JPH02169899A - 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（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
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６図は従来技術による炭酸（ＣＯ□）ガスレーザ装置
の全体構成を示す図である。放電管１の両端には出力結
合鏡２と全反射鏡３とからなる光共振器が設置されてい
る。放電管１の外周上には金属電極４および５が取り付
けられている。金属電極４は接地され、金属電極５は高
周波電源６に接続されている。金属電極５及び６の間に
は高周波電源６から高周波電圧が印加される。これによ
って、放電管１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ｌ内のレーザビーム光軸を１３
で、また出力結合鏡２から外部に取り出されるレーザビ
ーム光軸を１４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先ず最
初に真空ポンプ１２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１１が開放になり所定流量のレー
ザガスがガスボンベ１０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１２による排気とバ
ルブ１１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６図では送風機９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（ＣＯ□）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１内を通過し矢印で示す方向に流れ、冷却器８に
導かれる。冷却器８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９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７を介して放電管１に導かれる。これは、送風機
９で発生した圧縮熱を放電管１に再度導かれる前に冷却
器７で除去するためである。これらの冷却器７及び８は
周知であるので詳細な説明は省略する。

第７図に送風機９として採用されるターボブロアの構造
を示す。ターボ翼１６とシャフト２６とは機械的に結合
されている。シャフト２６にはロータ１７が取り付けら
れており、ロータ１７とステータ１８とでモーターを構
成している。ターボ翼１６はこのモータによって、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。さらに、シャフト２６の支持にころ
がり軸受１９及び２ｏが使用されている。

このようにターボブロアは高速回転であるため、ころが
り軸受１９及び２０の潤滑にはオイルを定期的に軸受に
供給するオイルジェットやオイルエア潤滑が使用されて
いる。第６図においてはオイル供給ユニット２１は空気
を利用してオイルを霧化し、通路２２又は２３を介して
ころがり軸受１９及び２０に供給している。

このような構成によって、レーザガスは矢印８１のよう
に冷却器８からレーザ用ターボブロアへ吸入され、矢印
７１のようにレーザ用ターボブロアから冷却器７へ吐出
される。

［発明が解決しようとする課題〕 第６図及び第７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。

第一は潤滑油にオイルを使用しているので油成分がレー
ザガス中に混入して光学部品を汚染し、出力低下やモー
ド変形をもたらすことである。このため高出力の炭酸（
ＣＯ□）ガスレーザでは常時レーザガスの置換をおこな
っており運転経費のかなりの部分を占める。それを行っ
ても定期的に光学部品を交換したりクリーニングしたり
する必要があり、メンテナンスに多大な労力を必要とし
ている。

第二はオイルを多く供給しすぎると軸受内部のオイルの
攪拌作用によって軸受損失が増大するおそれがあり、ま
た、温度にも影響を受ける。そのため、オイル供給ユニ
ットが高度の制御を必要としコストが非常に大きくなっ
てしまう。

第三はオイル通路の穴径が小さいためよく目づまりを発
生しオイルが供給不能となり、軸受の焼き付けの原因と
なる。

そこで、本願発明者等はオイルミストによるレーザガス
の汚染を防止するためにグリース潤滑を採用したものを
先に出願している（特願昭６３１４８９１８号）。この
グリース潤滑の採用によって、オイルが最小必要分しか
しみだしてこないためオイルによる光学部品等の汚染が
なくなり、レーザ出力及びビーム特性の劣化が無くなり
、しかも組立時に所定量のグリースを封入してやるだけ
であとの供給の必要がなくなり注油等のメンテナンスが
不要となるといった効果がある。

しかしながら、グリース潤滑にはグリースの充填量によ
って次のような問題があることが判明した。即ち、グリ
ース封入量は軸受内部の空間容積の３０〜５０％である
が、グリースの充填量がこれより多いと、グリースの攪
拌作用によってグリース自身が発熱し、グリース劣化が
促進され、回転トルク増大による効率低下、熱膨張のた
め軸受転勤面の面圧増大による軸受疲れ寿命の低下等が
発生する。逆に、グリースの充填量が少ないと、潤滑不
足による転勤面の摩擦増大から軸受疲れ寿命の低下、摩
擦による発熱等が発生する。

従って、グリース潤滑に際してはグリースの充填量を厳
しく管理してやらなければならず、これを間違えるとグ
リース潤滑による効果が生じないばかりか、かえって上
述のような問題を生じさせる結果となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、グ
リース潤滑におけるグリースの封入量を最適化すること
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、 前記軸受の潤滑はグリース潤滑であり、前記軸受に隣接
してグリース溜り部が形成されている二七を特徴とする
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〕

レーザ用ターボブロアの軸受に隣接してグリース溜り部
を設け、グリースを軸受の空間容積中に十分溝たされる
ように封入する。シャフトの回転によって内輪、保持器
、転動体等が回転する。この回転によって軸受内のグリ
ースに遠心力が働き、軸受から飛散する。飛散したグリ
ースはグリース溜り部に受けられる。そして、グリース
の粘性によってグリース溜り部のグリースは軸受内部に
徐々に流入する。このように、グリース溜り部を設ける
ことによって、グリースは適宜補充されるのでグリース
の充填を行う必要がなくなる。また、余分なグリースは
グリース溜り部へ遠心力によって自動的に移動するので
グリース充填時の封入量管理も省略できる。

［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図に本発明のレーザ発振装置の一実施例の構成図を
示す。第７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１６は遠心翼を示しているか斜流質で
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、ころが
り軸受１９及び２０の内輪と外輪との間の転動体と保持
器を除いた空間内に適量のグリース２４及び２５が封入
され、ころがり軸受１９及び２０に隣接してグリース溜
り部３２及び３３が設けられている点である。グリース
にはリチウムグリース、ナトリウムグリース等を使用す
る。さらに、本実施例ではシャフト２６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。これによって、グ
リースはグリース溜り部３２及び３３に効率よく溜まる
ようになる。

第２図に軸受付近の詳細構造を示す。本図では深溝玉軸
受の場合について説明する。内輪２７はシャフト２６に
固定されているのでシャフト２６の回転に同期して回転
し、内輪２７と外輪２９の間に挟まれた転動体２８も同
様に回転する。この結果内輪２７のグリースは回転の遠
心力によって、外輪２９及びグリース溜り部３２及び３
３へ飛散する。外輪２９の溝の両側及びグリース溜り部
３２及び３３には内輪２７及び転動体２８の回転による
ガス流によってグリース３０及び３工が土手状に形成さ
れる。グリース溜り部３２のグリース３１はその粘性及
び重力によって軸受内部の外輪２９の溝に徐々に流入す
る。外輪２９の溝内のグリース３０は回転中にオイル成
分を徐々に染みだし内輪２７と転動体２８との間及び外
輪２９ど転動体２８との間に潤滑油皮膜を形成する。

このように、グリース溜り部３２を設けることによって
、グリースは適宜補充されるのでグリースの充填を行う
必要がなくなる。また、余分なグリースはグリース溜り
部３２へ遠心力によって自動的に移動するのでグリース
充填時の封入量管理も省略できる。

第１図のターボブロアは出力ＩＫＷ程度のレーザ発振装
置に適用されるが、さらに高出力化のためには大型のタ
ーボ翼を使用してもよい。しかし、コスト的には同−翼
を使用することが望ましい。

第３図にレーザ出力２ＫＷ程度のターボブロワの構造を
示す。図においてターボブロワの軸受は第１図と同じで
あるので省略しである。なお、図中の矢印８２及び８３
は冷却器８からレーザ用ターボブロアへのレーザガスの
流れる方向を示す。シャフトの左右にターボ翼１６ａ及
び１６ｂが２個取り付けられている。この構成で軸受け
と駆動モータが１セツトでターボ翼２個を回転できるの
でコスト上有利である。ロータ１７とステータ１８とで
モーターを構成する。ここでは、ターボ翼を同一シャフ
トに取り付けることにより、スラスト方向の荷重変動を
打ち消しあい、スラスト荷重が非常に小さくなり、安定
性が向上し、寿命も非常に長くなる。

本発明の他の実施例を第４図を用いて説明する。

本実施例はレーザ用ターボブロアの軸受の周囲にオイル
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３９と、
０リング３５及び３６と、ハウジング３４とスリーブ３
９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１９及び２０の内輪はシャフト２６に固定さ
れ、外輪はスリーブ３９及び４０に固定されている。ハ
ウジング３４とスリーブ３９及び４０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。そして、Ｏリング３５．３６．３７
及び３８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。スリーブ３９
及び４０には第１図と同様のグリース溜り部３２及び３
３が設けられる。このような構成にすることによって、
ターボ翼１６及びシャフト２６が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。

本発明のさらに他の実施例を第５図を用いて説明する。

本実施例はシャフト２６の回転軸が地面に対して垂直に
なるように配置したもの、即ち、第１図のターボブロア
を縦方向に設置したものである。さらに、グリース溜り
部３２及び３３を軸受１９及び２０の上側に設けたもの
である。本実施例では回転の遠心力によって飛散したグ
リース溜り部３２及び３３のグリースは、その粘性及び
重力の働きによって軸受内部の外輪の溝に徐々に流入す
る。外輪の溝内のグリースは回転中にオイル成分を徐々
に染みだし内輪と転動体との間及び外輪と転動体との間
に潤滑油皮膜を形成する。

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。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明では、送風機の軸受をグリー
ス潤滑とし、軸受に隣接してグリース溜り部を設けであ
るので、グリースの定期的な点検が不要になり、さらに
軸受の交換も不要となる。

また、グリース充填時の封入量の管理も不要になる。こ
れらの効果によってより信頼性及び保守性の向上したレ
ーザ用ターボブロアを実現することが可能になる。

また、当然供給ユニットも必要がないのでコストが低減
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるレーザ出力ｌＫＷ程度
のレーザ用ターボブロアの構造を示す図、第２図はころ
がり軸受付近のグリース潤滑の構造を示す図、 第３図は本発明の他の実施例であるレーザ出力２ＫＷ程
度のレーザ用ターボブロアの構造を示す図、 第４図及び第５図は本発明の他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６図は従来の炭酸（Ｃ
ｏ□）ガスレーザ発振装置の全体構成を示す図、 第７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・・・−・・・−・・−・・・・放電管２−・・・・
・・・・−・・・・−出力結合鏡３・−・・・・・・・
・・−・・・全反射鏡４．５・−・・・−・−・・・−
・・・電極６−・・−・・・−・−・・−・・高周波電
源７．８・・−・・・・・・・・・・−冷却器９−・−
・・・・−・−・・−送風機 １０−・−・・−・・・・−・−・ガスボンベ１２・・
−・・・・・・・・・真空ポンプ１３−・・・−・−・
−・−・−・共振器内レーザビーム光軸１４・・・・・
・・−・・・・・・・共振器外レーザビーム光軸１６．
１６ａ、１６ｂ ・・・・−・・・−・・−・−・ターボ翼１７・−・・
・・−・・−・・−・ｏ　−タ１８・−・・・・−・−
・・・・ステータ１９．２０・−・・−・−・・−−−
−−一軸受２６・・−・・−・・・−シャフト ２７・−・・・・−・・・・・−・・内輪２８・・−・
−・・・−・−・・−・転動体２９・・・−・・−・−
・・・・・・外輪３０．３１・・−・・・・・・・−・
・グリース３２．３３・−・・・・・−・・−・・−グ
リース溜り部３４−・・・・・−・・−・・・・ハウジ
ング３５． ３９． ３６、３７、３８ ・−・・・−・・・・・−・０リング ４０・・・−・・・−・−・・・・、２．　ＩＪ　−７
’特許出願人　ファナック株式会社 代理人　　　弁理士　　服部毅巖 第２図 創−７１ 第３ 第５図 ０へ８ 第７図

Claims (10)

【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、 前記軸受の潤滑はグリース潤滑であり、 前記軸受に隣接してグリース溜り部が形成されているこ
   とを特徴とするレーザ用ターボブロア。
2. （２）前記シャフトの回転軸方向が地面に対して平行で
   あ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. （３）前記シャフトに逆方向のスラスト荷重がかかるよ
   うに２個のターボ翼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。
4. （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項記載のレーザ用ター
   ボブロア。
5. （５）前記軸受がころがり軸受であ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。
6. （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項記載のレーザ用ターボブロア。
7. （７）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項記載のレーザ用ターボブロア。
8. （８）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項記載のレーザ用ターボブロア。
9. （９）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８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。
10. （１０）レーザ励起が高周波気体放電によって行われる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載のレーザ発
    振装置。