JPH0211918A - 動圧型エア軸受装置 - Google Patents

動圧型エア軸受装置

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JPH0211918A
JPH0211918A JP63161616A JP16161688A JPH0211918A JP H0211918 A JPH0211918 A JP H0211918A JP 63161616 A JP63161616 A JP 63161616A JP 16161688 A JP16161688 A JP 16161688A JP H0211918 A JPH0211918 A JP H0211918A
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air
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rotating shaft
spiral groove
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JP63161616A
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Teruo Maruyama
照雄 丸山
Akira Takara
晃 宝
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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
体を支持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６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の回転に伴ってスパイラ
ル溝４３のボンピング作用により回転軸４１と軸受部材
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４２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支持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、低振動、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
モータにおいては、２〜３万ｒ、ｐ、ｎ＋、で高速回転
可能なりＣモータが用いられるとともにファンを固定し
たロータ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、モータの高速化が検討されている。周知
のように、モータの出力Ｗは、 ＷＣＣＬ−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或いは外径を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 ■　モータブラシの摩耗増加、騒音増加■　ボールヘア
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ＤＣＣブラシレスモーフ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、ボールヘアリングに代えて上記のような特徴を
備えた動圧型エア軸受装置を用いることが考えられるが
、掃除機のような塵埃の多い環境下でエア軸受を使用し
た場合、軸受隙間δが数μｍ程度に設定されているので
、塵埃が侵入すると忽ち焼付きが発生し、軸受の損傷に
つながるという問題がある。特に、第６図に示すような
動圧型エア軸受を用いた場合、スパイラル溝４３のポン
ピング作用によって軸受開口部の近傍に浮遊する塵埃が
軸受内に侵入し、異物噛み込みによる軸受の損傷、焼付
きが発生する。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、浮遊塵埃の多い環
境下でも使用可能な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成するために、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第１のスパイラル溝
を形成するとともに、軸受部材の開口端近傍部分には開
口端に向かってエアを送出する第２のスパイラル溝を形
成し、これら第１と第２のスパイラル溝の境界部と外部
とを連通するエア通路を設け、このエア通路の開口端に
フィルタを配置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第１のスパイラ
ル溝のポンピ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かって圧送されて圧力を高め、
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Ｇこより軸受作用を生じる。又、第２のスパ
イラル溝のポンピング作用により軸受部材の開口端り向
かってエアが送り出されるので、軸受隙間？、−外部の
塵埃が侵入するのを防止でき、かつ第１と第２のスパイ
ラル溝の境界部にはフィルタを通して除塵された大気圧
のエアが供給されるので、軸受の負荷能力に支障を来す
ことはない。
実施例 以下、本発明の第１の実施例を第１図（ａ）〜（Ｃ）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。この軸受部材２
の内周面と回転軸１の外周面の間には数μ■）の隙間が
形成され、潤滑流体としての潤滑エア３が介在されてい
る。回転軸１の外周面の軸受部材２と対向する円筒軸受
面４には、軸受部材２の開口端から適当距離の位置から
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３を軸受部材２の内底面２ａ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、軸受部材２の開
口端と第１のスパイラル溝５の間の区間に、潤滑エア３
を開口端に向かって送出する第２のスパイラル溝６が形
成され、さらにこれら第１と第２のスパイラル溝５．６
の間にはエア供給用の環状溝７が形成されている。
又、回転軸ｌの軸受部材２の開口端から外方に適当距離
の位置には凹部８が形成されてフィルタ９が装着され、
この凹部８と前記ｉＱ状状溝が回転軸１内に形成された
エア通路１０にて連通されている。
前記回転軸１の一端は、軸受部材２の内底面２ａに軸心
部分が点接触するように球面１ａに形成されている。
以上の構成において、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によるボンピング作用にて軸
受部材２の内底面２ａに向かって圧送され、第１図（Ｃ
）に示すように、環状溝７の位置から内底面２ａに向か
って」二昇する圧力分布が形成される。こうして、回転
軸１と軸受部材２の軸受面間の潤滑エア３が高圧となり
、潤滑エア３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３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ｌカも作用し、スラスト荷重も支持できる。尚、定常
回転状態では、第１のスパイラル溝５に対応する部分の
潤滑エア３に軸方向の流動は生じない。
一方、軸受部材２の開口端近傍では、第２のスパイラル
溝６にて潤滑エア３が開口端に向かって送出され、その
結果軸受部材２の周辺に浮遊する塵埃が軸受部材２の内
部に侵入することはない。
従って、長期使用後も塵埃などの異物の噛み込みによる
軸受の焼付き等のトラブルも解消される。
また、環状溝７にはフィルタ９を通過したクリーンなエ
アがエア通路ｌＯを通して供給され、第１と第２のスパ
イラル溝５．６間の境界部はほぼ大気圧に保持され、軸
受の負荷能力が低下することはない。
上記実施例では、第１と第２のスパイラル溝５６の間に
クリーンなエアを供給するだめのフィルタ９及びエア通
路１０を回転軸１に設けた例を示したが、第２図に示す
第２実施例のように、軸受部材２の外面に凹部１１を形
成してフィルタ１２を装着し、軸受部材２の内周面の第
１と第２のスパイラル溝５．６の境界部に対向する部分
にエア供給用の環状溝１４を形成し、凹部１１と環状溝
１４をエア通路１３で連通してもよい。
更に、上記実施例では軸受部材２がを底円筒状でスラス
ト荷重も支持できるものを例示したが、第３図に示す第
３実施例のように、ラジアル軸受にも適用できる。第３
図において、回転軸ｌは円筒状の軸受部材１５に挿通さ
れ、回転軸１の軸受部材１５に対向する円筒軸受面１６
には、中央部に左右対称に一対の第１のスパイラル溝５
が形成され、両端部に左右対称に一対の第２のスパイラ
ル溝６が形成されている。また、軸受部材１５の内周面
の第１と第２のスパイラル溝５．６の境界部に対向する
部分に一対のエア供給用の環状溝１４が形成されている
。前記軸受部材１５の外周には外スリーブ１７が一体的
に嵌合され、その外周に形成された凹部１８にフィルタ
１９が装着され、さらに凹部１８と前記一対の環状溝１
４とが、エア通路２０にて連通されている。
この実施例では、軸受の中央部で潤滑エアの圧力が高圧
となって軸受作用を奏する。それ以外は上記作用と同じ
である。
次に、本発明に係る軸受装置を電気掃除機のファンモー
タに適用した第４の実施例を第４図に基づいて説明する
。
２１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、前端の吸気口３６の前部には集塵フィルタ（
図示せず）が配置され、さらに吸引ホース（図示せず）
を経て吸引口（図示せず）に連通している。
２２はケーシングで、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前記第２の実施例と同様の構成の動
圧エア軸受２３が配設され、その軸受部材２から放射状
に延出された弾性支持片２４にて軸心上の点を中心にし
て首振り可能に弾性支持されている。これら弾性支持片
２４の間の空間にて前記吸気口３６が形成されている。
後部ケーシング２２ｂの後端軸心位置には円筒状の軸受
筒体２５が配設されている。
前部ケーシング２２ａ内にはファン２６とデイフユーザ
２７が配設され、後部ケーシング２２ｂ内にはブラシレ
スモーフ２８が配設されている。
ブラシレスモーフ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３
０は固定ボルト３２にて後部ケーシング２２ｂに固定さ
れている。
前記ファン２６は前記回転軸３１の前部に固定され、前
記デイフユーザ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。このデイフユ
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はデイフユーザ２７に形成されたリブである。
前記回転軸３１の他端部は、前記軸受筒体２５の内周に
形成されたフォイル軸受３５内に嵌入されている。この
フォイル軸受３５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を形成し、この軸受面と軸受筒体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。
次に、動作を説明する。
ブラシレスモーフ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、第１のスパイラル溝５
のボンピ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の後端部はファン２６から離間してい
るので、大きなラジアル荷重が作用することはなく、こ
の回転軸３１の後端部がフォイル軸受３５にて支持され
ている。フォイル軸受３５は高速回転する回転軸３１を
安定して支持し、さらに前記動圧エア軸受２３との軸心
誤差をこのフォイル軸受３５にて吸収する。また、軸受
部材２が弾性支持片２４にて首振り可能に弾性的に支持
されているので、回転軸３１の傾きに対しても軸受部材
２が容易に追従する。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とフ
ォイル軸受３５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から吸入されたエ
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、デイフユーザ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。
第４図の実施例では、前端部に動圧エア軸受２３を、後
端部にフォイル軸受３５を配置し、動圧エア軸受２３に
対する供給エアを吸入口３６から得る例を示したが、第
５図に示す第５の実施例に示すように、塵埃の浮遊量の
より少ない回転軸３１の後端部から得るようにすること
もできる。
第５図において、回転軸３１の後端面に凹部３８が形成
されてフィルタ３９が装着され、凹部３８と軸受部材２
の内周の環状溝１４とが、回転軸３１の軸心位置を通る
エア通路４０にて連通されている。また、この実施例で
は、回転軸３１の後端部は、第３図に示した前記第３の
実施例と同様のエア軸受３７にて支持されている。そし
て、第１と第２のスパイラル溝５．６の境界部に対応し
て軸受筒体２５の内周に形成された一対の環状溝１４は
前記回転軸３１に形成されたエア通路４０に連通してい
る。この実施例の作用は第４の実施例と同様である。
発明の効果 本発明の動圧エア軸受装置によれば、以上のように第１
のスパイラル溝のポンピング作用により回転軸と軸受部
材間の潤滑Ｊ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
、かつ第２のスパイラル溝のボンピング作用により軸受
部材の間口端に向かってエアが送り出されるので、軸受
隙間に外部の塵埃が進入するのを防止でき、浮遊塵埃の
多い環境下でも使用可能となる。しかも、第１と第２の
スパイラル溝の境界部にはフィルターを通して除埃され
た大気圧のエアが供給されるので、軸受の負荷能力に支
障を来すことはない等、大なる効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例を示し、同図（ａ）は縦
断正面図、同図（ｂ）は軸受部材の断面図、同図（ｃ）
は圧力分布図、第２図は本発明の第２の実施例の軸受部
材の断面図、第３図は本発明の第３の実施例の軸受部材
の断面図、第４図は本発明を電気掃除機のファンモータ
に適用した第４の実施例の縦断正面図、第５図は本発明
を同じ（ファンモータに適用した第５の実施例の縦断正
面図、第６図は従来例の縦断正面図である。 １．３１・・・・・・回転軸、２．１５・・・・・・軸
受部材、３・・・・・・潤滑エア、４．１６・・・・・
・円筒軸受面、５・・・・・・第１のスパイラル溝、６
・・・・・・第２のスパイラル溝、９．１２．１９．３
９・・・・・・フィルター１０．１３．２０．４０・・
・・・・エア通路。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第 図 ３１−一一回転中由

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第
    １のスパイラル溝を形成するとともに、軸受部材の開口
    端近傍部分には開口端に向かってエアを送出する第２の
    スパイラル溝を形成し、これら第１と第２のスパイラル
    溝の境界部と外部とを連通するエア通路を設け、このエ
    ア通路の開口端にフィルタを配置したことを特徴とする
    動圧型エア軸受装置。
JP63161616A 1988-06-29 1988-06-29 動圧型エア軸受装置 Pending JPH0211918A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63161616A JPH0211918A (ja) 1988-06-29 1988-06-29 動圧型エア軸受装置
US07/374,207 US4925321A (en) 1988-06-29 1989-06-29 Dynamic pressure air bearing unit
KR1019890009092A KR920000651B1 (ko) 1988-06-29 1989-06-29 동압력 공기베어링 유닛

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63161616A JPH0211918A (ja) 1988-06-29 1988-06-29 動圧型エア軸受装置

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63161616A Pending JPH0211918A (ja) 1988-06-29 1988-06-29 動圧型エア軸受装置

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