(57)【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スリーブと、
前記フレーム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はめ込まれた軸と前記ステータに対向配置されたマグネットとを備えたロータと、
前記軸と前記スリーブとの隙間に充填されたオイルと、
前記フレームハウジングの内壁または前記スリーブの外周に形成された前記フレームハウジングの開口部から底面まで延びる通気溝と、
前記スリーブ外周に形成されかつ前記通気溝と連通し前記オイルを保持するオイルプールとを有することを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記オイルプールは前記スリーブ外周に形成した周溝であることを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記スリーブの内径形状は軸方向にストレートとしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動機。
【請求項４】
前記スリーブの内径は２ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動機。
【請求項５】
前記軸の外周面または前記スリーブの内周面の何れか一方に、前記オイルを保持する動圧発生溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一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ことを特徴とするヒートシンク装置。
【請求項７】
フレームにフィンを立設したことを特徴とする請求項６記載のヒートシンク装置。
【請求項８】
電動機のフレームの側壁には一以上の開口部が設けられていることを特徴とする請求項７記載のヒートシンク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧型流体軸受けを用いた電動機及びそれを用いた半導体冷却用のヒートシンク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来における動圧型流体軸受けの電動機を用いたヒートシンク装置の構成を図３および図４に示す。
【０００３】
ここで、図３は従来の半導体冷却用のヒートシンク装置を示す断面図、図４は従来のヒートシンク装置に用いる電動機の軸受け部を示す断面図である。
【０００４】
図３に示すように、フレーム１の凹部に突出形成されたカップ状のフレームハウジング１ａの周囲には、コイル２の巻かれたステータ３にホール素子等が備え付けられた駆動回路基板４が設置されている。ステータ３はフレームハウジング１ａの外周部に固定されており、駆動回路基板４とフレーム１との間には絶縁シート７が設置されている。また、フレームハウジング１ａの底面には樹脂等で作られたスラスタ５が固定され、さらに、フレーム１の上面には空気の流れをスムーズにするためのベルマウス１９が固定されている。フレームハウジング１ａにはスリーブ６が圧入固定されてステータユニット１５を構成している。
【０００５】
ファン８には軸９が一体成型され、軸９はスラスタ５に当接してスリーブ６に回軸自在にはめ込まれている。また、ファン８には、環状のステータ３と対向するようにマグネット１１およびマグネットヨーク１２が固定され、ロータ１６を構成している。
【０００６】
図４に示すように、スリーブ６の内周面にはボール転造等により動圧発生溝１３が形成され、さらに、ボール転造により発生した突起を除去してスリーブ内径を±２μｍ以下の高精度で仕上げるためにサイジングが実施されている。また、スリーブ６の内周面の中央部にオイルプール６ｂが形成されている。
【０００７】
この動圧発生溝１３には潤滑油としてオイル１４が注油され、ラジアル軸受け１７を構成している。また、軸９のファン８と反対側の端面は球面に仕上げられており、スラスタ５と接触してスラスト軸受け１８を構成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電動機では、次のような問題点を有していた。
【０００９】
近年のパソコン等の電子機器や家庭電化製品においてはダウンサイジングが進んでおり、それに伴い、電子機器等に取り付けられるヒートシンク装置及び冷却ファンモータ等の電動機も小型化・薄型化が要求されている。
【００１０】
このような電動機の小型化・薄型化により軸受け部のスペースが非常に小さくなっており、軸９の外径及びスリーブ６の内径は２ｍｍ以下と小径化が求められ、スリーブ６の短スパン化も進んでいる。しかしながら、次のような理由によりスリーブ６の小径化は困難であった。従来スリーブ内径が３ｍｍ以上あったため、スリーブ内周面の中央付近のオイルプール６ｂの加工の際、加工バイトのシャンク径が２ｍｍ以上あり容易に加工できたのに対し、内径の小径化によりスリーブ内径が２ｍｍ以下になると加工バイトのシャンク径が１ｍｍ以下にしなければならず、加工の際の材料の振れ回り等により加工バイトが異常な振動を起こし、加工バイトの折れが頻繁に発生したり、これを防ぐため、加工速度を落すことによる加工時間の増大が発生し、軸受コストの増大を招いていた。
【００１１】
また、スリーブ６の２ｍｍ以下の小径化を達成するため、オイルプール６ｂを廃止すると、軸受内に保持できるオイル１４の量も減少し、注油量も０．０００５ミリリットル程度もしくはそれ以下にする必要が発生した。この量を安定的に注油することは非常に困難であり、また、必要量以上に注油されると、余剰分のオイル１４が軸９及びファン８を伝って流出が起こり、電動機周囲にまき散らすだけでなく、流出したオイル１４の跡を伝って必要な軸受内のオイル１４も徐々に流出し、軸受の信頼性を損なう結果となった。
【００１２】
また、近年電子機器等は、高性能・小型化により発熱の増大が発生しており、それに伴い、電子機器等に取り付けられる冷却ファンモータ等の電動機は、温度変化の大きい環境に置かれることが多くなった。
【００１３】
このように電動機が温度変化の大きい環境下に頻繁に置かれると、軸受内のオイル１４又は、オイル中の空気層が膨張収縮を繰り返し、従来の軸受構成では、膨張時オイル１４がスリーブ６の開口側端面から流出、収縮時オイル不足になり、軸受の信頼性をさらに損なっていた。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するもので、軸受の小径化に対応し、軸受コストを抑え、また軸受のオイル不足を抑え円滑な運転が可能で、小型化、低コスト、高信頼性、長寿命である電動機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の電動機は、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、フレームに取り付けられたステータと、スリーブに回転自在にはめ込まれた軸とステータに対向配置されたマグネットとを備えたロータと、軸とスリーブとの隙間に充填されたオイルと、フレームハウジングの内壁またはスリーブの外周に形成されたフレームハウジングの開口部から底面まで延びる通気溝と、スリーブ外周に形成されかつ通気溝と連通しオイルを保持するオイルプールとを有するものである。
【００１６】
これにより、軸受内の余剰オイルは通気溝を通してスリーブ外周のオイルプール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り、注油作業性が向上した。また、温度変化でのオイル及びオイル内の空気層の膨張収縮による軸受内の圧力調整を通気溝により行うことができ、さらに、膨張し溢れ出ようとするオイルがオイルプールに溜めることができるので、スリーブ開口側端面からのオイル流出を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、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、フレームに取り付けられたステータと、スリーブに回転自在にはめ込まれた軸とステータに対向配置されたマグネットとを備えたロータと、軸とスリーブとの隙間に充填されたオイルと、フレームハウジングの内壁またはスリーブの外周に形成されたフレームハウジングの開口部から底面まで延びる通気溝と、スリーブ外周に形成されかつ通気溝と連通しオイルを保持するオイルプールとを有する電動機であり、軸受内の余剰オイルが通気溝を通してスリーブ外周のオイルプール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り、注油作業性が向上するとともに、温度変化でのオイル及びオイル内の空気層の膨張収縮による軸受内の圧力調整を通気溝により行うことができ、さらに、膨張し溢れ出ようとするオイルがオイルプールに溜めることができるので、スリーブ開口側端面からのオイル流出を防止することができるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、オイルプールはスリーブ外周に形成した周溝である電動機であり、オイルプールを容易に形成できるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、スリーブの内径形状は軸方向にストレートとした電動機であり、小径化された軸受の加工を容易にすることができるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、スリーブの内径は２ｍｍ以下とした電動機であり、軸受部をコンパクトにし、電子機器の小型化に対応するとともに、オイルの流出を防止するという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明において、軸の外周面またはスリーブの内周面の何れか一方には、オイルを保持する動圧発生溝が形成されている電動機であり、軸の回転をスムーズにし、動圧発生溝のポンピング力によりオイルを軸受内部に集め、オイル飛散を防止するという作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか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であり、発熱体の熱を直接電動機のフレームで伝導しそしてフレームが放熱作用を行うとともに、ファンが起こす空気流が効率よくフレームに当り放熱効果を高める作用を有する。
【００２３】
本発明の請求項７に記載の発明は、フレームにフィンを立設した請求項６記載のヒートシンク装置であり、フィンにより放熱効率を高める作用を有する。
【００２４】
本発明の請求項８に記載の発明は、電動機のフレームの側壁には一以上の開口部が設けられている請求項６記載のヒートシンク装置であり、開口部の位置、大きさ、数を最適に行うことで、空気の流れを他の発熱体に当てたり、高温の空気をスムーズに排気する作用を有する。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図２を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるヒートシンク装置を示す断面図、図２は図１のヒートシンク装置に用いる電動機の軸受け部を示す断面図である。
【００２６】
以下に説明する実施の形態を含めて、本実施の形態における電動機は半導体冷却用のヒトシンク装置に用いられるものであり、前記従来の技術と同じ構成部には従来の技術と同一符号を付与する。
【００２７】
図１において、フレーム１の凹部に突出形成されたカップ状のフレームハウジング１ａの周囲には、コイル２の巻かれたステータ３にホール素子等が備え付けられた駆動回路基板４が設置されている。フレーム１の凹部には板状、ピン状等のフィン１０が立設され、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。ステータ３はフレームハウジング１ａの外周部に固定されており、駆動回路基板４とフレーム１との間には絶縁シート７が設置されている。また、フレームハウジング１ａにはスリーブ６がはめ込まれ、フレームハウジング１ａのの底面には樹脂等で作られたスラスタ５が設置され、さらに、フレーム１の上面には空気の流れをスムーズにするためのベルマウス１９が固定され、ステータユニット１５を構成している。
【００２８】
ファン８には直径１．２ｍｍの軸９が一体に成型され、軸９はスラスタ５に当接してスリーブ６に回転自在にはめ込まれている。また、ファン８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、ロータ１６を構成している。
【００２９】
図２に示すように、スリーブ６の内周面は、両端の０．１ｍｍ程度の面取り以外は軸方向にストレートに加工され、加工後、動圧発生溝１３をボール転造等により２ヶ所に形成し、さらに、ボール転造により発生した突起を除去してスリーブ内径を±２μｍ以下の高精度で仕上げるためにサイジングが実施されている。この動圧発生溝１３には潤滑油としてオイル１４が注油され、軸９と片側２〜１２μｍの軸受け隙間を保ちラジアル軸受け１７を構成している。
【００３０】
また、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。
【００３１】
また、スリーブ６の外周面には周溝のオイルプール６ａが形成されている。
さらに、軸９の先端は球面に仕上げられており、スラスタ５と接触してスラスト軸受け１８を構成している。
【００３２】
このような構成の電動機によれば、軸受内のオイル１４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り、注油作業性が向上し、製造コストの抑制が可能になる。
【００３３】
また、従来オイルプールをスリーブ内周面に加工していたため、スリーブ６の直径２ｍｍ以下になると、加工バイトのシャンク径を１ｍｍ以下にしなければならず、加工バイトの異常振動や折れが頻繁に発生し、製造コストの増大を招いていた。しかし、本発明によりオイルプール６ａに余剰オイルを溜めることができるので、スリーブ６の内周面を、動圧発生溝１３を除き、軸方向にストレート形状にすることが可能となる。よって、スリーブ内周面はリーマ等で容易に加工ができ、スリーブ６が直径２ｍｍ以下の小径でも軸受の加工が容易になるので、製造コストの抑制が可能になり、軸受及び電動機の小型化が可能になる。
【００３４】
また、通気溝１ｂにより、軸９をスリーブ６へ挿入する際、スリーブ６内の空気が逃げ、軸９のスリーブ６への取り付けをスムーズに行うことができる。そして、この通気溝１ｂとスリーブ６との隙間は、ファン８を下側にした時も通気溝１ｂを通ってオイル１４が流出しないように０．３ｍｍ以下０．０２ｍｍ以上にして、表面張力でオイル１４の流出が防止されている。
【００３５】
さらに、通気溝１ｂの設置により高温時の空気層の膨張等による内外圧差の変化を減少させ、さらに、膨張し溢れ出ようとするオイル１４が、オイルプール６ａに溜めることができるので、スリーブ開口側端面からのオイル流出を防止することができるとともに、軸受隙間にあるオイル１４が不足気味なった際、オイルプール６ａに溜まった余剰オイルが通気溝１ｂを通して、より隙間が小さくより表面張力の強い軸受隙間に供給され、オイル不足を防止することが出来る。
【００３６】
つぎに本実施の形態のヒートシンク装置の動作について説明する。電動機が回転すると、ファン８も回転を行い電動機の軸方向にそって空気を吸い込み、フィン１０によって形成された空気の流路に従ってながれ、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、フィン１０から熱を奪い冷却作用を行う。側壁の開口部の方向はヒートシンク装置から排気された空気を他の発熱素子に当てるため、また高温になった空気を電子機器装置からスムーズに排気するため、ヒートシンク装置を用いる電子機器装置に合わせて一方向あるいは複数の方向に開けて用いる。
【００３７】
フィン１０の形状は板状、ピン状に限定されるものではなく、三角状、翼状、渦巻状、円状、放射状等同様の作用、効果を呈するものであればよい。なお、ヒートシンク装置が所定の大きさ（４０ｍｍ角）より小さくなる場合には、電動機の大きさも必然的に小さくなり、その結果電動機の出力も小さくなる。従って、上記の場合、電動機とファンによって発生させられる風力が小さくなり、フィンを立設すると放出される風量が小さくなり、かえって放熱効果を悪くすることがある。このようにヒートシンク装置の大きさが上記の範囲の場合には、フィンを立設せず、放出される風量を多くして放熱効果を向上させることが好ましい。
【００３８】
なお、ヒートシンク装置の構造及び、それに用いられる電動機の構造、電動機の形式、軸受けの構造、オイル等はこれらの実施の形態の内容に限定されるものではなく、様々な設計変更が可能であることは言うまでもない。また、前述した実施の形態において、動圧発生溝１３はスリーブ６の内周面に形成されているが、軸９の外周面に形成してもよく、必要に応じてオイルプールを複数個設けてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、フレームハウジングの開口部から底面まで延びる通気溝と、スリーブ外周にオイルプールを形成することで、軸受内の余剰オイルが通気溝を通してスリーブ外周のオイルプール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り、注油作業性が向上するという有効な効果が得られる。また、このオイルプールに余剰オイル溜めることができるので、スリーブの内周面をその軸方向にストレート形状にすることが可能となり、スリーブが直径２ｍｍ以下の小径でも軸受の加工が容易になるという有効な効果が得られる。
【００４０】
これにより、軸受の小型化及び製造コストの抑制が可能で、小型で低コストの電動機を得ることができるという有効な効果が得られる。
【００４１】
また、通気溝の設置により高温時の空気層の膨張等による内外圧差の変化を減少させ、さらに、膨張し溢れ出ようとするオイルがスリーブ外周のオイルプールに溜めることができるので、スリーブ開口側端面からのオイル流出を防止することができるとともに、軸受隙間にあるオイルが不足気味になった際、スリーブ外周のオイルプールに溜まった余剰オイルが通気溝を通してより表面張力の強い軸受隙間に供給され、オイル不足を防止することが出来るという有効な効果が得られる。
【００４２】
これにより、軸受のオイル不足を抑え円滑な運転が可能で、高信頼性、長寿命の電動機を得ることができるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるヒートシンク装置を示す断面図
【図２】図１のヒートシンク装置に用いる電動機の軸受け部を示す断面図
【図３】従来の半導体冷却用のヒートシンク装置を示す断面図
【図４】従来のヒートシンク装置に用いる電動機の軸受け部を示す断面図
【符号の説明】
１  フレーム
１ａ  フレームハウジング
１ｂ  通気溝
２  コイル
３  ステータ
４  駆動回路基板
５  スラスタ
６  スリーブ
６ａ  オイルプール
６ｂ  オイルプール
７  絶縁シート
８  ファン
９  軸
１０  フィン
１１  マグネット
１２  マグネットヨーク
１３  動圧発生溝
１４  オイル
１６  ロータ
１７  ラジアル軸受け
１８  スラスト軸受け
１９  ベルマウス
【図１】
0003767192.tif 000002
【図２】
0003767192.tif 000003
【図３】
0003767192.tif 000004
【図４】
0003767192.tif 000005