JP3713337B2 - プラスチックファン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック製の冷却（クーリング）ファン（以下、プラスチックファンということがある。）に関するものである。
詳しくは、本発明は、プラスチック製ファン部と前記プラスチック製ファン部に一体成形された金属製インサート部とからなるプラスチックファンに関する。
更に詳しくは、本発明は、プラスチック製ファン部に一体成形された金属製インサート部に起因して発生するファンの破損を防止し、ファンの耐久性を向上させたプラスチックファンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックファンは、低騒音性、軽量性、高クーリング特性、デザイン性（デザインのフレキシビリティ）など、多くの面で従来のメタル製のファンより優れたクーリングファンである。
このため、プラスチックファンは、自動車、建設機械、農業機械、鉄道車両など多岐にわたる産業分野で広く使用されている。
【０００３】
この種のプラスチックファンは、一般に、プラスチック（合成樹脂）製のファンブレード（翼）と前記ファンブレードの基部となるファンボスとからなるプラスチック（合成樹脂）製ファン部、及び前記プラスチック製ファン部のファンボスに一体成形される平面形状が略円形状かつ断面形状がコ字状の金属製インサート部、とから構成されている。
【０００４】
この種のプラスチックファンの構造は、後述する本発明を説明するために使用する図１〜図２に示されている。
図１〜図２において、プラスチックファン（Ｆ）は、
（ｉ）プラスチック製のファンブレード（１１）とファンボス（１２）とからなるプラスチック製ファン部（１）、及び、
（ｉｉ）前記プラスチック製ファン部（１）のファンボス（１２）に一体成形される平面形状が略円形状かつ断面形状がコ字状の金属製インサート部（２）、とから構成される。
なお、図２に示されるように、金属製インサート部（２）は、本体部（２１）と曲がり部（２２）から成り、前記曲がり部（２２）が合成樹脂製のファンボス（１２）の内部に一体成形される。
【０００５】
そして、前記金属製インサート部（２）をプラスチック製ファン部（１）のファンボス（１２）に強固に一体成形させるために、一般に、金属製インサート部（２）の外周部は、外表面側から内表面側に連通する回り止め穴が穿設されたもので構成されている。なお、前記回り止め穴は、プラスチックファン（Ｆ）が高速回転するとき、合成樹脂製のファンボス（１２）内部での金属製インサート部（２）の合成樹脂からの剥離とそれに伴う回転を防止する機能を有するものである。
前記回り止め穴の配設態様は、後述する本発明を説明するために使用する図３に示されている。図中、回り止め穴は、参照符号（２ａ）で示されている。
そして、ファンボス（１２）を構成する合成樹脂は、前記回り止め穴（２ａ）を通して金属製インサート部（２）の外周面と内周面に均一に回り込み、両部材、即ちプラスチック製ファン部（１）と金属製インサート部（２）は強固に一体化される。
【０００６】
しかしながら、前記した構造の従来のプラスチックファンは、前記金属製インサート部の構造に起因して、以下に説明する問題点を有するものである。
以下、前記した構造の従来のプラスチックファンの問題点を、図５〜図９を参照して説明する。
なお、以下の説明において、図中の参照符号は、本発明と従来技術を区別するために、従来技術のものはダッシュ（´）付き符号で示される。即ち、従来技術と同じ部材は、本発明においては、ダッシュ（´）なしの符号で説明される。
例えば、本発明のプラスチックファンは（Ｆ）で示され、従来技術のプラスチックファンは（Ｆ´）で示される。
【０００７】
図５は、前記した構造の従来のプラスチックファン（Ｆ´）の問題点を説明する図である。
プラスチックファン（Ｆ´）が高速回転するとき、例えば４０００ｒｐｍで回転するときファンブレード（１１´）の遠心力（Ｘ）が応力の主成分となり、前記応力はファンボス（１２´）で支えられることになる。
【０００８】
ファンボス（１２´）に外力として遠心応力（Ｘ）が加わると、図５に示されるように、ファンボス（１２´）に一体的に埋設固定されている金属製インサート部（２´）に対して合成樹脂部が変形し、変形限界に達すると亀裂などが発生することになる。
【０００９】
前記した点を図５により更に詳しくみることにする。
ファンボス（１２´）に外力としての遠心応力（Ｘ）が加わると、図５（２）に示されるように、金属製インサート部（２´）の回り止め穴（２ａ´）に対応する位置において、ファンボス（１２´）の内周側の合成樹脂部は遠心応力（Ｘ）の方向に引張られて凹部を形成する。
また、回り止め穴（２ａ´）が存在しない部位において、ファンボス（１２´）の外周側の合成樹脂部も同様に遠心応力（Ｘ）の方向に引張られて金属製インサート部（２´）と合成樹脂部の間に隙間を形成する。
このため、前記した合成樹脂部の変形を通じて、回り止め穴（２ａ´）の周囲部に応力集中が起こる。
【００１０】
前記した応力集中の過程において、各回り止め穴（２ａ´）の周囲部（周縁部）に微小な変形部が存在すると、高速回転下での大きな遠心応力（Ｘ）に基づく応力集中のために、前記変形部が亀裂成長点などの破壊成長点となり、プラスチックファン（Ｆ´）の耐久性を大幅に低下させる。
【００１１】
前記した従来技術のプラスチックファン（Ｆ´）にみられる問題点が、図６〜図９に図示されている。
なお、図６〜図９は、直径（φ）４３０ｍｍ，ブレード（翼）８枚のプラスチックファン（Ｆ´）を用いて、１００℃，４０００ｒｐｍの条件下で連続運転して観察された内容を示すものである。前記１００℃、４０００ｒｐｍという条件は、強制試験のための条件であり、通常の使用条件からみて高い温度雰囲気、かつ高い回転速度ということができる。
【００１２】
図６は、前記条件のもとで所定時間の運転後に観察されたプラチック製ファン部（１´）のファンブレード（１１´）の付根、及び金属製インサート部（２´）の回り止め穴（２ａ´）の付近における白化現象である。
【００１３】
図７は、前記条件のもとで前記白化現象の発生時間の約２倍の運転時間後に観察されたプラスチック製ファン部（１´）のファンボス（１２´）の風上側かつファンブレード（１１´）の付根における口開き亀裂現象である。
【００１４】
図８〜図９は、前記条件のもとで、前記白化現象の発生時間の３倍以上の運転時間後に観察された現象を示すものである。なお、図８は、２枚のファンブレード（１１´）が飛散する状況を示し、図９は、ブレード飛散後のファンボス（１２´）と金属製インサート部（２´）の状態を示している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記した従来技術のプラスチックファン（Ｆ´）にみられる問題点を解消するために創案されたものである。
本発明者らは、従来技術のプラスチックファン（Ｆ´）の改良研究において、金属製インサート部の外周部に穿設される合成樹脂との一体化を図るための所望個数の回り止め穴、特に各回り止め穴の周縁部（周囲部）が、穴の穿設加工時に形成された微小な凹凸状の変形部を有すること、これがプラスチック製ファン部の性能低下の引き金（トリガー）になること、という知見を見い出した。
【００１６】
本発明は、前記した知見をベースに完成されたものである。
本発明により、耐久性と安全性に優れたプラスチックファン（クーリングファン）が提供される
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明を概説すれば、本発明は、プラスチック製のファンブレード部とファンボス部とからなるプラスチック製ファン部（１）、及び、前記プラスチック製ファン部（１）のファンボス部に一体成形される平面形状が略円形状かつ断面形状がコ字状の金属製インサート部（２）、とからなるプラスチックファン（Ｆ）において、前記金属製インサート部（２）が、
(i) 外周部に所望の間隔をおいて配設された外表面側から内表面側に連通する回り止め穴（２ａ）を有するもので構成され、かつ、
(ii) 前記各回り止め穴（２ａ）の周縁部が、前記金属製インサート部（２）の外表面側と内表面側の少なくとも一方側において、プレス加工の面打ち加工によって形成された各回り止め穴（２ａ）の周縁部から各回り止め穴（２ａ）の方向に平滑な傾斜平坦面を有するもので構成されたものである、
ことを特徴とするプラスチックファンに関するものである。
【００１８】
以下、本発明の技術的構成及び実施態様を図面を参照して詳しく説明する。
なお、本発明は図示のものに限定されないことはいうまでもないことである。
【００１９】
図１〜図２は、本発明のプラスチックファン（Ｆ）の全体構造を説明する図である。
図１は、本発明のプラスチックファン（Ｆ）の一部を省略した平面図、図２は図１の中心線を通る断面図である。
【００２０】
図示されるように、本発明のプラスチックファン（Ｆ）は、
（ｉ）プラスチック製のファンブレード（１１）と前記ファンブレード（１１）の基部をなすプラスチック製のファンボス（１２）とからなるプラスチック製ファン部（１）、及び、
（ｉｉ）前記プラスチック製ファン部（１）のファンボス（１２）に一体成形（埋設成形）される平面形状が略円形状かつ断面形状がコ字状の金属製インサート部（２）、
とから構成されるものである。
なお、図１に示されるように、本発明のプラスチックファン（Ｆ）のプラスチック製ファン部（１）は、８枚のファンブレード（１１）（翼）を有するものである。また、金属製インサート部（２）は、平坦な本体部（２１）と側部の曲り部（２２）で構成される。
【００２１】
図３〜図４は、本発明のプラスチックファン（Ｆ）の最大の特徴点を説明する図である。
図３は、本発明のプラスチックファン（Ｆ）の金属製インサート部（２）の平面図を示す。
図４は、前記図３のＡ部（破線のサークル部）の断面拡大図を示す。なお、図４は、図３のＡ部（破線のサークル部）において、後述する回り止め穴（２ａ）から金属製インサート部（２）の平坦な本体部（２１）の方向にみた前記本体部（２１）の断面図を示す。
別言すれば、図４は、回り止め穴（２ａ）の周縁部（周囲部）の構造を示すものである。
【００２２】
図３に示されるように、本発明のプラスチックファン（Ｆ）の主要な構成要素である金属製インサート部（２）は、
（ｉ）外周部、即ち、平坦な本体部（２１）の縁部から側部の曲り部（２２）が形成される部位において、前記本体部（２１）と曲り部（２２）の間に誇設された所望個数の回り止め穴（２ａ）、及び、
（ｉｉ）平坦な本体部（２１）に重量調節やプラスチックファン（Ｆ）の駆動軸などへの取り付けのための穴（２ｂ）、
を有するもので構成される。
【００２３】
前記した（ｉ）の回り止め穴（２ａ）の配設態様は、即ち、回り止め穴（２ａ）を本体部（２１）と曲り部（２２）の間に跨設して配設する態様は、従来技術に関する前記図９から容易に理解される。
また、図３に示されるように、回り止め穴（２ａ）は、金属製インサート部（２）の外周部に所望の間隔をおいて合計２４個が配設されている。
なお、本発明において、前記回り止め穴（２ａ）は、前記した本体部（２１）の縁部から側部の曲り部（２２）にわたって跨設する態様のほかに、例えば曲り部（２２）のみに配設してもよいことはいうまでもないことである。
【００２４】
図４（１）は、本発明のプラスチックファン（Ｆ）の前記金属製インサート部（２）に穿設される回り止め穴（２ａ）の周縁部（周囲部）のミクロ構造を示す図である。
本発明において、前記金属製インサート部（２）に穿設される各回り止め穴（２ａ）（２ａ１〜２ａｎ；ｎは所望の整数）において、各回り止め穴（２ａ）の周縁部（周囲部）が、図４（１）に示されるように応力集中を回避するために各回り止め穴（２ａ）の周縁部から各回り止め穴（２ａ）の方向に平滑な傾斜平坦面（２ｘ）を有するもので構成される。
【００２５】
図４（２）は、従来技術による回り止め穴（２ａ´）の周縁部（周囲部）のミクロ構造を示すものであり、本発明に関係する前記図４（１）に対応する図である。
従来技術による回り止め穴（２ａ´）は、図４（２）に示されるように、穴部の穿設加工時に形成された微小な凹凸状の変形部（２ｘ´）を有するのが常態である。
前記した変形部（２ｘ´）は、該部位にプラスチックファンの高速回転下での大きな遠心応力の集中を受け、亀裂成長点、白化成長点などの破壊成長点として作用することになる。そして、前記変形部（２ｘ´）の存在による欠点は、前記図５〜図９を参照して説明した通りである。
【００２６】
本発明は、前記各回り止め穴（２ａ）の周縁部（周囲部）での応力集中を回避するために、各回り止め穴（２ａ）の周縁部（周囲部）を図４（１）に示されるように平滑な平坦部（２ｘ）を有するように構成するものである。
【００２７】
本発明において、前記各回り止め穴（２ａ）の周縁部（周囲部）に応力集中を回避するための平滑な平坦部（２ｘ）を形成する方法は、所望の方式を採用すればよい。
例えば、各回り止め穴（２ａ）の周縁部（周囲部）を面打ち加工や面取り加工すればよい。
面打ち加工としては、プレス加工が効率的、かつ生産的である。
【００２８】
本発明において、特にプラスチック製ファン部（１）の耐久性を向上させるためには、前記した回り止め穴（２ａ）の周縁部（周囲部）の平滑化（平坦化）に加えて、回り止め穴（２ａ）の配設個数も重要なファクターになるため、これらを勘案してプラスチック製ファン部（１）の耐久性を向上させることが好ましい。
【００２９】
【実施例】
プラスチック材質ＰＰ（ポリプロピレン）、φ４３０×８（直径４３０，ブレード数８枚）、回り止め穴数２４のプラスチックファン（Ｆ）を用いて耐久性の試験を行なった。
耐久性の試験条件は、雰囲気温度１００℃，回転数４，０００ｒｐｍという強制試験の条件設定のもとで運転し、プラスチックファン（Ｆ）が壊破するまで実施した。
なお、以下の説明において、従来品とは、２４個の回り止め穴を有する金属インサート部において、各回り止め穴の周縁部（周囲部）をプレス成形により平坦化（面打ち加工）しなかったものである。
【００３０】
以下、試験結果を示す。なお、試験結果を、本発明品と従来品が破壊するまでに観察された特異現象の発生までに要した時間について、従来品に対する本発明品の時間比率として示す。
【００３１】
（ｉ）．ファンボス部のブレード付け根、金属インサート部の回り止め穴付近の白化現象の発生時間は、従来品の約１．２倍であった。
（ｉｉ）．ファンボス部のブレード付け根、金属インサート部の回り止め穴付近の風上側における口開き亀裂現象の発生時間は、従来品の約１．３倍であった。
（ｉｉｉ）．ファンボス部と共にファンブレード１枚が飛散する現象の発生時間は、従来品の約１．４倍であった。
【００３２】
前記した試験結果から明らかのように、本発明のプラスチックファン（Ｆ）は、従来品に対し１．２倍〜１．４倍の優位性を有するものである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、プラスチック製ファン部と前記プラスチック製ファン部に一体成形される金属製インサート部とからなるプラスチックファンにおいて、前記金属製インサート部の構造に起因したプラスチック製ファン部の耐久性及び安定性の低下を解消するものである。
【００３４】
特に、本発明は、プラスチック製ファン部のファンボスに一体化成形される金属製インサート部において、その周縁部（周囲部）の微小な凹凸の変形部がプラスチックファンの耐久性及び安全性に重大な影響を与えることを見い出し、その対策を講じている。即ち、本発明は、金属製インサート部の周縁部（周囲部）を平坦面により構成するという手段により、プラチックファンの耐久性及び安全性に対する悪影響を排除している。
このため、本発明により耐久性と安全性に優れた信頼性のあるプラスチックファンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様によるプラスチックファン（Ｆ）の一部平面図である。
【図２】 図１の中心線を通る一部断面図である。
【図３】 本発明のプラスチックファン（Ｆ）の金属製インサート部（２）の平面図である。
【図４】 図３のＡ部（破線サークル部）の拡大断面図である。
【図５】 従来のプラスチックファン（Ｆ´）のファンブレード（１´）の回転により発生する遠心応力の作用を説明する図である。
【図６】 従来のプラスチックファン（Ｆ´）におけるファンブレード（１´）の白化現象を説明する図である。
【図７】 従来のプラスチックファン（Ｆ´）におけるファンブレード（１´）の口開き亀裂現象を説明する図である。
【図８】 従来のプラスチックファン（Ｆ´）におけるファンブレード（１´）の破壊（飛散）現象を説明する図である。
【図９】 図８のファンブレード（１´）の破壊（飛散）後のファンボス（１２´）の斜視図を示す。
【符号の説明】
Ｆ ………… 本発明のプラスチックファン
１ ………… プラスチック製ファン部
１１ ………… ファンブレード
１２ ………… ファンボス
２ ………… 金属製インサート部
２１ ………… 本体部
２２ ………… 曲り部
２ａ ………… 回り止め穴
２ｂ ………… 穴
２ｘ ………… 平坦面
２ｘ´………… 変形部
Ｆ´ ………… 従来のプラスチックファン
１´ ………… 従来のプラスチック製ファン部
２´ ………… 従来の金属製インサート部

Claims (1)

1. プラスチック製のファンブレード部とファンボス部とからなるプラスチック製ファン部（１）、及び、前記プラスチック製ファン部（１）のファンボス部に一体成形される平面形状が略円形状かつ断面形状がコ字状の金属製インサート部（２）、とからなるプラスチックファン（Ｆ）において、前記金属製インサート部（２）が、
   (i) 外周部に所望の間隔をおいて配設された外表面側から内表面側に連通する回り止め穴（２ａ）を有するもので構成され、かつ、
   (ii) 前記各回り止め穴（２ａ）の周縁部が、前記金属製インサート部（２）の外表面側と内表面側の少なくとも一方側において、プレス加工の面打ち加工によって形成された各回り止め穴（２ａ）の周縁部から各回り止め穴（２ａ）の方向に平滑な傾斜平坦面を有するもので構成されたものである、
   ことを特徴とするプラスチックファン。

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