JP4669323B2 - Foil thrust bearing and small blower equipped with the foil thrust bearing - Google Patents
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Description
本発明はフォイルスラスト軸受及び該フォイルスラスト軸受を搭載した小型送風機に係わり、特に支軸を安定に保持しつつシール性が高く、かつ製作が容易なフォイルスラスト軸受及び該フォイルスラスト軸受を搭載した小型送風機に関する。 Compact The present invention relates to a compact air blower equipped with a foil thrust bearing and the foil thrust bearing, in particular a high sealing property while maintaining the support shaft stably and manufacture mounted easy foil thrust bearing and said foil thrust bearing It relates to a blower .
近年、種々の機器の小型化に伴い、それらに用いられる送風機やコンプレッサについても小型化の要求が強くなっている。一般的に空調や発電機に使われる送風機では、羽外径が比較的大きく1000rpm〜2000rpmの回転数で設計されている。しかし羽外径を小さくし、同程度の出力を得るため、羽を高速で回転させる必要がある。 In recent years, with the miniaturization of various devices, there is an increasing demand for miniaturization of blowers and compressors used for them. In general, a blower used for an air conditioner or a generator is designed with a relatively large wing outer diameter and a rotational speed of 1000 rpm to 2000 rpm. However, it is necessary to rotate the wings at high speed in order to reduce the wing outer diameter and obtain the same level of output.
このように高速回転であっても支軸の剛性を高く安定に保持するため、従来特許文献1に記載されたフォイル軸受が既に出願人により提案されている。このフォイル軸受は、ジャーナル軸受として用いられ、ハウジング内面に一端側を固定ネジで止められた円筒状フォイル部材が、その他端側の解放された状態で3重に捲回されている。 In this way, the applicant has already proposed the foil bearing described in Patent Document 1 in order to keep the rigidity of the support shaft high and stable even at high speed rotation. This foil bearing is used as a journal bearing, and a cylindrical foil member whose one end is fixed to the inner surface of the housing with a fixing screw is wound in a triple manner with the other end being released.
そして、この円筒状フォイル部材の第1層目と第2層目とには中心側に向けて突設された複数の半球状の凸部を有しており、一方第3層目にはこれらの凸部が存在しないように形成されている。第2層目と第3層目とはそれぞれ第1層目の凸部、第2層目の凸部により支持されている。 The first and second layers of the cylindrical foil member have a plurality of hemispherical protrusions projecting toward the center, while the third layer has these It is formed so that there is no convex part. The second layer and the third layer are supported by the first layer convex portion and the second layer convex portion, respectively.
この第3層目の内側にはシャフトが配設されている。そして、このシャフトが高速に回転することで第3層目は、凸部に支持された部位の剛性が高く、凸部に支持されていない部位の剛性が低いため変形し、その表面を通る空気の粘性により空気圧の高低を生じ、この空気圧を利用してシャフトが安定的に保持されるようになっている。
ところで、特許文献1に記載されたフォイル軸受では、凸部を多数個成型する必要があったり、円筒状フォイル部材の第1層目をハウジング内面に対し止めなくてはならない等製造工程が複雑であった。 By the way, in the foil bearing described in Patent Document 1, it is necessary to mold a large number of convex portions, or the manufacturing process is complicated such that the first layer of the cylindrical foil member must be stopped against the inner surface of the housing. there were.
また、スラスト部においては、翼部とハウジングとの間に構造上の隙間が存在するが、この隙間を通じて、吐出室側で加圧された空気が漏れるおそれがあった。そして、この空気の漏れを防止するため、この間の隙間をシールする必要があるが、このシールは従来簡易なものにはできなかった。 Further, in the thrust portion, there is a structural gap between the wing portion and the housing, but there is a possibility that air pressurized on the discharge chamber side leaks through this gap. In order to prevent this air leakage, it is necessary to seal the gap between them, but this seal cannot be made simple in the past.
仮に、特許文献1に記載されたフォイル軸受のように空気圧を利用して漏れを防止しようとしても、フォイル部材の各層間の凸部による隙間が存在することからこの隙間を通して空気圧が漏れ、シールすることはできなかった。 Even if an attempt is made to prevent leakage by using air pressure as in the foil bearing described in Patent Document 1, air pressure leaks and seals through the gap due to the convex portions between the layers of the foil member. I couldn't.
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、支軸を安定に保持しつつシール性が高く、かつ製作が容易なフォイルスラスト軸受及び該フォイルスラスト軸受を搭載した小型送風機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a foil thrust bearing having a high sealing performance while maintaining a support shaft stably and easily manufactured, and a small blower equipped with the foil thrust bearing. The purpose is to do.
このため本発明(請求項1)のフォイルスラスト軸受は、シャフトによってハウジング内に回転可能に支持されたシャフトより径の大きな回転部材の側面に対峙してハウジング内に配置されたフォイルスラスト軸受であって、前記フォイルスラスト軸受は、前記回転部材に対峙する面に、径方向へ向けて形成された溝であって、内周部は開放され外周部が閉じた溝が複数個形成された円環状の軸受本体と、前記複数の溝を覆うように設けられたフォイルとから成ることを特徴とする。 Foil thrust bearing of this for the present invention (Claim 1) is a foil thrust disposed within the housing so as to face the side surface of the large rotation member diameter than the shaft, which is rotatably supported by the sheet Yafuto Therefore in the housing a bearing, the foil thrust bearing, said on a surface facing the rotating member, a groove formed toward the radial direction, the inner peripheral portion groove outer circumferential portion is closed is opened is formed in plural an annular bearing body has, characterized in that it consists of a foil which is provided so as to cover the plurality of grooves.
翼部が回転することで粘性ポンプとして機能し、フォイルは空気により押圧され、溝の上面では剛性が低いため表面がU字状にたわむ。一方、粘弾性体の上面は剛性が高いため表面はたわまない。このため、フォイルと翼部間の間隙の距離は周状に凹凸を有するように変動し、凹部で空気がポンピングされ、この間隙の距離が狭くなるところでくさび膜効果により一定の圧力が生ずる。 The wings rotate to function as a viscous pump, the foil is pressed by air, and the upper surface of the groove has a low rigidity, so the surface bends in a U shape. On the other hand, since the upper surface of the viscoelastic body has high rigidity, the surface does not bend. For this reason, the distance of the gap between the foil and the wing part fluctuates so as to have irregularities in the circumference, and air is pumped in the concave part, and a constant pressure is generated by the wedge film effect when the distance of the gap becomes narrow.
ここで生じた圧力は、吐出室等から加圧された空気が漏れることを阻止するため、シール性が維持される。また、翼部の回転が安定する。
なお、フォイルスラスト軸受は翼部を挟んで一対配設されてもよいし、翼部の片面のみに対峙するように配設されてもよい。
The generated pressure prevents the pressurized air from leaking from the discharge chamber or the like, so that the sealing performance is maintained. Further, the rotation of the wing portion is stabilized.
In addition, a pair of foil thrust bearings may be disposed across the wing portion, or may be disposed so as to face only one side of the wing portion.
また、本発明(請求項2)のフォイルスラスト軸受は、前記溝は円環状の軸受本体の内周側から外周側へ向けて幅を広く形成されていることを特徴とする。
更に、本発明(請求項3)のフォイルスラスト軸受は、前記溝は、スパイラル状に形成されていることを特徴とする。
Further, the foil thrust bearing of the present invention (Claim 2), the groove is characterized in that it is wider width toward the outer peripheral side from the inner circumferential side of the circular ring-shaped bearing body.
Furthermore, the foil thrust bearing of the present invention (Claim 3) is characterized in that the groove is formed in a spiral shape.
溝をスパイラル状に、かつ外周部に行くに連れて拡開するように形成することで、フォイルスラスト軸受面上に効率よく空気の圧力が生ずる。 By forming the groove in a spiral shape so as to expand toward the outer periphery, air pressure is efficiently generated on the foil thrust bearing surface.
更に、本発明(請求項4)の小型送風機は、ハウジングと、このハウジング内部にラジアル軸受及びスラスト軸受を介して回転可能に設けられたシャフトと、このシャフトに配設され、回転することで空気を外周部から吐出す翼部と、この翼部から吐出された空気をハウジング外へ導く吐出弁と、を備えた小型送風機において、前記スラスト軸受として請求項1乃至請求項3に記載のフォイルスラスト軸受を用いたことを特徴とする。
更に、本発明(請求項5)の小型送風機は、前記シャフトの内部に貫通孔が形成され、前記翼部の内部に前記シャフト内部に形成された貫通孔と連通した複数の貫通孔が形成され、前記シャフトの貫通孔と前記翼部の貫通孔を介して空気が前記翼部外周部へ吐出されることを特徴とする。
Furthermore, a small fan of this invention (claim 4), the air by a housing, a shaft rotatably provided via a radial bearing and a thrust bearing inside the housing, is arranged on the shaft, rotates A foil thruster according to any one of claims 1 to 3, wherein the thrust bearing is used as a thrust bearing in a small blower including a wing portion that discharges air from an outer peripheral portion and a discharge valve that guides air discharged from the wing portion to the outside of the housing. It is characterized by using a bearing .
Furthermore, in the small blower of the present invention (Claim 5), a through hole is formed in the shaft, and a plurality of through holes communicating with the through holes formed in the shaft are formed in the wing portion. The air is discharged to the outer peripheral portion of the wing portion through the through hole of the shaft and the through hole of the wing portion.
この貫通穴を通じて外気を吸引し、加圧することができる。 Outside air can be sucked and pressurized through this through hole.
更に、本発明は、ハウジングと、該ハウジング内部で回転するシャフトと、該シャフトに配設された翼部と、前記シャフトと対峙され前記ハウジング内に取り付けられたフォイルジャーナル軸受とを備え、該フォイルジャーナル軸受は、前記シャフト周りに粘弾性体と溝若しくは空洞とが交互に、かつ均等に配置され、該溝若しくは空洞の上面にはフォイルが張られたことを特徴としてもよい。 Furthermore, the onset Akira includes a housing, a shaft rotating within said housing, a blade portion is disposed on the shaft, and a foil journal bearing which is opposed to the shaft mounted within said housing, said foil journal bearing includes a viscoelastic body and Mizowaka Shikuwa cavity alternately around the shaft, and evenly spaced, or may be characterized by the upper surface of the groove or cavity foil is stretched.
シャフトが回転されると、遠心力及び空気の粘性により粘性ポンプとして機能し、フォイルは空気により押圧され、溝若しくは空洞の上面では剛性が低いため表面がU字状にたわむ。一方、粘弾性体の上面は剛性が高いため表面はたわまない。フォイルとシャフト間の間隙の距離は周状に凹凸を有するように変動し、これによるポンピング効果とくさび膜効果で空気膜内に一定の圧力が生ずる。ここで生じた圧力は、シャフトを安定に保持する。このフォイルジャーナル軸受は、構造が簡単であり、かつ製作が容易である。このため安価である。 When the shaft is rotated, it functions as a viscous pump due to the centrifugal force and the viscosity of the air, the foil is pressed by the air, and since the rigidity is low on the upper surface of the groove or cavity, the surface bends in a U shape. On the other hand, since the upper surface of the viscoelastic body has high rigidity, the surface does not bend. The distance of the gap between the foil and the shaft fluctuates so as to have irregularities in the circumferential shape, and a constant pressure is generated in the air film by the pumping effect and the wedge film effect. The pressure generated here keeps the shaft stable. This foil journal bearing has a simple structure and is easy to manufacture. For this reason, it is inexpensive.
更に、本発明は、前記溝若しくは空洞は、前記シャフトの軸方向に対称に配設されたことを特徴としてもよい。 Furthermore, the onset Ming, said groove or cavity may be characterized in that it is arranged symmetrically in the axial direction of the shaft.
シャフトの軸方向に対称に配設されることで、シャフトに対して軸方向の前後から均等な支持をすることができる。 By being arranged symmetrically in the axial direction of the shaft, the shaft can be supported evenly from the front and rear in the axial direction.
以上説明したように本発明によれば、フォイルスラスト軸受は、粘弾性体と、この粘弾性体の表面に均等に刻設された溝を有し、この溝の上面にはフォイルを張って構成したので、フォイルと翼部間の間隙に一定の圧力が生ずる。ここで生じた圧力は、吐出室等から加圧された空気が漏れることを阻止するため、シール性が維持される。また、翼部の回転が安定する。。 As described above, according to the present invention, the foil thrust bearing has a viscoelastic body and a groove uniformly engraved on the surface of the viscoelastic body, and a foil is stretched on the upper surface of the groove. As a result, a constant pressure is generated in the gap between the foil and the wing. The generated pressure prevents the pressurized air from leaking from the discharge chamber or the like, so that the sealing performance is maintained. Further, the rotation of the wing portion is stabilized. .
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の第1実施形態である小型送風機の側面概略構成図を図1に、また図1中のA−A矢視線断面図を図2に示す。図1及び図2において、柱状のシャフト1の中間部にはシャフト1の径よりも大きな径を有する翼部3が一体形成されている。シャフト1の中心には外気が流入される流入通路5が設けられており、この流入通路5は翼部3において8本の貫通孔7に分岐連通されている。この貫通孔7は流入通路5を中心にして放射状に配設されている。なお、図2中の右半面は、この翼部3を透かした状態を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows a schematic side view of a small blower according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 and 2, a
シャフト1及び翼部3はハウジング9の内部に回転自在に組み込まれている。このハウジング9の翼部3収納部分は膨出され、ハウジング9と翼部3間には周状に吐出室11が形成されている。そして、この吐出室11は吐出弁13を介して外部に連通されている。シャフト1は、ハウジング9の内側に形成されたシャフト貫通路10内に配設されたフォイルジャーナル軸受15により支持されている。このフォイルジャーナル軸受15は、例えば特許文献1に記載されたフォイル軸受により構成される。
The shaft 1 and the
一方、翼部3の左右側面には、この翼部3に対峙するように一対の円環状のフォイルスラスト軸受17が配設されている。図2中の右半面には、翼部3越しに透かした状態でこのフォイルスラスト軸受17が見えている様子を示している。 なお、翼部3には本来羽が形成されるが、本実施形態では簡単のため羽形状を省略している。また、シャフト1は例えばシャフト端に連結された図示しないエアタービンによって回転されるようになっている。
On the other hand, a pair of annular
次に、フォイルスラスト軸受17の平面図を図3に示す。フォイルスラスト軸受17を構成する粘弾性体20の材料は例えば弾性を有するシリコンゴムで形成されている。フォイルスラスト軸受17の翼部3と対峙する粘弾性体20の表面には溝19がスパイラル状に刻設され、この刻設による残部には突設部21が形成されている。
Next, a plan view of the foil thrust bearing 17 is shown in FIG. The material of the
この溝19は、内側であるシャフト貫通路10側端から外側である吐出室11側端に向けて断面が次第に拡開されている。但し、溝19の吐出室11側縁部は吐出室11とは連通されておらず、密封されたようになっている。フォイルスラスト軸受17の粘弾性体20は周状に見ると溝19、突設部21、溝19、突設部21、・・・のように繰り返されている。
The cross section of the
そして、このフォイルスラスト軸受17の表面には全体にわたり薄い金属箔のフォイル18が張り付けられている。したがって、このフォイル18と溝19の間には袋状の空間が形成されたようになっている。この空間はシャフト貫通路10に連通されている。金属箔の材質は例えばリン青銅やステンレスである。
A thin
次に、本発明の第1実施形態の動作を説明する。シャフト1がエアタービンで回転されると、遠心力により8本の貫通孔7より空気が吐出される。このため、流入通路5には外部から空気が吸入される。吐出された空気は吐出室11に溜められた後、吐出弁13を介して外部に吐出される。翼部3が回転することで粘性ポンプとして機能し、フォイル18は空気により押圧され、溝19の上面では剛性が低いため表面がU字状にたわむ。
Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described. When the shaft 1 is rotated by the air turbine, air is discharged from the eight through
一方、突設部21の上面は剛性が高いため表面はたわまない。このため、フォイル18と翼部3間の間隙の距離は周状に凹凸を有するように変動し、この間隙の距離が大きい箇所(U字状にたわんだ底部)から突設部21の上面にかけての間隙の距離が狭くなるところの傾斜部では空気がシャフト貫通路10から吸入されポンピングされることで一定の圧力が生ずる。
On the other hand, since the upper surface of the protruding
ここで生じた圧力は、吐出室11側の空気圧に抗するので吐出室11側からシャフト貫通路10に加圧された空気が漏れることを防止でき、シール性が維持される。このため、吐出室11内の圧力を安定に維持できる。また、翼部3の回転が安定する。
Since the pressure generated here resists the air pressure on the
なお、例えば、翼部3が実際に羽形状に加工される場合には、この羽の両側面を覆うように一対の平板を固着する。そして、この平板をフォイルスラスト軸受17に対して対峙させればよい。
For example, when the
第1実施形態ではフォイルスラスト軸受17が翼部3の両側面に対峙するように一対配設された例を示したが、翼部3の片側面のみに配設されるようにしてもよい。図4にこの場合の例を示す。図4において、ハウジング53には外気が流入される流入通路55が設けられている。そして、この流入通路55の奥にはポンプ室57が配設されている。
In the first embodiment, the pair of foil thrust
ポンプ室57の周囲には加圧された空気が吐出される吐出室61が設けられている。ポンプ室57の内部には遠心ポンプ用羽根車59が収納されており、その右端中央にはシャフト51が固着されている。このシャフト51はハウジング53にポンプ室57と連通するように開けられた貫通穴63に挿入されている。遠心ポンプ用羽根車59の右端面と対峙するようにポンプ室57の内側壁面にはフォイルスラスト軸受17が固着されている。
A
かかる構成において、遠心ポンプ用羽根車59の回転により遠心ポンプ用羽根車59の右端面とフォイルスラスト軸受17間にはポンピング作用により空気圧が生じており、遠心ポンプ用羽根車59で加圧された空気が吐出室61から貫通穴63側に漏れることはなくなる。このため、吐出圧を安定に維持できる。
In such a configuration, air pressure is generated between the right end surface of the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本発明の第2実施形態は、フォイルジャーナル軸受についてである。図5にこのフォイルジャーナル軸受の断面図及びこのフォイルジャーナル軸受をシャフト1側から見た展開図を示す。なお、図1〜図3と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The second embodiment of the present invention is a foil journal bearing. FIG. 5 shows a sectional view of the foil journal bearing and a development view of the foil journal bearing as viewed from the shaft 1 side. Note that the same elements as those in FIGS.
シャフト1は、ハウジング9の内側に形成されたシャフト貫通路10内に配設されたフォイルジャーナル軸受75により支持されている。このフォイルジャーナル軸受75は、シャフト貫通路10内壁に対し周状に固着された複数の粘弾性体77と、その粘弾性体77の表面に張り付けられたフォイル79とで構成されている。隣り合う粘弾性体77とフォイル79とで空洞81が形成されている。そして、この空洞81は、軸方向に開口されている。なお、粘弾性体77、フォイル79の材質は第1実施形態と同じである。
The shaft 1 is supported by a foil journal bearing 75 disposed in a shaft through
かかる構成において、シャフト1が図示しないエアタービンで回転されると、遠心力及び空気の粘性により粘性ポンプとして機能し、フォイル79は空気により押圧され、空洞81の上面では剛性が低いため表面がU字状にたわむ。一方、粘弾性体77の上面は剛性が高いため表面はたわまない。
In such a configuration, when the shaft 1 is rotated by an air turbine (not shown), it functions as a viscous pump due to the centrifugal force and the viscosity of the air. Bends in a letter shape. On the other hand, since the upper surface of the
このため、フォイル79とシャフト1間の間隙の距離は周状に凹凸を有するように変動し、この間隙の距離が大きい箇所(U字状にたわんだ底部)から粘弾性体77の上面にかけての間隙の距離が狭くなるところの傾斜部では空気がシャフト貫通路10から吸入されポンピングされることで一定の圧力が生ずる。ここで生じた圧力は、シャフト1を安定に保持する。このフォイルジャーナル軸受75は、構造が簡単であり、かつ製作が容易である。このため安価である。
For this reason, the distance of the gap between the
次に、本実施形態の別例について説明する。図6にこのフォイルジャーナル軸受の断面図及びこのフォイルジャーナル軸受をシャフト1側から見た展開図を示す。図6において、フォイルジャーナル軸受95を構成する粘弾性体87は、肉部が「Y」の字状の連結として残されるように両側には切欠89a、89bが刻設されている。そして、この粘弾性体87の表面にはフォイル91が張り付けられている。
Next, another example of this embodiment will be described. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the foil journal bearing and a developed view of the foil journal bearing as viewed from the shaft 1 side. In FIG. 6, the
かかる構成において、シャフト1が図示しないエアタービンで回転されると、遠心力及び空気の粘性により粘性ポンプとして機能し、フォイル91は空気により押圧され、切欠89a、89bの上面では剛性が低いため表面がU字状にたわむ。一方、粘弾性体87の上面は剛性が高いため表面はたわまない。
In such a configuration, when the shaft 1 is rotated by an air turbine (not shown), it functions as a viscous pump due to centrifugal force and the viscosity of the air, and the
このため、フォイル91とシャフト1間の間隙の距離は切欠89a、89bを通る周状に凹凸を有するように変動し、この間隙の距離が大きい箇所(U字状にたわんだ底部)から粘弾性体87の上面にかけての傾斜部では空気がシャフト貫通路10から吸入されポンピングされることで一定の圧力が生ずる。この圧力は粘弾性体87の両側で生ずる。そして、ここで生じた圧力は、シャフト1を粘弾性体87を挟んだ両側から安定に保持する。このフォイルジャーナル軸受95は、構造が簡単であり、かつ製作が容易である。このため安価である。
For this reason, the distance of the gap between the
1、51 シャフト
3 翼部
5、55 流入通路
7、63 貫通孔
9、53 ハウジング
10 シャフト貫通路
11、61 吐出室
17 フォイルスラスト軸受
18、79、91 フォイル
19 溝
20、77、87 粘弾性体
21 突設部
57 ポンプ室
59 遠心ポンプ用羽根車
75、95 フォイルジャーナル軸受
81 空洞
89a 切欠
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記フォイルスラスト軸受は、
前記回転部材に対峙する面に、径方向へ向けて形成された溝であって、内周部は開放され外周部が閉じた溝が複数個形成された円環状の軸受本体と、
前記複数の溝を覆うように設けられたフォイルとから成ることを特徴とするフォイルスラスト軸受。 The sheet Yafuto Therefore to face the side surface of the large rotation member diameter than rotatably supported shaft within the housing a foil thrust bearing disposed in the housing,
The foil thrust bearing is
A ring-shaped bearing body having a plurality of grooves formed in a radial direction on a surface facing the rotating member , the inner peripheral portion being open and the outer peripheral portion being closed;
A foil thrust bearing comprising: a foil provided so as to cover the plurality of grooves .
このハウジング内部にラジアル軸受及びスラスト軸受を介して回転可能に設けられたシャフトと、
このシャフトに配設され、回転することで空気を外周部から吐出す翼部と、
この翼部から吐出された空気をハウジング外へ導く吐出弁と、
を備えた小型送風機において、
前記スラスト軸受として請求項1乃至請求項3に記載のフォイルスラスト軸受を用いたことを特徴とする小型送風機。 A housing;
A shaft rotatably provided via a radial bearing and a thrust bearing inside the housing,
Disposed in the shaft, a blade portion for discharging from the outer peripheral portion of the air by rotating,
A discharge valve for guiding the air discharged from the wing to the outside of the housing ;
In a small blower equipped with
A small blower using the foil thrust bearing according to claim 1 as the thrust bearing .
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