JP2013011239A - 羽根車、およびそれを備えた遠心式ファン - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が高く、風の流れに適した羽根形状を有する羽根車、およびそれを備えた遠心式ファンを提供する。
【解決手段】遠心式ファンの羽根車は、下シュラウド２１と、上シュラウド２３と、下シュラウド２１と上シュラウド２３との間に設けられる、円周上に配列される複数の羽根２とを備えた羽根車であって、回転軸を中心に回転することが可能である。下シュラウド２１の外径Ｄ２は、上シュラウド２３の内径Ｄ１以下であり、羽根２の内径部分は、上シュラウド２３の内径部分と、下シュラウド２１の内径部分とを結ぶ傾斜部（テーパ部分）を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、羽根車、およびそれを備えた遠心式ファンに関し、より特定的には、生産性の向上と騒音の低減とを図った羽根車、およびそれを備えた遠心式ファンに関する。

遠心式ファン（遠心送風機）は、複数の羽根（翼、インペラともいう。）を有する羽根車を回転させることで、遠心方向に送風を行うファンである。この種のファンである遠心式多翼ファンは、モータの回転軸周りに多数の羽根を配置した羽根車を、吸込み口と吐出し口とを有するケーシング内に格納した構成からなる。遠心式多翼ファンは、吸込み口から吸入された空気を羽根車の中心から羽根の間に流入させ、羽根車の回転に伴う遠心作用によって羽根車の径外方に向けて噴出させる。羽根車の外周外側から噴出された空気は、ケーシング内部を通過し、高圧の空気となって吐出し口から吹き出される。

遠心式多翼ファンは、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の送風機などに広く用いられている。遠心式多翼ファンの送風性能と騒音は、羽根車の羽根形状とケーシング形状に大きく影響される。

従来技術のファンにおける羽根の形状の工夫として、以下のような先行技術が存在する。

下記特許文献１には、ロータにファンブレードを備えた送風部と、送風部を内部に備えたケーシングと、送風部を駆動するモータ部とを備えた送風装置が開示されている。送風装置は、ファンブレードの上部に設けられた上円環板と、ファンブレードの下部に設けられた下円環板とを備える。上円環板の内径Ｄ１と下円環板の外径Ｄ２とがほぼ同一に形成されるとともに、上円環板の内径Ｄ１とケーシングの上部に形成された開口部の径Ｄ３がほぼ同一とされる。これにより、送風部の回転時に送風部の上部とケーシングの内部の、特に開口部の近傍で発生していた渦の発生を抑え、騒音の低減を図ることができる。

下記特許文献２には、ケーシングと、このケーシング内に配置された羽根車と、羽根車を回転駆動するモータとを備えた送風装置が開示されている。各羽根の上端部の内周側に傾斜部が設けられ、さらに、ボス部に傾斜面が設けられる。これにより、乱流渦の発生が防止され、騒音を低減させることができる。また、乱流渦が発生しないので、空気の流通抵抗が下がり、風量特性を向上させることができる。

下記特許文献３には、遠心送風機用の羽根車に、長い羽根と短い羽根とを設ける技術が開示されている。羽根車は、主板と、側板と、その間に位置する長い羽根および短い羽根で構成される。長い羽根の入口端は、短い羽根の入口端の半径とほぼ等しい半径の基点で側板と接する。長い羽根の入口端は、主板の側に行くにつれて回転軸心に近付くように設計されている。

特開２００８−２６７２６５号公報 特開２００７−３０３３４０号公報 特開昭５１−７５０９号公報

機器の小型化、薄型化、高密度実装化、そして省エネ化が進む中、市場からはそれに搭載されるファンモータに対しての高静圧化、高効率化が強く要望されている。またファンにおいて、低騒音化を図ることも重要である。特に従来の遠心式ファンでは、離散周波数騒音（狭帯域騒音）および広帯域騒音のレベルが共に高く、機器に搭載した時の騒音レベルが高いという問題がある。

ここで「離散周波数騒音」とは、羽根通過周波数に依拠する騒音であり、ＮＺ騒音とも呼ばれる。離散周波数騒音は、狭い周波数帯域の特定周波数に特徴的なピークを有する騒音である。その周波数は、ｆｎｚ＝〔回転周波数：ｎ〕×〔羽根の枚数:ｚ〕の式で表わされる。離散周波数騒音は、１次成分以外に、２次、３次・・が発生するため、実聴においても大きな問題となる。すなわち、遠心式ファンを機器に搭載した時に、雑音が明瞭な音として発生するリスクがある。広帯域騒音の要因は乱流が支配的であり、トータル騒音レベルを決めるため、広帯域騒音を低減することも求められる。

さらに、上記要望を実現させながらも、ファンの生産性を高める必要もある。

本発明の目的は、生産性が高く、風の流れに適した羽根形状を有する羽根車、およびそれを備えた遠心式ファンを提供することである。

本発明の一の局面に従うと、羽根車は、下シュラウドと、上シュラウドと、下シュラウドと上シュラウドとの間に設けられる、円周上に配列される複数の羽根とを備えた羽根車であって、回転軸を中心に回転することが可能であり、下シュラウドの外径は、上シュラウドの内径以下であり、羽根の内径部分は、上シュラウドの内径部分と、下シュラウドの内径部分とを結ぶ傾斜部を有する。

好ましくは、平面視で上シュラウドと羽根とが存在する場所において、上シュラウドと羽根とは接している。

好ましくは複数の羽根の各々は、回転軸から遠ざかるにつれ、その厚さが薄くなる形状を有する。

この発明の他の局面に従うと遠心式ファンは、上述のいずれかに記載の羽根車と、羽根車の下部分に位置する下ケーシングとを備え、下ケーシングは、平面視で上シュラウドが存在する部分において、羽根車の方向に突出する部分を有し、吸入み口から吸入した空気を、羽根車の回転に伴う遠心力によって羽根車の径の外方に向けて吹き出す。

本発明によれば、生産性が高く、風の流れに適した羽根形状を有する羽根車、およびそれを備えた遠心式ファンを提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンの斜視図である。 図１の遠心式ファンの中央縦断面図である。 羽根車３を上シュラウド２３側から見た斜視図である。 図１の遠心式ファンの羽根形状を、上シュラウド２３側から透過させて見た状態で示す図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 図４におけるＢ−Ｂ断面図である。 図４におけるＣ−Ｃ断面図である。 従来の羽根車の断面形状と騒音特性とを示す図である。 本発明の実施の形態における羽根車の断面形状と騒音特性とを示す図である。 変形例における遠心式ファンの羽根車の断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンの斜視図であり、図２は、図１の遠心式ファンの中央縦断面図である。また図３は、羽根車３を上シュラウド２３側から見た斜視図であり、図４は、図１の遠心式ファンの羽根形状を、上シュラウド２３側から透過させて見た状態で示す図である。図５〜図７は、それぞれ図４におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、およびＣ−Ｃ断面図である。

図１〜４を参照して、遠心式ファン１では、中央の羽根車３が回転することにより送風が行われる。羽根車３は、それぞれが等間隔に配置される７枚の羽根２を有し、遠心式ファン１に内蔵されるファンモータ１３により回転軸１１を中心として回転する。その回転方向は、図４における時計回りである。

羽根車３は、ケーシング４に収納される。ケーシング４は、板状の上ケーシング５と下ケーシング６とからなっており、両者を等間隔に保持するために支柱７がケーシング４の四つの角部分に設けられている。遠心式ファン１の上部に空気の吸込み口８が設けられる。空気の吹出し口９は、ケーシング４の支柱７と支柱７との間に設けられることになる。すなわち、ケーシング４の４辺４方向がそれぞれ空気の吹出し口９となる（開放ケーシング型）。なおケーシング４は、羽根車３から吹出された空気を１方向に集約する吹出し口を設けることとしてもよい（スクロールケーシング型）。

図２〜７に示されるように羽根車３は、環状の下シュラウド２１と、環状の上シュラウド２３と、下シュラウド２１と上シュラウド２３との間に設けられる、円周上に配列される複数の羽根２とを備えた構造を有し、回転軸１１を中心に回転することが可能である。

図４に示されるように、環状の下シュラウド２１は、平面から見たときの内径２１Ａと外径２１Ｂとを有している。内径２１Ａと外径２１Ｂは、平面視で円である。環状の上シュラウド２３は、平面から見たときの内径２３Ａと外径２３Ｂとを有している。内径２３Ａと外径２３Ｂは、平面視で円である。下シュラウド２１の外径２１Ｂは、上シュラウド２３の内径２３Ａと重なる。すなわち下シュラウド２１の外径２１Ｂと、上シュラウド２３の内径２３Ａとは等しい。なお、下シュラウド２１の外径２１Ｂは、上シュラウド２３の内径２３Ａよりも若干小さくても良い。

図４においては、上シュラウド２３の内径２３Ａの内側の空間から見えている各羽根２の形状を、実線で示している。上シュラウド２３の内径２３Ａと外径２３Ｂとの間において、上シュラウド２３により隠されている各羽根２の形状を、点線で示している。

各羽根は図４に示されるように、平面視で内側（回転軸）から外側に向かうにつれて細くなってゆく（厚さが薄くなる）形状を有している。その入口角は４５°であり、出口角は２２°である。外径２３Ｂの直径は１２０ｍｍであり、内径２１Ａの直径は７０ｍｍである。羽根２は、後退翼である。

図３〜７に示されるように、各羽根２は、その上部が上シュラウド２３の下面に、その下部が下シュラウド２１の上面に固定されている。ここで、下シュラウド２１の外径２１Ｂと、上シュラウド２３の内径２３Ａとが等しく（または下シュラウド２１の外径２１Ｂが、上シュラウド２３の内径２３Ａよりも小さく）設計されているため、上下の金型を用いるだけで羽根車３を一体形成することができる。

図４〜７に示されるように、各羽根２の上部は、内径側（回転軸に近い側）で上シュラウド２３の内径側の端部に接続されている。その位置から各羽根２の上部は、外径側端部まで、上シュラウド２３の下面に接続されている。すなわち、図４のように平面視で上シュラウド２３と羽根２とが存在する場所（点線で囲まれる場所）において、上シュラウド２３と羽根２とは接している。

また、各羽根２の下部は、下シュラウド２１に接続される。

図５に示されているように、各羽根２の上部は、内径側で上シュラウド２３の内径側の端部に接続されている。各羽根２の上部は、そこからさらに内径側に向かう部分がテーパ部分（傾斜部）とされている。すなわち、羽根２の内径部分は、上シュラウド２３の内径部分（内径端部）と、下シュラウド２１の内径部分とを結ぶ傾斜部を有する。

各羽根２のテーパ部分は、垂直方向からγ＝４２°の角度をなす斜面を形成している。図４においては、各羽根２の実線で示される部分がテーパ部分であり、点線で示される部分は、各羽根２の上部が上シュラウド２３に接続される部分を示している。また、各羽根２の実線で示される部分は、その下部が下シュラウド２１に接続される部分を示している。各羽根２の点線で示される部分は、その下部が下シュラウド２１に接続されていない部分（その下に下シュラウド２１が無い部分）を示している。

図５の角度γ＝４２°はテーパ角と呼ぶが、その数値は４２°に限定されるものではない。

なお羽根車３において、平面視で上シュラウド２３が存在する部分には、下シュラウド２１が存在しない。このため、存在しない下シュラウド２１の代わりの働きをする部材として、図２に示すように下ケーシング６に上部に突出する部分６ａを設けることが望ましい。突出する部分６ａは、平面視で上シュラウド２３が存在する部分（下シュラウド２１が存在しない部分）に形成されており、羽根２の下部分と下ケーシング６との距離が短くなるようにするものである。突出する部分６ａは、下シュラウド２１が存在する高さまで突出している。これにより、下ケーシング６に、下シュラウドとして機能させるための構造を持たせることが可能である。

上述の羽根車３は、羽根２の内径部分をテーパ状にしている。テーパの底辺部分を下シュラウド２１と一体化させている。テーパ部分以外の羽根２の上部は、全て上シュラウド２３と一体化している。また図５に示されるように、上シュラウド２３の内径Ｄ１と下シュラウド２１の外径Ｄ２とが略等しくされている（Ｄ１≒Ｄ２、またはＤ１≧Ｄ２である）。このような形状により、羽根車３を上下金型のみで一体成形することが可能となり、量産性の高い羽根車３および遠心式ファン１を提供することが可能となる。

さらに、空気流入口の径を広げたり、狭めたりする必要が無いため、静圧・風量の低下を抑制することができる。

さらに本実施の形態における遠心式ファン１では、羽根２のテーパ形状により風の流れを改善することができる。また、流入口部をシュラウドで覆うことができる。このため、低騒音化を実現することができる。この点について以下に説明する。

図８は、従来の羽根車の断面形状と騒音特性とを示す図である。

図８（Ａ）の断面図に示されるように、従来の羽根車３’は、下シュラウド２１’と、上シュラウド２３’と、下シュラウド２１’および上シュラウド２３’の間に設けられる複数の羽根２’とを備えている。下シュラウド２１’の外径は、上シュラウド２３’の外径と等しい。このため、羽根車３’を上下金型のみで一体成形することができない。

図８（Ｂ）においては、図８（Ａ）の羽根車３’を駆動したときの騒音特性を、その横軸に周波数を、縦軸に騒音値（ｄＢ（Ａ））をとって示している。

騒音は全体で、５８．０ｄＢ（Ａ）であり、また、図８（Ｂ）に示されるように、離散周波数騒音、広帯域騒音（乱流騒音）のいずれにおいても高めの数値を示している。

図９は、本発明の実施の形態における羽根車の断面形状と騒音特性とを示す図である。

図９（Ａ）の断面図に示されるように、本実施の形態における羽根車３は、下シュラウド２１と、上シュラウド２３と、下シュラウド２１および上シュラウド２３の間に設けられる複数の羽根２とを備えている。下シュラウド２１の外径は、上シュラウド２３の内径と略等しい。このため、羽根車を上下金型のみで一体成形することが可能である。

図９（Ｂ）においては、図９（Ａ）の羽根車を駆動したときの騒音特性を、その横軸に周波数を、縦軸に騒音値（ｄＢ（Ａ））をとって示している。

騒音は全体で、５７．３ｄＢ（Ａ）であり、また、図９（Ｂ）の実線の円内に示されるように、離散周波数騒音（羽根ブレードの１次、２次騒音）が図８（Ｂ）と比べて低下している。また、図９（Ｂ）の一点鎖線の円内に示されるように、広帯域騒音（乱流騒音）も、図８（Ｂ）と比べて低下している。

図１０は、変形例における遠心式ファンの羽根車の断面図である。

この羽根車が図１〜７で示した羽根車と異なる点は、下シュラウド２１の外径を外方向に延在させるための底板（プレート）２１ａが、羽根車３の下に取り付けられている点である。底板２１ａの中空部分の直径（内径）は、下シュラウド２１の外径に等しい。底板２１ａの外径は、上シュラウド２３の外径に等しい。これにより、上シュラウド２３の外径と底板２１ａの外径とを一致させることができ、図８のような羽根車の構成と同様のＰ−Ｑ特性を確保することができる。すなわち底板２１ａは、いわば後付の下シュラウドとして機能する。底板２１ａを取り付けることにより、Ｐ−Ｑ特性は維持しつつ騒音を低減することも可能となる。

本実施の形態においても、底板２１ａを除いた羽根車３の部分は、上下金型のみで一体成形することが可能であり、羽根車の生産性を高めることができる。

［その他］
本実施の形態におけるファンは、ターボ型、多翼型、ラジアル型等のあらゆる遠心式ファンに適応することができる。ファンを搭載する装置としては、主に吸込み冷却を要する製品（家電、ＰＣ、ＯＡ機器、車載機器等）などに適用が可能である。

［実施の形態における効果］
以上のように本実施の形態における羽根車は、平面視で上シュラウドと下シュラウドとの重なり部分がない。このため、上下金型による一体成形で羽根車を製造することが出来、羽根車の生産性が高いという効果がある。

各羽根の内径部分の上部は、上シュラウドの頂点に接する。各羽根の内径部分は、その位置からある傾き（テーパ角度（γ））を持って下部へ下っており、各羽根の内径部分の下部は下シュラウドと接している。これにより、流入口径が広がることがないため、最大静圧が低下することもない。

また本実施の形態によると、空気の流れに沿った効率の良い羽根形状の作成が可能となり、高流量・高静圧化・低騒音化につながるという効果がある。

上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 遠心式ファン
２ 羽根
３ 羽根車
４ ケーシング
５ 上ケーシング
６ 下ケーシング
６ａ 下ケーシングの突出部
７ 支柱
８ 吸込み口
９ 吹出し口
１１ 回転軸
１３ ファンモータ
２１ 下シュラウド
２１Ａ 下シュラウド内径
２１Ｂ 下シュラウド外径
２３ 上シュラウド
２３Ａ 上シュラウド内径
２３Ｂ 上シュラウド外径
Ｄ１ 上シュラウド内径
Ｄ２ 下シュラウド外径

Claims (4)

1. 下シュラウドと、
   上シュラウドと、
   前記下シュラウドと前記上シュラウドとの間に設けられる、円周上に配列される複数の羽根とを備えた羽根車であって、
   回転軸を中心に回転することが可能であり、
   前記下シュラウドの外径は、前記上シュラウドの内径以下であり、
   前記羽根の内径部分は、前記上シュラウドの内径部分と、前記下シュラウドの内径部分とを結ぶ傾斜部を有する、羽根車。
2. 平面視で前記上シュラウドと前記羽根とが存在する場所において、前記上シュラウドと前記羽根とは接している、請求項１に記載の羽根車。
3. 前記複数の羽根の各々は、前記回転軸から遠ざかるにつれ、その厚さが薄くなる形状を有する、請求項１または２に記載の羽根車。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の羽根車と、
   前記羽根車の下部分に位置する下ケーシングとを備え、
   前記下ケーシングは、平面視で前記上シュラウドが存在する部分において、前記羽根車の方向に突出する部分を有し、
   吸入み口から吸入した空気を、前記羽根車の回転に伴う遠心力によって羽根車の径の外方に向けて吹き出す、遠心式ファン。

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