JP2016183643A - プロペラファン - Google Patents

Abstract

【課題】翼後縁部の切欠きによって低入力化を図ることができるプロペラファンを提供、翼後縁部の切欠きによって低入力化を図ることができるプロペラファンを提供する。
【解決手段】プロペラファン１０は、回転中心２３周りに回転する回転軸部２０と、回転軸部２０の周方向に複数設けられ、回転軸部２０から外方に向かって形成される翼３０とを有する。翼３０には、後縁部３４から前縁部３３側に向かって切欠部４０が設けられている。そして、切欠部４０に、切欠部４０側に延出する凸形状部４１を設けたので、切欠部４０から負圧側に流れる風の遠心成分を抑制することができ、風の遠心成分を有効に活用できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロペラファンに関する。

従来、プロペラファンの翼後縁部に切欠きを設けることが行われている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１に記載のプロペラファンでは、負圧側の翼先端付近で生じる渦が、翼面から剥離することで騒音が生じていたことに着目して、翼後縁部に切欠きを設けるようにしたものである。
より具体的には、翼先端付近で生じた渦が翼面に沿って切欠きに捉えられて保持されるので、渦の変動や発達を抑え、騒音の発生を抑制している。

また、特許文献２に記載のプロペラファンでは、ファンの回転時に、圧力の高い正圧側から負圧側へ空気漏れが生じるため風量が低下することに着目して、翼後縁部に切欠きを設けるようにしたものである。
つまり、翼正圧面では、遠心力の作用により軸方向から翼外周縁に向かう遠心方向へ空気が流れ、外周縁から負圧側へ漏れが生じるが、切欠きを設けることにより、切欠きの位置における圧力上昇を低減して、翼の前縁部から後縁部に流れた空気がそのまま周方向に規制されて流れるようにすることで、空気漏れを低減して風量を増加させたものである。したがって、切欠きを設けたプロペラファンは、従来の切欠きが設けられていないプロペラファンと比べ低い投入電力で同等の風量を発揮できる。

特開２０１４−８０９７０号公報 特開２００３−２０６８９４号公報

しかしながら、翼後縁部の切欠きを設けた従来型のプロペラファンについて調べたところ、従来のプロペラファンでは、翼後縁部の切欠きによる十分な低入力化（低投入電力化）が得られていないことがわかった。
すなわち、切欠き面積が小さいと十分な低入力化の効果が得られず、また、切欠き面積を大きくしすぎると、風量低下が大きくなるため風量低下分を回転数アップで補う必要があり、入力が高くなるという問題がある。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、騒音の発生を抑制し、かつ、低入力化を図ることができるプロペラファンを提供することを目的とする。

（１）本願発明に係る１つの態様は、
回転中心周りに回転する回転軸部と、
前記回転軸部の周方向に複数設けられ、前記回転軸部から外方に向かって形成される翼と、
前記翼の回転方向の側と反対側に位置する後縁部から前記回転方向の側に位置する前縁部側に向かって形成される切欠部と、を備え、
前記切欠部は、前記後縁部上の前記回転軸部側の点Ｅと前記点Ｅよりも前記回転軸部から離れる点Ａとの間に形成されており、
前記切欠部の前記前縁部側の先端部における最も前記回転軸部側となる点を点Ｃとしたときに、
前記翼が、前記回転中心から前記点Ｅまでの距離Ｒｉｎ０が前記回転中心から前記点Ｃまでの距離Ｒｉｎ１がよりも短く、前記点Ｅと点Ｃとを結ぶ直線よりも前記切欠部側に延出する凸形状部を有し、前記回転中心から外側に最も離れた前記凸形状部の点Ｄまでの距離Ｒｉｎ２が前記距離Ｒｉｎ１以上であるプロペラファンを提供する。

（２）上記（１）に記載のプロペラファンにおいて、
前記回転軸部の前記回転中心から外側に最も離れた前記翼の点までの距離がＲ０であり、
前記距離Ｒｉｎ１がＲ０の０．６倍以上０．８倍以下であり、
前記回転中心から外側に最も離れた前記凸形状部の点Ｄまでの距離Ｒｉｎ２が、前記距離Ｒｉｎ１の１.０倍以上１．２倍以下であるプロペラファンであってもよい。

（３）さらに、上記（２）に記載のプロペラファンにおいて、
前記先端部は、前記点Ｃと点Ｂとで規定され、
前記先端部は、前記点Ｂが前記点Ｃに重なり収束する形状若しくは前記点Ｃと前記点Ｃよりも外側にある前記点Ｂの２つの点を有する幅のある形状のいずれかであり、
前記回転中心から前記点Ｂまでの距離Ｒｉｎ３が、前記Ｒ０の０．６倍以上０．８倍以下であり、
前記回転中心から前記点Ａまでの距離Ｒｉｎ４が前記Ｒ０より短く、且つ、前記距離Ｒｉｎ３よりも長く、
前記点Ｄは、前記点Ｃと前記回転中心とを結ぶ線を基準として回転方向の角度で前記後縁部側に５°から２５°の範囲内に位置し、
前記点Ａは、前記回転中心と前記点Ｄとを通る直線ＬＤと前記回転中心と前記点Ｅとを通る直線ＬＥとの間に位置するプロペラファンであってもよい。

本発明によれば、低入力化を図ることができるプロペラファンを提供することができる。

本発明の実施形態のプロペラファンを正圧側から見た正面図である。 本発明の実施形態のプロペラファンを負圧側から見た背面図である。 回転軸部に沿って切断したプロペラファンの断面図である。 翼に設けられた切欠部および凸形状部の形状および寸法を示す説明図である。 翼の表面および切欠部を流れる空気の流れを示す断面図である。 （Ａ）は比較例の翼の正面図であり、（Ｂ）は実施例の翼の正面図である。 実施例および比較例に対する測定結果を示すグラフであり、（Ａ）は風量と電力（投入電力）との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は風量と静圧との関係を示すグラフであり、（Ｃ）は風量と回転数との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態のプロペラファンの変形例を示す正圧側から見た正面図である。 本発明の実施形態のプロペラファンの変形例における図４に対応する図である。

以下、本発明に係る実施形態のプロペラファンについて、図面を用いて説明する。
図１および図２に示すように、本発明に係る実施形態のプロペラファン１０は、ファンモータの回転軸（図示省略）に取り付けられる回転軸部２０を備え、回転軸部２０は、二重に筒部を有する円筒形状に形成され、内筒部２１の中央に回転軸をとりつけるボス２４を有する。
また、回転軸部２０の外筒部２２は、内筒部２１の外側に、リブを介して強固に連結されている。

外筒部２２の外側には、外方に向かって形成された翼３０が回転軸部２０の周方向に沿って複数個（ここでは、例えば３個）設けられている。
翼３０は、板状の部材であり、回転軸部２０との接続側である基端部３１よりも、外周縁部３２の方が広くなっている。
翼３０の回転方向の前側（以後、「前側」ともいう。）である前縁部３３には、回転方向と反対側（以後、「後側」ともいう。）に位置する後縁部３４側に向かって湾曲する例えば円弧状の切欠き３５が設けられている。

図３に示すように、翼３０の基端部３１は、回転軸部２０の外筒部２２の外周面の周方向に沿って、外筒部２２に結合されている。
そして、翼３０は、翼３０の表面３０１が、回転軸部２０の周方向において、前縁部３３から後縁部３４に向かって、負圧側から正圧側に緩やかに湾曲するように形成されている。
これにより、プロペラファン１０が回転すると、空気は翼３０の切欠き３５において前縁部３３により切断され、翼３０の表面３０１沿って流れることで、正圧側に流れる。

図１および図４に示すように、翼３０の後縁部３４には、前縁部３３に向かって切欠部４０が設けられている。
切欠部４０は、後縁部３４から後方に開口するとともに、前縁部３３に向かって先細りとなる略Ｖ字形状に形成されている。

図４に示すように、切欠部４０は、翼３０の後縁部３４上の回転軸部２０側の点Ｅと点Ｅよりも回転軸部から離れる点Ａとの間に形成されており、切欠部４０の前縁部３３側の先端部４２における最も回転軸部２０側となる点を点Ｃとしたときに、翼３０には、点Ｅと点Ｃとを結ぶ直線ＬＣＥよりも切欠部４０側に延出する凸形状部４１（図１中ハッチング部分参照）が設けられている。

図５は、図４におけるＸとＸ´を結ぶ直線で切断されたプロペラファン１０の断面図であって、切欠部４０に凸形状部４１を設けた翼における翼の表面３０１および切欠部４０を流れる空気の流れを示している。
図５では、特に翼３０の表面３０１を流れる遠心方向の空気の流れを示している。

翼３０の表面３０１では、空気は翼の前縁部３３から後縁部３４へ周方向に流れるが、プロペラファン１０の回転数が大きくなっていくに従い、図５に示すような遠心方向の空気の流れが大きくなる。図５に示すように、翼３０の表面３０１を流れる遠心方向の空気Ｗ１のうちの一部の空気Ｗ２は切欠部４０を通って負圧側に流れることになる。本実施形態のように、翼の表面３０１から切欠部４０側に延出するように凸形状部４１を設けている。また、凸形状部４１の平面４１１を翼３０の表面３０１に対して負圧面側に傾斜させると、遠心方向の空気Ｗ１のうちの一部の空気Ｗ２は平面４１１に沿って負圧面側に流れてしまうが、本実施形態では凸形状部４１の平面４１１は翼の表面３０１に沿って延出しているので、切欠部４０から負圧側に流れる空気Ｗ２の量が抑制されることになる。
このように、切欠部４０から負圧側に流れる風の遠心成分を抑制して、風の遠心成分を有効に活用することができるようになるのでプロペラファンの風量を向上させることができ、ひいては低入力化を実現できる。

次に、このような凸形状部４１を設けた切欠部４０の形状を得るための、各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、及び、Ｆの好適な範囲（回転軸部２０の回転中心２３からの距離及び回転軸部２０周りの周方向の位置）について図４を参照しながら詳細に説明する。

先ず、翼３０において、回転軸部２０の回転中心２３から外側に最も離れた点までの距離Ｒ０を各点における回転中心２３からの距離の基準として、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及び、Ｅの回転中心２３からの距離が好適な距離となる範囲を以下に示す。
なお、点Ｆは、翼３０において、回転軸部２０の回転中心２３から外側に最も離れた点までの距離Ｒ０に等しい翼３０の外周上に位置するので、回転中心２３からの距離はＲ０である。
点Ｃの回転中心２３からの距離Ｒｉｎ１は、Ｒ０の０．６倍以上０．８倍以下の範囲内で選択されることが好ましく、点Ｅの回転中心２３からの距離Ｒｉｎ０は、Ｒｉｎ１よりも短くされることが好ましい。

また、点Ｄは、凸形状部４１の中の回転中心２３から外側に最も離れた点であり、点Ｄの回転中心２３からの距離Ｒｉｎ２は、距離Ｒｉｎ１の１.０倍以上１．２倍以下の範囲内で選択されることが好ましい。
点Ｃ、Ｅ、Ｄが上記のような範囲から選択される距離であることによって、回転中心２３から点Ｄまでの距離Ｒｉｎ２は、回転中心２３から点Ｃまでの距離Ｒｉｎ１以上であるとともに、回転中心２３から点Ｅまでの距離Ｒｉｎ０よりも長くなるので、確実に切欠部４０側に突出した凸形状部４１を形成することができる。

次に、点Ｂは、回転中心２３からの距離Ｒｉｎ３がＲ０の０．６倍以上０．８倍以下の範囲内で選択されることが好ましい。
本実施形態では、回転中心２３と点Ｃとを結ぶ線ＬＣの延長線上に位置するように点Ｂが設けられているが、点Ｂは、回転中心２３と点Ｃとを結ぶ線ＬＣの延長線上に位置することが必須ではない。
しかしながら、回転中心２３と点Ｃとを結ぶ線ＬＣを延長した直線上の位置は、回転軸部２０周りの周方向における点Ｂの好適な位置のうちの１つであるので、このように点Ｂを定めることで簡単に点Ｂの周方向の位置を決めることができる。

なお、切欠部４０の先端部４２は、点Ｂおよび点Ｃによって規定され、本実施形態では図４に示すような点Ｃと点Ｃよりも外側にある点Ｂの２つの点を有する幅のある形状であるが、先端部４２は、回転中心２３から点Ｂまでの距離Ｒｉｎ３をＲｉｎ１と等しくして、点Ｂが点Ｃに重なり収束するような形状としても良い。

また、点Ａは、回転中心２３からの距離Ｒｉｎ４が、Ｒ０より短く、且つ、距離Ｒｉｎ３よりも長い範囲内で選択されるのが好ましいが、点Ａの距離Ｒｉｎ４をＲ０と同じにして、点Ａを翼３０の外周縁部３２上（最外周上）に位置するようにして、例えば、図４中の点Ａ’で示すように、点Ａが点Ｆと重なって一致するようにしても良い。

次に、回転軸部２０周りの周方向の位置について説明する。
点Ｃ及び点Ｂの回転軸部２０周りの周方向の位置は、切欠部４０に必要な切り込み深さに応じて決定すればよい。
つまり、切欠部４０が、従来から設けられる切欠部と同様の効果を奏することができる程度の切り込み深さとなるようにすればよい。
なお、上述のように、回転中心２３と点Ｃとを結ぶ線ＬＣを延長した直線上に点Ｂを位置させる場合は、切欠部４０に必要な切り込み深さが得られるように点Ｃを決めるだけで良い。

点Ｆは、上述のように、翼３０の外周上の点であるとともに、翼３０の後縁部３４上の点でもある。
したがって、言い換えれば、点Ｆは、翼３０の最外周上（外周縁部３２上）に位置する後縁部３４の最も外側の点であり、この点Ｆは、点Ｃと回転中心２３とを結ぶ線ＬＣを基準として回転方向の角度で前端部側に１５°から後端部側に１５°の範囲内に配置されるのが好適である。

また、点Ｄは、点Ｃと回転中心２３とを結ぶ線ＬＣを基準として、回転方向の角度で後縁部側に５°から２５°の範囲内に配置されるが好適である。
さらに、点Ａは、少なくとも点Ａは点Ｃと回転中心２３とを結ぶ線ＬＣよりも後縁部側に配置されていればよく、回転中心２３と点Ｄとを通る直線ＬＤと、回転中心２３と点Ｅとを通る直線ＬＥとの間に配置されるのが好適である。

上記のような範囲内に点Ａ、Ｂが設けられることによって、点Ｅ、Ｄ、Ｃによって規定される切欠部４０の回転軸部２０側の縁部に対して好適な切欠部４０の外側の縁部を規定することができ、また、上記のような範囲内に点Ｆが設けられることによって、切欠部４０に隣接して外側に設けられるべき好適な翼３０の形状を規定することができる。

次に、切欠部４０に凸形状部４１を設けた具体的な実施例と、凸形状部４１を設けていない比較例について行った測定結果について説明する。
図６（Ａ）は比較例のプロペラファンの翼形状を示し、（Ｂ）は実施例のプロペラファンの翼形状を示す。

実施例の翼３０は、基準長さＲ０を２２０ｍｍとして点Ｂを点Ｃよりも少し回転中心２３からの距離を取る位置とするとともに、各点Ａ、Ｃ、Ｄについては回転中心２３からの距離を上述した好適な範囲内の略中心の距離として切欠部４０に突出する凸形状部４１を形成したものである。
また、比較例は、凸形状部４１を設けていないことを除き、その他の形状および寸法は、実施例と共通である。

図７は実施例および比較例に対する測定結果を示すグラフ表である。
図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）中に実線で示すのが実施例であり、破線で示すのが比較例である。
図７（Ａ）は風量と電力（投入電力）との関係を示すグラフであり、図７（Ｂ）は風量と静圧との関係を示すグラフであり、図７（Ｃ）は風量と１分間の回転数との関係を示すグラフである。
なお、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、横軸の風量の目盛は、同じである。

図７（Ａ）に示すように、同じ投入電力のときに比較例よりも実施例の方が風量が出せるようになっていることがわかる。
特に図７（Ｂ）に示す抵抗曲線との交点も比較例よりも実施例の方が風量が出せるようになっていることがわかる。
同様に、図７（Ｃ）の使用風量の時を見ると、実施例は少ない回転数で風量が得られていることがわかり、このことからも、低入力化が実現できていることが確認出来る。

このように、本実施形態のプロペラファン１０は、回転中心２３周りに回転する回転軸部２０と、回転軸部２０の周方向に複数設けられ、回転軸部２０から外方に向かって形成される翼３０とを有し、その翼３０に後縁部３４から前縁部３３側に向かって切欠部４０が設けられているが、切欠部４０に、切欠部４０側に突出する凸形状部４１を設けたことによって、切欠部４０から負圧側に流れる風の遠心成分を抑制して風の遠心成分を有効に活用することで低入力化（低消費電力化）を図ることができる。

以上、本発明のプロペラファンについて、具体的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の具体的な実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲における様々な変形及び改良を行っても良いことは言うまでもない。
例えば、上記実施形態では、各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、及び、Ｆの部分は角張った形状となっているが、これら各点の箇所は丸みを帯びた図８及び図９に示すような形状であっても良く、この場合、各点は、図９に示すように丸みを帯びた部分の頂点（最も出ている点）として規定される。
このように、技術思想を逸脱しない範囲における様々な変形や改良を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ プロペラファン
２０ 回転軸部
２３ 回転中心
３０ 翼
３２ 外周縁部
３３ 前縁部
３４ 後縁部
４０ 切欠部
４１ 凸形状部
４２ 先端部
ＬＣＥ 直線

Claims (3)

1. 回転中心周りに回転する回転軸部と、
   前記回転軸部の周方向に複数設けられ、前記回転軸部から外方に向かって形成される翼と、
   前記翼の回転方向の側と反対側に位置する後縁部から前記回転方向の側に位置する前縁部側に向かって形成される切欠部と、を備え、
   前記切欠部は、前記後縁部上の前記回転軸部側の点Ｅと前記点Ｅよりも前記回転軸部から離れる点Ａとの間に形成されており、
   前記切欠部の前記前縁部側の先端部における最も前記回転軸部側となる点を点Ｃとしたときに、
   前記翼が、前記回転中心から前記点Ｅまでの距離Ｒｉｎ０が前記回転中心から前記点Ｃまでの距離Ｒｉｎ１がよりも短く、前記点Ｅと点Ｃとを結ぶ直線よりも前記切欠部側に延出する凸形状部を有し、前記回転中心から外側に最も離れた前記凸形状部の点Ｄまでの距離Ｒｉｎ２が前記距離Ｒｉｎ１以上であることを特徴とするプロペラファン。
2. 前記回転軸部の前記回転中心から外側に最も離れた前記翼の点までの距離がＲ０であり、
   前記距離Ｒｉｎ１がＲ０の０．６倍以上０．８倍以下であり、
   前記回転中心から外側に最も離れた前記凸形状部の点Ｄまでの距離Ｒｉｎ２が、前記距離Ｒｉｎ１の１.０倍以上１．２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記先端部は、前記点Ｃと点Ｂとで規定され、
   前記先端部は、前記点Ｂが前記点Ｃに重なり収束する形状若しくは前記点Ｃと前記点Ｃよりも外側にある前記点Ｂの２つの点を有する幅のある形状のいずれかであり、
   前記回転中心から前記点Ｂまでの距離Ｒｉｎ３が、前記Ｒ０の０．６倍以上０．８倍以下であり、
   前記回転中心から前記点Ａまでの距離Ｒｉｎ４が前記Ｒ０より短く、且つ、前記距離Ｒｉｎ３よりも長く、
   前記点Ｄは、前記点Ｃと前記回転中心とを結ぶ線を基準として回転方向の角度で前記後縁部側に５°から２５°の範囲内に位置し、
   前記点Ａは、前記回転中心と前記点Ｄとを通る直線ＬＤと前記回転中心と前記点Ｅとを通る直線ＬＥとの間に位置することを特徴とする請求項２に記載のプロペラファン。

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