JP2019060320A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】回転により羽根が変形しても、ハウジングと羽根との隙間を最適化して送風効率の低下を抑制できる軸流ファンを提供する。【解決手段】モータと、中心軸周りに回転可能なインペラと、インペラの径方向外側に配置される筒状のハウジングと、を備え、インペラは、筒状のインペラハブと、インペラハブの外面において、周方向に配置される複数の羽根と、を備え、羽根は、羽根とインペラハブの外面との取付部の形状を周方向に展開した形状である内側周方向展開翼と、羽根の最外径部における形状を周方向に展開した形状である外側周方向展開翼と、取付部と羽根の最外径部との径方向中間部分における形状を周方向に展開した形状である中間周方向展開翼とを重ねて表示したときに、内側周方向展開翼と、外側周方向展開翼と、中間周方向展開翼とが、径方向に重なる第１部分を有し、第１部分の少なくとも一部でハウジングの内面との径方向距離が最短になる。【選択図】図１２

Description

本発明は、軸流ファンに関する。

従来の送風装置は特許文献１に開示されている。プロペラファンの径方向外側に配置されたベルマウス部と、ベルマウス部の下流端に連続して設けられたディフューザ部とを備える。そして、ディフューザ部の内周面の少なくとも一部を、下流側に向かうにつれて径方向外側に向かう傾斜面とするとともに、ディフューザ部の下流端開口形状を円形状とは異なる異形状にした構成を有する。

ディフューザ部の下流端開口形状を円形状とは異なる異形状とすることで、損失が低減されて、圧力回復効果が向上する。

特開２０１５−１２９５０４号公報

しかしながら、ディフューザ部の下流端開口形状を円形状とは異なる異形状としたことで、プロペラファンが遠心力等で変形した際に、ディフューザ部の内面とプロペラファンとのクリアランスが最適にならず、送風効率が低下する。

そこで、本発明は、回転により羽根が変形しても、ハウジングと羽根との隙間を最適化して送風効率の低下を抑制できる軸流ファンを提供することを目的とする。

本発明の例示的な軸流ファンは、上下に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトを有するモータと、前記シャフトに固定され、中心軸周りに回転可能なインペラと、前記インペラの径方向外側に配置され、軸方向に延びる筒状のハウジングと、を備え、前記インペラは、前記シャフトに直接的又は間接的に固定される筒状のインペラハブと、前記インペラハブの外面において、周方向に配置される複数の羽根と、を備え、前記羽根は、前記羽根と前記インペラハブの外面との取付部の形状を周方向に展開した形状である内側周方向展開翼と、前記羽根の最外径部における形状を周方向に展開した形状である外側周方向展開翼と、前記取付部と前記羽根の最外径部との径方向中間部分における形状を周方向に展開した形状である中間周方向展開翼とを重ねて表示したときに、前記内側周方向展開翼と、前記外側周方向展開翼と、前記中間周方向展開翼とが、径方向に重なる第１部分を有し、前記羽根の最外径部は、前記第１部分の少なくとも一部で前記ハウジングの内面との径方向距離が最短になる。

例示的な本発明の軸流ファンによれば、羽根とハウジングとの隙間を適切範囲に納めることが可能である。これにより、遠心力で羽根が変形したときでも、送風効率の低下を抑制できる。

図１は、本発明に係る軸流ファンの一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示す軸流ファンの平面図である。 図３は、図１に示す軸流ファンの縦断面図である。 図４は、ハウジングの斜視図である。 図５は、ステータ部の斜視図である。 図６は、ロータヨークの斜視図である。 図７は、インペラの斜視図である。 図８は、図７に示すインペラの下側から見た斜視図である。 図９は、図７に示すインペラの平面図である。 図１０は、図７に示すインペラの底面図である。 図１１は、インペラハブに取り付けられた羽根を周方向に展開する状態を示す平面図である。 図１２は、羽根の径方向の異なる位置の周方向断面を周方向に展開した周方向展開翼を重ねて表示した図である。 図１３は、内側固定部の配置を示す概略底面図である。 図１４は、本発明にかかる軸流ファンの他の例に用いられるインペラの縦断面図である。 図１５は、図１４に示すインペラに備えられる第１壁部の概略底面図である。 図１６は、本発明にかかる軸流ファンの他の例に用いられるインペラの底面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、軸流ファンＡにおいて、軸流ファンＡの中心軸Ｃ１と平行な方向を「軸方向」、軸流ファンＡの中心軸Ｃ１に直交する方向を「径方向」、軸流ファンＡの中心軸Ｃ１を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とする。また、本明細書では、軸流ファンＡにおいて、軸方向を上下方向とし、インペラ４０に対してハウジング１０の吸気口１６側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。なお、上下方向は単に説明のために用いられる名称であって、軸流ファンＡの使用状態における位置関係及び方向を限定しない。また、「上流」及び「下流」はインペラ４０を回転させた際に発生する気流の流通方向の上流及び下流をそれぞれ示す。

（第１実施形態）
＜１． 軸流ファンＡの構成＞
図１は、本発明に係る軸流ファンの一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す軸流ファンの平面図である。図３は、図１に示す軸流ファンの縦断面図である。

図１から図３に示すように、本実施形態にかかる軸流ファンＡは、ハウジング１０と、ステータ部２０と、ロータ部３０と、インペラ４０とを備える。ステータ部２０は、ハウジング１０に固定される。ロータ部３０は、ステータ部２０に対して回転可能であるとともに、ステータ部２０の径方向外側に間隙を介して配置される。そして、インペラ４０は、ロータ部３０に取り付けられる。

＜１．１ ハウジング１０の構成＞
ハウジング１０について、新たな図面を参照して説明する、図４は、ハウジングの斜視図である。なお、図４に示す斜視図では、ロータ部３０の後述するシャフト３１も表示している。

ハウジング１０は、風洞部１１と、ベース部１２と、静翼１３と、軸受保持筒部１４と、フランジ部１５とを備える。ハウジング１０は、インペラ４０の径方向外側に配置され、軸方向に延びる筒状である。風洞部１１は、中心軸Ｃ１に沿って延びる円筒状の内面を有する。風洞部１１は、内部でインペラ４０が回転する。そして、風洞部１１は、インペラ４０の回転によって発生する気流を中心軸Ｃ１に沿って導くガイドである。風洞部１１の軸方向上端が、吸気口１６であり、軸方向下端が排気口１７である。すなわち、インペラ４０が回転することで、吸気口１６から空気が吸い込まれ、インペラ４０で加速された、又は、加圧された気流が排気口１７から排出される。

フランジ部１５は、風洞部１１の軸方向両端部のそれぞれから、径方向外側に拡がる。フランジ部１５には、軸方向に貫通した取付孔１５１が設けられる。取付孔１５１は、軸流ファンＡを機器に取り付けるときに、用いられる。すなわち、取付孔１５１には、機器に備えられた取付用のねじ、ボス等が挿入され、機器にフランジ部１５を固定することで、機器に軸流ファンＡが固定される。なお、フランジ部１５は、図１、図２、図４等に示すように正方形状であるが、円、長方形、六角形等の多角形であってもよい。軸流ファンＡが取り付けられる機器の軸流ファンＡを取り付ける位置の形状に合わせた形状とできる。

ベース部１２は、ステータ部２０を保持する。ベース部１２は、中央部に軸方向に貫通するベース貫通孔１２０を有するとともに（図３参照）、ベース貫通孔１２０の辺縁部より軸方向上側に突出した筒状の筒保持部１２１を備える。

ベース部１２は、軸方向において風洞部１１の下端部、すなわち、気流の流れ方向において風洞部１１の下流側端部に配置される。そして、径方向において風洞部１１の内側に配置されている。風洞部１１とベース部１２とは、径方向に間隙をあけて配置されている。そして、風洞部１１とベース部１２との間隙には、複数の静翼１３が周方向に配置されている。静翼１３は、風洞部１１とベース部１２とに接続される。換言すると、ベース部１２は、静翼１３を介して風洞部１１に保持される。静翼１３は、インペラ４０の回転によって発生した気流を中心軸Ｃ１を中心とした軸対称な流れに整流する。そのため、複数の静翼１３は、周方向に等間隔で配置される。ベース部１２は、ハウジング１０と一体に形成されているが、ベース部１２は、ハウジング１０と別部材で形成されていてもよい。

軸受保持筒部１４は、円筒形であり、外周面にステータ部２０が固定される。軸受保持筒部１４は、ベース部１２の筒保持部１２１に中心軸Ｃ１に沿って固定される。軸受保持筒部１４は、軸方向において上端部及び下端部の内周面で、第１軸受１４１及び第２軸受１４２を保持する。なお、図３に示すように、第１軸受１４１が軸方向上端部に配置され、第２軸受１４２が軸方向下端部に配置される。第１軸受１４１及び第２軸受１４２は、ロータ部３０の後述するシャフト３１を回転可能に支持する。

軸受保持筒部１４は、中心を中心軸Ｃ１と重ねてベース部１２の筒保持部１２１に固定される。そのため、軸受保持部１４の外周面に固定されるステータ部２０の中心は、中心軸Ｃ１と一致する。また、そのため、第１軸受１４１及び第２軸受１４２を介して、軸受保持筒部１４に回転可能に支持されるシャフト３１の中心も中心軸Ｃ１と一致する。すなわち、ステータ部２０及びロータ部３０それぞれの中心は、中心軸Ｃ１と一致する。これにより、ステータ部２０の後述するティース部２１２の径方向外面と、ロータ部３０の後述するロータマグネット３４の内周面とは、所定の間隔をあけて径方向に対向する。

第１軸受１４１および第２軸受１４２は、玉軸受である。そして、シャフト３１は第１軸受１４１及び第２軸受１４２の内輪に固定される。シャフト３１と第１軸受１４１及び第２軸受１４２の内輪との固定方法は、例えば、接着挿入や、圧入等が挙げられるが、これらに限定されない。なお、第１軸受１４１及び第２軸受１４２は、玉軸受に限定されない。

＜１．２ ステータ部２０の構成＞
ステータ部２０の詳細について新たな図面を参照して説明する。図５は、ステータ部の斜視図である。図３、図５等に示すように、ステータ部２０は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、コイル２３とを備える。ステータコア２１は導電性を有する。ステータコア２１は、環状のコアバック部２１１と、ティース部２１２とを備える。コアバック部２１１は、軸方向に延びる環状である。ティース部２１２は、コアバック部２１１の内周面から径方向内側に突出する。ステータコア２１は、複数個のティース部２１２を備える。複数個のティース部２１２は、周方向に等間隔に配列される。

＜１．２．１ ステータコア２１の構成＞
ステータコア２１は、電磁鋼板を積層した構造であってもよいし、紛体の焼成や鋳造等で形成された単一の部材であってもよい。また、ステータコア２１は、ティース部２１２を１個含む分割コアに分割可能な構成であってもよいし、帯状の部材を巻いて形成される構成であってもよい。ステータコア２１の、径方向中央は、軸方向に貫通する。

＜１．２．２ インシュレータ２２の構成＞
インシュレータ２２は、樹脂の成型体である。インシュレータ２２は、ステータコア２１のうち少なくともティース部２１２の全体を覆う。インシュレータ２２で覆われたティース部２１２に導線を巻きつけてコイル２３が形成される。インシュレータ２２によって、ステータコア２１とコイル２３とが絶縁される。なお、本実施形態において、インシュレータ２２は、樹脂の成型体とするが、これに限定されない。ステータコア２１とコイル２３とを絶縁することができる構成を広く採用できる。

＜１．２．３ コイル２３の構成＞
コイル２３は、ステータコア２１のティース部２１２のそれぞれに配置される。そして、ステータ３に備えられた複数個のコイル２３は、電流が供給されるタイミングによって３系統（以下、３相とする）に分けられる。この３相を、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする。つまり、ステータ１は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルをそれぞれ同数備える。なお、以下の説明において、各相のコイルをまとめて単にコイル２３として説明する。

＜１．２．４ ステータ部２０の取り付け＞
ステータ部２０は、ステータコア２１の貫通部分の内周面を軸受保持筒部１４の外周面に接触させることで、軸受保持筒部１４に固定する。なお、ステータコア２１と軸受保持筒部１４との固定方法は、圧入、接着等を挙げることができるが、これらに限定されない。ステータコア２１を軸受保持筒部１４に強固に固定できる方法を広く採用することが可能である。

ステータコア２１を軸受保持筒部１４に固定することで、ステータ部２０は、ベース部１２、すなわち、ハウジング１０の風洞部１１の内部に固定される。これにより、ティース部２１２は、中心軸Ｃ１の周りに等間隔に配置される。

＜１．３ ロータ部３０の構成＞
図３に示すように、ロータ部３０は、シャフト３１と、ロータヨーク３３と、ロータマグネット３４とを備える。すなわち、モータは、シャフト３１を有する。シャフト３１は、円柱状である。シャフト３１は、中心軸Ｃ１に沿って軸方向に沿って配置される。ロータヨーク３３は、ロータヨーク３３は、金属製である。

＜１．３．１ ロータヨーク３３の構成＞
ロータヨーク３３の詳細について新たな図面を参照して説明する。図６は、ロータヨークの斜視図である。図６に示すように、ロータヨーク３３は、ロータ天板部３３１と、ロータ筒部３３２とを備える。ロータ天板部３３１は、径方向に拡がっており、軸方向に見て円板状である。ロータ天板部３３１の中央には、軸方向に貫通する中央貫通孔３３３が形成される。また、ロータ天板部３３１には、軸方向に貫通する位置決め孔３３４が、複数、ここでは、４個備えられる。位置決め孔３３４は、インペラ４０の後述する第２ボス４１５が挿入される。

ロータ筒部３３２は、ロータ天板部３３１の径方向外縁から軸方向下側に延びる筒状である。ロータ筒部３３２は、インペラ４０の、後述する内側固定部４３に圧入により、固定される。中央貫通孔３３３には、連結部３２が挿入される。

＜１．３．２ 連結部３２の構成＞
連結部３２は、ロータ天板部３３１とシャフト３１とを連結し、固定する。連結部３２は、連結孔３２１と、ヨーク固定部３２２と、連結筒部３２３とを備える。連結筒部３２３は、軸方向に延びる筒状である。ヨーク固定部３２２は、連結筒部３２３の軸方向下端に配置される。連結孔３２１は、連結筒部３２３を軸方向に貫通する。

連結孔３２１には、シャフト３１の軸方向上端部が挿入される。シャフト３１の軸方向上端部は、連結孔３２１に圧入されて、連結部３２と固定される。ヨーク固定部３２２は、ロータヨーク３３の中央貫通孔３３３に挿入される。ヨーク固定部３２２は、円筒状の外面を有しており、中央貫通孔３３３の内面と接触して固定される。また、連結筒部３２３は、インペラ４０の後述する軸貫通孔４１４に挿入され、軸貫通孔４１４の内部に固定される。連結筒部３２３と軸貫通孔４１４の固定方法は、例えば、接着、溶着等を挙げることができるが、これに限定されない。

連結部３２は、シャフト３１とインペラ４０、シャフト３１とロータヨーク３３とを相互に固定する。すなわち、連結部３２によって、インペラ４０及びロータヨーク３３は、シャフト３１に固定される。つまり、インペラ４０は、シャフト３１に固定され、中心軸Ｃ１周りに回転可能である。

＜１．３．３ ロータマグネット３４の構成＞
ロータマグネット３４は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁された筒状である。ロータマグネット３４は、外周面がロータヨーク３３の内周面に接触しつつ、固定される。ロータマグネット３４は、磁性体粉を配合した樹脂により一体的に成型したものであってもよいし、複数のマグネットを周方向に並べて、樹脂等で固定して形成してもよい。ロータマグネット３４をロータヨーク３３に固定する固定方法としては、圧入、接着等を挙げることができるが、これに限定されない。マグネット３４がロータヨーク３３に対して、強固に固定できる方法を広く採用できる。

＜１．３．４ ロータ部３０の取り付け＞
軸受保持筒部１４に保持された第１軸受１４１及び第２軸受１４２を介して回転可能にシャフト３１が取付られる。そして、ロータマグネット３４が固定されたロータヨーク３３が、連結部３２を介してシャフト３１に固定される。この時、ロータマグネット３４の径方向内周面が、軸受保持筒部１４に固定されたステータ部２０のティース部２１２の径方向外側の面と間隙を介して径方向に対向する。ベース部１２、軸受保持筒部１４、ステータ部２０及びロータ部３０は、ロータ部３０が、ステータ部２０の径方向外側に配置される、いわゆる、アウターロータ型のＤＣブラシレスモータを構成する。なお、本実施形態において、ベース部１２は、ハウジング１０と一体に形成されているが、ベース部１２は、ハウジング１０と別部材で形成されてよい。この場合、別途組み立てられたモータを、ハウジング１０に取り付ける構成であってよい。

そして、ロータマグネット３４には、ステータ部２０のコイルに電流を流すことで発生する磁束によって引力又は斥力が発生する。ロータマグネット３４に発生する引力又は斥力で、ロータ部３０は、ステータ部２０に対して、中心軸Ｃ１周りに回転する。そして、ロータ部３０が回転することで、ロータ部３０に固定された、インペラ４０が中心軸Ｃ１周りに回転する。

＜１．４ インペラ４０の構成＞
インペラ４０の詳細について、新たな図面を参照して説明する。図７は、インペラの斜視図である。図８は、図７に示すインペラの下側から見た斜視図である。図９は、図７に示すインペラの平面図である。図１０は、図７に示すインペラの底面図である。

図７〜図１０に示すように、インペラ４０は、インペラハブ４１と、複数の羽根４２と、内側固定部４３とを備える。インペラ４０は、樹脂の射出成形にて形成される。

＜１．４．１ インペラハブ４１の構成＞
図３、図７、図８等に示すように、インペラハブ４１は、ハブ天板部４１１と、ハブ筒部４１２とを備える。ハブ天板部４１１は径方向に拡がる円板状である。ハブ筒部４１２は、ハブ天板部４１１の径方向外縁から軸方向下側に延びる筒状である。ハブ天板部４１１には、第１ボス４１３と、軸貫通孔４１４と、第２ボス４１５とを備える。軸貫通孔４１４は、ハブ天板部４１１の軸方向中央に配置され、ハブ天板部４１１を軸方向に貫通する貫通孔である。軸貫通孔４１４には、連結部３２の連結筒部３２３が挿入され、固定される。すなわち、軸貫通孔４１４には、連結筒部３２３を介してシャフト３１が固定される。つまり、インペラハブ４１は、シャフト３１に直接的又は間接的に固定される筒状である。

第１ボス４１３及び第２ボス４１５は、ハブ天板部４１１の軸方向下面から軸方向下側に突出する。第１ボス４１３及び第２ボス４１５は、ハブ天板部４１１と同一の部材で一体的に形成される。第１ボス４１３は、ここでは、４個設けられる。第１ボス４１３は、ロータヨーク３３の位置決め孔３３４が挿入される。これにより、ロータヨーク３３は、インペラハブ４１に対して周方向に位置決めされる。

また、第２ボス４１５の軸方向の長さは、第１ボス４１３の長さよりも短い。ロータヨーク３３のロータ天板部３３１の上面は、第２ボス４１５の軸方向下面と接触する。すなわち、ロータ天板部３３１の上面が、第２ボス４１５の軸方向下面と接触することで、ロータヨーク３３は、インペラハブ４１に対して軸方向に位置決めされる。

図７、図９に示すように、インペラハブ４１のハブ天板部４１１の上面には、複数のゲート痕４５が形成される。ゲート痕４５は、インペラハブ４１を樹脂の射出成形を行うときに、金型（不図示）に設けられた樹脂を注入する注入口（ゲート）に形成される痕である。ゲート痕４５は、４個備えられており、４個のゲート痕４５は、中心軸Ｃ１の周りに周方向等間隔をあけて配置される。

複数のゲートから金型に樹脂を注入すると、周方向の隣り合うゲートの周方向中央部で、樹脂のつなぎ目であるウェルドが形成される。すなわち、ウェルドは、周方向の隣り合うゲート痕４５の周方向中央部にウェルドが形成される。ウェルドの詳細については、後述する。

＜１．４．２ 羽根４２の構成＞
複数の羽根４２は、インペラハブ４１の外面に周方向に並設される。本実施形態においては、羽根４２はハブ部２１の外面上に周方向に所定周期に並設され、インペラハブ４１と一体成形される。羽根４２の上部は下部に対して回転方向Ｒｄ（図２参照）前方に配される。羽根４２の上部は下部に対して回転方向Ｒｄ前方に配される。

羽根４２のさらに詳細について、新たな図面を参照して説明する。図１１は、インペラハブに取り付けられた羽根を周方向に展開する状態を示す平面図である。

図１１に示すように、羽根４２の軸方向最も内側を最内周部４２０１、羽根４２の軸方向最も外側を最外周部４２０２とする。なお、図１１に示すように、最内周部４２０１は、インペラハブ４２の外面と同じ外径である。そして、径方向において、羽根４２の最内周部４２０１と最外周部４２０２との間を、第１中間周部４２０３及び第２中間周部４２０４としている。なお、第１中間周部４２０３及び第２中間周部４２０４は、最内周部３２０１と最外周部４２０２と等間隔をなす位置としている。すなわち、第１中間周部４２０３は、羽根４２を径方向に３等分する線の径方向内側である。また、第２中間周部４２０４は、羽根４２を径方向に３等分する線の径方向外側である。

図１１に示すように、羽根４２は、最内周部４２０１でインペラハブ４１と接続している。一方で、羽根４２の最内周部４２０１よりも径方向外側では、回転方向Ｒｄの前方側は、最内周部４２０１の回転方向Ｒｄの最前方部よりも前に位置する部分を有する。これらの部分は、径方向において、インペラハブ４１と接続しておらず、強度が低い。そのため、インペラ４０が回転するときに、回転方向Ｒｄの前方側が径方向外側に変形しやすい。また、羽根４２の回転方向Ｒｄの後方側の中心軸Ｃ１を含む平面で切断した断面の径方向の長さが短く、断面係数が小さくなる。そのため、羽根４２の回転方向Ｒｄの後方側もインペラ４０の回転による径方向外側に変形しやすい。さらには、羽根４２の回転方向Ｒｄの後方側は、インペラ４０の回転によって発生した気流が、剥離する部分であるため応力が大きくなる影響もうける。このことからも、羽根４２の回転方向Ｒｄの後方側は、径方向外側に変形しやすい。

羽根４２の回転時において、中心軸Ｃ１を含む断面で切断したときに、断面の径方向の長さが長いほど、断面係数が大きくなる。そして、羽根４２のインペラハブ４１と径方向に固定されている部分が径方向に変形しにくい。このことを利用して、羽根４２の形状を決定している。

羽根４２の径方向長さが大きい部分を決定する方法について図面を参照して説明する。図１２は、羽根の径方向の異なる位置の周方向断面を周方向に展開した周方向展開翼を重ねて表示した図である。

図１２は、羽根４２の最内周部４２０１、最外周部４２０２、第１中間周部４２０３及び第２中間周部４２０４における形状を、周方向に展開した図である。なお、図１１、図１２の展開図は、最内周部４２０１のインペラ４０の回転方向Ｒｄ上流側端部を基準としている。図１２に示すように、羽根４２の最内周部４２０１の形状の周方向に展開した形状を内側周方向展開翼４２１とする。同様に、羽根４２の最外周部４２０２の形状の周方向に展開した形状を外側周方向展開翼４２２、羽根４２の第１中間周部４２０３及び第２中間周部４２０４を第１中間周方向展開翼４２３及び第２中間周方向展開翼４２４とする。

羽根４２は、内側周方向展開翼４２１の回転方向Ｒｄの最前方の部分よりも回転方向Ｒｄの後方側で、インペラハブ４１と接続している。そして、内側周方向展開翼４２１、外側周方向展開翼４２２、第１中間周方向展開翼４２３及び第２中間周方向展開翼４２４がいずれも径方向に重なる部分が、羽根４２の径方向幅が広い、すなわち、変形しにくい。そこで、羽根４２の内側周方向展開翼４２１、外側周方向展開翼４２２、第１中間周方向展開翼４２３及び第２中間周方向展開翼４２４がいずれも重なる部分を、第１部分４２５とする。そして、周方向展開図を重ね合わせて設定した第１部分４２５を展開図から周方向に戻すことで、羽根４２の第１部分４２５を決定する（図２、図１１等参照）。なお、図２、図１１において、第１部分４２５の回転方向の両端を破線で示す。

そして、羽根４２において、第１部分４２５は、回転時の径方向外側に変形しにくい。図２に示すように、インペラ４０をハウジング１０の風洞部１１内に収納したとき、羽根４２の第１部分４２５の径方向最も外側の部分（最外径部）と風洞部１１の内面との間隙Ｇｐ１は、第１部分４２５の回転方向前方側の最外径部と風洞部の内面との隙間Ｇｐ２よりも小さい。また、間隙Ｇｐ１は、第１部分４２５の回転方向後方側の最外径部と風洞部の内面との隙間Ｇｐ３よりも小さい。すなわち、羽根４２の最外径部は、第１部分４２５の少なくとも一部において、風洞部１１の内面との距離が最短である。

そして、第１部分４２５よりも回転方向前方側に向かって、羽根４２の最外径部と風洞部１１の内面との距離が徐々に長くなる。同様に、第１部分４２５よりも回転方向後方側に向かって、羽根４２の最外径部と風洞部１１の内面との距離が徐々に長くなる。

このように構成することで、インペラ４０が回転する際に、インペラ４０の羽根４２の径方向外縁と風洞部１１の内面との間隙を最適化することができ、インペラ４０の回転による送風効率を高めることが可能である。なお、羽根４２の回転方向後方側は、気流が剥離する部分であるため、他の部分に比べて大きな応力が作用する。そのため、羽根４２の最外径部の回転方向後方側の端部において、最外径部と風洞部１１の内面との径方向距離が最長であることが好ましい。

図２に示すように、羽根４２を軸方向に見たときの第１部分４２５の面積は、第１部分４２５よりも回転方向前側の部分４２６の面積及び回転方向後側の部分４２７の和よりも小さく形成される。このように形成することで、羽根４２の最外径部と風洞部１１の内面との間隙をより最適に調整可能である。

なお、本実施形態では、羽根４２の径方向の中間部分の形状として、２箇所（第１中間周部４２０３及び第２中間周部４２０４）を採用しているが、これに限定されない。少なくとも、１か所であればよく、３か所以上であってもよい。また、第１部分４２５における、羽根４２の最外径部と風洞部１１との内面との径方向距離が最短となる部分の周方向長さは、外側周方向展開翼４２２の周方向長さの半分よりも大きいことが好ましい。

＜１．４．３ 内側固定部４３の構成＞
内側固定部４３の詳細について新たな図面を参照して説明する。図１３は、内側固定部の配置を示す概略底面図である。図８、図１０、図１３に示すように、内側固定部４３は、ハブ筒部４１２の径方向内側に配置される。内側固定部４３は、それぞれ、周方向に並んだ壁部４３０を備える。壁部４３０は、ハブ天板部４１１の下面から軸方向下側に延びる。なお、壁部４３０は、ハブ天板部４１１と一体成形で形成される。また、内側固定部４３は、軸方向に延びる筒状であってもよい。

壁部４３０は、４個の第１壁部４３１と、４個の第２壁部４３２とを備える。第１壁部４３１は径方向内面に、中心軸からの距離が、第1壁部４３１の径方向内面の他の部分よりも短い厚肉部４３３を有する。４個の第１壁部４３１は、周方向に等間隔に配列される。ロータ筒部３３２は、内側固定部４３、すなわち、壁部４３０と接触して圧入される。図１３に示すように、厚肉部４３３の径方向内側の面が、ロータ筒部３３２の外面が接触する。ロータ筒部３３は、厚肉部４３３と接触して圧入される。厚肉部４３３は、周方向中央部から周方向外側に向かうにつれて、中心軸Ｃ１からの距離が連続的に増加する。

また、第２壁部４３２は、周方向において、隣り合う第１壁部４３１の間に配置される。なお、４個の第２壁部４３２も周方向に等間隔に配列される。すなわち、周方向において、第１壁部４３１と第２壁部４３２とが交互に、且つ、互いに等間隔をなして配置される。

第２壁部４３２の径方向内面には、周方向の中央部分に、ウェルド４３４が形成される。ウェルド４３４は、異なる方向から流入した樹脂の接合部分であるため、他の部分に比べて強度が低い。そのため、ロータ筒部３３２を内側固定部４３、すなわち、壁部４３０に圧入するときに、第２壁部４３２の内面は、圧入時又はインペラ４０の回転時に、ウェルド４３４に応力が集中するのを抑制するため、ロータ筒部３３２の外面と間隙を介して対向する。

内側固定部４３において、径方向内面にウェルド４３４が形成される部分は、ロータ筒部３３２の外面と径方向に間隙を介して対向する第１領域４３０１となる。また、ロータ筒部３３２の外面が接触する部分は第２領域４３０２となる。

ウェルド４３４は、隣り合うゲート痕４５の中央部に形成される。そして、第２領域４３０２は、周方向において第１領域４３０１の間に配置される。そのため、第２領域４３０２は、周方向に隣り合うウェルド４３４の間の領域に配置される。すなわち、ロータ筒部３３２の外面の少なくとも一部は、ゲート痕４５と周方向一方側に隣接するゲート痕４５との中央部と、ゲート痕４５と周方向他方側に隣接するゲート痕４５との中央部との間の領域に位置する内側固定部４３（４３０１）の内面と接触する。また、第１壁部４３１は、ゲート痕４５と中心軸Ｃ１とを結ぶ仮想線ＶＬ上に位置する（図３、図１３等参照）。

図３、図８、図１０に示すように、径方向において、ハブ筒部４１２と壁部４３０との間には、軸方向下端部から軸方向上側に凹む凹部４６を備える。そして、壁部４３０は、ハブ筒部４１２の径方向内面とは、凹部４６に配置された接続部４４にて接続される。接続部４４は、軸方向に延びる。凹部４６の軸方向の長さは、インペラハブ４１の軸方向長さよりも短い。

図１０に示すように、第１壁部４３１の周方向の両端は、接続部４４にてハブ筒部４１２に接続される。そして、第１壁部４３１の周方向の中央部が厚肉部になっている。第１壁部４３１の周方向中央部とハブ筒部４１２とは凹部４６を介して径方向に対向する。このように形成されていることで、第１壁部４３１は、たわむことが可能となる。これにより、ロータ筒部３３２を圧入するときの応力を分散することが可能である。また、第１壁部４３１は樹脂であり、ロータ筒部３３２は、金属製である。そのため、第１壁部４３１及びロータ筒部３３２の温度が上昇すると、第１壁部４３１はロータ筒部３３２よりも熱膨張が大きくなる。第１壁部４３１の周方向中央部の径方向外側とハブ筒部４１２との間に凹部４６を備えていることで、第１壁部４３１が径方向外側に変形する。これにより、第１壁部４３１とロータ筒部３３２の接触部分での熱膨張差が発生しても、応力の上昇を抑制する。

また、第２壁部４３２の周方向の中央部の径方向外側は、ハブ筒部４１２の径方向内面と接続部４４で接続される。第２壁部４３２は、１つの接続部４４で接続されている。また、上述のとおり、第２壁部４３２の周方向の中央部にはウェルド４３４が形成される。ウェルド４３４が形成される部分で接続部４４を介して、ハブ筒部４１４の径方向内面に接続されることで、ウェルド４３４が形成される部分の強度を高めることができる。また、第２壁部４３２とロータ筒部３３２との熱膨張差が発生した場合でも、第２壁部４３２とロータ筒部３３２とが径方向に間隙を介して配置されるので、応力の上昇が抑制される。

以上の構成を用いることで、インペラハブ４１にロータヨーク３３を圧入したときよりも軸流ファンＡを駆動するときに、内側固定部４３（壁部４３０）及びロータ筒部３３２の温度が上昇しても、内側固定部４３（壁部４３０）の応力の増加を抑制できる。これにより、製造時（圧入時）と駆動時との温度変化による内部応力の変動を抑制し、インペラ４０を安定して回転させることが可能である。

（第２実施形態）
本発明にかかる軸流ファンの他の例について図面を参照して説明する。図１４は、本発明にかかる軸流ファンの他の例に用いられるインペラの縦断面図である。図１５は、図１４に示すインペラに備えられる第１壁部の概略底面図である。なお、第２実施形態の軸流ファンは、インペラ４０Ｂの構成が異なる以外は、第１実施形態に記載の軸流ファンＡと同じ構成を有する。そのため、第２実施形態では、インペラ４０Ｂ以外の詳細な記載を省略する。

図１４に示すように、インペラ４０Ｂは、第１実施形態におけるインペラ４０の壁部４３０を壁部４７に替えた構成を有する。壁部４７は、第１壁部４７１と、第２壁部４７２とを備える。なお、第２壁部４７２は、インペラ４０の第２壁部４３２と実質上同じ構成である。すなわち、第２壁部４７２は、ロータ筒部３３２と径方向に間隙を介して対向する。

図１４、図１５に示すように、第１壁部４７１は、径方向内面の周方向中央部に径方向内側に突出するリブ４７３を備える。第１壁部４７１において、リブ４７３が厚肉部である。そのため、インペラ４０Ｂのインペラハブ４１にロータヨーク３３を圧入したとき、ロータ筒部３３２の径方向外面は、リブ４７３の径方向内面と接触する。

また、図１４に示すように、リブ４７３とロータ天板部３３１の軸方向下面との間には、間隙が備えられる。そして、ハブ天板部４１１のリブ４７３と軸方向に対向する領域には、軸方向に貫通する貫通孔４８が備えられる。

リブ４７３の上端とロータ天板部３３１との間に間隙を設けることで、ロータヨーク３３をインペラハブ４１に圧入したとき、インペラハブ４１のハブ筒部４１２に圧入応力が伝達されにくくなる。これにより、インペラハブ４１の変形を抑制できる。

また、貫通孔４８を設けることで、リブ４７３とロータ天板部３３１との間隙を樹脂の射出成形で形成する場合に、軸方向に引き抜く入れ子（金型）で形成可能である。そのため、金型の構成を簡単にすることが可能である。

これ以外の特徴については、第１実施形態と同じである。

（第３実施形態）
本発明にかかる軸流ファンの他の例について図面を参照して説明する。図１６は、本発明にかかる軸流ファンの他の例に用いられるインペラの底面図である。なお、第３実施形態の軸流ファンは、インペラ４０Ｃの構成が異なる以外は、第１実施形態に記載の軸流ファンＡと同じ構成を有する。そのため、第３実施形態では、インペラ４０Ｃ以外の詳細な記載を省略する。

図１６に示すように、インペラ４０Ｃは、インペラ４０の内側固定部４３を内側固定部４９に替えた構成を有する。内側固定部４９は、第１突出部４９１と、第２突出部４９２とを備える。第１突出部４９１及び第２突出部４９２は、ハブ筒部４１２の径方向内面から径方向内側に突出する。第２突出部４９２は、第１突出部４９１よりも径方向内側に突出する。これにより、インペラハブ４１にロータヨーク３３を圧入したときに、ロータ筒部３３２の径方向外面は、第２突出部４９２の径方向内面と接触する。

そして、図１６に示すように、第１突出部４９１の径方向内面に、ウェルド４９４が形成される。また、第２突出部４９２は、ゲート痕４５の径方向外側に配置される。さらに説明すると、第２突出部４９２は、中心軸Ｃ１とゲート痕４５とを結ぶ仮想線ＶＬ上位置する。

このように形成することで、圧入時の応力が作用しない、第１突出部４９１にウェルド４９４が形成される。また、強度が高くなるゲート痕４５の近傍に、ロータ筒部３３２と接触する第２突出部４９２を配置している。そのため、ロータヨーク３３をインペラハブ４１に圧入するときの変形を抑制できる。第１突出部４９１は、ロータ筒部３３２の径方向外面と間隙を介して対向する第１領域４９０１を含む。また、第２突出部４９２は、ロータ筒部３３２の径方向外面と径方向に接触する第２領域４９０２を含む。

これ以外の特徴については、第１実施形態と同じである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。

本発明にかかる軸流ファンＡの一例は、上下に延びる中心軸Ｃ１に沿って配置されるシャフト３１を有するモータと、シャフト３１に固定され、中心軸周りに回転可能なインペラ４０と、インペラ４０の径方向外側に配置され、軸方向に延びる筒状のハウジング１０と、を備える。インペラ４０は、シャフト３１に直接的又は間接的に固定される筒状のインペラハブ４１と、インペラハブ４１の外面において、周方向に配置される複数の羽根４２と、を備える。そして、羽根４２は、羽根４２とインペラハブ４１の外面との取付部の形状を周方向に展開した形状である内側周方向展開翼４２１と、羽根４２の最外径部における形状を周方向に展開した形状である外側周方向展開翼４２２と、取付部と羽根４２の最外径部との径方向中間部分における形状を周方向に展開した形状である中間周方向展開翼４２３、４２４とを重ねて表示したときに、内側周方向展開翼４２１と、外側周方向展開翼４２２と、中間周方向展開翼４２３とが、径方向に重なる第１部分４２５を有し、羽根４２の最外径部は、第１部分４２５の少なくとも一部でハウジング１０の内面との径方向距離が最短になる。

このように構成することで、遠心力で羽根４２が変形したときに、羽根４２とハウジング１１との隙間を適切範囲に納めることが可能である。これにより、遠心力で羽根４２が変形したときでも、送風効率の低下を抑制できる。

上記構成において、羽根４２の第１部分４２５よりも回転方向Ｒｄ前方側は、第１部分４２５よりも回転方向Ｒｄ後方側に比べて、羽根４２の最外径部とハウジング１１の内面との径方向距離が長い。

このように構成することで、遠心力で変形しやすい部分の隙間を長くすることで、遠心力が作用したときでも、羽根３２とハウジング１１との隙間を適切な隙間とできる。これのより、疎風向率の低下を抑制できる。

上記構成において、羽根４２は、回転方向Ｒｄ前方側に向かって、羽根４２の最外径部とハウジング１０の内面との径方向距離が徐々に長くなる。このように構成することで、急激に隙間が大きくなる部分を形成しないようにすることで、翼面の圧力の急激な変動を抑制できる。

上記構成において、羽根４２の第１部分４２５よりも回転方向Ｒｄ後方側は、第１部分４２５よりも回転方向Ｒｄ前方側に比べてハウジング１０の内面との径方向距離が長い。このように構成することで、遠心力で変形しやすい部分の隙間を大きくすることで、遠心力が作用したときでも、羽根４２とハウジング１０との隙間を適切な隙間とできる。これにより、送風効率の低下を抑制できる。

上記構成において、羽根４２は、回転方向Ｒｄ後方側に向かって、羽根４２の最外径部とハウジング１０の内面との径方向距離が徐々に長くなる。このように構成することで、急激に隙間が大きくなる部分を形成しないようにすることで、翼面の圧力の急激な変動を抑制できる。

上記構成において、羽根４２は、回転方向Ｒｄ後方側の端部において、羽根４２の最外径部とハウジング１０の内面との径方向距離が最長である。このように構成することで、羽根４２の後方側の端部は、空気が剥離する部分であり、剥離による振動が発生する場合がある。そのような場合でも、隙間を適切な範囲に保つことができ、送風効率の低下を抑制できる。

上記構成において、羽根４２の軸投影面積は、内側周方向展開翼、外側周方向展開翼及び中間周方向展開翼の少なくとも一つが径方向に重ならない部分４２６及び４２７の和が第１部分４２５よりも広い。これにより、遠心力が作用している状態における羽根４２とハウジング１０との隙間をより適切な範囲に納めることが可能であり、送風効率の低下を抑制できる。

上記構成において、外側周方向展開翼４２２において、羽根４２の最外径部とハウジング１０の内面との径方向距離が最短となる領域の周方向長さは、外側周方向展開翼４２２の周方向長さの１／２以上である。このように構成することで、ハウジング１０との距離が短い領域を長くすることで、送風効率が向上する。

本発明の軸流ファンは、電気機器の冷却等に用いる送風装置等に用いることができる。

Ａ〜Ｂ・・・軸流ファン、１０・・・ハウジング、１１・・・風洞部、１２・・・ベース部、１２０・・・ベース貫通孔、１２１・・・筒保持部、１３・・・静翼、１４・・・軸受保持筒部、１４１・・・第１軸受、１４２・・・第２軸受、１５・・・フランジ部、１５１・・・取付孔、１６・・・吸気口、１７・・・排気口、２０・・・ステータ部、２１・・・ステータコア、２１１・・・コアバック部、２１２・・・ティース部、２２・・・インシュレータ、２３・・・コイル、３０・・・ロータ部、３１・・・シャフト、３２・・・連結部、３２１・・・連結孔、３２２・・・ヨーク固定部、３２３・・・連結筒部、３３・・・ロータヨーク、３３１・・・ロータ天板部、３３２・・・ロータ筒部、３３３・・・中央貫通孔、３３４・・・位置決め孔、３４・・・ロータマグマグネット、４０・・・インペラ、４１・・・インペラハブ、４１１・・・ハブ天板部、４１２・・・ハブ筒部、４１３・・・第１ボス、４１４・・・軸貫通孔、４１５・・・第２ボス、４２・・・羽根、４２０１・・・最内周部、４２０２・・・最外周部、４２０３・・・第１中間周部、４２０４・・・第２中間周部、４２１・・・内側周方向展開翼、４２２・・・外側周方向展開翼、４２３・・・第１中央周方向展開翼、４２４・・・第２中央周方向展開翼、４２５・・・第１部分、４３・・・内側固定部、４３０・・・壁部、４３０１・・・第１領域、４３０２・・・第２領域、４３１・・・第１壁部、４３２・・・第２壁部、４３３・・・厚肉部、４３４・・・ウェルド、４４・・・接続部、４５・・・ゲート痕、４６・・・凹部、４７・・・壁部、４７１・・・第１壁部、４７２・・・第２壁部、４７３・・・リブ（厚肉部）、４８・・・貫通孔、４９・・・内側固定部、４９０１・・・第１領域、４９０２・・・第２領域、４９１・・・第１突出部、４９２・・・第２突出部、４９４・・・ウェルド

Claims (8)

1. 上下に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトを有するモータと、
   前記シャフトに固定され、中心軸周りに回転可能なインペラと、
   前記インペラの径方向外側に配置され、軸方向に延びる筒状のハウジングと、
   を備え、
   前記インペラは、
   前記シャフトに直接的又は間接的に固定される筒状のインペラハブと、
   前記インペラハブの外面において、周方向に配置される複数の羽根と、
   を備え、
   前記羽根は、
   前記羽根と前記インペラハブの外面との取付部の形状を周方向に展開した形状である内側周方向展開翼と、前記羽根の最外径部における形状を周方向に展開した形状である外側周方向展開翼と、前記取付部と前記羽根の最外径部との径方向中間部分における形状を周方向に展開した形状である中間周方向展開翼とを重ねて表示したときに、前記内側周方向展開翼と、前記外側周方向展開翼と、前記中間周方向展開翼とが、径方向に重なる第１部分を有し、
   前記羽根の最外径部は、前記第１部分の少なくとも一部で前記ハウジングの内面との径方向距離が最短になる軸流ファン。
2. 前記羽根の前記第１部分よりも回転方向前方側は、前記第１部分よりも回転方向後方側に比べて、前記羽根の最外径部と前記ハウジングの内面との径方向距離が長い請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記羽根は、前記回転方向前方側に向かって、前記羽根の最外径部と前記ハウジングの内面との径方向距離が徐々に長くなる請求項２に記載の軸流ファン。
4. 前記羽根の前記第１部分よりも回転方向後方側は、前記第１部分よりも前記回転方向前方側に比べて前記ハウジングの内面との径方向距離が長い請求項１から請求項３のいずれかに記載の軸流ファン。
5. 前記羽根は、前記回転方向後方側に向かって、前記羽根の最外径部と前記ハウジングの内面との径方向距離が徐々に長くなる請求項４に記載の軸流ファン。
6. 前記羽根は、回転方向後方側の端部において、前記羽根の最外径部と前記ハウジングの内面との径方向距離が最長である請求項４または請求項５のいずれかに記載の軸流ファン。
7. 前記羽根の軸投影面積は、
   前記内側周方向展開翼、前記外側周方向展開翼及び中間周方向展開翼の少なくとも一つが径方向に重ならない部分が前記第１部分よりも広い請求項１から請求項６のいずれかに記載の軸流ファン。
8. 前記外側周方向展開翼において、前記羽根の最外径部と前記ハウジングの内面との径方向距離が最短となる領域の周方向長さは、前記外側周方向展開翼の周方向長さの１／２以上である、請求項１から請求項７のいずれかに記載の軸流ファン。

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