電動送風機およびそれを用いた電気掃除機
【課題】インペラファン回転により負圧になり、軸受からファン側へ空気流れが発生し、軸受部品から潤滑グリスが洩れることにより、軸受部品の潤滑グリス不足による信頼性低下が発生。
【解決手段】インペラファン１２の後面シュラウド１２ａとフレーム前１０ａとの間に円環状突起部３１を有したシール板３２を配し、フレーム前１０ａに支持されシール板３２の突起部３１と接触する円環状の軸受リング３０を構成することにより、突起部３１と軸受リング３０のシール作用により、インペラファン１２側への空気流れを少なくし、軸受９からの潤滑グリス洩れを抑えることができ、ファン効率向上および軸受９の信頼性向上を図ることができる。
【解決手段】インペラファン１２の後面シュラウド１２ａとフレーム前１０ａとの間に円環状突起部３１を有したシール板３２を配し、フレーム前１０ａに支持されシール板３２の突起部３１と接触する円環状の軸受リング３０を構成することにより、突起部３１と軸受リング３０のシール作用により、インペラファン１２側への空気流れを少なくし、軸受９からの潤滑グリス洩れを抑えることができ、ファン効率向上および軸受９の信頼性向上を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易なシール構成により、軸受側からのファン負圧側への空気洩れせず、軸受信頼性向上を簡易な構成で行う電動送風機およびそれを用いた電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動送風機は、家庭用の電気掃除機に多く利用されている。電気掃除機には、強い吸引力が望まれており、より強い吸引力を得るためには、電気掃除機の電動送風機の送風性能を向上する必要がある。送風性能向上には、ファン出力増加ともに、ファン効率向上も望まれている。ファン効率向上には、ファン開発における設計項目（直径アップ等）以外にファン小径による円盤摩擦損失を低減し、ファン高速回転化による効率向上も設計項目に含まれており、ファン効率向上のため、開発項目として必須である。
【０００３】
電動送風機は、大きく５つの部品により構成されている。高速で回転することにより、風量と圧力（動圧と静圧）を発生させるファンとしてのインペラファン部品、インペラファンにより発生した動圧を静圧に変換し、ファンの効率に寄与できるようにするエアガイド部品。（いわゆるディフューザガイドである。）また、インペラファンとエアガイドを覆い、内部の空気を洩らさない、外部からの空気浸入させないために、構成される外郭部品のファンケース。電気により回転する回転軸を有する回転子と固定子により構成されるモータ部、回転軸の両端部を支持する軸受部とその軸受を保持し、軸受と固定子を覆うフレームの大きく５点により構成されている。
【０００４】
インペラファンは、複数の部品により組立構成されている。中央に吸込み口を有する前面シュラウドと後面シュラウドと、一対のシュラウド間に狭時されるブレードと、ブレードの吸込口側を接合され、前面シュラウド及び後面シュラウドによって前後から押さえつけられるインデューサを有し、インデューサの基部を構成するハブ内部に、回転軸を固定する筒状スペーサーを有し構成されている。
【０００５】
インペラファン部は、回転数増加に伴い、インペラファンへかかる負担も増加するため、インペラファン構造（強度、材料、構造体）や組付け時の組み付け不良等により、インペラファン部が他部品（エアガイドやファンケース）との接触により破損やインペラファン強度不足により回転数増大による遠心力増大、ファン出力増加によるインペラファンへかかる圧力増大によりインペラファンが変形し、ファンの性能低下、寿命低下（信頼性低下）が懸念される。
【０００６】
前述のように、電動送風機のファン部のインペラファン部は、風量と圧力を発生させるファン性能にとって重要部品であるとともに、ファンの信頼性を確保する上でも重要部品である。
また、前述のインペラファンと同様に、回転軸の両端部を支持する軸受部についても、モータ部の回転トルクを損失を少なく、インペラファンに伝達する。ファンの信頼性を確保する上で重要部品である。
【０００７】
軸受部はいわゆるころがり軸受（以下、軸受）が電動送風機には、一般的に使用されており、回転数増加に伴い、インペラファン同様に軸受へかかる負担も増加する。そのため、軸受が正規寿命を迎えるまでに、使用不能になる軸受の寿命低下（信頼性低下）が懸念される。
【０００８】
一般的には、軸受が正規寿命までに使用不能になるには、軸受のころがり運動を行う、ころまたは球（ボール）への大荷重による破損や、組み付け時の組み付け不良以外には、軸受の外輪や内輪と、ころまたは球への潤滑を行う潤滑グリス不足による破損と軸受への異物混入による破損が多くの使用不能となる原因を占めている。潤滑グリス不足や異物混入等により破損を未然に防止し、より軸受を正規寿命までの状態へ導く軸受信頼性向上も必須技術である。
【０００９】
従来では軸受の信頼性向上を図るため、様々な技術が開発されている。例えば軸受の信頼性向上には、以下の構成としたものもある。整流子モータのファン軸受の少なくともどちらか一方に接触式のシール板を配し、軸受を防塵し軸受信頼性を向上するものである（例えば特許第文献１参照）。
【００１０】
図４〜図７において、図４は、上記特許文献１に記載された従来の電動送風機の断面図、図５は、同電動送風機の軸受拡大断面図、図６は、同電動送風機を用いた従来の電気掃除機の概略構成図である。
【００１１】
図４において、従来のこの種の電動送風機５１は、モ−タ部５３と、ファン部５２から構成され、モ−タ部５３の回転子３８は、整流子、回転子巻線（図示しない）を有し、前記回転子巻線は、電機子コア外周に巻かれている。
【００１２】
前記回転子３８は、モ−タ部５３の回転軸３７の両端には軸受４０、４１が圧入され、この軸受４０，４１がファン側フレーム５４と反ファン側フレーム５５にて保持されることにより、支持されている。そして、前記回転子３８は、巻線を有した固定子３９を内包し回転軸３７を支持する軸受４０，４１を保持した反ファン側フレーム５５により覆われて構成されている。
【００１３】
ファン部５２は、ファン側フレーム５４と、空気を吸引、吹き出しを行うインペラファン４３とインペラファン４３の間に形成した吹き出された空気の動圧を静圧に変換・整流用のエアガイド４４があり、インペラファン４３の上方はファンケース４６で覆われている。
【００１４】
インペラファン４３は、アルミなどのプレス部品によって組立てられ、複数枚のブレード４２を、平面の円板形状からなる後面シュラウド４２ｂと傘形の円板形状からなる前面シュラウド４２ａによって挟持しており、焼結や真鍮からなるスペーサー５７、板金などからなる座金５６、及びナット５８により回転軸３７に固定され、回転軸３７とともに回転する。
【００１５】
エアガイド４４は、ネジ（図示せず）等にてファン側フレーム５４に固定しており、ファン側フレーム５４と反ファン側フレーム５５もネジ（図示せず）等にて固定してある。
【００１６】
次に、図５を用いて、前記電動送風機の軸受部の構成について説明する。
【００１７】
図５において、軸受４０の内部構成は、内輪４０ｃと外輪４０ｂと、その上下を覆うシール板４０ｄ、４０ｅで内部をシールしており、ファン側のシール板４０ｄは、内輪４０ｃと非接触、反ファン側のシール板４０ｅは、内輪４０ｃと接触する仕様となっている。一般的には、非接触のシール板４０ｄは鉄、接触する方のシール板４０ｅはゴムでそれぞれ構成されている。
【００１８】
従来の電動送風機（図示しない）では、負荷側の軸受の上下２つのシール板とともに非接触の鉄シールを施してきたが、電気掃除機の吸引性能の向上に伴い、ファン部内の真空
圧が向上し、結果、負荷側の軸受内部の僅かな隙間を通り、モ−タ部側からファン部側に向って僅かな空気洩れが発生し、その僅かな空気洩れにより、ファン部の吸引性能低下および軸受からの潤滑グリス洩れが発生する。そのため、ファン部吸引性能の低下および軸受の信頼性の低下要因の一つとなっていた。
【００１９】
従って、図５に示すように、軸受４０の反負荷側のシール板４０ｅを内輪４０ｃと接触させることで、モ−タ部５３側からファン部５２側に向っての空気洩れを防ぎ、ファン部５２の吸引性能向上および軸受の潤滑グリス洩れの防止を図っていた。
【００２０】
このような構造で、従来の電動送風機５１は構成されており、動作・作用としてはインペラファン４３が回転することによって発生する吹き出し風が、インペラファン４３の吹き出し口１１ｂの外周に設けた整流用のエアガイド４４を通過した後、モ−タ部５３の回転子３８、固定子３９を冷却し、反ファン側フレーム５５を通過して後方に排気される。
【００２１】
従来の電動送風機５１が組み込まれた電気掃除機は、図６のような構造となっている。図６において、電気掃除機本体６１（以下、「本体６１」と称す）は、中央部に設けられた格子隔壁６２より集塵室６３と、モ−タ室６４に分けられており、集塵室６３には紙袋６５が、モ−タ室６４には上記電動送風機５１が備えつけられている。本体６１には、接続パイプ６６、ホ−ス６７、先端パイプ６８、延長管６９、ノズル７０が順次接続されている。
【００２２】
上記従来の電気掃除機の作用としては、電動送風機５１の吸引力によりノズル７０から集められたゴミは、延長管６９、先端パイプ６８、ホ−ス６７、接続パイプ６６を通り、集塵室６３の紙袋６５に集める構成になっている。
【００２３】
また、軸受信頼性向上を図る構成として、前述以外の方法として図７に示すものもある。図７は、前述の従来の特許文献１以外の方法の電動送風機の軸受拡大図を示すものである。ファン部のインペラファン回転により負圧になるため、軸受部からの空気流入を防ぐために、モータハウジング室外径より大きい径の円形の接触リングをエアガイド底面部に接触固定し、空気洩れを少なくし、ファン性能を向上するものである。（例えば特許文献２参照）
図７は、負荷側の軸受４０の反負荷側のシール板４０ｅについても、非接触シール構成、で上下のシール板４０ｄ、４０ｅ共に非接触の標準ころがり軸受としたものである。
【００２４】
インペラファン４３を回転軸３７に固定、位置決めするために、インペラファン４３の後面シュラウド４２ｂの底面部には、焼結や真鍮などからなるスペーサー５７と、板金などからなる座金５６を有し、後面シュラウド４２ｂの吸引側面部は、座金５６を介して、ナット５８により回転軸３７に固定されている。後面シュラウド４２ｂの底面部に位置する座金５６について、軸受４０を収めたファン側フレーム５４のハウジング室１２７の外径Ａよりも大きい径とされており、座金５６の反負荷側外周面には、先端が鋭角に形成された円形接触リング１２４が、樹脂で形成されたエアガイド４４の底面部との接触を行う構成である。
【００２５】
上記のような構成とすることで、インペラファン４３の後面シュラウド４２ｂの底面に設けた座金５６はエアガイド４４の中央部間で、接触シールを実施することができるため、負荷側軸受４０の上下シール板４０ｄ、４０ｅの両側共に非接触の標準軸受仕様であっても、ファン負圧によるモ−タ部５３側からファン部５２側への空気流れを防ぐことが可能となるとされるものである。接触ゴムシール仕様に比べて、ゴムと鉄からなる内輪４０ｃとの接触であったのに対し、樹脂材料と鉄材料の接触おおび、円形接触リング１２４の先端部を鋭角な形状で構成していることから、接触による機械摩擦損失を接触ゴムシール
式軸受に比べ低減することができるとされているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特許第３５３８００６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、従来の電動送風機５１は、３０，０００〜４５，０００ｒ／ｍｉｎという高速回転で運転される。前記従来の電動送風機５１の特許文献１の構成では、軸受４０の外輪部に取り付け固定されたゴム材質からなるシール板４０ｅを、３０，０００〜４５，０００ｒ／ｍｉｎという高速回転で軸受４０の内輪と接触回転するもので、接触シール式軸受４０は、非接触シール式軸受より、機械摩擦損失が増大し、入力電力も増大する。
【００２８】
空気流れを少なくするのと軸受４０の潤滑グリス漏れを少なくするためには軸受４０を接触式シールにし、軸受４０にシール板を配置構成する必要がある。いわゆる外輪４０ｂと内輪４０ｃのシール板４０ｄ、４０ｅを構成し、軸受４０隙間をタイトにする必要がある。従来の特許文献１の方法により、軸受４０を通過する空気洩れを少なくすることはできるが、結果としてシール板が４０ｄ、４０ｅ高速回転で運転される電動送風機５１では、接触による機械摩擦損失の増大によることから総合的には、ファン効率が低下するという課題を有していた。
【００２９】
また、接触ゴムシール式の軸受４０は、一般的に使用されている鉄材料で構成される非接触シール軸受と比較すると一般的に流通数が少なくゴムと鉄という異材料のため構成および組立が複雑化し、価格が高価になる。また、極めて軸受４０近傍でゴムが接触することにより、接触部から発生するゴムの削りカスが軸受部へ侵入し、軸受４０の信頼性低下を招くという課題を有していた。
【００３０】
また、電動送風機５１が更なる出力増加を求めるために、回転数増加を行った場合、例えば４５，０００〜１２０，０００ｒ／ｍｉｎという高速回転化を行った際には、機械摩擦損失は荷重に比例するため遠心力増加により増大する。
【００３１】
また、接触ゴムシールのため、ゴムの削りカスも増大する。削りカスは軸受４０部に侵入し、異物混入による軸受４０の信頼性低下という課題を有していた。
【００３２】
また、従来の特許文献２では、円形接触リング１２４と非接触シール式軸受４０により、機械摩擦損失が従来特許文献１に比べ増大せず、ファン側への空気流入を少なくするため、ファン効率の低下は少ないものとされている。しかしながらインペラファン４３の回転によりインペラファン４３側へ発生した空気流れにより、軸受４０の潤滑グリスが圧力差によりインペラファン４３側へ洩れ出す。潤滑グリスは、円形接触リング１２４によりインペラファン４３側へは洩れ出すことはないが、ハウジング外径以上の大きさで形成されているため、容積が大きく、円形接触リング１２４内部には、軸受４０より洩れ出す潤滑グリスもその容積に比例し、増加。容積内に潤滑グリスがサイズに応じて溜まる量も比例する。
【００３３】
電動送風機５１が更なる高速運転が行われることにより、負圧による空気流れも増大し、軸受４０から流出する潤滑グリスも増大し、軸受４０の信頼性低下がさらに課題になる。
結果として、潤滑グリスが軸受４０より洩れ出すことで信頼性低下という課題を有してい
た。
【００３４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、円環状の接触リングと円突起のシール作用で、軸受４０からの潤滑グリス洩れを少なくすることにより、軸受部品の信頼性向上を図る構成であり、軸受部からインペラファン部への空気洩れも低減する高効率化も図る構成とした電動送風機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】
【００３５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電動送風機は、
回転軸を有する回転子と固定子とを対向配置したモータと、
前記回転軸の少なくとも一端を支持する軸受を保持し、前記軸受と前記固定子を覆うフレームと、
前記回転軸の端部に固定され、中央に吸込口を有する前面シュラウドと前記前面シュラウドに対向する後面シュラウドと前記１対のシュラウド間に挟持される複数枚のブレードとで構成されたインペラファンと、
中央に吸気口を有し、前記インペラファンを覆うファンケースと、
前記後面シュラウドと前記フレームとの間に配置され、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板と、
前記フレームに支持された円環状の軸受リングと、を備え、
前記円環状の軸受リングは、前記円環状の軸受リングの中心が前記回転軸の略中心に合うように配置され、前記シール板の円環状突起全周が前記円環状の軸受リングと接触するように構成したものである。
【００３６】
これによって、フレームに支持された円環状の軸受リングと前記後面シュラウドと前記フレームとの間に、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板とによるシール作用により、ファン回転により負圧になったインペラファン部への軸受からの空気流れを少なくすることが出来る。また、インペラファンの回転による遠心力および圧力差による空気流れの影響により軸受からの潤滑グリスが洩れ出すが、後面シュラウドと前記フレームとの間に配した円環状突起を有したシール板よびフレームに支持された円環状の軸受リングにより、空気より粘性、密度、比重が大きな軸受の潤滑グリスはその接触部を通過することができず、潤滑グリス洩れを低減することができる。また、円環状突起と円環状軸受リングとのシールは、軸受外輪外径より小さく構成されているため、内部の容積が少ないことから、軸受から潤滑グリス少量しか洩れ出すスペースは無く、結果として、軸受からの潤滑グリス洩れを防止し、軸受の信頼性向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の電動送風機は、円環状の軸受リングと円環状突起のシール作用で軸受からの潤滑グリス洩れを少なくすることにより、軸受部品の信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における電動送風機の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における軸受部周辺の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電気掃除機の本体構成の縦断面図
【図４】従来の電動送風機の一部断面図
【図５】従来の電動送風機の軸受部の部分断面図
【図６】従来の電動送風機を用いた電気掃除機の概略構成図
【図７】従来の電動送風機の軸受部の部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
第１の発明は、回転軸を有する回転子と固定子とを対向配置したモータと、
前記回転軸の少なくとも一端を支持する軸受を保持し、前記軸受と前記固定子を覆うフレームと、
前記回転軸の端部に固定され、中央に吸込口を有する前面シュラウドと前記前面シュラウドに対向する後面シュラウドと前記１対のシュラウド間に挟持される複数枚のブレードとで構成されたインペラファンと、
中央に吸気口を有し、前記インペラファンを覆うファンケースと、
前記後面シュラウドと前記フレームとの間に配置され、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板と、
前記フレームに支持された円環状の軸受リングと、を備え、
前記円環状の軸受リングは、前記円環状の軸受リングの中心が前記回転軸の略中心に合うように配置され、前記シール板の円環状突起全周が前記円環状の軸受リングと接触するように構成した。これによって、フレームに支持された円環状の軸受リングと前記後面シュラウドと前記フレームとの間に、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板とによるシール作用により、３０，０００〜４５，０００ｒ／ｍｉｎという高速で運転される電動送風機でも、高速なインペラファン回転により負圧になったインペラファン部への軸受からの空気流れを少なくすることが出来る。
【００４０】
また、高速なインペラファンの回転による遠心力および圧力差による空気流れの影響により軸受からの潤滑グリスが洩れ出すが、後面シュラウドと前記フレームとの間に配した円環状突起を有したシール板よびフレームに支持された円環状の軸受リングは、ラビリンスシールと呼ばれる構造を有しており、空気より粘性、密度、比重が大きな軸受の潤滑グリスはその接触部を通過することが少なくなり、潤滑グリス洩れを低減することができる。また、電動送風機の４５，０００〜１２０，０００ｒ／ｍｉｎという更なる高速回転化を行った際でも、インペラファン高速回転により、軸受部からインペラファン部への空気流れも増大し、軸受の潤滑グリス洩れも回転数に比例する。
【００４１】
また、機械摩擦損失は荷重に比例するため遠心力増加によりに増大することになるが、円環状の突起部と軸受リングの接触により、シールすることにより、突起部の接触のため、接触面積を少なくし、摩擦損失を低減することができる。また、シールすることにより、潤滑グリス漏れおよび空気漏れも少なくすることができるため、電動送風機の効率低下を防止し、軸受の信頼性低下を防止することができる。
【００４２】
第２の発明は、特に第１の発明の円環状突起を有したシール板を後面シュラウドと一体構成にした。これによって、円環状突起を有したシール板をダイカスト工法や鋳造、鋳物、鍛造、焼結あるいはプレスと様々な工法を用いて、前記後面シュラウドに一体として形成することにより、部品点数の削減、部品軽量化、組立工数削減、組み付け精度の向上することとなり、より簡易な構成で電動送風機の提供ができる。
【００４３】
第３の発明は、特に第１または第２の発明の円環状突起の外径および前記円環状の軸受リングの外径は、前記軸受の外径より、小さくしたことにより、円環状の軸受リングと円環状突起のシール作用により、軸受からの空気流れを少なくすることができる。また、ファン回転による負圧により、圧力差による空気流れの影響によって軸受から潤滑グリスが若干シール部まで洩れ出すが、円環状突起と円環状軸受リングとのシールを軸受外輪外径より小さく構成することにより、シール部が内側に寄るためこの軸受よりシール部の内側まで漏れ出す潤滑グリスの容量を少なくすることができる。そのため、結果として、軸受からの潤滑グリス洩れを防止し、軸受の外輪や内輪ところまたは球への潤滑を行う潤滑グリス不足による破損を防止し信頼性向上を図ることとなる。
【００４４】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の円環状の軸受リングを摩擦係数の低い樹脂材料にて構成したことにより、シール板部の素材であるアルミまたは鉄系の材
料、またはエンプラ等の高強度材料で構成された円環状の突起より、比較的軟らかい摩擦係数の低い樹脂材料の円環状の軸受リングとすることにより、円環状の突起が円環状の軸受リングとの接触面積が増える。
【００４５】
また、接触面積が増えることにより、円環状の突起と円環状の軸受は接触シールと呼ばれる構造を有しており、通常の接触シールの機械摩擦損失は荷重に比例するため、回転数増加に対する遠心力増加により増大する。そのため、円環状の突起より比較的摺動性の良い、摩擦係数の低い樹脂材料で構成された円環状の軸受リングに接触することで、シール性が良好になると同時に、機械摩擦損失を低減することができる。
【００４６】
また、その際、円環状の軸受リングは、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）に代表されるような低摩擦係数の樹脂材料を使用することにより、機械摩擦損失を低減することができ、摩擦損失によるファン性能低下を低減することができる。
【００４７】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の電動送風機を搭載した電気掃除機とすることにより、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性がよく、電動送風機の軸受信頼性が向上した電気掃除機となる。
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４９】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態における電動送風機の構成を示すものである。
【００５０】
図１は同電動送風機の断面図であり、図２は、同電動送風機の軸受部周辺の断面図であり、図３は、同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す縦断面図である。
【００５１】
図１〜図３に示すように、電動送風機１ａは、回転軸２を有する回転子３と、回転子３の外周に隙間を設けて配置され巻線４が巻かれたコア５ａで構成される固定子６と、コア５ａ外周部に溝７ａを設け嵌め合い固定した複数の第２の案内翼８ａと、回転軸２の軸受９を保持し固定子６を覆う吸い込み気流上流側に位置する前側のフレーム前１０ａと吐き出し方向に位置するフレーム後１０ｂとで構成されるブラシレスモータ１１と、回転軸２に固定され、中央部に吸気口を有した傘形の円板形状からなる前面シュラウド１２ｂと平らな円板形状をした後面シュラウド１２ａで、中心部から空気を吸い込み外周部に空気を吹き出すブレード１２ｃを挟み込み支持して構成されたインペラファン１２と、インペラファン１２を覆うファンケース１３と、フレーム前１０ａと当接して配置され複数の第１の独立風路１６を形成するモータケース１５を備えている。
【００５２】
図２においては、本発明の電動送風機の軸受部周辺の断面図であり、前述したフレーム前１０ａと回転軸２と軸受９の断面形状を現している。
【００５３】
その中でインペラファン１２の底面部に位置する後面シュラウド１２ａのフレーム前１０ａ側面には、フレーム前１０ａ側に突出した円環状の突起部３１を配したシール板３２を配している。また、フレーム前１０ａには、シール板３２の円環状の突起部３１の全周が接触するように支持配置された円環状の軸受リング３０を有している。
【００５４】
尚、円環状の軸受リング３０は、円環状の軸受リング３０の中心と回転軸２の略中心が合うように支持配置されており、シール板３２の円環状の突起部３１の全周が円環状の軸受リング３０を接触するように構成されている。
【００５５】
軸受リング３０は、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等に代表されるような低摩擦係数の樹脂材料で構成された円環状の軸受リング３０である。本実施の形態では、前述の樹脂材料を用いた構成で説明をするが、本発明はこれに限定されるものではなく、摺動性がよく、シール性を満たすものであればよく、ポリフェニレンサンファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、等の耐磨耗性を持った樹脂材料であればよい。また、他の樹脂材料でも可能であり、耐摩耗性および摺動性が良い樹脂材料で、接着剤との接着性がよい樹脂材料を用いて構成してもよい。
【００５６】
また、樹脂材料以外の鉄、アルミ系、焼結合金、真鍮等材料、あるいは、ゴム等の弾性体の材料を用いて構成してもよく、シール板３２の円環状の突起部３１との接触で機械摩擦損失を低減し、なおかつ潤滑グリス洩れを低減するシール構成を保てれば、本発明は上述の樹脂材料に限定されるものではなく、本発明にかかる効果も同等に発揮できることは言うまでもない。
【００５７】
なお、シール板３２の円環状の突起部３１と円環状の軸受リング３０との接触代が接触シールによるタイト部になる。いわゆるクリアランスがなく常時接触している状態で構成することで、接触シールのシール性を良好に保つことなり、潤滑グリス洩れおよび空気洩れを低減することができる。
【００５８】
しかしながら、この接触代を大きくするためには、シール板にかかるスラスト方向の荷重が大きくなる。
【００５９】
機械摩擦損失は、荷重に比例するため、機械摩擦損失も増大する。したがって、接触代については、電動送風機の運転条件（回転数およびファン出力）により、左右されるため、電動送風機の運転条件に応じて実験的に最適値を求める必要がある。同様に突起部３１の形状についても、先端形状については鋭角突起や鈍角突起、９０度の直角三角形や、あるいはＲ面取り状の突起等の形状で構成することが可能である。
【００６０】
あるいは、インペラファン１２に円環状の突起部３１を有したシール板３２をダイカスト工法や鋳造、鋳物、鍛造、焼結あるいはプレスなどの工法を用いてインペラファン１２に備える構成として、後面シュラウド１２ａに一体構成することも可能であるが、本発明は前述の形状に限定するものではなく、機械摩擦損失を抑える形状で、接触代を少なくシール性を保つ形状であればよく、本実施の形態の形状に限定するものではない。
【００６１】
なお、円環状の突起部３１やインペラファン１２後面シュラウド１２ａに一体形状についての工法および寸法についても前述のとおり、電動送風機の運転条件に左右されるため、実験的に最適値を求める必要がある。
【００６２】
回転軸２の軸受９については、フレーム前１０ａに構成配置されている外輪９ｂと回転軸２に構成配置され回転子３とインペラファン１２と共に回転する内輪９ｃ、回転軸２からの回転荷重を受けた内輪９ｃとつなげるボール部９ａ、ボール部９ａを均等な位置間隔に配置し、外輪９ｂと内輪９ｃとにボール９ａを保持する保持器（図示しない）により構成された、いわゆるころがり軸受である。
【００６３】
この軸受９には、潤滑グリス（図示しない）が内臓されており、軸受９の外輪９ｂ、内輪９ｃ、ボール部９ａを潤滑している。潤滑グリスの洩れを防止するのと軸受外部からの塵埃や異物の侵入を防止するシールプレート９ｄを軸受９のインペラファン１２に対して、スラスト方向の前後に配置している。この前後のシールプレート９ｄは、外輪９ｂに固
定されており、内輪部９ｃには接触をしていない構成のいわゆる非接触シール構成とした軸受９である。
【００６４】
加えてインペラファン１２を回転軸２に固定および位置決めをするために、インペラファン１２の底面部に位置する後面シュラウド１２ａの底面部には、フレーム前１０ａ側に突出した円環状の突起部３１を配したシール板３２を配し、シール板２２の底面部には、焼結や真鍮などからなる筒状のスペーサー３３が構成されシール板３２および筒状のスペーサー３３を介して、ナット３４により、回転軸２にインペラファン１２は固定されている。
【００６５】
シール板３２は、アルミや鉄、焼結合金、真鍮等の金属により構成されている。フレームのモータケース１５は通気路１４上流から下流にかけて所定の角度で拡がる円錐形状を有しており、第１の案内翼１５ａはモータケース１５内壁に当接している。それに伴い、第１の独立風路１６とそれに連通する第２の独立風路１８とで形成される一連の独立風路は、通気路１４の上流から下流にかけて断面積が連続的に大きくなっている。
【００６６】
またインペラファン１２の前面シュラウド１２ｂの中央に設けた吸気口の先端部とファンケース１３の中央に設けた吸気口１３ａとは、インペラファン１２が回転駆動可能な状態でＰＴＦＥ等の樹脂材料で構成されて円環状のリング１９を介して動的シールされている。
【００６７】
図３において、電気掃除機２０は、本体吸気口２１に連通した集塵室２２と本体排気口２３を備えた送風室２４とを有する掃除機本体２５と、集塵室２２に本体吸気口２１と気密に装着された集塵袋２６と、送風室２４に設置された電動送風機１ａと、電動送風機１ａを覆う難燃性の樹脂材料等で構成された防音カバー２７と、送風室２４の上下に配置された吸音材２８とから構成されている。なお図示していないが、本体吸気口２１には、ホース、延長管が順次接続され、延長管の先端には、床面上の塵埃を吸引するノズルが取り付けられている。
【００６８】
以上のように構成された電動送風機およびそれを用いた電気掃除機について、以下その動作、作用を説明する。
【００６９】
まず、電動送風機１ａの動作について説明する。図１において、巻線４を励磁することで回転磁界が発生し、回転磁界と同期して回転子３が回転し、回転軸２には、フレーム前１０ａ側の軸受９から順に、筒状のスペーサー３３、シール板３２、インペラファン１２となり、ナット３４で回転軸２に締結され、固定されたインペラファン１２が回転する。
【００７０】
インペラファン１２は、中央部に吸気口を有した傘形の円板形状からなる前面シュラウド１２ｂと平らな円板形状をした後面シュラウド１２ａで、中心部から空気を吸い込み外周部に空気を吹き出すブレード１２ｃを挟み込み支持して構成されているため、回転軸２の回転とともに、インペラファン１２の回転で生じる遠心力により、インペラファン１２内の空気がインペラファン１２の中央部に配された吸気口から傘型の円板形状の前面シュラウド１２ｂの形状に沿って、同じくインペラファン１２に配されているブレード１２ｃによって掻き出され、インペラファン１２内の外周方向へかつ後方へと押しやられ、インペラファン１２内は負圧になる。
【００７１】
負圧になったインペラファン１２内部には、ファンケース１３の吸気口１３ａおよび前面シュラウド１２ｂの中央部の吸込口からインペラファン１２内へ空気が流れ込み、インペラファン１２に流れ込む気流が発生する。気流はインペラファン１２の中心部の吸気口１３ａから軸方向に流入し、前面シュラウド１２ｂ、ブレード１２ｃに沿って流れた後イ
ンペラファン１２から流出する。
【００７２】
インペラファン１２から流出した気流は、複数の第１の独立風路１６に流入した後、それに連通する複数の第２の独立風路１８をフレーム前１０ａの外周面に沿って流れて電動送風機１ａ外部へと流出する。
【００７３】
その際、第１の独立風路１６と第２の独立風路１８とで形成される一連の独立風路の断面積は上流から下流にかけて大きくなるため、気流は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。電動送風機１ａの送風性能は、電動送風機１ａを駆動するために入力した電力と、電動送風機１ａが行う仕事（インペラファン１２が回転することで発生する真空度と流量の積）との比であらわされる。そのため、実際に使用する流量において電動送風機１ａが発生する真空度（静圧）を大きくすることが、電動送風機１ａの送風性能をあげる上で大変重要となる。
【００７４】
また、ブラシレスモータ１１の発熱は、銅損、鉄損、機械損によるものがある。銅損は巻線４を流れる電流によって生じるジュール熱であり、電流の二乗に比例して大きくなる。また、鉄損はヒステリシス損と渦電流損に分けられる。ヒステリシス損は、ブラシレスモータ１１の磁路を形成する電磁鋼板の物性が原因で発生するもので、回転による磁界の変化で磁束密度が変化することに起因する。また渦電流損は、コア５ａに通る磁束の変動により磁束線のまわりに渦状の電流が流れ、その際の電気抵抗で発生するものである。
【００７５】
機械損は、軸受９部の摩擦や回転子３と固定子６間の空気の攪拌抵抗に起因するものである。特に、鉄損については、ヒステリシス損及び渦電流損共に運転周波数に依存して大きくなるため、ブラシレスモータ１１を高速回転で使用する際には、鉄損での発熱が大きくなり、これをいかに効率よく放熱させるかが重要となる。電気掃除機２０では、電動送風機１ａは高速回転領域での使用が大半であるため、小型で高い送風性能を得るためにはコア５ａの冷却が大変重要である。
【００７６】
コア５ａで発生した熱は、コア５ａ外周部に設けられた直線状の溝７ａに嵌合固定された複数の第２の案内翼８ａへと伝導し、それぞれの案内翼の表面から独立風路を流れるインペラファン１２からの気流に熱が伝達されてブラシレスモータ１１外部へと出ていく。コア５ａと第２の案内翼８ａは熱伝導性の高い接着剤で接着されているので嵌合部に微小な隙間ができるのを防ぐことができ、嵌合部の熱的な接触抵抗が低減することで、コア５ａから第２の案内翼８ａへの熱伝導性を向上することができ、コア５ａで発生した熱が第２の案内翼８ａへ伝導しやすく、また第２の案内翼８ａはインペラファン１２からの気流によって連続的に強制冷却されているため、第２の案内翼８ａとコア５ａとの間に温度差が生じ、コア５ａ内部の熱伝導が促進されて効率よくコア５ａの熱をブラシレスモータ１１外部へと逃がすことができる。
【００７７】
また熱伝導性の高いアルミニウムを使用することで、コア５ａから伝導した熱が第２の案内翼８ａ全体へ伝わりやすく、第２の案内翼８ａを放熱フィンとして扱うことができるようになり、ブラシレスモータ１１を効率よく冷却することが可能となる。
【００７８】
また、巻線４で発生した熱は、熱伝導性樹脂で成形されたモールド部１７を伝導して、両端を保持されている複数の第２の案内翼８ａへと伝わり、コア５ａから伝導した熱と同様の過程を経てインペラファン１２からの気流に伝達して、ブラシレスモータ１１外部へと出ていく。モールド部１７には熱伝導性樹脂を用いているため空気に比べて熱伝導率が飛躍的に高くなり、巻線４で発生した熱を効率的に放熱することができる。
【００７９】
また、第２の案内翼８ａには熱伝導性の高い材質を選定するのが好ましく、アルミニウ
ムの他にも、銅、銀などの金属材料や、熱伝導性の硬い金属や炭素の粉末や繊維などの充填剤（フィラー）を含有させることで熱伝導性を向上させた熱伝導性樹脂を用いてもよく、コア５ａの熱を第２の案内翼８ａへ伝えて放熱面積を大きくし、ブラシレスモータ１１の冷却効果を高めることが可能である。
【００８０】
熱伝導性樹脂としては、ポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）、ナイロンおよび液晶ポリマー（ＬＣＰ）が知られている。導電性のフィラーとしては金属粉末、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられ、絶縁性のフィラーとしては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナなど焼結セラミックが用いられており、絶縁性の有無に応じて選択するフィラーを部位ごとに使い分ける必要がある。但し、放熱フィンとして機能する複数の第２の案内翼８ａには、導電性フィラーを配合した樹脂を用いる方が、絶縁性フィラーを配合した樹脂に比べて熱伝導性を大きくすることができるため、導電性フィラーを配合した樹脂を用いるのが望ましい。
【００８１】
充填剤の配合比率を大きくすると、溶融時の粘度が大きくなって成形性が低下するため、注意が必要である。また、第２の案内翼８ａの厚みと翼枚数は、通気路１４に形成される複数の第２の独立風路１８に対して、ディフューザとして必要な断面積および断面積の変化率と固定子６の冷却に必要な放熱能力の双方から決める必要があり、実験的に最適値を求める必要がある。
【００８２】
本実施の形態では、ブラシレスモータの構成を用いた説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来の電動送風機に用いられる整流子モータ等を用いた場合でも、本発明の効果を変わるものではない。
【００８３】
また、本実施の形態は、図２で示すように、回転軸２に固定されたインペラファン１２の底面に配置されている後面シュラウド１２ａのフレーム前１０ａ側には、シール板３２が配置構成されており、回転軸２に固定されている軸受９は、非接触シール式のシールプレート９ｄで構成されている。インペラファン１２の回転により、インペラファン１２外周方向へ空気は流れる。そのため、軸受９には、ブラシレスモータ１１からインペラファン１２の方向へ空気が流れる。空気は回転している軸受９の内部を通過し、非接触シール式のシールプレート９ｄの隙間からインペラファン１２の方向へ空気が流れていく。シール板３２に配置された円環状の突起部３１とフレーム前１０ａに支持された円環状の軸受リング３０による接触シール作用により、インペラファン１２の回転により負圧になったインペラファン１２部側へ引き込む軸受９からの空気の流れを少なくすることが出来る。
【００８４】
また、そのインペラファン１２の回転による負圧になった圧力差による空気流れの影響により、軸受９から若干潤滑グリスが洩れ出すことになるが、軸受９の外径より小さく構成された円環状の突起３１とフレーム前１０ａに支持した円環状の軸受リング３０が全周が接触するように構成された接触シールの構成を保つことで、空気より粘性、密度、比重が大きな潤滑グリスはその接触部を通過することはない。
【００８５】
また、円環状の突起部３１と円環状の軸受リング３０は、軸受９外径より小さくしたことで、軸受９のシールプレート９ｄの隙間から接触シール部までの空間容積が少なる構成としていることから、軸受９から潤滑グリスは少量しか洩れ出すスペースしかないことになり、軸受９からの潤滑グリス洩れを防止し、軸受９の信頼性向上を図ることとなる。
【００８６】
また、従来の軸受９を接触ゴムシール仕様にした場合は、ゴムと鉄からなる内輪４０ｃとの接触であったのに対し、本実施の形態では、円環状の軸受リングの摺動性がよくなるよう摩擦係数の低い樹脂材料と突起部の金属材料の接触であり、且つ先端部の突起部のみに接触するように接触面積を少なく構成していることから、接触による機械摩擦損失を従
来の接触ゴムシール軸受に比べ低減することができる。
【００８７】
また、板金のプレスで作成されることが一般的であるシール板３２に、プレス加工で円環状の突起部３１を形成するのみであるため、部品追加もなく、僅かな加工費増加のみであり、大幅な価格増加を抑制することも可能である。
【００８８】
また、円環状の軸受リング３０は、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）からなる摺動性がよく、摩擦係数の低い樹脂素材で構成されている。本実施の形態では、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を用いた構成を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、摺動性がよく、シール性を満たすものであればよく、ポリフェニレンサンファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＳ）やポリオキシメチレン（ＰＯＭ）等の耐摩耗性を持った樹脂材料であればよい。
【００８９】
また、前述の円環状の突起部３１と円環状の軸受リング３０との接触シール構成があるため、軸受９には、従来の接触ゴムシール軸受に比べ、比較的コストが安価で簡易な構成をしている非接触シール式軸受を採用することが可能になる。
【００９０】
このとき軸受のシールプレート９ｄに用いられる材料は、一般的には、鉄系材料ではあるが、アルミや樹脂材料等の他の材料を用いた場合の構成でも、前述の効果に変わりはない。
【００９１】
また、軸受９には、接触ゴムシール式軸受を用いた場合でも、軸受の信頼性向上を図ることが可能となり、本発明の効果が軸受種類により、変わるものではない。
【００９２】
また、電動送風機１ａは、電気掃除機２０の吸引性能向上のため、更なる出力向上が求められており、前述したとおり従来の電気送風機の回転数は３０，０００〜４５，０００ｒ／ｍｉｎと高速運転を行っているが、更に電動送風機の回転数は、４５，０００〜１２０，０００ｒ／ｍｉｎとさらに高速運転が行われる。
【００９３】
インペラファン１２が高速で回転すると同時に、軸受９も同様に高速回転を行うため、インペラファン１２回転によるファン出力増加に伴って負圧化による空気流れも増大することに伴い、軸受９の潤滑グリス抜けも増大する。
【００９４】
ゴム材料を用いた接触ゴムシール式の軸受は、接触によるゴムシール削れおよび機械摩擦損失増大のため、前述の４５，０００〜１２０，０００ｒ／ｍｉｎの高速化に対応をした軸受は流通が少ない。しかしながら、本発明は、非接触シール式の軸受９でも軸受の潤滑グリス抜けを防止することが出来るため、特殊で高価な軸受を使用することなく、軸受の信頼性を向上することが可能となる。
【００９５】
次に、電気掃除機２０の動作について図３を用いて説明する。図３において、電動送風機１ａのインペラファン１２が回転すると、集塵室２２が負圧状態になり、ノズル（図示せず）から吸引された塵埃を含む気流が本体吸気口を通過して集塵室２２内に装着された集塵袋２６へ流入する。集塵袋２６で塵埃を濾過分離した清潔な気流は、電動送風機１ａのインペラファン１２へ流入し、第１の独立風路１６とそれに連通する第２の独立風路１８を通過した後、防音カバー２７の排気口から流出して掃除機本体２５外部へと放出される。
【００９６】
電気掃除機２０は、小型で送風性能の高い電動送風機１ａを搭載しているため、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性がよく、電動送風機１ａの本体サイズが小さくて、重量が軽いので、小回りが利いて使い勝手がよい。また、掃除機本体２５内に吸音材２８が配置可能な
空間の拡大を図り、掃除機本体２５内に設ける吸音材２８の設置面積を大きくすることで、吸音面積を拡げて運転音の小さな電気掃除機２０にすることも可能である。
【００９７】
以上のように、本実施の形態においてはインペラファン１２の後面シュラウド１２ａとフレーム前１０ａとの間に円環状突起部３１を有したシール板３２を配し、フレーム前１０ａに支持され、シール板３２の突起部３１と接触する円環状の軸受リング３０を構成することにより、突起部３１と軸受リング３０のシール作用により、インペラファン１２側への空気流れを少なくし、軸受９からの潤滑グリス洩れを抑えることができ、ファン効率向上および軸受９の信頼性向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、機械摩擦損失を抑えながら、ファン負圧による軸受からの空気洩れを少なくし、軸受からの潤滑グリス洩れも少なくするため、軸受の信頼性向上が可能となるので、高効率な吸引性能および高信頼性な電動送風機を得ることが可能となり、床移動型交流掃除機にかぎらず、ハンディ型や、縦型、または直流充電式掃除機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１ａ、ｂ 電動送風機
２ 回転軸
３ 回転子
４ 巻線
５ａ、ｂ コア
６ 固定子
７ａ、ｂ 溝（凹部）
８ａ、ｂ 第２の案内翼
９ 軸受
９ａ ボール
９ｂ 外輪
９ｃ 内輪
９ｄ シールプレート
１０ａ フレーム前
１０ｂ フレーム後
１１ ブラシレスモータ
１２ インペラファン
１２ａ 後面シュラウド
１２ｂ 前面シュラウド
１２ｃ ブレード
１３ ファンケース
１３ａ 吸気口
２０ 電気掃除機
３０ 軸受リング
３１ 突起部
３２ シール板
３３ 筒状スペーサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易なシール構成により、軸受側からのファン負圧側への空気洩れせず、軸受信頼性向上を簡易な構成で行う電動送風機およびそれを用いた電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動送風機は、家庭用の電気掃除機に多く利用されている。電気掃除機には、強い吸引力が望まれており、より強い吸引力を得るためには、電気掃除機の電動送風機の送風性能を向上する必要がある。送風性能向上には、ファン出力増加ともに、ファン効率向上も望まれている。ファン効率向上には、ファン開発における設計項目（直径アップ等）以外にファン小径による円盤摩擦損失を低減し、ファン高速回転化による効率向上も設計項目に含まれており、ファン効率向上のため、開発項目として必須である。
【０００３】
電動送風機は、大きく５つの部品により構成されている。高速で回転することにより、風量と圧力（動圧と静圧）を発生させるファンとしてのインペラファン部品、インペラファンにより発生した動圧を静圧に変換し、ファンの効率に寄与できるようにするエアガイド部品。（いわゆるディフューザガイドである。）また、インペラファンとエアガイドを覆い、内部の空気を洩らさない、外部からの空気浸入させないために、構成される外郭部品のファンケース。電気により回転する回転軸を有する回転子と固定子により構成されるモータ部、回転軸の両端部を支持する軸受部とその軸受を保持し、軸受と固定子を覆うフレームの大きく５点により構成されている。
【０００４】
インペラファンは、複数の部品により組立構成されている。中央に吸込み口を有する前面シュラウドと後面シュラウドと、一対のシュラウド間に狭時されるブレードと、ブレードの吸込口側を接合され、前面シュラウド及び後面シュラウドによって前後から押さえつけられるインデューサを有し、インデューサの基部を構成するハブ内部に、回転軸を固定する筒状スペーサーを有し構成されている。
【０００５】
インペラファン部は、回転数増加に伴い、インペラファンへかかる負担も増加するため、インペラファン構造（強度、材料、構造体）や組付け時の組み付け不良等により、インペラファン部が他部品（エアガイドやファンケース）との接触により破損やインペラファン強度不足により回転数増大による遠心力増大、ファン出力増加によるインペラファンへかかる圧力増大によりインペラファンが変形し、ファンの性能低下、寿命低下（信頼性低下）が懸念される。
【０００６】
前述のように、電動送風機のファン部のインペラファン部は、風量と圧力を発生させるファン性能にとって重要部品であるとともに、ファンの信頼性を確保する上でも重要部品である。
また、前述のインペラファンと同様に、回転軸の両端部を支持する軸受部についても、モータ部の回転トルクを損失を少なく、インペラファンに伝達する。ファンの信頼性を確保する上で重要部品である。
【０００７】
軸受部はいわゆるころがり軸受（以下、軸受）が電動送風機には、一般的に使用されており、回転数増加に伴い、インペラファン同様に軸受へかかる負担も増加する。そのため、軸受が正規寿命を迎えるまでに、使用不能になる軸受の寿命低下（信頼性低下）が懸念される。
【０００８】
一般的には、軸受が正規寿命までに使用不能になるには、軸受のころがり運動を行う、ころまたは球（ボール）への大荷重による破損や、組み付け時の組み付け不良以外には、軸受の外輪や内輪と、ころまたは球への潤滑を行う潤滑グリス不足による破損と軸受への異物混入による破損が多くの使用不能となる原因を占めている。潤滑グリス不足や異物混入等により破損を未然に防止し、より軸受を正規寿命までの状態へ導く軸受信頼性向上も必須技術である。
【０００９】
従来では軸受の信頼性向上を図るため、様々な技術が開発されている。例えば軸受の信頼性向上には、以下の構成としたものもある。整流子モータのファン軸受の少なくともどちらか一方に接触式のシール板を配し、軸受を防塵し軸受信頼性を向上するものである（例えば特許第文献１参照）。
【００１０】
図４〜図７において、図４は、上記特許文献１に記載された従来の電動送風機の断面図、図５は、同電動送風機の軸受拡大断面図、図６は、同電動送風機を用いた従来の電気掃除機の概略構成図である。
【００１１】
図４において、従来のこの種の電動送風機５１は、モ−タ部５３と、ファン部５２から構成され、モ−タ部５３の回転子３８は、整流子、回転子巻線（図示しない）を有し、前記回転子巻線は、電機子コア外周に巻かれている。
【００１２】
前記回転子３８は、モ−タ部５３の回転軸３７の両端には軸受４０、４１が圧入され、この軸受４０，４１がファン側フレーム５４と反ファン側フレーム５５にて保持されることにより、支持されている。そして、前記回転子３８は、巻線を有した固定子３９を内包し回転軸３７を支持する軸受４０，４１を保持した反ファン側フレーム５５により覆われて構成されている。
【００１３】
ファン部５２は、ファン側フレーム５４と、空気を吸引、吹き出しを行うインペラファン４３とインペラファン４３の間に形成した吹き出された空気の動圧を静圧に変換・整流用のエアガイド４４があり、インペラファン４３の上方はファンケース４６で覆われている。
【００１４】
インペラファン４３は、アルミなどのプレス部品によって組立てられ、複数枚のブレード４２を、平面の円板形状からなる後面シュラウド４２ｂと傘形の円板形状からなる前面シュラウド４２ａによって挟持しており、焼結や真鍮からなるスペーサー５７、板金などからなる座金５６、及びナット５８により回転軸３７に固定され、回転軸３７とともに回転する。
【００１５】
エアガイド４４は、ネジ（図示せず）等にてファン側フレーム５４に固定しており、ファン側フレーム５４と反ファン側フレーム５５もネジ（図示せず）等にて固定してある。
【００１６】
次に、図５を用いて、前記電動送風機の軸受部の構成について説明する。
【００１７】
図５において、軸受４０の内部構成は、内輪４０ｃと外輪４０ｂと、その上下を覆うシール板４０ｄ、４０ｅで内部をシールしており、ファン側のシール板４０ｄは、内輪４０ｃと非接触、反ファン側のシール板４０ｅは、内輪４０ｃと接触する仕様となっている。一般的には、非接触のシール板４０ｄは鉄、接触する方のシール板４０ｅはゴムでそれぞれ構成されている。
【００１８】
従来の電動送風機（図示しない）では、負荷側の軸受の上下２つのシール板とともに非接触の鉄シールを施してきたが、電気掃除機の吸引性能の向上に伴い、ファン部内の真空
圧が向上し、結果、負荷側の軸受内部の僅かな隙間を通り、モ−タ部側からファン部側に向って僅かな空気洩れが発生し、その僅かな空気洩れにより、ファン部の吸引性能低下および軸受からの潤滑グリス洩れが発生する。そのため、ファン部吸引性能の低下および軸受の信頼性の低下要因の一つとなっていた。
【００１９】
従って、図５に示すように、軸受４０の反負荷側のシール板４０ｅを内輪４０ｃと接触させることで、モ−タ部５３側からファン部５２側に向っての空気洩れを防ぎ、ファン部５２の吸引性能向上および軸受の潤滑グリス洩れの防止を図っていた。
【００２０】
このような構造で、従来の電動送風機５１は構成されており、動作・作用としてはインペラファン４３が回転することによって発生する吹き出し風が、インペラファン４３の吹き出し口１１ｂの外周に設けた整流用のエアガイド４４を通過した後、モ−タ部５３の回転子３８、固定子３９を冷却し、反ファン側フレーム５５を通過して後方に排気される。
【００２１】
従来の電動送風機５１が組み込まれた電気掃除機は、図６のような構造となっている。図６において、電気掃除機本体６１（以下、「本体６１」と称す）は、中央部に設けられた格子隔壁６２より集塵室６３と、モ−タ室６４に分けられており、集塵室６３には紙袋６５が、モ−タ室６４には上記電動送風機５１が備えつけられている。本体６１には、接続パイプ６６、ホ−ス６７、先端パイプ６８、延長管６９、ノズル７０が順次接続されている。
【００２２】
上記従来の電気掃除機の作用としては、電動送風機５１の吸引力によりノズル７０から集められたゴミは、延長管６９、先端パイプ６８、ホ−ス６７、接続パイプ６６を通り、集塵室６３の紙袋６５に集める構成になっている。
【００２３】
また、軸受信頼性向上を図る構成として、前述以外の方法として図７に示すものもある。図７は、前述の従来の特許文献１以外の方法の電動送風機の軸受拡大図を示すものである。ファン部のインペラファン回転により負圧になるため、軸受部からの空気流入を防ぐために、モータハウジング室外径より大きい径の円形の接触リングをエアガイド底面部に接触固定し、空気洩れを少なくし、ファン性能を向上するものである。（例えば特許文献２参照）
図７は、負荷側の軸受４０の反負荷側のシール板４０ｅについても、非接触シール構成、で上下のシール板４０ｄ、４０ｅ共に非接触の標準ころがり軸受としたものである。
【００２４】
インペラファン４３を回転軸３７に固定、位置決めするために、インペラファン４３の後面シュラウド４２ｂの底面部には、焼結や真鍮などからなるスペーサー５７と、板金などからなる座金５６を有し、後面シュラウド４２ｂの吸引側面部は、座金５６を介して、ナット５８により回転軸３７に固定されている。後面シュラウド４２ｂの底面部に位置する座金５６について、軸受４０を収めたファン側フレーム５４のハウジング室１２７の外径Ａよりも大きい径とされており、座金５６の反負荷側外周面には、先端が鋭角に形成された円形接触リング１２４が、樹脂で形成されたエアガイド４４の底面部との接触を行う構成である。
【００２５】
上記のような構成とすることで、インペラファン４３の後面シュラウド４２ｂの底面に設けた座金５６はエアガイド４４の中央部間で、接触シールを実施することができるため、負荷側軸受４０の上下シール板４０ｄ、４０ｅの両側共に非接触の標準軸受仕様であっても、ファン負圧によるモ−タ部５３側からファン部５２側への空気流れを防ぐことが可能となるとされるものである。接触ゴムシール仕様に比べて、ゴムと鉄からなる内輪４０ｃとの接触であったのに対し、樹脂材料と鉄材料の接触おおび、円形接触リング１２４の先端部を鋭角な形状で構成していることから、接触による機械摩擦損失を接触ゴムシール
式軸受に比べ低減することができるとされているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特許第３５３８００６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、従来の電動送風機５１は、３０，０００〜４５，０００ｒ／ｍｉｎという高速回転で運転される。前記従来の電動送風機５１の特許文献１の構成では、軸受４０の外輪部に取り付け固定されたゴム材質からなるシール板４０ｅを、３０，０００〜４５，０００ｒ／ｍｉｎという高速回転で軸受４０の内輪と接触回転するもので、接触シール式軸受４０は、非接触シール式軸受より、機械摩擦損失が増大し、入力電力も増大する。
【００２８】
空気流れを少なくするのと軸受４０の潤滑グリス漏れを少なくするためには軸受４０を接触式シールにし、軸受４０にシール板を配置構成する必要がある。いわゆる外輪４０ｂと内輪４０ｃのシール板４０ｄ、４０ｅを構成し、軸受４０隙間をタイトにする必要がある。従来の特許文献１の方法により、軸受４０を通過する空気洩れを少なくすることはできるが、結果としてシール板が４０ｄ、４０ｅ高速回転で運転される電動送風機５１では、接触による機械摩擦損失の増大によることから総合的には、ファン効率が低下するという課題を有していた。
【００２９】
また、接触ゴムシール式の軸受４０は、一般的に使用されている鉄材料で構成される非接触シール軸受と比較すると一般的に流通数が少なくゴムと鉄という異材料のため構成および組立が複雑化し、価格が高価になる。また、極めて軸受４０近傍でゴムが接触することにより、接触部から発生するゴムの削りカスが軸受部へ侵入し、軸受４０の信頼性低下を招くという課題を有していた。
【００３０】
また、電動送風機５１が更なる出力増加を求めるために、回転数増加を行った場合、例えば４５，０００〜１２０，０００ｒ／ｍｉｎという高速回転化を行った際には、機械摩擦損失は荷重に比例するため遠心力増加により増大する。
【００３１】
また、接触ゴムシールのため、ゴムの削りカスも増大する。削りカスは軸受４０部に侵入し、異物混入による軸受４０の信頼性低下という課題を有していた。
【００３２】
また、従来の特許文献２では、円形接触リング１２４と非接触シール式軸受４０により、機械摩擦損失が従来特許文献１に比べ増大せず、ファン側への空気流入を少なくするため、ファン効率の低下は少ないものとされている。しかしながらインペラファン４３の回転によりインペラファン４３側へ発生した空気流れにより、軸受４０の潤滑グリスが圧力差によりインペラファン４３側へ洩れ出す。潤滑グリスは、円形接触リング１２４によりインペラファン４３側へは洩れ出すことはないが、ハウジング外径以上の大きさで形成されているため、容積が大きく、円形接触リング１２４内部には、軸受４０より洩れ出す潤滑グリスもその容積に比例し、増加。容積内に潤滑グリスがサイズに応じて溜まる量も比例する。
【００３３】
電動送風機５１が更なる高速運転が行われることにより、負圧による空気流れも増大し、軸受４０から流出する潤滑グリスも増大し、軸受４０の信頼性低下がさらに課題になる。
結果として、潤滑グリスが軸受４０より洩れ出すことで信頼性低下という課題を有してい
た。
【００３４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、円環状の接触リングと円突起のシール作用で、軸受４０からの潤滑グリス洩れを少なくすることにより、軸受部品の信頼性向上を図る構成であり、軸受部からインペラファン部への空気洩れも低減する高効率化も図る構成とした電動送風機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】
【００３５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電動送風機は、
回転軸を有する回転子と固定子とを対向配置したモータと、
前記回転軸の少なくとも一端を支持する軸受を保持し、前記軸受と前記固定子を覆うフレームと、
前記回転軸の端部に固定され、中央に吸込口を有する前面シュラウドと前記前面シュラウドに対向する後面シュラウドと前記１対のシュラウド間に挟持される複数枚のブレードとで構成されたインペラファンと、
中央に吸気口を有し、前記インペラファンを覆うファンケースと、
前記後面シュラウドと前記フレームとの間に配置され、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板と、
前記フレームに支持された円環状の軸受リングと、を備え、
前記円環状の軸受リングは、前記円環状の軸受リングの中心が前記回転軸の略中心に合うように配置され、前記シール板の円環状突起全周が前記円環状の軸受リングと接触するように構成したものである。
【００３６】
これによって、フレームに支持された円環状の軸受リングと前記後面シュラウドと前記フレームとの間に、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板とによるシール作用により、ファン回転により負圧になったインペラファン部への軸受からの空気流れを少なくすることが出来る。また、インペラファンの回転による遠心力および圧力差による空気流れの影響により軸受からの潤滑グリスが洩れ出すが、後面シュラウドと前記フレームとの間に配した円環状突起を有したシール板よびフレームに支持された円環状の軸受リングにより、空気より粘性、密度、比重が大きな軸受の潤滑グリスはその接触部を通過することができず、潤滑グリス洩れを低減することができる。また、円環状突起と円環状軸受リングとのシールは、軸受外輪外径より小さく構成されているため、内部の容積が少ないことから、軸受から潤滑グリス少量しか洩れ出すスペースは無く、結果として、軸受からの潤滑グリス洩れを防止し、軸受の信頼性向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の電動送風機は、円環状の軸受リングと円環状突起のシール作用で軸受からの潤滑グリス洩れを少なくすることにより、軸受部品の信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における電動送風機の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における軸受部周辺の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電気掃除機の本体構成の縦断面図
【図４】従来の電動送風機の一部断面図
【図５】従来の電動送風機の軸受部の部分断面図
【図６】従来の電動送風機を用いた電気掃除機の概略構成図
【図７】従来の電動送風機の軸受部の部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
第１の発明は、回転軸を有する回転子と固定子とを対向配置したモータと、
前記回転軸の少なくとも一端を支持する軸受を保持し、前記軸受と前記固定子を覆うフレームと、
前記回転軸の端部に固定され、中央に吸込口を有する前面シュラウドと前記前面シュラウドに対向する後面シュラウドと前記１対のシュラウド間に挟持される複数枚のブレードとで構成されたインペラファンと、
中央に吸気口を有し、前記インペラファンを覆うファンケースと、
前記後面シュラウドと前記フレームとの間に配置され、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板と、
前記フレームに支持された円環状の軸受リングと、を備え、
前記円環状の軸受リングは、前記円環状の軸受リングの中心が前記回転軸の略中心に合うように配置され、前記シール板の円環状突起全周が前記円環状の軸受リングと接触するように構成した。これによって、フレームに支持された円環状の軸受リングと前記後面シュラウドと前記フレームとの間に、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板とによるシール作用により、３０，０００〜４５，０００ｒ／ｍｉｎという高速で運転される電動送風機でも、高速なインペラファン回転により負圧になったインペラファン部への軸受からの空気流れを少なくすることが出来る。
【００４０】
また、高速なインペラファンの回転による遠心力および圧力差による空気流れの影響により軸受からの潤滑グリスが洩れ出すが、後面シュラウドと前記フレームとの間に配した円環状突起を有したシール板よびフレームに支持された円環状の軸受リングは、ラビリンスシールと呼ばれる構造を有しており、空気より粘性、密度、比重が大きな軸受の潤滑グリスはその接触部を通過することが少なくなり、潤滑グリス洩れを低減することができる。また、電動送風機の４５，０００〜１２０，０００ｒ／ｍｉｎという更なる高速回転化を行った際でも、インペラファン高速回転により、軸受部からインペラファン部への空気流れも増大し、軸受の潤滑グリス洩れも回転数に比例する。
【００４１】
また、機械摩擦損失は荷重に比例するため遠心力増加によりに増大することになるが、円環状の突起部と軸受リングの接触により、シールすることにより、突起部の接触のため、接触面積を少なくし、摩擦損失を低減することができる。また、シールすることにより、潤滑グリス漏れおよび空気漏れも少なくすることができるため、電動送風機の効率低下を防止し、軸受の信頼性低下を防止することができる。
【００４２】
第２の発明は、特に第１の発明の円環状突起を有したシール板を後面シュラウドと一体構成にした。これによって、円環状突起を有したシール板をダイカスト工法や鋳造、鋳物、鍛造、焼結あるいはプレスと様々な工法を用いて、前記後面シュラウドに一体として形成することにより、部品点数の削減、部品軽量化、組立工数削減、組み付け精度の向上することとなり、より簡易な構成で電動送風機の提供ができる。
【００４３】
第３の発明は、特に第１または第２の発明の円環状突起の外径および前記円環状の軸受リングの外径は、前記軸受の外径より、小さくしたことにより、円環状の軸受リングと円環状突起のシール作用により、軸受からの空気流れを少なくすることができる。また、ファン回転による負圧により、圧力差による空気流れの影響によって軸受から潤滑グリスが若干シール部まで洩れ出すが、円環状突起と円環状軸受リングとのシールを軸受外輪外径より小さく構成することにより、シール部が内側に寄るためこの軸受よりシール部の内側まで漏れ出す潤滑グリスの容量を少なくすることができる。そのため、結果として、軸受からの潤滑グリス洩れを防止し、軸受の外輪や内輪ところまたは球への潤滑を行う潤滑グリス不足による破損を防止し信頼性向上を図ることとなる。
【００４４】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の円環状の軸受リングを摩擦係数の低い樹脂材料にて構成したことにより、シール板部の素材であるアルミまたは鉄系の材
料、またはエンプラ等の高強度材料で構成された円環状の突起より、比較的軟らかい摩擦係数の低い樹脂材料の円環状の軸受リングとすることにより、円環状の突起が円環状の軸受リングとの接触面積が増える。
【００４５】
また、接触面積が増えることにより、円環状の突起と円環状の軸受は接触シールと呼ばれる構造を有しており、通常の接触シールの機械摩擦損失は荷重に比例するため、回転数増加に対する遠心力増加により増大する。そのため、円環状の突起より比較的摺動性の良い、摩擦係数の低い樹脂材料で構成された円環状の軸受リングに接触することで、シール性が良好になると同時に、機械摩擦損失を低減することができる。
【００４６】
また、その際、円環状の軸受リングは、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）に代表されるような低摩擦係数の樹脂材料を使用することにより、機械摩擦損失を低減することができ、摩擦損失によるファン性能低下を低減することができる。
【００４７】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の電動送風機を搭載した電気掃除機とすることにより、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性がよく、電動送風機の軸受信頼性が向上した電気掃除機となる。
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４９】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態における電動送風機の構成を示すものである。
【００５０】
図１は同電動送風機の断面図であり、図２は、同電動送風機の軸受部周辺の断面図であり、図３は、同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す縦断面図である。
【００５１】
図１〜図３に示すように、電動送風機１ａは、回転軸２を有する回転子３と、回転子３の外周に隙間を設けて配置され巻線４が巻かれたコア５ａで構成される固定子６と、コア５ａ外周部に溝７ａを設け嵌め合い固定した複数の第２の案内翼８ａと、回転軸２の軸受９を保持し固定子６を覆う吸い込み気流上流側に位置する前側のフレーム前１０ａと吐き出し方向に位置するフレーム後１０ｂとで構成されるブラシレスモータ１１と、回転軸２に固定され、中央部に吸気口を有した傘形の円板形状からなる前面シュラウド１２ｂと平らな円板形状をした後面シュラウド１２ａで、中心部から空気を吸い込み外周部に空気を吹き出すブレード１２ｃを挟み込み支持して構成されたインペラファン１２と、インペラファン１２を覆うファンケース１３と、フレーム前１０ａと当接して配置され複数の第１の独立風路１６を形成するモータケース１５を備えている。
【００５２】
図２においては、本発明の電動送風機の軸受部周辺の断面図であり、前述したフレーム前１０ａと回転軸２と軸受９の断面形状を現している。
【００５３】
その中でインペラファン１２の底面部に位置する後面シュラウド１２ａのフレーム前１０ａ側面には、フレーム前１０ａ側に突出した円環状の突起部３１を配したシール板３２を配している。また、フレーム前１０ａには、シール板３２の円環状の突起部３１の全周が接触するように支持配置された円環状の軸受リング３０を有している。
【００５４】
尚、円環状の軸受リング３０は、円環状の軸受リング３０の中心と回転軸２の略中心が合うように支持配置されており、シール板３２の円環状の突起部３１の全周が円環状の軸受リング３０を接触するように構成されている。
【００５５】
軸受リング３０は、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等に代表されるような低摩擦係数の樹脂材料で構成された円環状の軸受リング３０である。本実施の形態では、前述の樹脂材料を用いた構成で説明をするが、本発明はこれに限定されるものではなく、摺動性がよく、シール性を満たすものであればよく、ポリフェニレンサンファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、等の耐磨耗性を持った樹脂材料であればよい。また、他の樹脂材料でも可能であり、耐摩耗性および摺動性が良い樹脂材料で、接着剤との接着性がよい樹脂材料を用いて構成してもよい。
【００５６】
また、樹脂材料以外の鉄、アルミ系、焼結合金、真鍮等材料、あるいは、ゴム等の弾性体の材料を用いて構成してもよく、シール板３２の円環状の突起部３１との接触で機械摩擦損失を低減し、なおかつ潤滑グリス洩れを低減するシール構成を保てれば、本発明は上述の樹脂材料に限定されるものではなく、本発明にかかる効果も同等に発揮できることは言うまでもない。
【００５７】
なお、シール板３２の円環状の突起部３１と円環状の軸受リング３０との接触代が接触シールによるタイト部になる。いわゆるクリアランスがなく常時接触している状態で構成することで、接触シールのシール性を良好に保つことなり、潤滑グリス洩れおよび空気洩れを低減することができる。
【００５８】
しかしながら、この接触代を大きくするためには、シール板にかかるスラスト方向の荷重が大きくなる。
【００５９】
機械摩擦損失は、荷重に比例するため、機械摩擦損失も増大する。したがって、接触代については、電動送風機の運転条件（回転数およびファン出力）により、左右されるため、電動送風機の運転条件に応じて実験的に最適値を求める必要がある。同様に突起部３１の形状についても、先端形状については鋭角突起や鈍角突起、９０度の直角三角形や、あるいはＲ面取り状の突起等の形状で構成することが可能である。
【００６０】
あるいは、インペラファン１２に円環状の突起部３１を有したシール板３２をダイカスト工法や鋳造、鋳物、鍛造、焼結あるいはプレスなどの工法を用いてインペラファン１２に備える構成として、後面シュラウド１２ａに一体構成することも可能であるが、本発明は前述の形状に限定するものではなく、機械摩擦損失を抑える形状で、接触代を少なくシール性を保つ形状であればよく、本実施の形態の形状に限定するものではない。
【００６１】
なお、円環状の突起部３１やインペラファン１２後面シュラウド１２ａに一体形状についての工法および寸法についても前述のとおり、電動送風機の運転条件に左右されるため、実験的に最適値を求める必要がある。
【００６２】
回転軸２の軸受９については、フレーム前１０ａに構成配置されている外輪９ｂと回転軸２に構成配置され回転子３とインペラファン１２と共に回転する内輪９ｃ、回転軸２からの回転荷重を受けた内輪９ｃとつなげるボール部９ａ、ボール部９ａを均等な位置間隔に配置し、外輪９ｂと内輪９ｃとにボール９ａを保持する保持器（図示しない）により構成された、いわゆるころがり軸受である。
【００６３】
この軸受９には、潤滑グリス（図示しない）が内臓されており、軸受９の外輪９ｂ、内輪９ｃ、ボール部９ａを潤滑している。潤滑グリスの洩れを防止するのと軸受外部からの塵埃や異物の侵入を防止するシールプレート９ｄを軸受９のインペラファン１２に対して、スラスト方向の前後に配置している。この前後のシールプレート９ｄは、外輪９ｂに固
定されており、内輪部９ｃには接触をしていない構成のいわゆる非接触シール構成とした軸受９である。
【００６４】
加えてインペラファン１２を回転軸２に固定および位置決めをするために、インペラファン１２の底面部に位置する後面シュラウド１２ａの底面部には、フレーム前１０ａ側に突出した円環状の突起部３１を配したシール板３２を配し、シール板２２の底面部には、焼結や真鍮などからなる筒状のスペーサー３３が構成されシール板３２および筒状のスペーサー３３を介して、ナット３４により、回転軸２にインペラファン１２は固定されている。
【００６５】
シール板３２は、アルミや鉄、焼結合金、真鍮等の金属により構成されている。フレームのモータケース１５は通気路１４上流から下流にかけて所定の角度で拡がる円錐形状を有しており、第１の案内翼１５ａはモータケース１５内壁に当接している。それに伴い、第１の独立風路１６とそれに連通する第２の独立風路１８とで形成される一連の独立風路は、通気路１４の上流から下流にかけて断面積が連続的に大きくなっている。
【００６６】
またインペラファン１２の前面シュラウド１２ｂの中央に設けた吸気口の先端部とファンケース１３の中央に設けた吸気口１３ａとは、インペラファン１２が回転駆動可能な状態でＰＴＦＥ等の樹脂材料で構成されて円環状のリング１９を介して動的シールされている。
【００６７】
図３において、電気掃除機２０は、本体吸気口２１に連通した集塵室２２と本体排気口２３を備えた送風室２４とを有する掃除機本体２５と、集塵室２２に本体吸気口２１と気密に装着された集塵袋２６と、送風室２４に設置された電動送風機１ａと、電動送風機１ａを覆う難燃性の樹脂材料等で構成された防音カバー２７と、送風室２４の上下に配置された吸音材２８とから構成されている。なお図示していないが、本体吸気口２１には、ホース、延長管が順次接続され、延長管の先端には、床面上の塵埃を吸引するノズルが取り付けられている。
【００６８】
以上のように構成された電動送風機およびそれを用いた電気掃除機について、以下その動作、作用を説明する。
【００６９】
まず、電動送風機１ａの動作について説明する。図１において、巻線４を励磁することで回転磁界が発生し、回転磁界と同期して回転子３が回転し、回転軸２には、フレーム前１０ａ側の軸受９から順に、筒状のスペーサー３３、シール板３２、インペラファン１２となり、ナット３４で回転軸２に締結され、固定されたインペラファン１２が回転する。
【００７０】
インペラファン１２は、中央部に吸気口を有した傘形の円板形状からなる前面シュラウド１２ｂと平らな円板形状をした後面シュラウド１２ａで、中心部から空気を吸い込み外周部に空気を吹き出すブレード１２ｃを挟み込み支持して構成されているため、回転軸２の回転とともに、インペラファン１２の回転で生じる遠心力により、インペラファン１２内の空気がインペラファン１２の中央部に配された吸気口から傘型の円板形状の前面シュラウド１２ｂの形状に沿って、同じくインペラファン１２に配されているブレード１２ｃによって掻き出され、インペラファン１２内の外周方向へかつ後方へと押しやられ、インペラファン１２内は負圧になる。
【００７１】
負圧になったインペラファン１２内部には、ファンケース１３の吸気口１３ａおよび前面シュラウド１２ｂの中央部の吸込口からインペラファン１２内へ空気が流れ込み、インペラファン１２に流れ込む気流が発生する。気流はインペラファン１２の中心部の吸気口１３ａから軸方向に流入し、前面シュラウド１２ｂ、ブレード１２ｃに沿って流れた後イ
ンペラファン１２から流出する。
【００７２】
インペラファン１２から流出した気流は、複数の第１の独立風路１６に流入した後、それに連通する複数の第２の独立風路１８をフレーム前１０ａの外周面に沿って流れて電動送風機１ａ外部へと流出する。
【００７３】
その際、第１の独立風路１６と第２の独立風路１８とで形成される一連の独立風路の断面積は上流から下流にかけて大きくなるため、気流は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。電動送風機１ａの送風性能は、電動送風機１ａを駆動するために入力した電力と、電動送風機１ａが行う仕事（インペラファン１２が回転することで発生する真空度と流量の積）との比であらわされる。そのため、実際に使用する流量において電動送風機１ａが発生する真空度（静圧）を大きくすることが、電動送風機１ａの送風性能をあげる上で大変重要となる。
【００７４】
また、ブラシレスモータ１１の発熱は、銅損、鉄損、機械損によるものがある。銅損は巻線４を流れる電流によって生じるジュール熱であり、電流の二乗に比例して大きくなる。また、鉄損はヒステリシス損と渦電流損に分けられる。ヒステリシス損は、ブラシレスモータ１１の磁路を形成する電磁鋼板の物性が原因で発生するもので、回転による磁界の変化で磁束密度が変化することに起因する。また渦電流損は、コア５ａに通る磁束の変動により磁束線のまわりに渦状の電流が流れ、その際の電気抵抗で発生するものである。
【００７５】
機械損は、軸受９部の摩擦や回転子３と固定子６間の空気の攪拌抵抗に起因するものである。特に、鉄損については、ヒステリシス損及び渦電流損共に運転周波数に依存して大きくなるため、ブラシレスモータ１１を高速回転で使用する際には、鉄損での発熱が大きくなり、これをいかに効率よく放熱させるかが重要となる。電気掃除機２０では、電動送風機１ａは高速回転領域での使用が大半であるため、小型で高い送風性能を得るためにはコア５ａの冷却が大変重要である。
【００７６】
コア５ａで発生した熱は、コア５ａ外周部に設けられた直線状の溝７ａに嵌合固定された複数の第２の案内翼８ａへと伝導し、それぞれの案内翼の表面から独立風路を流れるインペラファン１２からの気流に熱が伝達されてブラシレスモータ１１外部へと出ていく。コア５ａと第２の案内翼８ａは熱伝導性の高い接着剤で接着されているので嵌合部に微小な隙間ができるのを防ぐことができ、嵌合部の熱的な接触抵抗が低減することで、コア５ａから第２の案内翼８ａへの熱伝導性を向上することができ、コア５ａで発生した熱が第２の案内翼８ａへ伝導しやすく、また第２の案内翼８ａはインペラファン１２からの気流によって連続的に強制冷却されているため、第２の案内翼８ａとコア５ａとの間に温度差が生じ、コア５ａ内部の熱伝導が促進されて効率よくコア５ａの熱をブラシレスモータ１１外部へと逃がすことができる。
【００７７】
また熱伝導性の高いアルミニウムを使用することで、コア５ａから伝導した熱が第２の案内翼８ａ全体へ伝わりやすく、第２の案内翼８ａを放熱フィンとして扱うことができるようになり、ブラシレスモータ１１を効率よく冷却することが可能となる。
【００７８】
また、巻線４で発生した熱は、熱伝導性樹脂で成形されたモールド部１７を伝導して、両端を保持されている複数の第２の案内翼８ａへと伝わり、コア５ａから伝導した熱と同様の過程を経てインペラファン１２からの気流に伝達して、ブラシレスモータ１１外部へと出ていく。モールド部１７には熱伝導性樹脂を用いているため空気に比べて熱伝導率が飛躍的に高くなり、巻線４で発生した熱を効率的に放熱することができる。
【００７９】
また、第２の案内翼８ａには熱伝導性の高い材質を選定するのが好ましく、アルミニウ
ムの他にも、銅、銀などの金属材料や、熱伝導性の硬い金属や炭素の粉末や繊維などの充填剤（フィラー）を含有させることで熱伝導性を向上させた熱伝導性樹脂を用いてもよく、コア５ａの熱を第２の案内翼８ａへ伝えて放熱面積を大きくし、ブラシレスモータ１１の冷却効果を高めることが可能である。
【００８０】
熱伝導性樹脂としては、ポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）、ナイロンおよび液晶ポリマー（ＬＣＰ）が知られている。導電性のフィラーとしては金属粉末、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられ、絶縁性のフィラーとしては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナなど焼結セラミックが用いられており、絶縁性の有無に応じて選択するフィラーを部位ごとに使い分ける必要がある。但し、放熱フィンとして機能する複数の第２の案内翼８ａには、導電性フィラーを配合した樹脂を用いる方が、絶縁性フィラーを配合した樹脂に比べて熱伝導性を大きくすることができるため、導電性フィラーを配合した樹脂を用いるのが望ましい。
【００８１】
充填剤の配合比率を大きくすると、溶融時の粘度が大きくなって成形性が低下するため、注意が必要である。また、第２の案内翼８ａの厚みと翼枚数は、通気路１４に形成される複数の第２の独立風路１８に対して、ディフューザとして必要な断面積および断面積の変化率と固定子６の冷却に必要な放熱能力の双方から決める必要があり、実験的に最適値を求める必要がある。
【００８２】
本実施の形態では、ブラシレスモータの構成を用いた説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来の電動送風機に用いられる整流子モータ等を用いた場合でも、本発明の効果を変わるものではない。
【００８３】
また、本実施の形態は、図２で示すように、回転軸２に固定されたインペラファン１２の底面に配置されている後面シュラウド１２ａのフレーム前１０ａ側には、シール板３２が配置構成されており、回転軸２に固定されている軸受９は、非接触シール式のシールプレート９ｄで構成されている。インペラファン１２の回転により、インペラファン１２外周方向へ空気は流れる。そのため、軸受９には、ブラシレスモータ１１からインペラファン１２の方向へ空気が流れる。空気は回転している軸受９の内部を通過し、非接触シール式のシールプレート９ｄの隙間からインペラファン１２の方向へ空気が流れていく。シール板３２に配置された円環状の突起部３１とフレーム前１０ａに支持された円環状の軸受リング３０による接触シール作用により、インペラファン１２の回転により負圧になったインペラファン１２部側へ引き込む軸受９からの空気の流れを少なくすることが出来る。
【００８４】
また、そのインペラファン１２の回転による負圧になった圧力差による空気流れの影響により、軸受９から若干潤滑グリスが洩れ出すことになるが、軸受９の外径より小さく構成された円環状の突起３１とフレーム前１０ａに支持した円環状の軸受リング３０が全周が接触するように構成された接触シールの構成を保つことで、空気より粘性、密度、比重が大きな潤滑グリスはその接触部を通過することはない。
【００８５】
また、円環状の突起部３１と円環状の軸受リング３０は、軸受９外径より小さくしたことで、軸受９のシールプレート９ｄの隙間から接触シール部までの空間容積が少なる構成としていることから、軸受９から潤滑グリスは少量しか洩れ出すスペースしかないことになり、軸受９からの潤滑グリス洩れを防止し、軸受９の信頼性向上を図ることとなる。
【００８６】
また、従来の軸受９を接触ゴムシール仕様にした場合は、ゴムと鉄からなる内輪４０ｃとの接触であったのに対し、本実施の形態では、円環状の軸受リングの摺動性がよくなるよう摩擦係数の低い樹脂材料と突起部の金属材料の接触であり、且つ先端部の突起部のみに接触するように接触面積を少なく構成していることから、接触による機械摩擦損失を従
来の接触ゴムシール軸受に比べ低減することができる。
【００８７】
また、板金のプレスで作成されることが一般的であるシール板３２に、プレス加工で円環状の突起部３１を形成するのみであるため、部品追加もなく、僅かな加工費増加のみであり、大幅な価格増加を抑制することも可能である。
【００８８】
また、円環状の軸受リング３０は、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）からなる摺動性がよく、摩擦係数の低い樹脂素材で構成されている。本実施の形態では、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を用いた構成を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、摺動性がよく、シール性を満たすものであればよく、ポリフェニレンサンファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＳ）やポリオキシメチレン（ＰＯＭ）等の耐摩耗性を持った樹脂材料であればよい。
【００８９】
また、前述の円環状の突起部３１と円環状の軸受リング３０との接触シール構成があるため、軸受９には、従来の接触ゴムシール軸受に比べ、比較的コストが安価で簡易な構成をしている非接触シール式軸受を採用することが可能になる。
【００９０】
このとき軸受のシールプレート９ｄに用いられる材料は、一般的には、鉄系材料ではあるが、アルミや樹脂材料等の他の材料を用いた場合の構成でも、前述の効果に変わりはない。
【００９１】
また、軸受９には、接触ゴムシール式軸受を用いた場合でも、軸受の信頼性向上を図ることが可能となり、本発明の効果が軸受種類により、変わるものではない。
【００９２】
また、電動送風機１ａは、電気掃除機２０の吸引性能向上のため、更なる出力向上が求められており、前述したとおり従来の電気送風機の回転数は３０，０００〜４５，０００ｒ／ｍｉｎと高速運転を行っているが、更に電動送風機の回転数は、４５，０００〜１２０，０００ｒ／ｍｉｎとさらに高速運転が行われる。
【００９３】
インペラファン１２が高速で回転すると同時に、軸受９も同様に高速回転を行うため、インペラファン１２回転によるファン出力増加に伴って負圧化による空気流れも増大することに伴い、軸受９の潤滑グリス抜けも増大する。
【００９４】
ゴム材料を用いた接触ゴムシール式の軸受は、接触によるゴムシール削れおよび機械摩擦損失増大のため、前述の４５，０００〜１２０，０００ｒ／ｍｉｎの高速化に対応をした軸受は流通が少ない。しかしながら、本発明は、非接触シール式の軸受９でも軸受の潤滑グリス抜けを防止することが出来るため、特殊で高価な軸受を使用することなく、軸受の信頼性を向上することが可能となる。
【００９５】
次に、電気掃除機２０の動作について図３を用いて説明する。図３において、電動送風機１ａのインペラファン１２が回転すると、集塵室２２が負圧状態になり、ノズル（図示せず）から吸引された塵埃を含む気流が本体吸気口を通過して集塵室２２内に装着された集塵袋２６へ流入する。集塵袋２６で塵埃を濾過分離した清潔な気流は、電動送風機１ａのインペラファン１２へ流入し、第１の独立風路１６とそれに連通する第２の独立風路１８を通過した後、防音カバー２７の排気口から流出して掃除機本体２５外部へと放出される。
【００９６】
電気掃除機２０は、小型で送風性能の高い電動送風機１ａを搭載しているため、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性がよく、電動送風機１ａの本体サイズが小さくて、重量が軽いので、小回りが利いて使い勝手がよい。また、掃除機本体２５内に吸音材２８が配置可能な
空間の拡大を図り、掃除機本体２５内に設ける吸音材２８の設置面積を大きくすることで、吸音面積を拡げて運転音の小さな電気掃除機２０にすることも可能である。
【００９７】
以上のように、本実施の形態においてはインペラファン１２の後面シュラウド１２ａとフレーム前１０ａとの間に円環状突起部３１を有したシール板３２を配し、フレーム前１０ａに支持され、シール板３２の突起部３１と接触する円環状の軸受リング３０を構成することにより、突起部３１と軸受リング３０のシール作用により、インペラファン１２側への空気流れを少なくし、軸受９からの潤滑グリス洩れを抑えることができ、ファン効率向上および軸受９の信頼性向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、機械摩擦損失を抑えながら、ファン負圧による軸受からの空気洩れを少なくし、軸受からの潤滑グリス洩れも少なくするため、軸受の信頼性向上が可能となるので、高効率な吸引性能および高信頼性な電動送風機を得ることが可能となり、床移動型交流掃除機にかぎらず、ハンディ型や、縦型、または直流充電式掃除機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１ａ、ｂ 電動送風機
２ 回転軸
３ 回転子
４ 巻線
５ａ、ｂ コア
６ 固定子
７ａ、ｂ 溝（凹部）
８ａ、ｂ 第２の案内翼
９ 軸受
９ａ ボール
９ｂ 外輪
９ｃ 内輪
９ｄ シールプレート
１０ａ フレーム前
１０ｂ フレーム後
１１ ブラシレスモータ
１２ インペラファン
１２ａ 後面シュラウド
１２ｂ 前面シュラウド
１２ｃ ブレード
１３ ファンケース
１３ａ 吸気口
２０ 電気掃除機
３０ 軸受リング
３１ 突起部
３２ シール板
３３ 筒状スペーサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する回転子と固定子とを対向配置したモータと、
前記回転軸の少なくとも一端を支持する軸受を保持し、前記軸受と前記固定子を覆うフレームと、
前記回転軸の端部に固定され、中央に吸込口を有する前面シュラウドと前記前面シュラウドに対向する後面シュラウドと前記１対のシュラウド間に挟持される複数枚のブレードとで構成されたインペラファンと、
中央に吸気口を有し、前記インペラファンを覆うファンケースと、
前記後面シュラウドと前記フレームとの間に配置され、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板と、
前記フレームに支持された円環状の軸受リングと、を備え、
前記円環状の軸受リングは、前記円環状の軸受リングの中心が前記回転軸の略中心に合うように配置され、前記シール板の円環状突起全周が前記円環状の軸受リングと接触するように構成した電動送風機。
【請求項２】
前記円環状突起を有したシール板を前記後面シュラウドと一体構成にした請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
前記円環状突起の外径および前記円環状の軸受リングの外径は、前記軸受の外径より、小さくした請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
前記円環状の軸受リングを摩擦係数の低い樹脂材料にて構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項５】
請求項１〜５に記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。
【請求項１】
回転軸を有する回転子と固定子とを対向配置したモータと、
前記回転軸の少なくとも一端を支持する軸受を保持し、前記軸受と前記固定子を覆うフレームと、
前記回転軸の端部に固定され、中央に吸込口を有する前面シュラウドと前記前面シュラウドに対向する後面シュラウドと前記１対のシュラウド間に挟持される複数枚のブレードとで構成されたインペラファンと、
中央に吸気口を有し、前記インペラファンを覆うファンケースと、
前記後面シュラウドと前記フレームとの間に配置され、前記フレーム側に突出した円環状突起を有したシール板と、
前記フレームに支持された円環状の軸受リングと、を備え、
前記円環状の軸受リングは、前記円環状の軸受リングの中心が前記回転軸の略中心に合うように配置され、前記シール板の円環状突起全周が前記円環状の軸受リングと接触するように構成した電動送風機。
【請求項２】
前記円環状突起を有したシール板を前記後面シュラウドと一体構成にした請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
前記円環状突起の外径および前記円環状の軸受リングの外径は、前記軸受の外径より、小さくした請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
前記円環状の軸受リングを摩擦係数の低い樹脂材料にて構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項５】
請求項１〜５に記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。
【図３】
【図４】
【図６】
【図１】
【図２】
【図５】
【図７】
【図４】
【図６】
【図１】
【図２】
【図５】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９３６４６（Ｐ２０１２−１９３６４６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７４８５（Ｐ２０１１−５７４８５）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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