JP5920804B2 - ファンロータ、ファン装置、及びファンロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータシャフトと、そのロータシャフトに相対回転不能に配設されたロータ体と、インペラとを有するファンロータ、及びファンロータの製造方法、並びにこれらを用いたファン装置に関する。

従来のファン装置におけるファンロータは、例えば、インサート成形によって製造する。その際、ロータ体の周囲にプラスチック製のインペラを射出成形する。このロータ体は鍋型に形成されていて、その内部にモータのステータを収容できるようになっている。それゆえ、ロータ体は相応の大きさをしていて、そのために、ロータ体とインペラとの間に広い接触面が存在する（例えば特許文献１参照。）。

特開２００７−１２０３７８号公報 図１、段落番号［００２３］等

特許文献１に記載されているロータ体のように、インサート部材とインペラとの接触面積が広いと、インサート成形後にプラスチックが均一に冷却されない可能性が生じる。それによって、プラスチックが、所々でインサート部材から剥がれたり、応力亀裂が生じたりすることが考えられる。

それに加えて、ロータシャフトとプラスチックとの結合部における保持力は僅かである場合には、小さな回転トルクしか伝達できない。もう一方で、インサート部材が小さいと、結合が不完全となる場合もある。

インペラ及びロータ体の別の製造方法として、前もって成形しておいたプラスチック製インペラをロータ体に圧入する方法もある。しかしながら、そのためには、そのインペラを狭い公差範囲内で正確に成形することが必要であって、大きな成形品では容易ではない。それに加えて、圧入の際に生じる応力によって、インペラに亀裂が生じたり、別な種類の損傷が生じたりする可能性もある。

また、ロータ体とインペラの線膨張係数の差により、仕上げ工程終了後においてインペラに応力亀裂が生じる可能性も排除できない。従来の技術では、構造上の制約から、圧入を行う領域におけるインペラ壁部の厚さが比較的薄くなってしまい、応力を十分に分散できないために、上述した問題がさらに顕著に表れる。

従って、本発明は、部材間における部材結合が確保されるとともに、インペラの損傷を防止することが可能なファンロータ及びファンロータの製造方法、並びにこれらを用いたファン装置を提供することを目的とする。

本発明のファンロータは、ロータシャフトと、前記ロータシャフトに相互回転不能に取り付けられたフランジと、前記ロータシャフト及び前記フランジをインサート部材としてインサート成形によりインペラを形成したインペラユニットと、前記インペラユニットの内周に対して隙間嵌め又は中間嵌めによって嵌合したロータ体とを備える構成である。

前記インペラの内周において軸方向に延びて突出した堤部であって、前記ロータ体を嵌合した際に変形するリブを形成することが好ましい。

前記ロータ体は、前記フランジ又は前記ロータシャフトと、力学結合、形状結合、素材結合のうちの少なくとも一つの結合方法で結合されており、前記ロータ体から前記ロータシャフト又は前記フランジを介して前記インペラにトルクを伝達する構成とすることが好ましい。

前記フランジの縁に加締環部を備え、前記ロータ体を前記フランジの加締環部に嵌入した後にかしめて固定することが好ましい。

前記インペラの内部の底壁に係合突起を形成し、前記ロータ体の底壁に前記係合突起と係合する係合開口部を開設し、前記係合突起を前記係合開口部に挿入して係合させることが好ましい。

前記係合突起を前記係合開口部に挿入して係合させた後に、前記係合突起を熱変形させて前記ロータ体を固定することが好ましい。

前記ファンロータのロータ体にマグネットを固定するとともに、前記ファンロータを回転させるステータを配置して、ファン装置を構成することが好ましい。

以上の構成によれば、ロータシャフト及びフランジをインサート部材としてインサート成形によりインペラを形成したので、インペラとフランジとの接触面は、小さすぎず、また大きすぎもしない。これにより、従来のようなプラスチック冷却時においてインペラのプラスチック素材がインサート部材から剥がれたり、応力亀裂が生ずる等の問題は発生しない。それに加えて、このフランジとの接触領域におけるインペラの壁厚は、応力を良好に分散させて相殺できるような壁厚とすることができる。

また、インペラユニットの内周に対して隙間嵌め又は中間嵌めによってロータ体を嵌合することにより、ロータ体をインペラに挿入する際、プラスチックの割れや亀裂を引き起こすような力、若しくは応力は発生しない。そのためファンロータを、より簡単且つ低コストで製造することができる。

更には、インペラの内周において軸方向に延びて突出したリブを変形させてロータ体を嵌合することにより、インペラユニットとロータ体との心合わせに寄与することができる。それに加えて、それらのリブはノイズを緩衝する効果がある。

更には、ロータ体を、フランジ又はロータシャフトと、力学結合、形状結合、素材結合のうちの少なくとも一つの結合方法で結合し、ロータ体からロータシャフト又はフランジを介してインペラにトルクを伝達する構成とする。この構成により、ロータ体からインペラに直接トルクを伝達するのではなく、ロータ体からフランジ又はロータシャフトにトルクを伝達し、そこから、フランジを介してインペラに伝達することができる。それによって、力の伝達は、確実に、結合強さが最も強い個所において行われる。

更には、フランジの縁に加締環部を備え、ロータ体をフランジの加締環部に嵌入した後にかしめて固定することにより、ロータ体からフランジにトルクを伝達し、そこから、フランジを介してインペラに伝達することができる。

更には、インペラの内部の底壁に形成した係合突起を、ロータ体の底壁に開設した係合開口部に挿入して係合させることによって、ロータ体から直接インペラにトルクを伝達することができる。

更には、係合突起を係合開口部に挿入して係合させた後に、係合突起を熱変形させることによって、ロータ体をインペラに固定することができる。

更には、ファンロータのロータ体にマグネットを固定するとともに、ファンロータを回転させるステータとを具備することによって、ファン装置を形成することができる。

本発明によれば、インペラのプラスチック素材がインサート部材から剥がれたり、応力亀裂が生ずる等の問題を抑制することができる。更に、簡単且つ低コストでファンロータを製造して、提供することができる。

本発明の実施形態に係わるファン装置の側面断面図である。 図１に示したファン装置におけるファンロータの斜視図である。 第１の工程において、ロータシャフトにフランジが固定された状態を示す側面図である。 第２の工程において、ロータシャフトにインペラをインサート成形した、インペラユニットの断面図である。 ロータ体の断面図である。 第３の工程において、完成したファンロータの断面図である。

以下、本発明に係わるファンロータの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わるファン装置の断面図、図２は、図１に示したファン装置におけるファンロータの斜視図である。

ファン装置１は、モータ２を回転駆動源とする。モータ２は、ステータ３とファンロータ４を有する。ステータ３は、複数個のステータ極６を持つステータ体５を備え、それらのステータ極６には、各々少なくとも１つのステータ巻線７が配設されている。ファンロータ４は、本発明に係る組立部材である。

ファンロータ４は、金属から成るロータ体８を備える。ロータ体８は鍋型に形成されていて、ステータ３を収容するようになっている。ロータ体８の内側には、ステータ極６と対向して配されたリングマグネット９が配設されている。

ロータ体８は、モータ２への適用においては、金属で構成するのが好適である。ロータ体８は、鉄などの強磁性の材料で作るとよいが、例えばアルミニウムといった別の材料から成るロータ体８を備えていてもよい。その場合、ロータ体８とマグネット９の間に強磁性の保磁子を配設する必要がある。この実施態様では、保磁子が独立して構成されることから、電磁気学的設計、すなわち、磁力線の流れを最適化できる。

ファンロータ４は、実質的には三つの工程を含む本発明の製造方法によって製造される。個々の工程については、図３から図６を用いて詳しく説明する。

図３は、第１の工程において、ロータシャフトにフランジが固定された状態を示す側面図である。図４は、第２の工程において、ロータシャフトにインペラをインサート成形したインペラユニットの断面図である。図５は、ロータ体の断面図である。図６は、第３の工程において、完成したファンロータの断面図である。

先ず、図３に示すように、第１の工程において、フランジ１０をロータシャフト１１に対して相互回転不能に固定する。そのフランジ１０とロータシャフト１１の何れもが、好適には損傷又は変形を防ぐため金属から構成され、圧入によって互いに結合される。それに代えて或いはそれに加えて、ロータシャフト１１とフランジ１０を、溶接、ハンダ付け、接着、或いはその他の方法によって永続的に強固に素材結合してもよい。また、回転トルクの伝達を、更に確実に改善するために、ロータ体８とフランジ１０とを形状結合してもよい。

次いで、図４に示すように、第２の工程において、インサート成形によって、プラスチック製のインペラを、上記ようにして形成されたロータシャフト１１とフランジ１０のユニットの周りに射出成形する。

また、図３に示したように、フランジ１０の周囲には切り込み１３が入っていて、インペラ１２を構成するプラスチックがその切り込みに係合するようになっている。それによってフランジ１０とインペラ１２は、相互回転不能に結合され、その結合により、より大きな回転トルクを伝達することも可能である。インペラ１２は、ロータシャフト１１の一方の端部をモールドしているが、そのロータシャフト１１の一方の端部をモールドしているプラスチック部分が回転トルクを伝達する必要はない。

インペラ１２の内側には、ロータ体８を嵌入するための収容凹部１４を備える。インペラ１２の内径公差とロータ体８の外径公差とは、好適には、力が加わらない、隙間嵌めに管理する。

インペラ１２とロータ体８とが隙間嵌めされたときに、インペラ１２がロータ体８に保持されるよう、ロータ体８をインペラ１２に固定してもよい。そのために、例えば、ロータ体８とインペラ１２とを溶接してもよい。

次いで、第３の工程において、図５に示すロータ体８を、図４に示したインペラ１２の収容凹部１４に挿入して嵌合させる。ロータ体８は、好適には、力が加わらない、隙間嵌めによってインペラ１２に挿入される。その際、インペラ１２の中部では応力が発生しないので、インペラ１２のプラスチックに亀裂や割れが発生する危険はない。本発明に見られる更なる利点は、従来の技術のように、応力又は亀裂が生じ得るような広い面に対してインサート成形を行う必要がない点である。

図６に示す実施形態では、ロータ体８は、フランジ１０の縁に形成した加締環部１８に押着若しくは押圧される。その後、加締環部１８の一部はロータ体８の底壁を跨いでかしめられ、ロータ体８を力学結合及び形状結合するようになっている。また、溶接、ハンダ付け、接着、或いはその他の方法によって素材結合してもよい。

図６に示す実施形態では、上記に代わる或いは上記とは別な固定方法をも示している。その固定方法は、ロータ体８とインペラ１２とを互いに結合する固定方法である。

図４に示したように、ロータ体８をインペラ１２に固定する目的で、インペラ１２の内部の底壁に円筒状の係合突起１６を少なくとも一箇所形成してある。一方、図５に示すように、ロータ体８の底壁には、インペラ１２の係合突起１６と係合する係合開口部１５を開設してある。

図６に示すように、インペラ１２の収容凹部１４にロータ体８を挿入して嵌合させると、インペラ１２の係合突起１６がロータ体８の係合開口部１５と係合する。これにより、ロータ体８から直接インペラ１２にトルクを伝達することができる。

更に、係合突起１６を係合開口部１５に挿入して係合させた後に、係合突起１６の先端部を加熱により熱変形させることもできる。これにより、係合突起１６を用いて係合開口部１５を背後から挟み込んで、ロータ体８をインペラ１２に固定することもできる。係合突起１６の先端部を熱変形させると、係合開口部１５が覆われ、ロータ体８とインペラ１２とが強固に結合されるようになる。

因みに、係合突起１６は、インサート成形時に形成してもよいし、上述した係合開口部１５に当たる場所でホットマンドレルをインペラ１２に押し当ててインペラ１２のプラスチックをその係合開口部１５に突き出して、そのような係合突起１６を形成するようにしてもよい。尚、上記とは別な固定方法も考えられる。

また、インペラ１２とロータ体８とのはめあいを、上述の隙間嵌めではなく中間嵌めとしてもよく、その場合の双方の寸法公差は、インペラ１２のプラスチックに加わる応力が、亀裂を生じさせ得ない弱いものとなるよう選択する。

また、図４に示したようにインペラ１２の内周に、半径方向に突出しつつ軸方向に延びるリブ１７を配設することもできる。このリブ１７が、ロータ体８を収容凹部１４に挿入する際に変形することで、インペラ１２を変形させることなくロータ体８を強固に納めることができる。

それらのリブ１７は、ロータ体８とインペラ１２とを互いに心合わせし、更に、ノイズの発生を最小限に抑える働きをすることができる。

このリブ１７は、ロータ体８が挿入される際に容易に変形する。それは、その横方に、プラスチックを逃がすのに十分な空間が確保されているからである。その変形によって、それらのリブ１７はインペラ１２をロータ体８に心合わせできる。ところが、組み立ての際には、インペラ１２そのものに応力が生じることはない。と言うのは、全てのエネルギーが、上述したリブ１７が変形することで導出されるからである。それゆえ、インペラ１２に亀裂や割れが生じることはない。

本発明によるファンロータ４は、例えば、モータ２を具備するファン装置１に用いるのに好適である。

本発明によるファンロータ４の使用は、モータ２での使用に限定されるものではなく、例えば、内燃機関での使用或いは、例えば、ベルトを介した間接駆動での使用も考えられる。

１ ファン装置
２ モータ
３ ステータ
４ ファンロータ
５ ステータ体
６ ステータ極
７ ステータ巻線
８ ロータ体
９ マグネット
１０ フランジ
１１ ロータシャフト
１２ インペラ
１３ 切り込み
１４ 収容凹部
１５ 係合開口部
１６ 係合突起
１７ リブ
１８ 加締環部

Claims (8)

1. ロータシャフトと、
   前記ロータシャフトに相互回転不能に取り付けられたフランジと、
   前記ロータシャフト及び前記フランジがインサート部材としてインサートされたインペラと、
   前記インペラの内側に設けられた収容凹部に対して、隙間嵌め又は中間嵌めによって嵌合されたロータ体と、を備えるファンロータ。
2. 前記インペラの前記収容凹部において軸方向に延びて突出した堤部であって、前記ロータ体が嵌合された際に変形するリブが形成された請求項１に記載のファンロータ。
3. 前記ロータ体は、前記フランジ又は前記ロータシャフトと、力学結合、形状結合、素材結合のうちの少なくとも一つの結合方法で結合されており、前記ロータ体から前記ロータシャフト又は前記フランジを介して前記インペラにトルクを伝達する請求項１又は２に記載のファンロータ。
4. 前記フランジの縁に加締環部を備え、
   前記ロータ体は前記フランジの前記加締環部に固定された状態で前記フランジの前記加締環部に嵌入されている請求項１〜３のいずれかに記載のファンロータ。
5. 前記インペラの前記収容凹部の底壁に係合突起が形成され、前記ロータ体が鍋型であってその鍋型のロータ体の底壁に前記係合突起と係合する係合開口部を開設し、前記係合突起が前記係合開口部に係合した状態で前記係合開口部に挿入されている請求項１〜４のいずれかに記載のファンロータ。
6. 前記ロータ体が熱変形した前記係合突起で固定されている請求項５に記載のファンロータ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の前記ファンロータのロータ体にマグネットを固定するとともに、前記ファンロータを回転させるステータを具備するファン装置。
8. ロータシャフトにインペラとロータ体とを取り付けるファンロータの製造方法であって、
   前記ロータシャフトにフランジを相互回転不能に取り付ける工程、又は、前記ロータシャフトとフランジとを一体に形成する工程と、
   前記ロータシャフト及び前記フランジをインサート部材としてインペラをインサート成形する工程と、
   前記インペラの内側に設けられた収容凹部に対して、隙間嵌め又は中間嵌めによってロータ体を嵌合する工程と、を含むファンロータの製造方法。

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