JP5259919B2 - 軸流ファン - Google Patents

Description

本願発明は、プロペラファン等の軸流ファンの構造に関するものである。

例えばプロペラファン等の軸流ファンは、空気調和機用室外機ユニットの送風機として一般に使用されている。このようなプロペラファン等の軸流ファンを送風ユニットとして採用した空気調和機用室外機ユニットの構成の一例を、図６に示す。

すなわち、同空気調和機用室外機ユニットは、同図６に示すように、軸流ファンの一例であるプロペラファン４と、該プロペラファン４の外周側に位置して該プロペラファン４の後方側吸込領域Ｘと前方側吹出領域Ｙとを仕切るベルマウス５と、上記プロペラファン４の吹出側（前方側）に位置するファンガード６とから送風ユニット３を構成し、該送風ユニット３を、箱型の本体ケーシング１内において背面空気吸込口１０ａ側熱交換器２の空気流下流側に配設して構成されている。符号１２は、上記プロペラファン４を回転駆動するファンモータであり、上記熱交換器２の下流側に位置して設けられた図示しないファンモータ取付ブラケットに支持固定されている。

そして、上記プロペラファン４は、上記ファンモータ１２の駆動軸１２ａに連結固定され、例えば図７及び図８に拡大して示すように、当該プロペラファン４の回転中心となるハブ１４と、該ハブ１４の外周面に一体に設けられた複数枚の羽根１３，１３，１３とから構成されている。

このような構造の室外機ユニットの場合、上記プロペラファン４単体からの騒音に加え、上記プロペラファン４からの吹出気流がファンガード６等の下流側構造物に衝突して発生する騒音が原因となって、運転時の騒音が高くなるという不具合がある。

そこで、以上のようにプロペラファン４等の軸流ファンを空気調和機用室外機ユニットの送風機として採用した時のトータルの騒音を低減するために、これまで例えばプロペラファン羽根部の翼面形状の最適化や空力性能に優れたエアフォイル翼化等の対策、検討が行われてきた。しかし、これらの静音化手法のみでは、次のような問題を解決することはできない。

すなわち、今例えば図７および図８のようなプロペラファン４の羽根構造において、該羽根１３，１３，１３が回転すると、図８に示すように、該羽根１３，１３，１３の外周側において、圧力の高い圧力面１３ｄ側から圧力の低い負圧面１３ｅ側へ回り込む空気流（イ）が発生し、該空気流（イ）によって、図示のような翼端渦（ロ）が形成される。そして、このような羽根１３，１３，１３の外周部付近において吐き出し側から吸い込み側へ回り込む空気流（イ）によって生じる翼端渦（ロ）による吐き出し気流の乱れは、例えば図９および図１０に示すように、下流側に行くに従って積層されて次第に成長増大するとともに、やがて羽根１３，１３，１３の負圧面１３ｅから離れ、隣接する羽根１３，１３，１３の圧力面１３ｄ，１３ｄや上記ベルマウス５の内周面、あるいは送風機下流側の構造物であるファンガード６などと干渉し、さらに騒音を増大させる。

特に図１０に示すように、上記羽根１３，１３，１３の負圧面１３ｅから離れた翼端渦（ロ）は、後続の羽根１３，１３，１３と干渉することによって、さらに乱れが大きくなる結果、送風機下流側で、さらに一層大きな騒音を発生させることになる。

このような現象は、例えば送風機軽量化（廉価化）のために、上記羽根１３，１３，１３の翼弦長を短かくすると、当該羽根１３，１３，１３本来の翼列効果が小さくなるため、例えば図１１に示すように、より翼端渦（ロ）が負圧面１３ｅから遠のきやすくなり、上記の場合よりも隣接する羽根１３，１３，１３と早期に干渉するようになるので、騒音は一層増大しやすくなる。

これに関し、例えば図１２および図１３に示すように、羽根１３，１３，１３の前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側に到る外周部１３ｃの全体が負圧面側（吸い込み側）に曲成され（反り返り部又は折り曲げ部の設置により）、かつ該曲成部１３ｃの半径方向の幅を前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側にかけて次第に大きくしたものがある（例えば特許文献１参照）。

このような構成によると、例えば図１３および図１４に示すように、当該羽根１３，１３，１３の圧力面１３ｄ側の気流（イ）が当該羽根１３，１３，１３の外周端側凸円弧面状の圧力面１３ｄに沿って滑らかに羽根１３，１３，１３の外周端側凹円弧面状の負圧面１３ｅ内に回り込むようになり、渦径が小さく安定したものとなって、負圧面１３ｅ側における羽根１３，１３，１３の外周方向への気流（ハ）の流れが当該翼端渦（ロ）と干渉しなくなる。

そして、この作用は、上記のように羽根１３，１３，１３の前縁１３ａ付近から後縁１３ｂ付近にかけて、上記羽根外周端部１３ｃの曲成部１３ｃの幅が次第に大きくなっていると、羽根１３の前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側にかけて、徐々に発達して渦径が拡大される翼端渦（ロ）の渦径に対応して、同前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側までスムーズに効果を発揮するようになり、また発生した翼端渦（ロ）が羽根負圧面１３ｅから離れにくくなる。

そのため、例えば羽根１３，１３，１３軽量化のために翼弦長を短かくしたような場合にも、翼端渦（ロ）が隣接する羽根１３，１３，１３間で相互に干渉しなくなり、送風機下流側での吐き出し気流の乱れも少なくなる。

その結果、空気調和機用室外機ユニットに組み込んだ時の騒音も有効に低減されることになる。

特許３６２９７０２号公報（明細書１−１７頁、図１−２７）

ところが、以上のように、羽根１３の外周に負圧面側への曲成部（反り返り部又は折り曲げ部）１３ｃを設けると、翼端渦（ロ）自体の抑制には有効であるが、送風性能には寄与しない。

寄与しないどころか、結果としてファンの昇圧仕事に大きく寄与する翼の反りが小さくなり、逆に昇圧量が低下する問題がある。

したがって、上記曲成部１３ｃの幅を必要以上に大きくすることはマイナスである。そこで、上述の従来例では、少なくとも後縁１３ｂ付近の最大幅部分で、当該羽根１３の回転中心から半径方向外周端までの長さの例えば１５％以下の範囲で、当該羽根外周端の前後長さに応じた変化幅とすることが好ましいとされている。

しかし、そのような最適幅を選択したとしても一定量の昇圧量の低下は避けられない。

ところで、図１２および図１３のような従来のプロペラファンの羽根１３の後縁部１３ｂは、例えば図１５に示すように、ハブ１４側から外周端にかけて全体が円弧状に曲成され、ファン羽根車の回転中心軸Ｏ方向から見て、羽根１３の後縁部ハブ端と後縁部外周端とを結んだ直線Ｌよりも、当該後縁部１３ｂの半径方向中央部が、羽根１３の回転方向と逆方向に浅く広く突出した凸状部に形成されている。

これによって、一応翼面積を広く確保している。

しかし、種々検討して見ると、当該羽根１３において、最も吹出し風速が大きくなるのは、例えば図１５中にＦ−Ｆ′で示した外周寄りの翼弦線領域であり、この部分で有効に翼面積を拡大するのでなければ、余り昇圧量のアップには寄与しない。

したがって、図１５のように、後縁部１３ｂのハブ１４側から外周端に到る全体を、ファン羽根車の回転中心軸Ｏ方向から見て羽根１３の後縁部ハブ端側と後縁部外周端側側とを結んだ直線Ｌを超える凸状としても、翼面積の拡大の割には有効に昇圧量がアップせず、逆に羽根車の軽量化、羽根材量の節減化に反することになる。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、羽根の外周を、それぞれ負圧面側に曲成することによって翼端渦を抑制するようにしてなる軸流ファンにおいて、吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える上記羽根後縁部の半径方向部分を、羽根の後縁部ハブ端と後縁部外周端とを結ぶ直線Ｌを超え、かつファン羽根車の回転中心軸方向から見て、ハブ端側から半径方向外周端までの全体に亘って、羽根の回転方向と逆方向に突出する曲線状の凸状部に形成するとともに、該曲線状の凸状部において、上記ファン羽根車の回転中心からの半径をＲｔ、上記ハブの半径をＲｈ、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる半径方向部分の突出量を他の部分に比べて特に大きくすることによって、上述の羽根外周を曲成したことによる静圧上昇量の低下分を補うことができるようにした高性能の軸流ファンを提供することを目的とするものである。

本願発明は、同目的を達成するために、次のような有効な課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 請求項１の発明
この発明の軸流ファンは、ハブ１４に設けられた複数枚の羽根１３，１３，１３の外周を、それぞれ負圧面１３ｅ側に曲成することによって翼端渦を抑制するようにしてなる軸流ファンであって、上記羽根後縁部１３ｂの半径方向部分を、上記羽根１３の後縁部ハブ端と後縁部外周端とを結ぶ直線Ｌを超え、かつ上記ファン羽根車の回転中心軸方向から見て、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って、上記羽根１３の回転方向と逆方向に突出する曲線状の凸状部１３ｆに形成するとともに、該曲線状の凸状部１３ｆにおいて、その曲率を変えることにより、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って相互に連続する緩やかな曲線形状を描きながらも、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、上記ハブ１４の半径をＲｈ、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる半径方向部分ａの突出量が他の部分に比べて特に大きくなるように曲率を変化させたことを特徴としている。

上記のように、複数枚の羽根１３，１３，１３の外周部が、それぞれ負圧面１３ｅ側に曲成されていると、当該羽根１３，１３，１３の圧力面１３ｄ側の気流（イ）が当該羽根１３，１３，１３の外周端側凸円弧面状の圧力面１３ｄに沿って滑らかに羽根１３の外周端側凹円弧面状の負圧面１３ｅ内に回り込むようになる。

その結果、翼端渦が抑制され、渦径が小さく安定したものとなって、負圧面１３ｅ側における羽根１３の外周方向への気流（ハ）の流れが当該翼端渦（ロ）と干渉しなくなる。

そして、その場合において、上記羽根１３，１３，１３の後縁部１３ｂの吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える半径方向部分を、上記羽根１３の後縁部ハブ端と後縁部外周端とを結ぶ直線Ｌを超え、かつ上記ファン羽根車の回転中心軸方向から見て、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って、上記羽根１３の回転方向と逆方向に突出する曲線状の凸状部１３ｆに形成することによって翼面積を拡大すると、上述のように外周部を負圧面１３ｅ側に曲成したことで反りが緩くなり、静圧上昇量が低下した静圧上昇量の不足分を有効に補うことができる。

また、上記の構成では、同曲線状の凸状部１３ｆにおいて、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、上記ハブ１４の半径をＲｈ、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる半径方向部分ａの突出量を他の部分に比べて特に大きくなるように構成している。

本願発明者等の測定結果によると、最も吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える半径方向部分は、ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、ハブ１４の半径をＲｈ、ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）で示される半径方向の位置が、０．６５〜０．８５であった（図１５中にＦ−Ｆ′で示した外周寄りの翼弦線領域を参照）。

したがって、該半径方向部分ａをピークとして、上述のように、上記ファン羽根車の回転中心軸方向から見て、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って、上記羽根１３の回転方向と逆方向に曲線状の凸状部１３ｆとして翼面積を拡大する。

このようにすると、外周部の曲成で反りが緩くなり、静圧上昇量が低下した静圧上昇量の不足分を、より有効に補うことができるようになる。

その結果、送風音の低減と送風性能の高効率化とを共に実現することができる。

しかし、単に上記羽根１３の上記後縁部１３ｂのハブ１４側から外周端に到る全体を、ファン羽根車の回転中心軸Ｏ方向から見て羽根１３の後縁部ハブ端側と後縁部外周端側側とを結んだ直線Ｌを超える凸状とし、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、上記ハブ１４の半径をＲｈ、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる半径方向部分ａの突出量がピークとなるようにしただけでは、必ずしも有効に昇圧量のアップに寄与しない半径方向部分の翼面積の拡大も伴うことになり、羽根車の軽量化、羽根材量の節減化に反することになる。

他方、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、上記ハブ１４の半径をＲｈ、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる半径方向部分ａが最も吹出し風速が大きくなる部分であるとは言っても、同部分ａには一定の幅があり、内外方向の緩やかな風速変化を伴う。

また、後縁部の一部を突出させただけでは、その境界領域を有効にカバーすることはできない。

そこで、この発明の構成では、上記羽根１３の後縁部ハブ端と後縁部外周端とを結ぶ直線Ｌを超え、かつ上記ファン羽根車の回転中心軸方向から見て、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って、上記羽根１３の回転方向と逆方向に突出する曲線状の凸状部１３ｆに形成するとともに、該曲線状の凸状部１３ｆにおいて、その曲率を変えることにより、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って相互に連続する緩やかな曲線形状を描きながらも、上記半径方向部分ａの突出量が他の部分に比べて特に大きくなるように曲率を変化させてトータルとして有効に昇圧量アップに寄与する凸状部を形成している。

このような構成によれば、羽根１３後縁部のハブ基端側から半径方向外周端までの半径方向各部における風速変化に対応しながら、最も有効な昇圧量アップ領域では最も突出量が大きくなる効果的な羽根形状の軸流ファンを実現することができる。

したがって、むだな翼面積の拡大もなく、羽根車の軽量化、羽根材量の節減化にも反しない。

（２） 請求項２の発明
この発明の軸流ファンは、上記請求項１の発明の構成において、負圧面側への曲成部１３ｃは、羽根１３の前縁１３ａから後縁１３ｂまでの全体にかけて設けられていることを特徴としている。

このような構成によると、先ず羽根１３の前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側に到る外周部の全体が負圧面１３ｅ側に曲成されているので、当該羽根１３の圧力面１３ｄ側の気流（イ）が当該羽根１３の外周端側凸面状の圧力面１３ｄに沿って滑らかに羽根１３の外周端側凹面状の負圧面１３ｅ内に回り込むようになり、渦径が小さく安定したものとなって、負圧面１３ｅ側における羽根１３の外周方向への気流（ハ）の流れが当該翼端渦（ロ）と干渉しなくなる。

そして、その場合において、上記羽根１３，１３，１３の後縁部１３ｂの吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える半径方向部分を、羽根の後縁部ハブ端側と後縁部外周端側を結んだ直線Ｌを超えて回転方向と逆方向に突出する凸状部に形成することによって翼面積を拡大すると、上述のように外周部全体を負圧面１３ｅ側に曲成したことで反りが緩くなり、静圧上昇量が低下した静圧上昇量の不足分を有効に補うことができる。

その結果、送風音の低減と送風性能の高効率化とを実現することができる。

（３） 請求項３の発明
この発明の軸流ファンは、上記請求項１の発明の構成において、負圧面側への曲成部１３ｃは、羽根１３の前縁１３ａから後縁１３ｂに到る途中の所定位置から後縁１３ｂにかけて設けられていることを特徴としている。

このような構成によると、先ず羽根１３の前縁１３ａ側から後縁１３ｂに到る途中の所定位置から後縁１３ｂまでの外周部が負圧面１３ｅ側に曲成されているので、上記請求項２の発明の場合と略同様に、当該羽根１３の圧力面１３ｄ側の気流（イ）が当該羽根１３の外周端側凸面状の圧力面１３ｄに沿って滑らかに羽根１３の外周端側凹面状の負圧面１３ｅ内に回り込むようになり、渦径が小さく安定したものとなって、負圧面１３ｅ側における羽根１３の外周方向への気流（ハ）の流れが当該翼端渦（ロ）と干渉しなくなる。

そして、その場合において、上記羽根１３，１３，１３の後縁部１３ｂの吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える半径方向部分を、羽根の後縁部ハブ端側と後縁部外周端側を結んだ直線Ｌを超えて回転方向と逆方向に突出する凸状部に形成することによって翼面積を拡大すると、上述のように外周部の所定長さ部分を負圧面１３ｅ側に曲成したことで反りが緩くなり、静圧上昇量が低下した静圧上昇量の不足分を有効に補うことができる。

その結果、送風音の低減と送風性能の高効率化とを実現することができる。

（４） 請求項４の発明
この発明の軸流ファンでは、上記請求項１，２又は３の発明の構成において、負圧面側への曲成部１３ｃの半径方向の幅は、後縁１３ｂ側ほど大きく形成されていることを特徴としている。

このように、曲成部１３ｃ部分の半径方向の幅が、後縁１３ｂ側にかけて大きくなるように形成されていると、羽根１３，１３，１３の前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側にかけて、次第に積層増大されて渦径が拡大される翼端渦（ロ）の渦径に対応して、同前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側までスムーズに渦径を小さくする効果を発揮するようになり、また発生した翼端渦（ロ）が羽根負圧面１３ｅから離れにくくなる。

そのため、例えば羽根１３を軽量化するために翼弦長を短かくしたような場合にも、翼端渦（ロ）が隣接する羽根１３，１３，１３間で相互に干渉しなくなり、送風機下流側での吐き出し気流の乱れも少なくなる。

これらの結果、同構成では、上述の各作用が効果的に組合わされて、空気調和機用室外機ユニットに組み込んだ時の騒音が、より有効に低減されることになる。

以上の結果、本願発明の軸流ファンによると、羽根外周に曲成部を設けることにより、翼端渦を負圧面近傍に安定的に発生させるとともに、羽根吹出し風速が最大となる後縁部分に反回転方向へ突出する凸状部を設けて有効に翼面積を拡大することにより、同曲成部が存在しても静圧上昇量を低下させることなく、騒音の低減が可能となるようにしている。

その結果、送風音の低減と送風性能の高効率化とを両立させることができる。

また、必要以上に翼面積を拡大させなくて済むので、無駄な羽根材料の増大を招かなくて済む。

その結果、ファン羽根車の軽量化（低コスト化）の要求にも適したものとなる。

図１〜図４は、本願発明の最良の実施の形態に係るプロペラファン等の軸流ファンの構成および作用を示している。

先ず図１〜図３は、同軸流ファンとしてプロペラファン４を採用した場合の羽根車の羽根の基本的な構成を、また、図４は、同羽根の後縁部の半径方向の位置と吹出風速との関係を、それぞれ示している。

（ファン羽根車部の基本構成）
先ず図１〜図３において、符号１４は当該プロペラファン４の回転中心となる合成樹脂製のハブであり、該ハブ１４の外周面には複数枚（３枚）の羽根１３，１３，１３が一体に形成されている。

該羽根１３，１３，１３は、その前縁１３ａの外周端と後縁１３ｂの外周端が、それぞれハブ１４側の内周端よりも当該羽根１３の回転方向前方に位置しているとともに、その外周端部分は図示のように前縁１３ａ付近から後縁１３ｂ付近にかけて、例えば折り曲げるか又は反り返らせることにより所定の幅で吸い込み側に曲成されており、該曲成部１３ｃの半径方向の幅は、上記前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側にかけて次第に所定の比率で拡大されたものとなっている。

この曲成部１３ｃの半径方向の幅は、当該羽根１３の送風性能を低下させることなく、有効に前述の翼端渦（ロ）を抑制するためには、例えば上記後縁１３ｂ部における最大幅部分が、当該プロペラファン４の羽根車の回転中心（すなわち、ハブ１４の中心）から上記羽根１３の外周端までの半径方向の長さの例えば１５％以下の寸法であることが望ましい。

また上記羽根１３，１３，１３の後縁部１３ｂは、例えば図３に詳細に示すように、ファンの回転中心軸Ｏ方向から見て、上記羽根１３の後縁部１３ｂのハブ端と同後縁部１３ｂの外周端とを結んだ直線Ｌ（図３の破線参照）に対して、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って、上記羽根１３の回転方向と逆方向に突出する緩やかな曲線状の凸状部１３ｆに形成するとともに、該曲線状の凸状部１３ｆにおいて、吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える半径方向部分（例えば図３中のファン羽根車の直径φ１〜φ５の外周線で示される領域）を、その曲率を変えることにより、特に大きく上記直線Ｌを超えて上記羽根１３の回転方向Ｍと逆方向に突出する凸状部１３ｆに形成している。

そして、該羽根１３の後縁部１３ｂにおいて特に大きく反回転方向に突出している凸状部１３ｆ（φ１〜φ５）の内の最も回転方向Ｍと逆方向に凸となる半径方向部分（図３中の最大凸量部）ａは、ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、ハブ１４の半径をＲｈ、ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が、０．６５〜０．８５となる部分としている。

今、例えば図７および図８のような羽根１３の外周に曲成部１３ｃのない従来一般のプロペラファンの羽根と図１２、図１３および図１〜図３のような外周に曲成部１３ｃを設けたプロペラファンの羽根の各々について、上記（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）の値０〜１．０間の羽根吹出風速を測定して見ると、図４のようになった。

この測定結果から見ると、羽根外周に曲成部１３ｃがあるか否かに拘わらず、羽根後縁部１３ｂの最大風速を生じる半径方向の領域は、上記（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）≒０．６５〜０．８５の領域である。

そして、本実施の形態の場合、上記曲成部１３ｃは、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）≒０．９〜１．０の範囲（図３のファン羽根車直径φ５とφ６の外周線間）に設けられている。

したがって、上記凸状部１３ｆ（φ１〜φ５）において、最も大きく回転方向Ｍと逆方向に凸となる半径方向部分（図３中の最大凸量部）ａは、ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、ハブ１４の半径をＲｈ、ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が、０．６５〜０．８５となる部分に設けることが好ましい。

そして、同凸状部１３ｆの上記直線Ｌを超えた反回転方向への突出量が最大となる頂部位置（ピーク位置）ａは、上記曲成部１３ｃとの境界（図３のファン羽根車直径φ５の外周線）よりも半径方向内側であって、羽根１３の吹出風速が最も大きくなる部分、例えば（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）≒０．７５付近が適している（図３、図４参照）。

これに対し、図１５の従来例では、最も反回転方向側に凸となる半径方向位置を（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）≒０．５付近としているが、このような場合、拡大した翼部の吹出し風速が小さいため、凸状部を設けたことによる静圧上昇量が小さく、折角の翼面積の増加が有効に機能しない。

（羽根車の羽根部の作用）
以上のように、この発明の最良の実施の形態におけるプロペラファン４は、ハブ１４に設けられた複数枚の羽根１３，１３，１３の外周を前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側にかけて負圧面１３ｅ側に曲成してなる軸流ファンにおいて、上記羽根１３，１３，１３の後縁部１３ｂは、ファンの回転中心軸Ｏ方向から見て、上記羽根１３の後縁部１３ｂのハブ１４端と同後縁部１３ｂの外周端とを結んだ直線Ｌ（図３の破線参照）に対して、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って、上記羽根１３の回転方向と逆方向に突出する緩やかな曲線状の凸状部１３ｆに形成するとともに、該曲線状の凸状部１３ｆにおいて、吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える上記羽根後縁部１３ｂの半径方向部分（例えば図３中のファン羽根車の直径φ１〜φ５の外周線で示される領域）を、その曲率を変えることにより、上記羽根１３の後縁部ハブ端と後縁部外周端とを結ぶ直線Ｌを超えて、特に大きく上記羽根１３の回転方向と逆方向に突出する凸状部１３ｆに形成している。

このように羽根１３の前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側に到る外周部が負圧面１３ｅ側に曲成されていると、図１３に示すように、当該羽根１３の圧力面１３ｄ側の気流（イ）が当該羽根１３の外周端側凸面状の圧力面１３ｄに沿って滑らかに羽根１３の外周端側凹面状の負圧面１３ｅ内に回り込むようになり、渦径が小さく安定したものとなって、負圧面１３ｅ側における羽根１３の外周方向への気流（ハ）の流れが当該翼端渦（ロ）と干渉しなくなる。

そして、その場合において、図１〜図３に示すように、上記羽根後縁部１３ｂのハブ１４端と半径方向外周端とを結ぶ直線Ｌを超え、かつ上記ファン羽根車の回転中心軸方向から見て、ハブ１４端側から半径方向外周端までの全体に亘って、上記羽根１３の回転方向と逆方向に突出する緩やかな曲線状の凸状部１３ｆに形成しながらも、該曲線状の凸状部１３ｆにおいて、上記羽根１３の後縁部１３ｂの吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える半径方向部分（φ１〜φ５）を、上記羽根１３の後縁部ハブ１４端と半径方向外周端とを結ぶ直線Ｌを大きく超えて上記羽根１３の回転方向と逆方向に突出する大きな凸状部１３ｆとして翼面積を拡大するようにすると、上述のように外周部を負圧面１３ｅ側に曲成したことで反りが緩くなり、静圧上昇量が低下した静圧上昇量の不足分を有効に補うことができる。

その結果、送風音の低減と送風性能の高効率化とを実現することができる。

しかも、以上の構成では、その場合において、上記羽根外周の前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側への曲成部１３ｃの半径方向の幅は、後縁１３ｂ側ほど大きく形成されている。

このように、曲成部１３ｃ部の半径方向の幅が、前縁１３ａ付近から後縁１３ｂ側にかけて大きくなるように形成されていると、羽根１３の前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側にかけて、次第に積層増大されて、渦径が拡大される翼端渦（ロ）の渦径に対応して、同前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側までスムーズに渦径縮小効果を発揮するようになり、また発生した翼端渦（ロ）が羽根負圧面１３ｅから離れにくくなる。

そのため、例えば羽根１３を軽量化するために翼弦長を短かくしたような場合にも、翼端渦（ロ）が隣接する羽根１３，１３，１３間で相互に干渉しなくなり、送風機下流側での吐き出し気流の乱れも少なくなる。

これらの結果、同構成では、上述の各作用が効果的に組合わされて、空気調和機用室外機ユニットに組み込んだ時の騒音が、より有効に低減されることになる。

さらに、この実施の形態の軸流ファンでは、上記吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える、上記羽根１３の後縁部１３ｂにおける凸状部１３ｆ（φ１〜φ５）の内の羽根回転方向と逆方向に最も凸となる半径方向部分（最大突出量部）ａを、図３、図４に示すように、ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、ハブ１４の半径をＲｈ、ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる部分（好ましくは≒０．７５付近）としている。

上述のようなプロペラファン４の羽根１３，１３，１３において、吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える半径方向部分は、上述のように（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる部分である（図４参照）。したがって、図３のようにハブ１４端から半径方向外周端までの略全体を図４の風速変化に対応して緩やかな曲線状に突出させながら、該（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる部分を最大の突出部として反回転方向に最も大きく凸状に拡大して（ピーク部として）効果的に翼面積を拡大する。

これにより、外周部の曲成で反りが緩くなり、静圧上昇量が低下した静圧上昇量の不足分を上記最大突出量部ａ周辺の境界領域全体を含めて有効に補うことができる。

以上の結果、この実施の形態の軸流ファンによると、羽根外周に曲成部を設けることにより、翼端渦を負圧面近傍に安定的に発生させるとともに、羽根吹出し風速が最大となる後縁部分に反回転方向への凸部を設けて翼面積を拡大することにより、同曲成部が存在しても静圧上昇量を低下させることなく、騒音低減が可能となるようにしている。

その結果、送風音の低減と送風性能の高効率化とを両立させることができる。

また、羽根後縁部１３ｂのハブ１４端から半径方向外周端までの全体に亘り、その風速分布を考慮して、その曲率を変えることにより反回転方向への突出量を設定するようにしているため、必要以上に翼面積を拡大させなくて済むので、無駄な羽根材料の増大を招かなくて済む。

その結果、ファン羽根車の軽量化（低コスト化）の要求にも適したものとなる。

（変形例）
次に図５は、上記本願発明の最良の実施の形態の変形例に係るプロペラファンの羽根車の羽根部の構成を示している。

この例では、上記最良の実施の形態において羽根１３の外周の前縁１３ａから後縁１３ｂまでの全体に亘って設けられる負圧面側への曲成部１３ｃを、羽根外周部の全体ではなく、同羽根外周の前縁１３ａから後縁１３ｂに到る途中の所定位置（例えば前縁１３ａ側から２５％程度後縁１３ｂ側に寄った位置）から後縁１３ｂまでの範囲にかけて設けたことを特徴としている。

このような構成においても、先ず羽根１３外周の前縁１３ａ側から後縁１３ｂ側に到る途中の所定位置部分から後縁部１３ｂ部分までが、同様に負圧面１３ｅ側に曲成されているので、やはり当該羽根１３の圧力面１３ｄ側の気流（イ）が、図１３に示すように当該羽根１３の外周端側凸面状の圧力面１３ｄに沿って滑らかに羽根１３の外周端側凹面状の負圧面１３ｅ内に回り込むようになり、渦径が小さく安定したものとなる。

その結果、負圧面１３ｅ側における羽根１３の外周方向への気流（ハ）の流れが当該翼端渦（ロ）と干渉しなくなる。

そして、その場合において、図示のように、上記羽根１３，１３，１３の後縁部１３ｂの吹出し風速が大きく、昇圧仕事を最も有効に行える半径方向部分を、羽根の後縁部ハブ端側と後縁部外周端側を結んだ直線Ｌを超えて回転方向と逆方向に突出する凸状部に形成することによって翼面積を拡大すると、上述のように外周部を負圧面１３ｅ側に曲成したことで反りが緩くなり、静圧上昇量が低下した静圧上昇量の不足分を有効に補うことができる。

その結果、送風音の低減と送風性能の高効率化とを実現することができる。

（羽根の種類について）
以上の実施の形態および変形例では、その何れにあっても薄翼構造の羽根の場合について説明した。

しかし、この出願の発明の適用対象は、そのような薄翼構造のものの場合に限らず、例えば厚肉翼一般、また厚肉翼であって、その空力性能を一層向上させた各種エアフォイル翼などの場合にも全く同様に採用できるものであることは言うまでもない。

本願発明の最良の実施の形態に係るプロペラファンの背面図である。 同プロペラファンの羽根車部の斜視図である。 同プロペラファンの羽根車部の背面図である。 同プロペラファンの羽根車部の羽根の後縁部の半径方向の位置と吹出風速との関係を示すグラフである。 同本願発明の最良の実施の形態の変形例に係る羽根の要部の形状を示す平面図である。 従来一般のプロペラファンを採用した空気調和機用室外機ユニットの構成を示す縦断面図である。 同室外機ユニットで採用されている従来一般のプロペラファンの羽根車の背面図である。 同従来一般のプロペラファンの羽根部の断面構造とその要部の作用（問題点）を示す断面図である。 同従来一般のプロペラファンによる室外機ユニットの構造との関係における問題点（翼端渦発生メカニズム）を示す概略説明図である。 同従来一般のプロペラファンの羽根の隣接翼間の翼端渦干渉現象を示す概略説明図である。 同従来一般のプロペラファンの羽根の翼弦長を短かくした場合における隣接翼間の翼端渦干渉状態を示す概略説明図である。 図８〜図１１の問題点に対処した従来例に係るプロペラファンの羽根の基本形状を示す斜視図である。 同従来例のプロペラファンの羽根の翼端渦抑制作用を示す断面図である。 同従来例のプロペラファンの羽根の隣接翼間の作用を示す説明図である。 同従来例のプロペラファンの羽根の新たな問題点を示す説明図である。

１は本体ケーシング、２は熱交換器、３は送風ユニット、４はプロペラファン、５はベルマウス、６はファンガード、８は熱交換器、１３は羽根、１３ａは前縁、１３ｂは後縁、１３ｃは曲成部、１３ｄは圧力面、１３ｅは負圧面、１３ｆは羽根後縁１３ｂの凸状部、１４はハブである。

Claims (4)

1. ハブ（１４）に設けられた複数枚の羽根（１３），（１３），（１３）の外周を、それぞれ負圧面（１３ｅ）側に曲成することによって翼端渦を抑制するようにしてなる軸流ファンであって、上記羽根後縁部（１３ｂ）の半径方向部分を、上記羽根（１３）の後縁部ハブ端と後縁部外周端とを結ぶ直線Ｌを超え、かつ上記ファン羽根車の回転中心軸方向から見て、ハブ（１４）端側から半径方向外周端までの全体に亘って、上記羽根（１３）の回転方向と逆方向に突出する曲線状の凸状部（１３ｆ）に形成するとともに、該曲線状の凸状部（１３ｆ）において、その曲率を変えることにより、ハブ（１４）端側から半径方向外周端までの全体に亘って相互に連続する緩やかな曲線形状を描きながらも、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径をＲｔ、上記ハブ（１４）の半径をＲｈ、上記ファン羽根車の回転中心Ｏからの半径Ｒｔ上の任意の位置をＲとした時に、（Ｒ−Ｒｈ）／（Ｒｔ−Ｒｈ）が０．６５〜０．８５となる半径方向部分ａの突出量が他の部分に比べて特に大きくなるように曲率を変化させたことを特徴とする軸流ファン。
2. 負圧面側への曲成部（１３ｃ）は、羽根（１３）の前縁（１３ａ）から後縁（１３ｂ）までの全体にかけて設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸流ファン。
3. 負圧面側への曲成部（１３ｃ）は、羽根（１３）の前縁（１３ａ）から後縁（１３ｂ）に到る途中の所定位置から後縁（１３ｂ）にかけて設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸流ファン。
4. 負圧面側への曲成部（１３ｃ）の半径方向の幅は、後縁（１３ｂ）側ほど大きく形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の軸流ファン。

Images