱のトータル量が低減し、シャフトの発熱を抑制す
ることができる。
Further, since the contact area between the rotor and the shaft is reduced by the thread groove, the total amount of heat transferred from the rotor to the shaft is reduced, and heat generation of the shaft can be suppressed.

【0043】さらに、ねじ溝によってロータからシャフ
トに流れる磁束が低減するので、鉄損を抑えることがで
き、この点からもシャフトの発熱を抑制することができ
る。このように、シャフトの直接冷却が可能となり、ま
たシャフト自体の発熱抑制が可能となるので、軸受の温
度を低減することができ、軸受の寿命(信頼性)も向上
させることができる。
Further, since the magnetic flux flowing from the rotor to the shaft is reduced by the thread groove, iron loss can be suppressed and heat generation of the shaft can be suppressed also from this point. In this way, the shaft can be directly cooled and the heat generation of the shaft itself can be suppressed, so that the temperature of the bearing can be reduced and the life (reliability) of the bearing can be improved.

【0044】また、軸受に使用されている潤滑剤の劣化
を防ぐことができるので、潤滑剤の定期的な交換あるい
は補充といった保守を不要にすることができる。しか
も、潤滑剤の蒸発も減少するので、ガスレーザ装置に使
用される光学部品の汚染を防ぐことができ、ガスレーザ
装置全体の信頼性および保守性も改善することができ
る。
Further, since the lubricant used in the bearing can be prevented from deteriorating, maintenance such as regular replacement or replenishment of the lubricant can be eliminated. Moreover, since the evaporation of the lubricant is also reduced, it is possible to prevent the contamination of the optical components used in the gas laser device, and to improve the reliability and maintainability of the entire gas laser device.

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

【図1】本発明のレーザ用ターボブロアの構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a laser turbo blower of the present invention.

【図2】ロータ断面図である。FIG. 2 is a rotor cross-sectional view.

【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例である。FIG. 4 is a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明のレーザ用ターボブロアが適用されるC
2 ガスレーザ装置の全体構成を示す図である。
FIG. 5 is a C to which the laser turbo blower of the present invention is applied.
It is a diagram illustrating the overall configuration of the O 2 gas laser apparatus.

【図6】従来のレーザ用ターボブロアの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional laser turbo blower.

【図7】低速回転での磁束の流れを説明するためのモー
タ断面図である。
FIG. 7 is a motor cross-sectional view for explaining the flow of magnetic flux at low speed rotation.

【図8】高速回転での磁束の流れを説明するためのモー
タ断面図である。
FIG. 8 is a motor cross-sectional view for explaining the flow of magnetic flux at high speed rotation.

【図9】6万rpm回転時におけるインバータからの駆
動電流の波形である。
FIG. 9 is a waveform of a drive current from the inverter when rotating at 60,000 rpm.

【図10】図9の波形を周波数分析した結果を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a result of frequency analysis of the waveform of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ターボ翼 2 シャフト 3 ロータ 4 ステータ 5,6 ころがり軸受 7 ナット 8 スクロール 9,10 ガスの流れ 11 バネ 12 ハウジング 13,14 放熱フィン 15〜18 真空継手 19 磁界遮断層 33 磁束 50 ガスボンベ 51 バルブ 52 真空ポンプ 53 共振器内レーザビーム光軸 54 共振器外レーザビーム光軸 60 インバータ 71 放電管 72 出力結合鏡 73 全反射鏡 74,75 電極 76 高周波電源 77,78 冷却器 100 レーザ用ターボブロア 1 Turbo Blade 2 Shaft 3 Rotor 4 Stator 5,6 Rolling Bearing 7 Nut 8 Scroll 9,10 Gas Flow 11 Spring 12 Housing 13,14 Radiating Fin 15-18 Vacuum Joint 19 Magnetic Field Blocking Layer 33 Magnetic Flux 50 Gas Cylinder 51 Valve 52 Vacuum Pump 53 Intra-cavity laser beam optical axis 54 Out-of-cavity laser beam optical axis 60 Inverter 71 Discharge tube 72 Output coupling mirror 73 Total reflection mirror 74,75 Electrode 76 High frequency power supply 77,78 Cooler 100 Laser turbo blower

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先端にターボ翼を有するシャフト、前記
シャフトを支持する一対の軸受、及び前記シャフトの外
周に沿って固定されたロータとハウジング側に固定され
たステータとから成るモータから構成されるレーザ用タ
ーボブロアにおいて、 前記シャフトに軸方向に沿ってねじ溝を設けたことを特
徴とするレーザ用ターボブロア。
1. A motor having a shaft having a turbo blade at its tip, a pair of bearings for supporting the shaft, and a rotor fixed along the outer periphery of the shaft and a stator fixed to the housing side. A laser turbo blower, wherein the shaft is provided with a thread groove along the axial direction.
【請求項2】 前記シャフトの両側にねじ溝形状の放熱
フィンを設けたことを特徴とする請求項1記載のレーザ
用ターボブロワ。
2. The turbo blower for a laser according to claim 1, wherein screw-shaped heat radiation fins are provided on both sides of the shaft.
【請求項3】 前記ねじ溝形状の放熱フィンから前記シ
ャフトのねじ溝にわたって冷却用ガスのガス通路をモー
ルド形成したことを特徴とする請求項2記載のレーザ用
ターボブロア。
3. A turbo blower for a laser according to claim 2, wherein a gas passage for the cooling gas is formed by molding from the heat radiation fin having the thread groove shape to the thread groove of the shaft.
【請求項4】 前記シャフトの軸方向全体にねじ溝を設
けた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. The laser turbo blower according to claim 1, wherein a thread groove is provided in the entire axial direction of the shaft.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105889314A (en) * 2015-05-19 2016-08-24 罗立峰 Superspeed turbocharger
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