JP4132826B2 - プロペラファンおよびその成型金型並びに流体送り装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロペラファンおよびその成型金型並びに流体送り装置に関し、
送風機のためのプロペラファンと、そのようなプロペラファンを樹脂により成型するための成型金型と、さらに、そのようなプロペラファンを備えた空気調和機の室外機、空気清浄機、加湿機、除湿機、ファンヒータ、冷却装置、換気装置等の流体送り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、送風機や冷却機にプロペラファンが使用され、たとえば、エアコンの室外機には冷却用のプロペラファンが付設されている。
【０００３】
そのような従来のプロペラファンの一例について説明する。図２７は、従来の送風機の要部を示す斜視図である。送風機１０１の主要部は、プロペラファン１０２とベルマウス１０３とによって構成される。プロペラファン１０２は円筒状のボス１０４と複数の翼１０５から成る。複数の翼１０５はボス１０４の外周表面の円周方向に沿って等間隔に設けられている。
【０００４】
翼１０５は、ボス１０４の中心軸１０６の正方向を矢印Ｐに示す方向とすると、その矢印Ｐに示す方向に対して左捩じれ曲面を成している。この翼１０５の曲面は、ボス１０４の外表面１０４ａ、前縁１０５ａ、外縁１０５ｂ、後縁１０５ｃ、前縁１０５ａと外縁１０５ｂとを滑らかに連結する翼先端部１０５ｄおよび外縁１０５ｂと後縁１０５ｃとを滑らかに連結する後連結部１０５ｅによって形成されている。一般的に翼先端部１０５ｄは鎌状に尖った形態を成している。外縁１０５ｂは軸１０６に対して、半径一定で直径Ｄ（＝２Ｒ）なる形態を成している。
【０００５】
ベルマウス１０３は、プロペラファン１０２の外径Ｄに対して、所定の隙間εを成す厚さｔの円弧状オリフィス１０７を設けた板状体である。ベルマウス１０３とプロペラファン１０２は所定の手段によって同軸上に固定されることになる。プロペラファン１０２は、図示されない電動機、内燃機関、プーリ等の駆動手段によって駆動される。
【０００６】
ここで、プロペラファン１０２が矢印Ｎで示す方向（右方向）に回転すると、上流Ｅから下流Ｆに向かって中心軸１０６の矢印Ｐに示す方向（正方向）の流れが生じる。この種のプロペラファン１０２においては、低静圧で大風量を得るために、すなわち送風性能向上のために、オリフィス１０７の厚さｔを薄くし、翼１０５を上流側に突き出した構造が一般に用いられる。
【０００７】
この様子を図２８に示す。なお、図２８は、図２７に示された断面線ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩにおける断面構造を示す。図２８に示すように、幅ｔを有するオリフィス１０７が帯状に形成されている。そのオリフィス１０７に対して、翼１０５の外縁１０５ｂの投影が、翼の数に応じて等間隔に並んでいる。
【０００８】
翼１０５は、オリフィス１０７に対し、オリフィス前縁１０７ａから長さＬｆ分だけ突出し、オリフィス後縁１０７ｂから長さＬｂ分だけ突出している。なお、オリフィス前縁１０７ａはベルマウス１０３の前縁でもある。このように、翼１０５は、オリフィス前縁７ａに対し大きく突出していることがわかる。
【０００９】
ところで、プロペラファン１０２が樹脂から成型される場合には、ボス１０４と翼１０５が一体に成形されるのが一般的である。一方、用途により材料を選択的に用いることによって、ボス１０４と翼１０５とをそれぞれ別体として形成し、後でそのボス１０４と翼１０５とを一体にすることも行なわれる。
【００１０】
いずれの場合も、翼１０５の外縁１０５ｂにおける翼の厚み方向断面形状は、図２９に示すようにバリ取りを施した程度の鋭い形状をなしている。なお、図２９は、図２７に示された断面線ＸＸＩＸ−ＸＸＩＸにおける断面構造を示す。
【００１１】
上述した従来の一プロペラファンを備えた送風機１０１では、翼１０５の先端部１０５ｄおよび外縁１０５ｂの大部分は、ベルマウス１０３の厚みからはみ出していることによって、さらに、図２９に示すように、翼１０５の流れに対する迎え角ψが大きいことによって、翼先端部１０５ｄから剥離による渦（翼先端渦）１０８が発生する。
【００１２】
図３０に示すように、この渦１０８は、翼１０５の翼面上において翼先端部１０５ｄから下流域に向かって流線に沿って発達しやすい。また、翼１０５においては、流れの上流側の面（負圧面）と下流側の面（正圧面）の圧力差に起因して、正圧面から負圧面へ向かう２次流れが生じる。この２次流れが発達することによって、図２８に示すように、翼端渦（馬蹄渦）１０９が発生しやすい。
【００１３】
図３０に示すように、翼先端部１０５ｄの上流で発生した翼先端渦１０８と外縁１０５ｂの上流で発生した馬蹄渦１０９はそれぞれ下流に向かって流され、翼１０５の負圧面上を変動、発達、さらには互いに干渉しあいながら通過する。
【００１４】
また、静圧の比較的高い動作点、すなわち中圧域および高圧域において動作する場合には、図２８に示すように、翼１０５の後縁１０５ｃからボス１０４の外表面１０４ａにかけて剥離領域１１０が大きく発達し、この剥離領域１１０が騒音発生の大きな原因となった。
【００１５】
また、この剥離領域１１０の影響によって翼先端渦１０８および馬蹄渦１０９が捲れあがり、捲れあがった各渦がベルマウス１０３に衝突したり、翼１０５間を流れて次の翼１０５に衝突したりして、さらなる流れの乱れや圧力変動が発生し、騒音発生の原因になるという問題があった。
【００１６】
このような問題を解決する従来技術として、たとえば特開２０００−１９２８９８号公報に記載された他のプロペラファンがある。
【００１７】
図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、他のプロペラファンでは、翼先端部１０５ｄの下流域にあたる負圧側翼面上に、流線に沿った溝１１１を設けることにより、翼先端渦１０８および馬蹄渦１０９の変動、発達およびベルマウス１０３や翼１０５との干渉を抑制し、さらには翼面上の剥離１１０を防いでいる。特に、この効果は、プロペラファンの翼１０５の断面形状がエアロフォイル形状を呈するような厚肉翼の場合に大きい。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、他のプロペラファンでは、次のような問題点があった。特に、プロペラファンの翼１０５の断面形状が薄肉タイプの翼の場合には、溝１１１の深さを充分に確保することができない。そのために、渦の変動や干渉の抑制等の効果が著しく低下するという欠点があった。
【００１９】
一方、薄肉タイプの翼の場合にも充分な効果を得ようとして、負圧側翼面上の溝１１１の深さを考慮に入れて正圧側翼面上を隆起させようとすると、この場合には正圧側翼面上の流れが影響を受けてしまい、結果的にプロペラファンの性能を劣化させてしまうことになった。
【００２０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、１つの目的は、プロペラファンの翼先端部および翼端部より生じる渦の変動、発達を抑制するとともに、翼面上における剥離を防ぎ、風量を増加させることのできるプロペラファンを提供することであり、他の目的は、そのようなプロペラファンを樹脂により成型するための成型金型を提供することであり、さらに他の目的は、そのようなプロペラファンを備えた流体送り装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの局面におけるプロペラファンは、回転軸部と、回転軸部からそれぞれ外方に向かって形成され、回転方向の側に位置する前縁部および回転方向とは反対側に位置する後縁部と、前縁部の先端部と後縁部の先端部と結び周方向に形成された周縁部とを含む翼とを有する、薄肉状のプロペラファンである。前縁部の先端部である翼先端部は鎌状に尖っており、後縁部は、翼先端部の下流域であって、翼面を流れる翼先端渦の流線に沿った位置に、前縁部の側に向かって形成されたＵ字型のへこみからなる単一の第１切込み部を備えている。
【００２２】
このプロペラファンによれば、後縁部における、翼先端部の下流域であって、翼面を流れる翼先端渦の流線に沿った位置に、前縁部の側に向かってＵ字型のへこみからなる単一の第１切込み部が形成されていることで、プロペラファンの回転によって生じる翼先端渦および馬蹄渦が第１切込み部に捉えられて保持される。これにより、翼先端渦および馬蹄渦の変動や発達を抑えることができるとともに、これらの渦とベルマウスや翼との干渉も抑制することができる。その結果、騒音の発生を抑制することができる。さらには、保持された翼先端渦および馬蹄渦のエネルギーを翼面上の剥離領域に注ぎ込むことで剥離を防ぐことができる。これにより、風量が増加して効率の高い送風を行なうことができる。
より具体的には、第１切込み部は、回転軸部の回転中心から第１切込み部までの距離をｒ、回転中心から周縁部までの代表半径をＲとして、第１切込み部の無次元位置λ₁をλ₁＝ｒ／Ｒとしたときに、次式、０．４０≦λ₁≦０．９８で示される範囲に形成されていることが好ましい。
【００２３】
低圧域における動作に対しては、第１切込み部は、０．５０≦λ₁≦０．６４で示される範囲に形成されていることが好ましい。
【００２４】
これにより、低圧域での動作時におけるプロペラファンの騒音の抑制が図られ、効率の高い送風を行なうことができる。
【００２５】
中圧域における動作に対しては、第１切込み部は、０．６０≦λ₁≦０．７６で示される範囲に形成されていることが好ましい。
【００２６】
これにより、中圧域での動作時におけるプロペラファンの騒音の抑制が図られ、効率の高い送風を行なうことができる。
【００２７】
高圧域における動作に対しては、第１切込み部は、０．７４≦λ₁≦０．８４で示される範囲に形成されていることが好ましい。
【００２８】
これにより、高圧域での動作時におけるプロペラファンの騒音の抑制が図られ、効率の高い送風を行なうことができる。
【００２９】
後縁部は、第１切込み部よりも外側の位置に形成されたＵ字型の第２切込み部をさらに備え、その第２切込み部は、第２切込み部の無次元位置λ₂をλ₂＝ｒ／Ｒとしたときに、０．８６≦λ₂≦０．９６で示される範囲に形成されていることがさらに好ましい。
【００３０】
これにより、翼先端渦が第１切込み部によって捉えられるとともに、馬蹄渦が第２切込み部によって捉えられて翼先端渦と馬蹄渦との干渉が抑制される。その結果、干渉に伴う騒音の発生をさらに抑制することができる。
【００３１】
また、第１切込み部は、回転軸部（ボス部）の代表半径をＲ₁とすると、Ｒｒ＝（（Ｒ²＋Ｒ₁ ²）／２）^0.5で表される翼の代表平均半径Ｒｒの位置に形成されていることが好ましい。
【００３２】
これにより、特に、翼先端渦を効果的に捉えることができる。
さらに、第１切込み部の大きさは、代表平均半径Ｒｒにおける翼の弦長をｃ、翼の半径方向の代表長さをｂとすると、ｂ／ｃ＞１となるように形成されていることが好ましい。
【００３３】
これにより、翼先端渦を発生直後に捉えて、渦の変動、発達を効果的に抑制することができる。その結果、騒音の発生をさらに抑制して効率の高い送風を行なうことができる。
【００３４】
本発明の他の局面におけるプロペラファン成型金型は、上述したプロペラファンを、樹脂を充填することによって形成するための金型本体を備えている。
【００３５】
このプロペラファン成型金型によって成型されたプロペラファンでは、上記のように、騒音の発生が抑制され、効率の高い送風を行なうことができる。
【００３６】
その金型本体には、翼の後縁部に形成される第１切込み部に対応する部分にヒーターが設けられていることが好ましい。
【００３７】
この場合には、ヒータによって第１切込み部に対応する部分における樹脂の流動性が向上し、プロペラファンの成型を極めてスムースに行なうことができる。
【００３８】
また、金型本体には、翼の後縁部に形成される第１切込み部に対応する部分よりも外周側の部分にヒーターが設けられていることが好ましい。
【００３９】
この場合には、ヒータによって第１切込み部よりも外周側に位置する部分における樹脂の流動性が向上して、特に、第１切込み部が代表二乗平均半径の位置に形成される場合に、プロペラファンの成型を極めてスムースに行なうことができる。
【００４０】
本発明のさらに他の局面における流体送り装置は、上述したプロペラファンを備えた流体送り装置である。
【００４１】
この流体送り装置によれば、上述したプロペラファンを備えていることで騒音の発生が抑制されるとともに、効率の高い送風を行なうことができ、エネルギーの消費を低減することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の第１実施形態に係るプロペラファンについて説明する。本プロペラファン２は、たとえばガラス繊維入りＡＳ（acrylonitrile-styrene）樹脂等の合成樹脂により一体成型されたものである。図１に示すように、本プロペラファン２は、円筒状のボス４と複数の翼５からなる。複数の翼５はボス４の外周表面の円周方向に沿って等間隔に設けられている。
【００４３】
この翼５の曲面は、ボス４の外表面４ａ、前縁５ａ、外縁５ｂ、後縁５ｃ、前縁５ａと外縁５ｂとを滑らかに連結する翼先端部５ｄおよび外縁５ｂと後縁５ｃとを滑らかに連結する後連結部５ｅによって形成されている。翼先端部５ｄは鎌状に尖った形態を成している。その翼５の後縁５ｃの所定の位置に、切込み部としてのへこみ１２が形成されている。
【００４４】
後縁５ｃにへこみ１２が形成されていることで、プロファン２によって送出される風量や騒音等が改善される。
【００４５】
この理由について図２を参照して説明する。図２は本発明例と従来例とにおける翼面上の流れおよび渦の挙動を説明するための図である。図１において説明したように、本発明例に係るプロペラファン２では、プロペラファン２の後縁部５ｃにへこみ１２を設けている。このへこみ１２に翼端から生じる馬蹄渦９と翼先端部から生じる翼先端渦８をある程度保持させることができる。
【００４６】
図２（ｂ）に示す従来例における場合と図２（ａ）に示す本発明例における場合とを比較すると、本発明例に係るプロペラファン２では、従来のプロペラファンの場合よりも剥離領域１０が小さく、馬蹄渦９と翼先端渦８が翼５に沿って流れていることがわかる。
【００４７】
これは、へこみ１２によって渦の変動および発達が抑制され、へこみ１２に保持された渦のエネルギーを翼面上の剥離領域１０に注ぎ込むことで剥離を防ぐことができたためである。
【００４８】
ここで、風量や騒音等の評価として、圧力係数と流量係数との関係、ファン効率と流量係数との関係および比騒音と流量係数との関係について、ファンにおけるへこみの位置を変えて行なった評価について説明する。
【００４９】
まず、翼後縁部５ｃにおけるへこみ１２の半径方向位置（ファンの回転中心からへこみ１２の中央までの距離）をｒ、ファンの代表半径をＲ、へこみの形成位置をファンの代表半径で無次元表示した無次元へこみ位置λ₁＝ｒ／Ｒとする。へこみの中央とは、へこみの外周端と内周端との中間の位置をいう。
【００５０】
また、圧力係数は、送風機特性上の圧力を表す無次元数として定義される。流量係数は、送風機特性上のガス量を表す無次元数として定義される。ファン効率は、ファンに有効な出力と軸動力との比として定義される。比騒音は、ファンの単位風量および単位全圧当たりに発生する機種固有の騒音レベルとして定義される。
【００５１】
まず、図３〜図５に示すように、無次元へこみ位置λ₁＝０．３０の場合では、圧力係数、ファン効率および比騒音は、いずれも従来のファンの場合と同レベルであった。無次元へこみ位置λ₁＝１．０の場合では、翼の先端部分に欠けが生じた状態となる。そのため、この部分において流れの漏れが生じ、これに伴って騒音が大きくなる。つまり、比騒音の値が相対的に大きくなることがわかった。
【００５２】
種々の無次元へこみ位置λ₁について評価したところ、無次元へこみ位置λ₁の値が０．４までは、圧力係数、ファン効率および比騒音は従来のファンと同レベルであることがわかった。
【００５３】
無次元へこみ位置λ₁の値が０．４０を超えると、圧力係数等において従来ファンとの差が認められるようになった。無次元へこみ位置λ₁の値が０．９８を超えると、翼の先端部に欠けが生じた状態となって、流れの漏れに伴う騒音が発生し、比騒音の値が高く（悪化）なった。
【００５４】
この結果より、翼５におけるへこみ１２の位置として、無次元へこみ位置λ₁の値を０．４０≦λ₁≦０．９８の範囲に設定することで、騒音を低減しかつ効率の高い送風を行なうことができることが確認された。
【００５５】
ところで、流量係数φおよび圧力係数ψはファン形式やファンケーシング等に大きく依存する。本発明に係るプロペラファンや改善の対象とされる従来のプロペラファンでは、流量係数φは０≦φ≦０．４５の範囲内にある。また、一般に、プロペラファンの動作点にしたがって、流量が比較的少ない領域を高圧域と呼び、流量が比較的多い領域を低圧域と呼び、高圧域と低圧域の中間を中圧域と呼ぶことがある。
【００５６】
本発明に係るプロペラファンにおいては、流量係数φが０＜φ≦０．１５の範囲を高圧域と呼び、流量係数φが０．１５＜φ≦０．３０の範囲を中圧域と呼び、流量係数φが０．３０＜φ≦０．４５の範囲を低圧域と呼ぶことにする。
【００５７】
次に、低圧域、中圧域および高圧域のそれぞれの場合について行なった無次元へこみ位置λ₁の絞込みについて説明する。
【００５８】
まず、図６〜図８にそれぞれ示されるグラフにおいて、低圧域（０．３０＜φ≦０．４５）に注目すると、まず、無次元へこみ位置λ₁＝０．３０の場合では、圧力係数、ファン効率および比騒音は、いずれも従来のファンの場合と同レベルであった。無次元へこみ位置λ₁＝０．５５の場合では、特に、圧力係数およびファン効率において従来のファンよりも顕著に向上することがわかった。また、比騒音も従来のファンの場合より向上することがわかった。
【００５９】
無次元へこみ位置λ₁＝０．７０の場合では、比騒音は従来のファンよりも向上するものの、圧力係数およびファン効率については、従来のファンとほとんど同レベルであることがわかった。
【００６０】
種々の無次元へこみ位置λ₁について評価したところ、低圧域においては、無次元へこみ位置λ₁の値が０．３０までは、圧力係数、ファン効率および比騒音は従来のファンと同レベルであることがわかった。無次元へこみ位置λ₁の値が０．３０を超えると、圧力係数やファン効率において従来ファンとの差が認められるようになった。
【００６１】
しかしながら、無次元へこみ位置λ₁の値が０．６４を超えると、圧力係数、ファン効率および比騒音は従来のファンと同レベルになることがわかった。
【００６２】
この結果より、特に低圧域においては、翼５におけるへこみ１２の位置として無次元へこみ位置λ₁の値を０．５０≦λ₁≦０．６４の範囲に設定することで、騒音を低減しかつ効率の高い送風を行なうことができることが確認された。
【００６３】
次に、図９〜図１１にそれぞれ示されるグラフにおいて、中圧域（０．１５＜φ≦０．３０）に注目すると、まず、無次元へこみ位置λ₁＝０．５５の場合では、圧力係数、ファン効率および比騒音は、いずれも従来のファンの場合と同レベルであった。
【００６４】
無次元へこみ位置λ₁＝０．７０の場合では、圧力係数、ファン効率および比騒音のいずれも従来のファンよりも向上することがわかった。無次元へこみ位置λ₁＝０．８０の場合では、特に、圧力係数が従来のファンよりも悪化することがわかった。
【００６５】
種々の無次元へこみ位置λ₁について評価したところ、中圧域においては、無次元へこみ位置λ₁の値が０．６０までは、圧力係数、ファン効率および比騒音は従来のファンと同レベルであることがわかった。無次元へこみ位置λ₁の値が０．６０を超えると、圧力係数やファン効率において従来ファンとの差が認められるようになった。
【００６６】
しかしながら、無次元へこみ位置λ₁の値が０．７６を超えると、特に、圧力係数が従来のファンよりも悪化することがわかった。
【００６７】
この結果より、特に中圧域においては、翼５におけるへこみ１２の位置として無次元へこみ位置λ₁の値を０．６０≦λ₁≦０．７６の範囲に設定することで、騒音を低減しかつ効率の高い送風を行なうことができることが確認された。
【００６８】
次に、図１２〜図１４にそれぞれ示されるグラフにおいて、高圧域（０．００＜φ≦０．１５）に注目すると、まず、無次元へこみ位置λ₁＝０．７０の場合では、ファン効率および比騒音において、従来のファンよりも向上するものの、圧力係数においては従来のファンと同レベルであった。無次元へこみ位置λ₁＝０．８０の場合では、特に、圧力係数、ファン効率および比騒音のいずれも、従来のファンよりも顕著に向上することがわかった。
【００６９】
無次元へこみ位置λ₁＝１．０の場合では、圧力係数およびファン効率は従来のファンの場合と同レベルであることがわかった。また、比騒音は従来のファンの場合よりも悪化することがわかった。
【００７０】
種々の無次元へこみ位置λ₁について評価したところ、高圧域においては、無次元へこみ位置λ₁の値が０．７４までは、圧力係数、ファン効率および比騒音は従来のファンと同レベルであることがわかった。無次元へこみ位置λ₁の値が０．７４を超えると、圧力係数やファン効率において従来ファンとの差が認められるようになった。
【００７１】
しかしながら、無次元へこみ位置λ₁の値が０．８４を超えると、特に比騒音が悪化し、圧力係数やファン効率も従来のファンの場合よりも悪化することがわかった。
【００７２】
この結果より、特に高圧域においては、翼５におけるへこみ１２の位置として無次元へこみ位置λ₁の値を０．７４≦λ₁≦０．８４の範囲に設定することで、騒音を低減しかつ効率の高い送風を行なうことができることが確認された。
【００７３】
なお、本発明に係るプロペラファンは、流量係数φの最大値が０．４５に満たないプロペラファンや０．４５を大きく超えるプロペラファンとしても適用することができる。そのような場合には、プロペラファンの動作点にしたがって、流量が比較的少ない領域を高圧域とし、流量が比較的多い領域を低圧域とし、高圧域と低圧域の中間を中圧域として、それぞれの動作点の領域において無次元へこみ位置λ₁を上述した範囲に設定することによって、上述したプロペラファンとほぼ同様の効果を得ることができる。
【００７４】
また、プロペラファン２としてガラス繊維入りＡＳ樹脂により一体成型されたものを例に挙げて説明したが、この他に、ＡＢＳ（acrylonitrile-butadiene-styrene）樹脂やポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂により一体成型されたプロペラファンでもよい。また、マイカ等を含み、強度を増加させた合成樹脂により一体成型されたプロペラファンでもよい。あるいは一体成型されていなくてもよい。
【００７５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るプロペラファンについて説明する。図１５に示すように、本プロペラファン２では、翼の後縁部５ｃのそれぞれ所定の位置に第１のへこみ１２ａと第２のへこみ１２ｂとが設けられている。なお、これ以外の構成については実施の形態１において説明したプロペラファンと同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００７６】
第１のへこみ１２ａは、第１実施形態において説明したプロペラファン２の後縁５ｃに設けられたへこみ１２に対応する。第２のへこみ１２ｂは、その第１のへこみ１２ａよりも外側に設けられている。
【００７７】
ここで、圧力係数と流量係数との関係、ファン効率と流量係数との関係および比騒音と流量係数との関係について、第２のへこみを設けた場合と設けない場合とについて行なった評価について説明する。まず、第２のへこみ１２ｂについても第１のへこみ１２ａの場合と同様に、翼５における無次元へこみ位置λ₂をλ₂＝ｒ／Ｒとする。
【００７８】
第１のへこみ１２ａの無次元位置λ₁をλ₁＝０．７とし、第２のへこみ１２ｂの無次元位置λ₂をλ₂＝０．９とした場合の結果を図１６〜図１８に示す。図１６〜図１８に示すように、第１のへこみ１２ａおよび第２のへこみ１２ｂが設けられている場合と、第１のへこみ１２ａのみが設けられている場合とでは、圧力係数とファン効率においては両者は同レベルであり、大きな差は認められなかった。
【００７９】
しかしながら、第１のへこみ１２ａおよび第２のへこみ１２ｂが設けられている場合では、第１のへこみ１２ａのみが設けられている場合よりも比騒音が改善されることがわかった。
【００８０】
種々の第１のへこみ１２ａの無次元へこみ位置λ₁と第２のへこみ１２ｂの無次元へこみ位置λ₂とついて評価したところ、第２のへこみ１２ｂの無次元へこみ位置λ₂の値が０．８６までは、圧力係数、ファン効率および比騒音は第１のへこみ１２ａのみを設けたファンと同レベルであることがわかった。
【００８１】
無次元へこみ位置λ₂の値が０．８６を超えると、比騒音において第１のへこみ１２ａのみを設けたファンとの差が認められるようになった。無次元へこみ位置λ₂の値が０．９６を超えると、圧力係数、ファン効率および比騒音は第１のへこみ１２ａのみを設けたファンと同レベルになることがわかった。
【００８２】
この結果より、翼５における第２のへこみ１２ｂの位置として、無次元へこみ位置λ₂の値を０．８６≦λ₁≦０．９６の範囲に設定することで、特に比騒音が改善されることが確認された。
【００８３】
このように、第２のへこみ１２ｂの無次元へこみ位置λ₂を、０．８６≦λ₂≦０．９６の範囲に定めることで、馬蹄渦８は発生の直後にこの第２のへこみ１２ｂによって捉えられる。これにより、渦の成長が抑制されて、渦に伴う騒音の発生を低減することができる。
【００８４】
さらに、この第２のへこみ１２ｂに馬蹄渦８が捉えられるとともに第１のへこみ１２ａに翼先端渦が捉えられて、翼先端渦と馬蹄渦８とがそれぞれ第１のへこみ１２ａと第２のへこみ１２ｂとに個々に捉えられることになって、互いの渦の干渉による騒音をさらに低減することができる。
【００８５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るプロペラファンについて説明する。図１９に示すように、本プロペラファン２では、翼５の後縁部５ｃにおいて翼の代表二乗平均半径位置１３（図１９中２点鎖線）に、所定の大きさのへこみ１２ｃが設けられている。なお、これ以外の構成について実施の形態１において説明したプロペラファンと同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００８６】
次に、へこみ１２ｃの大きさと騒音との関係の評価について説明する。まず、へこみ１２ｃに対して、翼５の代表二乗平均半径位置１３における翼弦長ｃと翼の半径方向の代表長さｂの比をｂ／ｃとする。また、ファンの代表半径をＲ、ボス４の代表半径をＲ1として、ファンの代表二乗平均半径Ｒｒを、
Ｒｒ＝（（Ｒ²＋Ｒ₁ ²）／２）^0.5
とする。
【００８７】
比ｂ／ｃの値と騒音の減音量との関係の評価結果を図２０に示す。図２０に示すように、比ｂ／ｃの値が１を超えると、減音量が大幅に向上することがわかった。
【００８８】
このように、減音量が向上することができるのは次のように考えられる。図２１は、本実施の形態に係るプロペラファンの翼面上の流れおよび渦の挙動を示す図である。図２１に示す本実施の形態に係るプロペラファンでは、図３０に示す従来のプロペラファンと比べて、特に、へこみ１２ｃに翼先端渦８が捉えられることで翼先端渦８が広がるのが抑制されている。その結果、渦の変動および発達が抑制されて、騒音を低減することができる。
【００８９】
このように、本実施の形態に係るプロペラファンでは、図１９に示されるように、プロペラファン２の翼後縁部５ｃにおける翼の代表二乗平均半径位置１３（図中２点鎖線）にへこみ１２ｃが設けられ、そのへこみ１２ｃの大きさは、所定の比ｂ／ｃが、ｂ／ｃ＞１となるように形成されている。その結果、このへこみ１２ｃに翼先端部５ａから生じる翼先端渦８を発生直後に捉えて保持させることができる。
【００９０】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３において説明したプロペラファンは、樹脂による一体成型が可能である。そこで、実施の形態４では、プロペラファンを成型するための成型金型の一例について説明する。
【００９１】
一般に、成型金型１４に樹脂を射出してプロペラファン２を成型する場合には、樹脂の温度が低下することによって、後縁部５ｅにまで樹脂が良好に流れ込まず、翼として成型できないことがある。
【００９２】
また、たとえばガラス繊維入りＡＳ樹脂のような強度を増加させた合成樹脂を用いる場合には、後縁部５ｅにガラス繊維が良好に流れ込まない場合もある。そこで、本成型金型には樹脂の流動を高めるためのヒータが所定の位置に設けられている。
【００９３】
図２２に示すように、本成型金型１４は、固定側金型１５および可動側金型１６を備えている。固定側金型１５と可動側金型１６とにより規定されるキャビティ形状をプロペラファン２の形状と略同一としている。
【００９４】
成型金型１４では、固定側金型１５および可動側金型１６に少なくともいずれかに、図１や図１９に示すプロペラファン２の翼５の後縁部５ｃに形成されるへこみ１２ａ、１２ｃに対応する位置に、たとえば図２３または図２４に示すように、樹脂の流動を促進するためのヒーター１５ａが設けられている。
【００９５】
この位置にヒータ１５ａが設けられることで、樹脂を後縁部５ｃへ良好に流し込むことができ、プロペラファン２の成型を極めてスムーズに行なうことができる。特に、へこみ１２ｃはへこみ１２ａに比べて長いため、樹脂が翼の周縁部に位置する翼の後縁部の部分にまで流れ込みにくいが、ヒータ１５ａを設けることによって樹脂の流動性が高められて、確実に樹脂を充填することができる。
【００９６】
なお、図２２に示す本成型金型１４では、プロペラファン２における負圧面側表面を固定側金型１５によって形成し、正圧面側表面を可動側金型１６によって形成することを想定しているが、プロペラファン２の正圧面側表面を固定側金型１５によって形成し、プロペラファン２の負圧面側表面を可動側金型１６によって形成してもよい。
【００９７】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５として、実施の形態１において説明したプロペラファンを備えた流体送り装置の一例として空気調和機の室外機について説明する。
【００９８】
図２５（ａ）〜図２５（ｃ）に示すように、空気調和機の室外機１９は、実施の形態１において説明したプロペラファン２と駆動モータ１８とを有する送風機１を備えている。この送風機１によって流体が送出される。
【００９９】
また、室外機内１９には室外熱交換器２０が設けられ、送風機１によって効率的に熱交換が行なわれる。なお、送風機１はモータアングル２１により室外機１９に設置されている。
【０１００】
また、図２６に示すように、送風機１としてリング状のスプラッシャー２２をプロペラファン１の周囲に設置してもよい。この場合には、窓設置用等の室内機と室外機とが一体型されたタイプの空気調和機において、スプラッシャー２２によってドレン水をかきあげ、室外熱交換器２０にそのかきあげたドレン水を吹きつけることによって、空気調和機の効率をさらに向上することができる。
【０１０１】
さらに、本室外機１９では、実施の形態１において説明したプロペラファン１を備えていることによって、騒音の発生が抑制されて運転音が静かになる。
【０１０２】
さらに、プロペラファン１により送風の効率が向上するので、本室外機１９では消費エネルギーも低減することができる。なお、実施の形態２、３においてそれぞれ説明したプロペラファンを用いた場合も同様の効果が得られると推察される。
【０１０３】
ここでは、プロペラファンを備えた流体送り装置の一例として空気調和機の室外機を例に挙げて説明したが、この他に、たとえば、空気清浄機、加湿機、扇風機、ファンヒータ、冷却装置、換気装置などの流体を送出す装置についても本プロペラファンを適用することによって、同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明の一つの局面におけるプロペラファンによれば、後縁部における、翼先端部の下流域であって、翼面を流れる翼先端渦の流線に沿った位置に、前縁部の側に向かってＵ字型のへこみからなる単一の第１切込み部が形成されていることで、プロペラファンの回転によって生じる翼先端渦および馬蹄渦が第１切込み部に捉えられて保持される。これにより、翼先端渦および馬蹄渦の変動や発達を抑えることができるとともに、これらの渦とベルマウスや翼との干渉も抑制することができる。その結果、騒音の発生を抑制することができる。さらには、保持された翼先端渦および馬蹄渦のエネルギーを翼面上の剥離領域に注ぎ込むことで剥離を防ぐことができる。これにより、風量が増加して効率の高い送風を行なうことができる。
より具体的には、第１切込み部は、回転軸部の回転中心から第１切込み部までの距離をｒ、回転中心から周縁部までの代表半径をＲとして、第１切込み部の無次元位置λ₁をλ₁＝ｒ／Ｒとしたときに、次式、０．４０≦λ₁≦０．９８で示される範囲に形成されていることが好ましい。
【０１０６】
低圧域における動作に対しては、第１切込み部は、０．５０≦λ₁≦０．６４で示される範囲に形成されていることが好ましく、これにより、低圧域での動作時におけるプロペラファンの騒音の抑制が図られ、効率の高い送風を行なうことができる。
【０１０７】
中圧域における動作に対しては、第１切込み部は、０．６０≦λ₁≦０．７６で示される範囲に形成されていることが好ましく、これにより、中圧域での動作時におけるプロペラファンの騒音の抑制が図られ、効率の高い送風を行なうことができる。
【０１０８】
高圧域における動作に対しては、第１切込み部は、０．７４≦λ₁≦０．８４で示される範囲に形成されていることが好ましく、これにより、高圧域での動作時におけるプロペラファンの騒音の抑制が図られ、効率の高い送風を行なうことができる。
【０１０９】
後縁部は、第１切込み部よりも外側の位置に形成されたＵ字型の第２切込み部をさらに備え、その第２切込み部は、第２切込み部の無次元位置λ₂をλ₂＝ｒ／Ｒとしたときに、０．８６≦λ₂≦０．９６で示される範囲に形成されていることがさらに好ましく、これにより、翼先端渦が第１切込み部によって捉えられるとともに、馬蹄渦が第２切込み部によって捉えられて翼先端渦と馬蹄渦との干渉が抑制される。その結果、干渉に伴う騒音の発生をさらに抑制することができる。
【０１１０】
また、第１切込み部は、回転軸部（ボス部）の代表半径をＲ₁とすると、Ｒｒ＝（（Ｒ²＋Ｒ₁ ²）／２）^0.5で表される翼の代表平均半径Ｒｒの位置に形成されていることが好ましく、これにより、特に、翼先端渦を効果的に捉えることができる。
【０１１１】
さらに、第１切込み部の大きさは、代表平均半径Ｒｒにおける翼の弦長をｃ、翼の半径方向の代表長さをｂとすると、ｂ／ｃ＞１となるように形成されていることが好ましく、これにより、翼先端渦を発生直後に捉えて、渦の変動、発達を効果的に抑制することができる。その結果、騒音の発生をさらに抑制して効率の高い送風を行なうことができる。
【０１１２】
本発明の他の局面におけるプロペラファン成型金型によって成型されたプロペラファンでは、上記のように、騒音の発生が抑制され、効率の高い送風を行なうことができる。
【０１１３】
その金型本体には、翼の後縁部に形成される第１切込み部に対応する部分にヒーターが設けられていることが好ましく、この場合には、ヒータによって第１切込み部に対応する部分における樹脂の流動性が向上し、プロペラファンの成型を極めてスムースに行なうことができる。
【０１１４】
また、金型本体には、翼の後縁部に形成される第１切込み部に対応する部分よりも外周側の部分にヒーターが設けられていることが好ましく、この場合には、ヒータによって第１切込み部よりも外周側に位置する部分における樹脂の流動性が向上して、特に、第１切込み部が代表二乗平均半径の位置に形成される場合に、プロペラファンの成型を極めてスムースに行なうことができる。
【０１１５】
本発明のさらに他の局面における流体送り装置によれば、上述したプロペラファンを備えていることで騒音の発生が抑制されるとともに、効率の高い送風を行なうことができ、エネルギーの消費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るプロペラファンの正面図である。
【図２】 同実施の形態において、本発明例と従来例のプロペラファンにおける翼面上の流れおよび渦の挙動を説明するための図であり、（ａ）は本発明例に係る挙動を説明するための図であり、（ｂ）は従来例に係る挙動を説明するための図である。
【図３】 同実施の形態において、プロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるための圧力係数と流量係数との関係を示す図である。
【図４】 同実施の形態において、プロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるためのファン効率と流量係数との関係を示す図である。
【図５】 同実施の形態において、プロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるための比騒音と流量係数との関係を示す図である。
【図６】 同実施の形態において、低圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるための圧力係数と流量係数との関係を示す図である。
【図７】 同実施の形態において、低圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるためのファン効率と流量係数との関係を示す図である。
【図８】 同実施の形態において、低圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるための比騒音と流量係数との関係を示す図である。
【図９】 同実施の形態において、中圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるための圧力係数と流量係数との関係を示す図である。
【図１０】 同実施の形態において、中圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるためのファン効率と流量係数との関係を示す図である。
【図１１】 同実施の形態において、中圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるための比騒音と流量係数との関係を示す図である。
【図１２】 同実施の形態において、高圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるための圧力係数と流量係数との関係を示す図である。
【図１３】 同実施の形態において、高圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるためのファン効率と流量係数との関係を示す図である。
【図１４】 同実施の形態において、高圧域においてプロペラファンにおけるへこみの無次元位置を決めるための比騒音と流量係数との関係を示す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態２に係るプロペラファンの正面図である。
【図１６】 同実施の形態において、プロペラファンにおける第２のへこみの無次元位置を決めるための圧力係数と流量係数との関係を示す図である。
【図１７】 同実施の形態において、プロペラファンにおける第２のへこみの無次元位置を決めるためのファン効率と流量係数との関係を示す図である。
【図１８】 同実施の形態において、プロペラファンにおける第２のへこみの無次元位置を決めるための比騒音と流量係数との関係を示す図である。
【図１９】 本発明の実施の形態３に係るプロペラファンの正面図である。
【図２０】 同実施の形態において、へこみの大きさを決めるための所定の比と減音量との関係を示す図である。
【図２１】 同実施の形態において、プロペラファンにおける翼の負圧面上の翼先端渦および馬蹄渦を示す模式図である。
【図２２】 本発明の実施の形態４に係るプロペラファン成型金型の部分断面図である。
【図２３】 同実施の形態において、プロペラファン成型金型におけるプロペラファンのへこみに対応する部分の第１の部分図である。
【図２４】 同実施の形態において、プロペラファン成型金型におけるプロペラファンのへこみに対応する部分の第２の部分図である。
【図２５】 本発明の実施の形態５に係る、プロペラファンを備えた空気調和機の室外機内の構成を示す図であり、（ａ）はその上面図であり、（ｂ）はその正面図であり、（ｃ）はその側面図である。
【図２６】 同実施の形態において、図８に示す室外機に設けられた送風機の一例を示す斜視図である。
【図２７】 従来の送風機の主要部を示す斜視図である。
【図２８】 図２７に示す断面線ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩに沿った断面を示し、従来の送風機における翼先端渦、馬蹄渦の翼間流れを説明するための図である。
【図２９】 図２７に示す断面線ＸＸＩＸ−ＸＸＩＸに沿った断面を示し、従来の送風機における翼先端渦を示す模式図である。
【図３０】 従来のプロペラファンにおける翼の負圧面上の翼先端渦および馬蹄渦を示す模式図である。
【図３１】 従来の他のプロペラファンを示す図であり、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す断面線ＸＸＸＩｂ−ＸＸＸＩｂに沿った断面図である。
【符号の説明】
１ 送風機、２ プロペラファン、３ ベルマウス、４ ボス、４ａ ボス外表面、５ 翼、５ａ 前縁、５ｂ 外縁、５ｃ 後縁、５ｄ 翼先端部、５ｅ 後連結部、６ 軸、７ オリフィス、７ａ オリフィス前縁部、７ｂ オリフィス後縁部、８ 翼先端渦、９ 馬蹄渦、１０ 剥離領域、１１ 溝、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ へこみ、１３ 代表二乗平均半径位置、１４ プロペラファン成型金型、１５ 固定側金型、１６ 可動側金型、１７ 流体送り装置、１８ 駆動モータ、１９ 空気調和機の室外機、２０ 室外熱交換器、２１ モータアングル、２２ スプラッシャー。

Claims (12)

1. 回転軸部と、
   前記回転軸部からそれぞれ外方に向かって形成され、回転方向の側に位置する前縁部および回転方向とは反対側に位置する後縁部と、前記前縁部の先端部と前記後縁部の先端部と結び周方向に形成された周縁部とを含む翼と
   を有する、薄肉状のプロペラファンであって、
   前記前縁部の先端部である翼先端部は鎌状に尖っており、
   前記後縁部は、前記翼先端部の下流域であって、翼面を流れる翼先端渦の流線に沿った位置に、前記前縁部の側に向かって形成されたＵ字型のへこみからなる単一の第１切込み部を備えた、プロペラファン。
2. 前記第１切込み部は、
   前記回転軸部の回転中心から前記第１切込み部までの距離をｒ、前記回転中心から前記周縁部までの代表半径をＲとして、前記第１切込み部の無次元位置λ₁をλ₁＝ｒ／Ｒとしたときに、次式、
   ０．４０≦λ₁≦０．９８
   で示される範囲に形成された、請求項１記載のプロペラファン。
3. 低圧域における動作に対して、
   前記第１切込み部は、次式、
   ０．５０≦λ₁≦０．６４
   で示される範囲に形成された、請求項１または２に記載のプロペラファン。
4. 中圧域における動作に対して、
   前記第１切込み部は、次式、
   ０．６０≦λ₁≦０．７６
   で示される範囲に形成された、請求項１または２に記載のプロペラファン。
5. 高圧域における動作に対して、
   前記第１切込み部は、次式、
   ０．７４≦λ₁≦０．８４
   で示される範囲に形成された、請求項１または２に記載のプロペラファン。
6. 前記後縁部は、前記第１切込み部よりも外側の位置に形成されたＵ字型の第２切込み部をさらに備え、
   前記第２切込み部は、
   前記第２切込み部の無次元位置λ₂をλ₂＝ｒ／Ｒとしたときに、次式、
   ０．８６≦λ₂≦０．９６
   で示される範囲に形成された、請求項２〜５のいずれかに記載のプロペラファン。
7. 前記第１切込み部は、
   前記回転軸部の代表半径をＲ₁とすると、次式、
   Ｒｒ＝（（Ｒ²＋Ｒ₁ ²）／２）^0.5
   で表される前記翼の代表平均半径Ｒｒの位置に形成された、請求項１記載のプロペラファン。
8. 前記第１切込み部の大きさは、
   前記代表平均半径Ｒｒにおける前記翼の弦長をｃ、前記翼の半径方向の代表長さをｂとすると、次式、
   ｂ／ｃ＞１
   となるように形成された、請求項７記載のプロペラファン。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のプロペラファンを、樹脂を充填することによって形成するための金型本体を備えた、プロペラファン成型金型。
10. 前記金型本体には、翼の後縁部に形成される第１切込み部に対応する部分にヒーターが設けられた、請求項９記載のプロペラファン成型金型。
11. 前記金型本体には、翼の後縁部に形成される第１切込み部に対応する部分よりも外周側の部分にヒーターが設けられた、請求項９記載のプロペラファン成型金型。
12. 請求項１〜８のいずれかに記載のプロペラファンを備えた、流体送り装置。

Images