JP2008069672A - ファン - Google Patents

Abstract

【課題】ロータヨークをインペラカップのテーパ状周壁部に圧入した際に、インペラカップ周壁部に加わる応力を低減し所定の締付力を得るための手段を得る。
【解決手段】インペラカップ２１周壁部の内側には、環状部材２３が同心状に一体形成される。インペラカップ２１周壁部内周面と環状部材２３外周面との間には、複数の支持部材２４が周方向に形成される。環状部材２３内周面から径方向内方に向かって複数のリブ２５が突設される。リブ２５の径方向内端部が形成する包絡面はロータヨークの周壁外周面の外径より若干小さい径に形成されており、ロータヨーク周壁部がインペラカップ２１周壁部に支持部材２４、環状部材２３およびリブ２５を介して圧入され固定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、インペラカップの環状部材の内周面に突設された複数のリブでロータヨークが圧入固定されるファンに関する。

近年、各種電子機器の高性能化に伴い、電子機器内部に備えられた回路部品（例えばＭＰＵ等の集積回路部品）の発熱量は上昇の一途を辿っており、電子機器筐体内部の温度上昇が著しい。そこで、電子機器筐体内部や特定の回路部品を冷却するために、冷却用ファンが用いられる。

従来の冷却用ファンは、所定の中心軸と同心状に配置されたインペラおよびロータマグネットを有するロータ部、および、ロータマグネットと対向するように配置されたステータ部、および、ステータ部が設置されるベース部が備えられる。

ステータ部は、ステータコアにコイルを巻装して形成される。コイルから引き出された銅線は、ロータ部の回転を制御する回路を有する回路部品に、電気的に接続される。外部から制御回路に駆動電流が供給され、ステータコアに巻回された銅線に電流が流れることで、ステータコアに磁界が発生する。ステータコアで発生している磁界と、ロータ部に備えられたロータマグネットの磁界との相互作用により、ロータ部に回転トルクが発生する。このようにして、ロータ部が回転することにより、インペラによって冷却用空気流が発生する。

更なる電子機器内部の冷却が要求されており、従来の冷却用ファンよりも高い冷却特性を有する冷却用ファンの需要が高まっている。一般的に、冷却用ファンの冷却特性を高めることを目的として、電子機器筐体内の（高温の）空気を筐体外へ排出する排出量を増加させる工夫が種々なされている。空気の排出量を増加させる手段の１つとして、冷却用ファンの吸気量を向上させることが挙げられる。

例えば、特許文献１の図１に示されたファンにおいては、インペラカップ周壁部の外側面が、ベース部へ近づくに従い、径方向外方に向かって広がるテーパ形状とされる。これにより、空気を吸気する抵抗が軽減され、吸気量を増加させることができる。

特開２０００−３５２３９７号公報

ところで、一般的なファンにおいては、インペラカップの周壁部の内側に内方に突出する複数の軸方向に長いリブを周方向に配列して設け、ロータヨークの周壁を各リブの先端に圧接するようにしてインペラカップにロータヨークを内嵌している。これによると、インペラカップの周壁部全面でロータヨークの圧入力を受ける場合に比して、寸法誤差などに起因する圧入時の応力を各リブでの弾性で吸収でき、インペラ周壁部の変形を防止することが可能になる。

前記特許文献１のファンにおいて、インペラカップのテーパ形状周壁部の内側に有蓋円筒状のロータヨークを締結するに際しては、上述と同様にテーパ状周壁部の内側に内方に突出する複数のリブを設け、この各リブの先端部にロータヨークの周壁が圧接するようにしてロータヨークをインペラカップ周壁部内に圧入固定することが考えられる。インパラカップの各リブはその径方向の突出長が周壁部のテーパ形状に応じて軸方向に連続して異なることになる。

ところが、この特許文献に記載のファンの場合、インペラカップの周壁部がテーパ形状となっているため、この周壁部に設けた複数のリブの内端にロータヨークの周壁を圧入すると、ロータヨークに対するインペラカップの締付力は、インペラカップ周壁部のテーパ面に垂直な内方にほぼ働くため、ロータヨークを締結するために必要な径方向成分が不十分となる場合がある。この締付力の不足を補うために、各リブの径方向内端部が形成する包絡面の内径を更に小さくし、締付力の径方向成分を増加させると、ロータヨークがインペラカップに圧入されたとき、インペラカップ周壁部に設計基準以上の圧入応力が加わり、インペラカップの歪な変形や割れを発生させる虞がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑みなされたものであり、ロータヨークをインペラカップのテーパ状周壁部に圧入した際に、インペラカップ周壁部に加わる応力を低減しつつ所定の締付力を得るための手段を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１にかかるファンでは、ファンであって、略円筒状周壁部を有するロータヨークと、ロータヨークの周壁部内周面に固定される略環状のロータマグネットと、ロータマグネットに対して径方向に対向するように配置され、ロータマグネットとの間で回転軸を中心とするトルクを発生するステータ部と、ステータ部を支持するベース部と、ロータヨークの周壁部外周面に配置され、回転軸を中心に回転することによって空気流が発生するインペラと、を備えており、インペラは、略円筒状周壁部を有するインペラカップと、インペラカップの外側に配置される複数の羽根と、を備えており、インペラカップの周壁部外周面がベース部へ近づくに従い径方向外方に向かって広がるテーパ形状に形成されており、インペラカップの周壁部内周面に同心状に環状部材が一体形成され、環状部材の外周面とインペラカップの周壁部内周面との間に複数の支持部材が周方向に配列して形成され、環状部材の内周面から径方向内方に向かって複数のリブが周方向に配列した状態で突設され、リブの径方向内端部にロータヨークの周壁部が圧入固定される。

請求項２にかかるファンでは、請求項１に記載のファンであって、支持部材の個数は、前記リブの個数の整数倍である。

請求項３にかかるファンでは、請求項１または請求項２に記載のファンであって、支持部材は、リブから径方向外方に向かう延長線上に形成される。

請求項４にかかるファンでは、請求項１に記載のファンであって、リブの個数は、支持部材の個数の整数倍である。

請求項５にかかるファンでは、請求項１または請求項４に記載のファンであって、リブは、支持部材から径方向内方に向かう延長線上に形成される。

請求項６にかかるファンでは、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のファンであって、リブのベース部側端面内側にＲ面が形成される。

請求項７にかかるファンでは、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のファンであって、インペラは、樹脂射出成形によって形成される。

請求項８にかかるファンでは、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のファンであって、環状部材は、ロータヨークの周壁部よりもベース部側に突出される。

請求項９にかかるファンでは、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のファンであって、支持部材の個数は、羽根の枚数の整数倍である。

請求項１０にかかるファンでは、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のファンであって、羽根は、インペラカップの周壁部より径方向外方に向けて突設され、回転することで空気を軸方向に吸気し軸方向に排気する。

請求項１１にかかるファンでは、請求項１０に記載のファンであって、支持部材は、インペラカップにおける羽根の付根部の存在する周方向幅に径方向に対応する位置に配置されている。

請求項１２にかかるファンでは、請求項１１に記載のファンであって、支持部材は、羽根の翼前縁部近傍に配置される。

請求項１３にかかるファンでは、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のファンであって、軸方向から吸気した空気を径方向外方に排出する。

請求項１によれば、テーパ形状の周壁部を有するインペラカップに圧入されたロータヨークは、リブと環状部材と支持部材とを介して、インペラカップの周壁部と締結される。リブおよび支持部材は、環状部材によって周方向に連結されるため、ロータヨークが周壁部の内側つまり各リブの内端に圧入されたときリブに加わる圧入応力が、環状部材で緩和され、インペラカップ周壁部にかかる負荷が低減される。その結果、ロータヨークに対するインペラカップの締付力の径方向成分を増加させるために、各リブの径方向内端部が形成する包絡面の内径を小さくしても、ロータヨークが各リブに圧入されたとき、インペラカップの歪な変形や割れを防止できる。

以下、本発明の実施形態のファンについて、図１ないし図７を参照して説明する。なお、以下の説明において、便宜上、各図面の上下方向を「上下方向」と記載したが、実際の取付け状態における方向を限定するものではない。また、中心軸に平行な方向を軸方向とし、中心軸を中心とする半径方向を径方向と定義する。

（本実施形態）図１は、本発明にかかる実施形態の軸流ファンＡの軸方向断面図である。図２は、本発明にかかる実施形態の軸流ファンを分解し、上斜め方向から見た斜視図である。軸流ファンＡは、ロータヨーク３１に、複数の羽根２２を有するインペラ２が取り付けられている。ロータヨーク３１の円筒部内周面には、多極着磁されたロータマグネット３３が圧入もしくは接着剤を用いて固定される。ロータヨーク３１は、ステンレス等の耐錆性磁性体で形成される。従って、ロータヨーク３１とロータマグネット３３との間で磁気回路を形成できる。磁気回路が形成されることで、ロータマグネット３３から軸流ファンＡ外部への漏洩磁束を低減し、ロータマグネット３３から発生する磁束密度を高めることができる。ロータヨーク３１の中心部には、プレス加工時にバーリング加工にて形成されたシャフト貫通孔が形成されており、シャフト３２がシャフト貫通孔に締結固定される。

シャフト３２は、ボール軸受（上側）３４１およびボール軸受（下側）３４２に挿入されることによって、回転自在に支持される。ベース部１２の中心部に形成された略円筒状の軸受ハウジング１２１には、その内周面に内方に突出する凸部が形成され、この凸部に当接するようにして軸受ハウジング１２１内に、ボール軸受３４１が中心軸上方向より挿入され、ボール軸受３４２が中心軸下方向より挿入される。ボール軸受３４２は、下方向からバネ３４３によって予圧される。バネ３４３は、ボール軸受３４２に予圧が加わるように、ボール軸受３４２とワイヤーリング３４４とで固定される。ワイヤーリング３４４は、シャフト３２先端部に形成された環状溝に嵌合固定される。

インペラ２の径方向外方を包囲するハウジング１は、軸方向両端にそれぞれ開口部を有する。両開口部のうち、一方を吸気口１７、他方を排気口１８とし、インペラ２が回転する際に発生する空気流が、吸気口１７側から排気口１８側に向かって流れる。ハウジング１の上端面および下端面は、矩形枠状の正方形にて形成されるが、円形でも良く、形状は限定されない。正方形の四隅には、径方向外方に突出したフランジ部１６が形成されており、各フランジ部１６には、軸流ファンＡが機器に取付けられる際に、ビス等の取付け具が挿入される取付け孔１６１が形成される。

ハウジング１の下端面中央に配置されたベース部１２の外周面から径方向外方に向けて複数（本実施形態では４本）の支持脚１３が放射状に延伸され、これが風洞部１１と連結されており、これにより、ベース部１２は、支持脚１３を介してハウジング１に固定される。本実施形態では、ベース部１２は排気口１８側に形成されるが、吸気口１７側に形成されても良い。なお、ベース部１２が排気口１８側に形成される場合、必要に応じて、ベース部１２の外径を大きくし静圧を増加させることができる。

ステータ部３は、中心軸上方向より軸受ハウジング１２１に外挿され、軸受ハウジング１２１の外側面に設けられた段差部１２１１で軸方向位置が規定されて支持される。ステータ部３は、ステータコア３５と、インシュレータ３６と、コイル３７と、回路基板３８と、で構成される。

ステータコア３５に径方向外方に突出形成された各ティース３５１には、絶縁部材で形成されたインシュレータ３６を介して、コイル３７がそれぞれ巻回される。ステータコア３５の下方には、インペラ２の回転駆動を制御するための回路基板３８が配置される。回路基板３８において、回路パターン（回路配線）を有するプリント基板上に実装された回路部品（図略）とコイル３７とが電気的に接続されることにより、一連の駆動制御回路が構成される。外部より供給された電流をＩＣやホール素子を含む回路部品を介してコイル３７に流すことにより、ステータコア３５に磁界が発生する。ステータコア３５に発生した磁界と多極着磁されたロータマグネット３３の磁界との相互作用により、インペラ２に回転トルクが発生し、インペラ２がシャフト３２を回転軸として回転する。

インペラ２は、断頭円錐筒状周壁部を有するインペラカップ２１を備えており、インペラカップ２１周壁部の外周面には、外側に環状に配列された複数（本実施形態では７つ）の羽根２２が突設される。

図３は、本発明にかかる実施形態のインペラ２（羽根２２と土台部２７は図略）を下斜め方向から見た斜視図である。図４は、本発明にかかる実施形態のインペラ２（羽根２２と土台部２７は図略）を軸方向下方から見た図である。なお、図１のインペラカップ２１は、図４のＡ−Ａにおけるインペラカップ２１の軸方向断面図と対応する。

図３および図４のように、インペラカップ２１周壁部の内側には、環状部材２３が同心状に一体形成される。インペラカップ２１周壁部内周面と環状部材２３外周面との間には、複数（本実施形態では７つ）の支持部材２４が周方向に形成される。

環状部材２３内周面から径方向内方に向かって複数（本実施形態では７つ）のリブ２５が突設される。リブ２５の径方向内端部が形成する包絡面２６はロータヨーク３１の周壁外周面の外径より若干小さい径に形成されており、略円筒状周壁部を有する有蓋円筒状のロータヨーク３１周壁部がインペラカップ２１周壁部に支持部材２４、環状部材２３およびリブ２５を介して圧入され固定される。

ロータヨーク３１が包絡面２６の位置に圧入されたとき、リブ２５に対して径方向外方の圧入応力が加わる。環状部材２３がリブ２５と支持部材２４との間に形成され、これが各リブ２５および各支持部材２４を周方向に連結するため、ロータヨーク３１が包絡面２６の位置に圧入されたとき、リブ２５に径方向に加わる圧入応力が環状部材２３で一旦周方向力として吸収され、結果として緩和され、インペラカップ２１周壁部にかかる負荷が低減される。その結果、ロータヨーク３１に対するインペラカップ２１の締付力の径方向成分を増加させるために、包絡面２６の内径を小さくしても、ロータヨーク３１が包絡面２６の位置に圧入されたとき、インペラカップ２１の歪な変形や割れを防止できる。

インペラカップ２１周壁部の外周面は、ベース部１２へ近づくに従い、径方向外方に向かって広がるテーパ形状に形成される。このとき、ロータヨーク３１に対するインペラカップ２１の締付力は、インペラカップ２１周壁部の外周面に垂直な内方にほぼ働く。従って、インペラカップ２１周壁部の外周面がテーパ形状とされると、ロータヨーク３１に対する締付力の径方向成分が弱くなる。本実施形態では、環状部材２３がロータヨーク３１の下端面よりも下方に形成されるため、ロータヨーク３１外周面の下端部近傍で、環状部材２３は径方向内方に向かう接触応力を、リブ２５を介して発生させることができる。環状部材２３による接触応力は、ロータヨーク３１に対するインペラカップ２１の締付力の径方向成分を補うことができる。従って、インペラカップ２１周壁部の外周面がテーパ形状であっても、ロータヨーク３１を確実に締結できる。

リブ２５の下端部にＲ面２９が形成されると、リブ２５の下端部内側に角部が形成されない。従って、ロータヨーク３１を圧入するとき、リブ２５の下端部内側に応力が集中しにくいため、インペラカップ２１にかかる負荷を低減できる。更に、ロータヨーク３１を包絡面２６の位置に圧入することが容易となる。上記形状に限定されず、テーパ面でも良い。

本実施形態では、支持部材２４がリブ２５から径方向外方に向かう延長線上に形成される。従って、ロータヨーク３１に対するインペラカップ２１周壁部の締結応力が、支持部材２４からリブ２５に向かってほぼ一直線で伝わるため、ロータヨーク３１の抜け強度が向上する。支持部材２４がリブ２５から径方向外方に向かう延長線上に形成されない場合は、ロータヨーク３１が圧入されたときリブ２５に加わる圧入応力が、環状部材２３で緩和されやすい。

更に、本実施形態では、支持部材２４の個数はリブ２５と同じとしたが、支持部材２４の個数がリブ２５よりも多い場合、例えば、支持部材２４の個数をリブ２５の整数倍とする場合、その分だけインペラカップ２１周壁部と環状部材２３とを接続する支持部材２４が増加する。従って、インペラカップ２１周壁部は環状部材２３で補強され、インペラカップ２１周壁部の強度が向上する。また、リブ２５の個数が支持部材２４よりも多い場合、例えば、リブ２５の個数を支持部材２４の整数倍とする場合、その分だけリブ２５とロータヨーク３１との締結強度が向上する。

インペラ２は、樹脂射出成形により、インペラカップ２１と、羽根２２と、環状部材２３と、支持部材２４と、リブ２５とが一体的に形成される。樹脂射出成形とは、加熱溶融された樹脂材料が成形金型内に注入され、金型内および外部で冷却・固化されることによって、成形品を得る方法である。樹脂射出成形することによって、削り加工と比較して、短時間で多量に製造できる。加えて、１つの金型で成形を行うことができるため、同一製品を多量に供給することも可能となる。

図５は、インペラカップ２１の羽根２２を除いた状態の斜視図であり、羽根の付根部２８近傍に形成される土台部２７を示す図である。図の付根部２８と対応する羽根については、点線部で図示する。

インペラ２を射出成形するとき、可動側の上金型および固定側の下金型の２種類の成形金型が用いられる。下金型に対して上金型が軸方向に当接し、これらの金型で形成される空間に樹脂が注入される。注入された樹脂が冷却されて固化した後、上金型が軸方向に離型される。

上金型で成形される部分は、羽根２２の上面と、付根部２８より上方のインペラカップ２１周壁部の外周面と、付根部２８の両端側のインペラカップ２１周壁部の外周面である。下金型で成形される部分は、羽根２２の下面の一部のみである。インペラカップ２１周壁部の外周面はテーパ形状であるため、羽根２２の下面と、付根部２８よりも下方のインペラカップ２１周壁部の外周面と、で形成される空間が、離型方向から見えず、死角部分となる。従って、この死角部分に土台部２７が形成される。

図６は、図５のインペラカップ２１を軸方向下方から見た図である。図７は、図６のＢ−Ｂの方向からインペラカップ２１の内周面を見た図である。リブ２５および環状部材２３については、図示を省略する。図７の斜線部の径方向外方に、土台部２７が形成される。図７の点線部の径方向外方に、付根部２８が形成される。

ロータヨーク３１がインペラカップ２１内に圧入されたとき、リブ２５に対して径方向外方に加えられた圧入応力は、リブ２５を介して環状部材２３に逃がされるだけでなく、リブ２５と環状部材２３と支持部材２４とを介してインペラカップ２１周壁部にも逃がされる。支持部材２４が斜線部に形成されると、リブ２５と環状部材２３と支持部材２４とを介してインペラカップ２１周壁部に逃がされた応力を、土台部２７で受けることができる。つまり、インペラカップ２１周壁部に加えられた応力によるインペラカップ２１の歪な変形や割れを、確実に防止できる。本実施形態では、支持部材２４が斜線部内の翼前縁部近傍に形成される。翼前縁部近傍の土台部２７は最も厚いため、インペラカップ２１周壁部に加えられた応力に対するより堅牢な構造とすることができる。

（その他の実施形態）上記の本実施形態においては、軸流ファンＡに関して説明をしたが、本発明は、軸流ファンに限定されず、遠心ファンおよびその他のＤＣブラシレスモータに適用可能である。

本実施形態の軸流ファンの軸方向断面図である。 本実施形態の軸流ファンを分解し、上斜め方向から見た斜視図である。 本実施形態のインペラ（羽根と土台部は図略）を下斜め方向から見た斜視図である。 本実施形態のインペラ（羽根と土台部は図略）を軸方向下方から見た図である。 本実施形態のインペラ（羽根は図略）を上斜め方向から見た斜視図である。 本実施形態のインペラ（羽根は図略）を軸方向下方から見た図である。 図６のＢ−Ｂの方向からインペラカップ周壁部の内周面を見た図である。リブおよび環状部材は図略する。

符号の説明

Ａ 軸流ファン
１ ハウジング
１２ ベース部
２ インペラ
２１ インペラカップ
２２ 羽根
２３ 環状部材
２４ 支持部材
２５ リブ
２６ 包絡面
２７ 土台部
２８ 付根部
２９ Ｒ面
３ ステータ部
３１ ロータヨーク
３３ ロータマグネット
３５ ステータコア

Claims (13)

1. ファンであって、
   略円筒状周壁部を有するロータヨークと、
   該ロータヨークの周壁部内周面に固定される略環状のロータマグネットと、
   該ロータマグネットに対して径方向に対向するように配置され、前記ロータマグネットとの間で回転軸を中心とするトルクを発生するステータ部と、
   該ステータ部を支持するベース部と、
   前記ロータヨークの周壁部外周面に配置され、前記回転軸を中心に回転することによって空気流が発生するインペラと、を備えており、
   前記インペラは、
   略円筒状周壁部を有するインペラカップと、
   該インペラカップの外側に配置される複数の羽根と、を備えており、
   前記インペラカップの周壁部外周面が前記ベース部へ近づくに従い径方向外方に向かって広がるテーパ形状に形成されており、
   前記インペラカップの周壁部内周面に同心状に環状部材が一体形成され、
   該環状部材の外周面と前記インペラカップの周壁部内周面との間に複数の支持部材が周方向に配列して形成され、
   前記環状部材の内周面から径方向内方に向かって複数のリブが周方向に配列した状態で突設され、
   該リブの径方向内端部に前記ロータヨークの周壁部が圧入固定される
   ことを特徴とするファン。
2. 請求項１に記載のファンであって、
   前記支持部材の個数は、前記リブの個数の整数倍である
   ことを特徴とするファン。
3. 請求項１または請求項２に記載のファンであって、
   前記支持部材は、前記リブから径方向外方に向かう延長線上に形成される
   ことを特徴とするファン。
4. 請求項１に記載のファンであって、
   前記リブの個数は、前記支持部材の個数の整数倍である
   ことを特徴とするファン。
5. 請求項１または請求項４に記載のファンであって、
   前記リブは、前記支持部材から径方向内方に向かう延長線上に形成される
   ことを特徴とするファン。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のファンであって、
   前記リブの前記ベース部側端面内側にＲ面が形成される
   ことを特徴とするファン。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のファンであって、
   前記インペラは、樹脂射出成形によって形成される
   ことを特徴とするファン。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のファンであって、
   前記環状部材は、前記ロータヨークの周壁部よりも前記ベース部側に突出される
   ことを特徴とするファン。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のファンであって、
   前記支持部材の個数は、前記羽根の枚数の整数倍である
   ことを特徴とするファン。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のファンであって、
    前記羽根は、
    前記インペラカップの周壁部より径方向外方に向けて突設され、
    回転することで空気を軸方向に吸気し軸方向に排気する
    ことを特徴とする軸流型のファン。
11. 請求項１０に記載のファンであって、
    前記支持部材は、前記インペラカップにおける前記羽根の付根部の存在する周方向幅に径方向に対応する位置に配置されている
    ことを特徴とするファン。
12. 請求項１１に記載のファンであって、
    前記支持部材は、前記羽根の翼前縁部近傍に配置される
    ことを特徴とするファン。
13. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のファンであって、
    軸方向から吸気した空気を径方向外方に排出する
    ことを特徴とする遠心型のファン。

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