JP2019203482A - 遠心ファンおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロータマグネットをインペラの本体部に接着する必要が無いことは勿論のこと、ロータマグネットとしてラバーマグネットを用いた場合であってもラバーマグネットが損傷を受けることがなく、しかもインペラを成形するための金型を複雑化する必要のない遠心ファンを提供する。【解決手段】上ケーシング101と、上ケーシング101と結合する下ケーシング102と、上ケーシング101と下ケーシング102の間に回転自在な状態で保持されたインペラ104と、インペラ104の回転中心と同軸でインペラ104か下ケーシング102側へ突出する筒状部114と、筒状部114の内周部に収容された環状のロータマグネット116とを備えている。筒状部114の上端部側に、ロータマグネット116の上端面が当接する段部114aを備え、筒状部114の下端部に、塑性変形してロータマグネット116の下端面に当接する複数の係合突起部114bを備えた。【選択図】図2
Description
本発明は、遠心ファンとその製造方法に関する。
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において、ロータマグネット14はロータヨーク13の内周面に接着剤で接着されている。このように、特許文献1の遠心ファンは、ロータマグネット14がロータヨーク13の内周面に接着剤で接着されているため、接着剤を塗布し、接着するための作業が必要となり、遠心ファンのコスト低減が必ずしも図れない。
これに対して、羽根車(インペラ)とリングマグネットとの固着強度の確保と、コストダウンとを両立できる遠心ファンが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献2の遠心ファンでは、羽根車44の本体部48に、リングマグネット46を軸方向他方側から支持するストッパ部54と、リングマグネット46を径方向外側から位置規制する規制部56と、リングマグネット46を軸方向一方側に移動不能に保持する保持部58とが設けられている。この構成によれば、ストッパ部54、規制部56、保持部58によって羽根車44とリングマグネット46との固定強度を確保することができる。また、リングマグネット46を本体部48に接着したり圧入したりする必要が無いので、コストダウンを図ることができる。
特許文献2の遠心ファンでは、リングマグネット46は軸方向一方側から羽根車44に近づけ、複数の保持部58がリングマグネット48の径方向外側に弾性変形された状態で、リングマグネット46は複数の保持部58及び複数の規制部56の内側に挿入され、保持部58の先端側に形成された係合部60が、リングマグネット46の軸方向一方側の外周縁部46Aに形成された複数の係合凹部64と係合されることによって、リングマグネット46が羽根車44に固定される。
特許文献2の遠心ファンでは、各保持部58が径方向外側に弾性変形された状態で、リングマグネット46が複数の保持部58及び複数の規制部56の内側に挿入され、保持部58の先端側に形成された係合部60が、リングマグネット46に形成された係合凹部64と係合する構成である。ここで、ラバーマグネットをリングマグネット46として用いた場合、各保持部58を径方向外側に弾性変形された状態で、リングマグネット46を複数の保持部58及び複数の規制部56の内側に挿入した時、保持部58の先端側に形成された係合部60によって、ラバーマグネットが削られる虞があり、削り屑が生じた場合、この削り屑を取り除く作業が必要となる。
また、特許文献2の遠心ファンにおけるリングマグネット46としては、極異方性を有するマグネットを用いているが、ラジアル方向に着磁された環状のマグネットを用いる場合、環状のバックヨークを装着する。このバックヨークを羽根車44とともにインサート成形して、複数の保持部58及び複数の規制部56の内側に一体成形にて形成する場合、各保持部58の先端側に形成された係合部60が、半径方向内側に突出した構成となっているため、羽根車44を成型するための金型として、上下方向に開く金型のみによって成形することができず、金型が複雑となり、製造コストが割高となる。
このような背景において、本発明は、ロータマグネットをインペラの本体部に接着する必要が無いことは勿論のこと、ロータマグネットとしてラバーマグネットを用いた場合であってもラバーマグネットが損傷を受けることがなく、しかもインペラを成形するための金型を複雑化する必要のない遠心ファンおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上ケーシングと、前記上ケーシングと結合された下ケーシングと、前記上ケーシングと前記下ケーシングの間に回転自在な状態で保持されたインペラと、前記インペラの回転中心と同軸で前記インペラから前記下ケーシング側へ突出する筒状部と、前記筒状部の内周部に嵌入された環状のロータマグネットとを備え、前記筒状部の上端部側に、前記ロータマグネットの上端面が当接する段部を備え、前記筒状部の下端部に、塑性変形して前記ロータマグネットの下端面に当接する複数の係合突起部を備えた遠心ファンファンである。
本発明においては、筒状部の内周面にバックヨークが固定されていることを好ましい態様とする。ロータマグネットとして帯状のマグネットを環状にカールさせた安価なラバーマグネットを用いることができる。そして、ラバーマグネットの繋ぎ目に係合突起部の1つが当接していることを好ましい態様とする。また、係合突起部は熱可塑性樹脂製であり、筒状部の内周側に向けて塑性変形されたものであることを好ましい態様とする。
次に、本発明の他の特徴は、上ケーシングと下ケーシングとの間にインペラを回転自在な状態で保持し、この状態で前記上ケーシングと前記下ケーシングとを結合し、前記インペラは、該インペラの回転中心と同軸で該インペラから前記下ケーシング側へ突出する筒状部を備え、前記筒状部の下端部は、前記下ケーシング側へ向けて突出する複数の係合突起部を備え、前記筒状部の内周部に環状のロータマグネットを嵌入し、前記係合突起部を前記筒状部の内周側へ変形させることにより、前記ロータマグネットの両端面を前記筒状部の上端部側に設けた段部と前記係合突起部とにより挟持する遠心ファンの製造方法である。
本発明においてもロータマグネットは例えば帯状のラバーマグネットであり、ラバーマグネットを環状にカールさせて筒状部の内周部に嵌入し、係合突起部の1つをラバーマグネットの繋ぎ目に当接させることを好ましい態様とする。
本発明によれば、リングマグネットを本体部に接着する必要が無いことは勿論のこと、リングマグネットとしてラバーマグネットを用いた場合であってもラバーマグネットが損傷を受けることがなく、しかも羽根車を成形するための金型を複雑化する必要がない。
1.遠心ファンの基本構成
図1は、実施形態の遠心ファン100を回転軸(シャフト112)に沿って切断した断面図である。遠心ファン100は、合成樹脂製の上ケーシング101と合成樹脂製の下ケーシング102から構成されるケーシング103を備えている。
図1は、実施形態の遠心ファン100を回転軸(シャフト112)に沿って切断した断面図である。遠心ファン100は、合成樹脂製の上ケーシング101と合成樹脂製の下ケーシング102から構成されるケーシング103を備えている。
上ケーシング101と下ケーシング102の結合は、上ケーシング101と下ケーシング102の間に介装した支柱109によって行われている。上ケーシング101、下ケーシング102および支柱109は、合成樹脂の射出成形で形成されている。具体的には、上ケーシング101と支柱109が一体となった部材を、合成樹脂を原料とした射出成型法で形成し、他方で下ケーシング102を同様な射出成型法で別に形成する。そして、支柱109の端面(先端)に形成されたボス(ピン形状の突出部)を、下ケーシング102に形成された貫通孔に挿通し、この貫通孔から突出したボスの先端を熱変形(熱カシメ、赤外線カシメ、等)させて潰れた先端部109aを形成することで、支柱109を介した上ケーシング101と下ケーシング102の結合が行われている。上ケーシング101と下ケーシング102の結合を、ねじやボルト等の締結部材を用いて行う構造も可能である。
ケーシング103の内側には、インペラ104が回転自在な状態で収納されている。インペラ104は、熱可塑性樹脂製であり、環状の主板105、環状のシュラウド107、および主板105とシュラウド107の間の複数の羽根106が一体に成形された構造を有している。羽根106は、全て同じ形状の後向き羽根で周方向に均等に配置されている。
上ケーシング101の中心には、吸込口108が設けられている。インペラ104が回転することで、吸込口108から空気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、シュラウド107に形成された開口からインペラ104の羽根106の間を通過してインペラ104から半径方向外側に吹き出され、上ケーシング101と下ケーシング102の間に介装された支柱109を除いた側面に形成された吹出口110からケーシング103の外方に向けて噴出する。
インペラ104を構成する円板形状の主板105の中央部分には、中央に開口部を有するカップ状のハブ111が形成され、ハブ111の中央の開口部には金属製のシャフト112が埋め込まれて結合されている。ハブ111の中に埋め込まれたシャフト112の外周面には、2列の環状の溝112aが形成され(図2参照)、溝112aの間の外周面には、綾目のローレット加工にて凹凸面が形成されている。このため、溝112aと凹凸面にハブ111を構成する熱可塑性樹脂が入り込み、周方向の回り止め、および軸方向の抜け止めとなっている。なお、シャフト112の外周にフランジを設け、このフランジをハブ111に埋め込むことで、軸方向の抜け止め構造を得てもよい。
また、ハブ111の内側には複数の同心状のリブ111aが形成され、同心状のリブ111aは複数の放射状のリブ111bによって結合されている。これらリブ111a,111bによってハブ111の剛性が高められている。
ハブ111の外周部には、下方に突出する円筒状の筒状部114が形成されている。筒状部114は厚さが一様な円筒状に形成されているが、円筒状以外の形状であっても差し支えない。筒状部114の内周面には軟磁性の鉄材からなる環状のバックヨーク115の上端側がインペラ104に埋め込まれて固定され、更にその内周面には、環状のロータマグネット116が装着されている。ロータマグネット116は、例えば帯状のラバーマグネットを環状にカールさせたもので、周方向に沿ってNSNS・・と交互に磁極の極性が反転する状態で着磁されている。ロータマグネット116の装着構造については後に詳述する。
インペラ104は、以下のようにして作製される。まず、図示しない金型に、インサート部品として、シャフト112と、バックヨーク115をセットする。そして、金型内に熱可塑性樹脂を充填して、主板105(ハブ111と筒状部114が含まれる)、シュラウド107、および羽根106が一体となったインペラ104を一体成形する。この際、熱可塑性樹脂製のインペラ104、金属製のシャフト112およびバックヨーク115が一体となる。
インペラ104は、モータ120により駆動され回転する。モータ120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120のステータは、下ケーシング102に固定された金属製で円筒形状の軸受ホルダー150の外周に固定されている。モータ120のステータは、ステータコア121、インシュレータ122およびステータコイル123により構成されている。
ステータコア121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121は、環形状を有し、半径方向外側に向けて突出する複数の極歯を備えている。この複数の極歯には、合成樹脂製のインシュレータ122が装着され、その上からステータコイル123が巻かれている。
ステータコア121の極歯の外周面に対向した位置には、当該極歯の外周面に対して隙間を有した状態でロータマグネット116が位置している。ステータコイル123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116がシャフト112を軸として回転する駆動力が発生し、インペラ104が回転する。
シャフト112を回転自在な状態で支える軸受ホルダー150は、下ケーシング102と一体化されている。すなわち、金属製の軸受ホルダー150をインサート部品として、下ケーシング102が合成樹脂の一体成型により成形され、合成樹脂製の下ケーシング102に金属製の軸受ホルダー150が埋め込まれた状態で一体化されている。
軸受ホルダー150には、一対の玉軸受113a,113bが装着されており、玉軸受113a,113bによりシャフト112が回転可能な状態で保持されている。一対の玉軸受113a,113bの間には、玉軸受113a,113bに予圧を付与するためのコイルばね125が介装されている。
下ケーシング102の下部には、コネクタピン126をインサートしてコネクタハウジング127が下ケーシング102と一体成形に形成されている。コネクタピン126の端部は、回路基板128の配線パターンと電気的に接続されている。回路基板128には、モータ120の駆動に必要な電子回路が搭載されている。
2.ロータマグネットの装着構造
図2は遠心ファン100の中央部分を拡大した図である。図2に示すように、筒状部114の上端部側には、段部114aが形成され、この段部114aに、ロータマグネット116の上端面が当接している。筒状部114の下端面には複数(この実施形態では4個)の係合突起部114bが円周方向に等間隔に形成されている。係合突起部114bは、断面矩形状をなし、筒状部114の下端面から半径方向内側に直角に突出している。これによって、係合突起部114bは、ロータマグネット116の下端面に当接している。ロータマグネット116の高さは、バックヨーク115の高さと同じか僅かに大きく設定されている。このため、ロータマグネット116は、係合突起部114bおよび段部114aに当接している。
図2は遠心ファン100の中央部分を拡大した図である。図2に示すように、筒状部114の上端部側には、段部114aが形成され、この段部114aに、ロータマグネット116の上端面が当接している。筒状部114の下端面には複数(この実施形態では4個)の係合突起部114bが円周方向に等間隔に形成されている。係合突起部114bは、断面矩形状をなし、筒状部114の下端面から半径方向内側に直角に突出している。これによって、係合突起部114bは、ロータマグネット116の下端面に当接している。ロータマグネット116の高さは、バックヨーク115の高さと同じか僅かに大きく設定されている。このため、ロータマグネット116は、係合突起部114bおよび段部114aに当接している。
3.ロータマグネットの装着方法
図3乃至図6を参照してロータマグネット116をバックヨーク115の内周に装着する方法を説明する。図3に示すように、ロータマグネット116は、帯状のマグネットを継ぎ目116aで突き合わせて環状にしたものである。なお、帯状のマグネットを継ぎ目116aで接着することもできる。
図3乃至図6を参照してロータマグネット116をバックヨーク115の内周に装着する方法を説明する。図3に示すように、ロータマグネット116は、帯状のマグネットを継ぎ目116aで突き合わせて環状にしたものである。なお、帯状のマグネットを継ぎ目116aで接着することもできる。
図3に示す状態で、バックヨーク115は筒状部114の内周面に固定している。また、係合突起部114bは、筒状部114の下端面から下方へ向け真っ直ぐに伸びている。帯状のラバーマグネットをカールして環状にしたロータマグネット116をバックヨーク115の内周面に圧入にて嵌入し、ロータマグネット116の上端面を筒状部114の根元の段部114aに当接させる(図4参照)。このとき、ロータマグネット116の継ぎ目116aを係合突起部114bの位置に合わせる。
この状態で係合突起部114bの根元を加熱して軟化させ、係合突起部114bを内周側へ屈曲させる(図5、図6参照)。これにより、係合突起部114bのそれまで内周側を向いていた面が塑性変形によってロータマグネット116の下端面に当接し、ロータマグネット116は、段部114aおよび係合突起部114bによって挟持され、両者に当接した状態となる。
4.遠心ファンの効果
上記構成の遠心ファン100によれば、ロータマグネット116を筒状部114に接着する必要が無いことは勿論のこと、ロータマグネット116としてラバーマグネットを用いた場合であってもラバーマグネットが損傷を受けることがない。したがって、接着工程を省略することができるとともに、安価なラバーマグネットをバックヨーク115の内周面に装着することができるので、製造コストを低減することができる。
上記構成の遠心ファン100によれば、ロータマグネット116を筒状部114に接着する必要が無いことは勿論のこと、ロータマグネット116としてラバーマグネットを用いた場合であってもラバーマグネットが損傷を受けることがない。したがって、接着工程を省略することができるとともに、安価なラバーマグネットをバックヨーク115の内周面に装着することができるので、製造コストを低減することができる。
上記構成の遠心ファン100では、係合突起部114bは、加熱して塑性変形させる前は筒状部114の下端面から下方へ向け真っ直ぐに伸びているので、インペラ104を成型するための金型として、上下方向に開く金型のみによって成形することができ、金型が単純となり、製造コストを抑えることができる。
前述のように、特許文献2に記載の遠心ファンでは、各保持部58が径方向外側に弾性変形された状態で、リングマグネット46が複数の保持部58及び複数の規制部56の内側に挿入され、保持部58の先端側に形成された係合部60が、リングマグネット46に形成された係合凹部64と係合する構成である。このため、係合部60と係合凹部64の間にはクリアランスが必要となり、リングマグネット46が羽根車44の中で上下方向に振動するという問題がある。この点、上記構成の遠心ファン100では、ロータマグネット116は、段部114aおよび係合突起部114bによって挟持され、両者に当接した状態であるから、インペラ104の中での振動が抑制される。
特に、上記実施形態では、ロータマグネット116の繋ぎ目116aを係合突起部114bによって押さえているから、繋ぎ目116aでのロータマグネット116の分離を抑制することができる。なお、そのような効果は繋ぎ目116aで接着した場合であっても得ることができる。
5.その他
上記実施形態では、係合突起部114bを加熱して軟化させ、係合突起部114bを内周側へ屈曲させ、係合突起部114bをロータマグネット116の下端面に当接させて挟持しているが、係合突起部114bの先端部を加熱して塑性変形させ、係合突起部114bの先端部を潰してロータマグネット116の下端面に当接させて挟持した構成であっても良い。
上記実施形態では、係合突起部114bを加熱して軟化させ、係合突起部114bを内周側へ屈曲させ、係合突起部114bをロータマグネット116の下端面に当接させて挟持しているが、係合突起部114bの先端部を加熱して塑性変形させ、係合突起部114bの先端部を潰してロータマグネット116の下端面に当接させて挟持した構成であっても良い。
100…遠心ファン、101…上ケーシング、102…下ケーシング、103…ケーシング、104…インペラ、105…主板、106…羽根、107…シュラウド、108…吸込口、109…支柱、109a…先端部、110…吹出口、111…ハブ、111a…同心状のリブ、111b…放射状のリブ、112…シャフト、112a…溝、113a…玉軸受、113b…玉軸受、114…筒状部、114a…段部、114b…係合突起部、115…バックヨーク、116…ロータマグネット、116a…継ぎ目、120…モータ、121…ステータコア、122…インシュレータ、123…ステータコイル、125…コイルばね、126…コネクタピン、127…コネクタハウジング、128…回路基板、150…軸受ホルダー。
Claims (9)
- 上ケーシングと、
前記上ケーシングと結合された下ケーシングと、
前記上ケーシングと前記下ケーシングの間に回転自在な状態で保持されたインペラと、
前記インペラの回転中心と同軸で前記インペラから前記下ケーシング側へ突出する筒状部と、
前記筒状部の内周部に嵌入された環状のロータマグネットと
を備え、
前記筒状部の上端部側に、前記ロータマグネットの上端面が当接する段部を備え、
前記筒状部の下端部に、塑性変形して前記ロータマグネットの下端面に当接する複数の係合突起部を備えた遠心ファン。 - 前記筒状部の内周面にバックヨークが固定されている請求項1に記載の遠心ファン。
- 前記ロータマグネットは帯状のマグネットを環状にカールさせたラバーマグネットである請求項1または2に記載の遠心ファン。
- 前記係合突起部の1つは、前記ラバーマグネットの繋ぎ目に密着している請求項3に記載の遠心ファン。
- 前記係合突起部は熱可塑性樹脂製であり、熱変形されたものである請求項1乃至4のいずれか一項に記載の遠心ファン。
- 上ケーシングと下ケーシングとの間にインペラを回転自在な状態で保持し、この状態で前記上ケーシングと前記下ケーシングとを結合し、
前記インペラは、該インペラの回転中心と同軸で該インペラから前記下ケーシング側へ突出する筒状部を備え、前記筒状部の下端部は、前記下ケーシング側へ向けて突出する複数の係合突起部を備え、
前記筒状部の内周部に環状のロータマグネットを嵌入し、
前記係合突起部を変形させることにより、前記ロータマグネットの両端面を前記筒状部の上端部側に設けた段部と前記係合突起部とにより挟持する遠心ファンの製造方法。 - 前記係合突起部を加熱して、前記係合突起部を内周側へ屈曲させて変形させる請求項5に記載の遠心ファンの製造方法。
- 前記係合突起部の先端部を加熱して、前記先端部を潰し、変形させる請求項5に記載の遠心ファンの製造方法。
- 前記ロータマグネットは帯状のラバーマグネットであり、該ラバーマグネットを環状にカールさせて前記筒状部の内周部に嵌入し、前記係合突起部の1つを前記ラバーマグネットの繋ぎ目に密着させる請求項5に記載の遠心ファンの製造方法。
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