(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉の炉内に設けられ前記炉内の雰囲気を撹拌するもので、モータに接続された駆動軸が、周面に複数の羽根を有するファン本体部に形成された溝に嵌め込まれるようにして固定されてなるとともに、前記駆動軸と前記ファン本体部が互いに熱膨張率の異なる材質で形成されてなる熱処理炉用ファンであって、
前記駆動軸は、円錐台の中間部位と、前記円錐台の上底と同径でその上底から先端側に向けて延びる円柱状の第一部位と、前記円錐台の上底より径が大きい下底と同径でその下底から後端側に向けて延びる円柱状の第二部位を有するとともに、
前記ファン本体部に形成された溝は、前記ファン本体部の後端面から先端面に向かって、前記駆動軸の中間部位の形状に沿った形状で形成されたすり鉢状の傾斜溝部と前記駆動軸の第一部位の形状に沿った形状で形成された竪穴状の直線溝部が連通した貫通穴であり、
前記傾斜溝部の傾斜面の角度を、前記溝の断面形状において前記傾斜溝部の傾斜面を前記ファン本体部の先端面側に延長したときに交わる交点が前記ファン本体部の先端面上の中央に位置するように設定し、前記交点を固定点として、前記溝に嵌め込まれた前記駆動軸の先端のみを前記ファン本体部に固定したことを特徴とする熱処理炉用ファン。
【請求項２】
前記ファン本体部は、前記複数の羽根を周面に有する円盤状の大径円盤部を備え、
前記傾斜溝部と前記直線溝部は、前記大径円盤部を貫通するように形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉用ファン。
【請求項３】
前記ファン本体部は、前記複数の羽根を周面に有する円盤状の大径円盤部と、その大径円盤部と同心軸上で炉内側に向かって前記大径円盤部から突出するとともに前記大径円盤部よりも小径の小径円盤部を備え、
前記傾斜溝部は、前記大径円盤部を貫通するように形成され、前記直線溝部は、前記小径円盤部を貫通するように形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉用ファン。
【請求項４】
熱処理炉の炉内に設けられ前記炉内の雰囲気を撹拌するもので、モータに接続された駆動軸が、周面に複数の羽根を有するファン本体部に形成された溝に嵌め込まれるようにして固定されてなるとともに、前記駆動軸と前記ファン本体部が互いに熱膨張率の異なる材質で形成されてなる熱処理炉用ファンであって、
前記駆動軸は、円錐台の中間部位と、前記円錐台の上底と同径でその上底から先端側に向けて延びる円柱状の第一部位と、前記円錐台の上底より径が大きい下底と同径でその下底から後端側に向けて延びる円柱状の第二部位を有するとともに、
前記ファン本体部に形成された溝は、前記ファン本体部の後端面から先端面に向かって、前記駆動軸の中間部位の形状に沿った形状で形成されたすり鉢状の傾斜溝部からなる貫通穴であり、
前記ファン本体部には、前記駆動軸が前記ファン本体部に嵌め込まれたときに、前記ファン本体部の先端面側から露出した前記駆動軸の先端を支持する支持部材が取付けられ、
前記傾斜溝部の傾斜面の角度を、前記溝の断面形状において前記傾斜溝部の傾斜面を前記ファン本体部の先端面側に延長したときに交わる交点が前記支持部材による支持位置に位置するように設定し、前記交点を固定点として、前記溝に嵌め込まれた前記駆動軸の先端のみを前記支持部材に固定したことを特徴とする熱処理炉用ファン。
【請求項５】
前記駆動軸は金属製であり、前記ファン本体部はセラミック製であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の熱処理炉用ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉内に設けられ、炉内の雰囲気を撹拌する熱処理炉用ファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、熱処理炉内には、炉内の雰囲気を撹拌して炉内温度を均一にするために熱処理炉用ファンが設けられている。
このような熱処理炉用ファンは、複数の羽根を有するファン本体部と駆動軸からなり、熱処理炉の炉外に設けられたモータに一端が接続された駆動軸の他端が炉内でファン本体部に形成された溝部に嵌め込まれ、溶接などによって固定されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、熱処理炉の炉内温度は５００度（℃）以上といったように非常に高温となるので、駆動軸の材質（通常はステンレスなどの金属からなる）とファン本体部の材質（通常は耐熱性に優れたセラミックからなる）が異なると、両者の熱膨張率の差から熱応力が生じてファン本体部や駆動軸が変形する恐れがあり、その変形がひどい場合には破損する恐れすらあった。
また、変形により、熱処理炉用ファンの回転時における駆動軸の軸心がぶれて熱処理炉用ファンが円滑に回転しないといった問題も生じていた。
なお、駆動軸とファン本体部が仮に両方ともセラミック製であっても、そのセラミックの種類が互いに異なる場合には熱膨張率も互いに異なるので、同様の問題が生じる。
【０００４】
この対策として、特許文献１に記載の発明では、駆動軸を中実軸と中空軸で構成するとともに、中空軸の中空部には空気より断熱性の高い（熱伝導率の低い）断熱材を設けて、駆動軸が変形することを防止して熱処理炉用ファンを安定した状態で回転するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１８５８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、駆動軸を中実軸と中空軸に分けて構成するとともに、中空軸の中空部には特殊な断熱材を使用する必要があるので、構造が複雑で高価になってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的とするところは、簡易な構造で、しかも熱応力が生じ難く変形し難い熱処理炉用ファンを提供することにある。
【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に、本発明の請求項１に記載の熱処理炉用ファン（１００）は、熱処理炉の炉内に設けられ前記炉内の雰囲気を撹拌するもので、モータ（１）に接続された駆動軸（１０）が、周面に複数の羽根（２０ａ）を有するファン本体部（２０）に形成された溝（２１）に嵌め込まれるようにして固定されてなるとともに、前記駆動軸（１０）と前記ファン本体部（２０）が互いに熱膨張率の異なる材質で形成されてなる熱処理炉用ファン（１００）であって、前記駆動軸（１０）は、円錐台の中間部位（１３）と、前記円錐台の上底と同径でその上底から先端側に向けて延びる円柱状の第一部位（１１）と、前記円錐台の上底より径が大きい下底と同径でその下底から後端側に向けて延びる円柱状の第二部位（１２）を有するとともに、前記ファン本体部（２０）に形成された溝（２１）は、前記ファン本体部（２０）の後端面から先端面に向かって、前記駆動軸（１０）の中間部位（１３）の形状に沿った形状で形成されたすり鉢状の傾斜溝部（２２）と前記駆動軸（１０）の第一部位（１１）の形状に沿った形状で形成された竪穴状の直線溝部（２３）が連通した貫通穴であり、前記傾斜溝部（２２）の傾斜面（２２ａ）の角度を、前記溝（２１）の断面形状において前記傾斜溝部（２２）の傾斜面（２２ａ）を前記ファン本体部（２０）の先端面側に延長したときに交わる交点が前記ファン本体部（２０）の先端面上の中央に位置するように設定し、前記交点を固定点（Ｆ）として、前記溝（２１）に嵌め込まれた前記駆動軸（１０）の先端のみを前記ファン本体部（２０）に固定したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の熱処理炉用ファン（１００）は、前記ファン本体部（２０）は、前記複数の羽根（２０ａ）を周面に有する円盤状の大径円盤部（２５）を備え、前記傾斜溝部（２２）と前記直線溝部（２３）は、前記大径円盤部（２５）を貫通するように形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の熱処理炉用ファン（１００）は、前記ファン本体部（２０）は、前記複数の羽根（２０ａ）を周面に有する円盤状の大径円盤部（２５）と、その大径円盤部（２５）と同心軸上で炉内側に向かって前記大径円盤部（２５）から突出するとともに前記大径円盤部（２５）よりも小径の小径円盤部（２６）を備え、前記傾斜溝部（２２）は、前記大径円盤部（２５）を貫通するように形成され、前記直線溝部（２３）は、前記小径円盤部（２６）を貫通するように形成されてなることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の熱処理炉用ファン（１００）は、熱処理炉の炉内に設けられ前記炉内の雰囲気を撹拌するもので、モータ（１）に接続された駆動軸（１０）が、周面に複数の羽根（２０ａ）を有するファン本体部（２０）に形成された溝（２１）に嵌め込まれるようにして固定されてなるとともに、前記駆動軸（１０）と前記ファン本体部（２０）が互いに熱膨張率の異なる材質で形成されてなる熱処理炉用ファン（１００）であって、前記駆動軸（１０）は、円錐台の中間部位（１３）と、前記円錐台の上底と同径でその上底から先端側に向けて延びる円柱状の第一部位（１１）と、前記円錐台の上底より径が大きい下底と同径でその下底から後端側に向けて延びる円柱状の第二部位（１２）を有するとともに、前記ファン本体部（２０）に形成された溝（２１）は、前記ファン本体部（２０）の後端面から先端面に向かって、前記駆動軸（１０）の中間部位（１３）の形状に沿った形状で形成されたすり鉢状の傾斜溝部（２２）からなる貫通穴であり、前記ファン本体部（２０）には、前記駆動軸（１０）が前記ファン本体部（２０）に嵌め込まれたときに、前記ファン本体部（２０）の先端面側から露出した前記駆動軸（１０）の先端を支持する支持部材（３０）が取付けられ、前記傾斜溝部（２２）の傾斜面（２２ａ）の角度を、前記溝（２１）の断面形状において前記傾斜溝部（２２）の傾斜面（２２ａ）を前記ファン本体部（２０）の先端面側に延長したときに交わる交点が前記支持部材（３０）による支持位置に位置するように設定し、前記交点を固定点（Ｆ）として、前記溝（２１）に嵌め込まれた前記駆動軸（１０）の先端のみを前記支持部材（３０）に固定したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の熱処理炉用ファン（１００）は、前記駆動軸（１０）は金属製であり、前記ファン本体部（２０）はセラミック製であることを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、傾斜溝部の傾斜面の角度を、溝の断面形状において傾斜溝部の傾斜面をファン本体部の先端面側に延長したときに交わる交点がファン本体部の先端面上の中央に位置するように設定し、交点を固定点として、溝に嵌め込まれた駆動軸の先端のみをファン本体部に固定したので、熱応力が生じ難く変形し難い。
すなわち、一般にものが熱膨張するときには膨張前の状態から相似形に膨張するが、駆動軸の中間部位に関してファン本体部に対する駆動軸の固定点が相似の中心となり、その点だけで固定するので、熱膨張率が異なっても熱膨張が妨げられず熱応力が生じ難い。
【００１５】
また、本発明によれば、駆動軸は金属製であり、ファン本体部はセラミック製であるので、駆動軸の熱膨張率のほうがファン本体部の熱膨張率よりも大きい。このとき、熱膨張率が小さいファン本体部に形成された溝は、ファン本体部の後端面から先端面に向かって、駆動軸の中間部位の形状に沿った形状で形成されたすり鉢状の傾斜溝部が形成されているので、傾斜溝部に沿って駆動軸の中間部位が後方に膨張可能で、駆動軸とファン本体部との間に熱応力が生じ難い。
このように、熱応力が生じ難く変形し難い熱処理炉用ファンであっても、ファン本体部の溝に駆動軸を嵌め込み、一点で固定するだけであるので、構造が簡易で製造コスト及び管理コストも低廉である。
【００１６】
なお、本発明の熱処理炉用ファンのように、駆動軸に円錐台の中間部位を設け、その形状に沿ったファン本体部の溝を有する点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る熱処理炉用ファンを示す要部断面図である。
【図２】図１に示す熱処理炉用ファンにおけるファン本体部を示す断面図である。
【図３】図１に示す熱処理炉用ファンにおけるファン本体部を示す平面図である。
【図４】図１に示す熱処理炉用ファンにおける駆動軸を示す平面図である。
【図５】図１に示す熱処理炉用ファンにおける駆動軸が熱膨張した状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る熱処理炉用ファンを示す要部断面図である。
【図７】図６に示す熱処理炉用ファンにおけるファン本体部を示す断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る熱処理炉用ファンを示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第一実施形態）
図１乃至図４を参照して、本発明の第一実施形態に係る熱処理炉用ファン１００を説明する。
この熱処理炉用ファン１００は、熱処理炉の炉内に設けられ炉内の雰囲気を撹拌するもので、ファン本体部２０と、駆動軸１０と、を備えるものである。
ここで簡単のため断面図においては、複数の羽根２０ａを含めたファン本体部２０の外殻を矩形（図１において最も左右の幅が広い矩形）で表示しており、羽根２０ａは明示していない。他の実施形態の断面図についても同様である。
【００１９】
駆動軸１０は、モータ１に接続され、モータ１の動力をファン本体部２０に伝えてファン本体部２０を回転させる。駆動軸１０は炉壁Ｗの孔部を貫通して配置され、モータ１は炉外側、ファン本体部２０は炉内側に配置される。
そして駆動軸１０は、中間部位１３、第一部位１１、第二部位１２を有する。
中間部位１３は、円錐台であって上底の径よりも下底の径が大きい。なお、図１や図３では下側が上底、上側が下底となっている。
第一部位１１は、円錐台の上底と同径でその上底から先端側に向けて延びる円柱状である。
【００２０】
第二部位１２は、円錐台の上底より径が大きい下底と同径でその下底から後端側に向けて延びる円柱状である。
そして、駆動軸１０はその先端側から、ファン本体部２０に形成された溝２１に嵌め込まれるようにして固定されてなる。
なお、駆動軸１０とファン本体部２０が互いに熱膨張率の異なる材質で形成されてなる。詳しくは、駆動軸１０は金属製であり、ファン本体部２０はセラミック製であって、熱膨張率は金属よりもセラミックのほうが小さい。
【００２１】
ファン本体部２０は、複数の羽根２０ａを周面に有する円盤状の大径円盤部２５からなり、中央には溝２１が形成されている。
ここでその溝２１は、ファン本体部２０の後端面から先端面に向かって、駆動軸１０の中間部位１３の形状に沿った形状で形成されたすり鉢状の傾斜溝部２２と、駆動軸１０の第一部位１１の形状に沿った形状（径）で傾斜溝部２２の先端側に形成された竪穴状の直線溝部２３が連通した貫通穴である。つまり、傾斜溝部２２と直線溝部２３は、大径円盤部２５を貫通するように形成されてなる。
【００２２】
ここで、図１及び図２において二点鎖線で示したように、傾斜溝部２２の傾斜面２２ａの角度を、溝２１の断面形状において傾斜溝部２２の傾斜面２２ａをファン本体部２０の先端面側に延長したときに交わる交点がファン本体部２０の先端面上の中央に位置するように設定し、その交点をファン本体部２０とファン本体部２０の溝２１に嵌め込まれた駆動軸１０とを固定する固定点Ｆとした。その固定は、固定点Ｆにおいて駆動軸１０の先端のみをファン本体部２０に固定するものである。この固定方法はボルトとナットや溶接によるもののように、従来周知の固定具３５又は固定方法が適宜用いられる。
【００２３】
以上のように構成された熱処理炉用ファン１００によれば、傾斜溝部２２の傾斜面２２ａの角度を、溝２１の断面形状において傾斜溝部２２の傾斜面２２ａをファン本体部２０の先端面側に延長したときに交わる交点がファン本体部２０の先端面上の中央に位置するように設定し、交点を固定点Ｆとして、溝２１に嵌め込まれた駆動軸１０の先端のみをファン本体部２０に固定したので、駆動軸１０及びファン本体部２０に熱応力が生じ難く変形し難い。
【００２４】
すなわち、一般にものが熱膨張するときには膨張前の状態から相似形に膨張するが、駆動軸１０の中間部位１３に関してファン本体部２０に対する駆動軸１０の固定点Ｆが相似の中心となり、その点だけで固定するので、二部品（駆動軸１０とファン本体部２０）の熱膨張率が異なっても熱膨張が妨げられず熱応力が生じ難い。
【００２５】
また、駆動軸１０は金属製であり、ファン本体部２０はセラミック製であるので、駆動軸１０の熱膨張率のほうがファン本体部２０の熱膨張率よりも大きい。このとき、熱膨張率が小さいファン本体部２０に形成された溝２１は、ファン本体部２０の後端面から先端面に向かって、駆動軸１０の中間部位１３の形状に沿った形状で形成されたすり鉢状の傾斜溝部２２が形成されているので、固定点Ｆを相似の中心として傾斜溝部２２に沿って駆動軸１０の中間部位１３が後方に膨張可能で（図５の破線参照）、駆動軸１０とファン本体部２０との間に熱応力が生じ難い。図５において駆動軸１０のみを破線で表示しているのは、ファン本体部２０の熱膨張率より駆動軸１０の熱膨張率のほうが大きく、ファン本体部２０の熱膨張は無視可能なためである。
【００２６】
以上より、熱処理炉用ファン１００は変形及び破損し難い。
しかも、このように熱応力が生じ難く変形し難い熱処理炉用ファン１００であっても、ファン本体部２０の溝２１に駆動軸１０を嵌め込み、一点で固定するだけであるので、構造が簡易で製造コスト及び管理コストも低廉である。
【００２７】
（第二実施形態）
次に図６と図７を参照して、本発明の第二実施形態に係る熱処理炉用ファン１００を説明する。なお、第一実施形態と同一部分には同一符号を付した。
本実施形態の第一実施形態との違いは、主にファン本体部２０の形状であり、おおまかな駆動軸１０の形状は第一実施形態と同じである。
また、図面においてモータ１や炉壁Ｗの記載は省略した。
【００２８】
ファン本体部２０は、複数の羽根２０ａを周面に有する円盤状の大径円盤部２５と、その大径円盤部２５と同心軸上で炉内側（先端側）に向かって大径円盤部２５から突出するとともに大径円盤部２５よりも小径の小径円盤部２６を備える。
傾斜溝部２２は、大径円盤部２５を貫通するように形成されるとともに、直線溝部２３は、小径円盤部２６を貫通するように形成されてなり、傾斜溝部２２と直線溝部２３は連通している。
【００２９】
また、傾斜溝部２２の傾斜面２２ａの角度を、溝２１の断面形状において傾斜溝部２２の傾斜面２２ａを小径円盤部２６の先端面側に延長したときに交わる交点が小径円盤部２６の先端面上の中央に位置するように設定し、交点を固定点Ｆとした。
【００３０】
なお、傾斜溝部２２の傾斜面２２ａの角度が第一実施形態におけるものより緩やかになっている。これに対応するように、駆動軸１０の円錐台の傾斜は第一実施形態におけるものより緩やかである。
【００３１】
本実施形態においても、駆動軸１０の中間部位１３に関してファン本体部２０に対する駆動軸１０の固定点Ｆが相似の中心となり、その点だけで固定するので、駆動軸１０とファン本体部２０の熱膨張率が異なっても熱膨張が妨げられず熱応力が生じ難い。
【００３２】
（第三実施形態）
次に図８を参照して、本発明の第三実施形態に係る熱処理炉用ファン１００を説明する。なお、第二実施形態と同一部分には同一符号を付した。
本実施形態の第二実施形態との違いは、ファン本体部２０が小径円盤部２６を有していないことである。
【００３３】
すなわち、ファン本体部２０は、複数の羽根２０ａを周面に有する円盤状の大径円盤部２５のみからなる。
ここで、傾斜溝部２２の傾斜面２２ａの角度は第二実施形態における傾斜溝部２２の傾斜面２２ａの角度と等しく、溝２１の断面形状において傾斜溝部２２の傾斜面２２ａを小径円盤部２６の先端面側に延長したときに交わる交点が大径円盤部２５の先端面よりも先端側（ファン本体部２０の外側）に位置する。
【００３４】
この交点の位置は、駆動軸１０がファン本体部２０に嵌め込まれたときに、ファン本体部２０の先端面側から露出した駆動軸１０の先端の位置と一致する。
そして、ファン本体部２０の溝２１から等距離の位置にファン本体部２０を貫通する複数（ここでは四本）の支持棒３１と、ファン本体部２０から離間した位置に支持板３２が取付けられている。この支持棒３１と支持板３２からなる支持部材３０によって、ファン本体部２０の先端面側から露出した駆動軸１０の先端を支持する。
この支持部材３０による支持は、溝２１に嵌め込まれた駆動軸１０の先端のみを支持部材３０（ボルトやナット等の固定具３５を含む）に固定されることで行われる。
【００３５】
本実施形態においても、駆動軸１０の中間部位１３に関してファン本体部２０に対する駆動軸１０の固定点Ｆが相似の中心となり、その点だけで固定するので、熱膨張率が異なっても熱膨張が妨げられず熱応力が生じ難い。
【００３６】
なお、第一乃至第三実施形態において、駆動軸１０は金属製、ファン本体部２０はセラミック製としたが、これに限られるものではなく、他の互いに熱膨張率の異なる材質であればよい。このとき、ファン本体部２０よりも駆動軸１０のほうがより大きい熱膨張率の材質であれば、例えば両者とも金属であったり、あるいは両者ともセラミックであってもよい。
【００３７】
また、ファン本体部２０が有する複数の羽根２０ａは特に限定されるものではない。例えば、羽根２０ａの枚数、羽根２０ａの厚さ、羽根２０ａの形状、又は羽根２０ａと羽根２０ａとの間隔等は限定されない。
【００３８】
また、ファン本体部２０と駆動軸１０は固定点Ｆのみで固定されるが、厳密な意味での点における固定でなくてもよい。これはファン本体部２０と駆動軸１０との接触面全体の接着や溶接といった広い範囲における固定とは異なるという意味であり、ボルトとナットの一箇所のみといった、狭い範囲での固定を意味するものである。
【００３９】
また、支持部材３０は第三実施形態のものに限られず、溝２１に嵌め込まれた駆動軸１０をファン本体部２０よりも先端側（炉内側）で固定できるものであれば他の構成であってもよい。
また、炉内外の熱の遮断方法は特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１      モータ
１０      駆動軸
１１      第一部位
１２      第二部位
１３      中間部位
２０      ファン本体部
２０ａ    羽根
２１      溝
２２      傾斜溝部
２２ａ    傾斜面
２３      直線溝部
２５      大径円盤部
２６      小径円盤部
３０      支持部材
３１      支持棒
３２      支持板
３５      固定具
１００      熱処理炉用ファン
Ｆ      固定点
Ｗ      炉壁
【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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