WO2020039775A1 - 空気動圧軸受 - Google Patents

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WO2020039775A1
WO2020039775A1 PCT/JP2019/027213 JP2019027213W WO2020039775A1 WO 2020039775 A1 WO2020039775 A1 WO 2020039775A1 JP 2019027213 W JP2019027213 W JP 2019027213W WO 2020039775 A1 WO2020039775 A1 WO 2020039775A1
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support
deformation
housing
dynamic pressure
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Inventor
悠輔 齋藤
雅俊 大林
恭佑 笹生
正 岡部
内田　俊哉
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日本電産コパル電子株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/02—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of sliding-contact bearings

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to an air dynamic pressure bearing applied to, for example, a fan motor or a blower.
  • the air dynamic pressure bearing has a shaft rotatably provided in a sleeve as a bearing member.
  • three convex portions are formed on one or both of the surfaces facing the sleeve and the case, and the sleeve is screwed to the case via the three convex portions.
  • JP 2018-7383 A Japanese Patent No. 4105813
  • the molding material does not flow symmetrically with respect to the mold, and the reinforcing fibers contained in the molding material do not line up in a certain direction. Therefore, the molding material does not shrink uniformly and the residual stress does not become uniform. Therefore, a force acts in the radial direction of the sleeve, and the sleeve is deformed non-uniformly. In this case, since the gap between the sleeve and the shaft cannot be maintained with high accuracy, there arises a problem that it does not function as a bearing.
  • the embodiment of the present invention provides an air dynamic pressure bearing capable of preventing deformation of a sleeve.
  • the air dynamic pressure bearing of the present embodiment has a sleeve into which a rotatable shaft is inserted, a support that holds the sleeve, and has a stepped portion around the sleeve, and the stepped portion of the support, A housing having an engaging portion engageable from a direction perpendicular to the radial direction.
  • FIG. 2 is a plan view showing a part of the air dynamic pressure bearing according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross section of the housing and a cross section of the rotor along a line II-II in FIG. 1.
  • (Embodiment) 1 and 2 show this embodiment, and show an air dynamic pressure bearing applied to, for example, a fan motor as a blower.
  • a plurality of openings 11a for taking in or discharging air are provided at, for example, the bottom of the housing 11 of the fan motor.
  • a sleeve 12 as a bearing member is provided at the bottom and center of the housing 11.
  • the sleeve 12 is made of, for example, metal, and the shaft 21 of the rotor 20 is inserted into the sleeve 12 from one end.
  • the other end of the sleeve 12 is fixed inside one end of the cylindrical support 13.
  • the support 13 may be made of, for example, a resin, and the sleeve 12 may be fixed to the support 13 with, for example, an adhesive 31.
  • the adhesive 31 preferably has an elastic modulus such that the amount of deformation when receiving the force is larger than the amount of deformation of the support 13. It is preferable to have a thickness such that the amount of deformation is larger than the amount of deformation of the support 13.
  • the method of fixing the sleeve 12 is not limited to bonding, and the sleeve 12 can be pressed into the support 13.
  • a step 13a is provided at the other end of the support 13 and around the outside.
  • the step portion 13a is provided at a portion of the support 13 that is remote from the portion that holds the sleeve 12.
  • the step 13a has one end and the other end in the axial direction, and the entire other end of the step 13a is engaged with a circular step 11b provided on the bottom of the housing 11.
  • a plurality of engaging portions 11c provided on the bottom of the housing 11 are engaged with one axial end of the step portion 13a. For this reason, the step 13a is engaged with the step 11b of the housing 11 and the plurality of engaging portions 11c.
  • the engaging portion 11c is engaged with the step portion 13a from a direction orthogonal to the radial direction of the sleeve 12 or the support 13. For this reason, a radial force can be prevented from acting on the sleeve 12, and the sleeve 12 can be prevented from being deformed in the radial direction.
  • the housing 11 and the plurality of engaging portions 11c are integrally formed of, for example, a resin material.
  • the engaging portion 11c is formed vertically before the support 13 is disposed, and after the support 13 is disposed at the center of the housing 11, the engaging portion 11c is heated by using, for example, ultrasonic waves. By being deformed by caulking, the engaging portion 11c is engaged with the step portion 13a. In this way, the support 13 is fixed to the housing 11.
  • the housing 11 has three engaging portions 11c.
  • the number of the engagement portions 11c is not limited to three, and may be four or more.
  • a ring-shaped engaging portion may be provided around the support 13.
  • the adhesive 32 may be provided between the side surface of the step 13a and the side surface between the step 11b and the engaging portion 11c of the housing 11. It is preferable that the adhesive 32 has a cured Young's modulus lower than that of the resin material of the housing 11 and the support 13.
  • a ring-shaped permanent magnet 25 d that constitutes a part of the magnetic bearing 15 is provided inside the support 13.
  • a coil assembly 27 is provided around the sleeve 12, for example, and the coil assembly 27 and a permanent magnet 26 of the rotor 20 described later constitute a motor.
  • the rotor 20 includes, for example, a shaft 21, a holder 22, a fixing member 23, an impeller 24, a magnetic bearing 25, and a permanent magnet 26.
  • the shaft 21 has, for example, a cylindrical shape.
  • a fixing member 23 is fixed to one end of the shaft 21, and a permanent magnet 25 a constituting a part of a magnetic bearing 25, a yoke 25 b and a yoke 25 c are provided at the other end. Is provided.
  • the permanent magnet 25a, the yoke 25b and the yoke 25c are ring-shaped, and the yoke 25b and the yoke 25c are provided at the magnetic poles of the permanent magnet 25a, respectively.
  • the holder 22 is made of, for example, metal, is fixed to a fixing member 23, and is rotatable together with the shaft 21. If the holder 22 can be directly joined to the shaft 21, the fixing member 23 can be omitted.
  • the holder 22 has a cylindrical shape, an impeller 24 is provided around the holder 22, and a permanent magnet 26 constituting a part of a motor, for example, is provided on the inner surface of the holder 22.
  • a permanent magnet 25a constituting a part of the magnetic bearing 25, a yoke 25b, and a yoke 25c are provided in a permanent magnet 25d constituting a part of the magnetic bearing 25.
  • a permanent magnet 25d constituting a part of the magnetic bearing 25.
  • a coil assembly 27 is disposed inside the permanent magnet 26 of the rotor 20.
  • the sleeve 12 constituting the air dynamic pressure bearing is fixed inside one end of the resin support 13, and the step 13 a is provided outside the other end of the support 13. I have.
  • the support 13 is fixed to the housing 11 by engaging a plurality of engaging portions 11c provided on the housing 11 with the step portion 13a.
  • the plurality of engaging portions 11c are engaged with the step portion 13a from one end in the axial direction. For this reason, when the engaging portion 11c is thermally caulked, it is possible to prevent a force from acting in the radial direction of the support 13 and to prevent the support 13 from being deformed in the radial direction. Therefore, deformation of the sleeve 12 can be prevented, and a high-performance air dynamic pressure bearing can be configured.
  • the sleeve 12 is fixed to the support 13 using an adhesive
  • the adhesive preferably has an elastic modulus such that the amount of deformation when subjected to a force is larger than the amount of deformation of the support 13.
  • the adhesive has a thickness such that the amount of deformation when receiving the force is larger than the amount of deformation of the support 13. Therefore, even when the support 13 is deformed in the radial direction, the deformation of the support 13 can be absorbed by the adhesive, and the deformation of the sleeve 12 can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the performance of the air dynamic pressure bearing from deteriorating.
  • an adhesive may be provided between the side surface of the step 13a and the step 11b and the engaging portion 11c of the housing 11.
  • This adhesive preferably has an elastic modulus such that the amount of deformation when subjected to a force is larger than the amount of deformation of the support body 13. Further, the amount of deformation of the adhesive when the force is applied is preferably It is preferable to have a thickness that is larger than the deformation amount of the support 13.
  • the air dynamic pressure bearing is applied to a fan motor, a blower, and the like, it can be applied to an apparatus other than the fan motor and the blower.
  • the present invention is not limited to the above embodiments as they are, and may be embodied by modifying constituent elements in an implementation stage without departing from the scope of the invention.
  • Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Further, components of different embodiments may be appropriately combined.

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Abstract

スリーブの変形を防止することが可能な空気動圧軸受を提供する。スリーブ１２は、回転可能なシャフト２１が挿入される。支持体１３は、スリーブ１２を保持し、周囲に段部１３ａを有する。ハウジング１１は、支持体１３の段部１３ｂに、支持体１３の径方向と直交する方向から係合可能な係合部１１ｃを有する。

Description

空気動圧軸受
　本発明の実施形態は、例えばファンモータやブロワなどに適用される空気動圧軸受に関する。
　空気動圧軸受は、軸受部材としてのスリーブ内にシャフトが回転可能に設けられる。スリーブとシャフトとの間の隙間を適切に設計することにより、シャフトの回転時に隙間内の空気の圧力を高めることができ、安定な軸受として機能させることができる。
　軸受部材の変形を防止するため、軸受部材を保持するための軸受挿入孔において、軸受部材を保持する部分の直径に比べて、ステータコアが設けられる部分の直径を大きくする構造が開発されている（例えば特許文献１参照）。
　シャフトが挿入されるスリーブの変形を防止するため、スリーブとケースとが対向する面のどちらか一方あるいはその両方に３つの凸部を形成し、この３つの凸部を介してケースにスリーブをねじにより固定する構造が開発されている（例えば特許文献２参照）。
特開２０１８－７３８３号公報 特許第４１０５８１３号公報
　空気動圧軸受を構成する金属製のスリーブを樹脂製のハウジングに固定する方法として、例えばインサート成型が用いられる。この場合、成型材が型に対して対称に流動せず、しかも、成型材に含まれる強化繊維が一定の方向に並ばないため、成型材が均一に収縮せず、残留応力が均一にならない。このため、スリーブの径方向に力が作用し、スリーブが不均一に変形する。この場合、スリーブとシャフトとの間の隙間を高精度に保持することができないため、軸受として機能しないという問題が発生する。
　本発明の実施形態は、スリーブの変形を防止することが可能な空気動圧軸受を提供する。
　本実施形態の空気動圧軸受は、回転可能な軸が挿入されるスリーブと、前記スリーブを保持し、周囲に段部を有する支持体と、前記支持体の前記段部に、前記支持体の径方向と直交する方向から係合可能な係合部を有するハウジングと、を具備する。
第１実施形態に係る空気動圧軸受の一部を示す平面図。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿ったハウジングの断面と、ロータの断面を示す図。
　以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分又は同一機能を有する部分には、同一符号を付している。
　（実施形態）
　図１、図２は、本実施形態を示すものであり、送風機としての例えばファンモータに適用される空気動圧軸受を示している。
　図１、図２に示すように、ファンモータのハウジング１１の例えば底部には、空気の取入れ、又は排出のための複数の開口部１１ａが設けられている。
　ハウジング１１の底部、且つ中央部には、軸受部材としてのスリーブ１２が設けられる。スリーブ１２は、例えば金属製であり、一端部からロータ２０のシャフト２１がその内部に挿入される。
　スリーブ１２の他端部は、筒状の支持体１３の一端部内に固定される。支持体１３は、例えば樹脂により構成され、スリーブ１２は、例えば接着剤３１により、支持体１３に固定してもよい。
　この場合、接着剤３１は、力を受けた際の変形量が、支持体１３の変形量より大きくなるような弾性率を有することが好ましく、さらに、接着剤３１は、力を受けた際の変形量が、支持体１３の変形量より大きくなるような厚みを有することが好ましい。このような接着剤３１を用いることにより、支持体１３がその径方向に変形した場合においても、支持体１３の変形を接着剤３１により吸収することができ、スリーブ１２の変形を防止することが可能である。
　スリーブ１２の固定方法は、接着に限定されるものではなく、支持体１３にスリーブ１２を圧入することも可能である。
　支持体１３の他端部、且つ外部周囲には、段部１３ａが設けられている。段部１３ａは、支持体１３のスリーブ１２を保持する部分から離れた部分に設けられている。
　段部１３ａは、軸方向に一端部及び他端部を有し、段部１３ａの他端部の全体は、ハウジング１１の底部に設けられた円形状の段部１１ｂに係合されている。
　また、段部１３ａの軸方向の一端部には、ハウジング１１の底部に設けられた複数の係合部１１ｃが係合される。このため、段部１３ａは、ハウジング１１の段部１１ｂと複数の係合部１１ｃとに係合される。
　係合部１１ｃは、スリーブ１２又は支持体１３の径方向と直交する方向から段部１３ａに係合される。このため、スリーブ１２に径方向の力が作用することを防止でき、スリーブ１２が径方向に変形することを防止できる。
　ハウジング１１及び複数の係合部１１ｃは、例えば樹脂材により一体的に構成されている。係合部１１ｃは、支持体１３が配置される以前は、垂直に形成されており、支持体１３がハウジング１１の中央部に配置された後、係合部１１ｃが例えば超音波を利用した熱カシメによって変形されることにより、係合部１１ｃが段部１３ａに係合される。このようにして、支持体１３がハウジング１１に固定される。
　図１に示すように、ハウジング１１は３個の係合部１１ｃを有している。しかし、係合部１１ｃの数は、３個に限定されるものではなく、４個以上であってもよい。或は、支持体１３の周囲にリング状の係合部を設けてもよい。
　さらに、段部１３ａの側面と、ハウジング１１の段部１１ｂと係合部１１ｃとの間の側面との間に接着剤３２を設けてもよい。この接着剤３２は、硬化後のヤング率がハウジング１１及び支持体１３の樹脂材のヤング率より低いことが好ましい。
　図２に示すように、支持体１３の内部には、磁気軸受１５の一部を構成するリング状の永久磁石２５ｄが設けられている。
　また、スリーブ１２の周囲には、例えばコイルアッセンブリ２７が設けられており、コイルアッセンブリ２７と後述するロータ２０の永久磁石２６とにより、モータが構成される。
　ロータ２０は、例えばシャフト２１と、ホルダ２２、固定部材２３、羽根車２４、磁気軸受２５、永久磁石２６を具備している。
　シャフト２１は、例えば円柱状であり、シャフト２１の一端部には、固定部材２３が固定され、他端部には、磁気軸受２５の一部を構成する永久磁石２５ａと、ヨーク２５ｂ及びヨーク２５ｃが設けられている。永久磁石２５ａと、ヨーク２５ｂ及びヨーク２５ｃは、リング状であり、ヨーク２５ｂ及びヨーク２５ｃは、永久磁石２５ａの磁極にそれぞれ設けられている。
　シャフト２１は、スリーブ１２内に挿入された状態において、スリーブ１２とシャフト２１との間に僅かな隙間が設けられる。シャフト２１が回転されることにより、スリーブ１２内に空気動圧が発生される。このため、シャフト２１の周囲には、所謂ヘリングボーン溝と称する図示せぬ複数のＶ字状の溝が設けられている。
　ホルダ２２は、例えば金属製であり、固定部材２３に固定され、シャフト２１とともに回転可能とされる。ホルダ２２は、シャフト２１に直接接合することができれば、固定部材２３は、省略することが可能である。
　ホルダ２２は、円筒状であり、ホルダ２２の周囲に羽根車２４が設けられ、ホルダ２２の内面には例えばモータの一部を構成する永久磁石２６が設けられている。
　ロータ２０のシャフト２１がスリーブ１２内に挿入された状態において、磁気軸受２５の一部を構成する永久磁石２５ｄ内に、磁気軸受２５の一部を構成する永久磁石２５ａ、及びヨーク２５ｂ、ヨーク２５ｃが、永久磁石２５ｄから所定間隔離間して配置される。
　また、ロータ２０の永久磁石２６の内側にコイルアッセンブリ２７が配置される。　
　上記構成において、モータが駆動されることにより、ロータ２０が回転され、羽根車２４により、ハウジング１１の一端部又は他端部から取り込まれた空気がハウジング１１の他端部又は一端部へ送風される。
　（実施形態の効果）
　上記実施形態によれば、空気動圧軸受を構成するスリーブ１２は、樹脂製の支持体１３の一端部内に固定され、支持体１３の他端部の外部には、段部１３ａが設けられている。支持体１３は、ハウジング１１に設けられた複数の係合部１１ｃが段部１３ａに係合されることにより、ハウジング１１に固定される。複数の係合部１１ｃは、軸方向の一端部側から段部１３ａに係合される。このため、係合部１１ｃを熱カシメする際、支持体１３の径方向に力が作用することを防止でき、支持体１３が径方向に変形することを防止できる。したがって、スリーブ１２の変形を防止することができ、高性能の空気動圧軸受を構成することが可能である。
　また、スリーブ１２は、接着剤を用いて支持体１３に固定され、接着剤は、力を受けた際の変形量が、支持体１３の変形量より大きくなるような弾性率を有することが好ましく、さらに、接着剤は、力を受けた際の変形量が、支持体１３の変形量より大きくなるような厚みを有することが好ましい。このため、支持体１３がその径方向に変形した場合においても、支持体１３の変形を接着剤により吸収することができ、スリーブ１２の変形を防止できる。したがって、空気動圧軸受の性能が劣化することを防止できる。
　さらに、段部１３ａの側面と、ハウジング１１の段部１１ｂと係合部１１ｃとの間に、接着剤を設けてもよい。この接着剤は、力を受けた際の変形量が、支持体１３の変形量より大きくなるような弾性率を有することが好ましく、さらに、接着剤は、力を受けた際の変形量が、支持体１３の変形量より大きくなるような厚みを有することが好ましい。このように、接着剤を設けた場合、支持体１３がその径方向に変形した場合においても、支持体１３の変形を接着剤により吸収することができ、スリーブ１２の変形を防止できる。したがって、空気動圧軸受の性能が劣化することを防止できる。
　尚、空気動圧軸受は、ファンモータやブロワなどに適用される場合について、説明したが、ファンモータやブロワ以外の装置に適用することが可能である。
　その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (6)

  1. 　回転可能な軸が挿入されるスリーブと、
    　前記スリーブを支持し、周囲に段部を有する支持体と、
    　前記支持体の前記段部に、前記支持体の径方向と直交する方向から係合可能な係合部を有するハウジングと、
    　を具備することを特徴とする空気動圧軸受。
  2. 　前記段部は、前記支持体の前記スリーブを保持する部分以外に設けられることを特徴とする請求項１記載の空気動圧軸受。
  3. 　前記スリーブと支持体との間に設けられた第１接着剤をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の空気動圧軸受。
  4. 　前記段部の側面と前記ハウジングとの間に設けられた第２接着剤をさらに具備することを特徴する請求項１記載の空気動圧軸受。
  5. 　前記支持体は樹脂により構成され、前記第１接着剤は、力を受けた際の変形量が前記支持体の変形量より大きくなる弾性率を有することを特徴とする請求項３記載の空気動圧軸受。
  6. 　前記ハウジングは樹脂により構成され、前記第２接着剤は、力を受けた際の変形量が前記ハウジングの変形量より大きくなる弾性率を有することを特徴とする請求項４記載の空気動圧軸受。
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