JP2005155437A

JP2005155437A - 送風機用羽根車

Info

Publication number: JP2005155437A
Application number: JP2003395212A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Ota; 雅春太田; Kiyoshi Kinoshita; 清志木下; Takashi Okuya; 隆奥谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】軽量で、強度に優れ、送風性能の良い送風機用羽根車を提供する。
【解決手段】ハブ２と、非発泡材からなり前記ハブ２の周囲に設けられた複数の翼型の羽根３とを備え、前記羽根３に凹部１０ａを設け、前記凹部１０ａに発泡樹脂或いは熱可塑性エラストマーを充填して発泡部１３を形成したもので、送風機用羽根車１の軽量化が計れ、羽根３の根元が非発泡材で形成されているため、熱変形しにくく破壊回転強度の優れたものが得られ、また、軽量化できる分、羽根を厚肉化ができ低騒音化、送風性能の向上が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機等に使用される送風機用羽根車に関するものである。

従来の送風機用羽根車として、図５に示されるようなものがあった。すなわち送風機用羽根車１は、円柱形状のハブ２と、ハブ２の周囲に設けられた複数個の翼型の羽根３から形成され、中央のボス部４（モータ固定用）をファンモータ（図示せず）のシャフトに固定して、そのモータを回転させることにより、送風を行なうものである。

送風機用羽根車１の材料は、以前は、プレス加工して塗装した塗装鋼板やアルミ鋼板等の金属を使用していたが、近年は、生産性や性能面を重視してポリプロピレン樹脂などで樹脂化し射出成形して製造されている（例えば、特許文献１参照）。

また、送風機用羽根車１全体の樹脂材料に発泡材を混入して成形したものもある（例えば、特許文献２、３参照）。

さらに、羽根の一部に発泡した羽根ピースを溶融結合したもの（例えば、特許文献４参照）や、羽根に蓋を設けて中空にし、より性能面を考慮して羽根の厚みを３から１５ｍｍ程度に厚くしたものも造られている。また、ボス部にファンモーターからの振動を低減するために金属製の円筒内にＣＲゴムを設けた構造の防振材を用いたものもある（例えば、特許文献５参照）。
特開平９−２２８９９３号公報特開平８−４６９４号公報特開平１０−８９２９８号公報特開２０００−３４５９９４号公報特開平１０−４７２９８号公報

しかし、羽根の厚みを５〜１５ｍｍ程度の厚翼ファンにする場合、上記のような通常の化学発泡剤を混入して発泡させる場合、以下のような問題があった。

送風機用羽根車全体の成形材料に、発泡剤や熱膨張性マイクロカプセルなどを混入して高倍率に発泡させると、特に成形サイクルタイムが長くなり、また送風機用羽根車が高速回転時に熱変形しやすく、また破壊回転強度が低くなる傾向がある。

また、翼型の羽根に蓋を溶着加工して取り付ける方法は成形後、後加工が必要となり溶着した部分の周囲にやや目立つ溶着ラインが出て外観上見苦しかった。また三次元形状の翼型の羽根に蓋板を溶着加工するのは微妙な位置ズレが発生し、均一の中空部を確保するのには歩留まりが悪く、生産性が悪くなる。また、羽根に発泡させて羽根ピースを溶融結合させる場合も、成形後に熱板などを当てて加圧するという後工程が必要となる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、強度、送風性能、生産性にすぐれ、かつ大幅に軽量化された送風機用羽車を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の送風機用羽根車は、ハブと、非発泡材からなり前記ハブの周囲に設けられた複数の翼型の羽根とを備え、前記羽根に凹部を設け、前記凹部に発泡樹脂或いは熱可塑性エラストマーを充填して発泡部を形成したもので、送風機用羽根車の軽量化が計れ、羽根根元の樹脂が非発泡部で形成されるため、熱変形や破壊回転強度の優れたものが得られる。特にφ３５０ｍｍ以上の送風機用羽根車で７００ｇ以下にすることが可能となり、大型の送風機用羽根車を回転するファンモータの起動時や回転時にかかる負担が少なくできる。また、軽量化できる分、羽根を厚肉化ができるので低騒音化が可能となり送風性能の向上も図れる。

本発明の、送風機用羽根車は、軽量で、強度に優れ、羽根の厚肉化に伴う送風性能の向上により電気代の低減などが図れ省エネ・環境面でも貢献することができる。

第１の発明は、ハブと、非発泡材からなり前記ハブの周囲に設けられた複数の翼型の羽根とを備え、前記羽根に凹部を設け、前記凹部に発泡樹脂或いは熱可塑性エラストマーを充填して発泡部を形成したもので、送風機用羽根車の軽量化が計れ、羽根根元の樹脂が非発泡部で形成されるため、熱変形や破壊回転強度の優れたものが得られる。特にφ３５０ｍｍ以上の送風機用羽根車で７００ｇ以下にすることが可能となり、大型の送風機用羽根車を回転するファンモータの起動時や回転時にかかる負担が少なくできる。また、軽量化できる分、羽根を厚肉化ができるので低騒音化が可能となり送風性能の向上も図れる。

第２の発明は、特に、第１の発明の発泡部の表面を、厚さ０．２〜２ｍｍの非発泡のスキン層で形成したもので、羽根表面が強くなり、使用時に羽根の表面に異物が飛んできて当たっても大きく損傷することがない。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の非発泡材として、ＰＰ(ポリプロピレン)系樹脂、ＡＳ(アクリロニトリル・スチレン)系樹脂、Ａ／ＥＰＤＭ／Ｓ(アクリロニトリル・エチレンプロピレン−ジエン・スチレン)系樹脂、ＡＳＡ(アクリロニトリル・スチレン・アクリル酸エステル)系樹脂のいずれか一つの合成樹脂材を使用するもので、密度が０．９〜１．１程度の合成樹脂材を用いることにより軽量化が図れ、またこれらの樹脂は耐候処理することが容易であり、屋外でも１０年以上の耐久性を確保することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の非発泡材として、炭酸カルシウム、タルク(珪酸マグネシウム)、ＧＦ（ガラスファイバー）、マイカ（雲母）の一種または二種を１０〜４０重量％混入した合成樹脂材を使用するもので、密度１．０〜１．３５程度で剛性及び耐熱性を向上させて、なお且つ軽量化を図ることができる。また、同様に耐候処理することが容易であり屋外でも１０年以上の耐久性を確保することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の発泡部を、ＰＰ(ポリプロピレン)系樹脂、ＰＥ(ポリエチピレン)系樹脂、ＰＳ(ポリスチレン)系樹脂、ＡＳ(アクリロニトリル・スチレン)系樹脂、Ａ／ＥＰＤＭ／Ｓ(アクリロニトリル・エチレンプロピレン−ジエン・スチレン)系樹脂、ＡＳＡ(アクリロニトリル・スチレン・アクリル酸エステル)系樹脂、ＰＵ(ウレタン)系樹脂のいずれか一つの合成樹脂より形成したもので、非発泡部の樹脂と発泡部の樹脂との接合性が良くなり、ＰＰ系樹脂の非発泡部には、ＰＰ系樹脂、ＰＥ系樹脂の発泡樹脂が適している。また、ＡＳ系樹脂、Ａ／ＥＰＤＭ／Ｓ系樹脂、ＡＳＡ系樹脂の非発泡部には、同一樹脂の発泡樹脂かＰＳ系樹脂が適しており、これらの適した樹脂では、非発泡部と発泡部とが強固に融合しており、空気調和機の送風機用羽根車として長期に使用しても、非発泡部と発泡部の接合部で剥離することはない。

第６の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の発泡部を、オレフィン系熱可塑性エラストマー或いはスチレン系熱可塑性エラストマーで形成したもので、非発泡部の樹脂と発泡部の熱可塑性エラストマーとの接合性が良くなり、ＰＰ系樹脂の非発泡部には、オレフィン系の発泡熱可塑性エラストマーが適している。また、ＡＳ系樹脂、Ａ／ＥＰＤＭ／Ｓ系樹脂、ＡＳＡ系樹脂の非発泡部には、同一樹脂のスチレン系の発泡熱可塑性エラストマーが適している。これらの適した樹脂と発泡熱可塑性エラストマーの組み合わせによって、非発泡部と発泡部とが強固に融合しており、空気調和機の送風機用羽根車として長期に使用しても、非発泡部と発泡部の接合部で剥離することはない。

第７の発明は、特に、第５又は第６のの発明の発泡部の見かけ比重を、０．０５〜０．５としたもので、臨界状態の二酸化炭素の量や成形圧力をコントロールすることによって、充填量や発泡倍率が変わり重量調整が可能となり、０．０５〜０．５の見かけ比重の範囲であれば、形状を安定させて軽量化ができる。また回転破壊強度や熱変形の少ない優れた送風機羽根車が得られる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の非発泡材からなる非発泡部を一次成形した後に発泡部を二次成形し、前記発泡部の射出成形時に金型をコアバックさせて膨張し一体成型したもので、一次側で非発泡部を成形した後に二次側で、羽根の凹部に発泡樹脂や発泡熱可塑性エラストマーを充填するため、非発泡部と発泡部が強固に融合し、さらに金型をコアバックするため発泡倍率が大きくなり、大きく軽量化できるとともに、成形品の厚翼部にヒケが発生することも少ない。

第９の発明は、特に、第７の発明の発泡部に使用する発泡剤として、超臨界状態の二酸化炭素を用いたもので、この発泡剤は臨界状態では、樹脂が可塑化されて微細な発泡セルが多く形成されるため、送風機羽根車として大きく軽量化でき、また物性強度の低下が少ない発泡層が形成できて回転破壊や熱変形の少ない送風機羽根車が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における送風機用羽車の斜視図、図１（ｂ）は、同送風機用羽車の羽根の斜視図で、図２は、同送風機用羽車の断面図である。なお、従来例と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図１において、送風機用羽根車１は、円柱形状のハブ２と、前記ハブ２の周囲に複数個設けられた翼型の羽根３から形成され、中央のボス部４には、ファンモータ（図示せず）のシャフトに固定するための軸受け部４が設けられている。

羽根３の厚翼部１０には、予め凹部１０ａを設け、凹部１０ａに発泡樹脂や発泡熱可塑性エラストマーを充填成形して一体成型したものである。尚、成形は二色成形機を用い、まず一次側で送風用羽根車１の羽根３に凹部１０ａを設けたベース樹脂の非発泡部１２を成形し、その後二次側で発泡樹脂や発泡熱可塑性エラストマーを充填し成形した発泡部１３を形成する。

物理発泡剤として臨界状態の炭酸ガス（ＣＯ₂）は、この二次側の発泡樹脂や発泡熱可塑性エラストマーを成形するときに用いるものである。炭酸ガスは、樹脂に対する溶解性が高く発泡セルが均等になりやすい。尚、物理発泡剤としては、やや発泡セルが不均一となるが窒素ガスを用いることができる。

表１には、送風機用羽根車１を２色成形するときの、非発泡部１２、発泡部１３の樹脂材料、充填材の種類等を変えた実施例１〜１６とともに、充填材の混入量、樹脂の密度、流動性ＭＦＩ（メルトフロ−インデックス）、発泡部のみかけ比重、発泡部のスキン層３０２の厚み、成形品の重量と成形品の破壊回転数が示されている。

尚、上記実施例における送風機用羽根車１はφ４１０ｍｍの３枚羽根のもので、羽根３の中央部の断面部の最大肉厚を約１６ｍｍにしたものである。送風機用羽根車１の騒音を測定すると、通常の厚み６ｍｍ程度の従来の送風機用羽根車と比較して、羽根３の厚みを約１６ｍｍにすることで、騒音値で−０．５〜１．５ｄB程度の効果がでる。

尚、実施例１５と１６は、二次側の発泡樹脂や発泡熱可塑性エラストマーを成形するときに、化学発泡剤を使用したものである。尚、化学発泡剤としてはアゾジカルボン酸アミドや炭酸水素ナトリウムなどを使用している。

二色成形とは、一般に多用されている成形法であり、二色または二種類の樹脂から成る一体の製品を作る成形法で、成形には、二組の射出装置を備えた専用機を使用する。二色成形の代表的な例は、第１の射出装置のシリンダより一色（一材）めを一次成形し、一度型を開き一次成形品をコア側に付着させたまま、金型を１８０度回転させて型を閉じ、第２の射出装置のシリンダより二色（二材）めを成形し、再び型を開き、成形品を金型から取出して、二色成形品ができあがる。この場合、一次成形用金型と二次成形用金型の二組の金型を使用する。実際の操作では、二組の射出装置がほぼ同時に作動し、半回転ごとに１ショットの成形品が得られる。この他の方法としては、二組の金型を垂直軸のまわりに背中合わせに取付けて、垂直軸を中心にして半回転させる方法や一組の金型内に一次成形用と二次成形用のキャビティ、コアのセットを設ける方法などがある。

実施例１と２では、図３に示すように、非発泡部１２のスキン層１４が０．１ｍｍ以下の発泡部１３から形成されている。また実施例３〜１６では、０．２〜２．０ｍｍのスキン層１４を形成したものである。実施例１における送風機用羽根車１の合成樹脂材として、非発泡部１２の合成樹脂材には、ＧＦ混入量が２０重量％、樹脂密度が１．１４、樹脂の流動性ＭＦＲ（ＪＩＳ−Ｋ−７２１０、メルトフロ−レート）が２３０℃、２．１６ｋｇｆ／ｃｍ²で１０ｇ／１０分のＰＰ系樹脂を用いている。

また、発泡部１３には充填材を含まないＰＰ樹脂を使用し、発泡部１３のみかけ密度は約０．０５である。送風機用羽根車１の成形品重量は６１５ｇで、従来例の８００ｇより１８５ｇ軽量化している。また、成形品の破壊回転数は、３７５０ｒｐｍであり従来例と同等以上ある。

以下、実施例２〜１６は、表１に示す内容の充填材を混入し、発泡部１３の見かけ密度をコントロールすることによって軽量化を図っている。尚、発泡部１３の合成樹脂材は実施例１〜６がＰＰ樹脂、実施例７がＰＵ樹脂、実施例８がＰＥ樹脂、実施例９がオレフィン系エラストマー、実施例１０がＡＳ樹脂、実施例１１がスチレン系エラストマー、実施例１２がＡＥＳ樹脂、実施例１３がＡＳＡ樹脂、実施例１４がＰＳ樹脂を用いている。また実施例１５〜１６はＰＰ樹脂を用いている。

発泡部１３の見かけ密度は、成形後に成形品から発泡部１３を切り出し、発泡部の重量を体積で割って概略計算したものである。発泡部１３の重量が２０ｇで体積が約２００ｃｍ³の時は２０ｇ／２００ｃｍ³となり、みかけ密度は約０．１となる。

成形品の破壊回転数は、送風機用羽根車１のボス部４を回転破壊試験機のモータにナットで締め付けて固定し、１分間に１００ｒｐｍの割合で徐々に回転数を上げて破壊した時の回転数をもとめたものである。破壊回転数は、送風機用羽根車１の強度として重要な特性であり、室外で台風時の３０ｍ／秒におよぶ強風に耐えることを考慮したものである。破壊回転数は、成形品の重量や形状、非発泡部１２の合成樹脂材の種類や充填材の種類と混入量や発泡部１３の材質や発泡状態などによって変わる。重量や形状因子が大きいが、適切な合成樹脂材を開発することにより、同じ形状でも１０００〜２０００ｒｐｍ程度の差が出るため、樹脂の改良によって破壊回転数をかなり向上させることは可能である。

従来例は、３６００ｒｐｍであるが、実施例１〜１４は３６５０〜３８００ｒｐｍ程度あり、従来例のものよりも軽量化した分、回転時に羽根３の根元にかかる応力も小さくなり強度を向上させることができる。

また実施例に用いている合成樹脂材は、紫外線防止剤や酸化防止剤を樹脂材料の調色時や充填剤を混入するときに適量入れることにより耐候性を向上させることができる。特に屋外で使用する場合、ＰＰ、ＡＳ、ＡＥＳ、ＡＳＡ、ＰＥ系樹脂材料やオレフィン系或いはスチレン系の熱可塑性エラストマーは耐候性に優れており、屋外でも１０年以上の耐久性を確保することができる。

発泡部１３の見かけ密度は、０．５以上になると成形品の重量の軽量化が少なくメリットが少なくなる。また０．０５以下であれば軽量化は大きくなるが成形時間が長くなり生産性が劣る。従って０．０５〜０．５の範囲が望ましい。尚、二次側で発泡樹脂や熱可塑性エラストマーを成形するときに、図４に示すようにコアバック部１５はコアバックの金型６を適量スライドすることによって形成することができる。コアバック量としては２〜５ｍｍ程度が、二酸化炭素を混入して２００μ以下の微細なセルを造るには好ましい。５ｍｍ以上になると発泡倍率の調整が難しく成形時間が長くなる。また２ｍｍ以下では、発泡部１３の見かけ密度が０．５以上となりやすく発泡倍率が小さくなりやすい。また、特に５０μ以下の微細なセルを造るには、二酸化炭素を超臨界状態（臨界温度３１℃以上及び臨界圧力７３ａｔｍ以上）にして成形機のシリンダ内に注入した方が好ましい。臨界状態以下でも可能であるが、セル径が、０．５程度までと大きくなりやすく表面の凹凸が大きくなりやすい。

また、発泡部１３のスキン層１４の厚みは、発泡状態と二次側の成形冷却時間をコントロールして調整できる。また、発泡倍率を大きくするためには、１重量％程度の微量のタルクやマイカやＧＦや炭酸カルシウムを添加すると、それらが核材となって発泡しやすくなる。また、発泡状態が低い時は、化学発泡剤を１重量％未満添加することによって発泡状態を良くすることができる。本実施例においても１％未満で適宜混入することによって発泡倍率を上げている。

従来例の合成樹脂材は、樹脂密度が１．１４、樹脂の流動性ＭＦＩ(メルトフロ−インデックス)が２３０℃、２．１６ｋｇｆ／ｃｍ²で６ｇ／１０分のＰＰ系樹脂を用いて射出成形したものである。従来例に使用した送風機用羽根車１も、φ４１０ｍｍの３枚羽根のもので、羽根中央部の断面部の最大肉厚を１６ｍｍにしたものである。

以上のように本発明の送風機用羽根車は、軽量で熱変形や破壊回転強度に優れているので、ファンを使用する空調機器、空気清浄機、送風装置、電源装置等にも広く適用できるものである。

（ａ）本発明の第１の実施の形態における送風機用羽根車の斜視図、（ｂ）同送風機用羽根車の羽根の斜視図同送風機用羽根車の断面図他の例を示す送風機用羽根車の断面図同送風機用羽根車の金型コアバック時の断面図従来の送風機用羽根車の斜視図

符号の説明

１送風機用羽根車
２ハブ
３羽根
４ボス部
１０ａ凹部
１２非発泡部
１３発泡部
１４スキン層

Claims

ハブと、非発泡材からなり前記ハブの周囲に設けられた複数の翼型の羽根とを備え、前記羽根に凹部を設け、前記凹部に発泡樹脂或いは熱可塑性エラストマーを充填して発泡部を形成した送風機用羽根車。
発泡部の表面を、厚さ０．２〜２ｍｍの非発泡のスキン層で形成したことを特徴とする請求項１記載の送風機用羽根車。
非発泡材として、ＰＰ(ポリプロピレン)系樹脂、ＡＳ(アクリロニトリル・スチレン)系樹脂、Ａ／ＥＰＤＭ／Ｓ(アクリロニトリル・エチレンプロピレン−ジエン・スチレン)系樹脂、ＡＳＡ(アクリロニトリル・スチレン・アクリル酸エステル)系樹脂のいずれか一つの合成樹脂材を使用する請求項１又は２記載の送風機用羽根車。
非発泡材として、炭酸カルシウム、タルク(珪酸マグネシウム)、ＧＦ（ガラスファイバー）、マイカ（雲母）の一種または二種を１０〜４０重量％混入した合成樹脂材を使用する請求項１〜３のいずれか１項記載の送風機用羽根車。
発泡部を、ＰＰ(ポリプロピレン)系樹脂、ＰＥ(ポリエチピレン)系樹脂、ＰＳ(ポリスチレン)系樹脂、ＡＳ(アクリロニトリル・スチレン)系樹脂、Ａ／ＥＰＤＭ／Ｓ(アクリロニトリル・エチレンプロピレン−ジエン・スチレン)系樹脂、ＡＳＡ(アクリロニトリル・スチレン・アクリル酸エステル)系樹脂、ＰＵ(ウレタン)系樹脂のいずれか一つの合成樹脂で形成した請求項１〜４のいづれか１項記載の送風機用羽根車。
発泡部を、オレフィン系熱可塑性エラストマー或いはスチレン系熱可塑性エラストマーで形成した請求項１〜４のいづれか１項記載の送風機用羽根車。
発泡部の見かけ比重を、０．０５〜０．５とした請求項５又は６記載の送風機用羽根車。
非発泡材からなる非発泡部を一次成形した後に発泡部を二次成形し、前記発泡部の射出成形時に金型をコアバックさせて膨張し一体成型したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の送風機用羽根車。
発泡剤として、超臨界状態の二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項７記載の送風機用羽根車。