(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁により翼車室及びモータ室に区画された内部空間を有し前記隔壁にシャフトを挿通可能なシャフト挿通孔を設けているケーシングと、このケーシングのモータ室内に設けた流体潤滑式の軸受に回転可能に支持させてなる基部及び前記翼車室内に配した翼車取付部を有し前記シャフト挿通孔に挿通させてなるシャフトと、このシャフトの翼車取付部に取り付けた翼車と、この翼車を回転駆動すべく前記モータ室内に設けられ前記シャフトを回転駆動するモータと、前記モータ室内を前記翼車室よりも低圧に保つための排気手段とを具備するものであって、前記シャフトとシャフト挿通孔との間の隙間に、螺旋溝を利用して流体の前記翼車室から前記モータ室への流れを抑制するための流体漏出抑制領域を設けるとともに、前記シャフトとシャフト挿通孔との間の隙間における前記流体漏出抑制領域よりも前記モータ室寄りの領域に、螺旋溝を利用して流体をモータ室側に付勢するための流体付勢領域を設け、さらに前記流体付勢領域による付勢能力を前記流体漏出抑制領域の抑制能力よりも大きくしていることを特徴とする回転機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフト挿通孔を備えた隔壁を有するケーシング内に、オイル潤滑式の軸受に回転可能に支持させてなるとともに翼車取付部を延出させたシャフトと、前記翼車取付部に取り付けた翼車とを収納させてなる回転機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転機器として代表的なターボブロワには、翼車室、モータ室、及びこれらを区画するとともにシャフト挿通孔を備えた隔壁を有するケーシングと、モータ室に設けたモータに駆動されモータ室内に設けた流体潤滑式の軸受に回転可能に支持させてなるとともに翼車室側に翼車取付部を延出させたシャフトと、前記翼車取付部に取り付けた翼車とを具備するものが知られている。このような回転機器においては、前記軸受に供給する潤滑材が翼車室側に漏出し、該翼車室を通過するガス等の流体が汚染される不具合の発生を防ぐべく、モータ室側に真空ポンプ等の排気手段を接続し、該翼車室を通過するガス等の流体の一部を翼車室からモータ室へ流し、潤滑液をモータ室へ押し戻すことが従来考えられてきている。（例えば特許文献１を参照。）なお、前記特許文献１では、翼車室は循環ガス圧縮室、モータ室は軸受保持室、翼車はターボ翼としてそれぞれ述べられている。
【特許文献１】特開平１１−３１１１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記特許文献１記載のように構成すると、該翼車室を通過するガスがモータ保持室へ流すことにより空費されるので、該翼車室を通過するガス等の流体の量を維持すべく、翼車室側に流体を外部から補充する必要がある。そこで、流体の補充量を抑えるべく、シャフトとケーシングとの間に微小隙間を形成し、この微小隙間による絞り効果で流体のシールを行うようにしている。このようにシャフトとケーシングとの間に微小隙間を形成する際、従来は微小隙間の幅を小さくしてモータ室側への流出を極力少なくすべく、精密な加工によりシール部を設けるようにしている。しかし、シール部の形成の際に加工精度が要求されるので、シール部の製造コストがかさむ不具合が生じている。
【０００４】
本実施形態は、このような課題を解決すべく、シャフトとケーシングとの間の隙間に潤滑材が留まらない構成を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明に係る回転機器は、隔壁により翼車室及びモータ室に区画された内部空間を有し前記隔壁にシャフトを挿通可能なシャフト挿通孔を設けているケーシングと、このケーシングのモータ室内に設けた流体潤滑式の軸受に回転可能に支持させてなる基部及び前記翼車室内に配した翼車取付部を有し前記シャフト挿通孔に挿通させてなるシャフトと、このシャフトの翼車取付部に取り付けた翼車と、この翼車を回転駆動すべく前記モータ室内に設けられ前記シャフトを回転駆動するモータと、前記モータ室内を前記翼車室よりも低圧に保つための排気手段とを具備するものであって、前記シャフトとシャフト挿通孔との間の隙間に、螺旋溝を利用して流体の前記翼車室から前記モータ室への流れを抑制するための流体漏出抑制領域を設けるとともに、前記シャフトとシャフト挿通孔との間の隙間における前記流体漏出抑制領域よりも前記モータ室寄りの領域に、螺旋溝を利用して流体をモータ室側に付勢するための流体付勢領域を設け、さらに前記流体付勢領域による付勢能力を前記流体漏出抑制領域の抑制能力よりも大きくしていることを特徴とする。
【０００６】
このように構成すれば、精密な加工によりシール部を設けることなく、前記シャフト又は前記シャフト挿通孔の少なくとも一方に螺旋溝を設ける簡単な加工により、ガス等の流体の空費を抑える効果を実現できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る回転機器は、螺旋溝を利用して流体の翼車室からモータ室への流れを抑制するための流体漏出抑制領域を設けているので、前記シャフト又は前記シャフト挿通孔の少なくとも一方に螺旋溝を設ける簡単な加工により、ガスの流体の空費を抑える効果を低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【０００９】
本実施形態に係る回転機器であるターボブロワ１００は、図示しないＣＯ２ガスレーザ等のレーザ発振部にガス等の流体（以下単にガスと記す）を供給するためのものであり、ガス循環経路上にレーザ発振部と直列して設けられている。
【００１０】
具体的にこのターボブロワ１００は、概略断面図を図１に示すように、隔壁５３により翼車室たるターボ翼室５１及びモータ室５２に区画された内部空間を有するケーシング５と、このケーシング５の内部空間に収納させたシャフト２と、このシャフト２に取り付けた翼車たるターボ翼１と、このターボ翼１を回転駆動すべく前記モータ室５２内に設けられ前記シャフト２を回転駆動するモータ４とを具備する遠心式のものである。なお、本実施例のものはシャフト２を起立させて使用する。
【００１１】
前記ケーシング５のターボ翼室５１内には前記ターボ翼１、モータ室５２内には前記電動モータ４を収納するようにしている。前記隔壁５３には前記シャフト２を挿通可能なシャフト挿通孔５ｘを設けていて、このシャフト挿通孔５ｘを介して前記ターボ翼室５１及び前記モータ室５２を連通させている。さらに詳述すると、前記ターボ翼室５１は、各ターボ翼１の頂部方向に開口するガス導入ポート５４と、ターボ翼１の側方に開口するガス導出ポート５５とを備えている。一方、前記モータ室５２は、その中央近傍に設けられ後述する電動モータ４を配設するためのモータ配設部５６と、このモータ配設部５５の上下方にそれぞれ設けられ転がり軸受３を配設するための上下の軸受配設部５７ａ、５７ｂと、下端部に設けられ軸受潤滑用の潤滑液である潤滑オイルＯＩＬを滞留させておくオイルだめ部５８と備えている。そして本実施形態では、ガスが前記シャフト挿通孔５ｘと前記シャフト２との間の隙間を前記モータ室５２内に向かう方向に流れるようにすべく、前記モータ保持室５２内のガスを排気手段である真空ポンプ９により排気して前記モータ室５２内を前記ターボ翼室５１内よりも低圧に保つようにしている。
【００１２】
上下の転がり軸受３、３は、前記モータ室５２内の上下の軸受配設部５７ａ、５７ｂにそれぞれ支持させたもので、後述する電動モータ４の上下にそれぞれ配置されている。本実施例では、これら転がり軸受３、３としてアンギュラタイプのものを採用し、ジャーナル方向、スラスト方向に作用する両荷重を支持しうるようにしている。そして、これら転がり軸受３、３は、シャフト２内に設けた後述するオイル供給路２１ａを介して潤滑材、具体的には潤滑オイルＯＩＬの供給を受ける流体潤滑式の軸受である。
【００１３】
前記シャフト２は、前記モータ室５２内に配した前記転がり軸受３に回転可能に支持させてなるとともに内部にオイル供給路２１ａを有する基部２１と、この基部２１から延出させているとともに前記シャフト挿通孔５ｘを通過させてなる中間部２２と、この中間部２２から延出させて前記ターボ翼室５１内に配した翼車取付部たるターボ翼取付部２３とを具備する。前記基部２１内部に形成したオイル供給路２１ａはこのシャフト２の下端面に開口し、その開口がオイルだめ部５８内の潤滑オイルＯＩＬに浸かっている状態にしてある。また、各転がり軸受３の上側におけるシャフト２の外周面にもそれぞれ開口するように構成されている。オイル供給路２１ａの下端部２１ｂは、遠心ポンプ部として機能するように構成されている。具体的には下方に向かって断面積が減少するテーパ状のものとなっている。すなわち、シャフト２の回転による遠心力でオイルだめ５８から潤滑オイルＯＩＬをテーパ面に沿って上昇させ、吸い上げたオイルをシャフト２の外周面にそれぞれ設けた開口から噴射して各転がり軸受３に供給できるように構成されている。なお、この潤滑オイルＯＩＬは、シャフト２の回転によって、モータ室５２内では噴霧状態としても存在している。
【００１４】
ターボ翼１は、切頭円錐状の基体１１の斜面部に螺旋状に複数の翼体１２を立設した一般に知られているもので、前記シャフト２のターボ翼取付部２３に取り付けている。
【００１５】
電動モータ４は、ロータ４１をシャフト２に外嵌させて固着するとともに、ロータ４１の周囲にケーシング５に支持させてステータ４２を配設した例えばＤＣブラシレス式のものであって、シャフト２と一体的に設け、直接的にシャフト２を回転駆動させるものである。本実施例ではシャフト２及び電動モータ４の駆動源として図示しないインバータを用いている。
【００１６】
しかして本実施形態では、本実施形態では、前記図１、およびこの図１におけるシャフト挿通孔５ｘ付近の拡大図である図２に示すように、前記シャフト２と前記シャフト挿通孔５ｘとの間の隙間Ｓには、第２の螺旋溝２ｙを利用して流体のターボ翼室５１からモータ室５２への流れを抑制するための流体漏出抑制領域Ａ２を設けている。具体的には、前記シャフト２の中間部２２のうちターボ翼室５１寄りの部位に、このシャフト２の前記図２における矢印ｘ方向への回転に応じて見かけ位置がターボ翼室５１側に移動するような第２の螺旋溝２ｙを設けている。ここで、前記図２に示す状態から位相を９０度移動させた状態の図を図３に示す。以下、シャフト２の前記矢印ｘ方向への回転に応じて螺旋溝間に位置するネジ山の見かけ位置がモータ室５２側に移動するような螺旋溝を順方向ネジ溝と称する。また、シャフト２の前記矢印ｘ方向への回転に応じて螺旋溝間に位置するネジ山の見かけ位置がターボ翼室５１側に移動するような螺旋溝は逆方向ネジ溝と称する。
【００１７】
前記シャフト２を前記図２における矢印ｘ方向に回転させると、この第２の螺旋溝２ｙ内の流体、具体的には主にターボ翼室５１からこの第２の螺旋溝２ｙ内に進入したガスは、この第２の螺旋溝２ｙ内で矢印ｘ方向と逆方向に移動するよう付勢される。すなわち、この第２の螺旋溝２ｙは上述したように逆方向ネジ溝であるので、前記流体はターボ翼室５１側、すなわちこのガスの流れる方向と逆側に付勢される。また、第２の螺旋溝２ｙを形成するネジ山２ｙ１と前記シャフト挿通孔５ｘとの間に位置する微小隙間ＳＳＳも、シャフト２の回転につれて移動する。そして、この微小隙間ＳＳＳに侵入している潤滑オイルＯＩＬも、前記ネジ山２ｘ１に付勢されてシャフト２の回転速度より低い速度で前記矢印ｘ方向に移動し、第２の螺旋溝２ｙ内に達する。
【００１８】
また、本実施形態では、前記図１及び図２に示すように、前記シャフト２と前記シャフト挿通孔５ｘとの間の隙間Ｓにおける前記流体漏出抑制領域Ａ２よりも前記モータ室５２寄りの領域に、第１の螺旋溝２ｘを利用して流体をモータ室５２側に付勢するための流体付勢領域Ａ１を設けている。具体的には、前記シャフト２の中間部２２のうちモータ室５２寄りの部位に、順方向ネジ溝である第１の螺旋溝２ｘを設けている。
【００１９】
前記シャフト２を前記図２における矢印ｘ方向に回転させると、この第１の螺旋溝２ｘ内の流体、具体的にはガスと潤滑オイルＯＩＬの微細粒子等との混合物はこの第１の螺旋溝２ｘ内で矢印ｘ方向と逆方向に移動するよう付勢される。すなわち、この第１の螺旋溝２ｘは上述したように順方向ネジ溝であるので、前記流体はモータ室５２側に付勢され、潤滑オイルＯＩＬの微細粒子等がモータ室５２に排出される。また、第１の螺旋溝２ｘを形成するネジ山２ｘ１と前記シャフト挿通孔５ｘとの間に位置する微小隙間ＳＳは、シャフト２の回転につれて移動する。そして、この微小隙間ＳＳに侵入している潤滑オイルＯＩＬも、前記ネジ山２ｘ１に付勢されてシャフト２の回転速度より低い速度で前記矢印ｘ方向に移動し、第１の螺旋溝２ｘ内に達した後、上述したようにこの第１の螺旋溝２ｘ内をモータ室５２側に向けて移動するよう付勢される。
【００２０】
そして本実施形態では、上述したターボ翼室５１からモータ室５２への流体の流れを確保すべく、シャフト２の流体付勢領域Ａ１と流体漏出抑制領域Ａ２との間に対応する部位に、該流体付勢領域Ａ１及び流体漏出抑制領域Ａ２の少なくともネジ山２ｘ１、２ｙ１に対応する部位よりも径を小さくした小径部２２１を設け、シャフト２の小径部２２１と前記シャフト挿通孔５ｘとの間の部位における前記隙間Ｓの幅を、これら流体付勢領域Ａ１と流体漏出抑制領域Ａ２における前記隙間Ｓの幅よりも大きくしている。
【００２１】
また、モータ室５２側の圧力脈動に起因してモータ室５２とターボ翼室５１との間の圧力差が逆転した場合においても上述したターボ翼室５１からモータ室５２への流体の流れを確保できるようにすべく、前記流体付勢領域Ａ１による付勢能力を前記流体漏出抑制領域Ａ２の抑制能力よりも大きくしている。
【００２２】
以上に述べたように、本実施形態に係るターボ型回転機器であるターボブロワ１００の構成によれば、前記流体付勢領域Ａ１よりターボ翼室５１寄りに逆方向ネジ溝である第２の螺旋溝２ｙを利用して流体をターボ翼室５１側に付勢するための流体漏出抑制領域Ａ２を設けているので、この流体漏出抑制領域Ａ２ではガスが第２の螺旋溝２ｙ内をターボ翼室５１側に移動する方向に付勢され、ターボ翼室５１からモータ室５２へのガスの流出を抑えることができる。さらに、第２の螺旋溝２ｙを形成するネジ山２ｙ１と前記シャフト挿通孔５ｘとの間に位置する微小隙間ＳＳＳがシャフト２の回転に伴い移動するので、上述した作用により潤滑オイルＯＩＬが表面張力によりこの微小隙間ＳＳＳに滞留することを防ぐこともできる。
【００２３】
また、本実施形態では、前記シャフト２と前記シャフト挿通孔５ｘとの間の隙間Ｓに順方向ネジ溝である第１の螺旋溝２ｘを利用して流体をモータ室５２側に付勢するための流体付勢領域Ａ１を設けているので、この流体付勢領域Ａ１に達した潤滑オイルＯＩＬ等の不純物の微細粒子はシャフト２の回転に伴い周囲のガスなど他の流体とともに第１の螺旋溝２ｘ内をモータ室５２側に移動するよう付勢され、モータ室５２に排出される。したがって、真空ポンプ９の起動直後のモータ室５２とターボ翼室５１との間の圧力差が小さい時間帯であっても、潤滑オイルＯＩＬ等の不純物をモータ室５２に排出でき、該不純物がターボ翼室５１側に侵入してこのターボ翼室５１を通過するガスが汚染されることを防げる。また、第１の螺旋溝２ｘを形成するネジ山２ｘ１と前記シャフト挿通孔５ｘとの間に位置する微小隙間ＳＳがシャフト２の回転に伴い移動するので、上述した作用により潤滑オイルＯＩＬが表面張力によりこの微小隙間ＳＳに滞留することを防ぐことができ、従って前記シャフト２と前記シャフト挿通孔５ｘとの間に発生する摩擦熱や微小粒子との混合による潤滑オイルＯＩＬの劣化を防ぐこともできる。
【００２４】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。
【００２５】
例えば、上述したような前記第２の螺旋溝２ｙを利用した流体漏出抑制領域Ａ２に代えて、図４に示すように、前記シャフト挿通孔５ｘ側に刻設した順方向ネジ溝５ｚを利用して流体漏出抑制領域ＡＡ２を形成してもよい。このような流体漏出抑制領域ＡＡ２を設けた場合、シャフト２を図４の矢印ｘ方向に回転させると、前記順方向ネジ溝５ｚ内の流体もこれにつれて矢印ｘ方向に進むよう付勢される。すなわち、前記順方向ネジ溝５ｚ内の流体はターボ翼室５１側に向けて付勢される。
【００２６】
また、上述したような前記第１の螺旋溝２ｘを利用した流体付勢領域Ａ１に代えて、上述した実施形態における図２に対応する図を図４に示すように、前記シャフト挿通孔５ｘ側に刻設した逆方向ネジ溝５ｙを利用して流体付勢領域ＡＡ１を設けてもよい。このような流体付勢領域ＡＡ１を設けた場合、シャフト２を図４の矢印ｘ方向に回転させると、前記逆方向ネジ溝５ｙ内の流体もこれにつれて矢印ｘ方向に進むよう付勢され、前記逆方向ネジ溝５ｙ内の流体はこの逆方向ネジ溝５ｙ内をモータ室５２側に向けて移動する。
【００２７】
もちろん、前記第１、第２の螺旋溝２ｘ、２ｙと、前記シャフト挿通孔５ｘ側に刻設した逆方向ネジ溝、及び前記シャフト挿通孔５ｘ側に刻設した順方向ネジ溝の少なくとも一方を同時に設けてもよく、また、上述した実施形態に係る流体付勢領域Ａ１と前記流体漏出抑制領域ＡＡ２との組合せ、または前記流体付勢領域ＡＡ１と上述した実施形態に係る流体漏出抑制領域Ａ２との組合せを採用してもよい。
【００２８】
さらに、前記流体付勢領域Ａ１、ＡＡ１は省略し、前記流体漏出抑制領域Ａ２、ＡＡ２を前記隙間の前記シャフトの延伸方向略全域にわたって設けてもよい。この場合、図５に示すように、前記シャフト挿通孔５ｘの前記モータ室５２側端縁に他の部分よりも大径な大径部５ｘ１を形成してこの大径部５ｘ１とシャフト２との間の隙間Ｓの幅をシャフト２の径方向に広くし、この部位に達した潤滑オイルの微小粒子を含む流体が真空ポンプ９に向けて流れやすくするとよい。また、前記大径部５ｘ１とシャフト挿通孔５ｘとの間に段部を設ければ、この回転機器の起動直後等において過渡的にモータ室内５２がターボ翼室５１よりも高圧となる時間帯においても、前記大径部５ｘ１の壁面に付着した潤滑オイルをこの段部に留めることができるので、該潤滑オイルがシャフト挿通孔５ｘ伝いにターボ翼室５１に向かい移動することを抑止できる。さらに、シャフト２の前記大径部５ｘ１に対向する部位に少なくとも前記ネジ山２ｙ１に対応する部位より小径な小径部２２１を設けるとなおよい。
【００２９】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係るターボブロワを示す概略断面図。
【図２】図１におけるシャフト挿通孔付近の拡大図。
【図３】同実施形態に係るターボブロワの動作を示す図。
【図４】本発明の他の実施態様に係るターボブロワにおける図２に対応する図。
【図５】本発明の他の実施態様に係るターボブロワにおける図２に対応する図。
【符号の説明】
【００３１】
１…ターボ翼
２…シャフト
２ｙ…（第２の）螺旋溝
３…軸受
４…モータ
５…ケーシング
５１…ターボ翼室
５２…モータ室
５３…隔壁
５ｘ…シャフト挿通孔
９…真空ポンプ（排気手段）
Ａ２…流体漏出抑制領域
【図１】
0004742886.tif 000002
【図２】
0004742886.tif 000003
【図３】
0004742886.tif 000004
【図４】
0004742886.tif 000005
【図５】
0004742886.tif 000006