(57)【要約】【課題】ヒートシンク装置等に用いられる電動機の長寿命化を図ること。【解決手段】電動機は、一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、フレームハウジング内にはめ込まれたスリーブと、フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸９およびステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、を具備する。回転軸９の中央部には、自由端側（先端部９ａ側）に縮径するテーパ形状の第１テーパ部９ｄと、自由端側に拡径するテーパ形状の第２テーパ部９ｅが形成される。第１テーパ部９ｄは第２テーパ部９ｅよりも長く、回転軸９とスリーブとの隙間にはオイルが充填される。【選択図】図２
2019103324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、
前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、
前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、
前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、
を具備し、
前記回転軸は円柱形状からなり、
前記回転軸の中央部には、自由端側に縮径するテーパ形状の第１テーパ部と、前記自由端側に拡径するテーパ形状の第２テーパ部が形成され、
前記第１テーパ部は、前記第２テーパ部よりも長く、
前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される、
電動機。
【請求項２】
前記第１テーパ部のテーパ角度は、１°乃至１０°である、
請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記第１テーパ部と前記第２テーパ部とを加えた長さは、前記回転軸の径より長い、
請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、
前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、
前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、
前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、
を具備し、
前記回転軸は円柱形状からなり、
前記スリーブの内周面の中央部には、前記回転軸の自由端側に拡径するテーパ形状の第１テーパ部と、前記自由端側に縮径するテーパ形状の第２テーパ部が形成され、
前記第１テーパ部は、前記第２テーパ部よりも長く、
前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される、
電動機。
【請求項５】
前記第１テーパ部のテーパ角度は、１°乃至１０°である、
請求項４に記載の電動機。
【請求項６】
前記第１テーパ部と前記第２テーパ部とを加えた長さは、前記回転軸の径より長い、
請求項４または５に記載の電動機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の電動機を備えた冷却用ファンモータであって、
前記電動機のフレームには発熱体を取付可能とした、
ヒートシンク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機及びそれを用いたヒートシンク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器には、冷却用にヒートシンク装置が取付けられる。ヒートシンク装置は、電動機によりファンを回転させて空気流を作り、発熱体から熱を奪って冷却する。
【０００３】
特許文献１には、小型、耐衝撃性、低騒音性、低消費電力を図ることを目的とした電動機（スピンドルモータ）の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６９１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ヒートシンク装置は、医療機器等、広い分野で使用されるようになり、長寿命化が要求されている。
【０００６】
本開示の一態様は、従来よりも長寿命化を図ることができる電動機及びそれを用いたヒートシンク装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る電動機は、一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、を具備し、前記回転軸は円柱形状からなり、前記回転軸の中央部には、自由端側に縮径するテーパ形状の第１テーパ部と、前記自由端側に拡径するテーパ形状の第２テーパ部が形成され、前記第１テーパ部は、前記第２テーパ部よりも長く、前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、従来よりも長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施の形態１に係るヒートシンク装置の電動機部分の断面図
【図２】本開示の実施の形態１に係る電動機の回転軸の外形図
【図３】本開示の実施の形態１に係る電動機の回転軸のテーパ部比率毎の評価結果を示す図
【図４】本開示の実施の形態２に係るヒートシンク装置の電動機部分の断面図
【図５】本開示の実施の形態２に係る電動機のスリーブの外形図
【図６】本開示の実施の形態２に係る電動機のスリーブのテーパ部比率毎の評価結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１１】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１２】
（実施の形態１）
＜電動機の構成＞
図１は、実施の形態１のヒートシンク装置の電動機部分の断面図である。フレーム１には、一方端が開口された筒状のフレームハウジング１ａが組み付けられている。フレームハウジング１ａの外周部には、電動機のステータ３及び基板４が取り付けられている。ステータ３は、合成樹脂等の絶縁材料により形成された絶縁部１４、複数の薄板を積層した鉄心１５、鉄心１５に巻線されたコイル１６から構成される。
【００１３】
フレーム１の側壁には空気流の通る開口部（図示せず）が所定の数、所定の大きさで所定の方向に向けて設けられている。また、フレームハウジング１ａが設けられていない側のフレーム１の底部は半導体素子等の発熱体が取付可能な平面領域を有している。また、フレームハウジング１ａの底面には樹脂製のスラスタ５が固定されている。
【００１４】
フレームハウジング１ａには、スリーブ６がはめ込まれ、スリーブ６を押さえ付ける固定リング７が挿入されている。固定リング７の挿入側の周囲は、たとえば１０°程度の傾斜をもって内側に向いており、容易にフレームハウジング１ａに圧入できるように配慮されている。
【００１５】
ファン８は、電動機のロータ本体１０とブレード（図示せず）とから成る。ロータ本体１０の中心には回転軸９の後端部９ｂが挿入され、固定されている。また、ロータ本体１０には、環状のステータ３と対向するようにして、マグネット１１およびマグネットヨーク１２が接着等で固定される。電動機のロータは、回転軸９、ロータ本体１０、マグネット１１およびマグネットヨーク１２から構成される。
【００１６】
さらに、ロータ本体１０には、回転軸９の周囲に、外部からのゴミや埃を軸受内部に進入し難くするための凹形状のオイルプール１０ａが形成されている。また、ロータ本体１０には、オイルプール１０ａの外周で固定リング７の内側に、リブ１０ｂが形成されている。
【００１７】
回転軸９は、スリーブ６に回転自在に軸支されている。スリーブ６の内周面には、回転軸９の回転をスムーズに行うための動圧発生溝（図示せず）がボール転造等により形成されている。この動圧発生溝には潤滑油としてオイル１３が注油され、回転軸９と片側２〜１２μｍの軸受け隙間を保ちラジアル軸受けを構成している。なお、動圧発生溝は、回転軸９の第１ストレート部９ｆ、第２ストレート部９ｇ（図２参照）の外周面に形成されてもよい。
【００１８】
回転軸９の先端部９ａ（後端部９ｂの反対側の自由端）は、球面に仕上げられており、スラスタ５に当接してスラスト軸受けを構成している。
【００１９】
フレームハウジング１ａとスリーブ６との間には、フレームハウジング１ａの開口部から底面にまで延びる通気溝１ｂがフレームハウジング１ａの内壁に形成されている。また、スリーブ６の外周面の先端側（フレームハウジング１ａの底面に近い側）には周溝のオイルプール６ａが形成されている。
【００２０】
このような構成の電動機によれば、軸受内のオイル１３の余剰分が通気溝１ｂを通してスリーブ外周のオイルプール６ａに溜めることができ、注油量の増量及びバラツキ許容量の緩和が可能になる。
【００２１】
なお、スリーブ６の材料としては、切削性や転造性を考慮してＣ３６０４、ＢＣ６Ｃ等の銅合金が用いられ、回転軸９には、耐摩耗性や取り扱い性を考慮してＳＵＳ４２０Ｊ２等のステンレス鋼が用いられている。また、オイル１３は、高温に耐えることができるようにフッ素系合成油が用いられており、極圧性を若干改善するために添加剤が加えられている。
【００２２】
本実施の形態のヒートシンク装置は、電動機のロータが回転すると、ファン８（ブレード）も回転し、電動機の回転軸９の軸方向にそって空気を吸い込む。吸い込まれた空気は、フレーム１の側壁に設けられた開口部から排気される。このとき、空気流は、発熱体の熱が伝導されたフレーム１から熱を奪う。これにより、発熱体が冷却される。
【００２３】
＜回転軸９の形状、寸法＞
次に、本実施の形態の回転軸９の形状、寸法について図２を用いて説明する。なお、図２（ａ）〜（ｆ）に示した回転軸９の各例は、第１テーパ部９ｄの長さと第２テーパ部９ｅの長さの比率を互いに異ならせたものである。
【００２４】
回転軸９は、径が一定のストレートな円柱形状を為す。回転軸９の自由端の先端部９ａは球面に仕上げられる。回転軸９の後端部９ｂには、ロータ本体１０に取り付けるためのローレット加工が施される。
【００２５】
また、回転軸９の中央部（動圧が発生しない部分）には、先端部９ａ側ほど縮径するテーパ形状の第１テーパ部９ｄと、先端部９ａ側ほど拡径するテーパ形状の第２テーパ部９ｅとが形成されている。これにより、回転軸９の基部９ｃ（先端部９ａと後端部９ｂ以外の部分）は、第１テーパ部９ｄ、第２テーパ部９ｅ、先端部９ａに近い第１ストレート部９ｆ、後端部９ｂに近い第２ストレート部９ｇに分けられる。なお、第１テーパ部９ｄと第２テーパ部９ｅとの繋ぎ部分には、加工の容易性等の理由により、第３ストレート部９ｈを形成してもよい。また、後端部９ｂと第２ストレート部９ｇの繋ぎ部分には、くびれ部９ｉが形成される。
【００２６】
第１テーパ部９ｄ、第２テーパ部９ｅおよび第３ストレート部９ｈを含む領域（以下、「テーパ領域」という）は、オイルプールとなる。
【００２７】
第１ストレート部９ｆ及び第２ストレート部９ｇの外周面には、動圧発生溝が形成されても良い。
【００２８】
回転軸９の全長は例えば９ｍｍ、外径は例えば１．２ｍｍである。また、第１ストレート部９ｆの長さは例えば１．４ｍｍ、テーパ領域の長さは例えば２．２ｍｍ、第２ストレート部９ｇの長さは例えば２．８ｍｍである。
【００２９】
＜毛細管力の検証＞
本発明者らは、図２（ａ）〜（ｆ）に示した各回転軸９について、毛細管力を検証した。その評価結果を図３に示す。
【００３０】
第１テーパ部９ｄを第２テーパ部９ｅよりも長くする、すなわち、第２テーパ部９ｅの長さ（図２、図３の「Ａ」）に対する第１テーパ部９ｄの長さ（図２、図３の「Ｂ」）の比率を１よりも大きくした場合に（図２（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））、テーパ領域内の気泡を先端部９ａ側に移動させ、テーパ領域内のオイル１３を、毛細管力により回転軸９のロータ本体１０側に移動させることができることが分かった（図３の評価が「〇」あるいは「△」）。また、第１テーパ部９ｄのテーパ角度は１°乃至１０°が特に望ましいことが分かった。
【００３１】
また、第１テーパ部９ｄを第２テーパ部９ｅよりも短くする、すなわち、第２テーパ部９ｅの長さに対する第１テーパ部９ｄの長さの比率を１よりも小さくした場合には（図２（ａ））、テーパ領域内の気泡がロータ本体１０側に移動してしまい、テーパ領域内のオイル１３を、ロータ本体１０側に移動させることができないことが分かった（図３の評価が「×」）。
【００３２】
また、第１テーパ部９ｄの長さを第２テーパ部９ｅの長さとほぼ等しくした場合（図２（ｂ））、テーパ領域内の気泡が移動せず、テーパ領域内のオイル１３を、十分に、ロータ本体１０側に移動させることができないことが分かった（図３の評価が「×」）。
【００３３】
＜効果＞
以上のように、本実施の形態では、電動機の回転軸９の中央部に、先端部９ａ側ほど縮径する第１テーパ部９ｄと、先端部９ａ側ほど拡径する第２テーパ部９ｅとを形成し、第１テーパ部９ｄを第２テーパ部９ｅよりも長くする。これにより、毛細管力により、回転軸９のロータ本体１０側の部分（第２ストレート部９ｇ）にオイル１３をなじませることができるので、従来よりも長寿命化を図ることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態において、回転軸９の各部の寸法は、上記で説明したものに限らない。回転軸９は、第１ストレート部９ｆの長さが１．５〜１０ｍｍの範囲、テーパ領域の長さが０．５〜４ｍｍの範囲、第２ストレート部９ｇの長さが１〜８ｍｍの範囲で作成される。
【００３５】
また、第１テーパ部９ｄと第２テーパ部９ｅとの繋ぎ部分を、テーパ部やくびれ部等、第３ストレート部９ｈ以外の形状としてもよい。
【００３６】
また、回転軸９の後端部９ｂにローレット加工を施さず、くびれ部９ｉが形成されない場合もある。この場合、第１ストレート部９ｆの長さが５ｍｍ以上になることもある。
【００３７】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、回転軸９に第１テーパ部９ｄと第２テーパ部９ｅを設ける場合について説明した。実施の形態２では、スリーブ６に第１テーパ部６ｄと第２テーパ部６ｅ（図５参照）を設ける場合について説明する。
【００３８】
＜電動機の構成＞
図４は、実施の形態２のヒートシンク装置の電動機部分の断面図である。図４に示すヒートシンク装置は、図１に示したヒートシンク装置と比較して、スリーブ６および回転軸９の形状が異なる。
【００３９】
本実施の形態では、回転軸９にはテーパ領域が形成されず、基部９ｃの全体がストレート部となる。
【００４０】
＜スリーブ６の形状、寸法＞
次に、本実施の形態のスリーブ６の形状、寸法について図５を用いて説明する。なお、図５（ａ）〜（ｆ）に示したスリーブ６の各例は、第１テーパ部６ｄの長さと第２テーパ部６ｅの長さの比率を互いに異ならせたものである。
【００４１】
スリーブ６は、円筒形状を為し、外周面の先端側に周溝のオイルプール６ａが形成され、外周面の後端側に周溝の段付き部６ｂが形成されている。
【００４２】
また、スリーブ６の内周面の中央部（動圧が発生しない部分）には、先端側ほど拡径するテーパ形状の第１テーパ部６ｄと、先端側ほど縮径するテーパ形状の第２テーパ部６ｅとが形成されている。これにより、スリーブ６の内周面は、第１テーパ部６ｄ、第２テーパ部６ｅ、先端側の第１ストレート部６ｆ、後端側の第２ストレート部６ｇに分けられる。なお、第１テーパ部６ｄと第２テーパ部６ｅとの繋ぎ部分には、加工の容易性等の理由により、第３ストレート部６ｈを形成してもよい。
【００４３】
第１テーパ部６ｄ、第２テーパ部６ｅおよび第３ストレート部６ｈを含む領域（以下、「テーパ領域」という）は、オイルプールとなる。
【００４４】
第１ストレート部６ｆ及び第２ストレート部６ｇの外周面には、動圧発生溝６ｃが形成されている。
【００４５】
スリーブ６の全長は例えば６．０ｍｍ、外径は例えば４．０ｍｍ、内径は例えば１．２ｍｍである。また、第１ストレート部６ｆの長さは例えば１．８ｍｍ、テーパ領域の長さは例えば２．０ｍｍ、第２ストレート部６ｇの長さは例えば２．２ｍｍである。
【００４６】
＜毛細管力の検証＞
本発明者らは、図５（ａ）〜（ｆ）に示した各スリーブ６について、毛細管力を検証した。その評価結果を図６に示す。
【００４７】
第１テーパ部６ｄを第２テーパ部６ｅよりも長くする、すなわち、第２テーパ部６ｅの長さ（図５、図６の「Ａ」）に対する第１テーパ部６ｄの長さ（図５、図６の「Ｂ」）の比率を１よりも大きくした場合に（図５（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））、テーパ領域内の気泡を先端側に移動させ、テーパ領域内のオイル１３を、毛細管力により回転軸９のロータ本体１０側に移動させることができることが分かった（図６の評価が「〇」あるいは「△」）。また、第１テーパ部６ｄのテーパ角度は１°乃至１０°が特に望ましいことが分かった。
【００４８】
また、第１テーパ部６ｄを第２テーパ部６ｅよりも短くする、すなわち、第２テーパ部６ｅの長さに対する第１テーパ部６ｄの長さの比率を１よりも小さくした場合には（図５（ａ））、テーパ領域内の気泡がロータ本体１０側に移動してしまい、テーパ領域内のオイル１３を、ロータ本体１０側に移動させることができないことが分かった（図６の評価が「×」）。
【００４９】
また、第１テーパ部６ｄの長さを第２テーパ部６ｅの長さとほぼ等しくした場合（図５（ｂ））、テーパ領域内の気泡が移動せず、テーパ領域内のオイル１３を、十分に、ロータ本体１０側に移動させることができないことが分かった（図６の評価が「×」）。
【００５０】
＜効果＞
以上のように、本実施の形態では、電動機のスリーブ６の中央部に、回転軸９の先端側ほど拡径する第１テーパ部６ｄと、回転軸９の先端側ほど縮径する第２テーパ部６ｅとを形成し、第１テーパ部６ｄを第２テーパ部６ｅよりも長くする。これにより、毛細管力により、回転軸９のロータ本体１０側の部分（第２ストレート部９ｇ）にオイル１３をなじませることができるので、従来よりも長寿命化を図ることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態において、スリーブ６の各部の寸法は、上記で説明したものに限らない。スリーブ６は、第１ストレート部６ｆの長さが１．５〜１０ｍｍの範囲、テーパ領域の長さが０．５〜４ｍｍの範囲、第２ストレート部６ｇの長さが１〜８ｍｍの範囲で作成される。
【００５２】
また、第１テーパ部６ｄと第２テーパ部６ｅとの繋ぎ部分を、テーパ部やくびれ部等、第３ストレート部６ｈ以外の形状としてもよい。
【００５３】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
例えば、上記各実施の形態では、電動機をヒートシンク装置に用いる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、排気ファン等、他の装置に用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、電動機及びそれを用いたヒートシンク装置に用いるに好適である。
【符号の説明】
【００５６】
１  フレーム
１ａ  フレームハウジング
３  ステータ
５  スラスタ
６  スリーブ
６ｃ  動圧発生溝
６ｄ  第１テーパ部
６ｅ  第２テーパ部
６ｆ  第１ストレート部
６ｇ  第２ストレート部
６ｈ  第３ストレート部
７  固定リング
８  ファン
９  回転軸
９ａ  先端部
９ｂ  後端部
９ｃ  基部
９ｄ  第１テーパ部
９ｅ  第２テーパ部
９ｆ  第１ストレート部
９ｇ  第２ストレート部
９ｈ  第３ストレート部
９ｉ  くびれ部
１０  ロータ本体
１１  マグネット
１２  マグネットヨーク
１３  オイル
【図１】
2019103324.tif 000003
【図２】
2019103324.tif 000004
【図３】
2019103324.tif 000005
【図４】
2019103324.tif 000006
【図５】
2019103324.tif 000007
【図６】
2019103324.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月14日(2018.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、
前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、
前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、
前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、
を具備し、
前記回転軸は円柱形状からなり、
前記回転軸の中央部には、自由端側に縮径するテーパ形状の第１テーパ部と、前記自由端側に拡径するテーパ形状の第２テーパ部が形成され、
前記第１テーパ部は、前記第２テーパ部の１．４倍よりも長く、
前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される、
電動機。
【請求項２】
前記第１テーパ部のテーパ角度は、１°乃至１０°である、
請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記第１テーパ部と前記第２テーパ部とを加えた長さは、前記回転軸の径より長い、
請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、
前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、
前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、
前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、
を具備し、
前記回転軸は円柱形状からなり、
前記スリーブの内周面の中央部には、前記回転軸の自由端側に拡径するテーパ形状の第１テーパ部と、前記自由端側に縮径するテーパ形状の第２テーパ部が形成され、
前記第１テーパ部は、前記第２テーパ部の１．４倍よりも長く、
前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される、
電動機。
【請求項５】
前記第１テーパ部のテーパ角度は、１°乃至１０°である、
請求項４に記載の電動機。
【請求項６】
前記第１テーパ部と前記第２テーパ部とを加えた長さは、前記回転軸の径より長い、
請求項４または５に記載の電動機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の電動機を備えた冷却用ファンモータであって、
前記電動機のフレームには発熱体を取付可能とした、
ヒートシンク装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本開示の一態様に係る電動機は、一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、を具備し、前記回転軸は円柱形状からなり、前記回転軸の中央部には、自由端側に縮径するテーパ形状の第１テーパ部と、前記自由端側に拡径するテーパ形状の第２テーパ部が形成され、前記第１テーパ部は、前記第２テーパ部の１．４倍よりも長く、前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される。