(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼と、この回転翼に固着された回転軸と、この回転軸を回動可能に支承する軸受とを具備してなり、回転翼の回動によってガス循環経路にガスを循環させるターボブロワにおいて、軸受に、ガスを供給し続けることにより回転軸を非接触に支持する動圧ガス軸受を用いるとともに、この動圧ガス軸受にガス循環経路を循環するガスと同一のガスを供給して使用するように構成したものであって、さらに軸受を保持する軸受保持室を設け、この軸受保持室にガス循環経路を循環するガスを供給するボンベに接続した外部ポートからガス循環経路において循環させるものと同一のガスを導入し、軸受保持室のガス圧をガス循環経路のガス圧よりも高圧に保持するように構成したことを特徴とするターボブロワ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ発振器用ガス循環器等に用いられる遠心式のターボブロワに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ発振器用ガス循環器等に用いられる遠心式のターボブロワにおいて、その回転軸を支持する軸受には、アンギュラ軸受等の転がり軸受を採用している。しかして、この種のターボブロワは回転翼駆動源たる電動モータにより数万回転／minといった高回転領域で回転させるため、このような転がり軸受にはオイル等の潤滑材を供給し続けるように構成している。一方、この潤滑オイルが回転軸を介して回転翼に至り、ガス循環経路に混入するのを防止するため、軸受保持室の圧力をガス循環経路の圧力より低くするとともに、回転軸の途中にシール部材を設けるなどの対策を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この潤滑オイルのシール部材からの微少漏洩や、シール部材の劣化による漏洩を完全に防止する事ができず、経年使用により多少の潤滑オイルがガス循環経路内に混入する場合があった。これによりレーザ発振器内の光学ミラー表面にオイルが付着し、レーザ出力値が低下する等の問題点が生じていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明は、回転翼と、この回転翼に固着された回転軸と、この回転軸を回動可能に支承する軸受とを具備してなり、回転翼の回動によってガス循環経路にガスを循環させるターボブロワにおいて、軸受に、ガスを供給し続けることにより回転軸を非接触に支持する動圧ガス軸受を用いるとともに、この動圧ガス軸受にガス循環経路を循環するガスと同一のガスを供給して使用するように構成したものであって、さらに軸受を保持する軸受保持室を設け、この軸受保持室にガス循環経路を循環するガスを供給するボンベに接続した外部ポートからガス循環経路において循環させるものと同一のガスを導入し、軸受保持室のガス圧をガス循環経路のガス圧よりも高圧に保持するように構成したことを特徴とするものである。
【０００５】
このようなものであれば、そもそも潤滑オイルを用いないので、ガス循環経路に潤滑オイルが混入することがなく、レーザ発振器内の光学ミラー表面にオイルが付着してレーザ出力値が低下するといった問題を抜本的に解決できる。また、動圧ガス軸受に供給するガスを、ガス循環経路を循環するガスと同種のものにしているので、動圧ガス軸受に供給するガスがガス循環経路に混入しても問題とはならない。したがって、従来必要であったシール材を排除したりあるいはシール性能の劣るものを使用することができる。この結果、回転軸を回転中は完全に非接触状態にすることも可能となり、製品寿命を延ばせるだけでなく、メンテナンスの頻度を減少させるといったことも可能になる。
【０００６】
また、動圧ガス軸受を保持する軸受保持室を設けておくとともに、この軸受保持室にガス循環経路を循環するガスを供給するボンベに接続した外部ポートからガス循環経路において循環させるものと同一のガスを導入し、軸受保持室のガス圧をガス循環経路のガス圧よりも高圧に保持するように構成したので、動圧ガス軸受等で発生する熱を、水冷機構等の冷却機構を設けずとも、動圧ガス軸受に供給するガスによって、同時に発散冷却できるとともに、気体膜の圧力を容易に高めることができ、動圧ガス軸受の支持力を大きくして軸受性能をも有効に向上させることもできる。
【０００７】
【実施例】
以下本発明の一実施例を、図１〜図３を参照して説明する。
本実施例によるターボブロワ１００は、図１に示すように、ケーシング５と、回転翼１と、この回転翼１に固着した回転軸２と、この回転軸２を回動可能に支承する軸受と、この回転軸２を回転させる電動モータ４とを具備してなる遠心式のものであり、本実施例のものは回転翼１を上方にして起立させて使用する。
【０００８】
ケーシング５は、回転翼１を保持するガス圧縮室５１と、このガス圧縮室５１の下方に連続して設けられ、回転軸２を遊嵌させる軸受保持室５２とを備えてなる。ガス圧縮室５１は、回転翼１の上方に開口するガス導入ポート５３と、回転翼１の側方に開口するガス導出ポート５４とを備えてなる。軸受保持室５２には、その中央近傍に後述する電動モータ４を配設し得るモータ配設部５５と、その下端近傍に後述するスラスト軸受３２を配設するスラスト軸受配設部５６とを設けている。さらに、下端からは外部接続経路６を延出し、ケーシング外面に開口する外部ポート７に連通させている。また、軸受保持室５２とガス圧縮室５１とは、例えば回転軸２の上端に周設したシール機構８により区切っている。このシール機構８は軸受保持室５２とガス圧縮室５１とを完全に分離してしまうものではなく、若干の隙間をもって連通させるとともに絞り機能を有するものである。
【０００９】
回転翼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を立設したもので一般に知られているものである。また、回転軸２は、回転翼１の底部に固着したもので、端部近傍には円盤体２１を一体に固設している。
軸受は、動圧ガス軸受と称されるもので、本実施例では、ジャーナル方向に作用する負荷に対して回転軸２を支持するジャーナル軸受３１と、スラスト方向に作用する負荷に対して回転軸２を支持するスラスト軸受３２とから構成している。ジャーナル軸受３１は、回転軸２の上方よりおよび下方よりの２カ所に配設したもので、例えば、矩形状の薄板を丸めて形成するとともにその一端を軸受保持室５２の内壁面に支持させ、回転軸２の周囲に配置したジャーナル支持板３３と、このジャーナル支持板３３の外方に周設され、ジャーナル支持板３３を内方に弾性付勢して回転軸２に押接させる複数の板ばね材３４とから構成したものである。スラスト軸受３２は、例えば、円盤体２１の上下にそれぞれ配設したスラスト支持板３６と、これらスラスト支持板３６の上下に配設されスラスト支持板３６を弾性付勢して円盤体２１に押接させる板ばね材３７とから構成している。そして、回転軸２が静止もしくは一定回転数以下の場合には、前記弾性付勢力により回転軸２をがたなく支承し、一定回転数以上になると回転軸２の回転により巻き込まれるガスを利用して、回転軸２の周囲および円盤体２１の上下面に動圧を発生させ、この動圧によりジャーナル支持板３３およびスラスト支持板３６を後退させて気体膜を形成し、回転軸２を非接触に支持する機能を有するものである。
【００１０】
電動モータ４は、ロータ４１を回転軸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、回転軸２と一体的に設け、直接的に回転軸２を駆動させるものである。本実施例では電動モータ４の駆動源としてインバータ４３を用いている。
【００１１】
このように構成したターボブロワ１００は、回転翼１を電動モータ４により回転させることにより、ガス導入ポート５３からガスを吸い込み、ガス導出ポート５４からこのガスを加圧して導出する作用を営むものであるが、その際、軸受保持室５２に上記ガスと同一のガスを導き、動圧ガス軸受３１、３２に供給するようにして使用する。
【００１２】
具体的に、動圧ガス軸受３１、３２にガスを供給する方法について、このようなターボブロワ１００を用いてレーザ発振器用ガス循環器を構成する場合を例にして以下に説明する。
この適用例によるレーザ発振器用ガス循環器は、図２に示すように、ガス循環経路ＲＴと、ガス循環経路ＲＴ上に設けたレーザ発振部ＬＲと、レーザ発振部ＬＲに直列にガス循環経路ＲＴ上に設けたターボブロワ１００と、ターボブロワ１００の下流に設けた熱交換器ＲＤと、ガス循環経路ＲＴを循環するガスを供給する混合ガスボンベＢと、真空ポンプＰとから構成したものである。
【００１３】
本適用例では、混合ガスボンベＢを、開閉弁Ｖ１を介してガス循環経路ＲＴのターボブロワ１００上流側に接続するとともに、ターボブロワ１００の外部ポート７に開閉弁Ｖ２を介して接続している。また真空ポンプＰを、開閉弁Ｖ３を介してガス循環経路ＲＴの熱交換器ＲＤ下流側に接続している。
そして、本ターボブロワ１００を作動させるにあたっては、最初ガス循環経路ＲＴに使用ガスを所定圧まで充満する。これには、開閉弁Ｖ３を開いて真空ポンプＰにより真空状態にした後、開閉弁Ｖ３を閉止する。しかる後、開閉弁Ｖ１を開いて混合ガスボンベＢからガスをガス循環経路ＲＴに導入し所定圧になれば開閉弁Ｖ１を閉止する。実際にはこの操作を何回か繰り返し、ガス純度を所定以上にする。
【００１４】
次に、開閉弁Ｖ２を若干開き、混合ガスボンベＢから外部接続経路６を介して軸受保持室５２、すなわち動圧ガス軸受３１、３２にガスを供給する。このガスは、さらにシール機構８から漏洩してガス循環経路ＲＴに供給される。このガスの流れは図２中矢印ｘ１に示すものである。一方、この供給量からレーザ発振部ＬＲにおいて消費されるガス量を差し引いた分に見合うガス量を真空ポンプＰから排出すべく開閉弁Ｖ３の開度を調節して、常にガス循環経路ＲＴ中のガス量が一定となるようにしておく。この結果、ガスは、外部ポート７から流入し、軸受保持室５２を介してシール機構８から流出することになり、軸受保持室５２のガスは常に流動することになる。また、この状態では、軸受保持室５２のガス圧は、ガス循環経路ＲＴのガス圧より高圧に保持される。この後、ターボブロワ１００を作動させ、ガスをガス循環経路ＲＴにおいて循環させる。
【００１５】
したがってこのようなものであれば、そもそも潤滑オイルを用いないので、ガス循環経路ＲＴに潤滑オイルが混入することがなく、レーザ発振部ＬＲ内の図示しない光学ミラー表面にオイルが付着してレーザ出力値が低下するといった問題を抜本的に解決できる。また、軸受保持室５２にガスを流出入させているので、動圧ガス軸受３１、３２にガスを供給するだけでなく、動圧ガス軸受３１、３２において発生する熱や、電動モータ４により発生する熱を同時に発散でき、従来電動モータ４を冷却するのに必要であった水冷機構等の放熱機構をも不要にできる。さらに、レーザ発振部ＬＲにおいて消費されるガス量をも同時に補うことができるので、補給用のガス経路を省略できるなど配管を簡単にできる。
【００１６】
さらに、軸受保持室５２を高圧にしているので、気体膜の圧力を容易に高めることができ、動圧ガス軸受３１、３２の支持力を大きくして軸受性能を有効に高めることができる。
【００１７】
なお、本発明は以上示した実施例のみに限定されるものではない。例えばターボブロワの外部ポートをもう１つ設けておき、ガス循環経路と独立させて軸受保持室内に同種のガスを循環させてもよい。また、動圧ガス軸受は、本実施例のものに限らず、他のタイプのものでも適用可能である。また、レーザ発振器用ガス循環器の構成も適用例において説明したものには限らない。例えば真空ポンプや混合ガスボンベの配設位置を適宜変えても構わない等、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。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、軸受に回転軸を非接触に支持する動圧ガス軸受を用いるとともに、この動圧ガス軸受にガス循環経路を循環するガスと同種のガスを供給して使用するように構成しているので、レーザ発振器内の光学ミラー表面にオイルが付着してレーザ出力値が低下するといった問題を抜本的に解決できる。また、動圧ガス軸受に供給するガスを、ガス循環経路を循環するガスと同種のものにしているので、動圧ガス軸受に供給するガスがガス循環経路に混入しても問題とはならない。したがって、従来必要であったシール材を排除したりあるいはシール性能の劣るものを使用することができる。この結果、回転軸を回転中は完全に非接触状態にすることも可能となり、製品寿命を延ばせるだけでなく、メンテナンスの頻度を減少させるといったことも可能になる。加えて、動圧ガス軸受を保持する軸受保持室を設けておくとともに、この軸受保持室にガス循環経路を循環するガスを供給するボンベに接続した外部ポートからガス循環経路において循環させるものと同一のガスを導入し、軸受保持室のガス圧をガス循環経路のガス圧よりも高圧に保持するように構成したので、動圧ガス軸受等で発生する熱を、水冷機構等の冷却機構を設けずとも、動圧ガス軸受に供給するガスによって、同時に発散冷却できるとともに、気体膜の圧力を容易に高めることができ、動圧ガス軸受の支持力を大きくして軸受性能をも有効に向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示す全体模式図。
【図２】  同実施例のターボブロワを適用した適用例を示す概略回路図。
【符号の説明】
１…回転翼
２…回転軸
３１…軸受（ジャーナル軸受）
３２…軸受（スラスト軸受）
【図１】
0003928228.tif 000002
【図２】
0003928228.tif 000003