JP3928228B2 - Turbo blower - Google Patents
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Description
【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)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a centrifugal turbo blower used for a gas circulator for a laser oscillator or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a centrifugal turbo blower used for a gas circulator for a laser oscillator or the like, a rolling bearing such as an angular bearing is adopted as a bearing for supporting the rotating shaft. Since this type of turbo blower is rotated in a high rotational speed range of several tens of thousands of revolutions / min by an electric motor as a rotor blade drive source, such a rolling bearing is configured to continue to supply lubricant such as oil. ing. On the other hand, in order to prevent this lubricating oil from reaching the rotor blades via the rotating shaft and mixing into the gas circulation path, the pressure in the bearing holding chamber is made lower than the pressure in the gas circulation path and is sealed in the middle of the rotating shaft. We are taking measures such as providing members.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the slight leakage of the lubricating oil from the sealing member and the leakage due to the deterioration of the sealing member cannot be completely prevented, and some lubricating oil may be mixed into the gas circulation path due to aging. This causes problems such as oil adhering to the surface of the optical mirror in the laser oscillator, resulting in a decrease in the laser output value.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a rotary blade, a rotary shaft fixed to the rotary blade, and a bearing that rotatably supports the rotary shaft. In a turbo blower that circulates gas in a gas circulation path by rotation, a dynamic pressure gas bearing that supports the rotating shaft in a non-contact manner by continuously supplying gas is used for the bearing, and the gas circulation path is provided in the dynamic pressure gas bearing. The cylinder is configured to supply and use the same gas as the circulating gas, and further includes a bearing holding chamber that holds the bearing, and a cylinder that supplies the bearing holding chamber with the gas circulating in the gas circulation path. The same gas as that circulated in the gas circulation path is introduced from the connected external port, and the gas pressure in the bearing holding chamber is held higher than the gas pressure in the gas circulation path. It is.
[0005]
In such a case, since no lubricating oil is used in the first place, the lubricating oil does not enter the gas circulation path, and the oil adheres to the optical mirror surface in the laser oscillator and the laser output value decreases. Can be drastically solved. Further, since the gas supplied to the dynamic pressure gas bearing is the same as the gas circulating in the gas circulation path, there is no problem even if the gas supplied to the dynamic pressure gas bearing is mixed into the gas circulation path. Accordingly, it is possible to eliminate a sealing material that has been necessary in the past, or to use a material having poor sealing performance. As a result, the rotating shaft can be brought into a completely non-contact state during rotation, which not only extends the product life but also reduces the frequency of maintenance.
[0006]
Also, a bearing holding chamber for holding the dynamic pressure gas bearing is provided, and the same as that circulated in the gas circulation path from an external port connected to a cylinder for supplying gas circulating in the gas circulation path to the bearing holding chamber. Since the gas is introduced and the gas pressure in the bearing holding chamber is held higher than the gas pressure in the gas circulation path, the heat generated in the dynamic pressure gas bearing is not provided with a cooling mechanism such as a water cooling mechanism. In both cases, the gas supplied to the dynamic pressure gas bearing can simultaneously diverge and cool, and the pressure of the gas film can be easily increased, and the bearing performance can be effectively improved by increasing the support force of the dynamic pressure gas bearing. You can also.
[0007]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a
[0008]
The casing 5 includes a
[0009]
The rotary blade 1 is generally known in which a plurality of
The bearing is called a dynamic pressure gas bearing. In this embodiment, the journal bearing 31 that supports the
[0010]
The electric motor 4 is, for example, a DC brushless type in which a rotor 41 is externally fitted and fixed to the
[0011]
The
[0012]
Specifically, a method of supplying gas to the dynamic
As shown in FIG. 2, the gas circulator for a laser oscillator according to this application example includes a gas circulation path RT, a laser oscillation part LR provided on the gas circulation path RT, and a gas circulation path RT in series with the laser oscillation part LR. A
[0013]
In this application example, the mixed gas cylinder B is connected to the upstream side of the
When the
[0014]
Next, the on-off valve V2 is slightly opened, and gas is supplied from the mixed gas cylinder B to the
[0015]
Accordingly, in such a case, since no lubricating oil is used in the first place, the lubricating oil is not mixed into the gas circulation path RT, and the oil adheres to the surface of the optical mirror (not shown) in the laser oscillation unit LR and the laser output. The problem that the value decreases can be drastically solved. In addition, since gas flows into and out of the
[0016]
Furthermore, since the
[0017]
In addition, this invention is not limited only to the Example shown above. For example, another external port of the turbo blower may be provided, and the same kind of gas may be circulated in the bearing holding chamber independently of the gas circulation path. Further, the dynamic pressure gas bearing is not limited to the one in this embodiment, and other types can be applied. Further, the configuration of the gas circulator for the laser oscillator is not limited to that described in the application example. Various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, for example, the arrangement position of the vacuum pump and the mixed gas cylinder may be appropriately changed.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the dynamic pressure gas bearing that supports the rotating shaft in a non-contact manner is used for the bearing, and the same kind of gas as the gas circulating in the gas circulation path is supplied to the dynamic pressure gas bearing. Therefore, it is possible to drastically solve the problem that oil adheres to the surface of the optical mirror in the laser oscillator and the laser output value decreases. Further, since the gas supplied to the dynamic pressure gas bearing is the same as the gas circulating in the gas circulation path, there is no problem even if the gas supplied to the dynamic pressure gas bearing is mixed into the gas circulation path. Accordingly, it is possible to eliminate a sealing material that has been necessary in the past, or to use a material having poor sealing performance. As a result, the rotating shaft can be brought into a completely non-contact state during rotation, which not only extends the product life but also reduces the frequency of maintenance. In addition, a bearing holding chamber for holding the dynamic pressure gas bearing is provided, and this is the same as that which is circulated in the gas circulation path from an external port connected to a cylinder for supplying gas circulating in the gas circulation path to the bearing holding chamber. In order to maintain the gas pressure in the bearing holding chamber higher than the gas pressure in the gas circulation path, a cooling mechanism such as a water cooling mechanism is provided for the heat generated in the dynamic pressure gas bearing. At the same time, the gas supplied to the dynamic pressure gas bearing can diverge and cool at the same time, the pressure of the gas film can be increased easily, and the bearing performance is also effectively improved by increasing the support force of the dynamic pressure gas bearing. You can also.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing an application example to which the turbo blower of the embodiment is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
32 ... Bearing (Thrust bearing)
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