JP2005240748A - 送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車の翼の構造を工夫することにより、乱流を抑制して乱流騒音を低減する送風機を得る。
【解決手段】ハブ１とその周囲に設けられた複数の扇状をした翼２とで構成される羽根車を有する送風機において、翼２は、前縁部から外周部にかけて剛性部材からなるフレーム３を設け、その内側に圧力面と負圧面との圧力差に応じて騒音低減用の漏れ流れを発生させる通気性部材から成る通気性膜４を設けて構成し、翼２の後縁端は後流に生じる速度欠損を小さくするためにフレームを設けずに通気性膜４のみとした。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数枚の翼で構成される羽根車を有する送風機に関し、特に騒音低減を可能にする羽根車構造に係るものである。

従来の送風機用羽根車の翼は、例えば、軸流ファンの羽根ハブの半径方向に複数枚の羽根ブレードを設け、羽根ブレードは周囲を羽根フレーム、その内側部分を羽根なか部とし、羽根なか部に通気性のある布を設けて構成している。このような構成により、羽根なか部の後縁部に起こる渦を、正圧力側面から負圧力側面に流入してくる流れによって起こりにくくし、羽根なか部の負圧力面側の乱流層をなくすることにより渦の発生を減らして低騒音化を図るものである（特許文献１参照）。

特開平８−１８９４９８号公報（第４頁、図４）

従来の送風機の羽根車の翼は上記のように構成されているので、羽根なか部の負圧力面側の乱流層を無くして騒音を低減する効果がある。しかし、送風機から発生する騒音源としては、翼の後縁から放出される渦流も大きく関係している。すなわち、後縁部の翼の厚みにより、翼の後流には速度欠損が生じるが、この速度欠損の大きさが騒音の発生量と大きく関係することが知られている。翼の後流に生じる速度欠損の大きさは剥離等を生じない形状であれば、一般に流れ方向に徐々に薄く構成されたものの方が小さく、更に、送風気流の流出部（後縁端）の厚さを薄くするほど後流の速度欠損を小さくでき、騒音の発生量を小さくすることができる。しかしながら、上記の従来技術に示すような構成では、羽根車の後縁部にも羽根フレームを設けているため、後縁部の厚みの増加により、狙いとした低騒音化が十分に得られないという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、通気性部材による漏れ流れにより境界層制御をしつつ、後流の速度欠損を小さくして騒音の発生を抑制する羽根車を有する送風機を得ることを目的とする。

この発明に係わる送風機は、ハブとその周囲に設けられた複数の翼とで構成される羽根車を有する送風機において、翼は、剛性部材と、圧力面と負圧面との圧力差に応じて騒音低減用の漏れ流れを発生する通気性部材とで構成し、翼の後流に生じる速度欠損を小さくするために翼の後縁部の厚さを薄くできるように、後縁部及びその近傍は通気性部材を使用し、後縁端にはフレームを設けないようにしたものである。

この発明の送風機によれば、羽根車を構成する翼の後縁部及びその近傍を圧力差に応じて気流の通気性を有する通気性部材を使用したので、通気性部材を通過する漏れ流れによる境界層制御ができるため、騒音の発生量を小さくできる。また、後縁端にフレームを設けないようにしたので、後縁端を薄くでき、翼後縁からの渦放出が抑制されて後流の速度欠損を小さくできることにより、騒音の発生を低減できる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による送風機の羽根車の平面図である。図のように羽根車はハブ１とこの周囲に配置して設けられた複数の翼２で構成されている。翼２の周囲は、回転方向に面する前縁部２ａと外周方向の外周部２ｂと気流の流出端部となる後縁部２ｃとによって周囲が構成されている。このうち特に、後縁部２ｃの最後端、つまりハブ１側から外周側へ向かう稜線に沿う部分を後縁端と称することにする。翼２は、前縁部２ａから後縁部２ｃにかけて滑らかに湾曲する断面形状を有し、且つその両側面のうち、凹状面を圧力面、凸状面を負圧面としている。
本実施の形態による発明では、前縁部２ａ及び外周部２ｂの部分に、例えば、金属や樹脂等から成る断面が円形の剛性部材で形成したフレーム３設け、その内側に、圧力面と負圧面との圧力差に応じて騒音低減用の漏れ流れを発生させる通気性部材から成る通気性膜４を設けて構成し、後縁端にはフレームを設けていない。通気性膜４の材料は、例えば、織物，不織布，紙などの繊維質のフィルムである。

次に作用について説明する。羽根車が回転すると羽根車に乗って見た場（相対場）では翼２の表面に沿って流れる気流と、通気性部材４を通る漏れ流れが生じ、この漏れ流れは、翼２の負圧面側に生じている境界層が下流側で剥離し不安定になるのを抑制する働きをし、剥離に起因する揚力の変動ひいては揚力の変動に起因する騒音の増加を抑制するように作用する。また、騒音に関係する気流の乱れとしては、後縁部の形状、特にその厚さが大きく影響することが知られている。すなわち、送風気流の流出部である後縁端の厚さが薄いほど後流の速度欠損を小さくでき、速度欠損を小さくすれば騒音を減らすことができる。そこで、本実施の形態では、後縁端にはフレーム３を設けないで、通気性膜４のみとしている。従って後縁端の厚さは通気性膜４の厚さとなり薄く構成できるために、後流の速度欠損が小さくなる。

以上のように、本実施の形態によれば、送風機の羽根車の翼を、前縁部と外周部とを剛性部材のフレームとし、その内側に通気性部材からなる通気性膜で構成したので、翼の後縁部までの広い範囲で通気性部材を通過する漏れ流れによる境界層制御が可能になるため、騒音の発生量を小さくすることができる。更に、翼の後縁端にフレームを設けずに後縁端を通気性膜の厚さまで薄くしたので、後縁部からの渦放出が抑制されて後流の速度欠損が小さくなり、高い騒音低減効果を得ることができる。

なお、図１ではフレーム以外の翼材を通気性膜としたが、同じ翼形状で、通気性膜に替えて、例えば多孔質の金属や樹脂等から成るポーラス材を用いても良い。その場合は、前縁部側をほぼフレームの厚さと同程度の厚さとし、後縁部側へ向かうに従い薄くなるように形成し、後縁端は強度的に許容できる範囲でできるだけ薄くするのが好ましい。ポーラス材を用いれば、上記の効果に加え、通気性膜の場合より翼の強度を強くすることができる。

実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２による送風機の羽根車の平面図である。図のように、羽根車はハブ１とその外周に設けた翼５で構成されている。翼５は前縁側を剛性部材から成る板材６で構成し、板材６に続く外周部には同じく剛性部材から成る外周フレーム７を板材６と一体に設け、板材６に続く後縁側は通気性部材から成る通気性膜８で構成したものである。板材６及び外周フレーム７の材料は例えば金属や樹脂である。通気性膜８の材料は、圧力面と負圧面との圧力差に応じて騒音低減用の漏れ流れを発生させるための微少な通気孔を有する、例えば織物，不織布，紙などの繊維質のフィルムである。なお、外周フレーム７は、例えば羽根車の大きさが小さく通気性膜８のみで強度が確保できる場合には省略しても良い。

次に作用について説明する。実施の形態１での説明と同様に、通気性膜８を設けたことで、圧力面と負圧面との圧力差に応じて漏れ流れが発生し、上流側からの境界層の発達を抑制する。また、後縁端にはフレームを設けていないので、その厚さは通気性膜８の厚さまで薄くできるので、後流の速度欠損を小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、翼の前縁部側を剛性部材の板材で構成し、この板材に続く後縁部側を通気性部材の通気性膜で構成したので、通気性膜の漏れ流れによる上流側からの境界層の発達を抑制して騒音の発生を抑制できると共に、後縁端にフレームを設けずに後縁端の厚さを通気性膜の厚さとしたので、後流の速度欠損を小さくして騒音を抑制することができる。更に、板材により羽根車の強度が確保され、羽根車の高速回転によっても遠心力による羽根車の変形が抑えられる。

なお、図２の通気性膜８に替えて、例えば多孔質の金属や樹脂等から成るポーラス材を用いても良い。その場合は、板材６に繋がる部分はほぼ板材６の厚さと同程度の厚さとし、後縁部側へ向かうに従い薄くなるように形成し、後縁端は強度的に許容できる範囲でできるだけ薄くするのが好ましい。ポーラス材を用いれば、上記の効果に加え、通気性膜の場合より翼の強度を強くすることができる。

実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３による送風機の羽根車の平面図である。図のように、ハブ１の周囲に設けられた翼９は、前縁部及び外周部の部分に、例えば金属や樹脂等から成り断面が円形の剛性部材で形成したフレーム１０設け、その内側に、圧力面と負圧面との圧力差に応じて騒音低減用の漏れ流れを発生する通気性部材から成る通気性膜１１を設けて構成している。通気性膜１１の材料は、例えば織物，不織布，紙などの繊維質のフィルムである。そして通気性膜１１は、ハブ１とフレーム１０の外周側を繋ぐ径方向リブ１２と、この径方向リブ１２とフレーム１０の前縁側とを繋ぐ周方向リブ１３とで構成する骨組みによって補強されている。両リブは剛性部材から成り、フレーム１０の補強としての役割も兼ねている。後縁端にはフレームは設けていないので、気流の流出端となる後縁端の翼９の厚さは通気性膜１１の厚さである。なお、骨組みの形状は、図のようにリブを格子状に組み合わせるものに限定するものではない。

このように構成された翼９の全体の形状は、実施の形態１で説明した図１にリブを追加したものと同等であり、通気性膜の作用も図１と同様なので、作用の説明は省略する。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、後縁端を除く部分に、通気性膜を補強するリブを設けたので、実施の形態１の効果に加え、リブにより通気性膜の強度、ひいては翼全体の強度が補強されて、高速回転や長期使用に対して耐久性のある羽根車を得ることができる。

なお、周方向リブ１３の厚さは図４に示すような形状が好ましい。図４は図３のIV−IVから見た断面図である。図のように、翼９の厚みが前縁部側から後縁部側に向かって徐々に薄くなるように形成している。フレーム１０の外周部側も同様の形状としても良い。このような形状をとることにより、後流の速度欠損を小さくして騒音の発生を抑制する効果を高めることができる。

また、径方向リブ１２の厚さは図５に示すような形状が好ましい。図５は図３のV−Vから見た断面図である。図のように、厚みが羽根車のハブ１側から径方向の外側に向かい徐々に小さくなるように形成している。このような形状をとることにより、翼とハブの接合部における遠心力による応力集中を緩和し、翼形状の変形を抑えることができる。

更にまた、図３の通気性膜１１に替えて例えば多孔質の金属や樹脂等から成るポーラス材を用いても良い。その場合は、周方向の厚さは図４に示すように後縁部に行くに従い薄くし、径方向も図５のように外側に向かい徐々に小さくなるようリブの厚さに合わせればよい。ポーラス材を用いることにより、上記の効果に加え、通気性膜の場合より翼の強度を強くすることができる。

実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態６による送風機の羽根車の平面図である。図のように、羽根車のハブ１の周囲に設けられた複数の翼１４は、前縁側に剛性部材の板材１５を設け、板材１５に続く外周部には同じく剛性部材から成る外周フレーム１６を板材１５と一体に設け、後縁側は通気性部材から成る通気性膜１７で構成している。更に、通気性膜１７を補強するために、板材１５とフレーム１６とを繋いで、複数の三角枠状に形成した剛性部材から成る織り込みリブ１８を設けている。三角形状にしたのは強度を増すためであるが、この形状に限定するものではなく、格子状やその他の形状でも良い。図のように、織り込みリブ１８は後縁部まで伸ばしても良いが、後縁端にはフレームを設けない。織り込みリブ１８は後縁部側へ向かうに従い薄く形成する方が望ましい。剛性部材の材料は例えば金属や樹脂である。通気性膜１７の材料は、圧力面と負圧面との圧力差に応じて騒音低減用の漏れ流れを発生させるための微少な通気孔を有する、例えば、織物，不織布，紙などの繊維質のフィルムである。

本実施の形態の翼の外形形状は、実施の形態２で説明した図２に織り込みリブ１８を追加したものと同等であり、通気性膜及び板材の作用も同様なので、それらの作用の説明は省略する。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、通気性部材でできた通気性膜１７を補強する織り込みリブ１８を後縁端を除く部分に設けたので、実施の形態２の効果に加え、通気性膜の強度が補強され、また翼全体も補強されて、羽根車の高速回転によっても遠心力による羽根車の変形が抑えられるという効果を得られる。

なお、図６の通気性膜１７に替えて例えば多孔質の金属や樹脂等から成るポーラス材を用いても良い。その場合は、板材，外周フレーム，織り込みリブを前述の図４及び図５のように形成し、ポーラス材もその形状に合わせて、織り込みリブ１８によってできた三角形の空間部を埋めればよい。ポーラス材を使用すれば、通気性膜の場合より翼の強度を強くすることができる。

実施の形態５．
図７は本発明の実施の形態５による送風機の羽根車の製造方法を説明する模式図の一例である。羽根車そのものは、実施の形態１〜４で説明したものと同等なので、説明は省略する。
あらかじめ下型１９と上型２０との間に設けられた隙間に通気性部材、例えば樹脂製繊維フィルム２１を挟み込み、樹脂注入ゲート２０ａから溶融した樹脂を注入する。注入された樹脂とあらかじめ置かれた樹脂製繊維フィルム２１は溶着し、冷却後に型から取り出された段階では強固に固定されている。樹脂製繊維フィルム２１の溶融温度は注入する樹脂よりも高めの材質を用いることにより繊維全体が溶融することを防いでいる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、剛性部材と通気性部材とを一体で成型によって製作するように構成したので、羽根車の強度確保がより確実になされ、羽根車の高速回転によっても遠心力による羽根車の変形が抑えられるとともに、製品の製造がよりたやすくなるという効果を得られる。

なお、上記各実施例では、軸流送風機を例にとって説明したが、他の送風機形態でも翼の後縁側近傍を通気性部材で構成し後縁端を膜状程度に薄くすれば、同様の効果を得ることができる。

この発明は、軸流送風機、軸流型のプロペラファン、シロッコファン、ターボファン等の遠心送風機、及び環流型のクロスフローファンの翼に適用して同様な効果が得られる。

この発明の実施の形態１による送風機の羽根車を示す平面図である。 この発明の実施の形態２による送風機の羽根車を示す平面図である。 この発明の実施の形態３による送風機の羽根車を示す平面図である。 図３のIV−IVから見た断面図である。 図３のV−Vから見た断面図である。 この発明の実施の形態４による送風機の羽根車を示す平面図である。 この発明の実施の形態５による送風機の羽根車の製造方法を説明する模式図である。

符号の説明

１ ハブ ２，５，９，１４ 翼
２ａ 前縁部 ２ｂ 外周部
２ｃ 後縁部 ３，１０ フレーム
４，８，１１，１７ 通気性膜 ６，１５ 板材
７、１６ 外周フレーム １２ 径方向リブ
１３周方向リブ １８ 織り込みリブ
１９ 下型 ２０ 上型
２１ 樹脂製繊維フィルム。

Claims (7)

1. ハブとその周囲に設けられた複数の翼とで構成される羽根車を有する送風機において、上記翼は、剛性部材と、圧力面と負圧面との圧力差に応じて騒音低減用の漏れ流れを発生する通気性部材とで構成し、上記翼の後流に生じる速度欠損を小さくするために上記翼の後縁部の厚さを薄くできるように、上記後縁部及びその近傍は上記通気性部材を使用し、後縁端にはフレームを設けないことを特徴とする送風機。
2. 請求項１記載の送風機において、上記通気性部材は膜材であることを特徴とする送風機。
3. 請求項１記載の送風機において、上記通気性部材は上記後縁部へ向かうに従い薄くなるように形成したポーラス材であることを特徴とする送風機。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の送風機において、上記翼の前縁部と外周部とを上記剛性部材のフレームとし、上記フレーム以外を上記通気性部材で構成したことを特徴とする送風機。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の送風機において、上記翼の前縁部側を上記剛性部材の板材とし、上記板材に続く上記後縁部側を上記通気性部材で構成したことを特徴とする送風機。
6. 請求項４又は請求項５記載の送風機において、上記後縁端を除く部分に上記通気性部材を補強するリブを設けたことを特徴とする送風機。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の送風機において、上記翼は、上記通気性部材と上記剛性部材とを一体成形したことを特徴とする送風機。

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