JP7216585B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は遠心ファンに関する。

家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられている送風機として、遠心ファンが知られている。従来の遠心ファンとして、ケースが上ケーシング（第１ケース部）と下ケーシング（第２ケース部）とからなり、上ケーシングと下ケーシングの間にインペラを収納し、インペラの回転に伴って吸い込み口から吸入した空気を上ケーシングと下ケーシングの間の側面に形成された開口からケース外方に向けて吹き出す遠心ファンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の図５には、下ケーシングと一体成形にて形成された軸受ホルダーの内側に、一対の玉軸受を内側に嵌着した金属製の軸受スリーブが嵌合されており、予圧ばねによって一方の玉軸受に予圧をかけている。

通常、この種の遠心ファンでは、モータの回転数を変更することで遠心ファンの送風量を調整している。このため、モータを駆動する回転数に応じてモータの振動も変化する。モータの振動は、モータのステータコイルとマグネットとの間で生じる電磁振動であり、この電磁振動がシャフトを回転可能に支持する玉軸受を介してケーシングに伝搬し、遠心ファンの振動や騒音が発生する。また、玉軸受自体に起因する振動もケーシングに伝搬して、遠心ファンの振動や騒音の発生原因となる。

上記の振動を低減するために、回転軸を支持する軸受の外輪にゴム等の弾性材を装着して軸受からの振動の伝搬を低減することが行われている。例えば、回転軸を支持する軸受と、軸受を装着したハウジングとの間にゴム等の弾性材を装着して軸受からの振動が伝搬することを低減した転がり軸受が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１８－１５５１８８号公報 特開２０００－１９２９７９号公報

特許文献１の遠心ファンでは、軸受の振動を低減するために予圧ばねで玉軸受に予圧をかけた定圧予圧であるが、この構造は玉軸受の外輪が固定できないので、玉軸受の外輪の外周に振動を吸収するゴム等の弾性材を接触して配置する構造は難しい。

このような背景において、本発明は、軸受の外輪の外周を固定した構造の遠心ファンにおいて、軸受の振動がケーシングに伝搬することを抑制することを目的とする。

本発明は、玉軸受の外輪が内側に固定された第１の筒状の部材と、前記第１の筒状の部材の外周に接触して配置された弾性材と、前記弾性材に内側が接触する第２の筒状の部材と、前記玉軸受により回転自在な状態で保持されたシャフトと、前記第２の筒状の部材を保持するケーシングとを備え、前記第１の筒状の部材には、前記玉軸受の位置を確認するための貫通孔が設けられている遠心ファンである。

ここで、前記貫通孔は、前記玉軸受の軸方向における端部が見える位置に設けられている態様が挙げられる。また、前記貫通孔から前記玉軸受の外輪を前記第１の筒状の部材に固定するための接着剤が塗布されている態様が挙げられる。また、前記玉軸受は、軸方向で離間して配置された複数が用いられており、前記弾性材は、軸方向で離間して複数が配置されており、前記貫通孔は、軸方向で離間して隣接する弾性材の間に設けられている態様が挙げられる。

本発明によれば、軸受の外輪の外周を固定した構造の遠心ファンにおいて、軸受の振動がケーシングに伝搬することが抑制される。

実施形態の遠心ファンの断面図である。 図１の部分拡大図である。 実施形態の遠心ファンを構成する部材の断面図である。 実施形態の遠心ファンを構成する部材の断面図である。 実施形態の遠心ファンを構成する部材の側面図である。

（構成）
図１は、発明を利用した遠心ファン１００を、軸を含む面で切断した断面図である。図２は、図１の一部を拡大した部分拡大断面図である。以下において、軸方向とは、回転軸であるシャフト１２５の延在方向のことであり、径方向とは、軸方向に直交する方向のことである。また、上とは、図１の視点から見て、下ケーシング１３０から見た上ケーシング１１０の方向であり、下は、その逆の方向のことである。

遠心ファン１００は、樹脂製の上ケーシング１１０と樹脂製の下ケーシング１３０から構成されたケーシング１５０を備えている。上ケーシング１１０と下ケーシング１３０は支柱１４０で結合され、上ケーシング１１０と下ケーシング１３０の間には、樹脂製のインペラ１２０が回転可能な状態で収納されている。

上ケーシング１１０の中央には、吸込口１１１が設けられている。上ケーシング１１０と下ケーシング１３０は樹脂の成形品であり、上ケーシング１１０と支柱１４０は一体成形で一体物として形成されている。下ケーシング１３０には、コネクタハウジング１３１が一体成形により一体物として形成されている。コネクタハウジング１３１には、後述する回路基板１３３への外部からの電気的な接続を行うための端子ピン１３４が配置されている。

上ケーシング１１０と下ケーシング１３０は、上ケーシング１１０と下ケーシング１３０の間に介装した支柱１４０によって結合されている。ケーシング１５０の側面における支柱１４０を除いた部分は、上ケーシング１１０と下ケーシング１３０の間の隙間となっており、この隙間の部分が吹出口１１２となっている。

この例では、上ケーシング１１０側の支柱１４０の先端にボス（樹脂ピン）が形成され、このボスが下ケーシング１３０に形成した貫通孔に挿通され、その状態で、ボスの先端を熱や赤外線、等々で潰してカシメを行うことで、上ケーシング１１０と下ケーシング１３０とが支柱１４０を介して結合されている。

上記の結合方法として、超音波による溶着を利用する形態も可能である。また、上記の結合の方法として、下ケーシング１３０の側からタッピングねじを支柱１４０に挿通し、締結する構造等も可能である。

インペラ１２０は樹脂製であり、環状のシュラウド１２１と、主板１２２と、シュラウド１２１と主板１２２の間に配置された複数の羽根１２３とから構成されている。羽根１２３は全て同じ形状の後向き羽根で周方向に均等に配置されている。

インペラ１２０は、軟磁性材（例えば、鉄材）からなる環状のロータヨーク１２４と、回転軸となる金属製のシャフト１２５と一体に形成されている。すなわち、樹脂製のインペラ１２０は、ロータヨーク１２４とシャフト１２５をインサート成形することで作製されている。

インペラ１２０は、吸込口１１１の方向に突出したボス１２６を有し、シャフト１２５は、ボス１２６の中に埋め込まれている。ボス１２６の下面には、軸方向に突出する環状の突起部１２７が形成されている。ロータヨーク１２４の内周面には、ロータマグネットとなる環状のマグネット１２８が接着剤を用いて固定されている。

環状のマグネット１２８の内側（軸中心側）には、隙間を介してステータ１６０を構成するステータコア１６１が配置されている。ステータコア１６１は、電磁鋼板等の薄板状の軟磁性材料を積層したもので、環状の形状を有し、外周に複数の突極（磁極）が設けられている。ステータコア１６１には、樹脂製のインシュレータ１６２が装着され、各突極には、インシュレータ１６２を介してステータコイル１６３が巻かれている。

下ケーシング１３０には、筒形状を有した軸受ホルダー１７０が固定され、軸受ホルダー１７０の外周にステータコア１６１が固定されている。軸受ホルダー１７０の外周には、フランジ１７１ａが設けられており、このフランジ１７１ａ上端の段差の部分を利用してステータコア１６１が固定されている。

軸受ホルダー１７０は、筒形状を有し、内部に振動を吸収するための弾性材を保持している。すなわち、軸受ホルダー１７０は、振動吸収機能を有している。軸受ホルダー１７０は、中空の筒形状の外側スリーブ１７１、外側スリーブ１７１の内側に配置された中空の筒形状の内側スリーブ１７２、外側スリーブ１７１と内側スリーブ１７２の間に配置された弾性材１７３により構成されている。軸受ホルダー１７０の詳細については後述する。

ステータコア１６１、インシュレータ１６２およびステータコイル１６３により、ステータ１６０が構成されている。また、ロータヨーク１２４およびマグネット１２８により、ロータ１２９が構成されている。なおロータ１２９は、インペラ１２０と一体化されており、ロータ１２９と共にインペラ１２０が回転する。ステータ１６０とロータ１２９により、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータが構成されている。なお、シャフト１２５は、ボス１２６の中に埋め込まれているが、ロータヨーク１２４がシャフト１２５と結合した構成であってもよい。

下ケーシング１３０は、平たい有底筒状の構造を有し、凹部１３２を有している。凹部１３２には、回路基板１３３が収納されている。回路基板１３３は、下ケーシング１３０に固定され、ステータコイル１６３への駆動電流を供給する駆動回路を備えている。

軸受ホルダー１７０を構成する内側スリーブ１７２の内側には、玉軸受１８１，１８２が装着され、玉軸受１８１，１８２により、シャフト１２５が回転自在な状態で軸受ホルダー１７０の内側に保持されている。

軸受ホルダー１７０を構成する内側スリーブ１７２の内側には、フランジ１７２ａが形成され、その上端の段差の部分にコイルばね１８３の下端が接触している。コイルばね１８３の上端は、玉軸受１８１の外輪１８１ａの下端に接触し、外輪１８１ａを上方に弾性的に押圧している。玉軸受１８１の内輪１８１ｂの上端は、ボス１２６から下方に突出した突起部１２７の先端に接触している。

コイルばね１８３により、玉軸受１８１には、予圧が加えられている。すなわち、コイルばね１８３により玉軸受１８１の外輪１８１ａが上方に押されることで、玉軸受１８１の内輪１８１ｂが突起部１２７に押え付けられ、それにより玉軸受１８１に予圧が加えられている。

（動作）
ステータ１６０とロータ１２９を備えたモータに駆動されてインペラ１２０が回転すると、その回転に伴って吸込口１１１から空気がケーシング１５０の内側に吸い込まれ、吸い込まれた空気は、インペラ１２０の羽根１２３の間を通過してインペラ１２０から径外側の方向に吹き出し、吹出口１１２からケーシング１５０の外方に向けて噴出する。

（軸受ホルダー）
以下、軸受ホルダー１７０について説明する。軸受ホルダー１７０は、金属製の外側スリーブ１７１と金属製の内側スリーブ１７２を有し、外側スリーブ１７１と内側スリーブ１７２の間には弾性材１７３が配置されている。弾性材１７３としては、弾性変形する材質の材料、例えばシリコーンゴムや合成ゴムが採用されている。内側スリーブ１７２の内側には、一対の玉軸受１８１，１８２が固定されている。玉軸受１８１，１８２の外輪は、内側スリーブ１７２の内側に圧入、接着、あるいはそれらの組み合わせにより固定されている。

弾性材１７３は、内側スリーブ１７２の外周を被覆する形で形成され、内側スリーブ１７２の外周に固着している。内側スリーブ１７２の外周において、弾性材１７３が一部形成されていない部分がある。この弾性材１７３が一部形成されていない部分の内側スリーブ１７２には、外側から内側に貫通する貫通孔（円筒構造の外側と内側を貫通する貫通孔）が形成されている。

図５には、弾性材１７３が被覆された内側スリーブ１７２の一例が示されている。図５の例では、弾性材１７３は、上中下の三カ所のそれぞれに帯状に形成された弾性材１７３ａ，１７３ｂ，１７３ｃにより構成されている。軸方向で隣接する帯状の弾性材１７３ａと１７３ｂの間における内側スリーブ１７２には、貫通孔１７２ｂが形成されている。また、軸方向で隣接する帯状の弾性材１７３ｂと１７３ｃの間における内側スリーブ１７２には、貫通孔１７２ｃが形成されている。貫通孔１７２ｂ，１７２ｃは、周方向に複数個（例えば、均等な間隔で３個）が形成されている。

図５の例では、貫通孔１７２ｂ，１７２ｃが形成された列が、軸方向に２例、形成されている。貫通孔１７２ｂは、玉軸受１８１の外輪１８１ａの下端が見える位置に形成されている。貫通孔１７２ｃは、玉軸受１８２の外輪１８２ａの上端が見える位置に形成されている。貫通孔１７２ｂから、玉軸受１８１の外輪１８１ａの下端の位置を観察することで、軸方向における内側スリーブ１７２に対する玉軸受１８１の位置を知ることができる。また、貫通孔１７２ｃから、玉軸受１８２の外輪１８２ａの上端の位置を観察することで、軸方向における内側スリーブ１７２に対する玉軸受１８２の位置を知ることができる。貫通孔の部分だけ弾性材を形成しない構成も可能である。図２には、その場合の一例が示されている。

また、貫通孔１７２ｂから、接着剤を塗布することで、玉軸受１８１の外輪１８１ａを内側スリーブ１７２の内側に固定することができる。同様に、貫通孔１７２ｃから、接着剤を塗布することで、玉軸受１８２の外輪１８２ａを内側スリーブ１７２の内側に固定することができる。

（製造工程）
図３は、内側スリーブ１７２に玉軸受１８１，１８２を装着したサブアッシーに、インペラ１２０と結合したシャフト１２５を取り付けた状態を示す断面図である。図４は、下ケーシング１３０に外側スリーブ１７１を装着した状態を示す断面図である。図５は、弾性材１７３が被覆され、内側に玉軸受１８１，１８２を装着した状態の内側スリーブ１７２の側面図である。

まず、樹脂製の上ケーシング１１０を、樹脂の射出成型にて支柱１４０と一体成形にて形成する（図１参照）。また、樹脂製の下ケーシング１３０を、金属製の外側スリーブ１７１をインサートして一体成形にて形成する（図４参照）。樹脂製の下ケーシング１３０との結合がより強固になるように、外側スリーブ１７１の外周には環状の溝１７１ｂが形成されている。

外側スリーブ１７１がインサートされた下ケーシング１３０を得たら、下ケーシング１３０に回路基板１３３を固定し、外側スリーブ１７１にステータ１６０を組み付け、図４に示す下側アッセンブル部材を得る。

他方で、図３に示すように、インペラ１２０の側の玉軸受（上側玉軸受）１８１の内輪１８１ｂを、インペラ１２０と結合したシャフト１２５に圧入する。こうして、インペラ１２０と一体となっているシャフト１２５に玉軸受１８１を固定する。

また、弾性材１７３を被覆した内側スリーブ１７２を用意する。なお、図３では、弾性材１７３は図示省略されている。そして、治具にセットした内側スリーブ１７２の下方端側の開口（下側）から下ケーシング側の玉軸受（下側玉軸受）１８２を内側スリーブ１７２の内側に圧入する。この際、玉軸受１８２の外輪１８２ａの上端がフランジ１７２ａに当接するようにして、玉軸受１８２を内側スリーブ１７２の内側に圧入する（外輪圧入）。この結果、玉軸受１８２の外輪１８２ａの外周が内側スリーブ１７２の内側に固定される。この際、必要であれば、内側スリーブ１７２に形成した貫通孔１７２ｃ（図５参照）より接着剤を塗布して玉軸受１８２の外輪１８２ａを内側スリーブ１７２に固着してもよい。

次に、内側スリーブ１７２の上方端側の開口（上側）から、内側スリーブ１７２の内側に、コイルバネ１８３と図示省略したワッシャを挿入する。その後更に、上方から内側スリーブ１７２の内側に、インペラ１２０と結合したシャフト１２５を挿入する。

この際、シャフト１２５は、内側スリーブ１７２の内側に固定された玉軸受１８２の内輪１８２ｂの内側に圧入される。また、シャフト１２５に固定された玉軸受１８１が内側スリーブ１７２の内側に挿入される。

この際、シャフト１２５に固定された玉軸受１８１の外輪１８１ａが軸上の所定の位置になるように、シャフト１２５（インペラ１２０）の内側スリーブ１７２に対する軸方向での位置を調整する。この調整は、内側スリーブ１７１に形成した貫通孔１７２ｂを通して、外輪１８１ａの位置を確認しつつ行われる。その後、貫通孔１７２ｂより接着剤を塗布して玉軸受１８１の外輪１８１ａを内側スリーブ１７２に固着する。こうして、図３に示す内側スリーブ１７２にインペラ１２０を組み付けた上側アッセンブル部材を得る。

次に、図３に示す上側アッセンブル部材と図４に示す下ケーシング１３０に固定した外側スリーブ１７１にステータ１６０を組み付けた下側アッセンブル部材とを結合する。具体的には、図３のインペラ１２０を装着した内側スリーブ１７２を、図４に示す下ケーシング１３０に固定されている外側スリーブ１７１の内側に圧入する。内側スリーブ１７２を外側スリーブ１７１の内側に圧入し、弾性材１７３が外側スリーブ１７１の内側を押圧して装着される。こうして、図１の遠心ファン１００を得る。また、弾性材１７３を設けていない箇所に接着剤を塗布して固着する手段を併用してもよい。

（優位性）
内側スリーブ１７２と外側スリーブ１７１の間に弾性材１７３を介装しているため、玉軸受１８１，１８２から下ケーシング１３０に振動が伝搬することを抑制できる。また、内側スリーブ１７２に予め、一対の玉軸受１８１，１８２を装着し、インペラ１２０を結合したシャフト１２５を装着した状態で、玉軸受１８１，１８２をサブアッシー化できるため、製造工程における作業性が向上する。また、内側スリーブ１７２に貫通孔１７２ｂ，１７２ｃを設けることで、貫通孔１７２ｂを利用して外輪１８１ａの位置を観察できると共に、貫通孔１７２ｂ，１７２ｃより塗布状況を確認しながら接着剤を塗布することができる。

特に内側スリーブ１７２に対する軸方向における玉軸受１８１の位置は、コイルばね１８２による予圧の値を決める上で重要であるので、貫通孔１７２ｂを介してその位置を確認できることで、予圧の値を精密にコントロールでき、軸受構造の特性を均一性良く得ることができる。また、外側スリーブ１７１をインサートして下ケーシング１３０を樹脂で一体成形することで、軸受ホルダー１７０の位置と姿勢、特に姿勢を精度よく決めることができる。

１００…遠心ファン、１１０…上ケーシング、１１１…吸込口、１１２…吹出口、１２０…インペラ、１２１…環状のシュラウド、１２２…主板、１２３…羽根、１２４…ロータヨーク、１２５…シャフト、１２６…ボス、１２７…突起部、１２８…マグネット、１２９…ロータ、１３０…下ケーシング、１３１…コネクタハウジング、１３２…凹部、１３３…回路基板、１３４…端子ピン、１４０…支柱、１５０…ケーシング、１６０…ステータ、１６１…ステータコア、１６２…インシュレータ、１６３…ステータコイル、１７０…軸受ホルダー、１７１…外側スリーブ、１７１ａ…フランジ、１７１ｂ…環状の溝、１７２…内側スリーブ、１７２ａ…フランジ、１７２ｂ…貫通孔、１７２ｃ…貫通孔、１７３…弾性材、１７３ａ…帯状の弾性材、１７３ｂ…帯状の弾性材、１７３ｃ…帯状の弾性材、１８１…玉軸受、１８１ａ…外輪、１８１ｂ…内輪、１８２…玉軸受、１８２ａ…外輪、１８２ｂ…内輪、１８３…コイルばね。

Claims (4)

1. 玉軸受の外輪が内側に固定された第１の筒状の部材と、
   前記第１の筒状の部材の外周に接触して配置された弾性材と、
   前記弾性材に内側が接触する第２の筒状の部材と、
   前記玉軸受により回転自在な状態で保持されたシャフトと、
   前記第２の筒状の部材を保持するケーシングと
   を備え、
   前記第１の筒状の部材には、前記玉軸受の位置を確認するための貫通孔が設けられている遠心ファン。
2. 前記貫通孔は、前記玉軸受の軸方向における端部が見える位置に設けられている請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記貫通孔から前記玉軸受の外輪を前記第１の筒状の部材に固定するための接着剤が塗布されている請求項１または２に記載の遠心ファン。
4. 前記玉軸受は、軸方向で離間して配置された複数が用いられており、
   前記弾性材は、軸方向で離間して複数が配置されており、
   前記貫通孔は、軸方向で離間して隣接する弾性材の間に設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の遠心ファン。

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