JP2016164436A - 軸受構造および送風機 - Google Patents

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Abstract

【課題】潤滑油を長期にわたって保持することが可能な軸受構造および延命させることが可能な送風機を提供する。
【解決手段】
シール部材6を軸受ホルダ5の開口部51に設け、シール部材6を構成する第2の焼結金属材料の密度を、含油軸受4を構成する第1の焼結金属材料の密度よりも低く設定した。これにより、含油軸受4から漏出した潤滑油は、シール部材6によって回収され、シール部材6から含油軸受4へ戻される。その結果、潤滑油を長期にわたって保持することができる。また、このような軸受構造2を適用することにより、送風機の延命を図ることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、多孔質焼結金属材料によって構成される含油軸受を含む軸受構造および該軸受構造を備える送風機に関する。
例えば、特許文献1には、多孔質焼結金属材料によって構成される含油軸受を有する軸受構造において、含油軸受から漏出した潤滑油を回収して戻す技術が開示されている。特許文献1記載の軸受構造は、スリーブホルダー(軸受ホルダ)の開口部がシールされていないため、開口部からスリーブホルダーの内側、延いては含油軸受と軸体との間に異物が入り込むおそれがある。また、特許文献2記載の軸受ユニット(軸受構造)は、ハウジング(軸受ホルダ)の開放端をシール部材によって閉塞することで潤滑油の漏洩を防止しているが、シール部材に収容された多孔質の弾性材料(フェルト、スポンジ等)をラジアル軸受(含油軸受)の端面に密着させている、すなわち、シールのための部材と潤滑油を保持するための部材との2つの部材を必要とするため、部品(部材)点数が多くなる問題がある。
また、特許文献3には、ハウジング(軸受ホルダ)の開口部を焼結金属の単一材料で形成されたシール部材によってシールする動圧型焼結含油軸受ユニット(軸受構造)が開示されている。例えば、特許文献3記載の軸受ユニットで用いられる焼結金属で形成されたシール部材を、特許文献2記載の軸受ユニットに適用した場合、部品点数の増加を抑止することができるが、特許文献1記載の軸受構造同様、特許文献2記載の軸受ユニットにおけるラジアル軸受(軸受ホルダ)の側壁部と軸の外側面との間に形成される隙間から異物が入り込むおそれがある。
特許第4596613号公報 特開2009−63094号公報 特開2001−271828号公報
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、潤滑油を長期にわたって保持することが可能な軸受構造を提供すること、および送風機の延命を図ることを課題としてなされたものである。
上記課題を解決するために、本発明の軸受構造は、軸と、第1の焼結金属材料によって構成され、前記軸を回転可能に支持する含油軸受と、前記含油軸受の外周面を保持する軸受ホルダと、前記軸受ホルダの開口部に設けられるシール部材と、を含む軸受構造であって、前記軸は、前記含油軸受の一端面から離れるのに伴い外径が小さくなる側面部を含む環状溝を有し、前記シール部材は、前記含油軸受を構成する第1の焼結金属材料よりも低い密度の第2の焼結金属材料によって構成されるとともに、前記シール部材は、前記含油軸受の一端面に接触する接触面と、前記軸の環状溝に対向するように配置される大径内周面と、前記軸の外周面との間にシール隙間を形成する小径内周面と、を有することを特徴とする。
また、本発明の送風機は、上記軸受構造を備えることを特徴とする。
本発明によれば、潤滑油を長期にわたって保持することが可能な軸受構造を提供することができる。また、送風機の延命を図ることができる。
本実施形態に係る送風機の軸平面による断面図である。 図1における軸受構造の拡大図である。 図2における要部拡大図である。 シール部材単体の斜視図である。 油切溝の他の実施形態を説明するための図である。 油切溝の他の実施形態を説明するための図である。
本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、以下の説明において、便宜上、図1における上下方向をそのまま上下方向と称するが、これは送風機1の向きを限定するものではない。
図1は、本発明が適用された送風機1の軸平面による断面図である。図1に示されるように、送風機1は、軸3と、軸3を回転可能に支持する含油軸受4と、含油軸受4を保持する軸受ホルダ5と、軸受ホルダ5の開口部51(図3参照)に設けられるシール部材6と、を含む軸受構造2を備える。送風機1は、所謂、DCブラシレスモータの基本構造を備えるものであり、ロータ7、ステータ8、ならびにロータ7およびステータ8を収容するケーシング9を有する。
(ケーシング)
ケーシング9は、例えば、PBT(ポリブチレンテレフタレート)樹脂等の熱可塑性樹脂材料によって構成され、外枠10と、外枠10の中央に配置されるベース部11と、外枠10とベース部11との間に形成されるスポーク(図示省略)と、を有する。ベース部11には、軸受構造2の一要素である軸受ホルダ5が設けられる。軸受ホルダ5は、上端が開口する円筒形に形成され、ベース部11と一体に形成される。換言すると、軸受ホルダ5は、ケーシング9の成形と同時に成形される。なお、軸受ホルダ5は、ケーシング9と異なる材料によって構成するとともにケーシング9と一体成形(インサート成形)することができる。
(ロータ)
図1、図2に示されるように、ロータ7は、ファン12と、ファン12の基部13の内側に円環状に配置される永久磁石14と、基部13と永久磁石14との間に設けられるヨーク15と、を有する。ファン12は、基部13の中央に形成されたボス部16が後述する軸3の第2軸部33に固定される。また、永久磁石14には、S極とN極とが周方向に沿って交互に着磁されている。なお、永久磁石14は、例えば、接着剤によってヨーク15の内周面に接合される。
(ステータ)
ステータ8は、軸受ホルダ5の外周面52に取り付けられるステータコア17と、ステータコア17に巻き付けられる複数個のコイル18と、を有する。複数個のコイル18は、永久磁石14に対向するようにして軸受ホルダ5の周方向に沿って配置される。各コイル18には、給電配線を介して駆動電流が供給される。そして、駆動電流の極性を駆動回路(図示省略)によって制御し、永久磁石14とコイル18との間の磁気的な吸引/反発を切り替えることにより、ロータ7をステータ8に対して一定方向へ回転させる力を生じるように構成される。
(軸)
軸3は、含油軸受4の内側に位置する部分、換言すると、外周面32が含油軸受4の内周面41によって支持される第1軸部31と、第1軸部31に対して同一軸線上に配置されるとともに同一の外径を有し、ファン12のボス部16が固定される前述した第2軸部33と、第1軸部31と第2軸部33との間に配置される油切溝35(環状溝)と、を有する。
(油切溝)
図3に示されるように、油切溝35は、含油軸受4の上端面42(一端面)よりも上側(外側)に配置されて含油軸受4の上端面42から上方向(図3における上方向)へ離れるのに伴い外径が小さくなる側面部34と、側面部34に連続して一定の幅(上下方向の長さ)を有する円環部27と、円環部27と第2軸部33(外周面38)との間に形成される円環形状の面28と、を含む。本実施形態において、側面部34は、含油軸受4の上端面42の軸方向位置から上方向へ先細りとなるテーパ状に形成される。なお、厳密には、側面部34のテーパ開始位置は、含油軸受4の上端面42の軸方向位置よりも僅かに(例えば、後述するV溝75の溝深さ分だけ)高い位置または低い位置に設定されてもよい。また、軸3の軸線に対する側面部34の傾斜角度は適宜に設定可能である。また、円環部27は、円弧など、直線以外の断面形状をしていてもよい。
(スラスト軸受)
図2に示されるように、軸3の下端、換言すると、第1軸部31の下端には、スラスト軸受21によって支持される尖端部36が形成される。スラスト軸受21は、ケーシング9のベース部11、換言すると、軸受ホルダ5の底に形成された凹形状部を含み、この凹形状部に収容されたスラストプレート22によって軸3の尖端部36を回転可能に支持するように構成される。
(含油軸受)
含油軸受4は、多孔質焼結金属(ポーラスメタル)材料である第1の焼結金属材料によって構成される。また、含油軸受4は、円筒形状に形成され、外周面43が軸受ホルダ5の内周面53によって保持される。含油軸受4は、円環形状の下端面44が、ワッシャ23を介してケーシング9のベース部11(凹形状部)に当接されることにより、軸受ホルダ5に対して軸線方向(上下方向)に位置決めされる。ワッシャ23は、その内周が軸3の第1軸部31と尖端部36との間に形成された小径部37に嵌合され、外周部分が含油軸受4とケーシング9のベース部11とによって挟持されることにより、含油軸受4に対する軸3の抜けを阻止する。なお、含油軸受4の下端の外周縁および内周縁には、各々、面取部45および面取部46が形成される。
(シール部材)
シール部材6は、含油軸受4を構成する第1の焼結金属材料の密度よりも低い密度の多孔質焼結金属材料である第2の焼結金属材料によって構成される。図3、図4を参照すると、シール部材6は、円環形に形成され、軸受ホルダ5の開口部51に圧入されている。換言すると、シール部材6は、その外周面61が、軸受ホルダ5の開口部51に形成された円環形状のシール面54によって保持される。このシール面54は、軸受ホルダ5の内周面53を拡径させることにより形成される。なお、軸受ホルダ5は、内周面53とシール面54との間に形成される円環形状の面取部55を有する。
シール部材6は、含油軸受4の上端面42(一端面)に接触する円環形状の接触面62を有する。接触面62は、含油軸受4の上端面42の外周部分(外周寄りの所定範囲の部分)に接触する。換言すると、接触面62の内径は、含油軸受4の内径よりも大きく、且つ含油軸受4の外径よりも小さく設定される。また、シール部材6は、外周面61と接触面62との稜に沿って形成される面取部63を有する。これにより、含油軸受4の内周面41と上端面42との稜に沿って形成される面取部47と、軸受ホルダ5の面取部55と、シール部材6の面取部63との間には、軸線を中心に円環形状に延びて軸平面による断面が多角形状の通気路24が形成される。
(大径内周面)
図3に示されるように、シール部材6は、面取部65を介して接触面62に連続する大径内周面64を有する。大径内周面64は、高さ方向(軸線方向)の中間位置が軸3の油切溝35の円環部27に対向するように形成される。換言すると、大径内周面64は、油切溝35、および第2軸部33の下端部の外周面38に対向する。また、大径内周面64の直径は、含油軸受4の内径、延いては軸3の外径(第1軸部31の外径および第2軸部33の外径)よりも大きく、且つ含油軸受4の外径よりも小さく設定される。
(小径内周面)
シール部材6は、円環形状の面66(段部)を介して大径内周面64の上端に形成される小径内周面67を有する。小径内周面67は、シール部材6の円環形状の面66と円環形状の上端面68との間に形成される。また、小径内周面67は、第2軸部33におけるファン12(ボス部16)から突出した部分の外周面38に対向する。そして、円環形状の面66は、含油軸受4の上端面42の内周部分(内周寄りの所定範囲の部分)に対向する。これにより、図3に示されるように、シール部材6の内側には、大径内周面64、円環形状の面66、含油軸受4、および軸3(第2軸部33および油切溝35)によって囲繞される円環形状の空間25が形成される。
(シール隙間)
そして、本発明の軸受構造2は、シール部材6の小径内周面67と第2軸部33の外周面38(軸3の外周面)との間に、シール隙間20(ラビリンス隙間)が形成される。換言すると、シール隙間20は、シール部材6の内側の空間25とシール部材6の外側(ケーシング9の内部空間)との間に形成され、双方を連通する。なお、シール部材6は、小径内周面67と上端面68との間に形成された面取部69を有する。また、シール部材6の上端面68とファン12のボス部16との間には、高さ方向(軸線方向)に一定の隙間が形成される。
(通気路)
図2、図3を参照すると、含油軸受4の外周面43には、含油軸受4の上端面42(一端面)から下端面44(他端面)まで上下方向へ軸線に沿って延びるV溝74が形成される。これにより、軸受構造2には、含油軸受4と軸受ホルダ5との間に、含油軸受4の上端面42から下端面44まで延びる通気路71(第1通気路)が形成される。また、シール部材6の接触面62には、シール部材6の大径内周面64から外周面61まで延びる、換言すると、面取部65と面取部63とを連通するV溝75が形成される。これにより、軸受構造2には、シール部材6と含油軸受4の外周部分との間に、半径方向へ延びる通気路72(第2通気路)が形成される。なお、図4に示されるように、V溝75、延いては通気路72は、中心線(軸線)の回りに複数本(本実施形態では4本)が配置される。
また、図2に示されるように、含油軸受4の下端面44(他端面)には、含油軸受4の内周面41から外周面43まで延びる、換言すると、面取部46と面取部45とを連通するV溝76が形成される。これにより、軸受構造2には、含油軸受4とケーシング9のベース部11(厳密にはワッシャ23)との間に、半径方向へ延びる通気路73が形成される。そして、ケーシング9のベース部11のスラスト軸受21が構成される凹形状の空間77は、通気路73、通気路71(第1通路)、通気路24、通気路72(第2通気路)、シール部材6の内側の空間25、およびシール隙間20を介してシール部材6の外側の空間に連通される。なお、図2には、V溝74およびV溝76が各々1本のみ示されるが、V溝74およびV溝76の本数、延いては通気路71(第1通気路)および通気路73の本数は、複数本であってもよい。
次に、上述した実施形態の作用を説明する。
(油切溝の作用)
含油軸受4から漏出した(染み出た)潤滑油(図3における矢印A)が軸3の油切溝35(環状溝)の側面部34の表面に伝わると、側面部34上の潤滑油には、送風機1の運転時に軸3の回転速度に対応する遠心力が作用する。そして、遠心力が作用することにより、側面部34上の潤滑油は、側面部34の斜面に沿って斜め下方向へ移動する。これにより、側面部34上の潤滑油は、含油軸受4へ戻される。含油軸受4へ戻された潤滑油は、多孔質焼結金属材料(第1の焼結金属材料)の毛細管現象によって、含油軸受4の上端面42(一端面)または内周面41と上端面42との稜に沿って形成された面取部48から含油軸受4に吸収される。
一方、含油軸受4から漏出した潤滑油が軸3の油切溝35の側面部34を超えて円環部27にまで伝わった場合でも、円環部27上の潤滑油には、軸3の回転速度に対応する遠心力が作用するので、油切溝35の円環部27上の潤滑油は、遠心力の作用によって除去、すなわち、軸3から剥離し、シール部材6の大径内周面64へ向けて飛散する。油切溝35の円環部27から飛散した潤滑油(図3における矢印B)は、シール部材6の大径内周面64によって受けられ、多孔質焼結金属材料(第2の焼結金属材料)の毛細管現象によってシール部材6に吸収される。
(密度の作用)
ここで、シール部材6を構成する第2の焼結金属材料の密度を、含油軸受4を構成する第1の焼結金属材料の密度に対して低く設定したことで、含油軸受4が生じる毛細管力(吸収力)は、シール部材6が生じる毛細管力よりも大きくなる。これにより、含油軸受4とシール部材6との界面付近の潤滑油には、含油軸受4が生じる毛細管力からシール部材6が生じる毛細管力を差し引いた力(吸収力)が作用し、潤滑油は、シール部材6から含油軸受4へ移動し(図3における矢印C)、含油軸受4の上端面42の外周部分から含油軸受4によって吸収される。なお、油切溝35の円環部27から飛散した潤滑油(図3における矢印B)のうち、シール部材6の大径内周面64によって受けられなかった潤滑油は、含油軸受4の上端面42の内周部分から含油軸受4に吸収される。
(シール隙間の作用)
さらに、例えば、送風機1が軸線を横向き(水平)にして設置されるような場合に、含油軸受4から漏出した潤滑油が第2軸部33の外周面38を伝わってシール部材6の外側へ向けて移動しても、潤滑油は、シール隙間20に引き込まれる(図3における矢印D)。シール隙間20に引き込まれた潤滑油は、シール部材6が生じる毛細管力によって小径内周面67からシール部材6に吸収される。このようにしてシール部材6に吸収された潤滑油は、上述した毛細管力の差によってシール部材6から含油軸受4へ移動し(図3における矢印C)、含油軸受4へ戻される。なお、シール部材6の外周面61の少なくとも一部または上端面68(接触面62とは反対側の端面)に封孔処理を施したことにより、シール部材6に吸収された潤滑油が軸受ホルダ5の外部へ漏出することを防止することができる。
(効果)
上述した実施形態によれば、シール部材6を軸受ホルダ5の開口部51に設け、シール部材6の接触面62を含油軸受4の上端面42(一端面)に接触させた。また、シール部材6を構成する第2の焼結金属材料の密度を、含油軸受4を構成する第1の焼結金属材料の密度よりも低く設定した。このように構成することで、含油軸受4が生じる毛細管力(潤滑油の吸収力)は、シール部材6が生じる毛細管力よりも大きくなり、含油軸受4とシール部材6の界面付近の潤滑油には、双方の毛細管力の差に対応する力が作用する。これにより、潤滑油は、シール部材6から含油軸受4へ移動し、軸受構造2には、潤滑油のシール部材6から含油軸受4への流れが形成される。すなわち、シール部材6が吸収した潤滑油を含油軸受4へ円滑に戻すことができる。
また、本実施形態では、シール部材6に、軸3の油切溝35と対向する大径内周面64を形成したので、含油軸受4から漏出した潤滑油は、軸3が回転することで潤滑油に作用する遠心力によって、軸3の油切溝35の円環部27で除去されて軸3の半径方向へ飛散し、シール部材6の大径内周面64によって受けられ(回収される)、シール部材6に吸収される。そして、シール部材6に吸収された潤滑油は、上述したように含油軸受4へ戻される。
また、本実施形態では、第2軸部33の外周面38とシール部材6の小径内周面67との間にシール隙間20を形成したので、第2軸部33の外周面38を伝わる潤滑油は、シール隙間20に引き込まれる。そして、シール隙間20に引き込まれた潤滑油は、シール部材6の小径内周面67からシール部材6に吸収される。そして、シール部材6に吸収された潤滑油は、上述したように含油軸受4へ戻される。
さらに、本実施形態では、含油軸受4から漏出して軸3の油切溝35の側面部34に伝わった潤滑油は、軸3が回転することで潤滑油に作用する遠心力によって含油軸受4へ戻される。
このように、軸受構造2は、含油軸受4から漏出した潤滑油を、含油軸受4の上端面42(一端面)で吸収して含油軸受4へ直接戻す経路、シール部材6の大径内周面64から吸収して接触面62を経由して含油軸受4へ戻す経路、およびシール隙間20に引き込んでシール部材6の小径内周面67から吸収して接触面62を経由して含油軸受4へ戻す経路、の各経路によって能率的に含油軸受4へ戻すことが可能である。
これにより、軸受ホルダ5の外部への潤滑油の漏出をより確実に抑止することが可能であり、潤滑油を軸受ホルダ5の内部に長期にわたって保持することができ、延いては、この軸受構造2を適用することで、送風機1をより延命させることができる。
また、軸受ホルダ5の外部への潤滑油の漏出がより確実に抑止されることから、低温において流動性が高いより低粘度の潤滑油を使用することが可能である。これにより、低温貯蔵庫(例えば、−40℃)の庫内に設置する送風機1等に適用することができる。
また、本実施形態では、軸受構造2に追加される部品が単一材料によって構成されるシール部材6のみであるので、部品(部材)点数の増加を抑止することができる。
また、本実施形態では、シール部材6が含油軸受6と同一の軸受ホルダ5に配置されるので、シール部材6の同軸度を確保することが可能であり、軸3とシール部材6との間に形成されるシール隙間20を小さく設定することができる。
また、本実施形態では、ケーシング9のベース部11のスラスト軸受21が構成される凹形状の空間77、換言すると、軸受ホルダ5の底に形成される空間77を、通気路73、通気路71(第1通路)、通気路24、通気路72(第2通気路)、空間25、およびラビリンス隙間20を介してシール部材6の外側の空間に連通した。これにより、軸受構造2の組立時における空気抜き通気路を構成することができる。
なお、本発明の実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
シール部材6の外周面61の少なくとも一部または上端面68(接触面62とは反対側の端面)に封孔処理を施してもよい。封孔処理を施した場合、シール部材6に吸収された潤滑油が軸受ホルダ5の外部へ漏出することを防止することができる。
また、本実施形態における油切溝35(図3参照)は、側面部34と円環形状の面28との間に、一定の外径を有する円環部27が形成されるが、油切溝35は、含油軸受4の上端面42(一端面)から上方向へ離れるのに伴い外径が小さくなる側面部34を含んでいれば任意の形状が考えられる。例えば、図5(A)に示されるように、円環部27を形成しない、すなわち、側面部34と円環形状の面28との間に、所謂、ピン角81を形成して油切溝35を構成することができる。
あるいは、図5(B)に示されるように、側面部34と円環形状の面28との間に円環形状のR曲面部82を形成して油切溝35を構成することができる。
さらに、図5(C)に示されるように、円環形状の面28を軸3の軸直角平面に対して一定の角度θで上向きに傾斜させて油切溝35を構成することができる。
また、本実施形態における油切溝35(図3参照)は、側面部34の表面における、軸3の軸平面による断面形状(以下「側面部34の断面形状」と称する)が直線によって形成されるが、図6(A)に示されるように、側面部34の断面形状を内側に凹の曲線によって形成して油切溝35を構成することができる。
あるいは、図6(B)に示されるように、側面部34の断面形状を外側に凸の曲線によって形成するとともに、円環形状の面28を軸3の軸直角平面に対して上向きに傾斜させて油切溝35を構成することができる。
さらに、図6(C)に示されるように、側面部34を、第1軸部31に連続するとともに第1軸部31から上方向へ離れるのに伴い外径が一定の度合いで縮径される第1側面部34Aと、第1側面部34Aに連続するとともに第1側面部34Aから上方向へ離れるのに伴い外径が第1側面部34Aよりも大きい度合いで縮径される第2側面部34Bと、に分割して油切溝35を構成することができる。この場合、第1側面部34Aと第2側面部34Bとの間には、円形の稜部83が形成される。
2 軸受構造、3 軸、4 含油軸受、5 軸受ホルダ、6 シール部材、20 シール隙間、34 側面部、35 油切溝(環状溝)、38 外周面(軸の外周面)、42 上端面(含油軸受の一端面)、51 開口部(軸受ホルダの開口部)、62 接触面、64 大径内周面、67 小径内周面

Claims (5)

  1. 軸と、第1の焼結金属材料によって構成され、前記軸を回転可能に支持する含油軸受と、前記含油軸受の外周面を保持する軸受ホルダと、前記軸受ホルダの開口部に設けられるシール部材と、を含む軸受構造であって、
    前記軸は、前記含油軸受の一端面から離れるのに伴い外径が小さくなる側面部を含む環状溝を有し、
    前記シール部材は、前記含油軸受を構成する第1の焼結金属材料よりも低い密度の第2の焼結金属材料によって構成されるとともに、前記シール部材は、前記含油軸受の一端面に接触する接触面と、前記軸の環状溝に対向するように配置される大径内周面と、前記軸の外周面との間にシール隙間を形成する小径内周面と、を有することを特徴とする軸受構造。
  2. 前記シール部材の接触面は、前記含油軸受の一端面の外周部分に接触することを特徴とする請求項1に記載の軸受構造。
  3. 前記含油軸受と前記軸受ホルダとの間に設けられ、前記含油軸受の一端面から他端面まで延びる第1通気路と、
    前記含油軸受の一端面と前記シール部材の接触面との間に設けられ、前記第1通気路を前記シール部材の内側の空間に連通させる第2通気路と、
    を有することを特徴とする請求項1または2に記載の軸受構造。
  4. 前記シール部材は、外周面の少なくとも一部または前記接触面とは反対側の端面に封孔処理が施されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の軸受構造。
  5. 請求項1〜4に記載の軸受構造を備えることを特徴とする送風機。
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