JP6899245B2 - ターボファン - Google Patents

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Description

本発明は、空気調和機に搭載される熱可塑性樹脂にて成形されるターボファンに係り、これまで以上に溶着強度の向上を図ったターボファンに関するものである。
従来のターボファンは、以下の３つの方法で製造されている。
一つ目は、主板と複数の翼とが一体となったファン本体と、シュラウドとを熱可塑性樹脂にて別々に成形し、超音波溶着等で接合する方法である。
二つ目は、シュラウドの裏側に複数の翼が一体となったファン本体と、主板とを熱可塑性樹脂にて別々に成形し、超音波溶着等で接合する方法である。
三つ目は、主板、シュラウド及び複数の翼とを熱可塑性樹脂にて別々に成形し、超音波溶着等で接合する方法である。
各方法ともに、主板またはシュラウドに羽根部材との嵌合部が設けられている。その嵌合部内に溶着エッジが設けられていて、接合する部材がその溶着エッジと接触し加圧力を加えながら超音波振動を加えると溶着エッジが溶融し二つの部材が接合される。
ターボファンの性能向上のためには、ターボファンの構成部材である主板、シュラウド及び羽根部材の接合後の寸法を確保しつつ、接合強度を向上させる必要がある。従来品について図９により説明する。従来品のターボファンは、主板９２の嵌合部９２４にシュラウドの羽根部９３４を嵌め込み仮組して超音波溶着により製造される。仮組の状態では羽根部９３４は、嵌合部９２４の壁部９２５にて位置決めされており、またその底部９３４Ｂは溶着エッジ９２６と接触している。溶着エッジ９２６は、その断面は略三角形状をなし、嵌合部９２４の底部に１列ないし２列設けていた。このような溶着エッジの配置の仕方では、超音波溶着に際して互いの部材の接合強度を向上させるための溶着長を長くすることには限界があり、ターボファンの性能向上に伴う溶着強度向上の要求を満たすことができないという問題があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来のターボファンに比べ超音波溶着による溶着強度を向上させたターボファンを提供することを目的としている。
上記課題を解決するための第１発明のターボファンは、以下の特徴を有する。
複数の溶着嵌合部を備えた主板またはシュラウドと、前記複数の溶着嵌合部と同数の羽根部材を熱可塑性樹脂で別々に成形し、主板またはシュラウドと羽根部材を超音波溶着にて一体化したターボファンであって、
前記溶着嵌合部は、溶着嵌合部に嵌め込まれる羽根部材の周囲を囲むように立設した壁部を備え、さらに底部内側面には傾斜部を備え、
前記羽根部材は、前記溶着嵌合部に嵌め込み、前記傾斜部と接触した状態で主板またはシュラウドと超音波溶着し、
前記溶着嵌合部の底部には、前記羽根部材と接触する帯状の凸部を設けた。
第１発明のターボファンによれば、以下の効果が発現する。
羽根部材は、主板またはシュラウドの溶着嵌合部に嵌め込まれて超音波溶着により接合される。溶着嵌合部は、羽根部材の周囲を囲むように立設した壁部を有する構成であり、羽根部材は精度よく位置決めされる。また溶着嵌合部の底部の内側面には羽根部材の角部を周回するように傾斜部が設けられている。羽根部材の底面の角部は、全周に亘この溶着嵌合部内の傾斜部と接触している。羽根部材の角部は、鋭く尖った形状となっているので、羽根部材の角部に溶着エッジがその全周に亘り存在することになる。このため羽根部材は、溶着嵌合部の傾斜部と全周に亘り溶着されることになる。従って従来よりも溶着長は長くなり溶着強度は格段に向上する。
また、羽根部材が溶着嵌合部の傾斜部と溶着される際に溶着が進行すると羽根部材の底部が帯状の凸部と接触し、過度に溶着が進行することを防止するとともに、ターボファンの最終寸法を確保することができる。
第２発明のターボファンは、第１発明において以下の特徴を有する。
前記溶着嵌合部の底部と溶着後の前記羽根部材との間には、空間を設けた。
第２発明のターボファンによれば、以下の効果が発現する。
溶着嵌合部の底部と溶着される羽根部材との間には空間が設けられている。この空間は、溶着時に過度に溶融した樹脂の逃げ場として機能する。溶着時に溶融しすぎた樹脂がその空間内に収容され、溶着部分の溶着を阻害することが無くなる。従って、ターボファンの最終寸法を確保することが容易になると共に本来の溶着強度を安定して確保することができる。
本発明の実施形態のターボファンの主板、及び羽根付シュラウドの組立時のセット状態を示す斜視図。 本実施形態のターボファンの完成した状態を示す斜視図。 本実施形態のターボファンの主板の全体概略図（斜視図）。 本実施形態のターボファンの主板の全体概略図（平面図）。 本実施形態のターボファンの主板に設けた溶着嵌合部の説明図。 図５の溶着嵌合部の部分拡大図。 本実施形態のターボファンを超音波溶着する前後の状態の説明図。 本実施形態のターボファンの超音波溶着部の拡大図。 従来のターボファンを溶着する際の溶着エッジの形態の説明図。
本発明のターボファンについて図１から図８により説明する。
図１は本発明の実施形態のターボファンの主板、及び羽根付シュラウドの組立時のセット状態を示す斜視図、図２は本実施形態のターボファンの完成した状態を示す斜視図、図３は本実施形態のターボファンの主板の全体概略図（斜視図）、図４は本実施形態のターボファンの主板の全体概略図（平面図）、図５は本実施形態のターボファンの主板に設けた溶着嵌合部の説明図、図６は図５の溶着嵌合部の部分拡大図、図７（ａ）は本実施形態のターボファンを超音波溶着する前の状態の説明図であり、図７（ｂ）は超音波溶着後の状態の説明図、図８は本実施形態のターボファンの超音波溶着部の拡大図である。
これまでターボファンは各部材を熱可塑性樹脂により個別で成形し超音波溶着により組立接合（溶着）して製造されている。溶着後のターボファンの溶着強度を向上させるための各部材の構成及び構造について、シュラウドに羽根部材（以下、羽根部と称する）が一体成形された羽根付シュラウドと主板とを超音波溶着により接合したターボファンで説明する。尚本発明は、本実施形態に限定されることなく適用可能である。
図１は、ターボファン１０を構成する円板状の主板１２、羽根付シュラウド１３をセットする状態を示している。図２は、本実施形態のターボファン１０の完成状態である。羽根付シュラウド１３は、ファンの吸込導風路を形成するシュラウド１３１に主板１２と接続する複数の羽根部１３４を有する。各部品は、熱可塑性樹脂を用いて個別に射出成形される。羽根付シュラウド１３の羽根部１３４は、主板１２の周辺部に複数個所設けた溶着嵌合部１２４に嵌め込んで組立て接合される。各部品は、超音波溶着により接合される。尚羽根部１３４の構造は、＜３＞にて後述するが、図１に示すように、風を押し出す正圧面とその反対面である負圧面を有する。本実施形態の説明では、羽根部１３４はその頂部から底部に亘り同一形状（ストレート）である場合について説明する。尚羽根部１３４の形状は、ターボファンの送風特性を実現するために、正圧面と負圧面は所要の曲面形状を呈した形状のものでも良い。
＜１＞主板の構造
主板１２は、図１から図４に示すように、その中央部にモータを覆うように形成された凸形状のハブ１２２と、ハブ１２２の中心部にモータのシャフトが高さ方向（図１と図２の上下方向）に挿入されて固定されるボス１２１とを有している。また主板１２の周縁部には、図３及び図４に示すように、羽根付シュラウド１３と組立接合する際に羽根部１３４を嵌め込む溶着嵌合部１２４が羽根付シュラウド１３の羽根部１３４の個数分設けられている。
溶着嵌合部１２４は、図５及び図６のように構成されている。所定高さ及び厚さを有して主板１２上に立設し周回するように形成した壁部１２５、傾斜面１２８及び帯状の凸部１２９により構成されている。傾斜面１２８は、溶着嵌合部１２４の内側面の底部に周回するように設けられている。また帯状の凸部１２９は、溶着嵌合部の底部に設けられており、その上面は平坦状である。尚この帯状の凸部１２９は、本実施形態では１つの溶着嵌合部１２４に１つ帯状に設けられているが、形状を円形等として複数個設ける構成でも良い。図１に示す羽根付シュラウド１３の羽根部１３４がこの溶着嵌合部１２４に嵌込まれる。羽根部１３４の底部１３４Ｂは平坦な形状である。この溶着嵌合部１２４に羽根部１３４が嵌めこまれると、この羽根部１３４の底部１３４Ｂの周縁部（角部）１３４Ｃが、主板１２の溶着嵌合部１２４に設けられた傾斜面１２８と全周接触した状態となる。
図７（ａ）は、主板１２と羽根部１３４が超音波溶着により接合される直前の状態である。溶着終了後は、図７（ｂ）に示すように溶着嵌合部１２４に嵌め込まれた羽根部１３４の底部１３４Ｂがこの帯状の凸部１２９上の平坦部と接触し、超音波溶着時の加圧力を受けても安定した姿勢で各羽根部１３４が主板１２に溶着接合し図８の状態となる。
＜２＞羽根付シュラウドの構造
羽根付シュラウド１３を図１により説明する。羽根付シュラウド１３は、シュラウド１３１と羽根部１３４により構成されている。図１に示すように、中央部には大きな開口部１３２を有している。周辺部１３３は、外周方向に略傾斜面を呈している。また周辺部１３３には、羽根部１３４を主板１２に嵌合させる溶着嵌合部１２４（図１参照）と同数備えている。
＜３＞羽根部の構造
羽根付シュラウド１３の各羽根部１３４の溶着嵌合部１２４と嵌り込む部分の底部１３４Ｂの周縁部は、図７に示すように尖ったエッジ状の角部になっている。この角部１３４Ｃが羽根付シュラウドと主板を溶着する場合の溶着エッジの機能を果たす。また羽根部１３４の形状は、図１に示すように、風を押し出す正圧面とその反対面がその頂部から底部に亘り同一形状（ストレート）である。羽根部１３４は、複数枚あるので、ターボファンを軽量化するために、ブロー成形等の方法により空洞化することもできる。
＜４＞ターボファンの組立接合
上記のように構成された、主板１２、羽根付シュラウド１３を図１に示すように、主板１２の溶着嵌合部１２４に羽根付シュラウド１３の羽根部１３４を嵌め込み仮組する。このように仮組されたものを、以下ワークと称する。この際、図７（ａ）に示すように、主板１２の各溶着嵌合部１２４の傾斜面１２８に各羽根部１３４の角部１３４Ｃが全周接触した状態となる。図７（ａ）に示すように羽根付シュラウド１３の羽根部１３４の底部１３４Ｂの角部１３４Ｃは、尖ったエッジ状となっている。この角部１３４Ｃが溶着嵌合部１２４の内側面の底部に周回するように設けられた傾斜面１２８と全周接触している。また羽根部１３４の側面１３４Ｓは溶着嵌合部の壁部１２５にガイドされて位置決めされているので超音波溶着する前のワークは安定的姿勢を確保することができる。
このように仮組されたワークを超音波溶着機の治具上に載置する。ワークの羽根付シュラウド１３の所定位置を超音波溶着機のホーンで接触加圧すると、溶着エッジに相当する羽根部１３４の角部１３４Ｃが溶着嵌合部の傾斜面１２８の部分と溶融接合し図７（ｂ）の状態となり、ワークは一体化される。ワークを超音波溶着機の治具上に載置する方法は、図１に示すように主板１２を治具上にセットしても良いし、反転して羽根付シュラウドを治具上にセットしても良い。
さらに超音波溶着加工の過程を図８に説明する。溶着嵌合部１２４の傾斜面１２８（図７参照）と接触している羽根部１３４の角部１３４Ｃが溶着エッジの機能を果たし、角部１３４Ｃと傾斜面１２８の接触部が溶融し、羽根部の底部１３４Ｂは下降し帯状の凸部１２９と接触し、角部１３４Ｃは溶着部Ｍとなる。
さらに溶着嵌合部の底部に設けられた帯状の凸部１２９の周りには空間１２６が設けられている。溶着の過程で溶融した樹脂のうち、羽根部１３４の角部１３４Ｃと傾斜面１２８との接合に関与しない溶融樹脂Ｎは、その下部にある空間１２６内に溜め込まれる。従って過度に溶融した樹脂が溶着を阻害し溶着強度を低下させたり、溶着後の寸法がバラツクという問題は皆無となる。
このように本発明によれば、以下の効果が発現する。溶着が過度に進行することがなくなり、溶着後のターボファンの規定の製品寸法が確保される。更に溶着長が従来の図９に示した溶着エッジで溶着した従来品に比べて格段に長くなるので溶着強度も格段に向上する。また溶着嵌合部１２４内の帯状の凸部１２９の作用により、羽根付シュラウド１３の羽根部１３４と主板１２が、各部材が位置ズレすることなく安定的な姿勢で均一に超音波溶着される。このようにして得られたターボファンの性能は従来品に比べ格段に向上する。
１０ ターボファン
１２ 主板
１２１ ボス
１２２ ハブ
１２４ 溶着嵌合部
１２５ 壁部
１２６ 空間
１２８ 傾斜面
１２９ 帯状の凸部
１３ 羽根付シュラウド
１３１ シュラウド
１３２ 開口部
１３３ 周辺部
１３４ 羽根部
１３４Ｂ 底部
１３４Ｃ 角部
１３４Ｓ 側部
Ｍ 溶着部
Ｎ 溶融樹脂
９２ 主板（従来品）
９２４ 嵌合部（従来品）
９２５ 壁部（従来品）
９２６ 溶着エッジ（従来品）
９３４ 羽根部（従来品）
９３４Ｂ 羽根部の底部（従来品）

Claims (2)

  1. 複数の溶着嵌合部を備えた主板またはシュラウドと、前記複数の溶着嵌合部と同数の羽根部材を熱可塑性樹脂で別々に成形し、主板またはシュラウドと羽根部材を超音波溶着にて一体化したターボファンであって、
    前記溶着嵌合部は、溶着嵌合部に嵌め込まれる羽根部材の周囲を囲むように立設した壁部を備え、さらに底部内側面には傾斜部を備え、
    前記羽根部材は、前記溶着嵌合部に嵌め込み、前記傾斜部と接触した状態で主板またはシュラウドと超音波溶着し、
    前記溶着嵌合部の底部には、前記羽根部材と接触する帯状の凸部を設けたことを特徴とするターボファン。
  2. 前記溶着嵌合部の底部と溶着後の前記羽根部材との間には、空間を設けたことを特徴とする請求項１に記載のターボファン。
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