JP2015001202A - 送風ファン - Google Patents

Abstract

【課題】軸受ハウジングに金属製のプレートを嵌合するための構造が不要であり、加工の手間や工数の増加による価格の上昇を抑制しつつ、インペラの回転に伴って発生する振動に対し、共振が発生するのを抑制した騒音の少ない送風ファンを提供することを目的とする。【解決手段】アウターロータ型の送風ファンであって、インペラのハブに固定されたロータシャフトと、ロータシャフトを回転自在に支持する軸受ハウジングと、軸受ハウジングを固定する固定部が設けられ、取り付け対象機器に取り付けるための機器取り付け部と、固定部に設けられ、前記機器取り付け部の固有振動数を調整する調整部材と、を備え、調整部材は、軸受ハウジングと離間した位置に設けられている。【選択図】 図１

Description

本発明は、送風ファンに関する。

家電製品の冷却に使用される送風機は、小スペースで冷却効率が求められているため、高回転型が要求されているが、インペラの回転に伴って発生する振動が、回転軸、軸受、軸受ハウジング、固定部、機器取り付け部に広がるが、固定部と機器取り付け部が樹脂により一体成形された送風ファンでは、固有振動数が低い周波数領域に存在する。
このため、高回転型としインペラの回転数を増加させようとすると、インペラの回転に伴う振動周波数と、各部材の固有振動数が一致したときに、共振が発生し、振動が大きくなり、騒音につながるおそれがある。

これに対して、軸受ハウジングを金属製とし、軸受ハウジングの端部にプレス加工でフランジを設け、インサート成形によって機器取り付け部（ベース部及びハウジング）を一体的に形成することで、樹脂との接触面積をフランジで増やし、振動の発生を低減するとともに、固有振動数を高周波領域にずらせることができるため、共振現象の発生を防止できることが、特許文献１の背景技術として記載されている。

しかしながら、小型の送風ファンの場合、フランジを形成することは難しく、また、フランジが小さければ振動低減の効果も期待できないという問題がある。
この問題を解決するため、特許文献１では、フランジを形成する代わりに、金属製の軸受ハウジングに別体の金属製の環状プレートを嵌合した後に、環状プレートを樹脂層で覆うことでベース部を形成している。

このようにすることで、フランジを形成する場合よりも、部品の加工がしやすく、且つ、回転軸を支持する部材を複数の金属材料とすることで樹脂層が金属材料に接触する領域を多くして、インペラの回転に伴って発生する振動に対し、共振が発生するのを防止している（特許文献１）。

特開２０１０−１２４６４７号公報

しかしながら、特許文献１の構造は、軸受ハウジングと金属製のプレートを嵌合させることから、嵌合構造を形成する高い精度の加工が必要であるとともに、嵌合させるための工数も増えるため、加工の手間や工数の増加により価格が上昇するという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、軸受ハウジングに金属製のプレートを嵌合するための構造が不要であり、加工の手間や工数の増加による価格の上昇を抑制しつつ、インペラの回転に伴って発生する振動に対し、共振が発生するのを抑制した騒音の少ない送風ファンを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために本発明は、以下の構成によって把握される。（１）本発明の送風ファンは、アウターロータ型の送風ファンであって、インペラのハブに固定されたロータシャフトと、前記ロータシャフトを回転自在に支持する軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを固定する固定部が設けられ、取り付け対象機器に取り付けるための機器取り付け部と、前記固定部に設けられ、前記機器取り付け部の固有振動数を調整する調整部材と、を備え、前記調整部材は、前記軸受ハウジングと離間した位置に設けられている。

（２）上記（１）の構成において、前記調整部材は、その内径が軸受ハウジングの外径よりも大きく、その外径が前記固定部の外形よりも小さく形成されている。
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記調整部材は、円環状のリングである。

（４）上記（１）乃至（３）の構成において、前記調整部材は、前記機器取り付け部の材料とは異なる材料からなり、前記固定部とインサート成形により、一体に形成されている。
（５）上記（１）乃至（３）の構成において、前記調整部材は、前記固定部にアウトサートで設けられている。

（６）上記（５）の構成において、前記固定部は、前記調整部材を設けるための凹部を有している。
（７）上記（５）又は（６）の構成において、前記調整部材は、前記機器取り付け部の材料とは異なる材料である。
（８）上記（５）又は（６）の構成において、前記調整部材は、前記機器取り付け部の材料と同じ材料である。

本発明によれば、軸受ハウジングに金属製のプレートを嵌合するための構造が不要であり、加工の手間や工数の増加による価格の上昇を抑制しつつ、インペラの回転に伴って発生する振動に対し、共振が発生するのを抑制した騒音の少ない送風ファンを提供することができる。

本発明の第１実施形態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態を示す斜視図である。 円環状のリングの材料を変化させた時の固有振動数の変化を示すグラフである。 円環状のリングの厚さを変化させた時の固有振動数の変化を示すグラフである。 円環状のリングの外径を変化させた時の固有振動数の変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）について説明する。
実施形態の説明では全体を通して、同じ要素には同じ番号を付与している。

（送風ファンの全体構成）
本発明の送風ファン１の全体構成を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の送風ファン１は、羽根１５とハブ１８からなるインペラ３と、ハブ１８に固定されたロータシャフト２と、ロータシャフト２を回転自在に支持する軸受ハウジング４と、機器取り付け部５とを有している。
そして、円筒状のハブ１８の外周面には複数の羽根１５が周方向で等しいピッチで一体成形にて形成されている。
機器取り付け部５は、外枠部６と、底面（固定部７）と、外枠部６と底面（固定部７）とを架橋する固定翼８からなり、軸受ハウジング４は、機器取り付け部５を樹脂で射出成形するときに、機器取り付け部５の底面（固定部７）に、一体化するように固定されている。

そして、機器取り付け部５は、送風ファン１を家電製品に取り付けるための部分であり、具体的な取り付け構造は、軸流ファンの場合、図１の機器取り付け部５の外枠部６（ケーシングと呼ばれる場合もある。）に形成されることが多く、一方、遠心ファンの場合、図１の機器取り付け部５の固定部７（ベース部と呼ばれる場合もある。）に形成されることが多い。

なお、上記では、機器取り付け部５の底面が固定部７となっているが、送風ファン１を家電製品にどのように取り付けるかによって、機器取り付け部５の上面側に固定部７が設けられる場合もあり、また、機器取り付け部５の外枠部６がない場合もある。

また、軸受ハウジング４の外周には、インシュレータ９とステータコア１０とコイル１１からなるステータ１２が設けられている。
一方、インペラ３のハブ１８の内側には一体的に設けられたロータヨーク１３があり、そのロータヨーク１３の内側にロータマグネット１４が装着され、ロータ１９が形成されている。
そして、ステータ１２とロータ１９とでモータ部が構成されており、電源部（図示せず）からコイル１１に電流を供給することにより、羽根１５を有するインペラ３が回転する、いわゆるアウターロータ型の送風ファン１が構成されている。
なお、上記では、ロータヨーク１３は、ハブ１８の内側に一体的に設けているがハブ１８の内側に装着するようにしてもよい。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の送風ファン１について、さらに、図１に基づいて説明する。
第１実施形態の送風ファン１は、図１に示すように、機器取り付け部５の軸受ハウジング４が固定されている固定部７の中に、軸受ハウジング４と離間した位置に機器取り付け部５の固有振動数を調整するための調整部材１６が設けられている。
具体的には、軸受ハウジング４の外径よりも大きな内径を有する金属製の円環状のリングを調整部材１６として予め準備しておき、機器取り付け部５を樹脂で成形する時に、軸受ハウジング４と調整部材１６とを同時に成形型に配置してインサート成形したものである。

この調整部材１６は、機器取り付け部５がインペラ３の回転に伴い、軸受ハウジング４から伝搬してくる振動数と異なる固有振動数となるようにするための部材である。
従って、機器取り付け部５に設けられていればよく、軸受ハウジング４の一端に設けるフランジを構成する部品ではないため、必ずしも軸受ハウジングと嵌合させる必要はない。
このことから、軸受ハウジング４から離間して設けられ、軸受ハウジング４との嵌合を考慮する必要のない部材とされているので、嵌合構造に求められるような高い加工精度は要求されない。
そして、調整部材１６によって、機器取り付け部５の固有振動数が、軸受ハウジング４から伝搬してくる振動数と異なるように調整されているので共振が抑制され、騒音の発生を低減することができる。

なお、上記では、調整部材１６が金属製の円環状のリングの場合で説明したが、調整部材１６は、機器取り付け部５の固有振動数を軸受ハウジング４から伝搬してくる振動数と異なる固有振動数に調整できればよいので、形状は、必ずしも円環状のリングである必要はなく、例えば、矩形の板部材が固定部７に複数設けられていてもよく、同様に、材料も金属に限定されるものでない。
また、調整部材１６の外形は固定部７に固定する関係から、固定部７の外形より小さい方がよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の送風ファン２１について、図２に基づいて説明する。
図２は、機器取り付け部２５の固定部２７側が見えるようにした斜視図である。
第１実施形態と異なっているところは、機器取り付け部２５の固定部２７に、調整部材１６を配置するための凹部１７を設けている点である。

具体的には、機器取り付け部２５を樹脂で成形する時に、軸受ハウジング４から離間した位置に凹部１７ができるようにした成形型を用いて、その成形型に軸受ハウジング４を配置し射出成形したものである。

そして、機器取り付け部２５の固定部２７に形成された凹部１７にアウトサートで調整部材１６を設けることで機器取り付け部２５の固有振動数を調整する。
この場合には、アウトサートで調整部材１６を設けることができるので、調整部材１６を、材料や形状の異なる他の調整部材１６に交換するだけで機器取り付け部２５の固有振動数を自在に変更することができる。
従って、このように形成された機器取り付け部２５は、凹部１７に設けた調整部材１６を変えるだけで、簡単に種々の製品に対応させることが可能である。

なお、アウトサートの場合は、できるだけ機器取り付け部２５と一体になるように、機械的結合、接着剤、溶着により嵌合することが望ましい。
また、アウトサートの場合は、調整部材１６に機器取り付け部２５と同じ材料を使用しても機器取り付け部２５の固有振動数を調整することが可能である。

（シミュレーション）
本発明の効果を確認するために、機器取り付け部５の固定部７に調整部材１６として円環状のリングを配置した場合の機器取り付け部５の固有振動数の変化を求めるシミュレーションを行った。
具体的には、円環状のリングの材質、外径、厚さをパラメータとして変化させた時の１次〜４次のモードの固有振動数の変化を調べた。
また、比較のために、調整部材（円環状のリング）を設けない場合の固有振動数についても調べた。

シミュレーション結果を表１に示し、表１の結果を、比較しやすいように、グラフ化したものを図３から図５に示す。
表１の左欄のリング無しの下に、１４・３２・１．５ＡＬと記載されている。
これは、左側の数字から順に「内径・外径・厚さ」を記載したものであり（単位はｍｍである。）、一番右端のアルファベットは材料の種別を示している。
材料の種別は、ＡＬがアルミニウム、ＳＵＳがステンレス、ＰＢＴがポリブチレンテレフタレートである。
なお、図３から図５においても、各サンプルを示す記載は、上記と同様に、左から順に「内径・外径・厚さ・材料種別」であり、「リング無し」と記載されているものは、円環状のリングを設けていない場合（以下、比較例という。）である。

本シミュレーションでは、調整部材である円環状のリングの内径を１４ｍｍで固定し、図１の機器取り付け部５の固定部７の固定翼８との結合部分の材厚より内側の部分の最大径を３２ｍｍとしている。
従って、円環状のリングの外径が３２ｍｍのものは、機器取り付け部５の固定部７の最大径とほぼ同じ直径である。

図３は、表１のデータから材料のみが異なり、内径、外径、厚さが同じ円環状のリングのデータを比較例と共にグラフ化したものであり、横軸にモードの次数、縦軸に固有振動数を取っている。
その結果、いずれの場合も１次〜３次までのモードでは、固有振動数が比較例よりも高くなることが確認できる。
また、４次のモードではＳＵＳ（ステンレス）の場合は比較例よりも固有振動数が減少しているが、ＡＬ（アルミニウム）及びＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）は比較例よりも固有振動数が上昇している。
これらの材料の中では、ＡＬ（アルミニウム）が、どのモードでも高い固有振動数になっており、効果的であることがわかる。

次に、図４は、表１のデータから厚さのみが異なり、内径、外径、材料が同じ円環状のリングのデータを比較例と共にグラフ化したものであり、横軸にモードの次数、縦軸に固有振動数を取っている。
なお、内径、外径、及び、材料は、それぞれ、１４ｍｍ、３２ｍｍ、ＡＬ（アルミニウム）である。
厚さが、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍと厚くなるにつれて、固有振動数が高くなることがわかるが、厚さが１．５ｍｍの場合と１ｍｍの場合とを比較すると、大きな差はないことから１ｍｍ以上の厚さがあればよいことがわかる。
従って、コスト面からすれば、１ｍｍ程度の厚さとすることで材料費を抑えつつ、効果が得られると考えられる。

最後に、図５は、表１のデータから外径のみが異なり、内径、厚さ、材料が同じ円環状のリングのデータを比較例と共にグラフ化したものであり、横軸にモードの次数、縦軸に固有振動数を取っている。
既に前述した通り、本シミュレーションでは、固定部７の最大径をほぼ３２ｍｍとしている。
従って、円環状のリングの外径が３２ｍｍであるものは、ほぼ固定部７の直径と同じ外径とされているものである。
一方、円環状のリングの外径が２６ｍｍのものは、固定部７の直径に対し、ほぼ２／３の外径とされているものであり、同様に、円環状のリングの外径が２０ｍｍのものは、固定部７の直径に対し、ほぼ１／３の外径とされているものである。

その結果、円環状のリングの外径が大きくなるに従って、固有振動数を高くできることがわかるが、外径が３２ｍｍの場合と２６ｍｍの場合とでは、大きな差はない。
このことから固定部７の最大径に対して、ほぼ２／３以上の外径を有する円環状のリングとすれば、十分な効果が期待できることがわかる。

以上図３から図５の結果からわかるように、調整部材１６は、機器取り付け部５の固定部７の軸受ハウジング４と離間した位置に設けることで機器取り付け部５の固有振動数を調整することが可能である。
従って、製品に求められるインペラ３の回転数が決まれば、その回転に伴い、軸受ハウジング４から伝搬してくる振動数を求め、軸受ハウジング４から伝搬してくる振動数と異なる固有振動数を、機器取り付け部５が有するように、調整部材１６の材料や形状を決め、機器取り付け部５の固定部７の軸受ハウジング４と離間する位置に設けるだけで共振が抑制され、騒音の発生を低減することができる。

このように、本発明では、金属製の軸受ハウジングの形状（フランジ）や、それに嵌合させるような付属部品（フランジ代替部品）を金属製の部品として、騒音の発生を抑制する必要がないため、従来技術のように、高い加工精度が要求される部品はなく、また、嵌合させる工程も不要であるので加工の手間や工数の増加による価格の上昇を抑制することができる。

また、本発明の調整部材１６をアウトサートで実施する実施形態では、同じ設計の機器取り付け部２５であっても、調整部材１６を、材料や形状の異なる他の調整部材１６に変更するだけで、種々の製品の振動特性に応じた固有振動数の機器取り付け部２５とすることが可能であることから、機器取り付け部２５の汎用性を高めることができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１、２１ 送風ファン
２ ロータシャフト
３ インペラ
４ 軸受ハウジング
５、２５ 機器取り付け部
６ 外枠部
７、２７ 固定部
８ 固定翼
９ インシュレータ
１０ ステータコア
１１ コイル
１２ ステータ
１３ ロータヨーク
１４ ロータマグネット
１５ 羽根
１６ 調整部材
１７ 凹部
１８ ハブ
１９ ロータ

Claims (8)

1. アウターロータ型の送風ファンであって、
   インペラのハブに固定されたロータシャフトと、
   前記ロータシャフトを回転自在に支持する軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングを固定する固定部が設けられ、取り付け対象機器に取り付けるための機器取り付け部と、
   前記固定部に設けられ、前記機器取り付け部の固有振動数を調整する調整部材と、を備え、
   前記調整部材は、前記軸受ハウジングと離間した位置に設けられていることを特徴とする送風ファン。
2. 前記調整部材は、その内径が軸受ハウジングの外径よりも大きく、その外径が前記固定部の外形よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の送風ファン。
3. 前記調整部材は、円環状のリングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の送風ファン。
4. 前記調整部材は、前記機器取り付け部の材料とは異なる材料からなり、前記固定部とインサート成形により、一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の送風ファン。
5. 前記調整部材は、前記固定部にアウトサートで設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の送風ファン。
6. 前記固定部は、前記調整部材を設けるための凹部を有していることを特徴とする請求項５に記載の送風ファン。
7. 前記調整部材は、前記機器取り付け部の材料とは異なる材料であることを特徴とする請求項５又は６に記載の送風ファン。
8. 前記調整部材は、前記機器取り付け部の材料と同じ材料であることを特徴とする請求項５又は６に記載の送風ファン。