JP6027306B2

JP6027306B2 - 軸流ファン

Info

Publication number: JP6027306B2
Application number: JP2011118103A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　譲; 譲鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: JP2012246806A

Description

本発明は、軸流ファンに関し、特にロータヨークの外周にインペラハブ及び羽根を形成したアウターロータ型の軸流ファンに関する。

軸流ファンにおけるインペラは、カップ状に形成したインペラハブの外周面から、放射状に伸長する複数の羽根を備えたものであり、一般にインペラハブ及び羽根は樹脂で成形される。このインペラハブ及び羽根は、モータのロータヨークに固定されているものであるが、その取り付け方法として、ロータヨークをインペラハブの内側に圧入する方法や、ロータヨークをインサート部品とするインサート成形によって、インペラの成形時にインペラハブと羽根とを一体に作製する方法が知られている。

ロータヨークをインサート部品とするインサート成形により、インペラを一体に作製する場合には、成形時の冷却工程においてロータヨークとインペラとの接合面にクラックが発生したり、成形時の樹脂圧によってロータヨークに変形が生じ易くなる。また、軸流ファンの駆動に伴う経年変化によっても、ロータヨークとインペラとの接合面にクラックが発生する。金属製のロータヨークと合成樹脂製のインペラとでは熱膨張率が違うので、温度が変化すると相互の部品間に寸法の差が生ずるからである。

このようなインサート成形に伴うクラックの発生や、ロータヨークの変形の発生を抑制するために、ロータヨークにおける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７に、特許文献１に記載されている軸流ファンの側面断面図を示す。図８は、図７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７及び図８に示すように、樹脂製のインペラ９４０のインペラカップ９４１は、回転軸９２１端部を保持する円筒部９４３から外周へ向けて延びる略円盤状の上面９４４と、その上面９４４の外周縁から回転軸９２１と平行に延びる略円筒状の周壁部９４５とを有している。

樹脂製の周壁部９４５は、ロータホルダ９２５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、軸方向先端側で当該内側円筒部４５１に接続しつつ軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に離間して広がる外側テーパ円筒部４５２とからなる二重円筒形状をしている（図８参照）。外側テーパ円筒部４５２の外周面からは、複数の羽根９４２が放射状に径方向外側へ延びている。

二重円筒形状をしている樹脂製の内側円筒部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が形成されている。この環状空間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９４６が、周方向に略等間隔で形成されている。これにより、インペラカップ９４１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としている。

また、金属製のロータホルダ９２５における周壁部２５１の軸方向基端側には、径方向外側に向けて少し突出させた鍔部２５３が形成されている（図８参照）。鍔部２５３の外周面は、インサート成形時に樹脂で覆われる。ロータホルダ９２５の周壁部２５１から鍔部２５３の外周面にかけて樹脂で覆うことによって、インペラカップ９４１とロータホルダ９２５とが強固に固定されるとしている。

特開２０１０−２５０８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている軸流ファンのインペラ９４０では、樹脂製の二重円筒形状における内側円筒部４５１が、金属製の周壁部２５１の外周面全周にわたって密着しているため、駆動に伴って繰り返し生ずる熱サイクルによって、金属製の周壁部２５１と合成樹脂製の内側円筒部４５１との接合部付近で、合成樹脂製の内側円筒部４５１にクラックが生じる場合がある。

また、特許文献１に記載されている金属製のロータホルダ９２５の鍔部２５３の外周面は、内側円筒部４５１の樹脂で覆われているが、樹脂が覆っているのは鍔部２５３の外周面のみである。特許文献１に記載されているインペラ９４０では、周壁部２５１における軸方向基端側の端面が内側円筒部４５１の樹脂で覆われていないために、必ずしも樹脂製のインペラカップ９４１が金属製のロータホルダ９２５に強固に固定されているとはいえなかった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ロータヨークの外周にインペラハブ及び羽根を形成したアウターロータ型の軸流ファンにおいて、インペラハブとロータヨークとが強固に固定された軸流ファンを提供することを目的とする。また、インサート成形時や駆動に伴う熱サイクル、経時変化等によってもインペラのロータヨークとの接合部におけるクラックが生じにくい軸流ファンを提供することを目的とする。

本発明の軸流ファンは、中心部に回転軸を有するカップ状のロータヨークと、前記ロータヨークをインサート部品として、前記ロータヨークの円筒部外周面にインペラハブ及び当該インペラハブから放射状に伸長する複数の羽根をインサート成形にて形成したインペラと、を備える軸流ファンにおいて、前記ロータヨークにおける前記円筒部の軸方向両端部を、前記インペラハブから回転軸の軸心方向に向けて延出させた底面側フランジ部、及び、開放端側フランジ部で挟持してなることを特徴とする構成である。

前記インペラにおいて、前記ロータヨークの円筒部外周面と前記インペラハブとの境界部に、前記回転軸と平行な空隙を複数開設した構成とすることが好ましい。

以上の構成によれば、金属製のロータヨークの円筒部の軸方向両端部を、樹脂製のインペラハブから延出する底面側フランジ部、及び、開放端側フランジ部で挟持する構成としたことにより、インペラハブとロータヨークとを強固に固定することができる。

更に、金属製のロータヨークの円筒部外周面と樹脂製のインペラハブとの境界部に、インペラハブの軸方向と平行な空隙を複数開設したことにより、インサート成形時や駆動に伴う熱サイクルによる両素材間の変形を吸収して、インペラハブにクラックを生じにくくすることができる。

本願発明の軸流ファンによれば、インペラとロータヨークとを強固に固定した軸流ファンを提供することができる。また、インサート成形時や駆動に伴う熱サイクル、経時変化等による両素材間の変形を吸収して、インペラハブにクラックを生じにくくすることができる。

本発明の実施形態に係る軸流ファンの側面断面図である。図１に示すロータヨークの外観斜視図である。図１に示すインペラの側面断面図である。図３に示すインペラの底面図である。ロータヨークにおける円筒部の開放端にスカート部を形成したインペラの側面断面図である。図５に示すロータヨークの底面図である。従来の軸流ファンの側面断面図である。図７に示す従来の軸流ファンのロータユニットの拡大断面図である。

以下、本発明に係るインペラ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る軸流ファンの側面断面図である。図２は、図１に示すロータヨークの外観斜視図である。図３は、図１に示すインペラの側面断面図である。図４は、図３に示すインペラの底面図である。

図１に示すように本発明に係る軸流ファン１０は、コイル２４及びコア２２を保持するステータベース２６と、回転軸２を中心軸として回転するロータヨーク４及び羽根７を備えるインペラ１とから構成される。ロータヨーク４の円筒部４ａの内面には、ロータマグネット１２を取り付けてある。

次に、図２を用いてロータヨーク４の形状について説明する。ロータヨーク４は、一般に軟磁性金属材料を素材としている。ロータヨーク４は、図１に示した回転軸２に対して垂直な円盤形状を有する底面部４ｂと、底面部４ｂの外周部から回転軸２と平行に延びる円筒部４ａとから構成される略カップ状の部品である。

ロータヨーク４の底面部４ｂの中央には開口を形成してあり、開口の周縁には複数の切込４ｆを入れて、カップ状の内側へ折り曲げた形状の突起部４ｃを形成してある。当該突起部４ｃは、回転軸２の端部にボス部３を形成する際に、鋳込むための部分である。

図２に示す実施形態では、ロータヨーク４の底面部４ｂに、ステータ側のコイル２４を含むロータヨーク４の内側を冷却するための通気孔４ｅを複数開設してある。通気孔４ｅを開設することによって、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の内側が冷却される。これによりインペラハブ６の内部に熱がこもりにくくなるので、発熱に伴うロータヨーク４及びインペラハブ６の寸法変化が減少する。従って、駆動に伴って繰り返し生ずる熱サイクルに起因するクラックの発生を抑制することができる。

次に、図３を用いてインペラ１の構成と製造方法とについて説明する。インペラ１を製造するに際しては、先ず、インサート成形により金属素材の回転軸２をロータヨーク４に固定する。ここでは、ダイカスト用金型に回転軸２とカップ状のロータヨーク４とをセットし、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、回転軸２とロータヨーク４の突起部４ｃとの間にボス部３を形成して、回転軸２とロータヨーク４とを固定する。

図３に示す実施形態では、ボス部３の中に複数の突起部４ｃを埋設しているので、ボス部３とロータヨーク４との結合強度を向上させることができる。また、図３に示す実施形態では、回転軸２の端部におけるボス部３との接合面にローレット２ａを刻設して、回転軸２とボス部３との結合強度を向上させてある。ダイカストによって回転軸２とロータヨーク４との間にボス部３を形成することにより、回転軸２とロータヨーク４との同芯度を向上させることができ、かつ回転軸２とロータヨーク４とを強固に固着することができる。

次に、回転軸２を固着したロータヨーク４を樹脂成形用金型内にセットした後、モールド用の合成樹脂を金型内に射出注入してインサート成形を行う。合成樹脂を用いてカップ状のロータヨーク４における円筒部４ａの外周面を覆ってインペラハブ６を形成し、その外側に複数の羽根７を成形する。更にこのモールド用の合成樹脂を、円筒部４ａの軸方向両端部に沿って、インペラハブ６から回転軸２が存在する軸心方向に向けて延出させることで、円筒部４ａの軸方向両端部に、底面側フランジ部８、及び、開放端側フランジ部５を形成する。

この底面側フランジ部８及び開放端側フランジ部５を用いて、円筒部４ａを両側から挟持することによって、インペラハブ６とロータヨーク４とを強固に固定することができる。開放端側フランジ部５は、インペラハブ６をインサート成形する際に同時に形成してもよいし、インペラハブ６を成形した後に別部品を接着や超音波溶着等により接合してもよい。

樹脂成形用金型からインサート成形したインペラ１を取り出し、ロータヨーク４の円筒部４ａの内周面にロータマグネット１２を固着し、ステータベース２６の軸受けにインペラ１の回転軸２を挿入して回動自在に固定すると、図１に示す軸流ファン１０が完成する。

図３に示す実施形態では、ロータヨーク４における底面部４ｂの外側表面を、モールド用の合成樹脂で覆わずに、直接外部に露出させた構造としている。回転するロータヨーク４の底面部４ｂを外部に露出した構造とすることによって、ロータヨーク４の底面部４ｂからの放熱を促進することができる。従って、発熱に伴うロータヨーク４及びインペラハブ６の寸法変化が減少するので、熱サイクルに起因して生ずるクラックの発生を抑制することができる。なお、コイル２４の発熱量が少ない場合には、ロータヨーク４の底面部４ｂを外部に露出させた構造とせずに、ロータヨーク４の底面部４ｂの外側全面を、モールド用の合成樹脂で覆ってもよい。

次に、図３及び図４を用いて、ロータヨーク４の円筒部４ａと、インペラハブ６との接合部に形成した空隙９の形状について説明する。ロータヨーク４の円筒部４ａとインペラハブ６との接合部には、回転軸２と平行な複数の空隙９を開設してある。空隙９は、図４に示すような半円形状の断面で開設しても良いし、他にも矩形状の断面等を用いることができる。空隙９は、例えば図４に示すように、円周上における均等の位置に形成することが好ましいが、回転のバランスが取れる配置であれば、不均等であっても良い。

図３に示すように、空隙９の高さＨと、インペラハブ６の残厚Ｔは、インペラハブ６の素材の引張強さや、熱膨張係数の差、寸法的な制約等から勘案して、同程度の寸法（Ｈ≒Ｔ）に設定することができる。また、空隙９の幅Ｄと開放端側フランジ部５の幅Ｂの寸法は、例えば同程度の寸法（Ｄ≒Ｂ）に設定することができる。

このように、ロータヨーク４の円筒部４ａとインペラハブ６との接合部に複数の空隙９を形成したことにより、ロータヨーク４の円筒部４ａとインペラハブ６とが全周にわたって接合しないように構成している。これにより、金属製のロータヨーク４と合成樹脂製のインペラハブ６との間での熱膨張率の差に起因して、相互の部材にそれぞれ異なる変形が生じた場合であっても、空隙９の存在によってインペラハブ６の変形を許容することができる。従って、インペラハブ６内部に生ずる応力を減少させることができるので、インペラハブ６に生ずるクラックを抑制することができる。

次に、図５及び図６を用いて、ロータヨークの他の形状の実施形態について説明する。図５は、ロータヨーク１０４をインサート成形したインペラ１０１の側面断面図である。図６は、図５に示すロータヨーク１０４の底面図である。なお、図３及び図４に示した部位と同一の作用、効果を奏する部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図５及び図６に示すように、ロータヨーク１０４における円筒部１０４ａの開放端には、径方向外側に向けて切除したスカート部１０４ｈを形成してある。スカート部１０４ｈを形成したロータヨーク１０４を用いてインサート成形を行ってインペラ１０１を構成することにより、ロータヨーク１０４とインペラハブ６との間における回転方向の剛性や結合力を向上させることができる。図６に示す実施形態では、スカート部１０４ｈの外形形状は六角形に形成しているが、これに限定されるものではなく、他の多角形の形状であっても良い。更に、スカート部１０４ｈの切除した面に凹凸を付けることによって、回転方向の剛性や結合力をより強固にすることができる。またスカート部１０４ｈの外形形状が円形で外周縁にギザギザ状の凹凸を形成しても同様の効果を有する。

１、１０１インペラ
２回転軸
２ａローレット
３ボス部
４、１０４ロータヨーク
４ａ、１０４ａ円筒部
４ｂ底面部
４ｃ突起部
４ｅ通気孔
４ｆ切込
５開放端側フランジ部
６インペラハブ
７羽根
８底面側フランジ部
９空隙
１０軸流ファン
１２ロータマグネット
２２コア
２４コイル
２６ステータベース
１０４ｈスカート部

Claims

中心部に回転軸を有するカップ状のロータヨークと、
前記ロータヨークをインサート部品として、前記ロータヨークの円筒部外周面に、インペラハブ、及び、当該インペラハブから放射状に伸長する複数の羽根が形成されたインペラと、を備える軸流ファンにおいて、
前記ロータヨークにおける前記円筒部の軸方向両端部を、前記インペラハブから回転軸の軸心方向に向けて延出させた底面側フランジ部、及び、開放端側フランジ部で挟持してなり、
前記ロータヨークの前記円筒部外周面と前記インペラハブとの境界部には、円周上におけるほぼ均等の位置に前記回転軸と平行な空隙を複数開設し、
前記ロータヨークの底面部の外側表面を直接外部に露出させ、
露出する前記ロータヨークの前記底面部には、通気孔を複数開設してあることを特徴とする軸流ファン。
前記ロータヨークにおける前記円筒部の開放端には、径方向外側に向けてスカート部が形成され、
前記スカート部は、外周が多角形又は凹凸を備えることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。