JP3268123B2 - ターボファン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば空気調和機に
備えられるターボファンに係り、特に、厚肉に成形され
るブレードに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、天井埋込み形の室内ユニット
を備えた空気調和機がある。上記室内ユニットには、被
熱交換室の空気を吸込んで熱交換器と熱交換させ、再び
室内へ送風する送風機が収容される。

【０００３】この送風機の送風ファンには、天井埋込み
形としての使用環境上と、低騒音化の要望が大であると
ころから、送風特性が最適のターボファンが選択される
ことが多い。

【０００４】上記ターボファンは、駆動モータの回転軸
に嵌着されるボス部と、このボス部からホーン状に形成
されるとともに、この先端部がボス部軸線とは直交する
方向に折曲成形される主板と、この主板の先端部面に一
端部が連結され、互いに所定間隔を存して設けられる複
数のブレードと、これらブレードの他端部に亘って架設
される吸込みリングとから構成される。

【０００５】このようなターボファンを形成するための
素材は、当然、成形が容易で、かつ軽量化を得る樹脂材
が選択される。具体的には、樹脂材ＡＳ（アクリルスチ
レン）にガラス繊維ファイバを混入させてなるＡＳ−Ｇ
材もしくは樹脂材ＰＰ（ポリプロピレン）にガラス繊維
ファイバを混入させてなるＰＰ−Ｇ材が多用される。

【０００６】そして、上記ブレードは送風性能の向上
と、送風騒音の低下を得るために、いわゆるＮＡＳＡ
（２重円弧）形状断面を有するように成形される。この
ブレードは、肉厚が比較的厚くなって航空機の翼の断面
とほぼ同様の断面翼となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような断面翼のブ
レードを備えたターボファンであることにより、送風性
能の向上と、送風騒音の低下を得られることは実証され
ている。しかるに、上記断面翼のブレードの肉厚は、少
なくとも１０mm以上の比較的厚いものになるため、新ら
たにファン成形上の問題が発生するようになった。

【０００８】すなわち、他の部位と比較してブレードの
みがより厚肉であるため、樹脂材を加熱溶融して金型に
注入し成形した後の冷却時間が、特にブレードにおいて
長くなる。

【０００９】したがって、ファンとしての成形サイクル
が、従来の薄肉のブレードを備えたものよりも長くなっ
て生産性に悪影響を及ぼす。また、使用材料がかさんで
ターボファン全体の重量が増大し、コストアップに繋が
ってしまう。

【００１０】さらに、ブレードのみが厚肉で、他の部位
が薄肉であるため、互いの連結部および薄肉部における
変形や反りの発生が見られ、この部分において送風性能
に悪影響を及ぼしている。

【００１１】このような不具合を解消するため、たとえ
ば実開昭５７−６３９９７号公報には回転翼の中空部に
軽量充填材を充填する技術が、かつ実開昭５８−１１３
９００号公報には羽根に発泡樹脂を装着し、その発泡樹
脂の表面に硬化性樹脂を塗布して硬化樹脂膜を形成する
技術が提供されるに至った。

【００１２】これら技術によると、軽量化が得られる反
面、製造性が悪くて手間がかかることと、強度的に不安
が残る欠点があり、全面的に採用することは考慮されて
いない。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、送風性能の向
上と、送風騒音の低下を得るよう、いわゆるＮＡＳＡ
（２重円弧）形状断面を有するよう比較的厚い肉厚のブ
レードを備えることを前提として、全体的に軽量化をな
し、成形サイクルの短縮化を図り、成形時の変形や反り
を抑制して強度の維持を得られるターボファンを提供し
ようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的を満足す
るため本発明のターボファンは、請求項１として、ボス
部と、このボス部の外周に連設されたホーン状のテーパ
部と、このテーパ部の先端に連設され上記ボス部の軸線
と直交する円形状の先端部と、一端側が上記先端部に連
結され他端側に吸込みリングが連結された複数のブレー
ドからなる樹脂製のターボファンにおいて、表面側がス
キン層で、内部は発泡層である上記ブレードを具備し、
上記テーパ部は、ボス部外周部に設けられた複数の冷却
用孔と、この冷却用孔と対向してテーパ部の側面に設け
られた複数の側面矩形孔および、冷却用孔と側面矩形孔
とを連通する連通溝によって、複数に分割されているこ
とを特徴とする。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【作用】樹脂材料に発泡材を混入して成形することによ
り、比較的厚い肉厚のブレードにおいて表面側がスキン
層、内部が発泡層となり、成形時における冷却時間が短
縮し、他の薄肉部の変形や反りを抑制する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。成形完成品としてのターボファンは、図１およ
び図２に示すように構成される。すなわち、図中１は主
板である。この主板１は、軸線ｌに沿って防振構造のボ
ス部２を有する。

【００２２】このボス部２の外周から、ホーン状のテー
パ部３となっており、さらにこのテーパ部先端が軸線ｌ
とは直交する方向に折曲される円形状の先端部４となっ
ている。

【００２３】上記主板１の基端部であるボス部２周囲に
は、複数のリブ５…が所定間隔を存して放射状に設けら
れ、これらリブの相互間には複数の冷却用孔６…が開口
されている。

【００２４】主板１の先端部４におけるボス部２側の面
には、後述する複数のブレード７…が所定間隔を存して
一体に連設される。これらブレード７は、比較的厚肉の
断面翼状をなしていて、所定の角度に傾けて形成され
る。

【００２５】上記ブレード７の先端部４側とは反対側の
端部面には、吸込みリング８が一体に連結される。この
吸込みリング８は、主板先端部４の直径と同一の外径に
形成され、内径方向へホーン状をなす。

【００２６】上記吸込みリング８の外周面には、所定間
隔を存して複数の突起１０…が一体に設けられる。それ
ぞれの突起１０は、上記ブレード７の連結位置に対向し
て設けられていて、断面半円状であり、所定幅を有し、
径方向に突出する。これら突起１０は、ターボファンの
成形時に有用である。

【００２７】このようにしてターボファンが形成され、
上記ボス部２がここでは図示しないモータの回転軸に嵌
着され、この回転軸の回転によって送風作用をなす。つ
ぎに、ターボファンの製造方法について説明する。

【００２８】このターボファンは、基材として合成樹脂
材であるＡＳ（アクリルスチレン）が選択される。そし
て、このＡＳ材ににガラス繊維ファイバを重量比で１０
〜２５％混入させてＡＧ−Ｓ材とする。このＡＧ−Ｓ材
に、重量比で１〜５％（好ましくは２％）の発泡材を混
入させたものが、ファンの原材料素材となる。

【００２９】このような原材料素材を成形機の金型に投
入して射出成形を行う。射出成形機は、成形機本体に固
定側金型が設けられ、この固定側金型に対して、第１の
可動側金型と、スライド取付け金型および第２の可動側
金型が、それぞれ軸方向にスライド自在に組み合わせら
れる。

【００３０】上記第１の可動側金型に対して、キャビテ
ィが径方向にスライド自在に組み合わせられ、上記スラ
イド取付け金型には、コアがスライド自在に組み合わせ
られる。上記第２の可動側金型に対して、保持金型が軸
方向にスライド自在に組み合わせられる。

【００３１】これら金型間にターボファン形状をなす空
間部が形成されていて、この空間部に上記発泡材を混入
したＡＧ−Ｓ材を射出し、放熱させ、固形化をなす。固
定側金型と第１の可動側金型で上記主板１部分が成形さ
れ、キャビティとコアおよび第２の可動側金型とで上記
ブレード７部分が成形され、第２の可動金型と保持金型
で上記吸込みリング８部分が成形される。

【００３２】図３に示すように、上記ブレード７はいわ
ゆるＮＡＳＡ翼の断面形状をなし、その最大肉厚部の肉
厚寸法は約１３mmもある。そして、上述した原材料素材
を選択して射出成形することにより、同図に示すような
断面状態となる。

【００３３】すなわち、ブレード７の中央部において発
泡材が発泡し易く、表面側に亘って発泡度合いが低下す
る。最も表面側では、金型による冷却の影響もあって、
ほとんど発泡せず硬質化した層となる。

【００３４】なお説明すれば、ブレード７の表面側は、
上記金型によって発泡材の核が成長し難く、低発泡状態
となる。ところが、内部に亘って金型から受ける冷却作
用が徐々に低下して、発泡材の核が成長し易い条件とな
り、発泡度合いが増す。その中央部では金型の影響を全
く受けずにすむので発泡材の核が充分に成長し、最も高
発泡状態になる。

【００３５】このようにして得られたブレード７の表面
側における低発泡状態で硬質化した層をスキン層７ａと
呼び、中央部の最も高発泡状態の層を発泡層７ｂと呼
ぶ。そして、上述した発泡状態から、これらスキン層７
ａと発泡層７ｂとの境界は明確に設定することはできな
い。

【００３６】一方、ターボファンを構成するブレード７
以外の部材であるホーン状の主板１、リブ５、吸込みリ
ング８などは薄肉であるため、発泡材を混入させた原材
料素材であっても、その表面側および内部ともに発泡の
核が成長せず、充実した肉厚をなす。

【００３７】結局、厚肉のブレード７を備えたターボフ
ァンであるが、ブレードの成形冷却時間が短縮され、成
形サイクルの短縮化が得られる。各ブレード７の表面側
は硬質のスキン層７ａであっても、内部を発泡した発泡
層７ｂに形成できるので、従来の完全に充実した肉厚の
ブレードを備えたものと比較して、重量の軽減化を図れ
る。

【００３８】また、各ブレード７はその発泡度合いか
ら、内部から表面側に亘って徐々に強度が増大し、ブレ
ード全体として強度の保持を得られる。このようなブレ
ード７に加えて、ブレード以外の構成部分には発泡が生
じないところから、ターボファン全体の機械的強度は、
発泡材を混入しない従来のものと同等の特性を得られ
る。

【００３９】特に、厚肉のブレード７と薄肉の主板１と
に、成形時における温度差を小さくでき、したがって主
板１の反りや変形などを抑制して、ファン全体のバラン
スおよび送風作用にともなう振動の低減を得る。

【００４０】なお、原材料としてＡＳ−Ｇ材に混入され
る発泡材を、重量比で１〜５％（好ましくは２％）に設
定したのは、多数の試作品を製作して、種々の実験をな
した結果による。

【００４１】ちなみに、重量比で１％以下のものでは、
ブレード内部における発泡が不充分であって、各特性が
樹脂材のみのものとほとんど変わりがない。また、重量
比が５％以上混入すると、ファンを金型から取り出した
際に、ブレード中央部での発泡が継続し、ブレード部分
が膨張して安定した形状を保持できない。

【００４２】そして、樹脂材料に重量比で１０〜２５％
のガラス繊維ファイバを混入したことにより、基材とし
ての強度の増大を得るとともに、発泡材の混入量と適合
して、強度のより増大化を得る。

【００４３】なお上記実施例においては、樹脂材料とし
てＡＳ（アクリルスチレン）を選択したが、これに限定
されるものではなく、たとえばＰＰ（ポリプロピレン）
に代え同量のガラス繊維ファイバを混入し、かつ同量の
発泡材を混入しても、ＡＳ材と同様の作用効果が得られ
るものである。

【００４４】図４（Ａ）に示すように、送風ファンとし
て、いわゆるプロペラファンを対象としても、同様の条
件下では同様の作用効果が得られる。すなわち、同図は
プロペラファンを構成するブレード１７を１枚のみ示し
てある。このブレード１７の周方向に沿う断面Ｂ−Ｂは
同図（Ｂ）に示すように、断面翼状に形成される。した
がって、ブレード１７は部分的に極めて厚い肉厚の断面
形状となる。

【００４５】基材として合成樹脂材であるＡＳ（アクリ
ルスチレン）もしくはＰＰ（ポリプロピレン）を選択
し、ガラス繊維ファイバを重量比で１０〜２５％混入さ
せ、さらに重量比で１〜５％（好ましくは２％）の発泡
材を混入させて原材料素材となし、成形機の金型に投入
して射出成形を行う。

【００４６】したがって、ブレード１７の表面側が金型
によって発泡材の核が成長し難く、低発泡状態であり、
内部に亘って発泡材の核が成長し易い条件となり、発泡
度合いが増す。その中央部では金型の影響を全く受けず
にすむので発泡材の核が充分に成長し、最も高発泡状態
になる。

【００４７】このようにして得られたブレード１７の表
面側における低発泡状態で硬質化した層をスキン層１７
ａと呼び、中央部の最も高発泡状態の層を発泡層１７ｂ
と呼ぶ。そして、上述した発泡状態から、これらスキン
層１７ａと発泡層１７ｂとの境界は明確に設定すること
はできない。

【００４８】一方、プロペラファンを構成するブレード
１７以外の部材であるリブ部１８は薄肉であるため、発
泡材を混入させた原材料素材であっても、その表面側お
よび内部ともに発泡の核が成長せず、充実した肉厚をな
す。

【００４９】このようなプロペラファンであるから、先
に説明したターボファンと全く同一の作用効果を得られ
ることとなる。再びターボファンに戻って、図５および
図６に示すように、ホーン状のテーパ部３の側面に、所
定の上記冷却用孔６と対向して矩形状の側面矩形孔６ａ
を開口する。

【００５０】具体的には、中心から放射状に並設される
冷却用孔６の１つ置きの冷却用孔６と対向することによ
り、各側面矩形孔６ａは互いに９０°間隔を存して設け
られる。

【００５１】これら側面矩形孔６ａのうちで、１８０°
間隔を存した位置の側面矩形孔６ａ，６ａは、それぞれ
連通溝６ｂ，６ｂを介して上記冷却用孔６，６と連通す
る。したがって、実質的にホーン状のテーパ部３は２分
割される。

【００５２】一方、射出成形のためのゲート２０は、特
に図５に示すように、主板１の内径側で冷却用孔６の中
心線の延長位置と交わる位置に、放射状に設定される。
このことから、射出成形によって生じるウエルドライン
（割り線）Ｗは、リブ５の中央とブレード７の先端部と
を結ぶ線になり、冷却用孔６と側面矩形孔６ａとに対し
て交わることはない。

【００５３】このように、ウエルドラインＷが冷却用孔
６および側面矩形孔６ａと全く交差することはないの
で、強度の低下を最小限に抑制できる。また、図５およ
び図６に示すように、テーパ部３のそれぞれ相対向する
位置にある一対の側面矩形孔６ａと連通溝６ｂおよび冷
却用孔６によって、一部がテーパ部３の基端部まで延び
た状態でホーン状のテーパ部３が円周方向で２分割さ
れ、固有振動を除去できる。

【００５４】すなわち、ホーン状のテーパ部３にはホー
ン形状特有の固有振動が存在するため、防振ゴムによっ
てモータなどからの振動の伝達を低減しても、このホー
ン形状による固有振動が増幅され、騒音が発生してい
た。

【００５５】そこで上述のように、一対の側面矩形孔６
ａと連通溝６ｂおよび冷却用孔６でホーン状のテーパ部
３に、一部がテーパ部３の基端部まで延びた状態で、こ
のテーパ部３を円周方向で２分割することによって、円
周方向に発生するホーン特有の固有振動を除去すること
ができた。

【００５６】測定結果によると、この固有振動による円
周方向の定在波の周波数の騒音が５ｄBA（７２０HZ）低
減した。さらには、ホーン状テーパ部３の側面に側面矩
形孔６ａを設けることにより、上述の防振効果以外にモ
ータからの磁気振動を放射拡大する面積を減少できるの
で、より騒音が低減する。側面矩形孔６ａと連通溝６ｂ
の存在によって、冷却用孔６自体の拡大を図ることとな
り、モータに対する冷却効率の向上を得られる。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、表面側がス
キン層で、内部は発泡層であるブレードを具備したター
ボファンであるから、いわゆるＮＡＳＡ（２重円弧）形
状断面を有するよう比較的厚い肉厚のブレードを備えな
がら、全体的に軽量化を得られ、送風性能の向上と、送
風騒音の低下を図れるとともに、成形時の変形や反りを
抑制して強度の維持を得るなどの効果を奏する。

【００５８】そしてさらに、上記テーパ部は、ボス部外
周部に設けられた複数の冷却用孔と、この冷却用孔と対
向してテーパ部の側面に設けられた複数の側面矩形孔お
よび、冷却用孔と側面矩形孔とを連通する連通溝によっ
て複数に分割したから、ホーン状のテーパ部の固有振動
を防止し、固有振動による騒音を低減できるとともに、
モータからの磁気振動を放射拡大する面積を減少でき、
より騒音を低減できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、成形されたターボフ
ァンの一部切欠した正面図。

【図２】同実施例の、ターボファンの一部切欠した斜視
図。

【図３】同実施例の、ブレードの断面構成を説明する
図。

【図４】（Ａ）は、他の実施例の送風ファンである、プ
ロペラファン要部の平面図。（Ｂ）は、ブレードの断面
構成を説明する図。

【図５】他の実施例の、ターボファンの一部切欠した斜
視図。

【図６】同実施例の、ターボファンの平面図。

【符号の説明】

７…（ターボファンの）ブレード、７ａ…スキン層、７
ｂ…発泡層、１７…（プロペラファンの）ブレード、１
７ａ…スキン層、１７ｂ…発泡層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−79697（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−103291（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−154705（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−88098（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 29/28 F04D 29/30 F04D 29/38

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボス部と、このボス部の外周に連設された
   ホーン状のテーパ部と、このテーパ部の先端に連設され
   上記ボス部の軸線と直交する円形状の先端部と、一端側
   が上記先端部に連結され他端側に吸込みリングが連結さ
   れた複数のブレードからなる樹脂製のターボファンにお
   いて、 表面側がスキン層で、内部は発泡層である上記ブレード
   を具備し、上記テーパ部は、上記ボス部外周部に設けられた複数の
   冷却用孔と、この冷却用孔と対向してテーパ部の側面に
   設けられた複数の側面矩形孔および、上記冷却用孔と側
   面矩形孔とを連通する連通溝によって、複数に分割され
   ている ことを特徴とするターボファン。