JP2747497B2 - 小形軸付フアン用羽根 - Google Patents

小形軸付フアン用羽根

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JP2747497B2
JP2747497B2 JP1131585A JP13158589A JP2747497B2 JP 2747497 B2 JP2747497 B2 JP 2747497B2 JP 1131585 A JP1131585 A JP 1131585A JP 13158589 A JP13158589 A JP 13158589A JP 2747497 B2 JP2747497 B2 JP 2747497B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は自動車部品たとえば自動車用スーパチャージ
ャ等の如く、小形でオイルバス潤滑方式を採用している
機械、あるいは石などの飛来物がある雰囲気で用いられ
るオイルバス潤滑方式の機械における空冷用の小形軸付
ファン用羽根及び小形軸付ファンに関するものである。
(従来技術) たとえば自動車用のスクリュー式スーパチャージャは
高速回転(高速ロータで約30,000rpm)するので、潤滑
方式としてオイルバス方式を採用すると潤滑油の温度が
非常に高くなる(鉱物系油の限度150℃をこえる場合が
ある)。
従来のルーツ式スーパーチャージャは回転数が低いの
で、潤滑油の温度上昇は問題とはならなかったが、上述
したようにスクリュー式のスーパチャージャは回転数が
高いので、歯車室内の機械損失も大きくなるため、潤滑
油の温度を低下させる方法で当業者は苦労している。そ
こで最近、軸付冷却ファンでケーシングを積極的に冷却
する方法が行われている。
第7図は現在広く知られている自動車用発電機の板金
製冷却ファンの羽根である。この羽根の場合第9図に示
す様に、花弁形にカットした板金に長孔7を設け、この
長孔7の端部にスリット7′を入れてハッチング部8を
折曲げ線9の位置で、第8図の如く折り曲げてファン用
の羽根を成形している。この様な羽根を回転させると、
空気は遠心力によって半径方向に放射状に流れることに
なる。
第10(a)図は第7図の羽根1′を使って軸方向に空
気を流す方法を示す。第10図に示す様に外筒10を用い
て、機械本体11との間に円筒状空隙12を構成することに
よって、軸方向流れを発生させている。つまり、羽根
1′における空隙12に対応する部分がふさがっているの
で、この羽根1′が回転することによって、空気は空隙
12を通って半径方向に吹き出される。
又第10図(b)は自動車用発電機に用いた例を示す。
外側ケーシング13と回転対14とにはさまれた空隙15を通
った空気を羽根1′の外端部より半径方向に押し出すこ
とにより、軸方向に空気流を発生している。
以上2つの例で見られるように外筒や外側ケーシング
等を必要とし、構造的に複雑化せざるを得ず、したがっ
て価格的にも不利であった。
(発明により解決しようとする課題) 従来技術の問題点に鑑み、小形で安価かつ多量生産可
能であり、しかも高速回転にも耐えられる軸付冷却ファ
ン用の羽根及びこれを使用した小形軸付ファン用羽根を
提供することを目的とする。
(発明による課題の解決手段) 中心部に軸穴を有する円板状金属薄板の外周に半径方
向に向けて等間隔で成形した複数個の翼2の基部に、翼
2の巾より短いスリット3を略円周方向に設け、該スリ
ット3の端部位置で、半径方向の折り曲げ線4を以て前
記複数個の翼2を同一方向に折曲げ、 前記スリット3の軸側形状を軸心O1を中心とした軸の
半径R1に等しい半径の円弧とし、又スリット3の翼側形
状を前記半径R1よりやゝ大きな半径R2の円弧とし、その
中心O2は軸心O1からx軸方向風下側にCx、y軸を翼外周
に向ってCyだけ若しくは翼外周方向とは反対方向にCyだ
け移動した点としたことを特徴とする。
又、中心部に軸穴を有する円板状金属薄板の外周に半
径方向に向けて等間隔で成形した複数個の翼2の基部
に、翼2の巾より短いスリット3を略円周方向に設け、
該スリット3の端部位置で、半径方向の折り曲げ線4を
以て前記複数個の翼2を同一方向に折曲げ、羽根を取付
ける軸6に円筒6′を嵌挿し、該円筒6′に対し翼2の
下流側下端部を溶接して固定した。
(実施例) 第1図〜第5図に基いて説明する。第1図は翼2をプ
レス成形して折曲げる前の形状を示し、第2図〜第4図
は折曲成形後の翼形状を示す。第5図はこの翼を備えた
羽根を用いた軸付ファンである。
さて、ファンの羽根は先ず第1図に示す様に、花形に
金属薄板をカットする(図では5枚翼としているが何枚
でも構わない。又翼の形状は図のものに限定しない)。
次に翼2の基部2′に翼2の巾より短いスリット3を入
れる。このスリットは図に示す様に、翼2の一方の基端
部から円周方向に入れる。次に第4図に示す様に、半径
方向の折り曲げ線4で翼2をすべて同一方向に同一角度
折り曲げる。
この様にプレス成形してつくった羽根で軸付ファンを
構成するには、第5図に示すように、羽根1の軸孔を軸
6の小径部6aに嵌入し、羽根1の本体部をボルト5によ
って軸6の大径部端面6bに取付ける。これで軸付ファン
が構成される。取付方法としては、この外に図では示さ
ないが、軸の小径部にねじを設け、段付部端面にナット
等で羽根を締付ける方法でも良い。
このように構成したので、軸6が回転すると、羽根1
の周辺に設けた翼2によって、軸方向の空気流(第6図
矢印)を発生させることができる。
なお本発明は軸付ファンの羽根のみでなく、液体用と
しても使用できる。
また、例えばかき氷用の小さなカッタの刃などもこの
構成にすることができる。
さて、上に述べた軸付ファンの羽根1を軸6に取付け
る場合についてさらに検討する。翼片の基部2′(第2
図)と軸6とで出来る接触線は第11図に示す様に、軸心
に対してβだけ傾いている。ファンの性能をよくするに
は第14図(b)に示す様に、翼2の基部2′を軸6の外
周面に接触させるのが望ましい。
第14図(a)はこの様にする為の羽根の板取形状を示
し、スリット3の軸側形状3aは軸半径R1の円弧状である
が、翼側形状3bは真円状にはならず、円以外の2次曲線
となる。この2次曲線を実際加工するのは、真円弧の形
状よりはるかに難しい加工となる。
更に第4図は翼2を直線上の翼形に折り曲げた場合を
示すが、第13図に示す様に曲線状に折り曲げた場合には
軸6と翼2′との接触線は、第12図に示す様に軸6の外
周面を3次元的に曲がる曲線となる。つまり、曲線状に
成形した翼の場合には、第14図(a)に示す翼側スリッ
ト3bの形状は複雑な曲線となるので、この曲線の加工は
更に難しくなる。
このように複雑な翼側スリットの形状の加工を容易に
する方法として、近似曲線を用いる方法がある。これに
ついて以下第15図〜第17図を参照して説明する。
1)第15図の場合;スリットを軸側の円弧形状(半径
R1)のみにする場合である。スリット3としては最も簡
単であるが、軸6に取付けた場合、第15図(b)に示す
様に軸6と翼2間に干渉部16が生じ、取付け不能とな
る。
2)第16図の場合;翼側の形状を軸側形状半径R1の中心
と同心の半径R2の円弧(R2はR1よりやや大き目)とする
場合である。第15図(b)における干渉部16がなくなる
が、第16図(b)に示す様に、スリット3の上流側に行
く程大きくなる隙間17が生じるので、ファン性能上好ま
しくない。
3)第17図の場合;翼側を直線状に加工する場合であ
る。加工法としては簡単であるが、第17図(b)に示す
様に、翼下流側に大きな隙間18が生じ、ファン性能上好
ましくない。
さて、上記3つの近似法の欠点を平均的に補う近似法
として第18図に示す方法を提案する。即ち、軸側スリッ
ト形状3aは軸6の半径R1とする。又翼側スリット形状3b
は円弧で近似するが、その円弧の半径R2は次のようにき
める。半径R2は軸6の半径R1よりやや大き目にし、半径
R2の中心O2は半径R1の中心O1を原点として、x軸方向で
風下側Cx、y軸方向で翼外周に向けてCyだけ移動した点
とする。この場合、Cx,Cyの移動量は軸6の半径R1に対
してその1%〜5%が適当である。第18図(a)ではCy
を翼外周と反対の側にとった場合を示す。
このように翼側スリット形状3bが円弧状とすると理論
計算上の取扱いが容易となる。又半径R2,中心O2の座標
値(Cx,Cy)の寸法を最適に選べば第18図(b)に示す
様に、軸6に組付けたときスリット3全体にわたってほ
ぼ平均的な軸6との間の隙間で、しかも他の近似形状よ
りもずっと小さな隙間にすることができる。
次にファンの強度上の問題について考察する。さて前
述のごとく羽根1を回転させると軸方向に風が流れる
(第6図)。一方、羽根を回転することによって翼2に
遠心力が働く。第21図において遠心力Fは翼2の重心が
羽根1の本体部19に対して幾分ずてれいるので、その結
果本体部19に対して曲げモーメントMを発生させる。も
し羽根1の許容量以上にモーメントMが大きくなると、
羽根1は第21図の仮想線で示すように風上側に折れ曲が
る。
そこで、この曲げモーメントMに対する対策として、
羽根1の翼下流端20側の基部を軸6に嵌挿した円筒6′
に対し点溶接21して補強するようにした。
こうすることによって、第21図に示す様な翼2の基部
に作用するモーメントMは羽根基部のみならず、点溶接
部21でも受けもつことができるので、遠心力Fによって
羽根1が風上側軸方向に折れ曲がるのを防ぐことが可能
となる。
次にファンの強度に影響を及ぼすスリットの形状につ
いて考察する。第22図のごとくスリット3を構成する軸
側と翼側の二曲線3aと3bとが折れ曲げ線4の部分で交わ
り、この部分にノッチ22が生じる。この様なスリットの
形状では、ファンを回転させると、翼2の基部2′に生
じる応力がノッチ22の効果に基づく応力集中によって高
められ、回転数を上げることができず、ファンの送風性
能を高めることができない。
又このような翼2では翼の上流端が中心線23に平行に
加工されているので、翼2の基部の幅W(第22図)が小
さくなる。このことも遠心力によって生じる応力を高め
ることになる。更に、折り曲げ線4の位置がノッチ22の
部分と一致しているので、翼の曲げ成形時、ノッチ22の
位置に残留応力や微小クラックを残すおそれがあり、こ
の結果、ファンの許容回転数を下げることになる。
第23図は上記の問題を解決するスリットを示し、スリ
ット3形成する軸側と翼側の二曲線3aと3bとの交わる部
分に応力緩和のための孔24を設けている。又翼上流端25
には角度θをつけて翼2の基部2′の幅Wを大きくして
いる。さらに折曲げ線4の位置を孔24の端部26より下流
側にずらせて孔24の略中央部にした。このようにして、
曲げ成形時に生ずる残留応力や微小クラックを最も危険
な部分からずれたところに位置させている。
以上のようなスリットの形状にしたので、ファンを回
転させる時、翼2の基部2′に遠心力によって応力が発
生するが、スリット3のノッチによる応力集中効果が緩
和され、且つ発生する応力そのものも翼の幅が大きくな
っているので、その応力は小さくなる。更に、折り曲げ
線4の位置が孔24の端26のくびれ部分からずれているの
で、曲げ成形時の残留応力や微小クラックによる強度面
での悪影響を少くできるようになる。
(効果) 本発明によれば、第9図,第10図に示す様な外筒10や
外側ケーシング13がなくても軸6に取付けるだけで、軸
方向空気流を発生させることができる軸付ファンを容易
に構成することができる。
又、本発明による軸付ファンの羽根は板金製であるの
で、強度的にも、又耐熱性の点でも優れている。
さらに又、溶接の如き接着を必要とせず、プレス成形
により多量生産可能であるので、安価にこれを供給する
ことができる。
翼の基部に設けたスリットを形成する翼側と軸側の形
状を中心位置のずれた円弧で形成したので、スリットの
加工が容易となったのは勿論、軸に組付けた時の軸と翼
との隙間を最小限に押えることが出来、ファンの性能低
下を最小限に留めることができる。
軸に円筒を嵌め、これに翼の下端を溶接したので、フ
ァンの許容回転数を上げることができ、従ってファンの
性能をより向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る羽根の平面図。 第2図は一枚の翼の正面図。 第3図は第2図のIII矢視図。 第4図は第2図のIV−IV断面図。 第5図は本発明に係る羽根を軸に取付けた状態を示す。 第6図は本発明に係る羽根を取付けた軸を回転したとき
の空気流の状態を示す。 第7図は公知ファン用羽根の平面図。 第8図は第7図のVIII−VIII断面図。 第9図は公知ファン用羽根の加工方法を示す図。 第10図(a)は公知ファン用羽根を用いて軸方向流れを
発生させる方法を示す。 第10図(b)は同じく別の軸方向流れの発生方法を示
す。 第11図は翼を直線状に折曲げた場合の翼下縁と軸との接
触線を示す。 第12図は翼を曲線状に折り曲げた場合の翼下縁と軸との
接触線を示す。 第13図は曲線状に折り曲げた翼の断面図。 第14図(a)は翼の下縁を軸に接触させる場合のスリッ
ト形状を示す。 第14図(b)は第14図(a)のスリット形状の場合の翼
と軸の関係を示す図。 第15図(a)はスリットを軸側の形状のみで成形した場
合の翼。 第15図(b)は第15図(a)のスリット形状の場合の翼
と軸との関係を示す図。 第16図(a)はスリットの形状を半径の異る同心円にし
た場合を示す図。 第16図(b)は第16図(a)のスリット形状の場合の翼
と軸との関係を示す図。 第17図(a)は翼側を直線にした場合のスリット形状を
示す図。 第17図(b)は第17図(a)のスリット形状の場合の翼
と軸の関係を示す図。 第18図(a)は本発明に係る翼と軸が略接触するための
近似曲線で成形したスリット形状を示す図。 第18図(b)は第18図(a)によるスリット形状にした
場合の翼と軸との関係を示す図。 第19図は軸に円筒を嵌め、これに翼を点溶接して補強し
たものの正面図。 第20図は第19図のXX矢視図。 第21図は翼の補強をしない場合の変形状態を示す図。 第22図は第1図に示す如き翼のスリットにした場合のス
リットの詳細図。 第23図は本発明により改良されたスリットを有する翼形
を示す図。 図において; 1……(本発明による)羽根 1′……(公知の)羽根 2……翼、2′……(翼の)基部 3……スリット、4……(翼の)折り曲げ線 5……ボルト、6……軸 6′……円筒、7……長孔 7′……スリット 8……(翼となる)ハッチング部 9……折り曲げ線、10……外筒 11……機械本体、12……空隙 13……外側ケーシング、14……回転体 15……空隙、16……干渉部 17……隙間、18……隙間 19……(羽根の)本体部、20……翼下流端 21……点溶接部、22……ノッチ 23……中心線、24……孔 25……翼上流端、26……(孔の)端部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中心部に軸穴を有する円板状金属薄板の外
    周に半径方向に向けて等間隔で成形した複数個の翼
    (2)の基部に、翼(2)の巾より短いスリット(3)
    を略円周方向に設け、該スリット(3)の端部位置で、
    半径方向の折り曲げ線(4)を以て前記複数個の翼
    (2)を同一方向に折曲げ、 前記スリット(3)の軸側形状を軸心O1を中心とした軸
    の半径R1に等しい半径の円弧とし、又スリット(3)の
    翼側形状を前記半径R1よりやゝ大きな半径R2の円弧と
    し、その中心O2は軸心O1からx軸方向風下側にCx、y軸
    を翼外周に向ってCyだけ若しくは翼外周方向とは反対方
    向にCyだけ移動した点としたことを特徴とする小形軸付
    ファン用羽根。
  2. 【請求項2】中心部に軸穴を有する円板状金属薄板の外
    周に半径方向に向けて等間隔で成形した複数個の翼
    (2)の基部に、翼(2)の巾より短いスリット(3)
    を略円周方向に設け、該スリット(3)の端部位置で、
    半径方向の折り曲げ線(4)を以て前記複数個の翼
    (2)を同一方向に折曲げ、羽根を取付ける軸(6)に
    円筒(6′)を嵌挿し、該円筒(6′)に対し翼(2)
    の下流側下端部を溶接して固定したことを特徴とする小
    形軸付ファン用羽根。
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