JP3653144B2 - 横流ファン、ファンコマ成形型及びファンコマ成形型製造方法 - Google Patents

横流ファン、ファンコマ成形型及びファンコマ成形型製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機の室内ファン等に適用される横流ファン、この横流ファン成形用の型、及びこの成形型の製造方法に係わり、特に、傾斜スキューブレードを備えた横流ファン、その横流ファンに用いられるファンコマの成形型及びそのファンコマ成形型の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、この種の横流ファンを室内ファンとして組み込む空気調和機の一例として、図18に示すものがある。図18によれば、室内機100の本体ケーシング101の前面101aに、吸込グリル102と吹出グリル103とを図中上下に配設し、これら吸込グリル102と吹出グリル103とをファンケーシング104内の通風路105により連通している。
【0003】
そして、この通風路105には、室内側熱交換器106の下流側に室内ファンとして横流ファン107を配設し、吸込グリル102から本体ケーシング101内へ吸込んだ室内空気を室内側熱交換器106で熱交換して、冷風又は暖風を横流ファン107により吹出グリル103から室内へ吹き出されて冷房又は暖房を行なうようになっている。
【0004】
ところで、上述した空気調和機では、送風時の異常音を低減することが高性能化を図る上で特に望まれている。そして、異常音の主要なものとして、ノーズ108と横流ファン107との間の隙間及びその近傍に圧力変動に基づく渦が生じ、この渦部により発生する翼ピッチ音と呼ばれる異常音があり、この翼ピッチ音等の異常音を減じることが重要になっている。
【0005】
翼ピッチ音等の異常音を減じるための諸策として、従来では、図19に示すように、ブレード110をファン軸Oに対して所定の角度傾斜させて配置させた横流ファン107Aが知られている(なお、このようなブレード110を傾斜スキューブレードといい、これに対して、ブレード110をファン軸Oと平行に配置されたブレードをストレートブレードという)。この横流ファン107Aは、複数のブレード110を有するファンコマ111を複数個同心状に固着して形成されている。この構成によれば、ブレード110を所定の角度傾斜させて配置しているため、当該ブレード110とノーズ108との間隔で発生する渦(圧力変動)を分散させて翼ピッチ音を低減させることができる。
【0006】
また、複数の傾斜スキューブレード110を仕切板112上に複数種類の間隔(ランダムピッチ)で設けることにより、傾斜スキューブレード110により減じた回転音のピーク周波数を分散させる構成も知られている。
【0007】
さらに、翼ピッチ音等の異常音を減じるための他の諸策として、ブレードをファン軸に対し所定の捩じれ角及び捩じれ方向で螺旋状に配置する構成(以下、このブレードを螺旋スキューブレードといい、この螺旋スキューブレードを有するファンを螺旋スキューファンという)も知られており、上述した渦部の分散効果がある。
【0008】
一方、上述した傾斜スキューブレードを有する横流ファン107Aから吹出される空気流は、そのファンのブレードのスキュー傾斜角度がファン軸Oに対して所定方向のみに定められているため、図20に示すように、ファン軸Oに直交する方向対して常に所定の角度α1 を有する斜め方向のみに流れていた。したがって、使用目的に応じて空気流の吹出方向を調整することが困難であり、また、図20に示すように、横流ファン107Aの軸方向端部が送風の無い範囲(無風範囲)となるか、あるいは送風量が不安定な範囲115となり、均一且つワイドな送風範囲が得られないという問題も生じていた。
【0009】
そこで、特開平5−340380号公報には、図21に示すように、横流ファン107Bのファン軸Oの中心を通り当該ファン軸Oに直交する位置(境界位置)Bを境にして、左右のスキュー傾斜方向を変えることにより、異なる二方向に空気流を吹出す構成が開示されている。例えば、向かって左側の空気流がファン軸Oに直交する方向対して常に所定の角度α1を有する斜め方向に流れ、向かって右側の空気流はファン軸Oに直交する方向対して常に所定の角度α2を有する斜め方向に流れる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図22は、図19に示した横流ファン107Aを構成する傾斜スキューブレード110を有するファンコマ111の側面図であり、図23は、当該ファンコマ111を仕切板側から当該仕切板を透かして見た図である。そして、図24は、図23に示したファンコマ111におけるブレード110の拡大図である。
【0011】
図24に示すように、傾斜スキューブレードにおいては、ブレード110の立設方向に沿った周縁(この周縁の内、ファン軸Oに対して最も遠い周縁を外周縁110aと呼び、ファン軸Oに対して最も近接した周縁を内周縁110bと呼ぶ)が直線状に形成されているため、図25に示すように、ファン軸Oからブレード外周縁110aまでの距離(ファン半径R)は、当該外周縁110a中央部において図25の斜線で示すように小さくなっていることが分かる。ブレード外周縁110aが回転軸Oに対して遠ければ遠いほど送風性能が高いため、傾斜スキューブレードを有する送風ファンは、通常のストレートブレードを有する送風ファンに対して送風量が低下してしまうという問題点が生じていた。
【0012】
また、傾斜スキューブレード110を有するファンコマ111を備えた横流ファンを回転させた時のブレード外周縁110aの周方向の位置と当該ブレード外周縁110a及びノーズ108の隙間(ノーズ隙間)との関係を図26乃至図27(A)及び(B)に示す。なお、図27(A)及び(B)は、図26における破線円で示した部分の拡大図であり、図27(A)と図27(B)とでは、回転によりブレード110の周方向の位置が異なっている。
【0013】
図27(A)及び図27(B)に示すように、ノーズ隙間は、ノーズ108のブレード110に最も近接する角部108aに対するブレード外周縁110aの位置によって異なる。すなわち、ファンの回転に応じてノーズ角部108aとブレード外周縁110aの中央部が最近接した場合のノーズ隙間C1 (図27(A)参照)と、同じくファンの回転に応じてノーズ角部108aとブレード外周縁110aの端部が最近接した場合のノーズ隙間C2 (図27(B)参照)とでは、「C1 >C2 」となっていることが分かる。
【0014】
ノーズ隙間と静圧力とは密接な関係があり、傾斜スキューブレードでは、ファン回転によりノーズ隙間が変化してブレード外周縁方向(長手方向)に静圧分布が発生し、この結果、異常音が発生する。
【0015】
特に、ランダムピッチ化した傾斜スキューブレード110A(図28参照)を用いて横流ファン107Cを構成した場合においては、図29に示すように、ブレード110Aとノーズ108との間隔で発生する渦Wの大きさ(渦半径r)がファン回転数の整数倍の周期で変動し(図30参照)、さらに上述したノーズ隙間の横流ファン107Cにおけるファン軸O長手方向の変動により、そのランダムピッチ化による渦の大きさ(渦半径r)の変動が増大するため(図31参照)、異常音がより大きく発生するという傾向を有していた。
【0016】
また、傾斜スキューブレードにおけるスキュー傾斜角は、大きければ大きいほど翼ピッチ音抑制効果が高いことが知られている。
【0017】
しかしながら、図32に示すように、傾斜スキューブレード110を有するファンコマ111をモールド成形で製造し、その成型品(ファンコマ111)を図示しない下金型から抜き出す場合においては、ブレード傾斜方向へファンコマをその軸心回りに回転させながら下金型から抜き出しているため(その抜き方向Dを図32に示す)、スキュー傾斜角を十分にとり、その傾斜スキューブレード部分に普通の抜きテーパを設けた場合では、図32に示すように当該傾斜スキューブレード110の外周縁110a及び内周縁110b部分に回転によるアンダーカットが生じてしまい、抜き出すことが困難であった。
【0018】
つまり、スキュー角度を増大させるためには、この回転によるアンダーカットを回避しなければならない。このアンダーカットを回避してスキュー角度を増大方法として、図33に示すように、傾斜スキューブレード110' の抜きテーパを大きくとることが考えられるが、不必要にブレード形状が崩れることになり、送風性能の悪化を招いた。
【0019】
また、従来の螺旋スキューファンでは、ブレードが螺旋状に成形されるため、モールド成形した場合その螺旋形状部分においてアンダーカットが生じ、下金型から抜き出すことが困難であり、コマつなぎ製法等を用いることが困難であった。
【0020】
この理由から、従来の螺旋スキューファンでは、一般的なストレート(傾斜していない)形状の金属製及び樹脂製のファンを、外力を加えて所定方向へ捩じって螺旋スキューブレードを形成していたが、その外力の捩じりに基づく捩じり残留応力がファン内部に残り、ファンの信頼性を低下させていた。
【0021】
一方、特開平5−340380号公報に開示された構成の横流ファンでは、確かに異なる二方向に空気流を送風することができるが、図21に示すように、横流ファン107Bの軸方向両端部が無風範囲115A,115Bとなるか、あるいは送風量が不安定な範囲となり、サージング現象を引き起こすという問題が生じていた。また、左右で傾斜方向を反対にして送風方向が左右に広がるように変えても、今度は横流ファン107Bの中心軸に沿った中央部分からの送風が減少し、同じくサージング現象を引き起こしてしまった。
【0022】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので、その目的は、送風性能を高度に維持したままで翼ピッチ音等の騒音を有効に低減させることができる横流ファン、並びにそのような利点を有する横流ファンを構成するファンコマを成形するためのファンコマ成形型及びそのファンコマ成形型を製造する方法を提供することにある。
【0023】
また、本発明の他の目的は、サージング現象を起こすことなく均一且つワイドな送風範囲及び良好な送風量が得られる横流ファンを提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるため、本発明の横流ファンでは、請求項1記載にしたよに、ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設された複数のブレードを有するファンコマを複数個同心状に配設して形成された横流ファンにおいて、前記各ブレードにおける前記ファン軸に対して最も離れた周縁(外周縁)及び前記ファン軸に対して最も近接した周縁(内周縁)を前記ファン軸に対して外方に湾曲させている。
【0025】
請求項2に記載した横流ファンによれば、前記複数のブレードは、隣接するブレード間のピッチがランダムになるように環状に立設されている。
【0026】
請求項3に記載した横流ファンによれば、前記各ブレードの外周縁は、当該外周縁における前記ファンコマ接合側端部と前記ファン軸とを接続する線分Rout 0を曲率半径として描かれる軌跡及び抜きテーパに基づいて形成される一方、前記各ブレードの内周縁は、当該内周縁における前記ファンコマ接合側端部と前記ファン軸とを接続する線分Rin0を曲率半径として描かれる軌跡及び抜きテーパに基づいて形成されている。
【0027】
請求項4に記載した横流ファンによれば、前記Rout 0からの角度(θ)を変数とした場合の前記ファン軸に対する前記各ブレードの外周縁の軌跡(Rout (θ))が、前記Rout 0及び前記抜きテーパfout (θ)に基づいて次式
【数3】
Figure 0003653144
を満たすように形成されるとともに、前記Rin0からの角度(θ)を変数とした場合の前記ファン軸に対する前記各ブレードの内周縁の軌跡(Rin(θ))が、前記Rin0及び前記抜きテーパfin(θ)に基づいて次式
【数4】
Figure 0003653144
を満たすように形成されている。
【0028】
また、上記目的を達成させるため、本発明のファンコマ成形型では、請求項5記載にしたように、複数のブレードを有するファンコマを成形するファンコマ成形型であって、前記各ブレードを成形するブレード成形穴を有したファンコマ成形型において、前記ブレード成形穴を前記ファン軸に対応する前記横流ファン成形型の中心軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜して形成するとともに、前記ブレード成形穴の内面における前記中心軸から最も離れた周縁(最離内面周縁)を、当該最離内面周縁におけるブレード抜き出し側端部と前記中心軸とを接続する線分を曲率半径として描かれる軌跡及び抜きテーパに基づいて湾曲させる一方、前記ブレード成形穴の内面における前記中心軸から最も近接した周縁(最近内面周縁)を、当該最近内面周縁におけるブレード抜き出し側端部と前記中心軸とを接続する線分を曲率半径として描かれる軌跡及び抜きテーパに基づいて湾曲させている。
【0029】
さらに本発明のファンコマ成形型では、請求項6に記載したように、ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設されるとともに、その外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを有するファンコマを成形するファンコマ成形型であって、前記ファンコマ成形型の前記ブレード成形用穴部を当該成形型の径方向に沿って放射状に分割し、その分割面を螺旋状に形成している。
【0030】
さらにまた、本発明のファンコマ成形型においては、請求項7に記載したように、ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設されるとともに、その外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを有するファンコマを成形するファンコマ成形型であって、前記ファンコマ成形型の前記ブレード成形用穴部を環状に分割し、その分割面を螺旋状に形成している。
【0031】
一方、前記目的を達成するため、本発明のファンコマ成形型製造方法では、請求項8に記載したように、ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設されるとともに、その外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを有するファンコマを成形するファンコマ成形型の製造方法であって、前記各ブレードの形状と略同一の形状を有する放電加工用電極を準備し、前記ファンコマ成形型を製造するための被加工物に対し、前記放電加工用電極を用いた放電加工により前記ブレードを成形するための穴部を切削加工している。
【0035】
請求項1乃至4記載の横流ファンによれば、ファンコマの各ブレードの外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲しているため、ノーズ隙間をファン軸長手方向で略均一に形成することができ、また、ファン半径を外周縁中央部におけるロス無く略均一に形成することができる。
【0036】
また、請求項5記載のファンコマ成形型によれば、ブレード成形穴の最離内面周縁は、その最離内面周縁におけるブレード抜き出し側端部と中心軸とを接続する線分を曲率半径として描かれる軌跡及び抜きテーパに基づいて湾曲し、ブレード成形穴の最近内面周縁は、その最近内面周縁におけるブレード抜き出し側端部と中心軸とを接続する線分を曲率半径として描かれる軌跡及び抜きテーパに基づいて湾曲しているため、外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを有するファンコマをファンコマ成形型から回転させながら抜いてもアンダーカットが生じない。
【0037】
さらに、請求項6乃至7記載のファンコマ成形型によれば、ファンコマ成形型のブレード成形用穴部が、例えばその成形型の径方向に沿って放射状に、あるいは環状に分割され、その分割面が螺旋状に形成されているため、外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを有するファンコマをファンコマ成形型から回転させながら抜いてもアンダーカットが生じない。
【0038】
一方、請求項8に記載のファンコマ成形型製造方法によれば、外周縁及び内周縁がファン軸に対して外方に湾曲して形成されている複数のブレードを成形する成形穴は、通常のワイヤカット放電加工で形成することが難しいため、ブレードと略同一形状の放電加工電極を準備し、ファンコマ成形型製造用の被加工物に対し、その放電加工用電極を用いた放電加工によりブレードを成形するための穴部を切削加工している。したがって、上述した湾曲面を有するブレード成形用穴部を容易に切削加工することができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【0041】
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の横流ファンの概略的な全体構成を示す斜視図である。
【0042】
横流ファン1は、例えば図18で示す空気調和機の室内機100に室内ファンとして組み込む場合に好適な横流ファンである。この横流ファン1は、複数個のファンコマ2を例えばコマつなぎ製法により一体に接合して形成されている。すなわち、横流ファン1は、その両端部に左右一対の側プレート3a,3bを有し、この側プレート3a,3b間に、複数のブレード4を有する側プレート5からなる複数個のファンコマ2が同心状且つ一体に設けられている。
【0043】
この横流ファン1は、ファン軸Oを中心に一体に回転自在に構成され、この横流ファン1の回転により、ファン軸Oと略直交する方向に空気流を送風するようになっている。
【0044】
各ファンコマ2は、図2に示すように、円板状又は環状の側プレート5を有し、この側プレート5の一面に、隣接するファンコマ2の各ブレード4の先端部をそれぞれ嵌入させて固着するための円弧状の嵌合凹部5aが形成されている。また、側プレート5の他面には、横断面が円弧状の複数のブレード4が所要の取り付けピッチでファン軸Oを中心に環状に立設されている。なお、側プレート5から各ブレード4の立設側先端部までの距離をLとする。また、図1において左端のコマの端板は側プレートを兼ねている。
【0045】
ここで、各ブレード4の形状について詳細に説明する。図3は、ファンコマ2を側プレート5側から当該側プレートを透かして見た図である。また、図4は、図3の破線で囲まれた部分の拡大図である。
【0046】
図2ないし図4によれば、各ブレード4は、その横断面形状が円弧状をなし、ファン軸Oに対して回転方向(周方向)に沿って所定角度傾斜している(この傾斜角をスキュー傾斜角という)。そして、本実施形態の各ブレード4においては、ファン軸Oに対して最も離れた周縁4a(外周縁という)及びファン軸Oに対して最も近接する周縁4b(内周縁という)の形状に特徴を有している。すなわち、従来のブレードの外周縁及び内周縁は、図4に二点鎖線で示すように直線状であった。しかしながら、本実施形態のブレード4の外周縁4a及び内周縁4bは、図4に示すように、ファン軸Oに対して外方に湾曲している。
【0047】
このように構成したため、ファン軸Oからブレード外周縁4aまでの距離であるファン半径Ra は、外周縁4aにおけるどの位置においても略均一である。また、従来のファン半径をRc とすると、例えば外周縁4aの中央部におけるファン半径Ra は、図5に示すように、「Ra =Rc +ΔR」となり、従来のファン半径Rc に比べてΔR大きくなっている。
【0048】
したがって、図6(A)及び(B)に示すように、ノーズ隙間Ca は、ブレード4のファン半径Ra が略均一であるため、ノーズ角部108aに対向するブレード4の外周縁4aの位置に関係なく常に略均一に形成される。この結果、ノーズ隙間の変化に起因した静圧分布の発生を無くし、異常音の発生を大幅に減じることができる。
【0049】
また、従来生じていた外周縁4aの中央部におけるファン半径のロス(ΔR)が解消されるため、従来に比べて送風量を増加させることができる。
【0050】
さらに本構成によれば、ブレード4の外周縁4a及び内周縁4bがファン軸Oに対して外方に湾曲しているため、次の利点を有する。
【0051】
すなわち、本構成の傾斜スキューブレード4を有するファンコマ2をモールド成形で製造し、図7に示すように、その成型品(ファンコマ2)を軸心回りに回転(回転方向を矢印sに示す)させながら下金型(ファンコマ型キャビティ)10から抜き出す際に、ブレード4の外周縁4a及び内周縁4bが湾曲しているため、当該ファンコマ2を回転方向sに沿って下金型10の通りに抜き出すことができる。したがって、本構成においては、図33に示す従来のように抜きテーパを不必要に大きくすることなくスキュー傾斜角を可能な最大限に大きくしてもアンダーカットが発生することがないため、翼ピッチ音抑制効果を送風量の低下等を生じることなく最大限に高めることができる。
【0052】
また、本構成のスキューブレード4を有する複数のファンコマ2を備えた横流ファン1によれば、アンダーカットの心配が無いため、各ファンコマ2をモールド成形により製造して容易に下金型から抜き出し、このファンコマ2をコマつなぎ製法により接合して横流ファン1を製造することができる。したがって、従来の螺旋スキューブレードを有する螺旋スキューファンと比べた場合、コマつなぎ製法を用いることが可能なためファン製造方法が容易になり、また、ファン製造工程において捩じり外力を加える必要が無いため、ファンに捩じり残留応力が残ることがなく、信頼性を向上させることができる。
【0053】
ところで、図7に示した横流ファンを構成する各ファンコマを作成するための下金型(ファンコマ型キャビティ)10を製造する場合、各ブレード成形用のブレード穴キャビティ11は、各ブレードの外周縁及び内周縁を湾曲させるために、当該穴キャビティ11の内側面を曲面として形成しなければならず、既存技術であるワイヤカットでは製造不可能である。
【0054】
そこで、本実施形態では、放電加工用電極の形状を工夫して下金型を製造している。すなわち、放電加工機15は、図8に示すように、図示しない加工液中に浸漬され被加工物(モールドベース)Mを載置するための加工テーブル16と、被加工物Mに対向させてパルス放電を行なうことにより被加工物Mを放電加工する放電加工用電極17と、この放電加工用電極17の電源である加工電源18と、放電加工用電極17を図中の(x,y,z)方向に水平・垂直移動、回転移動させる移動機構19と、当該放電加工用電極17の移動・回転位置を制御する制御部20とを備えている。
【0055】
そして、本構成では、放電加工用電極17として、ブレード形状と略同一形状(相似形状)に加工した電極を用いており、この放電加工用電極17を移動機構19及び制御部20の制御に基づいて回転・垂直移動させながら被加工物Mにキャビティ穴11を切削加工するようになっている。
【0056】
したがって、既存技術のワイヤカットでは切削加工が困難であった曲面を内側面に有するキャビティ穴の切削加工も容易に行なうことができる。
【0057】
(第2実施形態)
図9は、本実施形態に係わる横流ファン25のファンコマ26のブレード27を拡大して示す図である。また、図10(A)は、ブレード27の内周縁側における破線円で囲んだ部分を拡大して示す図であり、図10(B)は、ブレード27の外周縁側における破線円で囲んだ部分を拡大して示す図である。本実施形態は、第1実施形態の横流ファンにおいて、ファンコマ26の各ブレード27の構成のみが異なっており、その他の構成は第1実施形態と略同様であるため、その説明は省略する。
【0058】
本実施形態の各ブレード27の外周縁27aは、図9に示すように、ブレード27の外周縁27aにおける先端側27Hの端部28aとファン軸Oとを接続する線分をRout 0とした場合、このRout 0を曲率半径として当該先端側端部28aから描かれる軌跡(すなわち、抜きテーパが無い軌跡;図中二点鎖線参照)に基づいて湾曲され、さらに、その湾曲形状は、抜きテーパを考慮した形状になっている。
【0059】
また、本実施形態の各ブレード27の内周縁27bは、図9に示すように、前記内周縁27bの先端側27H端部28bとファン軸Oとを接続する線分をRin0とした場合、このRin0を曲率半径として当該端点28bから描かれる軌跡に基づいて湾曲され、さらに、その湾曲形状は抜きテーパを考慮した形状を有している。
【0060】
すなわち、図10(B)に示すように、Rout 0からの角度(θ)を変数とした場合のファン軸Oに対する外周縁27aの軌跡(Rout (θ))を、前記曲率半径Rout 0の軌跡及び抜きテーパ(fout (θ))で表すと次の(5)式及び(6)式となる。
【0061】
【数5】
Figure 0003653144
【0062】
ファン半径を最大にするためには、抜きテーパfout (θ)を0に設定すればよい(つまり、外周縁27aの軌跡Rout (θ)は、一定の曲率半径Rout 0の軌跡と一致する)が、抜きテーパfout (θ)が0では、モールド成形において型抜きが難しい。したがって、抜きテーパfout (θ)を例えば、
【数6】
fout(θ)=A・θ・L/θmax ……(7)
と設定している。但し、Aは通常のストレートブレードで用いる一般的な抜きテーパであり、θmax は、Rout 0からブレード27の外周縁27aの側プレート5に対する接合側(根本側)27Lの端部29aとファン軸Oとを接続する線分(Rout max )までの角度である(図9参照)。
【0063】
一方、内周縁27bにおいても同様である。すなわち、図10(A)に示すように、Rin0からの角度(θ)を変数とした内周縁27bの軌跡(Rin(θ))を、曲率半径Rin0の軌跡及び抜きテーパ(fin(θ))で表すと次の(8)式及び(9)式となる。
【0064】
【数7】
Figure 0003653144
【0065】
また、抜きテーパfin(θ)は、外周縁27aと同様に例えば、
【数8】
fin(θ)=A・θ・L/θmax ……(10)
と設定している。
【0066】
上式(5)〜(10)によれば、ブレード27の外周縁27a及び内周縁27bを、抜きテーパfout (θ),fin(θ)を考慮しながら一定の曲率半径Rout 0及びRin0の軌跡に基づいて湾曲させているため、ファン半径の均一性及び外周縁中央部でのファン半径の拡大等の第1実施形態と同様の効果を享受することができる。
【0067】
また、上式(6)〜(7)及び(9)〜(10)式によれば、抜きテーパfout (θ)及びfin(θ)の値は0ではなく、θが増大するにつれて(すなわち、ブレード27の根本側27Lに向かうにつれて)、当該抜きテーパfout (θ)及びfin(θ)の値が増大していくため、当該ブレード27を有するファンコマ26の型抜きを容易に行なうことができる。
【0068】
したがって、図9乃至図10で説明したブレードを有するファンコマは、当該ブレードの最外周縁及び内周縁が抜きテーパを考慮した湾曲形状になっているため、従来の傾斜ブレードを有するファンコマと比べてアンダーカットが生じず、スキュー傾斜角度の大きいブレードを有したファンコマを製造できる。
【0069】
図9乃至図10で説明したブレード27を有するファンコマ26をモールド成形で製造する場合には、ファンコマ26の下金型(ファンコマ型キャビティ)30のブレード穴キャビティ31を当該ブレード27の形状に合わせて、例えば上述した放電加工等により形成すればよい。
【0070】
このブレード穴キャビティ31部分を図11に拡大して示す。また、図12(A)は、図11におけるブレード穴キャビティ31の後述する最近内面周縁における破線円で囲んだ部分を拡大して示す図であり、図12(B)は、図11におけるブレード穴キャビティ31の後述する最離内面周縁における破線円で囲んだ部分を拡大して示す図である。
【0071】
図11において、ファン軸に対応するファンコマ型キャビティの中心軸(キャビティ軸)をO' とすると、ブレード穴キャビティ31は、当該穴キャビティ31の横断面形状が円弧状をなし、キャビティ軸O' に対して周方向に沿って所定角度傾斜している。
【0072】
さらに、ブレード穴キャビティ31の内面におけるキャビティ軸O' から最も離れた周縁31a(最離内面周縁という)の軌跡(ブレード27の外周縁27aを形成する部分の軌跡;図中破線で表される軌跡参照)をR'out(θ)とすると、この軌跡R'out(θ)は、ブレード穴キャビティ31の最離内面周縁31aにおけるブレード抜き出し側端部32aとキャビティ軸O' とを接続する線分R'out0を曲率半径として当該端部32aから描かれる軌跡(すなわち、抜きテーパが無い軌跡;図中二点鎖線で表す軌跡参照)に基づいて湾曲され、さらにその湾曲形状は、抜きテーパを考慮した形状になっている。
【0073】
また、ブレード穴キャビティ31の内面におけるキャビティ軸O' に対して最も近接した周縁31b(最近内面周縁という)の軌跡(ブレード27の内周縁27bを形成する部分の軌跡;図中破線で表される軌跡参照)をR'in (θ)とすると、この軌跡R'in (θ)は、ブレード穴キャビティ31の最近内面周縁31bにおけるブレード抜き出し側端部32bとキャビティ軸O' とを接続する線分R'in 0を曲率半径として当該端部32bから描かれる軌跡(すなわち、抜きテーパが無い軌跡;図中二点鎖線で表す軌跡参照)に基づいて湾曲され、さらにその湾曲形状は、抜きテーパを考慮した形状になっている。
【0074】
すなわち、図12(B)に示すように、R'out(θ)を、前記曲率半径R'out0の軌跡及び抜きテーパ(f'out(θ))で表すと次の(11)式及び(12)式となる。
【0075】
【数9】
Figure 0003653144
【0076】
同様に、図12(A)に示すように、R'in (θ)を、前記曲率半径R'in 0の軌跡及び抜きテーパ(f'in (θ))で表すと次の(9)式及び(10)式となる。
【0077】
【数10】
Figure 0003653144
f'out(θ)及びf'in (θ)は、例えば上式(7)及び(10)式等を参照して(穴キャビティ31の深さをLに設定すればよい)設定できる。
【0078】
以上述べたように、当該ブレード穴キャビティ31の最離内面周縁(ブレードの外周縁に対応する)31a及び最近内面周縁31b(ブレードの内周縁に対応する)を抜きテーパを考慮しながら、一定の曲率半径R'out0及びR'in 0の軌跡に基づいて湾曲形状に形成したため、当該ブレード穴キャビティを介してスキュー傾斜角度の大きなブレードを有するファンコマ及びそのファンコマを備えた横流ファンを製造することができる。
【0079】
ところで、上述した各実施形態においては、ファンコマ成形用の下金型(ファンコマ型キャビティ)自体を放電加工等により製造していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ファンコマ型キャビティを分割して製造してもよい。ただ、従来では、隣接するファンコマ型キャビティ要素間の分割面(パーティングライン)が直線となるように当該ファンコマ型キャビティ要素を設けていたため、この従来の方法では、上述した各実施形態で詳細に説明した傾斜スキューブレードを備えたファンコマは回転させながら型抜きを行なうため、当該パーティングラインにアンダーカットが生じるという問題が発生する恐れがある。
【0080】
そこで、本実施形態の傾斜スキューブレードを有するファンコマ製造用のファンコマ型キャビティを、そのブレード用穴キャビティ37部分において当該キャビティの径方向に沿って例えば放射状に分割して製造する場合においては、図13(A)及び図13(B)に示すように、分割された各ファンコマ型キャビティ要素35aにおける隣接する要素間のパーティングライン36を例えばブレード用穴キャビティ37の傾斜方向に沿って螺旋状に形成している。このように構成すれば、ファンコマ型キャビティ35を分割しても、パーティングライン36にアンダーカットが生じることがない。
【0081】
一方、図14(A)乃至(C)は、図13(A)及び(B)と同様に、本実施形態の傾斜スキューブレードを有するファンコマ製造用のファンコマ型キャビティを分割して製造する場合の他の例を示す図である。
【0082】
図14(A)乃至(C)によれば、ファンコマ型キャビティ40を、そのファンコマ型キャビティ40のブレード穴キャビティ41部分において環状に分割し、分割された一方(環状体(円筒部))42及び残りの中空円筒部43との間のパーティングライン44を例えばブレード用穴キャビティ41の傾斜方向に沿って螺旋状に形成している。このように構成したため、図13(A)及び(B)と同様に、パーティングライン44にアンダーカットが生じることがない。
【0083】
さらに、上述した各実施形態においては、傾斜スキューブレードを一定の取り付けピッチで環状に立設したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、前掲図28に示すように、傾斜スキューブレードの取り付けピッチをランダムに設定して環状に立設してもよい。この場合、上述したように、本実施形態の傾斜スキューブレード4、27はノーズ隙間が略均一になるため、当該ノーズ隙間の変動に基づく渦の大きさの変動は発生せず、この結果、異常音の増大現象を回避することができる。したがって、ランダムピッチ化に基づく渦の分散効果のみを享受することができ、高周波数の異常音を低減させることができる。
【0084】
(第3実施形態)
図15は、本実施形態の横流ファンの概略的な全体構成を示す正面図である。
【0085】
この横流ファン51は、複数個のファンコマ52を例えばコマつなぎ製法により一体に接合して形成されている。すなわち、横流ファン51は、その両端部に左右一対の側プレート53a,53bを有し、この側プレート53a,53b間に、複数のブレード54を有する複数個のファンコマ52が同心状且つ一体に設けられている。
【0086】
この一体に設けられた複数(例えば6個)のファンコマ52は、ファン軸Oを中心に一体に回転自在に構成され、このファンコマ52の例えば矢印t方向への回転によりファン軸Oと略直交する方向に送風するようになっている。
【0087】
各ファンコマ52の複数のブレード54は、所要の取り付けピッチでファン軸Oを中心に環状に立設されている。各ブレード54は、ファン軸Oに対して周方向に沿って所定角度傾斜している(この傾斜角をスキュー傾斜角という)。
【0088】
そして、本実施形態では、各ファンコマ52の複数のブレード54のファン軸Oに対するスキュー傾斜角が、隣接するファンコマ52において互いに逆向きとなっている。
【0089】
例えば、図15に示すように、図面向かって右の側プレート(右側プレート)53bに隣接するファンコマ52Bのブレード54Bは、ファン軸Oに対してスキュー傾斜角β1 傾斜して配設されている。一方、このファンコマ52Bに隣接するファンコマ52Cのブレード54Cは、ファン軸Oに対してスキュー傾斜角β2 傾斜して配設されており、β1 及びβ2 は、ファン軸Oに対して互いに向きが逆(図においてβ1 下向き、β2 上向き)になっている。
【0090】
また、例えば、図面向かって左の側プレート(左側プレート)53aに隣接するファンコマ52Aのブレード54Aは、スキュー傾斜角β2 となっており、このファンコマ52Aに隣接するファンコマ52Dのブレード54Dは、スキュー傾斜角β1 となっている。
【0091】
この結果、図15に示すように、全てのファンコマ52が一体となって矢印t方向へ回転すると、右側プレート53bに隣接するファンコマ52Bでは、左側プレート53a側に空気流v1 が偏向し、そのファンコマ52Bに隣接するファンコマ52Cでは、右側プレート53b側に空気流v2 が偏向する。したがって、横流ファン51の軸方向における図面向かって右側端部では、上記ファンコマ52Cにより偏向された空気流v2 に基づいて安定した送風が得られ、サージング現象を低減させることができる。
【0092】
また、同様に、左側プレート53aに隣接するファンコマ52Aでは、右側プレート53b側に空気流v3 が偏向し、そのファンコマ52Aに隣接するファンコマ52Dでは、左側プレート53b側に空気流v4 が偏向する。したがって、横流ファン51の軸方向における図面向かって左側端部では、上記ファンコマ52Dにより偏向された空気流v4 に基づいてより安定した送風が得られ、同じくサージング現象を低減させることができる。
【0093】
以上述べたように、本実施形態によれば、隣接するファンコマ52,52の各ブレード54,54のスキュー傾斜方向を逆向きに設定して当該隣接するファンコマ52,52を介して送風される空気流を互いに逆向き偏向させたため、サージング現象を低減させて、安定した吹き出し流速、送風量及び送風範囲が得られる。
【0094】
また、本実施形態の構成である隣接するファンコマ52の各ブレード54のスキュー傾斜方向を互いに逆向きに設定された横流ファン51は、周知のファン製造方法であるコマつなぎ製法を用いれば容易に実現することができるため、製造コストを上昇させることなく製造することができる。
【0095】
さらに、本実施形態の変形例を図16に示す。この変形例によれば、横流ファン61におけるファンコマ62の数を偶数個(6個)に設定し、右側プレート62bに隣接するファンコマ62Bのブレード64Bをファン軸Oに対してスキュー傾斜角β2 傾斜して配設し、左側プレート62aに隣接するファンコマ62Aのブレード64Aをファン軸Oに対してβ1 傾斜して配設している。なお、その他の構成は、図15に示した構成と同様であり、隣接するファンコマ62の各ブレード64のスキュー傾斜角は、互いに逆向きになっている。
【0096】
このように構成したため、全てのファンコマ62が一体となって矢印t方向へ回転すると、右側プレート63bに隣接するファンコマ62Bでは、右側プレート63b側に空気流v5 が偏向し、一方、左側プレート63aに隣接するファンコマ62Aでは、左側プレート63a側に空気流v6 が偏向する。
【0097】
すなわち、本構成では、空気流の送風範囲がファン軸方向に沿って拡大するため、ファン軸方向両端部に安定した送風を行なうことができ、当該両端部のサージング減少を大幅に減少させることができる。
【0098】
なお、本実施形態では、各ファンコマ52、62のスキュー傾斜ブレード54、64は、当該ブレード54、64の外周縁及び内周縁が直線状の傾斜スキューブレードを用いてもよく、また、第1及び第2実施形態で説明した外周縁及び内周縁が湾曲した傾斜スキューブレードを用いてもよい。特に、外周縁及び内周縁が湾曲した傾斜スキューブレードを用いた、図15で示した構成に基づく横流ファン71によれば、ノーズ隙間が略均一に保たれるため、図17に示すように、より均一な風速分布が得られる。
【0099】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の横流ファンによれば、ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設された複数のブレードの外周縁及び内周縁を前記ファン軸に対して外方に湾曲させているため、ノーズ隙間をファン軸長手方向で略均一に形成することができ、また、ファン半径を外周縁中央部におけるロス無く略均一に形成することができる。したがって、ノーズ隙間の変化に起因した静圧分布の発生を無くし、異常音の発生を大幅に減じることができ、また、横流ファンの送風量を従来に比べて増加させることができる。
【0100】
さらに、本発明のファンコマ成形型によれば、成形されたブレード部分及びパーティングラインにアンダーカットが生じることがないため、大きな傾斜角度を有し、外周縁及び内周縁をファン軸に対して外方に湾曲させたブレードを有するファンコマ及びそのファンコマを備えた横流ファンを上述したファンコマ成形型を用いて容易に製造することができる。
【0101】
さらにまた、本発明のファンコマ成形型製造方法によれば、外周縁及び内周縁がファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを成形する穴を、ブレードと略同一の形状を有する放電電極を用いて容易に切削加工することができる。したがって、大きな傾斜角度を有し、外周縁及び内周縁をファン軸に対して外方に湾曲させたブレードを有するファンコマを製造するためのファンコマ成形型を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る横流ファンの概略構成を示す斜視図。
【図2】図1の横流ファンを構成するファンコマを示す斜視図。
【図3】図2のファンコマを側プレート側から当該側プレートを透かして見た図。
【図4】図3の破線で囲まれたブレードを拡大して示す図。
【図5】本実施形態の横流ファンのファン半径を従来のファン半径と比較して示す図。
【図6】本実施形態の横流ファンのノーズ隙間を示す図。
【図7】本実施形態の横流ファンを構成するファンコマを下金型(ファンコマ型キャビティ)から抜き出す状態を示す斜視図。
【図8】本実施形態の横流ファンを構成するファンコマ成形用の下金型(ファンコマ型キャビティ)を製造するための放電加工機の概略構成を示す斜視図(一部ブロック図)。
【図9】第2実施形態に係わる横流ファンのファンコマのブレードを拡大して示す図。
【図10】(A)は、図9におけるブレードの内周縁側における破線円で囲んだ部分を拡大して示す図、(B)は、図9におけるブレードの外周縁側における破線円で囲んだ部分を拡大して示す図。
【図11】第2実施形態に係わるブレードを有するファンコマ成形用のファンコマ型キャビティにおけるブレード穴キャビティを拡大して示す図。
【図12】(A)は、図11におけるブレード穴キャビティの最近内面周縁における破線円で囲んだ部分を拡大して示す図、図12(B)は、図11におけるブレード穴キャビティの最離内面周縁における破線円で囲んだ部分を拡大して示す図。
【図13】本発明の傾斜スキューブレードを有するファンコマ成形用のファンコマ型キャビティを分割して製造する際のパーティングラインを示す図。
【図14】本発明の傾斜スキューブレードを有するファンコマ成形用のファンコマ型キャビティを分割して製造する際のパーティングラインを示す図。
【図15】第3実施形態の横流ファンの概略的な全体構成を示す正面図。
【図16】第3実施形態の変形例に基づく横流ファンの概略的な全体構成を示す正面図。
【図17】第3実施形態の変形例に基づく横流ファンの概略的な全体構成を示す正面図。
【図18】従来の空気調和機における室内機の一例を概略的に示す縦断面図。
【図19】従来の傾斜スキューブレードを有する横流ファンを示す斜視図。
【図20】従来の傾斜スキューブレードを有する横流ファンを示す正面図。
【図21】従来の傾斜スキューブレードを有する横流ファンを示す正面図。
【図22】図19に示した横流ファンを構成する傾斜スキューブレードを有するファンコマを表す側面図。
【図23】図22で示したファンコマを仕切板側から当該仕切板を透かして見た図。
【図24】図23に示したファンコマのブレードを拡大して示す図。
【図25】図19乃至図24で示した従来の横流ファンにおけるファン半径を示す図。
【図26】従来の傾斜スキューブレードを有するファンコマを備えた横流ファンを回転させた時のノーズ隙間を示す図。
【図27】(A)及び(B)は、異なるブレード位置における図26における破線円で示した部分を拡大して示す図。
【図28】ランダムピッチ化した傾斜スキューブレードを用いた横流ファンを示す図。
【図29】ブレードとノーズとの間隔で発生する渦を示す図。
【図30】渦の大きさ(渦半径)の周期的な変動を示す図。
【図31】横流ファンの長手方向における渦半径の変動を示す図。
【図32】従来のファンコマにおける傾斜スキューブレードに生ずるアンダーカット構造を示す図。
【図33】従来のファンコマにおける抜きテーパを大きくした傾斜スキューブレードを拡大して示す図。
【符号の説明】
1、25、51、61、71 横流ファン
2、26、52、52A〜52D、62、62A〜62B ファンコマ
3a,3b、5、53a,53b 側プレート
4、27、54、54A〜54D、64、64A〜64B 傾斜スキューブレード
4a、27a 外周縁
4b、27b 内周縁
10、30、40 下金型(ファンコマ型キャビティ)
11、31、41 ブレード穴キャビティ
15 放電加工機15
17 放電加工用電極
28a、28b 根本側端部
29a 先端側端部
31a 最離内面周縁
31b 最近内面周縁
32a、32b 抜き出し側端部
35a ファンコマ型キャビティ要素
36、44 パーティングライン
42 円筒体
43 中空円筒部

Claims (8)

  1. ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設された複数のブレードを有するファンコマを複数個同心状に配設して形成された横流ファンにおいて、前記各ブレードにおける前記ファン軸に対して最も離れた周縁(外周縁)及び前記ファン軸に対して最も近接した周縁(内周縁)を前記ファン軸に対して外方に湾曲させたことを特徴とする横流ファン。
  2. 前記複数のブレードは、隣接するブレード間のピッチがランダムになるように環状に立設された請求項1記載の横流ファン。
  3. 前記各ブレードの外周縁は、当該外周縁における前記ファンコマ接合側端部と前記ファン軸とを接続する線分Rout0を曲率半径として描かれる軌跡及び所定の抜きテーパに基づいて形成される一方、前記各ブレードの内周縁は、当該内周縁における前記ファンコマ接合側端部と前記ファン軸とを接続する線分Rin0を曲率半径として描かれる軌跡及び所定の抜きテーパに基づいて形成された請求項1記載の横流ファン。
  4. 前記Rout0からの角度(θ)を変数とした場合の前記ファン軸に対する前記各ブレードの外周縁の軌跡(Rout(θ))が、前記Rout0及び前記抜きテーパfout(θ)に基づいて次式
    Figure 0003653144
    を満たすように形成されるとともに、前記Rin0からの角度(θ)を変数とした場合の前記ファン軸に対する前記各ブレードの内周縁の軌跡(Rin(θ))が、前記Rin0及び前記抜きテーパfin(θ)に基づいて次式
    Figure 0003653144
    を満たすように形成された請求項3記載の横流ファン。
  5. 複数のブレードを有するファンコマを成形するファンコマ成形型であって、前記各ブレードを成形するブレード成形穴を有したファンコマ成形型において、前記ブレード成形穴を前記ファン軸に対応する前記横流ファン成形型の中心軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜して形成するとともに、前記ブレード成形穴の内面における前記中心軸から最も離れた周縁(最離内面周縁)を、当該最離内面周縁におけるブレード抜き出し側端部と前記中心軸とを接続する線分を曲率半径として描かれる軌跡及び所定の抜きテーパに基づいて湾曲させる一方、前記ブレード成形穴の内面における前記中心軸から最も近接した周縁(最近内面周縁)を、当該最近内面周縁におけるブレード抜き出し側端部と前記中心軸とを接続する線分を曲率半径として描かれる軌跡及び所定の抜きテーパに基づいて湾曲させたことを特徴とするファンコマ成形型。
  6. ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設されるとともに、その外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを有するファンコマを成形するファンコマ成形型であって、前記ファンコマ成形型の前記ブレード成形用穴部を当該成形型の径方向に沿って放射状に分割し、その分割面を螺旋状に形成したことを特徴とするファンコマ成形型。
  7. ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設されるとともに、その外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを有するファンコマを成形するファンコマ成形型であって、前記ファンコマ成形型の前記ブレード成形用穴部を環状に分割し、その分割面を螺旋状に形成したことを特徴とするファンコマ成形型。
  8. ファン軸に対して周方向に沿って所定角度傾斜した状態で当該ファン軸を中心に環状に立設されるとともに、その外周縁及び内周縁が前記ファン軸に対して外方に湾曲して形成された複数のブレードを有するファンコマを成形するファンコマ成形型の製造方法であって、前記各ブレードの形状と略同一の形状を有する放電加工用電極を準備し、前記ファンコマ成形型を製造するための被加工物に対し、前記放電加工用電極を用いた放電加工により前記ブレードを成形するための穴部を切削加工したことを特徴とするファンコマ成形型製造方法。
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