JP2018155188A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化しつつ剛性を確保した遠心ファンを得る。【解決手段】樹脂製の上ケーシング１０１と、樹脂製の下ケーシング１０２と、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の間に回転可能な状態で配置されたインペラ１０３とを備えた遠心ファン１００であって、下ケーシング１０２には凹部１１１が形成され、凹部１１１には、下ケーシング１０２の一部として形成され、インペラ１０３の回転軸部材を回転自在な状態で保持するための軸方向に立設する中空円筒状の軸受ホルダー１２４と、放射状及び同心状に形成されたリブ１２５，１２６とが形成されている。【選択図】図１

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、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、ケーシングが上ケーシングと下ケーシングとからなり、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吹き出し口から外方に向けて排出する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図８に特許文献１に記載の遠心ファン１を示す。図８の構造において、吸い込み口３３から吸い込まれた空気は、羽根車３０の羽根５１の間を通過し、羽根車３０の径外方に向けて吹き出され、羽根車３０の側方にある吹き出し口１９から排出される。ケーシングは、樹脂製の上ケーシング１１と金属製の下ケーシング２１とが、平面視で四隅に位置するねじ１４を用いて互いに組み付けられることで構成されている。上ケーシング１１と下ケーシング２１とは、ねじ１４が配される部分で支柱を挟むようにして互いに組み付けられている。吹き出し口１９は、ねじ１４を用いた上ケーシング１１と下ケーシング２１との締結部分を除いた部分に設けられている。下ケーシング２１には、モータ６０への給電のためのコネクタ７１が取り付けられている。

しかしながら、特許文献１に記載の遠心ファン１は、下ケーシング２１が羽根車３０の主板として機能させているため、羽根５１の下面と下ケーシング２１との間に形成されるギャップ精度が重要となり、下ケーシング２１の平面度を高精度にする必要がある。このため、部品の加工コストを低減できない。また、下ケーシング２１が金属板から形成されているため、遠心ファンの軽量化の要求に対して、これを阻害しているという問題がある。

これに対して、図９に示すファンモータでは、ケースがスクロール形状に形成されたハウジング１２と、回転ファン２２を回転させるためのモータを支持するヨーク１４から構成され、ヨーク１４にはインサート鉄板がインサート成形によってヨーク１４内に一体に形成され、コネクタ部４２もヨーク１４と一体に設けられている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に記載されたファンモータにおけるヨーク１４は、その材質が明らかではないが、インサート鉄板がインサート成形によってヨーク１４内に一体に形成され、コネクタ部もヨーク１４と一体に設けられた構成であることから、ヨーク１４は樹脂成形で形成されているものと推認できる。

特開２０１４−１６７３０４号公報 特開平１１−２９４８３７号公報

特許文献２に記載されたファンモータにおけるヨーク１４を樹脂成形で形成した場合、ヨーク１４の厚さを薄くすることができず、また、ヨーク１４の厚さを薄くした場合、ヨーク１４の剛性（強度）が低下し、部材の固有振動数が低下して振動の要因となる。このため、ファンの軽量化の要求に対して十分に対応できない。

このような背景において、本発明は、軽量化しつつ剛性を確保した遠心ファンを得ることを目的とする。

本発明は、樹脂製の上ケーシングと、樹脂製の下ケーシングと、前記上ケーシングと前記下ケーシングの間に回転可能な状態で配置されたインペラとを備えた遠心ファンであって、前記下ケーシングには凹部が形成され、前記凹部には、前記下ケーシングの一部として形成され、前記インペラの回転軸部材を回転自在な状態で保持するための軸方向に立設する中空円筒状の軸受ホルダーと、放射状及び同心状に形成されたリブとが形成されている遠心ファンである。

本発明において、前記放射状に形成された前記リブは、前記凹部の内周と前記軸受ホルダーの外周とをつないでいる態様が挙げられる。本発明において、前記上ケーシングの周縁部には、前記下ケーシングの方向に延在する支柱が設けられ、前記支柱と前記下ケーシングとが溶着されている態様が挙げられる。

本発明において、前記下ケーシングと外部からの配線が接続されるコネクタが係合手段で係合している態様が挙げられる。本発明において、前記下ケーシングの一部として外部からの配線が接続されるコネクタが形成されている態様が挙げられる。本発明において、一対の軸受を装着した軸受スリーブが前記軸受ホルダーの内側に嵌着されている態様が挙げられる。

本発明において、前記下ケーシングの下面に突出する突出部の外周面と、前記突出部から径外方に延在する平面部を接続するリブが設けられている態様が挙げられる。本発明において、前記コネクタと前記下ケーシングの下面に突出する突出部から径外方に延在する平面部とを接続するリブが設けられている態様が挙げられる

本発明において、前記上ケーシングと前記下ケーシングとの間に介装された支柱を除いた側面には、流体の吹き出し口が設けられ、前記吹き出し口は、吹き出される流体が斜め下の方向に誘導される形状を有する態様が挙げられる。

本発明は、軽量化しつつ剛性を確保した遠心ファンを得ることを目的とする。

実施形態の遠心ファンの分解斜視図である。 実施形態の遠心ファンを底面側から見た斜視図である。 実施形態の断面図である。 実施形態の断面図である。 実施形態の断面図である。 下ケーシング他の実施形態を示す斜視図である。 図６の側面図である。 従来（特許文献１）の遠心ファンを示す断面図である。 他の従来（特許文献２）のファンを示す分解斜視図である。

（１）第１の実施形態
図１には、実施形態の遠心ファン１００の基本構造が示されている。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と、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の間に回転可能な状態で配置されたインペラ１０３とを備え、下ケーシング１０２には凹部１１１が形成され、凹部１１１には、インペラ１０３の回転軸部材を回転自在な状態で保持するための軸方向に立設する中空円筒状の軸受ホルダー１２４と、放射状及び同心状に形成されたリブ１２５，１２６とが下ケーシング１０２の一部として一体に形成されている。

遠心ファン１００のケーシングは、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２から構成され、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２の間にインペラ１０３が収納されている。上ケーシング１０１の中央には、上方から流体、例えば空気が流入する吸い込み口１０４が設けられ、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２との間に介装された支柱１０７を除いた側面には、空気の吹き出し口１０８（図２，３参照）が設けられている。インペラ１０３が回転すると、上方から吸い込み口１０４に空気が流入し、インペラ１０３の羽根１６の間を通過した空気流が吹き出し口１０８から外方向に吹き出される。吹き出し口１０８は、空気流が斜め下の方向に吹き出される形状を有している。ここで斜め下の方向とは、径方向外側の成分と上ケーシング１０１から下ケーシング１０２に向かう軸方向の成分を有する方向である。

具体的には、図３に示すように、吹き出し口１０８を構成する上ケーシング１０１の縁１０１ａの部分の内周面は、径外側の方向にゆくほど内径が拡径する曲面もしくは傾斜面に成形されている。また、下ケーシング１０２の縁１０２ａの部分の外周面は、径外側の方向にゆくほど外径が拡径する曲面もしくは傾斜面に成形されている。このような構造とすることで、吹き出し口１０８の方向を斜め下方向とし、吹き出し口１０８からの空気流が斜め下方向（例えば、図３における斜め下４５°の方向）に誘導されるようにしている。空気流の吹き出しを斜め下方向とすることで、吹き出し口１０８から吸い込み口１０４への空気流の還流が抑えられる。この空気流の流れをより効果的に実現するには、上記の縁１０１ａおよび１０２ａの形状を曲面とすることが好ましい。なお、上ケーシング１０１の縁１０１ａと下ケーシング１０２の縁１０２ａは外方に向けて直線状にした面形状であっても勿論よい。上ケーシング１０１と下ケーシング１０２は、樹脂で構成されているので、上述した縁の構造を容易に得ることができる。また、上ケーシング１０１と下ケーシング１０２を樹脂製とすることで、装置全体の軽量化が図られている。

下ケーシング１０２は凹部１１１を有し、凹部１１１の底面には回路基板１１２と一体化されたモータ１１０が装着されている。

上ケーシング１０１の上面側には複数のリブ１１３が同心及び放射状に形成され、リブ１１３の間には凹部（肉盗み部分）１１４が形成されている。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の間に支柱１０７を介装して結合させている。具体的には、支柱１０７は上ケーシング１０１の外周部に設けたフランジ部１１５に形成されており、樹脂（ＰＢＴ樹脂で、ＰＢＴのＧＦ強化も含む）の射出成形により、上ケーシング１０１と一体成形で形成され、支柱１０７の先端部に突起部１０７ａが形成されている。すなわち、支柱１０７およびフランジ部１１５は上ケーシング１０１の一部として形成されている。突起部１０７ａを下ケーシング１０２のフランジ１１８に形成した貫通孔１１９に挿通し、貫通孔１１９から突出した突起部１０７ａを溶着（例えば、超音波溶着、振動溶着、レーザ溶着、等）や、熱カシメ等をすることで、支柱１０７と下ケーシング１０２とが接合されている。

インペラ１０３は、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１０６から構成されている。羽根１０６は全て同じ形状の後向き羽根で周方向に均等配置されている。本実施例では、樹脂成形で環状のシュラウド１２１と羽根１０６を一体成形し、真鍮からなる中空のブッシュ１３６をインサート成形で主板１２２を一体成形した後、羽根１０６の下面に主板１２２を超音波溶着して接合している。

なお、（１）環状のシュラウド１２１と羽根１０６を一体成形した後、主板１２２を樹脂の２色成形にて一体に形成した構成（この時、ブッシュをインサート成形）、（２）主板１２２と羽根１０６を一体成形した後（この時、ブッシュをインサート成形）、羽根１２２の上面にシュラウド１２１を超音波溶着して接合した構成等であってもよく、インペラ１０３の構造は特に限定されない。

シュラウド１２１の内周縁は吸い込み口１０４を構成し、この内周縁は軸方向に立設する環状突起部１２９を形成している。図３に示すように、上ケーシング１０１の下面に形成した環状の凹部の中に、微小の隙間を隔ててシュラウド１２１の環状突起部１２９を収容して覆うことで、ラビリンスシールとして機能させている。これによって、吹き出し口１０８から吹き出された空気流の一部が、シュラウド１２１上面と上ケーシング１０１下面との間に形成された隙間を通って吸い込み口１０４に逆流する現象を防止している。

下ケーシング１０２は、凹部１１１とその外周側に段部１２３を形成した形状で、凹部１１１の中央に中空円筒状の軸受ホルダー１２４が軸方向に立設して形成され、段部１２３にはインペラ１０３の主板１２２の外周側が収納される。

凹部１１１の底面には中空円筒状の軸受ホルダー１２４の外周から凹部１１１の最外周縁に延在する第１のリブ１２５が放射状に形成されている。放射状に形成された第１のリブ１２５は、軸方向から見て等角な位置に６条設けられている。第１のリブ１２５の数は、６条に限定されない。また、凹部１１１の底面には、隣接する第１のリブ１２５の間を結合する同心状の１条の第２のリブ１２６が設けられている。同心状に形成されたリブ１２６は複数条でもよい。放射状に形成されたリブ１２５は、一端（径方向外側の端部）が凹部１１１の内周につながり、他端（径方向内側の端部）が軸受ホルダー１２４の外周につながっている。

下ケーシング１０２、軸受ホルダー１２４、リブ１２５およびリブ１２６は、樹脂の一体成形により形成されている。すなわち、軸受ホルダー１２４、リブ１２５およびリブ１２６は、下ケーシング１０２の一部であり、同一材料で構成されている。

図３に示すように、軸受ホルダー１２４の内周には、上方から挿入された玉軸受１２７と、下方の孔部１３９から挿入された玉軸受１２８が嵌着されている。玉軸受１２７，１２８によりインペラ１０３の回転軸部材となる円柱形状のシャフト１３５が軸受ホルダー１２４に回転自在な状態で保持されている。シャフト１３５には、ドーナツ形状のブッシュ１３６が固定され、ブッシュ１３６の外周はインペラ１０３に固定されている。また、予圧ばね１３８により玉軸軸受１２７に予圧が与えられている。

軸受ホルダー１２４の外周にモータ１１０のステータが配設されている。具体的には、ステータコアの中央に形成された開口に軸受ホルダー１２４を嵌合させることで、軸受ホルダー１２４にモータ１１０のステータコアが固定されている。ステータコアの各突極（ティース）には樹脂製のインシュレータを介してコイルが巻回されている。インシュレータの下端側には回路基板１１２が接合されており、回路基板１１２は下ケーシング１０２の凹部１１１に収納されている。

下ケーシング１０２の凹部１１１の底面の一部には開口１３７が形成され、この開口１３７の部分に下ケーシング１０２の下面からコネクタ１３０が装着されている。コネクタ１３０には、凹形状の係合手段１３１が設けられ、下ケーシング１０２の下面には、係合手段１３１と係合する凸型の相手係合手段が設けられている。

コネクタ１３０の後側（背面側）からは、Ｌ形のコネクタピン１３２の一端側が圧入され装着されている。コネクタピン１３２の他端側は、回路基板１１２の配線パターンに形成したスルーホール１４０に挿通させ、半田で回路基板１１２に接合されている。コネクタ１３０の後側（背面側）は、カバー１３３が装着され、コネクタピン１３２の露出が防止され、またコネクタピン１３２が保護されている。

図１〜図３に示した構造によれば、下ケーシング１０２を樹脂製にすることで軽量化することができ、凹部１１１の底面に複数のリブ１２６，１２６を形成することによって、厚さを薄くすることによる下ケーシング１０２の剛性の低下が防止されている。

特に、リブ１２５によって、軸受ホルダー１２４と下ケーシング１０２の一体構造が補強され、下ケーシング１０２に対する軸受ホルダー１２４の微小な変位が生じ難い構造が得られている。この変位は、インペラ１０３回転時における振動の発生要因となる。よって、上記の構造は軽量化を追求しつつ低振動な特性を得る上で有用である。

また、支柱１０７の突起部１０７ａの先端を溶着することで下ケーシング１０２と支柱１０７とを結合する構造は、結合作業を自動化することが容易であり、高い生産性が得られる。また、下ケーシング１０２を樹脂製にすることで、電子部品を実装した回路基板１１２と下ケーシング１０２の凹部１１１との間のギャップを小さくしても、電子部品と下ケーシング１０２との接触による電子部品間のショートを回避できる。また、電子部品間のショートを防止するために絶縁シートを配置する必要がなく、部品点数を削減できる。

また、コネクタ１３０を用いた構造とすることで、配線の接続に係る組立作業性が向上する。また、下ケーシング１０２の最外周縁は、吹き出し口１０８を形成する箇所となるが、下ケーシング１０２が樹脂製のため、吹き出し口１０８を形成する箇所の形状の自由度を高くすることができ、吹き出し口１０８からの空気の風向を制御することが容易となる。この結果、空気の吹き出しに起因する騒音を低減することができる。

（２）第２の実施形態（図４参照）
基本構造は、第１の実施形態と同じである。以下、第１の実施形態と異なる部分について説明する。この形態では、下ケーシング１０２と、軸受ホルダー１２４と、コネクタ（コネクタハウジング）１３０が樹脂の一体成形にて形成されている。すなわち、軸受ホルダー１２４とコネクタ１３０は、下ケーシング１０２の一部として形成されている。コネクタピン１３２はコネクタ（コネクタハウジング）１３０に圧入されて装着され、コネクタピン１３２の一端側が回路基板１１２のスルーホール１４０に挿通され、半田により接合されている。

この構造によれば、下ケーシング１０２とコネクタ（コネクタハウジング）１３０が樹脂の一体成形にて形成されているため、下ケーシング１０２へのコネクタ１３０の装着作業を省略できる。また、下ケーシング１０２とコネクタ１３０が樹脂の一体成形にて形成されているため、配線側の相手側コネクタの挿入作業時および抜き作業時においてコネクタ１３０に加わる荷重負荷が、コネクタピン１３２と回路基板１１２との接合箇所に集中することを防止でき、信頼性を向上できる。

（３）第３の実施形態（図５参照）
この例では、下ケーシング１０２と筒形状の軸受ホルダー１２４が樹脂の一体成形にて形成されている。筒形状の軸受ホルダー１２４の内側には、一対の玉軸受１２７，１２８を内側に嵌着した金属製の軸受スリーブ１４１が嵌合されている。別部材であるコネクタ１３０は、下ケーシング１０２の下面に装着され、コネクタピン１３２の一端側が回路基板１１２のスルーホール１４０に挿通され、半田で接合されている。この構造によれば、軸受装置をサブアッシーとして構成でき、かつ軸受の同軸度について高精度を得られる。

（４）第４の実施形態（図６〜図７参照）
図６は下ケーシング１０２における他の実施形態を示す斜視図であり、図７は軸に垂直な方向から見た側面図である。本実施形態では、図４と同様、下ケーシング１０２と軸受ホルダー１２４とコネクタ（コネクタハウジング）１３０が樹脂の一体成形にて形成されている。

以下、図４との相違点について説明する。図６の構造では、図４（図１）の構造の場合と同様に、下ケーシング１０２の凹部１１１の底面に複数の放射状のリブ１２５，同心状のリブ１２６が形成され、厚さを薄くすることによる剛性の低下が防止されている。更に加えて本実施形態では、図６および図７に示すように、突出部１５１（凹部１１１を設けることによって下方に突出した突出部１５１が形成される）と、突出部１５１から径外方に延在する平面部１５２（下ケーシングの段部１２３に対応する下面側の平面部）とを接続する補強用のリブ１５３が複数形成されている。

リブ１５３は、三角状で、周方向に複数箇所が設けられ、下ケーシング１０２の成形時に下ケーシング１０２の一部として一体成形されている。リブ１５３は、突出部１５１と平面部１５２との一体構造を補強し、下ケーシング１０２全体の剛性を高めている。また、リブ１５３の形成と同時に、コネクタ（コネクタハウジング）１３０と下ケーシング１０２の平面部１５２との間をつなぐリブ１５４を下ケーシング１０２の一部として一体形成している。

この構造では、突出部１５１の側面と平面部１５２とを接続する補強用のリブ１５３によって、さらに下ケーシング１０２が補強され、その剛性が確保される。また、下ケーシング１０２とコネクタ（コネクタハウジング）１３０とがリブ１５４でつながることで、コネクタ１３０が補強される。

一般にコネクタハウジングは、接続される配線の相手側コネクタの挿入作業時および抜き作業時に、荷重負荷が加わり、変形や破損が生じ易く、また電気的な接続部分に力が集中し、接触不良等が生じ易い。図６，７に示す構造では、リブ１５４があることでコネクタ１３０の変形が生じ難く、コネクタピン１３２（図４参照）と回路基板１１２との接合箇所に力が集中することが防止される。そのため、信頼性が高いコネクタの構造が得られる。

１００…遠心ファン、１０１…上ケーシング、１０２…下ケーシング、１０３…インペラ、１０４…吸い込み口、１０６…羽根、１０７…支柱、１０７ａ…突起部、１０８…吹き出し口、１１０…モータ、１１１…凹部、１１２…回路基板、１１３…リブ、１１４…凹部、１１５…フランジ部、１１８…フランジ、１１９…貫通孔、１２１…シュラウド、１２２…主板、１２３…段部、１２４…軸受ホルダー、１２５…リブ、１２６…リブ、１２７…玉軸受、１２８…玉軸受、１２９…突起部、１３０…コネクタ、１３１…係合手段、１３２…コネクタピン、１３３…カバー、１３５…シャフト、１３６…ブッシュ、１３７…開口、１４０…スルーホール。

Claims (9)

1. 樹脂製の上ケーシングと、
   樹脂製の下ケーシングと、
   前記上ケーシングと前記下ケーシングの間に回転可能な状態で配置されたインペラと
   を備えた遠心ファンであって、
   前記下ケーシングには凹部が形成され、
   前記凹部には、
   前記下ケーシングの一部として形成され、前記インペラの回転軸部材を回転自在な状態で保持するための軸方向に立設する中空円筒状の軸受ホルダーと、
   放射状及び同心状に形成されたリブと
   が形成されている遠心ファン。
2. 前記放射状に形成された前記リブは、前記凹部の内周と前記軸受ホルダーの外周とをつないでいる請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記上ケーシングの周縁部には、前記下ケーシングの方向に延在する支柱が設けられ、
   前記支柱と前記下ケーシングとが溶着されている請求項１または２に記載の遠心ファン。
4. 前記下ケーシングと外部からの配線が接続されるコネクタが係合手段で係合している請求項１乃至３のいずれか一項に記載の遠心ファン。
5. 前記下ケーシングの一部として外部からの配線が接続されるコネクタが形成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の遠心ファン。
6. 一対の軸受を装着した軸受スリーブが前記軸受ホルダーの内側に嵌着されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遠心ファン。
7. 前記下ケーシングの下面に突出する突出部の外周面と、前記突出部から径外方に延在する平面部を接続するリブが設けられている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の遠心ファン。
8. 前記コネクタと前記下ケーシングの下面に突出する突出部から径外方に延在する平面部とを接続するリブが設けられている請求項５に記載の遠心ファン。
9. 前記上ケーシングと前記下ケーシングとの間に介装された支柱を除いた側面には、流体の吹き出し口が設けられ、
   前記吹き出し口は、吹き出される流体が斜め下の方向に誘導される形状を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の遠心ファン。

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