JP6843627B2 - ファン装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸流ファン、遠心ファン、シロッコファン等のファン装置およびその製造方法に関する。

この種のファン装置は、電子機器、家電機器、ＯＡ機器、産業機器等々の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられており、軸流ファンとしては、例えば特許文献１で知られる構造のものが一般的である。当該文献に示される軸流ファンは、ロータ部とステータ部とを備えたアウタロータ型のモータがケーシング（ハウジング）内に収容され、ロータ部は複数の動翼を有し、ケーシングは複数の静翼を有し、ステータ部は、中央部分のベース部が各静翼の内周側の端部に一体に設けられることでケーシングに固定された構造となっている。そして、ステータ部のベース部にはモータの動作を制御する回路基板が配設されている。

特開２００８−１７５１５８号公報

ところで、上記特許文献にみられる構造の軸流ファンを組み立てるにあたっては、モータを構成するステータ部が実装された回路基板にコネクタ付きのリード線を予め半田付けしておき、そのステータ部をケーシング内に収容するが、収容するには静翼がない側の開口から行われる。その際、コネクタはケーシングの内部側から静翼の間の空隙に通し、コネクタ付きリード線をケーシング外に引き出すといったプロセスが通常は採られる。図９はそのようにして組み立てられた軸流ファンの例を示しており、ケーシング９０１の軸方向一端側の端面に形成された複数の静翼９０２の間の空隙にコネクタ９０３およびリード線９０４を通している。ケーシング９０１内には、モータ９０５で回転駆動されるインペラ９０６が収容され、リード線９０４はモータ９０５のステータ部に設けられた回路基板に半田付けで接続されている。

ところがこのような構造では、コネクタの大きさによっては静翼間の空隙に通すことができない場合があり、その場合には、ケーシングの外側からコネクタとは反対側のリード線の端部を静翼間の空隙に通してケーシング内に入れ、その端部を回路基板に半田付けすることになる。しかし、リード線が短い場合には半田付けを行うスペースが狭くなって作業が非常に難しくなり、作業性の悪化を招くという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも組み立て作業の容易化が効果的に図られるファン装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ステータ部とロータ部とを備えたモータと、前記ステータ部が実装される回路基板と、前記モータを収容するケーシングと、を含むファン装置であって、前記ケーシングは、少なくとも軸方向一端側に開口が形成され、前記回路基板は、前記ステータ部が実装される本体部と、前記本体部から外側に延びる複数の腕部と、を有し、前記回路基板の前記腕部は補強手段により補強されており、前記腕部の少なくとも一部が、その先端部を残して前記補強手段である被覆材で被覆され、前記被覆材が被覆されていない前記先端部は、前記ケーシングにおける前記軸方向一端側の開口の端面に接合手段によって接合され、その状態で前記モータが前記ケーシング内に収容されているファン装置である。

本発明においては、前記回路基板に、前記軸方向一端側に引き出されたリード線を介してコネクタが接続されている態様が挙げられる。

本発明においては、複数の前記腕部が周方向等分箇所に設けられている態様が挙げられる。

本発明においては、前記腕部が翼形状に形成されている態様が挙げられる。

本発明においては、複数の前記腕部の間に静翼部が設けられている態様が挙げられる。

本発明においては、少なくとも前記回路基板の前記本体部における前記軸方向一端側の面が被覆材で被覆されている態様が挙げられる。

本発明においては、前記ステータ部の一部または全体が前記被覆材で被覆されている態様が挙げられる。

本発明においては、前記腕部の少なくとも前記本体部側の部分が前記被覆材で被覆されている態様が挙げられる。

本発明においては、前記腕部に被覆された前記被覆材が翼形状に形成されている態様が挙げられる。

本発明は、製造方法の発明として把握することもできる。製造方法に関する発明は、上述したファン装置の発明において、前記ケーシングの前記軸方向一端側の開口から、前記ケーシング内に前記ステータ部を挿入して収容するステータ部収容工程と、前記ステータ部収容工程の後に、前記回路基板の前記腕部の少なくとも一部を前記ケーシングにおける前記一端側の開口の端面に接合する腕部接合工程と、を少なくとも備える。

上記の製造方法の発明においては、前記回路基板にリード線を介してコネクタが接続されている態様が挙げられる。

本発明によれば、従来よりも組み立て作業の容易化が効果的に図られるファン装置およびその製造方法が提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る軸流ファンの縦断面図である。 同軸流ファンの斜視図である。 同軸流ファンの分解斜視図である。 同軸流ファンを構成するステータアッシーの斜視図であって、（Ａ）ポッティング前の状態、（Ｂ）ポッティング後の状態である。 （Ａ）回路基板の腕部にポッティングがなされた他の実施形態のステータアッシーの斜視図、（Ｂ）そのステータアッシーを具備する軸流ファンの斜視図である。 （Ａ）回路基板の腕部に翼形状のポッティングがなされ、さらに腕部間に静翼部が設けられた他の実施形態のステータアッシーの斜視図、（Ｂ）そのステータアッシーを具備する軸流ファンの斜視図である。 ステータアッシーへのポッティングの他の形態であって、ステータ部の外周面を露出させた形態の斜視図である。 ステータアッシーへのポッティングの他の形態であって、回路基板の本体部のみにポッティングした形態の斜視図である。 軸流ファンの従来例を示す斜視図である。

以下、本発明を軸流ファンに適用した一実施形態につき、図面を参照して説明する。
（１）軸流ファンの基本構造
図１は、一実施形態に係る軸流ファン１（ファン装置の一例）の縦断面を示している。この軸流ファン１は、モータ１０で回転駆動されるインペラ２１０、モータ１０およびインペラ２１０を収容するケーシング４００を備えている。ケーシング４００は軸方向（モータ１０の軸方向）から見て略正方形の中空角筒状に形成されたものである。

図１でケーシング４００の軸方向一端側である下側の開口は排気口（軸方向一端側の開口）４１０を形成し、軸方向他端側である上側の開口は吸気口４２０を形成している。すなわちインペラ２１０が回転するとケーシング４００の上側の吸気口４２０から空気がケーシング４００内に吸入され、下側の排気口４１０から排気される。図２は軸流ファン１を排気口４１０側から見た斜視図、図３は軸流ファン１の分解斜視図、図４（Ａ）は後述するステータアッシー２０の斜視図である。ケーシング４００の４つのコーナー部には軸方向に貫通する取付孔４３０が形成されている。軸流ファン１は、取付孔４３０に通したボルト等の固定具によって対象機器に取り付けられる。

モータ１０は、ステータ部１００とロータ部２００を備えている。ステータ部１００は、図１および図４（Ａ）に示すように、ステータコア１１０と、ステータコア１１０に装着されたインシュレータ１２０と、インシュレータ１２０に巻線が巻かれてなるコイル１３０とから構成される。ステータコア１１０は複数枚の電磁鋼板からなる薄板コア材を積層してなるもので、中央の円筒部１１１の外周から複数の極歯１１２が放射状に延びている。上記巻線は各極歯１１２にインシュレータ１２０を介して巻かれ、これによりコイル１３０が構成される。ステータ部１００の軸方向一端側（図１で下側）には、ロータ部２００の回転駆動を制御する回路基板３００が配設されている。詳細は後述するが、回路基板３００は、ステータ部１００が実装される本体部３１０と、本体部３１０から外側に延びる複数の腕部３２０とを有し、複数の腕部３２０の少なくとも一部はケーシング４００における排気口４１０の端面４１１に接合手段によって接合され、その状態でモータ１０がケーシング４００内に収容されている。

ロータ部２００は、図１に示すように、インペラ２１０と、インペラ２１０内のシャフト２２０とを備える。インペラ２１０は、有蓋円筒状のハブ２１１の外周面に複数の羽根２１５が周方向に等間隔をおいて形成されたもので、ハブ２１１と複数の羽根２１５は例えば樹脂モールドによる一体成形で形成されている。シャフト２２０は、ハブ２１１の中心から垂下しており、上端部がハブ２１１の蓋部２１２に固定されている。羽根２１５はハブ２１１の円筒状の胴部２１３の外周面に一体に形成されており、その胴部２１３の内周面には、ヨーク２３０を介してマグネット２４０が装着されている。

ロータ部２００は、図１に示すように、シャフト２２０が、一対のベアリング２５０およびベアリングライナー２６０を介してステータ部１００の円筒部１１１内に支持されることにより、ステータ部１００に対して回転可能に組み込まれている。この組み込み状態で、マグネット２４０とステータコア１１０の外周面が微小隙間を空けて互いに対向し、これによりモータ１０が構成される。なお、シャフト２２０の先端側におけるシャフト２２０とベアリングライナー２６０との間の環状の隙間は、シャフト２２０に装着されるリテーナ２７１およびその外周側のシム２７２により塞がれる。

（２）ステータアッシー
上記ステータ部１００および回路基板３００は、図４（Ａ）に示すステータアッシー２０を構成する。ステータアッシー２０はこれらステータ部１００および回路基板３００に加え、一端に電源等に接続されるコネクタ５２０が接続され、他端が回路基板３００に半田付けで接続される複数本（この場合、２本）のリード線５１０を含む。

ステータアッシー２０は、図４（Ｂ）に示すように、ステータ部１００および回路基板３００がポッティング材（被覆材の一例、補強手段の一例）３０によりポッティングされる。図１〜図３においては、ステータ部１００および回路基板３００がポッティング材３０によりポッティングされている。ポッティングは、防湿・防水、防汚、絶縁、補強等を目的として、例えば、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等からなるポッティング材を基板等の製品の表面に被覆させる一般周知のコーティング処理技術である。なお、本実施形態のポッティング材３０の種類は限定されず、適宜に選択される。

回路基板３００は、図４（Ａ）に示すように、円板状の本体部３１０の外周縁から複数の腕部３２０が外側に延びた形状を有している。この場合、腕部３２０は４本で周方向等分箇所に形成されている。腕部３２０の延びる方向は特に限定されず、本実施形態では、周方向に一つおきに形成されたものどうしが互いに平行であり、かつ、周方向に隣接するものどうしは互いに直交する方向に延びている形態となっている。本体部３１０および腕部３２０は一体で同じ基板材料で形成されており、本体部３１０に制御回路や接続端子等が設けられている。本体部３１０はステータ部１００の直径よりも大きく、ステータ部１００はその本体部３１０上に同心状に位置付けられて実装されている。コネクタ５２０が接続されているリード線５１０（以下、コネクタ付きリード線５００と呼ぶ）は、本体部３１０の接続端子に予め半田付けされて接続されている。

ステータアッシー２０におけるポッティング領域は、ステータ部１００のほぼ全体および回路基板３００の本体部３１０の全体である。図１に示すように、ステータコア１１０の内周面の下部はポッティング材３０によりポッティングされているが、それより上側のベアリングライナー２６０に接する部分はポッティングされていない。コネクタ付きリード線５００は本体部３１０外周面へのポッティング部分から外部に引き出されている。

上記のように所定領域がポッティング材３０によりポッティングされたステータアッシー２０は、回路基板３００の各腕部３２０の先端部が、ケーシング４００における排気口４１０の端面（一端側の開口の端面）４１１に接合され、その状態でモータ１０がケーシング４００内に収容されている。また、コネクタ付きリード線５００は排気口４１０側（図１で下側）に引き出されている。すなわち、回路基板３００に、軸方向一端側に引き出されたリード線５１０を介してコネクタ５２０が接続されている。各腕部３２０は、排気口４１０の端面４１１の各取付孔４３０の片側に形成された取付溝４１２に嵌め込まれている。取付溝４１２の底面には排気側に突出するピン４１５が圧入などの手段で設けられており、このピン４１５に、腕部３２０に形成されたピン孔３２５が嵌め込まれる。そして、ピン４１５と腕部３２０を半田付けすることにより、腕部３２０は排気口４１０の端面４１１すなわちケーシング４００に接合されている。

図１および図２に示すように、この接合状態で、回路基板３００の本体部３１０を覆って排気側に向くポッティング面３０ａは排気口４１０の端面４１１と平行で段差がない面一となり、また、各腕部３２０はポッティング面３０ａよりもケーシング４００の内部側（図１で上側）に位置している。排気口４１０は各腕部３２０で仕切られ、各腕部３２０の間の空隙が実質的な排気口となる。腕部３２０は、図９で示した軸流ファンの静翼９０２に相当するものとなる。

なお、半田付けは腕部３２０をケーシング４００に接合する接合手段の一例であり、他には、ピン４１５と腕部３２０を溶着あるいは溶接したり、ピン孔３２５から突出するピン４１５の先端部を潰してかしめたり、あるいはネジ止め、接着剤など、接合強度を確保することができれば様々な接合手段を適宜採用することができる。

（３）軸流ファンの製造方法
次に、上記構成の軸流ファン１を組み立てる製造方法の一実施形態を説明する。
軸流ファン１の組み立ては、ステータアッシー２０を排気口４１０側からケーシング４００内に収容して取り付け、ロータ部２００を吸気口４２０側からケーシング４００内に収容しながらステータ部１００に組み込むことで行われる。上記ベアリング２５０、ベアリングライナー２６０、リテーナ２７１およびシム２７２は、予めロータ部２００のシャフト２２０に装着されているものとする。なお、ベアリング２５０はベアリングライナー２６０内に固定（例えば、圧入）され、さらにそのベアリングライナー２６０内にシャフト２２０が固定される。

軸流ファン１の製造方法として、ケーシング４００の軸方向一端側の開口から、ケーシング４００内にステータ部１００を挿入して収容するステータ部収容工程と、ステータ部収容工程の後に、回路基板３００の腕部３２０の少なくとも一部をケーシング４００における一端側の開口の端面に接合する腕部接合工程と、を少なくとも備えている。以下はその具体例である。

ステータアッシー２０をケーシング４００に取り付けるには、ステータアッシー２０をケーシング４００の排気口４１０側に配し、ポッティング材３０によりポッティングされたステータ部１００を排気口４１０からケーシング４００内に挿入して収容する（ステータ部１００収容工程）。そして、回路基板３００の各腕部３２０の先端部を取付溝４１２に嵌め込むと同時にピン孔３２５をピン４１５に嵌め込んで、腕部３２０を取付溝４１２の底面に当接させる。次いで、ピン４１５と腕部３２０とを半田付け等の接合手段で接合し、各腕部３２０を排気口４１０の端面４１１に接合する（腕部接合工程）。

続いて、ロータ部２００を吸気口４２０側に配し、シャフト２２０の先端をケーシング４００側に向け、シャフト２２０に装着されているベアリングライナー２６０をステータ部１００の円筒部１１１内に接着し、吸気口４２０からケーシング４００内にロータ部２００を挿入して収容する。その後、ポッティング材３０によりポッティングされたステータ部１００がインペラ２１０のハブ２１１内に収容され、軸流ファン１の組み立てが完了する。

なお、上記組み立て手順は一例であり、例えば、ケーシング４００内にステータ部１００を収容してから、腕部３２０をケーシング４００の排気口４１０の端面４１１に接合する前にロータ部２００を排気口４１０からケーシング４００内に収容してステータ部１００に組み込み、最後に腕部３２０を排気口４１０の端面４１１に接合してもよい。また、排気口４１０をロータ部２００が通過可能な大きさであるならば、ステータ部１００にロータ部２００を組み込んでモータ１０を組み立て、そのモータ１０を排気口４１０からケーシング４００内に収容し、最後に腕部３２０を排気口４１０の端面４１１に接合してもよい。さらに、コネクタ付きリード線５００は回路基板３００の本体部３１０の接続端子に予め半田付けしているが、この接続端子を排気口４１０側の面（上記ポッティング面３０ａ）に露出する構成としておき、腕部３２０をケーシング４００に接合した後に、リード線５１０をその接続端子に半田付けするようにしてもよい。

（４）作用効果
上記一実施形態によれば、回路基板３００にコネクタ付きリード線５００を接続したステータアッシー２０を完成させてから、ステータ部１００をケーシング４００内に収容することができ、その収容状態でコネクタ付きリード線５００は排気口４１０側に引き出されている。本実施形態では、そもそもケーシング４００の排気口４１０に静翼が設けられていないため、その排気口４１０側からケーシング４００内にステータ部１００を挿入して収容することができる。

すなわちステータ部１００を吸気口４２０側からケーシング４００内に収容しないため、従来のようにコネクタ付きリード線５００をケーシング４００の内部側から静翼の間の空隙に通して外部に引き出すといった作業を要さない。そして、従来ではコネクタ５２０が静翼の間の空隙を通すことができない大きさのものであった場合には、リード線５１０を外側（排気口側）からその空隙に通して回路基板に半田付けする必要があり、その際にリード線５１０が短いと半田付けの作業が難しくなるといった問題があったが、本実施形態ではそのような作業を必要としない。本実施形態ではステータアッシー２０をケーシング４００に組み込んで腕部３２０をケーシング４００に接合することで、コネクタ付きリード線５００の組み付けも完了する。これらのことより、本実施形態によれば従来よりも組み立て工程が簡素となり、組み立て作業の容易化が効果的に図られる。

また、本実施形態によれば、ポッティング材３０によりポッティングによってステータ部１００および回路基板３００の本体部３１０が補強されており、このため機械的ストレスに対する耐性が向上するとともに、静電気、温度、湿度、水などに対する耐環境性が向上したものとなっている。

（５）他の実施形態
以下、上記一実施形態の他に考えられる本発明の他の実施形態を説明する。図面を参照する場合においては、上記一実施形態と同一構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。

（５−１）ポッティングに関して
ポッティング材（被覆材）３０によるポッティング（被覆）に関しては、例えば、少なくとも回路基板３００の本体部３１０における軸方向一端側の面がポッティング材３０でポッティングされているケース（図８）、ステータ部の一部または全体が被覆材で被覆されているケース（図５、図６、図７）、腕部３２０の少なくとも回路基板３００の本体部３１０側の部分がポッティング材３０でポッティングされているケースなどがある。以下に、具体例を説明する。

図５（Ａ）においては、ステータ部１００および回路基板３００の本体部３１０へのポッティング材３０によるポッティングが各腕部３２０に延長してなされている。この場合、ピン孔３２５が形成されている先端部を残して腕部３２０における回路基板３００の本体部３１０側、すなわち根元側が、本体部３１０とともにポッティングされている。図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すステータアッシー２０を組み込んだ軸流ファンを示している。腕部３２０へのポッティング部３１は、図示例では断面略五角形状（例えば、スポーク形状）であるが、断面形状は限定されない。腕部３２０へのポッティングにより、腕部３２０が補強されて機械的ストレスに対する耐性が向上するとともに、腕部３２０の耐環境性が向上する。

図６（Ａ）においては、ポッティング材３０によるポッティングが各腕部３２０に延長してなされている点で図５と同様であるが、腕部３２０へのポッティング部３２は排気を円滑に整流する翼形状に形成されており、さらに、腕部３２０間に、同一の翼形状を有する静翼部３３がポッティングによって一体成形されている。静翼部３３は腕部３２０間の中央に形成されており、交互に配された複数の静翼部３３と腕部３２０は周方向に均等間隔をおいて形成されている。また、静翼部３３の長さは、その先端と排気口４１０の内周面との間に僅かな隙間が空く程度とされている。図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示すステータアッシー２０を組み込んだ軸流ファンを示している。

このように腕部３２０のポッティング部３２および静翼部３３を翼形状にすることにより、ファン性能の向上が図られる。なお、静翼部３３はポッティング材３０のみで形成してもよいが、本体部３１０から腕部３２０と同様の突出部を設け、その突出部にポッティングすることにより形成してもよい。

図７においては、ステータ部１００および回路基板３００の本体部３１０がポッティング材３０によりポッティングされているが、ステータ部１００へのポッティングはステータコア１１０の外周面を露出させた状態とし、ポッティングによるステータ部１００の大径化を抑えている。また、図８は、ポッティングを回路基板３００の本体部３１０のみとする形態を示している。

（５−２）その他
上記ケーシング４００、回路基板３００の本体部３１０、腕部３２０の形状は一例であって限定されない。例えばケーシング４００は円筒状である場合もあり、回路基板３００の本体部３１０は矩形状や多角形状等の場合がある。また、腕部３２０は回路基板３００の基板であって薄板状であるが、腕部３２０自体が翼形状に形成されていてもよい。さらに腕部３２０が補強手段で補強されていると強度の向上が図られて好ましい。図５、図６に示した腕部３２０にポッティングされるポッティング材３０は、上記の通り補強手段の一例である。また、腕部３２０に成形するポッティングの形状も限定されない。さらに上記一実施形態は本発明を軸流ファンに適用したものであるが、本発明は遠心ファンやシロッコファン等の他の形式のファン装置にも適用可能である。

本発明は、軸流ファン、遠心ファン、シロッコファン等のファン装置に利用することができる。

１…軸流ファン（ファン装置の一例）、１０…モータ、２０…ステータアッシー、３０…ポッティング材（被覆材の一例、補強手段の一例）、３０ａ…ポッティング面、３１…ポッティング部、３２…ポッティング部、３３…静翼部、１００…ステータ部、１１０…ステータコア、１１１…円筒部、１１２…極歯、１２０…インシュレータ、１３０…コイル、２００…ロータ部、２１０…インペラ、２１１…ハブ、２１２…蓋部、２１３…胴部、２１５…羽根、２２０…シャフト、２３０…ヨーク、２４０…マグネット、２５０…ベアリング、２６０…ベアリングライナー、２７１…リテーナ、２７２…シム、３００…回路基板、３１０…本体部、３２０…腕部、３２５…ピン孔、４００…ケーシング、４１０…排気口（軸方向一端側の開口）、４１１…排気口の端面（一端側の開口の端面）、４１２…取付溝、４１５…ピン、４２０…吸気口（他端側の開口）、４３０…取付孔、５００…コネクタ付きリード線、５１０…リード線、５２０…コネクタ

Claims (11)

1. ステータ部とロータ部とを備えたモータと、
   前記ステータ部が実装される回路基板と、
   前記モータを収容するケーシングと、
   を含むファン装置であって、
   前記ケーシングは、少なくとも軸方向一端側に開口が形成され、
   前記回路基板は、前記ステータ部が実装される本体部と、前記本体部から外側に延びる複数の腕部と、を有し、
   前記回路基板の前記腕部は補強手段により補強されており、前記腕部の少なくとも一部が、その先端部を残して前記補強手段である被覆材で被覆され、前記被覆材が被覆されていない前記先端部は、前記ケーシングにおける前記軸方向一端側の開口の端面に接合手段によって接合され、その状態で前記モータが前記ケーシング内に収容されていることを特徴とするファン装置。
2. 前記回路基板に、前記軸方向一端側に引き出されたリード線を介してコネクタが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のファン装置。
3. 複数の前記腕部は、周方向等分箇所に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のファン装置。
4. 前記腕部が翼形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のファン装置。
5. 複数の前記腕部の間に静翼部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のファン装置。
6. 前記腕部の前記先端部は、前記ケーシングにおける前記軸方向一端側の開口の端面に直接載置して接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のファン装置。
7. 少なくとも前記回路基板の前記本体部における前記軸方向一端側の面が被覆材で被覆されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のファン装置。
8. 前記ステータ部の一部または全体が前記被覆材で被覆されていることを特徴とする請求項７に記載のファン装置。
9. 前記腕部に被覆された前記被覆材が翼形状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のファン装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のファン装置の製造方法であって、
    前記ケーシングの前記軸方向一端側の開口から、前記ケーシング内に前記ステータ部を挿入して収容するステータ部収容工程と、
    前記ステータ部収容工程の後に、前記回路基板の前記腕部の少なくとも一部を前記ケーシングにおける前記軸方向一端側の開口の端面に接合する腕部接合工程と、
    を少なくとも備えることを特徴とするファン装置の製造方法。
11. 前記回路基板にリード線を介してコネクタが接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のファン装置の製造方法。
    

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