JP2013152017A - クリーナモータ用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】シール接触圧を安定化させ、クリーナの吸い込み効率のバラツキを少なくすることができるクリーナモータ用軸受を提供する。
【解決手段】クリーナモータ用軸受１１の密封板１６の基端１６ｅが外輪１３に固定され、密封板１６の先端１６ｔが径方向に変位可能とされて内輪１２に径方向から接触し、内輪１２の密封板１６の先端１６ｔとの接触面１２ａは、内輪１２の軸方向に対して平行に形成され、ケーシング内を流通する空気の空気圧Ｆが密封板１６に作用することによって、密封板１６の先端１６ｔが内輪１２から離間する方向に移動して内輪１２に対する密封板１６のシール接触圧が減少される。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受に作用する空気圧により密封板と軌道輪とのシール接触圧を調整し、軸受トルクを低減してモータの回転効率を高めることで空気の吸い込み効率を向上させたクリーナモータ用軸受に関する。

従来の家電機器などのクリーナモータに使用される軸受は、シール接触圧を比較的高めに設定して内部への空気流入を遮断する接触タイプの密封板を使って空気の吸い込み効率の向上を図っている。

図１１は、クリーナモータの全体構成の概略を示す図である。図１１に示すように、クリーナモータ４１は、空気吸込口４２及び空気排気口４３を有するケーシング内に設けられたモータ４５と、モータ４５の回転軸４６に取り付けられたファン４７と、回転軸４６を回転自在に支持する複数の軸受４８とを備えている。なお、ケーシングは、ファン４７を覆うファンケーシング４４ａと、モータ４５を覆うモータケーシング４４ｂとから構成される。

モータ４５は、回転軸４６に固定された円筒状のロータ４９と、ロータ４９に対向して配置されたステータ５０とを備えて、図示しないコイルに電流を流してステータ５０とロータ４９との間に磁気的な相互作用を発生させて、回転軸４６を回転させる。

回転軸４６が回転すると、回転軸４６に取り付けられたファン４７が回転することにより、空気吸込口４２からファンケーシング４４ａ内に空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、エアガイド５１を経由してモータケーシング４４ｂ内を巡回し、モータ４５側から回転軸４６を支持する軸受４８に作用してから再びエアガイド５１を介してモータケーシング４４ｂ内を流通した後、空気排気口４３から排気される。

このとき、回転軸４６を支持する軸受４８には、ケーシング４４ａ、４４ｂ内を流通する空気の空気圧Ｆが作用する。モータ４５とファン４７の間に配置された軸受４８には、クリーナモータ４１の全体構造およびモータ４５等の構造によって空気圧Ｆがモータ４５側から作用するものとファン４７側から作用するものがある。

空気圧Ｆがモータ４５側から作用する軸受４８において、モータ４５側のシール板を内輪と接触させ、ファン４７側を内輪と非接触にし、シール板が内輪に接触する面をモータ４５側に向けることによって、空気圧Ｆを受けるモータ４５側のシール接触圧を高めて軸受４８内部への塵埃の侵入を防止するとともに直接空気圧Ｆを受けないファン４７側のシール板の接触抵抗を減じて回転性能を向上させた電動送風機がある（例えば、特許文献１参照）。

また、本出願人は、内輪などの軌道輪に対して軸受４８の両側の密封板を同一方向に接触させ、直接空気圧Ｆを受ける密封板の接触抵抗も減じることで軸受トルクを低減させてさらにモータの回転効率を高め、空気の吸い込み率を向上させたクリーナモータ用軸受について特許を取得している（例えば、特許文献２参照）。

図１２は、特許文献２のクリーナモータ用軸受の断面図である。図１２に示すように、軸受４８は、相対回転可能に対向配置された内輪５２および外輪５３の軌道輪と、内輪５２と外輪５３の間に転動自在に組込まれた複数の転動体５４と、内輪５２および外輪５３の図１１のモータ４５側とファン４７側の両側において内輪５２および外輪５３の間に介在させた環状の密封板５５および密封板５６を備える。

例えば、空気圧Ｆがモータ４５側から軸受４８に作用する場合、モータ４５側の密封板５５は、外径側の基端５５ｅが、一方の軌道輪である外輪５３に固定され、先端５５ｔが他方の軌道輪である内輪５２に設けられた環状のシール溝５２ｇに一部入り込んで接触した状態に位置決めされる。密封板５５の先端５５ｔは、空気圧Ｆの作用方向とは反対向きに凸形状を成し、バネ性を有して密封板５５に対する空気圧Ｆの作用方向とは反対向きにシール溝５２ｇに接触している。

図１１のファン４７側の密封板５６には、密封板５６の外径側の基端５６ｅが、一方の軌道輪である外輪５３に固定され、密封板５６の先端５６ｔが他方の軌道輪である内輪５２に設けられた環状のシール溝５２ｇに一部入り込んで接触した状態に位置決めされる。密封板５６の先端５６ｔは、モータ４５側の密封板５５の先端５５ｔと同一向きでシール溝５２ｇにバネ性を有しながら接触している。

モータ４５側とファン４７側の両側の密封板５５の先端５５ｔおよび密封板５６の先端５６ｔは、共に同一向きでバネ性を有しながらシール溝５２ｇに接触しているので、空気圧Ｆの作用によって密封板５５の先端５５ｔおよび密封板５６の先端５６ｔがシール溝５２ｇから離間する方向に移動しても、シール溝５２ｇに対する最適なシール接触圧を維持することができる。

特許第３５３８００６号公報 特許第４７４２８３４号公報

しかしながら、特許文献１の軸受のように、シール接触圧を高く維持すると、軸受の回転中において接触シールと軌道輪との間の摩擦抵抗が大きくなるため、起動トルクおよび回転トルクなどの軸受トルクが増加し、その結果、モータの消費電流が増大するだけで無く、モータの回転効率が低下することで空気の吸い込み効率も低下する。

また、特許文献２のクリーナモータ用軸受４８では、空気圧Ｆが作用しないときは、凸形状の先端５５ｔがシール溝５２ｇの空気圧Ｆの作用方向と反対の壁に接触して内輪５２を空気圧Ｆと対抗する軸方向に押圧する。シール板が内輪を軸方向に押圧する構造は特許文献１の軸受も同様である。空気圧Ｆが作用すると、密封板５５の先端５５ｔおよび密封板５６の先端５６ｔがシール溝５２ｇから離間する方向に移動することで、シール溝５２ｇが形成された内輪５２の動きが不安定になり、さらにシール溝５２ｇの形状が曲面で構成されるため、凸形状の先端５５ｔが当接するシール溝５２ｇの位置が移動して凸形状の先端５５ｔとシール溝５２ｇの表面の摩擦抵抗が一定にならないことでシール接触圧が変動するためクリーナ吸い込み効率のバラツキが大きくなるという問題があった。

また、密封板５５の先端５５ｔはシール溝５２ｇに対して軸方向から接触しているため、軸受４８に内部隙間があると、この隙間分だけ内輪５２と外輪５３とが軸方向に相対移動して、密封板５５の先端５５ｔとシール溝５２ｇとの接触圧が変動してクリーナ吸い込み効率に影響を及ぼす要因となっていた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、シール接触圧を安定化させ、クリーナの吸い込み効率のバラツキを少なくすることができるクリーナモータ用軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）ファンの回転により空気吸込口から吸い込んだ空気をケーシング内に流通させて空気排気口から排気するクリーナの回転軸を回転自在に支承するクリーナモータ用軸受であって、相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪と、一対の軌道輪間に転動自在に組込まれた複数の転動体と、一対の軌道輪の軸方向両端部において一対の軌道輪間に介在させた環状の一対の密封板とを備え、一対の密封板の少なくとも片側の密封板は、密封板の基端が一方の軌道輪に固定され、密封板の先端が径方向に変位可能とされて他方の軌道輪に径方向から接触し、他方の軌道輪の密封板の先端との接触面は、他方の軌道輪の軸方向に対して平行に形成され、ケーシング内を流通する空気の空気圧が密封板に作用することによって、密封板の先端が他方の軌道輪から離間する方向に移動して他方の軌道輪に対する密封板の接触圧が減少されることを特徴とするクリーナモータ用軸受。
（２）密封板には、空気圧が作用することにより径方向の長さが縮み、密封板の先端の内径を拡径する弾性部が設けられることを特徴とする（１）に記載のクリーナモータ用軸受。
（３）弾性部は、断面略Ｖ字状に形成され、その断面略Ｖ字状の開口側が、ケーシング内を流通する空気の下流側に向かうようにして配置されることを特徴とする（２）に記載のクリーナモータ用軸受。
（４）密封板の先端は、断面円弧状に形成されることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載のクリーナモータ用軸受。
（５）密封板の先端は、断面略Ｖ字状に形成されることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載のクリーナモータ用軸受。
（６）他方の軌道輪は、接触面を底面に有するシール溝を備えることを特徴とする（１）から（５）のいずれかに１つに記載のクリーナモータ用軸受。

本発明によれば、相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪と、一対の軌道輪間に転動自在に組込まれた複数の転動体と、一対の軌道輪の軸方向両端部において一対の軌道輪間に介在させた環状の一対の密封板とを備え、一対の密封板の少なくとも片側の密封板は、密封板の基端が一方の軌道輪に固定され、密封板の先端が径方向に変位可能とされて他方の軌道輪に径方向から接触し、他方の軌道輪の密封板の先端との接触面は、他方の軌道輪の軸方向に対して平行に形成され、ケーシング内を流通する空気の空気圧が密封板に作用することによって、密封板の先端が他方の軌道輪から離間する方向に移動して他方の軌道輪に対する密封板の接触圧が減少されるため、密封板の先端と軌道輪の接触面との接触圧を安定化することができ、クリーナの吸い込み効率のバラツキを少なくすることができる。

本発明の実施形態のクリーナモータ用軸受の断面図である。 本発明の実施形態のクリーナモータ用軸受の密封板の例を示す図である。 本発明の実施形態のクリーナモータ用軸受の第１変形例の断面図である。 本発明の実施形態のクリーナモータ用軸受の第２変形例の断面図である。 本発明の実施形態のクリーナモータ用軸受の第３変形例の断面図である。 本発明の実施形態のクリーナモータ用軸受の第４変形例の断面図である。 （ａ）は性能比較試験に使用した比較例１のクリーナモータ用軸受の断面図であり、（ｂ）は性能比較試験に使用した比較例２のクリーナモータ用軸受の断面図である。 密封板の負荷圧力とモータ消費電流及び漏れ空気圧力との関係を、本発明に係る実施例のクリーナモータ用軸受と比較例１、２のクリーナモータ用軸受とで比較したグラフである。 比較例２のクリーナモータ用軸受の負荷圧力とモータ消費電流及び漏れ空気圧力との関係を示すグラフである。 本発明に係る実施例のクリーナモータ用軸受の負荷圧力とモータ消費電流及び漏れ空気圧力との関係を示すグラフである。 クリーナモータの全体構成の概略を示す図である。 従来のクリーナモータ用軸受の断面図である。

以下、図面に基づき、本発明の一実施形態について説明する。図１に示すように、クリーナモータ用軸受１１は、相対回転可能に対向配置された内輪１２および外輪１３の軌道輪と、内輪１２と外輪１３の間に転動自在に組込まれた複数の転動体１４と、内輪１２と外輪１３の空気圧Ｆの作用方向上流側であるモータ４５側に介在させた環状の金属性の平板で形成した環状のシールド１５と、内輪１２と外輪１３の空気の作用方向下流側であるファン４７側に介在させた環状の密封板１６とを備えている。

密封板１６は、外径側の基端１６ｅが一方の軌道輪である外輪１３に固定され、内径側の先端１６ｔが、ストレート（内輪１２の軸方向に対して平行）に形成された他方の軌道輪である内輪１２の外周面である接触面１２ａに対して弾性部１６ｄによって所定の接触圧で径方向から接触した状態に位置決めされている。図１１に示すケーシング４４ａ、４４ｂ内を流通する空気の空気圧Ｆが密封板１６に作用した際に、密封板１６の先端１６ｔが内輪１２から離間する方向に移動することで、内輪１２に対する密封板１６の先端１６ｔの接触圧が所定圧だけ減少する。

密封板１６は、図１および図２に示すように、外輪１３に固定される外径側に基端１６ｅを有する本体１６ｃと、本体１６ｃから繋がる空気圧Ｆの強さに従って径方向の長さが縮む、換言すると、密封板１６の先端１６ｔの内径を拡径させる弾性部１６ｄと、弾性部１６ｄと連続して内輪１２に当接する先端１６ｔからなり、本体１６ｃは、心金入りゴム製平板からなり、弾性部１６ｄおよび先端１６ｔは、ゴム製平板を加工して形成する。また、弾性部１６ｄおよび先端１６ｔは、熱可塑性エラストマーなどの弾性を有する材料で作製してもよい。

弾性部１６ｄは、例えば、風の方向に閉じ、風と反対の方向が開いた二つ折りの斜面によって構成される断面略Ｖ字状（一段のアコーデオン）に形成されている。また、内輪１２に当接する密封板１６の先端１６ｔは、断面円弧状に形成されている。

そして、このように構成されたクリーナモータ用軸受１１では、密封板１６の弾性部１６ｄから繋がる先端１６ｔをストレート（内輪１２の軸方向に対して平行）に形成された内輪１２の接触面１２ａに所定のシール接触圧で径方向から接触した状態に位置決めすることにより、密封板１６のシール接触圧は、内輪１２の接触面１２ａに対してラジアル方向から作用する。

また、空気圧Ｆによって、弾性部１６ｄである断面Ｖ字状が閉じることで、密封板１６の径方向の長さが縮小し、弾性部１６ｄから繋がる先端１６ｔが内輪１２から離間する方向に移動して、最適なシール接触圧を維持することができる。このとき、クリーナモータ用軸受１１内に流れ込む空気流量は、ゼロ或いは極微量であるため、図１１に示すケーシング４４ａ、４４ｂ内に流す空気の吸い込み効率を低下させることはない。

また、密封板１６の先端１６ｔが内輪１２の接触面１２ａから離間しても、内輪１２をラジアル方向に押圧していたシール接触圧が所定圧だけ減少するだけで、内輪１２が軸方向に受ける力に変化はないため、内輪１２の動きは安定する。さらに、内輪１２の接触面１２ａがストレートに形成されているので、内輪１２がクリーナモータ用軸受１１の内部すきまにより軸方向に移動しても、密封板１６の先端１６ｔが内輪１２の接触面１２ａから受ける摩擦抵抗が一定になり、シール接触圧の変動がほとんどなくクリーナ吸い込み効率のバラツキが少ない。

また、密封板１６の先端１６ｔが断面円弧状に形成されているので、密封板１６に空気圧Ｆが作用すると密封板１６の先端１６ｔと内輪１２との接触が円盤形状の面接触から円による線接触に変化するため、シール接触圧による変動が少ない。

以上説明したように、本実施形態のクリーナモータ用軸受１１によれば、密封板１６に断面Ｖ字状の弾性部１６ｄを設け、密封板１６の先端１６ｔを断面円弧状に形成し、密封板１６の先端１６ｔによって内輪１２の接触面１２ａを径方向から押圧するようにしたので、空気圧Ｆによる内輪１２の軸方向のシール接触圧の変動がほとんどなく、内輪１２の動きが安定する。

また、密封板１６の先端１６ｔによって内輪１２のストレートに形成された接触面１２ａを径方向から押圧するようにしたので、内輪１２がクリーナモータ用軸受１１の内部すきまにより軸方向に移動しても、密封板１６の先端１６ｔが内輪１２の接触面１２ａから受ける摩擦抵抗が一定になり、空気圧Ｆによる内輪１２のラジアル方向のシール接触圧の変動がほとんどなく、クリーナ吸い込み効率のバラツキが少ない。

また、本実施形態のクリーナモータ用軸受１１によれば、空気圧が密封板１６に作用することによって、密封板１６の先端１６ｔが内輪１２から離間する方向に移動して内輪１２に対する密封板１６の接触圧が減少されるため、密封板１６の先端１６ｔと内輪１２の接触面１２ａとの接触圧を安定化することができ、クリーナの吸い込み効率のバラツキを少なくすることができる。

また、本実施形態のクリーナモータ用軸受１１によれば、密封板１６に、空気圧が作用することにより径方向の長さが縮み、密封板１６の先端１６ｔの内径を拡径する弾性部１６ｄが設けられるため、空気圧が密封板１６に作用した際における内輪１２に対する密封板１６の接触圧をスムーズに減少することができる。

なお、実施形態では空気圧Ｆの作用方向上流側であるモータ４５側を環状のシールド１５とし、下流側であるファン４７側を密封板１６としているが、適宜空気圧Ｆの作用方向上流側と下流側で環状のシールド１５と密封板１６を入れ替えてもよいし、空気圧Ｆの作用方向上流側および下流側の両方を密封板１６としてもよい。

なお、本実施形態の第１変形例として、図３に示すように、密封板１６の先端１６ｔ´を、先が点となる尖った形状としてもよい。この場合、密封板１６の先端１６ｔ´と内輪１２との接触が、円による線接触となるため、空気圧Ｆに伴うシール接触圧の変動を極めて低く抑えることができる。

また、本実施形態の第２変形例として、図４に示すように、密封板１６の弾性部１６ｄを断面略Ｗ字状に形成してもよい。

また、本実施形態の第３変形例として、図５に示すように、密封板１６の弾性部１６ｄを断面略蛇腹状に形成してもよい。

また、本実施形態の第４変形例として、図６に示すように、内輪１２の外周面に、密封板１６の先端１６ｔが接触する接触面１７ａを底面に有するシール溝１７が形成されていてよい。そして、接触面１７ａは、ストレート（内輪１２の軸方向に対して平行）に形成されている。

次に、本発明の作用効果を確認するため、本発明のクリーナモータ用軸受（実施例）と比較例のクリーナモータ用軸受について、性能比較試験を行い比較した。

本試験に使用した比較例１のクリーナモータ用軸受４８Ａは、図７（ａ）に示すように、軸受４８Ａの軸方向両側に環状のシールド１５を非接触で配置した。また、比較例２のクリーナモータ用軸受４８Ｂは、図７（ｂ）に示すように、空気圧Ｆの作用方向上流側に環状のシールド１５を非接触で配置し、空気圧Ｆの作用方向下流側に密封板５６を配置した。密封板５６は、基端５６ｅが外輪５３に固定され、先端５６ｔが内輪５２に設けられた環状のシール溝５２ｇに入り込み、空気圧Ｆの作用方向とは反対向きにシール溝５２ｇに接触している。また、実施例のクリーナモータ用軸受には、図１に示すクリーナモータ用軸受１１を用いた。

本試験では、実施例、比較例１、及び比較例２のクリーナモータ用軸受をそれぞれ５個ずつ用意し、各軸受について、空気圧(負荷圧力)を増加させながら加え、そのときのモータ消費電流と漏れ空気圧力(軸受内に空気が流入する圧力)を測定した。結果を図８に示す。なお、図８に示す値は、実施例、比較例１、及び比較例２の平均値である。

図８に示すように、比較例１のクリーナモータ用軸受４８Ａは、シールド１５が内輪５２と接触しないので、モータ消費電流値が低く省エネである。しかし、圧力を負荷した直後から軸受４８Ａ内を空気が通過して反対側へ漏れ出しており、クリーナモータ用軸受としては好ましくない。

これに対して、比較例２のクリーナモータ用軸受４８Ｂ、及び実施例のクリーナモータ用軸受１１は、反対側への空気漏れが防止されている。また、実施例のクリーナモータ用軸受１１は、比較例２のクリーナモータ用軸受４８Ｂと比較して、漏れ空気圧力の上昇が緩やかであるので、耐圧性能が優れていることがわかった。

また、モータ消費電流値については、実施例のクリーナモータ用軸受１１は、比較例２のクリーナモータ用軸受４８Ｂと比較して、低負荷圧力（≦約５Ｋｐａ）において下限値（約０．５Ａ）で安定しているので、省エネ特性が優れていることがわかった。

これらの結果を総合的に判断すると、実施例のクリーナモータ用軸受１１は、比較例２のクリーナモータ用軸受４８Ｂと比較して、低負荷圧力の環境下においては、漏れ空気圧力が僅かに高いが、その後の圧力上昇カーブが緩やかであり、クリーナモータ実使用環境での負荷圧力においては、漏れ空気圧力を抑制すること可能であることがわかった。さらに、モータ消費電流値については、低負荷圧力から低いので、省エネ特性が優れていることがわかった。

さらに、実施例のクリーナモータ用軸受１１と比較例２のクリーナモータ用軸受４８Ｂについて考察する。比較例２のクリーナモータ用軸受４８Ｂでは、図９に示すように、モータ消費電流及び漏れ空気圧力のバラツキが大きいことがわかった。これは、比較例２のクリーナモータ用軸受４８Ｂの軸受隙間による内輪５２の軸方向移動や、密封板５６に空気圧Ｆが作用することによって、密封板５６の先端５６ｔと内輪５２のシール溝５２ｇとの接触圧の変動が影響しているものと考えられる。これに対して、実施例のクリーナモータ用軸受１１では、図１０に示すように、モータ消費電流及び漏れ空気圧力のバラツキが小さく安定していることがわかった。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１１ クリーナモータ用軸受
１２ 内輪（軌道輪）
１３ 外輪（軌道輪）
１４ 転動体
１５ シールド
１６ 密封板
１６ｅ 基端
１６ｔ 先端
１６ｄ 弾性部
４２ 空気吸込口
４３ 空気排気口
４４ａ ファンケーシング
４４ｂ モータケーシング
４５ モータ
４６ 回転軸
４７ ファン
Ｆ 空気圧

Claims (6)

1. ファンの回転により空気吸込口から吸い込んだ空気をケーシング内に流通させて空気排気口から排気するクリーナの回転軸を回転自在に支承するクリーナモータ用軸受であって、
   相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪間に転動自在に組込まれた複数の転動体と、前記一対の軌道輪の軸方向両端部において前記一対の軌道輪間に介在させた環状の一対の密封板とを備え、
   前記一対の密封板の少なくとも片側の前記密封板は、
   前記密封板の基端が一方の軌道輪に固定され、前記密封板の先端が径方向に変位可能とされて他方の軌道輪に径方向から接触し、
   前記他方の軌道輪の前記密封板の先端との接触面は、前記他方の軌道輪の軸方向に対して平行に形成され、
   前記ケーシング内を流通する空気の空気圧が前記密封板に作用することによって、前記密封板の先端が前記他方の軌道輪から離間する方向に移動して前記他方の軌道輪に対する前記密封板の接触圧が減少されることを特徴とするクリーナモータ用軸受。
2. 前記密封板には、空気圧が作用することにより径方向の長さが縮み、前記密封板の先端の内径を拡径する弾性部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のクリーナモータ用軸受。
3. 前記弾性部は、断面略Ｖ字状に形成され、その断面略Ｖ字状の開口側が、前記ケーシング内を流通する空気の下流側に向かうようにして配置されることを特徴とする請求項２に記載のクリーナモータ用軸受。
4. 前記密封板の先端は、断面円弧状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のクリーナモータ用軸受。
5. 前記密封板の先端は、断面略Ｖ字状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のクリーナモータ用軸受。
6. 前記他方の軌道輪は、前記接触面を底面に有するシール溝を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに１項に記載のクリーナモータ用軸受。

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