JP2019203477A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ファンにおけるロータの軸方向への移動に起因する騒音や異音の発生を抑える。【解決手段】シャフト２００と、シャフト２００に結合され、羽根を備えたインペラと、シャフト２００を回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダー１１１と、軸受ホルダー１１１と軸方向で離間した状態で隣接し、インペラとシャフト２００を結合するブッシュ１１７と、軸受ホルダー１１１の側からブッシュ１１７の方向に突出した弾性部材１２０とを備える遠心ファン１００。【選択図】図１

Description

本発明は、遠心ファンに関する。

家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられている送風機として、遠心ファンが知られている。従来の遠心ファンとして、ケースが第１ケース部と第２ケース部とからなり、第１ケース部と第２ケース部の間にインペラを収納し、インペラの回転に伴って吸い込み口から吸入した空気を上ケーシングと下ケーシングの間の側面に形成された吹き出し口からケース外方に向けて吹き出す遠心ファンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献1における遠心ファン１は、シャフト１６と、シャフト１６の吸込み口３５側に装着されたブッシュ１７と、シャフト１６を回転可能に支持する軸受２７と、軸受２７が装着された軸受保持部２６と、ブッシュ１７と軸受２７との間に介装された弾性体３３と、を備え、ブッシュ１７が、その下面に、軸受保持部２６の上面側に位置し、かつ、軸受２７の外輪２７ｂの外径と同等の、又はそれよりも大きな内径をもつ環状突起１７ａを有し、弾性体３３が、上面側において環状突起１７ａの内側に収納され、底面側において軸受２７の内輪２７ａを付勢している。

そして、環状突起１７ａの内径は軸受２７の外輪２７ｂの外径と同等、又はそれよりも大きく、軸受保持部２６の上面側に位置しているため、インペラ８に軸方向下方側への力が働いた場合、環状突起１７ａが軸受保持部２６の上面に接触することでスラスト方向の動きが規制され、軸受２７の損傷を防止する。

特開２０１７−８２６１３号公報

特許文献１に記載された遠心ファン１は、ブッシュ１７の下面に形成された環状突起１７ａが軸受保持部２６の上面に接触することでスラスト方向の動きを規制し、軸受２７の損傷を防止するものであるが、一般に、ブッシュ１７と軸受保持部２６は共に金属材料で形成される。このため、インペラ８に軸方向下方側への力が働いた場合、ブッシュ１７の下面に形成された環状突起１７ａが軸受保持部２６の上面に接触するが、金属材料同士が接触するため、接触時に叩き音が生じ、騒音が生じる。また、金属音は異音として不快感を与える。

このような背景において、本発明は、遠心ファンにおけるロータの軸方向への移動に起因する騒音や異音の発生を抑えることを目的とする。

本発明は、シャフトと、前記シャフトに結合され、羽根を備えたインペラと、前記シャフトを回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダーと、前記軸受ホルダーと軸方向で離間した状態で隣接し、前記インペラと前記シャフトを結合するブッシュと、前記軸受ホルダーの側から前記ブッシュの方向に突出した弾性部材とを備える遠心ファンである。

本発明において、前記弾性部材は環形状を有し、前記弾性部材の内周に形成された凹凸構造と前記軸受ホルダーの外周に形成された凹凸構造とが噛み合う状態で、前記軸受ホルダーに前記弾性部材が取り付けられている構造は好ましい。本発明において、前記軸受ホルダーには、ステータコアが固定されており、軸方向において、前記弾性部材は、前記ステータコアに接触している構造は好ましい。本発明において、前記弾性部材は、前記軸受ホルダーの前記ブッシュの側の端部の少なくとも一部を覆っている構造は好ましい。

本発明によれば、遠心ファンにおけるロータの軸方向への移動に起因する騒音や異音の発生が抑えられる。

実施形態の遠心ファンの断面図である。 図１の部分拡大図である。 軸受ホルダーの弾性部材を装着した部分の断面図である。

(全体の構造)
図１は、実施形態の遠心ファン１００を回転軸（シャフト２００）に沿って切断した断面図である。図２は、図１の中央部分を拡大した断面図である。図３は、図２の一部を更に拡大した断面図である。遠心ファン１００は、シャフト２００と、シャフト２００に結合され、羽根１０８を備えたインペラ１０５と、シャフト２００を回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダー１１１と、軸受ホルダー１１１と軸方向で離間した状態で隣接し、インペラ１０５とシャフト２００を結合するブッシュ１１７と、軸受ホルダー１１１の側からブッシュ１１７の方向に突出した弾性部材１２０とを備える。

遠心ファン１００は、下ケーシング１０１と樹脂製の上ケーシング１０２から構成されるケーシング１０３を備えている。下ケーシング１０１は、金属製で円板形状のモータベース１０１ａと樹脂製で環状のベースプレート１０１ｂにより構成されている。上ケーシング１０２には、支柱１０４が一体に形成されている。支柱１０４を介して、ねじ等の締結部材１２３により、下ケーシング１０１と上ケーシング１０２が結合している。

下ケーシング１０１と上ケーシング１０２の間にインペラ１０５が回転可能な状態で保持されている。インペラ１０５は樹脂製であり、環状のシュラウド１０６、主板１０７、それらの間に配置された羽根１０８が一体に成形された構造を有している。

インペラ１０５は、モータベース１０１ａに固定されたアウターロータ型のモータ１５０により駆動され回転する。インペラ１０５が回転すると、羽根１０８の作用により、吸込み口１０９から空気が吸い込まれる。吸込み口１０９から吸い込まれた空気は、環状のシュラウド１０６に形成された開口から羽根１０８の間を通過し、インペラ１０５の径外側の方向に吹き出される。インペラ１０５から吹き出された空気は、下ケーシング１０１と上ケーシング１０２の間の支柱１０４を除いた部分に形成された吹出し口１１０からケーシング１０３の外方向に吹き出される。

（インペラの支持構造）
モータベース１０１ａの中央には、開口部が設けられ、そこに金属製で円筒形状の軸受ホルダー１１１が固定されている。モータベース１０１ａへの軸受ホルダー１１１の固定は、カシメにより行われている。この固定は、圧入とねじで締結した方法でもよい。

軸受ホルダー１１１の内側には、玉軸受１１２，１１３が保持されている。玉軸受１１２の外輪は、軸受ホルダー１１１の内周に圧入され固定されている。この固定は、接着剤または圧入と接着剤の併用により行うことも可能である。玉軸受１１２の内輪は、回転軸であるシャフト２００に接触しているが固定されていない。よって、玉軸受１１２の内輪に対して、シャフト２００は軸方向に摺動が可能である。

シャフト２００には、止め部材１１４（この例では、Ｅ形止め輪（Ｅリング））が固定され、この止め部材１１４が玉軸受１１２の内輪に接触している。この止め部材１１４により、玉軸受１１２に対するシャフト２００の軸方向の一方（図１，２の上方向）への移動が規制されている。

玉軸受１１３の外輪は、軸受ホルダー１１１の内周に接触しているが固定されておらず、玉軸受１１３の外輪は、軸受ホルダー１１１に対して軸方向で摺動する。玉軸受１１３の内輪は、シャフト２００の外周に圧入により固定されている。この固定は、圧入と接着剤を併用した方法でも可能である。

軸受ホルダー１１１のブッシュ１１７に対向する側の端部の縁の部分には、環状の弾性部材１２０が取り付けられている。図３は、弾性部材１２０の部分を拡大した断面図である。弾性部材１２０は、ゴム製で環状を有している。軸受ホルダー１１１の上端の縁の部分には、凹凸構造１１１ａが形成され、弾性部材１２０の内周には、上記凹凸構造１１１ａと噛み合う凹凸構造１２１ａが形成されている。凹凸構造１１１ａと１２１ａを噛み合わせることで、軸受ホルダー１１１に弾性部材１２０が外れないように固定されている。また、弾性部材１２０は、ステータコア１５１の上部に接触する状態で軸受ホルダー１１１に取り付けられている。

軸受ホルダー１１１とブッシュ１１７との間には、隙間が設けられ、軸受ホルダー１１１の側からブッシュ１１７の方向に突出する形で弾性部材１２０が配置されている。また弾性部材１２０とブッシュ１１７との間にも隙間が設けられている。何等かの理由でブッシュ１１７が軸受ホルダー１１１の方向に移動すると、上記ブッシュ１１７の方向に突出した弾性部材１２０にブッシュ１１７が接触する。

ここで、弾性部材１２０の上端の一部は、軸受ホルダー１１１の上端の一部を覆っている。このため、ブッシュ１１７が軸受ホルダー１１１の方向に動いても、間に弾性部材１２０が存在するので、ブッシュ１１７と軸受ホルダー１１１が直接接触しない。ここで、弾性部材１２０により、軸受ホルダー１１１の上端がすべて覆われている構造も可能である。また、弾性部材１２０は、ステータコア１５１の上部に接触しているので、弾性部材１２０がステータコア１５１によって軸方向で支えられる。このため、ブッシュ１１７に押されることで生じる弾性部材１２０の弾性変形がブッシュ１１７とステータコア１５１の間でも発生し、弾性部材１２０による緩衝作用が効果的に発揮される。

軸受ホルダー１１１の内周には、軸中心の方向に突出する内側フランジ部１１５が設けられ、内側フランジ部１１５と玉軸受１１３の外輪の間には、コイルばね１１６が圧縮された状態で配置されている。また、シャフト２００の玉軸受１１３に軸方向で隣接する部分には、金属製のブッシュ１１７が固定されている。シャフト２００へのブッシュ１１７の固定は、圧入、接着剤による接着、または圧入と接着剤の併用により行なわれている。ブッシュ１１７は、軸方向に突出する環状の突起１１７ａを有し、突起１１７ａは玉軸受１１３の内輪に接触している。突起１１７ａの長さの分、軸受ホルダー１１１とブッシュ１１７との間には、隙間が設けられている。

ブッシュ１１７には、鋼材等の軟磁性材料により構成された環状のロータヨーク１１８が固定されている。ロータヨーク１１８は、略カップ形状を有し、外側の円筒部の外側にはインペラ１０５が結合されている。ロータヨーク１１８の円筒部の内側には、円環状のロータマグネット１１９が接着剤にて接着されている。ロータマグネット１１９は、周方向にＳＮＳＮ・・と着磁された永久磁石である。

以上述べた構造により、インペラ１０５は、ロータヨーク１１８とブッシュ１１７を介して、シャフト２００に結合し固定されている。シャフト２００は、モータベース１０１ａに固定された軸受ホルダー１１１に保持された玉軸受１１２，１１３にて回転自在な状態で支持されている。

（モータの構造）
モータ１５０は、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。モータ１５０のステータは、モータベース１０１ａに軸受ホルダー１１１を介して固定されている。モータ１５０のステータは、ステータコア１５１、インシュレータ１５２およびステータコイル１５３により構成されている。インシュレータ１５２の下側には回路基板１２２が取り付けられている。回路基板１１２にはモータ１５０の駆動に必要な電子回路が搭載されている。

ステータコア１５１は、電磁鋼板等の軟磁性材料の薄板を複数積層した構造を有している。ステータコア１５１は、環形状を有し、径外側の方向に延在する複数の極歯を備えている。ステータコア１５１には、樹脂製のインシュレータ１５２が装着され、複数の極歯にはインシュレータ１５２を介してステータコイル１５３が巻かれている。

ステータコア１５１の極歯の外周面１５１aに対向した位置には、当該極歯の外周面１５１aに対して隙間を有した状態でロータマグネット１１９が位置している。ステータコイル１５３に加える電流の極性を図示しない駆動回路により周期的に切り替えることで、ロータマグネット１１９がシャフト２００を軸として回転する駆動力が発生し、ロータ１４０（インペラ１０５）が回転する。

（ロータの上下動構造）
シャフト２００、ブッシュ１１７、ロータヨーク１１８、インペラ１０５、およびロータマグネット１１９により、ロータ１４０が構成されている。ここで、ロータ１４０は、軸受ホルダー１１１に対して軸方向で動かすことが可能である。

上述したように、玉軸受１１２の外輪は軸受ホルダー１１１に固定され、玉軸受１１２の内輪はシャフト２００に固定されていない。また、玉軸受１１３の内輪はシャフト２００に固定され、玉軸受１１３の外輪は軸受ホルダー１１１に固定されていない。

ここで、ロータ１４０を図２の下の方向の押す力が作用すると、玉軸受１１３の内輪が突起１１７ａにより押され、玉軸受１１３が下方に動き、ブッシュ１１７が軸受ホルダー１１１の方向に移動する。この際、シャフト２００が玉軸受１１２の内輪に対して滑り、玉軸受１１３の外輪が軸受ホルダー１１１に対して滑り、またコイルばね１１６が軸方向で収縮する。

何らかの理由、例えば、遠心ファン１００が利用される環境等により、遠心ファン１００に軸方向（図１，２の上下方向）における振動が作用する場合が有り得る。この際、ロータ１４０が、軸方向に揺さぶられる。仮に、玉軸受１１２の内輪がシャフト２００に固定され、玉軸受１１３の外輪が軸受ホルダー１１１に固定されていると、この上下動に従う軸方向の力が玉軸受１１２，１１３の内輪と外輪との間に働く。この際、外輪と内輪を軸方向でずらすような力が玉軸受１１２，１１３に働く。

この力は、玉軸受１１２，１１３の玉を受ける溝の損傷や変形を招く恐れがある。この溝の損傷や変形は、遠心ファン１００の作動時（ロータ１４０の回転時）における振動や異音の発生、最悪の場合は、ロータ１４０の回転に支障が生じる要因になるので、避けなくてはならない。

本実施形態では、上述のように、ロータ１４０の上下動（軸方向における移動）が可能であり、またこの可動は、コイルばね１１６により弾性的に行われるので、振動等によりロータ１４０の上下動が誘発されても、そのエネルギーがコイルばね１１６の変形により緩和あるいは吸収される。このため、上述した不都合の発生（玉を受ける溝の損傷や変形）が抑制される。

（騒音や異音の発生を抑える構造）
上述のように、ロータ１４０は、軸方向で動くことが可能である。この際、図２の状態から、勢いよくロータ１４０が図２の下の方向に動くと、金属製のブッシュ１１７が弾性部材１２０に接触する。そして、ブッシュ１１７に押されて弾性部材１２０が変形することで、ブッシュ１１７と軸受ホルダー１１１の衝突に起因する衝突音の発生が抑えられる。

以上述べたように、シャフトと、前記シャフトに結合され、羽根を備えたインペラと、前記シャフトを回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダーと、前記軸受ホルダーと軸方向で離間した状態で隣接し、前記インペラと前記シャフトを結合するブッシュと、前記ブッシュと前記軸受ホルダーとの間に配置された弾性部材とを備える遠心ファンとすることで、ロータ（インペラ）の軸方向への移動に起因する騒音や異音の発生を抑えることができる。

（その他）
ブッシュ１１７とインペラ１０５を樹脂の一体成型品として形成してもよい。この場合、ブッシュ１１７とインペラ１０５が一体となった樹脂製のロータ部材が形成され、そこにロータヨークがインサートされた構造となる。弾性部材としてゴムの代わりに、弾性変形が可能な樹脂材料やエラストマーを用いることもできる。

１００…遠心ファン、１０１…下ケーシング、１０１ａ…モータベース、１０１ｂ…ベースプレート、１０２…上ケーシング、１０３…ケーシング、１０４…支柱、１０５…インペラ、１０６…シュラウド、１０７…主板、１０８…羽根、１０９…吸込み口、１１０…吹出し口、１１１…軸受ホルダー、１１１ａ…凹凸構造、１２１ａ…凹凸構造、１１２…玉軸受、１１３…玉軸受、１１４…止め部材、１１５…内側フランジ部、１１６…コイルばね、１１７…ブッシュ、１１７ａ…突起、１１８…ロータヨーク、１１９…ロータマグネット、１２０…弾性部材、１２２…回路基板、１２３…締結部材、１４０…ロータ、１５０…モータ、１５１…ステータコア、１５１a…ステータコアの極歯先端の外周面、１５２…インシュレータ、１５３…ステータコイル、２００…シャフト。

Claims (4)

1. シャフトと、
   前記シャフトに結合され、羽根を備えたインペラと、
   前記シャフトを回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダーと、
   前記軸受ホルダーと軸方向で離間した状態で隣接し、前記インペラと前記シャフトを結合するブッシュと、
   前記軸受ホルダーの側から前記ブッシュの方向に突出した弾性部材と
   を備える遠心ファン。
2. 前記弾性部材は環形状を有し、
   前記弾性部材の内周に形成された凹凸構造と前記軸受ホルダーの外周に形成された凹凸構造とが噛み合う状態で、前記軸受ホルダーに前記弾性部材が取り付けられている請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記軸受ホルダーには、ステータコアが固定されており、
   軸方向において、前記弾性部材は、前記ステータコアに接触している請求項２に記載の遠心ファン。
4. 前記弾性部材は、前記軸受ホルダーの前記結合部材の側の端部の少なくとも一部を覆っている請求項１乃至３の何れか一項に記載の遠心ファン。

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