JP2010281256A

JP2010281256A - ターボファン

Info

Publication number: JP2010281256A
Application number: JP2009135162A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Aoki; 普道青木; Hiroo Sakamoto; 博夫坂本; Haruhiko Sumiya; 治彦角谷; Fumikazu Matsuura; 史和松浦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: JP5100711B2

Abstract

【課題】軽量化を図り、かつ全体での強度および耐久性を向上すること。
【解決手段】回転軸Ｃに固定されるボス部１と、ボス部１に接合された主板部２、回転の中央に空気の吸込み口となる開口穴３ａを有し主板部２に対向して配置された側板部３、および主板部２と側板部３との間に回転軸Ｃに対して放射状に等間隔に配置された複数の翼部４からなる羽根１０と、を備えるターボファンにおいて、ボス部１と主板部２との接合部分にある接合点Ｐを通過すると共に回転軸Ｃに直交する軸直角面Ｒから、羽根１０の重心Ｇまでの回転軸Ｃに平行な軸方向距離ｈを小さくする態様で、主板部２の板厚を回転の中央側から外周縁に向けて漸次厚く形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハンドドライヤーや掃除機などに適用されるターボファンに関し、特に、その機械的強度の向上に関する。

ターボファンは、回転駆動源としてのモータなどの回転軸に固定され、回転軸の回転に伴って回転することで、送風するものである。ターボファンは、モータの回転軸に固定されるボス部と、ボス部に接合される円板状の主板部と、主板部に対向して配置され、回転の中央に空気の吸込み口となる開口穴が設けられた円板状の側板部と、主板部と側板部との間に、回転軸に対して放射状に等間隔に配置された複数の翼部とから構成されている。

このようなターボファンは、目的の送風性能を得るために高速な回転が必要となるが、軽量化や、強度（耐久性）の向上が課題となる。そこで、従来では、主板部の外周縁に、円形または半円形のカール部を設けたり、ボス部の周辺にビード部（盛り上がり）を設けたりしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−２５９９９号公報

上述した特許文献１に記載のターボファンは、主板部の外周縁をカール部により補強し、ボス部の周辺をビード部で補強したものであるが、これらカール部やビード部は、局部的に強度を上げるものである。このように局部的に強度を上げた場合、その部位の応力は下がっても、他の部位での応力が高くなるなどの問題が生じるため、当該部位の補強を行うような追加対策が必要である。この結果、軽量化、および軽量化による生産コスト低減や送風性能向上の効果を妨げることになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量化を図り、かつ全体での強度および耐久性を向上することのできるターボファンを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転軸に固定されるボス部と、前記ボス部に接合された主板部、回転の中央に空気の吸込み口となる開口穴を有し前記主板部に対向して配置された側板部、および前記主板部と前記側板部との間に前記回転軸に対して放射状に等間隔に配置された複数の翼部からなる羽根と、を備えるターボファンにおいて、前記ボス部と前記主板部との接合部分にある接合点を通過すると共に前記回転軸に直交する軸直角面から、前記羽根の重心までの前記回転軸に平行な軸方向距離を小さくする態様で、前記主板部の板厚を回転の中央側から外周縁に向けて漸次厚く形成したことを特徴とする。

本発明によれば、羽根をなす主板部、側板部および翼部に発生する応力が小さくなるので、余分に板厚を厚くせずに軽量化を図り、かつターボファン全体の強度および耐久性を向上できる。

図１は、本発明に係る実施の形態１のターボファンを側板部側から視た斜視図である。図２は、本発明に係る実施の形態１のターボファンを主板部側から視た斜視図である。図３は、ターボファンの部分断面斜視図である。図４は、ターボファンの概念図である。図５は、ターボファンの概略断面図である。図６は、主板部の中央側が湾曲形成されたターボファンの概念図である。図７は、本発明に係る実施の形態２のターボファンの概念図である。図８は、本発明に係る実施の形態３のターボファンの部分断面図である。図９は、本発明に係る実施の形態３のターボファンの部分断面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
ターボファン１００は、図１〜図３に示すように、ボス部１と、主板部２と、側板部３と、翼部４とで構成され、図示しないモータなどの回転駆動源により回転駆動されるものである。このターボファン１００は、上記構成をなす金属材や樹脂材を、一体成形、または溶接や溶着などで形成されたもの、あるいは上記構成をなす金属材と樹脂材とを組み合わせ、溶接や溶着などで形成されたもの、もしくは上記構成をなす異種の金属材や異種の樹脂材を組み合わせ、溶接や溶着などで形成されたものである。

ボス部１は、円筒状に形成されており、その内部に、図示しない回転駆動源の回転軸Ｃが挿通して接合されている。すなわち、ボス部１は、回転軸Ｃの回転に伴い、この回転軸Ｃの回りに回転するものである。

主板部２は、ボス部１の外周に接合されている。この主板部２は、回転軸Ｃを基準とした回転対称形状であるほぼ円板状に形成されており、自身の中央が回転軸Ｃと一致する態様でその中央にボス部１を配置されている。

側板部３は、回転軸Ｃを基準とした回転対称形状で、主板部２とほぼ同じ外径の円板状に形成されており、自身の中央が回転軸Ｃと一致する態様で主板部２と対向して配置されている。さらに、側板部３は、その中央に開口穴３ａが貫通して形成され、中空円板を呈している。また、側板部３は、開口穴３ａの内周縁が最も主板部２から離隔し、外周縁にかけて漸次主板部２に接近するように形成されている。

翼部４は、主板部２と側板部３との間で、主板部２と側板部３とに接合されている。翼部４は、複数設けられ、回転軸Ｃに対して放射状に等間隔に配置されている。この翼部４は、側板部３の中央を回転軸Ｃと一致させ、かつ主板部２と側板部３とが互いに対向するように主板部２と側板部３とを連結している。

なお、本実施の形態において、説明の便宜上、主板部２、側板部３および翼部４を纏めた構成を羽根１０と呼ぶ。

このターボファン１００は、図示しない回転駆動源によりボス部１を回転軸Ｃの回りに回転させることにより、羽根１０（主板部２、側板部３および翼部４）が回転軸Ｃの回りに回転される。すると、翼部４の作用により、側板部３の開口穴３ａから主板部２と側板部３との間に空気が吸い込まれ、この空気が主板部２および側板部３の間より外周に向けて送風される。

上記構成のターボファン１００において、側板部３のような中空円板は、回転の際の遠心力により、開口穴３ａの内周縁に最も高い応力が作用し、外周縁に向かって応力が下がる。そこで、側板部３は、図３に示すように、開口穴３ａの内周縁から外周縁にかけて漸次板厚を薄く形成されている。この結果、軽量化を図り、かつ強度および耐久性を向上することが可能になる。また、側板部３について、図１および図３に示すように、開口穴３ａの内周縁に、主板部２から離間するように外側に立ち上がる立片３ｂが設けられている。この結果、強度および耐久性を向上しつつ、空気の吸い込み漏れを防止することが可能になる。

また、上記構成のターボファン１００において、回転の際、羽根１０（主板部２、側板部３および翼部４）には、図４に示すように、その重心Ｇに、ボス部１と主板部２との接合部分にある接合点Ｐ（ここでは、ボス部１に接合される主板部２の板厚の中央を接合点Ｐとする。）を通過しつつ回転軸Ｃに直交する軸直角面Ｒと平行な遠心力Ｆが働く。この遠心力Ｆは、接合点Ｐと重心Ｇとを結ぶ重心線Ｌの方向の引張分力Ｆ１と、重心線Ｌに垂直の方向の曲げ分力Ｆ２として羽根１０に負荷される。この遠心力Ｆに関し、図５に示す軸直角面Ｒから重心Ｇまでの回転軸Ｃに平行な軸方向距離ｈが短いほど、曲げ分力Ｆ２が小さくなることから、接合点Ｐに発生する応力が小さくなる。また、曲げ分力Ｆ２が小さくなると、羽根１０をなす主板部２、側板部３および翼部４に発生する応力も小さくなる。

側板部３については、上述したように、軽量化を図り、かつ強度および耐久性を向上するため、応力が高くなる開口穴３ａの内周縁の板厚を厚くし、応力が小さくなる外周縁にかけて漸次薄く形成している。この側板部３の形状の場合、羽根１０の重心Ｇは、図５に示すように、軸直角面Ｒよりも側板部３の近くに位置することになる。

そして、軸直角面Ｒから重心Ｇまでの回転軸Ｃに平行な軸方向距離ｈを短くするため、軸直角面Ｒを基準に重心Ｇから離隔する側である主板部２の外側で、主板部２の板厚を、ボス部１に接合された回転の中央側から外周縁に向けて漸次厚く形成する。これにより、接合点Ｐに発生する応力が小さくなり、主板部２の外周縁の板厚が比較的増すことで主板部２の曲げ変形が抑制されて翼部４などに発生する応力も低減される。この結果、羽根１０をなす主板部２、側板部３および翼部４に発生する応力が小さくなるので、余分に板厚を厚くせずに軽量化を図り、かつターボファン１００全体の強度および耐久性を向上することが可能になる。なお、主板部２の板厚は、漸次変化するもので、連続的に滑らかであっても、段階的であってもよい。

また、上記構成において、側板部３および翼部４に対し、主板部２を密度の大きい材料で形成してもよい。例えば、側板部３および翼部４を樹脂材で成形（一体成形や別体の成形を含む）し、主板部２を金属材で成形して翼部４と接合することで、側板部３および翼部４が比較的密度の小さい材料で形成され、主板部２が比較的密度の大きい材料で形成される。このように、側板部３および翼部４と、主板部２とに密度の異なる異種材料を用いることで、ボス部１と主板部２との接合点Ｐを通過する軸直角面Ｒからの重心Ｇの軸方向距離ｈをさらに短くし、ターボファン１００全体の強度および耐久性を向上することが可能になる。

なお、側板部３および翼部４に対し、主板部２を密度の大きい材料で形成する構成としては、上記の樹脂材と金属材との組み合わせの他、側板部３および翼部４を比較的密度の小さい樹脂材で成形し、主板部２を比較的密度の大きい樹脂材で成形して翼部４と接合することも含む。また、側板部３および翼部４を比較的密度の小さい金属材で成形し、主板部２を比較的密度の大きい金属材で成形して翼部４と接合することも含む。

ところで、一般に、各構成を溶着などで接合した場合は、接合部分の強度が落ちるため、強度が必要な箇所は一体成形とするのがよい。本実施の形態のターボファン１００においては、遠心力により主板部２や側板部３に接合される翼部４の根元部４ａ（図３参照）や、側板部３における開口穴３ａの内周縁に発生する応力が相対的に高くなるため、主板部２、側板部３および翼部４の一体成形が難しい場合は、側板部３と翼部４とを一体成形し、その翼部４と主板部２とを溶着などで接合すると強度的に有利となる。

また、図６に示すように、主板部２が、その中央側を湾曲形成され、内側に膨らむ逆お椀状の様な形状に形成される場合においては、軸直角面Ｒからの重心Ｇの軸方向距離ｈが極力短くなるように（または軸方向距離ｈが０となるように）、接合点Ｐの位置を設定すればよい。そして、重心Ｇが軸直角面Ｒからずれる場合は、上述したように主板部２の板厚を変え、軸方向距離ｈをより小さくする。

また、図には明示しないが、翼部４において、その厚さを、側板部３側を薄く、主板部２側を厚く形成することも、軸直角面Ｒから重心Ｇまでの回転軸Ｃに平行な軸方向距離ｈを短くするのに効果的である。

また、図には明示しないが、羽根１０の形状などにより、重心Ｇが軸直角面Ｒよりも下方であって側板部３の遠くに位置する場合は、軸直角面Ｒから重心Ｇまでの回転軸Ｃに平行な軸方向距離ｈを短くするため、軸直角面Ｒを基準に重心Ｇから離隔する側である主板部２の内側で、主板部２の板厚を、ボス部１に接合された回転の中央側から外周縁に向けて漸次厚く形成すればよい。

実施の形態２．
実施の形態２のターボファン１００は、主板部２の板厚自体を変える成形が困難な場合や、主板部２が単一の板厚を持つ鋼板などで構成される場合の構成であり、その他の構成については、上述した実施の形態１と同様である。従って、以下に説明する実施の形態２では、実施の形態１と同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

この実施の形態２のターボファン１００では、図７に示すように、主板部２の板厚自体を変える成形が困難な場合や、主板部２が単一の板厚を持つ鋼板などで構成される場合に、軸直角面Ｒからの重心Ｇの軸方向距離ｈを短くするため、主板部２の板厚を変える代わりに、主板部２を含む板厚を、ボス部１に接合された回転の中央側から外周縁に向けて漸次厚くする態様で、主板部２に板材７が別途取り付けられている。板材７は、ボス部１を避けるため、中央が開口した中空円板として構成されている。中空円板としての板材７は、主板部２を含む板厚が、ボス部１に接合された回転の中央側から外周縁に向けて漸次厚く形成されて、軸直角面Ｒからの重心Ｇの軸方向距離ｈを短くできれば、１枚に限らず、複数枚を組み合わせてもよい。板材７が複数枚の場合、中空円板の開口の大きさが同じでなくても、同じであってもよい。

このような構成であっても、主板部２の板厚を、ボス部１に接合された回転の中央側から外周縁に向けて漸次厚く形成することができる。これにより、接合点Ｐに発生する応力が小さくなり、主板部２の外周縁の板厚が比較的増すことで主板部２の曲げ変形が抑制されて翼部４などに発生する応力も低減される。この結果、羽根１０をなす主板部２、側板部３および翼部４に発生する応力が小さくなるので、余分に板厚を厚くせずに軽量化を図り、かつターボファン１００全体の強度および耐久性を向上することが可能になる。

実施の形態３．
実施の形態３のターボファン１００は、上述した実施の形態１または実施の形態２において、主板部２と翼部４との接合部分に特徴があり、その他の構成については、上述した実施の形態１または実施の形態２と同様である。従って、以下に説明する実施の形態３では、実施の形態１と同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

この実施の形態３のターボファン１００では、特に、図８および図９に示すように、側板部３と翼部４とを一体成形し、その翼部４と主板部２とを接合する構成に有利である。一般に、ターボファン１００では、主板部２や側板部３に接合される翼部４の根元部４ａの応力が高くなる。そこで、側板部３と翼部４とを一体成形することで側板部３側の翼部４の根元部４ａの強度は、翼部４の母材に近くなる。その一方、主板部２と翼部４とを溶着などで接合することになる場合は、応力の高い根元部４ａと強度の落ちる接合部分とが重なって好ましくないため、根元部４ａと接合部分とを一致させないことが望まれる。

そこで、図８のように、接合部分について、主板部２の内側面に突出する肉盛部２１を主板部２の一部として成形する。そして、肉盛部２１を断面凹形状とする一方、翼部４の根元部４ａを断面凸形状とし、肉盛部２１の凹部２１ａと根元部４ａの凸部４ｂとを嵌合させて溶着する。または、図９のように、肉盛部２１を断面凸形状とする一方、翼部４の根元部４ａを断面凹形状とし、肉盛部２１の凸部２１ｂと根元部４ａの凹部４ｃとを嵌合させて溶着する。このように、主板部２と翼部４の根元部４ａとを、凹凸の嵌合により接合することにより、接合部分を応力の高くなる根元部４ａから離隔させることができ、強度および耐久性の低下を避けることが可能になる。

また、翼部４の根元部４ａには、遠心力による曲げ応力が働くため、肉盛部２１を設けることにより翼部４の強度を上げる効果もある。なお、肉盛部２１は、主板部２と翼部４とを凹凸の嵌合により接合する場合でなくても、図３に示すように主板部２における翼部４の根元部となる部位に設けることにより、軸直角面Ｒから重心Ｇまでの回転軸Ｃに平行な軸方向距離ｈを短くするのに効果がある。

以上のように、本発明に係るターボファンは、軽量化を図り、かつ全体での強度および耐久性を向上することに適している。

１ボス部
２主板部
２１肉盛部
２１ａ凹部
２１ｂ凸部
３側板部
３ａ開口穴
３ｂ立片
４翼部
４ａ根元部
４ｂ凸部
４ｃ凹部
７板材
１０羽根
１００ターボファン
Ｃ回転軸
Ｇ重心
Ｐ接合点
ｈ軸方向距離
Ｒ軸直角面
Ｌ重心線
Ｆ遠心力
Ｆ１引張分力
Ｆ２曲げ分力

Claims

回転軸に固定されるボス部と、
前記ボス部に接合された主板部、回転の中央に空気の吸込み口となる開口穴を有し前記主板部に対向して配置された側板部、および前記主板部と前記側板部との間に前記回転軸に対して放射状に等間隔に配置された複数の翼部からなる羽根と、
を備えるターボファンにおいて、
前記ボス部と前記主板部との接合部分にある接合点を通過すると共に前記回転軸に直交する軸直角面から、前記羽根の重心までの前記回転軸に平行な軸方向距離を小さくする態様で、前記主板部の板厚を回転の中央側から外周縁に向けて漸次厚く形成したことを特徴とするターボファン。
前記側板部および前記翼部に対し、前記主板部を密度の大きい材料で形成したことを特徴とする請求項１に記載のターボファン。
前記主板部は、板材を重ね合わせて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボファン。
前記主板部と前記翼部とが、凹凸の嵌合により接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のターボファン。
前記主板部は、前記翼部が接合する根元部に肉盛部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のターボファン。