JP6340281B2 - ファンの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両用空調装置の送風ユニットに設けられるファンの取付構造に関するものである。

従来より、車両用空調装置には、空調用空気を熱交換器に送風するための送風ユニットが設けられている（例えば、特許文献１参照）。送風ユニットは、遠心式ファンと、ファンを収容するファンハウジングと、ファンを駆動するモーターとを備えている。モーターの出力軸は金属製であり、その円周面の一部が削り取られて断面がＤ字状に形成されている。ファンは樹脂成形品であり、その回転中心部には、モーターの出力軸が圧入される筒状のインサート材が設けられている。インサート材は、ファン本体を成形する樹脂よりも機械的強度が高い樹脂材で構成されている。

特開平１１−３４３９９７号公報

ところで、特許文献１のようにモーターの出力軸を断面Ｄ字状に形成すると、回転方向の滑り止めにはなるものの、出力軸自体の回転釣り合いが取りにくいという問題がある。また、出力軸は金属製であるので、この出力軸を切削して断面Ｄ字状に成形するのには高いコストがかかる。

そこで、モーターの出力軸を丸棒からなるものとして回転釣り合いが取りやすく、かつ、加工費もかからない構成とすることが考えられる。ところが、出力軸を丸棒にするとインサート材に圧入したときに出力軸のインサート材に対する回転方向の引っかかりがなくなり、出力軸の回転時にインサート材に対して回転方向に滑り易くなり、相対的な回転を許してしまう恐れがある。このことを抑制するためには、例えばインサート材を省略してファン全体を機械的強度の高い樹脂材で成形して出力軸が滑らないようにする方法があるが、この方法では、ファンの材料費や成形コストが上昇してしまう。

このことに対して、出力軸の外径を大きめにしたり、出力軸が圧入されるインサート材の内径を小さめにすることで出力軸をインサート材に強く圧入することが考えられる。このようにした場合には、出力軸が丸棒であることから、インサート材には周方向の全体に亘って高い応力がほぼ均等に発生することになる。このとき、インサート部材は樹脂材を成形してなるものであるため、成形時に金型内で溶融樹脂の流れが合流した部分にウエルドラインが形成されており、このウエルドラインが形成された部分は他の部分に比べて弱くなっている。上述のように出力軸の圧入によってインサート材に発生した応力は周方向にほぼ均等であるため、周方向のどこにウエルドラインが形成されていても、結果的にインサート材に割れが発生してしまう懸念がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モーターの出力軸を丸棒として筒状の樹脂製回転防止部材に圧入する場合に、回転防止部材に割れが発生するのを未然に防止することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、樹脂製回転防止部材に発生する応力を周方向について不均一にし、応力が高い部分を避けてウエルドラインを形成するようにした。

第１の発明は、
ファン駆動用モーターの出力軸にファンを取り付けるファンの取付構造において、
上記ファンは、羽根を有する樹脂製のファン本体と、該ファン本体の回転中心に形成された中心筒部に挿入されて該ファン本体に固定され、該ファン本体と一体に回転する筒状の回転防止部材とを備え、該回転防止部材は樹脂を射出成形してなり、
上記出力軸は丸棒からなり、上記回転防止部材と一体に回転するように該回転防止部材に圧入され、
上記出力軸の圧入によって上記回転防止部材に発生する応力を該回転防止部材の周方向について不均一とする凹部が上記回転防止部材に形成され、該回転防止部材には、高応力発生部と該高応力発生部よりも低い応力が発生している低応力発生部とが設けられ、
上記回転防止部材の成形時に形成されたウエルドラインは、上記低応力発生部に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、凹部が形成されることによって回転防止部材に発生する応力が不均一になるので、回転防止部材が高応力発生部と低応力発生部とを有することになる。そして、低応力発生部にウエルドラインが配置されるので、回転防止部材におけるウエルドラインが形成された部分の割れが未然に防止される。

第２の発明は、第１の発明において、
上記凹部は、上記回転防止部材の外周面に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、凹部を回転防止部材の外周面に形成したので、回転防止部材の内周面には凹部を形成せずに済む。これにより、出力軸を回転防止部材に確実に圧入することが可能になる。

第１の発明によれば、ファン駆動用モーターの出力軸の圧入によって回転部材に発生する応力を周方向について不均一とし、ウエルドラインを回転防止部材の低応力発生部に配置したので、回転防止部材に割れが発生するのを未然に防止することができる。

第２の発明によれば、回転防止部材の内周面に凹部を形成せずに済むので、出力軸を回転防止部材に確実に圧入することができる。

本発明の実施形態に係る送風ユニットの斜視図である。 送風ユニットの右側面図である。 モーターの出力軸に取り付けられたファンを上方から見た斜視図である。 モーターの出力軸に取り付けられたファンの断面図である。 ファン本体の平面図である。 ファンの回転中心部を拡大して示す平面図である。 図４のVII−VII線断面図である。 回転防止部材を上方から見た斜視図である。 回転防止部材の平面図である。 図９のX−X線断面図である。 回転防止部材を平坦面側から見た側面図である。 回転防止部材を凹部側から見た側面図である。 回転防止部材の底面図である。 実施形態の変形例１に係る図７相当図である。 実施形態の変形例２に係る図８相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るファンの取付構造が適用された送風ユニット１０を示すものである。送風ユニット１０は、図示しないが例えば自動車等に搭載される車両用空調装置の一部を構成するものである。車両用空調装置は、送風ユニット１０の他に、冷却用熱交換器及び加熱用熱交換器を有する空調ユニット（図示せず）を備えている。送風ユニット１０は、空調用空気を空調ユニットに送風するように構成されている。空調ユニットは送風ユニット１０から送風された空調用空気を温度調節した後、車室の各部に供給することができるように構成されている。送風ユニット１０及び空調ユニットは車室の前端部に配設されたインストルメントパネル（図示せず）の内部に配設されている。

尚、この実施形態では、車両用空調装置の空調ユニットが車幅方向中央部に配設され、送風ユニット１０が助手席側に配設される、いわゆるセミセンタ型ユニットである場合について説明するが、本発明はセミセンタ型ユニット以外にも、熱交換器及び送風ファンが車幅方向中央部に集約されたフルセンタ型ユニットにも適用することができる。これらセミセンタ型ユニット及びフルセンタ型ユニットには、同様なファンの取付構造を適用することができる。また、この実施形態の送風ユニット１０は、車両右側に助手席が設けられている左ハンドル車用のものであり、従って車両右側に搭載される。

また、この実施形態では、車両前側を単に「前」といい、車両後側を「後」といい、車両左側を単に「左」といい、車両右側を単に「右」というものとする。

送風ユニット１０は、送風ケーシング１１と、送風ケーシング１１に収容される送風ファン１２と、送風ファン１２を駆動するファン駆動用モーター１３とを備えている。送風ケーシング１２は、左右方向に分割された複数の樹脂製部材を組み合わせて構成されている。送風ケーシング１０の下部には、ファンハウジング部１４が設けられており、このファンハウジング部１４には送風ファン１２が収容されている。ファンハウジング部１４内には、送風ファン１２の周囲を囲むように空気流出通路Ｒが形成されている。

送風ケーシング１０の上部には、内外気切替部１５が設けられている。内外気切替部１５の前側には、外気取入口１６が開口している。外気取入口１６は、図示しないが外気導入ダクトを介して車室外と連通している。内外気切替部１５の後側には、内気取入口１７が開口している。内気取入口１７は、車室内と連通している。内外気切替部１５の内部には、図示しないが内外気切替ダンパが配設されている。内外気切替ダンパによって外気取入口１６と外気取入口１７との一方を開き、他方を閉じることができるようになっている。

ファンハウジング部１４は全体として円筒状に形成されている。ファンハウジング部１４の前側の左壁部には、ダクト部１４ａが設けられている。ダクト部１４ａは、空気流出通路Ｒの下流端部を構成する部分であり、空調ユニットに接続されるようになっている。

ファンハウジング部１４の底壁部には、送風ファン１２の組み付け時に送風ファン１２をファンハウジング部１４内に挿入するための挿入孔（図示せず）が形成されている。この挿入孔は、円形板２０によって閉塞されるようになっている。円形板２０は、ファンハウジング部１４の底壁部に対して着脱可能に取り付けられる。円形板２０にはファン駆動モーター１３が配設されている。ファン駆動モーター１３は、従来から周知の構造のものを用いることができる。図２にも示すように、ファン駆動モーター１３の本体部分は、円形板２０の上下両方向へ突出するように設けられている。

図３及び図４に示すように、ファン駆動モーター１３の出力軸１３ａは、該ファン駆動モーター１３の本体部分から上方へ突出している。この出力軸１３ａはファンハウジング部１４内において略中央部に位置するように設けられている。出力軸１３ａは、金属製の丸棒からなるものであり、ファン駆動モーター１３の本体部分から上方へ突出した部分の断面は全体が略円形である。

図３に示すように、送風ファン１２は、遠心式ファン（シロッコファン）であり、送風ファン１２の上方から吸い込んだ空気を該送風ファン１２の周囲からファンハウジング部１４の空気流出通路Ｒに吹き出すようになっている。図４に示すように、送風ファン１２は、ファン本体２５と、回転防止部材２６とを備えている。ファン本体２５は、例えばポリプロピレン等の樹脂材を射出成形してなるものであり、コーン部２７と、コーン部２７の中心（回転中心）に設けられる中心筒部２８と、多数の羽根２９、２９、…とを備えている。コーン部２７、中心筒部２８及び羽根２９は、一体成形されている。

ファン本体２５のコーン部２７は、該ファン本体２５の回転中心近傍の部分が最も上に位置しており、回転中心から径方向外方へ行くに従って下方に位置するように全体として湾曲形成されている。コーン部２７の径方向外周部は、円形板２０の上面近傍に位置しており、径方向に延出して周方向に連続して延びる環状延出部２７ａとされている。

ファン本体２５の中心筒部２８は、上下方向に延びており、上下両端部がそれぞれ開口している。図５〜図７に示すように、中心筒部２８の内周面には、２つのファン側平坦面２８ａ、２８ａと、２つのファン側円弧面２８ｂ、２８ｂとが中心筒部２８の周方向に交互に設けられている。ファン側平坦面２８ａ、２８ａは中心筒部２８の中心線方向に延びており、互いに対向するように配置されている。一方のファン側平坦面２８ａと中心筒部２８の中心線との径方向の離間寸法は、他方のファン側平坦面２８ａと中心筒部２８の中心線との径方向の離間寸法と同じである。ファン側円弧面２８ｂ、２８ｂは中心筒部２８の中心線を中心とする円弧面で構成されており、互いに対向するように配置されている。

また、ファン本体２５の中心筒部２８の上側には２つの可倒片２８ｃ、２８ｃが設けられている。可倒片２８ｃは、中心筒部２８におけるファン側円弧面２８ｂ、２８ｂが形成された部位に位置している。可倒片２８ｃは樹脂材が持つ弾性力により、その上端部が中心筒部２８の径方向に変位するように、全体として撓み変形可能になっている。そして、図３に示すように、中心筒部２８の上側には、中心筒部２８を締め付ける締め付け金具Ａが設けられている。

図３及び図４に示すように、羽根２９は、環状延出部２７ａの上面に一体成形され、該上面から上方へ延びている。羽根２９の間には空気の流通可能な隙間が形成されている。羽根２９の上端部には、周方向に延びる環状の連結部２９ａが設けられている。全ての羽根２９、２９、…の上端部は連結部２９ａに連なっている。

回転防止部材２６は、ファン本体２５を構成する樹脂よりも機械的強度（引張強度、曲げ強度）の高い樹脂を筒状に成形してなるものである。回転防止部材２６は、ファン本体２５の中心筒部２８に挿入された状態で該ファン本体２５に固定される。図８〜図１０に示すように、回転防止部材２６の中心部には、モーター１３の出力軸１３ａが圧入される軸孔２６ａが形成されている。軸孔２６ａの内径は、モーター１３の出力軸１３ａの外径よりも小さめに設定されている。具体的には、モーター１３の出力軸１３ａを回転防止部材２６の軸孔２６ａに圧入した状態でモーター１３を作動させた際、出力軸１３ａが回転防止部材２６に対して回転方向に滑らないような強さで圧入している。この圧入によって回転防止部材２６の外径が僅かに拡大することになる。この実施形態では、回転防止部材２６が機械的強度の高い樹脂からなるものなので、出力軸１３ａを回転防止部材２６の軸孔２６ａに圧入した状態で長期間に亘って回転方向の滑りを防止できる。また、送風ファン１２の全体を機械的強度の高い樹脂で成形せずに、回転防止部材２６のみを機械的強度の高い樹脂で成形しているので、送風ファン１２の材料費を低減することができる。

回転防止部材２６における上記中心筒部２８に挿入された部分の外周面には、２つの軸側平坦面２６ｂ、２６ｂと、２つの軸側円弧面２６ｃ、２６ｃとが周方向に交互に設けられている。軸側平坦面２６ｂ、２６ｂは回転防止部材２６の中心線方向に延びている。回転防止部材２６をファン本体２５の中心筒部２８に挿入した状態で、軸側平坦面２６ｂ、２６ｂがそれぞれファン側平坦面２８ａ、２８ａと対向するように配置され、また、軸側円弧面２６ｃ、２６ｃがファン側円弧面２８ｂ、２８ｂと接触するように配置される。回転防止部材２６に軸側平坦面２６ｂ、２６ｂを形成していることで、回転防止部材２６がファン本体２５の中心筒部２８に対して相対的に回転するのが阻止される。

図６及び図７に示すように、軸側平坦面２６ｂ、２６ｂは、ファン側平坦面２８ａ、２８ａから離れるように配置されており、対向する軸側平坦面２６ｂとファン側平坦面２８ａとの間には、隙間Ｓが形成される。モーター１３の出力軸１３ａを回転防止部材２６の軸孔２６ａに圧入して回転防止部材２６が拡径した状態であっても、隙間Ｓが無くならないように、軸側平坦面２６ｂとファン側平坦面２８ａとの離間寸法が予め設定されている。

また、回転防止部材２６の軸側円弧面２６ｃ、２６ｃの下端部には、フランジ２６ｄ、２６ｄがそれぞれ設けられている。フランジ２６ｄは、軸側円弧面２６ｃの形成範囲から径方向外方へ突出するように形成されている。回転防止部材２６をファン本体２５の中心筒部２８に挿入した状態でフランジ２６ｄが中心筒部２８の下端部に当接するようになっている。これにより、回転防止部材２６が中心筒部２８から上方へ抜けるのが阻止される。

図７や図８に示すように、回転防止部材２６の各軸側円弧面２６ｃには凹部２６ｅが形成されている。凹部２６ｅは、側面視で軸側円弧面２６ｃの下端部から上方へ向けて延びる矩形状となっている。凹部２６ｅの上端部は、軸側円弧面２６ｃの上端部よりも下に離れている。また、凹部２６ｅは、軸側円弧面２６ｃの周方向の中央部に位置している。回転防止部材２６をファン本体２５の中心筒部２８に挿入した状態では、凹部２６ｅの形成された部位が中心筒部２８のファン側円弧面２８ｂ、２８ｂから離れることになる。

凹部２６ｅの形成によって回転防止部材２６に発生する応力が部位によって異なることになる。すなわち、回転防止部材２６の軸孔２６ａの内径が、モーター１３の出力軸１３ａの外径よりも小さめに設定されているので、ファン駆動モーター１３の出力軸１３ａを圧入することによって回転防止部材２６には周方向の全体に亘って応力が発生する。このとき、凹部２６ｅの角部の断面が鋭角に切り欠いたように形成されているので、凹部２６ｅの角部を含み、その近傍の領域まで応力が高くなる。

図７に示すように、凹部２６ｅの角部を含み、その近傍の領域を、ラインＬ１とラインＬ２とで挟む領域Ａ１、ラインＬ３とラインＬ４とで挟む領域Ａ２、ラインＬ５とラインＬ６とで挟む領域Ａ３、ラインＬ７とラインＬ８とで挟む領域Ａ４とし、それ以外の領域、即ち、ラインＬ１とラインＬ５とで挟む領域Ｂ１、ラインＬ４とラインＬ８とで挟む領域Ｂ２、ラインＬ２とラインＬ３とで挟む領域Ｂ３、ラインＬ６とラインＬ７とで挟む領域Ｂ４とする。このようにしたとき、領域Ｂ１、領域Ｂ２、領域Ｂ３、領域Ｂ４に発生する応力は、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａ４に発生する応力よりも低い値となる。領域Ｂ１、領域Ｂ２、領域Ｂ３、領域Ｂ４が低応力発生部であり、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａ４が高応力発生部である。

そして、回転防止部材２６の成形時には金型（図示せず）のキャビティに溶融樹脂を射出して成形するのであるが、この射出成形によって溶融樹脂の流れが合流した部分にウエルドラインＷが形成される。この実施形態では、ウエルドラインＷが低応力発生部である領域Ｂ１に配置されている。尚、ウエルドラインＷは、図７に仮想線で示すように、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａ４以外の部分に配置すればよく、領域Ｂ２、領域Ｂ３、領域Ｂ４等であってもよい。

また、図１０に示すように、回転防止部材２６の各軸側円弧面２６ｃにおける凹部２６ｅよりも上方に離れた部位には、傾斜面２６ｆが設けられている。傾斜面２６ｆは、上側へ行くほど回転防止部材２６の中心線に近づくように傾斜している。回転防止部材２６をファン本体２５の中心筒部２８に挿入した状態で、傾斜面２６ｆに可倒片２８ｃが当接するようになっている。

この実施形態では、ファン本体２５の中心筒部２８の内周面に、ファン側平坦面２８ａ、２８ａとファン側円弧面２８ｂ、２８ｂとを形成し、回転防止部材２６の外周面にはファン側平坦面２８ａ、２８ａに沿うように延びる軸側平坦面２６ｂ、２６ｂと、ファン側円弧面２８ｂ、２８ｂに沿うように延びる軸側円弧面２６ｃ、２６ｃとを形成したので、回転防止部材２６とファン本体２５との相対的な回転を防止できる。

そして、ファン本体２５の中心筒部２８に挿入された回転防止部材２６にモーター１３の出力軸１３ａを圧入すると、回転防止部材２６に発生する応力は周方向について不均一になり、領域Ｂ１、領域Ｂ２、領域Ｂ３、領域Ｂ４では応力が低くなる。このとき、応力が低い領域Ｂ１にウエルドラインＷを配置しているので、回転防止部材２６におけるウエルドラインＷが形成された部分の割れが未然に防止される。

回転防止部材２６にモーター１３の出力軸１３ａを圧入した状態でモーター１３を作動させると、出力軸１３ａの回転力が回転防止部材２６を介してファン本体２５に伝わってファン本体２５が回転する。このとき、回転防止部材２６の外周面に凹部２６ｅ、２６ｅが形成されていることで、出力軸１３ａが圧入された状態であっても、回転防止部材２６の外周面がファン本体２５の中心筒部２８の内周面に接触する力を低減している。従って、モーター１３から出力軸１３ａ及び回転防止部材２６を介してファン本体２５に伝播する振動を低減できるので、異音の発生を抑制できる。

また、回転防止部材２６の凹部２６ｅ、２６ｅが該回転防止部材２６の中心線方向に延びているので、回転防止部材２６の外周面がファン本体２５の中心筒部２８の内周面に接触する力を回転防止部材２６の中心線方向に亘って広い範囲で低減することができる。これにより、ファン本体２５に伝播する振動をより一層低減できる。

また、回転防止部材２６の軸側平坦面２６ｂと、ファン本体２５のファン側平坦面２８ａとの間に隙間Ｓを形成しているので、出力軸１３ａが圧入された状態であっても回転防止部材２６の外周面がファン本体２５の中心筒部２８の内周面に接触する力を低減することができる。従って、モーター１３から出力軸１３ａ及び回転防止部材２６を介してファン本体２５に伝播する振動を低減できるので、異音の発生を抑制できる。

以上説明したように、この実施形態によれば、ウエルドラインＷを回転防止部材２６の低応力発生部である領域Ｂ１に配置したので、回転防止部材２６に割れが発生するのを未然に防止することができる。領域Ｂ２、領域Ｂ３、領域Ｂ４にウエルドラインＷを配置した場合も同様である。

また、上記実施形態では、回転防止部材２６の軸側平坦面２６ｂと、ファン本体２５のファン側平坦面２８ａとの間に隙間Ｓを形成しているが、これに限らず、例えば隙間Ｓを形成しなくてもよい。この場合、回転防止部材２６の軸側平坦面２６ｂと、ファン本体２５のファン側平坦面２８ａとが接触することになるが、回転防止部材２６の外周面に凹部２６ｅ、２６ｅが形成されているので、出力軸１３ａが圧入された状態であっても回転防止部材２６の外周面がファン本体２５の中心筒部２８の内周面に接触する力を低減できる。

尚、上記実施形態では回転防止部材２６に軸側平坦面２６ｂを形成しているが、これに限らず、図１４に示す変形例１のように、回転防止部材２６に軸側湾曲面２６ｇを形成してもよい。軸側湾曲面２６ｇは、ファン本体２５のファン側平坦面２８ａから離れる方向（出力軸１３ａに接近する方向）に湾曲しており、これにより、軸側湾曲面２６ｂとファン側平坦面２８ａとの間には隙間Ｓが形成される。また、図示しないが、ファン側平坦面２８ａの代わりに、出力軸１３ａから離れる方向に湾曲する湾曲面を形成してもよい。

また、図１５に示す変形例２のように、回転防止部材２６の軸側円弧面２６ｃには、複数の凹部２６ｅを形成してもよい。また、凹部２６ｅの形状は上下方向に長い形状に限られるものではなく、任意の形状に設定することができる。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係るファンの取付構造は、例えば車両用空調装置の送風ユニットに適用することができる。

１３ モーター
１３ａ 出力軸
２５ ファン本体
２６ 回転防止部材
２６ｅ 凹部
２８ 中心筒部
Ａ１ 高応力発生部
Ｂ１ 低応力発生部

Claims (2)

1. ファン駆動用モーターの出力軸にファンを取り付けるファンの取付構造において、
   上記ファンは、羽根を有する樹脂製のファン本体と、該ファン本体の回転中心に形成された中心筒部に挿入されて該ファン本体に固定され、該ファン本体と一体に回転する筒状の回転防止部材とを備え、該回転防止部材は樹脂を射出成形してなり、
   上記出力軸は丸棒からなり、上記回転防止部材と一体に回転するように該回転防止部材に圧入され、
   上記出力軸の圧入によって上記回転防止部材に発生する応力を該回転防止部材の周方向について不均一とする凹部が上記回転防止部材に形成され、該回転防止部材には、高応力発生部と該高応力発生部よりも低い応力が発生している低応力発生部とが設けられ、
   上記回転防止部材の成形時に形成されたウエルドラインは、上記低応力発生部に配置されていることを特徴とするファンの取付構造。
2. 請求項１に記載のファンの取付構造において、
   上記凹部は、上記回転防止部材の外周面に形成されていることを特徴とするファンの取付構造。

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