JP2014510876A - 特にポータブルブロワ用の送出空気流生成装置のプロペラ - Google Patents

Abstract

同軸上に互いに前後して連結された二つの部品、すなわち、単一ブロックで形成され中央リング（４）に結合されたスクリュー形状の複数の羽根（３）で構成された第一の前方部品（２）と、同様に単一ブロックで形成された概ね円錐形の第二の後方部品（５）と、
の組立てにより構成された種類の、特に独立型ポータブルブロワ用の送出空気流生成装置のプロペラ（１）において、この組立ての中央部分（６）は円錐形を呈しかつ空気取入用の円錐形部品の後方部分を構成しており、同軸上に組立てられかつプロペラ（１）を構成する前記二つの部分（２、５）が間に締結されている二つの部品（１１、１２）を含むハブにより構成された締結装置（１０）を用いて、前記第一の前方部品と前記第二の後方部品が連動させられること、前記ハブがプロペラの回転に連動し前記前方部品と前記後方部品の組立て状態を維持すること、を特徴とする送出空気流生成装置のプロペラ。
【選択図】図３

Description

本発明は、特にポータブルブロワ用の、送出空気流生成装置のプロペラに関する。よりいっそう有利には、本発明は、電動ポータブルブロワに適用可能である。このような器具は、芝生、都市の車道、屋外駐車場、運動場、遊技場などのさまざまな地表を覆い得る枯葉またはさまざまなごみを「掃除する」ために、一般に使用されている。

本発明はまた、この方法およびこのプロペラを応用する送出空気流生成装置を有するポータブル器具、特に独立型ポータブルブロワをも対象とする。

送風機の製作において使用される軸流ファンは、その底部を介して中央のハブに結合された、直線状またはスクリュー形状の、放射状の複数の羽根で構成されたプロペラを含む。

直線状の羽根を有するプロペラを使用する送風機は特に、効率が悪いという欠点を有し、したがって、より優れた効率を有する、スクリュー形状の羽根で構成されたプロペラを使用することが好まれる場合が多い。

実際、各羽根の輪郭は、飛行機の翼と少し似たように作用する。その輪郭は空気取入口に前縁を、空気排出口に後縁を呈する。最適な形で作動するために、空気が前縁に対してほぼ垂直に達する必要がある。一方、速度の三角形の原理（図８、図８Ａ、図８Ｂ）を適用してファンの最適な作動を得るため、ファンの表面全体にわたり可能なかぎり均一な速度Ｖａの空気流を、ファンの回転を通して作り出すこと、そしてこのように速度Ｖａを得ることが求められる。ところが、羽根の根元の輪郭について考えると、これは、この輪郭が位置づけされている羽根の根元の半径を乗じた回転速度とほぼ等しい速度ＶΩで、ファンの軸を中心として回転する。したがって、前記輪郭には空気が相対速度Ｖｒで達する。羽根の先端部に位置づけされた輪郭について考えると、これもまたプロペラの回転により空気速度Ｖａを生成するが、これは、羽根の根元における半径よりもはるかに大きいファンの軸に対するその位置の半径を乗じた同じ回転速度で回転する。その結果、空気の相対速度Ｖｒははるかに大きくなるが、その配向は羽根の根元においてよりもファンの軸から離れる。この原理により、性能の高いプロペラはスクリュー形状の羽根で構成されていなければならないということに対して説明がつくが、これによりその製作が簡単になる訳ではない。

したがって、羽根の根元と羽根の上部との間の速度Ｖｒの配向差を削減するために、羽根の開始点は回転軸から可能なかぎり遠くに位置づけされる傾向にあり、羽根の製作はそれでも簡単になる。しかし、その結果、プロペラの前に、空気取入の空力特性を改善できる円錐形部品を組込む必要がある。この空気取入用の円錐形部品の長さが羽根の根元の半径に比例し、前記円錐形部品の長さが前記羽根の根元の半径と共に増大することがわかる。つまり、このタイプの円錐形部品を必要とするファンは、さらに寸法が大きくなり、このことは、体積の小さい送出空気生成装置を備えたポータブル器具に対し高い効率が求められる適用にとっては確実な欠点となる。

中央のハブに溶接または機械による固定手段により羽根が固定されている大型の送風機を実現する場合、その構造が大きな問題を引き起こすことはない。

逆に、本発明が特に対象とする掃除用および／または清掃用ブロワにおいて送出空気流を生じさせる軸流ファンを装備するようなプロペラを寸法の小さい軸流ファンの製作に適用したい場合、このような小型のプロペラの成形は、非常に複雑な金型（スプリットモールド（ｍｏｕｌｅｓ ａ ｔｉｒｏｉｒｓ ｍｕｌｔｉｐｌｅｓ））の使用を必要とする射出方法および材料を使用するのでないかぎり、実際には不可能になる。その結果、設備のコストが増大し、ひいては製造される製品のコストが増大し、また金型の脆性が増し、したがって、部品コストをさらに増大させる要因をなす金型の寿命の短縮がもたらされる。ほとんどの場合、このタイプのプロペラは、既存の方法および材料では成形できず、したがって設計者は、成形により製作可能なものにするため、プロペラの幾何形状について妥協せざるを得ない。

その上、このような材料および方法により得られた部品は、精度不足およびロット間の大きな型ずれをこうむる可能性がある。

これまでは、羽根が円筒形のハブに結合されている、もしくはよじれの少ない羽根を有する軸流プロペラを提案することで、または羽根の数を減少させることにより、このように得られるプロペラの効率を犠牲にして、これらの欠点を改善することが想定されていた。

米国特許出願公開第２０１０／００７４７６．１号明細書には、同軸上に互いに前後して連結された二つの部品、すなわち、単一ブロックで形成され中央リングに結合されたスクリュー形状の複数の羽根で構成された第一の前方部品、同様に単一ブロックで形成された概ね円錐形の第二の後方部品、の組立てにより構成された推進プロペラについて記載されている。二つの部品は、第二の後方部品が呈するスリットの中にプロペラの羽根の底部を係合することにより組立てられる。この組立ての中央部分は円錐台の形を呈し、円錐台の頂部は、空気取入用の流線型を妨げる比較的大きく平らな領域により構成されている。

米国特許第４，４６２，７５７号明細書には、同軸上に互いに前後して連結された二つの部品、すなわち、単一ブロックで形成され中央リングに結合されたスクリュー形状の複数の羽根で構成された第一の前方部品、同様に単一ブロックで形成された概ね円錐形の第二の後方部品、の組立てにより同様に構成された冷却用ファンのプロペラについて開示されている。二つの部品はネジを用いて組立てられる。この組立ての中央部分は円錐台の形を呈し、円錐台の頂部は同様に、空気取入用の流線型を妨げる比較的大きく平らな領域により構成されている。

独国特許発明第２８５５９０９号明細書には、同軸上に互いに前後して連結された二つの部品、すなわち、単一ブロックで形成され中央リングに結合されたスクリュー形状の複数の羽根で構成された第一の前方部品、同様に単一ブロックで形成された概ね円錐形の第二の後方部品、の組立てにより構成された内燃機関の冷却用ファンのためのプロペラも記載されている。この文献によると、第一および第二の部品は複数のネジを用いて同様に組立てられる。この組立ての中央部分は円錐台の形を呈し、円錐台の頂部は同様に、空気取入用の流線型を妨げる比較的大きく平らな領域により構成されている。

本発明の目的は、上述の欠点のないプロペラの提案を目指すことにある。

本発明によると、この目的は、同軸上に互いに前後して連結された二つの部品、すなわち、
− 単一ブロックで形成され中央リングに結合されたスクリュー形状の複数の羽根で構成された第一の前方部品と、
− 同様に単一ブロックで形成された概ね円錐形の第二の後方部品と、
の組立てにより構成された種類の、特にポータブルブロワ用の送出空気流生成装置のプロペラにより達成され、
この組立ての中央部分は円錐形を呈しかつ空気取入用の円錐形部品の後方部分を構成しており、このプロペラは、好ましくは嵌合により同軸上に組立てられかつプロペラを構成する前記二つの部分が間に締結されている二つの部品を含むハブにより構成された締結装置を用いて、前記第一の前方部品と前記第二の後方部品が連動させられること、前記ハブがプロペラの回転に連動し前記前方部品と前記後方部品の組立て状態を維持すること、を特徴とする。

有利な一実施形態によると、締結装置の前方部品は円錐形を呈し、空気取入用の円錐形部品の頂部を構成する。

有利な一実施形態によると、締結状態におけるハブの二つの部品の固定は、前記ハブの前方部品への前記ハブの後方部品の強制的な嵌合により得られる。

好ましい一実施形態によると、ハブは、駆動用モータのシャフトの先端部の収納を可能にする軸方向の中ぐりを有し、シャフトの先端部は、強制的に係合することによりハブの前方部品に連動させられる。

有利な一実施形態によると、前方部品と後方部品は、はめ込みにより組立てられ、スクリュー形状の羽根は、間隔を置いて配置された、羽根の根元を介して中央リングに結合され、後方部品は、前記羽根の根元の間に設けられた間隙の中に係合される、間隔を置いて配置された複数の歯またはつめを有する。

本発明に係る装置はさらに、羽根の根元の外面および歯またはつめの外面が空気取入用の円錐形部品の表面部分を構成し、これらの外面の接合ラインがほとんど見えないことを特徴としており、そのためこれらの外面の組立ては、連続した円錐状の表面の外観を呈する。

本発明は同様に、軸流ファンのプロペラが上述の主要な特徴の少なくとも一つを含むことを特徴とする、軸流ファンを有するポータブルブロワをも対象とする。

本発明に係る装置は、複数の有利な利点をもたらす。特に：
− 単純な製造方法を用いてプロペラの複雑な幾何形状の実現を可能にする；
− この方法は、プロペラの構成部分の品質の優れた再現性を可能にする；
− 金型からの取り出しの際にバランス調整を必要としない部品を得ることを可能にする；
− 設備のコストは抑えられ、得られるプロペラの原価は低くなる；
− 最も効率の良い小型のプロペラが得られる。

上記の目的、特徴、および利点、そしてさらにそれ以外に関して、以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになる。

本発明により製作された軸流プロペラの一実施例の斜視図である。 その組立てのハブが図示されていないプロペラの、二つの構成部品の分解組立斜視図である。 他の角度から見たプロペラの二つの構成部品の同様な斜視図である。 組立てのハブの分解組立斜視図である。 組立てられた状態で図示されたこのハブの軸方向の断面図である。 ハブおよび駆動シャフトにより組立てられた二つの構成部分を示す軸方向の部分断面図である。 回転駆動手段を示す、プロペラの中央部分の横断面図である。 速度の三角形の原理の適用を図示する。 スクリュー形状の羽根を有するプロペラの概略平面図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。 図８のＢ−Ｂ断面図である。

前記図面を参照して、本発明に係るプロペラの、非限定的ではあるが有利な実施例について説明する。

本発明に係る高効率の軸流プロペラ１は、同軸上に互いに前後して連結された二つの部品、すなわち、
− 単一ブロックで形成され中央リング４に結合されたスクリュー形状の複数の羽根３で構成された第一の前方部品２と、
− 同様に単一ブロックで形成された概ね円錐形の第二の後方部品５と、
の組立てにより構成され、
この組立ての中央部分６は、連続した円錐形、より正確には円錐台の形を呈し、空気取入用の円錐形部品の後方部分を構成する。

有利には、前方部品２と後方部品５は、はめ込みにより組立てられる。

有利な一実施形態によると、スクリュー形状の羽根３は、間隔を置いて配置された、羽根の根元３ａを介して中央リング４に結合され、後方部品５は、前記羽根の根元３ａの間に設けられた間隙７の中に係合される、間隔を置いて配置された複数の歯またはつめ５ａを有する。

後方部品５のつめ５ａは、空気取入用の円錐形部品の母線に沿って配向された、またはこの母線に対して斜めに配向された直線状の縁部、および相対する湾曲した縁部を呈し、湾曲した縁部の形態は、この湾曲した縁部が接触している羽根の根元の表面に相当する。つめ５ａおよび羽根の根元３ａのこの相補的な形態により、前方部品２と後方部品５のはめ込みによる適切な組立てが可能になる。

羽根３の底部が結合されている羽根の根元３ａは、側方に、前記底部の側面の一つにはみ出す表面を呈する。羽根の根元３ａのはみ出し部分の外面８、および歯またはつめ５ａの外面９は、空気取入用の円錐形部品の表面部分６を構成する。

好ましくは、前方部品２および後方部品５は、例えばそれ自体が公知の射出方法のような、あらゆる適切な材料および方法を用いた成形により得られる。

有利には、前方部品２および後方部品５は、それらの機能のために望ましい剛性を呈するプラスチック素材または軽金属で製造される。

本発明によると、前方部品２と後方部品５の組立て状態の維持は、同軸上に組立てられかつプロペラ１を構成するはめ込まれた二つの部分２、５が間に締結されている二つの部品１１および１２を含むハブにより構成された締結装置１０（図４および図５）により実現される。

ハブ１０は、プロペラ１の回転に連動している。例えば、中央リング４の円筒形の内面は、このために、その軸に平行に配向された、所定角度ごとに間隔を置いて配置されたリブ１３を呈し、一方、ハブ９の後方部品１０の円筒形の外面は、リブ１３が中に係合される、所定角度ごとに間隔を置いて配置された溝１４を有する。

図示された実施例によると、締結用ハブ１０の前方部品１２は円錐形の前部分１２ａを呈し、円錐形の前部分１２ａは円錐台６の前方に配置され円錐台と共に空気取入用の円錐形部品６−１２ａを構成する。前記前部分１２ａは、この空気取入用の円錐形部品の頂部を形成する。

締結状態における締結用ハブ１０の二つの部品１１、１２の固定は、好ましくは、前記ハブ１０の前方部品１２への前記ハブ１０の後方部品１１の強制的な嵌合により得られる。

ハブ１０は、駆動用モータのシャフト１６の先端部１６ａの収納を可能にする軸方向の中ぐり１５を有し、シャフトの先端部は、強制的に係合することによりハブ１０の前方部品１２に連動させられる。

こうしてシャフト１６がハブ１０の回転に連動しており、ハブがそれ自体いわゆるプロペラ１の回転に連動している、ということがわかる。

本発明に係るポータブルブロワは、軸流ファンを含む種類のものである。

本発明によると、このブロワは、軸流ファンが上述の重要な特徴的配置を呈するまたは本発明に係る方法を実施した結果として得られる、ということを特徴とする。

１ プロペラ
２ 前方部品
３ 羽根
３ａ 羽根の根元
４ 中央リング
５ 後方部品
５ａ 歯またはつめ
６ 中央部分
７ 間隙
１０ 締結用ハブ
１１ 後方部品
１２ 前方部品
１３ リブ
１４ 溝
１５ 中ぐり
１６ シャフト

米国特許出願公開第２０１０／００７４７６．１号明細書 米国特許第４，４６２，７５７号明細書 独国特許発明第２８５５９０９号明細書

Claims (12)

1. 同軸上に互いに前後して連結された二つの部品、すなわち、
   − 単一ブロックで形成され中央リング（４）に結合されたスクリュー形状の複数の羽根（３）で構成された第一の前方部品（２）と、
   − 同様に単一ブロックで形成された概ね円錐形の第二の後方部品（５）と、
   の組立てにより構成された種類の、特に独立型ポータブルブロワ用の送出空気流生成装置のプロペラ（１）において、
   この組立ての中央部分（６）は円錐形を呈しかつ空気取入用の円錐形部品の後方部分を構成しており、同軸上に組立てられかつプロペラ（１）を構成する前記二つの部分（２、５）が間に締結されている二つの部品（１１、１２）を含むハブにより構成された締結装置（１０）を用いて、前記第一の前方部品と前記第二の後方部品が連動させられること、前記ハブがプロペラの回転に連動し前記前方部品と前記後方部品の組立て状態を維持すること、を特徴とする送出空気流生成装置のプロペラ。
2. 締結装置（１０）の前方部品（１２）が円錐形を呈し、空気取入用の円錐形部品（６−１２ａ）の頂部を構成することを特徴とする、請求項１に記載のプロペラ。
3. 締結装置（１０）またはハブを構成する二つの部品（１１、１２）が嵌合により組立てられることを特徴とする、請求項１または２に記載のプロペラ。
4. 締結状態におけるハブ（１０）の二つの部品（１１、１２）の固定が、前記ハブの前方部品（１２）への前記ハブの後方部品（１１）の強制的な嵌合により得られることを特徴とする、請求項１または２に記載のプロペラ。
5. ハブ（１０）が、駆動用モータのシャフト（１６）の先端部（１６ａ）が中に収納されている軸方向の中ぐり（１５）を有すること、シャフトの先端部が、強制的に係合することによりハブ（１０）の前方部品（１２）に連動させられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のプロペラ。
6. 前方部品（２）と後方部品（５）がはめ込みにより組立てられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のプロペラ。
7. スクリュー形状の羽根（３）が、間隔を置いて配置された、羽根の根元（３ａ）を介して中央リング（４）に結合されていること、および後方部品（５）が前記羽根の根元の間に設けられた間隙（７）の中に係合される、間隔を置いて配置された複数の歯またはつめ（５ａ）を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載のプロペラ。
8. 後方部品（５）のつめ（５ａ）が、空気取入用の円錐形部品の母線に沿って配向された、またはこの母線に対して斜めに配向された直線状の縁部、および相対する湾曲した縁部を呈し、湾曲した縁部の形態が、この湾曲した縁部が接触している羽根の根元の表面に相当することを特徴とする、請求項７に記載のプロペラ。
9. 羽根（３）の底部が結合されている羽根の根元（３ａ）が、側方に、前記底部の側面の一つにはみ出す表面を呈すること、羽根の根元（３ａ）のはみ出し部分の外面（８）、および歯またはつめ（５ａ）の外面（９）が、空気取入用の円錐形部品の表面部分（６）を構成すること、を特徴とする、請求項７または８に記載のプロペラ。
10. 前方部品（２）および後方部品（５）が成形により得られることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載のプロペラ。
11. 前方部品（２）および後方部品（５）が、剛性プラスチック素材または軽金属で製造されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載のプロペラ。
12. 軸流ファンを有するポータブルブロワにおいて、この軸流ファンのプロペラが請求項１〜１１のいずれか一つの記載により製作されることを特徴とするポータブルブロワ。

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