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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bearing
air
bearing member
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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Panasonic Holdings Corp
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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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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

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JP63161616A JPH0211918A (ja) 1988-06-29 1988-06-29 動圧型エア軸受装置

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