JPH03163213A - 動圧型エア軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は動圧型エア軸受装置に関し、例えば電気掃除機
のファンモータ等に好適に適用できる動圧型エア軸受装
置に関するものである。

従来の技術 近年、数万ｒ．　ｐ．ｍオーダーで回転する高速回転体
を指示する軸受装置としてスパイラル溝を用いた動圧エ
ア軸受の利用が図られている。

例えば、第４図に示すように、回転軸４１の一端部を有
底円筒状の軸受部材４２に嵌合させ、この回転軸４１の
一端部外周又は軸受部材４２の内周に複数条のスパイラ
ル溝４３を形成し、回転軸４１の回転に伴ってスバイラ
ル溝４３のボンビング作用により回転軸４１と軸受訂材
４２間の潤滑エア４４を軸受部材４２の内底面４２ａに
向かって圧送してその圧力を高め、軸受部材４ｚの内周
面と回転軸４１の外周面との間で潤滑エア４４のくさび
作用によりラジアル方向の軸受作用を生ずるとともに、
回転軸４１の一端面４１ａに作用する圧力による推力に
よってスラスト荷重を指示するようにした動圧エア軸受
装置が知られている。

このような動圧型エア軸受装置は、玉軸受と比べて長寿
命、低震動、低騒音であるため、その特徴を生かして、
レーザプリンタ用ポリゴンミラーの軸受装置などのＯＡ
機器等への適用が図られている。

一方、従来の例えば電気掃除機に用いられているファン
モー夕においては、２〜３万ｒ．ｐ．ｍ．で高速回転可
能なＤＣモータが用いられるとともにファンを固定した
ロー夕は一対のボールベアリングで支持されている。

発明が解決しようとする課題 ところで、近年電気掃除機の小型化、低騒音化が大きな
課題となっており、小型化を実現させるための最も有力
な手段として、モータの出力Ｗは、 ＷｏｃＬ−Ｄ　　−Ｎ で与えられる。Ｌはモータの長さ、Ｄは外径、Ｎは回転
速度であり、例えばＮを２倍にすれば、同一のモータの
出力に得るには、長さを１／２或は外径を１／１．４に
することができる。

しかし、モータの高速化にとっては ■　モータブラシの磨耗増加、騒音増加■　ボールベア
リングの寿命低減、振動増加等の問題がある。■の問題
は、近年のＤＣブラシレスモークのコストダウンと性能
向上によって解決される目処が出てきたので、次に■の
問題が最も大きな問題点として浮上してきている。

そこで上記■の問題に対する対策としてボールヘアリン
グに代えてエア軸受装置を用いることが考えられるが、
給気源を必要としないエア軸受はとくに軸受隙間８が数
μｍ程度に設定されているので、軸受ユニットの量産性
を確保するためには、軸心精度が良くない状態でも′エ
ア軸受が有効に作用するような構造をもつ必要がある。

また軸受ユニットのロストダウンを考えた場合軸受部材
として板金や合成樹脂成形品が使用されているので、さ
らに軸心精度が悪くなるという問題がある。

本発明は上述の問題点に鑑み、軸心精度が低くても高速
回転を可能にする動圧型エア軸受装置を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達戒するために、回転軸とその外周
に嵌合する軸受部材の互いに対向する円筒軸受面の一方
に、回転軸の回転により前記円筒軸受面間の潤滑エアを
軸受部材の奥側に向かって圧送するスパイラル溝を形成
し、回転軸の外周に嵌合する軸受部材の外周には、スパ
イラル溝を設けた動圧エア軸受全体を弾性材料もしくは
弾性構造によってラジアル方向に支持する弾性軸受を配
設したことを特徴とする。

作　　　用 本発明によると、回転軸の回転に伴ってスバイラル溝の
ボンビング作用により回転軸と軸受部材間の潤滑エアが
軸受部の奥側に向って圧送されて圧力を高め、スラスト
方向の力を支持するとともに、軸受部材の内周面と回転
軸の外周面との間で潤滑エアのくさび作用によりラジア
ル方向の支持も行う軸受作用が設立する。このエア軸受
において、軸心精度が低かった場合や外部から軸受の負
荷能力以上の力がかかった場合などに対して、エア軸受
の外周の包む弾性支持構造がこれらの寸法誤差や衝撃を
吸収することにより上述のスパイラルグループ動圧軸受
が十分に機能するため、軸受ユニットの量産性も向上す
る。

実施例 以下、本発明の第１の実施例を第１図に基づいて説明す
る。１は回転軸で、その一端部が有底円筒状の軸受部材
２内に嵌入されている。この軸受郎材２の内周面と回転
軸１の外周面の間には数十μｍの隙間が形成され、その
隙間に弾性支持を司る波板３と波板３と回転軸ｌの間に
回転軸１を直接支持する薄板４が存在し、回転′軸１と
薄板４の間には潤滑流体としての潤滑エアが介在されて
いる。回転軸１の外周面と対向する薄板４の円筒軸受面
には、軸受部材２の開口端から奥端までの区間に、回転
軸１の回転に伴って前記潤滑エアを軸受部材２の内底面
に向かって圧送する複数条の第１のスパイラル溝５が形
成されている。前記回転軸１の一端は、軸受部材２の内
底面に軸心部分が点接触するように球面に形成されてい
る。

回転軸１が回転すると、潤滑エア３が第１のスパイラル
溝５によるボンビング作用にて軸受部材２の内底面に向
かって圧送され、回転軸１と軸受部材２の軸受面間の潤
滑エアが高圧となり、潤滑エアによるくさび作用によっ
て大きな軸受荷重が得られる。また、回転軸１の一端面
にも潤滑エアの圧力による推力が作用することによって
回転軸１にスラスト力も作用し、スラスト荷重も支持で
きる。

こうした構造によってラジアルおよびスラストの両方向
の荷重を支持できるスパイラルグループ軸受は、第１図
に示すようにさらに軸受部外周に軸受部全体を弾性支持
できる構造を成している。

外部から回転体全体に衝撃等の大きな力が加わると、従
来のように軸受すきまが数μｍしかないような構造では
、軸受負荷能力をこえるような力が加わった場合、軸１
が即座に焼きついてしまう。

これに対し本実施例によれば、瞬間的に軸受負荷能力を
超えるような力が加わった場合でも、この力は、スパイ
ラルグループ動圧軸受の外側に配設された弾性支持部３
、の変形によって外力を吸収し、回転体とスパイラルグ
ループ軸受の接触を生じにくくする。このような作用に
より従来のスパイラルグループ軸受よりも耐衝撃性の高
い軸受を提供することができる。

第１の実施例では軸受部材２が有底円筒状でスラスト荷
重も支持できるものを例示したが、第２図に示す本発明
の第２の実施例のように、ラジアル軸受にも適用できる
。第２図において、回転軸１は円筒状の軸受部材２に挿
通され、回転軸１の外周面に対向する薄板４の円筒軸受
面には、左右対称に一対のスバイラル溝５が形″成され
ている。

さらに、このスパイラル溝５を有する動圧軸受全体を包
括するように弾性支持軸受３が配段されており、第１の
実施例と同じ作用により、耐衝撃性にたけている。

次に、本発明にかかわる軸受装置を電気掃除機のファン
モー夕に適用した第３の実施例を第３図に基づいて説明
する。２ｌは、図示しない電気掃除機本体に設置された
ファンモータで、前部ケーシング２２ａと後部ケーシン
グ２２ｂに分割されている。前部ケーシング２２ａの前
端軸心位置には第ｌの実施例と同様の構成の動圧エア軸
受２３が配設され、後部ケーシング２２ｂの後端軸心位
置には第２の実施例と同様の構成の動圧エア軸受２５が
配設されている。

前部ケーシング２２ａ内にはファン２６とデイフェーザ
２７が配設され、後部ケーシング２２ｂ内にはブラシレ
スモータ２８が配設されている。

ブラシレスモータ２８はロータ２９とその外周に適当な
隙間を設けて外嵌されたステータ３０から成り、ロータ
２９は回転軸３１の後部に一体固定され、ステータ３０
は固定ボルト３２にて後部ケーシング２２ｂに固定され
る。

前記ファン２６は前記回転軸３１の前部に固定され、前
記ディフユーザ２７は前記ファン２６の背部に位置して
前部ケーシング２２ａに嵌着されている。このディフユ
ーザ２７の外周と前部ケーシング２２ａの内周面との間
に狭隘通路が形成され、多数の案内フィン２７ａが設け
られている。

２７ｂはディフユーザ２７に形成されたリブである。

前記回転軸３１の両端部は、前記軸受筒体２４，２５の
内周に形成されたフォイル軸受３５．３６内に嵌入され
ている。このフォイル軸受３５．３６は、金属フォイル
やプラスチックフィルム等の変形抵抗の小さい薄膜状の
フォイルにて軸受面３５ａ，３６ａを形成し、この軸受
面と軸受筒体２４．２５の内周面との間に前記フォイル
を波板状にした緩衝部を形成して構成されている。回転
軸１のフォイル軸受３６の内面と対向する一端には軸受
筒体底面２４ａに向ってエアを圧送するスパイラル溝５
ａを、フォイル軸受３５の内面と対向する一端には軸受
両端から中央部に向ってエアを圧送するスパイラル溝５
ｂを設け、軸受負荷を高めている。これらのスバイラル
溝５ａ，５ｂはフォイル軸受内面の薄板３５ａ，３６ａ
に設けられた場合も同じ作用を示す。

次に、動作を説明する。

ブラシレスモーク２８のステータ３０に通電すると、ロ
ータ２９、回転軸３１が回転を開始し、回転速度が上昇
すると、動圧エア軸受２３では、ボンビング作用で潤滑
エア３が軸受部材２の内底面に向かって圧送されてその
圧力が上昇し、軸受部材２の内周面と回転軸３１の外周
面との間で潤滑エアのくさび作用によりラジアル方向の
軸受作用を生じ、ロータ２９等のアンバランス荷重によ
り発生する大きなラジアル荷重が支持される。また、回
転軸３１の一端面に作用する圧力によって回転軸３１に
対して後方に向かうスラスト力が作用し、このスラスト
力によってファン２６の回転に伴って回転軸３１に作用
する前方に向かうスラスト力（ファン推力）が支持され
る。

また、回転軸３１の後端部においても同様の作用で潤滑
エアが軸受中央部に圧送され、ラジアル荷重を支持して
いる。さらに回転軸３１の両端部が弾性支持軸受３５．
３６にて支持されている。

実施例では弾性支持構造として、フォイル軸受を採用し
ておりフォイル軸受３５．３６は高速回転する回転軸３
ｌを安定して支持している。さらに前記動圧エア軸受２
３と動圧エア軸受２５との軸心誤差をこのフォイル軸受
３５．３６の有する弾性構造によって吸収する。従って
、回転軸３１は軸心精度が悪くても安定して回転支持さ
れる。

かくして、回転軸３１の両端部が動圧エア軸受２３．２
５とそれらを嵌合するフォイル軸受３５，３６にて非接
触でかつ調心状態で支持されるため、５〜６万ｒ．ｐ．
ｍ．の回転速度で高速回転させても騒音や振動を生じず
、長寿命でかつトルク損失も少なくて済む。

ファン２６の回転によって吸気口３６から吸収されたエ
アは、ファン２６にて遠心力を受けてその外周に向かっ
て圧送され、ディフユーザ２７の外周の狭隘通路を案内
フィン２７ａにて案内されて通過した後、背部で拡散し
、ステータ３０の外周の空間を通って後部ケーシング２
２ｂの後面から排出される。

発明の効果 本発明の動圧エア軸受装置によれば、上述のように回転
軸と軸受部材間の潤滑エアの圧力が高められ、潤滑エア
のくさび作用による軸受作用にて大きな負荷能力を得る
ことができ、かつ軸受全体にスパイラル溝部が有する軸
受負荷能力以上の衝撃が加わった場合には軸受部の外周
に配設された弾性支持部がこの外力を吸収し、スパイラ
ル溝の損傷を少なくでき軸受の寿命を伸ばすことができ
る。

また、回転軸が２カ所以上の軸受で支持されているとき
、それらの軸受部の相互の軸心精度が悪い場合でも、弾
性支持部の変形により自動調心機能を有するため、軸受
ユニットの量産性が向上し、コストダウンを図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における動圧型エア軸受
装置の斜視断面図、第２図は本発明の第２の実施例にお
ける動圧型エア軸受装置の斜視断面図、第３図は本発明
を電気掃除機のファンモータに適用した第３の実施例の
断面図、第４図は従来例の断面図である。 １，３１・・・・・・回転軸、２・・・・・・軸受部材
、３・・・・・・弾性支持波板、４・・・・・・薄板軸
受面、５．５ａ，５ｂ・・・・・・スパイラル溝、２４
．２５・・・・・・軸受筒体、３５，３６・・・・・・
フォイル軸受、３５ａ．３６ａ・・・・・・軸受面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸とその外周に嵌合する軸受部材の互いに対向する
   円筒軸受面に、回転軸の回転により前記円筒軸受面間の
   潤滑エアを軸受部材の奥側に向かって圧送することによ
   りスラスト力を発生し、かつラジアル方向に対しても非
   接触で指示できるスパイラル溝を備えているエア軸受、
   もしくは軸受の中央部に向かって両端から潤滑エアを圧
   送し内圧を高めることによってラジアル方向のみを支持
   することのできるエア軸受を形成し、しかも前記嵌合軸
   受部の外周には回転軸を指示する前記エア軸受を弾性指
   示する軸受を備えたことを特徴とする動圧型エア軸受装
   置。