JP5888494B2

JP5888494B2 - 遠心ファン装置

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Publication number: JP5888494B2
Application number: JP2011274040A
Authority: JP
Inventors: 和志石川
Original assignee: Nidec America Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: EP2604864A3; US9404502B2; CN103161757A; CN203009381U; JP2013124602A; US20130156569A1; CN103161757B; EP2604864A2; EP3366928A1

Description

本発明は、遠心ファン装置に関する。

従来、モータの駆動力を利用してインペラを回転させ、軸方向に吸引した気体を周方向に排出する遠心ファン装置が知られている。遠心ファン装置は、例えば、掃除機の吸引手段や、電子機器の空冷手段として、使用されている。

従来の遠心ファン装置の構造については、例えば、米国特許出願公開第２００８／００６９６８９号明細書に記載されている。当該文献の遠心ファン装置は、ハウジングと、ハウジング内に配置されたインペラと、インペラを回転させる駆動装置と、を有している（クレーム１，図１Ａ，図３Ｂ）。また、当該文献の遠心ファン装置では、ハウジングのトップシェルに、吸引孔が形成されている（クレーム５，図１Ａ，図３Ｂ）。
米国特許出願公開第２００８／００６９６８９号明細書

しかしながら、米国特許出願公開第２００８／００６９６８９号明細書の遠心ファン装置では、吸引孔の周囲において、トップシェルの下面に溝が設けられている。そして、当該溝に、インペラのトップパネルの上端部が、挿入されている（図３Ｂ）。このような構造では、吸引孔の周囲において、トップシェルの振動や騒音が、大きくなりやすい。特に、遠心ファン装置を高速で駆動させるときには、上記の振動や騒音の問題が顕著となる。

本発明の目的は、駆動時の振動や騒音を低減できる遠心ファン装置を提供することである。

本願の例示的な第１発明は、上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記インペラを包囲するハウジングと、を有し、前記ハウジングは、前記インペラの上方に位置する吸気部と、前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、を有し、前記インペラは、前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、を有し、前記吸気部は、前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、を有し、前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、前記リブの径方向内側の端部は、前記シュラウドの上端部より、径方向外側に位置し、前記リブは、前記天板部の下面と、前記外殻部の径方向内側の面とに亘って、形成されている遠心ファン装置である。
また、本願の例示的な他の発明は、上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記インペラを包囲するハウジングと、を有し、前記ハウジングは、前記インペラの上方に位置する吸気部と、前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、を有し、前記インペラは、前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、を有し、前記吸気部は、前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、を有し、前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、前記リブは、前記シュラウドの上端部より径方向外側に位置する第１リブと、前記シュラウドの上端部より径方向内側に位置する第２リブと、を有する遠心ファン装置である。
また、本願の例示的な他の発明は、上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記インペラを包囲するハウジングと、を有し、前記ハウジングは、前記インペラの上方に位置する吸気部と、前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、を有し、前記インペラは、前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、を有し、前記吸気部は、前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、を有し、前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、前記リブは、径方向に延びる複数の板状リブを含む遠心ファン装置である。
また、本願の例示的な他の発明は、上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記インペラを包囲するハウジングと、を有し、前記ハウジングは、前記インペラの上方に位置する吸気部と、前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、を有し、前記インペラは、前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、を有し、前記吸気部は、前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、を有し、前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、前記リブは、前記シュラウドの上端部の径方向外側において、周方向に延びる環状リブをさらに含む遠心ファン装置である。
また、本願の例示的な他の発明は、上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記インペラを包囲するハウジングと、を有し、前記ハウジングは、前記インペラの上方に位置する吸気部と、前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、を有し、前記インペラは、前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、を有し、前記吸気部は、前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、を有し、前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、前記円筒部の下端部は、前記シュラウドの上端部より、下側に位置する遠心ファン装置である。
また、本願の例示的な他の発明は、上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記インペラを包囲するハウジングと、を有し、前記ハウジングは、前記インペラの上方に位置する吸気部と、前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、を有し、前記インペラは、前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、を有し、前記吸気部は、前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、を有し、前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、前記リブの径方向内側の端縁部と前記シュラウドの上端部の外周面との径方向の距離をｄ１、前記外殻部の径方向内側の端縁部と前記シュラウドの上端部の外周面との径方向の距離をｄ２、前記外殻部のうち、前記リブより径方向外側に位置する部分の下面と前記シュラウドの上面との軸方向の距離をｄ３として、ｄ２＞ｄ３＞ｄ１を満たす遠心ファン装置である。

本願の例示的な第１発明によれば、シュラウドの上端部より径方向内側に、ハウジングの円筒部が配置されている。このため、吸気部から、ベースとシュラウドとの間へ、効率よく気体を取り込むことができる。また、ハウジングの吸気部の剛性が、リブにより高められている。このため、駆動時の振動や騒音を低減できる。

図１は、第１実施形態に係る遠心ファン装置の縦断面図である。図２は、第２実施形態に係る遠心ファン装置の斜視図である。図３は、第２実施形態に係る遠心ファン装置の縦断面図である。図４は、第２実施形態に係る上ハウジング部材およびインペラの部分縦断面図である。図５は、第２実施形態に係る上ハウジング部材の下面図である。図６は、第２実施形態に係る下インペラ部材の縦断面図である。図７は、第２実施形態に係る下インペラ部材の上面図である。図８は、第２実施形態に係る上インペラ部材の縦断面図である。図９は、第２実施形態に係る上インペラ部材の下面図である。図１０は、変形例に係る上ハウジング部材およびインペラの部分縦断面図である。図１１は、変形例に係る上ハウジング部材およびインペラの部分縦断面図である。図１２は、変形例に係るハウジング部材の下面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、モータの中心軸に沿う方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、インペラに対して吸気部側を「上」として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下を定義したものであって、本発明に係る遠心ファンの使用時の向きを限定するものではない。

＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る遠心ファン装置１Ａの縦断面図である。図１に示すように、遠心ファン装置１Ａは、モータ１０Ａ、インペラ２０Ａ、およびハウジング３０Ａを有している。インペラ２０Ａは、中心軸９Ａを中心として、回転可能に支持されている。また、インペラ２０Ａは、モータ１０Ａにより回転される。

図１に示すように、インペラ２０Ａは、ベース６１Ａ、シュラウド６２Ａ、およびブレード６３Ａを、有している。ベース６１Ａは、中心軸９Ａに直交する方向に広がっている。シュラウド６２Ａは、ベース６１Ａの上方に位置している。シュラウド６２Ａは環状であり、その径は、上方へ向かうにつれて収束している。ブレード６３Ａは、ベース６１Ａとシュラウド６２Ａとの間に、介在している。

ハウジング３０Ａは、インペラ２０Ａを包囲している。また、ハウジング３０Ａは、吸気部７１Ａと排気部７２Ａとを有している。吸気部７１Ａは、インペラ２０Ａの上方に位置している。排気部７２Ａは、インペラ２０Ａの径方向外側に位置している。

また、図１に示すように、吸気部７１Ａは、円筒部７１１Ａ、天板部７１２Ａ、および外殻部７１３Ａを、有している。円筒部７１１Ａは、シュラウド６２Ａの上端部より径方向内側において、軸方向に延びている。天板部７１２Ａは、円筒部７１１Ａの上端部から径方向外側へ向けて、広がっている。外殻部７１３Ａは、天板部７１２Ａの径方向外側の端縁部から、下側および径方向外側へ向けて広がっている。

このように、この遠心ファン装置１Ａでは、シュラウド６２Ａの上端部より径方向内側に、ハウジング３０Ａの円筒部７１１Ａが配置されている。このため、吸気部７１Ａから、ベース６１Ａとシュラウド６２Ａとの間へ、効率よく気体を取り込むことができる。

また、ハウジング３０Ａは、吸気部７１Ａの内側の面からシュラウド６２Ａ側へ向けて突出したリブ７３Ａを、さらに有している。このリブ７３Ａにより、ハウジング３０Ａの吸気部７１Ａの剛性が、高められている。その結果、遠心ファン装置１Ａの駆動時の振動や騒音が、低減されている。

＜２．第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態について、説明する。

＜２−１．遠心ファン装置の全体構成＞
図２は、第２実施形態に係る遠心ファン装置１の斜視図である。図３は、遠心ファン装置１の縦断面図である。この遠心ファン装置１は、自走式掃除ロボット、ハンディクリーナー、掃除機等の吸引型の清掃装置に搭載されて、当該清掃装置の吸引手段として使用される。図２および図３に示すように、本実施形態の遠心ファン装置１は、モータ１０、インペラ２０、およびハウジング３０を有している。

モータ１０は、静止部４０および回転部５０を有している。静止部４０は、ハウジング３０に対して相対的に静止している。回転部５０は、静止部４０に対して回転可能に支持されている。静止部４０は、取付板４１、軸受ホルダ４２、スリーブ４３、ステータコア４４、コイル４５、および回路基板４６を有している。回転部５０は、シャフト５１、ロータホルダ５２、および複数のマグネット５３を有している。

取付板４１は、中心軸９に直交する方向に広がる略板状の部材である。取付板４１は、下ハウジング部材３１に固定されている。軸受ホルダ４２は、取付板４１に固定されたカップ状の部材である。スリーブ４３は、軸受ホルダ４２の内部に保持されている。スリーブ４３は、シャフト５１の外周面に対向する略円筒状の内周面を有している。

ステータコア４４は、軸受ホルダ４２の外周面に、固定されている。ステータコア４４は、放射状に延びる複数のティース４４１を有している。コイル４５は、各ティース４４１に巻かれた導線により、構成されている。また、回路基板４６は、取付板４１の上面に固定されている。回路基板４６には、コイル４５に駆動電流を与えるための電子回路が、実装されている。

シャフト５１は、軸方向に延びる柱状の部材である。シャフト５１は、スリーブ４３および軸受ホルダ４２により、中心軸９を中心として回転可能に支持されている。シャフト５１の上端部は、スリーブ４３の上面より上方へ、突出している。ロータホルダ５２は、シャフト５１に固定されて、シャフト５１とともに回転する。複数のマグネット５３は、ステータコア４４の径方向外側において、ロータホルダ５２に固定されている。また、複数のマグネット５３は、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶように、周方向に配列されている。

回路基板４６を介してコイル４５に駆動電流を与えると、ステータコア４４の複数のティース４４１に、磁束が発生する。そして、ティース４４１とマグネット５３との間の磁束の作用によって、周方向のトルクが生じる。その結果、静止部４０に対して回転部５０が、中心軸９を中心として回転する。

インペラ２０は、モータ１０の回転部５０とともに、回転可能に支持されている。本実施形態のインペラ２０は、下インペラ部材２１と、下インペラ部材２１の上側に配置された上インペラ部材２２とで、構成されている。図３に示すように、下インペラ部材２１は、中心軸９に直交する方向に広がる略円板状のベース６１を含んでいる。シャフト５１の上端部は、ベース６１の下面に設けられた取付穴６１１に、圧入されている。これにより、シャフト５１とベース６１とが、固定されている。

上インペラ部材２２は、シュラウド６２と、複数のブレード６３とを、含んでいる。シュラウド６２は、ベース６１の上方において、環状に広がっている。シュラウド６２は、中心軸９に近づくにつれて高くなるように、傾斜している。したがって、シュラウド６２の径は、上方へ向かうにつれて収束している。また、シュラウド６２の上端部の内側には、気体を取り込むための円形の開口部６２２が、設けられている。

複数のブレード６３は、シュラウド６２の下面から、下方へ向けて延びている。したがって、ブレード６３は、ベース６１とシュラウド６２との間に介在している。各ブレード６３は、径方向および周方向に対して、斜めに延びている。ブレード６３の下端部は、ベース６１の上面に溶着されている。これにより、下インペラ部材２１と上インペラ部材２２とが、固定されている。下インペラ部材２１と上インペラ部材２２との固定構造の詳細については、後述する。

ハウジング３０は、下ハウジング部材３１と、下ハウジング部材３１の上側に配置された上ハウジング部材３２と、を有している。下ハウジング部材３１は、インペラ２０の下方に位置する底板部３１１と、底板部３１１の径方向外側に位置する溝部３１２と、を有している。底板部３１１は、モータ１０の外周部付近から、径方向外側へ向けて広がっている。溝部３１２は、インペラ２０より径方向外側において、底板部３１１を取り囲むように、周方向に延びている。図３に示すように、溝部３１２は、断面視において略Ｕ字状の上面を有している。

上ハウジング部材３２は、インペラ２０の上面および側部を覆う環状の部材である。上ハウジング部材３２の外周部の下端部は、下ハウジング部材３１の外周部の上端部に、固定されている。インペラ２０は、下ハウジング部材３１と上ハウジング部材３２とに、包囲されている。また、ハウジング３０は、インペラ２０の上方に位置する吸気部７１と、インペラ２０の径方向外側に位置する排気部７２と、を有している。吸気部７１には、外部から気体を取り込むための吸気口７１０が、設けられている。排気部７２には、外部へ向けて気体を排出するための排気口７２０が、設けられている。

モータ１０を駆動させると、モータ１０の回転部５０とともに、インペラ２０が回転する。そうすると、吸気口７１０からハウジング３０の内部へ、気体が取り込まれる。ハウジング３０の内部に取り込まれた気体は、インペラ２０により加速される。その結果、下ハウジング部材３１の溝部３１２の上面に沿って、気体が周方向に流れる。その後、気体は、排気口７２０を通って、ハウジング３０の外部へ排出される。

＜２−２．上ハウジング部材について＞
続いて、上ハウジング部材３２のより詳細な構造について、説明する。図４は、上ハウジング部材３２およびインペラ２０の部分縦断面図である。また、図５は、上ハウジング部材３２の下面図である。

上述の通り、上ハウジング部材３２は、吸気部７１を有している。吸気部７１は、円筒部７１１、天板部７１２、および外殻部７１３を有している。円筒部７１１は、吸気口７１０の周囲において、軸方向に円筒状に延びている。天板部７１２は、円筒部７１１の上端部から、径方向外側へ向けて、広がっている。外殻部７１３は、天板部７１２の径方向外側の端縁部から、下側および径方向外側へ向けて、広がっている。また、上ハウジング部材３２は、吸気部７１の下面に、円環状の溝７１４を有している。そして、当該溝７１４の内部に、シュラウド６２の上端部が配置されている。

円筒部７１１は、シュラウド６２の上端部より径方向内側に位置している。これにより、吸気口７１０から、シュラウド６２と上ハウジング部材３２との間へ、気体が流れることが、抑制されている。外部から吸引される気体は、吸気口７１０を通って、ベース６１とシュラウド６２との間へ、効率よく取り込まれる。特に、本実施形態では、円筒部７１１の下端部が、シュラウド６２の上端部より、下側に位置している。このため、吸気口７１０から、ベース６１とシュラウド６２との間へ、より効率よく気体が取り込まれる。その結果、遠心ファン装置１の静圧が高められる。

また、図４および図５に示すように、上ハウジング部材３２は、複数の板状リブ７３を、さらに有している。各板状リブ７３は、吸気部７１の内側の面から、シュラウド６２側へ向けて、突出している。本実施形態では、これらの板状リブ７３によって、吸気部７１の剛性が高められている。その結果、遠心ファン装置１の駆動時における、上ハウジング部材３２の振動や騒音が、抑制されている。

仮に、吸気部の外側の面に、板状リブを設けたとすると、遠心ファン装置の清掃装置への取り付けに関して、清掃装置側の構造上の制約が大きくなる。しかしながら、本実施形態では、吸気部７１の内側の面に、板状リブ７３が設けられている。したがって、吸気部７１の外側の面には、リブによる大きな凹凸が、形成されていない。したがって、遠心ファン装置１の取り付けに関する制約が小さい。

特に、本実施形態では、天板部７１２の上面が、中心軸９に略直交する平坦面となっている。このため、天板部７１２の上面と、清掃装置側の部材とを密着させやすい。天板部７１２の上面と、清掃装置側の部材とを密着させれば、天板部７１２付近からの気体の漏れを、抑制できる。その結果、清掃装置に搭載された状態における遠心ファン装置１の静圧を、より高めることができる。

板状リブ７３は、吸気部７１の内側の面から、径方向および軸方向に延びている。このため、吸気部７１の複数の振動成分のうち、特に、径方向および軸方向の振動成分が低減される。また、本実施形態では、天板部７１２の下面と、外殻部７１３の径方向内側の面とに亘って、板状リブ７３が形成されている。このように、２つの面に亘って板状リブ７３が延びていることで、吸気部７１の振動が、より抑制される。

また、本実施形態では、板状リブ７３の径方向内側の端部が、シュラウド６２の上端部より、径方向外側に配置されている。このようにすれば、板状リブ７３と、シュラウド６２の上端部との接触を防止しつつ、シュラウド６２の上端部と天板部７１２の下面とを、接近させることができる。その結果、遠心ファン装置１の軸方向の寸法を、抑制できる。

また、本実施形態では、複数の板状リブ７３の径方向の長さが、径方向外側へ向かうにつれて、減少している。そして、中心軸９と板状リブ７３とを含む縦断面において、板状リブ７３の下縁部と外殻部７１３の下面とが、なだらかに連続している。また、当該縦断面において、板状リブ７３および外殻部７１３の下面が、径方向外側へ向かうにつれて漸次に下降するように、傾斜している。したがって、外殻部７１３のうち、板状リブ７３より径方向外側に位置する部分の下面は、板状リブ７３の下端部より下側に位置している。

このため、板状リブ７３とシュラウド６２との接触を防止しつつ、板状リブ７３とシュラウド６２の上面とを、接近させやすい。板状リブ７３とシュラウド６２の上面とが接近すれば、吸気口７１０から、シュラウド６２と上ハウジング部材３２との間へ、気体が流れることを、より抑制できる。

ここで、図４のように、板状リブ７３の径方向内側の端縁部と、シュラウド６２の上端部の外周面との径方向の距離を、ｄ１とする。また、外殻部７１３の径方向内側の端縁部と、シュラウド６２の上端部の外周面との径方向の距離を、ｄ２とする。また、外殻部７１３のうち、板状リブ７３より径方向外側に位置する部分の下面と、シュラウド６２の上面との軸方向の距離を、ｄ３とする。

シュラウド６２と上ハウジング部材３２との間への気体の流入を、抑制するためには、板状リブ７３とシュラウド６２の上端部との距離を、接近させることが、好ましい。したがって、ｄ３＞ｄ１とすることが好ましい。また、吸気部７１の剛性を、より高めるためには、板状リブ７３の径方向の寸法を、大きくすることが好ましい。したがって、ｄ２＞ｄ３＞ｄ１とすることが好ましい。

また、図５に示すように、本実施形態では、上ハウジング部材３２に、７つの板状リブ７３が設けられている。７つの板状リブ７３は、周方向に略等間隔に、配列されている。上ハウジング部材３２が有する板状リブ７３の数は、７つ以外であってもよい。ただし、板状リブ７３の数は、インペラ２０が有するブレード６３の数、モータ１０のポール数、および、モータ１０のスロット数の、いずれとも一致しないことが好ましい。このようにすれば、板状リブ７３と、他の部材とで、共振が生じることを、抑制できる。なお、ポール数は、モータ１０が有するマグネットの磁極数に等しい。また、スロット数は、モータ１０が有するティース４４１の数に等しい。

また、本実施形態の上ハウジング部材３２は、射出成型により得られた樹脂成型品である。射出成型を利用すれば、複数の板状リブ７３を、容易に成型することができる。また、仮に、板状リブを設けずに、吸気部の厚みを全体的に厚くして剛性を得ようとすると、溶融樹脂を冷却固化する際に、吸気部の表面に、部分的な凹みが生じやすくなる。しかしながら、本実施形態では、吸気部７１の厚みを抑えつつ、複数の板状リブ７３によって、吸気部７１の剛性が高められている。これにより、部分的な凹みの発生が、抑制されている。また、吸気部を全体的に厚くする場合と比べて、樹脂の使用量も低減されている。

＜２−３．下インペラ部材と上インペラ部材との固定構造について＞
続いて、下インペラ部材２１と上インペラ部材２２との固定構造について、説明する。図６は、下インペラ部材２１の縦断面図である。図７は、下インペラ部材２１の上面図である。図８は、上インペラ部材２２の縦断面図である。図９は、上インペラ部材２２の下面図である。

図６および図７に示すように、下インペラ部材２１のベース６１の上面には、複数の第１凹部２１１が設けられている。各第１凹部２１１は、径方向および周方向に対して、斜めに広がっている。複数の第１凹部２１１は、複数のブレード６３に対応するように、周方向に略等間隔に配列されている。また、ベース６１には、第１凹部２１１からさらに下方へ向けて凹んだ第２凹部２１２が、設けられている。第２凹部２１２は、上面視において、第１凹部２１１より小さい略円形の窪みである。

一方、図８および図９に示すように、上インペラ部材２２の各ブレード６３の下面には、第１凸部２２１と、第２凸部２２２とが、設けられている。第１凸部２２１は、ブレード６３に沿って延びている。すなわち、第１凸部２２１は、径方向および周方向に対して、斜めに延びている。また、第１凸部２２１の下端部は、下方へ向けて尖っている。また、第２凸部２２２は、下面視において、ブレード６３より小さい略円柱状の突起である。複数の第２凸部２２２は、複数の第２凹部２１２に対応する位置に、それぞれ配置されている。

インペラ２０の製造時には、ベース６１の各第１凹部２１１に、ブレード６３の下端部が、それぞれ嵌合される。また、ベース６１の各第２凹部２１２内に、ブレード６３の第２凸部２２２が、それぞれ嵌合される。このとき、ブレード６３の各第１凸部２２１の下端部は、ベース６１の第１凹部２１１の底部に、それぞれ当接する。

その後、下インペラ部材２１および上インペラ部材２２の少なくとも一方に、超音波振動を付与する。そうすると、ベース６１の上面とブレード６３の第１凸部２２１との間に摩擦熱が生じ、当該摩擦熱によって、第１凸部２２１が溶融する。その結果、下インペラ部材２１と上インペラ部材２２とが、溶着される。

ここで、下インペラ部材２１および上インペラ部材２２の各部材において、重心の位置を中心軸９と完全に一致させることは、製造上困難である。仮に、下インペラ部材２１の重心の偏りと、上インペラ部材２２の重心の偏りとが、同方向に重なってしまうと、インペラ２０全体としての重心の偏りが、大きくなってしまう。このため、インペラ２０の製造時には、下インペラ部材２１の重心の偏りと上インペラ部材２２の重心の偏りとが相殺されるように、中心軸９に対する両部材の相対的な回転位置を定めることが好ましい。

本実施形態では、複数の第２凹部２１２のうち、１つの第２凹部２１２ｓの径が、他の第２凹部２１２の径より、大きく形成されている。また、複数の第２凸部２２２のうち、１つの第２凹部２１２ｓの径が、他の第２凸部２２２の径より、大きく形成されている。以下では、径の大きい１つの第２凹部２１２ｓを、大径第２凹部２１２ｓと称する。また、径の大きい１つの第２凸部２２２ｓを、大径第２凸部２２２ｓと称する。

インペラ２０の製造時には、大径第２凹部２１２ｓに、大径第２凸部２２２ｓを嵌合させる。大径第２凸部２２２ｓを、大径第２凹部２１２ｓ以外の第２凹部２１２に、嵌合させることはできない。したがって、下インペラ部材２１と上インペラ部材２２との相対的な回転位置は、一意に定められる。

本実施形態のインペラ２０は、射出成型により得られた樹脂成形品である。インペラ２０の製造時には、予め、下インペラ部材２１および上インペラ部材２２の、それぞれの重心の偏りの傾向を調べる。そして、下インペラ部材２１と上インペラ部材２２とを組み合わせたときに、両部材の重心の偏りが略反対方向となるように、大径第２凹部２１２ｓおよび大径第２凸部２２２ｓの位置を、それぞれ設定する。

このようにすれば、下インペラ部材２１および上インペラ部材２２のそれぞれに、重心の偏りがあったとしても、インペラ２０全体として、重心の偏りを低減できる。また、下インペラ部材２１と上インペラ部材２２とを組み合わせた後に、インペラ２０の重心を補正する工程を、簡略化または省略できる。その結果、インペラ２０の製造工程を短縮できる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

図１０は、一変形例に係る上ハウジング部材３２Ｂおよびインペラ２０Ｂの部分縦断面図である。図１０の例では、吸気部７１Ｂの内側の面に、複数の第１板状リブ７３１Ｂと、複数の第２板状リブ７３２Ｂとが、設けられている。第１板状リブ７３１Ｂは、シュラウド６２Ｂの上端部より、径方向外側に位置している。一方、第２板状リブ７３２Ｂは、シュラウド６２Ｂの上端部より、径方向内側に位置している。このように、径方向の複数箇所に板状リブを設けることで、吸気部７１Ｂの剛性を、より高めることができる。

また、図１０の例では、第１板状リブ７３１Ｂと第２板状リブ７３２Ｂとの間に、切り欠き７３３Ｂが設けられている。そして、当該切り欠き７３３Ｂの内部に、シュラウド６２Ｂの上端部が配置されている。このようにすれば、シュラウド６２Ｂの上端部と、第１板状リブ７３１Ｂおよび第２板状リブ７３２Ｂとの接触を、防止できる。また、シュラウド６２Ｂの上端部と、上インペラ部材２２Ｂの天板部７１２Ｂの下面とを、軸方向に接近させることができる。したがって、遠心ファン装置の軸方向の寸法を、抑制できる。

また、図１０の例では、第１板状リブ７３１Ｂが、天板部７１２Ｂの下面と、外殻部７１３Ｂの径方向内側の面とに亘って、形成されている。また、第２板状リブ７３２Ｂが、天板部７１２Ｂの下面と、円筒部７１１Ｂの外周面とに亘って、形成されている。このように、吸気部７１Ｂの２つの面に亘って各板状リブが延びていることで、吸気部７１Ｂの振動が、より抑制されている。

図１１は、他の変形例に係る上ハウジング部材３２Ｃおよびインペラ２０Ｃの部分縦断面図である。図１２は、当該変形例に係る上ハウジング部材３２Ｃの下面図である。図１１および図１２の例では、吸気部７１Ｃの内側の面に、複数の板状リブ７３Ｃと、１つの環状リブ７４Ｃとが、設けられている。環状リブ７４Ｃは、シュラウド６２Ｃの上端部の径方向外側において、周方向に延びている。このような環状リブ７４Ｃを設ければ、吸気部７１Ｃの剛性を、より高めることができる。

また、図１１に示すように、この例では、環状リブ７４Ｃの下端部が、シュラウド６２Ｃの上端部より、下方に位置している。そして、環状リブ７４Ｃと、シュラウド６２Ｃの上端部と、円筒部７１１Ｃとが、径方向に重なっている。このようにすれば、吸気口７１０から、シュラウド６２Ｃと上ハウジング部材３２Ｃとの間へ、気体が流れることを、より抑制できる。したがって、吸気口７１０Ｃから、ベース６１Ｃとシュラウド６２Ｃとの間へ、より効率よく気体を取り込むことができる。その結果、遠心ファン装置の静圧を、より高めることができる。

また、他の変形例として、板状リブを省略し、上ハウジング部材の吸気部の内側の面に、環状リブのみが設けられていてもよい。

また、インペラ２０およびハウジング３０の材料は、上記の実施形態のように樹脂であってもよく、他の材料であってもよい。例えば、インペラ２０およびハウジング３０の一方または両方が、金属により形成されていてもよい。

また、下インペラ部材に、複数の第２凸部が設けられ、上インペラ部材に、複数の第２凹部が設けられていてもよい。また、下インペラ部材が、ベースおよび複数のブレードを含み、上インペラ部材が、シュラウドのみで構成されていてもよい。その場合には、例えば、ブレードの上面とシュラウドの下面との間で、溶接および嵌合による位置決めを、行えばよい。また、インペラは、１部材で構成されていてもよく、３つ以上の部材で構成されていてもよい。

また、本発明の遠心ファンは、清掃装置以外の装置に搭載されるものであってもよい。例えば、本発明の遠心ファンは、パソコン等の電子機器に、内部冷却用として搭載されるものであってもよい。また、本発明の遠心ファンは、他の種々のＯＡ機器、医療機器、家電製品、または輸送機器に搭載されるものであってもよい。

また、遠心ファン装置の細部の構成については、上記の実施形態や変形例と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

＜４．上記の実施形態から抽出される他の発明＞
なお、「中心軸に対する下インペラ部材と上インペラ部材との相対的な回転位置を定めること」を第１の課題として設定すれば、「リブ」を必須要件とせず、それに代えて、回転位置を定めるための「凹部」および「凸部」を必須要件とする発明を、上記の実施形態から抽出することができる。当該発明は、例えば、「上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記インペラを包囲するハウジングと、を有し、前記ハウジングは、前記インペラの上方に位置する吸気部と、前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、を有し、前記インペラは、下インペラ部材と、前記下インペラ部材の上側に配置された上インペラ部材と、を有し、前記下インペラ部材および前記上インペラ部材の一方に設けられた複数の凹部に、前記下インペラ部材および前記上インペラ部材の他方に設けられた複数の凸部が嵌合し、前記複数の凹部は、他の凹部より径の大きい１つの大径凹部を含み、前記複数の凸部は、他の凸部より径の大きい１つの大径凸部を含み、前記大径凹部に、前記大径凸部が嵌合している遠心ファン装置。」となる。

この発明によれば、大径凹部と大径凸部との嵌合によって、中心軸に対する下インペラ部材と上インペラ部材との相対的な回転位置を、定めることができる。また、この発明に、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、組み合わせることも可能である。

本発明は、遠心ファン装置に利用できる。

１，１Ａ遠心ファン装置
９，９Ａ中心軸
１０，１０Ａモータ
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃインペラ
２１インペラ部材
２１下インペラ部材
２２，２２Ｂ上インペラ部材
３０，３０Ａハウジング
３１下ハウジング部材
３２，３２Ｂ，３２Ｃ上ハウジング部材
６１，６１Ａ，６１Ｃベース
６２，６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃシュラウド
６３，６３Ａブレード
７１，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ吸気部
７２，７２Ａ排気部
７３，７３Ｃ板状リブ
７３Ａリブ
７４Ｃ環状リブ
２１１第１凹部
２１２第２凹部
２１２ｓ大径第２凹部
６２２開口部
７１０，７１０Ｃ吸気口
７２０排気口
７１１，７１１Ａ，７１１Ｂ，７１１Ｃ円筒部
７１２，７１２Ａ，７１２Ｂ天板部
７１３，７１３Ａ，７１３Ｂ外殻部
７１４溝
７３１Ｂ第１板状リブ
７３２Ｂ第２板状リブ
７３３Ｂ切り欠き

Claims

上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、
前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラを包囲するハウジングと、
を有し、
前記ハウジングは、
前記インペラの上方に位置する吸気部と、
前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、
を有し、
前記インペラは、
前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、
前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、
前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、
を有し、
前記吸気部は、
前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、
前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、
前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、
を有し、
前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、
前記リブの径方向内側の端部は、前記シュラウドの上端部より、径方向外側に位置し、
前記リブは、前記天板部の下面と、前記外殻部の径方向内側の面とに亘って、形成されている遠心ファン装置。
請求項１に記載の遠心ファン装置において、
前記中心軸と前記リブとを含む縦断面において、前記リブの下縁部と前記外殻部の下面とがなだらかに連続し、かつ、
前記外殻部のうち、前記リブより径方向外側に位置する部分の下面は、前記リブの下端部より下側に位置している遠心ファン装置。
上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、
前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラを包囲するハウジングと、
を有し、
前記ハウジングは、
前記インペラの上方に位置する吸気部と、
前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、
を有し、
前記インペラは、
前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、
前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、
前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、
を有し、
前記吸気部は、
前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、
前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、
前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、
を有し、
前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、
前記リブは、
前記シュラウドの上端部より径方向外側に位置する第１リブと、
前記シュラウドの上端部より径方向内側に位置する第２リブと、
を有する遠心ファン装置。
請求項３に記載の遠心ファン装置において、
前記リブは、前記第１リブと前記第２リブとの間に、切り欠きを有する遠心ファン装置。
請求項３または請求項４に記載の遠心ファン装置において、
前記第２リブは、前記天板部の下面と、前記円筒部の外周面とに亘って、形成されている遠心ファン装置。
上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、
前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラを包囲するハウジングと、
を有し、
前記ハウジングは、
前記インペラの上方に位置する吸気部と、
前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、
を有し、
前記インペラは、
前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、
前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、
前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、
を有し、
前記吸気部は、
前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、
前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、
前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、
を有し、
前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、
前記リブは、
径方向に延びる複数の板状リブ
を含む遠心ファン装置。
請求項６に記載の遠心ファン装置において、
前記ハウジングが有する前記板状リブの数が、前記インペラが有する前記ブレードの数、前記モータのポール数、および、前記モータのスロット数の、いずれとも一致しない遠心ファン装置。
上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、
前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラを包囲するハウジングと、
を有し、
前記ハウジングは、
前記インペラの上方に位置する吸気部と、
前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、
を有し、
前記インペラは、
前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、
前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、
前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、
を有し、
前記吸気部は、
前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、
前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、
前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、
を有し、
前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、
前記リブは、
前記シュラウドの上端部の径方向外側において、周方向に延びる環状リブ
をさらに含む遠心ファン装置。
上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、
前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラを包囲するハウジングと、
を有し、
前記ハウジングは、
前記インペラの上方に位置する吸気部と、
前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、
を有し、
前記インペラは、
前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、
前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、
前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、
を有し、
前記吸気部は、
前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、
前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、
前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、
を有し、
前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、
前記円筒部の下端部は、前記シュラウドの上端部より、下側に位置する遠心ファン装置。
上下に延びる中心軸を中心として、回転可能に支持されるインペラと、
前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラを包囲するハウジングと、
を有し、
前記ハウジングは、
前記インペラの上方に位置する吸気部と、
前記インペラの径方向外側に位置する排気部と、
を有し、
前記インペラは、
前記中心軸に直交する方向に広がるベースと、
前記ベースの上方に位置し、上方へ向かうにつれて径が収束する環状のシュラウドと、
前記ベースと前記シュラウドとの間に介在するブレードと、
を有し、
前記吸気部は、
前記シュラウドの上端部より径方向内側において軸方向に延びる円筒部と、
前記円筒部の上端部から径方向外側へ向けて広がる天板部と、
前記天板部の径方向外側の端縁部から下側および径方向外側へ向けて広がる外殻部と、
を有し、
前記ハウジングは、前記吸気部の内側の面から前記シュラウド側へ向けて突出したリブを、さらに有し、
前記リブの径方向内側の端縁部と前記シュラウドの上端部の外周面との径方向の距離をｄ１、前記外殻部の径方向内側の端縁部と前記シュラウドの上端部の外周面との径方向の距離をｄ２、前記外殻部のうち、前記リブより径方向外側に位置する部分の下面と前記シュラウドの上面との軸方向の距離をｄ３として、
ｄ２＞ｄ３＞ｄ１
を満たす遠心ファン装置。
請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の遠心ファン装置において、
前記天板部の上面が、平坦面である遠心ファン装置。
請求項１から請求項１１までのいずれかに記載の遠心ファン装置において、
前記ハウジングが、樹脂成型品である遠心ファン装置。