WO2023228608A1 - インペラおよび遠心ファン - Google Patents

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WO2023228608A1
WO2023228608A1 PCT/JP2023/014724 JP2023014724W WO2023228608A1 WO 2023228608 A1 WO2023228608 A1 WO 2023228608A1 JP 2023014724 W JP2023014724 W JP 2023014724W WO 2023228608 A1 WO2023228608 A1 WO 2023228608A1
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WO
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ribs
grooves
impeller
shroud
main plate
Prior art date
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PCT/JP2023/014724
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕茉 大野
晴臣 諸橋
大樹 林
Original Assignee
ミネベアミツミ株式会社
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps

Definitions

  • the present invention relates to an impeller and a centrifugal fan using the same.
  • Centrifugal fans are known as blowers that are widely used for cooling, ventilation, and air conditioning of home appliances, OA equipment, and industrial equipment, as well as air conditioning and blowing for vehicles.
  • This type of centrifugal fan has a case consisting of an upper casing and a lower casing, and an impeller and a motor are housed inside the casing. The impeller is rotated by the drive of the motor, and as the impeller rotates, suction is drawn from the suction port.
  • a centrifugal fan is known that blows air outward from a casing from an outlet formed over the entire circumference of a side surface between an upper casing and a lower casing (see, for example, Patent Document 1).
  • the centrifugal fan 100 includes a casing 103 composed of an upper casing 101 made of resin and a lower casing 102 made of resin.
  • the upper casing 101 and the lower casing 102 are connected by a plurality of struts 109 interposed between the upper casing 101 and the lower casing 102.
  • An impeller 104 is housed inside the casing 103 in a rotatable state, and the impeller 104 includes an annular main plate 105, an annular shroud 107, and a plurality of It includes blades 106, all of which are backward facing blades of the same shape and are equally arranged in the circumferential direction.
  • the impeller 104 is constructed by filling a mold with resin, and includes an annular main plate 105, an annular shroud 107, and a plurality of blades 106 connected in a circumferential direction between the main plate 105 and the shroud 107. It is integrally formed of resin.
  • a suction port 108 is provided at the center of the upper casing 101.
  • air is sucked in from the suction port 108, and the sucked air passes between the blades 106 of the impeller 104 through an opening formed in the shroud 107 and radially outwards from the impeller 104.
  • the air is blown out and is ejected toward the outside of the casing 103 from an air outlet 110 formed on the side surface of the upper casing 101 and the lower casing 102 excluding the strut 109.
  • an annular main plate 105, an annular shroud 107, and a plurality of blades 106 are integrally formed of resin, but these are integrally formed by resin injection molding. In this case, the mold structure becomes complicated.
  • an annular shroud and a plurality of blades are integrally formed using resin, and the lower ends of the plurality of blades and an annular main plate are joined by ultrasonic welding. It is known that (for example, see Patent Document 2).
  • a plurality of blade portions 2 are integrally protruded from the inner surface of a front shroud 1 (corresponding to the shroud 107 in Patent Document 1) made of thermoplastic resin.
  • Welding protrusions 4 having a triangular cross section are integrally provided on the side end surfaces of the blade portions 2 along the longitudinal direction thereof.
  • a plurality of welding grooves 5 are formed on the inner surface of the rear shroud 3 (corresponding to the main plate 105 in Patent Document 1) in correspondence with the welding protrusions 4, respectively. Then, the tip of the welding protrusion 4 is brought into contact with and pressed against the center of the bottom of the welding groove, and the side end surface of the vane portion 2 and the rear shroud 3 are integrally welded by ultrasonic welding.
  • the impeller 104 of the centrifugal fan described in Patent Document 1 has a structure in which an annular main plate 105, an annular shroud 107, and a plurality of blades 106 are integrally formed of resin. It gets complicated. Therefore, it is conceivable to apply the impeller manufacturing method described in Patent Document 2 to the impeller of the centrifugal fan described in Patent Document 1.
  • a plurality of blade portions 2 are integrally formed on the inner surface of the front shroud 1 (corresponding to the shroud 107 in Patent Document 1).
  • a welding protrusion 4 is integrally formed on the end surface of the blade portion 2.
  • the above-mentioned member is produced by injection molding of resin using a mold, a uniform member is produced, but due to fluctuations in the injection molding conditions, the weight of the member after molding may be unbalanced. There is. For this reason, the unbalance of the impeller is generally corrected using a balance correcting machine. Therefore, the welding protrusions 4 and the corresponding welding grooves 5 can be freely combined, and are not assembled at a fixed location. Therefore, the location where the imbalance occurs is not constant, and it is difficult to identify the cause of the imbalance. For example, if the cause of imbalance is wear of an injection mold, it becomes difficult to identify the wear location.
  • an object of the present invention is to provide an impeller and a centrifugal fan in which the cause of impeller weight imbalance can be easily identified.
  • the present invention includes a main plate having an annular shape, a shroud having an annular shape spaced apart from the main plate in the axial direction, and a plurality of blades connected in a circumferential direction between the main plate and the shroud.
  • the main plate includes a groove into which the rib fits
  • the shroud has a mark
  • One set of the ribs and the grooves can be fitted into each other, and the combination of the one set of ribs and grooves and the other ribs and the grooves is an impeller that cannot be fitted into each other.
  • an impeller and a centrifugal fan are provided in which the cause of impeller weight imbalance can be easily identified.
  • FIG. 1 is a sectional view of a centrifugal fan according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an impeller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an impeller according to an embodiment of the present invention.
  • (A) is a sectional view showing a main plate in an embodiment of the present invention, and (B) is an enlarged view of a portion indicated by arrow B in (A).
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an impeller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the shroud in the embodiment of the present invention seen from the back.
  • (A) is a sectional view showing a shroud in an embodiment of the present invention, and (B) is an enlarged view of a portion indicated by arrow B in (A).
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a centrifugal fan 100 according to an embodiment of the present invention taken along a shaft 112.
  • the centrifugal fan 100 includes a casing 103 composed of an upper casing 101 made of resin and a lower casing 102 made of resin.
  • the casing 103 has a rectangular shape (including a substantially square shape) in plan view, the shape is not limited to this, and may be circular.
  • the connection between the upper casing 101 and the lower casing 102 is achieved by struts 109 interposed between the four corners of the upper casing 101 and the lower casing 102.
  • the upper casing 101, the lower casing 102, and the struts 109 are formed by injection molding of resin.
  • a member in which the upper casing 101 and the support column 109 are integrated is formed by an injection molding method using resin as a raw material, while the lower casing 102 is separately formed by a similar injection molding method.
  • the support column 109 may be formed separately from the upper casing 101 and coupled to the upper casing 101 using a fastening member such as a screw or bolt.
  • the strut 109 is inserted into a through hole formed in the lower casing 102, and the tip of the strut 109 protruding from the through hole is thermally deformed (thermal caulking, infrared crimping, etc.) to form a crushed tip.
  • the upper casing 101 and the lower casing 102 are connected via the struts 109.
  • a structure in which the upper casing 101 and the lower casing 102 are connected using fastening members such as screws and bolts is also possible.
  • An impeller 200 is rotatably housed inside the casing 103.
  • the impeller 200 is made of resin and includes an annular main plate 210, an annular shroud 220, and a plurality of blades 230 between the main plate 210 and the shroud 220.
  • the blades 230 are all backward-facing blades of the same shape and are arranged evenly in the circumferential direction. The configuration of impeller 200 will be detailed later.
  • a suction port 108 consisting of a circular opening is provided at the center of the upper casing 101.
  • air is sucked in from the suction port 108, and the sucked air passes between the blades 230 of the impeller 200 from a circular opening formed in the shroud 220 and leaves the impeller 200 radially outward. It is blown out in the direction of , and is blown out toward the outside of the casing 103 from an air outlet 110 formed over the entire circumference except for the strut 109 interposed between the upper casing 101 and the lower casing 102 .
  • a dish-shaped hub 211 having an opening in the center is formed in the center of the annular main plate 210 that constitutes the impeller 200, and a metal bush 212 is integrated with the main plate 210 in the center opening of the hub 211. embedded and combined.
  • a metal shaft 112 is fixed to the bush 212 by means such as press-fitting or adhesion.
  • An annular projection 102a that protrudes in the axial direction is formed in the center of the lower casing 102, and a metal cylindrical bearing holder 102b is fixed to the annular projection 102a.
  • a pair of ball bearings 113a and 113b are fixed to the inner periphery of the bearing holder 102b, and a shaft 112 is rotatably fixed to the ball bearings 113a and 113b.
  • a coil spring 125 for applying preload to the ball bearings 113a, 113b is interposed between the ball bearings 113a, 113b.
  • a cylindrical portion 214 extends downward from the radially outer end of the hub 211.
  • An annular rotor yoke 215 made of soft magnetism (iron material) is integrally molded as an insert material on the inside of the hub 211 and the inner circumferential surface of the cylindrical portion 214, and an annular rotor magnet 124 is attached to the inner circumferential surface with adhesive. It is fixed by.
  • the rotor magnet 124 is magnetized so that the polarity of the magnetic poles is alternately reversed along the circumferential direction.
  • the impeller 200 is driven and rotated by the motor 120.
  • the motor 120 is an outer rotor type brushless DC motor.
  • the stator of the motor 120 is fixed to the outer periphery of a bearing holder 102b fixed to the lower casing 103.
  • the stator of the motor 120 includes a stator core 121, an insulator 122, and a stator coil 123.
  • the stator core 121 has a structure in which a plurality of thin plates of soft magnetic material such as electromagnetic steel plates are laminated.
  • the stator core 121 includes a plurality of pole teeth extending radially outward from a core back portion 121a having an annular shape.
  • a resin insulator 122 is attached to the stator core 121, and a stator coil 123 is wound around the plurality of pole teeth via the insulator 122.
  • An annular protrusion 102c that protrudes radially outward is formed on the outer peripheral surface of the bearing holder 102b, an opening of a core back portion 121a fits into the outer peripheral surface of the bearing holder 102b, and a lower end surface of the core back portion 121a has a protrusion.
  • stator core 121 is positioned in the axial direction.
  • a rotor magnet 124 is located at a position facing the outer circumferential surface of the pole teeth of the stator core 121 with a gap from the outer circumferential surface of the pole teeth.
  • a connector housing 127 having connector pins 126 is formed integrally with the lower casing 102 at the lower part thereof.
  • the connector pin 126 is set in an injection mold (not shown) as an insert material, and the connector housing 127 is integrally molded with the lower casing 102 by injection molding of thermoplastic resin.
  • the connector pin 126 has an L-shape, for example, and has one end protruding into the connector housing 127, the other end inserted into a through hole formed in the circuit board 128, and electrically connected to the wiring pattern using solder. has been done.
  • the circuit board 128 is equipped with electronic circuits and electronic components necessary for driving the motor 120.
  • the impeller 200 of the embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 7.
  • 2 and 3 show the overall structure of the impeller 200
  • FIG. 4 shows the main plate 210.
  • the main plate 210 includes a first flat part 216 on the outer circumferential side, and an inclined part 217 whose outer diameter gradually decreases toward the upper side in the axial direction inside the first flat part 216 in the radial direction.
  • a second plane part 218 inside the inclined part 217, and the inclined part 217 and the second plane part 218 constitute the hub 211.
  • the first and second plane parts 216 and 218 are perpendicular to the axial direction.
  • FIG. 6 is a perspective view of the shroud 220 seen from the back side.
  • the shroud 220 has a circular opening 221 , and the opening 221 is located on the outer peripheral side of the suction port 108 of the impeller 200 and functions as a suction port for guiding air to the impeller 200 .
  • an annular protrusion 221a extending in the axial direction is formed on the periphery of the opening 221.
  • the peripheral edge of the suction port 108 constitutes a bell mouth part, and an annular groove 101a is formed on the outer peripheral side of the bell mouth part.
  • the protrusion 221a of the shroud 220 is placed in the groove 101a, and a labyrinth seal is formed by forming a slight gap between the groove 101a and the protrusion 221a.
  • a plurality of blades 230 are formed on the shroud 220 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the vanes 230 are integrally formed with the shroud 220 by injection molding of thermoplastic resin.
  • the blade 230 has a generally arcuate shape in plan view, and a radially outer base portion 231 is integrated with the shroud 220 .
  • a radially inner tip portion 232 of the blade 230 is formed into an acute edge that protrudes toward the opening 221 side.
  • the blade 230 constitutes a rearward facing blade in which the arcuate convex portion faces in the rotation direction.
  • the inner peripheral side portion 232 of the blade 230 has a substantially trapezoidal shape when viewed from the side, and is inclined upward in the axial direction. Thereby, the lower surface of the inner peripheral side portion 232 comes into contact with the inclined surface 217 of the main plate 210. Further, the upper surface of the inner circumferential side portion 232 is aligned flush with the opening 221 of the shroud 220 .
  • a rib 233 that protrudes in the axial direction is formed on the surface of the blade 230 opposite to the shroud 220 and at an intermediate portion located between the outer peripheral side part 231 and the inner peripheral side part 232. All of the ribs 233 except for one have the same shape and size and are formed at predetermined positions.
  • a rib designated by the reference numeral 233 in FIG. 6 has the same shape and size as the other ribs 233, but its position is shifted in the radial direction.
  • grooves 213 are formed in the first plane part 216 of the main plate 210, except for one groove, which have the same shape and size and are equally spaced in the circumferential direction.
  • the groove labeled 213 in FIG. 5 has the same shape and size as the other grooves 213, but is disposed at a position corresponding to the rib 233 that is shifted in the radial direction from the position of the other grooves 213. . Then, the rib 233 fits into this groove 213 , and the other ribs 233 cannot fit into it. Therefore, by fitting the rib 233 into the groove 213 and fitting the rib 233 into the other groove 213, the relative positions of the main plate 210 and the shroud 220 will always be the same. Further, as shown in FIG. 5, on the 180° opposite side of the groove 213, a convex portion (second mark) 219 that protrudes in the axial direction is formed near the inclined portion 217 of the second flat portion 218. .
  • sloped surfaces 233a are formed on both sides of the lower end of the rib 233.
  • the lower edges of the inclined surfaces 233a are connected by a flat surface 233b.
  • the height of the ribs 233 is greater than the depth of the grooves 213. Further, the width of the rib 233 is narrower than the width of the groove 213.
  • a recess (mark) 221b is formed on the upper surface of the shroud 220 at a position 180 degrees opposite to the rib 233.
  • the positions of the main plate 210 and the shroud 220 are adjusted by aligning the concave portion 221b with the convex portion 219 inside the hub 211.
  • the groove 213 and the rib 233 are always located on the opposite side of the recess 221b by 180 degrees.
  • another rib 233 is inserted into the other groove 213.
  • the ends of the ribs 233 that contact the bottom surfaces of the grooves 213 are ultrasonically melted.
  • the melted material at the end of the rib 233 flows into the gap between the groove 213 and the rib 233, and the rib 233 is welded to the groove 213.
  • the portion of the blade 230 excluding the inner peripheral side portion 232 contacts the bottom surface of the main plate 210, and the inner peripheral side portion 232 of the blade 230 contacts the inclined portion 217 of the main plate 210.
  • Effect Balance adjustment is performed on the completed impeller 200.
  • the impeller 200 is attached to a balance adjustment machine and rotated.
  • the recess 221b is used to measure the rotation speed of the impeller 200.
  • the balance adjuster adjusts the balance by, for example, cutting the corresponding location. If the location causing the imbalance is the same location each time, for example, if the location is always thick, the injection mold may be worn out.
  • the relative phase between the main plate 210 and the shroud 220 is always the same, so the location causing the imbalance can be understood as the relative position with respect to the recess 221b. Therefore, by investigating the part of the mold corresponding to the relevant part, the cause of the imbalance such as wear can be confirmed.
  • the combinations of ribs 233 and grooves 213 other than one set of ribs 233 and grooves 213 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and one set of ribs 233 and grooves 213 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Because they are arranged offset in the radial direction, if the blade 230 is thin, for example, a few millimeters thick, the rib 233 that is even thinner has the same shape and strength as the other ribs 233. It can be done.
  • the convex portion 219 is provided on the hub 211 on the 180° opposite side of the pair of ribs 233 and the groove 213 , the pair of ribs 233 can be easily aligned by aligning the convex portion 219 with the concave portion 221b. and groove 213 can be fitted.
  • the blades 230 are all of the same shape and size and are arranged at equal intervals in the circumferential direction, there is no problem with the air blowing function.
  • a configuration may also be adopted in which the ribs 233 and grooves 213 other than the set of ribs 233 and grooves 213 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the set of ribs 233 and grooves 213 are shifted in the circumferential direction. can.
  • the ribs 233 and grooves 213 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and one set of ribs 233 and grooves 213 has a different orientation from another set of ribs 233 and grooves 213 at equally spaced positions. configurations may also be adopted.
  • the ribs 233, 233 and the grooves 213, 213 may be arranged at equal intervals in the circumferential direction, and one set of ribs 233 and grooves 213 may have a smaller shape in plan view than the other ribs 233 and grooves 213. Can be adopted.
  • the ribs 233, 233 and the grooves 213, 213 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and one set of ribs 233 and grooves 213 has a different shape in plan view from the other ribs 233 and grooves 213. can do.
  • the pair of ribs 233 and grooves 213 have a shape with a bulge in the center in the longitudinal direction.
  • the mark can be a protrusion, a groove, a painted marking, a seal, or a notch formed on the peripheral edge of the shroud 220.
  • the present invention can be used for centrifugal fans used for air blowing, ventilation, cooling, etc. in home appliances, OA equipment, industrial and vehicle air conditioners.
  • Impeller 210... Main plate, 211... Hub, 212... Bush, 213... Groove, 214... Cylindrical part, 215... Rotor yoke, 216... First plane part, 217... Inclined part, 218 ...Second plane part, 219...Convex part (second mark), 220...Shroud, 221...Opening part, 221a...Protrusion part, 221b...Concave part (mark), 230...Blade, 231...Outer peripheral side part, 232 ...inner peripheral side part, 233...rib, 233a...slanted surface, 233b...flat surface.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

【課題】インペラの重量アンバランスの生じる原因を容易に特定することができるインペラを提供する。 【解決手段】環状をなす主板２１０と、主板２１０から軸方向に離間した環状をなすシュラウド２２０と、主板２１０とシュラウド２２０との間に周方向に連設された複数の羽根２３０と備えたインペラである。羽根２３０は、シュラウド２２０に一体に形成されたものであり、その軸方向端面に軸方向へ突出するリブ２３３を備え、主板２１０は、リブ２３３が嵌合する溝２１３を備えている。シュラウド２２０は凹部２２１ｂを有し、リブ２３３および溝２１３のうちの一組は互いに嵌合でき、一組のリブ２３３および溝２１３とそれ以外のリブ２３３および溝２１３との組合せでは互いに嵌合できないように構成されている。

Description

インペラおよび遠心ファン
　本発明は、インペラおよびそれを用いた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。この種の遠心ファンとして、ケースが上ケーシングと下ケーシングとからなり、ケーシングの内側にはインペラとモータが収納され、インペラはモータの駆動により回転し、インペラの回転に伴って吸込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の全周に亘って形成された吹出口からケーシングの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の遠心ファンにおいて、遠心ファン１００は、樹脂製の上ケーシング１０１と樹脂製の下ケーシング１０２から構成されるケーシング１０３を備えている。上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の結合は、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の間に介装した複数の支柱１０９によって行われている。ケーシング１０３の内側には、インペラ１０４が回転自在な状態で収納されており、インペラ１０４は、環状の主板１０５と、環状のシュラウド１０７と、主板１０５とシュラウド１０７との間に配置された複数の羽根１０６を備え、羽根１０６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１０４は、金型内に樹脂を充填して、環状の主板１０５と、環状のシュラウド１０７と、これら主板１０５およびシュラウド１０７の間に周方向に向かって連設された複数の羽根１０６とが樹脂で一体に形成されたものである。
　上ケーシング１０１の中心には、吸込口１０８が設けられている。インペラ１０４が回転することで、吸込口１０８から空気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、シュラウド１０７に形成された開口からインペラ１０４の羽根１０６の間を通過してインペラ１０４から径外側の方向に吹き出され、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の間に介装された支柱１０９を除いた側面に形成された吹出口１１０からケーシング１０３の外方に向けて噴出する。
　特許文献１の遠心ファンにおけるインペラ１０４は、環状の主板１０５と、環状のシュラウド１０７と、複数の羽根１０６とが樹脂で一体に形成されているが、これらを樹脂の射出成形で一体に形成する場合、金型の構造が複雑になる。インペラの作製を容易にするため、例えば、インペラの作製としては、樹脂にて、環状のシュラウドと複数の羽根を一体に形成し、複数の羽根の下端と環状の主板とを超音波溶着で接合することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
　特許文献２の合成樹脂製インペラの製造方法は、熱可塑性樹脂で形成された前面シュラウド１（特許文献１におけるシュラウド１０７に相当）の内側面には複数の羽根部２が一体に突設されている。羽根部２の側端面には、その長手方向に沿って断面三角形の溶着突条４がそれぞれ一体に突設されている。後面シュラウド３（特許文献１における主板１０５に相当）の内側面には溶着突条４にそれぞれ対応して複数の溶着溝５が形成されている。そして、溶着突条４の先端を溶着溝の底面中央部に当接させて押圧し、超音波溶着にて羽根部２の側端面と後面シュラウド３とが一体的に溶着される。
特開２０１９－２０３４７３号公報 特開昭５３－５４３０１号公報
　特許文献１に記載の遠心ファンのインペラ１０４は、環状の主板１０５と、環状のシュラウド１０７と、複数の羽根１０６が樹脂で一体に形成される構成であるが、このような構造は金型が複雑になる。このため、特許文献２に記載のインペラの製造方法を、特許文献１に記載の遠心ファンのインペラに適用することが考えられる。
　特許文献２に記載のインペラの製造方法は、前面シュラウド１（特許文献１におけるシュラウド１０７に相当）の内側面に複数の羽根部２（特許文献１における羽根１０６に相当）が一体に形成されると共に、羽根部２の端面には溶着突条４が一体に形成された構成となっている。
　金型を用いて樹脂の射出成形によって、上述の部材を作製した場合、均一の部材が作製されるが、射出成形条件が変動することで、成形後の部材には重量のアンバランスが生じる場合がある。このため、一般に、バランス修正機でインペラのアンバランスを修正することが行われるが、羽根部２の端面に形成した溶着突条４と、それに対応する溶着溝５が全て同じ形状を有しているため、溶着突条４と、それに対応する溶着溝５とは、組み合わせが自由となり、一定の箇所での組み付けとならない。このため、アンバランスの生じる箇所が一定にはならず、アンバランスの生じる原因を特定することが難しい。たとえば、アンバランスの生じる原因が射出成形金型の摩耗である場合には、その摩耗箇所を特定することが困難となる。
　このような背景において、本発明は、インペラの重量アンバランスの生じる原因を容易に特定することができるインペラおよび遠心ファンを提供することを目的とする。
　本発明は、環状をなす主板と、前記主板から軸方向に離間した環状をなすシュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間に周方向に連設された複数の羽根と、を備え、前記羽根は、前記シュラウドに一体に形成されたものであり、その軸方向端面に軸方向へ突出するリブを備え、前記主板は、前記リブが嵌合する溝を備え、前記シュラウドは目印を有し、前記リブおよび前記溝のうちの一組は互いに嵌合でき、前記一組のリブおよび溝とそれ以外の前記リブおよび前記溝との組合せでは互いに嵌合できないインペラである。
　本発明によれば、インペラの重量アンバランスの生じる原因を容易に特定することができるインペラおよび遠心ファンが提供される。
本発明の実施形態の遠心ファンの断面図である。 本発明の実施形態のインペラを示す斜視図である。 本発明の実施形態のインペラを示す断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態における主板を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂで示す部分の拡大図である。 本発明の実施形態のインペラを示す分解斜視図である。 本発明の実施形態におけるシュラウドを裏から視た斜視図である。 （Ａ）は本発明の実施形態におけるシュラウドを示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂで示す部分の拡大図である。
１．遠心ファンの構成
　図１は、本発明の実施形態の遠心ファン１００をシャフト１１２に沿って切断した断面図である。遠心ファン１００は、樹脂製の上ケーシング１０１と樹脂製の下ケーシング１０２から構成されるケーシング１０３を備えている。ケーシング１０３は平面視で四角形状（略正方形も含む）をなしているが、これに限定されず、円形であってもよい。
　上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の結合は、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の四隅において間に介装した支柱１０９によって行われている。上ケーシング１０１、下ケーシング１０２および支柱１０９は、樹脂の射出成形で形成されている。具体的には、上ケーシング１０１と支柱１０９が一体となった部材を、樹脂を原料とした射出成型法で形成し、他方で下ケーシング１０２を同様な射出成型法で別に形成する。なお、支柱１０９は、上ケーシング１０１と別に形成して、ねじやボルト等の締結部材を用いて上ケーシング１０１と結合してもよい。
　そして、支柱１０９を下ケーシング１０２に形成された貫通孔に挿通し、この貫通孔から突出した支柱１０９の先端を熱変形（熱カシメ、赤外線カシメ、等）させて潰れた先端部を形成することで、支柱１０９を介した上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の結合が行われている。上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の結合を、ねじやボルト等の締結部材を用いて行う構造も可能である。
　ケーシング１０３の内側には、インペラ２００が回転自在な状態で収納されている。インペラ２００は、樹脂製であり、環状の主板２１０、環状のシュラウド２２０、および主板２１０とシュラウド２２０の間の複数の羽根２３０とを備えている。羽根２３０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２００の構成については後に詳述する。
　上ケーシング１０１の中心には、円形の開口からなる吸込口１０８が設けられている。インペラ２００が回転することで、吸込口１０８から空気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、シュラウド２２０に形成された円形の開口からインペラ２００の羽根２３０の間を通過してインペラ２００から径方向外側の方向に吹き出され、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の間に介装された支柱１０９を除いた全周に亘って形成された吹出口１１０からケーシング１０３の外方に向けて噴出する。
　インペラ２００を構成する環状の主板２１０の中央部分には、中央に開口部を有する皿状のハブ２１１が形成され、ハブ２１１の中央の開口部には、金属製のブッシュ２１２が主板２１０と一体に埋め込まれて結合されている。ブッシュ２１２には、金属製のシャフト１１２が圧入や接着等の手段により固定されている。
　下ケーシング１０２の中央部には、軸方向に突出する環状突起１０２ａが形成され、環状突起１０２ａには金属製で円筒形状の軸受ホルダー１０２ｂが固定されている。軸受ホルダー１０２ｂの内周には、一対の玉軸受１１３ａ，１１３ｂが固定され、玉軸受１１３ａ，１１３ｂには、シャフト１１２が回転可能な状態で固定されている。玉軸受１１３ａ，１１３ｂの間には、玉軸受１１３ａ，１１３ｂに予圧を付与するためのコイルばね１２５が介装されている。
　ハブ２１１の径方向外側の端部から下方に円筒部２１４が延在している。ハブ２１１の内側と円筒部２１４の内周面には軟磁性（鉄材）からなる環状のロータヨーク２１５がインサート材として一体に成形され、更にその内周面には、環状のロータマグネット１２４が接着剤により固着されている。ロータマグネット１２４は、周方向に沿ってＮＳＮＳ・・と交互に磁極の極性が反転する状態で着磁されている。
　インペラ２００は、モータ１２０により駆動され回転する。モータ１２０は、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。モータ１２０のステータは、下ケーシング１０３に固定された軸受ホルダー１０２ｂの外周に固定されている。モータ１２０のステータは、ステータコア１２１、インシュレータ１２２およびステータコイル１２３により構成されている。
　ステータコア１２１は、電磁鋼板等の軟磁性材料の薄板を複数積層した構造を有している。ステータコア１２１は、円環形状を有するコアバック部１２１ａから径方向外側に放射状に延在する複数の極歯を備えている。ステータコア１２１には、樹脂製のインシュレータ１２２が装着され、複数の極歯にはインシュレータ１２２を介して、ステータコイル１２３が巻かれている。
　軸受ホルダー１０２ｂの外周面には径方向外側へ突出する環状の突起部１０２ｃが形成され、軸受ホルダー１０２ｂの外周面にコアバック部１２１ａの開口が嵌着し、コアバック部１２１ａの下端面が突起部１０２ｃに載置されることでステータコア１２１の軸方向の位置決めが行われている。
　ステータコア１２１の極歯の外周面に対向した位置には、当該極歯の外周面に対して隙間を有した状態でロータマグネット１２４が位置している。ステータコイル１２３に加える電流の極性を図示しない駆動回路により周期的に切り替えることで、ロータマグネット１２４がシャフト１１２を軸として回転する駆動力が発生し、インペラ２００が回転する。
　下ケーシング１０２の下部には、コネクタピン１２６を有するコネクタハウジング１２７が下ケーシング１０２と一体に形成されている。コネクタピン１２６は、インサート材として射出成形金型（図示略）にセットし、熱可塑性樹脂の射出成形にてコネクタハウジング１２７が下ケーシング１０２と一体に成形されている。コネクタピン１２６は、例えばＬ字状をなし、その一端部がコネクタハウジング１２７の中に突出し、他端部が回路基板１２８に形成された貫通孔に挿入され、半田で配線パターンと電気的に接続されている。回路基板１２８には、モータ１２０の駆動に必要な電子回路及び電子部品が搭載されている。
２．インペラの構成
　図２～図７を参照して実施形態のインペラ２００を説明する。図２および図３はインペラ２００の全体構成を示し、図４は主板２１０を示す。図４に示すように、主板２１０は、外周側の第１の平面部２１６と、第１の平面部２１６の径方向内側で軸方向上側に向かうに従って外径が徐々に小さくなる傾斜部２１７と、傾斜部２１７の内側の第２の平面部２１８とを備え、傾斜部２１７と第２の平面部２１８とでハブ２１１を構成している。第１、第２の平面部２１６、２１８は、軸方向に対して直交している。
　図６はシュラウド２２０を裏側から視た斜視図である。シュラウド２２０は、円形の開口部２２１を有し、開口部２２１は、インペラ２００の吸込口１０８の外周側に位置し、インペラ２００に空気を案内するための吸込口として機能する。図５に示すように、開口部２２１の周縁には、軸方向に延在する環状の突起部２２１ａが形成されている。一方、上ケーシング１０１は、図１に示すように、吸込口１０８の周縁部がベルマウス部を構成しており、ベルマウス部の外周側には環状の溝１０１ａが形成されている。そして、溝１０１ａにシュラウド２２０の突起部２２１ａが配置され、溝１０１ａと突起部２２１ａとの間で僅かな隙間を形成することで、ラビリンスシールを形成している。
　シュラウド２２０には、複数の羽根２３０が周方向に等間隔に形成されている。羽根２３０は、熱可塑性樹脂の射出成形によってシュラウド２２０と一体に形成されている。羽根２３０は、平面視略弧状をなし、径方向外側の基部２３１は、シュラウド２２０と一体化している。羽根２３０の径方向内側の先端部２３２は、開口部２２１側へ突出して鋭角なエッジに形成されている。羽根２３０は、弧状の凸の部分が回転方向に向かう後向き羽根を構成している。
　図７に示すように、羽根２３０の内周側部２３２は、側面視で略台形状をなし、軸方向上側へ向け傾斜している。これにより、内周側部２３２の下面は、主板２１０の傾斜面２１７と接触する。また、内周側部２３２の上面は、シュラウド２２０の開口部２２１において面一となって整列している。
　羽根２３０のシュラウド２２０と反対側の面であって、外周側部２３１と内周側部２３２との間に位置する中間部には、軸方向へ突出するリブ２３３が形成されている。リブ２３３は、１つを除き全て同形同大で所定の位置に形成されている。図６において符号２３３を付したリブは、他のリブ２３３と同形同大ではあるが、位置が径方向にずれている。
　一方、主板２１０の第１の平面部２１６には、１つを除き全て同形同大で周方向に等間隔な溝２１３が形成されている。図５において符号２１３を付した溝は、他の溝２１３と同形同大ではあるが、他の溝２１３の位置とは異なり、径方向にずれたリブ２３３と対応する位置に配置されている。そして、この溝２１３にリブ２３３が嵌合し、他のリブ２３３は嵌合することができない。したがって、溝２１３にリブ２３３を嵌合させ、他の溝２１３にリブ２３３を嵌合させれば、主板２１０とシュラウド２２０の相対的な位置は常に同じとなる。また、図５に示すように、溝２１３の１８０°反対側には、第２の平面部２１８の傾斜部２１７近傍に軸方向に突出する凸部（第２の目印）２１９が形成されている。
　図７（Ｂ）に示すように、リブ２３３の下端部の両側には傾斜面２３３ａが形成されている。傾斜面２３３ａの下縁同士は平坦面２３３ｂで接続されている。リブ２３３の高さは溝２１３の深さよりも高い。また、リブ２３３の幅は、溝２１３の幅よりも狭い。
　図５に示すように、シュラウド２２０の上面のリブ２３３と１８０°反対側の位置には、凹部（目印）２２１ｂが形成されている。リブ２３３が形成されたシュラウド２２０を主板２１０に組み付ける際には、凹部２２１ｂとハブ２１１内にある凸部２１９の位置を合わせ、主板２１０とシュラウド２２０の位置を調整する。これにより、常に凹部２２１ｂの１８０°反対側に溝２１３とリブ２３３が位置するようになる。そして、溝２１３にリブ２３３を挿入すると同時に他の溝２１３に他のリブ２３３を挿入する。
　主板２１０に羽根２３０を有するシュラウド２２０を組み付けたら、溝２１３の底面に接触するリブ２３３の端部を超音波溶融させる。これにより、溶融したリブ２３３の端部の素材が溝２１３とリブ２３３との隙間に流れ込み、リブ２３３が溝２１３に溶着する。これにより、羽根２３０の内周側部２３２を除いた部分は、主板２１０の底面に当接し、羽根２３０の内周側部２３２は、主板２１０の傾斜部２１７に当接する。
３．効果
　完成したインペラ２００にはバランス調整が行われる。インペラ２００はバランス調整機に装着され、回転させられる。この場合、凹部２２１ｂは、インペラ２００の回転数を測定するために用いられる。バランス調整機によりインペラ２００のアンバランスが検出され、アンバランスの原因となっている箇所が特定されると、バランス調整機は、該当箇所を例えば切削するなどしてバランスを調整する。アンバランスの原因となっている箇所が毎回同じ箇所の場合、たとえば、該当箇所が常に肉厚となっているようなときは、射出成形金型が摩耗している可能性がある。
　上記実施形態のインペラ２００では、主板２１０とシュラウド２２０の相対的位相が常に同じであるから、アンバランスの原因となっている該当箇所が凹部２２１ｂに対する相対的位置として把握できる。したがって、該当箇所に対応する金型の箇所を調査することにより、摩耗等のアンバランスの原因を確認することができる。
　特に、上記実施形態では、一組のリブ２３３及び溝２１３以外のリブ２３３および溝２１３の組合せは、周方向に等間隔に配置され、一組のリブ２３３及び溝２１３は、等間隔の位置から径方向にずれて配置されているから、例えば羽根２３０が厚さ数ミリと薄い場合には、それよりもさらに薄いリブ２３３は、他のリブ２３３と同形同大の強度が確保されたものとすることができる。
　また、上記実施形態では、凸部２１９を一組のリブ２３３および溝２１３の１８０°反対側のハブ２１１に設けているので、凸部２１９を凹部２２１ｂに合わせることで簡単に一組のリブ２３３および溝２１３を嵌合させることができる。また、羽根２３０が全て同形同大で周方向に等間隔に配置されているから、送風機能に何ら支障を来さない。
４．変更例
　本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
ｉ）一組のリブ２３３および溝２１３以外のリブ２３３および溝２１３は、周方向に等間隔に配置され、一組のリブ２３３および溝２１３は、周方向にずれている構成も採用することができる。
ii）リブ２３３および溝２１３は、周方向に等間隔に配置され、一組のリブ２３３及び溝２１３は、等間隔の位置において他のリブ２３３および溝２１３の組に対して向きが異なっている構成も採用することができる。
iii）リブ２３３，２３３および溝２１３，２１３は、周方向に等間隔に配置され、一組のリブ２３３および溝２１３は、他のリブ２３３および溝２１３よりも平面視で小さい形状を有する構成も採用することができる。
iv）リブ２３３，２３３および溝２１３，２１３は、周方向に等間隔に配置され、一組のリブ２３３および溝２１３は、他のリブ２３３および溝２１３と平面視で異なる形状を有する構成も採用することができる。例えば一組のリブ２３３および溝２１３は、長手方向中央部に膨らみを有するような形状である。
ｖ）目印は、凹部２２１ｂに代えて、凸部、溝、塗装したマーキング、シール、あるいはシュラウド２２０の周縁部に形成した切欠とすることができる。
　本発明は、家電機器、ＯＡ機器、産業用や車両用の空気調和装置における送風、換気、冷却等に用いられる遠心ファンに利用可能である。
　１００…遠心ファン、１１２…シャフト、１０１…上ケーシング、１０１ａ…溝、１０２…下ケーシング、１０２ａ…環状突起、１０２ｂ…軸受ホルダー、１０２ｃ…突起部、１０８…吸込口、１０９…支柱、１１０…吹出口、１１３ａ，１１３ｂ…玉軸受、１２０…モータ、１２１…ステータコア、１２１ａ…コアバック部、１２２…インシュレータ、１２３…ステータコイル、１２４…ロータマグネット、１２５…コイルばね、１２６…コネクタピン、１２７…コネクタハウジング、１２８…回路基板、２００…インペラ、２１０…主板、２１１…ハブ、２１２…ブッシュ、２１３…溝、２１４…円筒部、２１５…ロータヨーク、２１６…第１の平面部、２１７…傾斜部、２１８…第２の平面部、２１９…凸部（第２の目印）、２２０…シュラウド、２２１…開口部、２２１ａ…突起部、２２１ｂ…凹部（目印）、２３０…羽根、２３１…外周側部、２３２…内周側部、２３３…リブ、２３３ａ…傾斜面、２３３ｂ…平坦面。

 

Claims (12)

  1. 　環状をなす主板と、
    　前記主板から軸方向に離間した環状をなすシュラウドと、
    　前記主板と前記シュラウドとの間に周方向に連設された複数の羽根と、
    を備え、
    　前記羽根は、前記シュラウドに一体に形成されたものであり、その軸方向端面に軸方向へ突出するリブを備え、
    　前記主板は、前記リブが嵌合する溝を備え、
    　前記シュラウドは第１の目印を有し、
    　前記リブおよび前記溝のうちの一組は互いに嵌合でき、前記一組のリブおよび溝とそれ以外の前記リブおよび前記溝との組合せでは互いに嵌合できないインペラ。
  2. 　前記一組のリブ及び溝以外の前記リブおよび前記溝の組合せは、周方向に等間隔に配置され、前記一組のリブ及び溝は、前記等間隔の位置からずれて配置されている請求項１に記載のインペラ。
  3. 　前記一組のリブ及び溝は、前記等間隔の位置から径方向にずれて配置されている請求項２に記載のインペラ。
  4. 　前記リブおよび前記溝は、周方向に等間隔に配置され、前記一組のリブ及び溝は、前記等間隔の位置において他の前記リブおよび前記溝の組に対して向きが異なっている請求項１に記載のインペラ。
  5. 　前記リブおよび前記溝は、周方向に等間隔に配置され、前記一組のリブおよび溝は、他の前記リブおよび前記溝よりも平面視で小さい形状を有する請求項１に記載のインペラ。
  6. 　前記リブおよび前記溝は、周方向に等間隔に配置され、前記一組のリブおよび溝は、他の前記リブおよび前記溝と平面視で異なる形状を有する請求項１に記載のインペラ。
  7. 　前記目印は、凹部、凸部、切欠、溝、塗装、およびシールから選択される請求項１に記載のインペラ。
  8. 　前記目印は、前記一組のリブおよび溝の１８０°反対側に設けられる請求項１に記載のインペラ。
  9. 　前記羽根は、その回転方向に向かって凸となる弧状をなし、前記リブは、前記羽根の形状に添った弧状をなす請求項１に記載のインペラ。
  10. 　前記主板の外部から視認可能な箇所に、第２の目印を設けた請求項１に記載のインペラ。
  11. 　前記第２の目印は、前記第１の目印と周方向の位置が略同一である請求項１０に記載のインペラ。
  12. 　ケーシング内に、
    　モータと、
    　前記モータの出力軸に固定された請求項１乃至１１のいずれかに記載のインペラと、
    を備えた遠心ファン。

     
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