JP5486890B2

JP5486890B2 - ファンモータ

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Publication number: JP5486890B2
Application number: JP2009227769A
Authority: JP
Inventors: 貴一長谷川; 精一築谷
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: US8492939B2; CN102035284B; JP2011078224A; US20110074230A1; CN102035284A; DE102010037812A1

Description

本発明は、ファンモータに関するものであり、特に産業用機械や工作機械等のＦＡ機器で使用され、切削液雰囲気にさらされる耐油および防水型ファンモータの構造に関する。

従来、工作機械等の制御装置の冷却用に軸流ファン等が制御装置の近傍に設置されている。この軸流ファンモータとして、水や切削液等の雰囲気にさらされるため耐油および防水型のファンモータが知られている（例えば、特許文献１，２）。
特許文献１は、モータをケーシング内に収納してから硬度ショアＤ３０〜９０のエポキシ樹脂を用いてモールドしている。特許文献２は、コア部のコイル及び電子部品を含むＰＣボードを金型内に収納して芳香属アミン系硬化剤で硬化されるエポキシ樹脂でモールドしている。

従来からエポキシ樹脂の硬度を高くして耐切削液／耐水性を持たせていたが、硬度が高くなることで、樹脂内部に高い応力が発生し易くなる。エポキシ樹脂の劣化評価のために行われる熱衝撃試験において、構成部品との熱膨張差でエポキシ樹脂に亀裂が生じて内包される部品を破損してしまう可能性があった。
そのため、低硬度および低ガラス転移点のエポキシ樹脂を選定して柔軟性で応力を緩和、耐熱衝撃性を持たせ、その中から比較的耐切削液／耐水性に優れたエポキシ樹脂が使用されていた。代表的な樹脂物性としては、硬化後の樹脂硬度：ショアＤ６０、ガラス転移点Ｔｇ：１５℃以下、線膨張係数（１０^−５／℃）：Ｔｇ以下で４．８／Ｔｇ以上で１５．０である。

特開２００１−１２８４０８号公報特開２００６−２４６５５７号公報

ところが、耐熱衝撃性を持たせるため、硬度およびガラス転移点を低くすると、十分な耐切削液／耐水性が得られない場合があった。逆に、耐切削液／耐水性を確保するために樹脂硬度を上げると、耐熱衝撃性が得られない場合があった。そのため、耐切削液／耐水性と耐熱衝撃性を損ねることなくバランスを取ることが難しかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、要求される耐切削液／耐水性および耐熱衝撃性を確保して、切削液雰囲気下での長期的な使用を可能にしたファンモータを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係るファンモータは、中央に円筒状の軸受ハウジングと該軸受ハウジングを固定するベース部とを有するケーシングと、該軸受ハウジング内に嵌合された一対のベアリングと、コイルが巻回され、モータ駆動回路と該駆動回路に通電するためのリード線を有するＰＣボードが下部に固定されたステータと、前記一対のベアリングによって支持されたシャフトと、前記ステータに対向させて前記シャフト側に固定され、内周面にマグネットが固定されたロータと、該ロータの外周部に固定され、複数の羽根を有するインペラと、を備えたファンモータであって、前記ステータ、前記ＰＣボードおよび前記リード線を、硬化後の硬度がショアＤ８５〜ショアＤ９５で、ガラス転移点が１２５℃以上であるエポキシ樹脂でモールドしたことを特徴としている。

上記構成のファンモータによれば、硬化後の硬度ショアＤ８５〜ショアＤ９５、ガラス転移点１２５℃以上のエポキシ樹脂によって、ステータ、ＰＣボードおよびリード線を一体的にモールドする。これにより、構成部品との熱膨張差を少なくすることで、内部応力の発生自体を低減して、耐切削液／耐水性および耐熱衝撃性を確保することができ、切削液雰囲気下でのファンモータを長期的に使用することができる。

また、本発明に係るファンモータは、前記エポキシ樹脂が添加剤として無機粒子を４０〜６０質量パーセント含有していることが好ましい。無機粒子としては、例えば、セラミックスが考えられる。

上記構成のファンモータによれば、添加剤として無機粒子を４０〜６０質量パーセント含有することで、エポキシ樹脂の物性として、ショアＤ８５〜ショアＤ９５の硬度と、１２５℃以上のガラス転移点を確保することができる。

また、本発明に係るファンモータは、前記エポキシ樹脂の線膨張係数が前記ガラス転移点以下で３．７×１０^−５／℃であることが好ましい。

上記構成のファンモータによれば、上述した従来の代表的な樹脂物性と比較して、相変化するガラス転移点１２５℃以下で３．７×１０^−５／℃と比較的小さい。これにより、要求される耐熱衝撃性を確保することができ、内包される部品の破損等を防止することができる。

また、本発明に係るファンモータは、前記モールドが前記ケーシング内への組み付け前に金型内で行われることが好ましい。

上記構成のファンモータによれば、ケーシング内への組み付け前に、ステータ、ＰＣボードおよびリード線を金型内でモールドするので、均一なモールド体を成型することができ、要求される一定の耐切削液／耐水性を確保することができる。

また、本発明に係るファンモータは、前記金型が前記ステータを位置決めする下型と、前記ステータの中心に挿入される芯型と、前記下型上に配置され、前記芯型の外周に樹脂注入用の環状開口部を形成する上型とから構成されており、前記環状開口部の平面積が前記ステータの前記芯型の軸方向に沿った平面積の７０パーセント以上であることが好ましい。

上記構成のファンモータによれば、ステータとリード線を一体的に組み付けたＰＣボードを下型上の所定位置に配置する。次に、上方から上型により型締めしてから、開口したステータの中心に芯型を挿入する。次に、真空引きしながら上型上面に形成された環状開口部から上記物性を有するモールド用のエポキシ樹脂を充填する。このとき、環状開口部の平面積がステータの芯型の軸方向に沿った環状の平面積の７０パーセント以上であるので、高粘度のエポキシ樹脂であっても、樹脂内の空気を円滑に抜くことができ、金型内に効率良く充填することができる。

また、本発明に係るファンモータは、前記モールドの前記環状開口部側の端面が樹脂硬化後に切削仕上げを行うことが好ましい。

上記構成のファンモータによれば、充填したモールド樹脂が硬化してから型開きをして、その後モールド体の上端面を切削仕上げすることで、ロータ下面との間に均一な所定隙間を形成することができる。

更に、本発明に係るファンモータは、前記ＰＣボードが樹脂注入用の空気抜き孔を備えていることが好ましい。

上記構成のファンモータによれば、真空引きに伴って上型上面の環状開口部から充填されたエポキシ樹脂は、コイルおよびステータをつたわって下降してＰＣボード上に達する。そして、ＰＣボード上に形成された空気抜き孔により型内の空気および樹脂内の気泡を円滑に抜くことができるので、ＰＣボード下面の隅々までエポキシ樹脂を充填することができる。

本発明に係るファンモータによれば、硬化後の硬度ショアＤ８５〜ショアＤ９５、ガラス転移点１２５℃以上のエポキシ樹脂によってステータ、ＰＣボードおよびリード線を一体的にモールドする。これにより、切削液雰囲気下で使用するファンモータに要求される耐切削液／耐水性および耐熱衝撃性を確保して、信頼性の高いファンモータを長期的に使用することができる。

本発明の第１実施形態に係るファンモータを示す断面図である。図１のモールド体を成型する金型を示す断面図である。図１のモールド体を示す断面図である。図１のリード線付きＰＣボードを示す平面図である。本発明の第２実施形態に係るファンモータを示す平面図である。図５のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明に係る複数の好適な実施形態を図１〜図６を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態であるファンモータ１０は、主に合成樹脂製のケーシング１１と、ステータ２０と、ロータ３０とから構成される軸流ファンである。
ケーシング１１は、基端部中央に複数のリブにより配置されたベース部１４と、該ベース部の中央に嵌合され、内側にベアリングを嵌合する円筒状の軸受ハウジング１５と、から構成されている。この軸受ハウジング１５内側の上下に後述するロータのシャフトを回転可能に支持するボールベアリング１６，１７が嵌合される。軸流ファンの場合、シャフトの軸方向（矢印方向）に沿って送風を送る。

ステータ２０は、軸受ハウジング１５の外周に配置され、放射状に延びるコア２１と、該コアに装着されるボビン２２と、該ボビンに巻回されルコイル２３と、から構成されている。また、軸受ハウジング１５基部の周囲に配置されるＰＣボード２４がボビン２２の下部に固定されている。このＰＣボード２４には、モータを駆動させるための駆動回路が形成されており、電子部品２６，２７が実装されている。また、ＰＣボード２４の端部には、駆動回路に通電するためのリード線２５が接続されている。

ロータ３０は、ステータ２０の外周面に対向するように配置され、ボールベアリング１６，１７に支持され回転するシャフト３６の先端に取付けられている亜鉛ダイキャスト製のハブ３５と、軸受ハウジング１５を覆うようにハブ３５に取付けられた有底円筒状のヨーク３４と、該ヨーク３４の内周面に固定された環状のマグネット３３と、から構成されている。このヨーク３４の外周部には、複数の羽根３２を有するインペラ３１が嵌合されている。また、シャフト３６に外嵌され、ハブ３５とボールベアリング１６との間には、コイルスプリング１８が配置されている。

本実施形態のファンモータ１０は、ステータ２０、ＰＣボード２４およびリード線２５のＰＣボード２４側の接続部分が、ケーシング１１への組み付け前にエポキシ樹脂２８によって一体的にモールド（以下、モールド体１９と云う）されている（図３参照）。

＜エポキシ樹脂の組成＞
・ベース材；ビスフェノールＡ２０〜３０質量％
・添加剤；無機粒子４０〜６０質量％
・硬化剤；酸無水物２０〜３０質量％
＜エポキシ樹脂の物性＞
・硬化後の硬度；ショアＤ８５〜９５
・ガラス転移点Ｔｇ；１２５℃以上（回路基板における半導体部品の接合部の保証温度以上）
・線膨張係数；３．７×１０^−５／℃（Ｔｇ以下）、１２．０×１０^−５／℃（Ｔｇ以上）

図２に示すように、前述したモールド体１９は、樹脂注入用の環状開口部４５の一部を形成する上型４１と、ステータ２０およびＰＣボード２４を位置決めする下型４２と、ステータ２０の中心に挿入され、環状開口部４５の一部を形成する芯型４３とから構成される金型４０内で成型される。環状開口部４５は、上型４１の内周壁と芯型４３の外周壁によって形成される。環状開口部４５の開口平面積は、芯型４３の軸方向に沿ったステータ２０の環状平面積の７０パーセント以上に大きく設定されている。

本実施形態のモールド体１９の成型手順は、下型４２上の所定位置にステータ２０とリード線２５を一体的に組み付けたＰＣボード２４を配置する。次に、上方から上型４１により型締めしてから、開口したステータ２０の中心に芯型４３を挿入する。次に、上型４１上面に形成された環状開口部４５から上記物性を有するエポキシ樹脂を充填する。このとき、環状開口部４５が大きく設定されているので、高粘度のエポキシ樹脂であっても金型４０内に効率良く充填できる。

図４に示すように、ＰＣボード２４は、中心に軸受ハウジング１５を挿通する挿通孔２４Ａを有すると共に、外縁部近傍にリード線２５の接続部２５Ａが形成されている。また、挿通孔２４Ａ周辺の電子部品２６，２７の実装されていない３箇所に、樹脂注入用の空気抜き孔２４Ｂが形成されている。これにより、環状開口部４５から充填されたエポキシ樹脂は、コイル２３およびステータ２０をつたわって下降してＰＣボード２４上に達する。そして、ＰＣボード２４上の空気抜き孔２４ＢからＰＣボード２４下面の末端までエポキシ樹脂が確実に充填される。

図３に示すように、成型後型開きされたモールド体１９は、コア２１、ボビン２２、コイル２３から成るステータ２０全体と、電子部品２６，２７およびリード線２５の接続部分を含むＰＣボード２４全体とが、エポキシ樹脂２８により完全にモールドされている。その後、硬化したモールド体１９の環状開口部４５側の上端面２９に切削仕上げが施される。これにより、ロータ３０下面との間に均一な所定隙間を形成することができ、信頼性の高いファンモータ１０を得ることができる。

（第２実施形態）
図５および図６に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。なお、上記第１実施形態と同一構成または作用においては同一符号等を付すことで、詳細な説明を省略する。

図５に示すように、本発明の第２実施形態であるファンモータ５０は、主に合成樹脂製のケース５１，５２と、ステータ６０と、ロータ７０とから構成されるブロワー（送風機）として使用されるシロッコファンである。ファンモータ５０は、ロアケース５１の上端部にアッパーケース５２を備えており、中心に矩形羽根７２を周方向に複数配置したインペラ７１が嵌合されている。上述した軸流ファンがシャフトの軸方向に送風を送るのに対して、シロッコファンはシャフトの回転方向（矢印方向）に送風を送る。なお、ステータ６０およびロータ７０は、上記ファンモータ１０と同様な構成であるので、説明を省略する。

本実施形態のファンモータ５０は、上記ファンモータ１０と同様に、ステータ６０、ＰＣボード２４およびリード線２５のＰＣボード２４側の接続部分が、ロアケース５１のベース部１４への組み付け前に、上記同様の金型内で上記同様の物性を有するエポキシ樹脂６１によって一体的にモールド体が形成される。即ち、コア２１、ボビン２２、コイル２３から成るステータ６０と、電子部品２６，２７およびリード線２５の接続部分を含むＰＣボード２４とが、エポキシ樹脂６１により完全にモールドされる（図３参照）。その後、硬化したモールド体上端面の切削仕上げも同様に行われる。

以上説明したように、本発明の上記第１，２実施形態のファンモータ１０，５０によれば、硬化後の硬度ショアＤ８５〜ショアＤ９５、ガラス転移点１２５℃以上のエポキシ樹脂で、ステータ２０，６０、ＰＣボード２４およびリード線２５を一体的にモールドする。これにより、構成部品との熱膨張差を少なくすることができ、内部応力の発生を低減して、耐切削液／耐水性および耐熱衝撃性を確保して、切削液雰囲気下でのファンモータを長期的に使用することができる。

また、本発明のファンモータ１０，５０によれば、エポキシ樹脂に添加剤として無機粒子を４０〜６０質量パーセント含有するので、エポキシ樹脂の物性として、ショアＤ８５〜ショアＤ９５の硬度と、１２５℃以上のガラス転移点を確保することができる。

また、本発明のファンモータ１０，５０によれば、エポキシ樹脂の線膨張係数が従来の代表的な樹脂物性と比較して、ガラス転移点以下で３．７×１０^−５／℃と比較的小さい。これにより、要求される耐熱衝撃性を確保することができ、内包される部品の破損等を防止することができる。

また、本発明のファンモータ１０，５０によれば、ケーシング内への組み付け前に、ステータ２０，６０、ＰＣボード２４およびリード線２５を金型４０内でモールドするので、均一なモールド体１９を成型することができ、要求される一定の耐切削液／耐水性を確保することができる。

また、本発明のファンモータ１０，５０によれば、環状開口部４５の平面積が芯型４３の軸方向に沿ったステータ２０，６０の環状平面積の７０パーセント以上であるので、高粘度のエポキシ樹脂であっても、樹脂内の空気を円滑に抜くことができ、金型４０内に効率良く充填することができる。

また、本発明のファンモータ１０，５０によれば、充填したモールド樹脂が硬化してから、モールド体１９上端面２９を切削仕上げすることで、ロータ３０，７０下面との間に均一な所定隙間を形成することができる。

更に、本発明のファンモータ１０，５０によれば、ＰＣボード２４が樹脂注入用の空気抜き孔２４Ｂを備えているので、真空引きに伴って金型４０内の空気および樹脂内の気泡を円滑に抜くことができ、ＰＣボード２４下面の隅々までエポキシ樹脂を充填することができる。

以下、本発明に係るファンモータにけるエポキシ樹脂の評価試験（熱衝撃、切削液浸漬）を行った。実施例の高硬度／高ガラス転移点エポキシ樹脂と、比較例として従来の低硬度／低ガラス転移点エポキシ樹脂の物性の対比を表１に示す。

（熱衝撃試験）
１．試験方法
マイナス５５℃から１２５℃の各温度にて液槽内に５分保持する。５０サイクル毎にモータ機能の検査を行った。ＦＡ機器用モータの熱衝撃試験には、使用されている半導体と同等程度の信頼性が要求され、その試験条件としては、マイナス５５℃から１２５℃、１００サイクル以上とされている。なお、熱衝撃試験の上限温度は、半導体のジャンクション温度により変更されることもあるが、モータに要求される条件としては１２５℃が一般的である。
２．試験モータ
軸流ファンモータ（４０mm角、２０mm厚）５台（No.1〜No.5）

熱衝撃試験の結果を表２に示す。

表２に示すように、上記表１に示した比較例のエポキシ樹脂でモールドした場合は、
各モータ共に温度変化に伴う熱膨張差が大きく、モールド内で内部応力が発生して、モータ機能に影響が発生した。モータNo.1〜No.4では、５０〜１５０サイクルである１〜３回目の検査で既に影響が確認された。これに対して、上記表１に示した実施例のエポキシ樹脂でモールドした場合は、No.1〜No.5の全てのモータが７００サイクル以上である１４回以上の検査までモータ機能に影響がなかった。これは、ヒートショック試験の温度範囲内ではエポキシ樹脂の線膨張係数が内包する部品と同程度に保たれるので、ヒートショックを与えても内部応力が生じ難く、ひびや金属面との密着不良が起き難くなったものと考えられる。したがって、温度変化に対する信頼性の高いモータであることが検証された。

（切削液浸漬試験）
１．試験方法
異なるタイプ（５種類）の切削液中に樹脂片を３日間浸漬させ、浸漬試験前後の重量を測定した。
２．試験樹脂片
エポキシ樹脂（表１に記載の実施例、比較例）の試験片（５０×１０×６mm）

切削液浸漬試験の結果を表３に示す。

表３に示すように、油系の不水溶性切削油と灯油では大きな差異は出なかったが、水溶系のソリューションタイプ、エマルジョンタイプＡおよびエマルジョンタイプＢにおいては、顕著な効果があった。すなわち、上記表１に示した比較例のエポキシ樹脂で作成した樹脂片の場合、樹脂片内への切削液の浸漬は重量変化率２．０〜３．０％弱として確認された。これに対して、上記表１に示した実施例のエポキシ樹脂で作成した樹脂片の場合、樹脂片内への切削液の浸漬は重量変化率０．３０〜０．３５％であり、比較例と比べると４〜７倍の耐切削液／耐水性があることが検証された。

上述した熱衝撃試験および切削液浸漬試験の結果をまとめると表４のようになる。

表４に示すように、熱衝撃性に関しては、比較例が１００サイクル以下で「不可」であるのに対して、実施例では５００サイクル以上の「優」であった。また、耐切削液性に関しては、比較例が重量変化率１〜３％の「良」であるのに対して、実施例では重量変化率１％以下の「優」であった。したがって、本実施例のエポキシ樹脂は、従来のエポキシ樹脂と比較して、特に熱衝撃性に優れていることが判る。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１０，５０…ファンモータ、１１…ケーシング、１５…軸受ハウジング、１９…モールド体、２０，６０…ステータ、２４…ＰＣボード、２５…リード線、２８…エポキシ樹脂、２９…上端面、３０，７０…ロータ、３６…シャフト、４０…金型、４１…上型、４２…下型、４３…芯型、４５…環状開口部

Claims

中央に円筒状の軸受ハウジングと該軸受ハウジングを固定するベース部とを有するケーシングと、
該軸受ハウジング内に嵌合された一対のベアリングと、
コイルが巻回され、モータ駆動回路と該駆動回路に通電するためのリード線を有するＰＣボードが下部に固定されたステータと、
前記一対のベアリングによって支持されたシャフトと、
前記ステータに対向させて前記シャフト側に固定され、内周面にマグネットが固定されたロータと、
該ロータの外周部に固定され、複数の羽根を有するインペラと、
を備えたファンモータであって、
前記ステータ、前記ＰＣボードおよび前記リード線を、硬化後の硬度がショアＤ８５〜ショアＤ９５で、ガラス転移点が１２５℃以上であるエポキシ樹脂でモールドし、
前記モールドは、前記ケーシング内への組み付け前に金型内で行われ、
前記金型は、前記ステータを位置決めする下型と、前記ステータの中心に挿入される芯型と、前記下型上に配置され、前記芯型の外周に樹脂注入用の環状開口部を形成する上型とから構成されており、前記環状開口部の平面積が前記ステータの前記芯型の軸方向に沿った環状の平面積の７０パーセント以上であることを特徴とするファンモータ。
前記エポキシ樹脂は、添加剤として無機粒子を４０〜６０質量パーセント含有していることを特徴とする請求項１に記載のファンモータ。
前記エポキシ樹脂は、線膨張係数が前記ガラス転移点以下で３．７×１０^−５／℃であることを特徴とする請求項１または２に記載のファンモータ。
前記モールドの前記環状開口部側の端面は、樹脂硬化後に切削仕上げを行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のファンモータ。
前記ＰＣボードは、樹脂注入用の空気抜き孔を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のファンモータ。
中央に円筒状の軸受ハウジングと該軸受ハウジングを固定するベース部とを有するケーシングと、
該軸受ハウジング内に嵌合された一対のベアリングと、
コイルが巻回され、モータ駆動回路と該駆動回路に通電するためのリード線を有するＰＣボードが下部に固定されたステータと、
前記一対のベアリングによって支持されたシャフトと、
前記ステータに対向させて前記シャフト側に固定され、内周面にマグネットが固定されたロータと、
該ロータの外周部に固定され、複数の羽根を有するインペラと、
を備えたファンモータであって、前記ステータ、前記ＰＣボードおよび前記リード線を、硬化後の硬度がショアＤ８５〜ショアＤ９５で、ガラス転移点が１２５℃以上であるエポキシ樹脂でモールドし、
前記ＰＣボードは、樹脂注入用の空気抜き孔を備えていることを特徴とするファンモータ。
前記エポキシ樹脂は、添加剤として無機粒子を４０〜６０質量パーセント含有していることを特徴とする請求項６に記載のファンモータ。