JP6297529B2 - インペラ、そのインペラの製造方法及びそのインペラを備える遠心ファン - Google Patents

Description

本発明はインペラ、そのインペラの製造方法及びそのインペラを備える遠心ファンに関するものである。

従来、円板状の主板と環状のシュラウドとの間に円周方向に多数の羽根を配設したインペラをケーシング内に格納し、吸込み口から吸入した空気を前記インペラの回転に伴う遠心作用による流体力で前記インペラの径外方に向けて吹き出してなる遠心ファンであって、前記環状のシュラウドは中央に円筒部を形成し、該円筒部の端からシュラウド外周部までの上面形状が曲率半径の異なった３つ以上の円弧、または高次関数によって表される曲面によって形成され、前記主板と前記羽根と前記シュラウドとで囲まれた空気流路の途中に断面積が最小となる最小部を形成し、該最小部から前記シュラウドの外周部までの前記空気流路の断面積が漸増していることを特徴とする遠心ファンが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２―２０７６００号公報

ところで、一般に、遠心ファンのインペラは射出成形などによって、主板、羽根及びシュラウドが一体成形されるため、型を抜くことなどを考慮すると、例えば、羽根などをあまり複雑な構造とすることができないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複雑な構造であっても簡単に構成することができるインペラ、そのインペラの製造方法及びそのインペラを備える遠心ファンを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のインペラは、第１インペラと第２インペラを備えるインペラであって、前記第１インペラは、第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面と、中央部に設けられた前記第１面及び前記第２面に開口する開口部と、を備え、前記第２インペラは、前記第２面と向かい合う第３面と、前記第３面の反対側に位置する第４面と、前記第３面に第１端が設けられた複数の羽根であって前記第１端の反対側に位置する第２端が前記第２面に接続された羽根と、を備え、前記第１インペラの前記第１面は、前記開口部側の内周面に設けられた第１平面部を有し、前記第２インペラの前記第４面は、外縁部に設けられた第２平面部を有する。
（２）上記（１）の構成において、複数の前記羽根の前記第１端と反対側に位置する前記第２端には、ガイド穴が設けられ、前記ガイド穴に対応する前記第１インペラの前記第２面には、ガイドピンが設けられており、前記第２端が前記第２面に接続された状態で前記ガイドピンは前記ガイド穴に挿入されている。
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記第１平面部又は前記第２平面部がマイナスバランス調整に用いられている。
（４）本発明の遠心ファンは、上記（１）から（３）のいずれか１つの構成を有するインペラを備えている。

（５）本発明のインペラの製造方法は、第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面と、中央部に設けられた前記第１面及び前記第２面に開口する開口部と、を備え、前記第１面の前記開口部側の内周面に設けられた第１平面部を有する第１インペラを準備する工程と、前記第２面と向かい合う第３面と、前記第３面の反対側に位置する第４面と、前記第３面に第１端が設けられた複数の羽根と、を備え、前記第４面の外縁部に設けられた第２平面部を有する第２インペラを準備する工程と、前記第１インペラの前記第２面に前記第２インペラの複数の前記羽根の前記第１端と反対側となる第２端の少なくとも一部を接続して前記第１インペラと前記第２インペラを一体化させる工程と、を含む。
（６）上記（５）の構成において、前記一体化させる工程では、前記第１インペラの前記第１平面部を前記第２インペラ側に押圧するとともに、前記第２インペラの第２平面部を前記第１インペラ側に押圧して、前記第１インペラと前記第２インペラを合わせた状態にする。
（７）上記（５）又は（６）の構成において、複数の前記羽根の前記第２端には、ガイド穴が設けられており、前記ガイド穴に対応する前記第１インペラの前記第２面には、ガイドピンが設けられており、前記一体化させる工程は、前記ガイド穴にガイドピンを挿入するようにして、前記第１インペラと前記第２インペラを配置することを含む。
（８）上記（７）の構成において、前記一体化する工程が、前記ガイドピンを前記ガイド穴に圧入することを含む。
（９）上記（５）から（８）の構成において、前記一体化させる工程が、前記第１インペラと前記第２インペラを超音波溶着することを含む。
（１０）上記（９）の構成において前記第１インペラの前記第２面には、複数の前記羽根の前記第１端と反対側に位置する第２端を収容する溝部が設けられており、前記溝部に複数の前記羽根を位置させるように前記第１インペラと前記第２インペラを配置した後に前記超音波溶着が行われる。
（１１）上記（１０）の構成において、前記溝部の少なくとも一部には、前記第２端と当接する凸条部が設けられており、少なくとも前記凸条部が前記超音波溶着による前記第１インペラと前記第２インペラの間の溶着部となる。
（１２）上記（５）から（８）のいずれか１つの構成において、前記一体化させる工程が、前記第１インペラの前記第２面に前記第２インペラの複数の前記羽根の前記第２端を接着剤で接着することを含む。
（１３）上記（１２）の構成において、前記第１インペラの前記第２面には、複数の前記羽根の前記第１端と反対側に位置する前記第２端を収容するとともに接着剤の漏れを抑制する溝部が設けられており、前記溝部で複数の前記羽根が接着される。
（１４）上記（５）から（１３）のいずれか１つの構成において、前記第１平面部又は前記第２平面部の少なくとも一方の平面部の一部を削除することでマイナスバランス調整を行う工程を含む。

本発明によれば、複雑な構造であっても簡単に構成することができるインペラ、そのインペラの製造方法及びそのインペラを備える遠心ファンを提供することができる。

本発明に係る実施形態の遠心ファン１の断面図である。 本発明に係る実施形態のインペラの断面図である。 本発明に係る実施形態のインペラの分解断面図である。 本発明に係る実施形態の第１インペラの第２面を見る斜視図である。 本発明に係る実施形態の第１インペラ側を主に見たインペラの斜視図である。 本発明に係る実施形態の第２インペラ側を主に見たインペラの斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１は、本発明に係る実施形態の遠心ファン１を示す断面図である。
図１に示すように、遠心ファン１は、インペラ１０と、モータ部２０と、インペラ１０の上下に設けられるケース（上ケース４１及び下ケース４２）と、を備えている。

後ほど詳細に説明するが、インペラ１０は、第１インペラ１１と第２インペラ１５と、を備え、第１インペラ１１と第２インペラ１５とが一体化されている。

モータ部２０は、ステータ２１とステータ２１の外周に配置されるロータ２２と、を備えている。
ロータ２２は、中央に配置され、ステータ２１に対して回転可能に設けられたシャフト２２１と、シャフト２２１とともに回転可能にシャフト２２１に接続されたロータヨーク２２２と、ロータヨーク２２２の内周面に設けられたロータマグネット２２３と、を備えている。

そして、ロータヨーク２２２がインペラ１０の第２インペラ１５に後述するようにカシメ止めされており、ロータ２２がシャフト２２１を中心に回転するとインペラ１０もロータ２２とともに回転するようになっている。

図２はインペラ１０だけを示したインペラ１０の中央を通る断面図であり、図３は図２と同様の断面図であるが、第１インペラ１１と第２インペラ１５を離間させた状態としたインペラ１０の分解断面図である。

図３に示すように、第１インペラ１１は、第１面１１ａと、第１面１１ａの反対側に位置する第２面１１ｂと、中央部に設けられた第１面１１ａ及び第２面１１ｂに開口する開口部１１ｃと、を備えた略円盤状に形成された部材である。
そして、第１インペラ１１の第１面１１ａは、開口部１１ｃ側の内周面に設けられた第１平面部１２を有している。

一方、第２インペラ１５は、第１インペラ１１の第２面１１ｂと向かい合う第３面１５ａと、第３面１５ａの反対側に位置する第４面１５ｂと、第３面１５ａに第１端１６ａが設けられた複数の羽根１６であって第１端１６ａの反対側に位置する第２端１６ｂが、第１インペラ１１の第２面１１ｂに接続される羽根１６と、を備えている。

また、第２インペラ１５の第４面１５ｂは、外縁部に設けられた第２平面部１７を有しており、第１インペラ１１と同様に中央部には開口部１８が設けられている。
この開口部１８の周縁には、下側（第１インペラ１１と反対側）に伸びる周縁部１８ａが形成されており、この周縁部１８ａには周方向に略均等間隔に配置されたカシメ用のピン１８ｂが例えば１１本配置されている。

一方、図１に示すロータヨーク２２２のフランジ部２２２ａには、カシメ用のピン１８ｂに対応する図示しない穴が設けられており、この穴にカシメ用のピン１８ｂが挿入された後、カシメられることで、上述したようにロータヨーク２２２とインペラ１０とが一体化される。

ここで、図３を見るとわかるように、複数の羽根１６は、開口部１８側から外側に向かって直線状ではなく、途中で折れ曲る形状（くの字状）になっているため、図２に示すような第１インペラ１１と第２インペラ１５とが一体となるように一体形成するようにすると、この羽根１６の間の空間を形成するための金型部分を形成後に取外すことが難しく、一体成形することが困難な形状をしている。

しかしながら、本実施形態のように、第１インペラ１１と第２インペラ１５を別々に成形するようにすると、複雑な羽根形状を有していても、第２インペラ１５を上下で挟むような金型を用いることで簡単に形成することができる。

一方、このように第１インペラ１１と第２インペラ１５とを別々に成形すると、それらを一体化する必要があり、以下、簡単に良好な一体化が行えるようにするための構成について説明する。

図４は、第１インペラ１１の第２面１１ｂを見るようにした斜視図である。
図４に示すように、第２面１１ｂには、複数の羽根１６の第２端１６ｂ（図３参照）を収容する溝部１３が設けられている。

また、溝部１３の中央には、ガイドピン１３ａが設けられており、一方、図３に示すように、複数の羽根１６の第２端１６ｂには、ガイドピン１３ａに対応するガイド穴１６ｃが設けられている。

したがって、このガイド穴１６ｃにガイドピン１３ａを挿入するように第１インペラ１１を第２インペラ１５に合わせるようにするだけで位置合わせができるようになっている。

なお、このガイドピン１３ａを圧入嵌合できるサイズにしておけば、ガイド穴１６ｃにガイドピン１３ａを圧入するようにするだけで、第１インペラ１１と第２インペラ１５とを一体化することが可能である。
つまり、第１インペラ１１と第２インペラ１５の一体化は、第２端１６ｂの少なくとも一部が第１インペラ１１の第２面１１ｂに圧入で接続されたものであってもよい。

また、このような圧入嵌合としても、羽根１６の第２端１６ｂが溝部１３内に位置するため、羽根１６の第２端１６ｂと第１インペラ１１の第２面１１ｂとの間に空気が逃げるような隙間ができることが抑制される。
但し、溝部１３がなくても空気が逃げるような隙間ができないような羽根１６の第２端１６ｂと第１インペラ１１の第２面１１ｂとの接触ができていれば問題がないため、溝部１３は必須の構成ではない。

一方、よりしっかりと第１インペラ１１と第２インペラ１５とを一体化するために圧入嵌合に加え、羽根１６の第２端１６ｂと第１インペラ１１の第２面１１ｂの間を接着剤で接着するようにしてもよく、また超音波溶着するようにしてもよい。

例えば、接着剤で接着する場合には、溝部１３内に接着剤を塗布し、前述のように、第１インペラ１１と第２インペラ１５とを合わせるようにすればよい。
ここで、溝部１３を羽根１６の第２端１６ｂの外形より少し大きめにしておけば、接着剤が溝部１３から外側に漏れることが抑制できるので好適である。

また、例えば、超音波溶着を行う場合には、図４に示すように、溝部１３内の一部に線状に出っ張る凸条部１４を設けておくことが好ましい。
このように凸条部１４を設けておくと、第１インペラ１１と第２インペラ１５とを合わせた状態で超音波溶着を行うと、凸条部１４の部分が効率よく溶融され、溝部１３内に広がって、しっかりとした溶着部を容易に形成することができる。
なお、超音波溶着以外の固定の場合、つまり、圧入嵌合や接着固定の場合には、この凸条部１４は不要であり、凸条部１４があるとかえって正確な固定が行い難くなる。

そして、超音波溶着の場合も、溝部１３を羽根１６の第２端１６ｂの外形より少し大きめにしておけば、溶融した材料がはみ出てバリになることが抑制されるため好適である。

なお、上記では、圧入嵌合に加えて、接着固定や超音波溶着を行う場合について述べたが、接着固定や超音波溶着を行う場合には、ガイドピン１３ａ及びガイド穴１６ｃがなくとも固定が可能であるため、接着固定や超音波溶着を行う場合には、ガイドピン１３ａ及びガイド穴１６ｃは必須の構成というわけではなく、当然、ガイドピン１３ａをガイド穴１６ｃに圧入する圧入嵌合を行う必要もない。
しかしながら、接着固定や超音波溶着を行う場合であっても、第１インペラ１１と第２インペラ１５との位置合わせのし易さなどを考えると、圧入嵌合できる形状とする必要はないが、ガイドピン１３ａ及びガイド穴１６ｃが設けられていることが好ましい。

ところで、圧入嵌合、接着固定、及び、超音波溶着のいずれの方法で第１インペラ１１と第２インペラ１５の固定を行う場合であっても、第１インペラ１１と第２インペラ１５を合わせるようにして押圧保持する作業が発生する。

そこで、図３を参照して説明したように、第１インペラ１１には、開口部１１ｃ側の内周面に設けられた第１平面部１２を形成し、第２インペラ１５には、外縁部に設けられた第２平面部１７を形成するようにしている。

このような第１平面部１２及び第２平面部１７を設けるようにすると、第１インペラ１１と第２インペラ１５とを一体化させる工程で、第１インペラ１１の第１平面部１２を第２インペラ１５側に押圧するとともに、第２インペラ１５の第２平面部１７を第１インペラ１１側に押圧して、第１インペラ１１と第２インペラ１５をしっかりと合わせた状態に押圧保持することが可能である。

例えば、このように押圧し易い平面部があることで圧入嵌合に必要な押圧力を得やすく、また、接着固定や超音波溶着の場合にも一体化するまでの間、第１インペラ１１と第２インペラ１５とが位置ズレしないようにしっかり合わせた状態に保持することができる。

一方、図１に示す遠心ファン１は、インペラ１０が回転することで上側から、つまり、図３に示した第１インペラ１１の開口部１１ｃから空気を取込み、羽根１６によってインペラ１０の側方に空気が送り出されるが、重量バランスが悪いとインペラ１０が振動して騒音の原因になるため、インペラ１０の重量バランスが重要である。

そこで、図５、図６に示すようにすることで、インペラ１０の重量バランスを調整するのが好適である。

図５は、インペラ１０の第１インペラ１１側を主に示す斜視図であり、ロータ２２をインペラ１０に取付けた状態を示している。
図５に示すように、第１インペラ１１の第１平面部１２に複数の円形の研削部１２ａを形成することで周方向に均一な重量バランスを実現するように調節することが可能である。
つまり、この第１平面部１２は、一部を研削することで部分的に重量を減らすマイナスバランス調整を行う部分に用いることも可能である。
なお、上記では、研削部１２ａは円形に材料を削除している場合を示しているが、円形に材料を削除することに限定されるものではなく、また、研削部１２ａは複数に限らず１つでもよい。

同様に、図６は、インペラ１０の第２インペラ１５側を主に示す斜視図であり、ロータ２２をインペラ１０に取付けた状態を示している。
上述したように、第２インペラ１５も第２平面部１７を有しているので、図６に示すように、第２インペラ１５の第２平面部１７に複数の円形の研削部１７ａを形成することで周方向に均一な重量バランスを実現するように調節することが可能である。
つまり、この第２平面部１７も一部を研削することで部分的に重量を減らすマイナスバランス調整を行う部分に用いることも可能である。

なお、上記では、研削部１７ａは円形に材料を削除している場合を示しているが、円形に材料を削除することに限定されるものではなく、また、研削部１７ａは複数に限らず１つでもよい。
また、マイナスバランス調整に際しては、第１平面部１２だけを研削するようにしてもよく、第２平面部１７だけを研削するようにしてもよく、第１平面部１２及び第２平面部１７の両方を研削するようにしてもよい。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１…遠心ファン、１０…インペラ、１１…第１インペラ、１１ａ…第１面、１１ｂ…第２面、１１ｃ…開口部、１２…第１平面部、１２ａ…研削部、１３…溝部、１３ａ…ガイドピン、１４…凸条部、１５…第２インペラ、１５ａ…第３面、１５ｂ…第４面、１６…羽根、１６ａ…第１端、１６ｂ…第２端、１６ｃ…ガイド穴、１７…第２平面部、１７ａ…研削部、２０…モータ部

Claims (15)

1. 第１インペラと第２インペラを備えるインペラであって、
   前記第１インペラは、第１面と、
   前記第１面の反対側に位置する第２面と、
   中央部に設けられた前記第１面及び前記第２面に開口する開口部と、を備え、
   前記第２インペラは、
   前記第２面と向かい合う第３面と、
   前記第３面の反対側に位置する第４面と、
   前記第３面に第１端が設けられた複数の羽根であって前記第１端の反対側に位置する第２端が前記第２面に接続された羽根と、を備え、
   前記第１インペラは、
   前記第２インペラと反対側に突出し、前記開口部に沿って設けられた突出部と、
   前記突出部の外周側であって前記開口部側の前記第１面に形成された第1平面部と、を有し、
   前記第２インペラは、前記第１平面部に対応する位置よりも外側に位置する前記第４面の外縁部に設けられ、前記第１インペラと反対側に突出する第２平面部を有するインペラ。
2. 前記第１平面部は、マイナスバランス調整を行う部分として用いることが可能であり、
   かつ、
   前記第２平面部は、マイナスバランス調整を行う部分として用いることが可能である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインペラ。
3. 前記第２インペラは、
   中央部に設けられた開口部と、
   前記第２インペラの前記開口部の周縁に形成され、前記第１インペラと反対側に伸びる周縁部と、
   前記周縁部に設けられ、前記周縁部の周方向に配置されたロータヨークと一体化するための複数のピンと、を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインペラ。
4. 複数の前記羽根の前記第１端と反対側に位置する前記第２端には、ガイド穴が設けられ、
   前記ガイド穴に対応する前記第１インペラの前記第２面には、ガイドピンが設けられており、
   前記第２端が前記第２面に接続された状態で前記ガイドピンは前記ガイド穴に挿入されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインペラ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインペラを備えた遠心ファン。
6. 第１インペラを準備する工程と、第２インペラを準備する工程と、前記第１インペラと前記第２インペラを一体化させる工程と、を含むインペラの製造方法であって、
   前記第１インペラを準備する工程では、
   第１面と、
   前記第１面の反対側に位置する第２面と、
   中央部に設けられた前記第１面及び前記第２面に開口する開口部と、
   前記第２インペラと反対側に突出することになる前記開口部に沿って設けられた突出部と、
   前記突出部の外周側であって前記開口部側の前記第１面に形成された第１平面部と、を備えた前記第１インペラが準備され、
   前記第２インペラを準備する工程では、
   前記第２面と向かい合うことになる第３面と、
   前記第３面の反対側に位置する第４面と、
   前記第３面に第１端が設けられた複数の羽根と、
   前記第１平面部に対応する位置よりも外側に位置する前記第４面の外縁部に設けられ、前記第１インペラと反対側に突出することになる第２平面部と、を備えた前記第２インペラが準備され、
   前記一体化させる工程は、 前記第１インペラの前記第２面に前記第２インペラの複数の前記羽根の前記第１端と反対側となる第２端の少なくとも一部を接続して前記第１インペラと前記第２インペラを一体化させる工程であり、
   前記一体化させる工程では、前記第１インペラの前記第１平面部を前記第２インペラ側に押圧するとともに、前記第２インペラの第２平面部を前記第１インペラ側に押圧して、前記第１インペラと前記第２インペラを合わせた状態とされることを特徴とするインペラの製造方法。
7. 前記第２インペラを準備する工程では、
   中央部に設けられた開口部と、
   前記第２インペラの前記開口部の周縁に形成され、前記第１インペラと反対側に伸びる周縁部と、
   前記周縁部に設けられ、前記周縁部の周方向に配置されたロータヨークと一体化するための複数のピンと、を備えた前記第２インペラが準備されることを特徴とする請求項６に記載のインペラの製造方法。
8. 複数の前記羽根の前記第２端には、ガイド穴が設けられており、
   前記ガイド穴に対応する前記第１インペラの前記第２面には、ガイドピンが設けられており、
   前記一体化させる工程は、前記ガイド穴にガイドピンを挿入するようにして、前記第１インペラと前記第２インペラを配置することを含む請求項６又は請求項７に記載のインペラの製造方法。
9. 前記一体化する工程が、前記ガイドピンを前記ガイド穴に圧入することを含む請求項８に記載のインペラの製造方法。
10. 前記一体化させる工程が、前記第１インペラと前記第２インペラを超音波溶着することを含む請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のインペラの製造方法。
11. 前記第１インペラの前記第２面には、複数の前記羽根の前記第１端と反対側に位置する第２端を収容する溝部が設けられており、
    前記溝部に複数の前記羽根を位置させるように前記第１インペラと前記第２インペラを配置した後に前記超音波溶着が行われる請求項１０に記載のインペラの製造方法。
12. 前記溝部の少なくとも一部には、前記第２端と当接する凸条部が設けられており、
    少なくとも前記凸条部が前記超音波溶着による前記第１インペラと前記第２インペラの間の溶着部となる請求項１１に記載のインペラの製造方法。
13. 前記一体化させる工程が、前記第１インペラの前記第２面に前記第２インペラの複数の前記羽根の前記第２端を接着剤で接着することを含む請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のインペラの製造方法。
14. 前記第１インペラの前記第２面には、複数の前記羽根の前記第１端と反対側に位置する前記第２端を収容するとともに接着剤の漏れを抑制する溝部が設けられており、
    前記溝部で複数の前記羽根が接着される請求項１３に記載のインペラの製造方法。
15. 前記第１平面部又は前記第２平面部の少なくとも一方の平面部の一部を削除することでマイナスバランス調整を行う工程を含む請求項６から請求項１４のいずれか１項に記載のインペラの製造方法。

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