JP3337530B2 - 軸流ファンのブレード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば空気調和機の
室外ユニットにおいて、吸込み側に熱交換器が配置され
熱交換風を外部に吹出す送風機であり、特にそのファン
を構成する軸流ファンにおけるブレードに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば空気調和機の室外ユニットは、
図１１に示すように、ユニット本体１の内部が仕切り板
１ａで略２分され、一方の室２ａに圧縮機３が配置され
る。他方の室２ｂには、平面略直角状に屈曲される熱交
換器４が配置される。この熱交換器４と離間対向して、
送風機５が配置されている。

【０００３】上記送風機５は、そのファン吸込み側を上
記熱交換器４に対向し、吹出し側をユニット本体１前面
に設けられる吹出し口６に対向する。送風機５の構成
は、架台に取付け固定される電動モータ７と、この電動
モータの回転軸に嵌着されるファン８とからなる。

【０００４】上記ファン８の形状構造の選択にあたって
は、室外ユニットの薄形化が促進されて内部スペースが
狭く、かつ熱交換器４に対する熱交換効率を確保するた
めに、普通、軸流ファンが多用される。

【０００５】従来、上記軸流ファンは、図９に示すよう
に、上記電動モータ７の回転軸に嵌着固定される円筒状
のボスハブ１０と、このボスハブの周面に沿って設けら
れた翼であるブレード１１とからなる。図において、１
枚のブレード１１のみ示すが、普通、３枚もしくは４枚
のブレードが所定間隔を存して設けられることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
室外に配置されるユニットに用いられる送風機であって
も、送風騒音の低減化に努めなければならないが、近
年、ユニット薄形化の要望も大であって、それにともな
う送風機の薄形化をも満足しなければならない。

【０００７】送風騒音の主たる要因は、申すまでもな
く、軸流ファンの回転によるものであり、騒音の主成分
は周期性を持たない広帯域騒音である。すなわち、ファ
ンを回転させると翼面上に多数の乱流渦が生じ、送風作
用に寄与しない剥離域を生じる。この剥離域で発生した
渦が翼後方から放出されて騒音源になる。この騒音のエ
ネルギは、翼の周速の６乗と剥離域の厚さに比例するこ
とが知られている。

【０００８】したがって、周速を遅くして剥離域を薄く
することが、この種のファンの騒音低減に有効である
が、周速を遅くすると風量が減ってしまうことになるの
で、風速を抑え、しかも風量を確保しなければならな
い。

【０００９】そのための手段として、たとえば同図に示
すように、ブレード１１の先端部１１ａを根元部１１ｂ
に比べて回転方向（図において、時計回り方向）に大き
く突き出した形状構造を採用している。

【００１０】すなわち、ブレード１１の先端部を中心線
から左右（回転方向側と、反回転方向側）同一に振り分
けた形状であると、遠心力によって剥離域の流れが外側
に吹き寄せられ、厚くなってしまうのに対して、上述の
構造を採用すれば、翼面上の圧力が回転中心から遠くな
るにつれて増すので、剥離域の発達を抑制することにな
る。

【００１１】また、図１０に示すように、翼面を全体的
に吸込み側である負圧面側に湾曲形成させている。この
ことにより、翼面に垂直な遠心力の成分を圧縮力として
作用させ、模式的に示す剥離域Ｈを翼面に押し付けて、
剥離域をより薄くする。

【００１２】しかしながら、このような構成を採用して
もなお、ブレード１１に形成される剥離域Ｈが大きく、
送風騒音低減化の阻害要因となっている。そしてまた、
後流解析を行うと、従来のファンでは、図４で一点鎖線
変化Ｃで示すように、ブレードピッチが約０．５程度の
所で軸方向風速が大きく落ち込むことが実測されてい
る。

【００１３】すなわち、後流とは、再び図９および図１
０を参照するに、ファンの回転方向を基準にして、前の
ブレード１１の後縁１１ｄと、後ろのブレード１１Ａの
前縁１１ｃとの間の空間を流れる風を言う。

【００１４】ブレードピッチ１は、前後のブレード１
１，１１Ａの根元部１１ｂ，１１ｂ中心間隔であり、ブ
レードピッチ０．５は、前後のブレード根元部相互間の
空間部中心となる。したがって、たとえば前後のブレー
ドの後縁部と前縁部とが重なっていれば、後流がないこ
とになる。

【００１５】従来のファンでは、ブレードピッチが０．
５のところの後流の量である、いわゆる後流幅が大き
く、必要な送風量の抑制に繋がっている。一方、ファン
ブレード１１は、根元部１１ｂから先端部１１ａ、前縁
１１ｃから後縁１１ｄに亘る全面が、同一の肉厚で形成
されるのが普通である。しかもその肉厚は、送風作用に
影響のない程度に薄く設定されている。

【００１６】先に説明した空気調和機の室外ユニット
は、ユニット本体１を極く薄形にする一方、ここに配置
される送風機５のファン８周囲に沿ってベルマウスなど
の周辺機器が、極くわずかな間隔を存して設けられる。

【００１７】したがって、これら機器の組付け時に、誤
ってファンブレード１１の先端部１１ａに接触したり、
もしくは運搬時に製品を落下させてしまったときは、ブ
レード先端部が破断して亀裂が入り、もしくは欠損する
虞れがある。

【００１８】しかも、ブレード先端部１１ａにおいて
は、風の流れの乱れによる送風騒音の発生源にもなって
おり、破断や欠損の発生を確実に阻止しなければならな
い。本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、そ
の第１の目的とするところは、より送風騒音の低減を図
るとともに送風量の増大化をなす軸流ファンのブレード
を提供しようとするものである。

【００１９】第２の目的とするところは、特にファンブ
レード先端部の剛性を向上させて、破断や欠損事故から
守るとともに、この部分における騒音低減に寄与する軸
流ファンのブレードを提供しようとするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】第１の目的を満足するた
めこの発明の軸流ファンのブレードは、円筒状のボスハ
ブの周面に沿って複数枚の翼であるブレードを設けてな
る軸流ファンであり、上記ブレードは、前縁および後縁
から、それぞれブレード翼長に対して一定の比率のとこ
ろで、前縁を吸込み側である負圧面側より曲成して正圧
面側へ膨出変形させ、後縁を吹出し側である正圧面側よ
り曲成して負圧面側へ膨出変形させ、前縁側の比率より
も後縁側の比率を大きくした。さらに、前記後縁側の比
率を１／２〜１／５とし、前記前縁側の比率を１／１０
〜１／３０とした。

【００２１】また、第２の目的を満足するためこの発明
の軸流ファンのブレードは、円筒状のボスハブの周面に
沿って複数枚の翼であるブレードを設けてなる軸流ファ
ンであり、上記ブレードは、先端部が根元部に比べて回
転方向に大きく突き出した形状にされるとともに、吸込
み側である負圧面の先端部に、突起部を一体に有し、こ
の突起部はブレードの翼幅をγ、ブレード翼長をα、突
起部の幅寸法をΩ、突起部の長さ寸法をβとしたとき、
Ω／γ＝１／２０〜１／１０、β／α＝１／７０〜１／
４０に設定されている。

【００２２】

【作用】第１の発明において、前縁および後縁から、そ
れぞれブレード翼長に対して一定の比率のところで、前
縁を負圧面側より曲成して正圧面側に膨出変形させ、後
縁を正圧面側より曲成して負圧面側に膨出変形させたの
で、より送風騒音の低減を図るとともに送風量の増大化
をなす。

【００２３】第２の発明において、ブレードの吸込み側
である負圧面の先端部に突起部を一体に設けたので、特
にブレード先端部の剛性が向上し、かつこの部分の送風
騒音の低減を図る。

【００２４】

【実施例】以下、第１の発明の一実施例を、図面を参照
して説明する。図１（Ａ）は、従来と同様、例えば空気
調和機の室外ユニットに用いられる軸流ファンを、一部
省略して示す。

【００２５】ボスハブ１０は、従来のものと全く変わり
がない。ただし、ここに設けられる複数枚のブレード２
０（図では、１枚のみ示す）は、この先端部２０ａが根
元部２０ｂに比べて回転方向側である前縁２０ｃに大き
く突き出す一方、反回転方向側である後縁２０ｄは、回
転方向と直交する方向に直截状に形成される。

【００２６】すなわち、後述するようにブレード２０の
形状構造を限定することにより、後縁２０ｄ側の面積部
分を従来のものよりも小さくでき、材料削減化に寄与す
ることにもなる。

【００２７】同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿うところ
の、ブレード２０の先端部２０ａに沿う断面形状は、同
図（Ｂ）に示すようになっている。基本的には、従来と
同様、翼面を吸込み側である負圧面側に湾曲形成して、
翼面に垂直な遠心力の成分を圧縮力として作用させ、剥
離域を翼面に押し付けて、剥離域をより薄くする。

【００２８】ただし、この負圧面側に湾曲形成する部分
は、ブレード２０の前縁２０ｃおよび後縁２０ｄと、そ
の付近を除く。すなわち、ブレード翼長をＸとしたと
き、前縁２０ｃから長さＺのところまで、前縁を吸込み
側である負圧面側より曲成して、正圧面側に膨出変形さ
せている。また、後縁２０ｄから長さＹのところで、後
縁を吹出し側である正圧面側より曲成して負圧面側に膨
出変形させている。

【００２９】前後縁２０ｃ，２０ｄに対して、それぞれ
膨出変形をなす始点位置を変曲点Ｐｃ，Ｐｄと呼ぶとす
ると、前縁の変曲点Ｐｃを、前縁から Ｚ／Ｘ＝１／１
０〜１／３０ の範囲に備えると有効であることが、実
験的に判明した。

【００３０】同様に、後縁２０ｄの変曲点Ｐｄは、後縁
から Ｙ／Ｘ＝１／２〜１／５ の範囲に備えると有効
であることが、実験的に判明した。図２（Ａ）は、上述
の数値範囲に限定して製作したブレード２０における、
剥離域Ｈの発生状況を模式的に示す。前縁２０ｃと後縁
２０ｄの、それぞれ負圧面側に形成される剥離域Ｈの形
態が、従来のものと比較して極く小さくなり、送風騒音
の低減が得られることが分かる。

【００３１】なお、ブレード２０の前縁２０ｃと後縁２
０ｄにおける曲成方向と、それぞれの膨出方向は、先に
限定したように、正しく設定しなければならない。本発
明と逆方向の曲成と膨出変形をなすと、同一の結果が得
られない。

【００３２】すなわち、図２（Ｂ）のブレード２０Ａ
は、前縁２０ｃ´を吹出し側である正圧面側より曲成し
て負圧面側に膨出変形させ、後縁２０ｄ´を吸込み側で
ある負圧面側より曲成して正圧面側に膨出変形させた場
合である。

【００３３】このときは、前縁２０ｃ´および後縁２０
ｄ´において、剥離域Ｈａが本発明ファンよりも大きく
なって、従来と同様の欠点が見られる。図３に示す実線
変化Ｄは、先に説明したように、前縁２０ｃから変曲点
Ｐｃまでの距離Ｚを、ブレード翼長Ｘに対して Ｚ／Ｘ
＝１／１０〜１／３０ の範囲に備え、かつ後縁２０ｄ
から変曲点Ｐｄまでの距離Ｙを、後縁から Ｙ／Ｘ＝１
／２〜１／５ の範囲に備えた場合の、ファン回転数に
対する送風騒音の実測結果である。

【００３４】また、同図の一点鎖線変化Ｅは、先に図９
および図１０で説明した従来構造ののブレード１１を備
えた軸流ファンでの、実測結果である。このように、本
発明のファンは従来のファンと比較して、低速から高速
に亘るファン全回転数において、送風騒音が低下してい
る。

【００３５】図４に示す実線変化Ｆは、本発明の軸流フ
ァンにおける後流解析であり、後流幅が、従来構造のも
のよりも薄くなっており、境界層の発達を抑制して、送
風量の増大を得られ、送風騒音の低減を図れることとな
る。

【００３６】図５（Ａ）は、前縁２０ｃの変曲点Ｐｃ
を、前縁から Ｚ／Ｘ＝１／１０〜１／３０ の範囲に
備える限定事項の基礎データである。すなわち、同範囲
に設定することにより、送風騒音を低いレベルに保持で
きるが、Ｚ／Ｘ＝１／１０以上の位置に設定したり、ま
た１／３０以下の位置に設定することにより、騒音増大
が顕著になる。

【００３７】同図（Ｂ）は、後縁２０ｄの変曲点Ｐｄ
を、後縁からＹ／Ｘ＝１／２〜１／５の範囲に備える限
定事項の基礎データである。すなわち、同範囲に設定す
ることにより、送風騒音を低いレベルに保持できるが、
１／２以上の位置に設定したり、また１／５以下の位置
に設定することにより、騒音増大が顕著になる。

【００３８】図６（Ａ）は、第２の発明における軸流フ
ァンの一実施例を示す。ブレード３０の基本的な形状
は、先に説明したものと変わりがない。ただし、ここで
はブレード３０の吸込み側である負圧面の外周部に、一
体に突起部３１を設けてなる。

【００３９】上記突起部３１は、ブレード翼幅をγ、ブ
レード翼長をα、突起部の幅寸法をΩ、突起部の長さ寸
法をβとしたとき、 Ω／γ＝１／２０〜１／１０の範
囲に設定し、β／α＝１／７０〜１／４０の範囲に設定
することが必要である。

【００４０】また同図（Ｂ）に示すように、突起部３１
は、ブレード先端部３０ａの肉厚をａ、突起部３１の厚
さをｂとしたとき、ｂ＝０．５ａ〜１．５ａの範囲に設
定することが必要である。

【００４１】図７（Ａ）は、突起部３１の幅寸法Ω／ブ
レード翼幅γ＝１／２０〜１／１０の範囲に備える限定
事項の基礎データである。すなわち、同範囲に設定する
ことにより、送風騒音を低いレベルに保持できるが、１
／２０以下の範囲と、１／１０以上の範囲において騒音
の著しい上昇が現れる。

【００４２】同図（Ｂ）は、突起部の長さ寸法β／突起
部の幅寸法α＝１／７０〜１／４０の範囲に備える限定
事項の基礎データである。すなわち、同範囲に設定する
ことにより、送風騒音を低いレベルに保持できるが、１
／７０以下の範囲と、１／４０以上の範囲において騒音
の著しい上昇が現れる。

【００４３】図８は、突起部３１の厚さｂ＝０．５×ブ
レード先端部３０ａの肉厚ａ〜１．５ａの範囲に備える
限定事項の基礎データである。すなわち、同範囲に設定
することにより、送風騒音を低いレベルに保持できる
が、０．５ａ以下の範囲と、１．５ａ以上の範囲におい
て騒音の著しい上昇が現れる。

【００４４】このようにして突起部３１を備えることに
より、ブレード先端部３０ａの肉厚を薄くとりながら強
度の増大を得られ、ある程度の衝撃から損傷を免れると
ともに送風騒音の低減を得られる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、先端部
が根元部に比べて回転方向に大きく突き出した形状で、
前縁および後縁からブレード翼長に対して一定の比率の
ところで、前縁を負圧面側より曲成して正圧面側へ膨出
変形させ、後縁を正圧面側より曲成して負圧面側に膨出
変形させ、前縁側の比率よりも後縁側の比率を大きくし
たブレードであるから、より送風騒音の低減を図るとと
もに送風量の増大化をなす効果を奏する。

【００４６】また、先端部が根元部に比べて回転方向に
大きく突出した形状にされるとともに、負圧面の先端部
に突起部を一体に有し、この突起部はブレードの翼幅を
γ、ブレード翼長をα、突起部の幅寸法をΩ、突起部の
長さ寸法をβとしたとき、Ω／γ＝１／２０〜１／１
０、β／α＝１／７０〜１／４０に設定されたブレード
であるから、特にブレード先端部の剛性を向上させて、
ベルマウスとの接触による破断や折損事故から守るとと
もに、この部分における送風騒音の低減に寄与するなど
の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、第１の発明における一実施例を示
す、軸流ファンの一部省略した正面図。（Ｂ）は、同図
（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図。

【図２】（Ａ）は、同実施例の、ブレードに対する剥離
域の形態を模式的に示す図。（Ｂ）は、別仕様の、ブレ
ードに対する剥離域の形態を模式的に示す図。

【図３】同実施例構造のブレードと、従来構造のブレー
ドの、ファン回転数に対する送風騒音特性を示す図。

【図４】同実施例構造のブレードと、従来構造のブレー
ドの、ブレードピッチに対する軸方向風速特性を示す
図。

【図５】（Ａ）は、同実施例の、Ｚ／Ｘに対する騒音特
性を示す図。（Ｂ）は、同実施例の、Ｙ／Ｘに対する騒
音特性を示す図。

【図６】（Ａ）は、第２の発明における一実施例を示
す、軸流ファンの一部省略した正面図。（Ｂ）は、同図
（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図。

【図７】（Ａ）は、同実施例の、Ω／γに対する騒音特
性を示す図。（Ｂ）は、同実施例の、β／αに対する騒
音特性を示す図。

【図８】同実施例の、ｂに対する騒音特性を示す図。

【図９】本発明の従来例を示す、軸流ファンの一部省略
した正面図。

【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図。

【図１１】送風機を配置した空気調和機の室外ユニット
の概略平面図。

【符号の説明】

１０…ボスハブ、２０，３０…ブレード、２０ｃ…前縁
部、２０ｄ…後縁部、３１…突起部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 29/38

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状のボスハブの周面に沿って複数枚の
   翼であるブレードを設けてなる軸流ファンであり、 上記ブレードは、先端部が根元部に比べて回転方向に大
   きく突き出した形状にされるとともに、 前縁および後縁から、それぞれブレード翼長に対して一
   定の比率のところで、 前縁を吸込み側である負圧面側より曲成して正圧面側へ
   膨出変形させ、 後縁を吹出し側である正圧面側より曲成して負圧面側へ
   膨出変形させ、前記前縁側の比率よりも前記後縁側の比率を大きく した
   ことを特徴とする軸流ファンのブレード。
2. 【請求項２】前記後縁側の比率を１／２〜１／５とし、
   前記前縁側の比率を１／１０〜１／３０としたことを特
   徴とする請求項１記載の軸流ファンブレード。
3. 【請求項３】円筒状のボスハブの周面に沿って複数枚の
   翼であるブレードを設けてなる軸流ファンであり、 上記ブレードは、先端部が根元部に比べて回転方向に大
   きく突き出した形状にされるとともに、 吸込み側である負圧面の先端部に、突起部を一体に有
   し、この突起部はブレードの翼幅をγ、ブレード翼長を
   α、突起部の幅寸法をΩ、突起部の長さ寸法をβとした
   とき、Ω／γ＝１／２０〜１／１０、β／α＝１／７０
   〜１／４０に設定されていることを特徴とする軸流ファ
   ンのブレード。