JP6464549B2 - ファンユニットおよびこれを使用したファンフィルタユニット - Google Patents

Description

本発明は、クリーンルームなどに使用するファンユニットおよびこれを使用したファンフィルタユニットに関する。

この種のファンフィルタユニットとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。このファンフィルタユニットは、フィルタの上流側に筐体を有し、筐体内に遠心ファンを設けた構成を有し、遠心ファンの下部に仕切板を設置し、遠心ファンと仕切板で形成される空気の吹き出し直後の水平方向Ｗの気流が流れる第１開口部通路断面積と、筐体の壁面に気流を当てることで筐体の壁面と仕切板の負値部分との間において気流が垂直方向に向きを変えて流れる第２開口部通路断面積とをほぼ等しく設定している。

ここで、遠心ファンは、上部に形成されたベルマウス台に支持されたフィンガーガードを通じて空気を吸込み、吸込んだ空気を遠心力で水平方向に吹き出す。遠心ファンから吹き出された水平方向の空気流は、仕切板によって区画された第１開口部通路を通り、筐体平面および仕切板に当たって空気流が垂直下方向に向きを変えて第２開口部通路を通ってフィルタに吹き出される。

特開２０１２−２６６９６号公報

しかしながら、上記遠心ファンを使用したファンフィルタユニットでは、遠心ファンが吸い込んだ気流を軸心と直交する方向に吹き出すことから、遠心ファン自体を筐体内に配置する必要がある。また、遠心ファンから吹き出された水平方向の空気流を整流するために筐体内に仕切板を設ける必要があり、筐体の厚みは少なくとも遠心ファンを構成する羽根の軸方向長さより厚く設定する必要があり、薄型化や省スペース化の要求に答えることができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ファンユニットを薄型化するとともに省スペース化を図ることができるファンユニットおよびこれを使用したファンフィルタユニットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るファンユニットの一態様は、中心部のステータの外側にアウターロータを配置した駆動モータと、開口部の中央位置にステーを介して前記駆動モータを支持し、ファンフィルタユニットの空気導入孔に取付けられる取付板と、前記アウターロータに固定された羽根固定部材に複数枚の羽根を形成した斜流ファンと、前記取付板の前記ファンフィルタユニットとは反対側に一体に形成した前記斜流ファンの羽根の外周縁を囲むフードとを備え、前記斜流ファンの羽根の下端縁が前記取付板の下面より下側から上方側へ下面を横切るように傾斜されている。
また、本発明に係るファンフィルタユニットの一態様は、前述のファンユニットを有する。

本発明によれば、ファンユニットの送風部として斜流ファンを適用し、この斜流ファンをアウターロータ形の駆動モータで回転駆動する構成としたので、斜流ファン内に駆動モータを内蔵させて全体の構成を薄型化することができる。
また、上記構成を有するファンユニットを使用してファンフィルタユニットを構成することにより、フィルタを設置するユニットケースの外側にファンユニットを配置することが可能となり、薄型化および省スペース化を図ることができる。

本発明に係るファンフィルタユニットの一実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は右側面図である。 図１のファンユニットを示す拡大図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 図１のファンユニットを示す背面図である。 図２のＡ−Ａ線上の拡大断面図である。 図４の駆動モータを示す拡大断面図である。 斜流ファンを示す斜視図である。 本発明を適用したクリーンルームを示す模式図である。 クリーンルームでのファンフィルタユニットの装着状態を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を伴って説明する。
図１は本発明に係るファンフィルタユニットの一実施形態を示す構成図、図２は図１のファンユニットを示す構成図である。
図中、１はファンフィルタユニットであって、このファンフィルタユニット１は、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、正面から見て例えば方形で扁平なユニットケース２を有する。このユニットケース２には、その正面中央部にはファンユニット３が装着され、背面側に塵埃を除去する高性能フィルタなどのフィルタ４が装着されている。

ユニットケース２は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば正方形の正面板２１と、この正面板２１の各辺から後方に延長する側面板２２とで背面側に開口部２３を形成した扁平な箱状に形成されている。正面板２１の中央部には、図１（ａ）で点線図示のように、例えば正方形の空気導入孔２４が形成されている。
ファンユニット３は、図２〜図４に示すように、ユニットケース２の正面板２１に形成された空気導入孔２４を覆い、空気導入孔２４に連通する開口部３１ａを有する取付板３１を備えている。この取付板３１に、駆動モータ３２、斜流ファン３３およびインレットリングを兼ねるフード３４が一体に取付けられてモジュール化されている。
取付板３１の下面には、図２（ｂ）および図３に示すように、開口部３１ａの外側に固定されて内方に延長する複数例えば４本のＵ字状のステー３５の自由端にモータ取付部３６が支持されている。

このモータ取付部３６は、図５で特に明らかなように、ステー３５の自由端に取付けられた中央部に開口部３７ａを形成した支持円板部３７と、この支持円板部３７の開口部３７ａの周囲から上方に延長する支持円筒部３８とで構成されている。
支持円板部３７には駆動モータ３２の後述するアウターロータ４２の下端に対向する位置にアウターロータ４２の下端と僅かなギャップを介して近接する円筒部３７ｂが形成されている。
また、支持円筒部３８は、開口部３７ａ側の大径円筒部３８ａと、この大径円筒部３８ａの上方に一体に形成された小径円筒部３８ｂとで構成されている。

駆動モータ３２は、図５を参照して明らかなように、モータ取付部３６の小径円筒部３８ｂの外周側に固定支持されたステータ４１と、このステータ４１の外周面に対向配置されたアウターロータ４２とを備えている。したがって、駆動モータ３２は、表面磁石型のアウターロータ形の構成を有する。
ステータ４１は、積層鉄心で中心部の円筒状のヨーク４１ａと、このヨーク４１ａの外周面から半径方向に外周側に向かうティース４１ｂとで構成されている。ヨーク４１ａは、大径円筒部３８ａの上面に止めねじ４３によって固定され、ティース４１ｂには励磁巻線４４が巻装されている。

アウターロータ４２は、モータ取付部３６の小径円筒部３８ｂの内周面における上下端部にそれぞれ配置された上下一対の転がり軸受４５ａおよび４５ｂによって回転自在に支持されている。ここで、アウターロータ４２は、一対の転がり軸受４５ａおよび４５ｂの内輪に挿通される円柱状の支持軸４６と、この支持軸４６の転がり軸受４５ａから突出する端部に装着されたカップ状体４７とを備えている。
カップ状体４７は、中心部に支持軸４６の上端が挿通される貫通孔４７ａが形成された円板部４７ｂと、この円板部４７ｂの外周縁から下方に延長し、ステータ４１の外周面を覆う円筒部４７ｃとで構成されている。円筒部４７ｃには、ステータ４１の外周面に対向する内周面に複数例えば９個の永久磁石４７ｄが円周方向に所定間隔を保って配置されている。

また、支持軸４６は、上端に例えばＥリング４８が固定され、下端面に雌ねじ部４９が形成されている。この支持軸４６の長さは、カップ状体４７の円板部４７ｂを転がり軸受４５ａの内輪上面に接触させた状態で、貫通孔４７ａ、転がり軸受４５ａおよび４５ｂ内に挿通させてＥリング４８がカップ状体４７の円板部４７ｂの上面に接触した状態で、下端が転がり軸受４５ｂの内輪の下面より上方位置となる長さに設定されている。

そして、上記のように支持軸４６を貫通孔４７ａ、転がり軸受４５ａおよび４５ｂに挿通させた状態で、図５に示すように、下面側からワッシャ５０を装着した止めねじ５１を支持軸４６の雌ねじ部４９に螺合させて締め付ける。これによって、支持軸４６およびカップ状体４７が転がり軸受４５ａおよび４５ｂの内輪側に固定支持される。
また、カップ状体４７の円板部４７ｂの上面の外周面側に斜流ファン３３を固定する取付段部５２が形成され、この取付段部５２に固定用の雌ねじ部５３が形成されている。

斜流ファン３３は、図４および図６に示すように、駆動モータ３２のアウターロータ４２に固定されている。この斜流ファン３３は、アウターロータ４２の円板部４２ｂに形成した取付段部５２に固定される羽根固定部材となるハブ６１と、このハブ６１の外周面に固定された例えば５枚の羽根６２が固定されている。
ハブ６１は、図４に示すように、アウターロータ４２の円板部４２ｂにおける取付段部５２に固定された円板部６１ａと、この円板部６１ａの外周縁に一体に形成された円錐台筒部６１ｂとを有し、下端面を開放したカップ状に構成されている。

羽根６２は、図２（ａ）および図６から明らかなように、ハブ６１の円錐台筒部６１ｂの上端における円周方向に５等分した点Ｐｕから下端における円周方向に５等分し、且つ点Ｐｕに対して反時計回りに角度θ例えば６０度ずれた点Ｐｄまで延長する取付縁６２ａと、この取付縁６２ａから外方に僅かに円弧を描くように延長し外周縁６２ｂが図２（ｂ）で点線図示のようにフード３４に対して所定のギャップを介して対向するように形成されている。さらに、羽根６２の下端縁６２ｃは、図４に示すように、ハブ６１の円錐台筒部６１ｂの下端部から斜め上方に延長している。
そして、ハブ６１の円錐台筒部６１ｂの下端面が取付板３１の下面より下側に突出しており、羽根６２の下端縁６２ｃの上端部が取付板３１の下面より上方に位置するように設定されている。

なお、羽根６２の下端縁６２ｃは、その上端部がユニットケース２の正面板２１の外表面と接触する取付板３１の下面と一致するまで下げることができ、且つ下端部が取付板３１の下面と一致するまで上げることができる。ここで、羽根６２の下端縁６２ｃの下端部を取付板３１の下面と一致する位置を超えて上げると斜流ファン３３の高さが高くなってしまい、薄型化の要求に答えられなくなる。逆に、羽根６２の下端縁６２ｃの上端部を取付板３１の下面より下げると、フード３４と対向しなくなるため送風効率が低下する。このため、羽根６２の下端縁６２ｃが取付板３１の下面を横切るように設定することで、薄型化の要求と送風効率の向上との相反する要求を満足することができる。

フード３４は、図４に示すように、取付板３１に取付けられるフランジ部３４ａと、このフランジ部３４ａの内周面から一体に上方に斜流ファン３３の羽根６２の外周縁６２ｂに対して所定のギャップを介して対向するように延長する円錐台筒部３４ｂと、この円錐台筒部３４ｂの上端側の空気吸込口３４ｃに形成された断面Ｃ字状でラッパ状に広がるベルマウス部３４ｄとで構成されている。ここで、空気吸込口３４ｃ側にベルマウス部３４ｄを形成することにより、ファンユニット３の駆動モータ３２を回転駆動して斜流ファン３３を回転させたときに生じる風切り音を抑制することができる。
そして、フード３４の空気吸込口３４ｃには、図４に示すように、指の挿入を防止するフィンガーガード７０が取付けられている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
上記実施形態では、フィルタ４を装着する開口部２３とは反対側に空気導入孔２４を形成したユニットケース２と、取付板３１に、駆動モータ３２、斜流ファン３３、フード３４が一体化されてモジュール化されたファンユニット３とを有する。このため、ユニットケース２の空気導入孔２４を覆うようにファンユニット３の取付板３１を例えばネジ止めによって取付けるだけで、ユニットケース２の外側にファンユニット３を装着することができる。
この状態で、ユニットケース２の開口部２３にフィルタ４を装着することにより、ファンフィルタユニット１を容易に構成することができる。

このようにして構成されたファンフィルタユニット１を動作させるには、ファンユニット３の駆動モータ３２を図示しないモータ駆動回路によって回転駆動し、斜流ファン３３を図１（ａ）で見て時計方向に回転駆動する。この斜流ファン３３が時計方向に駆動されると、ハブ６１に取付けられた羽根６２によって、フード３４の上方の開口部３４ｃから空気を吸引する。そして、吸引した空気は、図４で矢視Ｘで示すように、ユニットケース２の空気導入孔２４内に斜め外方向に旋回流として吐出される。

このとき、ユニットケース２の空気導入孔２４が、図１（ａ）に示すように、ユニットケース２の上面板２１の中央部に形成されているので、空気導入部２４から斜め外方向の旋回流として導入された空気が四方に拡散されてフィルタ４を通じて例えばクリーンルームに導入することができる。
この場合のクリーンルームとしては、図７に示すような構成を有する。すなわち、直線状の搬送路８０の少なくとも一方側に搬送路８０の延長方向に所定間隔を保ってストック領域８１が複数形成されている。各ストック領域８１には、例えば液晶パネル等の被ストック部材８２をその板面を水平方向として垂直方向に所定間隔を保って載置する収納棚８３が配置されている。

そして、搬送路８０を走行するロボット８４によって、ストック領域８１の収納棚８３に被ストック部材８２を保管したり、保管されている被ストック部材８２を取り出して搬送したりするようにしている。
各ストック領域８１には、収納棚８３を挟む両側壁に上述したファンフィルタユニット１が取付けられ、ファンフィルタユニット１により清浄な空気をストック領域８１に供給することができる。

このとき、上述したように、ファンフィルタユニット１を薄型化することができるとともに、薄いユニットケース２の空気導入孔２４にファンユニット３を装着し、開口部２３にフィルタ４を装着してファンフィルタユニット１が構成されている。
このとき、隣接するストック領域８１間に装着されるファンフィルタユニット１のファンユニット３の装着位置を、図８に示すように、上下方向にずらして配置する。これにより、ファンフィルタユニット３を互い違いに配置することができ、対面するファンフィルタユニット１同士をファンユニット３に導入する必要な空気量が確保できる最小限の間隔まで近接させることができる。したがって、隣接するストック領域８１間の間隔を狭めて省スペース化を図ることができる。

また、ファンユニット３を保守点検や修理する際には取付板３１をユニットケース２から取り外すことにより、保守点検や修理を容易に行うことができる。
このように、上記実施形態によると、斜流ファン３３内にアウターロータ形の駆動モータ３２を配置してファンユニット３を構成することにより、ファンユニット３をユニットケース２の外側に配置することが可能となり、前述した従来例のように遠心ファンを使用する場合のように遠心ファンをユニットケース２内に配置する必要がなく、ユニットケース２を薄型化することができる。

また、ファンユニット３から吐出される空気流が斜め外方向に向かう旋回気流となるので、ユニットケース２内の四方への空気の拡散を確実に行うことができ、遠心ファンを使用する場合のように軸方向と直交する方向に吐出される空気のように一旦ユニットケース２の内壁に突き当たってから下方気流となる場合に比較して空気を広範囲に拡散させることができる。

さらに、斜流ファン３３がカップ状に形成されたハブ６１とこのハブ６１の外周面に形成された複数枚の羽根６２とで形成され、ハブ６１内に駆動モータ３２を配置することができるので、ファンユニット３の構成を薄型化することができる。
さらに、駆動モータ３２をアウターロータ形に構成することにより、アウターロー４２の内周面にステータ４１と対向して配置する永久磁石４７ｄの表面積を大きく取ることができ、この分永久磁石４７ｄで発生する磁束を増加させることができ、モータトルクを増加させることができる。

また、ファンユニット３を取付板３１に、駆動モータ３２、斜流ファン３３およびフード３４を一体化させて配置してモジュール化することにより、組立部品数を減少させることができるとともに、ファンユニット３のユニットケース２への取付けおよび取り外しを容易に行うことができる。このため、ファンフィルタユニット１の製作を容易に行うことができるとともに、ファンユニット３を取り外すことにより、ファンユニット３の修理点検を容易に行うことができる。

さらに、斜流ファン３３は、羽根６２におけるファンケース２の空気導入孔側の端縁の最大突出部および最小突出部間にファンケース２の空気導入孔２４側の外表面すなわち取付板３１の下面が位置するように位置決めされているので、薄型化の要求を確保しながら空気吐出効率を確保することができる。
なお、上記実施形態では、モータ支持部３６の支持円板部３７に形成した円筒部３７ｂが駆動モータ３２のアウターロータ４２を構成するカップ状体４７の下面に所定のギャップを介して近接する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、カップ状体４７の下面と円筒部３７ｂとの間にラビリンスを形成して転がり軸受４５ａおよび４５ｂの潤滑油等の塵埃が駆動モータ３２から外部に漏出することを防止するようにすることが好ましい。

また、上記実施形態では、斜流ファン３３によって吐出される空気流をそのまま空気導入孔２４を通じてユニットケース２内に導入する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、図４において一点鎖線で示すように、取付板３１の開口部３１ａの周囲に下方に突出する補強を兼ねる格子状の気流ガイド９０を設けることもできる。この場合には、気流ガイド９０によって斜流ファン３３から吐出される空気流の一部が跳ね返されることにより、斜流ファン３３の下側に回り込む空気流を形成することができ、フィルタ４に供給する空気流の均一化を図ることができる。

また、上記実施形態では、斜流ファン３３の羽根６２を５枚とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、必要な送風量に応じて羽根６２の枚数や傾斜角度を任意に設定することができる。
さらに、上記実施形態では、ユニットケース２が扁平な立方体である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、扁平な直方体に形成するようにしてもよい。この場合には、ユニットケース２の長手方向に複数の空気導入孔２４を形成して、これら複数の空気導入孔２４のそれぞれにファンユニット３を装着するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、取付板３１に、駆動モータ３２、斜流ファン３３およびフード３４を一体化してモジュール構成のファンユニット３を構成する場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、取付板３１を省略して、フード３４をユニットケース２の空気導入孔２４の周囲に固定し、ステー３５をユニットケース２の正面板２１の裏面側に固定することによりファンユニット３を構成するようにしてもよい。

１…ファンフィルタユニット、２…ユニットケース、３…ファンユニット、４…フィルタ、２１…正面板、２２…側面板、２３…開口部、２４…空気導入孔、３１…取付板、３２…駆動モータ、３３…斜流ファン、３４…フード、３５…ステー、３６…モータ取付部、４１…ステータ、４２…アウターロータ、４５ａ，４５ｂ…転がり軸受、６１…ハブ、６２…羽根、８１…ストック領域、８２…被ストック部材

Claims (6)

1. 中心部のステータの外側にアウターロータを配置した駆動モータと、
   開口部の中央位置にステーを介して前記駆動モータを支持し、ファンフィルタユニットの空気導入孔に取付けられる取付板と、
   前記アウターロータに固定された羽根固定部材に複数枚の羽根を形成した斜流ファンと、
   前記取付板の前記ファンフィルタユニットとは反対側に一体に形成した前記斜流ファンの羽根の外周縁を囲むフードとを備え、
   前記斜流ファンの羽根の下端縁が前記取付板の下面より下側から上方側へ下面を横切るように傾斜されている
   ことを特徴とするファンユニット。
2. 前記駆動モータ、斜流ファンおよび当該斜流ファンの羽根の外周縁を囲む前記フードとを一体化させた構成を有することを特徴とする請求項１に記載のファンユニット。
3. 前記空気導入孔とフィルタを装着する開口部とを互いに対向させて形成したユニットケースの空気導入孔の周囲に固定する当該空気導入孔に連通する開口部を有する前記取付板と、該取付板に一体に形成した前記フードと、前記取付板に複数の前記ステーを介して取付けられた前記駆動モータの前記ステータを固定保持するモータ取付部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載のファンユニット。
4. 前記フードは、大径開口部および小径開口部を有する円錐台筒形状に形成され、前記小径開口部に風切り音を抑制するラッパ状に拡がるベルマウス部が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のファンユニット。
5. 前記モータ取付部は、前記ステータを外周面に固定する円筒部を有するステータ支持部と、該ステータ支持部の前記円筒部の内部に配置された前記アウターロータを回転自在に支持する軸受部とを有することを特徴とする請求項３に記載のファンユニット。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のファンユニットを有することを特徴とするファンフィルタユニット。

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