JP2008240526A - モータ、送風ファン及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インペラのカップ部とロータホルダとを締結した状態でカップ部とその他の振動源との共振を抑制する。
【解決手段】
ボス３４の小径部の軸方向下端面の外周端には環状凸部が形成されている。ボス３４の中央には貫通孔が形成されており、貫通孔にはシャフト３２が圧入固定されている。有蓋円筒状ロータホルダ３１の蓋部の中央部には回転軸を中心とする貫通孔が形成されている。貫通孔は、ボス３４の小径部が嵌合される。環状凸部が径方向外方に向けて塑性変形される。ロータホルダ３１の内周面が径方向外方に向けて塑性変形された環状凸部とボス３４本体との間に挟み込まれる。インペラカップ部２２の内周面上端付近に複数の凸部が形成されている。ロータホルダ３１の外周面は、５つの凸部の内周端に圧入される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータホルダとカップ部の固定方法に関する。

現在、電子機器には、電子機器内で発生する熱を放熱するために多くの冷却用の送風ファンが取り付けられている。近年の電子機器は高性能化に伴い発熱量が増加の一途を辿っており送風ファンに要求される冷却特性は高まっている。送風ファンの冷却特性を向上させるには、冷却ファンの風量特性及び静圧特性を高める必要がある。この両者を高めるためには送風ファンを高速回転にて駆動する必要がある。その一方で、多くの電子機器は家庭や事務所内で使用する機会が増えたこと等の理由で低騒音化が求められている。低騒音で高風量、高静圧を実現させるためには、例えば大型の送風ファンを低速で回転させることによって、人間にとって耳障りな高周波数域のノイズを発生することなく、且つ低騒音で高静圧、高風量を達成することができる。

送風ファンを高速回転で駆動させた場合に占める騒音値の成分の多くは羽根による風切音である。送風ファンを低速で駆動させた場合には羽根による風切音が小さくなるため、その他の成分の騒音が問題となる。具体的なその他の成分としてあげられるのが、制御回路のスイッチング時に発生する電磁音、軸受部から発生する摺動音、構成部品から発生する振動音等である。この中でも特に構成部品から発生する振動音の騒音値は高い値を示す。具体的にはロータホルダとインペラとを組み合わせた状態において、インペラもしくはロータホルダいずれかの振動によって騒音が発生している。

例えば、従来のロータホルダとインペラの固定構造はシャフトの端部にボスが固定され、そのボスとロータホルダとが締結固定されており、またシャフトのボスが固定されるよりも更に端部側にインペラが固定されている構造が開示されている。（特許文献１参照）

特開平０８−２６６００４号公報［図８］

樹脂製のインペラにおいてインペラ径が１１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下で大型の送風ファンにおいては、インペラとロータホルダの締結が困難である。送風ファンは一般的に、有蓋円筒状のカップ部とカップ部の外側に配置される複数の羽根とで構成されており、カップ部の内周面に有蓋円筒状のロータホルダが圧入されて固定される。しかし、大型のファンにおける、インペラは圧入強度を上げると、インペラのカップ部に許容以上の応力が加わり割れが発生する虞がある。また圧入強度を下げると、インペラのカップ部からロータホルダが容易に離脱される。つまりは、圧入強度を設定する際のロータホルダに対するインペラカップ部の圧入代の設定範囲が狭いということである。理由は以下のとおりである。小型ファンと、大型ファンとで同じ材料を使用して設計した場合、カップ部が割れる際のカップ部に加わる周方向の応力は同じである。カップ部に対するロータホルダの抜け強度はカップ部内周面の直径に反比例する。従って、カップ部内周面の直径が大きい場合は、カップ部の内周面の直径が小さいものと比較して同一の抜け強度を達成するためには、圧入代を大きくしてカップ部の周方向に発生する応力を大きくするか、カップ部の肉厚を増加させる必要がある。圧入代を大きくすることにより、カップ部周方向の発生する応力を大きくすると、カップ部が割れる可能性が高くなる。よって、カップ部の内周面の直径が大きい場合においてカップ部の割れが発生しないようするには、圧入代を小さくせざるを得ないため、カップ部の内周面の直径が小さい場合と比べて同一の抜け強度を達成するのは難しい。

よって、大型の送風ファンにおいては、インペラとロータホルダの固定は圧入のみで行うことが、極めて困難である。大型送風ファンにおいては、次のような方法でインペラとロータホルダとが固定される。シャフトはボスを介してインペラにインサート成形にて固定されている。ロータホルダの中心には貫通孔が形成されており、貫通孔内に前記のボスが挿入される。次にボスの一部を塑性変形させることによって、ボスにロータホルダが固定される。換言すればボスにロータホルダがカシメによって固定される。

ただし、上記の方法では、固定部がロータホルダとボスのみであるため、インペラのカップ部の固有振動数が低くなり、カップ部の振動とモータの他の振動源（コギング等）と共振する虞がある。インペラが低速で回転した場合には、上述の通り羽根による風切音の騒音値が低くなるため、前記共振音が風切音の騒音値のピーク値を上回る虞がある。よって、前記共振音の発生を抑制する必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、インペラのカップ部とロータホルダとを締結した状態でカップ部とその他の振動源との共振を抑制することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のモータは、モータであって、回転軸心を中心に回転するシャフトと、中央部にシャフトの一端に固定されるボス部が設けられ、ボス部及びシャフトと共に前記回転軸心を中心に回転する有蓋円筒状のカップ部と、該カップ部の内側に配置される有蓋円筒状のロータホルダと、該ロータホルダの円筒部内側に配置される環状のロータマグネットと、該ロータマグネットと径方向で対向し、前記ロータマグネットとの間で前記回転軸心を中心とするトルクを発生する電機子と、を備え、前記ロータホルダの蓋部の中心には貫通孔が形成されており、前記貫通孔には前記ボス部の一部が挿通され、前記貫通孔の内周面と前記ボス部とが固定されており、前記カップ部の内周面には径方向内方に向けて突出する複数の凸部が周方向に配列させて形成されており、前記複数の凸部の内方端部に前記ロータホルダが圧入固定されていることを特徴。

本発明の請求項２に記載のモータは、請求項１に記載のモータであって、前記ボス部は、前記カップ部とは異なる別パーツで構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のモータは、請求項２に記載のモータであって、前記カップは射出成形によって形成されており、前記カップが射出成形される際にカップ金型の内部に前記ボス部が挿入され前記ボス部をインサート成形によって前記カップに固定されることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のモータは、請求項１乃至３のいずれかに記載のモータであって、前記ボス部の少なくとも一部が押圧されることによって径方向外方に向けて塑性変形されており、前記ボス部の塑性変形部と前記ボス部との間に前記ロータホルダの前記貫通孔の前記内周面が固定されていることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載のモータは、請求項１乃至４のいずれかに記載のモータであって、前記ボス部は、軸方向において前記カップ部開口側に前記ロータホルダの前記貫通孔の前記内周面が挿通され、前記ボス部の他の部位よりも外径が小さい小径部が形成されており、該小径部の軸方向において前記カップ部開口側の端面外周部には、複数の前記塑性変形部と複数の突起部とが前記回転軸を中心とする周方向に交互に配列されていることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載のモータは、請求項１乃至５のいずれかに記載のモータであって、複数の前記凸部は、前記カップ部の内周面の蓋部側の端部近傍に形成されることを特徴とする。

本発明の請求項７に記載のモータは、請求項１乃至６のいずれかに記載のモータであって、前記塑性変形部は、プレス加工によって変形されたことを特徴とする。

本発明の請求項８に記載のモータは、請求項１乃至６のいずれかに記載のモータであって、前記塑性変形部は、溶着によって変形されたことを特徴とする。

本発明の請求項９に記載の送風ファンは、請求項１乃至７のいずれかに記載のモータが搭載される送風ファンであって、前記カップ部の外側に複数の羽根が配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項１０に記載の送風ファンは、請求項９に記載の送風ファンであって、前記カップ部と、前記複数の羽根と、前記複数の凸部と、連続的に射出成形によって形成されており、前記カップ部には射出成形時に形成される複数のウェルドラインが前記回転軸を中心として周方向に等配されており、複数の前記凸部は、隣り合う前記ウェルドラインの間に配置されることを特徴とする。

本発明の請求項１１に記載の送風ファンの製造方法は、送風ファンの製造方法であって、ａ）中心軸を中心として軸方向に大径部と小径部とを有し、該小径部の軸方向端面において端面外周に環状壁が形成されており、前記中心軸を中心として軸方向に貫通孔が形成されるボス部を準備する工程と、ｂ）前記ボス部の前記貫通孔にシャフトの一端を挿通し、前記ボス部と前記シャフトとを固定する工程と、ｃ）有蓋円筒状のカップ部と、該カップ部の外側に配置される複数の羽根と、前記カップ部の内周面に配置される複数の凸部と、を有するインペラを射出成形する金型内部に前記シャフトが固定された前記ボス部を挿入し、前記ボス部をインサート成形にてインペラに固定する工程と、ｄ）有蓋円筒状で、蓋部の中央に貫通孔が形成されたロータホルダを準備する工程と、ｅ）前記ロータホルダの円筒部内周面に略環状のロータマグネットを固定する工程と、ｆ）前記ロータマグネットが固定された前記ロータホルダの前記貫通孔内周面に前記ボス部の前記小径部が挿入されるように、前記ロータホルダの外周面が前記複数の凸部の内方端部に圧入される工程と、ｇ）前記ロータホルダの端面が前記ボス部の大径部の端面と軸方向で当接した状態において、前記ボス部の前記環状壁の複数個所を径方向外方に向けて塑性変形させて塑性変形部を形成し、該塑性変形部と前記大径部との間に前記ロータホルダが挟持固定される工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、カップ部とロータホルダとが、ボス部及びカップ部内周面に形成される複数の凸部とで固定されており、ロータホルダの固有振動数の値を高い値にすることができる。これにより、低い周波数で発生するコギング等のモータで発生する振動及び騒音と共振することを回避しやすくなる。

請求項４に記載の発明によれば、複数の凸部がカップ部の内周面の上端部近傍に形成されるため、ロータホルダとカップ部の接触面積が小さい状態で締結される。よって、カップ部の固有振動数の値を低く抑えつつ、剛性を高めることができる。これにより、モータで発生する振動及び騒音と共振することを更に回避しやすくなる。また、カップ部の内周面の上端部近傍は、カップ部の中でも強度が高い部位である。このため、ロータホルダを複数の凸部に圧入した場合に、カップ部に割れが生じない。カップ部の割れは円筒状の開口部において最も発生しやすい。

請求項６に記載の発明によれば、ウェルドライン上に凸部が配置されないように構成されている。カップ部にロータホルダを圧入した場合、最も応力が発生しやすい部位は凸部が形成されている部位である。ウェルドラインは最も強度が低い部位であるため、ウェルドラインと凸部とが重なった位置に配置されないことでインペラカップの割れの発生を防止できる。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図１５を参照して説明する。なお、本発明の実施形態における説明では便宜上各図面の上下方向を「上下方向」とするが、実際の取り付け状態における方向を限定するものではない。また、説明の便宜上、回転軸に平行な方向を軸方向とし、回転軸を中心とする半径方向を径方向として示している。

まず、第１の実施形態について説明する。図１は、本発明にかかる第１の実施形態を示す送風ファンの断面図である。図２は、本発明にかかる第１の実施形態のインペラとロータホルダを示す断面図である。図３は、本発明にかかる第１の実施形態のインペラとロータホルダの製造方法のフローを示す図である。

送風ファン１は、外部から電流が供給されることで回転駆動する略有蓋円筒状のロータホルダ３１の外側には、インペラカップ部２２が固定されている。インペラカップ部２２の外周面には回転することで空気流を発生する複数の羽根２１が形成されている。インペラカップ部２２と、複数の羽根２１によってインペラ２構成されている。インペラカップ部２２の中央には後述するボス３４を介して、回転軸を中心としてシャフト３２が締結されている。

ベース部１２の中心部には、略円筒状の軸受ハウジング１２１が形成されており、軸受ハウジング１２１の内周面に形成される２つの段差部にボールベアリング４１、４２が軸方向の移動が規制されている。ボールベアリング４１、４２は、外輪と内輪との間に複数のボールが介在されることで、外輪に対して内輪が回転自在に構成されている。シャフト３２はボールベアリング４１、４２の内輪の内周面に挿通され、軸受部が構成される。シャフト３２の下端側には抜け止め用の環状部材４３が取り付けられている。ボールベアリング４２と環状部材４３との間にはボールベアリング４１、４２に予圧を付与するコイルスプリング４４が介在されている。軸受部の構成は上記に限定されず、例えば含油軸受等のすべり軸受を採用しても良い。

ボールベアリング４１の内輪の上面は、ボス３４の下面（後述する円筒部３４２２の下面）に支持される。ボールベアリング４１、４２は高い寸法精度で位置決めを行う必要がある。また、ボールベアリングの位置決めを行う際、例えば内輪側を支持した場合、その内輪を支持する部材が外輪と接触した場合、擦れ音が発生する。よって、ボス３４によってボールベアリング４１の内輪を支持した場合、ボス３４の一部がボールベアリング４１の外輪に接触しないようにする必要がある。本実施形態においてボス３４は金属の材料で構成されている（詳細は後述する。）。ボス３４をカップ部と同一の材料で連続的に樹脂射出成形にて形成することも可能であるが、樹脂射出成形の加工精度は金属材料を切削加工する際の加工精度の比べて悪く、バリ等の発生頻度も高い。このため、ボス３４でボールベアリング４１の位置決めをする場合には、金属材料を切削にて高い加工精度で形成されたボス３４を使用するのが望ましい。

ステータ５は、軸受ハウジング１２１の外周部に支持される。ステータ５は、ステータコア５１と、コイル５２と、インシュレータ５３と、回路基板５４と、で構成される。ステータコア５１は径方向外方に向けて複数のティース（図略）が形成されている。本実施形態においては、ティースが８個等配されている。ステータコア５１はステータコア５１の上下端部及び各ティースを絶縁するように絶縁部材で形成されたインシュレータ５１によって囲繞され、各ティースにインシュレータ５３を介してコイル５２が巻回される。ステータ５の下端部には、インペラ２の回転駆動を制御する回路基板５４が配置される。回路基板５４は電子部品（図略）がプリント基板上に実装され一連の駆動制御回路が形成されることによって構成される。回路基板５４はコイル５２の一端と電子部品とが電気的に接続され、インシュレータ５３下部に固着される。外部から供給された電流をＩＣやホール素子を含む電子部品を介してコイル５２に流すことにより、ステータコア５１に磁界が発生する。

インペラ２は、インペラカップ部２２と、回転することで空気流を発生する複数の羽根２１が放射状にインペラカップ部２２の外周側面に配設されている。インペラ２の内周面には、送風ファン１外部への漏洩磁束を低減するロータホルダ３１と、ロータホルダ３１の内周に取り付けられ周方向に多極着磁されたロータマグネット３３と、が備えられる。インペラカップ部２２の中心部には、ボス３４が固定されており、ボス３４には回転軸を中心としてシャフト３２が固定されている。シャフト３２はボールベアリング４１、４２に挿入されている。シャフト３２の先端には環状部材４３が固定されており、インペラ２を含むロータ部の抜け止めが構成されている。これにより、インペラ２は、ステータ５から離脱しない。

ロータマグネット３３とステータコア５１とは、径方向において対向するように配置される。コイル５２に電流が流れることによってステータコア５１から発生する磁界と、多極着磁されたロータマグネット３３が形成する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。回転しているロータマグネット３３の磁束の変化をホール素子にて検出し、ドライブＩＣによって回転制御されることによって、安定したインペラ２の回転が制御されている。インペラ２が回転駆動することにより空気が羽根２１によって下方向に押し出され、軸方向に気流が発生する。

ベース部１２は、回路基板５４と軸方向において対向する位置に配置されており、回路基板５４外径を外方から囲むように有底円筒形状に形成される。ベース部１２はハウジング１０と４本のリブ１３にて連結されている。ただし、リブ１３の本数は４本に限定されず、例えば３本でも５本でも良い。ハウジング１０は、インペラ２１の外周を囲むように形成され、インペラ２１が回転することによって発生する空気流の空気流路である風洞部１１を備えている。またハウジング１０上端部および下端部の外周は矩形枠状の正方形にて形成され、正方形の四隅には径方向外方に突出したフランジ部１４が形成されており、各フランジ部１４には、送風ファン１を機器に取り付ける際にビス等の取り付け具を挿入する取り付け孔１４ａが形成されている。４本のリブ１３は周方向に等配されている。ただし、ハウジング１０の形状は上記には限定されず、例えば円形でもよい。

本実施形態の送風ファンのハウジング１０は、上記正方形の一辺が１２０ｍｍ以上の大型ファンである。よって、インペラ２の外径もハウジング１０に対応して大きいサイズである。インペラ２の外径が大きくなった場合には、ロータホルダ３１とインペラカップ部２２との締結方法が大きな課題となる。従来の小型の送風ファンにおいては、インペラカップ部２２の内周面に軸方向に伸びる複数の凸部が周方向に等配されていた。前記凸部の内周端にロータホルダ３１の外周面が圧入されることで、インペラカップ部２２とロータホルダ３１とが固定されていた。インペラカップ部２２とロータホルダ３１の固定においては、小型の送風ファンに対して大型の送風ファンの方がインペラ及びロータホルダの自重が大きいため、大型の送風ファンの方が固定強度を高くする必要がある。しかし、インペラカップ部２２の内径が大きくなった場合にはロータホルダ３１を固定する強度を十分に確保することが困難である。その理由を以下に示す。

インペラカップ部２２のロータホルダ３１固定保持強度を向上させるためには、内周面に形成された複数の凸部が内方側つまりロータホルダ３１に向けて高い圧力を発生する必要がある。複数の凸部がロータホルダ３１に対して高い圧力を発生するにはインペラカップ部２２の円筒部に高い応力を発生させる必要がある。インペラカップ部２２の内周面に形成される複数の凸部の内方端で構成される仮想包絡面の直径よりもロータホルダ３１の外径を大きくした上で、その径の差を大きくする。インペラカップ部２２の円筒部に大きな応力が発生する。この場合、前記仮想包絡面の直径とロータホルダ３１の外径との差を極端に大きくした場合、円筒部が断裂する虞がある。また前記仮想包絡面の直径とロータホルダ３１の外径との差を小さくした場合には、複数の凸部がロータホルダ３１に与える十分な圧力が得られない。ここで、円筒部の肉厚を太くすることで、インペラカップ部２２の応力に対する強度が大きくなる。ただし、インペラカップ部２２の外径が大きくなると、空気流路の面積を小さくすることになるため、風量の低下に繋がる。よって、風量特性を考慮した場合、インペラカップ部２２の円筒部の肉厚を増加させるには限界がある。

インペラカップ部２２の内径が大きい送風ファンと、小さい送風ファンとで、仮想包絡面の直径とロータホルダ３１の外径との差を全く同じにした場合、インペラカップ部２２の内径が小さい送風ファンの方が複数の凸部がロータホルダ３１に与える圧力が大きい。一般にインペラカップ部２２を薄肉と仮定して、インペラカップ部２２の内径寸法をＲ、インペラカップ部２２がロータホルダ３１に付与している圧力をＰ、インペラカップ部２２の円筒部の肉厚をＴとした場合、インペラカップ部２２の円筒部に掛かる周方向の応力σは次の式で表される。σ＝ＰＲ／Ｔ
よって、Ｐ及びＴを定数とした場合、曲率Ｒが大きくなればなるほど、応力σの値が大きくなる。よって、インペラカップ部２２の内径が大きい送風ファンと、小さい送風ファンとで、複数の凸部がロータホルダ３１に与える圧力を同等にしようとした場合、インペラカップ部２２の内径が大きい送風ファンの方がインペラカップ部２２の円筒部に発生する応力が大きくなってしまう。つまり、インペラカップ部２２の内径が大きい送風ファンの方がインペラカップ部２２の円筒部に断裂が生じやすい。また、応力が低くなるように設定するにはＴの値を大きくするか、Ｐの値を小さくせざるを得ない。よって、インペラカップ部２２の内径が大きい送風ファンにおいては、圧入のみでインペラカップ部２２とロータホルダ３１とを固定する方法は適していない。

図２に示されているようにインペラ２の中央つまりインペラ２の回転軸と同軸状に配置されるようにボス３４が固定される。ボス３４は金属製の材料を切削加工して形成された略円環状の部材である。ボス３４は、大径部３４１と小径部３４２とが形成されている。小径部３４２の軸方向下端面の外周端には環状凸部３４２１が形成されている。また、小径部３４２の略中央には、シャフト３２を支持する円筒部３４２２が軸方向下方に向けて突設されている（ステップＳ１）。ボス３４の中央には貫通孔が形成されており、貫通孔にはシャフト３２の上端が圧入固定されている（ステップＳ２）。

ボス３４は大径部の外周面によってインペラ２と締結されている。インペラ２はインペラカップ部２２と複数の羽根２１とが連続的に樹脂射出成形にて形成されている。本実施形態においては、射出成形としているが、アルミニウム合金等の材料が使用されるダイカストによって形成しても良い。ここで、ボス３４は、インペラ２を形成する成形金型内部にインサートされ、ボス３４の大径部３４１の外周面に樹脂が充填され、硬化されることでインペラ２に対してボス３４が締結固定され一体複合品が形成される（ステップＳ３）。この成形方法は一般的にインサート成形と呼ばれる。ボス３４の大径部３４１の外周面にはインペラ２との締結強度を確保するために、例えばローレット溝のような溝が形成されている。この溝により、溶融された樹脂が溝の内部に入り固化されることで締結強度が確保される。

次にロータホルダ３１について説明する。ロータホルダは図２に示されているように、有蓋円筒状に形成されている。蓋部の中央部には回転軸を中心とする貫通孔３２１が形成されている（ステップＳ４）。ロータホルダ３１の円筒部の内周面には環状のロータマグネット３３が固定されている（ステップＳ５）。ロータマグネット３３は、ロータホルダ３１に固定される前においては、長方形のシート状に形成されており、シート状の長手方向の端部同士が一致するようにして環状に形成される。ロータマグネット３３は、ロータホルダ３１の円筒部の内周面に固定された状態で、着磁ヨークによって周方向に多極着磁される。本実施形態のロータマグネット３３の周方向に多極着磁される磁極数は８極である。

次に、ロータホルダ３３がインペラ２に締結固定される過程について説明する。インペラ２のインペラカップ部２２内にロータホルダ３１がロータマグネット３３を固定した状態で、挿入される。ロータホルダ３１とインペラ２とはボス３４によって固定される。貫通孔３２１は、ボス３４に対してボス３４の小径部３４２の外周面と貫通孔３２１の内周面３２１１とが径方向において接触するように嵌合される。ただし、加工精度によって小径部３４２の外周面と貫通孔３２１の内周面３２１１とが接触しない場合もある。

図４は、第１の実施形態のインペラとロータホルダとが固定された状態を示す断面図である。次にロータホルダ３１の上端面がボス３４に接触した状態において、環状凸部３４２１がプレス機によって径方向外方に向けて塑性変形される。これにより、ロータホルダ３１は、図４に示されているように、その内周面３２１１が径方向外方に向けて塑性変形された環状凸部３４２１とボス３４本体との間に挟み込まれ固定される（ステップＳ７）。また、小径部３４２が、径方向外方に向けて外径が大きくなるように変形され、貫通孔３２１の内周面３２１１に対して小径部３４２が径方向外方に応力を加え、ロータホルダ３１とボス３４とが固定される。

一般的にこのような固定方法はカシメ固定と呼ばれる。カシメ固定に関しては、上述のようにボス３４に環状凸部３４２１を設けないで、小径部３４２の外周端を加圧して塑性変形させることでも、ロータホルダ３１の内周面３２１１をボス３４に固定することが可能である。よって、カシメ固定の方法は上記に限定されない。

図７は、カシメ固定のみで固定した場合で、インペラ回転数が２９００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。以降、図７乃至図１１に示すグラフは、横軸を周波数（Ｈｚ）、縦軸を騒音レベル（ｄＢＡ）としている。また、示されているデータに関しては、軸流ファンにおける騒音データの一例である。従来は、上述のカシメ固定のみでインペラ２とロータホルダ３１とが固定されていた。しかし、カシメ固定のみでは、インペラ２を特定の回転数で回転させた際に、インペラカップ部２２において振動が発生し、ロータマグネット３３とステータコア５１との間で発生するコギングと、インペラカップ部２２の振動とが共振し、騒音が発生する。例えば、２９００ｒｐｍで送風ファンを作動させた場合に、図７に示されているように、６１を付す部位において、騒音レベル（sound level）のピーク値が突出していることが分かる。本実施形態のモータは、ロータマグネット３３の着磁極数が８極で、ステータコア５１のスロット数が１２である。よって、ロータが一回転する間に発生するコギングは８と１２の最小公倍数である２４となる。つまり、２９００ｒｐｍで回転した際のコギングの一次周波数は２９００ｒｐｍ／６０分×２４で求められる。よって、コギングの一次周波数は１１６０Ｈｚである。また、インペラ２の固有振動数の値は１１６０Ｈｚ付近の値となる。よって、送風ファンが２９００ｒｐｍで作動された場合に、コギングとインペラ２とは１１６０Ｈｚ付近において共振する。

送風ファンの回転数２９００ｒｐｍは低速であり、インペラ２の回転に伴う複数の羽根２１による風切音は小さい。よって、コギングとインペラ２の共振による騒音値は、非常に際立って高いピーク値を示す。このため、本発明においてはコギングとインペラ２の共振を回避するために、次のような構造が実施されている。図５は、本発明にかかる実施形態のインペラを示す軸方向下方から見た平面図である。インペラ２には、図２及び図５に示されているように、インペラカップ部２２の内周面上端付近に複数（実施形態においては５つ）の凸部２２１が形成されている。この５つの凸部２２１の内周端が形成する包絡面の直径は、ロータホルダ３１の外径よりも小さくなる。よって、ロータホルダ３１がインペラカップ部２２内に挿入され、ロータホルダ３１とボス３４とが接触する状態においては、ロータホルダ３１の外周面は、５つの凸部２２１の内周端に圧入されることになる（ステップＳ６）。よって、ロータホルダ３１は、内周面３２１１とボス３４、外周面と５つの凸部２２１の内周端の２箇所で固定されることになる。これにより、インペラカップ部２２の固有振動数は高周波領域にシフトされる。よって、少なくとも送風ファンを２９００ｒｐｍで作動させた場合に、コギングの周波数である１１６０Ｈｚ付近において共振することはない。

５つの凸部２２１は軸方向に伸びるような形状で形成されている。この凸部２２１の事項方向の長さを変化させた２つの状態で騒音値の比較を行ってみた。凸部２２１の軸方向の長さが短いモデルをＭＯＤＥＬ１とする。凸部２２１の軸方向の長さが長いモデルをＭＯＤＥＬ２とする。図８は、ＭＯＤＥＬ１において、インペラ回転数が２９００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。図９は、ＭＯＤＥＬ２において、インペラ回転数が２９００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。図１０は、ＭＯＤＥＬ１において、インペラ回転数が２５００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。図１１は、ＭＯＤＥＬ２において、インペラ回転数が２５００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。ＭＯＤＥＬ１及びＭＯＤＥＬ２の送風ファンを２９００ｒｐｍで作動させた場合、図８及び図９に示されているように、図７に示されるような騒音レベルのピーク値は見られない。ＭＯＤＥＬ２の送風ファンを２５００ｒｐｍで作動させた場合には、図１１に示されているように、６２が付されている部位において騒音レベルのピーク値が突出していることが分かる。しかし、ＭＯＤＥＬ１の送風ファンを２５００ｒｐｍで作動させた場合には、図１０に示されているように、６２のような騒音レベルのピーク値は見られない。６２が付されている部位の周波数は、約３０００Ｈｚである。本実施形態のモータが２５００ｒｐｍで作動した場合のコギングの周波数は、２５００ｒｐｍ／６０分×２４で求められる。よって、コギングの１次周波数は１０００Ｈｚである。コギングは、１次周波数の整数倍の周波数域付近に同様の周波数域の固有振動数を有する振動体がある場合には共振する。ＭＯＤＥＬ２においては、５つの凸部２２１の軸方向の高さが高いあるため、ＭＯＤＥＬ１のインペラ２に比べて固有振動数が大きくなる。本実施形態のＭＯＤＥＬ２のインペラ２は、固有振動数が３０００Ｈｚである。よって、ＭＯＤＥＬ２のインペラ２は、コギングの３次周波数成分と共振していることになる。ＭＯＤＥＬ１のインペラ２は、送風ファンの回転数が２９００ｒｐｍの場合でも、２５００ｒｐｍの場合でもコギングと共振することがない。つまり、５つの凸部２２１の軸方向の高さを変化させることによって、共振ポイントをずらすことが可能である。これらは送風ファンの作動ポイントに合わせて適宜設計にて調整する必要がある。また、本実施形態においては凸部２２１の配置数を５つとしたが、配置数を増加させればインペラ２の固有振動数の値が大きくなり、配置数を減少させればインペラ２の固有振動数の値が小さくなる。つまり凸部２２１の配置数を変えることでも共振ポイントをずらすことが可能である。

図６は、本発明にかかる実施形態のインペラのウェルドラインを示す平面図である。上述の通りインペラ２は、樹脂射出成形によって形成されている。射出成形は、金型内に樹脂が射出されるゲート部が設けられている。射出成形される物品の形状にも依存するが、インペラ２を射出成形する場合にはシャフト３２を中心として略等間隔に複数のゲート部が配置される。ゲート部から射出される樹脂は金型内で合流し、金型内に樹脂が充填される。この際、隣り合うゲート部から射出される樹脂には合流点が存在する。この合流点は一般的にウェルドと呼ばれる。ウェルドはゲート部とゲート部との間に形成され略中心軸を通るように放射方向に伸びる。この放射方向に伸びたウェルドの線分はウェルドライン７０と呼ばれる。ウェルドライン７０上においては樹脂は完全なる一体状態では成形されてない。見た目上はウェルドライン７０上でも樹脂は連続的に形成されているが、樹脂の強化繊維が均一に分布していないため、他の部位に比べて外力に対する強度が低い。

５つの凸部２２１には、ロータホルダ３１をインペラカップ部２２内に圧入した際に、外方に向けて応力が発生する。つまり、インペラカップ部２２にロータホルダ３１を圧入した際に内部応力が最も高くなる部位が５つの凸部２２１が形成されている部位である。よって、上述のウェルドライン７０が凸部２２１と重ならないように工夫する必要がある。ウェルドライン７０と凸部２２１とは、図６に示されているように、重ならない位置に配置される。これでインペラカップ部２２の強度の低下を防止することが可能である。

また、ＭＯＤＥＬ１においては５つの凸部２２１の軸方向の高さが低く形成されている。インペラカップ部２２の径方向に発生する外力が最も強い部位はインペラカップ部２２の蓋部付近である。つまり凸部２２１に作用する径方向の応力ができる限り蓋部付近に集中させた方がインペラカップ部の強度の低下を防止することができる。つまり、ＭＯＤＥＬ１とＭＯＤＥＬ２とを比較した場合、ロータホルダ３１が圧入された際のインペラカップ部２２の強度はＭＯＤＥＬ１の方が高い。よって、凸部２２１の軸方向の高さが低く蓋部近傍に配置されるのが好ましい。

次に第２の実施形態にかかる送風ファンについて説明する。第２の実施形態にかかる送風ファンは、ボス及び軸受部の構成が異なる点を除き、図１及び図６に示す送風ファンと同様の構成を有するため、以下の説明ではボス部以外の他の構成に同符号を付す。

図１２は、図１に対応する断面図であり、第２の実施形態を示す送風ファンの断面図である。図１３は、図２に対応する断面図であり、第２の実施形態のインペラとロータホルダを示す断面図である。図１４は、図４に対応する断面図であり、第２の実施形態のインペラとロータホルダとが固定された状態を示す断面図である。図１５は、本発明にかかる第２の実施形態のインペラとロータホルダの製造方法のフローを示す図である。

ベース部１２の中心部には、略円筒状の軸受ハウジング１２１が形成されており、軸受ハウジング１２１の内周面に形成される２つの段差部にボールベアリング４１、４２が軸方向の移動が規制されている。ボールベアリング４１、４２は、外輪と内輪との間に複数のボールが介在されることで、外輪に対して内輪が回転自在に構成されている。シャフト３２はボールベアリング４１、４２の内輪の内周面に挿通され、軸受部が構成される。シャフト３２の下端側には抜け止め用の環状部材４３Ａが取り付けられている。ボールベアリング４１と後述するボス部３４Ａとの間には、ボールベアリング４１、４２に与圧を付与するコイルスプリング４４が介在されている。

第１の実施形態とは異なり、ボス部３４Ａの下面（後述する円筒部３４２２の下面）にはコイルスプリング４４が支持される。ボス部３４Ａをカップ部と同一の材料で連続的に樹脂射出成形にて形成されている。樹脂射出成形の加工精度は金属材料を切削加工する際の加工精度の比べて悪く、バリ等の発生頻度も高い。しかし、コイルスプリング４４を支持する際には、コイルスプリング４４自体がボス部３４Ａつまりロータ部と一体で回転するため、接触部の精度は要求されない。軸受部の構成は上記に限定されず、例えば含油軸受等のすべり軸受を採用しても良い。すべり軸受においては、ボス部３４ａはどの部位とも接触することが無いため、高い加工精度は必要とはされない。

インペラ２Ａは、インペラカップ部２２Ａと、回転することで空気流を発生する複数の羽根２１が放射状にインペラカップ部２２Ａの外周側面に配設されている。インペラ２Ａの内周面には、送風ファン１Ａ外部への漏洩磁束を低減するロータホルダ３１と、ロータホルダ３１の内周に取り付けられ周方向に多極着磁されたロータマグネット３３と、が備えられる。インペラカップ部２２Ａの中心部には、ボス部３４Ａが形成されており、ボス部３４Ａには回転軸を中心としてシャフト３２が固定されている。シャフト３２はボールベアリング４１、４２に挿入されている。シャフト３２の先端には環状部材４３Ａが固定されており、インペラ２Ａを含むロータ部の抜け止めが構成されている。これにより、インペラ２Ａは、ステータ５から離脱しない。

図１３に示されているようにインペラ２Ａの中央つまりインペラ２Ａの回転軸と同軸状に配置されるようにボス部３４Ａが形成される（ステップＳ３Ａ）。ボス部３４Ａはインペラ２Ａを樹脂射出成形する際にインペラ２Ａと連続的に一体で形成される。ボス部３４Ａは、大径部３４１Ａと小径部３４２Ａとが形成されている。小径部３４２Ａの軸方向下端面の外周端には環状凸部３４２１Ａが形成されている。また、小径部３４２Ａの略中央には、シャフト３２を支持する円筒部３４２２Ａが軸方向下方に向けて突設されている（ステップ１Ａ）。ボス部３４Ａの中央には貫通孔が形成されており、貫通孔にはシャフト３２の上端が圧入固定されている（ステップＳ２Ａ）。

次にロータホルダ３１について説明する。ロータホルダは図２に示されているように、有蓋円筒状に形成されている。蓋部の中央部には回転軸を中心とする貫通孔３２１が形成されている（ステップＳ４Ａ）。ロータホルダ３１の円筒部の内周面には環状のロータマグネット３３が固定されている（ステップＳ５Ａ）。ロータマグネット３３は、ロータホルダ３１に固定される前においては、長方形のシート状に形成されており、シート状の長手方向の端部同士が一致するようにして環状に形成される。ロータマグネット３３は、ロータホルダ３１の円筒部の内周面に固定された状態で、着磁ヨークによって周方向に多極着磁される。本実施形態のロータマグネット３３の周方向に多極着磁される磁極数は８極である。

次に、ロータホルダ３３がインペラ２Ａに締結固定される過程について説明する。インペラ２Ａのインペラカップ部２２内にロータホルダ３１がロータマグネット３３を固定した状態で、挿入される。ロータホルダ３１とインペラ２Ａとはボス部３４Ａによって固定される。貫通孔３２１は、ボス部３４Ａに対してボス部３４Ａの小径部３４２Ａの外周面と貫通孔３２１の内周面３２１１とが径方向において接触するように嵌合される。ただし、加工精度によって小径部３４２Ａの外周面と貫通孔３２１の内周面３２１１とが接触しない場合もある。

図１４は、第２の実施形態のインペラとロータホルダとが固定された状態を示す断面図である。次にロータホルダ３１の上端面がボス部３４Ａに接触した状態において、環状凸部３４２１Ａが熱溶着機、超音波溶着機等の溶着機によって径方向外方に向けて塑性変形される。これにより、ロータホルダ３１は、図１４に示されているように、その内周面３２１１が径方向外方に向けて塑性変形された環状凸部３４２１Ａとボス部３４との間に挟み込まれ固定される（ステップＳ７Ａ）。一般的にこのような固定方法は溶着固定と呼ばれる。溶着固定に関しては、上述のようにボス部３４に環状凸部３４２１Ａを設けないで、小径部３４２Ａの外周端を溶着機によって塑性変形させることでも、ロータホルダ３１の内周面３２１１をボス部３４Ａに固定することが可能である。よって、溶着固定の方法は上記に限定されない。

インペラ２Ａには、図１３及び図１４に示されているように、インペラカップ部２２Ａの内周面上端付近に複数（実施形態においては５つ）の凸部２２１Ａが形成されている。この５つの凸部２２１Ａの内周端が形成する包絡面の直径は、ロータホルダ３１の外径よりも小さくなる。よって、ロータホルダ３１がインペラカップ部２２Ａ内に挿入され、ロータホルダ３１とボス部３４Ａとが接触する状態においては、ロータホルダ３１の外周面は、５つの凸部２２１Ａの内周端に圧入されることになる（ステップＳ６Ａ）。よって、ロータホルダ３１は、内周面３２１１とボス部３４Ａ、外周面と５つの凸部２２１Ａの内周端の２箇所で固定されることになる。騒音値の低減効果に関しては、第１の実施形態と同様である。

本発明にかかる第１の実施形態を示す送風ファンの断面図である。 本発明にかかる第１の実施形態のインペラとロータホルダを示す断面図である。 本発明にかかる第１の実施形態のインペラとロータホルダの製造方法のフローを示す図である。 本発明にかかる第１の実施形態のインペラとロータホルダとが固定された状態を示す断面図である。 本発明にかかる実施形態のインペラを示す軸方向下方から見た平面図である。 本発明にかかる実施形態のインペラのウェルドラインを示す平面図である。 従来の送風ファンにおける、２９００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。 ＭＯＤＥＬ１において、インペラ回転数が２９００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。 ＭＯＤＥＬ２において、インペラ回転数が２９００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。 ＭＯＤＥＬ１において、インペラ回転数が２５００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。 ＭＯＤＥＬ２において、インペラ回転数が２５００ｒｐｍの騒音レベルと周波数の関係を示す図である。 本発明にかかる第２の実施形態を示す送風ファンの断面図である。 本発明にかかる第２の実施形態のインペラとロータホルダを示す断面図である。 本発明にかかる第２の実施形態のインペラとロータホルダとが固定された状態を示す断面図である。 本発明にかかる第２の実施形態のインペラとロータホルダの製造方法のフローを示す図である。

符号の説明

１ 送風ファン
１０ ハウジング
１１ 風洞部
２ インペラ
２１ 羽根
２２ インペラカップ部
２２１ 凸部
３ ロータ部
３１ ロータホルダ
３２ シャフト
３３ ロータマグネット
３４ ボス
５１ ステータコア
５２ コイル
５３ インシュレータ
５４ 回路基板

Claims (11)

1. モータであって、
   回転軸心を中心に回転するシャフトと、
   中央部にシャフトの一端に固定されるボス部が設けられ、ボス部及びシャフトと共に前記回転軸心を中心に回転する有蓋円筒状のカップ部と、
   該カップ部の内側に配置される有蓋円筒状のロータホルダと、
   該ロータホルダの円筒部内側に配置される環状のロータマグネットと、
   該ロータマグネットと径方向で対向し、前記ロータマグネットとの間で前記回転軸心を中心とするトルクを発生する電機子と、
   を備え、
   前記ロータホルダの蓋部の中心には貫通孔が形成されており、前記貫通孔には前記ボス部の一部が挿通され、前記貫通孔の内周面と前記ボス部とが固定されており、
   前記カップ部の内周面には径方向内方に向けて突出する複数の凸部が周方向に配列させて形成されており、
   前記複数の凸部の内方端部に前記ロータホルダが圧入固定されていることを特徴とするモータ。
2. 前記ボス部は、前記カップ部とは異なる別パーツで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記カップは射出成形によって形成されており、前記カップが射出成形される際にカップ金型の内部に前記ボス部が挿入され前記ボス部をインサート成形によって前記カップに固定されることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 前記ボス部の少なくとも一部が押圧されることによって径方向外方に向けて塑性変形されており、前記ボス部の塑性変形部と前記ボス部との間に前記ロータホルダの前記貫通孔の前記内周面が固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ。
5. 前記ボス部は、軸方向において前記カップ部開口側に前記ロータホルダの前記貫通孔の前記内周面が挿通され、前記ボス部の他の部位よりも外径が小さい小径部が形成されており、該小径部の軸方向において前記カップ部開口側の端面外周部には、複数の前記塑性変形部と複数の突起部とが前記回転軸を中心とする周方向に交互に配列されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ。
6. 複数の前記凸部は、前記カップ部の内周面の蓋部側の端部近傍に形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ。
7. 前記塑性変形部は、プレス加工によって変形されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のモータ。
8. 前記塑性変形部は、溶着によって変形されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のモータ。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載のモータが搭載される送風ファンであって、
   前記カップ部の外側に複数の羽根が配置されていることを特徴とする送風ファン。
10. 前記カップ部と、前記複数の羽根と、前記複数の凸部と、連続的に射出成形によって形成されており、前記カップ部には射出成形時に形成される複数のウェルドラインが前記回転軸を中心として周方向に等配されており、複数の前記凸部は、隣り合う前記ウェルドラインの間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の送風ファン。
11. 送風ファンの製造方法であって、
    ａ）中心軸を中心として軸方向に大径部と小径部とを有し、該小径部の軸方向端面において端面外周に環状壁が形成されており、前記中心軸を中心として軸方向に貫通孔が形成されるボス部を準備する工程と、
    ｂ）前記ボス部の前記貫通孔にシャフトの一端を挿通し、前記ボス部と前記シャフトとを固定する工程と、
    ｃ）有蓋円筒状のカップ部と、該カップ部の外側に配置される複数の羽根と、前記カップ部の内周面に配置される複数の凸部と、を有するインペラを射出成形する金型内部に前記シャフトが固定された前記ボス部を挿入し、前記ボス部をインサート成形にてインペラに固定する工程と、
    ｄ）有蓋円筒状で、蓋部の中央に貫通孔が形成されたロータホルダを準備する工程と、
    ｅ）前記ロータホルダの円筒部内周面に略環状のロータマグネットを固定する工程と、
    ｆ）前記ロータマグネットが固定された前記ロータホルダの前記貫通孔内周面に前記ボス部の前記小径部が挿入されるように、前記ロータホルダの外周面が前記複数の凸部の内方端部に圧入される工程と、
    ｇ）前記ロータホルダの端面が前記ボス部の大径部の端面と軸方向で当接した状態において、前記ボス部の前記環状壁の複数個所を径方向外方に向けて塑性変形させて塑性変形部を形成し、該塑性変形部と前記大径部との間に前記ロータホルダが挟持固定される工程と、
    を備えることを特徴とする送風ファンの製造方法。

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