JP2013224632A

JP2013224632A - 送風機

Info

Publication number: JP2013224632A
Application number: JP2012097740A
Authority: JP
Inventors: Sumio Sato; 澄生佐藤; Yoichi Kawai; 洋一川井
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: US20130280090A1; CN203239630U; JP5993602B2

Abstract

【課題】モータ一体型の送風機におけるシャフトとハブを強固に結合する構造において、シャフトの直角度が確保でき、またハブを構成する樹脂の射出成型時における流れが悪化しない構造を提供する。
【解決手段】樹脂により構成された略有底円筒形状のハブ１１７と、ハブ１１７の外周に配置された羽根１１８と、ハブ１１７の底部に取り付けられたシャフト１１３と、ハブ１１７の底部を補強する補強板１１５とを備え、補強板１１５には、シャフト１１３が結合し、補強板１１５には、ハブ１１７を構成する樹脂が充填された貫通孔１１５ｂが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ一体型の送風機において、シャフトを固定する構造に特徴がある送風機に関する。

特許文献１には、送風機のロータのボス部とシャフトとを強固に固定するための手段として、ロータの回転を支えるシャフトに固着介在部を嵌合し、合成樹脂製の羽根部のボス部が該固着介在部とシャフトの一部を囲繞し、一体成形によりボス部を構成する構造が開示されている。

特開平１１−３１６５０５号公報

特許文献１で開示されている構造では、ボス部の内部に固着介在部を一体に形成しているため、固着介在部の半径方向の寸法が限定され、羽根部（インペラ）を射出成型した際に固着介在部の周辺およびハブに樹脂ヒケが発生し、シャフトとハブの上面との直角度が悪化して、ロータ全体の回転バランスが悪くなる虞がある。また、固着介在部はボス部の内部に位置しているため、固着介在部を大きくすると、射出成型時の樹脂流れが悪くなる問題がある。

このような背景において、本発明は、モータ一体型の送風機におけるシャフトとハブを強固に結合する構造において、シャフトの直角度が確保でき、またハブを構成する樹脂の射出成型時における流れが悪化しない構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、樹脂により構成された略有底円筒形状のハブと、前記ハブの外周に配置された羽根と、前記ハブの底部に取り付けられたシャフトと、前記ハブの底部を補強する補強板とを備え、前記補強板には、前記シャフトが結合し、前記補強板には、前記ハブを構成する樹脂が充填された貫通孔が設けられていることを特徴とする送風機である。

請求項１に記載の発明によれば、補強板によりシャフトの直角度が確保される。また、樹脂を原料として射出成形によりハブを形成する際に、流動する樹脂が貫通孔を介して補強板の裏側に移動するので、補強板を大きくしても射出成形時における樹脂の流れが悪くなる問題が解決される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ハブの前記底部における中心の部分には、径方向外側よりも軸方向における厚みの寸法が大きいボス部が設けられており、径方向において、前記補強板が前記ボス部の外側にまで延在していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、軸方向から見て、ハブの外側にまで補強板が延在するので、補強板によるハブの底部を補強する効果がより強く得られる。また、補強板を大きくしても、補強板には、貫通孔が設けられているので、ハブの形成時に樹脂の流れが悪くなる問題は生じない。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記補強板の一方の面が、前記ハブの外側または内側に露出していることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、樹脂を原料とした射出成形工程において、ハブを形成するための金型の内面に補強板の片面を接触させることができる。このため、補強板と結合したシャフトのハブに対する直角度を確保し易く、またその精度を高くできる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれいか一項に記載の発明において、軸方向から見て、前記貫通孔の位置が前記ハブを形成する際の射出ゲートとして利用されていることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、金型内に射出された樹脂が貫通孔に逃げるので、補強板に加わる樹脂の射出圧が抑えられ、射出成形時における補強板の変形や金型内での移動が抑えられる。また、金型内に射出した樹脂が補強板の貫通孔に到達し易いので、樹脂を射出する側から見て補強板の裏側になる部分への樹脂のまわりをより良好にすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記貫通孔は複数設けられており、軸方向から見て、前記複数の貫通孔は、前記シャフトの回転中心に対して点対称な位置に設けられていることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、回転時の良好な重量バランスを得ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発明において、軸方向から見て、前記補強板は、前記シャフトの回転中心に対して点対称な形状であることを特徴とする。請求項６に記載の発明によれば、回転時の良好な重量バランスを得ることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記補強板には、前記シャフトが嵌合する軸方向に延在する円筒部が設けられていることを特徴とする。請求項７に記載の発明によれば、補強板がシャフトを軸方向で支える部分の寸法を長く確保でき、補強板とシャフトの嵌合部分の面積がより広くなる。このため、補強板に対するシャフトの直角度がより確保し易く、また補強板とシャフトの結合強度をより高くできる。

本発明によれば、モータ一体型の送風機におけるシャフトとハブを強固に結合する構造において、シャフトの直角度が確保でき、またハブを構成する樹脂の射出成型時における流れが悪化しない構造が提供される。

実施形態の軸流送風機の断面図である。ロータを構成する部材の軸方向から見た上面図（Ａ）、軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）である。補強板を軸方向から見た上面図（Ａ）、および軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）である。変形例のロータを構成する部材の軸方向から見た上面図（Ａ）、軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）、および射出成形型を用いての形成の状態を示す断面図（Ｃ）である。変形例のロータを構成する部材の軸方向から見た下面図（Ａ）、軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）、および射出成形型を用いての形成の状態を示す断面図（Ｃ）である。変形例の補強板を軸方向から見た上面図（Ａ）、および軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）である。変形例の補強板を軸方向から見た上面図（Ａ）、および軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）である。

１．第１の実施形態
（構成）
図１には、実施形態の軸流送風機１００の軸に垂直な方向から見た断面図が示されている。図２には、図１の軸流送風機１００が備えるロータ１２５を構成する部材を軸方向から見た上面図（Ａ）と、軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）が示されている。なお、図２（Ａ）は、図２（Ｂ）の上の方向から見た様子が示されている。

軸流送風機１００は、ケーシング１０１を備えている。ケーシング１０１は、略円筒形状を有し、その内側にロータ１２５が回転自在な状態で配置されている。ケーシング１０１は、軸中心の方向に向かって延在した支柱であるモータベース支持部材１０２によってモータベース１０３を保持し、モータベース１０３は、軸方向に向かって延在した略筒形状を有した軸受ハウジング１０４を備えている。ケーシング１０１、モータベース支持部材１０２、モータベース１０３および軸受ハウジング１０４は、樹脂を原料とした一体成形品により構成されている。

軸受ハウジング１０４の外周には、ステータコア１０５が固定されている。ステータコア１０５は、鋼板を積層したもので構成され、軸方向から見て放射状に複数が配置された複数の突極（図示省略）を備えている。詳しい説明は省略するが、ステータコア１０５の形状は、一般的なアウターロータ型のブラシレスモータのステータコアと同じである。ステータコア１０５には、樹脂製のインシュレータ１０６が装着されている。インシュレータ１０６を介して、ステータコア１０５の複数の突極のそれぞれにステータコイル（駆動コイル）１０７が巻回されている。ステータコア１０５、インシュレータ１０６およびステータコイル１０７によって、アウターロータ型のモータのステータ１０８が構成されている。なお、インシュレータ１０６には、金属製の端子ピン１０９が埋め込まれている。この端子ピン１０９には、ステータコイル１０７を構成する巻線の端部が絡げ接続され、また端子ピン１０９の先端は、回路基板１１０に接続されている。回路基板１１０には、ステータコイル１０７に駆動電流を流すための駆動回路が形成されている。

軸受ハウジング１０４の内側には、軸受１１１および１１２が取り付けられている。軸受１１１および１１２は、回転する軸部材であるシャフト１１３を回転自在な状態で保持している。軸受１１１，１１２は、滑り軸受または転がり軸受であり、シャフト１１３の回転に伴う摩擦を軽減するための潤滑剤が保持されている。シャフト１１３は、略円柱形状の金属製であり、その上部には樹脂製のハブ１１７が固定されている。ハブ１１７は、略有底円筒形状を有し、ボス部１１９、円板部１２０および円筒部１２１により構成されている。ここで、ボス部１１９および円板部１２０が略有底円筒形状の底部を構成し、円筒部が略有底円筒形状の円筒部を構成する。

ボス部１１９は、略有底円筒形状のハブ１１７の底部の径方向において、外側の円板部１２０よりも軸方向における厚みの寸法が大きい部分である。円板部１２０は、ボス部１１９の外側（軸中心から離れる側）の部分であり、厚みが一様で平たい略円環形状を有している。円筒部１２１は、円板部１２０の外縁から軸方向に延在する略円筒形状の部分であり、その外周に羽根１１８が一体に形成されている。シャフト１１３、ハブ１１７、ハブ１１７に埋め込まれた後述する補強板１１５、および羽根１１８によりインペラ（羽根車）１２２が構成されている。

ハブ１１７の内部には、補強板１１５が埋め込まれている。図３（Ａ）には、補強板１１５を軸方向から見た上面図が示され、図３（Ｂ）には、補強版１１５を軸に垂直な方向から見た断面図が示されている。補強版１１５は、金属製の略円板形状を有し、その外径は、ボス部１１９の外径よりも大きい。つまり、径方向において、補強板１１５の外縁がボス部１１９の外側にまで延在する構造を有している。補強板１１５の中心には、シャフト１１３が嵌合する嵌合孔１１５ａが形成され、嵌合孔１１５ａ周囲の円周上の６箇所には、貫通孔１１５ｂが形成されている。６個の貫通孔１１５ｂは、回転中心に対して点対称な位置に配置されている。なお、貫通孔１１５ｂの数は、複数であることが好ましいが、その数は６個に限定されない。

嵌合孔１１５ａにシャフト１１３が嵌合した状態において、樹脂を原料とした射出成形法により、ハブ１１７がシャフト１１３および補強板１１５と一体化された状態で形成されている。ハブ１１７は、以下のようにして作製される。まず、補強板１１５の嵌合孔１１５ａにシャフト１１３を嵌合させた状態のものを金型内に配置する。そして、この金型内に加熱し流動化させた樹脂を射出することで、ハブ１１７およびハブ１１７と一体化した羽根１１８が形成される(つまり、インペラ１２２が形成される)。この際、貫通孔１１５ｂは、樹脂が通過する経路として機能する。また、ハブ１１７が形成された段階で、ハブ１１７を構成する樹脂が貫通孔１１５ｂに充填され、シャフト１１３と補強板１１５の結合部分および補強板１１５が樹脂で覆われた構造が得られる。

また、この例では、６箇所ある貫通孔１１５ｂのうち、図３の符合１２６により示される３箇所の貫通孔１１５ｂの部分が射出ゲートとして利用され、図３（ｂ）の上の方向から射出ゲート１２６を介して、樹脂が金型内に注入される。

ボス部１１９と軸受１１２の間には、シャフト１１３の軸方向におけるガタを吸収するためのスプリング１１６が配置されている。ハブ１１７の円筒部１２１の内側には、肉厚の薄い鋼板により構成された円筒形状のロータヨーク１２３が配置され、ロータヨーク１２３の内側には、円筒形状（リング形状）のロータマグネット１２４が配置されている。ロータマグネット１２４は、その内周面に周方向に沿って複数の磁極が設けられ、軸中心に面する磁極の極性が交互に反転する状態で配置されている。ロータマグネット１２４の内周とステータ１０８の外周とは、僅かな隙間を隔てて対向している。インペラ１２２、ロータヨーク１２３およびロータマグネット１２４により、ロータ１２５が構成されている。

以上述べたように、軸流送風機１００は、アウターロータ型のブラシレスモータのロータ部分に軸流ファンの羽根を備えた構造を有している。すなわち、軸流送風機１００は、モータベース１０３の軸受ハウジング１０４に固定されたステータ１０８の回りをロータ１２５が回転する。ロータ１２５において、シャフト１１３に樹脂性のハブ１１７が固定され、ハブ１１７は、シャフト１１３に嵌合した補強板１１５によって内側から補強されている。また、ハブ１１７の外周に羽根１１８が配置されている。ハブ１１７の内側には、ロータマグネット１２４が取り付けられ、ステータ１０８の側に配置された駆動コイルであるステータコイル１０７に流される駆動電流の極性が切り替えられることで、ステータコイル１０７とロータマグネット１２４との間で作用する磁気吸引力と磁気反発力が切り替わり、ロータ１２５がシャフト１１３を軸として回転する。ロータ１２５が回転することで、羽根１１８が回転し、軸方向への空気の動き（軸流）が生じる。

（優位性）
補強板１１５の嵌合孔１１５ａにシャフト１１３が嵌合され、補強板１１５の外径がボス部１１９の外径よりも大きいので、ハブ１１７に対するシャフト１１３の直角度が良好に保たれる。また、補強板１１５がハブ１１７の中心部分の芯となるので、シャフト１１３付近におけるハブ１１７の剛性が高くなる。また、ハブ１１７のシャフト１１３付近の剛性が向上するので、ハブ１１７の軸方向における厚みを薄くでき、樹脂成型後のヒケや熱収縮を抑制できる。

補強板１１５に貫通孔１１５ｂが設けられているので、補強板１１５の外径が大きくても、樹脂の射出が行なわれる側から見て、補強板１１５の裏側まで樹脂が回りこみ易い。このため、射出成形時に樹脂の充填不良が発生し難く、ハブ１１７の均質性が確保される。仮に、貫通孔１１５ｂが設けられていない場合、樹脂の注入口から見て補強板１１５の背後となる部分に回りこむ樹脂の移動経路が長くなり、樹脂の充填不良が発生する可能性が増大する。

補強板１１５の貫通穴１１５ｂに樹脂の注入口となる射出ゲートを位置させることで、樹脂の射出圧が補強板に直接加わることが防止され、射出成形時における補強板１１５の変形を防止でき、射出成形時における樹脂の射出圧によってシャフトの直角度が悪化する問題が抑えられる。

２．第２の実施形態
図４には、ロータを構成する部材の軸方向から見た上面図（Ａ）、軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）、および射出成形型を用いての形成の状態を示す断面図（Ｃ）が示されている。なお、図４（Ａ）は、図４（Ｂ）の上の方向から見た様子が示されている。

この例では、ハブ１１７における補強板１１５の位置が図１および図２の場合と異なり、補強板１１５の片面（図４（Ｂ）の上面）が、ハブ１１７の軸方向外側の面で露出している。この構造は、図４（Ｃ）に示す状態で作製される。図４（Ｃ）には、金型４１０，４０２が示されている。金型４０１と４０２を組み合すことで、ハブ１１７およびハブ１１７と一体となる羽根１１８（つまりインペラ１２２）を構成するキャビティー４０３を有する金型４０４が構成される。

この例の場合、図におけるシャフト１１３の上端部が補強板１１５の中心に嵌合させられる。そして、図４（Ｃ）に示すように、シャフト１１３と補強板１１５を一体化した部材をキャビティー４０３の金型４０１の面に当接させた状態において、軸方向から見て補強板１１５に形成された貫通孔１１５ｂの位置を射出ゲート１２６として射出ノズル４０５からキャビティー４０３内に樹脂を射出し、図４（Ｂ）に示す部材を得る。

図４に示す構造は、補強板１１５を金型面に当接してセットすることが可能であり、その状態で射出成形を行なえる。このため、シャフト１１３の直角度をより向上させることができる。

３．第３の実施形態
図５には、他のロータを構成する部材の軸方向から見た下面図（Ａ）、軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）、および射出成形型を用いての形成の状態を示す断面図（Ｃ）が示されている。なお、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）の下の方向から見た様子が示されている。また、図５（Ａ）には、ボス部１１９の外縁部において放射状に形成された複数の梁部１１９ａが示されている。梁部１１９ａは、ボス部１１９の強度を確保し、且つ、射出成形時にボス部１１９において発生する応力を緩和するために設けられている。

この例では、ハブ１１７における補強板１１５の位置が図１および図２の場合と異なり、補強板１１５の片面（図５（Ｂ）の下面）が、ハブ１１７の軸方向内側の面（ステータ側の面）で露出している。この構造は、図５（Ｃ）に示す状態で作製される。図５（Ｃ）には、金型４０１，４０２が示されている。金型４０１と４０２を組み合すことで、ハブ１１７およびハブ１１７と一体となる羽根１１８（つまりインペラ）を構成するキャビティー４０３を有する金型４０４が構成される。

この例の場合、補強板１１５の下面がキャビティー４０３の金型４０２の面に接触する位置関係になるように、シャフト１１３の端部近くに補強板１１５が嵌合させられる。そして、図５（Ｃ）に示すように、補強板１１５をキャビティー４０３の金型４０２の面に当接させた状態において、軸方向から見て補強板１１５に形成された貫通孔１１５ｂの位置を射出ゲート１２６として射出ノズル４０５からキャビティー４０３内に樹脂を射出し、図５（Ｂ）に示す部材を得る。

図５に示す構造は、補強板１１５を金型面に当接してセットすることが可能であり、その状態で射出成形を行なえる。このため、シャフト１１３の直角度をより向上させることができる。

４．変形例１
図６には、補強板の他の例を示す軸方向から見た上面図（Ａ）、および軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）が示されている。図６には、補強板６０１が示されている。補強板６０１は、軸方向から見て正六角形の形状を有している。補強板６０１の中心には、シャフトが嵌合する嵌合孔６０１ａが設けられ、嵌合孔６０１ａの周囲の円周上の６箇所には、矩形の貫通孔６０１ｂが設けられている。貫通孔６０１ｂは、貫通孔１１５ｂに対応する。６個の貫通孔６０１ｂは、回転時における重量バランスを確保するために、回転中心である貫通孔６０１ｂに対して、点対称な位置に配置されている。ここでは、補強板６０１を正六角形とする例を示したが、正五角形や正八角形等の多角形状とすることも可能である。また、正多角形の形状でなくても、回転時の重量バランスが確保できる形状、すなわちシャフトの回転中心（嵌合孔６０１ａの中心)に対して点対称な形状であれば採用することができる。また、貫通孔も矩形に限定されず、多角形状や星型形状等が可能である。

５．変形例２
図７には、補強板の他の例を示す軸方向から見た上面図（Ａ）、および軸に垂直な方向から見た断面図（Ｂ）が示されている。図７には、補強板７０１が示されている。補強板７０１が補強板１１５と異なるのは、シャフトが嵌合する嵌合孔７０１ａの部分が軸方向に延在した円筒部７０１ｃとされ、シャフトとの接触面積が大きく確保されている点にある。この構造によれば、補強板１０５に対する垂直度の確保がより確実となり、またその結合がより強固なものとなる。なお、この例では、貫通孔１１５ｂと同様な機能を有する円形の貫通孔７０１ｂが設けられている。

６．変形例３
以上述べた実施の形態のそれぞれにおいて、シャフトの補強板への嵌合をしまりばめにより結合する構造は好ましい。例えば、嵌合孔１１５ａの内径をシャフト１１３の嵌合部分の外径よりも小さな寸法とし、シャフト１１３を嵌合孔１１５ａに圧入により嵌合させる。このようにすることで、シャフト１１３と補強板１１５とをより強固に結合させることができる。また、シャフト１１３と補強板１１５とを溶接することで、シャフト１１３と補強板１１５とを強固に結合させることもできる。

（その他）
以上の例示では、軸流送風機に本発明を利用した場合の例を説明したが、モータを内蔵した送風機であれば、遠心流送風機などに本発明を適用することが可能である。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、送風機に利用することができる。

１００…軸流送風機、１０１…ケーシング、１０２…モータベース支持部、１０３…モータベース、１０４…軸受ハウジング、１０５…ステータコア、１０６…インシュレータ、１０７…ステータコイル、１０８…ステータ、１０９…端子ピン、１１０…回路基板、１１１…軸受、１１２…軸受、１１３…シャフト、１１５…補強板、１１５ａ…嵌合孔、１１５ｂ…貫通孔、１１５ｃ…円筒部、１１６…スプリング、１１７…ハブ、１１８…羽根、１１９…ボス部、１１９ａ…梁部、１２０…円板部、１２１…円筒部、１２２…インペラ、１２３…ロータヨーク、１２４…ロータマグネット、１２５…ロータ、１２６…射出ゲート、４０１…金型、４０２…金型、４０３…キャビティー、４０４…金型、４０５…射出ノズル、６０１…補強板、６０１ａ…嵌合孔、６０１ｂ…貫通孔、７０１…補強板、７０１ａ…嵌合孔、７０１ｂ…貫通孔、７０１ｃ…円筒部。

Claims

樹脂により構成された略有底円筒形状のハブと、
前記ハブの外周に配置された羽根と、
前記ハブの底部に取り付けられたシャフトと、
前記ハブの底部を補強する補強板と
を備え、
前記補強板には、前記シャフトが結合し、
前記補強板には、前記ハブを構成する樹脂が充填された貫通孔が設けられていることを特徴とする送風機。
前記ハブの前記底部における中心の部分には、径方向外側よりも軸方向における厚みの寸法が大きいボス部が設けられており、
径方向において、前記補強板が前記ボス部の外側にまで延在していることを特徴とする請求項１に記載の送風機。
前記補強板の一方の面が、前記ハブの外側または内側に露出していることを特徴とする請求項１または２に記載の送風機。
軸方向から見て、前記貫通孔の位置が前記ハブを形成する際の射出ゲートとして利用されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の送風機。
前記貫通孔は複数設けられており、
軸方向から見て、前記複数の貫通孔は、前記シャフトの回転中心に対して点対称な位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の送風機。
軸方向から見て、前記補強板は、前記シャフトの回転中心に対して点対称な形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送風機。
前記補強板には、前記シャフトが嵌合する軸方向に延在する円筒部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の送風機。