JP5345607B2 - 遠心ファン、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、遠心ファン、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遠心ファン、その遠心ファンの製造に用いられる成型用金型およびその遠心ファンを備える流体送り装置に関する。

従来の遠心ファンについて、たとえば、特開平５−１０６５９１号公報には、送風効果を向上させることを目的とした送風機用シロッコファンが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された送風機用シロッコファンは、複数の羽根が等間隔で放射状かつリング状に配設されて形成されている。各羽根には、シロッコファンの中空部分から導入された空気を送風するためのサブブレードが設けられている。

また、特開２００９−２８６８１号公報には、気流の循環効率を高めることにより、風量を増大させることなく、室内の空気環境の改善効果を大きく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２）。特許文献２に開示された空気清浄機においては、室内の空気を取り入れるための吸い込み口と、吸い込み口から取り入れられた空気中に存在する塵埃などを除去するエアフィルタと、エアフィルタで処理された空気を室内に送り出す吹き出し口と、空気を吸い込み口から吹き出し口まで移動させる送風機とを備えて構成されている。送風機には、シロッコファンが用いられている。

特開平５−１０６５９１号公報 特開２００９−２８６８１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、送風機に回転物体として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、ファンの回転中心側からその半径方向に空気を送り出す遠心ファンがある。その遠心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し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、遠心ファンの用途の他の例として、空気清浄機が挙げられる。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。このような課題に対して、上述の特許文献２に開示された空気清浄機においては、吹き出し口から送り出される空気の流れ方向を適当な角度に設定することにより、空気清浄機の吸い込み口および吹き出し口からの騒音を大幅に低減し、さらに風量を増加して集塵能力を大幅に向上させている。

しかしながら、さらなる集塵能力の増加すなわち風量増加と、低騒音化との要請があり、これら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、空気を送り出す遠心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、遠心ファンの回転数を高める必要がある。遠心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、遠心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遠心ファン、その遠心ファンの製造に用いられる成型用金型およびその遠心ファンを備える流体送り装置を提供することである。

この発明の１つの局面に従った遠心ファンは、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、空気が流入する前縁部と、空気が流出する後縁部とを有する。羽根部には、前縁部と後縁部との間で延在する翼面が形成される。翼面は、遠心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、遠心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に凹部が形成され、前縁部と後縁部との間でほぼ一定の厚みの翼断面形状を有する。凹部は、遠心ファンの回転軸に沿って延びるＶ字状の溝断面を有する。Ｖ字状の溝断面を有する複数の凹部が、後縁部よりも前縁部に近い側において、前縁部から後縁部に向けて正圧面および負圧面に繰り返し現れるように形成される。羽根部は、前縁部と後縁部との間で延びる翼断面形状の中心線が複数箇所で屈曲してなる屈曲部を有する。凹部は、屈曲部により形成される。

この発明の別の局面に従った遠心ファンは、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、空気が流入する前縁部と、空気が流出する後縁部とを有する。羽根部には、前縁部と後縁部との間で延在する翼面が形成される。翼面は、遠心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、遠心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に凹部が形成される翼断面形状を有する。正圧面に形成される凹部は、遠心ファンの回転軸に沿って延び、底面と、底面から立ち上がる一対の側面とから形成される溝断面を有する。負圧面に形成される凹部は、遠心ファンの回転軸に沿って延びるＶ字状の溝断面を有する。

このように構成された遠心ファンによれば、遠心ファンの回転時に、前縁部から流入し、翼面を通過し、後縁部から流出する空気流れが発生する。この際、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、翼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、遠心ファンの送風能力を向上させることができる。

また好ましくは、羽根部は、前縁部と後縁部との間で延びる翼断面形状の中心線が複数箇所で屈曲してなる屈曲部を有する。凹部は、屈曲部により形成される。このように構成された遠心ファンによれば、屈曲部により形成された凹部に空気流れの渦が生成されるため、遠心ファンの送風能力を向上させることができる。

また好ましくは、屈曲部は、少なくとも１箇所凹部の深さが羽根部の厚みよりも大きくなるように屈曲する。このように構成された遠心ファンによれば、凹部に空気流れの渦をより確実に生成することができる。

また好ましくは、凹部は、前縁部の近傍に形成される。このように構成された遠心ファンによれば、前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、屈曲部の形成により、前縁部の近傍において羽根部の強度を向上させることができる。

また好ましくは、凹部は、前縁部と後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遠心ファンによれば、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、屈曲部の形成により、翼中央部において羽根部の強度を向上させることができる。

また好ましくは、凹部は、遠心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遠心ファンによれば、遠心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、遠心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、正圧面および負圧面に、前縁部と後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遠心ファンによれば、正圧面および負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、遠心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、正圧面に形成される凹部が、負圧面において凸部を構成し、負圧面に形成される凹部が、正圧面において凸部を構成する。このように構成された遠心ファンによれば、正圧面および負圧面に凹部が形成される翼断面形状を容易に得ることができる。

また好ましくは、翼断面形状において、凹部は翼面に現れる凸部間に形成される。凹部と凸部とは、前縁部と後縁部とを結ぶ方向において交互に並んで形成される。このように構成された遠心ファンによれば、凸部間に形成された凹部に空気流れの渦が生成されるため、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、前縁部と後縁部との間でほぼ一定の厚みの翼断面形状を有する。このように構成された遠心ファンによれば、ほぼ一定の厚みの翼断面形状を有する羽根部を用いた場合であっても、送風能力を向上させることができる。

また好ましくは、遠心ファンは、樹脂により形成される。このように構成された遠心ファンによれば、軽量かつ高強度の樹脂製の遠心ファンを実現することができる。

この発明に従った成型用金型は、上述に記載の遠心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遠心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遠心ファンと、遠心ファンに連結され、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遠心ファン、その遠心ファンを備える成型用金型およびその遠心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における遠心ファンを示す斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った遠心ファンの断面図である。 図２中のファンブレードの翼面上で生じる現象を模式的に表わした図である。 この発明の実施の形態２における遠心ファンを示す断面図である。 図１中の遠心ファンの第１変形例を示す断面図である。 図１中の遠心ファンの第２変形例を示す断面図である。 図１中の遠心ファンの第３変形例を示す断面図である。 図１中の遠心ファンの第４変形例を示す断面図である。 図１中の遠心ファンの第５変形例を示す断面図である。 図１中の遠心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１中の遠心ファンを用いた送風機を示す断面図である。 図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線上に沿った送風機を示す断面図である。 図１中の遠心ファンを用いた空気清浄機を示す断面図である。 本実施例において、遠心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、遠心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、遠心ファンの圧力流量特性を示すグラフである。 図１６中の各風量における静圧効率（静圧×風量／入力）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における遠心ファンを示す斜視図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った遠心ファンの断面図である。

図１および図２を参照して、本実施の形態における遠心ファン１０は、複数のファンブレード２１を有する。遠心ファン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。遠心ファン１０は、樹脂により一体に形成されている。遠心ファン１０は、図１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。

遠心ファン１０は、回転する複数のファンブレード２１によって、内周側から取り込んだ空気を外周側に送り出すファンである。遠心ファン１０は、遠心力を利用して、ファンの回転中心側からその半径方向に空気を送り出すファンである。遠心ファン１０は、シロッコファンである。遠心ファン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ズル数領域の回転数で使用される。

遠心ファン１０は、支持部としての外周枠１２および外周枠１３をさらに有する。外周枠１２，１３は、中心軸１０１を中心に環状に延在して形成されている。外周枠１２と外周枠１３とは、中心軸１０１の軸方向に距離を隔てて配置されている。本実施の形態では、外周枠１３に、遠心ファン１０を駆動モータに連結するためのボス部１６が一体に形成されている。

複数のファンブレード２１は、中心軸１０１を中心とする周方向に互いに間隔を隔てて配置されている。複数のファンブレード２１は、中心軸１０１を中心とする周方向において等間隔に配置されている。複数のファンブレード２１は、中心軸１０１の軸方向における両端において、外周枠１２および外周枠１３によって支持されている。ファンブレード２１は、外周枠１３上に立設され、外周枠１２に向けて中心軸１０１の軸方向に沿って延び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。ファンブレード２１は、前縁部２６および後縁部２７を有する。前縁部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。後縁部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、前縁部２６から後縁部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、前縁部２６から後縁部２７に向けて遠心ファン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、遠心ファン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。遠心ファン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、前縁部２６と後縁部２７との間で全体的に湾曲した形状を有する。

図２中には、遠心ファン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。

ファンブレード２１は、中心軸１０１の軸方向の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、薄肉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、前縁部２６と後縁部２７との間でほぼ一定の厚み（正圧面２５と負圧面２４との間の長さ）を有するように形成されている。

ファンブレード２１は、翼面２３の正圧面２５に凹部５６が形成され、翼面２３の負圧面２４に凹部５７が形成される翼断面形状を有する。

より具体的には、正圧面２５には、複数の凹部５６（凹部５６ｐ，５６ｑ）が形成されている。正圧面２５には、複数の凸部５１（凸部５１ｐ，５１ｑ，５１ｒ）がさらに形成されている。凸部５１は、遠心ファン１０の回転方向に向けて突出して形成されている。互いに隣り合って配置された凸部５１間の谷部分によって、凹部５６が形成されており、たとえば、凸部５１ｐと凸部５１ｑとの間の谷部分によって凹部５６ｐが形成されている。凹部５６と凸部５１とは、前縁部２６と後縁部２７とを結ぶ方向において交互に並んで形成されている。凹部５６は、略Ｖ字状の断面形状を有する。

負圧面２４には、複数の凹部５７（凹部５７ｐ，５７ｑ）が形成されている。負圧面２４には、複数の凸部５２（凸部５２ｐ，５２ｑ，５２ｒ）がさらに形成されている。凸部５２は、遠心ファン１０の回転方向とは反対方向に向けて突出して形成されている。互いに隣り合って配置された凸部５２間の谷部分によって、凹部５７が形成されており、たとえば、凸部５２ｐと凸部５２ｑとの間の谷部分によって凹部５７ｐが形成されている。凹部５７と凸部５２とは、前縁部２６と後縁部２７とを結ぶ方向において交互に並んで形成されている。凹部５７は、略Ｖ字状の断面形状を有する。

凹部５６と凸部５２とは、それぞれ、正圧面２５および負圧面２４の表裏対応する位置に形成されており、凸部５１と凹部５７とは、それぞれ、正圧面２５および負圧面２４の表裏対応する位置に形成されている。本実施の形態では、正圧面２５に形成される凹部５６が、負圧面２４において凸部５２を構成し、負圧面２４に形成される凹部５７が、正圧面２５において凸部５１を構成する。正圧面２５および負圧面２４において表裏対応して形成される凹部および凸部は、互いに同一の断面形状を有する。

本実施の形態では、正圧面２５に形成される凹部と、負圧面２４に形成される凹部とが、同数である。これに限らず、正圧面２５に形成される凹部が負圧面２４に形成される凹部よりも多い数であってもよいし、負圧面２４に形成される凹部が正圧面２５に形成される凹部よりも多い数であってもよい。

凹部５６，５７は、中心軸１０１の軸方向に沿って延びる溝形状をなす。凹部５６，５７からなる溝部は、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５６，５７からなる溝部は、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。

図２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、ファンブレード２１の翼断面形状の中心線１０６が前縁部２６と後縁部２７との間の複数箇所で屈曲する屈曲部４１を有する。凹部５６，５７は、その屈曲部４１により形成されている。

本実施の形態では、屈曲部４１が前縁部２６の近傍に配置されており、その結果、凹部５６，５７が前縁部２６の近傍に形成されている。より具体的には、凸部５１ｐが前縁部２６に形成され、凹部５６ｐおよび凸部５２ｐと、凸部５１ｑおよび凹部５７ｐと、凹部５６ｑおよび凸部５２ｑと、凸部５１ｒおよび凹部５７ｑと、凸部５２ｒとが、凸部５１ｐから挙げた順に連続的に並んで形成されている。凹部５６，５７は、中心線１０６の全長を前縁部２６と後縁部２７との間で２等分した場合に、前縁部２６に近い側に形成されている。

屈曲部４１は、少なくとも１箇所で、凹部５６，５７の深さＴがファンブレード２１の厚みｔよりも大きくなるように屈曲する。屈曲部４１は、前縁部２６と後縁部２７とを結ぶ方向において、折れ方向が交互に反対方向となるように形成されている。

ファンブレード２１は、前縁部２６に相対的に近い領域に折れ角度が大きい屈曲部４１を有し、前縁部２６に相対的に遠い領域に折れ角度が小さい屈曲部４１´を有する。ファンブレード２１は、後縁部２７に隣接する領域に、後縁部２７から前縁部２６に向かって湾曲しながら延びる湾曲部４３を有する。

図３は、図２中のファンブレードの翼面上で生じる現象を模式的に表わした図である。図１から図３を参照して、遠心ファン１０を回転させると、図１中の矢印１０２に示すように、前縁部２６から流入し、翼面２３上を通過して、後縁部２７から流出する空気流れが発生する。この際、翼面２３に形成された凹部５６，５７に空気流れの渦３２（２次流れ）が生成されることによって、翼面２３上を通過する空気流れ３１（主流）は、凹部５６，５７に生じた渦３２の外側に沿って流れる。

これにより、ファンブレード２１は、薄肉の翼断面形状を有するにもかかわらず、渦３２が形成された凹部５６，５７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、凹部５６，５７が形成された前縁部２６の近傍で生じる揚力を大幅に増大させることができる。また、屈曲部４１による屈曲構造によってファンブレード２１の強度を向上させることができる。この結果、遠心ファン１０の強度に対する信頼性を向上させることができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態１における遠心ファン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遠心ファン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、空気が流入する前縁部２６と、空気が流出する後縁部２７とを有する。ファンブレード２１には、前縁部２６と後縁部２７との間で延在する翼面２３が形成される。翼面２３は、遠心ファン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、遠心ファン１０の回転軸としての中心軸１０１に直交する平面により切断された場合に、正圧面２５および負圧面２４にそれぞれ凹部５６および凹部５７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、この発明の実施の形態１における遠心ファン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ズル数領域において、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、遠心ファン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、本実施の形態における遠心ファン１０においては、屈曲部４１によってファンブレード２１の強度を向上させつつ、その分だけファンブレード２１を薄肉化することができる。これにより、遠心ファン１０を軽量化したり、低コスト化したりすることができる。以上の理由により、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遠心ファン１０を実現することができる。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２における遠心ファンを示す断面図である。図４は、実施の形態１における図２に対応する図である。本実施の形態における遠心ファンは、実施の形態１における遠心ファン１０と比較して、基本的に同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図４を参照して、本実施の形態では、ファンブレード２１が、翼面２３の正圧面２５に凹部６６が形成され、翼面２３の負圧面２４に凹部６７が形成される翼断面形状を有する。

正圧面２５には、複数の凸部６１（凸部６１ｐ，６１ｑ）がさらに形成されている。凸部６１は、遠心ファンの回転方向に向けて突出して形成されている。凸部６１ｐと凸部６１ｑとの谷部分によって、凹部６６が形成されている。凹部６６と凸部６１とは、前縁部２６と後縁部２７とを結ぶ方向において交互に並んで形成されている。凹部６６は、一辺が開口された略矩形の断面形状を有する。凹部６６は、略矩形の断面形状を規定する底面と一対の側面とから形成されており、底面から遠ざかるに従って一対の側面間の距離が徐々に増大する形状を有する。

負圧面２４には、複数の凸部６２（凸部６２ｐ，６２ｑ）がさらに形成されている。凸部６２は、遠心ファンの回転方向とは反対方向に向けて突出して形成されている。凸部６２ｐと凸部６２ｑとの間の谷部分によって凹部６７が形成されている。凹部６７と凸部６２とは、前縁部２６と後縁部２７とを結ぶ方向において交互に並んで形成されている。凹部６７は、略Ｖ字状の断面形状を有する。

凹部６６，６７は、ファンブレード２１の翼断面形状の中心線１０６が前縁部２６と後縁部２７との間の複数箇所で屈曲する屈曲部４１により形成されている。

本実施の形態では、屈曲部４１が前縁部２６と後縁部２７との間の翼中央部に配置されており、その結果、凹部６６，６７が翼中央部に形成されている。より具体的には、凹部６６および凹部６７は、それぞれ、中心線１０６の全長方向において、前縁部２６および後縁部２７から所定の長さだけ離れた位置に形成されている。ファンブレード２１は、前縁部２６に隣接する領域に、前縁部２６から後縁部２７に向けて湾曲しながら延びる湾曲部４２を有し、後縁部２７に隣接する領域に、後縁部２７から前縁部２６に向かって湾曲しながら延びる湾曲部４３を有する。凹部６６および凹部６７は、湾曲部４２と湾曲部４３との間に形成されている。

屈曲部４１は、前縁部２６と後縁部２７とを結ぶ方向において、折れ方向が連続して同じ方向となる箇所を含み、この箇所の屈曲部４１によって、略矩形の断面形状を有する凹部６６が形成されている。

凹部６６，６７がファンブレード２１の翼中央部に形成される場合、翼中央部で生じる気流の剥離を抑制するという効果がさらに得られる。これにより、遠心ファンで発生する広帯域騒音を効果的に抑制することができる。

このように構成された、この発明の実施の形態２における遠心ファンによれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１における遠心ファン１０の各種変形例について説明する。

図５は、図１中の遠心ファンの第１変形例を示す断面図である。図５を参照して、ファンブレード２１は、翼面２３の正圧面２５に凹部７６が形成され、翼面２３の負圧面２４に凹部７７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７６が形成されている。正圧面２５には、複数の凸部７１がさらに形成されている。隣り合う凸部７１間の谷部分によって、凹部７６が形成されている。負圧面２４には、複数の凹部７７が形成されている。負圧面２４には、複数の凸部７２がさらに形成されている。隣り合う凸部７２間の間の谷部分によって凹部７７が形成されている。

本変形例では、凹部７６および凹部７７が、一辺が開口された略矩形の断面形状を有する。正圧面２５に形成される凹部７６が、負圧面２４において凸部７２を構成し、負圧面２４に形成される凹部７７が、正圧面２５において凸部７１を構成する。

ファンブレード２１は、前縁部２６と後縁部２７との間でほぼ一定の厚みを有する。凹部７６，７７が、ファンブレード２１の翼断面形状の中心線１０６が前縁部２６と後縁部２７との間の複数箇所で屈曲する屈曲部４１により形成されている。屈曲部４１は、折れ方向が２回連続して同じ方向となり、次に２回連続してその反対方向となるサイクルを複数回、繰り返すように形成されている。

本変形例に一例を示すように、翼面２３に形成される凹部の断面形状は、Ｖ字状に限られず、矩形形状やその他の形状を有してもよい。

図６は、図１中の遠心ファンの第２変形例を示す断面図である。図６を参照して、本変形例では、凹部７６と凹部７７とが、それぞれ、正圧面２５および負圧面２４の表裏対応する位置に形成されており、凸部７１と凸部７２とが、それぞれ、正圧面２５および負圧面２４の表裏対応する位置に形成されている。ファンブレード２１は、前縁部２６と後縁部２７との間で、凹部７６および凹部７７が形成された位置で相対的に小さく、凸部７１および凸部７２が形成された位置で相対的に大きくなる厚みを有する。

本変形例に示すように、ファンブレード２１は前縁部２６と後縁部２７との間で異なる厚みを有してもよい。また、正圧面２５および負圧面２４間で、凹部７６，７７と凸部７１，７２とが互いにずれた位置に形成されてもよい。

図７は、図１中の遠心ファンの第３変形例を示す断面図である。図７を参照して、本変形例では、凹部７６と凸部７２とが、それぞれ、正圧面２５および負圧面２４の表裏対応する位置に形成されており、凸部７１と凹部７７とが、それぞれ、正圧面２５および負圧面２４の表裏対応する位置に形成されている。ファンブレード２１は、凹部７６および凸部７２が形成された位置と、凸部７１および凹部７７が形成された位置との間で、互いに等しくなる厚みを有する。

本変形例に示すように、本発明は、正圧面２５に形成される凹部７６が負圧面２４において凸部７２を構成し、負圧面２４に形成される凹部７７が正圧面２５において凸部７１を構成する構造に限られない。

図８は、図１中の遠心ファンの第４変形例を示す断面図である。図４を参照して、本変形例では、ファンブレード２１は、全体として、前縁部２６の近傍で最も厚みが大きくなり、その位置から後縁部２７に向かうに従って厚みが徐々に小さくなる、翼型（aerofoil）の翼断面形状を有する。ファンブレード２１には、その翼型に延在する翼面２３の表面から凹むように凹部７６，７７が形成されている。

本変形例に一例を示すように、ファンブレード２１は、全体として薄肉の断面形状を有する構造に限られず、翼型や他の断面形状を有してもよい。ファンブレード２１は、図５中に示すように、凹部７６および凹部７７を屈曲部４１によって形成する構造に限られず、本変形例のように、凹部７６および凹部７７を平面状もしくは湾曲面状に延在する翼面２３を部分的に凹ませることによって形成する構造であってもよい。

図９は、図１中の遠心ファンの第５変形例を示す断面図である。図９を参照して、本変形例では、凹部７６，７７が、ファンブレード２１の翼断面形状の中心線１０６が前縁部２６と後縁部２７との間の複数箇所で折れ曲がる屈曲部４１により形成されている。屈曲部４１は、丸みを帯びるように折れ曲がって形成されている。ファンブレード２１は、Ｓ字状の翼断面形状を有する。翼面２３（正圧面２５および負圧面２４）は、前縁部２６と後縁部２７との間で連続的に湾曲しながら延在している。

本変形例に示すように、凹部７６，７７を形成する屈曲部４１は、角部をなすように折れ曲がって形成される場合のみならず、丸みを帯びるように折れ曲がって形成されてもよい。

このように構成された、この発明の実施の形態３における遠心ファンによれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、図１中の遠心ファン１０の製造時に用いられる成型用金型、図１中の遠心ファン１０を用いた送風機および空気清浄機について説明を行なう。

図１０は、図１中の遠心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１０を参照して、成型用金型１１０は、固定側金型１１４および可動側金型１１２を有する。固定側金型１１４および可動側金型１１２により、遠心ファン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１１６が規定されている。

成型用金型１１０には、キャビティ１１６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。

図１１は、図１中の遠心ファンを用いた送風機を示す断面図である。図１２は、図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線上に沿った送風機を示す断面図である。図１１および図１２を参照して、送風機１２０は、外装ケーシング１２６内に、駆動モータ１２８と、遠心ファン１０と、ケーシング１２９とを有する。

駆動モータ１２８の出力軸は、遠心ファン１０のボス部１６に連結されている。ケーシング１２９は、誘導壁１２９ａを有する。誘導壁１２９ａは、遠心ファン１０の外周上に配置される略３／４円弧によって形成されている。誘導壁１２９ａは、ファンブレード２１の回転により発生する気流をファンブレード２１の回転方向に誘導しつつ、気流の速度を増大させるように形成されている。

ケーシング１２９には、吸い込み部１３０および吹き出し部１２７が形成されている。吸い込み部１３０は、中心軸１０１の延長上に位置して形成されている。吹き出し部１２７は、誘導壁１２９ａの一部から誘導壁１２９ａの接線方向の一方に開放されて形成されている。吹き出し部１２７は、誘導壁１２９ａの一部から誘導壁１２９ａの接線方向の一方に突出する角筒形状をなしている。

駆動モータ１２８の駆動により、遠心ファン１０が矢印１０３に示す方向に回転する。このとき、空気が吸い込み部１３０からケーシング１２９内に取り込まれ、遠心ファン１０の内周側空間１３１から外周側空間１３２へと送り出される。外周側空間１３２に送り出された空気は、矢印１０４に示す方向に沿って周方向に流れ、吹き出し部１２７を通じて外部に送風される。

図１３は、図１中の遠心ファンを用いた空気清浄機を示す断面図である。図１３を参照して、空気清浄機１４０は、ハウジング１４４と、送風機１５０と、ダクト１４５と、（ＨＥＰＡ：High Efficiency Particulate Air Filter）フィルタ１４１とを有する。

ハウジング１４４は、後壁１４４ａおよび天壁１４４ｂを有する。ハウジング１４４には、空気清浄機１４０が設置された室内の空気を吸い込むための吸い込み口１４２が形成されている。吸い込み口１４２は、後壁１４４ａに形成されている。ハウジング１４４には、さらに、清浄空気を室内に向けて放出する吹き出し口１４３が形成されている。吹き出し口１４３は、天壁１４４ｂに形成されている。一般的に、空気清浄機１４０は、後壁１４４ａを室内の壁に対向させるようにして壁際に設置される。

フィルタ１４１は、ハウジング１４４の内部において、吸い込み口１４２と向い合って配置されている。吸い込み口１４２を通じてハウジング１４４内部に導入された空気は、フィルタ１４１を通過することによって、異物が除去され、清浄空気とされる。

送風機１５０は、室内の空気をハウジング１４４内部に吸引するとともに、フィルタ１４１により清浄された空気を、吹き出し口１４３を通じて室内に送り出すために設けられている。送風機１５０は、遠心ファン１０と、ケーシング１５２と、駆動モータ１５１とを有する。ケーシング１５２は、誘導壁１５２ａを有する。ケーシング１５２には、吸い込み部１５３および吹き出し部１５４が形成されている。

ダクト１４５は、送風機１５０の上方に設けられ、清浄空気をケーシング１５２から吹き出し口１４３に導く導風路として設けられている。ダクト１４５は、その下端が吹き出し部１５４に連なり、その上端が開放された角筒形をなす形状を有する。ダクト１４５は、吹き出し部１５４から吹き出された清浄空気を、吹き出し口１４３に向けて層流に誘導するように構成されている。

このような構成を備える空気清浄機１４０においては、送風機１５０の駆動により、ファンブレード２１が回転し、室内の空気が吸い込み口１４２からハウジング１４４内に吸い込まれる。このとき、吸い込み口１４２および吹き出し口１４３間に空気流れが発生し、吸い込まれた空気に含まれる塵埃等の異物は、フィルタ１４１により除去される。

フィルタ１４１を通過して得られた清浄空気は、ケーシング１５２内部に吸い込まれる。この際、ケーシング１５２内に吸い込まれた清浄空気は、ファンブレード２１周りの誘導壁１５２ａによって層流となる。層流とされた空気は、誘導壁１５２ａに沿って吹き出し部１５４に誘導され、吹き出し部１５４からダクト１４５内に送風される。空気は、吹き出し口１４３から外部空間に向けて放出される。

このように構成された、この発明の実施の形態４における空気清浄機１４０によれば、送風能力に優れた遠心ファン１０を用いることによって、駆動モータ１５１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清浄機１４０を実現することができる。

なお、本実施の形態では、空気清浄機を例に挙げて説明したが、この他に、たとえば、空気調和機（エアーコンディショナ）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、本発明における遠心ファンを適用することが可能である。

（実施の形態５）
本実施の形態では、図１中に示す遠心ファン１０と、翼面２３に凹部および凸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遠心ファンとを、それぞれ、図１３中に示す空気清浄機１４０に組み込み、その空気清浄機１４０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、φ２００ｍｍの直径、７０ｍｍの高さを有する遠心ファン１０および比較のための遠心ファンを用い、ファンブレード２１の大きさや配置など、凹部および凸部の有無を除いた形状は同一とした。

図１４は、本実施例において、遠心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１４を参照して、本実施例では、遠心ファン１０を用いた場合と、比較のための遠心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、遠心ファン１０は、比較のための遠心ファンと比較して、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１５は、本実施例において、遠心ファンの風量と騒音値との関係を示すグラフである。図１５を参照して、本実施例では、遠心ファン１０を用いた場合と、比較のための遠心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、遠心ファン１０は、比較のための遠心ファンと比較して、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１６は、本実施例において、遠心ファンの圧力流量特性を示すグラフである。図１６を参照して、図中には、一定回転数における遠心ファン１０および比較のための遠心ファンの圧力流量特性（Ｐ：静圧−Ｑ：風量）が示されている。図１７は、図１６中の各風量における静圧効率（静圧×風量／入力）を示すグラフである。

図１６および図１７を参照して、遠心ファン１０は、比較のための遠心ファンと比較して、同一回転数におけるＰ−Ｑ特性が向上した。また、同一風量時における静圧効率が向上し、モータ効率が大幅に改善された。

以上に説明した実施の形態における遠心ファンの基本的な構成についてまとめて説明すると、遠心ファンは、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、空気が流入する前縁部と、空気が流出する後縁部とを有する。羽根部には、前縁部と後縁部との間で延在する翼面が形成される。翼面は、遠心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、遠心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に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遠心ファンによれば、遠心ファンの回転時に、前縁部から流入し、翼面を通過し、後縁部から流出する空気流れが発生する。この際、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、翼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、遠心ファンの送風能力を向上させることができる。

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 遠心ファン、１２，１３ 外周枠、１６ ボス部、２１ ファンブレード、２３ 翼面、２４ 負圧面、２５ 正圧面、２６ 前縁部、２７ 後縁部、３１ 空気流れ、３２ 渦、４１ 屈曲部、４２，４３ 湾曲部、５１，５２，６１，６２，７１，７２ 凸部、５６，５７，６６，６７，７６，７７ 凹部、１０１，１０６ 中心線、１１０ 成型用金型、１１２ 可動側金型、１１４ 固定側金型、１１６ キャビティ、１２０，１５０ 送風機、１２６ 外装ケーシング、１２７，１５４ 吹き出し部、１２８，１５１ 駆動モータ、１２９，１５２ ケーシング、１２９ａ，１５２ａ 誘導壁、１３０，１５３ 吸い込み部、１３１ 内周側空間、１３２ 外周側空間、１４０ 空気清浄機、１４１ フィルタ、１４２ 吸い込み口、１４３ 吹き出し口、１４４ ハウジング、１４４ａ 後壁、１４４ｂ 天壁、１４５ ダクト。

Claims (14)

1. 空気が流入する前縁部と、空気が流出する後縁部とを有し、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、前記前縁部と前記後縁部との間で延在し、遠心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、遠心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に凹部が形成され、前記前縁部と前記後縁部との間でほぼ一定の厚みの翼断面形状を有し、
   前記凹部は、遠心ファンの回転軸に沿って延びるＶ字状の溝断面を有し、
   Ｖ字状の溝断面を有する複数の前記凹部が、前記後縁部よりも前記前縁部に近い側において、前記前縁部から前記後縁部に向けて前記正圧面および前記負圧面に繰り返し現れるように形成され、
   前記羽根部は、前記前縁部と前記後縁部との間で延びる前記翼断面形状の中心線が複数箇所で屈曲してなる屈曲部を有し、
   前記凹部は、前記屈曲部により形成される、遠心ファン。
2. 空気が流入する前縁部と、空気が流出する後縁部とを有し、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、前記前縁部と前記後縁部との間で延在し、遠心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、遠心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に凹部が形成される翼断面形状を有し、
   前記正圧面に形成される前記凹部は、遠心ファンの回転軸に沿って延び、底面と、前記底面から立ち上がる一対の側面とから形成される溝断面を有し、
   前記負圧面に形成される前記凹部は、遠心ファンの回転軸に沿って延びるＶ字状の溝断面を有する、遠心ファン。
3. 前記羽根部は、前記前縁部と前記後縁部との間で延びる前記翼断面形状の中心線が複数箇所で屈曲してなる屈曲部を有し、
   前記凹部は、前記屈曲部により形成される、請求項２に記載の遠心ファン。
4. 前記屈曲部は、少なくとも１箇所で、前記凹部の深さが前記羽根部の厚みよりも大きくなるように屈曲する、請求項１または３に記載の遠心ファン。
5. 前記羽根部は、前記前縁部と前記後縁部との間でほぼ一定の厚みの前記翼断面形状を有する、請求項２に記載の遠心ファン。
6. 前記凹部は、前記前縁部の近傍に形成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心ファン。
7. 前記凹部は、前記前縁部と前記後縁部との間の翼中央部に形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心ファン。
8. 前記凹部は、遠心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から７のいずれか１項に記載の遠心ファン。
9. 前記凹部は、前記正圧面および前記負圧面に、前記前縁部と前記後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８のいずれか１項に記載の遠心ファン。
10. 前記正圧面に形成される前記凹部が、前記負圧面において凸部を構成し、前記負圧面に形成される前記凹部が、前記正圧面において凸部を構成する、請求項１から９のいずれか１項に記載の遠心ファン。
11. 前記翼断面形状において、前記凹部は前記翼面に現れる凸部間に形成され、
    前記凹部と前記凸部とは、前記前縁部と前記後縁部とを結ぶ方向において交互に並んで
    形成される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の遠心ファン。
12. 樹脂により形成される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の遠心ファン。
13. 請求項１２に記載の遠心ファンを成型するために用いられる、成型用金型。
14. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の遠心ファンと、前記遠心ファンに連結され、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。

Images