(57)【要約】【課題】樹脂材料の大部分を製品に利用可能であり、複雑な形状であっても成形後に確実に取り出すことができ、添加材の投入も容易な小型ターボファンの製造技術を提供する。【解決手段】複数の羽根を有する小型ターボファンの製造方法であって、小型ターボファン成形用の凹部34を備えた分割金型30を締結する工程と、粉末状に加工された樹脂材料32を凹部34内に充填させる工程と、IHヒータ20をONして分割金型30内を設定温度まで加熱し、樹脂材料32を溶融させる工程と、分割金型20に対して所定の凸部を備えたポンチ46を係合させて、樹脂材料32に設定の圧力を加える工程と、設定時間加熱した後にIHヒータ20をOFFして樹脂材料32を冷却させる工程と、分割金型30内の温度が設定値まで低下した後に、ポンチ46を分割金型から離間させる工程と、分割金型30を開放して一体成形された小型ターボファン50を取り出す工程を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中止軸に対して一体的に接続された複数の羽根を有する小型ターボファンの製造方法であって、
上記小型ターボファン成形用の凹部を備えた分割金型を締結する工程と、
粉末状または微細なペレット状に加工された樹脂材料を、上記分割金型の凹部内に充填させる工程と、
IHヒータをONして上記分割金型内を設定温度まで加熱し、上記樹脂材料を溶融させる工程と、
上記分割金型に対して所定の凸部を備えたポンチを係合させて、溶融した樹脂材料に設定の圧力を加える工程と、
設定時間加熱した後に、上記IHヒータをOFFして樹脂材料を冷却させる工程と、
上記分割金型内の温度が設定値まで低下した後に、上記ポンチを分割金型から離間させる工程と、
上記分割金型を開放して、成形された小型ターボファンを取り出す工程と、
からなる小型ターボファンの製造方法。
【請求項２】
中止軸に対して一体的に接続された複数の羽根を有する小型ターボファンの製造装置であって、
制御部と、
上記小型ターボファン成形用の凹部を備えた分割金型と、
この分割金型を開閉させる金型開閉用モータ及び伝動機構と、
上記分割金型と係合される所定の凸部を備えたポンチと、
このポンチを往復駆動させるプレス用モータと、
上記分割金型内を加熱するIHヒータと、
上記分割金型内の温度を検出する金型内温度センサと、
上記分割金型内の圧力を検出する金型内圧力センサとを備え、
上記制御部が、締結された上記分割金型の凹部内に粉末状または微細なペレット状に加工された樹脂材料が充填された際に、予め設定されたプログラムに従い、少なくとも以下の処理を実行することを特徴とする小型ターボファンの製造装置。
(1)上記IHヒータをONして上記分割金型内を設定温度まで加熱し、上記樹脂材料を溶融させる。
(2)上記プレス用モータを駆動させて、上記分割金型に対して上記ポンチを係合させ、溶融した樹脂材料に設定の圧力を加える。
(3)設定時間加熱した後に、上記IHヒータをOFFして樹脂材料を冷却させる。
(4)上記分割金型内の温度が設定値まで低下した後に、上記プレス用モータを駆動させて上記ポンチを分割金型から離間させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＰＣ内のＣＰＵ冷却用途等に用いられる小型のプラスチック製ターボファンの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
中型、大型のターボファンは、他の多くのプラスチック製品と同様に、射出成形プロセスにより生産される。
そのため、投入プラスチック素材の中、ゲート、スプルー、ランナーなど、射出成形するための素材無駄は避けられない。
さらに、最近注目されている生分解性ポリマーなどを射出成形する場合、温度履歴を最適化することが難しく、プラスチック製品の高精度化の阻害要因となっている。
【０００３】
翼付きのターボファンは、高速回転による高速流あるいは高静圧を得るものであり、架台と翼を別々に製造し、接着・結合・溶着する方法では、締結部での強度低下・靭性低下は避けられず、耐久性に自ずと限界がある。
特に、微小ターボファンでは、上記の製法を採用することは難しく、作製できるファン形状に大きな制約が生じる。
【０００４】
微小ターボファンは、ＰＣ内のＣＰＵ冷却として提案され、広く採用されている。ただし、その形状は、射出成形により取り出す必要性から、簡単な翼構造に限定されている。
【０００５】
また、マトリックスとして使用するプラスチック素材に高体積比で、補強添加材・機能添加材を用途に応じて、その場で素材投入することは、射出成形では難しい。特に、試作段階で種々の高価な添加材を混合し、成形性を検討することは困難である。
【非特許文献１】株式会社みづほ合成工業所／一般動力用ファン  射出成形  インターネットURL：http://www.nc-net.or.jp/company/47364/product/detail/25571/  検索日：２０１３年２月２１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、従来の上記問題を解決するために案出されたものであり、プラスチック素材の大部分を製品に利用可能であり、多数翼を有するターボファン、あるいは型の干渉が生じ取り出せない形状の翼を有するターボファンを一体成形可能で、添加材の投入も容易な小型ターボファンの製造技術を提供することを目的としている。
【０００７】
また、投入素材を所定の温度に加熱、保持する加熱機構ならびに制御機構、モールド型内に圧入、プレス成形する荷重負荷機能ならびに制御機構を有する一体成形装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載した小型ターボファンの製造方法は、中止軸に対して一体的に接続された複数の羽根を有する小型ターボファンの製造方法であって、上記小型ターボファン成形用の凹部を備えた分割金型を締結する工程と、粉末状または微細なペレット状に加工された樹脂材料を、上記分割金型の凹部内に充填させる工程と、IHヒータをONして上記分割金型内を設定温度まで加熱し、上記樹脂材料を溶融させる工程と、上記分割金型に対して所定の凸部を備えたポンチを係合させて、溶融した樹脂材料に設定の圧力を加える工程と、設定時間加熱した後に、上記IHヒータをOFFして樹脂材料を冷却させる工程と、上記分割金型内の温度が設定値まで低下した後に、上記ポンチを分割金型から離間させる工程と、上記分割金型を開放して、成形された小型ターボファンを取り出す工程とからなることを特徴としている。
この発明における「小型ターボファン」としては、例えば、外径が20mm以下で、高さが25mm以下のターボファンを想定しているが、必ずしもこの寸法に限定する意図はない（以下同様）。
【０００９】
請求項２に記載した小型ターボファンの製造装置は、中止軸に対して一体的に接続された複数の羽根を有する小型ターボファンの製造装置であって、制御部と、上記小型ターボファン成形用の凹部を備えた分割金型と、この分割金型を開閉させる金型開閉用モータ及び伝動機構と、上記分割金型と係合される所定の凸部を備えたポンチと、このポンチを往復駆動させるプレス用モータと、上記分割金型内を加熱するIHヒータと、上記分割金型内の温度を検出する金型内温度センサと、上記分割金型内の圧力を検出する金型内圧力センサとを備え、上記制御部が、締結された上記分割金型の凹部内に粉末状または微細なペレット状に加工された樹脂材料が充填された際に、予め設定されたプログラムに従い、少なくとも以下の処理を実行することを特徴としている。
(1)上記IHヒータをONして上記分割金型内を設定温度まで加熱し、上記樹脂材料を溶融させる。
(2)上記プレス用モータを駆動させて、上記分割金型に対して上記ポンチを係合させ、溶融した樹脂材料に設定の圧力を加える。
(3)設定時間加熱した後に、上記IHヒータをOFFして樹脂材料を冷却させる。
(4)上記分割金型内の温度が設定値まで低下した後に、上記プレス用モータを駆動させて上記ポンチを分割金型から離間させる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る小型ターボファンの製造方法にあっては、粉末状または微細なペレット状に加工した樹脂材料を型内に充填して加熱・溶融させる方式であるため、従来の射出成形のようにゲート、スプルー、ランナーといった材料無駄が生じることがない。このため、少なくとも90%以上、条件によっては95％以上を製品の材料として活用できる。
また、各種添加材の投入に関しても、必要な添加材を粉末状に加工し、上記粉末状の樹脂材料に混合させることにより、簡単に実現できる。
また、分割金型を採用しているため、小型ターボファンが複雑な形状を備えている場合でも、金型の凹部との干渉を生じることなく、製品を確実に取り出すことができる。
【００１１】
さらに、加熱手段としてIHヒータを用いると共に、これによって分割金型を加熱する方式を採用しているため、樹脂材料に対して急速加熱及び急速冷却可能となり、制御部が温度センサからの出力を監視することにより、設定温度の維持も容易となる。
IHヒータの場合、加熱速度を最大で摂氏30度／秒で、また冷却速度を最大で摂氏15度／秒で制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、この発明に係るターボファン製造装置10の構成要素を示す機能ブロック図であり、制御部としてのシーケンサ12と、金型内圧力センサ14と、金型内温度センサ16と、プレス用モータ18と、IHヒータ20と、金型開閉用モータ22とを備えている。プレス用モータ18はサーボモータよりなり、最小ストローク0.1μｍ刻みで制御可能である。
シーケンサ12には、モニタリング用のＰＣ24が接続されている。
【００１３】
つぎに、上記製造装置10を用いて小型ターボファンを製造する工程について概説する。
まず、図２に示すように、締結された分割金型30の上方から、粉末状あるいは微細なペレット状に加工された樹脂材料32を分割金型30の凹部34内に充填する。
【００１４】
分割金型30は、図３及び図４に示すように、６つの可動パーツ36と、中心軸38が垂直に突設された台部40に分かれており、上記金型開閉用モータ22の回転及びクランクやスライド等の伝動機構（図示省略）の作用によって、各可動パーツ36が同時にスライド開閉するように構成されている。
【００１５】
分割金型30の締結時には、各可動パーツ36間、及び各可動パーツ36と台部40間には、６枚の羽根と中心軸及び底板を備えたターボファンを一体成形するための凹部34が形成される。
【００１６】
つぎに、図５に示すように、各可動パーツ36の上部にIHヒータ20を載置した後、電源をONして粉末樹脂32を所定の温度で加熱する。分割金型30内の温度は、上記金型内温度センサ16によって測定され、上記シーケンサ12に出力される。
【００１７】
つぎに、図６及び図７に示すように、上記プレス用モータ18をONして、分割金型30の上方から所定形状の先端凸部44を備えたポンチ46を押し当てて、加熱によって溶融した樹脂32に所定の圧力を加える。分割金型30内の圧力は、上記金型内圧力センサ14によって測定され、上記シーケンサ12に出力される。
【００１８】
一定時間の加熱工程を経た後、IHヒータ20をOFFして樹脂32を所定温度まで冷却した後、プレス用モータ18を駆動させてポンチ46を分割金型30から離し、加圧状態を停止させる。
最後に、図８に示すように、上記金型開閉用モータ22を駆動させて分割金型30の各可動パーツ36を開き、成形されたターボファン50を取り出す。
【００１９】
上記シーケンサ12は、金型内温度センサ16から出力される値に基づいて分割金型30内の温度を常時監視しており、IHヒータ20の出力を必要に応じて加減することにより、設定温度を保持することができる。
また、上記シーケンサ12は、上記金型内圧力センサ14から出力される値に基づいて分割金型30内の圧力を常時監視しており、プレス用モータ18の出力を必要に応じて加減することにより、設定圧力を保持することができる。
【００２０】
図９(a)は、ターボファン50の平面図であり、円形の底板52の中心から軸管54が垂直に立ち上がると共に、６枚の羽根56が当該軸管54及び底板54に対して一体的に接続されている。
図９(b)は、このターボファン50の側面図である。
【００２１】
図１０は、他の形状を備えたターボファン60の成形例を示すものである。
このターボファン60の場合、各羽根62の内端辺64の高さが、底板65に突設された軸管66と同じであるのに対し、外端辺68の高さが軸管66よりも高くなるように形成されている。
【００２２】
このターボファン60を形成するに際しては、対応の凹部を備えた分割金型30を用意すると共に、対応の凸部を備えたポンチ46が用いられる。
【００２３】
図１１(a)は、他の形状を備えたターボファン70の側面図である。
このターボファン70の場合、軸管72に接続された各羽根74が底面76に対して垂直ではなく、若干の角度で傾斜している点に特徴がある。
【００２４】
このターボファン70を形成する場合も、対応の凹部を備えた分割金型30を用意すると共に、対応の凸部を備えたポンチ46が用いられる。
このような傾斜羽根74を備えたターボファン70を成形した場合であっても、上記のように分割金型30の各可動パーツ36は水平方向にスライドして型が開放される構造を備えているため、製品を引っかかりなく取り出すことができる。
【００２５】
上記したターボファンはあくまでも一例であり、羽根の数や形状など、構成の異なるターボファンを形成することも当然に可能である。
この場合も、対応の可動パーツ及び凹部を備えた分割金型30を用意すると共に、対応の凸部を備えたポンチ46が用いられる。
【００２６】
つぎに、図１２のフローチャートに従い、ターボファンの素材として広く使用されているABS樹脂を用いた一体成形工程について具体的に説明する。
【００２７】
まず、分割金型30を締結した後（Ｓ10）、粉末樹脂32を凹部34内に充填する（Ｓ12）。
つぎにIHヒータ20をONして（Ｓ14）、分割金型30内を摂氏160度に加熱する（Ｓ16）。
つぎにプレス用モータ18をONしてポンチ46を分割金型30の上部から溶融した樹脂32に押し当て、200（N）で加圧する（Ｓ18、Ｓ20）。
【００２８】
180秒間の加熱時間を経過した後、IHヒータ20をOFFして（Ｓ22）、分割金型30内を冷却する。
そして、分割金型30内が摂氏60度まで冷却された時点で（Ｓ24）、プレス用モータ18を駆動させてポンチ46を分割金型30から離し、加圧状態を停止させる（Ｓ26）。
【００２９】
最後に、分割金型30を開放し（Ｓ28）、成形された小型ターボファンを取り出す（Ｓ30）。
【００３０】
つぎに、図１３のフローチャートに従い、ステレオタイプ生分解性ポリマー樹脂を用いた小型ターボファンの一体成形工程について説明する。
このポリマーでは、ガラス転移点温度が摂氏57度と低く、融点が摂氏200〜230度であることを考慮しながら、結晶化処理を施して成形する必要がある。
【００３１】
まず、分割金型30を締結した後（Ｓ40）、粉末状に加工されたステレオタイプ生分解性ポリマー樹脂32を凹部34内に充填する（Ｓ42）。
【００３２】
つぎにIHヒータ20をONして（Ｓ44）、分割金型30内を摂氏220度に加熱する（Ｓ46）。
つぎにプレス用モータ18をONしてポンチ46を分割金型30の上部から溶融した樹脂32に押し当て、0.5〜１（kN）で加圧する（Ｓ48、Ｓ50）。
【００３３】
240秒間の加熱時間を経過した後、IHヒータ20をOFFして（Ｓ52）、分割金型30内を冷却する。
そして、分割金型30内が摂氏90度まで冷却された時点で（Ｓ54）、プレス用モータ18駆動させてポンチ46を分割金型30から離し、加圧状態を停止させる（Ｓ56）。
【００３４】
つぎに、IHヒータ20を再度ONし（Ｓ58）、摂氏120度まで加熱した後、IHヒータ20をOFFする（Ｓ60）。
【００３５】
最後に、分割金型30を開放し（Ｓ62）、成形されたステレオタイプ生分解性プリマー樹脂製の小型ターボファンを取り出す（Ｓ64）。
【００３６】
つぎに、図１４のフローチャートに従い、ホモタイプ生分解性ポリマー樹脂を用いた小型ターボファンの一体成形工程について説明する。
ホモタイプ生分解性ポリマーは、ガラス転移点温度57〜58℃と低いが、融点170℃であり、吸湿しやすく、吸湿したまま熱をかけると加水分解しやすい課題がある。ここでは、結晶化速度が他のプラスチック材料に比べて遅いことを考慮し、一体成形工程を工夫した。
【００３７】
まず、分割金型30を締結した後（Ｓ70）、粉末状に加工されたホモタイプ生分解性ポリマー樹脂32を凹部34内に充填する（Ｓ72）。
【００３８】
つぎにIHヒータ20をONして（Ｓ74）、分割金型30内を摂氏200度に加熱する（Ｓ76）。
つぎにプレス用モータ18をONしてポンチ46を分割金型30上部から溶融した樹脂32に押し当て、0.5〜１（kN）で加圧する（Ｓ78、Ｓ80）。
【００３９】
180秒間の加熱時間を経過した後、IHヒータ20をOFFして（Ｓ82）、分割金型30内を冷却する。
そして、分割金型30内が摂氏80度まで冷却された時点で（Ｓ84）、プレス用モータ18を駆動させてポンチ46を分割金型30から離し、加圧状態を停止させる（Ｓ86）。
【００４０】
最後に、分割金型30を開放し（Ｓ88）、成形されたホモタイプ生分解性プリマー樹脂製の小型ターボファンを取り出す（Ｓ90）。
【００４１】
上記のように、粉末ないし微細なペレット状に加工した樹脂材料を用いるため、成形時に粉末ないし微細なペレット状に加工した補強添加材や機能添加材を高比率（例えば最大体積比で60％）で混合させることも容易となり、付加価値の高い小型ターボファンを製造可能となる。
【００４２】
上記においては、シーケンサ12内のプログラムで全ての製造工程が制御される例を示したが、この発明はこれに限定されるものではない。
例えば、シーケンサ12から送信される各センサからの測定結果をＰＣ24のディスプレイ上に表示させ、この値に応じてオペレータがIHヒータ20の出力やプレス用モータ18の出力を加減する指令をシーケンサ12に送出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明に係るターボファン製造装置の構成要素を示す機能ブロック図である。
【図２】ターボファンの製造工程を示す概念図である。
【図３】分割金型の構造を示す概念図である。
【図４】分割金型の構造を示す概念図である。
【図５】ターボファンの製造工程を示す概念図である。
【図６】ターボファンの製造工程を示す概念図である。
【図７】ターボファンの製造工程を示す概念図である。
【図８】ターボファンの製造工程を示す概念図である。
【図９】ターボファンの構造を示す図である。
【図１０】他のターボファンの構造を示す図である。
【図１１】他のターボファンの構造を示す図である。
【図１２】ABS樹脂製ターボファンの製造工程を示すフローチャートである。
【図１３】ステレオタイプ生分解性ポリマー樹脂製ターボファンの製造工程を示すフローチャートである。
【図１４】ホモタイプ生分解性ポリマー樹脂製ターボファンの製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
10   ターボファン製造装置
12   シーケンサ
14   金型内圧力センサ
16   金型内温度センサ
18   プレス用モータ
20   IHヒータ
22   金型開閉用モータ
30   分割金型
32   樹脂材料
34   凹部
36   可動パーツ
38   中心軸
40   台部
44   先端凸部
46   ポンチ
50   ターボファン
52   底板
54   軸管
56   羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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