JP5422139B2

JP5422139B2 - プロペラファン

Info

Publication number: JP5422139B2
Application number: JP2008109272A
Authority: JP
Inventors: 敦鈴木; 崇幸小林; 一行神谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2028-04-18
Also published as: EP2264321A4; EP2264321B1; US8556587B2; EP2264321A1; WO2009128529A1; US20100260608A1; JP2009257260A

Description

本発明は、円筒状ハブの外周に放射状に一体成形された複数枚のブレードを有する樹脂製のプロペラファンに関するものである。

自動車用のラジエータや空調用コンデンサの冷却ファンに適用される樹脂製のプロペラファンは、狭隘なエンジンルーム内に装備され、また軽量化が要求されることから、空気流れ方向の寸法（奥行き寸法）を大きくできないという制約を受ける。このため、プロペラファンを構成するブレードやハブ、シュラウド等の奥行き寸法を極力薄くしている。加えて、ラジエータやコンデンサ等との間の隙間寸法を極力小さくするようにしている。

このような隙間寸法の極小化は、振動や高温、冠水路等の走行時に跳ね上げられた水による水圧等の影響を受ける厳しい使用環境下に置かれる上記冷却ファンにとって、ブレードの変形等に起因するラジエータやコンデンサとの干渉を誘発する。特に、高速回転される薄型の樹脂製プロペラファンは、形状的に変形し易く、ラジエータやコンデンサのコア部との干渉によって、重大事故を引き起こす原因ともなり兼ねない。樹脂製プロペラファンの変形を防止する手段として、ブレードの肉厚を増大して強度アップする以外に、特許文献１，２に示されるように、各ブレードの最外周部をリング部材によって結合する構成が知られている。

特開平８−１５９０９０号公報特開２００５−１０６００３号公報

しかしながら、ブレードの肉厚増大は、プロペラファンの重量を増加させるため、軽量化の要求に反するのみならず、生産性を悪化させるという問題を提起する。また、特許文献１，２に示されるように、各ブレードの最外周部をリング部材で結合した構成では、プロペラファンにおいて最も送風効率が良いブレードの最外周部の形状に制約を与えることになる。このため、プロペラファンの送風性能、効率および騒音性能等の基本性能全般を悪化させてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プロペラファンの変形防止と、送風性能、効率および騒音性能等の基本性能の維持とを両立させることができるプロペラファンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のプロペラファンは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるプロペラファンは、ハブと、該ハブの外周に放射状に一体成形された複数枚のブレードとを有する樹脂製のプロペラファンにおいて、前記複数枚のブレード同士を互いに結合するリング部材を備え、前記リング部材は、前記ブレードの根元部から外周縁までの半径方向寸法を１００としたとき、前記外周縁から５〜４５までの寸法位置に設けられているとともに、該リング部材は、軸方向に一定の幅を有する円筒状とされ、前記円筒状のリング部材には、隣接する前記ブレード間において成形金型のパーティングラインが設定されており、前記ブレードを挟んで正圧面側に空気流出端に向う抜き勾配が設けられるとともに、負圧面側に空気流入端に向う抜き勾配が設けられ、前記抜き勾配により生じる前記リング部材上の段差を、前記空気流入端側においては該リング部材の肉厚とその内周面側に設けられる抜き勾配との調整により解消し、その調整分の段差を前記空気流出端側において前記リング部材の内周面側に集約していることを特徴とする。

本発明によれば、複数枚のブレード同士をリング部材により結合しているため、ブレードの肉厚を厚くすることなく、各ブレードの強度を高めることができる。また、リング部材は、ブレードの半径方向寸法を１００としたとき、ブレードの最外周部を除いた外周縁から５〜４５までの寸法位置に設けられるため、プロペラファンの送風機能にとって最も効率の良いブレード最外周部の形状に制約を与えることなく、補強用のリング部材を設けることができる。これにより、ブレード最外周部の形状設計の自由度を確保し、プロペラファンの送風性能、効率および騒音性能等の基本性能の維持と、各ブレードの強度アップによる変形防止効果との両立を図ることができる。更に、リング部材が軸方向に一定の幅を有する円筒状とされているため、各ブレードの軸方向への変形に対する補強効果を高めることができ、また、リング部材を円筒状とすることにより空気流の整流効果が得られるとともに、ファン外周部において発生する求心方向への流れを抑制してファンの実効半径減少を抑えることができるため、送風性能、効率および騒音性能等の基本性能を向上することができる。しかも、円筒状のリング部材を射出成形により一体成形する際に該リング部材上に生じる抜き勾配による段差を、空気流入端側においてはリング部材の肉厚とその内周面側に設けられる抜き勾配との調整により解消し、その調整分の段差を空気流出端側においてリング部材の内周面側に集約するようにしているため、リング部材上から空気流に対して抵抗となる段差をなくすることができ、従って、円筒状のリング部材がファン性能等に悪影響を及ぼすことはなく、円筒状リング部材付きのプロペラファンを従来通り射出成形によって容易に製造することができる。

さらに、本発明のプロペラファンは、上記のプロペラファンにおいて、前記円筒状リング部材の抜き勾配は、内周面側の抜き勾配が外周面側の抜き勾配よりも大きくされていることを特徴とする。

本発明によれば、円筒状のリング部材の内周面側の抜き勾配が外周面側の抜き勾配よりも大きくされているため、成形時に熱収縮が生じたとしても、熱収縮方向にある内周面側の抜き勾配が大きくされていることから、容易に型抜きすることができる。従って、円筒状のリング部材を設けてもプロペラファンの製造に支障を及ぼすことはなく、従来と同様にプロペラファンを製造することができる。

さらに、本発明のプロペラファンは、上述のいずれかのプロペラファンにおいて、前記リング部材は、前記各ブレードの後縁に設けられているセレーションの山部を通る位置に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、リング部材がブレードの後縁に設けられているセレーションの山部を通る位置に設けられているため、リング部材の各ブレード上におけるコード長方向長さを最大とすることができる。従って、リング部材による補強効果を最大化することができるとともに、リング部材をセレーションの谷部に設けることによる谷部での応力集中を回避することができる。

さらに、本発明のプロペラファンは、上述のいずれかのプロペラファンにおいて、前記リング部材は、前記寸法位置に設けられている前記リング部材以外に、その内周側の少なくとも１箇所に同心状に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、リング部材が外周縁から５〜４５までの寸法位置に設けられているリング部材以外に、その内周側の少なくとも１箇所に同心状に設けられているため、各ブレードの軸方向への変形に対する補強効果、空気流の整流効果、およびファンの実効半径減少等の効果を一段と高めることができる。

本発明によると、ブレードの肉厚を厚くすることなく、各ブレードの強度を高めることができるとともに、プロペラファンの送風機能にとって最も効率の良いブレード最外周部の形状に制約を与えることなく、補強用のリング部材を設けることができるため、ブレード最外周部の形状設計の自由度を確保し、プロペラファンの送風性能、効率および騒音性能等の基本性能の維持と、各ブレードの強度アップによる変形防止効果との両立を図ることができる。また、リング部材が円筒状とされているため、各ブレードの軸方向への変形に対する補強効果を高めることができるとともに、空気流の整流効果によりファン外周部において発生する求心方向への流れを抑制してファンの実効半径減少を抑えることができるため、送風性能、効率および騒音性能等の基本性能を向上することができる。更に、円筒状のリング部材を射出成形により一体成形する際に該リング部材上に生じる抜き勾配による段差を、空気流入端側においてはリング部材の肉厚とその内周面側に設けられる抜き勾配との調整により解消し、その調整分の段差を空気流出端側においてリング部材の内周面側に集約するようにしているため、リング部材上から空気流に対して抵抗となる段差をなくすることより、円筒状のリング部材がファン性能等に悪影響を及ぼすことはなく、円筒状リング部材付きのプロペラファンを従来通り射出成形によって容易に製造することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図６を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかるプロペラファン１の斜視図が示され、図２には、その正面図が示され、図３には、外周方向から見た部分側面図が示されている。
プロペラファン１は、例えばガラスファイバーが３０ｗｔ％程度混合されたポリプロピレン樹脂（ＰＰ）による射出成形品であり、中心部に円筒状のハブ２を備え、ハブ２の外周に複数枚（図示例では、９枚）のブレード（羽根）３が放射状に一体に成形された構成とされている。

各ブレード３は、周方向において回転方向の上流側に位置する前縁４と、回転方向の下流側に位置する後縁５と、前縁４および後縁５を半径方向の最外周位置で繋ぐ外周縁６とを有し、断面が翼型形状とされたものであり、前縁４を回転方向、すなわち隣接するブレード３の後縁５方向に凸状となるように湾曲させ、後縁５を隣接するブレード３の前縁４から離れる方向に凸状となるように僅かに湾曲させた鎌形形状とされている。後縁５にはセレーション７が設けられている。

また、各ブレード３は、円筒状ハブ２の外周に周方向に所定の傾きを持って一体に成形されており、前縁４と後縁５との間に軸方向に一定のブレード高さ（本例の場合、約３０ｍｍ程度）を有する構成とされている。このブレード３は、図１，２において時計回りに回転（右回転）されたとき、紙面の裏側が正圧面（圧力面）８、紙面の表側が負圧面９となり、空気は紙面の表側から裏側方向に流通されるようになっている。

上記プロペラファン１には、各ブレード３の変形を防止するため、複数枚のブレード３同士を互いに結合する補強用のリング部材１０が設けられている。この補強用のリング部材１０は、軸方向に一定の幅（ブレード高さと同等もしくは若干大きい程度）を有する円筒状をなす薄板状のリングによって構成され、各ブレード３と一体に成形されている。また、補強用のリング部材１０は、図２に示されるように、各ブレード３の根元部から外周縁６までの半径方向寸法を１００としたとき、外周縁６から５〜４５までの寸法位置に設けられている。

リング部材１０を設置する位置は、プロペラファン１にとって最も効率の良いブレード最外周部の形状に制約を与えることがないようにブレード３の最外周部を除外するとともに、ブレード３の変形に対する補強効果を十分に確保するとの観点から定められ、上記の通りブレード３の半径方向寸法を１００としたとき、外周縁６から５〜４５までの寸法位置とされている。

リング部材１０を設けたプロペラファン１は、射出成形によって一体成形される。この場合、成形金型は、図３に示されるように、隣接するブレード３間にパーティングラインＰＬが設定され、ブレード３を挟んで正圧面８側を成形する金型１７と、負圧面９側を成形する金型１８とに分割される。そして、円筒状のリング部材１０には、図４に示されるように、離型（図３の矢印方向）のために、ブレード３を挟んで正圧面８側に円筒状リング部材１０の空気流出端１１に向う抜き勾配が設けられるとともに、負圧面９側に円筒状リング部材１０の空気流入端１２に向う抜き勾配が設けられる。

上記のように抜き勾配を設けると、リング部材１０には、一般に、図３のｂ−ｂ断面およびｃ−ｃ断面に沿う空気流入端１２側および空気流出端１１側において、それぞれ図６（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、抜き勾配による段差１３，１４が生じる。この段差１３，１４のうち、ｂ−ｂ断面に沿って生じる空気流入端１２側の段差１３は、プロペラファン１の回転方向（図３，６の矢印方向）から見たときに、空気流に対して正対することになり、空気流を乱し、効率の低下や騒音増大の要因となる。

そこで、本実施形態では、図５（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、図３のｂ−ｂ断面に沿う空気流入端１２側において、円筒状リング部材１０の肉厚を許容範囲内でリング部材１０の外周面側および内周面側に段差１３が生じない厚さに調整し、その外周面に対して、図４に示されるように、ブレード３を挟んで正圧面８側および負圧面９側にそれぞれ、空気流出端１１および空気流入端１２に向う、例えば０．５°程度の抜き勾配を設けている。

また、上記したリング部材１０の空気流入端１２側における段差１３を解消するための肉厚調整に対応して、リング部材１０の内周面側にブレード３を挟んで設けられる抜き勾配を正圧面８側と負圧面９側とで変え、例えば正圧面８側に設けられる抜き勾配を１°程度、負圧面９側に設けられる抜き勾配を３°程度としている。そして、この抜き勾配の違いにより生じる空気流出端１１側の段差１５をリング部材１０の内周面側に集約することにより、リング部材１０上に空気流に対して抵抗となる段差が残らない構成としている。

さらに、リング部材１０の内周面側に設けられる抜き勾配（１°または３°）を外周面側に設けられる抜き勾配（０．５°）よりも大きく（１°または３°＞０．５°）することにより、成形時に熱収縮が生じても容易に型抜きできるようにしている。また、リング部材１０は、各ブレード３の後縁５に設けられているセレーション７に対して、その山部を通る位置に設けるようにしている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
自動車用のラジエータや空調用コンデンサの冷却ファンに適用される樹脂製のプロペラファン１は、エンジンルーム内に設けられ、振動、高温、冠水路等の走行時に跳ね上げられる水による水圧等の影響を受ける。これらはブレード３を変形しようとする外力としてプロペラファン１に作用する。これに対して、複数枚のブレード３同士を結合する円筒状のリング部材１０を設け、各ブレード３の強度、特に軸方向への変形に対する強度を向上しているため、上記の外力によるプロペラファン１の変形を防止することができる。

また、リング部材１０は、ブレード３の半径方向寸法を１００としたとき、ブレード３の最外周部を除いた外周縁６から５〜４５までの寸法位置に設けられているため、プロペラファン１の送風機能にとって最も効率の良いブレード最外周部の形状に制約を与えることなく、補強用のリング部材１０を設けることができる。これにより、ブレード最外周部の形状設計の自由度を確保し、プロペラファンの送風性能、効率および騒音性能等の基本性能を維持することができる。

従って、本実施形態によれば、ブレード３の肉厚を厚くすることなく、薄いままで軽量化を堅持しながら、各ブレード３の強度アップを図ってプロペラファン１の変形を防止する効果と、プロペラファン１の送風性能、効率および騒音性能等の基本性能の確保とを両立させることができる。

また、リング部材１０を軸方向に一定の幅を有する円筒状のリングにより構成しているため、空気流の整流効果が得られるとともに、特に奥行き方向寸法の小さいプロペラファンで顕著なファン外周部において発生する求心方向への流れを抑制してファンの実効半径減少を抑えることができる。従って、送風性能、効率および騒音性能等の基本性能を向上することができる。

さらに、ブレード３上に円筒状のリング部材１０を一体成形した構成としても、円筒状リング部材１０の肉厚および抜き勾配の工夫により、リング部材１０上に空気流に対して抵抗となる段差等が生じないようにしているため、リング部材１０がファン性能等に悪影響を及ぼすことはなく、円筒状リング部材付きプロペラファン１を従来と同様に射出成形により容易に製造することができる。また、円筒状のリング部材１０の抜き勾配は、内周面側の抜き勾配が外周面側の抜き勾配よりも大きくされている。このため、射出成形時に熱収縮が生じたとしても、熱収縮の影響が大きい内周面側の抜き勾配の方が大きいことから、容易に型抜きすることができる。従って、問題なく円筒状リング部材付きプロペラファン１を製造することができる。

また、リング部材１０は、各ブレード３の後縁５に設けられているセレーション７の山部を通る位置に設けられるため、リング部材１０の各ブレード３上におけるコード長方向長さを最大化することができる。これにより、リング部材１０によるブレード３の補強効果を最大化することができるとともに、リング部材１０をセレーション７の谷部に設けることによる谷部での応力集中を回避し、強度アップに対する信頼性を一段と高めることができる。

［参考例］
次に、本発明の参考例について、図７を用いて説明する。
本参考例は、上記した第１実施形態に対して、リング部材２０の構成が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本参考例では、円筒状のリング部材１０に代え、断面が円形、多角形、その他の棒状のリング部材２０によって、複数枚のブレード３同士を互いに結合した構成としている。

このように、複数枚のブレード３同士を棒状のリング部材２０により互いに結合した構成とすることによっても、各ブレード３の強度を高め、プロペラファン１の変形防止効果を得ることができる。また、ブレード３の半径方向寸法を１００としたとき、ブレード３の最外周部を除いた外周縁６から５〜４５までの寸法位置にリング部材２０を設けることにより、プロペラファン１の送風機能にとって最も効率の良いブレード最外周部の形状に制約を与えることなく、リング部材２０を設けることができるため、プロペラファン１の基本性能の確保と変形防止効果とを両立することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、リング部材１０以外に追加のリング部材３０を設けている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、円筒状のリング部材１０の内周側に別の円筒状のリング部材３０を同心状に設けた構成としている。

上記のように、ブレード３の最外周部を除いた外周縁６から５〜４５までの寸法位置を含む２箇所以上の位置に同心状に多重に円筒状のリング部材１０，３０を設けることによって、各ブレード３の軸方向への変形に対する補強効果および空気流に対する整流効果ならびにファンの実効半径減少等の効果を一段と高めることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態において、円筒状のリング部材１０に設けられる抜き勾配に関して、具体的数値を挙げて説明したが、これらは一例であり、本発明がこれに制約されるものでないことは云うまでもない。また、ブレード３の形状、構成も上記実施形態のものに制限されることはなく、例えばセレーション７を有さないブレードとしてもよい等、種々変形が可能である。

本発明の第１実施形態に係るプロペラファンの斜視図である。図１に示すプロペラファンの正面図である。図２に示すプロペラファンを外周方向から見た部分側面図である。図２におけるａ−ａ断面相当図である。図３におけるｂ−ｂ断面相当図（Ａ）とｃ−ｃ断面相当図（Ｂ）である。図５に対応した比較例についてのｂ−ｂ断面相当図（Ａ）とｃ−ｃ断面相当図（Ｂ）である。本発明の参考例に係るプロペラファンの斜視図である。本発明の第２実施形態に係るプロペラファンの斜視図である。

１プロペラファン
２ハブ
３ブレード
５後縁
６外周縁
７セレーション
８正圧面
９負圧面
１０，２０，３０リング部材
１１空気流出端
１２空気流入端
１５段差
１７，１８成形金型
ＰＬパーティングライン

Claims

ハブと、該ハブの外周に放射状に一体成形された複数枚のブレードとを有する樹脂製のプロペラファンにおいて、
前記複数枚のブレード同士を互いに結合するリング部材を備え、
前記リング部材は、前記ブレードの根元部から外周縁までの半径方向寸法を１００としたとき、前記外周縁から５〜４５までの寸法位置に設けられているとともに、該リング部材は、軸方向に一定の幅を有する円筒状とされ、
前記円筒状のリング部材には、隣接する前記ブレード間において成形金型のパーティングラインが設定されており、前記ブレードを挟んで正圧面側に空気流出端に向う抜き勾配が設けられるとともに、負圧面側に空気流入端に向う抜き勾配が設けられ、前記抜き勾配により生じる前記リング部材上の段差を、前記空気流入端側においては該リング部材の肉厚とその内周面側に設けられる抜き勾配との調整により解消し、その調整分の段差を前記空気流出端側において前記リング部材の内周面側に集約していることを特徴とするプロペラファン。
前記円筒状リング部材の抜き勾配は、内周面側の抜き勾配が外周面側の抜き勾配よりも大きくされていることを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
前記リング部材は、前記各ブレードの後縁に設けられているセレーションの山部を通る位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のプロペラファン。
前記リング部材は、前記寸法位置に設けられている前記リング部材以外に、その内周側の少なくとも１箇所に同心状に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプロペラファン。