JP2004332674A - 軸流ファン - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却などに使用される軸流ファンにおいて、損失，騒音の原因となる羽根チップ部での翼端渦，漏れ流れなどを減少させる高効率，低騒音の軸流ファンの形状を提案する。
【解決手段】モータと、前記モータに取付けられるハブ２の周囲に複数の羽根１を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、流体の流入方向にある前縁部Ａの輪郭線が流入方向に凸状の頂点となる半径位置Ａａとが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある軸流ファン。
【選択図】 図１
【解決手段】モータと、前記モータに取付けられるハブ２の周囲に複数の羽根１を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、流体の流入方向にある前縁部Ａの輪郭線が流入方向に凸状の頂点となる半径位置Ａａとが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある軸流ファン。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器用ファンなどに使用される軸流ファンに係り、特に、高効率化，低騒音化に好適な軸流ファンの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流ファンは、電子機器冷却用ファンや空調調和機の室外機など種々の機器に利用され、その高効率化や低騒音化のための様々な技術が開発されてきている。
【０００３】
ファンケーシングに関しては、ファンケーシングの吸込み口を円筒形状とし、吸込み流れを軸対象とし、騒音を低減する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ファンの形状に関しては、羽根翼端の前縁を回転方向に前進させ三角形状としたり、羽根を吸込み側に前傾させたり、反りや取付角を適正な範囲に設計したりして、翼端渦や漏れ流れ等を減少させ、高効率化，低騒音化する技術がある（例えば、特許文献２〜５参照）。
【０００５】
また、翼端の形状を工夫し、低騒音化する技術がある（例えば、特許文献６参照）。
【０００６】
さらに、後縁の形状を工夫し、高効率化する技術がある（例えば、特許文献７参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６１−１９０１９８号公報（第２〜３頁，第１〜３図）
【特許文献２】
特公平６１−０６５０９６号公報（第５〜６頁，第１〜２図）
【特許文献３】
特開平０９−０４９５００号公報（第１３〜１４頁，図１〜７）
【特許文献４】
特開平１１−０４４４３２号公報（第４〜６頁，図１〜７）
【特許文献５】
特開平０８−３０３３９１号公報（第２頁，図１〜５）
【特許文献６】
特開平０６−１２９３９７号公報（第３頁，図１〜３）
【特許文献７】
特開２００２−２５７０８８号公報（第４頁，図１〜２）
【非特許文献１】
生井武文，井上雅弘「ターボ送風機と圧縮機」
コロナ社，昭和６３年８月２５日，ｐｐ３５７〜４１８
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
軸流ファンは、長年にわたり技術開発がなされ成熟した機械要素であり、上記従来の技術においても、高効率化と低騒音化にかなりの効果をあげてきた。
【０００９】
しかし、これらの技術は、汎用性を重視してきたため、より一層の性能改善は難しくなってきている。
【００１０】
機器冷却用のファンでは、その多くが大量生産のいわゆるカタログ品であるため、使用条件や用途を特定することは難しい（特許文献１，５）。
【００１１】
そのため、冷却対象が吸込み側，吐出し側どちらにあってもよいように、吸込まれた流れと吐出された流れとがなるべく回転軸に平行な軸流方向となる設計がなされている。具体的には、羽根のチップ部すなわち翼端で多く仕事をしている。羽根のチップ部の流れを高い圧力として圧力勾配を発生させ、回転の遠心力により外側に広がろうとする流れを抑制し、軸流方向に流すように設計している。
【００１２】
空調機に用いられる軸流ファンでも、吐出した流れが再び吸込まれるサーキュレーション現象を避けるために、上記同様に、流れを軸流方向に流すように設計している（特許文献２〜４，６，７）。
【００１３】
これらの軸流ファンは、チップ部とファンケーシングとの間に適当なチップクリアランスを確保するのが、一般的な構造である。羽根車が回転すると、羽根の圧力面と負圧面との圧力差および吸込み側と吐出し側との圧力差により、チップクリアランスに翼端渦や漏れ流れが生じ、これらが損失や騒音の一因となる。
【００１４】
さらに、静止しているファンケーシング壁面と回転している羽根車との流れ場によりファンケーシングの境界層がねじれ、チップクリアランスの翼端渦，漏れ流れなどと干渉しあって、流れは非常に複雑になる。
【００１５】
しかし、チップ部は、周速が最も大きく、仕事を大きくできるので、従来は、このような複雑な流れのチップ部で大きな仕事をするという方針で設計された軸流ファンがほとんどであった。
【００１６】
このように仕事量が大きいことは、入力したエネルギーに対して取り出せるエネルギーの割合が同じだと仮定しても、損失の絶対値が大きいことを意味する。すなわち、流れを軸方向にすることとチップ部で損失・騒音を減らすことは、トレードオフの関係であり、より一層の高効率化，低騒音化において、課題となっている。
【００１７】
本発明の目的は、損失，騒音の原因となる羽根チップ部での翼端渦，漏れ流れなどを減らすファン形状の軸流ファンおよびその使用方法並びに軸流ファン付ヒートシンクを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、流体の流入方向にある前縁部の輪郭線が流入方向に凸状の頂点となる半径位置Ａａとが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある軸流ファンを提案する。
【００１９】
本発明は、また、モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、羽根の前縁と後縁とを結ぶ翼弦線の翼弦長Ｌと半径Ｒでの円周の長さを羽根枚数Ｚで除したピッチＴとの弦節比σをσ＝Ｌ／Ｔとするとき弦節比σが最大となる半径位置とが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある軸流ファンを提案する。
【００２０】
本発明は、さらに、モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、流体の流入方向にある前縁部の輪郭線が流入方向に凸状の頂点となる半径位置Ａａと、羽根の前縁と後縁とを結ぶ翼弦線の翼弦長Ｌと半径Ｒでの円周の長さを羽根枚数Ｚで除したピッチＴとの弦節比σをσ＝Ｌ／Ｔとするとき弦節比σが最大となる半径位置とが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある軸流ファンを提案する。
【００２１】
前記ファンケーシングの空気吐出し口は、開口端に向かって拡大しながら連通する内面を有することが望ましい。
【００２２】
羽根を半径Ｒの円筒面で切断しその断面を２次元平面に展開した際に、チップ部の羽根最大厚さｔｔが、ハブ部の羽根最大厚さｔｈよりも厚いようにすることができる。
【００２３】
前記軸流ファンの吐出し口側に冷却対象物を置きたい場合は、軸流ファンの空気吐出し口側のチップ部半径Ｒｔよりも大きな半径の位置に冷却対象物をはみ出させて配置する方がよい。
【００２４】
本発明は、さらに、上記いずれかの軸流ファンと、その軸流ファンの吐出し口側でチップ半径Ｒｔよりもはみ出した位置まで配置されたヒートシンクとからなる軸流ファン付ヒートシンクを提案する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図１７を参照して、本発明による軸流ファンおよびその使用方法の実施形態を説明する。
【００２６】
【実施形態１】
図１は、実施形態１の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図である。
【００２７】
本実施形態１の軸流ファンは、ハブ２に複数枚の羽根１が取付けられている。羽根１は、前縁輪郭線３ａ，後縁輪郭線４ａ，チップ輪郭線１１，ハブ輪郭線１２で形状を規定されている。軸流ファンは、矢印１３の方向に回転する。負圧面６は、紙面の裏側にあり、圧力面７は紙面の表側にある。
【００２８】
図２は、羽根を任意の半径の円筒面で切断し、その断面を２次元平面に展開して得られる展開図と、ハブ部，取付角ξ最大時の半径Ｒａ，チップ部における断面を示す断面図である。
【００２９】
前縁Ａは、図１の前縁輪郭線３と円筒面との交点であり、後縁Ｂは、後縁輪郭線４との交点である。図２の円筒展開図には、負圧面６と、圧力面７と、前縁Ａと後縁Ｂとを結ぶ翼弦線８と、キャンバーライン９とが現れる。
【００３０】
翼弦線８の長さをＬと定義し、翼弦線８と回転軸に垂直な平面上で後縁Ｂを通る直線とのなす角度を取付角ξと定義する。
【００３１】
図２は、図１に示すｆ−ｆ断面（チップ部付近）、ｇ−ｇ断面（取付角最大の半径）、ｈ−ｈ断面（ハブ部付近）でのキャンバーライン９と翼弦線８を示す。添え字ｔ，ｈ，ｍａｘは、チップ部，ハブ部，取付角が最大のときの部位を示す。
【００３２】
図２の展開図は、いわゆる翼型である。一般に、翼型は、矢印６００の方向から空気が流入し、翼弦線８と迎え角αＡをなし、揚力を得る作用を持つ。翼型が得られる揚力は、迎え角αＡとともにほぼ直線的に増加し、ある迎え角に達すると、急激に減少する。このときの迎え角を失速角という。
【００３３】
この失速角や得られる揚力の特性は、翼型の種類すなわち翼厚み分布，キャンバーラインの分布などに依存する。翼型を用いる軸流ファンでは、この失速角を考慮し、有効な迎え角αＡの範囲で形状を設計する必要があり、詳細なデータや設計法が提案されてきている（非特許文献１参照）。
【００３４】
図３は、実施形態１の軸流ファンの羽根車とファンケーシングとが組み立てられた状態を示す斜視図である。
【００３５】
図３において、ハブ２は、モータケース１５内に収納されたモータに取付けられる。モータケース１５は、支柱１４によりファンケーシング５と連結されている。ハブ２の直径は、羽根車外径の約５０％程度である。
【００３６】
図３では、支柱は３本あり、羽根１は５枚となっている。本発明は、この例に限定されない。また、ファンケーシング５は、円筒形状であり、機器への取付のためフランジやリブが追加されることもある。
【００３７】
本実施形態１においては、前縁輪郭線３ａが流入方向に凸状である頂点Ａａでの半径と取付角ξが最大となる半径とが、同一のＲａであることが特徴である。
【００３８】
従来技術で述べたように、従来の軸流ファンは、チップ部で仕事を多くする方針で設計されていた。
【００３９】
これに対して、本発明においては、チップ部での仕事量を減らし、羽根の中間で仕事を多くさせる。
【００４０】
羽根の中間は、ハブ，チップクリアランス，ファンケーシングなどの影響を受けにくいために、従来のチップ部で仕事を多くする設計方針に比べて、チップ部での損失の絶対量が低減できる。
【００４１】
高効率化するために、図２に示すように、羽根車外径の６０〜８０％での取付角度ξを最大とし、大きな仕事すなわち大きな揚力を受け持たせる。
【００４２】
取付角度ξが大きいことは、低流量域の迎え角αＡが大きいことであるから、揚力を大きく得られる反面、前述の失速角に近づき、流れが剥離する可能性もある。
【００４３】
そこで、本発明では、図１，２に示すように、凸状の頂点Ａａでの半径と、取付角が最大となる半径とをほぼ同一のＲａとし、失速を抑制する。
【００４４】
図４は、失速を抑制する作用を説明するために、実施形態１の軸流ファンの羽根車が回転している状態を吸込み側斜め上方から見た図である。
【００４５】
羽根１は、頂点Ａａを流入方向の最上流位置として、矢印１８の方向に回転している。
【００４６】
前縁輪郭３は、点Ａａを頂点として、チップ側の輪郭３ｃとハブ側の３ｄとに分割して見ればデルタ翼形状をしている。すなわち、羽根１は、デルタ翼が一様流中に置かれたのと同様の状態となる。
【００４７】
低流量域においては、半径Ｒａでは迎え角αＡがさらに大きくなるので、失速角となる。しかし、流れが前縁で巻き込まれ、３ｃ側と３ｄ側で発生する渦１７０により、負圧面６に再付着できる。
【００４８】
この現象は、デルタ翼機が低速では大きな迎え角で安定して飛行できることと同様の作用である。このため、失速することなく、半径Ｒａで最も仕事をするので、低流量域での高効率化，低騒音化に効果がある。
【００４９】
従来の軸流ファンは、低流量域では、迎え角αＡが過大となり、失速角に達すると、揚力が低下するため、圧力が低下し、不安定な特性を持つ。
【００５０】
本実施形態１では、デルタ翼の効果により、失速が抑制されるので、不安定な特性を軽減する効果もある。
【００５１】
図５は、実施形態１の軸流ファンの特性と従来の軸流ファンの特性とを比較して示す図である。本実施形態１は、従来低流量域５００で生じていた圧力低下を回避できる。
【００５２】
図６は、実施形態１の軸流ファンを運転した時の空気の流れを示す図である。
【００５３】
本実施形態１のように、羽根の中間で大きな仕事をする設計の軸流ファンの場合、吸込まれた流れは、吐出し側でやや半径外側方向に曲げられる。本実施形態１の構造にすると、チップ部での仕事（圧力）が低下し、圧力勾配３００を生ずる。
【００５４】
吸込み側から回転軸１６に平行に流入した流れ１００は、ファンケーシング５内で羽根１の回転によって昇圧され、圧力勾配３００により、半径外側方向に曲げられ、吐出し側では、流れ２００の方向に流出する。したがって、吐出し側の領域４００の空気は、やや滞留しやすい。
【００５５】
なお、半径Ｒａは、本実施形態１のように、同一であることが望ましい。ただし、機器設計の都合や製作誤差などにより、多少ずれてもよい。半径Ｒａが、羽根車外径の６０〜８０％の間であれば、本発明の効果を発揮できる。
【００５６】
【実施形態２】
図７は、実施形態２の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図である。
【００５７】
図２に示す半径Ｒでの翼弦長Ｌと半径Ｒでの円周を羽根枚数Ｚで除したピッチＴ（＝２πＲ／Ｚ）の比である弦節比をσ＝Ｌ／Ｔと定義する。
【００５８】
本実施形態２は、図７において弦節比σが最大となる半径と、図２において取付角が最大となる半径が、ほぼ同一のＲｂであることが特徴である。
【００５９】
一般に翼型において、適用可能な迎え角αＡの範囲は、弦節比σが大きいと広くなる（例えば、非特許文献ｐ３７９）。したがって、本実施形態のようにすれば、迎え角αＡが大きい場合でも、効率良く運転できる。
【００６０】
なお、半径Ｒｂは、本実施形態２のように、同一であることが望ましい。ただし、機器設計の都合や製作誤差などにより、多少ずれてもよい。半径Ｒｂが、羽根車外径の６０〜８０％の間であれば、本発明の効果が得られる。
【００６１】
【実施形態３】
図８は、実施形態３の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図であり、前縁輪郭線３の分布を定義する方法の一例を説明する図である。
【００６２】
実施形態３は、実施形態１と２とを組合わせた軸流ファンである。
【００６３】
図８において、前縁前進角θ１は、ハブ部の半径Ｒｈの円筒面で切断した断面におけるハブ輪郭線１２の中点Ｃｈと原点Ｏとを結ぶ直線Ｘｃと、任意の半径Ｒの円筒断面での前縁Ａを結ぶ直線Ｘ１とのなす角として定義する。
【００６４】
図９は、実施形態３の軸流ファンと従来設計の軸流ファンの半径方向に対する前縁前進角θ１，弦節比σ，取付角ξの正接の分布を比較して示す図である。添え字ｔはチップ部を示し、図９ではチップ部での値で無次元化してある。
【００６５】
図９において、従来のファンは、チップ付近を除いて単調増加または単調減少であるのに対して、本実施形態３のθ１，σ，ｔａｎξの最大となる半径は、範囲２３の間でほぼ同一である。
【００６６】
範囲２３は、小さい程よいが、本実施形態３程度であれば、本発明の効果は、十分に得られる。ただし、あるべき範囲２３は、羽根車外径の６０〜８０％である。
【００６７】
図１０は、実施形態３の軸流ファンの効率と従来設計の軸流ファンの効率とを比較して示す図である。
【００６８】
図１０は、本実施形態を適用した複数の例１〜３を示しており、実験で得られた適用例の最高静圧効率と従来例での最高静圧効率との比で表わしてある。本発明の適用例においては、従来例よりも効率が高まっている。
【００６９】
図１１は、従来設計の軸流ファンに対する実施形態３の軸流ファンの騒音低減効果を示す図である。図１１は、実験で得られた従来例の騒音値と本発明の適用例の騒音値との差を表わしている。騒音値は、最高静圧効率点風量での実験値であり、比騒音に換算してから評価した。図１１に示すように、本発明の適用例においては、従来例よりも騒音が低減されている。
【００７０】
【実施形態４】
図１２は、回転軸を含む平面で切った軸流ファンケーシングの構造を示す断面図である。図１２においては、ファンケーシング５の吐出し側の空気吐出し口が、開口端に向かって拡大しながら連通する円錐面１０で構成されている。円錐面１０は回転軸と平行な直線と角度θ０で形成される。
【００７１】
実施形態１の図６において、圧力勾配と流れとのバランスにより、吐出し側の流れは半径外側方向に傾いていた。本実施形態４では、この傾いた流れに沿って円錐面１０を形成してある。
【００７２】
図１２の流れ７００は、ファンケーシングに衝突することなく、円錐面１０に沿って、角度θ０で流出する。その結果、流れ７００がファンケーシングに衝突することによる損失が少なくなる。さらに、ファンケーシングの内径がＤＶ１からＤＶ２に拡大するので、回転軸に平行な軸流速度成分Ｃｍは小さくなる。
【００７３】
一般に、開口端から広い空間に吐出される空気の損失（いわゆる吐出し損失）は、Ｃｍの２乗に比例する。したがって、本実施形態４では、吐出し損失の低減効果もある。
【００７４】
なお、ここでは、空気吐出し口を円錐面１０としたが、流れ７００の障害とならない面であれば、円錐面に限らない。
【００７５】
【実施形態５】
図１３は、実施形態５の軸流ファンを回転軸に垂直な平面で切断した断面図である。羽根１は、矢印２４の方向に回転するので、紙面の右側が圧力面７、左側が負圧面６となる。
【００７６】
羽根１の翼端面２７とファンケーシング５の内面２８との間には、羽根１が回転できるように、適当なチップクリアランスｈが確保されている。
【００７７】
図１４は、実施形態５の軸流ファンの羽根最大厚さｔ（図２参照）と従来設計の軸流ファンの羽根最大厚さｔとを比較して示す図である。
【００７８】
従来例では、厚さｔが一定であった。これに対して、実施形態５においては、チップ部半径Ｒｔでの厚さｔｔが、ハブ部半径Ｒｈでの厚さｔｈよりも厚くなっている。
【００７９】
羽根１が回転すると、圧力面７と負圧面６との間には圧力差が生じるので、チップクリアランスｈには、矢印２５のような流れが形成される。
【００８０】
一般に、従来の設計では、羽根最大厚さｔは薄い方が、羽根が流路を閉塞する割合が小さく、流速の増加が小さいため、流路損失が小さく、高効率化には良いとされてきた。
【００８１】
これに対して、本発明では、半径Ｒｔでの厚さｔｔを厚くし、矢印２５の流れを低減させる。
【００８２】
チップ部に生じる損失，騒音の一部は、この矢印２５の流れによる生ずるので、この量を抑えることは、高効率化，低騒音化に寄与する。
【００８３】
【実施形態６】
図１５は、実施形態１〜５のいずれかの軸流ファンを機器に組込んだ場合の機器筐体内部の配置を示す図である。
【００８４】
軸流ファン３１は、筐体３０の一つの面に設置され、反対側の面には、吸込み口３２が設置される。軸流ファン３１は、筐体３０の内側にファン吸込み口３６があり、筐体３０の外側にファン吐出し口３５があるように設置する。筐体３０内には、例えばプリント基板などの発熱体２９を置く。
【００８５】
実施形態６では、発熱体２９を冷却するために、軸流ファン３１を運転する。空気は、吸込み口３２から、矢印３７のように筐体３０の内部に供給され、矢印３４のように発熱体２９の間を通り抜けて、発熱体２９を冷却する。
【００８６】
発熱体２９を冷却した空気は、ファン吸込み口３６から、軸流ファン３１内に吸込まれ、図示しない羽根車により昇圧され、ファン吐出し口３５から、大気へ放出される。
【００８７】
空気が吸込み口３２，筐体３０内の発熱体２９を通り抜けるときに、流路損失が生じる。軸流ファン３１は、この流路損失に打ち勝つだけの圧力を出す流量で運転することになる。
【００８８】
実施形態１の図６，実施形態３の図１２で述べたように、本発明の軸流ファンの吐出し流れは、矢印３３のようにやや遠心方向に傾斜する。しかし、ファン吸込み口３６側の流れは、回転軸にほぼ平行である。
【００８９】
したがって、本実施形態６のように、冷却対象物がファン吸込み口３６側にあると、大きな冷却効果を発揮でき、軸流ファンを組込んだ高効率，低騒音の機器が得られる。
【００９０】
【実施形態７】
図１６は、実施形態１〜５のいずれかの軸流ファンとその吐出側に配置した発熱体との位置関係を示す図である。
【００９１】
軸流ファン３８は、筐体の壁３９に取付けられる。発熱体４０は、軸流ファン３８のチップ部半径Ｒｔよりもはみ出して配置される。
【００９２】
実施形態１の図６，実施形態３の図１２で述べたように、本発明の軸流ファンの吐出し流れは、矢印４３のように、やや遠心方向に傾斜する。そこで、発熱体４０を図１６のように配置すれば、流れ４１，４２は、発熱体４０の外側に向けて滑らかに流れ、十分な冷却効果が得られる。
【００９３】
【実施形態８】
図１７は、ヒートシンクとファンとを一体にして、高発熱素子を直接冷却するための軸流ファン付ヒートシンクの構造を示す図である。
【００９４】
発熱素子４７は、プリント基板４８に取付けられている。ヒートシンク４５は、熱接続部材４６を介して発熱素子４７に接している。本実施形態の軸流ファン４４は、ヒートシンク４５の上に載せて設置される。発熱素子４７からの熱は、熱接続部材４６を伝わり、ヒートシンク４５に達する。
【００９５】
ヒートシンク４５は、軸流ファン４４の吐出し口側で、チップ半径Ｒｔよりもはみ出して配置する。ヒートシンク４５は、空間５０を設けて複数個としてもよいし、一体整形品でもよい。
【００９６】
実施形態１の図６，実施形態３の図１２で述べたように、本発明の軸流ファンの吐出し流れは、矢印４９のように、やや遠心方向に傾斜する。そこで、高発熱素子を図１７のように設置すれば、流れはヒートシンク４５内を十分に行き渡り、放熱できる。
【００９７】
したがって、本実施形態８の軸流ファン付ヒートシンクのように、冷却対象物がファン吐出し口側にあっても軸流ファンや発熱体の配置を工夫すると、大きな冷却効果が得られ、軸流ファンを組込んだ高効率，低騒音の機器を実現できる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、損失，騒音の原因となる羽根チップ部での翼端渦，漏れ流れなどを減らすファン形状の軸流ファンが得られる。
【００９９】
また、本発明の軸流ファンを使用すると、高効率，低騒音の機器を実現できる。
【０１００】
さらに、軸流ファン付ヒートシンクについては、冷却対象物がファン吐出し口側にあっても軸流ファンや発熱体の配置を工夫すると、大きな冷却効果が得られ、軸流ファンを組込んだ高効率，低騒音の機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図である。
【図２】羽根を任意の半径の円筒面で切断し、その断面を２次元平面に展開して得られる展開図と、ハブ部，取付角ξ最大時の半径Ｒａ，チップ部における断面を示す断面図である。
【図３】実施形態１の軸流ファンの羽根車とファンケーシングとが組み立てられた状態を示す斜視図である。
【図４】失速を抑制する作用を説明するために、実施形態１の軸流ファンの羽根車が回転している状態を吸込み側斜め上方から見た図である。
【図５】実施形態１の軸流ファンの特性と従来の軸流ファンの特性とを比較して示す図である。
【図６】実施形態１の軸流ファンを運転した時の空気の流れを示す図である。
【図７】０実施形態２の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図である。
【図８】実施形態３の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図であり、前縁輪郭線３の分布を定義する方法の一例を説明する図である。
【図９】実施形態３の軸流ファンと従来設計の軸流ファンの半径方向に対する前縁前進角θ１，弦節比σ，取付角ξの正接の分布を比較して示す図である。
【図１０】実施形態３の軸流ファンの効率と従来設計の軸流ファンの効率を比較して示す図である。
【図１１】従来設計の軸流ファンに対する実施形態３の軸流ファンの騒音低減効果を示す図である。
【図１２】軸流ファンケーシングの構造を示す断面図である。
【図１３】実施形態５の軸流ファンを回転軸に垂直な平面で切断した断面図である。
【図１４】実施形態５の軸流ファンの羽根最大厚さｔ（図２参照）と従来設計の軸流ファンの羽根最大厚さｔとを比較して示す図である。
【図１５】実施形態１〜５のいずれかの軸流ファンを機器に組込んだ場合の機器筐体内部を示す図である。
【図１６】実施形態１〜５のいずれかの軸流ファンとその吐出側に配置した発熱体との位置関係を示す図である。
【図１７】ヒートシンクとファンとを一体にして、高発熱素子を直接冷却するためのファン付ヒートシンクの構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 羽根
２ ハブ
３ 前縁輪郭線
４ 後縁輪郭線
５ ファンケーシング
６ 負圧面
７ 圧力面
８ 翼弦線
９ キャンバーライン
１０ 円錐面
１１ チップ輪郭線
１２ ハブ輪郭線
１４ 支柱
１５ モータケース
１６ 回転軸
１７ 渦
２６ ハブ面
２７ 翼端面
２８ ファンケーシング内面
２９ 発熱体
３０ 筐体
３１ 軸流ファン
３２ 吸込み口
３５ ファン吐出し口
３６ ファン吸込み口
３８ 軸流ファン
３９ 筐体の壁
４０ 発熱体
４４ 軸流ファン
４５ ヒートシンク
４６ 熱接続部材
４７ 発熱素子
４８ プリント基板
５０ 空間
３００ 圧力勾配
４００ 領域
５００ 低流量域
Ａ 前縁
Ｂ 後縁
Ｃｈ 中点
Ｃｍ 軸流速度成分
ＤＶ１ ファンケーシング内径
ＤＶ２ ファンケーシング内径
ｈ チップクリアランス
Ｌ 翼弦長
ξ 取付角
Ｏ 原点
Ｒｈ ハブ部半径
Ｒｔ チップ部半径
ｔ 最大厚さ
ｔｈ ハブ部の羽根最大厚さｔｈ
ｔｔ チップ部の羽根最大厚さ
Ｘｃ 直線
Ｘ１ 直線
θ１ 前縁前進角
θ０ 円錐面角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器用ファンなどに使用される軸流ファンに係り、特に、高効率化，低騒音化に好適な軸流ファンの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流ファンは、電子機器冷却用ファンや空調調和機の室外機など種々の機器に利用され、その高効率化や低騒音化のための様々な技術が開発されてきている。
【０００３】
ファンケーシングに関しては、ファンケーシングの吸込み口を円筒形状とし、吸込み流れを軸対象とし、騒音を低減する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ファンの形状に関しては、羽根翼端の前縁を回転方向に前進させ三角形状としたり、羽根を吸込み側に前傾させたり、反りや取付角を適正な範囲に設計したりして、翼端渦や漏れ流れ等を減少させ、高効率化，低騒音化する技術がある（例えば、特許文献２〜５参照）。
【０００５】
また、翼端の形状を工夫し、低騒音化する技術がある（例えば、特許文献６参照）。
【０００６】
さらに、後縁の形状を工夫し、高効率化する技術がある（例えば、特許文献７参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６１−１９０１９８号公報（第２〜３頁，第１〜３図）
【特許文献２】
特公平６１−０６５０９６号公報（第５〜６頁，第１〜２図）
【特許文献３】
特開平０９−０４９５００号公報（第１３〜１４頁，図１〜７）
【特許文献４】
特開平１１−０４４４３２号公報（第４〜６頁，図１〜７）
【特許文献５】
特開平０８−３０３３９１号公報（第２頁，図１〜５）
【特許文献６】
特開平０６−１２９３９７号公報（第３頁，図１〜３）
【特許文献７】
特開２００２−２５７０８８号公報（第４頁，図１〜２）
【非特許文献１】
生井武文，井上雅弘「ターボ送風機と圧縮機」
コロナ社，昭和６３年８月２５日，ｐｐ３５７〜４１８
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
軸流ファンは、長年にわたり技術開発がなされ成熟した機械要素であり、上記従来の技術においても、高効率化と低騒音化にかなりの効果をあげてきた。
【０００９】
しかし、これらの技術は、汎用性を重視してきたため、より一層の性能改善は難しくなってきている。
【００１０】
機器冷却用のファンでは、その多くが大量生産のいわゆるカタログ品であるため、使用条件や用途を特定することは難しい（特許文献１，５）。
【００１１】
そのため、冷却対象が吸込み側，吐出し側どちらにあってもよいように、吸込まれた流れと吐出された流れとがなるべく回転軸に平行な軸流方向となる設計がなされている。具体的には、羽根のチップ部すなわち翼端で多く仕事をしている。羽根のチップ部の流れを高い圧力として圧力勾配を発生させ、回転の遠心力により外側に広がろうとする流れを抑制し、軸流方向に流すように設計している。
【００１２】
空調機に用いられる軸流ファンでも、吐出した流れが再び吸込まれるサーキュレーション現象を避けるために、上記同様に、流れを軸流方向に流すように設計している（特許文献２〜４，６，７）。
【００１３】
これらの軸流ファンは、チップ部とファンケーシングとの間に適当なチップクリアランスを確保するのが、一般的な構造である。羽根車が回転すると、羽根の圧力面と負圧面との圧力差および吸込み側と吐出し側との圧力差により、チップクリアランスに翼端渦や漏れ流れが生じ、これらが損失や騒音の一因となる。
【００１４】
さらに、静止しているファンケーシング壁面と回転している羽根車との流れ場によりファンケーシングの境界層がねじれ、チップクリアランスの翼端渦，漏れ流れなどと干渉しあって、流れは非常に複雑になる。
【００１５】
しかし、チップ部は、周速が最も大きく、仕事を大きくできるので、従来は、このような複雑な流れのチップ部で大きな仕事をするという方針で設計された軸流ファンがほとんどであった。
【００１６】
このように仕事量が大きいことは、入力したエネルギーに対して取り出せるエネルギーの割合が同じだと仮定しても、損失の絶対値が大きいことを意味する。すなわち、流れを軸方向にすることとチップ部で損失・騒音を減らすことは、トレードオフの関係であり、より一層の高効率化，低騒音化において、課題となっている。
【００１７】
本発明の目的は、損失，騒音の原因となる羽根チップ部での翼端渦，漏れ流れなどを減らすファン形状の軸流ファンおよびその使用方法並びに軸流ファン付ヒートシンクを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、流体の流入方向にある前縁部の輪郭線が流入方向に凸状の頂点となる半径位置Ａａとが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある軸流ファンを提案する。
【００１９】
本発明は、また、モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、羽根の前縁と後縁とを結ぶ翼弦線の翼弦長Ｌと半径Ｒでの円周の長さを羽根枚数Ｚで除したピッチＴとの弦節比σをσ＝Ｌ／Ｔとするとき弦節比σが最大となる半径位置とが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある軸流ファンを提案する。
【００２０】
本発明は、さらに、モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、流体の流入方向にある前縁部の輪郭線が流入方向に凸状の頂点となる半径位置Ａａと、羽根の前縁と後縁とを結ぶ翼弦線の翼弦長Ｌと半径Ｒでの円周の長さを羽根枚数Ｚで除したピッチＴとの弦節比σをσ＝Ｌ／Ｔとするとき弦節比σが最大となる半径位置とが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある軸流ファンを提案する。
【００２１】
前記ファンケーシングの空気吐出し口は、開口端に向かって拡大しながら連通する内面を有することが望ましい。
【００２２】
羽根を半径Ｒの円筒面で切断しその断面を２次元平面に展開した際に、チップ部の羽根最大厚さｔｔが、ハブ部の羽根最大厚さｔｈよりも厚いようにすることができる。
【００２３】
前記軸流ファンの吐出し口側に冷却対象物を置きたい場合は、軸流ファンの空気吐出し口側のチップ部半径Ｒｔよりも大きな半径の位置に冷却対象物をはみ出させて配置する方がよい。
【００２４】
本発明は、さらに、上記いずれかの軸流ファンと、その軸流ファンの吐出し口側でチップ半径Ｒｔよりもはみ出した位置まで配置されたヒートシンクとからなる軸流ファン付ヒートシンクを提案する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図１７を参照して、本発明による軸流ファンおよびその使用方法の実施形態を説明する。
【００２６】
【実施形態１】
図１は、実施形態１の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図である。
【００２７】
本実施形態１の軸流ファンは、ハブ２に複数枚の羽根１が取付けられている。羽根１は、前縁輪郭線３ａ，後縁輪郭線４ａ，チップ輪郭線１１，ハブ輪郭線１２で形状を規定されている。軸流ファンは、矢印１３の方向に回転する。負圧面６は、紙面の裏側にあり、圧力面７は紙面の表側にある。
【００２８】
図２は、羽根を任意の半径の円筒面で切断し、その断面を２次元平面に展開して得られる展開図と、ハブ部，取付角ξ最大時の半径Ｒａ，チップ部における断面を示す断面図である。
【００２９】
前縁Ａは、図１の前縁輪郭線３と円筒面との交点であり、後縁Ｂは、後縁輪郭線４との交点である。図２の円筒展開図には、負圧面６と、圧力面７と、前縁Ａと後縁Ｂとを結ぶ翼弦線８と、キャンバーライン９とが現れる。
【００３０】
翼弦線８の長さをＬと定義し、翼弦線８と回転軸に垂直な平面上で後縁Ｂを通る直線とのなす角度を取付角ξと定義する。
【００３１】
図２は、図１に示すｆ−ｆ断面（チップ部付近）、ｇ−ｇ断面（取付角最大の半径）、ｈ−ｈ断面（ハブ部付近）でのキャンバーライン９と翼弦線８を示す。添え字ｔ，ｈ，ｍａｘは、チップ部，ハブ部，取付角が最大のときの部位を示す。
【００３２】
図２の展開図は、いわゆる翼型である。一般に、翼型は、矢印６００の方向から空気が流入し、翼弦線８と迎え角αＡをなし、揚力を得る作用を持つ。翼型が得られる揚力は、迎え角αＡとともにほぼ直線的に増加し、ある迎え角に達すると、急激に減少する。このときの迎え角を失速角という。
【００３３】
この失速角や得られる揚力の特性は、翼型の種類すなわち翼厚み分布，キャンバーラインの分布などに依存する。翼型を用いる軸流ファンでは、この失速角を考慮し、有効な迎え角αＡの範囲で形状を設計する必要があり、詳細なデータや設計法が提案されてきている（非特許文献１参照）。
【００３４】
図３は、実施形態１の軸流ファンの羽根車とファンケーシングとが組み立てられた状態を示す斜視図である。
【００３５】
図３において、ハブ２は、モータケース１５内に収納されたモータに取付けられる。モータケース１５は、支柱１４によりファンケーシング５と連結されている。ハブ２の直径は、羽根車外径の約５０％程度である。
【００３６】
図３では、支柱は３本あり、羽根１は５枚となっている。本発明は、この例に限定されない。また、ファンケーシング５は、円筒形状であり、機器への取付のためフランジやリブが追加されることもある。
【００３７】
本実施形態１においては、前縁輪郭線３ａが流入方向に凸状である頂点Ａａでの半径と取付角ξが最大となる半径とが、同一のＲａであることが特徴である。
【００３８】
従来技術で述べたように、従来の軸流ファンは、チップ部で仕事を多くする方針で設計されていた。
【００３９】
これに対して、本発明においては、チップ部での仕事量を減らし、羽根の中間で仕事を多くさせる。
【００４０】
羽根の中間は、ハブ，チップクリアランス，ファンケーシングなどの影響を受けにくいために、従来のチップ部で仕事を多くする設計方針に比べて、チップ部での損失の絶対量が低減できる。
【００４１】
高効率化するために、図２に示すように、羽根車外径の６０〜８０％での取付角度ξを最大とし、大きな仕事すなわち大きな揚力を受け持たせる。
【００４２】
取付角度ξが大きいことは、低流量域の迎え角αＡが大きいことであるから、揚力を大きく得られる反面、前述の失速角に近づき、流れが剥離する可能性もある。
【００４３】
そこで、本発明では、図１，２に示すように、凸状の頂点Ａａでの半径と、取付角が最大となる半径とをほぼ同一のＲａとし、失速を抑制する。
【００４４】
図４は、失速を抑制する作用を説明するために、実施形態１の軸流ファンの羽根車が回転している状態を吸込み側斜め上方から見た図である。
【００４５】
羽根１は、頂点Ａａを流入方向の最上流位置として、矢印１８の方向に回転している。
【００４６】
前縁輪郭３は、点Ａａを頂点として、チップ側の輪郭３ｃとハブ側の３ｄとに分割して見ればデルタ翼形状をしている。すなわち、羽根１は、デルタ翼が一様流中に置かれたのと同様の状態となる。
【００４７】
低流量域においては、半径Ｒａでは迎え角αＡがさらに大きくなるので、失速角となる。しかし、流れが前縁で巻き込まれ、３ｃ側と３ｄ側で発生する渦１７０により、負圧面６に再付着できる。
【００４８】
この現象は、デルタ翼機が低速では大きな迎え角で安定して飛行できることと同様の作用である。このため、失速することなく、半径Ｒａで最も仕事をするので、低流量域での高効率化，低騒音化に効果がある。
【００４９】
従来の軸流ファンは、低流量域では、迎え角αＡが過大となり、失速角に達すると、揚力が低下するため、圧力が低下し、不安定な特性を持つ。
【００５０】
本実施形態１では、デルタ翼の効果により、失速が抑制されるので、不安定な特性を軽減する効果もある。
【００５１】
図５は、実施形態１の軸流ファンの特性と従来の軸流ファンの特性とを比較して示す図である。本実施形態１は、従来低流量域５００で生じていた圧力低下を回避できる。
【００５２】
図６は、実施形態１の軸流ファンを運転した時の空気の流れを示す図である。
【００５３】
本実施形態１のように、羽根の中間で大きな仕事をする設計の軸流ファンの場合、吸込まれた流れは、吐出し側でやや半径外側方向に曲げられる。本実施形態１の構造にすると、チップ部での仕事（圧力）が低下し、圧力勾配３００を生ずる。
【００５４】
吸込み側から回転軸１６に平行に流入した流れ１００は、ファンケーシング５内で羽根１の回転によって昇圧され、圧力勾配３００により、半径外側方向に曲げられ、吐出し側では、流れ２００の方向に流出する。したがって、吐出し側の領域４００の空気は、やや滞留しやすい。
【００５５】
なお、半径Ｒａは、本実施形態１のように、同一であることが望ましい。ただし、機器設計の都合や製作誤差などにより、多少ずれてもよい。半径Ｒａが、羽根車外径の６０〜８０％の間であれば、本発明の効果を発揮できる。
【００５６】
【実施形態２】
図７は、実施形態２の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図である。
【００５７】
図２に示す半径Ｒでの翼弦長Ｌと半径Ｒでの円周を羽根枚数Ｚで除したピッチＴ（＝２πＲ／Ｚ）の比である弦節比をσ＝Ｌ／Ｔと定義する。
【００５８】
本実施形態２は、図７において弦節比σが最大となる半径と、図２において取付角が最大となる半径が、ほぼ同一のＲｂであることが特徴である。
【００５９】
一般に翼型において、適用可能な迎え角αＡの範囲は、弦節比σが大きいと広くなる（例えば、非特許文献ｐ３７９）。したがって、本実施形態のようにすれば、迎え角αＡが大きい場合でも、効率良く運転できる。
【００６０】
なお、半径Ｒｂは、本実施形態２のように、同一であることが望ましい。ただし、機器設計の都合や製作誤差などにより、多少ずれてもよい。半径Ｒｂが、羽根車外径の６０〜８０％の間であれば、本発明の効果が得られる。
【００６１】
【実施形態３】
図８は、実施形態３の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図であり、前縁輪郭線３の分布を定義する方法の一例を説明する図である。
【００６２】
実施形態３は、実施形態１と２とを組合わせた軸流ファンである。
【００６３】
図８において、前縁前進角θ１は、ハブ部の半径Ｒｈの円筒面で切断した断面におけるハブ輪郭線１２の中点Ｃｈと原点Ｏとを結ぶ直線Ｘｃと、任意の半径Ｒの円筒断面での前縁Ａを結ぶ直線Ｘ１とのなす角として定義する。
【００６４】
図９は、実施形態３の軸流ファンと従来設計の軸流ファンの半径方向に対する前縁前進角θ１，弦節比σ，取付角ξの正接の分布を比較して示す図である。添え字ｔはチップ部を示し、図９ではチップ部での値で無次元化してある。
【００６５】
図９において、従来のファンは、チップ付近を除いて単調増加または単調減少であるのに対して、本実施形態３のθ１，σ，ｔａｎξの最大となる半径は、範囲２３の間でほぼ同一である。
【００６６】
範囲２３は、小さい程よいが、本実施形態３程度であれば、本発明の効果は、十分に得られる。ただし、あるべき範囲２３は、羽根車外径の６０〜８０％である。
【００６７】
図１０は、実施形態３の軸流ファンの効率と従来設計の軸流ファンの効率とを比較して示す図である。
【００６８】
図１０は、本実施形態を適用した複数の例１〜３を示しており、実験で得られた適用例の最高静圧効率と従来例での最高静圧効率との比で表わしてある。本発明の適用例においては、従来例よりも効率が高まっている。
【００６９】
図１１は、従来設計の軸流ファンに対する実施形態３の軸流ファンの騒音低減効果を示す図である。図１１は、実験で得られた従来例の騒音値と本発明の適用例の騒音値との差を表わしている。騒音値は、最高静圧効率点風量での実験値であり、比騒音に換算してから評価した。図１１に示すように、本発明の適用例においては、従来例よりも騒音が低減されている。
【００７０】
【実施形態４】
図１２は、回転軸を含む平面で切った軸流ファンケーシングの構造を示す断面図である。図１２においては、ファンケーシング５の吐出し側の空気吐出し口が、開口端に向かって拡大しながら連通する円錐面１０で構成されている。円錐面１０は回転軸と平行な直線と角度θ０で形成される。
【００７１】
実施形態１の図６において、圧力勾配と流れとのバランスにより、吐出し側の流れは半径外側方向に傾いていた。本実施形態４では、この傾いた流れに沿って円錐面１０を形成してある。
【００７２】
図１２の流れ７００は、ファンケーシングに衝突することなく、円錐面１０に沿って、角度θ０で流出する。その結果、流れ７００がファンケーシングに衝突することによる損失が少なくなる。さらに、ファンケーシングの内径がＤＶ１からＤＶ２に拡大するので、回転軸に平行な軸流速度成分Ｃｍは小さくなる。
【００７３】
一般に、開口端から広い空間に吐出される空気の損失（いわゆる吐出し損失）は、Ｃｍの２乗に比例する。したがって、本実施形態４では、吐出し損失の低減効果もある。
【００７４】
なお、ここでは、空気吐出し口を円錐面１０としたが、流れ７００の障害とならない面であれば、円錐面に限らない。
【００７５】
【実施形態５】
図１３は、実施形態５の軸流ファンを回転軸に垂直な平面で切断した断面図である。羽根１は、矢印２４の方向に回転するので、紙面の右側が圧力面７、左側が負圧面６となる。
【００７６】
羽根１の翼端面２７とファンケーシング５の内面２８との間には、羽根１が回転できるように、適当なチップクリアランスｈが確保されている。
【００７７】
図１４は、実施形態５の軸流ファンの羽根最大厚さｔ（図２参照）と従来設計の軸流ファンの羽根最大厚さｔとを比較して示す図である。
【００７８】
従来例では、厚さｔが一定であった。これに対して、実施形態５においては、チップ部半径Ｒｔでの厚さｔｔが、ハブ部半径Ｒｈでの厚さｔｈよりも厚くなっている。
【００７９】
羽根１が回転すると、圧力面７と負圧面６との間には圧力差が生じるので、チップクリアランスｈには、矢印２５のような流れが形成される。
【００８０】
一般に、従来の設計では、羽根最大厚さｔは薄い方が、羽根が流路を閉塞する割合が小さく、流速の増加が小さいため、流路損失が小さく、高効率化には良いとされてきた。
【００８１】
これに対して、本発明では、半径Ｒｔでの厚さｔｔを厚くし、矢印２５の流れを低減させる。
【００８２】
チップ部に生じる損失，騒音の一部は、この矢印２５の流れによる生ずるので、この量を抑えることは、高効率化，低騒音化に寄与する。
【００８３】
【実施形態６】
図１５は、実施形態１〜５のいずれかの軸流ファンを機器に組込んだ場合の機器筐体内部の配置を示す図である。
【００８４】
軸流ファン３１は、筐体３０の一つの面に設置され、反対側の面には、吸込み口３２が設置される。軸流ファン３１は、筐体３０の内側にファン吸込み口３６があり、筐体３０の外側にファン吐出し口３５があるように設置する。筐体３０内には、例えばプリント基板などの発熱体２９を置く。
【００８５】
実施形態６では、発熱体２９を冷却するために、軸流ファン３１を運転する。空気は、吸込み口３２から、矢印３７のように筐体３０の内部に供給され、矢印３４のように発熱体２９の間を通り抜けて、発熱体２９を冷却する。
【００８６】
発熱体２９を冷却した空気は、ファン吸込み口３６から、軸流ファン３１内に吸込まれ、図示しない羽根車により昇圧され、ファン吐出し口３５から、大気へ放出される。
【００８７】
空気が吸込み口３２，筐体３０内の発熱体２９を通り抜けるときに、流路損失が生じる。軸流ファン３１は、この流路損失に打ち勝つだけの圧力を出す流量で運転することになる。
【００８８】
実施形態１の図６，実施形態３の図１２で述べたように、本発明の軸流ファンの吐出し流れは、矢印３３のようにやや遠心方向に傾斜する。しかし、ファン吸込み口３６側の流れは、回転軸にほぼ平行である。
【００８９】
したがって、本実施形態６のように、冷却対象物がファン吸込み口３６側にあると、大きな冷却効果を発揮でき、軸流ファンを組込んだ高効率，低騒音の機器が得られる。
【００９０】
【実施形態７】
図１６は、実施形態１〜５のいずれかの軸流ファンとその吐出側に配置した発熱体との位置関係を示す図である。
【００９１】
軸流ファン３８は、筐体の壁３９に取付けられる。発熱体４０は、軸流ファン３８のチップ部半径Ｒｔよりもはみ出して配置される。
【００９２】
実施形態１の図６，実施形態３の図１２で述べたように、本発明の軸流ファンの吐出し流れは、矢印４３のように、やや遠心方向に傾斜する。そこで、発熱体４０を図１６のように配置すれば、流れ４１，４２は、発熱体４０の外側に向けて滑らかに流れ、十分な冷却効果が得られる。
【００９３】
【実施形態８】
図１７は、ヒートシンクとファンとを一体にして、高発熱素子を直接冷却するための軸流ファン付ヒートシンクの構造を示す図である。
【００９４】
発熱素子４７は、プリント基板４８に取付けられている。ヒートシンク４５は、熱接続部材４６を介して発熱素子４７に接している。本実施形態の軸流ファン４４は、ヒートシンク４５の上に載せて設置される。発熱素子４７からの熱は、熱接続部材４６を伝わり、ヒートシンク４５に達する。
【００９５】
ヒートシンク４５は、軸流ファン４４の吐出し口側で、チップ半径Ｒｔよりもはみ出して配置する。ヒートシンク４５は、空間５０を設けて複数個としてもよいし、一体整形品でもよい。
【００９６】
実施形態１の図６，実施形態３の図１２で述べたように、本発明の軸流ファンの吐出し流れは、矢印４９のように、やや遠心方向に傾斜する。そこで、高発熱素子を図１７のように設置すれば、流れはヒートシンク４５内を十分に行き渡り、放熱できる。
【００９７】
したがって、本実施形態８の軸流ファン付ヒートシンクのように、冷却対象物がファン吐出し口側にあっても軸流ファンや発熱体の配置を工夫すると、大きな冷却効果が得られ、軸流ファンを組込んだ高効率，低騒音の機器を実現できる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、損失，騒音の原因となる羽根チップ部での翼端渦，漏れ流れなどを減らすファン形状の軸流ファンが得られる。
【００９９】
また、本発明の軸流ファンを使用すると、高効率，低騒音の機器を実現できる。
【０１００】
さらに、軸流ファン付ヒートシンクについては、冷却対象物がファン吐出し口側にあっても軸流ファンや発熱体の配置を工夫すると、大きな冷却効果が得られ、軸流ファンを組込んだ高効率，低騒音の機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図である。
【図２】羽根を任意の半径の円筒面で切断し、その断面を２次元平面に展開して得られる展開図と、ハブ部，取付角ξ最大時の半径Ｒａ，チップ部における断面を示す断面図である。
【図３】実施形態１の軸流ファンの羽根車とファンケーシングとが組み立てられた状態を示す斜視図である。
【図４】失速を抑制する作用を説明するために、実施形態１の軸流ファンの羽根車が回転している状態を吸込み側斜め上方から見た図である。
【図５】実施形態１の軸流ファンの特性と従来の軸流ファンの特性とを比較して示す図である。
【図６】実施形態１の軸流ファンを運転した時の空気の流れを示す図である。
【図７】０実施形態２の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図である。
【図８】実施形態３の軸流ファンを回転軸に垂直な平面に投影した投影図であり、前縁輪郭線３の分布を定義する方法の一例を説明する図である。
【図９】実施形態３の軸流ファンと従来設計の軸流ファンの半径方向に対する前縁前進角θ１，弦節比σ，取付角ξの正接の分布を比較して示す図である。
【図１０】実施形態３の軸流ファンの効率と従来設計の軸流ファンの効率を比較して示す図である。
【図１１】従来設計の軸流ファンに対する実施形態３の軸流ファンの騒音低減効果を示す図である。
【図１２】軸流ファンケーシングの構造を示す断面図である。
【図１３】実施形態５の軸流ファンを回転軸に垂直な平面で切断した断面図である。
【図１４】実施形態５の軸流ファンの羽根最大厚さｔ（図２参照）と従来設計の軸流ファンの羽根最大厚さｔとを比較して示す図である。
【図１５】実施形態１〜５のいずれかの軸流ファンを機器に組込んだ場合の機器筐体内部を示す図である。
【図１６】実施形態１〜５のいずれかの軸流ファンとその吐出側に配置した発熱体との位置関係を示す図である。
【図１７】ヒートシンクとファンとを一体にして、高発熱素子を直接冷却するためのファン付ヒートシンクの構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 羽根
２ ハブ
３ 前縁輪郭線
４ 後縁輪郭線
５ ファンケーシング
６ 負圧面
７ 圧力面
８ 翼弦線
９ キャンバーライン
１０ 円錐面
１１ チップ輪郭線
１２ ハブ輪郭線
１４ 支柱
１５ モータケース
１６ 回転軸
１７ 渦
２６ ハブ面
２７ 翼端面
２８ ファンケーシング内面
２９ 発熱体
３０ 筐体
３１ 軸流ファン
３２ 吸込み口
３５ ファン吐出し口
３６ ファン吸込み口
３８ 軸流ファン
３９ 筐体の壁
４０ 発熱体
４４ 軸流ファン
４５ ヒートシンク
４６ 熱接続部材
４７ 発熱素子
４８ プリント基板
５０ 空間
３００ 圧力勾配
４００ 領域
５００ 低流量域
Ａ 前縁
Ｂ 後縁
Ｃｈ 中点
Ｃｍ 軸流速度成分
ＤＶ１ ファンケーシング内径
ＤＶ２ ファンケーシング内径
ｈ チップクリアランス
Ｌ 翼弦長
ξ 取付角
Ｏ 原点
Ｒｈ ハブ部半径
Ｒｔ チップ部半径
ｔ 最大厚さ
ｔｈ ハブ部の羽根最大厚さｔｈ
ｔｔ チップ部の羽根最大厚さ
Ｘｃ 直線
Ｘ１ 直線
θ１ 前縁前進角
θ０ 円錐面角度
Claims (7)
- モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、
羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、流体の流入方向にある前縁部の輪郭線が流入方向に凸状の頂点となる半径位置Ａａとが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある
ことを特徴とする軸流ファン。 - モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、
羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、羽根の前縁と後縁とを結ぶ翼弦線の翼弦長Ｌと半径Ｒでの円周の長さを羽根枚数Ｚで除したピッチＴとの弦節比σをσ＝Ｌ／Ｔとするとき弦節比σが最大となる半径位置とが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある
ことを特徴とする軸流ファン。 - モータと、前記モータに取付けられるハブの周囲に複数の羽根を形成した羽根車と、一方に空気吸込み口を形成し他方に空気吐出し口を形成したファンケーシングとからなる軸流ファンにおいて、
羽根翼断面の取付角度ξが最大となる半径位置と、流体の流入方向にある前縁部の輪郭線が流入方向に凸状の頂点となる半径位置Ａａと、羽根の前縁と後縁とを結ぶ翼弦線の翼弦長Ｌと半径Ｒでの円周の長さを羽根枚数Ｚで除したピッチＴとの弦節比σをσ＝Ｌ／Ｔとするとき弦節比σが最大となる半径位置とが、羽根車外径の６０〜８０％の間にある
ことを特徴とする軸流ファン。 - 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の軸流ファンにおいて、
前記ファンケーシングの空気吐出し口が、開口端に向かって拡大しながら連通する内面を有する
ことを特徴とする軸流ファン。 - 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の軸流ファンにおいて、
羽根を半径Ｒの円筒面で切断しその断面を２次元平面に展開した際に、チップ部の羽根最大厚さｔｔが、ハブ部の羽根最大厚さｔｈよりも厚い
ことを特徴とする軸流ファン。 - 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の軸流ファンの使用方法において、
前記軸流ファンの空気吐出し口側のチップ部半径Ｒｔよりも大きな半径の位置に冷却対象物をはみ出させて配置する
ことを特徴とする軸流ファンの使用方法。 - 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の軸流ファンと、
前記軸流ファンの吐出し口側でチップ半径Ｒｔよりもはみ出した位置まで配置されたヒートシンクとからなる軸流ファン付ヒートシンク。
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