JPH1077995A - 送風機用羽根車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ガラス中空ビーズを含有した熱可
塑性樹脂にて送風機用羽根車を成形することにより、羽
根の厚肉であっても成形時のヒケやソリのない理想通り
の送風機用羽根車を提供し、従来の羽根車に比べて騒音
及び送風機全圧効率、静圧効率等の性能向上を図るのを
目的とするものである。 【構成】 本発明の送風機用羽根車、送風機用羽根車１
を構成する複数枚の羽根部２及びハブ部３を、重量配合
率１０〜４０％のガラス中空ビーズ３および５〜１０％
のグラスファイバーを含有した熱可塑性樹脂材料で形成
したことを特徴とするものである。また、ガラス中空ビ
ーズ３の平均粒径を１０〜２００μｍとしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス中空ビーズを含
有した熱可塑性樹脂にて成形した送風機用羽根車に関
し、特に樹脂成形時における羽根車の羽根の厚みを理想
通りの厚肉に形成してもヒケやソリを無くし送風機用羽
根車の性能向上（騒音及び送風機全圧効率、静圧効率）
を図ると共に、成形時間の短縮を図り生産性の向上を図
ろうとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の送風機は金属プレス加工
によるものが多用されていたが、特に近年では樹脂成形
によるものが多用されるようになってきた。また、この
種の送風機においては、性能を向上させるために羽根車
の羽根部断面形状を、ＮＡＣＡ系列とかＧｏｔｔｉｎｇ
ｅ翼列とかの翼理論に準じた形状とすることが推奨され
ている。この場合、羽根部断面積はいわゆる流線形を基
本とした翼形状に設定されることになる。例えば、家庭
用エアコンの室外機に用いられる羽根車では、直径がφ
３００ｍｍ程度あるため羽根部の最大肉厚は計算上約１
５ｍｍ前後になる。

【０００３】ところで、この厚さのものをインジェクシ
ョン成形すれば当然ながら樹脂の熱収縮によるヒケや反
りにより羽根の表面に凹凸が生じ、羽根表面に沿った層
流の流れに剥離が生じ乱流が発生して騒音が高くなる。
なお、前記のヒケや反りを防止するために冷却時間を長
くして徐冷することも行われているが、これは成形サイ
クルタイムのアップとなり生産性の低下をきたすことに
なる。従って、従来は、主として製造上の制約から、樹
脂成形であれば理論形状の中間断面形状もしくは圧力面
側の形状に合わせた均一肉厚の羽根部形状（たとえば２
〜４ｍｍ）としていた。

【０００４】また、近年この翼理論に準じた厚肉翼を樹
脂成形で実現する手段として中空成形法とか二回成形法
とかの方法が採用されつつある。前者の中空成形法では
熱可塑性の溶融樹脂を金型のキャビティに射出した後、
前記キャビティーに圧縮窒素などの不活性ガスを圧入し
て、複数の羽根内部に中空部を成形する羽根車の成形方
法である。また、後者の二回成形法では、厚肉部分を二
回に分けて成形する方法であり、まず厚肉翼の半分の厚
肉部分を成形し、その後残りの部分を再度成形する方法
である。

【０００５】また、従来品における射出成形法では、型
から取り出した後の変形を防止するために寸法安定剤と
して樹脂の中に多量のタルクや層状雲母を細かく粉砕し
たマイカを混合させていた。このことは、送風機用羽根
車１の羽根部は、ハブ部から片持ち状態となり成形後金
型から取り出した後、羽根の自重により下方へ変形し易
くなるため、成形金型内において十分冷却してから取り
出す必要があるが生産性の関係からある程度冷却した段
階で取り出さなければならないためである。

【０００６】一方、製品の軽量化を図るためにガラス中
空ビーズを用いた各種の製品が提案されている。例え
ば、実開昭５９−１８２４６３，実開昭５９−１８２４
６４号に示される軽量化ハンドル、また実開平６−７１
４１１号に示される食品用容器等がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の中空成
形方法では、圧入したガスの充填で樹脂の肉厚をインジ
ェクション成形並に、均一にコントロールすることが出
来ない。これは、全てのブレード部分に流入する樹脂の
粘度、温度、射出圧力、射出量を全く同じにすることに
より可能となるが現実の射出成形でこれを実現すること
は不可能であり、羽根車の中空部は成り行き任せであっ
た。

【０００８】また、送風機用羽根車は、回転体であるか
ら当然重量のバランスのとれていることが必要である。
ＪＩＳＢ０９０５「回転機器の釣り合い良さ」に規定さ
れているように回転体の振動、騒音を抑えるためには使
用される目的により重量アンバランスを修正する必要が
ある。

【０００９】しかし、前記の如く中空部が成り行き任せ
であれば重量バランスも成り行き任せであり、成形後、
大きな重量アンバランスが生じた場合には後工程でバラ
ンス修正しても修正しきれないことになる。そこで、前
記二回成形法を行う事になるが、サイクルタイムの大幅
な増加となり効率的な成形方法とは言えなかった。

【００１０】二回成形法では、１５ｍｍ前後もある厚肉
部分が中実となることにより重量が非常に大きくなり、
モータの起動トルクを必要としモータの大容量化につな
がり効率向上を図ることができなかった。

【００１１】また、前記のタルクやマイカは寸法安定剤
としては効果的であるが、重量が重いというデメリット
のほか、ヒケ、変形防止材料としての効果には限度があ
った。その理由はマイカは鱗片状の無機物であり、長さ
方向の寸法安定性向上には効果的であるが、厚さ方向の
収縮防止等の寸法安定性には効果的ではない。

【００１２】つまり、従来の寸法安定剤であるタルク、
マイカは前述したごとく、不規則表面性状をした細分、
鱗片状の薄い細片であるため樹脂がキャビティー内に流
動、固化していく際、添加物の表面状態により硬化の度
合いが異なり、圧力のかかる部分とかからない部分、ま
た密に充填される部分と疎に充填される部分が生じ残留
応力となりこの差が金型から取り出した後変形につなが
っていた。

【００１３】また、従来のガラス中空ビーズを用いた各
種の樹脂製品においては、中空ビーズが製品の芯材とし
て配置されるように樹脂の射出成形用ノズルの他に中空
ビーズの供給ノズルを必要とし射出成形がかなり複雑で
あった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、送風機用羽根車１を構成する複数枚の羽
根部２及びハブ部３を射出成形するのにあたり、中空ビ
ーズを芯材として用いるのでなく、熱可塑性樹脂材料の
中にガラス中空ビーズ３とグラスファイバーを混合させ
て射出成形することにより、空気力学的に流れの剥離等
の生じない理想の翼形状を得るための羽根の断面肉厚が
厚いものであっても成形時の熱収縮による歪みが生じる
ことがなく、且つ軽量化が図れる送風機用羽根車の提供
を目的とするものである。

【００１５】すなわち、本発明の第１は、送風機用羽根
車１を構成する複数枚の羽根部２及びハブ部３を、重量
配合率１０〜４０％のガラス中空ビーズ３および５〜１
５％のグラスファイバーを含有した熱可塑性樹脂材料で
形成したことを特徴とする送風機用羽根車である。

【００１６】また、本発明の第２は、ガラス中空ビーズ
３の平均粒径を１０〜２００μｍとしたことを特徴とす
る請求項１記載の送風機用羽根車である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１〜
図３にもとづいて説明する。図１は、本発明に係る送風
機用羽根車の外観斜視図である。送風機用羽根車は、中
央のハブ部３の中心にモータのシャフトと結合するため
のボス部４が形成されており、ハブ部３の周囲に複数枚
の羽根部２が設けられている。この羽根部２は、図３に
示す通り、ハブ部３への取り付け部分が最も厚肉となり
外周へいくに従って徐々に薄くなっている。また、羽根
車２の断面形状は、図２に示す通り翼形形状となってお
り薄肉〜厚肉〜薄肉へと徐々に変化している。なお、５
はモータシャフトとの嵌合をより確実に行う為にインサ
ート成形された金属製のワッシャである。

【００１８】前記の送風機用羽根車１を構成する複数枚
の羽根部２及びハブ部３は、重量配合率１０〜４０％の
ガラス中空ビーズ３並びに重量配合率５〜１０％のグラ
スファイバーを含有した熱可塑性樹脂材料で成形されて
いる。

【００１９】一般にインジェクション成形は樹脂の射出
圧力が通常３００〜８００Ｋｇ／ｃｍ2 でキャビティ内
に射出される。このため中空ガラスビーズはこの圧力に
耐える必要があり、この要件から使用できるガラスビー
ズの厚み、径、配合率が決定されることになる。ガラス
中空ビーズの肉厚が薄くてかつ外径が大きければ大きい
ほどまた前述したごとく混入比率が高ければ高いほどか
さ比重が小さくなり軽量化の効果はあるがこの場合上記
射出圧力によりガラス中空ビーズが粉砕され中空が保た
れなくなる。

【００２０】このため本発明では、実際の成形可能なガ
ラスビーズを種々実験により選定し送風機用羽根車の基
本性能の確保及び重量低減達成度合いからガラス中空ビ
ーズの中空保持率の確保８０％以上を１つの目安として
前述のごとくガラス中空ビーズの重量配合率を１０〜４
０％、粒径１０〜２００μｍとしている。また、材料の
物性値を確保するためにグラスファイバーの重量配合率
を５〜１０％としている。

【００２１】前記ガラス中空ビーズは、ガラス自体の単
位重量は約２．５ｇ／ｃｍ3 であるがガラス中空ビーズ
のかさ比重は０．３〜０．４ｇ／ｃｃであり、従来のタ
ルク、マイカ等の単位重量（約２．５ｇ／ｃｍ3 ）に比
べて単位体積あたり約１／７である。このため製品の軽
量化を図ることができる。

【００２２】送風機用羽根車の材料選定に当たって重要
なことは、軽量化に効果的であり、かつ物性値が確保さ
れることである。まず重量について言えばガラス中空ビ
ーズの比重はガラス自体の比重よりもかさ比重が実際の
重量に効いてくることになりその値は０．３〜０．４ｇ
／ｃｃである。素材の１つであるポリプロピレンの比重
は０．９、高温時の変形防止剤として混入しているグラ
スファイバの比重は２．５、またヒケ、変形防止剤とし
て混入しているマイカの比重も２．５程度である。

【００２３】従って、マイカの比率が増えると製品重量
が重くなるため、マイカを減らしガラス中空ビーズを混
入する程重量低減に効果的であるが（トータルの比重
は、成分の混入比率と比重の掛け算により簡単に予測で
きる。）、反面ガラス中空ビーズを入れるほど物性低下
というデメリットが生じてくる。

【００２４】表１は、従来品と本発明品を比較するため
に行った各種材料の混入比率と材料の基本物性値を表わ
すものである。この表１において、送風機用羽根車とし
ての基本性能である回転強度、高温雰囲気中における耐
熱性、低温雰囲気中における衝撃強度等を勘案すると、
マイカを全く使用しない場合には、ガラス中空ビーズの
混入比率はＭａｘ４０％までであった。この場合、ガラ
ス中空ビーズの混入比率が低い場合には基本性能は問題
ないがただ軽量化への寄与の度合いが少なくなるという
ことであり、この点から製品としての要求スペックに照
らしてガラス中空ビーズの混入比率を決める必要があ
る。なお、今回の実験においては、本発明に係る樹脂材
料で成形したφ３００の送風機用羽根車では従来樹脂材
料品に比べ最高で３５％の軽量化が達成できた。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、本発明品においては、ガラス中空ビ
ーズとグラスファイバーを組み合わせて樹脂材料に混合
し射出成形することにより、材料の物性値を損なうこと
なく寸法精度を安定させ、かつヒケや変形のないものを
得ることができた。また、本発明は従来多量に用いられ
ていたタルクやマイカの使用量を極力少なくするか、あ
るいはこれらに変えてガラス中空ビーズそのものを寸法
安定材料としているので成形後の変形、収縮の防止、か
つヒケ、反りの防止が図られている。

【００２７】つまり、ガラスビーズが中空体であること
から射出成形時の加工圧力を吸収、緩和し成形品の収
縮、反りなど成形歪みの少ない製品を得ることができ
る。また、球形の無方向性であるため歪みを均一に分散
させ、成形品の収縮変形を少なくして、寸法を安定させ
ることができる。すなわち、寸法安定性を向上させるこ
とができる。

【００２８】さらに、ガラス中空ビーズは、ほぼ真球の
形状をしているためガラス中空ビーズ自体が「ベアリン
グ効果」を発揮してキャビティー内で流動性向上や均一
分散をすることになる。また、球形であることからほか
の添加剤であるタルク、マイカに比べて体積の割に表面
積が少なく、射出流動の際の熔融樹脂の粘度の増加が少
なく、同一射出圧力でも高・均一充填が可能となり型か
ら取り出した後の寸法安定性を向上させることができ
る。

【００２９】上述の如く、樹脂に中空ガラスビーズ及び
グラスファイバーを混合させた素材にて直径が３００ｍ
ｍ、羽根部の最大肉厚を理論計算通り１５ｍｍとした送
風機用羽根車を一般的に射出成形した場合には、従来品
の羽根部の肉厚２〜４ｍｍの薄肉ファン成形時の成形サ
イクルタイムとほぼ同等のサイクルタイム（約６０ｓｅ
ｃ）で成形が可能であった。

【００３０】また、本発明の羽根車は、羽根部の肉厚が
理論計算通りの肉厚となっているため、その翼面に沿っ
て空気流が流れることになる。この時翼面と空気流との
境界層で騒音が発生するものであるが、本発明品におい
てはガラス中空ビーズの内部が中空であるから、内部の
空間が防音効果を果し、羽根車から発生する騒音、振動
をさらに低減することができる。本発明者の実験による
と前述したφ３００の羽根車の例では、従来の一般的な
中身の詰まった成形品に比べて約５ｄＢも騒音を低減で
きた。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明により理解されるごとく本発
明は送風機用羽根車を構成する羽根部とハブ部をガラス
中空ビーズおよびグラスファイバーを含有した熱可塑性
樹脂材料で成形したものであるから、羽根部の肉厚を理
想の厚みに形成でき以下に示すような効果が得られる。 （１）理想の羽根部形状を実現し、かつ厚肉となる羽根
部にガラス中空ビーズが配合されるため空力特性、騒音
特性等の性能向上と同時に軽量化がはかれる。 （２）ガラス中空ビーズが従来のタルク、マイカにかわ
る寸法安定材として働き、特に羽根部の形状変化を防止
することができる。 （３）ガラス中空ビーズは内部が中空であるから内部の
空間が防音効果を果し、騒音の低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の送風機用羽根車の外観斜視図。

【図２】 同羽根車の羽根部のＡ−Ａ断面図。

【図３】 同羽根車をモータのシャフトに取り付けた状
態を示す縦断面図。

【符号の説明】

１．送風機用羽根車 ２．羽根部 ３．ハブ部
４．ボス部 ５．ワッシャ ６．モータ ７．モータシャ
フト ８．ナット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送風機用羽根車１を構成する複数枚の羽根
   部２及びハブ部３を、重量配合率１０〜４０％のガラス
   中空ビーズ３および５〜１０％のグラスファイバーを含
   有した熱可塑性樹脂材料で形成したことを特徴とする送
   風機用羽根車。
2. 【請求項２】ガラス中空ビーズ３の平均粒径を１０〜２
   ００μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の送風機
   用羽根車。