JP5203478B2 - 貫流ファン、成型用金型および流体送り装置 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、貫流ファン、成型用金型および流体送り装置に関し、より特定的には、空気調和機や空気清浄機などに用いられる貫流ファン、その貫流ファンの製造に用いられる成型用金型およびその貫流ファンを備える流体送り装置に関する。

従来の貫流ファンについて、たとえば、特開２００７−２１３５２号公報には、設置面積を小さくするとともに、送風能力を高めることを目的とした空気清浄機が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された空気清浄機においては、左右端部にそれぞれ吸気口と吹き出し口とを有する本体内に、モータにより駆動される縦長のクロスフローファンが配置されている。

また、従来の各種のファンを開示する文献として、特開平８−２６１１９７号公報（特許文献２）、実開昭５９−６２２９３号公報（特許文献３）、特開２００９−３６１８７号公報（特許文献４）、特開２００８−１５７１１３号公報（特許文献５）および特開２００５−２３３１２６号公報（特許文献６）がある。

特開２００７−２１３５２号公報 特開平８−２６１１９７号公報 実開昭５９−６２２９３号公報 特開２００９−３６１８７号公報 特開２００８−１５７１１３号公報 特開２００５−２３３１２６号公報

近年、地球環境の保全のため、家庭用の電気機器のさらなる省エネルギ化が求められている。たとえば、空気調和機（エアーコンディショナ）や空気清浄機といった電気機器の効率は、それに内包される送風機の効率に大きく依存することが知られている。また、回転物体として送風機に設けられたファンブレードの重量を軽量化することにより、ファンブレードを回転駆動するためのモータの消費電力が低減し、送風機または流体送り装置としての効率が向上することが知られている。

しかしながら、ファンブレードの断面形状として採用される翼型（aerofoil）は、そもそも航空機の翼への適用を想定しており、主に航空工学分野において見い出されたものである。このため、翼型のファンブレードは、主に高レイノルズ数領域で最適化されており、家庭用の空気調和機や空気清浄機といった低レイノルズ数領域で用いられるファンブレードの断面としては、必ずしも適切であるとは言えない。

また、ファンブレードの断面形状として翼型や二重円弧が採用される場合、ファンブレードの前縁から３０〜５０％の範囲に厚肉部が存在する。このため、ファンブレードの重量が大きくなり、回転時の摩擦損失などが増大する原因となる。しかしながら、単にファンブレードを軽量化するだけでは、ファンブレードの強度が低下し、割れやその他の品質不良が発生するおそれがある。

以上の理由から、家庭用の空気調和機や空気清浄機といった電気機器の省エネルギ化のため、低レイノルズ数領域で用いられるファンブレードとして適切な翼断面形状が求められている。また、揚抗比が高く、かつ、薄くて軽く、強度が高い、翼断面形状が求められている。

送風機に用いられるファンとしては、ファンの回転軸に平行な平面状の吹き出し流れを形成する貫流ファン（クロスフローファン）がある。その貫流ファンの用途の代表的な例として、空気調和機が挙げられる。家庭用の電気機器のさらなる省エネルギ化が求められる中、空気調和機の低消費電力化は優先順位が高い。この空気調和機の低消費電力化のため、風量を増加させたいといった要請がある。風量を増加させると熱交換器の蒸発や凝縮の性能が増加し、その分、圧縮機の消費電力を低減することができる。しかしながら、風量を増加させると、ファンの消費電力は増大するため、圧縮機における消費電力の低減分とファンの消費電力の増大分との差引きが低消費電力化された分となり、ファンの風量を増加する効果を最大限に得ることはできない。また、ファンの風量を増加させる手段として、同じファンで回転数を上げる場合、空気調和機の騒音が増大してしまう。

また、貫流ファンの用途の他の例として、空気清浄機が挙げられている。空気清浄機の要請として、集塵能力の増加すなわち風量増加と、低騒音化とがあるが、これら２つの間には二律背反の関係がある。

これらの両方を満足するためには、空気清浄機の吸い込み口および吹き出し口からの騒音の低減だけでなく、空気を送り出す貫流ファンの騒音を根本的に低減しなければならない。また、風量増加のためには、貫流ファンの回転数を高める必要がある。貫流ファンの回転数を高める場合、ファンに対する入力の低減が必要である。また、ファンブレードの強度を、貫流ファンの回転数の増加に伴って生じる遠心力の増大に打ち勝つほどに増大させる必要がある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、優れた送風能力を発揮する貫流ファン、その貫流ファンの製造に用いられる成型用金型およびその貫流ファンを備える流体送り装置を提供することである。

この発明に従った貫流ファンは、樹脂により形成される貫流ファンである。貫流ファンは、周方向に互いに間隔を隔てて設けられる複数の羽根部を備える。羽根部は、内周側に配置され、空気が流出入する内縁部と、外周側に配置され、空気が流出入する外縁部とを有する。羽根部には、内縁部と外縁部との間で延在する翼面が形成される。翼面は、貫流ファンの回転方向の側に配置される正圧面と、正圧面の裏側に配置される負圧面とからなる。羽根部は、貫流ファンの回転軸に直交する平面により切断された場合に、正圧面から凹む凹部が形成される翼断面形状を有する。羽根部は、貫流ファンの回転軸に直交する平面により切断された場合に、正圧面および負圧面のうち正圧面にのみ凹部が形成される翼断面形状を有する。凹部は、貫流ファンの回転軸に沿って延びる溝断面を有する。溝断面の側面は、凹部の深さが最も大きくなる点からその両側に立ち上がるように形成されている。羽根部は、内縁部と外縁部との間で延びる翼断面形状の中心線が屈曲してなる屈曲部を有する。凹部は、屈曲部に形成される。凹部は、内縁部および外縁部の近傍に形成される。羽根部は、全体として、内縁部および外縁部に隣り合う位置で厚みが相対的に小さく、内縁部および外縁部の間の翼中央部に向かうほど厚みが徐々に大きくなる翼断面形状を有する。凹部は、羽根部の厚みが、内縁部および外縁部から翼中央部に向かうほど徐々に増大し、凹部に達すると減少に転じるように形成される。

このように構成された貫流ファンによれば、貫流ファンの回転時に、外縁部から流入し、翼面を通過し、内縁部から流出する空気流れと、内縁部から流入し、翼面を通過し、外縁部から流出する空気流れとが、交互に各羽根部において発生する。この際、正圧面から凹むように形成された凹部に空気流れの渦（２次流れ）が生成されることによって、正圧面を通過する空気流れ（主流）は、凹部に生じた渦の外側に沿って流れる。これにより、羽根部は、渦が形成された分だけ翼断面形状が厚肉化された厚肉翼のような挙動を示す。結果、貫流ファンの送風能力を向上させることができる。
また、羽根部は、貫流ファンの回転軸に直交する平面により切断された場合に、正圧面および負圧面のうち正圧面にのみ凹部が形成される翼断面形状を有する。このような構成により、空気流れの主流が翼面に対して強く押し付けられる正圧面側において、凹部に形成された渦によって主流と翼面との間の摩擦抵抗を低減させる一方、空気流れの主流が翼面から剥される方向に力が働く負圧面側において、凹部に形成された渦が主流を剥離させる要因となることを回避できる。
また、凹部は、貫流ファンの回転軸に沿って延びる溝断面を有する。溝断面の側面は、凹部の深さが最も大きくなる点からその両側に立ち上がるように形成される。このような構成により、凹部に形成される渦が翼面からより盛り上がった形態となる。この場合、空気流れの主流はその盛り上がった形態の渦の外側を流れるため、厚肉翼の効果をより有効に得ることができる。
また、羽根部は、内縁部と外縁部との間で延びる翼断面形状の中心線が屈曲してなる屈曲部を有する。凹部は、屈曲部に形成される。このような構成により、羽根部に屈曲部を設けることによって、正圧面から凹む凹部を形成する。
また、凹部は、内縁部および外縁部の近傍に形成される。このような構成により、内縁部および外縁部の近傍において凹部による上記効果が生じ、高い揚力を発生させることができる。
また、貫流ファンは、樹脂により形成される。このような構成により、軽量かつ高強度の樹脂製の貫流ファンを実現することができる。

また好ましくは、凹部は、内縁部と外縁部との間の翼中央部に形成される。このように構成された貫流ファンによれば、翼中央部において凹部による上記効果が生じ、羽根部が翼として安定した能力を発揮することができる。

また好ましくは、凹部は、貫流ファンの回転軸方向における翼面の一方端から他方端にまで延びて形成される。このように構成された貫流ファンによれば、貫流ファンの回転軸方向における翼面の一方端から他方端にまで延びて形成される凹部に、空気流れの渦が生成されるため、貫流ファンの送風能力をより効果的に向上させることができる。

また好ましくは、凹部は、正圧面に、内縁部と外縁部とを結ぶ方向において繰り返し現れるように形成される。このように構成された貫流ファンによれば、正圧面に繰り返し現れる凹部に空気流れの渦が生成されるため、貫流ファンの送風能力をより効果的に向上させることができる。

また好ましくは、羽根部は、貫流ファンの回転軸に直交する平面により切断された場合に、正圧面から凹む複数の凹部が形成される翼断面形状を有する。このように構成された貫流ファンによれば、複数の凹部のそれぞれに渦が生成されるため、貫流ファンの送風能力をより効果的に向上させることができる。

この発明に従った成型用金型は、上述に記載の貫流ファンを成型するために用いられる。このように構成された成型用金型によれば、軽量かつ高強度の樹脂製の貫流ファンを製造することができる。

この発明に従った流体送り装置は、上述のいずれかに記載の貫流ファンと、貫流ファンに連結され、複数の羽根部を回転させる駆動モータとから構成される送風機を備える。このように構成された流体送り装置によれば、送風能力を高く維持しつつ、駆動モータの消費電力を低減することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、優れた送風能力を発揮する貫流ファン、その貫流ファンの製造に用いられる成型用金型およびその貫流ファンを備える流体送り装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１における貫流ファンを示す側面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った貫流ファンを示す断面斜視図である。 図１中の貫流ファンに設けられたファンブレードを示す断面図である。 図１中に示す貫流ファンが用いられる空気調和機を示す断面図である。 図４中の空気調和機の吹き出し口近傍を拡大して示す断面図である。 図４中の空気調和機の吹き出し口近傍に生じる空気流れを示す断面図である。 図５中に示す上流側領域において、ファンブレードの翼面上で生じる現象を表わした断面図である。 図７中に示すファンブレードを模式的に表わした図である。 図５中に示す下流側領域において、ファンブレードの翼面上で生じる現象を表わした断面図である。 図９中に示すファンブレードを模式的に表わした図である。 図１中の貫流ファンの第１変形例を示す断面図である。 図１中の貫流ファンの第２変形例を示す断面図である。 図１中の貫流ファンの第３変形例を示す断面図である。 図１中の貫流ファンの第４変形例を示す断面図である。 図１中の貫流ファンの第５変形例を示す断面図である。 図１中の貫流ファンの製造時に用いられる成型用金型を示す断面図である。 本実施例において、貫流ファンの風量と駆動用のモータの消費電力との関係を示すグラフである。 本実施例において、貫流ファンの風量と騒音値との関係を示すグラフである。 本実施例において、貫流ファンの圧力流量特性を示すグラフである。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における貫流ファンを示す側面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った貫流ファンを示す断面斜視図である。

図１および図２を参照して、本実施の形態における貫流ファン（クロスフローファン）１０は、複数のファンブレード２１を有する。貫流ファン１０は、全体として略円筒形の外観を有し、複数のファンブレード２１は、その略円筒形の側面に配置されている。貫流ファン１０は、樹脂により一体に形成されている。貫流ファン１０は、図中に示す仮想上の中心軸１０１を中心に、矢印１０３に示す方向に回転する。

貫流ファン１０は、回転する複数のファンブレード２１によって、回転軸である中心軸１０１に直交する方向に送風するファンである。貫流ファン１０は、中心軸１０１の軸方向から見た場合に、中心軸１０１に対して一方の側の外側空間からファンの内側空間に空気を取り込み、さらに取り込んだ空気を中心軸１０１に対して他方の側の外側空間に送り出すファンである。貫流ファン１０は、中心軸１０１に直交する平面内において中心軸１０１に交差する方向に流れる空気流れを形成する。貫流ファン１０は、中心軸１０１に平行な平面状の吹き出し流れを形成する。

貫流ファン１０は、家庭用の電気機器などのファンに適用される低レイノルズ数領域の回転数で使用される。

貫流ファン１０は、中心軸１０１の軸方向に並べられた複数の羽根車１２が組み合わさって構成されている。各羽根車１２において、複数のファンブレード２１は中心軸１０１を中心に周方向に互いに間隔を隔てて設けられている。

貫流ファン１０は、支持部としての外周枠１３をさらに有する。外周枠１３は、中心軸１０１を中心に環状に延在するリング形状を有する。外周枠１３は、端面１３ａおよび端面１３ｂを有する。端面１３ａは、中心軸１０１の軸方向に沿った一方の方向に面して形成されている。端面１３ｂは、端面１３ａの裏側に配置され、中心軸１０１の軸方向に沿った他方の方向に面して形成されている。

外周枠１３は、中心軸１０１の軸方向において隣り合う羽根車１２間に介在するように設けられている。

互いに隣り合って配置された図１中の羽根車１２Ａおよび羽根車１２Ｂに注目すると、羽根車１２Ａに設けられる複数のファンブレード２１は、端面１３ａ上に立設され、中心軸１０１の軸方向に沿って板状に延在するように形成されている。羽根車１２Ｂに設けられる複数のファンブレード２１は、端面１３ｂ上に立設され、中心軸１０１の軸方向に沿って板状に延在するように形成されている。

複数のファンブレード２１は、互いに同一形状を有する。本実施の形態では、複数のファンブレード２１が、中心軸１０１を中心する周方向においてランダムなピッチで配置されている。

ファンブレード２１は、内縁部２６および外縁部２７を有する。内縁部２６は、ファンブレード２１の内周側の端部に配置されている。外縁部２７は、ファンブレード２１の外周側の端部に配置されている。ファンブレード２１は、内縁部２６から外縁部２７に向けて中心軸１０１を中心とする周方向に傾斜して形成されている。ファンブレード２１は、内縁部２６から外縁部２７に向けて貫流ファン１０の回転方向に傾斜して形成されている。

ファンブレード２１には、正圧面２５および負圧面２４からなる翼面２３が形成されている。正圧面２５は、貫流ファン１０の回転方向の側に配置され、負圧面２４は、正圧面２５の裏側に配置されている。貫流ファン１０の回転時、翼面２３上で空気流れが発生するのに伴って、正圧面２５で相対的に大きく、負圧面２４で相対的に小さくなる圧力分布が生じる。ファンブレード２１は、正圧面２５側が凹となり、負圧面２４側が凸となるように、内縁部２６と外縁部２７との間で全体的に湾曲した形状を有する。

図３は、図１中の貫流ファンに設けられたファンブレードを示す断面図である。図３中には、貫流ファン１０の回転軸である中心軸１０１に直交する平面で切断した場合のファンブレード２１の翼断面形状が示されている。

図１から図３を参照して、ファンブレード２１は、中心軸１０１の軸方向におけるいずれの位置で切断されても同一の翼断面形状を有するように形成されている。ファンブレード２１は、全体として、内縁部２６および外縁部２７に隣り合う位置で厚み（正圧面２５と負圧面２４との間の長さ）が相対的に小さく、内縁部２６および外縁部２７の間の翼中央部に向かうほど厚みが徐々に大きくなる翼断面形状を有する。

ファンブレード２１は、翼面２３の正圧面２５に凹部５７が形成される翼断面形状を有する。凹部５７は、正圧面２５から凹むように形成されている。凹部５７は、内縁部２６と外縁部２７との間で湾曲して延在する正圧面２５から凹むように形成されている。内縁部２６と外縁部２７との間で連続的に湾曲して延在する正圧面２５を想定した場合に、凹部５７は、凹部５７が形成された位置で正圧面２５を不連続とする。凹部５７は、内縁部２６および外縁部２７から翼中央部側に離れた位置に形成されている。

凹部５７は、正圧面２５および負圧面２４のうち正圧面２５にのみ形成されている。すなわち、負圧面２４には、凹部が形成されていない。負圧面２４は、内縁部２６と外縁部２７との間で連続的に湾曲して延在する。

図３中に示す断面において、凹部５７は、中心軸１０１の軸方向に沿って延びる溝断面を有する。凹部５７の溝断面は、中心軸１０１の軸方向におけるファンブレード２１の一方端と他方端との間で連続的に延びて形成されている。凹部５７の溝断面は、中心軸１０１の軸方向におけるファンブレード２１の一方端と他方端との間で直線状に延びて形成されている。凹部５７の溝断面は、中心軸１０１の軸方向における翼面２３の一方端から他方端にまで延びて形成されている。

凹部５７の溝断面の側面は、凹部５７の深さｈ１，ｈ２が最も大きくなる点３１からその両側に立ち上がるように形成される。凹部５７の溝断面の側面は、その全体が湾曲面から構成されるように形成されている。凹部５７は、その溝底に平面部分を有さないように形成されている。凹部５７は、Ｕ字状の溝断面を有する。

本実施の形態では、正圧面２５に複数の凹部５７（凹部５７ｐおよび凹部５７ｑ）が形成されている。凹部５７は、内縁部２６および外縁部２７の近傍に形成されている。より具体的には、内縁部２６の近傍に凹部５７ｐが形成され、外縁部２７の近傍に凹部５７ｑが形成されている。凹部５７ｐは、内縁部２６および外縁部２７の間の翼中央部よりも内縁部２６に近い位置に形成され、凹部５７ｑは、内縁部２６および外縁部２７の間の翼中央部よりも外縁部２７に近い位置に形成されている。

図３中には、ファンブレード２１の翼断面形状の厚み方向（正圧面２５と負圧面２４とを結ぶ方向）における中心線１０６が示されている。ファンブレード２１は、中心線１０６が内周側に向けて延びる先端に内縁部２６を有し、中心線１０６が外周側に向けて延びる先端に外縁部２７を有する。

ファンブレード２１の翼断面形状の厚みＴは、内縁部２６から中心線１０６に沿って外縁部２７に向かうと徐々に増大し、凹部５７ｐに達すると減少に転じる。ファンブレード２１の翼断面形状の厚みＴは、外縁部２７から中心線１０６に沿って内縁部２６に向かうと徐々に増大し、凹部５７ｑに達すると減少に転じる。凹部５７は、凹部５７ｐが形成された位置のファンブレード２１の厚みＴ１と、凹部５７ｑが形成された位置のファンブレード２１の厚みＴ２とが互いに等しくなるように形成されている。なお、図３中では、凹部５７の深さｈ１，ｈ２が最も大きくなる点３１を基準に、凹部５７が形成される位置が決められている。

ファンブレード２１は、ファンブレード２１の翼断面形状の中心線１０６が内縁部２６と外縁部２７との間で屈曲する屈曲部４１を有する。凹部５７は、その屈曲部４１に形成されている。屈曲部４１は、凹部５７が形成された位置で負圧面２４側に凸となるように屈曲している。本実施の形態では、ファンブレード２１が、内縁部２６と外縁部２７との間の２箇所で屈曲部４１を有する。ファンブレード２１は、内縁部２６の近傍に配置される屈曲部４１Ａと、外縁部２７の近傍に配置される屈曲部４１Ｂとを有する。屈曲部４１Ａは、正圧面２５に凹部５７ｐを形成し、屈曲部４１Ｂは、正圧面２５に凹部５７ｑを形成している。

以上に説明した、この発明の実施の形態１における貫流ファン１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における貫流ファン１０は、周方向に互いに間隔を隔てて設けられる複数の羽根部としてのファンブレード２１を備える。ファンブレード２１は、内周側に配置され、空気が流出入する内縁部２６と、外周側に配置され、空気が流出入する外縁部２７とを有する。ファンブレード２１には、内縁部２６と外縁部２７との間で延在する翼面２３が形成される。翼面２３は、貫流ファン１０の回転方向の側に配置される正圧面２５と、正圧面２５の裏側に配置される負圧面２４とからなる。ファンブレード２１は、貫流ファン１０の回転軸に直交する平面により切断された場合に、正圧面２５から凹む凹部５７が形成される翼断面形状を有する。

続いて、図１中の貫流ファン１０が用いられる空気調和機（エアーコンディショナ）の構造について説明する。

図４は、図１中に示す貫流ファンが用いられる空気調和機を示す断面図である。図４を参照して、空気調和機１１０は、室内に設置され、室内側熱交換器１２９が設けられる室内機１２０と、室外に設置され、室外側熱交換器および圧縮機が設けられる図示しない室外機とから構成されている。室内機１２０および室外機は、室内側熱交換器１２９と室外側熱交換器との間で冷媒ガスを循環させるための配管により接続されている。

室内機１２０は、送風機１１５を有する。送風機１１５は、貫流ファン１０と、貫流ファン１０を回転させるための図示しない駆動モータと、貫流ファン１０の回転に伴って、所定の気流を発生させるためのケーシング１２２とから構成されている。

ケーシング１２２は、キャビネット１２２Ａおよびフロントパネル１２２Ｂを有する。キャビネット１２２Ａは、室内の壁面に支持されており、フロントパネル１２２Ｂは、キャビネット１２２Ａに着脱自在に取り付けられている。フロントパネル１２２Ｂの下端部とキャビネット１２２Ａの下端部との間隙には、吹き出し口１２５が形成されている。吹き出し口１２５は、室内機１２０の幅方向に延びる略矩形に形成され、前方下方に臨んで設けられている。フロントパネル１２２Ｂの上面には、格子状の吸い込み口１２４が形成されている。

フロントパネル１２２Ｂに対向する位置には、吸い込み口１２４から吸い込まれた空気に含まれる塵埃を捕集・除去するエアフィルタ１２８が設けられている。フロントパネル１２２Ｂとエアフィルタ１２８との間に形成される空間には、図示しないエアフィルタ清掃装置が設けられている。エアフィルタ清掃装置によって、エアフィルタ１２８に蓄積した塵埃が自動的に除去される。

ケーシング１２２の内部には、吸い込み口１２４から吹き出し口１２５に向けて空気が流通する送風通路１２６が形成されている。吹き出し口１２５には、左右方向の吹き出し角度を変更可能な縦ルーバ１３２と、上下方向の吹き出し角度を、前方上方、水平方向、前方下方および真下方向に変更可能な複数の横ルーバ１３１とが設けられている。

送風通路１２６の経路上における、貫流ファン１０とエアフィルタ１２８との間には、室内側熱交換器１２９が配置されている。室内側熱交換器１２９は、上下方向に複数段、かつ前後方向に複数列に並設される蛇行した図示しない冷媒管を有する。室内側熱交換器１２９は、屋外に設置される室外機の圧縮機に接続されており、圧縮機の駆動によって冷凍サイクルが運転される。冷凍サイクルの運転によって、冷房運転時には室内側熱交換器１２９が周囲温度よりも低温に冷却され、暖房運転時には室内側熱交換器１２９が周囲温度よりも高温に加熱される。

図５は、図４中の空気調和機の吹き出し口近傍を拡大して示す断面図である。図４および図５を参照して、ケーシング１２２は、前方壁部１５１および後方壁部１５２を有する。前方壁部１５１および後方壁部１５２は、互いに間隔を隔てて向い合って配置されている。

送風通路１２６の経路上には、前方壁部１５１と後方壁部１５２との間に位置するように貫流ファン１０が配置されている。前方壁部１５１には、貫流ファン１０の外周面に向けて突出し、貫流ファン１０と前方壁部１５１との隙間を微小とする突出部１５３が形成されている。後方壁部１５２には、貫流ファン１０の外周面に向けて突出し、貫流ファン１０と後方壁部１５２との隙間を微小とする突出部１５４が形成されている。

ケーシング１２２は、上側ガイド部１５６および下側ガイド部１５７を有する。送風通路１２６は、貫流ファン１０よりも空気流れの下流側において、上側ガイド部１５６および下側ガイド部１５７によって規定されている。

上側ガイド部１５６および下側ガイド部１５７は、それぞれ、前方壁部１５１および後方壁部１５２から連なり、吹き出し口１２５に向けて延在している。上側ガイド部１５６および下側ガイド部１５７は、貫流ファン１０によって送り出された空気を、上側ガイド部１５６が内周側となり、下側ガイド部１５７が外周側となるように湾曲させ、前方下方へと案内するように形成されている。上側ガイド部１５６および下側ガイド部１５７は、貫流ファン１０から吹き出し口１２５に向かうほど、送風通路１２６の断面積が拡大するように形成されている。

本実施の形態では、前方壁部１５１および上側ガイド部１５６がフロントパネル１２２Ｂに一体に形成されている。後方壁部１５２および下側ガイド部１５７がキャビネット１２２Ａに一体に形成されている。

図６は、図４中の空気調和機の吹き出し口近傍に生じる空気流れを示す断面図である。図５および図６を参照して、送風通路１２６上の経路上には、貫流ファン１０よりも空気流れの上流側に位置して上流側外側空間１４６が形成され、貫流ファン１０の内側（周方向に配列された複数のファンブレード２１の内周側）に位置して内側空間１４７が形成され、貫流ファン１０よりも空気流れの下流側に位置して下流側外側空間１４８が形成されている。

貫流ファン１０の回転時、突出部１５３，１５４を境にして送風通路１２６の上流側領域１４１には、上流側外側空間１４６からファンブレード２１の翼面２３上を通って内側空間１４７に向かう空気流れ１６１が形成され、突出部１５３，１５４を境にして送風通路１２６の下流側領域１４２には、内側空間１４７からファンブレード２１の翼面２３上を通って下流側外側空間１４８に向かう空気流れ１６１が形成される。このとき、前方壁部１５１に隣接する位置には、空気流れの渦１６２が形成される。

図７は、図５中に示す上流側領域において、ファンブレードの翼面上で生じる現象を表わした断面図である。図８は、図７中に示すファンブレードを模式的に表わした図である。

図７および図８を参照して、上流側領域１４１において、上流側外側空間１４６から内側空間１４７に向かう空気流れが形成されるとき、ファンブレード２１の翼面２３上では、外縁部２７から流入し、翼面２３上を通過し、内縁部２６から流出する空気流れが発生する。この際、正圧面２５に形成された凹部５７には、時計回りの空気流れの渦６３（２次流れ）が形成される。これにより、翼面２３上を通過する空気流れの主流６１は、凹部５７に生じた渦６３の外側に沿って流れる。

図９は、図５中に示す下流側領域において、ファンブレードの翼面上で生じる現象を表わした断面図である。図１０は、図９中に示すファンブレードを模式的に表わした図である。

図９および図１０を参照して、下流側領域１４２において、内側空間１４７から下流側外側空間１４８に向かう空気流れが形成されるとき、ファンブレード２１の翼面２３上では、内縁部２６から流入し、翼面２３上を通過し、外縁部２７から流出する空気流れが発生する。この際、正圧面２５に形成された凹部５７には、反時計回りの空気流れの渦６８（２次流れ）が形成される。これにより、翼面２３上を通過する空気流れの主流６６は、凹部５７に生じた渦６８の外側に沿って流れる。

すなわち、貫流ファン１０においては、ファンブレード２１が上流側領域１４１から下流側領域１４２に移動すると、翼面２３上における空気の流れ方向が反転し、これに伴って、凹部５７に生じる渦の回転方向も反転する。

本実施の形態における貫流ファン１０においては、ファンブレード２１が、薄肉の翼断面形状を有するにもかかわらず、渦（２次流れ）が形成された凹部５７の深さの分だけ翼断面形状が厚肉化された厚肉翼のような挙動を示す。この結果、ファンブレード２１で生じる揚力を大幅に増大させることができる。また、凹部５７は、内縁部２６および外縁部２７の近傍に形成されている。これにより、内縁部２６および外縁部２７の近傍において凹部５７による上記効果が生じ、高い揚力を発生させることができる。

このような貫流ファン１０において、凹部に形成される空気流れの渦は、主流と翼面２３との間の摩擦抵抗を低減させる機能を発揮する。主流と翼面２３との間の摩擦抵抗は負圧面２４よりも正圧面２５の方が大きくなるため、本実施の形態では、正圧面２５に凹部５７を形成することにより、主流と正圧面２５との間の摩擦抵抗を低減している。一方、凹部に空気流れの渦が形成されると、その渦が起点となって主流が剥離する懸念が生じる。このような主流の剥離の懸念は正圧面２５よりも負圧面２４で発生し易いため、本実施の形態では、負圧面２４に凹部を形成しないことにより、主流の剥離をより確実に防いでいる。

以下、上記の摩擦抵抗の低減の効果と、主流の剥離を防ぐ効果とについて、より具体的に説明する。

貫流ファンにおける一般的なスケールや一般的な風速（風量）を考慮すると、貫流ファンの隣接するファンブレード２１間に流れる空気のレイノルズ数は、比較的小さく、Re＝１０^３〜１０^４の領域となる。この領域では、空気の粘性は慣性に対して非常に大きくなり（つまり、粘り気のある流体となり）、ファンブレード２１間で主流をなす空気と翼面２３との間の摩擦抵抗が大きくなる。すなわち、貫流ファンの効率を高めるには、この主流と翼面２３との間の摩擦抵抗を低減することが得策となる。そこで、本実施の形態における貫流ファン１０においては、翼面２３に形成された凹部５７に空気流れの主流ではない２次流れを形成し、凹部５７で回転する渦を得ることによって、主流と翼面２３との間の摩擦抵抗を低減させている。

このようなメカニズムは、丸太を用いて巨大な石を運搬する場面を考えると容易に理解される。この場面、丸太は、「ころ」として用いられ、巨大な石と地面との摩擦抵抗を低減させる機能を発生する。本実施の形態における貫流ファン１０においては、地面が翼面２３に置き換えられ、巨大な石が粘り気の大きい空気（主流６１，６６）に置き換えられ、丸太が凹部５７に発生させる渦６３，６８に置き換えられる。すなわち、本実施の形態では、凹部５７に形成される渦６３，６８が丸太の役割を果たすことにより、主流６１，６６と翼面２３との間の摩擦抵抗を低減している。

次に、主流６１，６６と翼面２３との間の摩擦抵抗は、以下に説明する理由から正圧面２５側＞＞負圧面２４側となる。

正圧面２５は貫流ファン１０の回転方向の側に配置されるため、ファンブレード２１の回転時、正圧面２５に主流６１，６６が強く押し付けられ、その結果として、主流６１，６６と翼面２３との間の摩擦抵抗はより大きくなる。これに対して、負圧面２４は貫流ファン１０の回転方向とは反対側に配置されるため、ファンブレード２１の回転時、負圧面２４には主流６１，６６が翼面２３から離れていく（剥される）方向に力が働き、その結果として、主流６１，６６と翼面２３との間の摩擦抵抗はより小さくなる。本実施の形態における貫流ファン１０では、主流６１，６６と翼面２３との間の摩擦抵抗が正圧面２５でより大きくなることを考慮して、正圧面２５に凹部５７を形成している。

これに対して、負圧面２４側は、上述の通り、主流６１，６６が翼面２３から剥される方向に力が働いている。特に貫流ファン１０の上流側の空気流路で圧損が大きい場合にはこれが顕著となり、負圧面２４側の主流６１，６６が翼面２３から剥離するという懸念が生じる。このような剥離が生じると、ファンブレード２１が翼としての働きを発揮できず、省エネルギ性が悪化するとともに、剥離による乱流発生により騒音が増大する。一方、凹部に渦が形成されると、その渦が起点となって剥離が促進されるおそれがある。そこで、本実施の形態における貫流ファン１０では、負圧面２４に凹部を形成していない。

なお、負圧面２４に凹部を形成した場合であっても、負圧面２４に形成される凹部の数を正圧面２５に形成される凹部の数よりも少なくすることにより、負圧面２４側において、摩擦抵抗を低減する効果（メリット）と、剥離のリスク（デメリット）とのバランスをとることができる。

このように構成された、この発明の実施の形態１における貫流ファン１０によれば、家庭用の電気機器などのファンに適用される低レイノルズ数領域において、ファンブレード２１の回転に伴って生じる揚力を大幅に増大させることができる。これにより、貫流ファン１０の駆動のための消費電力を低減することができる。

また、この発明の実施の形態１における空気調和機１１０によれば、送風能力に優れた貫流ファン１０を用いることによって、貫流ファン１０を駆動させるための駆動モータの消費電力を低減させることができる。これにより、省エネルギ化に貢献可能な空気調和機１１０を実現することができる。

なお、本実施の形態では、空気調和機を例に挙げて説明したが、この他に、たとえば、空気清浄機や加湿機、冷却装置、換気装置などの流体を送り出す装置に、本発明における貫流ファンを適用することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１における貫流ファン１０の各種変形例について説明する。

図１１は、図１中の貫流ファンの第１変形例を示す断面図である。図１１を参照して、ファンブレード２１は、全体として、内縁部２６および外縁部２７に隣接する位置で厚みが相対的に小さく、内縁部２６および外縁部２７の間の翼中央部に向かうほど厚みが徐々に大きくなる翼断面形状を有する。

本変形例では、ファンブレード２１が、翼面２３の正圧面２５に凹部７１が形成される翼断面形状を有する。凹部７１は、内縁部２６および外縁部２７の間の翼中央部に位置して形成されている。凹部７１は、内縁部２６からの距離と外縁部２７からの距離とが等しくなる正圧面２５上の位置を含むように形成されている。

このような構成によれば、凹部７１に空気流れの渦（２次流れ）が生成されることによって、翼面２３を通過する空気流れ（主流）は、凹部７１に生じた渦の外側に沿って流れる。これにより、翼中央部で生じる気流の剥離を抑制するという効果が得られ、ファンブレード２１が翼として安定した能力を発揮することができる。

図１２は、図１中の貫流ファンの第２変形例を示す断面図である。図１２を参照して、本変形例では、ファンブレード２１の厚みＴが、内縁部２６と外縁部２７との間の、内縁部２６および外縁部２７のうちいずれか一方としての内縁部２６に偏った位置で最大となる。ファンブレード２１は、全体として、内縁部２６に隣接する位置で厚みが相対的に大きく、内縁部２６および外縁部２７の間の翼中央部を経由して外縁部２７に向かうほど厚みが徐々に小さくなる翼断面形状を有する。

ファンブレード２１は、翼面２３の正圧面２５に凹部７２が形成される翼断面形状を有する。正圧面２５には、複数の凹部７２（凹部７２ｐおよび凹部７２ｑ）が形成されている。凹部７２は、内縁部２６および外縁部２７の近傍に形成されている。より具体的には、内縁部２６の近傍に凹部７２ｐが形成され、外縁部２７の近傍に凹部７２ｑが形成されている。凹部７２は、凹部７２ｐが形成された位置のファンブレード２１の厚みＴ１と、凹部７２ｑが形成された位置のファンブレード２１の厚みＴ２とが互いに等しくなるように形成されている。凹部７２ｐの深さｈ１は、凹部７２ｑの深さｈ２よりも大きくなる。

このような構成により、図５中に示す空気調和機１１０において、ファンブレード２１が下流側領域１４２を通過する際に特に大きい揚力を生じさせることができる。たとえば、下流側領域１４２に送風の抵抗となる部材が配置される場合など、送風能力を特に下流側領域１４２で高めることが必要な場合に、より適切かつ効率的な送風性能を得ることができる。

なお、図１２中に示す形態とは逆に、ファンブレード２１は、全体として、外縁部２７に隣接する位置で厚みが相対的に大きく、内縁部２６および外縁部２７の間の翼中央部を経由して内縁部２６に向かうほど厚みが徐々に小さくなる翼断面形状を有してもよい。この場合、上記と同様の理由により、送風能力を特に上流側領域１４１で高めることが必要な場合に、好適な効果を得ることができる。

なお、ファンブレード２１の全体としての断面形状は、実施の形態１および変形例１，２に説明した形態に限られず、他の形態を有してもよい。

図１３は、図１中の貫流ファンの第３変形例を示す断面図である。図１４は、図１中の貫流ファンの第４変形例を示す断面図である。図１５は、図１中の貫流ファンの第５変形例を示す断面図である。

図１３から図１５を参照して、ファンブレード２１は、全体として、内縁部２６に隣接する位置で厚みが相対的に大きく、内縁部２６および外縁部２７の間の翼中央部を経由して外縁部２７に向かうほど厚みが徐々に小さくなる翼断面形状を有する。

ファンブレード２１は、翼面２３の正圧面２５に凹部７３が形成される翼断面形状を有する。正圧面２５には、複数の凹部７３（凹部７３ｐ、凹部７３ｑ、凹部７３ｒおよび凹部７３ｓが形成されている。複数の凹部７３は、内縁部２６の近傍に位置して形成されている。図１３中に示す変形例では、凹部７３が、略Ｕ字状の溝断面を有する。図１４中に示す変形例では、凹部７３が、略Ｖ字状の溝断面を有する。図１５中に示す変形例では、凹部７３が、略台形状の溝断面を有する。凹部７３は、その溝底に平面部分を有するように形成されている。複数の凹部７３は、隣接する凹部７３間に正圧面２５が形成されないように連続して配置されている。凹部７３（たとえば、凹部７３ｐ）の溝断面の側面と、その凹部７３に隣り合う凹部７３（たとえば、凹部７３ｑ）の溝断面の側面とが、直接接続されている。

以上の変形例に示すように、正圧面２５には、３以上の複数個の凹部７３が形成されてもよい。また、凹部７３は、各種の溝断面形状を採り得る。図１３および図１４中に示す溝断面と、図１５中に示す溝断面とを比較した場合、凹部７３の深さが最も大きくなる点からその両側に立ち上がる形状を有する図１３および図１４中に示す溝断面の方が、凹部７３に形成される渦が翼面２３からより盛り上がった形態となる。この場合、空気流れの主流はその盛り上がった形態の渦の外側を流れるため、厚肉翼の効果をより有効に得ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、図１中の貫流ファン１０の製造時に用いられる成型用金型について説明を行なう。

図１６は、図１中の貫流ファンの製造時に用いられる成型用金型を示す断面図である。図１６を参照して、成型用金型２１０は、固定側金型２１４および可動側金型２１２を有する。固定側金型２１４および可動側金型２１２により、貫流ファン１０と略同一形状であって、流動性の樹脂が注入されるキャビティ２１６が規定されている。

成型用金型２１０には、キャビティ２１６に注入された樹脂の流動性を高めるための図示しないヒータが設けられてもよい。このようなヒータの設置は、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特に有効である。

このように構成された成型用金型２１０によれば、揚抗比が高く、かつ、薄くて軽く、強度が高い翼断面形状を有する貫流ファンを樹脂成型により製造することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、図１中に示す貫流ファン１０と、翼面２３に凹部が形成されていないファンブレードを備える比較のための貫流ファンとを、それぞれ、図４中に示す空気調和機１１０に組み込み、その空気調和機１１０を用いて行なった各種の実施例について説明する。

以下に説明する実施例では、φ１００ｍｍの直径、６００ｍｍの長さを有する貫流ファン１０および比較のための貫流ファンを用い、ファンブレード２１の大きさや配置など、凹部の有無を除いた形状は同一とした。

図１７は、本実施例において、貫流ファンの風量と駆動用のモータの消費電力との関係を示すグラフである。図１７を参照して、本実施例では、貫流ファン１０を用いた場合と、比較のための貫流ファンを用いた場合とのそれぞれにおいて、風量を変化させながら、各風量における駆動用のモータの消費電力を測定した。測定の結果、貫流ファン１０は、比較のための貫流ファンと比較して、同一風量における駆動用のモータの消費電力が低減することを確認できた。

図１８は、本実施例において、貫流ファンの風量と騒音値との関係を示すグラフである。図１８を参照して、本実施例では、貫流ファン１０を用いた場合と、比較のための貫流ファンを用いた場合とのそれぞれにおいて、風量を変化させながら、各風量における騒音値を測定した。測定の結果、貫流ファン１０は、比較のための貫流ファンと比較して、同一風量における騒音値が低減することを確認できた。

図１９は、本実施例において、貫流ファンの圧力流量特性を示すグラフである。図中には、一定回転数における貫流ファン１０および比較のための貫流ファンの圧力流量特性（Ｐ：静圧−Ｑ：風量）が示されている。図１９を参照して、貫流ファン１０は、比較のための貫流ファンと比較して、特に小さい風量の領域でのＰ−Ｑ特性が向上した。

今回開示され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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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ことが意図される。

この発明は、主に、空気清浄機や空気調和機などの送風機能を有する家庭用の電気機器に適用される。

１０ 貫流ファン、１２，１２Ａ，１２Ｂ 羽根車、１３ 外周枠、１３ａ，１３ｂ 端面、２１ ファンブレード、２３ 翼面、２４ 負圧面、２５ 正圧面、２６ 内縁部、２７ 外縁部、３１ 点、４１，４１Ａ，４１Ｂ 屈曲部、５７，５７ｐ，５７ｑ，７１，７２，７２ｐ，７２ｑ，７３，７３ｐ，７３ｑ，７３ｒ，７３ｓ 凹部、６１，６６ 空気流れ、６３，６８，１６２ 渦、１０１ 中心軸、１０６ 中心線、１１０ 空気調和機、１１５ 送風機、１２０ 室内機、１２２ ケーシング、１２２Ａ キャビネット、１２２Ｂ フロントパネル、１２４ 吸い込み口、１２５ 吹き出し口、１２６ 送風通路、１２８ エアフィルタ、１２９ 室内側熱交換器、１３１ 横ルーバ、１３２ 縦ルーバ、１４１ 上流側領域、１４２ 下流側領域、１４６ 上流側外側空間、１４７ 内側空間、１４８ 下流側外側空間、１５１ 前方壁部、１５２ 後方壁部、１５３，１５４ 突出部、１５６ 上側ガイド、１５７ 下側ガイド、２１０ 成型用金型、２１２ 可動側金型、２１４ 固定側金型、２１６ キャビティ。

Claims (7)

1. 樹脂により形成される貫流ファンであって、
   内周側に配置され、空気が流出入する内縁部と、外周側に配置され、空気が流出入する外縁部とを有し、周方向に互いに間隔を隔てて設けられる複数の羽根部を備え、
   前記羽根部には、前記内縁部と前記外縁部との間で延在し、貫流ファンの回転方向の側に配置される正圧面と、前記正圧面の裏側に配置される負圧面とからなる翼面が形成され、
   前記羽根部は、貫流ファンの回転軸に直交する平面により切断された場合に、前記正圧面から凹む凹部が形成される翼断面形状を有し、
   前記羽根部は、貫流ファンの回転軸に直交する平面により切断された場合に、前記正圧面および前記負圧面のうち前記正圧面にのみ前記凹部が形成される翼断面形状を有し、
   前記凹部は、貫流ファンの回転軸に沿って延びる溝断面を有し、
   前記溝断面の側面は、前記凹部の深さが最も大きくなる点からその両側に立ち上がるように形成され、
   前記羽根部は、前記内縁部と前記外縁部との間で延びる前記翼断面形状の中心線が屈曲してなる屈曲部を有し、
   前記凹部は、前記屈曲部に形成され、
   前記凹部は、前記内縁部および前記外縁部の近傍に形成され、
   前記羽根部は、全体として、前記内縁部および前記外縁部に隣り合う位置で厚みが相対的に小さく、前記内縁部および前記外縁部の間の翼中央部に向かうほど厚みが徐々に大きくなる翼断面形状を有し、
   前記凹部は、前記羽根部の厚みが、前記内縁部および前記外縁部から前記翼中央部に向かうほど徐々に増大し、前記凹部に達すると減少に転じるように形成される、貫流ファン。
2. 前記凹部は、前記内縁部と前記外縁部との間の翼中央部に形成される、請求項１に記載の貫流ファン。
3. 前記凹部は、貫流ファンの回転軸方向における前記翼面の一方端から他方端にまで延びて形成される、請求項１または２に記載の貫流ファン。
4. 前記凹部は、前記正圧面に、前記内縁部と前記外縁部とを結ぶ方向において繰り返し現れるように形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の貫流ファン。
5. 前記羽根部は、貫流ファンの回転軸に直交する平面により切断された場合に、前記正圧面から凹む複数の前記凹部が形成される翼断面形状を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の貫流ファン。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の貫流ファンを成型するために用いられる、成型用金型。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の貫流ファンと、前記貫流ファンに連結され、複数の前記羽根部を回転させる駆動モータとから構成される送風機を備える、流体送り装置。

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