JP6478799B2 - プロペラファンおよびプロペラファンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、換気扇および送風機等に用いられるプロペラファンに関する。

換気扇および送風機等に用いられるプロペラファンには、金属製のものがある。金属製のプロペラファンは、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００８−２０８７９２号公報

金属製のプロペラファンの製造には、ダイカスト成型が用いられる場合がある。ダイカスト成型によって製造することで、形状の自由度の向上および寸法精度の向上、またこれに伴う強度の向上を図ることができる。また、ダイカスト成型は、大量生産を行いやすい製造方法である。しかしながら、ダイカスト成型では、金属の凝固収縮時にひけおよびクラックが発生する場合がある。プロペラファンの強度低下につながるひけおよびクラックの発生は、極力抑えることが好ましい。

例えば、プロペラファンの翼の根元部には、他の部分よりも大きな応力が発生しやすいため、根元部を厚肉に成型して、強度の向上が図られる場合がある。翼の根元部を厚肉に成型した場合には、厚肉部分での材料の凝固が遅れることで、ひけおよびクラックが発生しやすくなる。また、ひけおよびクラックの発生を抑えるために、金型への溶湯の充填圧力を高めた場合には、装置の大型化および金型の寿命の低下によって、製造コストが上昇してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、翼の根元部での強度の確保を図りつつ、製造コストを抑えてひけおよびクラックの発生を抑えることのできるプロペラファンを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ダイカスト成型されるプロペラファンであって、筒状形状を呈する側面部と、側面部の一端を覆う天面部と、を有して、側面部の中心軸を中心に回転されるボスと、側面部から突出形成された翼と、を備え、翼は、側面部との境界部分である根元部が、ボスの回転方向における前方側端部および後方側端部のいずれか一方のほうが、天面部との距離が小さくなっており、天面部には、ボスの他の領域よりも厚い厚肉部が形成され、厚肉部は、天面部のうちダイカスト成型の溶湯入口となる部分と、根元部のうち前方側端部と後方側端部との中心位置よりも天面部との距離が小さい領域である天面側領域との間に設けられることを特徴とする。

本発明にかかるプロペラファンによれば、翼の根元部での強度の確保を図りつつ、製造コストを抑えてひけおよびクラックの発生を抑えることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるプロペラファンの正面図 実施の形態１にかかるプロペラファンの背面図 図１に示すプロペラファンのＡ−Ａ断面図 図２に示すプロペラファンのＢ−Ｂ断面図 実施の形態１にかかるプロペラファンの正面図であって、ダイカスト工程を説明する図 実施の形態１にかかるプロペラファンの斜視図であって、ダイカスト工程を説明する図 図２に示すＢ−Ｂ断面図に相当する図であって、ダイカスト工程を説明する図 実施の形態１にかかるプロペラファンの翼の根元部を拡大した部分拡大断面図 比較例にかかるプロペラファンの翼の根元部を拡大した部分拡大断面図であって、溶湯の凝固過程を説明する図 実施の形態１にかかるプロペラファンの翼の根元部のうち天面側領域部分を拡大した部分拡大断面図であって、溶湯の凝固過程を説明する図 実施の形態２にかかるプロペラファンの背面図 実施の形態２にかかるプロペラファンの背面斜視図 実施の形態３にかかるプロペラファンの正面図 実施の形態３にかかるプロペラファンの背面図 図１４に示すＣ−Ｃ断面図 実施の形態３にかかるプロペラファンの背面斜視図 実施の形態４にかかるプロペラファンの正面図 実施の形態４にかかるプロペラファンの正面斜視図 実施の形態４にかかるプロペラファンの背面図 図１７に示すＤ−Ｄ断面図 図１９に示すＥ−Ｅ断面図 実施の形態５にかかるプロペラファンの背面図 実施の形態５にかかるプロペラファンの背面斜視図 実施の形態６にかかるプロペラファンの正面図 実施の形態６にかかるプロペラファンの背面図 図２５に示すＦ−Ｆ断面図 実施の形態６にかかるプロペラファンの背面斜視図

以下に、本発明の実施の形態にかかるプロペラファンを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるプロペラファンの正面図である。図２は、実施の形態１にかかるプロペラファンの背面図である。プロペラファン１は、ボス２と複数の翼３とを備える。プロペラファン１は、金属製でありダイカスト成型によってボス２と翼３とが一体に形成される。ボス２は、筒状形状を呈する側面部２５と、側面部２５の一端を覆う天面部２６とを有する。ボス２は、側面部２５の中心軸２７を中心に回転される。翼３は、側面部２５の外周面に突出形成されている。

ボス２の回転に伴って、翼３も回転する。以下の説明において、ボス２および翼３の回転を、単にプロペラファン１の回転ともいう。プロペラファン１は、矢印Ｘに示す方向に回転することで、図１における紙面奥側に向かう気流を発生させる。翼３のうち、プロペラファン１の回転方向における前方側となる端部を前方側端部３１とし、後方側となる端部を後方側端部３２とする。また、翼３のうち、ボス２の側面部２５との境界部分を根元部３３とし、根元部３３の反対側を先端部３４とする。

図３は、図１に示すプロペラファン１のＡ−Ａ断面図である。図３では、翼３の根元部３３の断面形状が示されている。翼３の根元部３３は、前方側端部３１のほうが、後方側端部３２よりも、天面部２６との距離が小さくなっている。これは、中心軸２７に垂直な平面に対して根元部３３が傾斜しているとも換言できる。ここで、根元部３３のうち、前方側端部３１と後方側端部３２との中心位置４０よりも天面部２６との距離が小さい領域、すなわち中心位置４０よりも前方側端部３１側となる領域を、天面側領域３９とする。

図４は、図２に示すプロペラファン１のＢ−Ｂ断面図である。図４に示すように、翼３の厚さは、翼３の先端部３４から根元部３３にかけてゆるやかに厚肉化しており、翼３においては根元部３３が最も厚肉となる。

図５は、実施の形態１にかかるプロペラファン１の正面図であって、ダイカスト工程を説明する図である。図６は、実施の形態１にかかるプロペラファン１の斜視図であって、ダイカスト工程を説明する図である。図７は、図２に示すＢ−Ｂ断面図に相当する図であって、ダイカスト工程を説明する図である。

図５に示すように、ダイカスト成型における溶湯入口である流入口４が、ボス２の天面部２６に設けられている。また、図５に示す矢印Ｙは、ダイカスト成型における溶湯の流れを示している。溶湯は、流入口４から流入して、放射状に分流され、天面部２６、側面部２５、翼３の根元部３３、翼３の先端部３４へと流れる。本実施の形態では、流入口４は１つ形成され、中心軸２７と重なる位置に設けられている。図６に示すように、流入口４部分では、天面部２６から突出して溶湯が硬化するが、この部分は機械加工等によって最終的に除去され、図示しないモータの軸等を通す孔が形成される。

図２、図４および図７に示すように、天面部２６には、ボス２の他の領域よりも厚い厚さt_bossで形成された厚肉部５が設けられる。厚肉部５の厚さは、翼３の根元部３３の厚さt_fan以上となっている。厚肉部５は、天面側領域３９と流入口４との間に設けられる。本実施の形態では、流入口４から天面側領域３９に向けて延びている。また、天面部２６の内側を隆起させて厚肉部５が形成された例を示しているが、天面部２６の外側を隆起させて厚肉部５が形成されてもよい。

ここで、翼３の根元部３３の厚さの定義について説明する。図８は、実施の形態１にかかるプロペラファン１の翼３の根元部３３を拡大した部分拡大断面図である。図８に示すように、プロペラファン１の根元部３３は、翼３の圧力面３５、翼３の負圧面３６、側面部２５の外側面２１、外側面２１と圧力面３５の交点に設けられる圧力面ラウンド３７、外側面２１と負圧面３６の交点に設けられる負圧面ラウンド３８により構成されている。

ここで、負圧面３６と負圧面ラウンド３８との交点を中心とし、圧力面３５または圧力面ラウンド３７に正接するように描く仮想円４１の最小値をＲ_Ａとする。また、圧力面３５と圧力面ラウンド３７の交点を中心とし、負圧面３６または負圧面３８に正接するように描く仮想円４２の最小値をＲ_Ｂとする。そして、最小値Ｒ_Ａと最小値Ｒ_Ｂの小さい方を、翼３の根元部３３の肉厚t_fanと定義してもよい。

または、外側面２１の延長線と圧力面３５の延長線との仮交点をＰ、外側面２１の延長線と負圧面３６の延長線との仮交点をＱとした場合の、仮交点Ｐと仮交点Ｑとの距離Ｒ_Ｃを根元部３３の肉厚t_fanと定義としてもよい。

次に、ボス２に厚肉部５を設けたことによって得られる効果について図面を用いて説明する。図９は、比較例にかかるプロペラファン１００の翼１０３の根元部１３３を拡大した部分拡大断面図であって、溶湯の凝固過程を説明する図である。図１０は、実施の形態１にかかるプロペラファン１の翼３の根元部３３のうち天面側領域３９部分を拡大した部分拡大断面図であって、溶湯の凝固過程を説明する図である。なお、図９および図１０は、金型に溶湯を射出してから一定時間経過後の状態を示している。また、図９および図１０において、ボス２，１０２および翼３，１０３の内部でハッチングされた部分は、溶湯が凝固した固相を示しており、ハッチングされていない部分は、溶湯が凝固する前の液相を示している。

比較例にかかるプロペラファン１００では、ボス１０２に厚肉部５が形成されていない。この場合、天面部１２６が早期に凝固して固相化される。そのため、溶湯射出後の増圧は根元部１３３に印加されにくい。また、天面部１２６が早期に凝固することで、根元部１３３は、翼１０３における溶湯の最終凝固点になりやすい。そのため、天面部１２６の凝固後に、根元部１３３の内部に液相が残存することで、根元部１３３の凝固時に根元部１３３に圧力が印加されず、凝固収縮によるひけおよびクラックが生じやすくなる。

一方、本実施の形態のようにボス２に厚肉部５を構成することによって、厚肉部５が液相である時間が長くなり、根元部３３の凝固後に天面部２６の厚肉部５を凝固させることができる。これは、最終凝固点を、翼３からボス２側に移動させたとも換言できる。厚肉部５が液相である時間が長くなることで、溶湯射出後の増圧が根元部３３に印加されやすくなる。そのため、根元部３３が凝固する際に、液相である厚肉部５を介して根元部３３に圧力が印加されやすくなり、凝固収縮によるひけおよびクラックが発生しにくくなる。

特に、厚肉部５は、溶湯射出後の増圧の起点となる流入口４と、根元部３３の天面側領域３９との間に設けられるため、流入口４と天面側領域３９との間が液相となっている状態、すなわち溶湯射出後の増圧が天面側領域３９に印加される状態で、天面側領域３９で溶湯を凝固させることができる。したがって、天面側領域３９での凝固収縮によるひけおよびクラックの発生をより確実に抑制することができる。また、ひけおよびクラックの発生を抑制することで、歩留まりの向上を図り、製造コストの抑制を図ることができる。

また、プロペラファン１の起動および運転時において、翼３のうち天面側領域３９には、ボス２に比べて大きな応力が発生する。上述したように、最終凝固点では、凝固収縮によるひけおよびクラックが発生しやすくなっている。ひけおよびクラックが発生した箇所は、強度が低下する。本実施の形態では、最終凝固点を応力の発生の少ないボス２に移動させることによって、最終凝固点でひけおよびクラックが発生した場合であっても、大きな応力が発生しにくいため、プロペラファン１が破損しにくくなる。したがって、プロペラファン１の信頼性の向上を図ることができる。また、多少のひけおよびクラックが許容できるようになれば、歩留まりのより一層の向上を図ることができる。また、金型への充填圧力を高めずにひけおよびクラックの発生を抑えることができるため、製造装置の大型化および金型の寿命の低下による製造コストの上昇を抑えることができる。

実施の形態２．
図１１は、実施の形態２にかかるプロペラファン１の背面図である。図１２は、実施の形態２にかかるプロペラファン１の背面斜視図である。

図１１に示すように、実施の形態２にかかるプロペラファン１は、流入口４から天面側領域３９に向けて延びる厚肉部５が、ボス２の天面部２６から側面部２５にかけて形成される。天面部２６だけでなく側面部２５にも厚肉部５を形成することで、より確実に根元部３３から流入口４の間を液相とした状態で、根元部３３を凝固させることができる。

なお、図１２に示すように、側面部２５において中心軸２７に沿った方向の全域に厚肉部５を形成してもよいがこれに限られない。例えば、側面部２５のうち天面部２６側から翼３の根元部３３が形成される位置までの範囲だけに厚肉部５を形成してもよい。なお、厚肉部５を、側面部２５において中心軸２７に沿った方向の全域に形成した場合には、金型からプロペラファン１を押し出すための押しピン接触位置として厚肉部５を利用しやすくなる。

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３にかかるプロペラファン１の正面図である。図１４は、実施の形態３にかかるプロペラファン１の背面図である。図１５は、図１４に示すＣ−Ｃ断面図である。図１６は、実施の形態３にかかるプロペラファン１の背面斜視図である。

実施の形態３にかかるプロペラファン１では、溶湯入口である流入口４が複数形成されている。流入口４は、中心軸２７を中心とする円周上に等間隔で設けられている。実施の形態３では、流入口４の数と翼３の数が一致しているが、これに限られない。流入口４の数が翼３の数の整数倍であってもよいし、流入口４の数と翼３の数とが異なっていてもよい。

厚肉部５は、天面側領域３９から最も近い流入口４との間に設けられる。天面側領域３９には、最も近い流入口４に射出された溶湯が流入しやすく、最も近い流入口４からの増圧が印加されやすいため、天面側領域３９から最も近い流入口４との間に厚肉部５を設けることで、より確実に最終凝固点をボス２側に移動させて、ひけおよびクラックの発生の抑制、プロペラファン１の信頼性の向上、および歩留まりの向上を図ることができる。

また、上記実施の形態１，２で例示したように、厚肉部５は、天面部２６のみに形成されてもよいし、天面部２６から側面部２５にわたって形成されていてもよい。また、側面部２５における中心軸２７に沿った全域に厚肉部５が形成されてもよいし、側面部２５のうち天面部２６側から翼３の根元部３３が形成される位置までの範囲だけに厚肉部５が形成されてもよい。

実施の形態４．
図１７は、実施の形態４にかかるプロペラファン１の正面図である。図１８は、実施の形態４にかかるプロペラファン１の正面斜視図である。図１９は、実施の形態４にかかるプロペラファン１の背面図である。図２０は、図１７に示すＤ−Ｄ断面図である。図２１は、図１９に示すＥ−Ｅ断面図である。

実施の形態４では、上記実施の形態１から３と異なり、翼３の根元部３３は、後方側端部３２のほうが、前方側端部３１よりも、天面部２６との距離が小さくなっている。実施の形態４では、根元部３３のうち、前方側端部３１と後方側端部３２との中心位置４０よりも天面部２６との距離が小さい領域、すなわち中心位置４０よりも後方側端部３２側となる領域を、天面側領域３９とする。

実施の形態４でも、上記実施の形態１と同様に、天面側領域３９と流入口４との間となる天面部２６に厚肉部５が設けられる。これにより、最終凝固点をボス２側に移動させて、ひけおよびクラックの発生の抑制、プロペラファン１の信頼性の向上、および歩留まりの向上を図ることができる。

実施の形態５．
図２２は、実施の形態５にかかるプロペラファン１の背面図である。図２３は、実施の形態５にかかるプロペラファン１の背面斜視図である。図２３に示すように、実施の形態５にかかるプロペラファン１は、流入口４から天面側領域３９に向けて延びる厚肉部５が、ボス２の天面部２６から側面部２５にかけて形成される。天面部２６だけでなく側面部２５にも厚肉部５を形成することで、より確実に根元部３３から流入口４の間を液相とした状態で、根元部３３を凝固させることができる。

なお、図２３に示すように、側面部２５において中心軸２７に沿った方向の全域に厚肉部５を形成してもよいがこれに限られない。例えば、側面部２５のうち天面部２６側から翼３の根元部３３が形成される位置までの範囲だけに厚肉部５を形成してもよい。なお、厚肉部５を、側面部２５において中心軸２７に沿った方向の全域に形成した場合には、金型からプロペラファン１を押し出すための押しピン接触位置として厚肉部５を利用しやすくなる。

実施の形態６．
図２４は、実施の形態６にかかるプロペラファン１の正面図である。図２５は、実施の形態６にかかるプロペラファン１の背面図である。図２６は、図２５に示すＦ−Ｆ断面図である。図２７は、実施の形態６にかかるプロペラファン１の背面斜視図である。

実施の形態６にかかるプロペラファン１では、溶湯入口である流入口４が複数形成されている。流入口４は、中心軸２７を中心とする円周上に等間隔で設けられている。実施の形態６では、流入口４の数と翼３の数が一致しているが、これに限られない。流入口４の数が翼３の数の整数倍であってもよいし、流入口４の数と翼３の数とが異なっていてもよい。

厚肉部５は、天面側領域３９から最も近い流入口４との間に設けられる。天面側領域３９には、最も近い流入口４に射出された溶湯が流入しやすく、最も近い流入口４からの増圧が印加されやすいため、天面側領域３９から最も近い流入口４との間に厚肉部５を設けることで、より確実に最終凝固点をボス２側に移動させて、ひけおよびクラックの発生の抑制、プロペラファン１の信頼性の向上、および歩留まりの向上を図ることができる。

また、上記実施の形態１から５で例示したように、厚肉部５は、天面部２６のみに形成されてもよいし、天面部２６から側面部２５にわたって形成されていてもよい。また、側面部２５における中心軸２７に沿った全域に厚肉部５が形成されてもよいし、側面部２５のうち天面部２６側から翼３の根元部３３が形成される位置までの範囲だけに厚肉部５が形成されてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ プロペラファン、２ ボス、３ 翼、４ 流入口、５ 厚肉部、２１ 外側面、２２ 内側面、２５ 側面部、２６ 天面部、２７ 中心軸、３１ 前方側端部、３２ 後方側端部、３３ 根元部、３４ 先端部、３５ 圧力面、３６ 負圧面、３７ 圧力面ラウンド、３８ 負圧面ラウンド、３９ 天面側領域、４０ 中心位置。

Claims (6)

1. ダイカスト成型されるプロペラファンであって、
   筒状形状を呈する側面部と、前記側面部の一端を覆う天面部と、を有して、前記側面部の中心軸を中心に回転されるボスと、
   前記側面部から突出形成された翼と、を備え、
   前記翼は、前記側面部との境界部分である根元部が、前記ボスの回転方向における前方側端部および後方側端部のいずれか一方のほうが、前記天面部との距離が小さくなっており、
   前記天面部には、前記ボスの他の領域よりも厚い厚肉部が形成され、
   前記厚肉部は、前記天面部のうち前記ダイカスト成型の溶湯入口となる部分から、前記根元部のうち前記前方側端部と前記後方側端部との中心位置よりも前記天面部との距離が小さい領域である天面側領域にかけて設けられることを特徴とするプロペラファン。
2. 前記溶湯入口は、前記中心軸と重なる位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
3. 複数の前記溶湯入口が、前記中心軸を中心とする円周上に等間隔で設けられ、
   前記厚肉部は、前記天面側領域と、その天面側領域から最も近い前記溶湯入口との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
4. 前記厚肉部は、前記溶湯入口から延びることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のプロペラファン。
5. 前記厚肉部は、前記天面部から前記側面部にわたって形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のプロペラファン。
6. 筒状形状を呈する側面部と、前記側面部の一端を覆う天面部と、を有して、前記側面部の中心軸を中心に回転されるボスと、前記側面部から突出形成された翼と、を備え、ダイカスト成型により製造されるプロペラファンの製造方法であって、
   前記翼は、前記側面部との境界部分である根元部が、前記ボスの回転方向における前方側端部および後方側端部のいずれか一方のほうが、前記天面部との距離が小さくなっており、
   前記天面部に、前記ダイカスト成型の溶湯入口を設け、
   前記溶湯入口から、前記根元部のうち前記前方側端部と前記後方側端部との中心位置よりも前記天面部との距離が小さい領域である天面側領域にかけて前記ボスの他の領域よりも厚い厚肉部を形成し、
   前記溶湯入口から溶湯を流入させてダイカスト成型することを特徴とするプロペラファンの製造方法。

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