JPH07211965A - レーザ用ターボブロア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスレーザ装置内に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、オイルを循環さ
せて冷却や潤滑に使用する場合、そのオイル中に混入し
た異物を確実に捕獲することができるようにする。 【構成】 シャフト支持部２０内のオイルは、シャフト
２の回転に伴う遠心力によりオイル入口１３０から吸い
上げられ、シャフト２内部のオイル通路１３を通過して
オイル出口１３１から放出され、冷却用水路１９の冷却
水によって冷却されつつオイル戻り通路１５を通ってオ
イル溜まり１８に戻る。そのオイル溜まり１８の底部に
溝２２を設けるようにしたので、オイルに混入した異物
の内、金属ゴミ等の重いものは沈殿してその溝２２に捕
獲される。また、オイルがオイル通路１８０に流れ込む
前に必ずメッシュフィルタ２３を通るようにしたので、
オイルと同等かそれよりも軽いゴミはそのメッシュフィ
ルタ２３に捕獲される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスレーザ装置内にレー
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、特にオイルを用いて軸受の潤滑を行うようにしたレ
ーザ用ターボブロアに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の高速軸流型の炭酸ガスレーザ装置
（ＣＯ₂ ガスレーザ発振装置）はコンパクトで高出力が
得られ、レーザビームの品質もよく、金属材料や非金属
材料の切断、金属材料等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。

【０００３】炭酸ガスレーザ装置では、注入電気エネル
ギの約２０％がレーザ光に変換され、他はレーザガスの
加熱に消費される。一方、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。したがっ
て、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、レーザガス温度をできるだけ低くしてやる
必要がある。そこで、高速軸流型の炭酸ガスレーザ装置
では、レーザガスを装置内で強制的に循環させて冷却器
に送り込むべく、レーザ用ターボブロアが用いられる。

【０００４】図３は従来のレーザ用ターボブロアの構成
を示す図である。図において、レーザ用ターボブロア１
００Ａは垂直に設置され、レーザガスは矢印９Ａのよう
に吸入され、矢印１０Ａのように二方向に分かれて遠心
方向に吐出される。この二方向は、最終的に一つとなり
冷却器に流入する。

【０００５】レーザ用ターボブロア１００Ａを垂直に設
置したことに伴い、シャフト８０も垂直の状態となる。
このシャフト８０の支持のために高周波モータ３００の
両側に一対のころがり軸受５０及び６０が設けられてい
る。ころがり軸受５０及び６０に潤滑オイルを供給する
方法は種々あるが、ここでは、オイル溜まり４８のオイ
ルを、シャフト８０の回転に伴う遠心力を利用して供給
する方法について説明する。

【０００６】シャフト８０の下端には、そのシャフト８
０と一体にオイル吸い上げヘッド４７が設けられ、その
オイル吸い上げヘッド４７の下端は、オイル溜まり４８
に連通しているオイル小室２０Ａ内のオイルに接触して
いる。シャフト８０が回転すると、その回転に伴う遠心
力によってオイルはオイル通路５３に吸い上げられ、オ
イル出口１５３及び１５４から放出される。このとき、
オイルはころがり軸受５０及び６０に供給されてそのこ
ろがり軸受５０及び６０を潤滑する。放出されたオイル
は、オイル戻り通路５５を通って、オイル溜まり４８に
戻る。このように、シャフト８０が回転しているとき、
オイルはシャフト８０や軸受５０、６０等を循環しなが
ら軸受５０及び６０を潤滑している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
にオイルを循環させていると、内部の鋳物部品から発生
する鋳砂等の異物がオイル中に混入した場合、そのオイ
ルは、ころがり軸受５０やころがり軸受６０に達してし
まう。そうすると、ころがり軸受５０、６０は、数万Ｒ
ＰＭもの高速で回転しているだけに、致命的な損傷を受
けてしまう。

【０００８】また、オイルフィルタを用いることも考え
られるが、通常のオイルフィルタでは、ある一定時間経
過毎に交換する必要があり、その度にターボブロアも分
解することになる。このため、多大な労力を費やすばか
りでなく、その分解時に新たにゴミ等の異物が混入する
可能性もある。

【０００９】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、オイルを循環させて軸受を潤滑する場合、そ
のオイル中に混入した異物を確実に捕獲することができ
るようにしたレーザ用ターボブロアを提供することを目
的とする。

【００１０】

【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、先端にターボ翼が設けられたシャフトを
回転自在に支持する軸受にオイル溜まり内のオイルを供
給して前記軸受を潤滑するようにしたレーザ用ターボブ
ロアにおいて、前記オイル溜まりの底部に前記オイル中
の異物を捕獲するための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。

【００１１】

【作用】オイル溜まりの底部に溝を設けたので、オイル
に混入した異物の内、金属ゴミ等の重いものは沈殿して
その溝に捕獲されることになる。このような異物は、軸
受に与える損傷も大きいのでその捕獲は、軸受の信頼性
を著しく向上させる。

【００１２】

【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は本発明のレーザ用ターボブロアが適用さ
れる炭酸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７５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。そのレーザ励起によって放電管７
１内にはレーザビーム９３が生成され、その一部はレー
ザビーム９４となって出力結合鏡７２から外部に取り出
される。

【００１３】このような炭酸ガスレーザ装置を起動する
時には必ず最初に真空ポンプ９２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９１が開放になり所
定流量のレーザガスがガスボンベ９０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９２の排気とバルブ９１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。

【００１４】さらに図２では送風機であるレーザ用ター
ボブロア１００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。炭酸ガス
（ＣＯ ₂ ）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。

【００１５】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で圧縮されたレーザガスが放電管７
１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７７及び７８は周知で
あるので詳細な説明は省略する。

【００１６】レーザ用ターボブロア１００はインバータ
４０で駆動される。このレーザ用ターボブロア１００の
回転数は通常数万ＲＰＭと高速回転となるので、インバ
ータ４０にはその回転数に応じた高周波インバータが使
用される。

【００１７】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。図において、レーザ用ターボブロア
１００は垂直に設置され、レーザガスは冷却器７８（図
２）の方向から矢印９のように吸入され、矢印１０のよ
うに二方向に分かれて遠心方向に吐出される。この二方
向は、最終的に一つとなり冷却器７７（図２）に流入す
る。

【００１８】レーザ用ターボブロア１００を垂直に設置
したことに伴い、シャフト２も垂直の状態となる。シャ
フト２はターボ翼１の回転を支持し、その両者は互いに
ナット７で機械的に結合されている。シャフト２にはそ
の外周に沿ってロータ３が焼きばめによって固定されて
いる。そのロータ３の外側にはステータ４が設けられて
いる。このステータ４は、ハウジング１２に固定され、
ロータ３との間で高周波モーター３０を構成している。
ターボ翼１はこの高周波モータ３０によって、数万ＲＰ
Ｍの高速で回転させられる。シャフト２の支持のために
高周波モータ３０の両側に一対のころがり軸受５及び６
が設けられている。

【００１９】シャフト２の内部には、その軸方向に沿っ
てオイル通路１３が設けられている。このオイル通路１
３のオイル出口１３１は、ターボ翼１の下端側に隣接し
て設けられたころがり軸受５と、シャフト２に固定され
たロータ３との間のシャフト２に複数個設けられる。こ
れらのオイル出口１３１は、シャフト２と冷却用オイル
通路１３との間に貫通して設けられた小口径の穴であ
る。

【００２０】シャフト２の下端側にはシャフト２と一体
にオイル吸い上げヘッド１７が設けられている。このオ
イル吸い上げヘッド１７にもオイル通路１３が貫通して
設けられている。オイル吸い上げヘッド１７は、外周が
テーパ状に形成されて先端に行く程細くなっており、そ
の先端には、オイル通路１３のオイル入口１３０が形成
されている。

【００２１】シャフト２の下端側でモータ３０の直下に
はオイル溜まり１８が形成されている。また、シャフト
２の下端側及びオイル吸い上げヘッド１７の回りには、
オイル溜まり１８と一体に円筒状のシャフト支持部２０
が形成されている。オイル溜まり１８の下部には、オイ
ル通路１８０が形成され、このオイル通路１８０はシャ
フト支持部２０の底辺部中央に設けられた貫通口２０１
に連通している。オイル溜まり１８内のオイルは、オイ
ル通路１８０及び貫通口２０１を経由してシャフト支持
部２０の円筒内側に入る。また、オイル入口１３０から
オイル通路１３に入る。その結果、静止時には、オイル
溜まり１８内のオイルとシャフト支持部２０内のオイル
とオイル通路１３内のオイルとは、同一の高さに保持さ
れる。

【００２２】シャフト支持部２０の内周面には、軸方向
に摺動可能なように軸受スリーブ２１が設けられる。軸
受スリーブ２１は突出部分２１０を有し、その突出部分
２１０の上端はころがり軸受６の外輪に接し、下端はス
プリング１６に接している。スプリング１６は、ころが
り軸受５及び６に予圧を与えるために設けられたもので
あり、シャフト支持部２０の底辺側に固定されて軸受ス
リーブ２１の突出部分２１０を押圧し、その押圧力は、
順にころがり軸受６の外輪、内輪、シャフト２、ころが
り軸受５の内輪及び外輪に伝わり、全体としてシャフト
２をシャフト支持部２０とハウジング１２の一部との間
に支持する。

【００２３】モータ３０を構成するステータ４の外回り
のハウジング１２には、そのステータ４の長手方向に沿
ってオイル戻り通路１５が設けられている。さらにその
外回りのハウジング１２には、オイル戻り通路１５に沿
って冷却用水路１９が設けられている。

【００２４】また、オイル溜まり１８の底部には、オイ
ルに混入したゴミ等の異物を捕獲するための溝２２が鋳
物によって設けられる。この溝２２は、沈殿してきた金
属ゴミ等を捕獲するためのものであり、例えばオイル溜
まり１８の中央を中心にして同心円状に形成される。さ
らに、オイル溜まり１８には、この溝２２と共にステン
レス製のメッシュフィルタ２３が設けられる。このメッ
シュフィルタ２３は、オイル中に浮遊するような小さい
ゴミを捕獲するためのものであり、シャフト支持部２０
とオイル通路１８０との間に同心、円錐状に設けられ、
オイル通路１８０に流れ込むオイルは必ずこのメッシュ
フィルタ２３を通過するようになっている。

【００２５】上記構成のレーザ用ターボブロア１００に
おいて、オイル吸い上げヘッド１７内部のオイル通路１
３に入っているオイルは、シャフト２の回転に伴う遠心
力によって、オイル通路１３の内壁面に押し当てられ
る。このとき、オイルには、その内壁面に沿ってオイル
を押し上げようとする方向の分力が作用する。その結
果、オイルは急速に吸い上げられて、シャフト２内部の
オイル通路１３を通過してオイル出口１３１から放出さ
れる。その一部は、ころがり軸受５に供給され、ころが
り軸受５の潤滑に使用される。放出されたオイルは、オ
イル戻り通路１５を通ってオイル溜まり１８に戻る。そ
して、オイル戻り通路１５を通る際に冷却用水路１９の
冷却水によって冷却される。オイル溜まり１８に戻った
オイルは、オイル溜まり１８の下部に設けられたオイル
通路１８０及び貫通口２０１を経由して再度シャフト支
持部２０の内部に入る。このように、オイルは、シャフ
ト２が回転しているときは、常に循環している。オイル
は、その循環中はオイル溜まり１８に比較的長く留まる
ことになる。

【００２６】本実施例では、上述したように、そのオイ
ル溜まり１８の底部に溝２２を設けるようにしたので、
オイルに混入した異物の内、金属ゴミ等の重いものはオ
イル溜まり１８に滞留中に沈殿してその溝２２に捕獲さ
れることになる。このような異物は、軸受に与える損傷
も大きいのでその捕獲は、軸受の信頼性を著しく向上さ
せる。

【００２７】また、オイルがオイル通路１８０に流れ込
む前に必ずメッシュフィルタ２３を通るようにしたの
で、オイルと同等かそれよりも軽いゴミはそのメッシュ
フィルタ２３に捕獲されるようになる。フィルタにメッ
シュフィルタ２３のような比較的粗い目を持ったフィル
タを使用したのは、オイル中の異物は、ころがり軸受５
０及び６０に損傷を与えない程度のものを捕獲すれば十
分であるからである。むしろ、フィルタに細かい目を持
ったものを使用すると目詰まり等でフィルタ交換などの
メンテナンスに多くの労力を取られることになる。

【００２８】一方、シャフト支持部２０内のオイルの一
部は、オイル吸い上げヘッド１７の回転に伴う遠心力に
よって、そのテーパ部分の外周に沿って汲み上げられ、
ころがり軸受６に供給されて潤滑に使用される。

【００２９】上記の説明では、オイル通路１３内を流れ
るオイルを、ころがり軸受５及び６の潤滑に使用するよ
うにしたが、シャフト２やロータ３の冷却に使用するよ
うに構成することもできる。その場合、オイル通路１３
の内径を大きくしてより多量のオイルを流すようにす
る。このようにすることにより、シャフト２やロータ３
から発生する熱を、オイル通路１３内のオイルに放熱さ
せることができ、シャフト２やロータ３の温度上昇を防
止し、さらにころがり軸受５及び６も効果的に冷却させ
ることができる。したがって、ころがり軸受５及び６の
高温化による損傷を防止することができ、ころがり軸受
５及び６を長寿命化させることができる。

【００３０】また、オイル溜まり１８の底部の溝２２を
鋳物の状態で設けるようにしたが、例えば旋盤加工表面
粗さを敢えて荒くして溝を形成するようにしてもよい。
また、その形状も溝形状だけでなく、異物を捕獲できる
ような凹凸のある形状として構成してもよい。

【００３１】さらに、レーザ用ターボブロア１００のタ
ーボ翼１に遠心式のものを採用したが、斜流翼や軸流翼
を採用するように構成してもよい。また、本発明を、垂
直に設置したシャフトの内部にオイルを通過させるタイ
プのレーザ用ターボブロアに適用するようにしたが、本
発明は、このタイプのものに限定されることなく、オイ
ルを循環させるタイプのレーザ用ターボブロアであれ
ば、広く適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、オイル
溜まりの底部に溝を設けるようにしたので、オイルに混
入した異物の内、金属ゴミ等の重いものを的確に捕獲す
ることができる。このような異物は、軸受に与える損傷
も大きいのでその捕獲によって、軸受の信頼性を著しく
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】本発明のレーザ用ターボブロアが適用される炭
酸ガスレーザ装置の全体構成を示す図である。

【図３】従来のレーザ用ターボブロアの構成図である。

【符号の説明】

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 １３ オイル通路 １５ オイル戻り通路 １７ オイル吸い上げヘッド １８ オイル溜まり １９ 冷却用水路 ２０ シャフト支持部（小オイル室） ２１ 軸受スリーブ ２２ 溝 ２３ メッシュフィルタ １３０ オイル入口 １３１ オイル出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中原 賢治 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 三井 賢治 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端にターボ翼が設けられたシャフトを
   回転自在に支持する軸受にオイル溜まり内のオイルを供
   給して前記軸受を潤滑するようにしたレーザ用ターボブ
   ロアにおいて、 前記オイル溜まりの底部に前記オイル中の異物を捕獲す
   るための溝を設けたことを特徴とするレーザ用ターボブ
   ロア。
2. 【請求項２】 前記溝は前記底部に同心円状に形成され
   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】 前記オイル溜まりに同心、円錐状のオイ
   ルフィルタを設け、前記溝と併用するようにしたことを
   特徴とする請求項１記載のレーザ用ターボブロア。