JP2013130076A - 軸流ファンに用いられるインペラ、およびそれを用いた軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】軸流ファンの正回転方向での風量特性を維持し、かつ逆方向に回転させた場合であっても風量特性の大幅な低下を抑制する。
【解決手段】周方向に複数の翼４を配列したインペラは、翼４の翼弦長Ｌの中点１５で、翼４の前縁１０側の形状と後縁１１側の形状とが線対称であり、翼４の一方面側の形状と翼４の他方面側の形状とが異なっている。好ましくは、一方面側の形状は凹面形状で形成され、該凹面形状は所定の曲率半径Ｒ２を有する円弧形状であり、他方面側の形状は凸面形状で形成され、該凸面形状は所定の曲率半径Ｒ４を有する円弧形状である。
【選択図】図３

Description

本発明は軸流ファンに用いられるインペラ、およびそれを用いた軸流ファンに関し、より特定的には、正回転方向での風量特性を維持しながら、逆方向に回転させた場合であっても風量特性の大幅な低下が生じないインペラ、およびそれを用いた軸流ファンに関する。

軸流ファンは、家電製品や情報機器等の電子機器の冷却や送風に使用されている。

パーソナルコンピュータやコピー機等の電子機器は、多数の電子部品を比較的狭い筐体内に収容している。このため、電子部品から発生する熱が筐体内にこもり、電子部品を熱破壊させる虞がある。熱破壊が生じると、機器に大きな問題を引き起こす。このため、電子機器の筐体の壁面や天井面に通気口が設けられる。通気口から筐体内の熱が外部に排出される。電子機器の冷却用手段として、軸流ファンが用いられている。

図７は、従来の軸流ファンの正面図である。

これは、下記特許文献１に記載された軸流ファンであり、図８は図７に示す翼のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図７および８に示される軸流ファンの翼形状は、前進翼を構成している。風量を多くするために翼形状は、回転方向（正回転方向）に対して圧力面側が凹面となるように反らされている。

１台の軸流ファンを逆方向に回転させて風向を変え、送風用と排気用とに兼用するものがある。図７および８に示すような従来の軸流ファンでは、正回転方向に対して風量を多くする翼形状としているため、軸流ファンを逆方向に回転させた場合、風量特性は正回転方向の場合に比べて大きく低下する。

一方で、トンネルなどの換気に用いられるジェットファンと呼ばれる正逆双方向型軸流送風機が知られている（例えば、下記特許文献２参照）。ジェットファンは、トンネル内での環境状況に応じてトンネルの前後いずれにも送風できるように、送風方向を正、逆方向のいずれに切り換えても、同一の風量特性を有するように構成されている。

図９は、特許文献２の軸流送風機の翼の断面図である。

図９に示すように、翼はＳ字状であり、点Ａ（翼弦の中心）を中心とした点対称の形状を有している。翼の肉厚は、点Ａの位置で最大値ｈをとり、翼弦長Ｌに対して８〜１４％である。エッジは、翼弦長Ｌに対して０．２５〜０．３５％の曲率半径ｒを有した形状となっている。反りの頂点となる位置である、翼の前端（あるいは後端）からの距離Ｘは、翼弦長Ｌに対して約１０％であり、その位置での反りの高さＣは、翼弦長に対して約２％となっている。このような翼形状を有する軸流ファンは、正転・逆転の両方で同等の風量性能を有している。

特開平０８−３０３３９１号公報 特開２００９−０９７４３０号公報

特許文献２に記載の軸流送風機のように、翼形状をＳ字状で点対称型翼とすることにより、回転方向を切り換えても同等の風量特性が達成される。しかしこの場合、正回転方向の風量特性は、特許文献１に記載された軸流ファンに比べて低下するという問題がある。このため、正回転方向における高い風量特性が要求される場合、特許文献２のような送風機は、その要求を満たさない場合がある。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、軸流ファンの羽根の形状を工夫することにより、軸流ファンの正回転方向での風量特性を維持し、かつ逆方向に回転させた場合であっても風量特性の大幅な低下を抑制することができるインペラ、およびそれを用いた軸流ファンを提供することを目的としている。

本発明のある局面に従うと、周方向に複数の翼を配列したインペラは、翼の翼弦長の中点で、翼の前縁側形状と翼の後縁側形状とが線対称であり、翼の一方面側の形状と翼の他方面側の形状とが異なっていることを特徴とする。

好ましくは一方面側の形状は凹面形状で形成され、該凹面形状は所定の曲率半径を有する円弧形状であり、他方面側の形状は凸面形状で形成され、該凸面形状は所定の曲率半径を有する円弧形状であることを特徴とする。

好ましくは一方面側は、インペラの正回転時における圧力面側となる。

この発明の他の局面に従うと、軸流ファンは、上述のいずれかに記載のインペラと、インペラを回転させるモータと、インペラを収納し、モータを支持するベース部を具備したケーシングとを備える。

本発明によると、軸流ファンの正回転方向での風量特性を維持し、かつ軸流ファンの回転方向を逆方向に回転させた場合であっても大幅な風量特性の低下を抑制することができるインペラ、およびそれを用いた軸流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つに係る軸流ファンの中央縦断面図である。 図１に示す軸流ファンのインペラ３の平面図である。 図２に示す翼のＡ−Ａ’断面図である。 図３の断面図をさらに説明するための図である。 図３に示す翼の前縁部の拡大図である。 本発明の実施の形態による軸流ファンと、比較例の軸流ファンとの風量−静圧特性を示す図である。 従来の軸流ファンの正面図である。 図７のファンの翼の断面図である。 他の従来技術である、正逆双方向型軸流送風機の翼の断面図である。

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つに係る軸流ファンの中央縦断面図であり、図２は図１に示す軸流ファンのインペラ３の平面図である。

軸流ファン１は、周方向に複数の翼４を配列したインペラ３と、インペラ３を回転させるモータ２と、インペラ３を収納しモータ２を支持するベース部７を備えたケーシング６とで構成されている。

ベース部７は、複数本のスポーク８によりケーシング６に固定されている。モータ２の回転に伴い、インペラ３が回転すると、空気はケーシング６の吸気口から吸い込まれ、翼４の間からケーシング６の内部を通過してケーシング６の排気口から排出される。

インペラ３は円筒状のハブ５と、ハブ５の外周面に配列された複数の翼４とから構成されている。翼４（図示例では５枚）は周方向に等間隔で配列されている。翼４はすべて同じ形状からなり、熱可塑性樹脂の射出成形にてハブ５と一体成形にて形成されている。

翼４は、図２の矢印９の回転方向を正回転としたとき、翼４の前縁１０が翼４の根元よりも前進する前進翼となっている（但し、別の実施例としては後退翼であってもよい）。なお図１において手前側の翼の正回転方向が、図１の矢印で示されている。

図３は、図２に示す翼のＡ−Ａ’断面図であり、図４は、図３の断面図をさらに説明するための図である。図５は、図３に示す翼の前縁部（図３の円で囲まれる部分）の拡大図である。

図３および図４は、図２に示す翼のＡ−Ａ’断面（翼の外周部近辺を外周に沿って切った断面）を“Ｂ”方向から見た図である。これら図において、図の上側が排気口側であり、図の下側が吸気口側である。翼の正回転方向が、図３の矢印９で示されている。

図３において、前縁１０と後縁１１とを結んだ直線が翼弦線１２である。翼弦線１２の長さＬは翼弦長である。正回転時の翼４の圧力面１３と、翼４の負圧面１４とが示されている。

翼４の圧力面１３の表面の中央部分は、所定の曲率半径Ｒ２を有する円弧で形成されており、その曲率半径Ｒ２の中心は翼４の圧力面１３側に存在する。すなわち、翼４の圧力面１３の表面の中央部分は、凹んだ形状（圧力面１３の中央部分が、負圧面１４側に凸となる形状）を有する。

翼４の圧力面１３の両端は、それぞれ所定の曲率半径Ｒ１（図５）を有する円弧で形成されており、その曲率半径Ｒ１の中心は翼４の負圧面１４側に存在している。すなわち、翼４の圧力面１３の両端は、圧力面１３側に凸となる形状を有する。

このように翼４の圧力面１３の表面は、所定の曲率半径Ｒ１を有する円弧と、所定の曲率半径Ｒ２を有する円弧とが連接した曲面（端部では凸となり、中央部では凹となる曲面）によって形成されている。円弧同士が繋がる位置は図４のＡ点で示されており、翼４の両端部から、翼弦線１２の長さＬの１／５の長さの地点である。

一方、翼４の負圧面１４の表面の中央部分は、所定の曲率半径Ｒ４を有する円弧で形成され、翼４の負圧面１４の両端側はそれぞれ所定の曲率半径Ｒ３（図５）を有する円弧で形成されている。曲率半径Ｒ３と曲率半径Ｒ４のそれぞれの中心は翼４の圧力面１３側に存在している。すなわち、翼４の負圧面１４は、どの位置においても負圧面１４側に凸となる形状を有する。

このように翼４の負圧面１４の表面は、所定の曲率半径Ｒ３を有する円弧と所定の曲率半径Ｒ４を有する円弧が連接した曲面から形成されている。円弧同士が繋がる位置は図４のＢ点で示されている。Ｂ点は、Ａ点を通る翼４の回転軸方向の直線と、負圧面１４とが交わる点である。

翼弦線１２の長さＬに対するＲ１〜Ｒ４の値は、以下の値が好ましい。

・Ｒ１は、Ｌの０．６〜０．８倍
・Ｒ２は、Ｌの７０〜９０倍
・Ｒ３は、Ｌの３〜４倍
・Ｒ４は、Ｌの４〜５倍
図５の断面図に示されるように翼端部の断面図において、翼弦線１２から圧力面１３の表面までの長さＸは、翼弦線１２から負圧面１４の表面までの長さＹよりも大きくなるように形成されている。また、図３の断面図に示されるように翼中央部においては、翼弦線１２から圧力面１３の表面までの長さＸは、翼弦線１２から負圧面１４の表面までの長さＹとほぼ等しくなるように形成されている。すなわち、Ｘ≧Ｙの関係が成立する。

また翼４は、図３に示されるように翼弦長Ｌの中点１５を通り、翼弦線１２に直交する軸を対称軸１６とした線対称の形状を有している。

翼４の取付け角度とは、翼４の前縁１０と翼４の後縁１１とを結んだ直線である翼弦線１２と、回転軸線に垂直な平面とがなす角度を示している。翼４の取付け角度は、通常、翼４の半径方向での位置により異なっている。翼４の根元側（ハブ５に装着する箇所）における取付け角度は３３°に形成し、翼４の先端側における取付け角度は翼４の根元側における取付け角度よりも小さくなるようにしている。例えば先端側における取付け角度は、翼４の根元側（ハブ５に装着する箇所）における取付け角度の７５％〜８０％とされる。

図６は、上述の図２に示す翼形状を有する本実施の形態の軸流ファン１と、比較例の軸流ファンとの風量−静圧特性を示したグラフである。

比較例の軸流ファンは、図８に示すように風量を多くするために回転方向に対して圧力面側を凹面となるように反らした翼形状を有した構成である。翼の根元側における取付け角度は６２°に形成され、翼の先端側における取付け角度は、翼の根元側における取付け角度よりも小さくなるように形成されている（ここでは翼の先端側における取付け角度を、翼の根元側における取付け角度の６５％とした）。また比較例においても、翼の枚数は図２と同様に５枚であり、翼は前進翼である。

図６に示す実線は、正回転における風量−静圧特性を示しており、破線は逆回転における風量−静圧特性を示している。

図６に示すように、本発明の実施の形態における軸流ファン１の最大静圧は、比較例の軸流ファンよりも少し低いが、最大風量は比較例の軸流ファンよりも増加している。これは、本発明の軸流ファン１の翼の取付け角度を比較例の軸流ファンの翼の取付け角度よりも小さくしていることに起因するものである。

逆回転時の最大風量は、比較例の軸流ファンでは正回転時の約７９％の特性を示すが、本発明の軸流ファンでは正回転時の約９０％の特性を示している。このように、本発明の軸流ファンは比較例の軸流ファンに比べて、最大静圧では若干劣るが、最大風量は増加し、さらに逆回転時の風量特性は正回転時の約９０％の特性を有している。

このように、本実施の形態における軸流ファンは、羽根の形状を最適化することにより、正回転方向での風量特性を維持できると共に、逆方向に回転させた場合であっても風量特性の大幅な低下を抑制することができる。

なお、ファンの翼の枚数は５枚の例を挙げたが、これに限られるものではない。また、羽根の形状やサイズに関する値も、好ましい例を記載したものであり、特許請求の範囲に記載された構成要件の範囲で各種変更することが可能である。

上述の翼の形状は、前進翼であっても後退翼であってもよい。

さらに翼は、一方面側の形状と多方面側の形状とが異なっていればよく、そのバリエーションは図３に示されるものには限定されない。例えば、正回転時の圧力面の形状は、負圧面の形状と異なればよく、凹形状でなく、平面や凸形状であってもよい。また同様に正回転時の負圧面の形状は、圧力面の形状と異なればよく、凸形状でなく、平面や凹形状であってもよい。

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 軸流ファン
２ モータ
３ インペラ
４ 翼
５ ハブ
６ ケーシング
７ ベース部
８ スポーク
９ 回転方向
１０ 前縁
１１ 後縁
１２ 翼弦線
１３ 圧力面
１４ 負圧面
１５ 中点
１６ 対称軸
Ｌ 翼弦長

Claims (4)

1. 周方向に複数の翼を配列したインペラであって、
   前記翼の翼弦長の中点で、前記翼の前縁側形状と前記翼の後縁側形状とが線対称であり、
   前記翼の一方面側の形状と前記翼の他方面側の形状とが異なっていることを特徴とする、軸流ファンに用いられるインペラ。
2. 前記一方面側の形状は凹面形状で形成され、該凹面形状は所定の曲率半径を有する円弧形状であり、
   前記他方面側の形状は凸面形状で形成され、該凸面形状は所定の曲率半径を有する円弧形状であることを特徴とする、請求項１に記載のインペラ。
3. 前記一方面側は、前記インペラの正回転時における圧力面側となる、請求項１または２に記載のインペラ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のインペラと、
   前記インペラを回転させるモータと、
   前記インペラを収納し、前記モータを支持するベース部を具備したケーシングとを備えた、軸流ファン。

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