(57)【要約】【課題】インサート成形によってインペラ、ロータホルダ、回転軸が一体に固定されるロータユニットを備え、インサート成形に伴うインペラやロータホルダの変形が発生しにくく、必要に応じてロータユニットのバランス調整を容易に行うことが可能な軸流ファンを提供する。【解決手段】金属製のロータホルダ２５及び回転軸２１が、樹脂製のインペラ４とインサート成形によって一体に作製され、インペラ４のインペラカップ４１は、ロータホルダ２５の周壁部２５１の外周面に密着した略円筒状の内側円筒部４５１と、軸方向先端側で内側円筒部４５１に接続され軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に広がる外側テーパ円筒部４５２とからなる二重円筒形状を有し、外側テーパ円筒部４５２の外周面から複数の羽根が径方向外側へ延びている。【選択図】図３
2010025087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状周壁部を有する金属製のロータホルダと、
前記ロータホルダの周壁部内周面に固定された略円筒状のロータマグネットと、
前記ロータマグネットに対して径方向内側に対向するように配置され、前記ロータマグネットとの間で回転軸を中心とするトルクを発生するステータ部と、
前記ロータホルダの外周面に固定された樹脂製のインペラカップ及び複数の羽根からなるインペラとを備えた軸流ファンであって、
前記インペラ、前記ロータホルダ及び前記回転軸は、前記インペラの射出成形の際に一体に固定され、
前記インペラカップは、前記ロータホルダの周壁部外周面に密着した略円筒状の内側円筒部と、軸方向先端側で前記内側円筒部に接続され軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に広がる外側テーパ円筒部とからなる二重円筒形状を有し、前記外側テーパ円筒部の外周面から前記複数の羽根が径方向外側へ延びていることを特徴とする軸流ファン。
【請求項２】
前記回転軸は、軸方向先端側の前記インペラカップとの接合面の少なくとも一部に凹凸面が形成され、かつ、前記接合面から軸方向基端側に少し離れた箇所の外周に沿って環状溝が形成されていることを特徴とする
請求項１記載の軸流ファン。
【請求項３】
前記ロータホルダは、前記周壁部の軸方向先端側が径方向内側に向かって曲がり、平面視略円形の開口を有する略環状の上面を形成しており、この略環状上面の内側端面が前記射出成形によって前記インペラカップの上面を形成する樹脂で覆われていることを特徴とする
請求項１又は２記載の軸流ファン。
【請求項４】
前記ロータホルダは、前記周壁部の軸方向基端側から径方向外側に突出する鍔部を有し、当該鍔部の外周面が前記射出成形によって前記インペラカップの内側円筒部を構成する樹脂で覆われていることを特徴とする
請求項１、２又は３記載の軸流ファン。
【請求項５】
前記内側円筒部と前記外側テーパ円筒部との間に略三角形の断面形状を有する空間が形成され、前記内側円筒部の外周面と前記外側テーパ円筒部の内周面とを接続する複数のリブが周方向に略等間隔で形成されていることを特徴とする
請求項１、２、３又は４記載の軸流ファン。
【請求項６】
前記内側円筒部の軸方向基端側端面は、前記外側テーパ円筒部の軸方向基端側端面よりも基端側に位置し、かつ、前記複数のリブの軸方向基端側端面よりも基端側に位置することを特徴とする
請求項５記載の軸流ファン。
【請求項７】
前記内側円筒部と前記外側テーパ円筒部との間に形成された略三角形の断面形状を有する空間の軸方向先端部の軸方向位置と、前記インペラの重心の軸方向位置とが略同一位置であることを特徴とする
請求項６記載の軸流ファン。
【請求項８】
前記インペラカップの上面に、複数の凹部が周方向に略等間隔で配設されている特徴とする
請求項１から７のいずれか１項記載の軸流ファン。
【請求項９】
前記ロータホルダの略環状上面に対応する前記インペラカップの上面の周辺部に、前記インペラの射出成形による複数の射出ゲート痕が周方向に略等間隔で配置されていることを特徴とする
請求項３記載の軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸流ファンに関し、詳しくは、軸流ファンのインペラを含むロータユニットのバランス調整を容易にしながら高性能を確保することを目的とするインペラ等の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電子機器の内部の冷却のために使用される軸流ファンにおいて、インペラを含むロータユニットのバランス調整、つまり、ロータユニットの回転時のアンバランス（以下、回転アンバランスという）を抑制することが重要である。ロータユニットの回転アンバランスは、振動、騒音、軸受部の寿命劣化等の要因となる。
【０００３】
軸流ファンのインペラは一般に、樹脂の射出成形によって作製され、略円筒状のインペラカップと、その外周面から径方向外側へ延びる複数の羽根からなる。複数の羽根は通常、周方向に一定間隔で配置されている。インペラカップの内周面には金属製（磁性体）のロータホルダ（ロータヨークということもある）が固定されている。ロータホルダは通常、板金のプレス加工によって略円筒形状に作製され、その周壁部内周面には略円筒形のロータマグネットが固定されている。
【０００４】
また、インペラカップの略円形上面の中心部には回転軸（シャフト）が固定されている。軸流ファンによっては回転軸がロータホルダの上面中心部に固定される構造を有するものもあるが、本発明の対象となる軸流ファンでは、ロータホルダの上面中心部は開口が形成され、回転軸はインペラカップ（上面の中心部に形成されたボス孔）に直接固定されている。
【０００５】
上記のようなロータユニット構造を有する軸流ファンにおいて、ロータユニットの回転アンバランスはロータユニットを構成するインペラ、ロータホルダ、ロータマグネット等の個々の部材の加工寸法のばらつきに起因して発生すると共に、それらの部材の組み立てる際の寸法ばらつき等に起因しても発生する。つまり、例えば圧入、熱溶着、接着剤等の手段によってインペラとロータホルダ、あるいは、インペラと回転軸とを固定する際に、インペラカップやロータホルダに変形が生じ、あるいは回転軸の軸心とインペラカップの軸心とのずれ（又は傾き）が生じる場合がある。その結果、インペラを含むロータユニットの重心と回転軸の軸心とのずれが発生し、ロータユニットの回転アンバランスが生ずることになる。
【０００６】
上記のようなロータユニットを構成する部材の組み立て時に発生し得る組み立て寸法のばらつき等を抑える方法として、例えば特許文献１に記載されているように、いわゆるインサート成形によってロータホルダ及び回転軸をインペラと一体に作製する方法がある。つまり、インペラの射出成形金型に金属部品であるロータホルダ及び回転軸をあらかじめセットし、溶融樹脂が射出成形金型に加圧注入される。樹脂が冷却され固化すると、ロータホルダ及び回転軸がインペラと一体に固定される。この後、ロータホルダ及び回転軸が一体化されたインサート成形品であるインペラが射出成形金型から取り外される。
【０００７】
上記のようなインサート成形によってロータホルダ及び回転軸を射出成形金型内でインペラの成形時に一体に固定すれば、単品で樹脂成形されたインペラにロータホルダ及び回転軸を圧入、熱溶着、接着剤等の手段によって固定し、組み立てる場合と異なり、組み立て寸法のばらつきを抑えることができる。また、組み立て時に各部材に加えられる圧力に起因して各部材の変形が発生することもない。しかしながら、インサート成形固有の問題がある。例えば、金属製のインサート品であるロータホルダ及び回転軸とインペラの成形用樹脂との熱膨張率の差に起因して、樹脂が冷却する際に両者の界面でクラックが発生することがある。あるいは、インサート品がある場合は無い場合に比べて、冷却後に得られるインペラ成形品の変形が大きくなりやすい。さらに、樹脂が金型内に加圧注入される際の樹脂圧によってロータホルダに変形が生じやすくなる。
【０００８】
また、作製されたロータユニットに回転アンバランスが生じている場合に、それを解消するバランス調整方法として、例えば特許文献２に記載されているように、インペラカップの円筒部の周方向に一定間隔で錘挿入用凹部を形成しておき、回転アンバランスの測定結果に基づいて所定の周方向位置に錘を挿入する方法が知られている。あるいは、インペラカップの上面に周方向に一定間隔で錘挿入用凹部を形成しておき、回転アンバランスの測定結果に基づいて所定の周方向位置に錘を挿入する方法もある。これらのバランス調整方法は、インペラ、ロータホルダ、回転軸をインサート成形によって一体に固定する場合、あるいは、単品で樹脂成形されたインペラにロータホルダ及び回転軸を圧入、熱溶着、接着剤等の手段によって固定する場合のいずれの場合にも適用可能である。
【特許文献１】特開２００７−１００６２２号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、特許文献１に記載されているようにインサート成形によってインペラ、ロータホルダ、回転軸が一体に固定されるロータユニットを備え、インサート成形に伴うインペラやロータホルダの変形が発生しにくく、必要に応じてロータユニットのバランス調整を容易に行うことが可能な軸流ファン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】
【００１０】
本発明による軸流ファンの主な構成は、略円筒状周壁部を有する金属製のロータホルダと、前記ロータホルダの周壁部内周面に固定された略円筒状のロータマグネットと、前記ロータマグネットに対して径方向内側に対向するように配置され、前記ロータマグネットとの間で回転軸を中心とするトルクを発生するステータ部と、前記ロータホルダの外周面に固定された樹脂製のインペラカップ及び複数の羽根からなるインペラとを備え、前記インペラ、前記ロータホルダ及び前記回転軸は、前記インペラの射出成形の際に一体に固定され、前記インペラカップは、前記ロータホルダの周壁部外周面に密着した略円筒状の内側円筒部と、軸方向先端側で前記内側円筒部に接続され軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に広がる外側テーパ円筒部とからなる二重円筒形状を有し、前記外側テーパ円筒部の外周面から前記複数の羽根が径方向外側へ延びていることを特徴とする（請求項１）。なお、インペラカップの上面側が軸方向先端側であり、インペラカップの下端開放側が軸方向基端側である。
【００１１】
このように、インペラ、ロータホルダ及び回転軸が、インペラの射出成形の際に一体に固定される（インサート成形）ロータユニットを採用することによって、単品で樹脂成形されたインペラにロータホルダ及び回転軸を圧入、熱溶着、接着剤等の手段によって固定し、組み立てる場合に発生し得る組み立て寸法のばらつきを抑えることができる。また、組み立て時に各部材に加えられる圧力に起因して各部材の変形が発生することもない。さらに、インペラカップが内側円筒部と外側テーパ円筒部とからなる二重円筒形状を有するので、金属製のロータホルダと樹脂製のインペラとの熱膨張率の差に起因して、ロータホルダに直接接触している内側円筒部に冷却時の多少の変形が生じたとしても、その変形が外側テーパ円筒部、ひいては複数の羽根に伝わりにくい。したがって、インペラ全体として変形が発生しにくい。また、樹脂が金型内に加圧注入される際の樹脂圧によってロータホルダに変形が生ずる可能性も低くなる。
【００１２】
また、軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に広がる外側テーパ円筒部の形状は、軸流ファンの吸い込み性能（空気の流量特性）を向上させる効果も有する。つまり、インペラの回転によって複数の羽根が発生する軸方向先端側から軸方向基端側へ向かう空気流がテーパ状に広がる外側テーパ円筒部に沿って円滑に流れ、インペラから剥離しにくくなるので、上記の効果が得られる。
【００１３】
好ましい実施形態において、前記回転軸は、軸方向先端側の前記インペラカップとの接合面の少なくとも一部に凹凸面が形成され、かつ、前記接合面から軸方向基端側に少し離れた箇所の外周に沿って環状溝が形成されている（請求項２）。上記凹凸面は、例えばローレット加工によって形成される。回転軸のインペラカップとの接合面にローレット加工等による凹凸面が形成されていることにより、インサート成形によってインペラ（インペラカップ）と回転軸とが固定されるときに、その締結力が強化されると共に、インペラの成形樹脂が冷却されて固化する際に両者の熱膨張率の差に起因する界面剥離や樹脂のクラックが発生しにくくなる。また、接合面から軸方向基端側に少し離れた箇所の外周に沿って形成された環状溝は、回転軸の軸受部から回転軸の表面に沿って潤滑油が流れ出た場合に、それが回転軸の先端側へ漏出することを防止する一種のシール手段として機能する。
【００１４】
別の好ましい実施形態において、前記ロータホルダは、前記周壁部の軸方向先端側が径方向内側に向かって曲がり、平面視略円形の開口を有する略環状の上面を形成しており、この略環状上面の内側端面が前記射出成形によって前記インペラカップの上面を形成する樹脂で覆われている（請求項３）。ロータホルダの上面を環状の形状として中心部に大きく開口を設けることにより、ロータユニットの軽量化を図ることができる。また、その略円形開口の円周部に相当するロータホルダ上面の内側端面が射出成形によってインペラカップの上面を形成する樹脂で覆われている構造により、インサート成形によるインペラとロータホルダとの固定が強固なものとなる。
【００１５】
さらに別の好ましい実施形態において、前記ロータホルダは、前記周壁部の軸方向基端側から径方向外側に突出する鍔部を有し、当該鍔部の外周面が前記射出成形によって前記インペラカップの内側円筒部を構成する樹脂で覆われている（請求項４）。ロータホルダの鍔部は、例えばロータホルダを多段プレス加工によって作製する際の打ち抜き痕として形成される。そのような鍔部の外周面がインペラカップの内側円筒部を構成する樹脂で覆われていることにより、インサート成形によるインペラとロータホルダとの固定が一層強固なものとなる。また、プレス打ち抜き痕のような鍔部の端面が樹脂で覆われることは、外観上、安全上等の観点からも好ましい。
【００１６】
さらに別の好ましい実施形態において、前記内側円筒部と前記外側テーパ円筒部との間に略三角形の断面形状を有する空間が形成され、前記内側円筒部の外周面と前記外側テーパ円筒部の内周面とを接続する複数のリブが周方向に略等間隔で形成されている（請求項５）。前述のような内側円筒部と外側テーパ円筒部とからなるインペラカップの二重円筒形状の当然の帰結として、両者の間に略三角形の断面形状を有する空間が形成されるが、両者を接続する複数のリブが周方向に略等間隔で形成されている構造により、インペラカップの変形（特に外側テーパ円筒部の変形）が発生しにくくなり、必要な強度を確保することが容易になる。逆に言えば、必要な強度を確保しながら、内側円筒部と外側テーパ円筒部の肉厚を薄く、かつ、均一に成形することができる。これにより、成形時のいわゆるひけ等を回避することができる。
【００１７】
さらに別の好ましい実施形態において、前記内側円筒部の軸方向基端側端面は、前記外側テーパ円筒部の軸方向基端側端面よりも基端側に位置し、かつ、前記複数のリブの軸方向基端側端面よりも基端側に位置する（請求項６）。これにより、ロータホルダの軸方向基端側端面（つまり鍔部の下面）と内側円筒部の軸方向基端側端面が略面一である場合に、ロータマグネットをロータホルダの内側に固定する際に、内側円筒部の軸方向基端側端面（及びロータホルダの軸方向基端側端面）を基準面として治具に当てることが可能になる。
【００１８】
さらに別の好ましい実施形態において、前記内側円筒部と前記外側テーパ円筒部との間に形成された略三角形の断面形状を有する空間の軸方向先端部の軸方向位置と、前記インペラの重心の軸方向位置とが略同一位置である（請求項７）。上記のようにインサート成形によって互いに固定されたインペラ、ロータホルダ及び回転軸を含むロータユニットが許容範囲を超える回転アンバランスを有する場合に、インペラカップの内側円筒部と外側テーパ円筒部との間に形成された略三角形の断面形状の空間（以下、環状空間という）に下方から錘を挿入することによってバランス調整を行うことができる。このような錘として例えば粘土状のものが使用される。回転アンバランスの測定結果に基づいて、上記の環状空間の所定の周方向位置に、所定の大きさの錘を挿入する。この場合に、環状空間の下方（軸方向基端側）から挿入した錘を奧（軸方向先端部）まで押し込んで固定すれば、その軸方向位置がインペラの重心の軸方向位置と略同一位置にあるので、バランス調整（一面バランス調整）を行いやすい。なお、錘を環状空間の奧まで押し込まないで入口部分（軸方向基端側部分）に固定することにより、いわゆる二面バランス調整を行うことも可能である。
【００１９】
さらに別の好ましい実施形態において、前記インペラカップの上面に、複数の凹部が周方向に略等間隔で配設されている（請求項８）。このように、インペラカップの上面に形成された複数の凹部のうちの適切な周方向位置に錘を装着することによっても、ロータユニットのバランス調整を行うことができる。また、上記の環状空間に錘を装着する調整方法と併用することにより、インペラの重心の軸方向位置を挟む両側の軸方向位置での二面バランス調整を行うことが可能である。
【００２０】
さらに別の好ましい実施形態において、前記ロータホルダの略環状上面に対応する前記インペラカップの上面の周辺部に、前記インペラの射出成形による複数の射出ゲート痕が周方向に略等間隔で配置されている（請求項９）。樹脂成形品であるインペラのゲート痕の位置（すなわち金型の射出ゲートの位置）を上記のように配置することにより、インサート品として金型内に配置されるロータホルダが樹脂の射出の際にぶれにくく（動きにくく）なるので、抑えピンのようなロータホルダを固定する手段が不要になる。また、射出成形時に樹脂が金型の周辺部（インペラの径方向外側部分）まで回りやすくなる。したがって、インペラカップの上面におけるウェルドラインの発生が抑制され、クラックも発生しにくくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、インサート成形によってインペラ、ロータホルダ、回転軸が一体に固定されるロータユニットを備え、インサート成形に伴うインペラやロータホルダの変形が発生しにくく、必要に応じてロータユニットのバランス調整を容易に行うことが可能な軸流ファンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの概略平面図であり、図２は同じ軸流ファンの概略断面図である。この軸流ファンは、電子機器の筐体に取り付けてその内部を冷却する用途等に使用され、樹脂成形品であるハウジング１の内部に、ブラシレスモータ２及びインペラ４を組み込んだ構造を有する。ハウジング１は、平面視で略正方形の外形を有し、その一辺が約９０ｃｍ又は約１２０ｃｍの軸流ファンである。
【００２４】
ハウジング１は、平面視で略正方形の外形と略円形の内周面を有する筒状部１１と、その中心部に配置された平面視で略円形のベース部１２と、複数本（例えば４本）の連結部１３とからなる。なお、図１の平面図では連結部１３が静翼として描かれているが、図２の断面図では便宜上単なる連結リブとして描いている。いずれの構造にも本発明を適用できる。筒状部１１の平面視で略正方形の４隅には、軸流ファンを電子機器の筐体に取り付けるためのボルトを挿入する４個の孔１１１が設けられている。筒状部１１の平面視で略円形の内周面１１２は、インペラ４の外周縁と所定の空隙を挟んで対向する略円筒状の内周面であり、インペラ４の回転によって軸方向に送られる空気の通路を構成している。なお、ハウジング１は、樹脂成形品に限らず、アルミニウムのダイカストにより成形してもよい。また、ハウジング１の筒状部１１、ベース部１２、及び連結部１３は、樹脂の射出成形やアルミニウムのダイカストにより一体に形成される。
【００２５】
ハウジング１のベース部１２は、複数本の連結部１３によって筒状部１１の内側中心部に支持されており、ブラシレスモータ２の軸方向一端側を保持する。より正確には、ベース部１２の中心に中心軸（回転中心軸ということもある）ＡＸを中心とする円筒部１２１が立設され、この中にブラシレスモータ２（及びインペラ４）の回転軸２１を回転自在に支持するスリーブ軸受２２が装着されている。スリーブ軸受２２は含油焼結合金で形成されたラジアル軸受であり、その外周面が円筒部１２１の内周面に固定されている。また、円筒部１２１の底面には金属製、セラミック製又は耐摩耗性に優れた樹脂製のスラスト板２３が装着されており、回転軸２１の基端側端面を回転自在に支持するスラスト軸受が構成されている。なお、回転中心軸ＡＸに沿う方向（軸方向）において、ハウジング１のベース部１２及び連結部１３がある側を基端側と記し、その反対側を先端側と記す。
【００２６】
回転軸２１の先端側には、インペラ４の中心部が固定されている。樹脂成形品であり、後述するように、いわゆるインサート成形によって回転軸２１はインペラ４の中心部に一体に固定されている。インペラ４は、回転軸２１の周りの略円盤状の上面とその外周縁から軸方向基端側へ延びる略円筒状の周壁部からなるインペラカップ４１を有し、その外周面から径方向外方に延びる複数枚の羽根４２が周方向に並ぶように配列されている。インペラ４がモータ２によって回転駆動されると、回転中心軸ＡＸに沿う方向の空気流が発生する。
【００２７】
インペラカップ４１の中央部には回転軸２１との接合部である円筒部４３が形成され、その軸方向基端側には径方向に少し突出する抜け止め部４３１が形成されている。また、インペラカップ４１の内側には、略円筒状周壁部を有する金属製のロータホルダ（ロータヨークということもある）２５が固定されている。後述するように、ロータホルダ２５もいわゆるインサート成形によってインペラカップ４１の内側に一体に固定されている。
【００２８】
ロータホルダ２５は、略円筒状の周壁部２５１と、その軸方向先端側から径方向内側へ延びる平面視略円形の開口を有する略環状の上面２５２を有する。周壁部２５１の内周面には、略円筒状のロータマグネット２６の外周部が固定され、保持されている。ロータマグネット２６は周方向にＮ極とＳ極が交互に複数セット現れるように磁化されている。
【００２９】
モータ２はステータ部とロータ部からなり、ロータ部は上記のロータマグネット２６、ロータホルダ２５、及び回転軸２１を含んでいる。モータ２のロータ部とインペラ４とが一体になったものがロータユニットに相当する。ステータ部は、コイル３１が巻回されたステータコア３２と、コイル３１の電線端部が接続される回路基板３５とを含む。回路基板３５には、ロータマグネット２６の回転に伴う磁束の変化を検出するホール素子（又はホールＩＣ）、その出力信号に基づいてコイル３１への供給電流を制御するモータ駆動用ＩＣ等の回路部品が実装されている。
【００３０】
ステータコア３２は、回転中心軸ＡＸを中心として周方向の複数箇所から径方向外方に伸びる複数の極歯を有し、各極歯にコイル３１が巻回されている。ステータコア３２は複数枚の電磁鋼板が回転中心軸ＡＸの方向に積層されたものであり、各電磁鋼板は、略環状の部分の外周から上記の極歯を構成する部分が径方向外方へ延びる形状を有している。略環状の部分が積層されて構成されるステータコア３２の中央円筒部が、ハウジング１のベース部１２の円筒部１２１の周囲に外嵌するようにして、ステータコア３２を含むステータ部がハウジング１のベース部１２に固定されている。
【００３１】
また、コイル３１は、樹脂製の絶縁体であるインシュレータ３３を介してステータコア３２に巻回される。インシュレータ３３は、軸方向先端側のインシュレータ３３Ｄと軸方向基端側のインシュレータ３３Ｐとに分かれており、両者が軸方向両側からステータコア３２に被せられ、その上からコイル３１が巻回されている。ステータコア３２の各極歯の外周面は、電磁鋼板の径方向外側端面が露出しており、所定のギャップを隔ててロータマグネット２６の内周面に対向している。
【００３２】
軸方向先端側のインシュレータ３３Ｄの先端側部分は径方向内側へ延び、その中央開口部３３１の内径は、回転軸２１に固定されたインペラカップ４１の円筒部４３の軸方向基端側に形成された抜け止め部４３１の外径よりも小さい。これにより、インシュレータ３３Ｄの先端側部分が抜け止め部４３１のストッパーを兼ねている。つまり、インシュレータ３３Ｄの先端側部分とインペラカップ４１の抜け止め部４３１とによって、インペラ４等を含むロータユニットの軸方向先端側への移動（抜け）が規制される。
【００３３】
次に、図３から図５に基づいて、本実施形態のロータユニットの構造、特に、インサート成形によって一体に固定されるインペラ４、ロータホルダ２５及び回転軸２１の構造について、詳細に説明する。図３は、図１におけるロータユニットを取り出して示す拡大断面図である。但し、図３において、インペラ４は本発明に関連するインペラカップ４１を中心に示し、羽根４２はインペラカップ４１の近くの部分のみを示している。また、ロータマグネット２６は破線の輪郭で示している。図４は、ロータユニットを軸方向基端側から見た下面図である。図５は、ロータユニットを軸方向先端側から見た上面図である。但し、図４及び図５において、羽根４２の輪郭等を簡略化して描いている。
【００３４】
インペラ４は、樹脂の射出成形によって作製される。このとき、金属部品であるロータホルダ２５及び回転軸２１がいわゆるインサート成形によってインペラ４と一体に固定される。すなわち、ロータホルダ２５及び回転軸２１をインサート品として、インペラ４の射出成形金型にあらかじめセットされた後、溶融樹脂が射出成形金型に加圧注入される。樹脂が冷却され固化すると、ロータホルダ２５及び回転軸２１がインペラと一体に固定される。この後、ロータホルダ２５及び回転軸２１が一体化されたインサート成形品であるインペラ４が射出成形金型から取り外される。
【００３５】
インサート成形によってロータホルダ２５及び回転軸２１を射出成形金型内でインペラ４の成形時に一体に固定すれば、単品で樹脂成形されたインペラにロータホルダ及び回転軸を圧入、熱溶着、接着剤等の手段によって固定し、組み立てる場合と異なり、組み立て寸法のばらつきを抑えることができる。また、組み立て時に各部材に加えられる圧力に起因して各部材の変形が発生することもない。その結果、回転アンバランスの生じにくいロータユニットが得られる。
【００３６】
本実施形態の回転軸２１は、軸方向先端側のインペラカップ４１（中央の円筒部４３）との接合面に、例えばローレット加工によって凹凸面が形成されている。図３に示すクロスハッチ領域２１１が、凹凸面の形成された領域である。回転軸２１のインペラカップ４１との接合面に凹凸面（ローレット溝）が形成されていることにより、インサート成形によってインペラカップ４１と回転軸２１とが固定されるときに、その締結力が強化されると共に、インペラの成形樹脂が冷却されて固化する際に両者の熱膨張率の差に起因する界面剥離や樹脂のクラックが発生しにくくなる。
【００３７】
また、回転軸２１のインペラカップ４１との接合面から軸方向基端側に少し離れた箇所の外周に沿って、環状溝２１２が形成されている。この環状溝２１２は、図２から分かるように、スリーブ軸受２２の内周面と回転軸２１との間に存在する潤滑油が回転軸２１の表面に沿って軸方向先端側へ漏出することを防止する一種のシール手段として機能する。
【００３８】
次に、ロータホルダ２５は、図３から分かるように、略環状の上面２５２とその外周円から軸方向基端側へ延びる略円筒状の周壁部２５１からなり、さらに、周壁部２５１の軸方向基端側から径方向外側に少し突出する鍔部２５３を有する。この鍔部２５３は、例えばロータホルダ２５を多段プレス加工によって作製する際の打ち抜き痕として形成される。なお、ロータホルダ２５の上面２５２を環状に形成し、その内側に大きな円形開口を設けたことにより、ロータホルダ２５の軽量化、ひいてはロータユニットの軽量化を図ることができる。
【００３９】
また、インペラ４のインペラカップ４１は、中央の円筒部４３から径方向外方へ延びる略円盤状の上面４４とその外周縁から軸方向基端側へ延びる略円筒状の周壁部４５を有する。周壁部４５は更に、ロータホルダ２５の周壁部２５１の外周面に密着した略円筒状の内側円筒部４５１と、軸方向先端側で内側円筒部４５１に接続され軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に広がる外側テーパ円筒部４５２とからなる二重円筒形状を有する。
【００４０】
図３に示すように、インペラカップ４１の上面４４を形成する樹脂は、ロータホルダ２５の略環状の上面２５２の表面（軸方向先端側の面）だけでなく、略環状の内側端面をも覆うようにして係合環状部４４１を形成している。このような構造により、インサート成形によるインペラカップ４１（インペラ４）とロータホルダ２５との固定が強固なものとなる。なお、インペラカップ４１（インペラ４）とロータホルダ２５との更に強固な結合状態を得るために、インペラカップ４１の上面４４を形成する樹脂が、ロータホルダ２５の略環状の上面２５２の裏面（軸方向基端側の面）をも覆うようにしてもよい。
【００４１】
前述のように、本実施形態では、インサート成形によってロータホルダ２５及び回転軸２１が射出成形金型内でインペラ４の成形時に一体に固定されるので、組み立て寸法のばらつきが抑えられ、回転アンバランスの生じにくいロータユニットが得られる。しかしながら、インサート成形で考慮すべき点として、金属製のロータホルダ２５及び回転軸２１とインペラ４の成形用樹脂との熱膨張率の差に起因して、樹脂が冷却する際に両者の界面でクラックが発生したり、冷却後に得られるインペラ成形品が変形しやすくなったりすることがある。また、樹脂が金型内に加圧注入される際の樹脂圧によってロータホルダ２５に変形が生じることがある。
【００４２】
このようなインサート成形に固有の問題の発生を回避するために、本実施形態のインペラ４のインペラカップ４１は、上述したような構造の他に、周壁部４５が二重円筒形状である特徴を有する。すなわち、図３等から分かるように、周壁部４５は、ロータホルダ２５の周壁部２５１の外周面に密着した略円筒状の内側円筒部４５１と、軸方向先端側で内側円筒部４５１に接続され軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に広がる外側テーパ円筒部４５２とを有し、外側テーパ円筒部４５２の外周面から複数の羽根４２が径方向外側へ延びている。
【００４３】
インペラカップ４１の周壁部４５が、内側円筒部４５１と外側テーパ円筒部４５２とからなる二重円筒形状を有することにより、金属製のロータホルダ２５と樹脂製のインペラ４（インペラカップ４１）との熱膨張率の差に起因して、ロータホルダ２５に直接接触している内側円筒部４５１に冷却時の多少の変形が生じたとしても、その変形が外側テーパ円筒部４５２、ひいては複数の羽根４２に伝わりにくい。したがって、インペラ４全体として変形が発生しにくい。また、樹脂が射出成形金型内に加圧注入される際の樹脂圧によってロータホルダ２５に変形が生ずる可能性も低くなる。
【００４４】
なお、軸方向基端側へ近づくほど径方向外側へテーパ状に広がる外側テーパ円筒部４５２の形状は、軸流ファンの吸い込み性能（空気の流量特性）を向上させる効果も有する。つまり、インペラ４の回転によって複数の羽根４２が発生する軸方向先端側から軸方向基端側へ向かう空気流がテーパ状に広がる外側テーパ円筒部４５２に沿って円滑に流れ、インペラから剥離しにくくなる結果、上記のような効果が得られる。
【００４５】
また、インペラカップ４１の周壁部４５の内側円筒部４５１と外側テーパ円筒部４５２と間には、図４に示すように平面視環状で、かつ、図３に示すように略三角形の断面形状を有する環状空間ＡＳが形成されている。この環状空間ＡＳには、内側円筒部４５１の外周面と外側テーパ円筒部４５２の内周面とを接続する複数のリブ４６が周方向に略等間隔で形成されている。図４に示す例では、１４個のリブ４６が約２５．７度の間隔で配置されている。
【００４６】
このように、内側円筒部４５１と外側テーパ円筒部４５２とを接続する複数のリブ４６が配設されているので、インペラカップ４１の変形（特に外側テーパ円筒部４５２の変形）が発生しにくくなり、必要な強度を確保することが容易になる。逆に言えば、必要な強度を確保しながら、内側円筒部４５１と外側テーパ円筒部４５２の肉厚を薄く、かつ、均一に成形することができる。これにより、成形時のいわゆるひけ等を回避することができる。なお、羽根４２が接続された外側テーパ円筒部４５２の成形時のひけを回避する方法として、外側テーパ円筒部４５２の内周面の羽根４２の根元に対応する箇所に、いわゆる肉盗み部を適切な深さで設けることが効果的である（図示は省略）。
【００４７】
前述のように、ロータホルダ２５の周壁部２５１の軸方向基端側には、径方向外側に少し突出する鍔部２５３が形成されている。この鍔部２５３の外周面は、図３に示すように、インサート成形によってインペラカップ４１の内側円筒部４５１を構成する樹脂で覆われている。このように鍔部２５３によるロータホルダ２５の周壁部２５１の段部に沿ってインペラカップ４１の内側円筒部４５１の軸方向基端側が密着するように段部を形成しているので、インサート成形によるインペラ４（インペラカップ４１）とロータホルダ２５との固定が一層強固なものとなる。また、プレス打ち抜き痕のような鍔部２５３の端面が樹脂で覆われることは、外観上、安全上等の観点からも好ましい。
【００４８】
更に言えば、ロータホルダ２５の軸方向基端側端面（つまり鍔部２５３の下面）と内側円筒部４５１の軸方向基端側端面は、図３に示すように略面一になっている。そして、この略面一の面は、外側テーパ円筒部４５２の軸方向基端側端面よりも基端側に位置し、かつ、複数のリブ４６の軸方向基端側端面よりも基端側に位置する。これにより、図３に破線で示すような治具ＪＧを内側円筒部４５１の軸方向基端側端面（及びロータホルダ２５の軸方向基端側端面）に当てて基準面とし、その上に置いたロータマグネット２６を位置決めしてロータホルダ２５の内側に接着等の手段で固定する作業が容易になる。
【００４９】
上記のように、インサート成形によってロータホルダ２５及び回転軸２１が射出成形金型内でインペラ４の成形時に一体に固定される構造を有する本実施形態のロータユニットは、組み立て寸法のばらつきが抑えられ、回転アンバランスが生じにくい特徴を有する。一般に、インペラ４の試作（樹脂成形の試し打ち）段階でロータホルダ２５及び回転軸２１が一体化したインペラ４がインサート成形によって得られると、得られたインペラ４をバランス測定器にかけ、回転アンバランスの有無及びその程度を測定する。回転アンバランスの程度が許容範囲を超えている場合は、その測定結果に応じて必要な金型修正を行う。例えば、インペラカップ４１の上面４４や周壁部４５の肉厚を所定の周方向位置で増加し、又は減少することによってバランス調整を行うように金型を修正する。インペラ４の回転アンバランスの程度が許容範囲内に収まるまで、金型修正、インペラ４の試作及びバランス測定のサイクルを繰り返す。
【００５０】
上記のようにして、インペラ４の量産用の射出成形金型が完成すれば、その金型の寿命に相当する所定の成形ショット数までは、量産されるインペラ４（ロータホルダ２５及び回転軸２１）のほとんどは回転アンバランスが許容範囲内に収まり、成形後の個別バランス調整が不要になる。なお、その前提として、多段プレス加工等によって作製されるロータホルダ２５のバランス調整をあらかじめ行っておく必要があるが、その詳細については説明を省略する。
【００５１】
しかしながら、例えば軸流ファンの用途等の条件によっては、回転アンバランスの許容範囲をより厳しい範囲に設定する必要がある。その場合に、量産工程で得られたインペラ４、ロータホルダ２５及び回転軸２１を含むロータユニットの個別バランス調整を行うことがある。例えば、粘土状の錘をインペラカップ４１の周方向の所定位置に装着することによって回転アンバランスの修正を行う。あるいは、そのような個別バランス調整を行うことにより、インペラ４の量産用の射出成形金型の寿命劣化をある程度補償することが可能になる。
【００５２】
本実施形態のインペラ４では、インペラカップ４１の周壁部４５の内側円筒部４５１と外側テーパ円筒部４５２と間に形成された環状空間ＡＳ（図３及び図４参照）をバランス調整用錘の装着箇所として利用することができる。回転アンバランスの測定結果に基づいて、環状空間ＡＳの所定の周方向位置に、所定の大きさの錘を挿入する。環状空間の下方（軸方向基端側）から挿入した錘を奧（軸方向先端部）まで押し込んで固定すればよい。
【００５３】
この場合に、空間の軸方向先端部（最奧部）の軸方向位置がインペラの重心の軸方向位置と略同一位置にあれば、バランス調整（一面バランス調整）を行いやすい。なお、錘を環状空間の奧まで押し込まないで入口部分（軸方向基端側部分）に固定することにより、いわゆる二面バランス調整を行うことも可能である。なお、一面バランス調整は軸方向の一箇所（軸に垂直な一平面）におけるバランス調整を意味し、二面バランス調整は軸方向に離れた二箇所（軸に垂直な二平面）を用いたバランス調整を意味する。
【００５４】
また、別の錘装着箇所として、本実施形態のインペラ４は、インペラカップ４１の上面４４に複数の凹部４４２が周方向に略等間隔で配設されている（図５及び図３参照）。回転アンバランスの測定結果に基づいて、所定の周方向位置の凹部４４２に、所定の大きさの錘を装着することによって、ロータユニットのバランス調整を行うことができる。また、上記の環状空間ＡＳに錘を装着する調整方法と併用することにより、インペラ４の重心の軸方向位置を挟む両側の軸方向位置での二面バランス調整を行うことが可能である。
【００５５】
また、図５において、参照番号４４３で示されている３箇所の凹部は、インペラ４の射出成形金型によるゲート痕を示している。つまり、インペラ４の射出成形金型における射出ゲートの位置を示している。この３箇所のゲート痕４４３の一つが、図３の断面図でも示されている。図３からよく分かるように、ゲート痕４４３は、ロータホルダ２５の略環状の上面２５２に対応するインペラカップ４１の上面４４の周辺部に位置する。また、図５から分かるように、３個のゲート痕４４３が周方向に略等間隔（約１２０度間隔）で配置されている。
【００５６】
樹脂成形品であるインペラ４のゲート痕４４３の位置（金型の射出ゲートの位置）を上記のように配置したことにより、以下のようなメリットが得られる。第１に、インサート品として金型内に配置されるロータホルダ２５が樹脂の射出の際にぶれにくく（動きにくく）なるので、抑えピンのようなロータホルダ２５を固定する手段が不要になる。第２に、射出成形時に樹脂が金型の周辺部（インペラ４の径方向外側部分）まで回りやすくなる。したがって、インペラカップ４１の上面におけるウェルドラインの発生が抑制され、クラックも発生しにくくなる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態の軸流ファンでは、ロータユニットを構成するインペラ、ロータホルダ、回転軸がインサート成形によって一体に固定された状態で量産されるので、得られたロータユニットの個別バランス調整工程を省略することができる。また、インペラカップが内側円筒部と外側テーパ円筒部からなる二重円筒形状を有する構造等により、インサート成形におけるインペラやロータホルダの変形等の問題を回避し、また、必要に応じて個別バランス調整を容易に行うことができる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態について、適宜変形例を含めながら説明したが、本発明の軸流ファンは、上記の実施形態に限らず種々の形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る軸流ファンの概略平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る軸流ファンの概略断面図である。
【図３】図１におけるロータユニットを取り出して示す拡大断面図である。
【図４】ロータユニットを軸方向基端側から見た下面図である。
【図５】ロータユニットを軸方向先端側から見た上面図である。
【符号の説明】
【００６０】
４  インペラ
４１  インペラカップ
４２  羽根
４４  インペラカップの上面
４４２  インペラカップの上面の凹部
４４３  射出ゲート痕
４５１  インペラカップの内側円筒部
４５２  インペラカップの外側テーパ円筒部
４６  リブ
２１  回転軸
２１２  回転軸の環状溝
２５  ロータホルダ
２５１  ロータホルダの周壁部
２５２  ロータホルダの上面
２５３  ロータホルダの鍔部
２６  ロータマグネット
３１、３２、３５  ステータ部（コイル、コア、回路基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010025087.tif 000006
【図５】
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