(57)【要約】【課題】  ガス圧縮室とモータ室とのシール機構を構成するリップシール材が、釣合試験時には回転軸から離脱できるターボ形高速回転機器を提供する。【解決手段】  上部軸受５を保持するための軸受保持部材８がハウジング１に設置され、その上方には区画壁に相当するシールプレート９が載架されて、ハウジング１に設置されている。このシールプレート９の貫通孔９Ｈに回転軸４が貫設され、このシールプレート９の貫通孔９Ｈの内方にリップシール材１０が取り付けられ、その内方端が図示のとおり回転軸４の外周面に接している。このリップシール材１０が摺接する回転軸４の上方近傍には環状の凹部である小径部４Ｋが形成されている。回転軸４が変位し小径部４Ｋにリップシール材１０が位置すると回転軸４との接触が断たれる。【選択図】          図１
2006022645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス圧縮を行なうターボ翼と、このターボ翼を高速回転駆動するモータと、この両者を連結する垂直に配設された回転軸と、この回転軸を回転自在に保持する上部軸受と下部軸受からなる軸受機構とをハウジング内に設け、前記ターボ翼が配設されたガス圧縮室と前記軸受機構およびモータが配設されたモータ室を区画する区画壁をハウジングに設置し、この区画壁に前記回転軸を貫通させる貫通孔を穿設するとともにこの貫通孔と回転軸との間には、区画壁から内方に伸展された円錐状のリップシール材が設けられ、このリップシール材はポンプ組立後は回転軸全周面に接触し、ポンプ作動時は回転軸と前記貫通孔との間にシール機能を有するよう構成されたターボ形高速回転機器において、リップシール材が周面に接触する位置の近傍における回転軸に環状の凹部を形成するとともに、リップシール材に対し回転軸をその軸心方向に変位させる手段を設け、回転軸の変位によって前記環状の凹部の位置がリップシール材位置に至り、リップシール材が回転軸の周面から離脱あるいは接触代が低減され得るようにしたことを特徴とするターボ形高速回転機器。
【請求項２】
変位させる手段は、回転軸が軸受機構に対して軸心方向に摺動可能に係合されるよう構成され、回転軸心方向に外部力が作用するとき回転軸が変位することを特徴とする請求項１記載のターボ形高速回転機器。
【請求項３】
変位させる手段は、ハウジングに対して軸受機構を軸心方向に摺動自在に係合させるとともに、ハウジングと軸受機構との間に圧縮形弾性手段を介設して構成したことを特徴とする請求項１記載のターボ形高速回転機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば気体レーザ発振器装置におけるガス循環用の電動コンプレッサとしてのブロワ等に適用できるターボ形高速回転機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばフロー型二酸化炭素ガスレーザ発振器装置の場合、炭酸ガスと他のガスの混合ガスを流しながら圧縮し、レーザ発振器に供給して共振させるようになっており、装置内にガス循環回路が構成されている。その循環回路の構成における一要素のブロワとしてターボ翼を高速で回転させてガスを圧縮し、レーザ発振器に供給するターボ形高速回転機器が使用されている。
【０００３】
この種のターボ形高速回転機器は、ハウジング内の上方にターボ翼が回転可能に配設され、ガスを圧縮して排出する機構を設けるとともに、下方にはこのターボ翼を高速回転駆動させるモータが配設されている。そして、このモータの回転子とターボ翼ならびに回転軸等からなる回転体は、機械的な軸受方式で軸受けされ、オイルによる潤滑手段が併設されている。そのため、オイルミストが発生するが、このオイルミストがガス圧縮とともに排出されないよう真空ポンプで排気する方式が採用されている（特許文献１参照）。
【０００４】
このターボ形高速回転機器の具体的な構成は、図６に示すとおりで、ハウジング１の内方でその上方にターボ翼７が回転可能に配設され、同じく下方にはこのターボ翼７を高速回転駆動させるモータ２が配設され、両者が回転軸４にて連結されている。このモータ２はハウジング１の側に固設された電極コイル２Ｋと、この電極コイル２Ｋに対応して回転軸４に固設された回転子２Ｍで構成され、電極コイル２Ｋにインバータ３から電気エネルギーが供給される。
【０００５】
回転軸４は上部軸受５と下部軸受６を介してハウジング１に対し、回転可能に保持されているが、この回転軸４の上方に形成された取付軸４Ｓにターボ翼７が固設されている。このモータ２と回転子２Ｍおよび回転軸４からなる回転体が軸受機構を構成する上部軸受５と下部軸受６に保持されている。なお、この上部軸受５と下部軸受６はモータ室Ｍ内に配設されている
ターボ翼７がモータ２によって高速回転駆動されると、ガスは吸気口１Ｋから吸入され、圧縮されて排気口１Ｈより排出される。この吸気口１Ｋから排気口１Ｈまでがガス圧縮室Ｃを形成する。この排気口１Ｈからのガスは上記したようにガス循環回路（図示せず）を経てレーザ発振器（図示せず）に供給される。
【０００６】
ところで、回転軸４には図６に示すとおり、軸芯上に中空孔４Ｈが形成されているが、この中空孔４Ｈの下方部は内孔が上方拡がりのテーパ状をなし、これらの下方部位が潤滑用のオイルＬ内に浸漬されている。したがって、中空孔４Ｈの下方域に侵入している潤滑用のオイルＬは、回転軸４の回転による遠心力の作用を受けて中空孔４Ｈの内方を上方に移動し、この作用で中空孔４Ｈはポンプ機能を発揮する。こうして潤滑用のオイルＬは順次上方へ送り出され、射出孔４Ｔより外方に放出されてモータ２の冷却や上部軸受５と下部軸受６の潤滑を行なう。潤滑や冷却を終えた潤滑用のオイルＬは再び下方のオイル槽１Ｙに溜められ、再び吸い上げられて循環する。
【０００７】
このように潤滑用のオイルＬは、循環して上部軸受５や下部軸受６の潤滑を行なうが、この潤滑によって特にモータ室Ｍ内には噴霧状のオイルＬ（オイルミスト）が存在し浮遊することになる。モータ室Ｍにおけるこのオイルミストの存在は、上部軸受５と下部軸受６等における潤滑を良好にするが、このオイルミストがガス圧縮室Ｃに流入するとレーザ発振器などに流入し、レーザの発振機能を低下させる。
【０００８】
このことから、ハウジング１には上部軸受５の上方位置において区画壁Ｗが設けられ、ガス圧縮室Ｃとモータ室Ｍとは区画壁Ｗにて遮断されている。この区画壁Ｗには回転軸４が非接触で貫通できる範囲の最小径の貫通孔１Ａが穿設され、回転軸４と協働するシール部Ｓが形成される。このシール部Ｓはたとえば図示例に示すラビリンスシール等が適用される。このラビリンスシールによるシール部Ｓは、回転軸４と貫通孔１Ａとの間隙は通常数１０ミクロンに設定されている。しかしながら、このラビリンスシール方式の場合は、回転軸４の周面と貫通孔１Ａの内周面またはこのいずれかの面に複数段の小さい凹凸を設ける必要があり、加工が困難であるとともにコストが嵩む問題を有している。また、ラビリンスシール方式では間隙が数１０ミクロンであり、この間隙で回転軸４が偏心している場合には回転軸４の振動による接触や融着もしくはシール間隙からの漏れ量が増大する。そのために、ラビリンスシールの加工精度や組立精度を高める必要があり、接触形のシール方式として円錐状で内周縁が回転軸４の外周面に摺接するリップシール材を利用してシールする方式も提案されている。
【０００９】
なお、モータ室Ｍは排気パイプＲを介して外設した真空ポンプＶＰにて真空に排気される。これは上記したように、モータ室Ｍが潤滑用のオイルＬのミストが充満しており、シール部Ｓの小さい隙間からガス圧縮室Ｃに漏洩するのを防止すためである。
【特許文献１】特開２０００−２０９８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このようなターボ形高速回転機器の製造過程においては、特に回転部がきわめて高速で回転駆動されるため少しの不釣合（アンバランス）の存在も許されない。したがって、回転部（回転体全体）の釣合を保障するために釣合試験が行われ、不釣合が存在した場合はその除去のための修正が行われる。釣合試験は、回転体部分を高速回転させて試験し測定するが、この場合前記したようにリップシール材が回転軸に接触しているとノイズが発生し、微少アンバランスの検知が不可能になる。このことは完全な釣合が得られない。
本発明はこのような問題を解決するターボ形高速回転機器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】
【００１１】
本発明が提供するターボ形高速回転機器は、上記課題を解決するために、ガス圧縮室とポンプ室との区画壁における貫通孔と回転軸との間のシール機構をつぎのとおり改良する。区画壁には回転軸を貫通させる貫通孔が穿設されるとともにこの貫通孔と回転軸との間には、区画壁から内方に伸展された円錐状のリップシール材が設けられ、このリップシール材はポンプ組立後は回転軸全周面に接触し、ポンプ作動時は回転軸と前記貫通孔との間のシール機能を有する。他方、リップシール材が周面に接触する位置の近傍における回転軸に環状の凹部を形成するとともに、区画壁に対し回転軸をその軸心方向に変位させる手段を設ける。したがって、回転軸の変位によってその環状の凹部の位置がリップシール材位置に至り、リップシール材が回転軸の周面から離脱あるいは接触代が低減される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明が提供するターボ形高速回転機器は以上詳述したとおりであるから、つぎの効果を有する。
（１）製造工程における釣合修正作業においては、容易にリップシール材を回転軸と非接触の状況をつくることができ、完全な釣合修正を行うことができる。
以上の諸特性により経済的でかつ性能の優れたターボ形高速回転機器を提供する。
（２）本発明によればリップシール材の特徴である容易に数ミクロンオーダの微小間隙を実現でき、圧力損失の非常に大きい、シール機構を提供し、ガス消費量を削減することができる。
（３）リップシール材を円錐状に曲折する実施例の場合、スプリング効果をより充分に発揮でき、したがって製造におけるばらつきが存在しても初期の摺動トルクをこの円錐の角度変化で適切に緩和できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、ターボ翼が配設されたガス圧縮室と前記ターボ翼の軸受機構およびモータが配設されたモータ室を区画する区画壁をハウジングに設け、この区画壁に前記回転軸を貫通させる貫通孔を穿設し、この貫通孔と回転軸との間にリップ形のシール機構を設けた構成を基本とする。そして、このリップ形シール機構として機能するリップシール材が非運転時たとえば組立て前の釣合修正時には回転軸から離脱する状態が実現できる点に特徴を有する。もちろん、この離脱には接触がきわめて少ないすなわち接触代が低減され、釣合試験に影響を与えないような状態の接触は含まれるものとする。
【００１４】
この非運転時（組立て前）に回転軸と非接触状態を実現するためには、第１にリップシール材がシール位置に設置されていること、第２にこのシール材が接触する回転軸の位置の近傍における回転軸周面に一定幅の環状の凹部が形成されていること、および第３にハウジングと軸受機構あるいは回転軸と軸受機構が回転軸方向に相対的に変位できることの３つの構成が必要となる。すなわち、回転軸がリップシール材に対して回転軸の軸心方向に相対的に変位できる構成により、組立て前に回転部分を釣合試験機に水平状態で載架して釣合試験をするとき、リップシール材を回転軸と非接触状態が実現できる。本発明の最良の形態は、上記３つの構成要件を備え、かつこれらの機能を確実かつ容易に実現できる実施例である。
【００１５】
上記３つの構成要件からなる本発明の構成を図１に示す。図１は図６と同様ターボ形高速回転機器の縦断面を示すが、上部軸受５を保持するための軸受保持部材８がハウジング１に設置され、その上方には区画壁に相当するシールプレート９が載架されて、ハウジング１に設置されている。このシールプレート９の貫通孔９Ｈに回転軸４が貫設されている。このシールプレート９の貫通孔９Ｈの内方にはリップシール材１０が取り付けられ、その内方端が図示のとおり回転軸４の外周面に接している。このリップシール材１０が摺接する回転軸４の上方近傍には環状の凹部である小径部４Ｋが形成されている。回転軸４が変位し小径部４Ｋにリップシール材１０が位置すると回転軸４との接触が断たれる。なお、図１において１１は軸受保持部材８とシールプレート９をハウジング１に固定するボルトであり、１２は回転軸４とターボ翼７を浮遊させて保持する保持用のスプリングである。なお、図１において図６と同一の符号で示される部品は図６と同一であり、それらの機能、作用についての説明は省略する。
【実施例１】
【００１６】
以上の構成において、以下図２に示す実施例１について、本発明のターボ形高速回転機器の構成、作動を説明する。実施例１は、回転軸４と軸受機構の上部軸受５および下部軸受６との間に相対的な変位を行わせる構成を採用し、リップシール材１０を回転軸４から離脱させるものである。この変位を行わせる具体的な構成は、上部と下部の両軸受５、６の内径と、回転軸４の外径とのはめあい関係が、ゆるい嵌めあい関係にあり、両軸受５、６に対して回転軸４をその軸心方向に比較的容易に変位させることができるように構成されている。そのために、上部軸受５はそのアウターケースが軸受保持部材８に固定保持され、この上部軸受５、下部軸受６のインナーケースに対して回転軸４が外力などにより容易にスライド可能である。なお、上部軸受５と下部軸受６はアンギュラコンタクト形である。
【００１７】
実施例１のターボ形高速回転機器を組み立てる際は、前述したように回転体の不釣合を除去する必要から釣合試験が行われるが、図２はこの釣合試験の状態を示す。回転体（ターボ翼７や回転軸４など）と上部と下部の両軸受５、６をターボ形高速回転機器より取り外し、釣合試験機１３に載架する。この場合は、軸受保持部材８とシールプレート９を一体にして釣合試験機１３に対してボルト１１を利用して固定する。図２はこの状態を示している。釣合試験は回転軸４とターボ翼７を図示していない回転駆動機構にて高速回転させて行うが、この時、回転軸４にリップシール材１０の内方端が接触しないようにさせる必要があり、図３に示すとおり、作動部材１４にて外力を作用させて回転軸４を右方へ変位させる。すると、回転軸４は上部と下部の両軸受５、６に対してスライド可能であり、図３に示すとおり変位する。この変位によってリップシール材１０は回転軸４から離脱し、あるいは接触代が低減して正常な釣合試験が保障される。なお、図２、図３において図６と同一の符号で示される部品は図６と同一であり、それらの機能、作用についての説明は省略する。
【実施例２】
【００１８】
本発明に関する実施例２を図４に示す。図４は図２と同様、ターボ翼７と回転軸４などターボ形高速回転機器の回転体部を取り出してその不釣合状況を試験するために釣合試験機１３に載架した状態を示している。そして実施例２の特徴は、上部軸受５が軸受保持部材８に対して回転軸４の軸心方向にスライド可能に係合され、また下部軸受６が軸心方向にスライド可能に係合されていること、および特に上部軸受５のアウターレースと軸受保持部材８との間には圧縮バネ１５が介在されていることである。したがって図５に示すように釣合試験をするに際して水平方向にして釣合試験機１３に載架すると圧縮バネ１５が伸びその弾力にて上部軸受５が右方へと変位させられる。上部軸受５と回転軸４とは一体的に固着されているから上部軸受５の変位にしたがって回転軸４も軸心方向に変位し、図５に示すとおり、小径部４Ｋがリップシール材１０の位置に至る。この変位によってリップシール材１０の内方端は回転軸４から離脱し、あるいは接触代が低減して正常な釣合試験が保障される。なお、図４、図５において図６と同一の符号で示される部品は図６と同一であり、それらの機能、作用についての説明は省略する。
【００１９】
本発明が提供する高速回転機器は以上詳述したとおりであるが、発明の構成は上記あるいは実施例１あるいは２に示される構成に限定されるものではなく、種々の変形例を包含する。
まず、回転軸４に形成する凹部については、図１〜図５に示すように回転軸４を段付きで小径化する方法以外に、断面半円状の環状凹部を形成する形とすることもできる。要は回転軸４が軸心方向に変位したとき、ハウジング１に対して固定的に保持されているリップシール材１０の内方端が回転軸４の周面に対し非接触あるいは接触代が低減する状態が形成されれば良く、この環状凹部については特定の形に限定されない。また、リップシール材１０の曲折方向も図示例と逆の方向にすることもでき、さらにこのリップシール材１０の曲折方向の関連で回転軸４の変位方向を上記と逆にすることもできる。リップシール材１０の形も図示例のような断面が曲面を有する円錐状のみならず、断面が直線状の円錐状のものも含まれる。回転軸４の軸心方向への変位をコイル状の圧縮バネ１５にて行わせる例を示したが、皿状のバネや板状のバネを利用することもできる。ガス圧縮室Ｃとモータ室Ｍを区画する区画壁をハウジング１とは別個のシールプレート９で構成する例で示したが、ハウジング１の一部で構成することもできる。図示例の場合、軸受保持部材８と別個の部材としたがこの両者を一体とすることも可能である。また、ターボ形高速回転機器において本発明の特徴に直接関係しない構成たとえば上部と下部の両軸受５、６の潤滑機構などについても図示例に限定されない。さらに、図２から図５に示す釣合試験機１３において、下部軸受６を直接釣合試験機１３に架設する例を示したが、下部軸受６の保持枠を介して架設するようにすることも可能で釣合試験方法や釣合試験機の構成については、上記ならびに図示例には限定されない。なお、本発明はレーザ発振器にガスを圧縮して供給する機器以外の高速回転機器としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１の機能を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例２の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例２の機能を説明するための図である。
【図６】従来における高速回転機器の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  ハウジング
１Ａ  貫通孔 
１Ｈ  排気口
１Ｋ  吸気口
１Ｙ  オイル槽
２  モータ
２Ｋ  電極コイル
２Ｍ  回転子
３  インバータ
４  回転軸
４Ｓ  取付軸
４Ｈ  中空孔
４Ｋ  小径部
４Ｔ  射出孔
５  上部軸受
６  下部軸受
７  ターボ翼
８  軸受保持部材
９  シールプレート
９Ｈ  貫通孔
１０  リップシール材
１１  ボルト
１２  スプリング
１３  釣合試験機
１４  作動部材
１５  圧縮バネ
Ｒ  排気パイプ
ＶＰ  真空ポンプ
Ｃ  ガス圧縮室
Ｍ  モータ室
Ｓ  シール部
Ｌ  オイル
Ｗ  区画壁
【図１】
2006022645.tif 000003
【図２】
2006022645.tif 000004
【図３】
2006022645.tif 000005
【図４】
2006022645.tif 000006
【図５】
2006022645.tif 000007
【図６】
2006022645.tif 000008