JP7456897B2 - ファンモータ - Google Patents

Description

本発明は、ファンモータに関する。

ファンモータは、ファン（羽根）を回転させることによって生じる風力によりパソコンやＯＡ機器等の内部で発生する熱を外部へ排出し、内部を冷却する装置である。

水や油がかかる場所や粉塵の多い場所でも使用できるよう、内部のステータや回路基板が合成樹脂によって封止（モールド）されたファンモータが提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。

また、上記のステータや回路基板の他にも、ロータの回転軸を軸支する軸受に水や異物が侵入するのを防止する必要がある。そのため、軸受ホルダや軸受支持用筒部と呼ばれる筒状の部材の一方の開口端部にロータとともに回転する環状部材が設けられ、他方の開口端部にはキャップが設けられていた。一方の開口端部では、開口端部と環状部材との間の僅かな間隙によるラビリンス構造により、水や異物の侵入が防止される。

ただし、僅かな間隙によるラビリンス構造では、水や異物の侵入を完全に防止することができず、そのために、オイルシールと軸受との間にグリースが充填されたグリースシールが用いられることが考えられる（例えば、特許文献２等を参照）。なお、一般に、軸受に封止されたグリースと、オイルシールと軸受との間に充填されたグリースとには、それぞれの目的にあった性能を有するグリースが選定される。

特開２００１－１２８４０８号公報 特開２００５－０４５９６８号公報

しかしながら、オイルシールと軸受との間に充填されたグリースは、軸受と接触しているため、回転軸の高速回転によって生ずる熱によって、軸受に封止されたグリースと、オイルシールと軸受との間に充填されたグリースとが混合する虞がある。軸受に封止されたグリースと、オイルシールと軸受との間に充填されたグリースとが混合した場合、軸受に封止されたグリースが所定の性能を保持できない虞があり、ファンモータとしての性能を劣化させてしまう虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部からの水や異物の浸入を防止するためのグリースシールを備えたファンモータにおいて、グリースシールのグリースと、軸受に封止されたグリースとが混合することを抑制したファンモータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るファンモータは、回路基板およびステータと、軸受ホルダと、グリース保持プレートと、シール用グリースと、シール材とを備える。前記回路基板および前記ステータは、合成樹脂にてモールドされる。前記軸受ホルダは、筒状であり、インペラに結合された回転軸を回転可能に支持する一対の軸受が内側に装着され、前記インペラと該インペラ側の前記軸受との間に径内方に延在する環状のフランジを有する。前記グリース保持プレートは、カップ状であり、前記軸受ホルダの内側で、前記フランジと前記インペラとの間の前記回転軸上に嵌着される。前記シール用グリースは、前記フランジと前記グリース保持プレートとの間に充填される。前記シール材は、前記軸受ホルダの前記インペラと反対側の端部を封止する。

本発明の一態様に係るファンモータは、外部からの水や異物の浸入を防止するためのグリースシールを備えたファンモータにおいて、グリースシールのグリースと、軸受に封止されたグリースとが混合することを抑制することができる。

図１は、一実施形態にかかるファンモータの構成例を示す外観斜視図である。 図２は、図１のファンモータの平面図である。 図３は、図２のファンモータのＡ－Ａ断面図である。 図４は、ハウジングに一体成形されたベース部にインサート成形された軸受ホルダに、ステータが装着された状態を示す平面図である。 図５は、比較例＃１の構成例を示す断面図である。 図６は、比較例＃２の構成例を示す断面図である。

以下、実施形態に係るファンモータについて図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、一実施形態にかかるファンモータ１の構成例を示す外観斜視図である。便宜上、ファンモータ１の軸方向（回転軸方向）をＺ軸方向とし、ハウジング１１の長手方向の直交する２つの辺をそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向としている。図２は、図１のファンモータ１の平面図である。図３は、図２のファンモータ１のＡ－Ａ断面図である。図４は、ハウジング１１に一体成形されたベース部１２にインサート成形された軸受ホルダ１７に、ステータ２１が装着された状態を示す平面図である。

ファンモータ１は所謂、軸流ファンであり、Ｚ軸方向（回転軸方向）に空気が流れる。ファンモータ１は、ハウジング１１と、ハウジング１１の内部に配置されたインペラ（ハブ４３、羽根４４）と、インペラを回転させるためのモータと、から構成されている。モータのロータは、回転軸３２、ロータヨーク４１およびマグネット４２から構成されている。

＜ハウジングの構成について＞
ハウジング１１は、外枠を構成する枠部１１ａと、中空円筒状の風洞部１１ｂと、風洞部１１ｂの軸方向両端面における略四角形のフランジ１１ｃと、が設けられている。フランジ１１ｃの四隅にはそれぞれ取付用のネジ等が挿通される挿通孔１１ｄが設けられている。風洞部１１ｂの軸方向の一方端側には、ベース部１２と複数のスポーク１３（幅広部１４を含む）が設けられ、ハウジング１１の外周部の一部にはコネクタハウジング１５が一体成形にて形成される。コネクタハウジング１５の内部には、複数のコネクタピン１６がインサートされてコネクタハウジング１５と一体成形して配置されている。

ベース部１２は円環状の円環部１２ａを有し、円環部１２ａの外周縁には円筒状の外周壁１２ｂが形成され、外周壁１２ｂの軸方向の一方端は開口している。円環部１２ａの中央には、真鍮等による非磁性の金属材からなる中空円筒状の軸受ホルダ１７が配設され、円筒状の外周壁１２ｂの内側には電子部品などが実装された回路基板２６が配設されている。複数のスポーク１３は、外周壁１２ｂの外周面に周方向に沿って配置され、外周壁１２ｂの外周面とハウジング１１の枠部１１ａの内周面との間を結合している。

軸受ホルダ１７がインサートされた状態で、熱可塑性樹脂の射出成形によって、ハウジング１１と、ベース部１２と、スポーク１３と、コネクタハウジング１５とが一体成形にて形成されている。

＜ステータの構成について＞
ステータ２１は、ステータコア２２と、ステータコア２２に装着されたインシュレータ２３と、インシュレータ２３を介してステータコア２２に巻回されたコイル２５と、から構成されている。

ステータコア２２は、薄板状のコア片が軸方向に複数枚積層されて構成され、ステータコア２２は、環状のコアバックと、コアバックから放射状に径外方に延在する複数のティースとを備えている。コア片は軟磁性である電磁鋼板等からプレス加工等の手段によって作製される。

ステータコア２２の軸方向両側からそれぞれ絶縁性の合成樹脂材からなるインシュレータ２３が装着され、インシュレータ２３を介して各ティースにコイル２５が巻回される。コイル２５の端末は、インシュレータ２３の軸方向の一方側に配設された端子ピンに絡げ接続され、半田接続（接合）されて、ステータ２１が作製される。

ステータコア２２のコアバックの開口が、軸受ホルダ１７の外周面に嵌着される。この時、端子ピンの各々は、ベース部１２の円環部１２ａに形成された貫通孔と回路基板２６の配線パターンに形成されたスルーホールに挿通され、回路基板２６のスルーホールから突出した各端子ピンの先端は配線パターンに半田接続される。この接続によって、端子ピンとコネクタピン１６は配線パターンを介して電気的に接続される。

ステータコア２２が軸受ホルダ１７の外周面に嵌着され、端子ピンとコネクタピン１６とが回路基板２６の配線パターンのスルーホールに挿通され、半田接続された構成体が、金型内にセットされ、金型内に例えばエポキシ樹脂による合成樹脂５１が充填されて回路基板２６とステータ２１とがモールドされる。

＜ロータおよびインペラの構成について＞
ロータは、軟磁性材からなるカップ状のロータヨーク４１と、ロータヨーク４１の内周面に固着されたマグネット４２と、ロータヨーク４１に結合した金属材からなる回転軸３２と、から構成されている。カップ状のロータヨーク４１の中央にバーリング加工にて突起部４１ａが形成され、突起部４１ａに回転軸３２が圧入されて結合されている。

回転軸３２が結合されたロータヨーク４１がインサートされ、熱可塑性樹脂の射出成形によって、インペラが一体成形して形成される。インペラは、ロータヨーク４１の外周に形成されたカップ状のハブ４３と、ハブ４３の外周面に一体成形にて形成された複数の羽根４４と、から構成される。インペラが一体成形にて形成された後、ロータヨーク４１の内周面に環状のマグネット４２が接着剤にて固着される。

なお、本実施形態では、インペラはロータヨーク４１がインサートされ、樹脂の射出成形にてロータヨーク４１と一体に形成されているが、インペラのみが樹脂の射出成形で形成され、インペラとロータヨーク４１とが接着剤で接着された構成であってもよい。

＜軸受ホルダについて＞
真鍮等による非磁性の金属材からなる中空円筒状の軸受ホルダ１７の外周面には段差部１７ｆが形成されており、ステータコア２２が軸受ホルダ１７の外周面に嵌着された際、この段差部１７ｆに当接することで、ステータコア２２の軸方向が位置決めされる。

軸受ホルダ１７の内周面には、径内方に延在する環状のフランジ１７ｅが一体に形成されており、フランジ１７ｅの中央には回転軸３２が挿通する貫通孔が形成されている。この貫通孔に挿通された回転軸３２は、貫通孔の内周面との間に僅かな隙間が形成される。

軸受ホルダ１７の内側には、一対の軸受３１が嵌着され、一方の軸受３１がフランジ１７ｅに当接し、他方の軸受３１との間には、軸受３１に所定の予圧を付与するための予圧ばね３５が介装されている。そして、一対の軸受３１にて回転軸３２は回転可能に支持されている。

軸受ホルダ１７の一方側の端部の内周面には、シール用グリース３４が充填されたグリース保持プレート３３が嵌着されており、軸受ホルダ１７の他方側の端部の内周面には、他方の軸受３１の移動を規制するための止め輪３６が装着されている。

＜グリース保持プレートおよびシール用グリースについて＞
軸受ホルダ１７の一方側の端部の内周面に嵌着されるグリース保持プレート３３は、カップ状の形状を有し、円板状の底板の中央には回転軸３２が挿通するための貫通孔が形成されている。円板状の底板の周縁には円筒状の側壁を備え、側壁は軸受ホルダ１７の内周面に嵌着している。グリース保持プレート３３はシール材として用いられる。例えば、グリース保持プレート３３は、ニトリル（ＮＢＲ）ゴムから形成されている。底板の貫通孔に挿通された回転軸３２は、貫通孔の内周面との間に僅かに隙間が形成される。

軸受ホルダ１７に形成されたフランジ１７ｅとグリース保持プレート３３との間に充填されたシール用グリース３４は、外部からの異物の侵入や、水分の浸入を防止するため、軸受３１に封止されるグリースとは特性が異なっており、耐水性を高めたグリースが用いられ、軸受３１に封止されるグリースに比べて高粘度になっている。このため、回転軸３２とグリース保持プレート３３との間に僅かな隙間が形成されても、高粘度のグリースによって、軸受ホルダ１７の内部への異物や水分の浸入を防止できる。

シール用グリース３４の粘度は回転粘度測定装置（ＡｎｔｏｎＰａａｒ社製レオメータＭＣＲ３０２）にて２５ｍｍの円形の両平板にすきま０．２ｍｍの間にグリースを挟み、せん断速度２０／ｓ、温度２５°Ｃで３０秒測定した後の粘度が１．０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下が望ましい。１．０Ｐａ・ｓより小さい場合、シール性能が長期にわたって維持し難いことが懸念され、１５０Ｐａ・ｓよりも粘度が高いグリースは、回転に伴い、回転軸への負荷になることと、回転に伴うせん断の影響で、グリース保持プレート３３の隙間から排除（散逸）され、防水性能が低下することが懸念される。

シール用グリース３４は撥水性が高く、耐熱性が高く、油分の蒸発し難いグリースが望ましく、さらにシール用グリース３４の基油には、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、シリコーン油、フルオロシリコーン油のいずれかまたは複数が用いられ、増ちょう剤にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が用いられることが望ましい。

ベース部１２の開口側の段差部には、銘板５２が貼着されている。この銘板５２の貼着によって、軸受ホルダ１７の内部への、外部からの異物の侵入や水分の浸入が防止される。銘板５２はシール材として機能する。

なお、本実施形態では、ベース部１２の下面に貼着された銘板５２がシール材として機能しているが、軸受ホルダ１７の他方端に特許文献１の図２に示されるような「キャップ２６」が嵌着される構成であってもよい。

＜比較例＞
図５は、比較例＃１の構成例を示す断面図であり、特開２００１－１２８４０８号公報に示された防水型ブラシレスファンモータの回転軸を通る断面図（半分省略）である。図５において、回転子６’の複数枚のブレード１２’の外周を囲むハウジング部１８’を備えて、回転子６’の回転軸１３’は軸受支持用筒部１７’に収納された軸受１５’、１６’にて回転自在に支持されている。そして、固定子１’、電子部品を含む回路基板４’およびリード線２１’を、固定子側ケース１４’に収納した状態で、エポキシ樹脂を用いてモールドしてモールド部２４’を形成し、固定子磁極の磁極面２ｂ’もモールド部２４’によって覆った構成を有している。

また、軸受支持用筒部１７’の一方の開口端部１７ａ’に環状部材２５’が設けられ、軸受支持用筒部１７’の開口端部１７ａ’と環状部材２５’との間に僅かな間隙を形成するラビリンス構造を構成している。また、軸受支持用筒部１７’の他方の開口端部１７ｂ’にはシール材としてキャップ２６’が嵌合されている。このラビリンス構造とキャップ２６’とによって、軸受支持用筒部１７’内の軸受１５’、１６’に油ミストを含む水が浸入することを防止している。

しかしながら、軸受支持用筒部１７’の開口端部１７ａ’と環状部材２５’との間に僅かな間隙が形成されているため、この僅かな間隙を通って、水が軸受支持用筒部１７’の内部に浸入する虞があり、水の浸入を完全には防止できないという問題がある。

鉄心２’、突極部２ａ’、巻線３’、スルーホール４ａ’、端子ピン５’、回転子側ケース７’、カップ部材８’、筒状部８ａ’、底壁部８ｂ’、貫通孔８ｃ’、ブレード取付用ハブ９’、筒状部９ａ’、底壁部９ｂ’、回転子磁極１０’、ブッシュ１１’、基板収納部１９’、ウエブ２０’、リード線収納溝２２’、連通路２３’については、説明を省略する。

図６は、比較例＃２の構成例を示す断面図であり、特開２００５－０４５９６８号公報に示されたギヤードモータの断面図である。図６において、出力軸２６”はケース２１”の一端部に嵌着されたベアリング（軸受）２５”を介して枢支され、ケース２１”のケース内壁と出力軸２６”との間にオイルシール３１”が封止されており、さらに、オイルシール３１”とベアリング２５”との間にグリース４２”が充填されている。このようなグリースシールにより、外部からの異物や水の浸入が防止されている。

しかしながら、オイルシール３１”とベアリング２５”との間に充填されたグリース４２”は、ベアリング２５”と接触している。このようなグリースシール構造が比較例＃１のファンモータに適用された場合、回転軸１３’（出力軸２６”）の高速回転によって生ずる熱によって、ベアリング２５”に封止されたグリースと、オイルシール３１”とベアリング２５”との間に充填されたグリース４２”とが混合する虞がある。ベアリング２５”に封止されたグリースと、オイルシール３１”とベアリング２５”との間に充填したグリース４２”とが混合した場合、ベアリング２５”に封止されたグリースが所定の性能を保持できない虞がある。

＜実施形態のファンモータにおける異物や水の侵入の防止の効果＞
一方、図１～図４に示された実施形態においては、回路基板２６およびステータ２１は合成樹脂５１にてモールドされているため、これらへの異物や水の侵入の防止が図られる。

また、マグネット４２と、ステータコア２２との間に形成された隙間（エアギャップ）を通って、外部より水分がステータ２１の内部に浸入しても、グリース保持プレート３３とシール用グリース３４によって、防水が図られる。

すなわち、軸受３１とシール用グリース３４とは、軸受ホルダ１７の内周面に形成されたフランジ１７ｅによって隔てられているため、シール用グリース３４が軸受３１に直接には接触していない。このため、回転軸３２の高速回転によって生じる熱によって軸受３１に封止されたグリースと、シール用グリース３４とが混合することを抑制できる。これにより、軸受３１に封止されたグリースが変質することがなく、ファンモータ１としての性能に影響を及ぼすことがなくなる。また、軸受ホルダ１７の内周面に嵌着したグリース保持プレート３３によって、シール用グリース３４の飛散が防止され、シール用グリース３４が不足するのを防止することができるとともに、周囲の汚染を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係るファンモータは、合成樹脂にてモールドされた回路基板およびステータと、インペラに結合された回転軸を回転可能に支持する一対の軸受が内側に装着され、インペラとインペラ側の軸受との間に径内方に延在する環状のフランジを有した筒状の軸受ホルダと、軸受ホルダの内側で、フランジとインペラとの間の回転軸上に嵌着されたカップ状のグリース保持プレートと、フランジとグリース保持プレートとの間に充填されたシール用グリースと、軸受ホルダのインペラと反対側の端部を封止するシール材とを備える。これにより、外部からの水や異物の浸入を防止するためのグリースシールを備えたファンモータにおいて、グリースシールのグリースと、軸受に封止されたグリースとが混合することを抑制することができる。これにより、軸受に封止されたグリースが変質することがなく、ファンモータとしての性能に影響を及ぼすことがなくなる。

また、グリース保持プレートは、ニトリルゴムから形成される。これにより、シール効果を高めることができる。

また、シール用グリースは、軸受に封止されるグリースよりも高粘度で、粘度が低すぎず高すぎない所定範囲内に設定される。これにより、シール性能が長期にわたって維持でき、回転軸への負荷とならず、散逸による防水性能の低下を防ぐことができる。

また、シール用グリースは、撥水性が高く、耐熱性が高く、油分の蒸発し難い性質を有する。これにより、シール性能が長期にわたって維持できる。

また、シール用グリースは、基油として、パーフルオロポリエーテル、シリコーン油、フルオロシリコーン油のいずれかまたは複数が用いられ、増ちょう剤にポリテトラフルオロエチレンが用いられる。これにより、所望の性質のシール用グリースを容易に得ることができる。

また、シール材は、銘板またはキャップである。これにより、軸受ホルダのインペラと反対側の端部の封止を容易に行うことができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ ファンモータ，１１ ハウジング，１２ ベース部，１３ スポーク，１４ 幅広部，１５ コネクタハウジング，１６ コネクタピン，１７ 軸受ホルダ，２１ ステータ，２２ ステータコア，２３ インシュレータ，２４ 端子ピン，２５ コイル，２６ 回路基板，３１ 軸受，３２ 回転軸，３３ グリース保持プレート，３４ シール用グリース，３５ 予圧ばね，３６ 止め輪，４１ ロータヨーク，４２ マグネット，４３ ハブ，４４ 羽根

Claims (6)

1. 合成樹脂にてモールドされた回路基板およびステータと、
   インペラに結合された回転軸を回転可能に支持する一対の軸受が内側に装着され、前記インペラと該インペラ側の前記軸受との間に径内方に延在する環状のフランジを有した筒状の軸受ホルダと、
   前記軸受ホルダの内側で、前記フランジと前記インペラとの間の前記回転軸上に嵌着されたカップ状のグリース保持プレートと、
   前記フランジと前記グリース保持プレートとの間に充填されたシール用グリースと、
   前記軸受ホルダの前記インペラと反対側の端部を封止するシール材と、
   を備えるファンモータ。
2. 前記グリース保持プレートは、ニトリルゴムから形成される、
   請求項１に記載のファンモータ。
3. 前記シール用グリースは、せん断速度２０／ｓ、温度２５°Ｃの条件で測定した時の粘度が１．０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下である、
   請求項１または２に記載のファンモータ。
4. 前記シール用グリースは、撥水性が高く、耐熱性が高く、油分の蒸発し難い性質を有する、
   請求項１～３のいずれか一つに記載のファンモータ。
5. 前記シール用グリースは、基油として、パーフルオロポリエーテル、シリコーン油、フルオロシリコーン油のいずれかまたは複数が用いられ、増ちょう剤にポリテトラフルオロエチレンが用いられる、
   請求項１～４のいずれか一つに記載のファンモータ。
6. 前記シール材は、銘板またはキャップである、
   請求項１～５のいずれか一つに記載のファンモータ。

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