JP2012207645A - ファン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータに接続される動翼の肉厚を薄くして軽量化と低コスト化を図りつつ、風切り音の発生や送風能力の低下の原因を排除した静粛性が高い構造のファン装置を提供する。
【解決手段】風洞３の内側に支持体５によって宙吊り状態に保持されたハウジング４内にモータ６を配置し、モータ６によって駆動される動翼７により生じる空気流を風洞３とハウジング４との間に形成される通風空間Ａを通じて送風するファン装置１において、動翼７を、モータ６の主軸６１に接続される円盤状の回転板７１の外縁にリング状のフランジ７２を形成し、そのフランジ７２に複数のフィン７３を形成し、回転板７１の少なくとも一方の面に複数のリブ７４を形成するとともに、リブ７４とそれが形成された回転板７１の面を隠蔽するようにフランジ７２の内側領域に平板状のカバー７５を配置した構成とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、静粛性を考慮し、航空機用や宇宙用機器用、又は屋内空調用等としても使用可能なファン装置に関するものである。

モータを内設したハウジングを風洞の内部に配置し、そのモータによって動翼を回転駆動することで、風洞内に軸方向（モータの回転軸方向）に沿った空気流を生じるように構成し、風洞の内面に沿って一方向に流れる空気流を整流するための静翼が設けられたファン装置（いわいる軸流ファン）が種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。この種のファン装置には、動翼は円盤状の回転板の外周に複数のフィンを形成した構造を有しているものがある。

特開２０００−０４５９８７号公報

軽量化やコスト低減が求められる昨今においては、ファン装置にも同様の要求がなされることがある。特に部材の軽量化が求められる宇宙用装置や航空機用装置においてはその傾向が顕著である。ここで、ファン装置の動翼に着目すると、円盤状の回転板はその肉厚が薄ければ薄いほど軽量化に貢献するとともに、使用材料の削減によって低コスト化にも貢献するといえる。

しかしながら、回転板の肉厚を薄くすればするほど強度や剛性の低下が懸念されるため、回転板には部分的に厚肉としたリブを設けることが考えられる。このようなリブを設けることによって、確かに軽量化や低コスト化には寄与するが、動翼が空気を吸引して空気流を発生させる際に、回転板に部分的に肉厚が異なる部位が存在すると、風切り音の発生の一因となる。特にこの種のファン装置が、宇宙船や航空機、或いは地上であっても静粛性が要求される場所で使用される場合には、風切り音の発生は非常に迷惑な騒音となり得るものであり、可能な限り風切り音を排除することが必要となる。また、リブの存在により空気抵抗が生じると、ファン装置による送風効率の低下の原因ともなり得る。

本発明は、このような問題に着目し、可能な限り薄い肉厚の回転板であっても風切り音や空気抵抗が発生しにくい構造の動翼をそなえたファン装置を提供することを、主たる目的とするものである。

すなわち本発明のファン装置は、中空体である風洞と、この風洞の内面との間に所定の通風空間を形成するように複数の支持体を介して配置されるハウジングと、ハウジング内に配置されるモータと、モータによって回転駆動され通風空間に空気を流通させる動翼とを具備するファン装置であって、動翼を、モータの主軸と同軸となるように接続される円盤状をなす回転板と、この回転板の外周に沿って形成されるリング状のフランジと、フランジに外方へ突出させて設けられる複数のフィンと、回転板の少なくとも一方の面上に形成される複数のリブと、これらのリブを隠蔽し且つリブが形成された前回転板の面を覆うようにフランジの内側領域を蓋封する平板状のカバーとを有するものとしていることを特徴としている。

このような構成のファン装置であれば、動翼の回転板の肉厚を可能な限り薄くすると同時に、複数のリブによって回転板の強度を補うことができるうえに、フランジの内側領域である回転板の盤面におけるリブの存在による凹凸はカバーによって隠蔽することができる。すなわち、回転板の盤面に凹凸を生じさせるリブを設けても、平板状のカバーによって凹凸を隠し平坦にすることができるため、リブの存在によって生じる可能性があった風切り音を排除し、騒音や空気抵抗の発生を防止することが可能となる。ここで、カバーとして十分に薄肉であり剛性も十分な部材を使用すれば、回転板にリブを形成するとともにカバーという部材が増えることによるデメリットよりも、主要部材である回転板の肉厚を薄くすることによる軽量化や低コスト化といったメリットが上回ることになる。なお、リブの形状は特に限定されるものではなく、例えば回転板の中心部から外縁のフランジに亘って放射状に形成したものや、回転板と同心円を描くように形成したものなどを採用することができ、このようなリブを形成する面は、回転板の一方の面又は両面とすることができる。カバーは、リブが形成された側の回転板の面を覆うように、リング状のフランジの内側の領域（フランジの周乃至周のやや内側から中心に至る領域）に配置される。

上述のようなファン装置において、動翼の回転板にカバーを取り付けるための足場となる取付部については特に限定されるものではなく、例えばフランジに取付部を形成したり、フランジやリブ以外に固定専用の取付部を形成するなど、種々考えられるところであるが、取付部をリブに形成する場合には、カバーの取付専用の取付部を別個に設ける必要がなく、しかもリブを確実に隠蔽することが可能となるうえに、フィンが形成されるフランジには影響を与えないので、最も理に適った動翼の構造を得ることができる。

本発明に係るファン装置は、風洞の内側に支持体によって宙吊り状態に保持されたハウジング内にモータを配置し、モータによって駆動される動翼により生じる空気流を風洞とハウジングとの間に形成される通風空間を通じて送風するという構成において、動翼を、モータの主軸と同軸とした円盤状の回転板の外縁にリング状をなすフランジを形成し、そのフランジに複数のフィンを形成し、さらに回転板の少なくとも一方の面にリブを形成するとともに、リブとそのリブが形成された回転板の面を覆うようにフランジの内側領域に平板状のカバーを配置した構成としたものである。したがって、動翼の回転板の肉厚を可能な限り薄くしてもリブによって強度を維持することができ、しかもリブによる回転板の盤面上の凹凸をカバーによって隠すことが可能な構造とすることができる。このことにより、動翼の材料使用量の削減による軽量化や低コスト化が実現できるのみならず、リブを設けたことにより生じる可能性がある風切り音や送風能力の低下をカバーによって防止することができるという、有用なファン装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係るファン装置を示す側面図。 同正面図。 同背面図。 図２におけるＩ−Ｉ線断面図。 本実施形態における動翼のカバー取付前の状態を示す背面図。 図５におけるＩＩ−ＩＩ線断面図。 同動翼のカバー取付後の状態を示す背面図。 図７におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態のファン装置１は、図示しない宇宙ステーションにドッキングさせられるコンテナＣ（図１等に外径の一部のみを想像線で示す）の一部に取り付けられる循環ファンとして適用されるものである。このファン装置１は、ファンを作動させることで空気流を発生させ、宇宙ステーションにドッキングさせたコンテナＣ内に二酸化炭素が滞留するのを防止するために用いられるものである。以下、ファン装置１の具体的構成について説明する。

ファン装置１は、図１、図２、図３及び図４に示すように、概略矩形状の筐体２と、筐体２の前壁２１から後壁２２に亘って両壁を貫通するように固定された風洞３と、この風洞３内に複数の支持体５によって宙吊り状態で固定されたハウジング４と、このハウジング４内に固定されたモータ６と、このモータ６によって回転駆動するように風洞３内に設けられた一対の動翼７，７と、筐体２の後壁２２側に露出するように風洞３内に設けられた静翼部材８を備え、その他にコントローラ９等（図４参照）を有している。

筐体２は、前壁２１及び後壁２２にそれぞれ２つずつ、合計４つの取付足２３を有しており、これらの取付足２３を締結ネジ等の固定具を介してファン装置１をコンテナＣに固定している。

風洞３及びハウジング４は、いずれも中心軸を略一致させた概略円筒形状をなす部材であり、風洞３の直径をハウジング４の直径よりもやや大径とすることで、風洞３の内面３ａとハウジング４の外面４ａとの間に通風空間Ａが形成されるようにしている。この通風空間Ａにおける空気流の方向を図４に矢印で示す。

ハウジング４は、図４に示すように、円筒状の胴体部４１と、胴体部４１の内面側前端寄り及び後端寄りの位置にそれぞれ配置した円形ドーナツ型のモータ支持板４２，４３と、胴体部４１の外面４１ａに設けた複数の支持体５とを一体に形成したものである。モータ支持板４２，４３には、何れも中央部にモータ６の一部を挿入させる貫通孔４２ａ，４３ａを形成しており、モータ６の主軸６１とハウジング４の胴体部４１の中心軸を一致させるように、取付板やネジを適宜用いてモータ６を固定している。

風洞３とハウジング４との間に上述のような通風空間Ａを形成するために用いられる支持体５は、図４に示すように、ハウジング４の外面４１ａ側に突出させてハウジング４と一体に形成された部材であり、静翼部材８と共に通風空間Ａ内の空気流を整流する静翼として機能するものである。この支持体５は、細長く湾曲した涙滴型をなしており、ハウジング４の胴体部４１の中心軸とはねじれの位置関係となるように、略均等に胴体部４１の外面４１ａに複数（本実施形態では１３個）形成したものである。そして、詳細は図示しないが、各支持体５には風洞３にネジで取り付けるためのタップ穴が形成されている。また、一部の支持体５には、モータ６の電源ケーブル等のケーブル類６２を挿通させるケーブル挿通孔を、風洞３とハウジング４の間に亘って肉厚を貫通するように形成している。なお、風洞３とハウジング４にも、支持体５のケーブル挿通孔と連通する貫通孔を形成している。このように、モータ６のケーブル類６２を通風空間Ａに露出させないように配線することで、ケーブル類６２が空気流で振動して損傷したり、風切り音を発生したり、送風能力に低下を来したりすることがないように配慮している。

各動翼７は、ハウジング４の前端及び後端の外方に配置される円盤状の回転板７１の中央部にモータ６の主軸６１を連結し、風洞３内において通風空間Ａに空気流を発生させるものである。具体的に動翼７は、図５及び図６に示すように、ハウジング４と略同径の回転板７１を主体としており、回転板７１の中央部には、モータ６の主軸６１を挿入させて同軸に連結するための主軸取付部７１ａを形成している。なお、前段の動翼７については、モータ６の主軸６１は後方（空気流の下流側）から主軸取付部７１ａに挿入され、後段の動翼７については、主軸は前方（空気流の上流側）から主軸取付部７１ａに挿入されるため、各主軸取付部７１ａにおいて主軸６１を挿入させる凹部の形状は若干異なるが、機能は同等である。また、回転板７１の外周を取り囲むように、フランジ７２を一体に形成しており、さらにこのフランジ７２の外周面に複数のフィン７３を一体に形成している。また、回転板７１の後面（空気流の下流側）側における盤面には、主軸取付部７１ａからフランジ７２に亘って複数（本実施形態では６本）のリブ７４を放射状なすように一体に突設している。このリブ７４の回転板７１の盤面からの突出量は、フランジ７２の突出量よりもやや小さくしている。なお、回転板７１の前面（空気流の上流）側は、リブ等の突出物がなく、外縁のフランジ７２の内側の領域は、主軸取付部７１ａを除いて平らである。このように、回転板７１を外縁のフランジ７２と複数のリブ７４によって補強しているため、回転板７１の円板部分の肉厚は、極めて薄く形成することが可能となる。

各リブ７４には、図７及び図８に示すように、フランジ７２の内側の領域に略相当する円盤状のカバー７５が皿ネジ７６で取り付けられる。そのために、各リブ７４に皿ネジ７６を螺着させるタップ穴７４ａが形成されている。カバー７５は、その中央部にモータ６の主軸６１を挿通させる中央孔７５ａと、皿ネジ７６を挿通させる複数の貫通孔７５ｂがそれぞれ形成されている。

静翼部材８は、図４に示すように、風洞３の後端近傍に配置されてハウジング４の胴体部４１と略同径の円筒状をなす胴体部８１と、この胴体部８１の外面に一体に形成した複数の静翼８３を備えている。胴体部８１の動翼５と対面する側は、円盤状の前板８２で蓋封している。各静翼８３は、風洞３の内側に胴体部８１を宙吊り状態で保持する支持体としての機能を有している。風洞３と各静翼８３とは、ネジ８４により固定されるため、各静翼８３にはこのネジ８４を螺着させるタップ穴（図示省略）が形成されている。各静翼８３は、細長く湾曲した涙滴型をなしており、胴体部８１の中心軸とはねじれの位置関係となるように、略均等に胴体部８１の外面に複数（本実施形態では１３個）形成されている。

以上のように、本実施形態のファン装置１では、動翼７の回転板７１を極めて肉厚が薄いものとすると同時に、外縁に一体形成したフランジ７２と盤面に一体形成した複数のリブ７４によって回転板７１の補強を図りつつ、リブ７４をカバー７５によって隠蔽した構成としている。そのため、動翼７の重量を軽量化するとともに、材料の使用量を削減してコストダウンを図ることができるとともに、回転板の盤面上に凹凸をなくし、風切り音や送風能力の低下が生じる可能性を排除することができる。したがって、本実施形態のファン装置１は、極めて高い静粛性や軽量化が求められる宇宙ステーションに接続されるコンテナＣに配置するのに適したものであるといえる。またこのファン装置１は、宇宙ステーション内の送風装置として使用しても同様に有用なものである。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば動翼に形成されるリブは、回転板の前面側や前面と後面の両面に形成することができ、各態様に応じてリブを隠蔽するように１つ又は２つのカバーを配置すればよい。また、リブの形状も上述した実施形態のような放射状の構成を採用してもよいし、回転板と同心円を描くような複数のリブを採用してもよい。また本発明は、例えば地上において使用されるファン装置や、航空機で用いられるファン装置としても、静粛性、耐久性の面から適している。その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…ファン装置
３…風洞
３ａ…風洞の内面
４…ハウジング
５…支持体
６…モータ
７…動翼
７１…回転板
７２…フランジ
７４…リブ
７５…カバー
Ａ…通風空間

Claims (2)

1. 中空体である風洞と、当該風洞の内面との間に所定の通風空間を形成するように複数の支持体を介して配置されるハウジングと、当該ハウジング内に配置されるモータと、当該モータによって回転駆動され前記通風空間に空気を流通させる動翼とを具備するファン装置において、
   前記動翼を、前記モータの主軸と同軸となるように接続される円盤状をなす回転板と、当該回転板の外周に沿って形成されるリング状をなすフランジと、当該フランジに外方へ突出させて設けられる複数の翼と、前記回転板の少なくとも一方の面上に形成される複数のリブと、前記リブを隠蔽し且つ当該リブが形成された前記回転板の面を覆うように前記フランジの内側領域を蓋封する平板状をなすカバーとを具備してなるものとしていることを特徴とするファン装置。
2. 前記リブに、前記カバーを取り付ける取付部を形成している請求項１に記載のファン装置。
   
   

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