JP2006125316A

JP2006125316A - ターボ形回転機器

Info

Publication number: JP2006125316A
Application number: JP2004315561A
Authority: JP
Inventors: Koji Horikawa; 浩司堀川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】回転機器全体の外径を小さくし安全なターボ形回転機器を提供する。
【解決手段】ハウジング１内に設置されるターボ機構におけるターボ静翼ＳＢの構成を回転軸３と同軸で円筒状にしたものである。すなわち図において９はターボ静翼ＳＢの基体をなす円筒体で、図面ではその縦断面の右半分のみ開示されているが、基部はハウジング１に固設されている。この円筒体９はその軸心が回転軸３の軸心と同軸であり、回転軸３の軸心と沿う状態にある。そしてこの円筒体９の高さは、従来におけるターボ静翼ＳＢの半径の大きさに対応して設定され、そしてその内周面に静翼１０が形成されている。この静翼１０は円筒体９を肉厚にして内周面に機械加工等により形成するか、あるいは静翼片を別個に製作して内周に貼付加工して形成してもよい。このようにしてターボ静翼ＳＢが構成され、回転機器全体の小径化が図られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえばガスレーザ発振器装置（以下単にレーザ発振器装置という）にガスを循環供給する場合に有益なターボ形回転機器に関する。

この種のターボ形回転機器は、ハウジング内の上方にターボ機構を配設して、ガスを圧縮し排出する機構を設けるとともに、下方にはこのターボ機構の動翼であるターボ動翼を高速に回転駆動させるモータを配設している（特許文献１参照）。

また、このようなターボ形回転機器は、外部の機器としてのレーザ発振器装置に対してガスを供給する場合、好適に使用される。すなわち、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、レーザ共振器に供給して共振させるようになっており、装置内にガス循環路が構成されている。この循環路の構成における一要素のブロワとして、ターボ動翼を高速で回転させてガスを圧縮し、レーザ共振器に供給するターボ形回転機器が使用されている（特許文献１参照）。

このターボ形回転機器ＧＣ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動翼２が回転可能に配設され、同じく下方にはこのターボ動翼２を高速に回転駆動させるモータ６が配設され、両者が回転軸３にて連結されている。このモータ６はハウジング１の側に固設された電極コイル６Ｋと、この電極コイル６Ｋに対応して回転軸３に固設された回転子６Ｍで構成され、電極コイル６Ｋにはインバータ５から電気エネルギーが供給される。

回転軸３は上部軸受４と下部軸受（図示せず）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３の上方の取付軸３Ｓにターボ動翼２が固設されている。前記モータ６および回転軸３を保持する上部軸受４と下部軸受（図示せず）はモータ室Ｍ内に配設されている。
ターボ動翼２がモータ６によって高速に回転駆動されると、その外周に配設されたターボ静翼（図５には開示されていない）と協働して、ガスが流入口１Ｋから流入され、圧縮されて排出口１Ｈより排出される。この流入口１Ｋから排出口１Ｈまでがガス圧縮室Ｃを形成する。

このことからガス圧縮室Ｃとモータ室Ｍとは、シール部７で遮断されるようになっている。具体的には、ハウジング１は上部軸受４の上方位置において回転軸３が非接触で貫通できる範囲の最小径の貫通孔が穿設され、回転軸３と協働してシール部７が形成されている。このシール部７にはたとえばラビリンスシール等が適用される。

ところで、ガス圧縮機能を行うターボ機構は図４に示されている。図４は図５のターボ形回転機器ＧＣの上方部のみを断面してより具体的に示すが、ターボ機構は取付軸３Ｓに取り付けられ、図５に示すモータ６にて高速に回転駆動されるターボ動翼２と、このターボ動翼２の外方周囲に配設されたターボ静翼ＳＢ（固定翼）にて構成され、これらが有機的に機能するようにハウジング１に内設されている。ターボ静翼ＳＢは図４ではブロックで図示されているが、具体的には図３から明らかなとおり、ターボ静翼ＳＢの主体をなす翼片Ｂが多数個（図示例では１９個）環状底盤８の上面に固設されている。この翼片Ｂは一定の厚さを有しており、この翼片Ｂの上面には図示していないが環状の上盤が対向して接合される。このようにして等間隔に一定の距離（間隙）を有して並設され、それぞれの間隙からガスが外方周囲へと流出するようになっている。ターボ静翼ＳＢの各翼片Ｂは一定の傾斜角度θを有して底盤に固定保持されている。

他方、モータ（図４には図示せず）にて回転されるターボ動翼２も多数個の羽根が周辺に一定の角度で傾斜して並設されている。このようにしてターボ動翼２の回転により外方に放出されたガスがターボ静翼ＳＢに放出され圧縮されてポンプ機能を行う。
特開２０００−２２２４３号公報

このような従来のターボ形回転機器ＧＣではターボ動翼２の外周に更にターボ静翼ＳＢが同一平面状で外方に拡張された形となっており、大形化するきらいがある。しかもターボ動翼２は高速回転するものであり、回転による繰り返し疲労などにて破壊した場合、回転機器として大きな衝撃を受け危険である。そのためにこのような事故に備えてハウジング１の肉厚部を有するようになっている。したがって大形かつ重量化する問題を有している。
本発明はこのような問題を解決するターボ形回転機器を提供しようとするものである。

本発明が提供するターボ形回転機器は、上記課題を解決するために、回転軸に取り付けられて回転し、ガス圧縮を行なうターボ動翼と固定状態で設置されたターボ静翼との組み合わせからなるターボ機構においてターボ静翼ＳＢを回転軸の軸心方向に沿う状態で設けたものである。したがって、ターボ静翼ＳＢによる半径方向の大きさが縮小される。

本発明が提供するターボ形回転機器は、ターボ静翼を立位にすることで半径方向の厚さが小さくて回転機器全体としての半径が大幅に縮小され、小型化される。しかもガス圧縮効率は高く小型軽量にして性能の高いターボ形回転機器を提供する。さらにターボ静翼の基本はターボ動翼の周囲を囲繞する壁として機能し、ターボ動翼が回転による繰り返し疲労で破壊を起こした際、その飛散等によるエネルギーを吸収してくれるので安全性の高い回転機器を提供する。

本発明におけるターボ形回転機器は、回転機器全体の外径の縮小化に特徴があり、そのためにターボ動翼を回転軸の軸心と平行な状態で設けたものである。この構成の最も好ましい実施例はターボ静翼を円筒状の基体に設けることであり、具体的にはターボ動翼の外周を囲繞する大きさの円筒体を回転軸と同心状に配設し、その内周面にターボ静翼を形成する例である。この円筒状の基部はハウジングに固設される。またターボ動翼から放出されるガスが円筒内に円滑に案内されるよう構成されることも重要な要件となる。

以下図１および図２に示す実施例にしたがって本発明を説明する。
図１はハウジング１内に設置されるターボ静翼ＳＢの構成を縦断面して示す図であり、図２はその要部を拡大して示している。これらの図において９はターボ静翼ＳＢの基体をなす円筒体で、図面ではその縦断面の右半分のみ開示されているが、基部はハウジング１に固設されている。この円筒体９はその軸心が回転軸３の軸心と同軸であり、すなわち回転軸３の軸心と平行な状態にある。

そしてこの円筒体９の高さは、従来におけるターボ静翼ＳＢの半径の大きさに対応して設定され、そしてその内周面に静翼１０が形成されている。この静翼１０は円筒体９を肉厚にして内周面に機械加工あるいは鋳物成形等により形成するか、あるいは静翼片を別個に製作して内周に貼付加工して形成してもよい。このようにしてターボ静翼ＳＢが構成される。

ターボ静翼ＳＢを設置する場合、その静翼１０の下方端は図２に拡大して示すとおり、ターボ動翼２の外周端における水平高さ位置より上方に位置していることが望ましい。すなわち図２に示すとおり、円筒体９にはターボ動翼２の外周端から放出されるガスを受け入れこれを静翼１０に案内する曲面９Ｃが形成され、ガスが円滑にターボ静翼ＳＢに導入されるようになっている。これは静翼１０の下方端位置がターボ動翼２の外周端位置より下方に位置すると前記ガスの導入が円滑に行われず、過流を招来することになり、ガス圧縮効率を低下させることになるからである。

本発明の特徴は以上詳述したとおりであるが、上記各実施例ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形実施例を包含するものである。たとえば図示例ではターボ静翼ＳＢが回転軸３と同心状すなわち平行に配列された例を示しているが、必ずしも同心状でなくともよく、回転軸３の軸心に対して一定の角度を有する傾斜した形すなわち円錐状（すりばち状）の形状にしてもよい。要はターボ動翼２の外周を覆うものであればよい。さらに細部の構成についてであるが、ターボ静翼ＳＢの静翼１０の下端をターボ動翼２と一定距離切離したが、静翼１０の下方部を円筒体９の曲面９Ｃに沿ってターボ動翼２の外周端に近接するよう延設する変形例を挙げることができる。この場合、ガスの導入がより確実となる。さらにターボ静翼ＳＢをハウジング１に固設させる方法としてねじ込みによる着脱可能な方式を採用することもできる。この場合、回転体の破壊によりターボ静翼ＳＢが破損したとき、取り替えが容易となる。

本発明が提供するターボ形回転機器の構成を示す縦断面図である。本発明が提供するターボ形回転機器の要部を拡大して示す縦断面図である。従来におけるターボ形回転機器のターボ静翼の構成を示す図である。従来におけるターボ形回転機器のターボ機構の構成を示す図である。従来におけるターボ形回転機器の構成を示す図である。

符号の説明

１ハウジング
１Ｈ排出口
１Ｋ流入口
２ターボ動翼
３回転軸
３Ｓ取付軸
４上部軸受
５インバータ
６モータ
６Ｍ回転子
６Ｋ電極コイル
７シール部
８環状底盤
９円筒体
９Ｃ曲面
１０静翼
Ｂ翼片
Ｃガス圧縮室
ＧＣターボ形回転機器
Ｍモータ室
ＳＢターボ静翼

Claims

回転軸に取り付けられて回転駆動されガス圧縮を行なうターボ動翼と、このターボ動翼の外方に配設されたターボ静翼との組み合わせからなるターボ機構と、このターボ機構が内方に配設されるとともにガスを流入させる流入口と圧縮したガスを排出する排出口を有するハウジングと、前記ターボ動翼を回転駆動するためのモータとを備え、前記圧縮されたガスを排出口から外部の機器等に排出するようにしたターボ形回転機器において、前記ターボ機構におけるターボ静翼をその静翼面が前記回転軸の軸心方向に沿う状態で設けたことを特徴とするターボ形回転機器。
ターボ静翼がターボ動翼の外周位でかつ回転軸の軸心と同軸の円筒体の内面に設けられたことを特徴とする請求項１記載のターボ形回転機器。