JP2023032785A - インペラカップ及びファン - Google Patents

Abstract

【課題】応力の集中について改善したインペラカップを提供することである。【解決手段】中心軸を中心に回転するアウターロータモータのロータを軸方向一方側から覆う樹脂製のインペラカップであって、前記インペラカップは、軸方向一方側で径方向に広がる天板部を有し、前記天板部の軸方向一方側は、前記中心軸を中心に周方向に延びる第一円弧と、前記第一円弧の内径側で前記中心軸を中心に周方向に延びる第二円弧を備え軸方向他方側に筒状に凹む第１凹部と、前記第一円弧と前記第二円弧を径方向に結ぶ複数の一方側リブと、を有し、前記第１凹部はゲート痕を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、インペラカップ及びファンに関する。

ＯＡ機器などの冷却に使用される軸流ファン等のインペラカップは、例えばインジェクションモールドによって製造される。特許文献１に記載の発明では、ピンゲートを用いるインジェクションモールドで部品を製造する場合に、ゲートから射出した樹脂を切断した際に生じるゲート痕の周囲が同心円状に凹むことでゲート痕が表面に突出しないようにし、ゲート痕を除去する工程を必要としないで済むようにしている。

実用新案登録第２５７９８６０号公報

ところで、アウターロータ型のモータを使用する軸流ファンでは、翼とロータを接続するインペラカップに大きな応力がかかる。インジェクションモールドでインペラカップと翼を成形した場合、熱衝撃試験などでウエルド付近やピンゲート周辺に発生する応力により不具合が発生する場合がある。

従来のように、ゲート痕の周囲が同心円状に凹む構造では、ゲート痕の周辺に集中する応力が大きく、ゲート痕の周辺において破損等してしまう不具合が発生するおそれがあった。

このように、従来、インペラカップにかかる応力の集中について改善の余地があった。

本発明の目的は、応力の集中について改善したインペラカップを提供することである。

本願の例示的な第１発明は、中心軸を中心に回転するアウターロータモータのロータを軸方向一方側から覆う樹脂製のインペラカップであって、前記インペラカップは、軸方向一方側で径方向に広がる天板部を有し、前記天板部の軸方向一方側は、前記中心軸を中心に周方向に延びる第一円弧と、前記第一円弧の内径側で前記中心軸を中心に周方向に延びる第二円弧を備え軸方向他方側に筒状に凹む第１凹部と、前記第一円弧と前記第二円弧を径方向に結ぶ複数の一方側リブと、を有し、前記第１凹部はゲート痕を有する。

本願の例示的な第１発明によれば、応力の集中について改善したインペラカップを提供することが出来る。

本発明の一実施形態に係るインペラカップを備えたファンを示す斜視図である。 図１に示したファン１０の底面図である。 図１に示したファン１０の側断面図である。 図１に示したインペラカップ１００及び翼２００の平面図である。 図１に示したインペラカップ１００及び翼２００の斜視図である。 インペラカップの軸方向一方側の熱衝撃応力解析結果を示すコンター図である。 インペラカップの軸方向他方側の熱衝撃応力解析結果を示すコンター図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るインペラカップについて説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｘ軸方向は、中心軸Ｊに対する径方向のうち図２の左右方向とする。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向の両方と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を＋側、反対側を－側とする。

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「フロント側」又は「一方側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（－Ｚ側）を「リア側」又は「他方側」と呼ぶ。なお、リア側（他方側）及びフロント側（一方側）とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。径方向において中心軸Ｊに近づく側を「径方向内側」と呼び、中心軸Ｊから遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。周方向において、図１の矢印が指す側を＋θ側（周方向一方側）、反対側を－θ側（周方向他方側）とする。

なお、本明細書において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。

［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係るインペラカップを備えたファンを示す斜視図である。
ファン１０は、インペラカップ１００と、インペラカップ１００に固定された翼２００と、インペラカップ１００を回転させるモータ４００（図３参照）と、インペラカップ１００、翼２００及びモータ４００を収容する筐体部３００と、を有する。翼２００は、インペラカップ１００の径方向外側に、周方向に沿って７個配置されている。

図２は、図１に示したファン１０の底面図である。
ファン１０は、モータ４００を収容するモータケース３１０、及びモータケース３１０を支持するリブ３２０を有する。筐体部３００は、リブ３２０を介してモータケース３１０を支持する。リブ３２０は、モータケース３１０から径方向外側に延びて筐体部３００に達する。リブ３２０は、周方向に沿って４個配置されている。

図３は、図１に示したファン１０の側断面図である。図３は、Ｘ軸と直交し、中心軸Ｊを通る面で切断した側断面図である。
モータ４００は、アウターロータモータである。モータ４００は、ステータ４１０と、ロータ４２０と、シャフト４３０と、シャフト４３０を軸支する軸受４４０及び４５０と、を有する。ロータ４２０は、ステータ４１０の径方向外側に配置される。

ロータ４２０は、ステータ４１０の径方向外側に配置される。インペラカップ１００は、ロータ４２０を軸方向一方側から覆う。インペラカップ１００は、樹脂製部材であり、ロータ４２０及びシャフト４３０を配置した金型でインサート成形により製造される。シャフト４３０は、中心軸Ｊに沿って延びる。

モータケース３１０は、軸方向他方側で径方向に広がる台座部３１１と、台座部３１１から軸方向一方側に延びる筒状部３１２と、を有する。台座部３１１は、リブ３２０によって筐体部３００と固定される。軸受４４０及び４５０は、筒状部３１２の内周側に固定され、シャフト４３０を軸支する。ステータ４１０は、筒状部３１２の外周側に固定される。ファン１０は、ロータ４２０が中心軸Ｊ周りを－θ方向に回転することで、軸方向他方側から軸方向一方側に向けて送風を行う。

図４は、図１に示したインペラカップ１００及び翼２００の平面図である。
インペラカップ１００は、径方向に広がる天板部１１０を有する。面１０１は、天板部１１０の軸方向一方側の面である。天板部の軸方向一方側は、中心軸Ｊを中心に周方向に延びる第一円弧１１１と、第一円弧１１１の内径側で中心軸Ｊを中心に周方向に延びる第二円弧１１２と、面１０１から軸方向他方側に筒状に凹む第１凹部１１５を有する。第１凹部１１５の軸方向の深さは、例えば０．５ｍｍである。中心軸Ｊから天板部１１０の径方向外側端までの長さは、中心軸Ｊから第一円弧１１１までの長さの３～４倍である。

天板部１１０の軸方向一方側は、第１凹部１１５と、その第１凹部１１５と周方向で隣接する第１凹部１１５との間に一方側リブ１１３を有する。第１凹部１１５は、一方側リブ１１３によって３カ所の凹部に分割される。一方側リブ１１３の軸方向一方側端面の軸方向位置は、面１０１の軸方向位置と同じである。一方側リブ１１３は、第一円弧１１１と第二円弧１１２を径方向に結ぶ。一方側リブ１１３は、径方向内側の幅（周方向の長さ）と径方向外側の幅が等しい。一方側リブ１１３の幅は、例えば２．０ｍｍである。

第１凹部１１５は、ゲート痕１１４を有する。ゲート痕１１４は、インペラカップ１００をインサート成形する際に金型に樹脂を充填するピンゲートからの樹脂を切断した痕跡である。インペラカップ１００は、一方側リブ１１３によって３カ所の凹部に分割された第１凹部１１５のそれぞれに１つずつゲート痕１１４を有する。ゲート痕１１４は、径方向に第一円弧１１１と第二円弧１１２の中間であって、周方向に一方側リブ１１３と他の一方側リブ１１３との中間に位置する。

図５は、図１に示したインペラカップ１００及び翼２００の斜視図である。図５は、インペラカップ１００の軸方向他方側が見える向きで示す斜視図である。
天板部１１０の軸方向他方側は、軸方向他方側に柱状に延びる凸部１５０と、凸部１５０の軸方向他方側端の面１５１を有する。本実施形態では凸部１５０は円柱状であるが、本発明はこれに限られず、凸部１５０は、角柱状、円錐状又は角錐状であってもよい。また、図３に示すように、凸部１５０の外側部１５０ａは、第一円弧１１１と軸方向に重なる。

凸部１５０は、軸方向一方側に筒状に凹む第２凹部１５２と、第２凹部１５２を周方向に分割する複数の第１リブ１５３及び第２リブ１５４と、を有する。第２凹部１５２は、面１５１から軸方向一方側に凹む。第２凹部１５２の軸方向の深さは、例えば０．９ｍｍである。第１リブ１５３及び第２リブ１５４は、第２凹部１５２を周方向に分割する複数の他方側リブの一例である。第１リブ１５３は、周方向に沿って３個配置されている。第２リブ１５４、周方向に沿って３個配置されている。第２凹部１５２は、第１リブ１５３と第２リブ１５４によって周方向に沿って６個に分割されている。

第１リブ１５３は、径方向内側の幅と径方向外側の幅が等しい。第１リブ１５３の幅は、例えば２．０ｍｍである。第１リブ１５３は、天板部１１０の軸方向一方側のゲート痕１１４と軸方向に対向する。第１リブ１５３は、少なくとも一部がゲート痕１１４と軸方向に重なる。

第２リブ１５４は、第１リブ１５３よりも幅が小さい。第２リブ１５４の幅は、第１リブ１５３の幅の３０～５０％である。第２リブ１５４は、径方向内側の幅と径方向外側の幅が等しい。第２リブ１５４の幅は、例えば０．８ｍｍである。第２リブ１５４は、天板部１１０の軸方向一方側の一方側リブ１１３と軸方向に対向する。第２リブ１５４は、少なくとも一部が一方側リブ１１３と軸方向に重なる。

図６は、インペラカップの軸方向一方側の熱衝撃応力解析結果を示すコンター図である。図６（Ａ）は従来のインペラカップについて示す図であり、図６（Ｂ）は本実施形態のインペラカップ１００について示す図である。図６（Ａ）の従来のインペラカップは、ゲート痕１１１４の周囲に同心円状に凹む凹部１１１５を有する構造のインペラカップである。

図６（Ａ）に示すように、従来はゲート痕１１１４の周囲に応力が集中し、ゲート痕１１１４の周囲に大きな応力がかかることがわかる。これに対して、図６（Ｂ）に示すように、本実施形態のインペラカップ１００では、ゲート痕１１４の周囲に応力が集中することなく、応力は分散される。本実施形態のインペラカップ１００によれば、この応力の分散により、不具合の発生を抑制出来る。

図７は、インペラカップの軸方向他方側の熱衝撃応力解析結果を示すコンター図である。図７（Ａ）は従来のインペラカップについて示す図であり、図７（Ｂ）は本実施形態のインペラカップ１００について示す図である。
図７（Ａ）の従来のインペラカップは、図６（Ａ）のインペラカップと同じものである。

図７（Ａ）に示すように、従来は、軸方向他方側においても応力が集中する箇所が見られる。これに対して、図７（Ｂ）に示すように、本実施形態のインペラカップ１００では、軸方向他方側においても応力は分散される。本実施形態のインペラカップ１００によれば、この応力の分散により、不具合の発生を抑制出来る。

＜インペラカップ１００及びファン１０の作用・効果＞
次に、インペラカップ１００及びファン１０の作用・効果について説明する。

上述の実施形態に係る発明においては、中心軸を中心に回転するアウターロータモータのロータを軸方向一方側から覆う樹脂製のインペラカップであって、前記インペラカップは、軸方向一方側で径方向に広がる天板部を有し、前記天板部の軸方向一方側は、前記中心軸を中心に周方向に延びる第一円弧と、前記第一円弧の内径側で前記中心軸を中心に周方向に延びる第二円弧を備え軸方向他方側に筒状に凹む第１凹部と、前記第一円弧と前記第二円弧を径方向に結ぶ複数の一方側リブと、を有し前記第１凹部はゲート痕を有する。
このため、第１凹部によって応力の集中を防ぐことが出来、不具合の発生を抑制出来る。

また、前記ゲート痕は、径方向に前記第一円弧と前記第二円弧の中間で、周方向に前記一方側リブと他の前記一方側リブとの中間に位置する。
このため、モールド時に第１凹部内の樹脂の流れが対称となり応力の集中を防ぐことが出来、不具合の発生を抑制出来る。

また、前記第１凹部は前記一方側リブによって３カ所の凹部に分割され、前記ゲート痕は前記３カ所の凹部のそれぞれに配置される。
このため、ピンゲートを周方向に３個配置することで、成形時の充填をスムーズにし、強度をより高めることが出来る。

また、前記中心軸から前記天板部の径方向外側端までの長さは、前記中心軸から前記第一円弧までの長さの３～４倍である。
このため、第１凹部によって応力の集中を防ぐことが出来、不具合の発生を抑制出来る。

また、前記一方側リブは、径方向内側の幅と径方向外側の幅が等しい。
このため、第１凹部によって応力の集中を防ぐことが出来、不具合の発生を抑制出来る。

また、前記天板部の軸方向他方側は、軸方向他方側に柱状に延びる凸部を有し、前記凸部の外側部の少なくとも一部は、前記第一円弧と軸方向に重なる。
このため、凸部によって第１円弧の位置の強度を高めることが出来る。

また、前記天板部の軸方向他方側の前記凸部は、前記凸部内で軸方向一方側に筒状に凹む第２凹部と、前記第２凹部を周方向に分割する複数の他方側リブと、を有する。
このため、他方側リブによって強度を保ちながら軽量化することが出来る。

また、前記他方側リブは、第１リブと、前記第１リブよりも幅が小さい第２リブと、を有し、前記第１リブは、前記ゲート痕と軸方向に対向し、前記第２リブは、前記一方側リブと軸方向に対向する。
このため、第１リブが湯留まりの役割を果たし、成形時の充填をスムーズにし、強度をより高めることが出来る。

また、前記第２リブの幅は、前記第１リブの幅の３０～５０％である。
このため、強度を保ちながら軽量化することが出来る。

また、前記他方側リブは、径方向内側の幅と径方向外側の幅が等しい。
このため、強度を保ちながら軽量化することが出来る。

また、ファンであって、前記インペラカップと、前記インペラカップを回転させる前記アウターロータモータと、前記インペラカップに固定された複数の翼と、を有する。
このため、ファンにおいて、インペラカップにおける応力の集中を防ぐことが出来、不具合の発生を抑制出来る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲及び要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ ファン
１００ インペラカップ
１０１ 天板部
１１０ 面
１１１ 第一円弧
１１２ 第二円弧
１１３ 一方側リブ
１１４ ゲート痕
１１５ 第１凹部

Claims (11)

1. 中心軸を中心に回転するアウターロータモータのロータを軸方向一方側から覆う樹脂製のインペラカップであって、
   前記インペラカップは、軸方向一方側で径方向に広がる天板部を有し、
   前記天板部の軸方向一方側は、
   前記中心軸を中心に周方向に延びる第一円弧と、前記第一円弧の内径側で前記中心軸を中心に周方向に延びる第二円弧を備え軸方向他方側に筒状に凹む第１凹部と、
   前記第一円弧と前記第二円弧を径方向に結ぶ複数の一方側リブと、
   を有し、
   前記第１凹部はゲート痕を有する、
   インペラカップ。
2. 前記ゲート痕は、
   径方向に前記第一円弧と前記第二円弧の中間で、
   周方向に前記一方側リブと他の前記一方側リブとの中間に位置する、
   請求項１に記載のインペラカップ。
3. 前記第１凹部は前記一方側リブによって３カ所の凹部に分割され、
   前記ゲート痕は前記３カ所の凹部のそれぞれに配置される、
   請求項１又は２記載のインペラカップ。
4. 前記中心軸から前記天板部の径方向外側端までの長さは、前記中心軸から前記第一円弧までの長さの３～４倍である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のインペラカップ。
5. 前記一方側リブは、径方向内側の幅と径方向外側の幅が等しい、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のインペラカップ。
6. 前記天板部の軸方向他方側は、軸方向他方側に柱状に延びる凸部を有し、
   前記凸部の外側部の少なくとも一部は、前記第一円弧と軸方向に重なる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のインペラカップ。
7. 前記天板部の軸方向他方側の前記凸部は、
   前記凸部内で軸方向一方側に筒状に凹む第２凹部と、
   前記第２凹部を周方向に分割する複数の他方側リブと、
   を有する、
   請求項６に記載のインペラカップ。
8. 前記他方側リブは、第１リブと、前記第１リブよりも幅が小さい第２リブと、を有し、
   前記第１リブは、前記ゲート痕と軸方向に対向し、
   前記第２リブは、前記一方側リブと軸方向に対向する、
   請求項７に記載のインペラカップ。
9. 前記第２リブの幅は、前記第１リブの幅の３０～５０％である、
   請求項８に記載のインペラカップ。
10. 前記他方側リブは、径方向内側の幅と径方向外側の幅が等しい、
    請求項７から９のいずれか１項に記載のインペラカップ。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のインペラカップと、
    前記インペラカップを回転させる前記アウターロータモータと、
    前記インペラカップに固定された複数の翼と、
    を有する、
    ファン。
    
    

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