WO2014109108A1

WO2014109108A1 - 送風機用羽根車

Info

Publication number: WO2014109108A1
Application number: PCT/JP2013/078886
Authority: WO
Inventors: 渡辺　仁; 収志堀
Original assignee: 日清紡メカトロニクス株式会社
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-07-17
Also published as: CN105143681A; JP2014134163A

Abstract

　本発明は、樹脂材料等を使用し、格段に軽量で送風性能が向上し、しかもその製造工程を簡略化した羽根車を提供することを目的とする。　本発明の羽根車は、複数の羽根部材を複数枚の円盤状固定板に円筒状に固定して形成される送風機の羽根車であって、羽根車の羽根部材の材質を合成樹脂材料とし、羽根車の羽根部材の平均肉厚を０．３～１．２ｍｍの範囲にて構成し、円筒状に形成された羽根部材の延伸方向のある位置に各羽根部材と一体に形成されたリング状部材またはプレート状部材を設け構成した。

Description

送風機用羽根車

　本発明は、貫流送風機などの送風機に用いられる羽根車に関するものである。

　近年の環境問題や省資源への取り組みから送風機の性能向上のため、羽根車を軽量化するとともに、低騒音及び低振動の羽根車の要求が高まっている。
　従来の送風機の羽根車において、羽根部材の薄肉化による送風性能の向上、軽量化、さらに高剛性と高耐熱性を達成するために、羽根部材の材質としてアルミニウム一般材やガラス繊維入りプラスチック又は高抗張力鋼板が用いられてきた。
　しかしながら、羽根部材にアルミニウム一般材を用いた場合は、鋼板と比べて軽量化には効果があるものの、材質としての引っ張り強さが低く外力に弱く変形しやすいために、羽根部材の薄肉化には限界があるとともに、軽量化も十分な効果が得られなかった。また、羽根部材に高抗張力の薄板鋼板を用いた場合は、羽根の薄肉化により十分な送風性能を得られるが、薄板鋼板は比重が大きいため軽量化の点では十分な効果が得られない。
　上記の対策として特許文献１では、樹脂材料にガラス繊維を混合し複合化させ、羽根部材の肉厚を薄くすることにより従来の約半分程度の重量に軽量化ししかも高強度の羽根車が提案されている。この特許文献１に提案されている羽根車により、従来よりも高強度で軽量化した羽根車を実現できた。
特開２０１１−２４７２４５号公報

　また羽根部材を通常肉厚とし羽根部材の長さを長くしたファンは、従来からあったが、成形時の金型等の事情により羽根部材の根元部が厚くなり、重量がかえって増加することになる。このため羽根部材を薄肉化しロングブレード化をしようとすると強度不足により変形が極端で生産上の問題がある。上記のような問題を解決するために、発明者はこの従来のロングファン及び特許文献１の羽根車を更に軽量化し、且つ羽根車の製造工程を簡略化できる羽根車を研究し、ロングブレード化した羽根部材に補強リングを追加するという解決手段を見出し本発明に到達した。本発明は、ロングブレード化した羽根部材に補強リングを追加することにより羽根車の性能向上及び生産性向上を図ったものでもある。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、樹脂材料等を使用し、従来よりも軽量でしかもその送風性能の向上を計り、しかも製造工程を簡略化した羽根車を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するための第１発明の羽根車は、複数の羽根部材を複数枚の円盤状固定板に円筒状に固定して形成される送風機の羽根車であって、羽根車の羽根部材の材質を合成樹脂材料とし、羽根車の羽根部材の平均肉厚を０．３~１．２ｍｍの範囲にて構成し、円筒状に形成された羽根部材の延伸方向のある位置に各羽根部材と一体に形成されたリング状部材またはプレート状部材を設けたことを特徴としている。
　第１発明の羽根車は、複数の円筒状に配置された羽根部材のある位置に各羽根部材と一体に形成されたリング状部材またはプレート状部材を設けている。したがって羽根部材の長さを従来よりも２倍程度とすることができる。このため、羽根部材を固定する円盤状固定板の枚数を半分程度に減らすことができ、羽根車の重量を特許文献１の羽根車より減少させることができる。また羽根部材の長さを２倍程度とすることにより、羽根部材の円盤状固定板の数量を半分程度とすることができ、羽根部材を成形する工程および羽根部材と円盤状部材を接続する工程が簡略化され、羽根車の生産効率が格段に向上し製品コストが削減される。
　第２発明の羽根車は、第１発明の羽根車において、前記合成樹脂材料は、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂およびＰＰ樹脂であることを特徴としている。
　第２発明の羽根車によれば、羽根車の素材が通常の合成樹脂であり、第１発明を容易に実現することができる。
　第３発明の羽根車は、複数の羽根部材を複数枚の円盤状固定板に円筒状に固定して形成される送風機の羽根車であって、羽根車の羽根部材の材質を合成樹脂材料および繊維状素材の複合材料とし、羽根車の羽根部材の平均肉厚を０．３~１．２ｍｍの範囲にて構成し、さらに羽根部材に含まれる繊維状素材を羽根部材の表面の面内に配向させ、円筒状に形成された羽根部材の延伸方向のある位置に各羽根部材と一体に形成されたリング状部材またはプレート状部材を設けたことを特徴としている。
　第３発明の羽根車によれば、第１発明と同様の効果を発現するとともに、羽根部材の材質が合成樹脂と繊維状素材を混合した複合素材であり、強度を向上させ、従来よりも更に高速で回転させても低騒音・低振動であり、送風効率を向上させることができる。
　第４発明の羽根車は、第３発明の羽根車において、羽根部材の材質を合成樹脂材料および繊維状素材の複合材料とし、かつ繊維状素材の含有率が重量比率で１０％から４０％となる樹脂複合材料としたことを特徴としている。
　第４発明の羽根車によれば、第３発明と同様の効果を発現する。第４発明は、羽根車の材質は、合成樹脂材料および繊維状素材の複合材料とし、かつ繊維状素材の含有率が重量比率で１０％から４０％となる樹脂複合材料としている。更に羽根車の羽部部材の平均肉厚を０．３ｍｍから１．２ｍｍと薄肉化している。従ってガラス繊維を羽根部材の面内に配置することができるので羽根部材の強度を向上させることができる。
　第５発明の羽根車は、第３発明または第４発明の羽根車において、前記繊維状素材は、ガラス繊維または炭素繊維であることを特徴としている。
　第５発明の羽根車は、その素材が合成樹脂と繊維状素材としてのガラス繊維または炭素繊維であり、第３発明及び第４発明と同様の効果を発現することができる。

　図１は、本発明の羽根車の説明図である。
　図２は、本発明の図１の羽根車の構成ユニットの説明図である。
　図３は、本発明の別例の羽根車の説明図である。
　図４は、本発明の図３の別例の羽根車の構成ユニットの説明図である。
　図５は、本発明の羽根車と従来品の風量と消費電力特性の比較図である。
　図６は、本発明の羽根車と従来品の風量と回転数の関係の比較図である。
　図７は、本発明の羽根車と従来品の風量と騒音特性の比較図である。
　図８は、従来品の羽根車の説明図である。
　図９は、従来品の羽根車の構成ユニットの説明図である。

　　　１　　　羽根車
　　　２　　　羽根車の構成ユニット
　　　３　　　円盤状部材
　　　４　　　羽根部材
　　　５　　　ボス側円盤状固定板
　　　６　　　軸部
　　　７　　　ボス部
　　１１　　　補強リング
　　１２　　　補強プレート
　１０１　　　羽根車（従来品）
　１０２　　　羽根車の構成ユニット（従来品）
　１０３　　　円盤状部材（従来品）
　１０４　　　羽根部材（従来品）
　１０５　　　ボス側円盤状固定板（従来品）
　１０６　　　軸部（従来品）
　１０７　　　ボス部（従来品）

　本発明の実施例１を図により説明する。
　図１は、本発明の送風機用羽根車の説明図である。図２は、図１の羽根車の構成ユニットの説明図である。図２において（ａ）は、構成ユニットの正面図であり、（ｂ）は構成ユニットのＸ方向矢視図であり、（ｃ）は構成ユニットのＹ方向断面矢視図である。図３は、本発明の別例の羽根車の説明図である。図４は、図３の別例の送風機用羽根車の構成ユニットの説明図である。図５は、本発明の羽根車と従来品の風量と消費電力特性の比較図である。図６は、本発明の羽根車と従来品の風量と回転数の関係の比較図である。図７は、本発明の羽根車と従来品の風量と騒音特性の比較図である。図８は、従来品の羽根車の説明図である。図９は、従来品の羽根車の構成ユニットの説明図である。

＜１＞本発明の羽根車の構造
　本発明の図１の羽根車１は、複数の図２の羽根車の構成ユニット２、ボス側円盤状固定板５、及び軸部６とボス部７から構成されている。軸部６は、羽根車１の一方側の端部の構成ユニット２の円盤状部材３に取り付けされている。ボス側円盤状固定板５は、羽根車１の他方側の端部の構成ユニットの羽根部材側に取り付けされている。ボス部７は、ボス側円盤状固定板５に設けられている。
＜２＞羽根部材（構成ユニット２）の構造
　羽根車１の構成ユニット２は、円盤状部材３、羽根部材４および補強リング１１から構成されている。材質は、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂およびＰＰ樹脂などの合成樹脂を使用することができる。ここに記載した樹脂は一例であり、通常使われる合成樹脂として成形品に一定の強度をもたらす合成樹脂であれば十分使用することができる。円盤状部材３、羽根部材４および補強リング１１は、射出成形、プレス法又は押出法などにより一体で成形されている。各構成ユニット２の接続は、超音波溶着法等の接着法により接合することができる。またボス側円盤状固定板５は、羽根車１のボス側の端部の構成ユニット２の羽根部材４と超音波溶着法等の接着法により接合することができる。
　羽根車１の構成ユニット２の羽根部材４は、その肉厚は、成型用の抜き勾配が設けられている。羽根部材４の肉厚は、好ましくは平均肉厚で０．３~１．２ｍｍであり、さらに好ましくは０．４~０．８ｍｍである。羽根部材の平均肉厚が０．３ｍｍより薄くなると成形法による成形性が悪化し羽根部材の先端側にて成形不良を発生する虞がある。羽根部材の平均肉厚が１．２ｍｍより厚くなると羽根部材が重くなり薄肉軽量化の効果が発現しない虞がある。
　また羽根部材４は、その長さは円盤状部材３の直径の１．５~２倍程度の長さである。このため構成ユニットの羽根部材の剛性が弱くならないように、補強リング１１が一体成形されている。図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、円盤状部材３に円筒状に配置された羽根部材の延伸方向（長さ方向）のほぼ中央位置の外周に巻き付けられるように一体成形されている。補強リング１１の羽根部材の延伸方向（長さ方向）の幅と厚さは、構成ユニットのサイズにより適宜決定すればよい。
＜３＞具体的な実施例および比較例
　以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
［実施例］
　本実施例では、合成樹脂であるＡＳ樹脂材料により、構成ユニット２とボス側円盤状固定板５を作製した。構成ユニットの羽根部材は、図２に示す形態であり、その平均肉厚は０．４ｍｍ、長さは１６０ｍｍとし、その枚数は３５枚とした。また構成ユニットの直径は、羽根部材４の最外部で、１０６ｍｍとした。さらに構成ユニットの羽根部材の長さ方向のほぼ中央部（羽根部材長さ１６０ｍｍの中央位置）に補強リング１１が一体で成形されている。このような構成ユニットは、上記材質の素材により射出成形により一体成形した。さらにこのような構成ユニット４個と、構成ユニットと同材質のボス側円盤状固定板５とを超音波溶着法により接合し図１の羽根車１を作製した。作製した羽根車は、全長６４０ｍｍ、直径１０６ｍｍ、全重量は３２５ｇｒであった。
［比較例］
　本比較例では、合成樹脂であるＡＳ樹脂材料により、構成ユニット１０２とボス側円盤状固定板１０５を作製した。構成ユニット１０２の羽根部材１０４は、図９に示す形態であり、その平均肉厚は０．４ｍｍ、長さは８０ｍｍとし、その枚数は３５枚とした。また構成ユニットの直径は、羽根部材１０４の最外部で、１０６ｍｍとした。さらに構成ユニット１０２の羽根部材には、実施例のような補強リング１１は設けられていない。このような構成ユニットは、上記材質の素材により射出成形により一体成形した。さらにこのような構成ユニット８個と、構成ユニットと同材質のボス側円盤状固定板１０５とを超音波溶着法により接合し図８の羽根車を作製した。作製した羽根車は、全長６４０ｍｍ、直径１０６ｍｍ、全重量は３８５ｇｒであった。
　実施例および比較例にて作製した羽根車について以下を試験し比較した。
［１］送風効率
　実施例および比較例で得られた羽根車について、送風効率を以下のように評価した。上記の方法により作製された羽根車をエアコン室内機に組み込み、エアコン実機を風量測定装置に設置して、送風量と、羽根車の駆動に要する消費電力を測定し図５にグラフ化した。また同時に送風量と羽根車の回転数の関係を測定し図６にグラフ化した。図５及び図６ともに実線が本発明品のグラフであり、破線が従来品のグラフである。
［２］騒音特性
　実施例および比較例で得られた羽根車について、騒音特性を以下のように評価した。上記の方法により作製された羽根車をエアコン室内機に組み込み、エアコン実機を風量測定装置に設置して、送風量と、羽根車の回転数を測定した。さらにエアコン実機を騒音測定室に壁掛け状態に設置し、騒音値と、羽根車の回転数を測定した。同一回転数での送風量と騒音値の関係を図７にグラフ化した。図中、実線が本発明品のグラフであり、破線が従来品のグラフである。
　送風効率（消費電力）の評価結果を図５に示す。図５は、実施例と比較例の羽根車について風量（ｍ^３／分）と消費電力（Ｗ）の関係を比較したものである。図５から風量が１０ｍ^３／分においてその消費電力は、従来の羽根車に対して本発明の羽根車の方が、その消費電力が約２０％低減されている。
　また風量と羽根車の回転数の関係を測定した結果を図６に示す。図６は、実施例と比較例の羽根車について風量（ｍ^３／分）と羽根車の回転数（ｒｐｍ）の関係を比較したものである。図６から羽根車の回転数が１２００ｒｐｍにおいてその風量は、従来の羽根車に対して本発明の羽根車の方が、その風量が約６％増加している。
　騒音特性の評価結果を図６に示す。図７は、実施例と比較例の羽根車について風量（ｍ^３／分）と騒音値（ｄＢ（Ａ））の関係を比較したものである。図７から従来の羽根車に対して同等の性能であることが確認できる。
　以上実施例と比較例の羽根車について送風効率、騒音特性を比較した。騒音特性については、両者の特性はほぼ同程度であった。しかし送風効率は、実施例である本発明品の方が向上している。これは、本発明の構成ユニットの羽根部材に補強リングを設け、羽根部材の長さを長くしたことにより発現したものである。本発明の羽根車は、従来品と全長を同一とした場合に、接続する構成ユニットの個数を半分程度に減らすことができる。これにより構成ユニットの円盤状部材３の数量も半分程度になり全体重量が軽減される。これにより送風効率の向上につながっている。
　上記以外に羽根車の羽根部材の重量の軽減により素材重量も軽減され、素材費が削減される。また羽根部材の長さを２倍程度とすることにより、羽根部材の円盤状固定板の数量を半分程度とすることができ、羽根部材を成形する工程および羽根部材と円盤状部材を接続する工程が簡略化され、羽根車の生産効率が格段に向上し製品コストが削減される。

　本実施例は、実施例１に対して材質を以下のように変更したものであり、その他は同一とした。従って本実施例の羽根車の形状およびその構成ユニットの形状は、図１と図２と同様である。
　羽根車１の構成ユニット２およびボス側円盤状固定板５の材質について説明する。材質としては、ＡＳ樹脂とガラス繊維の複合材料、またはＡＢＳ樹脂とガラス繊維の複合材料、ＰＳ樹脂とガラス繊維の複合材料、またはＰＰ樹脂とガラス繊維の複合材料を使用することができる。この場合は、ガラス繊維の含有率が重量比率で全体の１０％から４０％とすることが好ましく、さらに１０％から３０％とすることがより好ましい。ガラス繊維の含有率の重量比率で全体の４０％を上回ると構成ユニットの羽根部材の成形不良が発生する虞がある。また１０％を下回ると羽根部材の強度が低下する虞がある。
　また実施例の羽根車の羽根部材には、羽根部材の材質を樹脂材料およびガラス繊維の複合材料とし、その複合材料の弾性係数（Ｅ’）が２．５×１０^９Ｐａ~１．２×１０^１０Ｐａである複合材料を用いることができる。その複合材料の弾性係数（Ｅ’）が２．５×１０^９Ｐａ未満であると低弾性係数であり戻り易い（復元性）特性の効果が全く現れない虞があり、１．２×１０^１０Ｐａを超えると構成ユニットの羽根部材の成形不良が発生し製品化出来ない虞がある。
　尚上記の弾性係数（Ｅ’）は、成形した羽根部材から所定の寸法の試験片を作成し粘弾性測定機（ティー・エイ・インスツルメント社製のＲＳＡ３）により測定した。また弾性係数の測定は、昇温速度、７．２℃／分、および測定周波数は１Ｈｚにて行った。また弾性係数は、２０℃における測定値とした。
　尚本発明の羽根車の羽根部材に使用する樹脂材料とガラス繊維の複合材料の弾性係数（Ｅ’）は、図２に示す羽根部材の肉厚を薄くすると高くなり、羽根部材の肉厚を厚くすると低くなる傾向にある。肉厚を０．５ｍｍから２ｍｍに厚くすると弾性係数（Ｅ’）は、約半分になる。
　またガラス繊維の含有量を増加させると、弾性係数（Ｅ’）も増加する傾向にある。ガラス繊維の含有量を重量比で１０％から４０％に増加させると弾性係数（Ｅ’）は、約３倍になる。
　本実施例によれば、実施例１と同様の効果を発現することができる。更に、羽根車の強度が向上しており、実施例１の羽根車より更に高回転で羽根車を回転させることができ、更なる送風効率の向上が実現できる。

　本実施例は、実施例１に対して、羽根部材４の補強リング１１を補強プレート１２に変更した実施形態である。その他は、実施例１と同様である。本実施例の羽根車の形状およびその構成ユニットの形状は、図３と図４のとおりである。
　本実施例の補強プレート１２は、図４のとおり、構成ユニットのほぼ中央位置に板状に成形されている。また実施例１の補強リングと同程度の重量となるよう羽根部材の断面部分の全が接続されるように同心円状に成形されている。また補強プレートの厚さは、極力薄くすることが望ましい。これにより羽根部材４の合計長さを長くすることができる。本実施例によれば、実施例１と同様の効果を発現することができる。さらに構成ユニットの羽根部材と別の構成ユニットの円盤状部材３を超音波溶着にて接続する場合の羽根部材４と円盤状部材３の座りが良好となる。

　本実施例は、実施例１に対して、羽部部材４の補強リング１１を補強プレート１２に変更し、更に材質を実施例２と同様とした実施形態である。その他は、実施例１と同様である。本実施例の羽根車の形状およびその構成ユニットの形状は、図３と図４のとおりである。
　本実施例によれば、実施例２と同様の効果を発現することができる。

Claims

　複数の羽根部材を複数枚の円盤状固定板に円筒状に固定して形成される送風機の羽根車であって、
　羽根車の羽根部材の材質を合成樹脂材料とし、
　羽根車の羽根部材の平均肉厚を０．３~１．２ｍｍの範囲にて構成し、
　円筒状に形成された羽根部材の延伸方向のある位置に各羽根部材と一体に形成されたリング状部材またはプレート状部材を設けた
　ことを特徴とする羽根車。
　前記合成樹脂材料は、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂およびＰＰ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
　複数の羽根部材を複数枚の円盤状固定板に円筒状に固定して形成される送風機の羽根車であって、
　羽根車の羽根部材の材質を合成樹脂材料および繊維状素材の複合材料とし、
　羽根車の羽根部材の平均肉厚を０．３~１．２ｍｍの範囲にて構成し、
　さらに羽根部材に含まれる繊維状素材を羽根部材の表面の面内に配向させ、
　円筒状に形成された羽根部材の延伸方向のある位置に各羽根部材と一体に形成されたリング状部材またはプレート状部材を設けた
　ことを特徴とする羽根車。
　羽根部材の材質を合成樹脂材料および繊維状素材の複合材料とし、かつ繊維状素材の含有率が重量比率で１０％から４０％となる樹脂複合材料としたことを特徴とする請求項３に記載の羽根車。
　前記繊維状素材は、ガラス繊維または炭素繊維であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の羽根車。