JP2012067677A - 羽根車及びこれを備えた換気扇 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで製造しやすく、高い強度を維持できる羽根車を提供すること。
【解決手段】複数の羽根２０が一体に形成された羽根車であって、羽根のそれぞれは、羽根車の中心部１９とつながる根元部３０と、根元部の羽根車の回転方向と反対側の第１の外側部３１とつながり、回転方向に対して後方に形成される後縁部２１と、後縁部の外周方向の先端部から羽根の回転方向の先端部に対して円弧状に形成される外周部２４と、根元部の回転方向の側の第２の外側部３２から羽根の回転方向の先端部に対して回転方向に向かうにつれて外周部との幅が小さくなるように形成される前縁部２５と、を有し、さらに、第１の外側部に沿って設けられた第１のリブ１３と、第２の外側部に沿って設けられた第２のリブ１２と、前縁部の一部から第１の外側部と後縁部とをつなげる接続部の一部の方向に設けられた第３のリブ１４と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は羽根車及びこれを備えた換気扇に関する。

換気扇の従来技術として特開２００４−１０８１９９号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この公報には「低騒音でファン効率の良好な成形加工し易い羽根車を得るという課題の解決手段のために、電動機の回転軸に装着するボス部から半径方向に突出する複数本の支持脚６を有する羽根フレーム７に対し、その各支持脚６に羽根８がそれぞれ固定された羽根車について、その羽根フレーム７の支持脚６を羽根８より風の流れに対し下流側に位置させるとともに、各支持脚６と各羽根８との結合面に対応する羽根８部分に各支持脚６の厚みの略１／２の深さの段差形状の絞り部１５を形成する。また、絞り部１５の回転方向に対して絞り部後方部２０の形状を羽根８の後縁側２３形状と略平行に構成する。」と記載されている。

特開２００４−１０８１９９号公報

上記特許文献１は、たとえば図２に示すように、羽根フレーム７に対し、その各支持脚６に羽根（ブレードとも言う）８がそれぞれ溶接等により固定されており、複数の羽根を一体にして形成することについて何ら開示されていない。このように、羽根を溶接等により固定する方法はコストが高いうえに製造しにくいという問題がある。また、複数の羽根を一体として形成した場合には、強度の問題が生じるが、この点についての開示もない。

そこで本発明は、低コストで製造しやすく、高い強度を維持できる羽根車を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、 複数の羽根が一体に形成された羽根車であって、羽根のそれぞれは、羽根車の中心部とつながる根元部と、根元部の羽根車の回転方向と反対側の第１の外側部とつながり、回転方向に対して後方に形成される後縁部と、後縁部の外周方向の先端部から羽根の回転方向の先端部に対して円弧状に形成される外周部と、根元部の回転方向の側の第２の外側部から羽根の回転方向の先端部に対して回転方向に向かうにつれて外周部との幅が小さくなるように形成される前縁部と、を有し、さらに、第１の外側部に沿って設けられた第１のリブと、第２の外側部に沿って設けられた第２のリブと、前縁部の一部から第１の外側部と後縁部とをつなげる接続部の一部の方向に設けられた第３のリブと、を有する。

本発明によれば、低コストで製造しやすく、高い強度を維持できる羽根車を提供することができる。

実施例１における羽根車を使用した換気扇の裏から見た構造図である。 有圧換気扇に使用される羽根車の二枚構造を示す図である。 本実施例の一枚羽根構造にリブ１２を設けた図である。 図３（ａ）にさらにリブ１３を設けた図である。 図４（ａ）に、リブ１４を設けた図である。 本実施例の羽根車４０の形状を示す図である。

本実施例について図面を用いて説明する。
図１は、実施例１における羽根車を使用した換気扇の構造図である。本実施例における羽根車は、高風量、高風圧が必要な産業用の換気扇に使用する鋼板製の羽根車に関するものである。図１において、換気扇１は、フレーム２に取付けられたアーム３を介して中央部のベルマウス４内に固定された電動機５の軸に羽根車６が取付けられていることで構成されている。この構成の換気扇は、有圧換気扇と呼ばれ、樹脂で成形される羽根車を使用する一般家庭用の換気扇に比べて大風量、高静圧が得られるものである。また、羽根車の材質は使用環境、使用温度などの関係で鋼板製が要求され、さらに羽根車の強度は強固なものが要求される。

図２は有圧換気扇に使用される羽根車の二枚構造を示す図である。この２枚構造の羽根車７は、羽根８とボスプレート１０とが、例えばリベット９で締結される。また、その中心でセンターボス１１が溶接などの方法で結合される羽根車である。なお、羽根車７はセンターボス１１を介して電動機に取り付けられて換気扇に設置される。

羽根８の形状は、羽根車中心から羽根先端までの距離に対する羽根車半径の比が約０．９である。ボスプレート１０の形状は、換気扇運転時に羽根車７が回転することにより発生する応力に耐える強度を持ち、なおかつ、空気抵抗面積を最小とした幅であり、例えば４０〜５０ｍｍ程度である。この羽根８とボスプレート１０の形状は最も高効率、低騒音であることが実験的に確認されている。

また、この羽根車７では、羽根８とボスプレート１０が分割されているため、板厚を変更できるという利点がある。例えば、換気扇運転時に羽根車７が回転することで発生する羽根の根元の応力に対しては、ボスプレート１０の板厚を厚く（たとえば約２．３mm以上）とし、羽根８の板厚を薄く（たとえば約１ｍｍ以下）することで、羽根根元の発生応力に対し強度を向上しながら重量増加を抑える事が出来る。

しかしながら、図２に示す２枚構造の場合には、羽根８とボスプレート１０を固定するための締結作業が必要であるためコストがかかるうえ、作業にも手間がかかるという問題がある。そこで、本実施例においては、コスト低減を図るため、あるいは先に述べた作業コストの低減を図るために、羽根車を１枚羽根の構造とすることを検討する。１枚羽根構造とは、上記した２枚羽根構造の羽根８とボスプレート１０を一体とした構造である。具体的には、１枚の鋼板を絞り加工して後で説明する前縁部、外周部、後縁部を形成した羽根、及び、根元部から形成される羽根車である。

この１枚羽根構造の場合には、１枚の鋼板の加工を行うことで生産できるため、２枚羽根構造と比較するとコスト、及び作業コストの低減を図ることができる。しかしながら、１枚羽根構造は強度が２枚羽根構造と比較して弱く、特に根元部にかかる応力が問題となる。この強度を増すために羽根の厚さを増す、あるいは、幅を増すことが考えられるが、この場合には、空気抵抗を受ける面積が増大するため、高効率を維持できず、さらに騒音が増加する虞がある。そこで、図２に示した二枚構造羽根の羽根８とボスプレート１０の形状は変えることなく、羽根にかかる応力に耐えうる構造について以下に示す。
図３（ａ）は本実施例の一枚羽根構造にリブを設けた図である。ここでは１枚の羽根部２０のみを示している。羽根部２０は図２の羽根８に相当する部分である。また、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。換気扇運転時に羽根車２１が回転すると、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面の矢印Ｘの方向に力が掛かるため、図３（ａ）の１２の位置に最大応力が発生する。そこで、図３（ａ）においては、プレス加工によってリブ１２を設けることにより、Ｘ方向の応力に対抗するための強度を向上させている。

本実施例における羽根車４０のそれぞれの部分の呼び方を以下に説明する。図３（ａ）の点線Ｃ１とＣ２の間を根元部３０と呼び、センターボスが設けられている場所を中心部１９と呼ぶことにする。図に示すように、根元部３０は中心部１９とつながる部分である。この根元部３０の羽根車２１の回転方向と反対側の外周に該当する部分を第１の外側部３１と呼ぶ。この第１の外側部３１とつながり回転方向に対して後方に形成される部分を後縁部２１と呼ぶ。また後縁部２０の外周方向の先端部２２から羽根６の回転方向の先端部２３に対して円弧状に形成される部分を外周部２４と呼ぶ。

また根元部３０の回転方向の側の外周を第２の外側部３２と呼ぶ。また、羽根車２１の回転方向の先端部２３に対して回転方向に向かうにつれて外周部３２との幅が小さくなるように形成される部分を前縁部２５と呼ぶ。そして、図３（ａ）においては、第２の外側部に沿って設けられたリブ１２が示されている。なお、図３で示す形状は高効率、低騒音を実現するための、形状であり、中心部１９から外周への垂線ｌ１（羽根車半径）と中心部から先端部２３への直線ｌ２との比が約１０対９となっている。以降では特に図示しないが、この比となるように羽根車４０は形成されるものとする。また、根元部３０の幅は中心部１９の径と略同一、あるいは、多少大きくなっているように構成されている。中心部１９の径は約４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であり、このように根元部の幅を太くしないことで高効率、及び、低騒音を実現している。

図４（ａ）は図３（ａ）にさらにリブ１３を設けた図面を示している。同一符号については図３（ａ）と同じ意味なので、説明を省略する。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）においては、リブ１２を設けることによりＸ方向の応力に対する強度を得ることとしたものだが、羽根部２０の根元部３０においては、さらに図４(b)のＡ−Ａ断面の矢印Ｙの方向にも力が掛かる。よって、図４（ａ）の１３の位置にも高い応力が発生する。そこで、プレス加工によってリブ１３を設けることにより、１３における応力に対抗するための強度を向上させたものである。つまり、第２の外側部３１に沿うようにリブ１３を設けることにより、Ｙ方向に対する強度を保つようにしたものである。

図５は図４（ａ）に加えてさらに、リブ１４を設けた図面を示している。また、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢの方向から見た図面を示している。同一符号については同じ意味なので説明を省略する。このように羽根車４０が取り付けられた状態で正面から見たときに、羽根部２０は羽根車４０の回転方向に向かうにつれて手前方向に傾斜している。

図５（ｂ）に示すように羽根部２０には矢印Ｚの方向にも力が掛かる。そしてこのＺ方向の力に対しては、羽根部２０の外周部２４に沿って（外周と平行に）リブ１８を入れることが考えられる。しかしながらこのリブ１８のみではＺ方向の応力の強度を保つことができないことが分かった。そこで、図５（ａ）においては、さらにリブ１４を前縁部２５の一部から第１の外側部３１と後縁部２１とをつなげる接続部２６の一部の方向に設けたものである。これにより、Ｚ方向の応力に対しても強度を保つことができる。なお、この方向については接続部２６ではなく、第１の外側部３１の上部や、後縁部２１の下部の方向に設けられても構わない。

図６は、本実施例の羽根車４０の形状を示す図である。図３、図４、図５で説明した通り、本実施例においては、１枚羽根構造としたときにかかる応力を検討し、それぞれの応力に対抗する強度を保つためにリブ１２、リブ１３、リブ１４を設けたものである。そして図６においては、これらのリブを一体として設けている。図５に示す羽根車４０においては、根元部３０に３つのリブが近接して設けられているため、絞り加工が難しくプレス型も高価になってしまう問題がある。そこで、図６においては、これらのリブを一体として設けるように絞り加工を容易にすると共に、製造コストの低減を図ったものである。

より具体的には、羽根車４０は羽根部２１、羽根部２７、羽根部２８が一体となって形成されたものである。これらの形状は同様であり、それぞれ点線Ｃ１とＣ２間の根元部３０、点線Ｃ３とＣ４間の根元部３４、点線Ｃ５とＣ６間の根元部３５を有している。図６に図示していないが、図５（ａ）で示したリブ１２、リブ１３、リブ１４が一体のリブ３６となって設けられたものである。同様に羽根部２７にもリブ１２、リブ１３、リブ１４に相当するものが一体となったリブ３７が設けられ、同様に羽根部２８にも一体となったリブ３８が設けられている。 さらに本実施例においては、これらのリブ３６、リブ３７、リブ３８が羽根車４０全体として一体になるように設けられたものである。図６に図示はしていないが、図５に示されたリブを用いてこの構造を説明する。羽根部２１のリブ１２は左隣に配置されている羽根部２８のリブ１３とつながって一体となるように形成されている。一方で羽根車２１のリブ１３は右隣に配置されている羽根部２７のリブ１２とつながって一体となるように形成されている。リブ２７やリブ２８についても同様に両隣の羽根部のリブ１２、あるいは、リブ１３に相当するリブとつながって、結局は全ての羽根部のリブ１２、リブ１３、リブ１４がつながって一体に形成されるものである。

つまり、図６においては根元部３０に、第１の外側部３２と後縁部２１とをつなげる接続部２６から第１の外側部３２に沿って設けられたリブ１３と、第２の外側部３２から前縁部２５に沿って設けられたリブ１２と、前縁部２５の一部から第１の外側部３２と後縁部２１とをつなげる接続部２６の一部の方向に設けられたリブとを設けている。そしてリブ１２、リブ１３、及び、リブ１４は一体に形成され、さらに複数の羽根車のそれぞれのリブ１３は同一方向の隣側に配置される羽根車のリブ１２と一体に形成されるとともに、複数の羽根車のそれぞれのリブ１２は反対方向の隣側に配置される羽根車のリブ１３と一体に形成され、これにより複数の羽根車の全てのリブ１２、前記リブ１３、及び、リブ１４は一体に形成される。

なお、図６における羽根車４０はたとえば板厚１．６ｍｍ程度の一枚の鋼板を絞り加工して前縁部２５、外周部２４、後縁部２１を形成した羽根部２０を有し、これらの羽根部がセンターボス１９に、カシメ締結によって固定される。この形状によれば、図２で示したように羽根８とボスプレート１１０を固定する作業が必要無いため、作業コストを低減できる。また、リブは図６の羽根車が換気扇に設置された場合に、正面から見て手前側に１ｍｍ程度の凸となるように設けている。本実施例のように、図５のリブ１２、リブ１３、リブ１４を一体とすることにより強度を向上すると共に、更にプレス型も安価にすることが出来る。また、羽根根元の面積を拡大する必要が無くなるため、二枚構造羽根と同様の羽根形状に出来、高効率、低騒音を維持することができる。

１…換気扇、２…フレーム、３…アーム、４…ベルマウス、５…電動機、６…羽根車、２０・２７・２８…羽根部、１２・１３・１４…リブ、１９…中心部、２１…後縁部、２２…後縁部の外周方向の先端部、２３…先端部、２４…外周部、３１…第１の外側部、３２…第２の外側部、２５…前縁部、３０・３４・３５…根元部、３６・３７・３８…一体となったリブ、羽根車…４０。

Claims (7)

1. 複数の羽根が一体に形成された羽根車であって、
   前記羽根のそれぞれは、
   前記羽根車の中心部とつながる根元部と、
   該根元部の前記羽根車の回転方向と反対側の第１の外側部とつながり、前記回転方向に対して後方に形成される後縁部と、
   該後縁部の外周方向の先端部から前記羽根の前記回転方向の先端部に対して円弧状に形成される外周部と、
   前記根元部の前記回転方向の側の第２の外側部から前記羽根の前記回転方向の先端部に対して前記回転方向に向かうにつれて前記外周部との幅が小さくなるように形成される前縁部と、を有し、
   さらに、前記第１の外側部に沿って設けられた第１のリブと、前記第２の外側部に沿って設けられた第２のリブと、前記前縁部の一部から前記第１の外側部と前記後縁部とをつなげる接続部の一部の方向に設けられた第３のリブと、を有することを特徴とする羽根車。
2. 請求項１に記載の羽根車であって、
   前記第１のリブ、前記第２のリブ、及び、前記第３のリブは一体となって設けられたことを特徴とする羽根車。
3. 請求項２に記載の羽根車であって、
   前記複数の羽根車のそれぞれの前記第１のリブは一方の方向の隣側に形成される羽根車の前記第２のリブと一体となって設けられるとともに、前記複数の羽根車のそれぞれの前記第２のリブは前記一方の方向と反対方向の隣側に形成される羽根車の前記第１のリブと一体となって設けられ、これにより前記複数の羽根車の全ての前記第１のリブ、前記第２のリブ、及び、前記第３のリブは一体となって設けられたことを特徴とする羽根車。
4. 請求項１〜３に記載の羽根車において、前記根元部の幅は前記中心部の径と略同一であることを特徴とする羽根車。
5. 請求項１〜３に記載の羽根車において、該羽根車が取り付けられた状態で正面から見たときに、前記複数の羽根のそれぞれは前記回転方向に向かうにつれて手前方向に傾斜していることを特徴とする羽根車。
6. 請求項５に記載の羽根車において、前記第１のリブ、前記第２のリブ、及び、前記第３のリブは、前記手前方向に膨らむように設けられたことを特徴とする羽根車。
7. 請求項１〜６の何れかの記載の羽根車と、
   該羽根車を回転させる電動機と、
   前記羽根車と前記電動機とを収容するフレームとを備えたことを特徴とする換気扇。

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