JPH11311197A - ガス圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造でかつ確実に転がり軸受の寿命がき
たことを検出できるガス圧縮機を提供する。 【解決手段】転がり軸受３が寿命に近づいた場合には、
転がり軸受３のベアリング等の摩耗によってがたが増大
し、その結果、循環ガス圧縮室５１からシール機構８を
介して軸受保持室５２に漏洩するガスの漏洩量が増大す
る点に着目し、このガス漏洩量の増大を検出する漏洩検
出手段６を設けることにより軸受寿命が近いことを検出
できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器用の
ガス循環装置等に用いられ、回転を利用してガスを圧縮
し循環させる転がり軸受を有したガス圧縮装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のガス圧縮装置として代表的なタ
ーボブロワには、ガス循環を行うためのターボ翼と、こ
のターボ翼の底面から突出されたシャフトと、潤滑液に
よる潤滑を利用してこのシャフトを回転自在に支持する
転がり軸受と、前記ターボ翼を収容する循環ガス圧縮室
と、前記転がり軸受を収容する軸受保持室と、軸受保持
室と循環ガス圧縮室との間に介在し軸受保持室内に存在
する潤滑液等が循環ガス圧縮室に漏洩することを防止す
るためシール機構と、軸受保持室内に存在する潤滑液等
が循環ガス圧縮室に漏洩することをさらに確実に防止す
る目的で、軸受保持室内のガスを排気し軸受保持室の圧
力が循環ガス圧縮室の圧力よりも小さくなるように保つ
ための排気装置とを備えたものが知られている。しかし
て、このような転がり軸受には寿命がありその寿命が尽
きるまで使用すると、ターボ翼やシャフトがハウジング
に接触して傷がついたり、焼き付き等の原因となったり
するため、軸受の寿命が尽きる前に軸受を交換する必要
性がある。そこで従来は、軸受の寿命が近づくにつれ、
上昇する軸受温度や、シャフトあるいはターボ翼の振動
を検出し、この検出した軸受温度や振動が所定以上にな
った場合に、軸受が寿命に近いと判断して、軸受交換等
のメンテナンスを行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、軸受温度の
検出により軸受寿命を判断するものの場合には、熱電対
等の温度計測用センサそのものを軸受近傍に配置しなけ
ればならず組み込むのが難しい。しかも計測に対する信
頼性が低いという問題点がある。また、シャフト等の振
動検出により軸受寿命を判断するものの場合でも、振動
検出センサをシャフト近傍に配置しなければならないこ
とから組み込むのが難しいうえ、振動検出センサ用のア
ンプを接続しなければならないために装置が大がかりに
なるという問題点がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために、本発明は、軸受が寿命に近づいた場合には、
軸受のベアリング等の摩耗によってがたが増大し、その
結果、循環ガス圧縮室からシール機構を介して軸受保持
室に漏洩する循環ガスの漏洩量が増大する点に着目し、
この漏洩量の増大を検出することにより軸受寿命が近い
ことを検出できるようにしたものであり、簡単な構造で
かつ確実に軸受の寿命がきたことを検出できるガス圧縮
機を提供することを目的とする。

【０００５】すなわち、本発明に係るガス圧縮機は、ガ
ス循環を行うためのターボ翼と、このターボ翼の底面か
ら突出されたシャフトと、潤滑液による潤滑を利用して
このシャフトを回転自在に支持する転がり軸受と、前記
ターボ翼を収容する循環ガス圧縮室と、前記転がり軸受
を収容する軸受保持室と、軸受保持室と循環ガス圧縮室
との間に介在し軸受保持室内に存在する潤滑液が循環ガ
ス圧縮室に漏洩することを防止するためのシール機構
と、軸受保持室内のガスを排気し軸受保持室の圧力が循
環ガス圧縮室の圧力よりも小さくなるように保つための
排気装置と、前記循環ガス圧縮室から軸受保持室に漏洩
する循環ガスの漏洩量増大を検出する漏洩検出手段とを
具備することを特徴とする。

【０００６】漏洩検出手段の具体的な実施態様として
は、軸受保持室内の圧力を検出するための圧力検出手
段、または排気装置により軸受保持室から排出されるガ
ス流量を検出するための流量検出手段が挙げられる。こ
のような構成によれば、漏洩検出手段である圧力センサ
等の圧力検出手段あるいは流量センサ等の流量検出手段
は、漏洩したガスの流路上であればどこに設けても良
く、この流路をこれら検出手段を配置しやすいように適
宣設定することも容易にできるため、従来例で述べた温
度センサや振動センサ等に比べ、取付が簡単になる。し
かも、検出の信頼性、安定性が従来に比べ格段に優れた
ものにできる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。本実施例のガス圧縮機であるターボブロワ１０
０は、図１に示すように、ＣＯ２ガスレーザ等のレーザ
発振部ＬＲにガスを供給するためのものであり、このガ
ス循環経路ＲＴ上にレーザ発振部ＬＲと直列して設けら
れている。なお、符号Ｂは、レーザ発振部ＬＲで消費さ
れたり漏洩したりした分のガスを補充するための混合ガ
スボンベ等である。

【０００８】具体的にこのターボブロワ１００は、図１
に示すように、ハウジング５と、ターボ翼１と、このタ
ーボ翼１の底面から一体的に延出したシャフト２と、こ
のシャフト２を回動可能に支持する転がり軸受３と、こ
のシャフト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。

【０００９】ハウジング５は、ターボ翼１を収容する循
環ガス圧縮室５１と、これら循環ガス圧縮室５１の下端
に連続して設けられ、シャフト２を遊嵌させる軸受保持
室５２とを備えている。循環ガス圧縮室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５３と、タ
ーボ翼１の側方に開口するガス導出ポート５４とを備え
ている。軸受保持室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５５
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を配設するための軸受配設部５６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ＯＩ
Ｌを滞留させておくオイルだめ部２２と備えている。

【００１０】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を立設したもので一般に
知られているものである。転がり軸受３は、軸受配設部
５６に支持させたもので、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。

【００１１】シャフト２の内部には、オイル供給路２１
を形成している。このオイル供給路２１はシャフト２の
下端面に開口し、その開口がオイルだめ部２２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２
１の下端部２１ａ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２２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、軸受保持室５２内では噴霧状態としても存在してい
る。

【００１２】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の周囲にハ
ウジング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の駆動源として図示しないイ
ンバータを用いている。

【００１３】さらに、軸受保持室５２内の潤滑オイルＯ
ＩＬが循環ガス圧縮室５１に混入しないように、軸受保
持室５２と循環ガス圧縮室５１とを、例えばシャフト２
の上端に周設したラビリンスシール等のシール機構８に
より区切るとともに、排気手段である真空ポンプ９によ
り軸受保持室５２内のガスを排気して、軸受保持室５２
内の圧力が、循環ガス圧縮室５１の圧力より小さくなる
ように構成し、ガスが常に循環ガス圧縮室５１から軸受
保持室５２に向かって流れるようにしている。具体的に
はモータ配設部５５に、外部接続経路５７を介して連通
する外部ポート５８を設けておき、この外部ポート５８
に真空ポンプ９を接続している。

【００１４】しかして本実施例では、真空ポンプ９の排
気流量を検出する流量センサ６を設けたことを特徴とし
ている。この流量センサ６は、漏洩検出手段に相当し、
例えば外部ポート５８と真空ポンプ９とを接続する接続
配管５９上に設けている。なお、この流量センサ６は、
外部接続経路５７上等に設けても構わない。そしてこの
流量センサ６の流量が正常値から所定値を超えて増大し
た場合に転がり軸受３の寿命が近いと判断し、転がり軸
受３の交換をはじめとするメンテナンスを行うようにし
ている。

【００１５】具体的に転がり軸受３の寿命が近いと判断
する理由は次のとおりである。図２に模式的に示すよう
に、シール機構８は、シャフト２側に設けられた硬質材
８１から多段に絞り片８２を突出させ、これら絞り片８
２とハウジング５側に設けられた軟質材部８３との間に
形成される多段の微少隙間ＡＲによる絞り効果で流体の
シールを行うものであるが、転がり軸受３が正常に作動
している間は、回転によるシャフト２のぶれは小さいた
め、シール機構８における隙間ＡＲはおおよそ設計値ど
おりとなっている。したがってこのシール機構８を介し
て漏洩する循環ガスの流量は所定以下となっている。一
方、転がり軸受３の寿命が近づくと、そのベアリングの
摩耗等でシャフト２の支持のがたが大きくなる。この結
果、シャフト２は中心軸からぶれて回転することにな
り、図３に示すように、シール機構８における隙間ＡＲ
が増大する。すなわち、このシール機構８を介して漏洩
する循環ガスの流量は増大することになる。

【００１６】このように構成した本実施例に係るターボ
ブロワ１００によれば、従来のものとは異なって、転が
り軸受３の寿命が近づいたことの検出を、シール機構８
を介して軸受保持室５２内に漏洩する循環ガス流量の増
大により行うようにしたために、組み立ての容易性を確
保できるようになる。なぜならば、流量センサ６は、漏
洩した循環ガスの流路上であればどこに設けてよく、し
かもこの流路を流量センサ６を配置しやすいように適宣
設定することも容易にできるためである。しかも、その
検出の信頼性、安定性においても従来に比べ格段に優れ
たものにできる。

【００１７】なお、本発明は、以上説明した実施例に限
定されるものではない。例えば、流量センサの代わりに
軸受保持室の圧力を検出する圧力検出センサを採用して
も構わない。このような構成の場合には、転がり軸受の
寿命が近づくにしたがって増大する漏洩循環ガスによ
り、軸受保持室内の圧力が増大することになる。この圧
力の増大が所定以上であれば、上述同様転がり軸受の寿
命が近いと判断すればよい。また、本発明は、ターボブ
ロワに限らず、転がり軸受を利用した回転型のガス圧縮
装置に適用して、同様の効果を奏するものである。

【００１８】この他、本発明は上述した図示例に限られ
ず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。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成であるか
ら、従来例で述べた温度センサや振動センサ等に比べ、
取付が簡単になる。なぜならば、漏洩検出手段である圧
力センサ等の圧力検出手段あるいは流量センサ等の流量
検出手段は、漏洩したガスの流路上であればどこに設け
ても良く、この流路をこれら検出手段を配置しやすいよ
うに適宣設定することも容易にできるためである。しか
も、検出の信頼性、安定性においても従来に比べ格段に
優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるターボブロワの周辺
配管も含めた全体概略断面図。

【図２】同実施例の正常作動状態におけるシール機構部
分を示す要部断面図。

【図３】同実施例の軸受寿命末期状態におけるシール機
構部分を示す要部断面図。

【符号の説明】

１００…ガス圧縮機（ターボブロワ） １…ターボ翼 ２…シャフト ３…転がり軸受 ５２…循環ガス圧縮室 ５２…軸受保持室 ６…漏洩検出手段（流量センサ） ８…シール機構 ９…排気手段（真空ポンプ） ＯＩＬ…潤滑液（潤滑オイル）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス循環を行うためのターボ翼と、このタ
   ーボ翼から一体的に突出されたシャフトと、潤滑液によ
   る潤滑を利用してこのシャフトを回転自在に支持する転
   がり軸受と、前記ターボ翼を収容する循環ガス圧縮室
   と、前記転がり軸受を収容する軸受保持室と、軸受保持
   室と循環ガス圧縮室との間に介在し軸受保持室内に存在
   するガスや潤滑液が循環ガス圧縮室に漏洩することを防
   止するためのシール機構と、軸受保持室内のガスを排気
   し軸受保持室の圧力が循環ガス圧縮室の圧力よりも小さ
   くなるように保つための排気手段と、前記循環ガス圧縮
   室から軸受保持室に漏洩するガスの漏洩量増大を検出す
   る漏洩検出手段とを具備することを特徴とするガス圧縮
   装置。