JP4969493B2 - 樹脂製ファン - Google Patents

Description

本発明は、ラジエータや空調用コンデンサの冷却のために備えられる樹脂製ファンに関する。

車両のラジエータや空調用コンデンサの冷却のために備えられるファンは、樹脂成形により形成されるのが一般的である。
このようなファンは、主に性能面を主眼としてその形状や各部寸法が設計されているが、樹脂成形という製法ゆえ、各部の肉厚が大きくなると樹脂成形後の冷却に時間がかかり、生産効率の低下を招くため、各部の肉厚はなるべく薄くするのが好ましい。これは、軽量化という観点からしても同様である。その一方で、肉厚が薄くなるとファンの強度が低下する。製品品質としては、使用開始後に破損等が生じない十分な強度が要求されるため、むやみに肉厚を薄くするのが好ましくないのは言うまでもない。

従来、このようなファンを樹脂成形で形成するには、金型の複数個所に形成されたゲートからそれぞれ樹脂を注入し、樹脂注入完了後に脱型している。このとき、互いに異なるゲートから注入された樹脂は、金型内において合流する。この樹脂の合わせ目をウェルドと称するが、ウェルドの部分は他の部分に比較すると機械的強度が低い。ウェルドが、応力の集中する部分に存在すると、この部分においてクラック等の損傷が生じやすくなる。

このため、ウェルドの部分の肉厚を他の部分よりも大きくすることで、ウェルドの機械的強度を向上させ、損傷が生じにくくする提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。また、ウェルドを、応力が集中する部分を除いた部位に形成する提案もなされている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−９４４９４号公報 特開２００７−２８５１３５号公報

ところで、ファンを形成する樹脂には、強度向上のためにガラス繊維等が強化繊維として混在されている。強化繊維が混在した樹脂においては、強化繊維の方向により、その機械的強度が異なる。あらゆる方向の強度を平均的に確保したい場合には、強化繊維の方向がなるべくランダムとなるようにするのが好ましい。
ところが、図６（ａ）に示すように、前記のウェルドの部分においては、互いに異なるゲートから注入された樹脂Ｐ１、Ｐ２がＡ方向、Ｂ方向から流れてきて合流するときに、図６（ｂ）に示すように、合流した樹脂Ｐ１、Ｐ２の流れの先端部において、一方の樹脂Ｐ１と他方の樹脂Ｐ２の流れが左右対称となる。その結果、強化繊維Ｆの方向が樹脂の合わせ目に平行となりやすく、この部分は他の部分に比較すると特定の方向(図中Ｘ方向)の強度低下を招いてしまう。
このような問題は、特許文献１に記載の技術のように、ウェルドの部分の肉厚を厚くするのみでは十分に解決できるものではない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、強化繊維の方向を考慮し、ウェルドの部分における機械的強度を高めることのできる樹脂製ファンを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の樹脂製ファンは、ガラス繊維を含有した樹脂により形成され、複数枚のブレードと、ブレードが一体に取り付けられ、モータに接続されるボス部と、を備えたファンであって、ボス部は、ディスク部と、放射状に延びるようにディスク部の一方の面側に形成される複数本の放射状リブと、放射状リブの一端が一体に連結されるように一方の面側に形成される筒状の筒状リブと、を備える。そして、筒状リブは、ファンの成形工程にて、ファンを形成する金型に注入された樹脂が、互いに隣接する放射状リブを形成する部分を通って筒状リブを形成する部分に流れ込んだときに、一方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂とが合流する箇所を有する。そして、その箇所に、一方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂に含有されるガラス繊維と、他方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂に含有されるガラス繊維との配向を複雑化するための樹脂攪拌部が形成されていることを特徴とする。
樹脂攪拌部においては、一方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂とが合流するときの樹脂の流れを３次元的に複雑化することで、双方の樹脂に含有されるガラス繊維の配向を複雑化する。

樹脂攪拌部としては、筒状リブの外周側および／または内周側に突出する凸部を形成することができる。互いに隣接する放射状リブを形成する部分を通って筒状リブを形成する部分に流れ込んだときに、一方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂は、筒状リブから凸部に流れ込んだときに、断面積が急激に拡大するため、その流れが複雑化する。
この凸部は、その筒状リブからの突出寸法がディスク部側の基部から先端部に向けて漸次小さくなるよう形成することもできる。これにより、樹脂の流れに、ファンの他面側から一面側に向かうような方向成分も生じさせることができ、流れがさらに複雑化する。

筒状リブは、ディスク部側の基部から先端部に向けて３度以上の勾配で漸次小さくなるよう形成するのが好ましい。これにより、筒状リブ内を樹脂が流れるときに、樹脂が一面側から他面側に向けて流れるような方向成分を生じさせることができ、これによっても樹脂の流れが複雑化する。

筒状リブは、放射状リブよりもディスク部からの高さが高いのが好ましい。これにより、放射状リブから筒状リブに樹脂が流れ込むときに、筒状リブの先端部においては、放射状リブから筒状リブの突出した部分に向けて、つまりファンの他面側に向けての方向成分が生じ、これによっても樹脂の流れが複雑化する。

本発明によれば、筒状リブに形成された凸部、筒状リブの厚さの勾配、放射状リブに対する筒状リブの突出等からなる樹脂攪拌部においては、一方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂とが合流するときの樹脂の流れを３次元的に複雑化することができ、双方の樹脂に含有されるガラス繊維の配向を複雑化できる。これにより、一方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブを形成する部分を通ってきた樹脂とが合流する部分における機械的強度を高めることが可能となる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるファン１０の概略形状を示すための図であり、（ａ）は一面側のディスク部１３側から見た図、（ｂ）は他面側の円筒状リブ１６等が形成された側から見た図である。
図１に示すように、ファン１０は、ファン１０を駆動するための図示しないモータのシャフトに取り付けるためのボス部１１と、ボス部１１から外周側に張り出すように設けられた複数枚のブレード１２とから形成され、これらボス部１１とブレード１２は、ガラス繊維が混在する樹脂によって形成されている。

ボス部１１は、円形ディスク状のディスク部１３と、ディスク部１３の外周部にて、ディスク部１３の一方の面側に向けて延出するよう一体に形成されて、ブレード１２の基部１２ａを支持する支持リブ１４とを有している。
ディスク部１３の中央部に、図示しないモータのシャフトが挿通されるシャフト孔１５が形成されている。ディスク部１３において、シャフト孔１５の外周側には、ディスク部１３の一方の面側に向けて延出するよう形成された筒状の円筒状リブ（筒状リブ）１６が形成されている。

支持リブ１４と円筒状リブ１６との間に、シャフト孔１５を中心としてほぼ放射状に延びる放射状リブ１８と、互いに隣接する放射状リブ１８、１８間に設けられた補強リブ１９とが形成されている。ここで、補強リブ１９には、シャフト孔１５を中心とした周方向４に連続するものや、互いに隣接する放射状リブ１８、１８間に斜めに延在するものがある。

ディスク部１３には、支持リブ１４、円筒状リブ１６、放射状リブ１８、補強リブ１９と干渉しない位置に、その両面側を貫通する冷却孔２０が複数形成されている。

このようなファン１０は、金型に形成されたゲートから樹脂が注入され、冷却・固化することで形成される。本実施の形態において、ファン１０を形成するためのゲート位置Ｐ１、Ｐ２、…は、ディスク部１３の複数個所に位置している。

さて、上記ファン１０において、円筒状リブ１６の外周面１６ａには、互いに隣接する放射状リブ１８、１８がこの円筒状リブ１６に接続された部分の中間部に、凸部（樹脂攪拌部）３０が形成されている。これに対し、円筒状リブ１６の内周面１６ｂは断面視円形に形成されている。この凸部３０は、ファン１０の成形時に、ゲート位置Ｐ１、Ｐ２、…から注入された樹脂が、互いに隣接する放射状リブ１８、１８およびディスク部１３を通って円筒状リブ１６に到り、一方の放射状リブ１８を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブ１８を通ってきた樹脂とが合流するウェルド部に形成されており、樹脂が合流したときに、樹脂に混在するガラス繊維の配向を複雑化するために形成されている。
つまり、凸部３０が形成された部分において、一方の放射状リブ１８を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブ１８を通ってきた樹脂とが合流するときには、両側の円筒状リブ１６から凸部３０に樹脂が流れ込むと、その断面積が急激に拡大するため、樹脂の流れが乱れ、樹脂が撹拌される。これにより、凸部３０内で樹脂が合流したときに、樹脂に混在するガラス繊維の配向が複雑化する。

また、円筒状リブ１６は、その径方向の厚さＴが、ディスク部１３側の円筒状リブ１６の基部１６ｃから、先端部１６ｄ側に向けて漸次小さくなるように形成されている。ここで、基部１６ｃから先端部１６ｄに向けて、θ＝３度以上の角度で円筒状リブ１６の厚さＴを漸次小さくするようにするのが好ましい。
ファン１０の成形時に、ゲート位置Ｐ１、Ｐ２、…から注入され、放射状リブ１８、１８およびディスク部１３を通ってきた樹脂が円筒状リブ１６に流れ込むと、樹脂は、基部１６ｃから先端部１６ｄに向けて流れる。このとき、円筒状リブ１６の厚さＴが基部１６ｃから先端部１６ｄに向けて漸次小さくなるため、樹脂が基部１６ｃから先端部１６ｄに向けて流れるときの樹脂の流れが複雑になる。これにより、樹脂に混在するガラス繊維の配向が複雑化する。また、この影響により、凸部３０に両側の円筒状リブ１６から樹脂が流れ込んだときの流れも、より一層複雑化し、凸部３０内におけるガラス繊維の配向がさらに複雑化する。

また、円筒状リブ１６のディスク部１３からの高さＨ１は、この円筒状リブ１６に接続されている放射状リブ１８の高さＨ２よりも高くなるように設定されている（Ｈ１＞Ｈ２）。ここで、例えば、高さＨ１は、高さＨ２よりも１．０ｍｍ程度高く設定することができる。
ファン１０の成形時に、ゲート位置Ｐ１、Ｐ２、…から注入され、放射状リブ１８、１８およびディスク部１３を通ってきた樹脂が円筒状リブ１６に流れ込むと、円筒状リブ１６の先端部１６ｄにおいて、樹脂は、放射状リブ１８の先端部１８ａから円筒状リブ１６の先端部１６ｄに向けて流れる。つまり、円筒状リブ１６の先端部１６ｄにおける樹脂の流れ方向は、シャフト孔１５に挿通されるシャフト（図示無し）の軸線方向となる。これにより、円筒状リブ１６の先端部１６ｄにおける樹脂の流れがさらに複雑になる。これにより、樹脂に混在するガラス繊維の配向がさらに複雑化する。

このようにして、円筒状リブ１６の外周面１６ａにおいて、互いに隣接する放射状リブ１８、１８がこの円筒状リブ１６に接続された部分の中間部に凸部３０を形成し、円筒状リブ１６を、その径方向の厚さＴが、基部１６ｃから先端部１６ｄ側に向けて漸次小さくなるように形成し、さらに円筒状リブ１６の高さＨ１を、放射状リブ１８の高さＨ２よりも高くなるように設定することで、成形時に、円筒状リブ１６や凸部３０の部分における樹脂の流れが３次元的に複雑化し、これによって樹脂に混在するガラス繊維の配向が複雑化する。その結果、特に凸部３０が形成されたウェルド部において、ウェルド部における機械的強度を高めることが可能となる。
しかも、全体の肉厚を増すのではなく、凸部３０の部分のみ突出させることで十分な強度向上効果が得られるため、成形に要する時間が長期化したり著しく重量増となることもなく、高い生産効率と経済性を維持できる。

ここで、上記のように、凸部３０を形成し、円筒状リブ１６の厚さＴが、基部１６ｃから先端部１６ｄ側に向けて漸次小さくなるように形成し、さらに円筒状リブ１６の高さＨ１を、放射状リブ１８の高さＨ２よりも高くなるように設定した場合における効果について検討したので、その結果を示す。
（実施例）
ここで、図１に示したようなファン１０を、ガラス繊維を３０％含有させたポリプロピレン（ＰＰ）により形成した。ファン１０は、径３５ｍｍの円筒状リブ１６の外周面１６ａにおいて、互いに隣接する放射状リブ１８、１８がこの円筒状リブ１６に接続された部分の中間部に凸部３０を形成した。凸部３０は、その曲率半径Ｒを１．２５ｍｍとし、円筒状リブ１６と凸部３０との連続部の曲率半径ｒを１．０ｍｍとした。また、円筒状リブ１６を、その径方向の厚さＴが、基部１６ｃから先端部１６ｄ側に向けて漸次小さくなるように、θ＝３°で形成した。先端部１６ｄの厚さＴは２．５ｍｍとした。さらに円筒状リブ１６の高さＨ１を１３．５ｍｍとし、放射状リブ１８の高さＨ２を１２．５ｍｍとし、円筒状リブ１６の方が放射状リブ１８よりも高くなるように形成した。
（比較例）
比較のため、図３に示したように、実施例のファン１０と同様、ガラス繊維を３０％含有させたポリプロピレン（ＰＰ）により形成したファン１０’は、径３５ｍｍの円筒状リブ１６’の外周面１６ａ’を、凸部３０を形成せずに、円形状とした。また、円筒状リブ１６は、通常の抜き勾配（金型からファン１０を脱型する際に必要な金型の勾配）を１°とした。さらに円筒状リブ１６は、放射状リブ１８と同じ高さに形成した。

実施例、比較例について、プラメディア社の射出成形ＣＡＥシステム・ＰＬＡＮＥＴＳを用いた樹脂流動解析により、樹脂の流れ及び繊維の配向状態を解析シミュレートした。
その結果を図４に示す。図４（ａ）は実施例の解析結果、（ｂ）は比較例の解析結果である。
図４（ａ）に示すように、比較例の場合、一方の放射状リブ１８を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブ１８を通ってきた樹脂とが円筒状リブ１６’において合流するウェルド部において、樹脂の流れ方向が特定の方向になりがちとなっている（図中点線内の部分）。
これに対し、図４（ｂ）に示すように、実施例の場合、一方の放射状リブ１８を通ってきた樹脂と、他方の放射状リブ１８を通ってきた樹脂とが合流するウェルド部に形成された凸部３０において、樹脂の流れ方向が複雑になっていることが確認された（図中点線内の部分）。

また、実施例、比較例について、１１０℃の環境下で２００Ｈｒ、回転数１７００ｒｐｍで回転させる高温耐久試験を行った。
その結果、比較例においては、円筒状リブ１６’に白化およびクラックの発生が認められた。これに対し実施例においては、特に不具合は認められなかった。

なお、上記実施の形態で、凸部３０の形状を図示したが、これに限るものではない。例えば、図５（ａ）に示すように、凸部３０を、一定の曲率半径ではなく、２字曲線的な断面形状とすることもできる。また、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、凸部３０の円筒状リブ１６からの突出寸法Ｚを、ディスク部１３側の基部３０ａから先端部３０ｂに向けて漸次小さくするようにしてもよい。これにより、凸部３０内における樹脂の流れをさらに複雑化し、上記効果を一層顕著なものとすることもできる。

また、凸部３０は、円筒状リブ１６の外周面１６ａ側ではなく内周面１６ｂ側に突出させて形成することも可能である。また、外周面１６ａ側と内周面１６ｂ側の両方に突出するように形成することもできる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態におけるファンの概略形状を示すための図であり、（ａ）は一面側のディスク部側から見た図、（ｂ）は他面側の円筒状リブ等が形成された側から見た図である。 ファンの要部を示す平面図および斜視断面図である。 比較例としての従来のファンの要部を示す平面図および斜視断面図である。 ファンを形成するときの樹脂の流れの解析結果であり、（ａ）は比較例、（ｂ）は実施例である。 凸部の他の形状の複数例を示す図である。 ウェルド部における樹脂の流れの様子を示す図である。

符号の説明

１０…ファン、１１…ボス部、１２…ブレード、１３…ディスク部、１４…支持リブ、１５…シャフト孔、１６…円筒状リブ（筒状リブ）、１６ａ…外周面、１６ｂ…内周面、１６ｃ…基部、１６ｄ…先端部、１８…放射状リブ、１８ａ…先端部、１９…補強リブ、３０…凸部（樹脂攪拌部）、３０ａ…基部、３０ｂ…先端部

Claims (5)

1. ガラス繊維を含有した樹脂により形成され、複数枚のブレードと、前記ブレードが一体に取り付けられ、モータに接続されるボス部と、を備えたファンであって、
   前記ボス部は、
   ディスク部と、
   放射状に延びるように前記ディスク部の一方の面側に形成される複数本の放射状リブと、
   前記放射状リブの一端が一体に連結されるように前記一方の面側に形成される筒状の筒状リブと、
   を備え、
   前記筒状リブは、前記ファンの成形工程にて、前記ファンを形成する金型に注入された前記樹脂が、互いに隣接する前記放射状リブを形成する部分を通って前記筒状リブを形成する部分に流れ込んだときに、一方の前記放射状リブを形成する部分を通ってきた前記樹脂と、他方の前記放射状リブを形成する部分を通ってきた前記樹脂とが合流する箇所に、一方の前記放射状リブを形成する部分を通ってきた前記樹脂に含有される前記ガラス繊維と、他方の前記放射状リブを形成する部分を通ってきた前記樹脂に含有される前記ガラス繊維との配向を複雑化するための樹脂攪拌部が形成されていることを特徴とする樹脂製ファン。
2. 前記樹脂攪拌部は、前記筒状リブの外周側および／または内周側に突出する凸部であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製ファン。
3. 前記凸部の前記筒状リブからの突出寸法は、前記ディスク部側の基部から先端部に向けて漸次小さくなるよう形成されていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂製ファン。
4. 前記筒状リブは、前記ディスク部側の基部から先端部に向けて３度以上の勾配で漸次小さくなるよう形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の樹脂製ファン。
5. 前記筒状リブは、前記放射状リブよりも前記ディスク部からの高さが高いことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の樹脂製ファン。