JP2019203482A - 遠心ファンおよびその製造方法 - Google Patents

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。

特開２０１７−２２３２０３号公報 特開２０１１−２２３６８７号公報

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。

本発明の実施形態の遠心ファンを示す断面図である。 図１に示す遠心ファンの部分拡大図である。 図１に示すインペラの筒状部にロータマグネットを装着する工程を説明する断面分解斜視図である。 インペラの筒状部にロータマグネットを装着した状態を示す断面斜視図である。 図４に示す係合突起部の基部を加熱して軟化し先端部を変形させてロータマグネットを固定した状態を示す断面斜視図である。 図５における係合突起部の先端部分の拡大図である。

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。

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。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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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