KR20180113905A - 터보팬 - Google Patents

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KR20180113905A
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main plate
wing
turbo fan
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KR1020180004882A
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Inventor
이와이 하루요시
이소베 테츠야
Original Assignee
닛신보 메카트로닉스 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

<과제>
종래의 터보팬에 비해 초음파 용착에 의한 용착 강도를 향상시킨 터보팬을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
<해결 수단>
복수의 용착 감합부를 구비한 메인 플레이트 또는 슈라우드와, 상기 복수의 용착 감합부와 동일 개수의 날개 부재를 열가소성 수지로 별도로 성형하고, 메인 플레이트 또는 슈라우드와 날개 부재를 초음파 용착에 의해 일체화한 터보팬을, 그 용착 감합부는, 용착 감합부에 끼워지는 날개 부재의 주위를 둘러싸도록 세워 마련한 벽부를 마련하고, 또한 저부 내측면에는 경사부를 마련하고, 상기 날개 부재는, 상기 용착 감합부에 끼워 넣고, 상기 경사부와 접촉한 상태에서 메인 플레이트 또는 슈라우드와 초음파 용착하는 구성으로 했다.

Description

터보팬{TURBO FAN}
본 발명은, 공기 조화기에 탑재되는 열가소성 수지로 성형되는 터보팬에 관한 것으로서, 지금까지 이상에 용착 강도의 향상을 실현하기 위한 터보팬에 관한 것이다.
종래의 터보팬은, 이하의 3가지 방법으로 제조되었다.
첫 번째는, 메인 플레이트와 복수의 날개가 일체로 된 팬 본체와, 슈라우드를 열가소성 수지에 의해 별도로 성형하고, 초음파 용착 등으로 접합하는 방법이다.
두 번째는, 슈라우드의 이면에 복수의 날개가 일체로 된 팬 본체와, 메인 플레이트를 열가소성 수지에 의해 별도로 성형하고, 초음파 용착 등으로 접합하는 방법이다.
세 번째는, 메인 플레이트, 슈라우드 및 복수의 날개를 열가소성 수지에 의해 별도로 성형하고, 초음파 용착 등으로 접합하는 방법이다.
각 방법 모두, 메인 플레이트 또는 슈라우드에 날개 부재와의 감합부가 마련되어 있다. 그 감합부 내에 용착 에지가 마련되어 있고, 접합하는 부재가 그 용착 에지와 접촉하여 가압력을 가하면서 초음파 진동을 가하면 용착 에지가 용융하여 두 부재가 접합된다.
터보팬의 성능 향상을 위해서는, 터보팬의 구성 부재인 메인 플레이트, 슈라우드 및 날개 부재의 접합후의 치수를 확보하면서, 접합 강도를 향상시킬 필요가 있다. 종래품에 대해 도 9를 참조하여 설명한다. 종래품의 터보팬은, 메인 플레이트(92)의 감합부(924)에 슈라우드의 날개부(934)를 끼워 넣고 가조립하여 초음파 용착에 의해 제조된다. 가조립 상태에서는 날개부(934)는, 감합부(924)의 벽부(925)에 의해 위치 결정되어 있고, 또한 그 저부(934B)는 용착 에지(926)와 접촉되어 있다. 용착 에지(926)는, 그 단면은 거의 삼각 형상으로 되어 있고, 감합부(924)의 저부에 1열 내지 2열 마련했었다. 이와 같은 용착 에지의 배치 방법에서는, 초음파 용착시에 서로의 부재 접합 강도를 향상시키기 위한 용착 길이를 길게 하는 것에는 한계가 있어, 터보팬의 성능 향상에 따른 용착 강도 향상의 요구를 만족시키지 못하는 문제가 있었다.
본 발명은, 종래의 터보팬에 비해 초음파 용착에 의한 용착 강도를 향상시킨 터보팬을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제1발명의 터보팬은, 이하의 특징을 갖는다.
복수의 용착 감합부를 구비한 메인 플레이트 또는 슈라우드와, 상기 복수의 용착 감합부와 동일 개수의 날개 부재를 열가소성 수지로 별도로 성형하고, 메인 플레이트 또는 슈라우드와 날개 부재를 초음파 용착에 의해 일체화한 터보팬이고,
상기 용착 감합부는, 용착 감합부에 끼워지는 날개 부재의 주위를 둘러싸도록 세워 마련한 벽부를 구비하고, 또한 저부 내측면에는 경사부를 구비하고,
상기 날개 부재는, 상기 용착 감합부에 끼워 넣고, 상기 경사부와 접촉한 상태에서 메인 플레이트 또는 슈라우드와 초음파 용착했다.
제1발명의 터보팬에 의하면, 이하의 효과가 있다.
날개 부재는, 메인 플레이트 또는 슈라우드의 용착 감합부에 끼워져 초음파 용착에 의해 접합된다. 용착 감합부는, 날개 부재의 주위를 둘러싸도록 세워 마련한 벽부를 구비하는 구성이고, 날개 부재는 고정밀도로 위치 결정된다. 또한 용착 감합부의 저부의 내측면에는 날개 부재의 모서리부를 주회하도록 경사부가 마련되어 있다. 날개 부재의 저면의 모서리부는, 전체 둘레에 걸쳐 이 용착 감합부 내의 경사부와 접촉되어 있다. 날개 부재의 모서리부는, 뾰족한 형상으로 되어 있기 때문에, 날개 부재의 모서리부에 용착 에지가 그 전체 둘레에 걸쳐 존재하게 된다. 이 때문에 날개 부재는, 용착 감합부의 경사부와 전체 둘레에 걸쳐 용착된다. 따라서 종래보다 용착 길이는 길어지고 용착 강도는 현저히 향상된다.
제2발명의 터보팬은, 제1발명에 있어서 이하의 특징을 갖는다.
상기 용착 감합부의 저부에는, 상기 날개 부재와 접촉하는 띠모양의 요부를 마련했다.
제2발명의 터보팬에 의하면, 날개 부재가 용착 감합부의 경사부와 용착될 때 용착이 진행되면 날개 부재의 저부가 띠모양의 요부와 접촉하여, 과도하게 용착이 진행되는 것을 방지하면서, 터보팬의 최종 치수를 확보할 수 있다.
제3발명의 터보팬은, 제1발명 또는 제2발명에 있어서 이하의 특징을 갖는다.
상기 용착 감합부의 저부와 용착후의 상기 날개 부재 사이에는, 공간을 마련했다.
제3발명의 터보팬에 의하면, 이하의 효과가 있다.
용착 감합부의 저부와 용착되는 날개 부재 사이에는 공간이 마련되어 있다. 이 공간은, 용착시에 과도하게 용융한 수지의 수용 공간으로서 기능한다. 용착시에 과도하게 용융한 수지가 그 공간 내에 수용되어, 용착 부분의 용착을 저해하지 않게 된다. 따라서, 터보팬의 최종 치수를 확보하기 용이해지고 본래의 용착 강도를 안정적으로 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 터보팬의 메인 플레이트, 및 날개가 달린 슈라우드의 조립시의 세팅 상태를 나타내는 사시도.
도 2는 본 실시예의 터보팬의 완성된 상태를 나타내는 사시도.
도 3은 본 실시예의 터보팬의 메인 플레이트의 전체 개략도(사시도).
도 4는 본 실시예의 터보팬의 메인 플레이트의 전체 개략도(평면도).
도 5는 본 실시예의 터보팬의 메인 플레이트에 마련한 용착 감합부의 설명도.
도 6은 도 5의 용착 감합부의 부분 확대도.
도 7은 본 실시예의 터보팬을 초음파 용착하는 전후의 상태의 설명도.
도 8은 본 실시예의 터보팬의 초음파 용착부의 확대도.
도 9는 종래의 터보팬을 용착할 때의 용착 에지의 형태의 설명도.
본 발명의 터보팬에 대해 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 터보팬의 메인 플레이트, 및 날개가 달린 슈라우드의 조립시의 세팅 상태를 나타내는 사시도, 도 2는 본 실시예의 터보팬의 완성된 상태를 나타내는 사시도, 도 3은 본 실시예의 터보팬의 메인 플레이트의 전체 개략도(사시도), 도 4는 본 실시예의 터보팬의 메인 플레이트의 전체 개략도(평면도), 도 5는 본 실시예의 터보팬의 메인 플레이트에 마련한 용착 감합부의 설명도, 도 6은 도 5의 용착 감합부의 부분 확대도, 도 7(a)는 본 실시예의 터보팬을 초음파 용착하기 전의 상태의 설명도, 도 7(b)는 초음파 용착후의 상태의 설명도, 도 8은 본 실시예의 터보팬의 초음파 용착부의 확대도이다.
지금까지 터보팬은 각 부재를 열가소성 수지에 의해 개별로 성형하고 초음파 용착에 의해 조립 접합(용착)하여 제조되고 있다. 용착후의 터보팬의 용착 강도를 향상시키기 위한 각 부재의 구성 및 구조에 대해, 슈라우드에 날개 부재(이하, 날개부라고 한다)가 일체로 성형된 날개가 달린 슈라우드와 메인 플레이트를 초음파 용착에 의해 접합한 터보팬으로 설명한다. 한편 본 발명은, 본 실시예에 한정되지 않고 적용 가능하다.
도 1은 터보팬(10)을 구성하는 원판 형상의 메인 플레이트(12), 날개가 달린 슈라우드(13)를 세팅하는 상태를 나타내고 있다. 도 2는 본 실시예의 터보팬(10)의 완성 상태이다. 날개가 달린 슈라우드(13)는, 팬의 외기 흡입 덕트를 형성하는 슈라우드(131)에 메인 플레이트(12)와 접속하는 복수의 날개부(134)를 구비한다. 각 부품은, 열가소성 수지를 사용하여 개별로 사출 성형된다. 날개가 달린 슈라우드(13)의 날개부(134)는, 메인 플레이트(12)의 주변부에 복수 군데 마련한 용착 감합부(124)에 끼워 넣어 조립 접합된다. 각 부품은, 초음파 용착에 의해 접합된다. 한편 날개부(134)의 구조는, <3>에서 후술하지만, 도 1에 나타내는 바와 같이, 바람을 밀어내는 정압면과 그 반대면인 부압면을 구비한다. 본 실시예의 설명에서는, 날개부(134)는 그 정상부에서 저부에 걸쳐 동일 형상(스트레이트)인 경우에 대해 설명한다. 한편 날개부(134)의 형상은, 터보팬의 송풍 특성을 실현하기 위해, 정압면과 부압면은 필요로 하는 곡면 형상인 것이어도 좋다.
<1> 메인 플레이트의 구조
메인 플레이트(12)는, 도 1 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 그 중앙부에 모터를 덮도록 형성된 볼록 형상의 허브(122)와, 허브(122)의 중심부에 모터 샤프트가 높이 방향(도 1과 도 2의 상하 방향)으로 삽입되어 고정되는 보스(121)를 구비하고 있다. 또한 메인 플레이트(12)의 주변부에는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 날개가 달린 슈라우드(13)와 조립 접합할 때 날개부(134)를 끼워 넣는 용착 감합부(124)가 날개가 달린 슈라우드(13)의 날개부(134)의 개수만큼 마련되어 있다.
용착 감합부(124)는, 도 5 및 도 6과 같이 구성되어 있다. 소정 높이 및 두께를 구비하여 메인 플레이트(12) 상에 세워 마련하여 주회하도록 형성한 벽부(125), 경사면(128) 및 띠모양의 요부(129)에 의해 구성되어 있다. 경사면(128)은, 용착 감합부(124)의 내측면의 저부에 주회하도록 마련되어 있다. 또한 띠모양의 요부(129)는, 용착 감합부의 저부에 마련되어 있고, 그 상면은 평탄 형태이다. 한편 이 띠모양의 요부(129)는, 본 실시예에서는 1개의 용착 감합부(124)에 1개 띠모양으로 마련되어 있지만, 형상을 원형 등으로 하여 복수개 마련하는 구성이어도 좋다. 도 1에 나타내는 날개가 달린 슈라우드(13)의 날개부(134)가 이 용착 감합부(124)에 끼워진다. 날개부(134)의 저부(134B)는 평탄한 형상이다. 이 용착 감합부(124)에 날개부(134)가 끼워지면, 이 날개부(134)의 저부(134B)의 주변부(모서리부)(134C)가, 메인 플레이트(12)의 용착 감합부(124)에 마련된 경사면(128)과 전체 둘레가 접촉한 상태가 된다.
도 7(a)는, 메인 플레이트(12)와 날개부(134)가 초음파 용착에 의해 접합되기 직전의 상태이다. 용착 종료 후에는, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 용착 감합부(124)에 끼워진 날개부(134)의 저부(134B)가 이 띠모양의 요부(129) 위의 평탄부와 접촉하여, 초음파 용착시의 가압력을 받아도 안정된 자세로 각 날개부(134)가 메인 플레이트(12)에 용착 접합되어 도 8의 상태가 된다.
<2> 날개가 달린 슈라우드의 구조
날개가 달린 슈라우드(13)를 도 1을 참조하여 설명한다. 날개가 달린 슈라우드(13)는, 슈라우드(131)와 날개부(134)에 의해 구성되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 중앙부에는 큰 개구부(132)를 구비하고 있다. 주변부(133)는, 외주 방향으로 거의 경사면을 나타내고 있다. 또한 주변부(133)에는, 날개부(134)를 메인 플레이트(12)에 끼워 넣는 용착 감합부(124)(도 1 참조)와 동일 개수 구비하고 있다.
<3> 날개부의 구조
날개가 달린 슈라우드(13)의 각 날개부(134)의 용착 감합부(124)와 끼워 넣는 부분의 저부(134B)의 주변부는, 도 7에 나타내는 바와 같이 뾰족한 에지 형태의 모서리부로 되어 있다. 이 모서리부(134C)가 날개가 달린 슈라우드와 메인 플레이트를 용착하는 경우의 용착 에지의 기능을 한다. 또한 날개부(134)의 형상은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 바람을 밀어내는 정압면과 그 반대면이 그 정상부에서 저부에 걸쳐 동일 형상(스트레이트)이다. 날개부(134)는, 복수개이기 때문에, 터보팬을 경량화하기 위해, 블로우 성형 등의 방법에 의해 공동화할 수도 있다.
<4> 터보팬의 조립 접합
상기한 바와 같이 구성된, 메인 플레이트(12), 날개가 달린 슈라우드(13)를 도 1에 나타내는 바와 같이, 메인 플레이트(12)의 용착 감합부(124)에 날개가 달린 슈라우드(13)의 날개부(134)를 끼워 넣어 가조립한다. 이와 같이 가조립된 것을 이하 워크라 한다. 이 때, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 메인 플레이트(12)의 각 용착 감합부(124)의 경사면(128)에 각 날개부(134)의 모서리부(134C)가 전체 둘레가 접촉한 상태가 된다. 도 7(a)에 나타내는 바와 같이 날개가 달린 슈라우드(13)의 날개부(134)의 저부(134B)의 모서리부(134C)는, 뾰족한 에지 형태로 되어 있다. 이 모서리부(134C)가 용착 감합부(124)의 내측면의 저부에 주회하도록 마련된 경사면(128)과 전체 둘레가 접촉하고 있다. 또한 날개부(134)의 측면(134S)을 용착 감합부의 벽부(125)에 가이드되어 위치 결정되어 있기 때문에 초음파 용착하기 전의 워크는 안정적 자세를 확보할 수 있다.
이와 같이 가조립된 워크를 초음파 용착기의 지그 위에 탑재한다. 워크의 날개가 달린 슈라우드(13)의 소정 위치를 초음파 용착기의 혼(horn)으로 접촉 가압하면, 용착 에지에 상당하는 날개부(134)의 모서리부(134C)가 용착 감합부의 경사면(128)의 부분과 용융 접합되어 도 7(b)의 상태가 되고, 워크는 일체화된다. 워크를 초음파 용착기의 지그 위에 탑재하는 방법은, 도 1에 나타내는 바와 같이 메인 플레이트(12)를 지그 위에 세팅해도 좋고, 반전시켜 날개가 달린 슈라우드를 지그 위에 세팅해도 좋다.
나아가 초음파 용착 가공의 과정을 도 8을 참조하여 설명한다. 용착 감합부(124)의 경사면(128)(도 7 참조)과 접촉되어 있는 날개부(134)의 모서리부(134C)가 용착 에지의 기능을 하여, 모서리부(134C)와 경사면(128)의 접촉부가 용융하고, 날개부의 저부(134B)는 하강하여 띠모양의 요부(129)와 접촉하고, 모서리부(134C)는 용착부(M)이 된다.
또한 용착 감합부의 저부에 마련된 띠모양의 요부(129)의 주변에는 공간(126)이 마련되어 있다. 용착의 과정에서 용융한 수지 중, 날개부(134)의 모서리부(134C)와 경사면(128)의 접합에 관여하지 않는 용융 수지(N)는, 그 하부에 있는 공간(126) 내에 모인다. 따라서 과도하게 용융된 수지가 용착을 저해하여 용착 강도를 저하시키거나, 용착 후의 치수가 불균일한 문제는 없어진다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 이하의 효과가 있다. 용착이 과도하게 진행되지 않게 되어, 용착 후의 터보팬의 규정된 제품 치수가 확보된다. 또한 용착 길이가 종래의 도 9에 나타낸 용착 에지로 용착한 종래품에 비해 현저히 길어지기 때문에 용착 강도도 현저히 향상된다. 또한 용착 감합부(124) 내의 띠모양의 요부(129)의 작용에 의해, 날개가 달린 슈라우드(13)의 날개부(134)와 메인 플레이트(12)가, 각 부재가 위치가 어긋나지 않고 안정적인 자세로 균일하게 초음파 용착된다. 이와 같이하여 얻어진 터보팬의 성능은 종래품에 비해 현저히 향상된다.
10: 터보팬
12: 메인 플레이트
121: 보스
122: 허브
124: 용착 감합부
125: 벽부
126: 공간
128: 경사면
129: 띠모양의 요부
13: 날개가 달린 슈라우드
131: 슈라우드
132: 개구부
133: 주변부
134: 날개부
134B: 저부
134C: 모서리부
134S: 측부
M: 용착부
N: 용융 수지
92: 메인 플레이트(종래품)
924: 감합부(종래품)
925: 벽부(종래품)
926: 용착 에지(종래품)
934: 날개부(종래품)
934B: 날개부의 저부(종래품)

Claims (3)

  1. 복수의 용착 감합부를 구비한 메인 플레이트 또는 슈라우드와, 상기 복수의 용착 감합부와 동일 개수의 날개 부재를 열가소성 수지로 별도로 성형하고, 메인 플레이트 또는 슈라우드와 날개 부재를 초음파 용착에 의해 일체화한 터보팬이고,
    상기 용착 감합부는, 용착 감합부에 끼워지는 날개 부재의 주위를 둘러싸도록 세워 마련한 벽부를 구비하고, 또한 저부 내측면에는 경사부를 구비하고,
    상기 날개 부재는, 상기 용착 감합부에 끼워 넣고, 상기 경사부와 접촉한 상태에서 메인 플레이트 또는 슈라우드와 초음파 용착한 것을 특징으로 하는 터보팬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용착 감합부의 저부에는, 상기 날개 부재와 접촉하는 띠모양의 요부를 마련한 것을 특징으로 하는 터보팬.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용착 감합부의 저부와 용착후의 상기 날개 부재 사이에는, 공간을 마련한 것을 특징으로 하는 기재된 터보팬.
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