JP2018173045A - ファンおよびファンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】締結部材の緩みを防止すること。【解決手段】ファンは、羽根車と、羽根車を回転させるモータと、貫通孔が形成される第１ケーシング４１と、第１ケーシングとの間で羽根車およびモータを収容する第２ケーシングと、第１ケーシングおよび第２ケーシングを接合する支柱４２２とを備え、支柱は、一端面側に第２ケーシングが接続され、他端面に支柱の軸方向に締結孔４２４が形成され、他端面における締結孔の外周縁部に突出して設けられ貫通孔に挿通される挿通部４２５と、貫通孔が形成される第１ケーシングの第１面と当接し、第１面の反対面４１ｂから挿通されて締結孔に締結される締結部材４３との間で第１ケーシングを挟む当接面４２６と、挿通部の先端に形成され、締結部材を押圧する押圧部４２７とを有する。【選択図】図８

Description

本発明は、ファンおよびファンの製造方法に関する。

従来、たとえば、送風機に用いられるファンには、ケーシングを形成する２つのケーシング部材の間に羽根車が収容され、収容された羽根車の回転に伴い、吸い込み口から吸入された流体（空気）を２つのケーシング部材の間となるケーシングの側面部に形成された吹き出し口から排出するものがある。

また、２つのケーシング部材が支柱を挟んで組み付けられ支柱にねじなどの締結部材が締め付けられることで、２つのケーシング部材を接合する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１５８４９号公報

しかしながら、上記したような従来技術では、振動や衝撃などに起因して、支柱に締め付けられた締結部材が緩むおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、締結部材の緩みを防止することができるファンおよびファンの製造方法を提供す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、本発明の一態様に係るファンは、羽根車と、前記羽根車を回転させるモータと、貫通孔が形成される第１ケーシングと、前記第１ケーシングとの間で前記羽根車および前記モータを収容する第２ケーシングと、前記第１ケーシングおよび前記第２ケーシングを接合する支柱とを備え、前記支柱は、一端面側に前記第２ケーシングが接続され、他端面に前記支柱の軸方向に締結孔が形成され、前記他端面における前記締結孔の外周縁部に突出して設けられ前記貫通孔に挿通される挿通部と、前記貫通孔が形成される前記第１ケーシングの第１面と当接し、前記第１面の反対面から挿通されて前記締結孔に締結される締結部材との間で前記第１ケーシングを挟む当接面と、前記挿通部の先端に形成され、前記締結部材を押圧する押圧部とを有する。

本発明の一態様によれば、締結部材の緩みを防止することができる。

図１は、実施形態に係るファンを示す分解斜視図である。 図２は、実施形態に係るファンを示す平面図である。 図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図４は、第２ケーシングを示す底面図である。 図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、図５におけるＣ部拡大図である。 図７は、支柱を示す斜視図である。 図８は、締結部材を締結する工程の説明図である。 図９は、締結部材と締結孔との接合力の説明図である。 図１０は、締結部材および締結孔の好適例を示す断面図である。 図１１は、ファンの変形例を示す分解斜視図である。

以下、実施形態に係るファンおよびファンの製造方法について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態によりファンの用途が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

＜ファンの全体構成＞
まず、図１〜図３を用いて、ファン１の全体構成について説明する。図１は、実施形態に係るファン１を示す分解斜視図である。図２は、実施形態に係るファン１を示す平面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

なお、図１〜図３には、説明の便宜上、Ｚ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。以下では、Ｚ軸の正方向を上方、Ｚ軸の負方向を下方という。

また、以下では、ファン１として、たとえば、家電機器、ＯＡ（Office Automation）機器、産業機器などの冷却や、換気、空調（たとえば、車両用の空調）、送風などに用いられる送風機としての遠心ファンを例に説明する。

また、遠心ファンであるファン１は、上下方向の寸法（高さ）が比較的小さい、薄型に形成される。図１に示すように、ファン１は、羽根車（インペラともいう）２と、モータ３と、ケーシング４（図３参照）とを備える。

羽根車２は、平面視において円盤形状であり、羽根２１と、第１シュラウド（以下、上側シュラウドという）２２と、第２シュラウド（以下、下側シュラウドという）２３とを有する。羽根車２の中央部には、上方に開口した吸い込み口２４が形成される。

羽根２１は、複数設けられ、後述するロータ３１のシャフト３１１の外周部に所定間隔をあけて設けられる。複数の羽根２１はいずれも、湾曲した形状である。また、羽根２１は、たとえば、後向き羽根であり、いわゆるターボ型と呼ばれるものである。この場合、羽根２１の形状は、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した形状である。

上側シュラウド２２は、羽根車２の上部に形成される。上記した吸い込み口２４は、上側シュラウド２２の上端部２２１に囲まれることで形成される。下側シュラウド２３は、羽根車２の下部に形成される。羽根２１と下側シュラウド２３は合成樹脂で一体成形にて形成され、上側シュラウド２２は合成樹脂で成形される。そして、羽根２１と上側シュラウド２２とを、たとえば、超音波溶着して羽根車２を形成している。なお、複数の羽根２１、上側シュラウド２２および下側シュラウド２３は、たとえば、合成樹脂によって一体成形にて形成してもよい。

モータ３は、ロータ３１と、ステータ３２と、ベアリング保持部材３４とを有する。実施形態では、モータ３の一例として、ブラシレスＤＣ（Direct Current）モータを挙げて説明する。また、実施形態では、モータ３の一例として、中心にステータ（固定子）３２を有し、ステータ３２の周囲にロータ（回転子）３１を有するアウターロータ型を挙げて説明する。

ロータ３１は、たとえば、シャフト３１１と、ボス３１２と、ロータヨーク３１３と、マグネット３１４とを有する。ロータヨーク３１３は、下方に向けて開口するカップ状で、中央の開口の内周縁にボス３１２がカシメ固着されている。ロータヨーク３１３の円筒部３１３ａの外周面には環状のフランジ３１５が設けられている。

シャフト３１１は、ロータ３１の回転軸であり、ロータ３１の中央部に設けられる。シャフト３１１は、ベアリング保持部材３４に設けられた一対のベアリング３４１によって回転可能に支持される。ベアリング保持部材３４は、後述するモータベース４１１に装着されている。マグネット３１４は、図３に示すように、ロータヨーク３１３の円筒部３１３ａの内周面に設けられる。ファン１を組み立てる前の状態では、羽根車２の下側シュラウド２３の下面に形成されたピン２３ａをフランジ３１５に形成された貫通孔３１５ａに挿通し、ピン２３ａの先端を、たとえば熱カシメなどによって固着させることで、羽根車２がロータ３１と結合する。

ステータ３２は、ステータコア３２１と、樹脂部材（インシュレータともいう）３２２と、ステータコイル３２３とを有する。ステータコア３２１は、複数の磁極部を有する平板状の金属部材が複数枚積層されて形成される。樹脂部材３２２は、ステータコア３２１を覆うように設けられ、ステータコア３２１とステータコイル３２３との間の絶縁層を形成する。ステータコイル３２３は、樹脂部材３２２を介してステータコア３２１の磁極部に巻回される。

図３に示すように、下方側の樹脂部材３２２には回路基板３３が取り付けられる。ベアリング保持部材３４をステータコア３２１の中央に形成された開口に嵌着させ、ベアリング保持部材３４の外周にステータコア３２１が装着される。また、かかるモータ３によれば、ロータ３１がシャフト３１１に軸支されて回転することで、ロータヨーク３１３に結合した羽根車２を回転させる。

ケーシング４は、２つのケーシング部材、すなわち、第１ケーシング４１と、第２ケーシング４２とを備える。ケーシング４は、第１ケーシング４１と第２ケーシング４２との間に挟むように、羽根車２およびモータ３を収容する。

第１ケーシング（以下、下側ケーシングという）４１は、モータベース４１１を備える。モータベース４１１は、たとえば、鉄などの金属板によって形成される。モータベース４１１の中央部には、下方に窪んだ凹部４１２が形成される。凹部４１２は、たとえば、平面視で円形である。なお、以下では、下側ケーシング４１がモータベース４１１である場合について説明する。

下側ケーシング４１であるモータベース４１１は、モータ３を駆動するための電子部品が実装された回路基板３３が凹部４１２に収容される。モータベース４１１は、後述する支柱４２２に対応する位置（たとえば、図１に示すように、矩形状のモータベース４１１の四隅）に貫通孔４１３が形成される。

また、モータベース４１１の上面のうちの凹部４１２の周辺部分は、羽根車２の下面に面する隔壁部４１４となる。隔壁部４１４は、羽根車２の下面に近接するように平面状に形成される。また、モータベース４１１は、一方の面（後述する第１面４１ａの反対面４１ｂ）において貫通孔４１３の外周縁部に後述する凹部４１３ａ（図９参照）が形成される。なお、凹部４１３ａについては、図８および図９を用いて後述する。

第２ケーシング（以下、上側ケーシングという）４２は、たとえば、エンジニアリングプラスチックなどの樹脂によって形成される。上側ケーシング４２の中央部には、開口部４２１が形成される。開口部４２１は、たとえば、平面視で円形である。

開口部４２１は、羽根車２の中央部に形成された吸い込み口２４に空気が吸入されるように形成される。また、開口部４２１は、たとえば、上側シュラウド２２の内側の上端部２２１によって形成された吸い込み口２４よりも小径に形成される。

以上説明したケーシング４は、下側ケーシング４１と上側ケーシング４２とが、支柱４２２が貫通孔４１３に挿通された状態で、後述するねじやボルトなどの締結部材４３（図３参照）が締結孔４２４に挿入され締め付けられることで接合される。なお、下側ケーシング４１と上側ケーシング４２との接合については、図８を用いて後述する。

以上説明したファン１は、羽根車２をモータ３によって回転させる。また、ファン１は、羽根車２の回転に伴い、吸い込み口２４から吸入した空気を、羽根車２の側方に排出する。すなわち、吸い込み口２４から吸入された空気は、羽根車２の回転に伴う遠心作用による流体力で、羽根車２の羽根２１の間を通過して羽根車２の径方向の外部に向けて吹き出される。この場合、空気は、下側ケーシング４１と上側ケーシング４２との間となる、ケーシング４の側面部に形成された吹き出し口４４（図３参照）から排出される。

また、図３に示すように、羽根車２の上側シュラウド２２と上側ケーシング４２の下面との間には、隙間部４５が形成される。上側シュラウド２２の上端部２２１が上側ケーシング４２によって覆われ、上端部２２１と上側ケーシング４２との間に形成される隙間部４５は、ラビリンスシール構造に形成される。これにより、吹き出し口４４から吹き出された空気の一部が隙間部４５を通って逆流する空気流が吸い込み口２４に流入することを防止している。

ここで、ファン１は、使用する環境によっては振動や衝撃を受ける場合があり、下側ケーシング４１と上側ケーシング４２との接合に用いる締結部材４３が振動や衝撃などで緩むおそれがある。

また、たとえば、ケーシング４の側面部にある支柱４２２は、ケーシング４の外部に吹き出そうとする空気が衝突して吹き出し効率が低下しないように小径であることが好ましいが、支柱４２２を小径にすると締結部材４３も小径のものを用いる必要がある。この場合、締結部材４３の締め付けトルクを大きくすることができず、締結部材４３が緩む原因となる。実施形態に係るファン１では、振動や衝撃、径の大小などに関わらず、締結部材４３の緩みを防止している。

＜支柱の構造＞
次に、図４〜図７を用いて、支柱４２２の構造について説明する。図４は、上側ケーシング４２を示す底面図である。図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。図６は、図５におけるＣ部拡大図である。図７は、支柱４２２を示す斜視図である。なお、図５には、上側ケーシング４２を、図３とは上下を逆にして示している。

図４および図５に示すように、たとえば、上側ケーシング４２の四隅には、支柱４２２が下方（Ｚ軸の負方向、言い換えると、上側ケーシング４２の面方向と直交する方向）に突出するように設けられる。なお、支柱４２２は、ファン１を組み立てた状態では、下側ケーシング４１側に向けて突出している。

図６および図７に示すように、支柱４２２は、基部４２２ａを有する。基部４２２ａの一端面側には、フランジ状の接続部４２３を介して第２ケーシングである上側ケーシング４２が接続される。なお、支柱４２２は、たとえば、射出成形によって、上側ケーシング４２と一体形成される。また、支柱４２２は、基部４２２ａの他端面において、支柱４２２の軸方向に締結孔４２４が形成される。支柱４２２は、基部４２２ａの他端面側に、挿通部４２５と、当接面４２６と、押圧部４２７とを有する。

挿通部４２５は、締結孔４２４の外周縁部に突出して設けられる。挿通部４２５は、締結孔４２４を囲むように環状に設けられることが好ましい。挿通部４２５は、下側ケーシング４１であるモータベース４１１の貫通孔４１３に挿通される。また、挿通部４２５は、内周面が段状に形成される。

このように、挿通部４２５の内周面が段状に形成されることで、締結部材４３が締結孔４２４に締結される初期段階において、締結部材４３の姿勢を保持することができる。

当接面４２６は、基部４２２ａの他端面の一部であり、モータベース４１１における第１面４１ａに当接する。当接面４２６は、基部４２２ａと挿通部４２５との間で段部を形成する。当接面４２６は、下側ケーシング４１と上側ケーシング４２とを組み付ける前は位置決め部として機能し、下側ケーシング４１と上側ケーシング４２とを組み付けた後は固定部として機能する。

押圧部４２７は、挿通部４２５の先端部に設けられる。押圧部４２７は、たとえば、断面円弧状であることが好ましい。押圧部４２７の断面形状としては、半円形または半楕円形が好ましい。また、押圧部４２７は、モータベース４１１の貫通孔４１３に挿通部４２５が挿通された場合に、一部または全部が、モータベース４１１から厚さ方向に突出している。

＜挿通工程および締結工程＞
次に、図８を用いて、ファン１の製造時における挿通工程および締結工程について説明する。図８は、実施形態に係るファン１の製造時における挿通工程および締結工程の説明図である。なお、図８には、図中の上部に挿通工程を示し、図中の下部に締結工程を示している。

図８の上部に示すように、挿通工程では、支柱４２２の挿通部４２５が下側ケーシング４１（モータベース４１１）の貫通孔４１３に挿通される。ここでは、モータベース４１１は、第１面４１ａが当接面４２６に当接することで位置決めされる。これにより、挿通工程が完了する。なお、ここでは、説明を省略するが、挿通工程の前に、モータ３が回路基板３３に装着され、回路基板３３が下側ケーシング４１であるモータベース４１１に固定され、モータ３に羽根車２が装着されるものとする。

次いで、図８の下部に示すように、締結工程では、締結孔４２４に締結部材４３を締め付ける。ここでは、締結部材４３は、第１面４１ａの反対面４１ｂから挿通されて締結孔４２４に締結される。この場合、反対面４１ｂから突き出した押圧部４２７を、上側ケーシング４２に近づく方向に押圧するまで、反対面４１ｂから締結孔４２４に締結部材４３を締め付ける。

また、押圧部４２７は、締結部材４３の頭部４３ａに押されてつぶれ、締結部材４３に対して押圧部４２７による押圧力を発生する。すなわち、押圧部４２７は、締結部材４３が挿入される方向とは反対方向、すなわち、当接面から離れる方向に締結部材４３を押圧する。

また、押圧部４２７は、締結部材４３の頭部４３ａにつぶされることで、モータベース４１１の反対面４１ｂにおける貫通孔４１３の外周縁部に形成された凹部４１３ａに入り込む。これにより、押圧部４２７は、当接面４２６との間においてモータベース４１１を挟むことができる。なお、凹部４１３ａは、貫通孔４１３から連続する。また、凹部４１３ａは、円柱状に形成されてもよいし、テーパ状に形成されてもよい。

＜締結部材と締結孔との接合力＞
次に、図９を用いて、締結部材４３と締結孔４２４との接合力について説明する。図９は、締結部材４３と締結孔４２４との接合力の説明図である。なお、図９には、締結部材４３および支柱４２２（締結孔４２４）の一部を拡大して示している。図９に示すように、締結部材４３を締結した（締結部材４３を締め付けた）状態では、上記したように、締結部材４３の頭部４３ａにつぶされた押圧部４２７が凹部４１３ａに逃げることで、締結部材４３が頭部４３ａ側となる根元まで締結孔４２４に挿入される。

また、締結部材４３を締結した状態では、押圧部４２７によって、締結部材４３が挿入された向きとは逆向きの押圧力Ｔが発生している。締結部材４３の各接合部４３ｂ（たとえば、締結部材４３がセルフタップねじの場合は、ねじ山ごとの接合部分）にそれぞれ押圧力Ｔ_１，Ｔ_２，・・・Ｔ_ｎが発生する。このため、各接合部４３ｂにおいて回転方向に摩擦が生じて締結部材４３の回転が規制される。

上記した実施形態によれば、締結部材４３が締結された状態では、支柱４２２の押圧部４２７によって締結部材４３を押圧している。これにより、支柱４２２に対して締結部材４３を密着させることができ、締結部材４３の緩みを防止することができる。

また、締結部材４３が締結された状態では、支柱４２２の押圧部４２７が当接面４２６との間に第１ケーシングである下側ケーシング４１（モータベース４１１でもある）を挟み込んでいるため、支柱４２２に対して下側ケーシング４１を密着させることができ、下側ケーシング４１の保持力を高めることができる。

また、締結部材４３が締結された状態で、押圧部４２７が凹部４１３ａに逃げることで、押圧部４２７と当接面４２６とで下側ケーシング４１を挟み込むことができ、下側ケーシング４１の保持力を高めることができる。

＜締結部材および締結孔の好適例＞
ここで、図１０を用いて、締結部材４３および締結孔４２４の好適例について説明する。図１０は、締結部材４３および締結孔４２４を示す断面図である。なお、図１０には、支柱４２２（締結孔４２４）を、図６と同じ方向から見た場合を示している。図１０に示すように、締結部材４３としては、たとえば、基端側となる頭部４３ａから先端側に向けて小径となる、セルフタップねじが好ましい。

また、締結孔４２４は、セルフタップねじである締結部材４３に対応している。すなわち、締結孔４２４は、支柱４２２の端面（他端面）、すなわち、当接面４２６から締結部材４３の進行方向（図１０における上方から下方）に沿って小径となるテーパ状に形成される。かかる構成によれば、締結部材４３を、高い締め付け精度を有しつつ安価に得ることができる。

＜ファンの変形例＞
上記した実施形態では、ファン１が、下側ケーシング４１としてモータベース４１１のみを有する構成について説明しているが、たとえば、下側ケーシング４１として、モータベース４１１に加えて、ベースプレート４１５をさらに有する構成としてもよい。

図１１を用いて、ファン１の変形例（ファン１００）について説明する。図１１は、ファン１の変形例を示す斜視図である。なお、以下で説明する変形例に係るファン１００は、実施形態に係るファン１とはベースプレート４１５を有する点で相違する。また、以下では、実施形態に係るファン１と同一または同等の箇所には同一の符号を付し、その説明を省略している。

図１１に示すように、ベースプレート４１５は、たとえば、樹脂によって形成される。ベースプレート４１５は、モータベース４１１と上下に重ね合わせるように配置される。また、ベースプレート４１５は、支柱４２２に対応する位置（たとえば、図１に示すように、矩形状のベースプレート４１５の四隅）に貫通孔４１７が形成される。

貫通孔４１７には、下側ケーシング４１（モータベース４１１およびベースプレート４１５）と上側ケーシング４２を組み付ける場合に、支柱４２２の挿通部４２５が挿通される。なお、かかる変形例においても、上記した実施形態と同様、押圧部４２７は、一部または全部が、モータベース４１１から厚さ方向に突出している。

上記した変形例によれば、締結部材４３が締結された状態では、支柱４２２の押圧部４２７によって締結部材４３を押圧している。これにより、支柱４２２に対して締結部材４３を密着させることができ、締結部材４３の緩みを防止することができる。

また、締結部材４３が締結された状態では、支柱４２２の押圧部４２７が当接面４２６との間に第１ケーシングである下側ケーシング４１（モータベース４１１およびベースプレート４１５）を挟み込んでいるため、支柱４２２に対して下側ケーシング４１を密着させることができ、下側ケーシング４１の保持力を高めることができる。

また、締結部材４３が締結された状態で、押圧部４２７が凹部４１３ａに逃げることで、押圧部４２７と当接面４２６とで下側ケーシング４１を挟み込むことができ、下側ケーシング４１の保持力を高めることができる。

また、上記した実施形態では、支柱４２２は、第２ケーシングである上側ケーシング４２と一体形成されるが、これに限定されず、支柱４２２が上側ケーシング４２とは別体で形成されてもよい。

また、上記した実施形態では、羽根車２を、後向き羽根のターボ型としているが、これに限定されず、たとえば、前向き羽根のいわゆる多翼ファンとしてもよい。

また、上記した実施形態では、モータ３を、ブラシレスＤＣモータとしているが、これに限定されない。また、モータ３を、アウターロータ型としているが、これに限定されず、インナーロータ型としてもよい。

また、上記した実施形態では、支柱４２２の挿通部４２５を、貫通孔４１３を囲むように貫通孔４１３の外周縁部に設けているが、これに限定されず、たとえば、挿通部４２５を、貫通孔４１３の外周縁部に点在するように設けてもよい。かかる構成としても、締結部材４３の緩みを防止することができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ ファン
２ 羽根車
３ モータ
４１ 第１ケーシング
４１ａ 第１面
４１ｂ 反対面
４１３ 貫通孔
４２ 第２ケーシング
４２２ 支柱
４２４ 締結孔
４２５ 挿通部
４２６ 当接面
４２７ 押圧部
４３ 締結部材

Claims (4)

1. 羽根車と、
   前記羽根車を回転させるモータと、
   貫通孔が形成される第１ケーシングと、
   前記第１ケーシングとの間で前記羽根車および前記モータを収容する第２ケーシングと、
   前記第１ケーシングおよび前記第２ケーシングを接合する支柱と
   を備え、
   前記支柱は、
   一端面側に前記第２ケーシングが接続され、
   他端面に前記支柱の軸方向に締結孔が形成され、
   前記他端面における前記締結孔の外周縁部に突出して設けられ前記貫通孔に挿通される挿通部と、
   前記貫通孔が形成される前記第１ケーシングの第１面と当接し、前記第１面の反対面から挿通されて前記締結孔に締結される締結部材との間で前記第１ケーシングを挟む当接面と、
   前記挿通部の先端に形成され、前記締結部材を押圧する押圧部と
   を有する、ファン。
2. 前記押圧部は、前記当接面から離れる方向に前記締結部材を押圧する、請求項１に記載のファン。
3. 前記押圧部は、前記第１ケーシングの前記反対面に形成される凹部に設けられる、請求項１または２に記載のファン。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のファンの製造方法であって、
   前記第２ケーシングが接続された前記支柱の挿通部を、前記第１ケーシングの貫通孔に挿通する挿通工程と、
   前記第１ケーシングの前記反対面から突き出す前記挿通部の先端である押圧部を前記第１ケーシングに近づく方向に押圧するまで、前記第１ケーシングの前記反対面から前記締結孔に締結部材を締結する締結工程と
   を含む、ファンの製造方法。