JP2006125315A - Turbo type high-speed rotary apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a turbo-type high-speed rotating device that can be applied to, for example, a blower as an electric compressor for gas circulation in a gas laser oscillator device.
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。 For example, in the case of a flow type carbon dioxide gas laser oscillator device, it is compressed while flowing a mixed gas of carbon dioxide gas and other gas and supplied to the laser oscillator to resonate, and a gas circulation circuit is configured in the device. Yes. A turbo-type high-speed rotating device that compresses gas by rotating a turbo blade at high speed and supplies the gas to a laser oscillator is used as a blower as one element in the circuit configuration.
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)。 In this type of turbo high-speed rotating device, a turbo blade is rotatably disposed above a housing, a mechanism for compressing and discharging gas is provided, and a motor for rotating the turbo blade at a high speed is provided below. It is arranged. The rotating body including the rotor of the motor, the turbo blade, the rotating shaft, and the like is pivotally supported by a mechanical bearing and is provided with lubricating means using oil. Therefore, although oil mist is generated, a method of exhausting with a vacuum pump is employed so that the oil mist is not discharged together with gas compression (see Patent Document 1).
このターボ形高速回転機器の具体的な構成は、図5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。
The specific configuration of the turbo-type high-speed rotating device is as shown in FIG. 5, and the
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。
The
ところで、回転軸4には図5に示すとおり、軸心上に中空孔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ことになる。
By the way, as shown in FIG. 5, the
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における噴霧状のオイルL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。
In this way, the lubricating oil L circulates to lubricate the upper bearing 5 and the
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には上部軸受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最小径の貫通孔1A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と貫通孔1Aとの間隙は通常数10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。
Therefore, the gas compression chamber C and the motor chamber M are blocked by the seal portion S in the partition wall portion made of a member integral with the
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るためである。 On the other hand, the motor chamber M is evacuated to a vacuum by an external vacuum pump VP via an exhaust pipe R. This is to prevent the motor chamber M from being filled with the mist of the lubricating oil L and leaking into the gas compression chamber C from the small gap in the seal portion S as described above.
このように、特にレーザ発振器に利用されるターボ形高速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4T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。そのために図4に示すように上部軸受5を保持する軸受保持部材9をハウジング1に一体的に設置する工夫が提案されている。
図4は、図5と同様従来におけるターボ形高速回転機器の構成を概略的に示す縦断面図である。図4の構成が図5の構成と異なる点は、上部軸受5を保持する方式にあり、図5の場合はハウジング1が直接上部軸受5を保持する構成であるが、図4は軸受保持部材9が別個に設けられ、この軸受保持部材9がハウジング1に一体的に設置された構成である。同時にシール部Sを構成するシール部材8もハウジング1とは別体で構成されている。11はこれらシール部材8と軸受保持部材9をハウジング1に一体的に固定する固定ねじである。8Aはシール部材8に穿設された貫通孔である。なお、図4において図5と同一の符号で示される部品は図5と同一の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。
As described above, in the turbo type high-speed rotating device used for the laser oscillator, the existence and countermeasure of the oil L mist are important, but the existence of the oil L that is the source of the mist cannot be ignored. In particular, it is necessary to prevent the oil L discharged from the injection hole 4T of the rotating
FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a conventional turbo type high-speed rotating device as in FIG. The configuration of FIG. 4 differs from the configuration of FIG. 5 in the method of holding the
このような構成においては、軸受保持部材9には中央部に回転軸4の貫通孔9Hを有し、したがって回転軸4との間に一定の間隙を有している。この間隙を小さくすることで上部軸受5に供給されるオイルLがシール部Sに流動するのを軽減させることができる。
しかしながら従来における軸受機構では、つぎの2つの問題を有している。第1は、回転軸4の射出孔4Tから射出されるオイルLの量と上部軸受5に入るオイルLの量が釣合わず、射出孔4Tからの射出量が多すぎる場合、一部は軸受保持部材9の貫通孔9Hにおける回転軸4との隙間を経てオイルLが上方へ流動し、オイルLが軸受保持部材9の上面に噴き出すことになる。第2は、上部軸受5を軸受内部にオイルLが常に入る構造とした場合、回転軸4からのオイルLの供給が多すぎると軸受の損失が大きくなりロスが増える。
However, the conventional bearing mechanism has the following two problems. First, if the amount of oil L injected from the injection hole 4T of the
第1の問題については、モータ室M内で発生したオイルLのミストが、シール部Sの間隙を介して上部のガス圧縮室Cに流れ込むことになる。第2の問題については、上部軸受5の破壊などによりモータ室Mの排気量を増大させる必要があり、レーザ発信器に使用する場合、ガスの消費量が大きくランニングコストが大きくなる。
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。
Regarding the first problem, the mist of the oil L generated in the motor chamber M flows into the upper gas compression chamber C through the gap of the seal portion S. As for the second problem, it is necessary to increase the exhaust amount of the motor chamber M due to the destruction of the
An object of the present invention is to provide a turbo-type high-speed rotating device that solves such problems.
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、ハウジングと一体的に設置され中央に前記回転軸の貫通孔が穿設されて前記上部軸受機構を保持する軸受保持盤を設け、この軸受保持盤の上面には傘状のテーパ部が形成されるとともにこのテーパ部の周端部にはオイルが下方に滴下するのを許容する多孔質部を設置したものである。したがって、軸受保持盤の上方まで流動したオイルはテーパ面を流下し、多孔質部を経て滴下する。また、多孔質部の介設によりモータ室側のオイルミストが、オイル滴下する箇所から貯留部側に上昇することを防ぎ、トラップされる。 In order to solve the above problems, a turbo-type high-speed rotating device provided by the present invention is a bearing holding plate that is installed integrally with a housing and has a through hole of the rotating shaft in the center to hold the upper bearing mechanism. In addition, an umbrella-shaped taper portion is formed on the upper surface of the bearing holding plate, and a porous portion that allows oil to drip downward is installed at the peripheral end portion of the taper portion. Therefore, the oil that has flowed to the upper side of the bearing holding plate flows down the tapered surface and drops through the porous portion. Further, the oil mist on the motor chamber side is prevented from rising from the portion where the oil drips to the storage portion side by the porous portion, and is trapped.
軸受保持盤の介設によって、回転軸から供給する潤滑用のオイルが過剰な場合、上方への流動を容易にし、そのオイルはテーパ面にて流下することになり、上部軸受が過剰オイル状態に継続されることは少なくなる。他方、テーパ面を流下したオイルは、多孔質体を介して下方に滴下されオイル循環が行われ、また多孔質体にオイルが保持されることで、モータ室のオイルミストが上方へ流動することがトラップされることになる。 When the oil for lubrication supplied from the rotating shaft is excessive due to the interposition of the bearing holding plate, the upward flow is facilitated and the oil flows down on the taper surface, and the upper bearing is in an excessive oil state. It is less likely to continue. On the other hand, the oil that has flowed down the tapered surface is dropped downward through the porous body to circulate the oil, and the oil is retained in the porous body, so that the oil mist in the motor chamber flows upward. Will be trapped.
本発明が提供するターボ形高速回転機器の特徴は、回転軸から供給される潤滑用のオイルが多すぎて、上部軸受が過剰な状態になることを防ぐように構成されている点にあり、そのために上部軸受から上方への流動を許容する構成と、上方に流出したオイルは軸受保持盤のテーパ面を介して流下させる構成およびテーパ面を流下したオイルは多孔質体を介して下方に滴下させる構成を備えていることが基本的な条件となる。軸受保持盤は回転軸の貫通を許容する中央孔が穿設され、この中央孔と回転軸との間には一定の間隙が設けられるが、上部軸受に多量のオイルが入らないようこの間隙は若干大き目に設定し、上方への流動を許容する構成が望ましい。また、テーパ面を流下したオイルは多孔質部に円滑に流入しオイルにて浸漬させる形が望ましい。この状態が維持できる構成が最良の形態となる。 The feature of the turbo-type high-speed rotating device provided by the present invention is that it is configured to prevent the upper bearing from becoming excessive due to too much lubricating oil supplied from the rotating shaft, For this purpose, a configuration that allows upward flow from the upper bearing, a configuration in which oil that has flowed upward flows down through the taper surface of the bearing holding plate, and oil that has flowed down the taper surface drops downward through the porous body. It is a basic condition to have a configuration to make it. The bearing retainer has a central hole that allows the rotation shaft to pass therethrough, and a certain gap is provided between the center hole and the rotation shaft, but this gap is not allowed to enter a large amount of oil into the upper bearing. A configuration that is set slightly larger and allows upward flow is desirable. Further, it is desirable that the oil flowing down the tapered surface smoothly flows into the porous portion and is immersed in the oil. A configuration capable of maintaining this state is the best mode.
本発明が提供するターボ形高速回転機器の構成は図1に示される。図1は図4、図5と同様に縦断面を示している。
本発明の特徴は、上部軸受5をハウジング1に対して保持する軸受保持盤10の形状にあり、回転軸側から供給されたオイルLを上部軸受5に滞留することなく、余剰オイルを上方へ流動させ、上方へ流出したオイルLはテーパ面Tで流下させて多孔質部を構成する多孔質体13に流入させるようにした点にある。すなわち、図1において、10は上部軸受5を保持するための軸受保持盤で、盤状をなし中央部には回転軸4を貫通させるための中央孔10Hが穿設されるとともに、外周端部にはハウジング1に一体的に固定させるための取付用孔10Kが穿設されている。固定ねじ11にて軸受保持盤10はシール部材8とともにハウジング1に一体的に固定される。また、この軸受保持盤10は図に示すとおり中央部は上方に盛りあがった肉部を有し、中央孔10Hの周囲から下方に広がるテーパ面Tが形成されている。
The configuration of a turbo type high-speed rotating device provided by the present invention is shown in FIG. FIG. 1 shows a longitudinal section similar to FIGS.
A feature of the present invention lies in the shape of a
図2はこの軸受保持盤10を中心に拡大して示す拡大図で、この図2からも明らかなとおり軸受保持盤10におけるテーパ面Tの周端から一定の水平な面を有し外周端部は肉厚になっていてこの肉厚部に前記取付用孔10Kが穿設される形になっている。したがって、テーパ面Tと外周端部の肉厚部によってテーパ面Tの周端にはオイルLの貯留部10Pが形成されている。同時にこのテーパ面Tの周端近傍すなわち貯留部10Pの底板にはオイルLを下方に滴下させるための通過部が設置されている。
FIG. 2 is an enlarged view showing the
この通過部は具体的にはつぎのように構成されている。貯留部10Pの底板には貫通孔10Aが穿設されている。この貫通孔10Aは円周に等間隔にたとえば4個穿設され、各貫通孔10Aには図2に示すとおり多孔質体13が埋設されている。この多孔質体13の埋設は貫通孔10Aに気密に嵌合され、オイルLが流入したとき下方のモータ室Mからのオイルミストがこの貫通孔10Aから上方のガス圧縮室Cに流入しないよう、すなわちトラップされるよう構成されている。この多孔質体13としては、具体的には多孔質状の焼結金属などが適用される。さらに回転軸4にはこの軸受保持盤10の上方にスリンガー12が嵌設されている。このスリンガー12の介設によって上部軸受5から上方に流動するオイルLの貫通孔8Aへの流出を阻止し軸受保持盤10にオイルLを案内するようになっている。
Specifically, the passage portion is configured as follows. A through hole 10A is formed in the bottom plate of the
図3に示す実施例は、軸受保持盤10に設置される通過部を実施例1と異なる構成にしたものである。すなわち、図3は軸受保持盤10における通過部のみを拡大して示しているが、軸受保持盤10に通過部を構成する細孔10Sが複数個穿設されている。この複数個の細孔10Sの穿設によってオイルLがこの細孔10Sを徐々に流下し滴下していくことになる。
なお、以上2個の実施例を示したが、図1、図2および図3において図4、図5と同一の符号で示される部品は図4、図5と同一の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。
In the embodiment shown in FIG. 3, the passage portion installed in the
In addition, although two embodiments have been described above, the parts denoted by the same reference numerals in FIGS. 1, 2 and 3 as those in FIGS. 4 and 5 have the same functions as those in FIGS. Detailed description will be omitted.
本発明は以上のように構成されているから、ターボ形高速回転機器が運転され、回転軸4の射出孔4TからオイルLが上部軸受5に供給されると、オイルLは上部軸受5に供給される。供給量が過剰になるとオイルLは上方へ流動しスリンガー12で阻止され、軸受保持盤10の上面に導かれる。上面に導出されたオイルLは外周方向に流動しテーパ面Tを流下し貯留部10Pに貯留される。この場合、多孔質部である多孔質体13が設けられているので、オイルLはこの多孔質体13に滲み込んでいく。そしてそのオイルLは次第に多孔質体13内を降下しハウジング1の下方すなわちオイル槽1Yへと滴下する。各に多孔質体13にオイルLが滲み込み充填されることによって軸受保持盤10は密閉盤として機能し、モータ室Mのオイルミストをトラップする。
Since the present invention is configured as described above, when the turbo type high-speed rotating device is operated and the oil L is supplied to the
本発明が提供するターボ形高速回転機器の特徴は以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を包含する。特に通過部の厚生については、図示例では軸受保持盤10のテーパ面Tの周端近傍に貫通孔10Aを穿設し、この貫通孔10Aに多孔質体13を埋設する方式と、軸受保持盤10自体に細孔10Sを穿設する例を示したが、これらの方式以外に前記貫通孔10Aに網状物(メッシュ)を埋設ないし挿入する変形例や軸受保持盤10自体の一部を網状物(メッシュ)にする変形例も考えられる。さらに軸受保持盤10のテーパ面Tの周端より外方における一定幅の外周面部(リング状部分)を多孔質材で形成するようにすることもできる。すなわち、リング状の多孔質材を軸受保持盤10に介在させる方式である。このように通過部については種々の変形例を挙げることができる。
The features of the turbo-type high-speed rotating device provided by the present invention are as described in detail above, but are not limited to the above and illustrated examples, and include various modifications. In particular, regarding the welfare of the passing portion, in the illustrated example, a through hole 10A is formed in the vicinity of the peripheral end of the tapered surface T of the
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
4T 射出孔
5 上部軸受
6 下部軸受
7 ターボ翼
8 シール部材
8A 貫通孔
9 軸受保持部材
9H 貫通孔
10 軸受保持盤
10A 貫通孔
10H 中央孔
10K 取付用孔
10P 貯留部
10S 細孔
11 固定ねじ
12 スリンガー
13 多孔質体
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
T テーパ面
L オイル
1 Housing 1A Through hole
1H Exhaust port 1K Intake port
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