(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源にて回転駆動される回転軸にターボ翼を取り付け、このターボ翼の回転にてポンプ機能を行うターボ機構を設けるとともに回転駆動源側とターボ機構側を仕切る隔壁部を設け、この隔壁部を前記回転軸が貫通するターボ型回転機器において、前記回転軸が貫通する隔壁部の貫通部に、回転軸に対してその外周面に近接して囲繞する内周面を有する環状体を設置し、前記回転軸の支持に異常が生じ前記回転軸が変動または傾動する際は、前記環状体が前記回転軸を受けることによって前記環状体が破損または変形して前記回転軸の回転エネルギーを吸収し、前記環状体は隔壁部に対して回転方向に負荷が加わった際にハウジングに対してエネルギー伝播を抑制できる固定保持部材を介して保持されていることを特徴とするターボ型回転機器。
【請求項２】
環状体はその軸芯が回転軸の軸芯に対して偏倚して設置されていることを特徴とする請求項１記載のターボ型回転機器。
【請求項３】
環状体はその材料の一部が欠けた形状で構成されていることを特徴とする請求項１記載のターボ型回転機器。
【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型回転機器に関する。
【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型回転機器が使用されている。
【０００３】
この種のターボ型回転機器は、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、機械的な軸受で軸支され、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】
このターボ型回転機器の構成は図６ に示すとおりである。図６ は概略的に示す縦断面図で、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るとともに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２ Ｋ と、この電極コイル２ Ｋ に対応して回転軸４ に固設された回転子２ Ｍ で構成され、電極コイル２ Ｋ 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 は上方軸受５ と下方軸受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４ Ｓ にターボ翼７ が固設されている。このモータ２ と回転子２ Ｍ 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方軸受５ と下方軸受６ に保持されている。なお、この上方軸受５ と下方軸受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１ Ｋ から吸入され、圧縮されて排気口１ Ｈ より排出される。この吸気口１ Ｋ から排気口１ Ｈ までがガス圧縮室Ｃ を形成する。この排気口１ Ｈ 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、軸心上に中空孔４ Ｈ が形成されているが、この中空孔４ Ｈ の下方部は内孔が上方拡がりのテーパ状をなし、こ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４ Ｈ 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４ Ｈ の内方を上方に移動し、この作用で中空孔４ Ｈ はポンプ機能を生起する。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４ Ｔ より外方に放出されてモータ２ の冷却や上方軸受５ と下方軸受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１ Ｙ に溜められ、再び吸い上げられて循環することになる。
【０００７】
このように潤滑用のオイルＬ は、循環して上方軸受５ や下方軸受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 における噴霧状のオイルＬ の存在は、上方軸受５ と下方軸受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】
このことからガス圧縮室Ｃ とモータ室Ｍ とは、ハウジング１ ないしハウジング１ と一体の部材からなる隔壁部におけるシール部Ｓ で遮断されるようになっている。すなわち、ハウジング１ には上方軸受５ の上方位置において回転軸４ が非接触で貫通できる範囲の貫通部が穿設され、回転軸４ と協働してシール部Ｓ が形成されている。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 と貫通部との間隙は通常数１ ０ ミクロンに設定されている。ラビリンスシール以外にも、数１ ０ ミクロンの微小な平行隙間に設定されたガスシールも採用されている。他方、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（ 図示せず） 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るためである。
【０００９】
このように、特にレーザ発振器に利用されるターボ型回転機器においてはオイルＬ のミストの存在と対策が重要であるが、ミストの発生源であるオイルＬ の存在も無視できない。特に回転軸４ の射出孔４ Ｔ から放出されるオイルＬ が上方のシール部Ｓ に至るのをなるべくさける必要がある。そのため図６ に示すように、上方軸受５ を保持する方式とシール部Ｓ を構成するシール部８ が軸受保持部材９ の上面に載置されている。８ Ａ はこのシール部８ を貫通する回転軸４ のために穿設された貫通孔であり、さらに９ Ｈ は軸受保持部材９の中央部に穿設された貫通孔である。
【００１０】
また、シール部８ と軸受保持部材９ は図６ に示すボルト９ Ｂ を介してハウジング１ に固定されている。さらに強度の面からはつぎのような対策がとられている。まず、シール部Ｓ を構成する回転体側すなわち回転軸４ は高強度を有する鋼材等が採用され、他方の静止側すなわちシール部８ は高速回転時の接触により回転エネルギーが衝撃的に静止側に伝播し、二次災害となることを防止するべく軟らかい鉛材あるいはアルミ材などが採用されている。なお、上方軸受５ や下方軸受６ の劣化状況を観察するために、機器の振動を計測する振動計（ モニタ） を設置する。あるいは定期的にオーバーホールを実施したりして故障を事前に抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２ ０ ０ ０ − ２ ０ ９ ８ １ ５ 号公報（ 第１ − ３ 頁、第１ 図− 第８ 図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような構成からなるターボ型回転機器において、長期の使用あるいは高速回転での繰り返し使用により軸受等の劣化が進行する。特に頭部に大質量のターボ翼７ を有し、回転軸４ の支軸である上方軸受５ と下方軸受６ への負荷荷重は大きくなることで軸受の劣化は進行しやすい。この劣化が進むと回転軸４ の軸芯の振れが生じ始め、さらにその進行で回転軸４ の振れ回りが過大となると、シール部８ に衝突または摺接し削られることになる。この削りの進行でシール部Ｓ の隙間が次第に増大し、上記したシール機能が破壊されるとともに、回転機器の各部が破損、破砕して危険である。シール部Ｓ の破壊によってモータ室Ｍ とガス圧縮室Ｃ の差圧が低下し、オイルＬ が逆流することが懸念される。また、上方軸受５ が故障すると回転軸４ は下方軸受６ を中心とするみそ擦り運動を展開して下方軸受６ を続けて破壊し、回転軸４ は支持体を失って回転機器における他の部材に衝突し、たとえばターボ翼７ がハウジング１ への衝突等が想定され過剰な故障を誘発する可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明が第１ に提供するターボ型回転機器は、上記課題を解決するためにターボ翼を回転駆動する回転軸に対して、その外周面に近接して囲繞する内周面を有する環状体を回転機器における前記回転軸を包囲する固定部に設置したものである。したがって、軸受の劣化破壊等によって回転軸支持に異常が生じ回転軸が変動、傾動する際は、これを環状体が受けることとなり、環状体が破損、変形して回転軸の回転エネルギーを吸収する。
本発明が第２ に提供するターボ型回転機器は、環状体を軸受近傍に設置するものである。したがって回転機器の破壊を最小限にする。
【００１３】
さらに本発明が第３ に提供するターボ型回転機器は、環状体を回転軸の材質より軟質の材料で構成したものである。したがって回転軸が変動、傾動したとき、回転軸は環状体に接触し回転エネルギーを着実に吸収する。
さらに本発明が第４ に提供するターボ型回転機器は、ターボ翼の回転によるガス圧縮室側と、ターボ翼を回転駆動する側のモータ室とを仕切る隔壁部を回転軸が貫通する貫通部に、回転軸の外周面に近接して囲繞する内周面を有する環状体を設けたものである。したがって回転軸が変動、傾動したとき、回転軸は環状体に接触し融着する。
さらに本発明が第５ に提供するターボ型回転機器は、前記第３ に提供する環状体について、その中心軸芯を回転軸の中心から偏倚させたものである。したがって環状体に回転軸が衝突したとき回転軸が拘束される。
さらに本発明が第６ に提供するターボ型回転機器は、前記第４ に提供する環状体の材質を回転軸の材質より軟質としたものである。したがって回転軸が衝突したときその拘束と融着が確実となる。
【発明の効果】
【００１４】
軸受等の劣化等によって回転軸の軸芯の振れが大きくなったとき、あるいは軸受が破壊したときにおける回転軸が変動、傾動が発生するとこれを環状体が受けて回転軸の回転エネルギーを吸収し、あるいは環状体自体が変形され、あるいは破損されて回転軸の回転エネルギーを吸収する。しかも環状体は回転機器において回転軸を包囲する固定部に設置されているので、衝撃の吸収は回転機器全体で行われ効果的である。したがって回転機器の過剰故障を防止できる。特に隔壁部に環状体を設置することによって隔壁部の破壊を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の特徴は、ターボ翼を回転駆動する回転の外周面に対して近接して囲繞する内周面を有する環状体を回転機器の固定部に設けた点にある。この環状体の設置は、可能な限り回転軸の軸受部近傍であることが望ましい。これらの諸条件を満足するものが最良の形態である。
〔参考例１ 〕
【００１６】
本参考例は図１ に示される。図１ は図６ と同様ターボ型回転機器の縦断面を示す図で、ターボ翼７ を回転駆動する回転軸４ に対して、下方軸受６ の近傍における回転機器の固定部１ Ｆ に環状体１ ０ が設置されている。この固定部１ Ｆ は回転機器において回転軸４ を包囲する固定部でしかも回転軸４ に近接する位置まで展延されている。
すなわち、図１ に示すように、ターボ翼７ を回転駆動するための回転軸４ は上方軸受５と下方軸受６ に支承されているが、この下方軸受６ を保持する固定部１ Ｆ に断面Ｍ 字形の環状体１ ０ が、回転軸４ を嵌挿した形で設置されている。環状体１ ０ はたとえば銅系材料で構成され、断面形状はＭ 字形で中心部に回転軸４ が貫通する孔１ ０ Ｈ が穿設されている。基部は開放円筒形で、ハウジング１ の一部である固定部１ Ｆ に冠着固定されている。孔１ ０ Ｈ は回転軸４ が貫通できる最小径の大きさで、すなわち回転軸４ の外周面に近接して囲繞する内周面を有する内孔が環状体１ ０ に形成され、回転軸４ と環状体１ ０ はすきまばめの関係を有している。
上述したとおり環状体１ ０ の上方はすりばち状をなし、すりばちの内方端が回転軸４ の外周に近接対向しているのである。なお図１ において、図６ に示される符号と同一の符号で示される部品は図６ の部品と同一であり、詳細な説明は省略する。
したがって、以上の構成において下方軸受６ が長時間の使用によって劣化し変形ないし破壊が生じた場合、回転軸４ は回転しつつも揺動し、変動ないし傾動する。そして、即環状体１ ０ の内周面に衝突し、あるいは接触する。すると環状体１ ０ は回転軸４ に対して軟質であるから摺接しつつ融着して回転エネルギーが環状体１ ０ に吸収されることになる。図示例の場合、環状体１ ０ は上部が重量形に形成されているため破壊されると下方に喰い込み回転軸４ の回転を制動させる機能も有する。したがって回転機器の過剰破壊が防止される。この環状体１ ０ をより大径化しハウジング１ の内孔に接触するよう挿設させることもできる。
〔参考例２ 〕
【００１７】
この参考例は図２ に示される。この図２ も図１ と同様、ターボ型回転機器の縦断面図を示すもので、図６ に示される符号と同一の符号で示される部品は図６ の部品と同一であり、詳細な説明は省略する。この図２ に示す第２ の参考例は、上方軸受５ を保持する軸受保持部材９ が回転機器の固定部で回転軸４ を包囲する固定部１ Ｃ に設置されているが、この固定部１ Ｃ に環状体１ １ が設置された例を示している。環状体１ １ は皿状をなし、ハウジング１ の棚部に載架され、その内孔１ １ Ｈ の内周面が回転軸４ の外周面に近接して囲繞しており、すきまばめの関係にある。この環状体１ １ の材質も回転軸４ の材質より軟質で構成されている。
本参考例によれば上方軸受５ が劣化によって変形あるいは破損変形したとき、回転軸４ は変動、傾動して環状体１ １ に接触し、さらには摺接することになる。この接触、摺接等によって回転軸４ の有するエネルギーは環状体１ １ に融着して吸収されることになる。回転機器の過剰破壊が未然に阻止される。
【００１８】
以上、第１ 、第２ の参考例を詳述したが、これらは両軸受５ 、６ の近傍に環状体１ ０ 、１ １ を設置するという点で共通している。この特徴をさらに発展された参考例としては、上方、下方の両軸受５ 、６ にそれぞれ環状体１ ０ 、１ １ を併設する例を挙げることもできる。この場合は、回転軸４ の回転エネルギーの吸収はそれぞれが半分程度分担することとなり、災害をより小規模の状態で抑えることが可能となる。
〔実施例１ 〕
【００１９】
本実施例は図３ に示される。図３ は図１ ならびに図２ と同様ターボ型回転機器の縦断面を示す図である。図３ に示す本実施例においては環状体１ ２ がシール部８ の固定部あるいは固定部の一部をなす例である。この環状体１ ２ の場合も回転軸４ とはすきまばめの関係に構成される。しかも環状体１ ２ と回転軸４ との関係は図４ に示すとおり偏倚した状態にて設置されている。環状体１ ２ とシール部８ との関係を詳述すると、環状体１ ２ とシール部８ との接合部はモータ室Ｍ とガス圧縮室Ｃ との間のガスの通過を防ぐよう構成されすきまシール機能を有する。他方環状体１ ２ に回転軸４ が衝突し過剰な回転力が加わって摺接しはじめると、両者の結合が解かれるように構成されている。そして前述したとおり、環状体１ ２ の中心は回転軸４ の中心に対して偏倚しているので、環状体１ ２ とシール部８ との間で摺動したとき、摺動磨耗により回転軸４ とシール部８ 間における圧入部で隙間が生じるよう回転エネルギーが吸収され、さらに上記のとおり偏倚していることによって環状体１ ２ とシール部８ との間で拘束が残存する。なお図３ 、図４ における図６ と同一の符号で示される部品は図６ の部品と同一であり、詳細な説明は省略する。
〔実施例２ 〕
【００２０】
本実施例は図５ に示される。この実施例の特徴は、上記ブッシングの形式の環状体１ ３がさらに局所的に欠け部Ｋ を有し、全体としてはアンバランス（ 不均衡） な形状をなしている例である。このアンバランスによって回転軸４ の接触でアンバランス状態が更に悪化し顕著になることで回転機器における回転体（ 回転軸４ やターボ翼７ など） の回転を不能にすることができる。この実施例においても、環状体１ ３ の材質を回転軸４ の材質より軟質の材料で構成することで、回転軸４ の環状体１ ３ への融着が確実になる。なお図５ における図６ と同一の符号で示される部品は図６ の部品と同一であり、詳細な説明は省略する。
〔実施例３ 〕
【００２１】
本発明が提供するターボ型回転機器の第３ の実施例としては、図示していないが、上記に説明した各実施例において、接触あるいは衝突を受ける環状体、具体的には図１ の環状体１ ０ 、図２ の環状体１ １ 、図３ の環状体１ ２ そして図４ の環状体１ ３ が回転機器において回転軸４ を包囲する隔壁部である固定部に設置する構成において、回転体に接触した際に環状体１ ０ 〜 １ ３ に加わる回転エネルギーを保持部への伝播を防止するため、両部材間のはめあいを圧入するか、あるいは両部材間をネジ止め締結などにより固定する構成とする。回転体が接触あるいは衝突により、環状体１ ０ 〜 １ ３ に回転エネルギーが加わった際にはそれぞれの構成において、はめあい部の摺動、あるいはネジ締結部でのネジに曲げ・せん断にエネルギーが使われることで、ハウジング１ に過剰なエネルギーが加わることを防止できる。
【００２２】
本発明が提供するターボ型回転機器の特徴は以上詳述したとおりであるが、上記ならびにいくつかの図示例に限定されず、種々の変形実施例を包含する。本発明は回転軸４ が変動、傾動して接触、衝突を受ける環状体１ ０ 〜 １ ３ を回転機器において回転軸４ を包囲する固定部に設置する点にあるが、図示例のようにハウジング１ と別体のものに限定されず、ハウジング１ と一体的に形成された環状体で構成することができる。あるいはハウジング１ の一部分を回転軸４ に対して外方より周囲から囲繞する形で展延する固定部を形成させ、固定部に環状体を固設するか、あるいは固定部を環状体として構成することもできる。環状体の材質としては鉛材以外アルミニウム材、アルミニウム合金材を利用することもできる。また、シール部８ に環状体を設置する実施例の場合、環状体の内周面にラビリンス形シール手段を設けるようにすることもできる。
なお、本発明が提供するターボ型回転機器は、気体レーザ発振器装置におけるガス循環用のブロア等に適用できるのみならず、単なる通常の真空排気用ポンプとしても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】参考例が第１ に提供するターボ型回転機器の構成を示す縦断面図である。
【図２】参考例が第２ に提供するターボ型回転機器の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明が第１ に提供するターボ型回転機器の構成を示す縦断面図である。
【図４】第３ 図に示す実施例の要部断面を示す図である。
【図５】本発明が第２ に提供するターボ型回転機器の構成を示す縦断面図である。
【図６】従来におけるターボ型回転機器の構成を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ ハウジング
１ Ｃ 固定部
１ Ｆ 固定部
１ Ｋ 吸気口
１ Ｈ 排気口
１ Ｙ オイル槽
２ モータ
２ Ｋ 電極コイル
２ Ｍ 回転子
３ インバータ
４ 回転軸
４ Ｈ 中空孔
４ Ｓ 取付軸
４ Ｔ 射出孔
５ 上方軸受
６ 下方軸受
７ ターボ翼
８ シール部
８ Ａ 貫通孔
９ 軸受保持部材
９ Ｂ ボルト
９ Ｈ 貫通孔
１ ０ 環状体
１ ０ Ｈ 孔
１ １ 環状体
１ １ Ｈ 内孔
１ ２ 環状体
１ ３ 環状体
Ｋ 欠け部
Ｃ ガス圧縮室
Ｌ オイル
Ｍ モータ室
Ｓ シール部
Ｒ 排気パイプ
【図１】
0004844038.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004844038.tif 000004
【図４】
0004844038.tif 000005
【図５】
0004844038.tif 000006
【図６】
0004844038.tif 000007