JP6571601B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は、インペラとロータヨークとの結合構造に特徴がある遠心ファンに関する。

遠心ファンは、家電機器、ＯＡ機器、産業機器などの各種機器における冷却、換気、空調等の用途や、車両用の空調、送風などに広く用いられている。従来、この種の遠心ファンとして、例えば、特許文献１の遠心ファンがある。この遠心ファンでは、インペラとロータヨークを結合させているが、インペラとロータヨークとの結合手段として、例えば、特許文献２の遠心ファンがある。特許文献２の遠心ファンは、インペラの下面に一体に形成された突起部をバックヨークのフランジ部に形成した孔に嵌入し、フランジ部の裏面から突出した突起部の先端部分を熱で溶融して熱カシメ固定している。

しかしながら、特許文献２の遠心ファンでは、樹脂の射出成形でインペラの下面に一体に成形した突起部の径と、フランジ部の孔の径との公差により隙間が生じ、突起部の先端部分を熱カシメ固定した場合、インペラの結合にガタツキが発生する虞がある。このような突起部の熱カシメ固定におけるガタツキが発生することを低減する手段として、例えば特許文献３の手段がある。

特許文献３で開示された構造（図１０参照）は、回路基板に対して、保護カバー体等の合成樹脂製部品を、当該部品から突出したピン６を回路基板１のピン孔７に挿入した後、ピン６の突出端部６ａを熱でカシメ変形して取り付ける構造において、回路基板１のピン孔７の内径Ｄを、回路基板１の裏面側において大径に段付き状に拡大した段付き孔に構成することによって、ガタツキが発生することを低減したものである。

特開２０１６−０１１６２７号公報 特開２０１３−２４５６５８号公報 特開平８−１５６１０１号公報

特許文献３に記載されたピンの突出端部を熱でカシメ変形して取り付ける構成を特許文献２のインペラとフランジ部との結合手段に適用した場合、次のような問題がある。すなわち、特許文献３の熱でカシメ変形させる構成は、ピン６の突出端部６ａに加熱体Ａを押し付けてカシメ変形するものであるため、ピン孔７を大径に段付き状に拡大した大径Ｄ１の部分の内面に密接させ、大径Ｄ１よりも大きく、かつ回路基板１の裏面からの突出させた突出高さＴ２と、ピン孔７の大径Ｄ１の部分に膨らみ変形した部分の厚さ寸法Ｔ１との合計の厚さ寸法Ｔが必要となるため、ピン６の長さを長くする必要がある。

また、加熱体Ａを回路基板１に接触せずにピン６の突出端部６ａに加熱体Ａを押し付け、カシメ変形して大径Ｄ１の部分の内面に密接させるためには加熱体Ａの加熱温度を高くする必要があるが、その場合、加熱体Ａの熱による影響を受けてピン６の先端部以外も加熱され、熱による変形や劣化が生じる虞がある。

また、特許文献３の技術を特許文献２のインペラとフランジ部との結合手段に適用した場合、フランジ部の下面から突出するカシメ部分はインペラ回転時の負荷となると共に、風切音の原因になる虞がある。

このような背景において、本発明は、カシメ部分以外の変形や風切音の発生が抑えられた遠心ファンを提供することを目的とする。

本発明は、軸方向に延在するピンを備えたインペラと、前記ピンが貫通する貫通孔が設けられ、前記ピンを前記貫通孔に貫通させることで前記インペラと結合したロータヨークとを備え、前記ピンを前記ロータヨークのフランジ部に形成した貫通孔に挿通し、前記ピンの先端部をカシメ固定した構造を有し、前記貫通孔は大径を有する段付き孔であり、前記ピンの先端部は、半球状部と、該半球状部の外側周縁の環状突起部とを有し、前記環状突起部が前記大径の内面に密接しており、前記半球状部と前記環状突起部との間には、環状凹部が形成されており、前記環状凹部の底部は前記貫通孔の内側に位置する遠心ファンである。

本発明によれば、カシメ部分以外の変形や風切音の発生が抑えられた遠心ファンが得られる。

実施形態の遠心ファンの分解斜視図である。 実施形態の遠心ファンの断面図である。 図２における部分拡大図である。 図１に示すインペラとロータヨークの斜視図である。 インペラとロータヨークとの結合工程を説明する図で、樹脂ピンをロータヨークのフランジ部に挿通した状態を示す図である。 インペラとロータヨークとの結合工程を説明する図で、局部加熱手段による装置（図示せず）のパンチが降下してピンの先端部を成形する状態を示す図である。 インペラとロータヨークとの結合工程を説明する図で、局部加熱手段による装置（図示せず）のパンチが上昇した状態を示す図である。 パンチの断面図である。 段付き孔のその他の例を示す図である。 従来（特許文献３）におけるピンのかしめ変形した状態を示す図である。

（全体の構造）
以下、発明を利用した遠心ファンについて説明する。図１および図２には遠心ファン１が示されている。遠心ファン１は、上ケーシング３と下ケーシング４により構成されるケーシング２を備えている。ケーシング２の内部には、モータ２１およびモータ２１によって回転させられるインペラ８が収納されている。

上ケーシング３と下ケーシング４の間にはインペラ８が回転可能な状態で収納されている。インペラ８の回転に伴い、上ケーシング３に形成された吸い込み口３５からインペラ８内に空気が吸入される。この吸入された空気は、インペラ８の羽根１０の間を通過し、ケーシング２の側面に形成された吹き出し口３６からケーシング２の外方（径外方向）に向けて排出される。吹き出し口３６は、上ケーシング３と下ケーシング４の間に介装された複数（この場合、４つ）の円筒状の支柱７の間に形成されている。

下ケーシング４は、中央部に矩形状の凹部５ａが形成されている金属製（例えば、鉄板）のモータベース５と、樹脂製のベースプレート６とを重ね合わせた構造を有している。モータベース５の中心には、略筒形状の軸受保持部２６が固定されている。軸受保持部２６の内側には、回転軸となるシャフト１６が軸受２７，２８を介して回転可能に支持されている。

モータベース５の凹部５ａの底面には、アウタロータ型のブラシレスＤＣモータであるモータ２１が装着されている。モータ２１は、後述するインシュレータ２４を構成する下インシュレータ２４ｂを備え、下インシュレータ２４ｂの下面には、回路基板３０が固定されている。回路基板３０は、下インシュレータ２４ｂに一体成形され下方に突出する複数のピンの先端を熱カシメすることで、下インシュレータ２４ｂに接合されている。図２には、この熱カシメされた部分２４ｃが示されている。

軸受保持部２６の外側には、モータ２１を構成するステータ２２が固定されている。ステータ２２は、軟磁性材料からなる鋼板等の薄板状のコアを所定枚数積層してなるステータコア２３と、ステータコア２３の軸方向両側から装着された樹脂製の上インシュレータ２４ａおよび下インシュレータ２４ｂからなるインシュレータ２４と、インシュレータ２４を介してステータコア２３のティースに巻回されたコイル２５とから構成されている。

ステータコア２３を構成する薄板状のコアは、環状ヨークから径外方に延在する複数のティース（遠心ファン１では６個のティースを有している）を備えており、複数のコアを積層させてステータコア２３が構成されている。ステータコア２３の中央には開口が形成され、その開口に軸受保持部２６が嵌合している。ステータ２２の下部（コイル２５の下側部分）と回路基板３０は、モータベース５の凹部５ａの内部に収納された状態となっており、これにより軸方向寸法の低減すなわち薄型化が図られている。

図１に示すように、ベースプレート６の外周端の４箇所には下方に延在する側部６ａが形成されている。この側部６ａの内側がモータベース５の４辺の外周に当接することでモータベース５とベースプレート６相互の位置決めがなされている。

モータ２１は、ステータ２２とロータ１５とから構成されている。図４には、ロータ１５が示されている。ロータ１５は、シャフト１６、シャフト１６に装着されたボス部１７（図２参照）と、ボス部１７にカシメにより固定された円筒カップ状のロータヨーク１８と、ロータヨーク１８の内側に固着された環状のマグネット１９とから構成されている。図２に示すように、組み立てられた状態において、環状のマグネット１９の内周面は、ステータコア２３のティースの外周面に隙間を有した状態で対向している。

図４に示すように、ロータヨーク１８は、円錐部１８ａ、円錐部１８ａの外縁から軸方向に延在する円筒部１８ｂ、円筒部１８ｂの下縁から径外方に延在するフランジ部１８ｃを有している。円錐部１８ａの上部は円盤形状を有し、その中央に開口が形成され、この開口にボス部１７（図２参照）が嵌め込まれて固定されている。

ロータ１５とインペラ８は、フランジ部１８ｃを利用して結合している。この結合の構造については後述する。インペラ８は、環状のシュラウド９と、複数の羽根１０と、円板状の主板１１とから構成されている。羽根１０と主板１１は樹脂の一体成形にて形成されており、これらが樹脂にて成形されたシュラウド９に接合されている。なお、インペラ８は、（Ａ）環状のシュラウド９と羽根１０を一体成形した部材と、主板１１からなる部材を超音波溶着などの手段で一体に形成した構成や、（Ｂ）主板１１と羽根１０を一体成形した部材と、環状のシュラウド９からなる部材を２色成形で一体に形成した構成も可能である。

羽根１０は、主板１１から軸方向に立設して形成されている。羽根１０は回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した形状を有し、回転方向に対して後向き羽根の構造（いわゆる、ターボ型）を有している。羽根１０はすべて同じ形状で、羽根１０とシュラウド９との接合は、例えば、超音波溶着によって行われている。

インペラ８の主板１１は内周側部分と外周側部分とを有し、内周側が外周側より軸方向上方に位置している。そして、内周側部分と外周側部分とは傾斜部１１ａでつながっている。羽根１０は、外周側部分に立設されている。主板１１の最内周には内周円筒部１１ｂが垂下する状態に形成され、内周円筒部１１ｂの内側にロータヨーク１８の円筒部１８ｂが固定され、円筒部１８ｂの内側に環状のマグネット１９が固定されている。

図４に示すように、主板１１の内周円筒部１１ｂの下端には軸方向（シャフト１６の延在方向）に延在する複数のピン１１ｃが形成されている。ここで、主板１１は、樹脂製であり、ピン１１ｃは、樹脂を材料とする一体成型により、主板１１と一体に形成されている。

図３に示すように、上記のピン１１ｃをフランジ部１８ｃにカシメ固定することで、ロータヨーク１８と主板１１とが接合され、これによりロータ１５とインペラ８とが結合されている。この構造によれば、インペラ８は、モータ２１の駆動によって回転するロータ１５とともにシャフト１６を回転軸として回転する。ピン１１ｃを用いたカシメ固定については後述する。

図１に示すように、上ケーシング３の上面側には複数の凹部３ａ（肉盗み部分）が形成されている。上ケーシング３の外周の円周等分複数箇所（この場合４箇所）に、支柱７が形成されている。支柱７は、上ケーシング３と樹脂の一体成形にて形成されている。一方、下ケーシング４を構成する矩形状のモータベース５およびベースプレート６の四隅であって支柱７に対応する箇所には、貫通孔５ｄ，６ｄがそれぞれ形成されている。これら貫通孔５ｄ，６ｄに下側からタッピングねじ４０（図２参照）を貫通させ、その先端部を円筒状の支柱７内にねじ込んで締め付けることにより、上ケーシング３と下ケーシング４とが結合されている。なお、締結手段はこれに限定されず、例えば、下ケーシング４側から支柱７内に挿通したボルトを上ケーシング３側からナットで締め込むといった手段であってもよい。

図２に示すように、回路基板３０上には、モータ２１を駆動制御するための部品や制御ＩＣなどの電子部品３１が実装されている。このため、限られた空間で電子部品３１とインペラ８との接触を防止するために、主板１１には傾斜部１１ａが形成されており、この傾斜部１１ａの位置に電子部品３１の一部を収納することで、電子部品３１とインペラ８との接触を防止するとともに薄型化が図られている。

遠心ファン１は、薄型ファンであり、回路基板３０とロータヨーク１８のフランジ部１８ｃとの間の距離が短い。このため、フランジ部１８ｃの下面に対応する位置の回路基板３０上には配線パターンは形成されているが、電子部品３１は実装されていない。

（カシメによる締結構造について）
以下、ピン１１ｃを用いたカシメ固定により、ロータヨーク１８と主板１１とを締結した構造について説明する。図４に示すように、主板１１の下面には、１１本のピン１１ｃが均等配置されている。主板１１は、樹脂（例えば、ＰＢＴ樹脂）の射出成形にて成形され、ピン１１ｃは主板１１と一体に成形されている。フランジ部１８ｃのピン１１ｃに対応する位置には、貫通孔１８ｄが設けられている。貫通孔１８ｄは、柱状の貫通孔に座繰り加工により、大径部１８ｄ’（図５参照）が形成された段付き孔である。

ロータヨーク１８と主板１１とは、以下のようにして締結される。まず、図４と上下を逆にした状態として、ピン１１ｃをロータヨーク１８のフランジ部１８ｃに形成した貫通孔１８ｄに挿通させ、インペラ８をロータヨーク１８のフランジ部１８ｃに接触させる。この状態が図５に示されている。

図５の状態において、フランジ部１８ｃの貫通孔１８ｄから突出した樹脂製のピン１１ｃの先端部のみを局部加熱手段（図示省略）により溶融あるいは軟化させる。図示省略した局部加熱手段は、例えば赤外線を照射することでピン１１ｃの局所部分を加熱する方式のものが用いられる。局部加熱手段としては、熱風を当てる装置や各種波長のレーザ光を照射する装置が挙げられる。

次に、図６に示すように、パンチ５０をピン１１ｃの先端部に軸方向から接触させ、圧力を加えることで、パンチ５０によりピン１１ｃの軟化した先端部を押し潰す。ここで、パンチ５０は特に加熱されていない。パンチ５０によりピン１１ｃの先端部を押し潰したら、パンチ５０をピン１１ｃの先端から離し、カシメ加工を終了する。この状態が図７に示されている。

図８のように、パンチ５０の中央には半球状の成形用凹部５１が形成されており、成形用凹部５１の周縁部には段差状の逃げ用凹部５２が形成されている。また、成形用凹部５１と逃げ用凹部５２の間には、環状凸部５３が形成されている。図５の状態において、パンチ５０によって適切な押圧力でピン１１ｃの先端部を押圧すると、パンチ５０によってピン１１ｃの先端部が半球状に成形されてカシメ固定が行われる（図６参照）。このとき、パンチ５０で押圧された樹脂製のピン１１ｃの先端部の樹脂の一部は、成形用凹部５１（図８参照）の外周側に流れ、パンチ５０の逃げ用凹部５２に流れ込む。

この際、パンチ５０の寸法（外径）は、貫通孔１８ｄの径よりも少し大きく設定されているので、図６の状態において、パンチ５０の逃げ用凹部５２の外周縁の一部がフランジ部１８ｃの裏面に当接する。そして、パンチ５０でピン１１ｃの先端部を所定時間、押圧した後、パンチ５０を上昇させると、ピン１１ｃの潰された先端部には、半球状部１１１と、半球状部１１１の外側周縁の環状突起部１１２が形成される（図７参照）。

この状態では、パンチ５０の逃げ用凹部５２に、ピン１１ｃ先端部の樹脂が流れ込み、潰されたピン１１ｃの先端部と貫通孔１８ｄの大径部１８ｄ’（図５参照）の内面（座繰り部分）とが隙間なく密着する。この結果、インペラ８とロータヨーク１８とをガタツキが生じることなく固定することができる。特に、環状凸部５３に押されることで上記の密着が確実に行われる。

パンチ５０における半球状の成形用凹部５１は、カシメ固定した後の被カシメ固定物（樹脂製のピン１１ｃの先端部）が所定の締結力、所定の高さなどの形状となるよう、その直径と高さが設定される。また、パンチ５０の逃げ用凹部５２の形状は、逃げ用凹部５２に流れ込む樹脂量によって決まるので、その樹脂量を考慮して設定される。この例では、半球状の成形用凹部５１の高さは、逃げ用凹部５２の高さよりも高く設定されている。したがって、カシメ加工後におけるピン１１ｃの先端部に成形される半球状部１１１の高さは、環状突起部１１２の高さよりも高くなる。

（優位性）
（１）
ピン１１ｃの先端部のみを溶融する局部加熱のため、その他の個所における熱による樹脂の変形や劣化が生じない。

（２）
引用文献２のような加熱体を被カシメ固定物（樹脂ピンの先端部）に直接、押圧する手段では、パンチの上昇時に樹脂の糸引きが発生し易いが、本実施形態によるカシメ固定では、パンチは独立して常温状態にある。このため、糸引きが生じ難い。また、サイクルタイムも短くできる。

（３）
パンチ５０の環状凸部５３に押されることで、ピン１１ｃ先端部分の樹脂が貫通孔１８ｄの大径部（座繰り部分）１８ｄ’（図５参照）に押し込まれる。この結果、環状凹部１１３の底部は、貫通孔１８ｄの内側に位置した状態となる。この構成では、パンチ５０の環状凸部５３の部分で環状凹部１１３の部分が押されることで、貫通孔１８ｄの大径部（座繰り部分）１８ｄ’に隙間なく樹脂が押し込まれ、隙間の発生が抑えられ、また密着性の弱い部分が形成され難い。

（４）
図７に示す半球状部１１１の外側周縁に形成された環状突起部１１２はフランジ部１８ｃの裏面から突出せず、半球状部１１１の一部がフランジ部１８ｃの裏面から突出する構造のため、インペラ８の回転時の負荷とならず、また、半球状部１１１が風切音の原因となることが防止される。

（その他）
フランジ部１８ｃに形成した大径を有する段付き孔（貫通孔１８ｄ）は、図９に示すように、大径の面（座繰り面）７１に例えば、複数箇所にスリット７２（例えば、十字状に形成）や凹部を形成してもよい（形状、個数は限定されない）。この場合、大径の内面に密接するように充填される樹脂（ピン１１ｃ先端の樹脂）が、大径の面７１に形成されたスリット７２や凹部に入り込むため、よりガタツキを防止できる。

図４には、樹脂製のピン１１ｃが１１本示されている。ピン１１ｃの数は、カシメ固定による締結の強度確保に必要な数を選択すればよく、その数は１１本に限定されない。また、バランスを考慮すればピン１１ｃは均等配置が好適であるが、均等配置に限定されない。

１…遠心ファン、２…ケーシング、３…上ケーシング、３ａ…凹部、４…下ケーシング、５…モータベース、５ａ…凹部、５ｄ，６ｄ…貫通孔、６…ベースプレート、６ａ…側部、７…支柱、８…インペラ、９…環状のシュラウド、１０…羽根、１１…主板、１１ａ…傾斜部、１１ｂ…内周円筒部、１１ｃ…ピン、１５…ロータ、１６…シャフト、１８…ロータヨーク、１８ａ…円錐部、１８ｂ…円筒部、１８ｃ…フランジ部、１８ｄ…貫通孔、１８ｄ’…大径部（座繰り部）、１９…マグネット、２１…モータ、２３…ステータコア、２２…ステータ、２４…インシュレータ、２４ａ…上インシュレータ、２４ｂ…下インシュレータ、２５…コイル、２６…軸受保持部、２７，２８…軸受、３０…回路基板、３５…吸い込み口、３６…吹き出し口、４０…タッピングねじ、５０…パンチ、５１…成形用凹部、５２…逃げ用凹部、５３…環状凸部、１１１…半球状部、１１２…環状突起部、７１…大径の面、７２…スリット。

Claims (1)

1. 軸方向に延在するピンを備えたインペラと、
   前記ピンが貫通する貫通孔が設けられ、前記ピンを前記貫通孔に貫通させることで前記インペラと結合したロータヨークと
   を備え、
   前記ピンを前記ロータヨークのフランジ部に形成した貫通孔に挿通し、前記ピンの先端部をカシメ固定した構造を有し、
   前記貫通孔は大径を有する段付き孔であり、
   前記ピンの先端部は、半球状部と、該半球状部の外側周縁の環状突起部とを有し、
   前記環状突起部が前記大径の内面に密接しており、
   前記半球状部と前記環状突起部との間には、環状凹部が形成されており、
   前記環状凹部の底部は前記貫通孔の内側に位置する遠心ファン。

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