专利名称：鼓风机用叶轮及其制造方法和鼓风机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种鼓风机，更详细地说，涉及一种用于鼓风机的叶轮及其制造方法。
以往，鼓风机所用的叶轮是由金属压力加工制造的。特别是，近年来，鼓风机所用的叶轮利用树脂成形制造，并已开始大量地使用这种树脂制的叶轮。为了提高这种鼓风机的性能，根据叶片理论而设计叶轮叶片的断面形状，提出了具有根据该叶片理论设计的形状的叶轮。例如，家用空调机的室外机所用的叶轮直径为300mm，叶片的最大厚度为15mm。
但是，在通过使用树脂注射模塑成形具有这种厚度的叶轮的情况下，由于树脂的热收缩所导至的气孔或弯曲，会在叶片表面上产生凹凸。在将具有形成了这种凹凸的叶片的叶轮用于空调机时，沿叶片表面的层流的流动会产生紊流，因而会增大噪音。另一方面，为了防止前述气孔和弯曲，采用了延长注射模塑成形时的冷却时间、使之缓缓冷却的方法。但是，这种方法会增长成形周期，其结果，会使生产率降低。
近年来，又提出了采用中空成形法、及二工序多层成形法的方案。叶轮的中空成形法包括向金属模型腔中挤压树脂的工序，和之后向型腔压入压缩氮气等惰性气体、在多个叶片内部形成中空部的工序。叶轮的多层成形法包括分两次成形叶轮的工序。
但是，由于叶轮是旋转体，故需要多个叶片相互保持平衡的形状。而在所述中空成形法中，叶片的厚度难于正确地得到规定的厚度。即，叶片的中空部分不能利用气压和树脂流动性的相关关系来控制。因此，难于得到具有相互保持平衡的形状的叶片。这样，中空成形法就不能期待与注射模塑成形法同等的完成度。另外，通常的多层成形法只能成形中等程度厚度的部件。为了提高空调机的性能，需要大口径的叶轮。为此，在利用多层成形法成形大口径叶轮的情况下，厚壁部的最大厚度要变厚。因此，叶轮的重量就会加重，其结果，在利用电机使叶轮旋转时，在电机的驱动中，驱动力矩等负荷就会变大。
本发明提供一种生产率良好、轻便且高性能的叶轮。
本发明的用于鼓风机的叶轮包括轮毂(hub)，自所述轮毂突出的叶片；所述叶片具有多层，而且，所述多层中的至少一层具有发泡成形层。
本发明的用于鼓风机的叶轮的制造方法包括成形轮毂和自所述轮毂突出的第一叶片层的第一工序，将具有发泡成形层的第二叶片层层积在所述第一叶片层上的第二工序。
本发明的鼓风机包括电机，与所述电机连接的轮毂，自所述轮毂突出的叶片；所述叶片具有刚性层和层积在所述刚性层上的发泡成形层，所述叶片可随着所述电机的驱动而旋转。
本发明的空调机的室外机包括热交换器，设置于所述热交换器附近的鼓风机，所述鼓风机包括电机，与所述电机连接的轮毂，自所述轮毂突出的叶片；所述叶片具有刚性层和层积在所述刚性层上的发泡成形层，所述叶片可随着所述电机的驱动而旋转。
根据上述结构，可得到具有所需厚度的厚度、所需轻度的重量、所需的大口径和所需的形状的叶轮。其结果可得到具有优良的送风性能的叶片。进而可得到具有理想的送风性能的鼓风机。进一步可得到具有优良的热交换性能的空调机。
附图的简要说明如下
图1是具有使用了本发明一实施例的叶轮的鼓风机的空调机的室外机的局部分解立体图；图2是本发明一实施例的鼓风机用叶轮的外观立体图；图3是图2所示的叶轮的叶片的6A-6B线剖面图。
本发明的一实施例的鼓风机用叶轮包括轮毂(hub)和具有多层的叶片；而且所述多层中的至少一层具有发泡成形层，至少另外一层具有刚性层。发泡成形层表示成形体中存在多个空隙、多个发泡部、多个中空部等的层。发泡成形层是使含有例如发泡剂或膨胀剂等的成形材料成形而得到的。刚性层表示耐风压的、具有高的机械强度等刚性的层。刚性层是例如无空隙的塑料成形体、具有刚性的塑料成形体或含有加强材料的成形体等。该刚性层例如由通常的注射模塑成形法制造。
根据该结构，可得到具有所需厚度的厚度、所需轻度的重量、所需的大口径和所需的形状的叶轮。
特别理想的是，所述叶片具有两层，该两层中的一层具有发泡成形层。根据该结构可得到具有与上述同样的性能的叶轮。
特别理想的是，所述发泡成形层相对于旋转方向设置在使空气剥离的面一侧。根据该结构，接受空气的面比空气剥离面更具有刚性。因此，在叶轮高速旋转时，风压由具有刚性的空气接受面侧接受，故可高速旋转，即使在高速转动的情况下也可得到优良的送风性能。进而，空气剥离面侧的重量减轻。故作为叶轮整体可得到轻便的叶轮。
特别理想的是，所述发泡成形层具有比其它层更厚的厚度。根据该结构，可得到更轻的叶轮。
本发明的一实施例的叶轮的制造方法包括利用注射模塑成形成形刚性层的工序和发泡成形的工序。根据该结构，可以连续的工序完成叶轮。
特别理想的是，在利用注射模塑成形形成刚性层后，迅速实施发泡成形。
特别理想的是，刚性层的第一表面具有约50μm至500μm范围的表面粗糙度Ra。在该第一表面侧实施发泡成形，使发泡成形层接合设置于该第一表面侧。这样，通过使刚性层的第一表面为粗糙度适当的粗糙面，使发泡成形层坚固地接合于刚性层上。因此，可充分确保具有厚壁部的发泡成形层和刚性层的接合强度。
特别理想的是，发泡成形层的发泡倍率为1.5倍～4倍。利用这种发泡倍率可得到实用时不产生不良情况的叶轮。
下面参照附图详细说明本发明的典型实施例。
典型实施例1用于本发明的典型实施例的空调机之鼓风机的叶轮的分解立体图如图1所示。本发明的典型实施例的叶轮的立体图如图2所示。图2所示的叶轮的叶片的6A-6B线剖面图如图3所示。
图1中，空调机的室外机本体1具有鼓风机10和设置于该鼓风机10附近的热交换器12。鼓风机10具有风扇电机3和叶轮2。叶轮2由螺栓螺母4固定在风扇电机3上。通过使鼓风机10旋转，空气自空气接受面15侧被送至空气剥离面16侧。利用该被输送的空气冷却或加热热交换器。
图2中，叶轮2具有轮毂5和自轮毂5突出的多片叶片6。
如图3所示，叶片6具有作为第一叶片层的刚性层7和作为第二叶片层的发泡成形层8。图3中，通过使叶轮旋转，叶片6由刚性层7侧接受空气，并送至发泡成形层8侧的方向。叶片6离心旋转。
使用含20wt％的玻璃纤维的AES塑料材料，利用注射模塑成形，制造轮毂5和刚性层7。AES表示丙烯酸酯和EPDM和苯乙烯的共聚物。EPDM表示乙烯丙烯三元共聚物。成形品具有位于中心的轮毂5和自轮毂5突出的三个刚性层7。刚性层7的空气剥离面侧16具有50μmRa的表面粗糙度。刚性层7具有均匀的壁厚2mm。
接着，在成形刚性层7后，迅速使用添加了1wt％的具有热膨胀性的微胶囊膨胀剂的AES塑料材料，通过注射模塑成形，在刚性层7的表面上设置发泡成形层8。这种情况下，发泡成形层8直接接合在刚性层7的空气剥离面侧16上。发泡成形层8具有发泡倍率为1.5的发泡成形体。发泡成形的发泡成形层8直接接合在刚性层7上。这样，制造了具有厚的壁厚的发泡成形层8。发泡成形由以下的方法进行实施。在成形机的气缸温度为230℃、金属模型腔温度为5℃的条件下，将含有膨胀剂的AES塑料材料挤压至型腔内。之后，迅速稍微打开模型，以使叶片和金属模的接触面急剧冷却。从而形成壳层18，同时，实现模型打开时发泡状态的稳定。此时形成的壳层18具有约100μm的厚度。发泡成形层8具有多个发泡单元。
发泡成形层8的各个发泡单元的大小为约1mm以下。
这样，就制造了具有刚性层7和发泡成形层8的叶轮2。制造的叶轮的重量为约760g，叶片6的最大壁厚部的厚度为20mm。叶片2的最大外形尺寸为400mm。
另外，图2中，在箭头方向为旋转方向时，空气剥离面侧16表示叶片6的上部侧。
典型实施例2使用含20wt％的玻璃纤维的AES塑料材料，利用注射模塑成形，制造轮毂5和刚性层7。成形品具有位于中心的轮毂5和自轮毂5突出的三个刚性层7。刚性层7的空气剥离面侧16具有100μmRa的表面粗糙度。刚性层7具有均匀的壁厚2mm。
接着，在成形刚性层7后，迅速使用添加了2.5wt％的具有热膨胀性的微胶囊膨胀剂的AES塑料材料，通过注射模塑成形，在刚性层7的表面上设置发泡成形层8。发泡成形层8具有发泡倍率为2.0的发泡成形体。发泡成形的发泡成形层8直接接合在刚性层7上。这样，便制造出具有厚的壁厚的发泡成形层8。发泡成形利用与典型实施例1相同的方法进行。
这样，就制造了具有刚性层7和发泡成形层8的叶轮2。制造的叶轮的重量为约670g，叶片6的最大壁厚部的厚度为20mm。叶片2的最大外形尺寸为400mm。
典型实施例3使用含20wt％的玻璃纤维的AES塑料材料，利用注射模塑成形，制造轮毂5和刚性层7。成形品具有位于中心的轮毂5和自轮毂5突出的三个刚性层7。刚性层7的空气剥离面侧16具有300μmRa的表面粗糙度。刚性层7具有均匀的壁厚2mm。
接着，在成形刚性层7后，迅速使用添加了4wt％的具有热膨胀性的微胶囊膨胀剂的AES塑料材料，通过注射模塑成形，在刚性层7的表面上设置发泡成形层8。发泡成形层8具有发泡倍率为2.0的发泡成形体。发泡成形的发泡成形层8直接接合在刚性层7上。这样，制造了具有厚的壁厚的发泡成形层8。发泡成形利用与所述典型实施例1相同的方法进行。
这样，就制造了具有刚性层7和发泡成形层8的叶轮2。制造的叶轮的重量为约620g，叶片6的最大壁厚部的厚度为20mm。另外，叶片2的最大外形尺寸为400mm。
典型实施例4使用含20wt％的玻璃纤维的AES塑料材料，利用注射模塑成形，制造轮毂5和刚性层7。成形品具有位于中心的轮毂5和自轮毂5突出的三个刚性层7。刚性层7的空气剥离面侧16具有500μmRa的表面粗糙度。刚性层7具有均匀的壁厚2mm。
然后，使用添加了6wt％的具有热膨胀性的微胶囊膨胀剂的AES塑料材料，通过注射模塑成形，在刚性层7的表面上设置发泡成形层8。发泡成形层8具有发泡倍率为2.0的发泡成形体。发泡成形的发泡成形层8直接接合在刚性层7上。这样，制造了具有厚的壁厚的发泡成形层8。发泡成形利用与所述典型实施例1相同的方法进行。
这样，就制造了具有刚性层7和发泡成形层8的叶轮2。制造的叶轮的重量为约580g，叶片6的最大壁厚部的厚度为20mm。另外，叶片2的最大外形尺寸为400mm。
典型实施例5使用含20wt％的玻璃纤维的AES塑料材料，利用注射模塑成形，制造轮毂5和刚性层7。成形品具有位于中心的轮毂5和自轮毂5突出的三个刚性层7。刚性层7的空气剥离面侧16具有800μmRa的表面粗糙度。刚性层7具有均匀的壁厚2mm。
然后，使用添加了8wt％的具有热膨胀性的微胶囊膨胀剂的AES塑料材料，通过注射模塑成形，在刚性层7的表面上设置发泡成形层8。发泡成形层8具有发泡倍率为5.0的发泡成形体。发泡成形的发泡成形层8直接接合在刚性层7上。这样，制造了具有厚的壁厚的发泡成形层8。发泡成形利用与所述典型实施例1相同的方法进行。
这样，就制造了具有刚性层7和发泡成形层8的叶轮2。制造的叶轮的重量为约550g，叶片6的最大壁厚部的厚度为20mm。另外，叶片2的最大外形尺寸为400mm。
(比较例1)使用含20wt％的玻璃纤维的AES塑料材料，利用注射模塑成形，制造轮毂5和刚性层7。该含20wt％的玻璃纤维的AES塑料材料与典型实施例1使用的材料相同。该成形品具有位于中心的轮毂5和自轮毂5突出的三个刚性层7。刚性层7具有和典型实施例1中制造的叶片6相同的形状。即，本比较例的叶片6仅由刚性层7构成。
制造的叶轮的重量为约1150g，叶片6的最大壁厚部的厚度为20mm。叶片2的最大外形尺寸为400mm。
该比较例1制造的叶轮具有比典型实施例1-5制造的叶轮重的重量。
在上述各种典型实施例中，接合于该刚性层7的发泡成形体的发泡倍率越大，刚性层7的空气剥离面侧16就具有越大的表面粗糙度。根据该结构，在将具有较弱刚性的发泡成形层8接合于刚性层7时，将提高该刚性层7和发泡成形层8的接合强度。
在上述典型实施例1至5制造的叶轮中，三个叶片6各自具有规定的符合设计的形状和重量。三个叶片6各自在形状和重量上相互具有符合设计的平衡。
在将上述典型实施例1至5制造的叶轮用于空调机的室外机的鼓风机上时，可得到具有所需送风能力的鼓风机。即使最高速运转，噪音也很低。另外，鼓风机起动时的负荷力矩也小。
与此相对，使用比较例1制造的叶轮的鼓风机与典型实施例制造的叶轮相比，需要大的起动力矩。
在本实施例中，发泡成形层的发泡倍率最好为约1.5倍至约4倍。在发泡倍率不足1.5倍时，对于实现叶轮的轻量化的目的，不能发挥大的效果。另外，在发泡倍率超过4倍时，发泡部的各个发泡单元变大，发泡状态的不均衡也加大，其结果，存在鼓风机的旋转平衡降低的倾向。并且，在发泡倍率超过4倍时，叶片的机械强度也存在降低的倾向。
在典型实施例中，制造了具有最大厚度20mm的叶片6和最大外形尺寸400mm的叶轮2，但根据本发明的方法，可制造具有更大形状的叶轮。例如，确认了也可制造具有3mm的刚性层和发泡成形层、具有最大厚度30mm的叶片和最大尺寸700mm的叶轮。
使用这样的、具有大的形状的叶轮的鼓风机具有和上述相同的理想的送风性能和效果。
即，在本发明的叶轮中，发泡成形层具有比刚性层更大的容积。该发泡成形层的重量明显地低于刚性层的重量。因此，在制造具有大叶片的叶轮时，即使加大具有较轻重量的发泡成形层的形状，该叶轮重量的增加程度也较缓。因此，可制造具有更大外形尺寸的叶片的鼓风机。
使用其他塑料材料取代典型实施例中使用的AES塑料材料也可制造与典型实施例1同样的、具有刚性层7和发泡成形层8的叶轮。作为其他塑料材料虽无特殊限定，但可使用例如聚丙烯树脂、聚碳酸酯、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚缩醛树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂、乙丙橡胶或它们的共聚物等塑料材料。
塑料材料尤其理想的是具有优良的耐气候性的材料。在空调机的鼓风机使用了利用这种具有优良的耐气候性的材料成形的叶轮的情况下，在将空调机的室外机设置于室外时，这种具有优良的耐气候性的材料成形的叶轮可长期地以稳定的性能使用。
使用含有其他的填充物(充填材料)的塑料材料取代典型实施例中使用的玻璃纤维也可制造与典型实施例1同样的、具有刚性层7和发泡成形层8的叶轮。作为其他填充物虽无特殊限定，但可使用无机粉末、有机粉末和纤维状粉末等。这些填充物具有提高刚性层的机械强度的功能。
作为膨胀剂或发泡剂，虽无特殊限定，但可使用成形时产生气体物质的材料或利用成形时的发热产生气体物质的材料等。
在上述典型实施例中，在利用注射模塑成形形成刚性层后，迅速形成发泡成形层，从而使刚性层和发泡成形层接合，但不限于该方法，也可以使用其他的制造方法。例如。也可使用粘接剂等使刚性层和另外形成的发泡成形层接合。
另外，也可利用压缩成形和连续自动送进成形等其他成形方法制造刚性层和发泡成形层。但是，注射模塑成形法具有最好的批量生产性。
由上述典型实施例可知，发泡成形层可实现厚的厚度和轻的重量两方面的性质。因此，可容易地得到具有大的口径的叶轮。其结果，可使鼓风机高性能化。
本实施例的鼓风机是用于空调机的室外机上，但不限于此，可用于电子设备的冷却装置、使空气循环的空气循环机、产生风的鼓风机等。但是，在用于需要大尺寸的叶轮的鼓风机时，尤其会提高上述效果。
权利要求
1.一种用于鼓风机的叶轮包括轮毂(hub)(5)，自所述轮毂突出的叶片(6)；其特征在于，所述叶片具有多层(7、8)，而且，所述多层中的至少一层具有发泡成形层(8)。
2.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述多层(7、8)具有第一层(8)和第二层(7)的两层结构，所述第一层具有所述发泡成形层(8)。
3.如权利要求2所述的叶轮，其特征在于，所述发泡成形层相对于所述鼓风机的旋转方向设置在空气剥离面侧(16)上。
4.如权利要求2或3所述的叶轮，其特征在于，所述发泡成形层具有比所述第二层厚的厚度。
5.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述多层具有刚性层(7)和层积在所述刚性层上的所述发泡成形层(8)，所述刚性层具有比所述发泡成形层强的机械强度，所述发泡成形层具有比所述刚性层小的比重。
6.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述多层具有刚性层(7)、层积在所述刚性层上的所述发泡成形层(8)和形成于所述发泡成形层表面上的壳层(18)。
7.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述叶片具有多个叶片(6)，所述多个叶片以所述轮毂为中心对称设置。
8.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述发泡成形层具有约1.5倍至约4倍范围的发泡倍率。
9.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述多层具有刚性层和层积在所述刚性层上的所述发泡成形层，所述刚性层具有塑料成形体，所述发泡成形层具有塑料的发泡成形体。
10.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述刚性层的第一表面具有Ra 50μm至Ra 500μm范围的表面粗糙度。所述发泡成形层直接接合在所述第一表面上。
11.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述发泡成形层具有多个发泡单元。
12.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述鼓风机用于空调机的室外机。
13.一种用于鼓风机的叶轮的制造方法，其特征在于，包括成形轮毂(5)和自所述轮毂突出的第一叶片层(7)的第一工序，以及将具有发泡成形层(8)的第二叶片层(8)层积在所述第一叶片层上的第二工序。
14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述第一工序具有将塑料材料注射模塑成形的工序。
15.如权利要求13或14任一项所述的制造方法，其特征在于，所述第一工序具有成形所述第一叶片层的工序，使所述第一叶片层的第一表面的表面粗糙度在Ra 50μm至Ra 500μm范围内，所述第二工序具有将所述发泡成形层接合于所述第一表面的工序。
16.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述第一表面为相对于所述鼓风机的旋转方向的空气剥离面侧(16)。
17.如权利要求13至15任一项所述的制造方法，其特征在于，所述第二工序具有成形所述第二叶片层的工序，使所述发泡成形层的发泡倍率为约1.5倍至约4倍。
18.如权利要求13至17任一项所述的制造方法，其特征在于，所述第二工序还具有在所述发泡成形层(8)表面上形成壳层(18)的工序。
19.如权利要求13至18任一项所述的制造方法，其特征在于，所述第二工序具有将包括发泡剂及膨胀剂中至少一种的塑料材料注射模塑成形的工序。
20.如权利要求13至19任一项所述的制造方法，其特征在于，所述第二工序具有以含有多个发泡单元的方式成形所述发泡成形层的工序。
21.如权利要求13至20任一项所述的制造方法，其特征在于，所述鼓风机用于空调机的室外机。
22.一种鼓风机，包括电机(3)，与所述电机连接的轮毂(5)，自所述轮毂突出的叶片(6)；其特征在于，所述叶片具有刚性层(7)和层积在所述刚性层上的发泡成形层(8)，所述叶片可随着所述电机的驱动而旋转。
23.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，所述刚性层具有塑料成形体，所述发泡成形层具有包括多个发泡单元的发泡塑料成形体。
24.如权利要求22所述的鼓风机，其特征在于，所述发泡成形层相对于所述叶片的旋转方向设置在空气剥离面侧(16)。
25.一种空调机的室外机，包括热交换器(12)，以及设置于所述热交换器后侧的鼓风机(10)，其特征在于，所述鼓风机包括电机(3)，与所述电机连接的轮毂(5)，以及自所述轮毂突出的叶片(6)；所述叶片具有刚性层(7)和层积在所述刚性层上的发泡成形层(8)，所述叶片可随着所述电机的驱动而旋转。
26.如权利要求25所述的空调机的室外机，其特征在于，所述刚性层具有塑料成形体，所述发泡成形层具有包括多个发泡单元的发泡塑料成形体。
27.如权利要求25所述的空调机的室外机，其特征在于，所述发泡成形层相对于所述叶片的旋转方向设置在空气剥离面侧。
全文摘要
一种鼓风机用叶轮及其制造方法和鼓风机,可容易地得到具有大的口径的叶轮。其结果,可实现鼓风机的高性能化。所述叶轮具有轮毂(hub)和自所述轮毂突出的叶片,所述叶片具有多层,所述多层中的至少一层具有发泡成形层。该叶轮用于鼓风机。该鼓风机用于空调机的室外机。
文档编号F04D29/38GK1266150SQ0010412
公开日2000年9月13日 申请日期2000年3月8日 优先权日1999年3月8日
发明者沼本浩直, 太田雅春 申请人:松下电器产业株式会社