JP2011247245A - 送風機用羽根車および当該羽根車の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】羽根車1は、複数の羽根部材2を複数枚の円盤状固定板に円筒状に固定して形成される送風機の羽根車であって、羽根部材の材質を合成樹脂材料とガラス繊維の複合材料とし、羽根車の羽根部材の平均肉厚を0.3〜0.8mmの範囲にて構成し、さらに羽根部材に含まれるガラス繊維を羽根部材の表面の面内に配向させた。
【選択図】図1
Description
ここでアンバランス変化量とは羽根車の回転中心に対する不均一な出来栄えによって発生する回転振動を積分平均的に考え、本発明では羽根車の軸部側とボス側の両端2ヶ所に回転振動の積分平均値を集約して、発生振動の大きさと羽根車の位相角度で表現した値である。また偏心量換算とはアンバランス変化量を羽根車の重心と回転中心軸との距離で表した偏心量であり、アンバランス変化量は(羽根車の重量×偏心量)で表すことができる。
ここで配向比とは、以下のように定義される。配向比とは、後述する式(1)に示すように、本発明の板厚に成型された羽根部材の表面面方向の弾性係数(E’)と、従来の板厚に成型された羽根部材の表面面方向の弾性係数(E’)との比である。
このような製造方法により羽根部材を成形しているので羽根部材内部のガラス繊維が面内方向に確実に配列させ、これにより羽根部材の高弾性および復元性を実現することができる。
図1は送風機用羽根車の正面図である。図2は、羽根車の構成ユニットの説明図である。図3は、本発明の羽根車と従来品の軸部側アンバランス特性の比較図である。図4は、本発明の羽根車と従来品のボス部側アンバランス特性の比較図である。図5は、本発明の羽根車と従来品の送風効率の比較図である。図6は、本発明の羽根車と従来品の騒音特性の比較図である。図7は、本発明の羽根車に使用される薄肉の羽根部材のモデル品を成形する金型の概略図である。図8は、従来の羽根車に使用される厚肉の羽根部材のモデル品を成形する金型の概略図である。
本発明の図1の羽根車1は、複数の図2の羽根車の構成ユニット2、ボス側円盤状固定板5、及び軸部6とボス部7から構成されている。軸部6は、羽根車1の一方側の端部の構成ユニット2の円盤状部材3に取り付けされている。ボス側円盤状固定板5は、羽根車1の他方側の端部の構成ユニットの羽根部材側に取り付けされている。ボス部7は、ボス側円盤状固定板5に設けられている。
羽根車1の構成ユニット2は、円盤状部材3と羽根部材4から構成されている。材質は、AS樹脂とガラス繊維の複合材料、またはABS樹脂とガラス繊維の複合材料、またはPP樹脂とガラス繊維の複合材料である。ここに記載した樹脂は一例であり、通常使われる合成樹脂として成形品に一定の強度をもたらす合成樹脂であれば十分使用することができる。円盤状部材3と羽根部材4は、射出成形、プレス法又は押出法などにより一体で成形されている。各構成ユニット2の接続は、超音波溶着法等の接着法により接合することができる。またボス側円盤状固定板5は、羽根車1のボス側の端部の構成ユニット2の羽根部材4と超音波溶着法等の接着法により接合することができる。
羽根車1の構成ユニット2およびボス側円盤状固定板5の材質について説明する。材質としては、AS樹脂とガラス繊維の複合材料、またはABS樹脂とガラス繊維の複合材料、またはPP樹脂とガラス繊維の複合材料を使用することができる。複合材料を使用する場合は、ガラス繊維の含有率が重量比率で全体の10%から40%とすることが好ましく、さらに10%から30%とすることがより好ましい。ガラス繊維の含有率の重量比率で全体の40%を上回ると構成ユニットの羽根部材の成形不良が発生する虞がある。また10%を下回ると羽根部材の強度が低下する虞がある。
尚上記の弾性係数(E’)は、成形した羽根部材から所定の寸法の試験片を作成し粘弾性測定機(ティー・エイ・インスツルメント社製のRSA3)により測定した。また弾性係数の測定は、昇温速度、7.2℃/分、および測定周波数は1Hzにて行った。また弾性係数は、20℃における測定値とした。
またガラス繊維の含有量を増加させると、弾性係数(E’)も増加する傾向にある。ガラス繊維の含有量を重量比で10%から40%に増加させると弾性係数(E’)は、約3倍になる。
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
本実施例では、ガラス繊維の含有率が重量比率で全体の20%としたAS樹脂の複合材料により、構成ユニットとボス側円盤状固定板を作製した。構成ユニットの羽根部材は、図2に示す形態であり、その平均肉厚は0.4mm、長さは79mmとし、その枚数は35枚とした。また構成ユニットの直径は、羽根部材4の最外部で、106mmとした。このような構成ユニットは、上記材質の素材により射出成形により成形した。さらにこのような構成ユニット8個と、構成ユニット2と同材質のボス側円盤状固定板5とを超音波溶着法により接合し図1の羽根車を作製した。作製した羽根車は、全長635mm、直径106mm、全重量は385grであった。
本比較例の羽根車は、構成ユニットの羽根部材が三日月形状をしており肉厚を平均で約1.2mmとし、それ以外は、実施例と同様にして図1の羽根車を作製した。得られた羽根車の重量は、733grであった。
[1]熱クリープ性能
実施例および比較例で得られた羽根車について、熱クリープ性能を以下のように評価した。上記の方法により作製された羽根車を恒温槽内に、その軸部6とボス側のボス部7にて水平に支持した。そして恒温槽内の温度を60℃として、1000時間経過した後の偏心量を測定した。
[2]送風効率
実施例および比較例で得られた羽根車について、送風効率を以下のように評価した。上記の方法により作製された羽根車をエアコン室内機に組み込み、エアコン実機を風量測定装置に設置して、送風量と、羽根車の駆動に要する消費電力を測定した。
[3]騒音特性
実施例および比較例で得られた羽根車について、騒音特性を以下のように評価した。上記の方法により作製された羽根車をエアコン室内機に組み込み、エアコン実機を風量測定装置に設置して、送風量と、羽根車の回転数を測定した。さらにエアコン実機を騒音測定室に壁掛け状態に設置し、騒音値と、羽根車の回転数を測定した。同一回転数での送風量と騒音値の関係をグラフ化した。
図3および図4から従来の羽根車において構成ユニットの羽根部材の平均肉厚を約1.2mmとした場合のアンバランス変化量は、図3(b)の軸部側で1.59(gr・cm)であり、図4(b)のボス側で2.33(gr・cm)である。一方本発明の羽根車において構成ユニットの羽根部材の平均肉厚を0.4mmとした場合のアンバランス変化量は、図3(b)の軸部側で0.35(gr・cm)であり、図4(b)のボス側で0.48(gr・cm)である。
偏心量換算で、従来の羽根車において、図3(a)の軸部側で44μmであり、図4(a)のボス側で64μmである。一方本発明の羽根車において、図3(a)の軸部側で19μmであり、図4(a)のボス側で24μmである。
以上の結果から本発明の羽根車は、従来の羽根車と比較してアンバランス変化量で19〜23%に、偏心量換算で37〜44%になっていることが分かる。従って本発明の羽根車を長時間運転してもアンバランスによる振動の発生が格段に抑制されることになり、本発明の羽根車を使用した送風機の性能が格段に向上することが分かる。
上記以外に羽根車の羽根部材の平均肉厚が半分に薄くなっているのでその重量は、半分に軽量化されている。従って羽根車を製造するための素材の重量も半分でよく、素材費が大幅に削減される。
また本発明では、以下で説明する実施形態で得られた羽根部材を使用することもできる。
すなわち本発明の羽根車の羽根部材は、羽根部材の表面面方向の弾性係数が2.5×109Pa〜1.2×1010Paであって、羽根部材の配向比を1.15〜1.4としたものを使用することができる。
ここで配向比とは、以下のように定義される。配向比とは、以下の式(1)に示すように、本発明の板厚に成型された羽根部材の表面面方向の弾性係数E’(B)と、従来の板厚に成型された羽根部材の表面面方向の弾性係数E’(A)との比である。従来の平均肉厚に成型された羽根部材は、後述する比較例2に相当し、その弾性係数(E’)は、5.3×109Paである。
配向比={E’(B)}/{E’(A)}・・・式(1)
配向比が1.15未満であると軽量化の効果が低く弾性係数が上がらない虞があり、1.4を超えると成形法による成形性が悪化し羽根部材の先端側にて成形不良を発生する虞がある。
また本実施形態において羽根部材を成形する金型の温度は、20℃から80℃が好ましい。20℃から80℃の金型温度範囲では、より早く硬化するのでガラス繊維の配向が羽根部材の表面に沿う配向特性がより良くなる。金型温度が20℃未満では、原料樹脂の固化が早まり、射出率の高い特殊仕様の成形機が必要になり成形コストが高くなるという問題がある。また羽根部材を成形する金型温度が80℃を超えると円盤状部材の冷却に時間がかかるため成形コストが高くなる虞がある。
実施例2は、実施例1と同一種類の複合材料の樹脂を使用し配向比を1.15となるように調整した。配向比は、図7(a)に示す金型にて成形した板厚0.8mmの成形品の弾性係数(E’)と、図8に示す金型にて成形した板厚1.2mmの成形品の弾性係数(E’)との比である。成形品を成形する金型温度は50℃としている。このような配向比が1.15になるような実施例1と同一種類の複合材料の樹脂により実施例1と同様の形状の羽根車を製造し熱クリープ性能を測定した。
実施例3は、実施例1と同一種類の複合材料の樹脂を使用し配向比を1.35となるように調整した。配向比は、図7(b)に示す金型にて成形した板厚0.4mmの成形品の弾性係数(E’)と、図8に示す金型にて成形した板厚1.2mmの成形品の弾性係数(E’)との比である。成形品を成形する金型温度は50℃としている。このような配向比が1.35になるような実施例1と同一種類の複合材料の樹脂により実施例1と同様の形状の羽根車を製造し熱クリープ性能を測定した。
実施例4は、実施例1と同一種類の複合材料の樹脂を使用し配向比を1.4となるように調整した。配向比は、図7(c)に示す金型にて成形した板厚0.3mmの成形品の弾性係数(E’)と、図8に示す金型にて成形した板厚1.2mmの成形品の弾性係数(E’)との比である。成形品を成形する金型温度は50℃としている。このような配向比が1.4になるような実施例1と同一種類の複合材料の樹脂により実施例1と同様の形状の羽根車を製造し熱クリープ性能を測定した。
比較例2は、実施例1と同一種類の複合材料の樹脂を使用し配向比を1.0としている。したがって図8に示す板厚1.2mmの成形品であり、弾性係数(E’)は、5.3×109Paである。成形品を成形する金型温度は50℃としている。このような配向比が1.0になるような実施例1と同一種類の複合材料の樹脂により実施例1と同様の形状の羽根車を製造し熱クリープ性能を測定した。
1 羽根車
2 羽根車の構成ユニット
3 円盤状部材
4 羽根部材
5 ボス側円盤状固定板
6 軸部
7 ボス部
Claims (6)
- 複数の羽根部材を複数枚の円盤状固定板に円筒状に固定して形成される送風機の羽根車であって、
羽根車の羽根部材の材質を合成樹脂材料およびガラス繊維の複合材料とし、
羽根車の羽根部材の平均肉厚を0.3〜0.8mmの範囲にて構成し、
さらに羽根部材に含まれるガラス繊維を羽根部材の表面の面内に配向させたことを特徴とする羽根車。 - 羽根部材の材質を合成樹脂材料およびガラス繊維の複合材料とし、かつガラス繊維の含有率が重量比率で10%から40%となる樹脂複合材料としたことを特徴とする請求項1に記載の羽根車。
- 羽根部材の材質を合成樹脂材料およびガラス繊維の複合材料とし、当該羽根部材の表面面方向の弾性係数(E’)が2.5×109Pa〜1.2×1010Paであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の羽根車。
- 羽根部材の材質を合成樹脂材料およびガラス繊維の複合材料とし、かつガラス繊維の含有率が重量比率で10%から40%となる樹脂複合材料とし、羽根車を両端支持状態で雰囲気温度60℃の槽内に1000時間放置させる静止クリープ試験において、羽根車のアンバランス変化量が偏心量換算にて40μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の羽根車。
- 羽根部材の表面面方向の弾性係数(E’)が2.5×109Pa〜1.2×1010Paであって、
羽根部材の配向比を1.15〜1.4としたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の羽根車。 - 羽根部材の材質が合成樹脂材料およびガラス繊維の複合材料である羽根車を製造する方法であって、
ガラス繊維の含有率を重量比率で10%から40%として配合した液体状態の複合材料を用意し、
前記液体状態の複合材料を成形用金型に注入し、
前記成形用金型の羽根車の固まる時の金型温度を20℃〜80℃に温度制御しながら羽根部材を成形する羽根車の製造方法。
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