风扇用叶轮的制作方法

本发明涉及用于管式风扇等风扇中的叶轮。

背景技术：

近来作为环境问题或资源节约的对策，为提高风扇的性能，对重量轻、低噪音及低振动叶轮的要求变得越来越高。

首先，对现有技术的叶轮结构进行说明。如图12所示，现有技术的叶轮200由多个叶轮的组件202、轴毂侧圆盘形固定板205、轴部206及轴毂部207构成。组件202由圆盘形部件203和叶片204构成。轴部206安装于叶轮200的一侧的端部的组件202的圆盘形部件203上。轴毂侧圆盘形固定板205安装于叶轮200的另一侧的端部的组件的叶片部件侧。轴毂部207设置于轴毂侧圆盘形固定板205上。下面，将上述叶轮称之为“以往产品”。

为实现上述现有技术的叶轮的低噪音，尤其需要消除或降低nz音。nz音是指根据风扇用叶轮的叶片的数量和旋转数产生的峰值音。若产生nz音，则因为是特定频率的峰值，容易让人感到不快。为降低上述nz音，专利文献1中公开了如下叶轮。

下面，说明记载于专利文献1的叶轮。叶轮300的叶片具备如图13所示的形状，多个叶片304呈圆筒状设置于组件302上。公开一种叶轮，其一体成型相对变动固定于组件的圆盘形固定板303的叶片304的一端和其另一端的角度以形成扭转状态的叶片，并连接多个上述组件。但是，专利文献1的叶轮，成型包含上述叶片的组件的工艺或模具复杂，提高叶轮的成本。下面，将上述叶轮称之为“当前产品”。

先行技术文献

专利文献

日本专利公开公报h08-049689

技术实现要素：

所要解决的课题

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种低噪音，消除或降低nz因的廉价的叶轮。

课题解决方案

为达到上述目的，第一发明的叶轮，具备如下特征：

一种风扇用叶轮，多个叶片部件在圆盘形部件上成型成圆筒形状以形成组件，并将上述组件的叶片部件结合于另一组件的上述圆盘形部件而成；

叶轮的叶片部件的材质为合成树脂材料与玻璃纤维的复合材料，叶轮的叶片部件的平均厚度为0.3mm～0.8mm的范围，而且，使包含于叶片部件的玻璃纤维面向叶片部件的表面的里面；

上述组件的多个叶片部件以直线成型；

在与成型有上述圆盘形部件的叶片部件的一侧相反的面，形成与上述叶片部件相同数量的用于嵌合叶片部件的前端部的嵌合槽；

上述嵌合槽形成为，将上述嵌合槽的中心线位置配置于以上述圆盘形部件上的上述叶片部件的位置的中心位置为基准，从上述嵌合槽的开口的方向观察时，沿顺时针方向旋转1度～7度的范围的位置；

在上述嵌合槽中嵌合上述叶片部件的前端部时，使叶片部件的前端部扭转变形之后嵌合，以结合各组件。

根据第一发明的叶轮，具有如下效果：

第一发明的叶轮，将组件的圆盘形部件的嵌合槽，以上述叶片部件的位置的中心位置为基准，从上述嵌合槽的开口的方向观察时，沿顺时针方向旋转1度～7度的范围设置，从而扭转插入叶片部件的前端。因此，叶片部件(组件)的材质只要是具备在施加扭曲等变形也不会发生龟裂等的柔性的材料即可。例如，选用具备柔性的合成树脂，并通过将叶片部件的厚度尺寸控制在当前技术水平，可将nz音抑制成与当前技术相同的水平。

上述嵌合槽形成于以上述圆盘形部件上的上述叶片部件的位置的中心位置为基准，沿顺时针方向旋转1度～7度的范围的位置。若嵌合槽的变动角度小于1度，则有可能无法获得降低nz音的效果。另外，若其角度大于7度，则在嵌合槽中扭转嵌合叶片部件时，叶片的前端部有可能局部变形。另外，嵌合槽的扭曲角度较佳为2度～6度。最佳为3度～5度。

第一发明的叶轮，其叶片部件的材质选用合成树脂材料与玻璃纤维的复合材料，并将叶片部件的平均厚度控制在较薄的0.3mm～0.8mm。因此，使包含于叶片部件中的玻璃纤维面向叶片部件的表面的里面。通过这样构成叶轮，较之以往产品及当前产品，可将其重量减少至一半以下。即使让叶片部件变薄，重量变轻也不会降低作为叶轮的性能，从而可节省用于驱动叶轮的能量。尤其是，因叶片部件的厚度变成现有技术的一半以下，材料费用也降低为一半以下。另外，将本发明的叶片部件的平均厚度较薄的0.3mm～0.8mm，从而可实现减少重量的目的，而且，使复合材料中的玻璃纤维面向叶片部件的表面里面，从而进一步提高叶片部件的强度。另外，即使为发挥本发明的效果向嵌合槽扭转嵌合叶片部件前端，也不会发生叶片部件龟裂等问题。

第一发明的叶轮的结构为：成型多个组件，在组件的成型有圆盘形部件的叶片部件的一侧相反的面，形成与叶片部件相同数量的用于嵌合叶片部件前端的嵌合槽，将上述嵌合槽的位置相对于上述圆盘形部件上的上述叶片部件的位置进行变动，在上述嵌合槽嵌合上述叶片部件前端部，且结合各组件。由此，成型叶轮时所使用的模具，较之制造记载于专利文献1的现有技术的叶轮的模具，其结构变得非常简单。因此，较之现有技术的叶轮，本发明的叶轮变得非常便宜。

第一发明的叶轮，叶片部件的材料选用复合材料，且叶片部件的厚度在确保不降低强度的前体下变薄。另外，对于nz音的降低，叶片部件的厚度变厚是非常不利的。但因使用第一发明的内容，在嵌合槽中扭转嵌合叶片部件的前端，可将nz音的水平维持在与现有技术的叶轮相同的水平。

第二发明的风扇用叶轮，在第一发明的基础上，具备如下特征：

上述嵌合槽的底部呈与所嵌合的叶片部件的前端形状相同的形状，而将向嵌合槽插入叶片部件时叶片部件的前端部接触的上述嵌合槽的部分形成为从嵌合槽的中央部向周边部所形成的倾斜呈缓慢变化的倾斜面。

根据第二发明的叶轮，具有如下效果：在组件的具备有圆盘形部件的叶片部件的一侧相反的面的嵌合槽的边缘部形成光滑的倾斜面。因此，叶片部件在插入嵌合槽时，可使叶片部件的前端在扭转变形的同时顺利嵌合到嵌合槽。

第三发明的风扇用叶轮，在第一发明或第二发明的基础上，具备如下特征：

叶片部件的材质选用合成树脂材料与玻璃纤维的复合材料，且选用玻璃纤维的含有率为以重量比率计的10％～40％的树脂复合材料。

第三发明的叶轮选用合成树脂材料与玻璃纤维的复合材料，且选用玻璃纤维的含有率为以重量比率计的10％～40％的树脂复合材料。因此，若发挥第二发明的效果，则具有如下效果：即使将叶轮的叶片部件的平均厚度控制在较薄的0.3mm～0.8mm，因可将玻璃纤维设置在叶片部件的里面，从而可提高叶片部件的强度。

第四发明的风扇用叶轮，在第一发明至第三发明的任一发明的基础上，具备如下特征：

叶片部件的材质选用合成树脂材料与玻璃纤维的复合材料，而该叶片部件的表面的面方向的弹性系数(e')为2.5×10⁹pa～1.2×10¹⁰pa。

另外，第四发明的叶轮，叶片部件的材质选用合成树脂材料与玻璃纤维的复合材料，且选用叶片部件的表面面方向的弹性系数(e')为2.5×10⁹pa～1.2×10¹⁰pa的树脂材料和玻璃纤维的复合材料。因此，若发挥第二发明的效果，则具有如下效果：即本发明的叶轮通过使叶片部件变薄，较之用相同复合材料制作成厚的情况，可制作出具备高弹性系数的同时，容易复原(复原性)的特性的叶轮。

附图说明

图1为本发明的叶轮的正面图；

图2为本发明的叶轮的组件及嵌合槽的说明图；

图3为组件的嵌合槽的实施例的说明图；

图4为嵌合槽的截面形状的详细说明图；

图5为叶片部件前端部和嵌合槽嵌合的过程的说明图；

图6为扭转角度和风量的关系图；

图7为扭转角度和噪音水平的关系图；

图8为本发明(扭转角度1度～2度，扭转角度6度～7度)的叶轮的噪音频谱图；

图9为本发明(扭转角度2度～3度，扭转角度5度～6度)的叶轮的噪音频谱图；

图10为本发明(扭转角度3度～5度)的叶轮的噪音频谱图；

图11为以往产品的叶轮的噪音频谱图；

图12为以往产品的说明图；

图13为当前产品(专利文献1的叶轮)的说明图。

附图标号说明：

1：叶轮(本发明产品)

2：组件

3：圆盘形部件

4：叶片部件

5：轴毂侧圆盘形固定板

6：轴部

7：轴毂部

8：嵌合槽

200：比较例的叶轮(以往产品)

300：当前技术的叶轮

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的实施例进行说明。

图1为本发明的叶轮的正面图；图2为本发明的叶轮的组件及嵌合槽的说明图；图3为组件的嵌合槽的实施例的说明图；图4为嵌合槽的截面形状的详细说明图；图5为叶片部件前端部和嵌合槽嵌合的过程的说明图；图6为扭转角度和风量的关系图；图7为扭转角度和噪音水平的关系图；图8为本发明(扭转角度1度～2度，扭转角度6度～7度)的叶轮的噪音频谱图；图9为本发明(扭转角度2度～3度，扭转角度5度～6度)的叶轮的噪音频谱图；图10为本发明(扭转角度3度～5度)的叶轮的噪音频谱图；图11为以往产品的叶轮的噪音频谱图；图12为以往产品的说明图；图13为当前产品(专利文献1的叶轮)的说明图。

<1>本发明的叶轮的结构

本发明的如图1所示的叶轮1由多个如图2所示的叶轮的组件2、轴毂侧圆盘形固定板5、轴部6及轴毂部7构成。轴部6安装于叶轮1的一侧的端部的组件2的圆盘形部件3上。轴毂侧圆盘形固定板5安装于叶轮1的另一侧的端部的组件的叶片部件侧。轴毂部7设置于轴毂侧圆盘形固定板5上。

<2>叶片部件(组件2)的结构

叶轮1的组件2由圆盘形部件3和叶片部件4构成。材质选用as树脂、abs树脂或pp树脂。另外，还可选用上述树脂和玻璃纤维的复合材料。在此记载的树脂等为一个示例，只要是通常使用的合成树脂，能够给成型品赋予一定的强度的合成树脂即可。另外，还可选用其合成树脂和玻璃纤维的复合材料。圆盘形部件3和叶片部件4通过挤出成型、冲压法或挤出法等成型为一体。各组件2的结合可通过超声波焊接法等粘接法进行接合。另外，轴毂侧圆盘形固定板5可通过超声波焊接法等粘接法与叶轮1的轴毂侧的端部的组件2的叶片部件4接合。

在本发明中，与当前产品(请参考图13)的组件的叶片部件不同，成型多个图2的形状的组件。即与图13的当前产品不同，无叶片部件4的长度方向的扭转等，是一条直线。这些通过如上所述的超声波焊接法等粘接法接合形成叶轮。

叶轮1的组件2的叶片部件4，其厚度具备成型用的拔模角度(draftangle)。叶片部件4的厚度平均为0.3mm～0.8mm。较佳为0.4mm～0.6mm。若叶片部件的平均厚度小于0.3mm，则因通过成型法的成型性变弱，有可能在叶片部件的前端一侧发生成型不良。若叶片部件的平均厚度大于0.8mm，则有可能难以通过扭转等嵌合于具备于将要后述的圆盘形部件上的嵌合槽。

<3>叶片部件(组件2)的材质

下面，对叶轮1的组件2及轴毂侧圆盘形固定板5的材质进行说明。材质可选用as树脂、abs树脂或pp树脂等合成树脂。在本发明中，为向具备于将要后述的圆盘形固定板上的嵌合槽，将叶片部件的前端通过变形进行嵌合，需要使叶片部件的前端拥有具备柔性的平均厚度。

另外，还可选用其合成树脂和玻璃纤维的复合材料。此时，叶片部件的平均厚度也较佳为0.3mm～0.8mm，更佳为0.4mm～0.6mm。若叶片部件的平均厚度小于0.3mm，则因通过成型法的成型性变弱，有可能在叶片部件的前端一侧发生成型不良。若叶片部件的平均厚度大于0.8mm，则因叶片部件中的玻璃纤维不面向叶片部件的表面里面，有可能降低叶片部件的弹性系数(e’)。另外，弹性系数(e’)将在以后的内容中进行说明。在使用复合材料时，玻璃纤维的含有率以重量比率较佳为占全部的10％～40％，更佳为占10％～30％。若玻璃纤维的含有率以重量比率大于全部的40％，则有可能发生组件的叶片部件的成型不良。另外，若小于10％，则有可能降低叶片部件的强度。

另外，本发明的叶轮的叶片部件，其材质可选用合成树脂材料与玻璃纤维的复合材料，且该复合材料的弹性系数(e')为2.5×10⁹pa～1.2×10¹⁰pa的复合材料。若该复合材料的弹性系数(e')小于2.5×10⁹pa，则有可能完全表现不出低弹性系数且容易复原(复原性)的特性，而若大于1.2×10¹⁰pa，则因发生组件的叶片部件的成型不良，难以实现产品化。

另外，弹性系数(e')是从成型的叶片部件制作一定尺寸的试片并利用粘弹性测量仪(tainstruments公司制造的rsa3)测得的。另外，弹性系数的测量是在升温速度7.2℃7分及测量频率1hz下进行的。另外，弹性系数取20℃下的测量值。

另外，用于本发明的叶轮的叶片部件的树脂材料和玻璃纤维的复合材料的弹性系数(e')，具有使如图2所示的叶片部件的厚度变薄就变高，使叶片部件的厚度变厚就变低的倾向。若将厚度做成较厚的0.5mm～2mm，则弹性系数(e')变成约一半。

另外，还具有若增加玻璃纤维的含油量则弹性系数(e')也增加的倾向。若将玻璃纤维的含有量以重量比增加至10％～40％，则弹性系数(e')变成约三倍。

<4>组件的结合方法

接着，对组件的结合方法进行说明。在结合如图2所示的组件时，在圆盘形部件3的未成型叶片部件4的一侧，对应于所结合的组件的叶片部件，形成用于嵌合叶片部件的前端的嵌合槽8(请参考图2中的(c))。在此嵌合槽中嵌合叶片部件的前端，并通过超声波焊接等粘接法接合成型叶轮。在本发明中，为提高叶轮的噪音性能，研究了嵌合叶片部件的此嵌合槽的形状。下面，接合图3至图5对嵌合槽的实施例进行说明。另外，如图2中的(c)所示，虽然嵌合槽8在组件2的圆盘形部件3上具备多个，但对其中的一个(图中的m部)进行详细说明。其余的都相同。

[嵌合槽的实施例]

嵌合槽结合本实施例的图3至图5进行说明。如图3所示，本实施例的嵌合槽8，其槽部的底部呈与组件的叶片部件4的前端部几乎相同的形状，而设置于圆盘形部件3的位置是对将组件的叶片部件前端部的形状投影至圆盘形部件3的位置及形状进行如下相位变动的。变动的方法如图3所示。在图3中，1点链线为将上述叶片部件的前端部的形状投影至圆盘形部件的形状，与嵌合部8的底部几乎相同的形状。

将此1点链线的形状的中心位置设为0。中心位置0也是嵌合槽8的中心线上的中央位置。嵌合槽8是以其中央位置0为中心旋转1度～7度的。图3是从圆盘形部件侧观察时，相对于嵌合槽8的中央位置0沿顺时针方向进行旋转的。若嵌合槽的变动角度小于1度，则有可能无法获得降低nz音的效果。若其角度大于7度，则在嵌合槽中扭转嵌合叶片部件前端时，叶片的前端部有可能局部变形。另外，嵌合槽的扭曲角度较佳为2度～6度。更佳为3度～5度。

嵌合槽8的截面形状为如图4所示的形状。图4表示如图3中的(a)所示的嵌合槽的位置a、位置b、位置c、位置d及位置e中的槽的截面形状。在图中，位置a、位置b、位置c、位置d及位置e各对应a-a截面至e-e截面。位置c为在嵌合槽的中央位置0的截面形状。位置a和位置b为圆盘形部件的中心位置一侧，而位置d和位置e为圆盘形部件的外周一侧。在嵌合槽8中，在其边缘部形成有倾斜部t1和倾斜部t2。倾斜部t1为形成于嵌合部8的边缘部l1(请参考图3)的倾斜部，而倾斜部t2为形成于嵌合部8的边缘部l2(请参考图3)的倾斜部。倾斜部t1和倾斜部t2相对于嵌合槽的中心0呈点对称形状。倾斜部t1从槽中心0向圆盘形部件的周边一侧缓慢倾斜。倾斜部t2从槽中心0向圆盘形部件的中心一侧缓慢倾斜。

叶片部件4虽然沿长度方向直线成型，但相对于此嵌合槽变动上述角度的量。因此，如图3中的(a)所示，在扭转的嵌合槽中嵌合叶片部件时，首先叶片部件的前端部的两端与倾斜部t1和倾斜部t2接触，缓缓地顺滑地嵌合至嵌合槽。表示该状态的是图5。图5表示扩大嵌合槽的倾斜部t1和倾斜部t2，以使叶片缓缓嵌合于嵌合槽与嵌合槽的底部接触的情况。叶片部件4的前端部的向嵌合槽8的嵌合，以图5中的的顺序进行完成。如上所述，叶片部件的前端以扭转的状态嵌合至嵌合槽。在叶片部件的前端部分嵌合于嵌合槽的状态下，图2中的(d)中的叶片部件的棱线a和棱线b的前端部分将被扭转。叶片部件4的长度方向的长度l的6～7成部分没有发生扭转。另外，图2中的(d)的叶片部件4的中心线，从其底部到前端部处于没有扭转的状态。这样叶片部件的前端部嵌合于嵌合槽之后，其嵌合部分通过超声波焊接等接合。

<5>本发明的叶轮的实施例

下面，结合实施例及比较例对本发明进行更具体的说明，但本发明不限于下述实施例。

[实施例1至6]

在本实施例中，利用玻璃纤维的含有率以重量比率占全部的20％的as树脂的复合材料制作组件和轴毂侧圆盘形固定板。组件的叶片部件为如图2所示的形状，其平均厚度为0.4mm，长度为79mm，数量为35张。另外，组件的直径为在叶片部件4的最外部106mm。上述组件利用上述材质的材料通过挤出成型成型。另外，将组件8个和与组件2相同材质的轴毂侧圆盘形固定板5通过超声波焊接法结合，制作如图1所示的叶轮。制作而成的叶轮的整体长度为635mm，直径为106mm，整体重量为385gr。

另外，本实施例中的形成于圆盘形部件的嵌合槽8采用实施例的图3中的(a)。圆盘形部件的叶片部件的相对于嵌合槽的中心位置的旋转角度θ，从嵌合槽的开口的方向观察时，沿顺时针方向设置成1度、2度、3度、4度、5度、6度、7度。扭转角度的上述顺序采用实施例1至实施例7。

[比较例1至3]

本比较例的叶轮，除了将嵌合槽8的扭转角度θ，从嵌合槽的开口的方向观察时，沿顺时针方向设置成0度、7.5度、10度之外，通过与实施例相同的方法进行制作。制得的叶轮的重量，与实施例1相同为385gr。扭转角度的顺序采用实施例1至实施例3。

对在实施例及比较例中制作的叶轮，通过如下试验进行比较。

[1]风量特性及噪音水平

对在实施例及比较例中制得的叶轮，对其风量特性进行如下评价。将通过上述制得的叶轮组装于例如空调的室内机，并将空调室内机安装于风量测量装置，测量送风量(m³7min)和叶轮的旋转数。另外，将空调室内机以壁挂状态安装于噪音测量室之后，测量噪音水平(db(a))。测量结果，将扭转角度和风量的关系表示于图6，而将扭转角度和相同风量的噪音水平的关系表示于图7。

[2]nz音

比较平价测量上述[1]的噪音特性时噪音频谱图中的nz因的水平。本发明产品，将扭转角度对(扭转角度1度～2度、扭转角度6度～7)、(扭转角度2度～3度、扭转角度5度～6度)及(扭转角度3度～5度)的情况表示于图8至图10。当前技术的噪音频谱图表示于图11。

<6>实施例和比较例的性能评价

图6表示扭转角度和送风量的关系。若扭转角度从0度开始增加，则直到扭转角度7度为止几乎相同，但若扭转角度超过7度，则表现出急剧减少的倾向。在实施例1至7的发明产品中能够确保稳定的风量。

图7表示扭转角度和噪音书评的关系。在实施例1至实施例7(扭转角度在1度～7度之间)的发明产品中，噪音水平为55.8db(a)～56.2db(a)，属于不影响风扇使用的水平。最佳的状态为扭转角度在3度～5度的时候。在比较例1至3中，是超过56.5db(a)的数值，属于影响风扇使用的水平。

图8至10以噪音频谱图表示发明产品(实施例1至7)的nz音降低的水平。图11以噪音频谱图表示当前技术的nz音的水平。在图中，标记为“nz音”和“2nz”的部分表示作为nz音的强度(水平)。

图8为在扭转角度1度～2度及扭转角度6度～7度时的发明产品的噪音频谱图。图9为在扭转角度2度～3度及扭转角度5度～6度时的发明产品的噪音频谱图。图10为在扭转角度3度～5度时的发明产品的噪音频谱图。对上述发明产品的噪音频谱图和作为当前技术的噪音频谱图的图11的比较如下：

在本发明产品(实施例)的杂音频谱图中的nz音及2nz音的噪音水平，较之当前技术的噪音水平变低。在相同的发明产品中，发现当将扭转角度设定为3度～5度时，nz音及2nz音的噪音水平最低。