(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1で開示されている構造では、ボス部の内部に固着介在部を一体に形成しているため、固着介在部の半径方向の寸法が限定され、羽根部(インペラ)を射出成型した際に固着介在部の周辺およびハブに樹脂ヒケが発生し、シャフトとハブの上面との直角度が悪化して、ロータ全体の回転バランスが悪くなる虞がある。また、固着介在部はボス部の内部に位置しているため、固着介在部を大きくすると、射出成型時の樹脂流れが悪くなる問題がある。
【0005】
このような背景において、本発明は、モータ一体型の送風機におけるシャフトとハブを強固に結合する構造において、シャフトの直角度が確保でき、またハブを構成する樹脂の射出成型時における流れが悪化しない構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の発明は、樹脂により構成された略有底円筒形状のハブと、前記ハブの外周に配置された羽根と、前記ハブの底部に取り付けられたシャフトと、
前記ハブに埋設され、前記ハブの底部を補強する
金属製の補強板とを備え、前記補強板には、前記シャフトが結合し、前記補強板には、前記ハブを構成する樹脂が充填された貫通孔が設けられていることを特徴とする送風機である。
【0007】
請求項1に記載の発明によれば、補強板によりシャフトの直角度が確保される。また、樹脂を原料として射出成形によりハブを形成する際に、流動する樹脂が貫通孔を介して補強板の裏側に移動するので、補強板を大きくしても射出成形時における樹脂の流れが悪くなる問題が解決される。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記ハブの前記底部における中心の部分には、径方向外側よりも軸方向における厚みの寸法が大きいボス部が設けられており、径方向において、前記補強板が前記ボス部の外側にまで延在していることを特徴とする。
【0009】
請求項2に記載の発明によれば、軸方向から見て、ハブの外側にまで補強板が延在するので、補強板によるハブの底部を補強する効果がより強く得られる。また、補強板を大きくしても、補強板には、貫通孔が設けられているので、ハブの形成時に樹脂の流れが悪くなる問題は生じない。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記補強板の一方の面が、前記ハブの外側または内側に露出していることを特徴とする。請求項3に記載の発明によれば、樹脂を原料とした射出成形工程において、ハブを形成するための金型の内面に補強板の片面を接触させることができる。このため、補強板と結合したシャフトのハブに対する直角度を確保し易く、またその精度を高くできる。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれいか一項に記載の発明において、軸方向から見て、前記貫通孔の位置が前記ハブを形成する際の射出ゲート
のゲート痕と一致していることを特徴とする。請求項4に記載の発明によれば、金型内に射出された樹脂が貫通孔に逃げるので、補強板に加わる樹脂の射出圧が抑えられ、射出成形時における補強板の変形や金型内での移動が抑えられる。また、金型内に射出した樹脂が補強板の貫通孔に到達し易いので、樹脂を射出する側から見て補強板の裏側になる部分への樹脂のまわりをより良好にすることができる。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発明において、前記貫通孔は複数設けられており、軸方向から見て、前記複数の貫通孔は、前記シャフトの回転中心に対して点対称な位置に設けられていることを特徴とする。請求項5に記載の発明によれば、回転時の良好な重量バランスを得ることができる。
【0013】
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発明において、軸方向から見て、前記補強板は、前記シャフトの回転中心に対して点対称な形状であることを特徴とする。請求項6に記載の発明によれば、回転時の良好な重量バランスを得ることができる。
【0014】
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の発明において、前記補強板には、前記シャフトが嵌合する軸方向に延在する円筒部が設けられていることを特徴とする。請求項7に記載の発明によれば、補強板がシャフトを軸方向で支える部分の寸法を長く確保でき、補強板とシャフトの嵌合部分の面積がより広くなる。このため、補強板に対するシャフトの直角度がより確保し易く、また補強板とシャフトの結合強度をより高くできる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、モータ一体型の送風機におけるシャフトとハブを強固に結合する構造において、シャフトの直角度が確保でき、またハブを構成する樹脂の射出成型時における流れが悪化しない構造が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0017】
1.第1の実施形態
(構成)
図1には、実施形態の軸流送風機100の軸に垂直な方向から見た断面図が示されている。
図2には、
図1の軸流送風機100が備えるロータ125を構成する部材を軸方向から見た上面図(A)と、軸に垂直な方向から見た断面図(B)が示されている。なお、
図2(A)は、
図2(B)の上の方向から見た様子が示されている。
【0018】
軸流送風機100は、ケーシング101を備えている。ケーシング101は、略円筒形状を有し、その内側にロータ125が回転自在な状態で配置されている。ケーシング101は、軸中心の方向に向かって延在した支柱であるモータベース支持部材102によってモータベース103を保持し、モータベース103は、軸方向に向かって延在した略筒形状を有した軸受ハウジング104を備えている。ケーシング101、モータベース支持部材102、モータベース103および軸受ハウジング104は、樹脂を原料とした一体成形品により構成されている。
【0019】
軸受ハウジング104の外周には、ステータコア105が固定されている。ステータコア105は、鋼板を積層したもので構成され、軸方向から見て放射状に複数が配置された複数の突極(図示省略)を備えている。詳しい説明は省略するが、ステータコア105の形状は、一般的なアウターロータ型のブラシレスモータのステータコアと同じである。ステータコア105には、樹脂製のインシュレータ106が装着されている。インシュレータ106を介して、ステータコア105の複数の突極のそれぞれにステータコイル(駆動コイル)107が巻回されている。ステータコア105、インシュレータ106およびステータコイル107によって、アウターロータ型のモータのステータ108が構成されている。なお、インシュレータ106には、金属製の端子ピン109が埋め込まれている。この端子ピン109には、ステータコイル107を構成する巻線の端部が絡げ接続され、また端子ピン109の先端は、回路基板110に接続されている。回路基板110には、ステータコイル107に駆動電流を流すための駆動回路が形成されている。
【0020】
軸受ハウジング104の内側には、軸受111および112が取り付けられている。軸受111および112は、回転する軸部材であるシャフト113を回転自在な状態で保持している。軸受111,112は、滑り軸受または転がり軸受であり、シャフト113の回転に伴う摩擦を軽減するための潤滑剤が保持されている。シャフト113は、略円柱形状の金属製であり、その上部には樹脂製のハブ117が固定されている。ハブ117は、略有底円筒形状を有し、ボス部119、円板部120および円筒部121により構成されている。ここで、ボス部119および円板部120が略有底円筒形状の底部を構成し、円筒部が略有底円筒形状の円筒部を構成する。
【0021】
ボス部119は、略有底円筒形状のハブ117の底部の径方向において、外側の円板部120よりも軸方向における厚みの寸法が大きい部分である。円板部120は、ボス部119の外側(軸中心から離れる側)の部分であり、厚みが一様で平たい略円環形状を有している。円筒部121は、円板部120の外縁から軸方向に延在する略円筒形状の部分であり、その外周に羽根118が一体に形成されている。シャフト113、ハブ117、ハブ117に埋め込まれた後述する補強板115、および羽根118によりインペラ(羽根車)122が構成されている。
【0022】
ハブ117の内部には、補強板115が埋め込まれている。
図3(A)には、補強板115を軸方向から見た上面図が示され、
図3(B)には、補強版115を軸に垂直な方向から見た断面図が示されている。補強版115は、金属製の略円板形状を有し、その外径は、ボス部119の外径よりも大きい。つまり、径方向において、補強板115の外縁がボス部119の外側にまで延在する構造を有している。補強板115の中心には、シャフト113が嵌合する嵌合孔115aが形成され、嵌合孔115a周囲の円周上の6箇所には、貫通孔115bが形成されている。6個の貫通孔115bは、回転中心に対して点対称な位置に配置されている。なお、貫通孔115bの数は、複数であることが好ましいが、その数は6個に限定されない。
【0023】
嵌合孔115aにシャフト113が嵌合した状態において、樹脂を原料とした射出成形法により、ハブ117がシャフト113および補強板115と一体化された状態で形成されている。ハブ117は、以下のようにして作製される。まず、補強板115の嵌合孔115aにシャフト113を嵌合させた状態のものを金型内に配置する。そして、この金型内に加熱し流動化させた樹脂を射出することで、ハブ117およびハブ117と一体化した羽根118が形成される(つまり、インペラ122が形成される)。この際、貫通孔115bは、樹脂が通過する経路として機能する。また、ハブ117が形成された段階で、ハブ117を構成する樹脂が貫通孔115bに充填され、シャフト113と補強板115の結合部分および補強板115が樹脂で覆われた構造が得られる。
【0024】
また、この例では、6箇所ある貫通孔115bのうち、
図3の符合126により示される3箇所の貫通孔115bの部分が射出ゲートとして利用され、
図3(b)の上の方向から射出ゲート126を介して、樹脂が金型内に注入される。
【0025】
ボス部119と軸受112の間には、シャフト113の軸方向におけるガタを吸収するためのスプリング116が配置されている。ハブ117の円筒部121の内側には、肉厚の薄い鋼板により構成された円筒形状のロータヨーク123が配置され、ロータヨーク123の内側には、円筒形状(リング形状)のロータマグネット124が配置されている。ロータマグネット124は、その内周面に周方向に沿って複数の磁極が設けられ、軸中心に面する磁極の極性が交互に反転する状態で配置されている。ロータマグネット124の内周とステータ108の外周とは、僅かな隙間を隔てて対向している。インペラ122、ロータヨーク123およびロータマグネット124により、ロータ125が構成されている。
【0026】
以上述べたように、軸流送風機100は、アウターロータ型のブラシレスモータのロータ部分に軸流ファンの羽根を備えた構造を有している。すなわち、軸流送風機100は、モータベース103の軸受ハウジング104に固定されたステータ108の回りをロータ125が回転する。ロータ125において、シャフト113に樹脂性のハブ117が固定され、ハブ117は、シャフト113に嵌合した補強板115によって内側から補強されている。また、ハブ117の外周に羽根118が配置されている。ハブ117の内側には、ロータマグネット124が取り付けられ、ステータ108の側に配置された駆動コイルであるステータコイル107に流される駆動電流の極性が切り替えられることで、ステータコイル107とロータマグネット124との間で作用する磁気吸引力と磁気反発力が切り替わり、ロータ125がシャフト113を軸として回転する。ロータ125が回転することで、羽根118が回転し、軸方向への空気の動き(軸流)が生じる。
【0027】
(優位性)
補強板115の嵌合孔115aにシャフト113が嵌合され、補強板115の外径がボス部119の外径よりも大きいので、ハブ117に対するシャフト113の直角度が良好に保たれる。また、補強板115がハブ117の中心部分の芯となるので、シャフト113付近におけるハブ117の剛性が高くなる。また、ハブ117のシャフト113付近の剛性が向上するので、ハブ117の軸方向における厚みを薄くでき、樹脂成型後のヒケや熱収縮を抑制できる。
【0028】
補強板115に貫通孔115bが設けられているので、補強板115の外径が大きくても、樹脂の射出が行なわれる側から見て、補強板115の裏側まで樹脂が回りこみ易い。このため、射出成形時に樹脂の充填不良が発生し難く、ハブ117の均質性が確保される。仮に、貫通孔115bが設けられていない場合、樹脂の注入口から見て補強板115の背後となる部分に回りこむ樹脂の移動経路が長くなり、樹脂の充填不良が発生する可能性が増大する。
【0029】
補強板115の貫通穴115bに樹脂の注入口となる射出ゲートを位置させることで、樹脂の射出圧が補強板に直接加わることが防止され、射出成形時における補強板115の変形を防止でき、射出成形時における樹脂の射出圧によってシャフトの直角度が悪化する問題が抑えられる。
【0030】
2.第2の実施形態
図4には、ロータを構成する部材の軸方向から見た上面図(A)、軸に垂直な方向から見た断面図(B)、および射出成形型を用いての形成の状態を示す断面図(C)が示されている。なお、
図4(A)は、
図4(B)の上の方向から見た様子が示されている。
【0031】
この例では、ハブ117における補強板115の位置が
図1および
図2の場合と異なり、補強板115の片面(
図4(B)の上面)が、ハブ117の軸方向外側の面で露出している。この構造は、
図4(C)に示す状態で作製される。
図4(C)には、金型410,402が示されている。金型401と402を組み合すことで、ハブ117およびハブ117と一体となる羽根118(つまりインペラ122)を構成するキャビティー403を有する金型404が構成される。
【0032】
この例の場合、図におけるシャフト113の上端部が補強板115の中心に嵌合させられる。そして、
図4(C)に示すように、シャフト113と補強板115を一体化した部材をキャビティー403の金型401の面に当接させた状態において、軸方向から見て補強板115に形成された貫通孔115bの位置を射出ゲート126として射出ノズル405からキャビティー403内に樹脂を射出し、
図4(B)に示す部材を得る。
【0033】
図4に示す構造は、補強板115を金型面に当接してセットすることが可能であり、その状態で射出成形を行なえる。このため、シャフト113の直角度をより向上させることができる。
【0034】
3.第3の実施形態
図5には、他のロータを構成する部材の軸方向から見た下面図(A)、軸に垂直な方向から見た断面図(B)、および射出成形型を用いての形成の状態を示す断面図(C)が示されている。なお、
図5(A)は、
図5(B)の下の方向から見た様子が示されている。また、
図5(A)には、ボス部119の外縁部において放射状に形成された複数の梁部119aが示されている。梁部119aは、ボス部119の強度を確保し、且つ、射出成形時にボス部119において発生する応力を緩和するために設けられている。
【0035】
この例では、ハブ117における補強板115の位置が
図1および
図2の場合と異なり、補強板115の片面(
図5(B)の下面)が、ハブ117の軸方向内側の面(ステータ側の面)で露出している。この構造は、
図5(C)に示す状態で作製される。
図5(C)には、金型401,402が示されている。金型401と402を組み合すことで、ハブ117およびハブ117と一体となる羽根118(つまりインペラ)を構成するキャビティー403を有する金型404が構成される。
【0036】
この例の場合、補強板115の下面がキャビティー403の金型402の面に接触する位置関係になるように、シャフト113の端部近くに補強板115が嵌合させられる。そして、
図5(C)に示すように、補強板115をキャビティー403の金型402の面に当接させた状態において、軸方向から見て補強板115に形成された貫通孔115bの位置を射出ゲート126として射出ノズル405からキャビティー403内に樹脂を射出し、
図5(B)に示す部材を得る。
【0037】
図5に示す構造は、補強板115を金型面に当接してセットすることが可能であり、その状態で射出成形を行なえる。このため、シャフト113の直角度をより向上させることができる。
【0038】
4.変形例1
図6には、補強板の他の例を示す軸方向から見た上面図(A)、および軸に垂直な方向から見た断面図(B)が示されている。
図6には、補強板601が示されている。補強板601は、軸方向から見て正六角形の形状を有している。補強板601の中心には、シャフトが嵌合する嵌合孔601aが設けられ、嵌合孔601aの周囲の円周上の6箇所には、矩形の貫通孔601bが設けられている。貫通孔601bは、貫通孔115bに対応する。6個の貫通孔601bは、回転時における重量バランスを確保するために、回転中心である貫通孔601bに対して、点対称な位置に配置されている。ここでは、補強板601を正六角形とする例を示したが、正五角形や正八角形等の多角形状とすることも可能である。また、正多角形の形状でなくても、回転時の重量バランスが確保できる形状、すなわちシャフトの回転中心(嵌合孔601aの中心)に対して点対称な形状であれば採用することができる。また、貫通孔も矩形に限定されず、多角形状や星型形状等が可能である。
【0039】
5.変形例2
図7には、補強板の他の例を示す軸方向から見た上面図(A)、および軸に垂直な方向から見た断面図(B)が示されている。
図7には、補強板701が示されている。補強板701が補強板115と異なるのは、シャフトが嵌合する嵌合孔701aの部分が軸方向に延在した円筒部701cとされ、シャフトとの接触面積が大きく確保されている点にある。この構造によれば、補強板105に対する垂直度の確保がより確実となり、またその結合がより強固なものとなる。なお、この例では、貫通孔115bと同様な機能を有する円形の貫通孔701bが設けられている。
【0040】
6.変形例3
以上述べた実施の形態のそれぞれにおいて、シャフトの補強板への嵌合をしまりばめにより結合する構造は好ましい。例えば、嵌合孔115aの内径をシャフト113の嵌合部分の外径よりも小さな寸法とし、シャフト113を嵌合孔115aに圧入により嵌合させる。このようにすることで、シャフト113と補強板115とをより強固に結合させることができる。また、シャフト113と補強板115とを溶接することで、シャフト113と補強板115とを強固に結合させることもできる。
【0041】
(その他)
以上の例示では、軸流送風機に本発明を利用した場合の例を説明したが、モータを内蔵した送風機であれば、遠心流送風機などに本発明を適用することが可能である。
【0042】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。