JP5976992B2

JP5976992B2 - 軸流ファン

Info

Publication number: JP5976992B2
Application number: JP2011015072A
Authority: JP
Inventors: 松本　薫; 薫松本; 山脇　孝之; 孝之山脇
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: JP2012154270A

Description

本発明は、軸流ファンに関し、特にロータヨークのインサート成形によってインペラを形成した軸流ファンに関する。

軸流ファンにおけるインペラはカップ状のハブの外周面から径外方に伸長する複数の羽根を備えたもので、一般に樹脂で成形される。このインペラはモータのロータに取り付けられるが、取り付け方法として、ロータをインペラの内側に圧入する手段や、ロータヨークのインサート成形によってインペラの成形時にロータヨークと回転軸を一体に作製する方法が知られている。ロータヨークのインサート成形によって一体に作製する場合、金属製のロータヨークと合成樹脂製のインペラとの間での熱膨張率の違いによって成形時の冷却工程の際、ロータヨークとの接合面でのクラックの発生や、成形時の樹脂圧によるロータヨークの変形が生じ易くなる。このようなインサート成形に伴うクラックやロータヨークの変形の発生を抑制するため、ロータヨークの外周の周壁部に隙間を形成した軸流ファンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は特許文献１に記載の軸流ファンの断面図、図６は図５に示す軸流ファンのロータユニットの拡大断面図である。図６に示すように、インペラ４のインペラカップ４１は、中央の円筒部４３から径方向外方へ延びる略円盤状の上面４４とその外周縁から軸方向基端側へ延びる略円筒状の周壁部４５を有する。周壁部４５はロータホルダ２５の周壁部２５１の外周面に密着した略円筒状の内側円筒部４５１と、軸方向先端側で内側円筒部４５１に接続され軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に広がる外側テーパ円筒部４５２とからなる二重円筒形状を有し、外側テーパ円筒部４５２の外周面から複数の羽根４２が径方向外側へ延びている。内側円筒部４５１と外側テーパ円筒部４５２との間には略三角形の断面形状を有する環状空間ＡＳが形成されており、環状空間ＡＳには内側円筒部４５１の外周面と外側テーパ円筒部４５２の内周面とを接続する複数のリブ４６が周方向に略等間隔で形成されているため、インペラカップ４１の変形が発生し難くなり、必要な強度を確保することができる。

特開２０１０−２５０８７号公報

しかしながら、特許文献１の軸流ファンにおけるロータユニットではロータホルダ２５の上面２５２の表面を覆い円筒部４３に延びるインペラカップ４１の上面４４はインサート成形時に樹脂にて一体に成形される。そして、ロータホルダ２５の内側にコイル３１を装着したステータコア３２が配設される構成となっている。コイル３１に励磁電流を印加すると発熱により熱がロータホルダ２５の内側にこもり易い。この結果、熱サイクルによる経時変化にて、内側円筒部４５１のロータホルダ２５との接合面でクラックが発生する虞がある。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、ロータヨークのインサート成形によって一体にインペラを成形する軸流ファンにおいて、インペラの構造を改良することにより、インペラの内側に熱がこもり難く、効率よく放熱できる結果、熱サイクルでの内周壁のロータヨークとの接合面におけるクラックの発生を防止した軸流ファンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の軸流ファンにおいては、ロータヨークの内周面にマグネットを装着し、該ロータヨークの外周面に複数の羽根を形成したハブからなるインペラを具備した軸流ファンにおいて、前記ロータヨークは円筒部と該円筒部に連接した底面部からなるカップ状で、前記底面部の中央には開口を備え、前記ロータヨークの前記開口に、金属材料からなるボス部が結合し、前記開口の周縁に形成された複数の突起部が前記ボス部の中に入り込んで埋設されるとともに、シャフトが前記ボス部に入り込んで固定され、前記ロータヨークの前記円筒部の外周面にはハブと該ハブの外周面から径方向外方に伸長する複数枚の羽根が樹脂成形され、前記ハブは内周壁と、外周壁と、前記外周壁と前記内周壁の間には前記ロータヨークの前記円筒部の端面から前記底面部までの長さと略等しい長さを有する環状の溝が形成され、前記内周壁の外周面と前記外周壁の内周面とは周方向に均等に位置する複数のリブによって結合され、前記ハブが前記ロータヨークの内周面と前記底面部を除いて前記ロータヨークを軸方向で挟み込むように前記ロータヨークの円筒部端面と前記ロータヨークのコーナー部を覆ってなり、
前記内周壁の厚さは前記外周壁の厚さよりも薄いことを特徴とする。

この構成においては、外周壁と内周壁の間にはカップ状のロータヨークの円筒部の端面から底面部までの長さと略等しい長さを有する環状の溝を形成しているため、内周壁でのクラックの発生を防止できる。また、ハブがロータヨークの内周面と底面部を除いてロータヨークを軸方向で挟み込むようにロータヨークの円筒部端面とロータヨークのコーナー部を覆っているため、ロータヨークの底面部が露出する結果、効率よく放熱でき、熱サイクルによる内周壁でのクラックの発生を防止できる。

請求項２に係る発明の軸流ファンにおいては、ロータヨークの底面部には複数個の貫通穴を形成してなることを特徴とする。この構成においては、貫通穴によってロータヨークの内側と外部とが連通するので、ロータヨークの内側が冷却され、ロータヨークの底面部からより効率よく放熱でき、熱サイクルによる内周壁でのクラックの発生を防止できる。

本願請求項１に係る発明によれば、軟磁性金属材料からなるカップ状のロータヨークの底面部には樹脂が覆うことなく露出しているためインペラの内側に熱がこもり難く、効率よく放熱できる結果、熱サイクルによる内周壁でのクラックの発生を防止した軸流ファンを提供することができる。

本願請求項２に係る発明によれば、露出したカップ状のロータヨークの底面部には複数個の貫通穴が形成されているため、ロータヨークの底面部からより効率的に放熱できる結果、熱サイクルによる内周壁のロータヨークとの接合面でのクラックの発生を防止した軸流ファンを提供することができる。

本発明の実施形態に係る軸流ファンを示す断面図である。図１に示す軸流ファンの底面図である。図１に示す軸流ファンの部分拡大図である。図２に示す軸流ファンの部分拡大図である。従来の軸流ファンを示した断面図である。図５に示す軸流ファンのロータユニットの拡大断面図である。

本発明の軸流ファンについて図面に基づいて説明する。

図１は本発明の軸流ファンにおけるインペラの断面図、図２は図１の底面図、図３は図１の部分拡大図、図４は図２の部分拡大図である。

図１に示すように、本発明の軸流ファンにおけるインペラ１は樹脂成形品で、金属材料からなるシャフト２はインサート成形によってインペラ１の中央部に形成されたボス部３の中央に一体に固定されている。軟磁性金属材料からなるロータヨーク４は円筒部４ａとこれに連接した底面部４ｂから構成されたカップ状からなり、底面部４ｂには複数の貫通穴５（図では円周方向に均等間隔で６個）が形成され、ロータヨーク４の中央には開口が形成されており、開口の周縁には切り込みを入れて突起部４ｃが形成され、ボス部３に突起部４ｃが埋設されている。ロータヨーク４もシャフト２と同様、インサート成形によってカップ状のハブ６の内側に固定されている。また、カップ状のハブ６の外周面から径方向外方に伸長する複数枚の羽根７（図では７枚）が成形樹脂で一体に成形されている。

本発明の軸流ファンにおけるインペラ１の製造手順について説明する。

まず、軟磁性金属材料からなるロータヨーク４は円筒部４ａとこれに連接した底面部４ｂから構成されたカップ状からなり、底面部４ｂには複数の貫通穴５が形成され、底面部４ｂの中央には開口が形成されており、開口の周縁には切り込みを入れて複数の突起部４ｃが形成されている。

次に、図示しない金型にシャフト２とカップ状のロータヨーク４をセットし、金属材料（例えば、ダイカスト材であるアルミニウム材料や亜鉛材料）を金型に加圧注入してロータヨーク４の中央部の開口にボス部３がインサート成形にて形成される。このボス部３の中にロータヨーク４の中央部の開口の周縁に形成された複数の突起部４ｃが入り込んで埋設されるので、結合強度を向上させる。また、シャフト２の一方側にはローレット加工が施され、このローレット加工された箇所がボス部３の中に入り込むため、シャフト２の結合強度を向上できる。このようにして、シャフト２がロータヨーク４に強固に固着される。このようにダイカスト材にてロータヨーク４にインサート成形にてボス部３が形成されるため、シャフト２とロータヨーク４との同芯度を精度良く、またロータヨーク４に強固に固着することができる。

そして、シャフト２が固着されたロータヨーク４を図示しない金型内にセットした後、モールド樹脂を金型内に注入して、インペラ１をインサート成形する。カップ状のロータヨーク４の円筒部４ａの外周面をモールド樹脂が覆うように成形してハブ６が形成される。ハブ６はロータヨーク４の円筒部４ａの外周面を覆う内周壁８と、内周壁８の外周で軸方向に伸長する環状の溝９と、環状溝９の外周に外周壁１０が形成され、内周壁８の外周面と外周壁１０の内周面とは周方向に均等に位置する複数のリブ１１によって結合されている。ロータヨーク４の軸方向端面４ｄの内周側には面取り４ｅを施しているため、モールド樹脂はロータヨーク４のコーナー部４ｆとロータヨーク４の軸方向端面４ｄを覆い、ロータヨーク４を軸方向両端から挟み込みようしてカップ状のハブ６が形成される。

しかし、ロータヨーク４の内周面４ｇとロータヨークの底面部４ｂにはモールド樹脂が存在せず、ロータヨーク４が露出した状態となっている。

軸方向における環状溝９の長さＬは、カップ状のロータヨーク４の円筒部４ａの端面４ｄから底面部４ｂまでの長さと略等しい長さを有している。このため、環状溝９の軸方向の長さＬを長くしているので、インペラ１のハブ６の内周壁８でのクラックの発生を防止することができる。

そして、図示しない金型から樹脂成形したインペラ１を取り出し、ロータヨーク４の内周面４ｇにロータマグネット（図示省略）を装着し、ロータマグネットの内側には所定のギャップを隔ててステータ（図示省略）が配設されて軸流ファンが構成される。そして、図示しないステータのコイルの発熱に対しても、ロータヨーク４の底面部４ｂにはモールド樹脂が存在せず、金属材料のロータヨーク４が露出して空気と直接触れた状態であるため、金属材料のロータヨーク４の底面部４ｂから効率よく放熱できる。この結果、ロータヨーク４の内側に熱がこもり難いため、熱サイクルでの経時変化による内周壁８のロータヨーク４との接合面でクラックが発生する虞がない。さらに、ロータヨーク４の底面部４ｂには複数の貫通穴５が形成されているため、貫通穴５によってロータヨーク４の内側と外部とが連通する結果、ロータヨーク４の内側が冷却され、ロータヨーク４の底面部４ｂからより効率よく放熱できる。

なお、ハブ６の内周壁８の厚さは、ロータヨーク４を保持するための剛性を確保できる厚さがあればよく、ハブ６の外周壁１０の厚さよりも薄くすることが好ましい。ハブ６の内周壁８の厚さを薄くすることによって、内周壁８を形成する樹脂の熱膨張による影響を小さくすることができ、より熱サイクルによる内周壁８でのクラックの発生を防止することができる。

また、ハブ６の樹脂成形時にコーナー部４ｆの近傍には周方向に複数の凹部１２が同時に形成される。この凹部１２はインペラ１の回転時のバランス調整用のウエイトを装着するために用いる。また、環状溝９もバランス調整用のウエイトを装着するために利用することができる。

１インペラ
２シャフト
３ボス部
４ロータヨーク
４ａ円筒部
４ｂ底面部
４ｃ突起部
４ｄ端面
４ｅ面取り
４ｆコーナー部
４ｇ内周面
５貫通穴
６ハブ
７羽根
８内周壁
９溝
１０外周壁
１１リブ
１２凹部

Claims

ロータヨークの内周面にマグネットを装着し、該ロータヨークの外周面に複数の羽根を形成したハブからなるインペラを具備した軸流ファンにおいて、
前記ロータヨークは円筒部と該円筒部に連接した底面部からなるカップ状で、前記底面部の中央には開口を備え、
前記ロータヨークの前記開口に、金属材料からなるボス部が結合し、
前記開口の周縁に形成された複数の突起部が前記ボス部の中に入り込んで埋設されるとともに、シャフトが前記ボス部に入り込んで固定され、
前記ロータヨークの前記円筒部の外周面にはハブと該ハブの外周面から径方向外方に伸長する複数枚の羽根が樹脂成形され、
前記ハブは内周壁と、外周壁と、前記外周壁と前記内周壁の間には前記ロータヨークの前記円筒部の端面から前記底面部までの長さと略等しい長さを有する環状の溝が形成され、前記内周壁の外周面と前記外周壁の内周面とは周方向に均等に位置する複数のリブによって結合され、前記ハブが前記ロータヨークの内周面と前記底面部を除いて前記ロータヨークを軸方向で挟み込むように前記ロータヨークの円筒部端面と前記ロータヨークのコーナー部を覆ってなり、
前記内周壁の厚さは前記外周壁の厚さよりも薄いことを特徴とする軸流ファン。
前記ロータヨークの前記底面部には複数個の貫通孔を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。