JP4062044B2

JP4062044B2 - 羽根及び送風機

Info

Publication number: JP4062044B2
Application number: JP2002295859A
Authority: JP
Inventors: 義巳岩村; 彰二山田; 普道青木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-10-09
Also published as: JP2004132211A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工場、倉庫あるいは飲食店の厨房など、強度を必要とし、材質も金属性が必要な場合の羽根及びこれを使用した送風機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の羽根は、羽根の段差形状の絞り部が羽根フレームと重なる全面にわたり絞り加工されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２５０７８６号公報（第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
全面にわたり絞り加工されているので、しわが生じやすく、これによって騒音が発生したり、羽根自体が重くなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
第１の前縁部と第１の外周部と第１の後縁部とを備えた第１の羽根部と、前記第１の羽根部に連続し、電動機の軸に接続する第１の内径部とを有する薄板鋼鈑を絞り加工して形成された第１の羽根板と、第２の前縁部と第２の外周部と第２の後縁部とを備えた第２の羽根部と、前記第２の羽根部に連続し、前記電動機の軸に接続する第２の内径部とを有し、前記第１の羽根板の一方の面に接続して、薄板鋼鈑を絞り加工して形成された第２の羽根板とを有し、前記第２の外周部は、前記第１の外周部よりも前記電動機の軸に近くなるように配置されている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
はじめに、この発明の羽根を備えた送風機全体の構成について説明をする。図１は、この発明の実施の形態１における羽根を使用した送風機の構造図である。図中，送風機１は、枠体２に取り付けられた支持脚３を介して中央部の風洞４内に固定された電動機５の軸に羽根６が取り付けられていることで構成されている。この構成は、商品名有圧換気扇と呼ばれる工場、倉庫あるいは飲食店の厨房などに多く使用され、一般家庭の換気扇に比べ、大風量、高静圧が得られるものであるが羽根の材質は使用環境、使用温度などの関係で金属性が要求され、また羽根の強度も強固なものが要求される。
【０００６】
次に、この送風機１に取り付けられている羽根６について詳細な説明をする。図２は、この発明の実施の形態１における羽根の構造図である。図中、羽根６は、薄板鋼鈑を一体絞り加工して羽根板を製作し、これら複数枚の羽根鈑を積層することで形成しているので、この羽根６の構成についてさらに詳細に説明する。例えば、厚みが０．８ｍｍ程度の薄板鋼鈑を一体絞り加工した第１の羽根板７と、これと同一形状で外形寸法が小さい同じく薄板鋼鈑を一体絞り加工した第２の羽根板８と、さらに外形寸法が小さい同じく薄板鋼鈑を一体絞り加工した第３の羽根板９を積層して構成している。積層の順序は、第１の羽根板７の吸込側に当たる面すなわち負圧面の上に第２の羽根板８をのせ、さらに第２の羽根板８の負圧面に第３の羽根板９をのせている。この３枚の羽根板の結合は、例えば、図中の丸印位置であるスポット溶接部１０をスポット溶接することで行う。
【０００７】
このようにして積層した羽根６の性能について断面形状を見ながら説明する。図３は、この発明の実施の形態１における羽根の断面観察位置を示す構成図、図４は、この発明の実施の形態１における羽根の断面図である。
【０００８】
図４（ａ）は、図３における半径方向の半径方向線１１上のＡ−Ａに沿って切断した断面の断面図である。このように、第１の羽根板７の第１の前縁部１２、第２の羽根板８の第２の前縁部１３、第３の羽根板９の第３の前縁部１４は一致せず階段状に厚みが増加する。また、第１の羽根板７の第１の後縁部１５、第２の羽根板８の第２の後縁部１６、第３の羽根板９の第３の後縁部１７は一致せず階段状に厚みが減少する。従って、このような形状の羽根６が回転した場合には、羽根６の表面の階段形状に従った空気の流れ線１８が生じる。
【０００９】
また、図３の翼弦線の中心を結んだ翼弦線中心線１９上のＢ−Ｂに沿って切断した断面を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）は、羽根のＢ−Ｂ断面図である。このように、第１の羽根板７の第１の外周部２０、第２の羽根板８の第２の外周部２１、第３の羽根板９の第３の外周部２２は一致せず階段状に厚みが増加する。一方、ボス部２３が送風機１のカシメ結合される部分の羽根の内径部２４は第１の羽根板７、第２の羽根板８、第３の羽根板９の内径部が重なり合うため、厚みは３倍となる。強度は一般的には板厚みの２乗でアップするため、第１の羽根板７のみで構成した場合の応力と比べると、応力は約１／９となり非常に強度に優れる。
【００１０】
また、羽根６が回転する際にかかる応力が最大となる部分（図３における矢印Ｚ部分）においては、第１の羽根板７、第２の羽根板８、第３の羽根板９の前縁部の形状は同一のためこの部分では積層された羽根の厚みは３倍となり、非常に強度に優れる。
【００１１】
従って、羽根の厚みが自由に設計できる樹脂製羽根のように、前縁部、外周部及び後縁部では薄く、応力が高くなる羽根の根元付近では厚くすることが可能となる。これにより、羽根６の負圧面側である吸込口側の厚みの変化は階段状に徐々に変わるので騒音が小さくできるとともに、正圧面側は段差がないため送風性能に優れる。さらに、強度が必要な部分だけ複数枚の薄板鋼鈑製の羽根板を積層するため、軽量で強度的、騒音的に優れ、製造コストが安価にできる。
【００１２】
また、図２に示すように、第１の羽根板７の外周部には、羽根６（この場合、第１の羽根板７も同じ）の外周形状とほぼ平行に羽根６の負圧面側即ち吸込側に凸状のリブ２５が設けられている。このリブ２５の絞り高さは概ね１ｍｍ程度で、外側Ｒ６程度としている。このリブ２５を設けることにより、第１の羽根板７の翼面全体の座標がさらに精度良く加工でき、第１の羽根板７は鋼鈑製で厚みが０．８ｍｍ程度にもかかわらず特に第１の前縁部１２の先端部分の強度も向上させることができる。
【００１３】
なお、この実施の形態ではスポット溶接で羽根板間の結合を行っているが十分な結合力が得られれば接着などの他の方法でも同じ結果が得られる。
【００１４】
実施の形態２．
実施の形態１の羽根は強度的に優れるが、この実施の形態ではさらに強度が必要な場合の羽根について検討する。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部分には同じ番号を付すとともに説明を省略する。
【００１５】
図５は、この発明の実施の形態２における羽根の構造図、図６は、この発明の実施の形態２における羽根の断面観察位置を示す構成図、図７は、この発明の実施の形態２における羽根の断面図である。この実施の形態の羽根２６における複数枚の積層した羽根板の結合は、図５及び図６に示すように丸印位置であるスポット溶接部１０をスポット溶接することと曲線で描かれているシーム溶接部２７をシーム溶接することで行っている。これは、前述したように第１の前縁部１２が回転方向に前進している形状では、応力が最も高くなるのは図６における矢印Ｚすなわち、羽根２６の前縁部の羽根内径側付近となる。また、第１の羽根板７の第一の前縁部１２の先端部は回転方向に大きく前進しており、距離も長いため応力のみならずこの先端部分が変形することが懸念される。
【００１６】
このような場合には、羽根２６の羽根板を積層する場合に、前縁部が階段状にならないように、第１の羽根板７の第１の前縁部１２、第２の羽根板８の第４の前縁部２８、第３の羽根板９の第５の前縁部２９をほぼ一致させる。そして、第１の羽根板７、第２の羽根板８、第３の羽根板９が２以上重なり合う部分でしかも羽根２６に加わる応力が最も高くなる部分にシーム溶接部２７を設けて結合すれば、この結合はスポット溶接だけに比べより強固なものになり、強度が向上するばかりか品質も安定する。但し、この場合においては、シーム溶接により、羽根板の座標がずれてしまうことが考えられ、シーム溶接後にプレス加工により再度座標修正するとより精度が高くなる。
【００１７】
図７は、図６における半径方向の半径方向線１１上のＡ−Ａに沿って切断した断面の断面図である。この羽根２６の後縁部のように応力が低い部分は、３枚の羽根板によって階段状に形成されている。そのため、前縁部も階段状になっていた実施の形態１のものよりも騒音は大きくなる恐れがあるものの、後縁部だけでも階段状としたことで、後縁部の端面を一致させた場合よりは騒音を小さく抑えることができる。
【００１８】
このように、最も応力が高くなる部分が積層された構造となるので、羽根２６は変形や破損を生じにくくなり信頼性が向上する。
【００１９】
実施の形態３．
実施の形態１の羽根はスポット溶接により複数枚の羽根板を結合しているが、この実施の形態ではもっと簡単に結合できる方法について検討する。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部分には同じ番号を付すとともに説明を省略する。
【００２０】
図８は、この発明の実施の形態３における羽根の断面観察位置を示す構成図、図９は、この発明の実施の形態３における羽根の断面図である。この実施の形態の羽根３０における複数枚の積層した羽根板の結合は、図８に示すように、例えば第１の羽根板７の上に第２の羽根板８を乗せ、その上に第３の羽根板９を乗せた後に、金型によりプレス加工しカシメ部３１を抜きカシメ結合する。この場合には、金型によりプレス加工するだけで複数箇所を同時に抜きカシメ結合することができる。
【００２１】
図９は、図８における半径方向の半径方向線１１上のＡ−Ａに沿って切断した断面の断面図である。この断面図に示すように抜きカシメ結合は、鋼板製の板厚の約１／２までプレスで例えば長方形の穴（長方形に限らず色々な形状が可能）をプレス抜きするものである。実際には鋼板製の板厚の約１／２までしかプレス加工しないため、貫通する穴は形成されない。このプレス加工を鋼板を２枚、または３枚重ねた状態で行うと、プレス抜きした部分で上下の鋼板は結合される。
【００２２】
このようにすると、スポット溶接の場合と比べ、自動化が容易となる。また、メッキ処理鋼鈑などでスポット溶接した場合には、溶接部分のメッキ処理がはがれるが、抜きカシメの場合には、このようなことがなくさらには、結合による羽根板の変形など生じにくく品質的にも優れる。
【００２３】
なお、実施の形態２において、この抜きカシメをスポット溶接の代わりに用いてもよい。
【００２４】
実施の形態４．
実施の形態２では実施の形態１よりも強度が必要な場合について検討したが、逆に実施の形態１ほどは強度が必要でない場合もあるので、そのような場合の羽根について検討する。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部分には同じ番号を付すとともに説明を省略する。
【００２５】
図１０は、この発明の実施の形態４における羽根の構造図、図１１は、この発明の実施の形態４における羽根の断面観察位置を示す構成図、図１２は、この発明の実施の形態４における羽根の断面図である。
【００２６】
図１０及び図１１における羽根３２の第１の羽根板７は薄板鋼鈑を一体絞り加工したもので実施の形態１、２、３とほぼ同様である。一方、第４の羽根板３３は第２の羽根板８と異なり、その第４の前縁部３４は、第１の羽根板７の第１の前縁部１２部分の周囲をヘミング曲げにて覆うようにカシメ結合された前縁ヘミング曲げ部３５を有する。さらに、第４の後縁部３６は、第１の羽根板７の第１の後縁部１５部分の周囲をヘミング曲げにて覆うようにカシメ結合された後縁ヘミング曲げ部３７を有する。
【００２７】
このようにすれば、図１１における最も応力の大きい矢印Ｚ部分は、図１２における半径方向の半径方向線１１のＡ−Ａ断面に示されるように、羽根板が２枚にもかかわらず前縁ヘミング曲げ部３５を有するため薄板鋼鈑を３枚重ねた状態と同様となり、強度的に優れる。但しこの場合には、金型費用が高価になるが、製造コストが低減でき、さらに軽量な羽根になる。さらに、このようにして形成した前縁ヘミング曲げ部３５は丸みがあるため、この端面による騒音を抑制できる。
【００２８】
このようにこの実施の形態においては、羽根の強度で最も重要な羽根前縁部及び後縁部の羽根内径部分が確実に強度アップされる。但し、ヘミング曲げ加工されていない外周部は補助的にスポット溶接などにより結合する必要がある。
【００２９】
図１３は、この発明の実施の形態４における他の羽根の構造図である。図１０における羽根３２は、第４の羽根板３３の第４の外周部３８は、円弧を描くような形状となっていたが、図１３の羽根３９では第４の外周部３８の中央部をＶ字形にカットしている。このようにすれば、強度的に不要な部分がなくなり、軽量化できる。
【００３０】
実施の形態５．
実施の形態４において、羽根の強度で最も重要な羽根前縁部、及び後縁部の羽根内径部分の強度を確実に向上させる手段について検討したが、さらに、軽量化する方法について検討する。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部分には同じ番号を付すとともに説明を省略する。
【００３１】
図１４は、この発明の実施の形態５における羽根の構造図、図１５は、この発明の実施の形態５における羽根の断面観察位置を示す構成図、図１６は、この発明の実施の形態５における羽根の断面図である。
【００３２】
図１４及び図１５における羽根４０の第５の羽根板４１の第５の前縁部４２には、第４の羽根板３３の第４の前縁部３４と同じように前縁ヘミング曲げ部３５が設けられ、第１の羽根板７の第１の前縁部１２部分の周囲をヘミング曲げにて覆うようにカシメ結合されている。しかし、第５の羽根板４１は第１の羽根板７の第１の後縁部１５部分を覆うほどの面積を有しておらず、第１の後縁部１５は第５の羽根板４１で覆われていない。
【００３３】
このようにすれば、図１５における最も応力の大きい矢印Ｚ部分は、図１６における半径方向の半径方向線１１のＡ−Ａ断面に示されるように、羽根板が２枚にもかかわらず前縁ヘミング曲げ部３５を有するため薄板鋼鈑を３枚重ねた状態と同様となり、強度的に優れる。但しこの場合には、金型費用が高価になるが、製造コストが低減でき、さらに軽量な羽根になる。
【００３４】
また、羽根の前縁部だけ補強すればさらに無駄がなく軽量な羽根ができると共にカシメ結合以外の部分の面積が小さくなり、スポット溶接などの併用の必要性がなくなり、製造コストも削減できる。
【００３５】
実施の形態６．
これまでの実施の形態の羽根に比べ羽根全体としての強度は劣るが、さらに簡単な手段で一体絞り加工したものより強度を向上させる手段について検討する。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部分には同じ番号を付すとともに説明を省略する。
【００３６】
図１７は、この発明の実施の形態６における他の羽根の構造図である。この図において、羽根４３は、第１の羽根板７の第１の前縁部１２の内径部付近は折り曲げられ、前縁二重曲げ部４４を形成している。ただし、折り曲げる加工を加えなければならないので、間隔が広い羽根の場合に限られる。
【００３７】
このようにすれば、容易に応力の高い部分を強度アップすることができる。また、第１の羽根板７は、羽根板の前縁部を二重曲げ加工した後一体絞り加工するようにすれば比較的容易に製造できる。
【００３８】
また、以上の実施の形態１−６の羽根は、羽根板の材質を表面処理鋼鈑すなわち塗装鋼鈑とすれば意匠性にも優れ、薄板で構成されているため、切断面からの錆の発生も少なく塗装の必要性もなくなり、また意匠面で問題ない場合には、メッキ処理鋼鈑とすれば、錆の発生も少なく、製造コストも安価でしかもリサイクル性に優れる。
【００３９】
【発明の効果】
羽根にしわが生じることがなく、かつ軽い羽根とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における羽根を使用した送風機の構造図。
【図２】この発明の実施の形態１における羽根の構造図。
【図３】この発明の実施の形態１における羽根の断面観察位置を示す構成図。
【図４】この発明の実施の形態１における羽根の断面図。
【図５】この発明の実施の形態２における羽根の構造図。
【図６】この発明の実施の形態２における羽根の断面観察位置を示す構成図。
【図７】この発明の実施の形態２における羽根の断面図。
【図８】この発明の実施の形態３における羽根の断面観察位置を示す構成図。
【図９】この発明の実施の形態３における羽根の断面図。
【図１０】この発明の実施の形態４における羽根の構造図。
【図１１】この発明の実施の形態４における羽根の断面観察位置を示す構成図。
【図１２】この発明の実施の形態４における羽根の断面図。
【図１３】この発明の実施の形態４における他の羽根の構造図。
【図１４】この発明の実施の形態５における羽根の構造図。
【図１５】この発明の実施の形態５における羽根の断面観察位置を示す構成図。
【図１６】この発明の実施の形態５における羽根の断面図。
【図１７】この発明の実施の形態６における羽根の構造図。
【符号の説明】
１送風機、２枠体、３支持脚、４風洞、５電動機、６羽根、７第１の羽根板、８第２の羽根板、９第３の羽根板、１０スポット溶接部、１１半径方向線、１２第１の前縁部、１３第２の前縁部、１４第３の前縁部、１５第１の後縁部、１６第２の後縁部、１７第３の後縁部、１８空気の流れ線、１９翼弦線中心線、２０第１の外周部、２１第２の外周部、２２第３の外周部、２３ボス部、２４内径部、２５リブ、２６羽根、２７シーム溶接部、２８第４の前縁部、２９第５の前縁部、３０羽根、３１カシメ部、３２羽根、３３第４の羽根板、３４第４の前縁部、３５前縁ヘミング曲げ部、３６第４の後縁部、３７後縁ヘミング曲げ部、３８第４の外周部、３９羽根、４０羽根、４１第５の羽根板、４２第５の前縁部、４３羽根、４４前縁二重曲げ部。

Claims

薄板鋼鈑を絞り加工して形成され、第１の前縁部と第１の外周部と第１の後縁部とを備えた第１の羽根部と、前記第１の羽根部に連続し、電動機の軸に接続する第１の内径部とを有する第１の羽根板、
薄板鋼鈑を絞り加工して形成され、第２の前縁部と第２の外周部と第２の後縁部とを備えた第２の羽根部と、前記第２の羽根部に連続し、前記電動機の軸に接続する第２の内径部とを有し、前記第１の羽根板の一方の面に接続した第２の羽根板、
を有し、
前記第２の外周部は、前記第１の外周部よりも前記電動機の軸に近く、
前記第２の内径部に近い第２の前縁部の一部は、前記第１の内径部に近い第１の前縁部の一部と一致することを特徴とする羽根。
薄板鋼鈑を絞り加工して形成され、第１の前縁部と第１の外周部と第１の後縁部とを備えた第１の羽根部と、前記第１の羽根部に連続し、電動機の軸に接続する第１の内径部とを有する第１の羽根板、
薄板鋼鈑を絞り加工して形成され、第２の前縁部と第２の外周部と第２の後縁部とを備えた第２の羽根部と、前記第２の羽根部に連続し、前記電動機の軸に接続する第２の内径部とを有し、前記第１の羽根板の一方の面に接続した第２の羽根板、
を有し、
前記第２の外周部は、前記第１の外周部よりも前記電動機の軸に近く、
前記第２の前縁部は、前記第１の前縁部の一部と一致することを特徴とする羽根。
薄板鋼鈑を絞り加工して形成され、第１の前縁部と第１の外周部と第１の後縁部とを備えた第１の羽根部と、前記第１の羽根部に連続し、電動機の軸に接続する第１の内径部とを有する第１の羽根板、
薄板鋼鈑を絞り加工して形成され、第２の前縁部と第２の外周部と第２の後縁部とを備えた第２の羽根部と、前記第２の羽根部に連続し、前記電動機の軸に接続する第２の内径部とを有し、前記第１の羽根板の一方の面に接続した第２の羽根板、
を有し、
前記第２の外周部は、前記第１の外周部よりも前記電動機の軸に近く、
前記第２の羽根の前縁部はヘミング曲げにより前記第１の羽根板の前縁部を覆うようにカシメ結合されたことを特徴とする羽根。
第２の後縁部は、前記第１の後縁部よりも第２の羽根部の中心に近いことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の羽根。
第２の後縁部は、前記第２の後縁部の一部と一致することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の羽根。
第２の羽根板が接続する第１の羽根板の一方の面は、回転時に負圧となる面であることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか記載の羽根。
薄板鋼鈑を絞り加工して形成され、第１の前縁部と第１の外周部と第１の後縁部とを備えた第１の羽根部と、前記第１の羽根部に連続し、電動機の軸に接続する第１の内径部とを有する第１の羽根板を有し、
前記第１の羽根板において、前記第１の前縁部に近い一部であって前記第１の内径部に近い一部は２重であり、
前記第１の羽根板の２重部分は前記前縁部の前記第１の内径部に近い一部を折り曲げ部分として連続していることを特徴とする羽根。
枠体と、
前記枠体内に設けられた電動機と、
前記電動機と内径部に設けられたボス部で接続される請求項１乃至請求項７いずれか記載の羽根とを有する送風機。