JP2005140095A

JP2005140095A - 遠心ファン

Info

Publication number: JP2005140095A
Application number: JP2003380554A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hanaoka; 覚花岡
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-10
Also published as: JP4467041B2

Abstract

【課題】回転バランスの偏りが少ないインペラを備えた遠心ファンを提供する。
【解決手段】
一方が開口するカップ部１１と、このカップ部１１の一方の端部の外周面より半径方向外方にひろがる鍔部１２と、この鍔部１２の他方側の面で、かつカップ部１２の外周面から間隔をあけた位置に、周方向に間隔をあけて他方側に延伸して設けられた複数の羽根部１３と、を備えたインペラ１０が一体的に射出成形されてなる遠心ファン１５において、カップ部１１の底面と、鍔部１２とのそれぞれにバランス調整部１５、１６が設けられ、これらバランス調整部１５、１６がこのインペラ成形時に一体に形成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＡ機器や家電機器等に好適な遠心ファンに関する。

モータのロータにインペラを取り付けてこれを回転させるファンには、モータの軸線に沿って吸気しその軸線に直交する半径方向に排気する遠心ファンがある。遠心ファンは、高静圧の空気流を排出することができ、特定部位に高静圧の空気流を供給する必要のある用途に好適である。近年、この遠心ファンにおいてこれまで以上に低騒音かつ低振動で回転することが要求されている。

図５は従来より用いられている遠心ファンを示したものであり、遠心ファンａのインペラｂは、下方が開口し上方が蓋部を有する筒状のカップ部ｃと、このカップ部ｃの下方の端部の外周面より半径方向外方にひろがる鍔部ｄと、この鍔部ｄの上方側の面で、かつカップ部ｃの外周面から間隔をあけた位置に、周方向に間隔をあけて上方側に延伸して設けられた複数の羽根部ｅと、を備え、合成樹脂により一体に射出成形されてなる。カップ部ｃの中心には回転軸ｆが下方に向けて突出する。このインペラｂを回転駆動するモータｇは、カップ部ｃの内部に収容される構成、及び回転軸ｆをより延伸させてカップ部ｃの外部に配置される構成がある。

このような遠心ファンの振動や騒音を抑えるには、インペラの回転バランスを一層向上させる必要がある。回転バランスは、回転体の重心と回転中心とを一致させればさせる程、回転体の振れ回りが小さくなる。インペラのような射出成形される回転体は、成形誤差を伴うことからそれらを一致させて成形することは困難である。そのため、通常は回転体の回転バランスの偏りを相殺する錘をつけてアンバランスを修正することが行われる。

例えば、インペラに錘をつける手法（特許文献１、２参照）、インペラの成形に使用される金型をバランス修正が可能な構成としインペラ完成後にはバランス修正された形態で成形され錘を付ける作業を不要にする手法（特許文献３参照）が知られている。

これら公知の手法を、図５の遠心ファン２に適用を試みたところ、特許文献１、２の手法ではインペラの重心と回転中心の一致度合いが不十分で大幅なバランス補正の効果はみられなかった。しかも、錘をインペラ毎に取付けなければならず生産性が良くなかった。
特許文献３の手法は、特許文献１、２のような生産性についての問題点は改善されるが、大幅なバランスの補正の効果はみられなかった。

また、バランスの補正の効果を上げる別の公知の手法として、特許文献４に錘を軸線方向に離れた複数の面に配置する手法が知られている。この手法を上記遠心ファンに適用しようとしたところ、一つの面の錘は特許文献３のようにカップ部の内側に設けることができるが、別の錘を配置する部位が見出せなかった。例えば、特許文献３の図１に示される通りカップ部の下方の端部付近に錘をつけることが考えられるが、大幅なバランスの向上は達成されないと共に、錘の取付作業の点で生産性が良くなかった。

実開昭６３−９８４９８号公報特開２０００−１８４６７８号公報特許２９３１０４４号公報特開平６−２８４６６６号公報

解決しようとする問題点は、モータの回転バランスを向上させる手法が種々知られているが、それらを遠心ファンに適用してこれまで以上に安定して回転する遠心ファンがなかった。

前記問題点に対する本発明の解決手段は、一方が開口し他方側が蓋部を有する筒状のカップ部と、該カップ部の一方の端部の外周面より半径方向外方にひろがる鍔部と、該鍔部の他方側の面で、かつ該カップ部の外周面から間隔をあけた位置に、周方向に間隔をあけて他方側に延伸して設けられた複数の羽根部と、を備えたインペラが一体的に射出成形されてなる遠心ファンにおいて、該カップ部の蓋部と、該鍔部とのそれぞれにバランス調整部が設けられ、これらバランス調整部が該インペラ成形時に一体に形成されたことを特徴とする。

前記蓋部または鍔部のバランス調整部は、該蓋部または鍔部の成形に関わる金型として、回転中心と同心円となる環状面に軸線方向に突出する環状凸部を有し、この環状凸部の特定領域を削除することにより、該蓋部または鍔部の円周上に肉厚が異なる凹凸を成形する金型を使用して成形される。

また、前記蓋部または鍔部のバランス調整部は、該蓋部または鍔部の成形に関わる金型として、回転中心と同心円となる環状面に周方向等配して区切られた複数の区画を有し、この複数の区画の一部を突出させるまたは窪ませることにより、該蓋部または鍔部の円周上に肉厚が異なる凹凸を成形する金型を使用して成形される。

前記カップ部の蓋部側のバランス調整部は、該蓋部の一方側の面に設けることができる。また、前記鍔部側のバランス調整部は、該鍔部の一方側の面に設けることができる。

本発明の遠心ファンは、軸線方向に離れた二つの面においてインペラの重心と回転中心とが一致するようにバランス調整されているため、バランスの偏りが極めて少なく低振動かつ低騒音が実現される。特に一方の面のバランス調整部がインペラの鍔部に位置することから、バランス補正効果が大きい。しかも、バランス調整部がインペラの成形時に一体に設けられているため、インペラの生産性がよい。

本発明の遠心ファンを実施するための最良の形態について、図１乃至４を参照して説明する。図１はその遠心ファンを示す断面図であり、図２は図１のインペラの下方から上方にむけて見た下面図であり、図３は図１のインペラの変形例を示す要部断面図であり、図４は図１のインペラを製造する金型を示す要部斜視図である。

図１に示す遠心ファン２は、インペラ１０の内部にモータ２０を備え、これがハウジング３０に収容されて構成されている。モータ２０のステータ２１に電流が流れると、駆動用マグネット２２との磁気作用によって駆動用マグネット側に回転トルクが発生しインペラ１０が回転する。インペラ１０が回転すると、ハウジング３０の上部の空気がハウジング３０の吸気口３１ａを介して軸線の上方から下方に向けてハウジング３０内部に吸気され、インペラ１０にかきこまれて半径方向外方に吐き出される。吐き出された空気はハウジング３０の側面にそって周方向に流れ排気口３１ｂから排気される。

ハウジング３０は、前述のモータ２０を支持する底面側の部材３２（底面側枠体という）と、インペラ１０を底面側枠体３２と共に覆う上面側の部材３３（上面側枠体という）とが組み合わさって構成され、内部にモータ２０を収容する空洞を形成している。上面側枠体３３の中央付近には、吸気口３１ａが形成されている。底面側枠体３２と上面側枠体３３とによってインペラ１０の周囲を取り囲む側面には、排気口３１ｂが形成されている。

モータ２０は、底面側枠体３２の中央に上方に突出して設けられた円筒部３４の外周面に回路基板（図略）とともにステータ２１が固定されている。円筒部３４の内周面には、軸受手段３６が収容され回転軸１４を回転自在に支持している。回転軸１４の上方の端部には、インペラ１０が設けられている。インペラ１０には、ステータ２１の外周面に対向して配置された駆動用マグネット２２がバックアイアン２３を介して固定されている。

インペラ１０は、後述する金型を使用して、合成樹脂によって金属製の回転軸１４とともに一体に射出成形される。より詳細には、下方の端部が開口する有蓋円筒状のカップ部１１と、このカップ部１１の下方の端部の外周面から半径方向外方にひろがる鍔部１２と、この鍔部１２の上方側の面で、かつそのカップ部１１の外周面から一定間隔をあけた位置に、周方向に間隔をあけて上方側に延伸して設けられた数十枚の羽根部１３とを備えている。カップ部１１の天井壁（蓋部）の中央には、回転軸１４の上方の端部が埋設されカップ部１１の下方の端部付近まで突出している。

さらに、このカップ部１１の天井壁下面の外周部には、第一バランス調整部１５が設けられ、その鍔部１２の下方側の面の外周部には第二バランス調整部１６が設けられている。

第一バランス調整部１５は、天井壁外周部にその肉厚がそれ以外の部分よりも大きい厚肉部１５ａを環状に形成し、この厚肉部１５ａの一部を削除した窪み１５ｂを複数形成することによって構成される。この窪み１５ｂは、図２に示すように周方向等間隔に１６等分して区切られた複数の区画のうち、連続する１３箇所の区画に形成されている。厚肉部１５ａは、周縁の基準点Ｓを始点としてここから時計回りに約６５度範囲に位置する。これにより、カップ部１１内の天井面の外周縁には、厚肉部１５ａによって構成される厚肉部分と、１３箇所の窪み１５ｂによって構成される薄肉部分とによって円周上に肉厚の異なる凹凸が形成され、インペラ１０はカップ部天井壁における厚肉部分側に重みがかかる構成となっている。

一方、第二バランス調整部１６は、鍔部１２の下方側の面の周縁において約３３０度範囲にわたって凹部１６ａが形成されることによって構成される（この凹部以外の約３０度範囲の周縁は、他の面と面一で厚肉部分を構成する。）。厚肉部分は、上述した基準点Ｓから反時計回りに約６０度の位置を始点としてここから反時計回りに約３０度範囲に位置する。これにより、鍔部１２の周縁には、他の部位と同じ肉厚の部分と、凹部１６ａによって肉厚が薄い薄肉部分とによって、円周上に肉厚の異なる凹凸が形成され、インペラ１０の鍔部１２の厚肉部分側に重みがかかる構成となっている。

つまり、インペラ１０の回転軸１４の上方側を通る面は第一バランス調整部１５によって基準点Ｓから時計回りに約６０度の範囲に所定の重みが作用し、回転軸１４の下方側を通る面は第二バランス調整部１６によって基準点Ｓから反時計回りに約６０度回転した点から反時計回りに約３０度の範囲に所定の重みが作用する。こうしてインペラ１０全体としては、軸線方向の両端の二面に個別に作用する重みが合成されることによってインペラの重心の偏りが相殺された構成となっている。これにより、一面のバランス調整部だけでは補正し切れなかったインペラの重心のずれを別の面のバランス調整部によって補われることにより、インペラの重心と回転中心とがほぼ一致し、回転バランスの偏りが極めて少ない構成となっている。よって、このインペラ１０を備えた遠心ファン２は振れ回りが少なく安定に回転することから、低振動かつ低騒音が実現する。また、第二バランス調整部１６はインペラ１０の外部に露出し、その周方向に起伏が形成された部位となっているが、鍔部１２の下方面から突出するものではないため、回転時に風きり音が発生することはほとんどない。

なお、第一及び第二バランス調整部１５、１６における厚肉部分と薄肉部分の位置関係や配分の割合は、インペラの形状、材料、成形に使用する金型などの諸条件が変ることによって変るものであり、本例はその一形態である。また、カップ部１１の下方の端部は、図３に示すように、下方側に外径が徐々に大きくなる構成（符号Ａの部位）としたり、カップ部１１の上方の端部をアールとしたり（符号Ｂの部位）、羽根部１３の上方の端部の内径側をアールとすることにより（符号Ｃの部位）、羽根部１３とカップ部１１との間に形成される空隙を通る空気が円滑に流れ、送風特性を向上させることができる。

次に、このインペラ１０の製造方法について説明する。

金型は上記インペラ１０に対応する複数の金型を使用し、これらを組み合わせそれら金型の間に形成される空隙に回転軸１４を配置した上で溶融した合成樹脂が充填される。そして合成樹脂が固化した後、両金型から固化した合成樹脂部分を抜き取ることでインペラ１０が形成される。

複数の金型のうち、インペラ１０のカップ部１１内面及び鍔部１２の下方面に対応する金型は、例えば、図４に示す金型５０が使用される。この金型５０の円柱状部を使用して第一バランス調整部１５が成形される。金型５０の円柱状部の上面の外周部には周方向等間隔に１６個のバランスピン５０ａがあり、バランスピン５０ａの上端が軸線方向に突出したり窪ませたりできる構成となっている。また円柱状部の中心に回転軸１４を挿入する貫通孔５０ｃを有する構成となっている。また、この金型５０の円柱状部の下方に位置する円板状部を使用して第二バランス調整部１６が成形される。金型５０の円板状部は、外周部の上面に上方に幾分突出する凸部５０ｂが設けられている。

この金型５０と他のインペラ１０の部位に対応する金型を含む複数の金型は、これら金型の製作段階において前述の第一及び第二バランス調整部１５、１６を確定するために、全てのバランスピン５０ａを突出させ、かつ凸部５０ａを環状にした状態でインペラ１０を試作する。この状態で成形したインペラ１０をバランス検査装置にかけてアンバランス量を測定する。その結果、アンバランス量が許容範囲内であれば、そのまま正式な金型として使用する。

反対に、許容範囲外であれば、そのアンバランス量を相殺するのに必要な重みとその位置を測定して、これに対応して金型５０のバランスピン５０ａを後退させたり（本例では図中のバランスピン５０ａ’）、凸部５０ａの一部（本例では図中の符号Ｅの部位）を削り取るなどして金型を調整する。バランスピン５０ａ’の部位は、それだけ合成樹脂が多く充填されるためそれ以外のバランスピン５０ａと比べて肉厚が厚く成形される。同様に凸部５０ａの符号Ｅの部位は、それだけ合成樹脂が多く充填されるためそれ以外の削られない凸部５０ａと比べて肉厚が厚く成形される。つまり、バランスピン５０ａが並ぶ円周および凸部５０ａが設けられた円周に対応する被成形部位は、円周上に肉厚が異なる凹凸が成形され、厚肉部はそれだけ質量が重くなる。

このようにして調整された金型によって、再度、インペラ１０を試作する。この状態で成形したインペラ１０を再度、バランス検査装置にかけてアンバランス量を測定し、良否を判定する。このような一連の工程を繰り返して金型を調整していく。これにより得られた金型は、重心が回転中心にほぼ一致した偏りが極めて少ないインペラを成形することができる。しかも、インペラのバランス修正を金型の段階で行うため、金型の調整が済めば成形後にバランス検査をしたり錘をつけるといった作業が不要でインペラ１０の生産性が良い。

この遠心ファン２は、前述のようにバランスの偏りが極めて少ない構成となっているが、これは単に両バランス調整部１５、１６がインペラ１０の上下の二面に位置することだけではなく、その第二バランス調整部１６がインペラ１０の鍔部１２に位置することによる作用が大きい。つまり、第二バランス調整部１６の厚肉部分がインペラ１０の外周部分に位置することから、ここの回転モーメントが大きくなり、この位置に設けた重みによるバランス修正効果が大きい。

また、第二バランス調整部１６が、鍔部１２に位置することにより、第一バランス調整部１５とともにインペラ１０の成形時に一括して設けることができ、生産性がよい。

以上、本発明の最良の形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定するものではなくその趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、第一バランス調整部１５の成形は金型５０を使用しているが、第二バランス調整部１６のように金型の一部を削って成形してもよいし、第二バランス調整部１６を金型５０を使用して成形してもよい。また、第一バランス調整部１５は、カップ部１１の蓋部の上面側に形成されてもよいし、第二バランス調整部１６は鍔部１２の上方側の面、例えば、隣接する羽根１３と羽根１３の間の部位にあってもよい。

本発明の遠心ファンに係る最良の形態を示す断面図である。図１のインペラを下方側からみた平面図である。図１のインペラの変形例を示す要部断面図である。図１のインペラを製造するための金型の一部を示す斜視図である。従来の遠心ファンを示す断面図である。

符号の説明

２遠心ファン
１０インペラ
１１カップ部
１２鍔部
１３羽根部
１５第一バランス調整部
１６第二バランス調整部

Claims

一方が開口し他方側に蓋部を有する筒状のカップ部と、
該カップ部の一方の端部の外周面より半径方向外方にひろがる鍔部と、
該鍔部の他方側の面で、かつ該カップ部の外周面から間隔をあけた位置に、周方向に間隔をあけて他方側に延伸して設けられた複数の羽根部と、を備えたインペラが一体的に射出成形されてなる遠心ファンにおいて、
該カップ部の蓋部と、該鍔部とのそれぞれにバランス調整部が設けられ、これらバランス調整部が該インペラ成形時に一体に形成されたことを特徴とする遠心ファン。
前記蓋部または鍔部のバランス調整部は、該蓋部または鍔部の成形に関わる金型として、回転中心と同心円となる環状面に軸線方向に突出する環状凸部を有し、この環状凸部の特定領域を削除することにより、該蓋部または鍔部の円周上に肉厚が異なる凹凸を成形する金型を使用して成形されることを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
前記蓋部または鍔部のバランス調整部は、該蓋部または鍔部の成形に関わる金型として、回転中心と同心円となる環状面に周方向等配して区切られた複数の区画を有し、この複数の区画の一部を突出させるまたは窪ませることにより、該蓋部または鍔部の円周上に肉厚が異なる凹凸を成形する金型を使用して成形されることを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
前記カップ部の蓋部のバランス調整部は、該蓋部の一方側の面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の遠心ファン。
前記鍔部側のバランス調整部は、該鍔部の一方側の面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の遠心ファン。