JP2010144682A - クロスフローファン - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＳ系樹脂または耐熱ＰＳ系樹脂、ＧＦを用いた合成樹脂製のクロスフローファンにおいて、空気調和機等の使用時に耐熱クリープ性を向上させるとともに、特に耐熱ＰＳ系樹脂においては、ファン成形時の成形性を向上させ生産性の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】ＡＳ系樹脂または耐熱ＰＳ系樹脂に３〜１０μｍの細径ＧＦを２０〜４０重量％混入させたことを特徴とする合成樹脂材を用いてファンを形成し、８０〜１００℃の温度範囲でアニール処理を施すことによって、耐熱クリープ性、成形性が優れ、生産性のよいクロスフローファンを提供することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は長期使用時の耐熱クリープ性及び生産性の優れた空気調和機用の送風に用いるクロスフローファンに関するものである。

従来、この種のクロスフローファンは翼部と端板が一体構造とされていて、その構造体の合成樹脂材には、ファン全体にアクリロニトリル・スチレン系樹脂（以下、ＡＳ系樹脂と略す）や耐熱ポリスチレン系樹脂（以下、耐熱ＰＳ系樹脂と略す）にガラスファイバー（以下、ＧＦと略す）を約３０〜４０重量％程度混入し、強度の向上を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。特に繊維径や繊維長までは特定していないが、一般的には、ＡＳ系樹脂に短繊維強化ペレットを用い、繊維径１１〜１３μｍ、ＧＦ長さが平均で０．３〜０．５ｍｍ程度のＧＦを用いている。長繊維のＧＦの場合、短繊維よりも成形性が劣り特にピンゲートを使用していると詰まり易い傾向がある。特に６ｍｍ以上のものは曲げ強度などの剛性や耐熱クリープ性は向上するが、流動性が低下して成形時にショートショットを起こし易いため、特にクロスフローファンに長繊維のＧＦを使用しているものは見られない。

また、クロスフローファンの構成材料は、ＡＳ系樹脂にＧＦを約３０〜４０重量％程度混入したものが公知になっていて現在使用されているが、それ以上の成形性や耐熱クリープ性の優れた耐熱ＰＳ系樹脂の開発は容易にできなく耐熱ＰＳ系樹脂は使用されていない。

また、合成樹脂製の端板や翼部等は超音波溶着によって一体接合され、その後温風循環炉等で８０〜１００℃程度の温風循環によりアニール処理（歪み取りのための焼鈍処理）を施して成形歪及び超音波溶着による歪を除去し、使用時におけるクロスフローファンとしての耐熱クリープ性を良くするようにしている。
特開平１１−２４７７８９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、合成樹脂材としてＡＳ樹脂に一般ＧＦ強化ペレットを用いＧＦ長さが０．３〜０．５ｍｍ程度の短繊維ＧＦを約２０〜４０重量％程度混入して強度を図ったものをファンの全体に使用している。短繊維ＧＦは長繊維ＧＦと比較すると成形性は比較的よいが、長繊維ＧＦよりも耐熱性や曲げ弾性率が低く耐熱クリープ性が少し低くなり、ＧＦ量を４０％にしても耐熱クリープ性が向上しにくい。

一方長繊維ＧＦは、一般的に６ｍｍ以上のものが市販されており流動性の低下やピンゲート詰まりなどの問題が出易いためにクロスフローファンには使用されていない。また軽量化については、発泡剤を用いて軽量化することも可能であるが、成形時間が長くなり、成形後に二次発泡して部分的に膨張する可能性がある。また、発泡状態によって１ケ１ケの重量が変わり易く重量管理が難しい。

このような構成では、特に、外形Φ９０ｍｍ以上、ファン長が６００ｍｍ以上のファン径が大きく、また長尺ファンでは重量が重なり、熱変形しやすくなるため、さらに耐熱クリープ性の優れた構成が要求されている。また、溶着後の残留歪みを取る為に長時間のアニール処理を必要とし、生産性、加工性の向上の面からも短時間で的確にアニールできる材料構成が要求されている。

また、上記合成樹脂材は流動性が低く、成形時にショートショットが発生しやすく歩留まりや生産性の面で劣る点があり、流動性が高い樹脂で成形性に優れ、耐衝撃性，耐熱クリープ性のよい材料が要求されていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、合成樹脂材に繊維径３〜１０μｍのＧＦを２０〜４０重量％混入したことを特徴とするもので、これによって通常と同時間と同温度のアニール処理でも、より耐熱クリープ性の優れたファンを提供するものである。また、成形性，高剛性，耐衝撃性，耐熱クリープ性に優れた、生産性の良い空気調和機用のクロスフローファンを提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機のクロスフローファンは、ＡＳ系樹脂に、繊維径３〜１０μｍのＧＦを２０〜４０重量％混入させた合成樹脂材を用いてクロスフロ−ファンを形成したものである。

本発明のクロスフローファンは、材料の曲げ強度が上がることによって、ファンの剛性が上がり、長期使用の空気調和機においてファンの熱変形を防止することができる。また、特に耐熱クリープ性が要求される、全長７００ｍｍ以上の長尺のファンにおいて、変形が少なくなり効果が出やすい。特に３〜１０μｍの細径ＧＦを用いることによって、同じ量のＧＦを混入したときに曲げ弾性率が従来品より高くなり、従来の一般ＧＦよりも少ない混入量でファンの耐熱クリープ性を向上させることが可能となり、特に長期保管の静止時や回転時の耐熱クリープ性が優れ、長期の空気調和機の使用においてクロスフローファンの熱変形を防止することができる。

第１の発明はＡＳ系樹脂に、繊維径３〜１０μｍのＧＦを２０〜４０重量％混入させた合成樹脂材を用いてクロスフロ−ファンを形成したことにより、材料の曲げ強度が上がることによって、ファンの剛性が上がり、長期使用の空気調和機においてファンの熱変形を防止することができる。また、特に耐熱クリープ性が要求される、全長７００ｍｍ以上の長尺のファンにおいて、変形が少なくなり効果が出やすい。特に３〜１０μｍの細径ＧＦを用いることによって、同じ量のＧＦを混入したときに曲げ弾性率が従来品より高くなり、従来の一般ＧＦよりも少ない混入量でファンの耐熱クリープ性を向上させることが可能となり、特に長期保管の静止時や回転時の耐熱クリープ性が優れ、長期の空気調和機の使用においてクロスフローファンの熱変形を防止することができる。

第２の発明は、耐熱ＰＳ系樹脂に、繊維径３〜１０μｍのＧＦを２０〜４０重量％混入させた合成樹脂材を用いてクロスフロ−ファンを形成したことにより、ファンの剛性が上がる。また特に耐熱ＰＳ系樹脂（ＰＳ＋ＳＰＳ）を用いているため、樹脂の荷重たわみ温度を８〜１２℃位上げることができ、特に長期保管の静止時や回転時の耐熱クリープ性が優れ、長期使用の空気調和機においてクロスフローファンの熱変形を防止することができる。また、ＡＳ系樹脂と同様に特に耐熱クリープ性が要求される、全長７００ｍｍ以上の長尺のファンにおいて熱変形が少なり、長期の空気調和機の使用でクロスフローファンの熱変形を防止することができる。さらに耐熱ＰＳ系樹脂は、従来品よりも成形時の流動性がよくなるとともに、耐熱性、剛性、耐衝撃性にも優れたものとなり、成形時にファン部材すなわち端板、仕切り板、翼部にショートショットが発生しにくく、成形時に２ケから４ケ取りなど多数個取りが容易になり、より生産性の向上を図ることができる。またＡＳ系樹脂よりも溶着性が良く溶着時間が短縮し生産性が向上する。また軽量化することによって材料費が低減し合理化が図れる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のクロスフローファンに８０〜１００℃の温度範囲の温風によるアニール処理を施したことにより、更にファンの剛性が上がる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるクロスフローファンの外観斜視図、図２は、同クロスフローファンの全体の断面図、図３は、同クロスフローファンの縦断面図、図４は、同クロスフローファンのブレード部の断面図、図６は、同クロスフローファンに用いた細径ＧＦ強化ペレットの外観斜視図を示す。尚、図５は、従来のクロスフローファンのブレード部の断面図、図７は、従来のクロスフローファンに用いた一般ＧＦ強化ペレットの外観斜視図である。

図１、図２、図３において、クロスフローファン１は（以下、ファンと略す）、ＧＦの強化材を所定重量％混入したＡＳ系樹脂または耐熱ＰＳ系樹脂からなる合成樹脂製のファンであり、ファン部材、すなわち端板２、複数の仕切り板３及び端板２と仕切り板３の間に設けられる複数の翼部４から構成され、端板２と翼部４及び仕切り板３と翼部４等は超音波溶着によって接合されている。また、ファンモータ６とはボス組立部１ａのボス部５と接続固定している。ブレード部１０は仕切り板３と翼部４が一体成形したもので形成されている。全体としては、軸部のついた端板２とブレード部１０とボス組立部１ａの主に３種類の成形部材でクロスフローファン１を構成している。

耐熱ＰＳ系樹脂とは、スチレンと耐熱性を付与したモノマー、すなわちマレイン系のモノマーやＮフェニルマレイミド系のモノマーやメタクリル系モノマーとの共重合体やシンジオタクチック・ポリスチレン（以下、ＳＰＳ）樹脂である。尚、本実施例４〜６はＳＰＳ樹脂を用いた構成樹脂としている。ＳＰＳ樹脂とは、シンジオタクチックポリスチレンの略でベンゼン環が交互になった結晶性のＰＳ樹脂である。公知であるが、引張り強さや曲げ強度などの機械的強度や耐熱性などが一般のポリスチレンよりも優れ、特に耐酸性、耐アルカリ性、耐油性などの耐薬品性に優れた樹脂である。

また、本実施の形態に用いている細径ＧＦは、図６に示すように繊維径３〜１０μｍのＧＦを用いた細径ＧＦ強化ペレット８を使用し、従来品の一般ＧＦは図７に示すように繊維径が１１〜１３μｍのＧＦを用いた一般ＧＦ強化ペレット９を使用したものである。それぞれの繊維状態は、細径ＧＦは７０１と一般ＧＦはＧＦ７０２に示す。ＧＦの長さとしては、成形品において０．１〜１．０ｍｍ程度の長さで平均０．５ｍｍ程度の繊維長である。

細径ＧＦ強化ペレット８と、一般ＧＦ強化ペレット９は、樹脂材料製造時にＧＦを成形機のサイドフィードより一定量を均一分散して混入させている。ＧＦの製造方法は、一般的にＥガラスを用いて溶融したもので、３〜６ｍｍ程度のチョップドストランドを用い、線径を３〜１０μｍのＧＦを細径ＧＦ強化ペレット８とし、従来から使用されている線径の１１〜１３μｍのＧＦを一般ＧＦ強化ペレット９とした。線径のコントロールは、ダイから溶融したＧＦを引抜く時に引抜く孔径と速度でコントロールされる。

図４は実施例の繊維径３〜１０μｍのＧＦの細径ＧＦ強化ペレット８を用いた場合の翼部の縦断面図、図５は従来例の繊維径１１〜１３μｍのＧＦの一般ＧＦ強化ペレット９を用いた場合の翼部の縦断面図を示す。

図４と図５を比較すると分かるように繊維径３〜１０μｍのＧＦを用いたものの方が翼部などの構成樹脂中のＧＦが均一に多く分散して、その分剛性の高いファンが形成される。また、成形品の溶着部やウェルド部の接合強度が一般ＧＦより細径ＧＦの方が高く、ファン全体の剛性も高くなる。細径ＧＦを用いた合成樹脂の接合強度が高くなるのは、一般ＧＦよりも微分散された細径ＧＦの方が、樹脂と繊維の接着面積が多く（二倍以上）強固に絡み合うためで、特に溶着部の強度アップに繋がる。

ファンは、溶着加工した後に成形歪と溶着歪を除去するためアニール処理を実施している。アニール処理方法は、９０℃の温風循環炉にクロスフローファン１を縦置き放置で置いて約８時間処理したものである。
尚、アニール温度は８０〜１００℃の範囲が望ましい。８０℃以下では長時間のアニール時間がかかり１００℃以上にすると、熱変形やファンの全長寸法が（１００℃で０．３ｍｍ程）短くなる傾向がある。従って８０〜１００℃の温度範囲でアニール処理をすることが望ましく、８５〜９５℃が安定したアニール処理が出来て一番望ましい。

表１は、ＡＳ系樹脂で表２は耐熱ＰＳ系樹脂で成形したクロスフローファン１の成形品のＧＦの繊維径、ファンの耐熱静止たわみとテストピースでの曲げ弾性率と流動性と荷重たわみ温度を示す。

尚、表１と２の繊維径に関しては細径ＧＦ強化ペレット８や一般ＧＦ強化ペレット９に用いたＧＦの繊維径を表示したものである。尚、本発明の表１と表２の実施例と従来例は、外径Φ９０ｍｍ、長さが６６５ｍｍのクロスフローファンを用いたものである。

耐熱静止たわみは、試験前後のファンのバランス変化量を測定しファンの耐熱クリープ性を評価するものである。この数値は、出来るだけ小さい方が優れていている。特に長期保管や高温雰囲気に暴露された場合に、この変化量が少ないものほど変化が少なく優れている。耐熱静止たわみの試験法は次に示す通りである。

試験は、７０℃の恒温層にファン１の両端２点を支え、水平に１６８ｈ放置した前後のアンバランス変化量を、ファン専用のバランスマシーン測定機で計測したものであり、数値が大きくなるとバランス不良で、熱変形が大きくなり長期に空気調和機に用いて使用していると振動が大きく、異常音等による不具合を生じることがある。単位はｇ・ｃｍで表示する。ボス側と軸側の数値で変化量を測定するが、ボス側の方が大きい傾向があり表はボス側の数値を表している。

曲げ弾性率や流動性や密度の試験は、公知のものである。曲げ弾性率は、１／４インチ試験片を用いＪＩＳ−Ｋ−７２０３に準拠した。流動性は、２２０℃・荷重条件９．８１ＮでＪＩＳ−Ｋ−７２１０に準拠した。また、密度は、比重計を用いて水中置換法により測定したものである。

実施例１は、ＡＳ系樹脂に繊維径３μｍの細径ＧＦ強化ペレットを用い細径ＧＦを２０％混入した構成樹脂を用いものである。実施例２は、繊維径６μｍの細径ＧＦ強化ペレットを用い細径ＧＦを３０％混入した構成樹脂したものである。実施例３は、繊維径１０μｍの細径ＧＦ強化ペレットを用いＧＦを４０％混入した構成樹脂を用いたものである。

実施例１は、従来例よりも剛性が少し低いが（曲げ弾性率：実施例１＝７６００ＭＰａ＜従来例＝８４３０ＭＰａ）、密度が１．２２で低くファン回転時の振れ量（アンバランス変化量）が少なくなる。その分トータル面で剛性と密度のバランスの取れたファン材料が構成され、ファンの耐熱静止たわみにおいて、従来品の３０％と比較して細径ＧＦ２０％品であるが良好な結果（実施例１＝１．８０＜従来例：１．９０）が得られる。
実施例２は実施例１より剛性が高く（曲げ弾性率：実施例１＝７６００ＭＰａ＜実施例２＝９０００ＭＰａ）、ファンの耐熱静止たわみにおいてさらに良好な結果（実施例１＝１．８０＞実施例２：１．５０）が得られる。

実施例３は、さらに実施例２よりも剛性が高く，ファンの耐熱静止たわみは優れた結果（実施例２＝１．５０＞実施例３：１．４３）が得られる。尚、細径ＧＦのＧＦ混入量が２０％未満では、耐熱静止たわみが従来例（ＡＳ＋ＧＦ３０％）品より数値が大きくなり好ましくない。また、細径ＧＦのＧＦ混入量が４０％以上では成形時にショートショットが発生しやすくなり好ましくない。従って細径ＧＦのＧＦ混入量は２０〜４０％が望ましい。

本発明に用いた、ＧＦ長さは、成形後で０．１〜１．０ｍｍ程度で平均０．５ｍｍ程度であるが、強化ペレット製造時に３〜６ｍｍのペレット長さの長繊維タイプを用いることも可能である。成形時には、内径φ１．０ｍｍ程度のピンゲートから射出成形するため、実際の成形品でのＧＦ長さは長繊維ペレットを使用しても０．２〜１．８ｍｍ程度で平均長さとしては０．９ｍｍ程度となる。本発明に使用した細径ＧＦは、短繊維タイプであり、ペレットの中に均一分散しているものであり、成形前のペレット時の繊維長は、Ｍａｘ２ｍｍ程度である。

尚、６ｍｍ以上のペレット長さの長繊維タイプは、成形時にショートショットやゲート詰まりが発生しやすく成形性が悪くなる。

また、細径ＧＦを用いることによって成形品のウェルド部や溶着部の強度が向上し、ファンの剛性が上がる。ウェルド部や溶着部の強度の代用としてファンの物性で曲げ強度を測定すると、従来例が約２．５Ｎに対して、実施例１は約２．７Ｎ、実施例２は約２．８Ｎ、実施例３は約３．０Ｎとなる。実施例４は約２．８Ｎ、実施例５は約３．０Ｎ、実施例６は３．２Ｎと同様にファンの曲げ強度が従来例よりも高くなる。
曲げ強度の測定は、両端を支持して中央部を押し込む一般的な両端指示一線荷重方式で実施した。ファンの径に応じて中央部の荷重をかける箇所には、均等に曲げがかかるようにファン外周に合わした治具を用いている。尚、両端はＶブロック上に載せて固定している。

次に、実施例４から６について説明する。表２に、実施例４〜６と従来例の構成樹脂とファンの耐熱静止たわみなどの結果を示す。

実施例４は、耐熱ＰＳ系樹脂に繊維径３μｍの細径ＧＦ強化ペレットを用い細径ＧＦを２０％混入した構成樹脂を用いたものである。実施例５は、繊維径６μｍの細径ＧＦ強化ペレットを用い細径ＧＦを３０％混入した構成樹脂を用いものである。
実施例６は、繊維径１０μｍの細径ＧＦ強化ペレットを用い細径ＧＦを４０％混入した構成樹脂を用いたものである。

実施例４は、従来例よりも剛性が少し低いが（曲げ弾性率：実施例４＝７４００ＭＰａ＜従来例＝８４３０ＭＰａ）、密度が１．２０で低くファン回転時の振れ量（アンバランス変化量）が少なくなる。

その分トータル面で剛性と密度のバランスの取れたファン材料が構成され、ファンの耐熱静止たわみにおいて、従来品の３０％と比較してＧＦ２０％品であるが良好な結果（実施例４＝１．８０＜従来例：１．９０）が得られる。また流動性は、ＭＦＲ（メルトフローレート、２２０℃１０ｋｇｆ）で（実施例４＝１０＞従来例：４）の良くなり成形時間
も短縮し、ショートショットも少なくなり歩留まりが良くなる。

実施例５は実施例４より剛性が高く（曲げ弾性率：実施例４＝７４００ＭＰａ＜実施例５＝８８００ＭＰａ）、ファンの耐熱静止たわみにおいてさらに良好な結果（実施例４＝１．８０＞実施例５：１．５２が得られる。実施例６は、さらに実施例５よりも剛性が向上して、ファンの耐熱静止たわみは優れた結果（実施例６：１．４５）が得られる。

尚、ＡＳ系樹脂と同様に細径ＧＦのＧＦ混入量が２０％未満では、耐熱静止たわみが従来品程度以下となり好ましくない。また、ＧＦ混入量が４０％以上では成形時にショートショットが発生しやすくなり好ましくない。従ってＧＦ混入量は２０〜４０％が望ましい。
また、射出成形後の成形品の繊維長を長くするとファンとしての剛性が上がるので、成形前にＡＳ樹脂とＧＦを直接均一混合して成形する方法がある。この方法であると、樹脂の溶融が一度となりＧＦが破断も少なくなり繊維長が、長くなり剛性の高いファンが形成しやすくなる。

本実施例４〜６はＳＰＳ樹脂を用いたたものを構成樹脂としていて、ＳＰＳの耐熱温度としては、荷重たわみ温度として実施例４が１１３℃、実施例５が１１５℃、実施例６が１１７℃で従来例１０５℃と比較して、８℃〜１２℃高い。荷重たわみ温度を高くすることにより、ファンの耐熱クリープ性も向上させることができる。本実施例に用いた耐熱ＰＳ系樹脂は、ポリスチレン（ＰＳ）とＳＰＳとのアロイ（重合体）であり流動性を考慮して荷重たわみ温度で１１３〜１１７℃としている。ＰＳとＳＰＳ比率を変えることによって荷重たわみ温度を変えることができる。

表１や表２の本実施例で説明したファンは長さ６６５であるが、特に８００以上の長尺タイプのファンでは、従来品より耐熱静止たわみの変化量が少なくなる。

表３に長尺タイプ、φ９０で全長８１０ｍｍで使用したＧＦや繊維径と耐熱静止たわみなどを示す。

実施例７は、ＡＳ樹脂に繊維径６μｍの細径ＧＦ強化ペレットを用い細径ＧＦを３０％混入したものである。耐熱静止たわみは、実施例７は２．７で従来例２は、５．４と大きく実施例７は従来の１／２程度でアンバランス変化量で良好である。

細径ＧＦの繊維径は、２μｍ以下ではＧＦ生産時に切れやすく生産性が劣る。

また、繊維径が１１μｍ以上では一般ＧＦと近くなり、耐熱静止たわみが従来例と同程度となり、効果がでない。従って、繊維径として３〜１０μｍが好ましい。

また、本発明に使用したＧＦの収束剤はシランカップリング剤を使用していてＧＦとＡＳ樹脂や耐熱ＰＳ系樹脂と強固に一体化したものである。

尚、本発明はクロスフローファンを空気調和機用としたが温風暖房等を行う温風機器または暖房機器用であってもよい。

以上のように、本発明にかかるクロスフローファンは、材料の曲げ強度が上がることによって、ファンの剛性が上がり、長期使用の空気調和機においてファンの熱変形を防止することが可能となるので、除湿機、送風機、冷却機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるクロスフローファンの外観斜視図 本発明の実施の形態１におけるクロスフローファンの全体の断面図 本発明の実施の形態１におけるクロスフローファンの縦断面図 本発明の実施の形態１におけるクロスフローファンのブレード部の断面図 従来のクロスフローファンのブレード部の断面図 本発明の実施の形態１におけるクロスフローファンに用いた細径ＧＦ強化ペレットの外観斜視図 従来のクロスフローファンに用いた一般ＧＦ強化ペレットの外観斜視図

符号の説明

１ クロスフローファン（ファン）
１ａ ボス組立部
２ 端板（ファン部材）
３ 仕切り板（ファン部材）
４ 翼部（ファン部材）
５ ボス部
６ ファンモータ
７０１ 細径ＧＦ
７０２ 一般ＧＦ
８ 細径ＧＦ強化ペレット
９ 一般ＧＦ強化ペレット
１０ ブレード部（ファン部材）

Claims (3)

1. アクリロニトリルとスチレンを含む共重合樹脂（以下、アクリロニトリル・スチレン系樹脂という）に、繊維径３〜１０μｍのガラスファイバーを２０〜４０重量％混入させた合成樹脂材を用いて形成したことを特徴とするクロスフローファン。
2. スチレンと耐熱性を付与したモノマーとから生成される共重合樹脂（以下、耐熱ポリスチレン系樹脂という）に、繊維径３〜１０μｍのガラスファイバーを２０〜４０重量％混入させた合成樹脂材を用いて形成したことを特徴とするクロスフローファン。
3. ８０〜１００℃の温度範囲の温風によるアニール処理を施したことを特徴とする請求項１または２に記載のクロスフローファン。