JP2016008579A

JP2016008579A - 軸流送風機

Info

Publication number: JP2016008579A
Application number: JP2014131013A
Authority: JP
Inventors: 仁子池田; Jinko Ikeda
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-01-18

Abstract

【課題】軸受部の防水及び防塵性能を高めた軸流送風機を提供すること。【解決手段】リブを介して外枠に連結された側壁部と側壁部の上側に設けられた天面部とを備えたカップ状のベース部を有するケーシングと、軸受が内周面に嵌合される軸受ハウジングと、ベース部と軸受ハウジングとによって形成されるステータ収容部に回路基板とともに配置する回路基板を備えたステータと、ステータ収納部に充填され、ステータと回路基板を覆う絶縁体と、軸受ハウジングに嵌合される軸受と、軸受に支持されるシャフトを有し、シャフトを中心軸として回転するインペラと、シャフトの上側に取付けられる環状部材と、天面部の環状部材の外周面に対向する位置に設けられ、環状部材の外周面との間に隙間を残すように環状部材の外周面に向かって突出する環状突出部と、環状突出部及び軸受ハウジングの上側の端部のいずれかに設けられ、軸受を位置決めする位置決め部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は軸流送風機に関するものであり、特に、防水構造を備えた軸流送風機に関するものである。

従来、工作機械等の制御装置に、その制御装置を冷却するための送風機が設置されている。その送風機は、工作機械等の近傍に設置されるために、水や切削液等の環境にさらされる。したがって、産業用機械や工作機械の制御装置で使用される、耐油及び防水構造(以下、単に「防水構造」という)を備えた送風機が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

これら特許文献１〜３に開示される技術は、ステータや回路基板を樹脂モールドすることで防水性能の向上を行っている。
一方で、軸受部に対する防水及び防塵に関しては、考慮がなされておらず、軸受部の防水及び防塵対策が十分ではない。

特開２００３−２３０２４６号公報特開２０１１−７８２２４号公報特開２００７−１７４８９６号公報

本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、軸受部の防水及び防塵性能を高めた軸流送風機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の構成によって把握される。

（１）本発明の軸流送風機は、軸方向下側の外周面でリブを介して外枠に連結された側壁部と、前記側壁部の軸方向上側から半径方向に延在する天面部と、前記側壁部の前記軸方向下側に設けられた下面開口とを備えた概略カップ状のベース部を有するケーシングと、前記天面部に設けられた中央孔から垂下し、軸受が内周面に嵌合される軸受ハウジングと、前記ベース部と前記軸受ハウジングとによって形成されるステータ収容部と、前記軸受ハウジングの外周面に嵌合されて回路基板とともに前記ステータ収納部に配置される、前記回路基板を備えたステータと、前記ステータ収納部に充填され、前記ステータと前記回路基板を覆う絶縁体と、前記軸受に回転自在に支持されるシャフトを有し、前記シャフトを中心軸として回転するインペラと、前記シャフトの前記軸方向上側の外周面に取付けられ、前記中央孔の内周部と隙間を介して外周面が対向するように前記中央孔に挿入される環状部材と、前記軸受を位置決めするために前記中央孔の内周部及び前記軸受ハウジングの前記軸方向上側の端部のいずれか一方に設けられた位置決め部と、を備える。

（２）上記（１）の構成において、前記中央孔の内周部に前記環状部材の外周面と対向する環状突出部が設けられる。
（３）上記（２）の構成において、前記環状突出部は前記軸方向下側に傾斜面と、前記傾斜面に繋がる水平面とが形成されており、前記水平面が前記位置決め部である。

（４）上記（２）の構成において、前記環状突出部には、前記軸方向下側に段部が設けられ、前記段部の前記軸方向下側の水平面が前記位置決め部である。

（５）上記（１）の構成において、前記軸受ハウジングの前記軸方向上側の端部には、内側に突出する突出部が設けられ、前記突出部が前記位置決め部である。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、前記環状部材が、前記環状部材の前記軸方向上側の端部にフランジ部を有する。

（７）上記（６）の構成において、前記フランジ部のフランジ面に中央側から外側に延びる突条が形成されている。

（８）上記（６）の構成において、前記フランジ部のフランジ面に中央側から外側に延びる溝が形成されている。

（９）上記（１）から（８）のいずれかの構成において、前記軸受ハウジングの下端部を閉塞する底蓋を備える。

本発明によれば、軸受部の防水及び防塵性能を高めた軸流送風機を提供することができる。

本発明による第１実施形態の軸流送風機の断面図である。図１の分解断面図である。インペラを組付け前の図１で示されている軸受ハウジングの上端近傍の拡大図である。インペラ組付け後の図１で示されている軸受ハウジングの上端近傍の拡大図である。本発明による環状部材の実施形態を説明する図である。本発明の第３実施形態の天面部の一部拡大図である。図３の段部と同様の機能が得られる他の形状を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、上下や水平、垂直等の方向を示す表現は、単に図面上の位置関係を説明するものであって、実際の使用時における配置を限定するものではない。また、以下の説明で記載する「軸方向」とは、軸流送風機の回転軸の軸方向を示す表現である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の軸流送風機１の断面図を示したものであり、図２は、図１の分解断面図になっている。
図２に示されるように、本発明の軸流送風機１は、インペラ１０と、ケーシング２０と、ステータ３０と、軸受部４０と、底蓋５０とから主に構成されている。

（インペラ）
インペラ１０は、ハブ１１の外周に複数の羽根１２を有している。また、ハブ１１の中央にはシャフト１３が固定されており、このシャフト１３がインペラ１０の回転の中心軸となる。
また、ハブ１１の内側には、ロータヨーク１４が設けられるとともに、このロータヨーク１４の内側には、ロータマグネット１５が装着されている。
このロータヨーク１４とロータマグネット１５によってロータ部が構成され、ステータ３０とでモータ部を構成する。
さらに、後ほど詳細に説明するが、シャフト１３の軸方向上側（図上側）の外周面には、環状部材１６が取付けられている。
本実施形態では、環状部材１６を樹脂（例えば、ナイロンなど）で形成し、シャフト１３に圧入することで環状部材１６の取付けを行っている。
なお、環状部材１６の材質は、樹脂に限定されるものではなく、他の材料からなっていてもよい。

（ケーシング）
ケーシング２０は、外枠２３とリブ２２によって外枠２３に連結されるベース部２１とを有している。
ベース部２１は、側壁部２１ａと側壁部２１ａの軸方向上側の端部からシャフト１３に向かって半径方向に延在する天面部２１ｂと側壁部２１ａの軸方向下側（図下側）に設けられた下面開口２４とを備えた概略カップ状になっている。
側壁部２１ａの軸方向下側（図下側）の外周面にリブ２２の一端が接続されており、このリブ２２を介して外枠２３に連結されている。

天面部２１ｂは、側壁部２１ａの軸方向上側（図上側）の端部に連なるように設けられている。
また、天面部２１ｂの中央には中央孔２９が設けられ、天面部２１ｂの中央孔２９から下面開口２４に向けて垂下する軸受ハウジング２５が設けられている。図１に示すように、本実施形態では軸受ハウジング２５はベース部２１とは別体の筒状部品として形成され、中央孔２９の内周部と結合されてベース部２１と一体化されている。

このような構造は、例えば、インサート成形法を用いることで実現できる。つまり、筒状の金属製軸受ハウジング２５を金型内に配置した後に金型内に樹脂を注入して、軸受ハウジング２５と一体となるようにベース部２１、リブ２２及び外枠２３を樹脂成形することで実現できる。また、別の方法としては、樹脂モールド成形でベース部２１、リブ２２及び外枠２３を成形する時に軸受ハウジング２５も同時に成形することでも実現できる。この場合は軸受ハウジングも樹脂製となる。また、軸受ハウジング２５は中央孔２９の外周部と結合されていてもよい。

（ステータ）
ステータ３０は、ステータコア３１とインシュレータ３２とインシュレータ３２に巻き付けられたコイル３３とからなる。また、インシュレータ３２には、コイル３３に供給する駆動電流を制御するための電子部品が実装されたモータ駆動用の回路基板３４が取り付けられている。

（軸受部）
軸受部４０は、一対の軸受（例えば転がり軸受）４１ａ，４１ｂとその軸受４１ａ，４１ｂの間に設けられる予圧用のスプリング４２とからなる。
なお、予圧付与のためにスプリング４２に代えてスペーサを用いるようにしてもよい。
また、本実施形態では軸受部４０に一対の転がり軸受を用いているが、軸受部４０は転がり軸受に限定されるものではなく、滑り軸受を用いてもよい。滑り軸受の場合、スプリングやスペーサといった予圧を付与する部材は不要である。
（底蓋）
底蓋５０は、軸受部４０が軸受ハウジング２５内に収納された後、軸受ハウジング２５の軸方向下側（図下側）の下端部を閉塞するように設けられる部材である。

次に、上記で説明してきた各部材を組付ける手順の一例を説明しながら、さらに本発明の軸流送風機１について詳細な説明を行う。

まず、ケーシング２０のベース部２１（側壁部２１ａ，天面部２１ｂ）と軸受ハウジング２５とで形成されるステータ収納部２６に、下面開口２４側から軸受ハウジング２５の外周面にステータコア３１を嵌合させるようにして、回路基板３４を備えたステータ３０を収容する。

次に、ステータ収納部２６に絶縁体（樹脂）６０を充填し（図１参照）、ステータ３０及び回路基板３４を絶縁体６０で覆うようにする。
このように絶縁体６０で覆われるのでステータ３０及び回路基板３４は、外部からの水や塵に曝されることがない。

続いて、軸受ハウジング２５内に軸受部４０を収納する。まず、軸方向上側（図上側）に設けられる軸受４１ｂを軸受ハウジング２５の内周面に嵌合させるように挿入する。

図３は、軸受ハウジング２５の軸方向上側の上端近傍を拡大した図面である。
図３に示すように、ベース部２１の天面部２１ｂの中央孔２９の内周部には、環状突出部２８が設けられている。
なお、後ほど説明するが、組付けが終わった状態を示す図４を見るとわかるとおり、環状突出部２８は、シャフト１３の軸方向上側（図上側）の外周面に取付けられた環状部材１６の外周面に対向する位置に設けられており、環状部材１６の外周面に向かって突出するように形成されている。

この環状突出部２８には、軸方向下側（図下側）に段部２７が設けられている。
軸受４１ｂは、この段部２７の水平面２７ａに当接することで位置決めができるようになっている。
つまり、環状突出部２８に設けられた段部２７の軸方向下側（図下側）の水平面２７ａが軸受４１ｂを位置決めする位置決め部として機能する。
したがって、軸受４１ｂは、水平面２７ａに軸受４１ｂが当接して位置決めされるまで軸受ハウジング２５内に挿入していくだけで、正確に位置決めができるようになっている。

図２に戻って説明を続ける。続いて、予圧用のスプリング４２を軸受ハウジング２５内に配置した後、軸方向下側（図下側）に設けられる軸受４１ａを軸受ハウジング２５の内周面に嵌合させるように挿入することで軸受ハウジング２５内に軸受部４０を収納する作業が終了する。
なお、軸受として滑り軸受を用いる場合は、軸受ハウジング内に滑り軸受を挿入し嵌合させるだけで、予圧用のスプリングを配置する作業は不要である。

続いて、インペラ１０のシャフト１３を先ほど軸受ハウジング２５内に収納した軸受部４０に挿入し、シャフト１３の軸方向下側（図下側）に形成されている溝部１３ａに止め輪１３ｂを嵌め込んでインペラ１０の軸受部４０からの抜け止めを行う。
最後に、軸受ハウジング２５の下端部に底蓋５０を装着することで下端部を密閉する。

図４は、この組付けが終わった状態における図３で示した部分と同様の部分の拡大図である。
図４に示されるように、ベース部２１の天面部２１ｂに設けられた中央孔２９の内周部には、シャフト１３の軸方向上側（図上側）に取付けられた環状部材１６の外周面に対向する位置に、環状部材１６の外周面に向かって半径方向に突出する環状突出部２８が設けられている。

そして、この環状突出部２８は、環状部材１６の外周面との間に、シャフト１３の回転を阻害しない程度のクリアランスの小さい隙間を残すように、その突出量が決められている。
また、環状部材１６の軸方向上側（図上側）の端部には、フランジ部１６ａが形成されており、環状突出部２８とフランジ部１６ａとの間が狭い経路になっている。

図４に矢印で外部から侵入してくる水や塵の侵入経路を示しているが、図４を見るとわかるとおり、水や塵が、軸受４１ｂが配置されるところに侵入するためには、環状突出部２８とフランジ部１６ａとの間の狭い経路を水平方向に進み、さらに、その後、環状部材１６と環状突出部２８との間の小さい隙間を軸方向下側（図下側）に進まなければ、軸受部４０に到達しない。

以上、説明してきたように、第１実施形態では、軸受ハウジング２５の下端部は、底蓋５０で閉塞されているので、この下端部から軸受部４０に水や塵が浸入することを確実に防止することができる。
また、軸方向上側（図上側）では、環状部材１６と天面部２１ｂの中央孔２９に形成された環状突出部２８とでクリアランスの小さい隙間を形成するようにしているので、水や塵の軸受部４０側への浸入が抑制される。

さらに、環状部材１６にフランジ部１６ａを設けるようにして、環状突出部２８とフランジ部１６ａとの間の隙間も小さくし、水や塵が浸入するために、隙間の小さい折れ曲がった経路（ラビリンス構造）を経由しなければ軸受部４０に到達できないようにすることで、さらに、水や塵の浸入を防止できる。

一方、第１実施形態では、軸受ハウジング２５がベース部２１に一体に形成されているので、ケーシング２０に軸受ハウジング２５を組付ける工程が不要となり、作業効率が向上する。

また、インサート成形や樹脂モールド成形で軸受ハウジング２５がベース部２１に一体に形成されているのでベース部２１と軸受ハウジング２５との位置精度を高くすることができる。
このようにベース部２１に対して高い位置精度で軸受ハウジング２５を設けることができるので、ベース部２１と軸受ハウジング２５との同軸度が高い精度で得られる。当然、このことは、軸受ハウジング２５に設けられる軸受部４０やステータ３０のベース部２１に対する同軸度の精度を高くする。

軸受部４０のベース部２１に対する同軸度の精度が高くなると、軸受部４０に回転自在に支持されるシャフト１３で連結されるインペラ１０側に配置される部材、例えば、ロータマグネット１５のベース部２１の側壁部２１ａに対する同軸度も向上する。

同軸ズレが大きければ、ステータ３０と側壁部２１ａとの間の隙間およびロータマグネット１５と側壁部２１ａとの間の隙間を組立時や組立後（可動時）の干渉を避けるために大きくすることになるが、上記のように同軸度の精度が高ければ、その分だけ、この隙間を小さくすることが可能となる。

そうすると、隙間が小さくなる分、ステータ３０とロータマグネット１５の間の距離を縮めることができるのでモータの効率が高まり、消費電力を低減することが可能になる。
さらに、ステータ３０や軸受部４０の組付け作業は、どちらもケーシングに対して同じ方向（軸方向下側）から行うことができるので組付け作業性が良い。

上記では、図３を参照して説明したように、環状突出部２８に設けた段部２７の軸方向下側（図下側）の水平面２７ａによって、軸受４１ｂの位置決めを行う位置決め部を構成する場合について示してきた。
このように段部２７を形成し、その段部２７の水平面２７ａを軸受４１ｂの位置決めを行う位置決め部とすることで、水平面２７ａは転がり軸受の外輪だけに当接し、内輪に接触することがないので軸受４１ｂの回転を阻害することがない。

但し、その形状は、図３に示した段部２７のようなものに限定されるものではなく、例えば、環状突出部２８の形状を、図７に示すような形状としてもよい。
図７に示す環状突出部２８には、環状部材１６（図示せず）の外周面に対向する端面２８ａから軸方向下側（図下側）に向かって環状部材１６から離れるように傾斜する傾斜面２８ｂが形成されており、その傾斜面２８ｂに繋がる水平面２８ｃが形成されている。
このように形成された水平面２８ｃを、軸受４１ｂの位置決めを行う位置決め部とすれば、上記で説明した水平面２７ａと同様に、転がり軸受の外輪だけに当接し、内輪に接触することがない位置決め部となる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態と比較して環状部材１６の構成が異なり、その他の点は、第１実施形態と同じであるので、以下では、この異なる点について主に説明し、同様である部分については説明を割愛する。

図５（ａ）は、第１実施形態の環状部材１６を示す図であり、図５（ｂ）および（ｃ）は、第２実施形態の環状部材１１６を示す図である。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の上側の図は、フランジ部１６ａ，１１６ａのフランジ面を示す図である。

このフランジ面を見比べると分かるとおり、第１実施形態のフランジ面１６ｃは、平坦面とされている一方、図５（ｂ）に示す第２実施形態のフランジ面１１６ｃには、中央側から外側に延びる複数の突条１１６ｄが設けられている。
また、図５（ｃ）に示す第２実施形態のフランジ面１１６ｃには、中央側から外側に延びる複数の溝１１６ｆが設けられている。
なお、図５（ｂ）に示される突条１１６ｄは、円周方向に緩やかに曲線を描くように中央側から外側に延びる突条１１６ｄを示しているが、直線で延びるような突条であってもよい。
同様に、図５（ｃ）に示される溝１１６ｆも円周方向に緩やかに曲線を描くように中央側から外側に延びる溝１１６ｆを示しているが、直線で延びるような溝であってもよい。

そして、この環状部材１１６は、シャフト１３の外周面に取付けられる部材であるので、シャフト１３が、例えば反時計回りに回転すると、その回転によって環状部材１１６も図５（ｂ）および（ｃ）に実線矢印で示すように反時計回りに回転する。
そうすると、このフランジ面１１６ｃに形成された突条１１６ｄや溝１１６ｆによって、図５（ｂ）および（ｃ）に点線矢印で示すように、回転軸側から外側へ向かう風の流れが発生する。

図４を見ればわかるように、このような回転軸側（シャフト１３側）から外側に向かう風の流れは、矢印で示す水や塵の浸入方向に対して逆方向になるので、水や塵を浸入方向側に押し戻すように作用する。
したがって、第１実施形態の効果に、さらに、この風の効果が加わるのでより、水や塵が軸受部４０に侵入することを防止することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第１実施形態と比較して軸受４１ｂの位置決めを行う位置決め部の構成が異なり、その他の点は、第１実施形態と同じであるので、以下では、この異なる点について主に説明し、同様である部分については説明を割愛する。

図６は、図３と同様の拡大図である。但し、ベース部２１の天面部２１ｂと軸受ハウジング２５だけを図示している。
第１実施形態では、段部２７を環状突出部２８に形成し、その段部２７の軸方向下側の水平面２７ａを軸受４１ｂの位置決めを行う位置決め部としていたが、第３実施形態では、段部２７に代えて、図６に示すように、軸受ハウジング２５の軸方向上側（図上側）の端部に、内側に突出する突出部２５ａを設けるようにしている点が主に異なる。
なお、軸受ハウジング２５に突出部２５ａを設けるようにしたので、環状突出部２８に段部２７は設けていない。

このようにすると、軸受ハウジング２５を形成する段階で突出部２５ａを形成しておき、インサート成形で軸受ハウジング２５に一体にケーシング２０を成形する時には、天面部２１ｂの中央孔２９に環状突出部２８を形成するようにするだけで良い。

第３実施形態の場合も軸方向上側の軸受４１ｂは、この軸受ハウジング２５に設けられた突出部２５ａに当接するまで軸受ハウジング２５内に嵌合するように挿入すれば良い。

以上、実施形態を用いて本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。
また、本発明の精神を逸脱しない限り多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１軸流送風機
１０インペラ
１１ハブ
１２羽根
１３シャフト
１３ａ溝部
１３ｂ止め輪
１４ロータヨーク
１５ロータマグネット
１６環状部材
１６ａフランジ部
１６ｃフランジ面
２０ケーシング
２１ベース部
２１ａ側壁部
２１ｂ天面部
２２リブ
２３外枠
２４下面開口
２５軸受ハウジング
２５ａ突出部
２６ステータ収納部
２７段部
２７ａ水平面
２８環状突出部
２８ａ端面
２８ｂ傾斜面
２８ｃ水平面
２９中央孔
３０ステータ
３１ステータコア
３２インシュレータ
３３コイル
３４回路基板
４０軸受部
４１ａ軸受
４１ｂ軸受
４２スプリング
５０底蓋
６０絶縁体
１１６環状部材
１１６ａフランジ部
１１６ｃフランジ面
１１６ｄ突条
１１６ｆ溝

Claims

リブを介して外枠に連結された側壁部と、前記側壁部の軸方向上側から半径方向に延在する天面部と、前記側壁部の軸方向下側に設けられた下面開口とを備えた概略カップ状のベース部を有するケーシングと、
前記天面部に設けられた中央孔から垂下し、軸受が内周面に嵌合される軸受ハウジングと、
前記ベース部と前記軸受ハウジングとによって形成されるステータ収納部と、
前記軸受ハウジングの外周面に嵌合されて回路基板とともに前記ステータ収納部に配置される、前記回路基板を備えたステータと、
前記ステータ収納部に充填され、前記ステータと前記回路基板を覆う絶縁体と、
前記軸受に回転自在に支持されるシャフトを有し、前記シャフトを中心軸として回転するインペラと、
前記シャフトの前記軸方向上側に取付けられ、前記中央孔の内周部と隙間を介して外周面が対向するように前記中央孔に挿入される環状部材と、
前記軸受を位置決めするために前記中央孔の内周部及び前記軸受ハウジングの前記軸方向上側の端部のいずれか一方に設けられた位置決め部と、
を備えることを特徴とする軸流送風機。
前記中央孔の内周部に前記環状部材外周面に対向する環状突出部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の軸流送風機。
前記環状突出部は前記軸方向下側に傾斜面を有し、前記傾斜面に繋がる水平面が前記位置決め部であることを特徴とする請求項２に記載の軸流送風機。
前記環状突出部には、前記軸方向下側に段部が設けられ、
前記段部の前記軸方向下側の水平面が前記位置決め部であることを特徴とする請求項２に記載の軸流送風機。
前記軸受ハウジングの前記軸方向上側の端部には、内側に突出する突出部が設けられ、
前記突出部が前記位置決め部であることを特徴とする請求項１に記載の軸流送風機。
前記環状部材が、前記環状部材の前記軸方向上側の端部にフランジ部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の軸流送風機。
前記フランジ部のフランジ面に中央側から外側に延びる突条が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の軸流送風機。
前記フランジ部のフランジ面に中央側から外側に延びる溝が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の軸流送風機。
前記軸受ハウジングの下端部を閉塞する底蓋を備えていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の軸流送風機。