(57)【要約】【課題】  回転体の質量アンバランス修正が容易な軸流ファンを提供することにある。【解決手段】  軸流ファン１０は、回転軸であるシャフト１１と、空気動圧によりシャフト１１のラジアル方向の変動を抑制する空気動圧軸受と、リング形状で、第１の穴にシャフト１１が嵌合された状態で接合され、切削されることにより質量アンバランスを修正するためのシャフトホルダ１２と、シャフトホルダ１２が塞ぐように嵌合する第２の穴が中央に設けられた円形状の面で円筒形状の一端が塞がれた形状のフレーム１３と、フレーム１３を内部に収納するようにフレーム１３に被さり、シャフトホルダ１２が嵌合する円形状の面の中央に設けられた第３の穴が設けられたインペラー２とを備える。【選択図】図１
2019060281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸であるシャフトと、
空気動圧により前記シャフトのラジアル方向の変動を抑制する空気動圧軸受と、
リング形状で、第１の穴に前記シャフトが嵌合された状態で接合され、切削されることにより質量アンバランスを修正するためのシャフトホルダと、
前記シャフトホルダが塞ぐように嵌合する第２の穴が中央に設けられた円形状の面で円筒形状の一端が塞がれた形状のフレームと、
前記フレームを内部に収納するように前記フレームに被さり、前記シャフトホルダが嵌合する円形状の面の中央に設けられた第３の穴が設けられたインペラーと
を備えたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項２】
前記シャフトホルダは、真鍮製であること
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項３】
前記シャフトホルダは、切削された形状があること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸流ファン。
【請求項４】
磁気により前記シャフトのスラスト方向の変動を抑制する磁気軸受
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の軸流ファン。
【請求項５】
空気動圧により回転軸であるシャフトのラジアル方向の変動を抑制する空気動圧軸受を設け、
リング形状のシャフトホルダの第１の穴に前記シャフトが嵌合された状態で接合し、
フレームの円筒形状の一端を塞ぐ円形状の面の中央に設けられた第２の穴に前記シャフトホルダが塞ぐように嵌合し、
インペラーを、円形状の面の中央に設けられた第３の穴に前記シャフトホルダを嵌合させて、前記フレームを内部に収納するように前記フレームに被せ、
前記シャフトホルダを質量アンバランスの修正のために切削すること
を含むことを特徴とする軸流ファンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、様々な軸流ファンが知られている。例えば、アウターロータ型の送風ファンにおいて、機器取り付け部の固有振動数を異ならせる調整部材を設け、共振が発生するのを抑制することが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１８３９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、軸流ファンでは、回転体の質量バランスが重要となるが、製造された軸流ファンには個体差がある。したがって、質量アンバランス修正を軸流ファン毎に個別に行う必要があり、この作業には労力を要する。
【０００５】
本発明の実施形態の目的は、回転体の質量アンバランス修正が容易な軸流ファンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の観点に従った軸流ファンは、回転軸であるシャフトと、空気動圧により前記シャフトのラジアル方向の変動を抑制する空気動圧軸受と、リング形状で、第１の穴に前記シャフトが嵌合された状態で接合され、切削されることにより質量アンバランスを修正するためのシャフトホルダと、前記シャフトホルダが塞ぐように嵌合する第２の穴が中央に設けられた円形状の面で円筒形状の一端が塞がれた形状のフレームと、前記フレームを内部に収納するように前記フレームに被さり、前記シャフトホルダが嵌合する円形状の面の中央に設けられた第３の穴が設けられたインペラーとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、回転体の質量アンバランス修正が容易な軸流ファンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る軸流ファンの構成を示す斜視図。
【図２】実施形態に係る軸流ファンの構成を示す断面図。
【図３】実施形態に係るモータ本体の構成を示す斜視図。
【図４】実施形態に係るインペラーの下側からの構成を示す斜視図。
【図５】実施形態に係るインペラーがモータ本体に取り付けられた状態を示す斜視図。
【図６】実施形態に係る外枠を垂直に切断した構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る軸流ファン１０の構成を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る軸流ファン１０の構成を示す断面図である。
【００１０】
軸流ファン１０は、例えば、サーバを冷却するための冷却ファンとして用いられる。軸流ファン１０は、モータ本体１、インペラー２、及び、外枠３を備える。
【００１１】
図３は、実施形態に係るモータ本体１の構成を示す斜視図である。
【００１２】
モータ本体１は、回転する回転体と、回転体の回転に対して静止している静止部分とに分けられる。
【００１３】
モータ本体１の回転体は、シャフト１１、シャフトホルダ１２、フレーム１３、及び、マグネット１４で構成される。シャフトホルダ１２及びフレーム１３は、ロータホルダーを形成する。
【００１４】
モータ本体１の静止部分は、基板１５、複数のコイル１６、コア１７、及び、複数の支持部材１８で構成される。
【００１５】
シャフト１１は、回転体の回転軸であり、円柱形状をしている。シャフト１１は、鉄などの金属製である。
【００１６】
シャフトホルダ１２は、リング形状で、表面は平面であり、裏面はフレーム１３の穴に嵌合するような形状である。シャフトホルダ１２は、表面の中央の穴にシャフト１１の上部を嵌合した状態で接合される。シャフトホルダ１２の底面部分は、フレーム１３の上部に接合される。シャフトホルダ１２は、切削加工が可能な金属でできている。ここでは、シャフトホルダ１２は、真鍮製とするが、鋼鉄製でもよい。真鍮は、鋼よりも錆び難いため、シャフトホルダ１２の素材に適している。また、シャフトホルダ１２の素材は、フレーム１３の素材の金属と線膨張係数の近いものを選ぶことで、熱膨張によるシャフトホルダ１２とフレーム１３のズレが抑制される。具体的には、フレーム１３が鉄製である場合、シャフトホルダ１２は、真鍮製又は鋼製などが望ましい。
【００１７】
フレーム１３は、円筒形状の一端を塞ぐ円形状の表面（上面）にシャフト１１が突き出す穴が中央に設けられた形状である。フレーム１３の上面の穴は、シャフト１１が貫通した状態で、シャフト１１とフレーム１３との間にできる隙間をシャフトホルダ１２により覆うように塞がれた状態になる。フレーム１３は、鉄などの金属製である。フレーム１３は、プレス加工されることにより成形される。
【００１８】
マグネット１４は、モータ本体１のロータとしての機能を持たすための永久磁石である。マグネット１４は、円筒形状をしており、フレーム１３の内側に取り付けられる。
【００１９】
基板１５は、シャフト１１が貫通する穴が中央に設けられた円板形状をしている。基板１５は、モータ本体１を駆動するための制御回路が実装される。基板１５には、ロータの回転位置を検出するセンサ１５１が設けられる。なお、基板１５は、センサ１５１が設けられていないセンサレスモータに用いるものでもよい。また、基板１５は、モータ本体１ではなく、外枠３に取り付けられていてもよい。このような構成は、例えば、センサレスモータに用いられる。
【００２０】
コイル１６及びコア１７は、フレーム１３の内部に設けられる。各コイル１６は、コア１７に巻かれて、シャフト１１の周りを円周上に等間隔に配置される。コイル１６及びコア１７は、モータ本体１のステータとしての機能を持つ。なお、コア１７は、いくつの部材で構成されてもよい。例えば、コア１７は、薄い板を回転軸方向に積み重ねて形成し、渦電流損失を抑制する構造でもよい。
【００２１】
複数の支持部材１８は、モータ本体１の静止部分に対して回転体が回転するように支持する部材、及び、モータ本体１の静止部分が外枠３に固定されるように支持する部材を含む。例えば、支持部材１８は、コイル１６及びコア１７を配置するための部材、又は、基板１５に設けられた小さい穴に貫通させて、静止部分を外枠３に固定する棒状の部材などである。
【００２２】
図４は、実施形態に係るインペラー２の下側からの構成を示す斜視図である。図５は、実施形態に係るインペラー２がモータ本体１に取り付けられた状態を示す斜視図である。
【００２３】
インペラー２は、プラスチックなどの樹脂製である。インペラー２は、円筒形状の一端が塞がれた形状のインペラー本体２１に複数の羽根２２が設けられた形状である。インペラー本体２１は、円形状の表面（上面）にシャフトホルダ１２の外周面が嵌合する穴が中央に設けられた形状である。インペラー本体２１の上面の穴の周りは、熱膨張によるクラックを防止するために十分な厚さを持たせてある。インペラー本体２１の内側の形状は、フレーム１３が上部から嵌るような形状である。インペラー本体２１の内側には、フレーム１３と接着するための接着剤を塗布する窪みが設けられていてもよい。羽根２２は、回転すると回転軸方向に風を流す形状に成形される。インペラー２は、フレーム１３に被せるようにして、上面の穴にシャフトホルダ１２の外形が嵌るように取り付けられる。インペラー２の上面の穴に、シャフトホルダ１２の外形を嵌めることで、モータ本体１の芯出しがされた状態になる。インペラー本体２１の内周面とフレーム１３の外周面は、接着剤で接着される。
【００２４】
図６は、実施形態に係る外枠３を垂直に切断した構成を示す斜視図である。
【００２５】
外枠３は、カップ部分３１、複数の静止翼（リブ）３２、外形部分３３、軸受スリーブ３４、及び、磁気軸受３５を備える。
【００２６】
カップ部分３１は、外枠３の底面部分の中央に配置される。カップ部分３１は、モータ本体１が実装される箇所である。モータ本体１は、インペラー２が上になるように、カップ部分３１の底面に設置される。基板１５は、カップ部分３１の内部に固定されるように配置される。カップ部分３１の外形は、基板１５の外形よりも一回り大きい。したがって、モータ本体１が実装された状態では、カップ部分３１の外周にある垂直方向に延びた外縁と基板１５との間には少し隙間がある。なお、基板１５が外枠３に取り付けられる場合、基板１５は、カップ部分３１の外縁と接着され、中央にある穴にシャフト１１が貫通される位置で、この穴の内周に少し隙間ができるように設けられる。
【００２７】
静止翼３２は、カップ部分３１の外周面と外形部分３３の内周面とを接続するように、カップ部分３１の周りに等間隔で設けられる。静止翼３２は、回転体の回転に応じて、隣接する２つの静止翼３２の間を回転軸方向に風が通り抜けるような形状に成形される。静止翼３２は、空気の流動特性を確保するために、樹脂などの柔軟性のある素材で、薄い形状に成形される。
【００２８】
外形部分３３は、軸流ファン１０の最も外側を覆う部分である。外形部分３３は、モータ本体１が収納される円筒形状部分の両端に、軸流ファン１０を実装箇所に取り付けるための穴が設けられた四角形状のフランジ部分が取り付けられた形状である。
【００２９】
軸受スリーブ３４は、カップ部分３１の中央に設けられる。軸受スリーブ３４は、円筒形状である。モータ本体１は、軸受スリーブ３４にシャフト１１が挿入されるように実装される。軸受スリーブ３４は、シャフト１１がラジアル方向に変動するのを抑制するための空気動圧軸受である。シャフト１１が回転すると、シャフト１１の周りの空気動圧により、シャフト１１と軸受スリーブ３４との隙間が一定に保たれることで、シャフト１１の変動が抑制される。したがって、シャフト１１の回転時では、シャフト１１と軸受スリーブ３４は、非接触に保たれる。
【００３０】
磁気軸受３５は、軸受スリーブ３４の底面に位置する部分に設けられる。磁気軸受３５は、主に永久磁石で構成される。磁気軸受３５は、永久磁石同士の磁気による引力又は反発力などを利用して、シャフト１１がスラスト方向に変動するのを抑制する。したがって、シャフト１１と磁気軸受３５は、非接触に保たれる。なお、シャフト１１がスラスト方向に変動するのを抑制する軸受ならば、磁気軸受３５に限らず、どのようなものでもよい。磁気軸受３５のように、シャフト１１が非接触に保たれる非接触型の軸受であれば、耐久性が良く、高速回転に適しているが、接触型のものでもよい。
【００３１】
次に、軸流ファン１０の回転体の質量アンバランスの修正方法について説明する。
【００３２】
シャフトホルダ１２は、シャフト１１の上部の周りに設けられている。シャフトホルダ１２の材質は、比重が比較的重く、切削加工し易い真鍮である。そこで、シャフトホルダ１２を切削することで、マイナスバランス方式の質量アンバランス修正を行う。ここでは、例として、ドリルで円形の穴を空けて質量アンバランス修正をする方法を説明するが、何を用いて、どのように切削加工してもよい。
【００３３】
まず、軸流ファン１０の回転体の質量のバランスを測定する。この測定結果に基づいて、シャフトホルダ１２にドリルで穴を空ける箇所及び深さを決定する。この決定結果に従って、ドリルでシャフトホルダ１２に穴を空ける。穴を空ける箇所及び深さについては、従来から知られている方法を用いることで、機械的に決定することができる。したがって、質量のバランスの測定から、穴を空ける箇所及び深さを決定して、シャフトホルダ１２に質量アンバランスの修正加工を行うまでを自動化してもよい。
【００３４】
次に、軸流ファン１０の芯出しの一例について説明する。
【００３５】
図２に示すように、シャフトホルダ１２の上部の外周面とインペラー２の上面の穴の内側とが接触する部分を軸流ファン１０の芯出し箇所ＳＮとする。軸流ファン１０の製造時に、芯出し箇所ＳＮで、シャフト１１の回転軸の中心が所望の位置になるように芯出し調整が行われる。
【００３６】
軸流ファン１０の製造は、常温で行われるため、軸流ファン１０の稼働による発熱により、各部品が熱膨張することを考慮しなければならない。この熱膨張の影響は、インペラー２の内周面よりも径が小さい上面の穴の内側にある芯出し箇所ＳＮの方が少ない。例えば、熱膨張を考慮して、インペラー２の内周面とフレーム１３の外周面との間に、５０〜１５０μｍの間隙が必要だとすると、芯出し箇所ＳＮであるシャフトホルダ１２の外周面とインペラー２の上面の穴の内側との間隙は、０〜５０μｍでよい。
【００３７】
芯出し箇所ＳＮで芯出し調整を行うことで、インペラー２の内周面とフレーム１３の外周面との接触箇所で芯出しをする必要がないため、この箇所の間隙をインペラー２とフレーム１３との線膨張係数の違いを考慮して、クラックが生じないように十分に広くすることができる。また、芯出し箇所ＳＮをインペラー２の内周面よりも径が小さい上面の穴の内側とすることで、熱膨張を考慮して確保する必要のある間隙の幅は狭くてよいため、芯出しの精度を高くすることができる。
【００３８】
なお、芯出しは、軸流ファン１０のインペラー２の内周面とフレーム１３の外周面との接触箇所で行ってもよいし、その他のどの箇所で行ってもよい。
【００３９】
本実施形態によれば、切削可能なシャフトホルダ１２を設けることで、マイナスバランス方式による回転体の質量アンバランス修正を容易にすることができる。
【００４０】
また、シャフト１１の軸受に、非接触型の空気動圧軸受を採用することで、接触型のボールベアリング軸受と比較すると、高速回転に適した耐久性の高い軸流ファン１０にすることができる。さらに、スラスト軸受として非接触型の磁気軸受を採用することで、より高速回転に適し、耐久性に優れた軸流ファン１０にすることができる。
【００４１】
さらに、シャフト１１が中央の穴に嵌合されたシャフトホルダ１２の外周面とインペラー２の上面の穴の内側とが接触する芯出し箇所ＳＮで芯出しを行うことで、インペラー２の内周面とフレーム１３の外周面との間では、芯出しを行う必要がない。このため、インペラー２の内周面とフレーム１３の外周面との間隙を熱膨張を考慮して広めに確保することができる。これにより、インペラー２の素材である樹脂とフレーム１３の素材である金属との線膨張係数の違いにより、インペラー２にクラックが発生するのを防止することができる。
【００４２】
また、芯出し箇所ＳＮで芯出しを行うことで、インペラー２の芯出し箇所ＳＮの径は、インペラー２の内周面の径よりも小さいため、熱膨張による変化の大きさも小さくなる。したがって、芯出し箇所ＳＮで芯出しを行うことで、インペラー２の内周面で芯出しを行う場合と比較して、熱膨張を考慮した間隙の幅を小さくできるため、芯出しの精度を高くすることができる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。また、複数の実施形態について構成要素を組合せ又は交換等をすることで、新たな実施形態としてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。
【符号の説明】
【００４４】
１…モータ本体、２…インペラー、３…外枠、１０…軸流ファン、１１…シャフト、１２…シャフトホルダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019060281.tif 000006
【図５】
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【図６】
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