JP7120902B2 - 気密装置 - Google Patents

Description

本発明は、気密装置に関する。

放電励起炭酸ガスレーザ等のガスレーザ装置は、放電電極、光共振器、レーザガス等を収容するチェンバを備えている。このチェンバ内にブロワを配置し、レーザガスを循環させている。ブロワを駆動するためのモータはチェンバの外に配置され、モータの回転軸がチェンバの外から内部に挿入される。チェンバ内の気密性を維持するために、回転軸が通過する孔にシール手段が設けられている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載されたレーザガス装置では、モータハウジング（モータ容器）内は不活性ガスで満たされ、チェンバ内の圧力より高い圧力に設定されている。シール手段として、例えば耐摩耗性に富んだＰＴＦＥ等からなるリップシールが用いられる。シール手段のシール不良が発生した場合でも、モータハウジング内がチェンバ内より高圧に設定されているため、チェンバ内から外部にレーザガスが漏れることはない。

特開平９－２８３８２１号公報

シール手段に不良が発生すると、モータハウジング内のガスがチェンバに流入するため、チェンバ内のレーザガスの組成が変化してしまう。本発明の目的は、シール手段を用いることなく、チェンバ等のガス容器内を気密に保つことが可能な気密装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
ガスが充填されるガス容器の外に配置されて当該ガス容器とともに気密な空間を形成するモータ容器、及び回転軸を備えたモータを有し、
前記モータ容器は、前記ガス容器の中の空間と前記モータ容器の中の空間とを仕切る仕切部分を含んでおり、
前記回転軸は、前記仕切部分に設けられた第１孔を通って前記モータ容器の中から前記ガス容器の中まで延びており、
前記仕切部分は、前記第１孔の他に、前記モータ容器の中の空間と前記ガス容器の中の空間との間でガスを流通させる第２孔を備えており、前記第１孔と前記第２孔とは、並列のガス流路を構成している気密装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
ガスが充填されるガス容器と、
前記ガス容器の外に配置されて当該ガス容器とともに気密な空間を形成するモータ容器、回転軸、及び前記回転軸を前記モータ容器に対して回転可能に支持する軸受を備えたモータと
を有し、
前記ガス容器と前記モータ容器とは、前記ガス容器及び前記モータ容器内の空間を外界から気密に隔離しており、
前記モータ容器は、前記モータ容器の中の空間と前記ガス容器の中の空間とを仕切り、前記回転軸が通過する第１孔が設けられた仕切部分と、
前記モータ容器の中の空間と前記ガス容器の中の空間との間で、前記軸受を通ることなくガスを流通させるガス経路を備えている気密装置が提供される。

ガス容器とモータ容器とで気密な空間を形成さいているため、回転軸が通過する第１孔を気密にシールすることなくガス容器の中の空間の気密性を確保することができる。

モータ容器の中の空間とガス容器の中の空間との間で、軸受を通ることなくガスを流通させるガス経路を設けると、軸受を通過するガスの流量が少なくなるため、流速も低下する。このため、軸受をガスが流れることによる軸受の劣化を抑制することができる。

図１は、実施例による気密装置の概略断面図である。 図２は、実施例による気密装置のモータを仕切部分側から見た斜視図である。 図３は、実施例によるガス容器内を排気しているときの気密装置の概略断面図である。 図４は、実施例によるガス容器内にガスを導入しているときの気密装置の概略断面図である。 図５は、他の実施例による気密装置の概略断面図である。 図６は、さらに他の実施例によるガスレーザ装置の光軸に垂直な断面図である。

図１～図４を参照して、実施例による気密装置について説明する。
図１は、本実施例による気密装置の概略断面図である。図１では、実際には複数の個別部材を組み合わせて構成される部材を１つの部材として示しており、個別の部材を個々に示していない。また、複数の部材がボルト等で締め付けて固定される場合、ボルト等の固定具は図１に明示していない。また、気密性を確保するために用いられるＯリング等の周知の部材も図１に明示していない。

本実施例による気密装置は、ガス容器５０と、ガス容器５０に取り付けられたモータ１０とを有する。モータ１０は、回転軸１１、及びガス容器５０の外に取り付けられたモータ容器１２を含む。モータ容器１２は、ロータ１５及びステータ１６を収容する収容部分１２Ａと、収容部分１２Ａの開口部を塞ぐ仕切部分１２Ｂとで構成される。

ガス容器５０に開口部５１が設けられており、モータ１０の仕切部分１２Ｂが開口部５１を塞ぐように、モータ１０がガス容器５０にボルト等で取り付けられている。仕切部分１２Ｂはモータ１０をガス容器５０に取り付けるためのフランジとして利用される。モータ容器１２はガス容器５０と共に気密な空間を形成する。仕切部分１２Ｂが、モータ容器１２内の空間と、ガス容器５０内の空間とを仕切る。

回転軸１１は、モータ容器１２内においてフロント軸受１３により仕切部分１２Ｂに回転可能に支持され、リア軸受１４により収容部分１２Ａに回転可能に支持されている。フロント軸受１３及びリア軸受け１４には、例えば転がり軸受が用いられる。回転軸１１にロータ１５が固定され、収容部分１２Ａにステータ１６が固定されている。

回転軸１１は、仕切部分１２Ｂに設けられた第１孔２１を通ってモータ容器１２の中からガス容器５０の中まで延びている。仕切部分１２Ｂに、第１孔２１の他に第２孔２２が設けられている。第２孔２２は、モータ容器１２の中の空間とガス容器５０の中の空間との間でガスを流通させる。

リア軸受１４により、モータ容器１２内の空間が、ロータ１５及びステータ１６等が配置された空間と、回転軸１１の末端側の空間とに区分される。第３孔２３が、リア軸受１４によって区画された２つの空間同士を繋いでいる。例えば、第３孔２３は、収容部分１２Ａの壁内、またはリア軸受１４の外輪を固定する固定部材（図示せず）等に設けられる。

ガス容器５０に導入ポート６１及び排気ポート６５が設けられている。導入ポート６１は、導入バルブ６２を介してガス供給源６３に接続されており、排気ポート６５は、排気バルブ６６を介して真空ポンプ６７に接続されている。排気バルブ６６を開いて真空ポンプ６７を動作させると、ガス容器５０内の空間が排気される。導入バルブ６２を開くと、導入ポート６１からガス容器５０内にガスが導入される。

図２は、本実施例による気密装置に用いられるモータ１０の斜視図である。収容部分１２Ａと仕切部分１２Ｂとでモータ容器１２が構成される。仕切部分１２Ｂに第１孔２１及び第２孔２２が設けられている。モータ容器１２の内部から第１孔２１を通って回転軸１１が突出している。第１孔２１の側面と回転軸１１の側面との間に微小な間隙が確保されている。第２孔２２は、仕切部分１２Ｂの外側の表面に開口している。仕切部分１２Ｂの外周の縁の近傍に、複数のボルト穴２６が設けられている。ボルト穴２６にボルトを通すことにより、モータ１０がガス容器５０（図１）に固定される。

図３は、実施例によるガス容器５０内を排気しているときの気密装置の概略断面図である。図３において、ガスの流れを矢印で示している。導入バルブ６２を閉じ、排気バルブ６６を開き、真空ポンプ６７を動作させると、排気ポート６５を通ってガス容器５０内が排気される。このとき、モータ容器１２内の、ロータ１５及びステータ１６が収容された空間も、第１孔２１及び第２孔２２を通って排気される。このとき、リア軸受１４より末端側の空間内のガスは、第３孔２３を通ってロータ１５及びステータ１６が収容された空間に移動する。

図４は、実施例によるガス容器５０内にガスを導入しているときの気密装置の概略断面図である。図４において、ガスの流れを矢印で示している。排気バルブ６６を閉じ、導入バルブ６２を開くとガス供給源６３から導入ポート６１を通ってガス容器５０内にガスが導入される。ガス容器５０内に導入されたガスは、第１孔２１及び第２孔２２を通ってモータ容器１２内の、ロータ１５及びステータ１６が収容された空間にも導入される。さらに、第３孔２３を通ってリア軸受１４より末端側の空間にガスが導入される。

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例においては、ガス容器５０とモータ容器１２との２つの容器によって、容器内の空間を外界（例えば大気）から気密に隔離している。ガス容器５０の中の空間とモータ容器１２の中の空間との間で、第１孔２１及び第２孔２２を経由してガスが相互に流通しても、ガス容器５０内の空間を外界から気密に隔離した状態は保たれる。このように、本実施例では、ガス容器５０の中の空間とモータ容器１２の中の空間とを同じガス雰囲気とし、両者の間でのガスの流通を許容している。このため、回転軸１１が通っている第１孔２１を気密にシールすることなく、ガス容器５０の中の空間を外界から隔離することができる。

ガス容器５０内の排気時（図３）及びガス容器５０内へのガス導入時（図４）に、第１孔２１を通過するガスは、フロント軸受１３の隙間を通過する。第１孔２１を通過するガスの流速が速い場合には、フロント軸受１３のグリースが飛び散り、ガス容器５０内がグリースで汚染される。また、グリースが飛び散ることにより、フロント軸受１３の寿命が短くなる。

本実施例では、フロント軸受１３の隙間及び第１孔２１からなるガス流路に対して並列に第２孔２２からなるガス流路が設けられているため、ガス容器５０内の空間とモータ容器１２内の空間との間で流通するガスの流れが、第１孔２１と第２孔２２とに分散される。流通するガスの流れが分散されることにより、第１孔２１を通過するガス量が減り、流速も遅くなる。このため、フロント軸受１３のグリースの飛び散りを抑制することができる。その結果、ガス容器５０内の汚染や、フロント軸受１３の劣化を抑制することができる。

また、リア軸受１４によって区画された２つの空間の間でガスが移動する際に、ガスがリア軸受１４の隙間からなるガス流路を通過する。本実施例では、リア軸受１４の隙間からなるガス流路に対して並列に第３孔２３が設けられているため、リア軸受１４の隙間を通過するガス量が減る。このため、リア軸受１４のグリースの飛び散りや、リア軸受１４の劣化を抑制することができる。なお、リア軸受１４より末端側の空間の容積は、ロータ１５及びステータ１６が収容された空間の容積より十分小さい。このため、ガス排気及びガス導入時に、リア軸受１４で区画された２つの空間の間で移動するガス量は少ない。従って、この２つの空間の間で移動するガスの流速が、グリースの飛び散りを生じさせない程度に遅い場合には、第３孔２３を設けなくてもよい。

フロント軸受１３のグリースの飛び散りを抑制するために、第２孔２２の流路抵抗を、フロント軸受１３の隙間及び第１孔２１からなるガス流路の流路抵抗より小さくすることが好ましい。

次に、図５を参照して、他の実施例による気密装置について説明する。以下、図１～図４に示した実施例による気密装置と共通の構成については説明を省略する。

図５は、本実施例による気密装置の概略断面図である。本実施例においては、モータ容器１２の仕切部分１２Ｂに第２孔２２（図１）が設けられていない。フロント軸受１３は、仕切部分１２Ｂではなく、収容部分１２Ａの軸受支持部２５に支持されている。軸受支持部２５は、収容部分１２Ａの内面から回転軸１１に向かって突出しており、その先端にフロント軸受１３を支持している。

軸受支持部２５よりも仕切部分１２Ｂ側の空間と、ロータ１５及びステータ１６が収容された空間との間でガスを流通させる第４孔２４が、軸受支持部２５に設けられている。第１孔２１及び第４孔２４が直列に繋がることにより、モータ容器１２の中の空間とガス容器５０の中の空間との間で、フロント軸受１３の隙間を通ることなくガスを流通させるガス経路（図５において矢印で示した流路）が形成される。

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
ガス容器５０内の排気、及びガス容器５０内へのガス導入時に、ガス容器５０内の空間とモータ容器１２内の空間との間で第１孔２１を通ってガスが流通する。さらに、モータ容器１２内において、フロント軸受１３の隙間で構成されるガス流路と、第４孔２４とをガスが流れる。本実施例では、フロント軸受１３の隙間で構成されるガス流路に対して第４孔２４からなるガス流路が並列に設けられている。このため、フロント軸受１３で区画された２つの空間の間で流通するガスの流れは、フロント軸受１３の隙間で構成されるガス流路と、第４孔２４とに分散される。これにより、フロント軸受１３の隙間を通過するガス量が減り、ガスの流速を遅くすることができる。その結果、フロント軸受１３のグリースの飛び散りを抑制することができる。

また、本実施例では、第１孔２１からなるガス流路と、第４孔２４からなるガス流路とが直列に繋がっているため、ガス容器５０の中の空間とモータ容器１２の中の空間とを繋ぐガス流路の流路抵抗が、図１に記載の実施例の場合よりも大きい。このため、ガス容器５０内の圧力とモータ容器１２内の圧力とが等しいとき、ガス容器５０内の空間とモータ容器１２内の空間との独立性を高めることができる。

次に、図６を参照してさらに他の実施例によるガスレーザ装置について説明する。本実施例によるガスレーザ装置には、上記実施例による気密装置が採用されている。

図６は、本実施例によるガスレーザ装置の光軸に垂直な断面図である。ガス容器５０内にレーザガスが充填される。ガス容器５０の内部空間が上下仕切板５４により、上方の光学室５２と下方のブロワ室５３とに区分されている。光学室５２内に、一対の放電電極５５が配置されている。一対の放電電極５５の間に放電領域５６が画定される。図６に示した断面において放電領域５６と重なる位置に光共振器５７が配置されている。

光学室５２内に仕切板５８が配置されている。仕切板５８は、上下仕切板５４に設けられた開口５４Ａから放電領域５６までの第１ガス流路７１、放電領域５６から上下仕切板５４に設けられた他の開口５４Ｂまでの第２ガス流路７２を画定する。レーザガスは、放電領域５６を、光軸に対して直交する方向に流れる。放電方向は、レーザガスが流れる方向、及び光軸方向の両方に対して直交する。ブロワ室５３、第１ガス流路７１、放電領域５６、及び第２ガス流路７２によって、レーザガスが循環する循環路が構成される。

ブロワ室５３にブロワ７３が配置されている。ブロワ７３は、ガス容器５０の壁面に取り付けられたモータ１０及びモータ１０の回転軸１１の先端に取り付けられたインペラ７４で構成される。ガス容器５０とモータ１０のモータ容器１２により、気密な空間が形成される。ブロワ７３は、ガス容器５０の中に形成された循環路をレーザガスが循環するように、レーザガスの流れを発生させる。

ブロワ室５３内の循環路に、熱交換器７５が収容されている。放電領域５６で加熱されたレーザガスが、熱交換器７５を通過することによって冷却され、冷却されたレーザガスが放電領域５６に再供給される。

光学室５２の壁面に導入ポート６１が設けられており、ブロワ室５３の壁面に排気ポート６５が設けられている。排気ポート６５からガス容器５０内のレーザガスが排気され、導入ポート６１からガス容器５０内にレーザガスが導入される。

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
レーザガスの劣化によりレーザガスを交換する際には、まずガス容器５０内を真空排気し、その後ガス容器５０内にレーザガスを導入する。本実施例では、ガス容器５０及びモータ１０に、図１または図５に示した実施例による気密装置が用いられている。このため、ガス容器５０内を真空排気する際に、フロント軸受１３（図１、図５）からのグリースの飛び散りが抑制される。その結果、ガス容器５０内の汚染や、レーザガスの清浄度の低下を抑制することができ、安定したレーザ発振を行うことが可能になる。さらに、フロント軸受１３の劣化を抑制することができる。

また、ガス容器５０とモータ１０のモータ容器１２（図１、図５）とによって気密性が確保されているため、ガス容器５０内への好ましくないガス成分の侵入を抑制することができる。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ モータ
１１ 回転軸
１２ モータ容器
１２Ａ 収容部分
１２Ｂ 仕切部分
１３ フロント軸受
１４ リア軸受
１５ ロータ
１６ ステータ
２１ 第１孔
２２ 第２孔
２３ 第３孔
２４ 第４孔
２５ 軸受支持部
２６ ボルト穴
５０ ガス容器
５１ ガス容器の開口部
５２ 光学室
５３ ブロワ室
５４ 上下仕切板
５４Ａ、５４Ｂ 上下仕切板に設けられた開口
５５ 放電電極
５６ 放電領域
５７ 光共振器
５８ 仕切板
６１ 導入ポート
６２ 導入バルブ
６３ ガス供給源
６５ 排気ポート
６６ 排気バルブ
６７ 真空ポンプ
７１ 第１ガス流路
７２ 第２ガス流路
７３ ブロワ
７４ インペラ
７５ 熱交換器

Claims (4)

1. ガスが充填されるガス容器の外に配置されて当該ガス容器とともに気密な空間を形成するモータ容器、及び回転軸を備えたモータを有し、
   前記モータ容器は、前記ガス容器の中の空間と前記モータ容器の中の空間とを仕切る仕切部分を含んでおり、
   前記回転軸は、前記仕切部分に設けられた第１孔を通って前記モータ容器の中から前記ガス容器の中まで延びており、
   前記仕切部分は、前記第１孔の他に、前記モータ容器の中の空間と前記ガス容器の中の空間との間でガスを流通させる第２孔を備えており、前記第１孔と前記第２孔とは、並列のガス流路を構成している気密装置。
2. 前記モータは、さらに、前記回転軸が前記第１孔を通る部分において、前記仕切部分に対して前記回転軸を回転可能に支持する軸受を含む請求項１に記載の気密装置。
3. 前記モータは、さらに、
   前記回転軸が前記第１孔を通る部分において、前記仕切部分に対して前記回転軸を回転可能に支持するフロント軸受と、
   前記モータ容器に対して前記回転軸を回転可能に支持するリア軸受けと
   を含み、
   前記リア軸受けにより、前記モータ容器内の空間が、前記フロント軸受側の第１空間と、前記回転軸の末端側の第２空間とに区分され、前記第１空間と前記第２空間とを繋ぎ、前記リア軸受の隙間からなるガス流路に対して並列に第３孔が設けられている請求項１または２に記載の気密装置。
4. ガスが充填されるガス容器と、
   前記ガス容器の外に配置されて当該ガス容器とともに気密な空間を形成するモータ容器、回転軸、及び前記回転軸を前記モータ容器に対して回転可能に支持する軸受を備えたモータと
   を有し、
   前記ガス容器と前記モータ容器とは、前記ガス容器及び前記モータ容器内の空間を外界から気密に隔離しており、
   前記モータ容器は、前記モータ容器の中の空間と前記ガス容器の中の空間とを仕切り、前記回転軸が通過する第１孔が設けられた仕切部分と、
   前記モータ容器の中の空間と前記ガス容器の中の空間との間で、前記軸受を通ることなくガスを流通させるガス経路を備えている気密装置。
   

Images