JP5697465B2 - プロペラファン、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、プロペラファン、成型用金型および流体送り装置に関し、より特定的には、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用金型と、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、扇風機、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とに関する。

従来のプロペラファンに関して、たとえば、特開２００９−３６１８７号公報には、ベルマウスとファンの翼端部との間の空間に発生する、翼面の圧力面側から負圧面側に流れ込む漏れ流れの規模を抑制し、縮小することを目的としたプロペラファンが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたプロペラファンにおいては、プロペラファンの翼端部が波形の構造を有する。波形の構造は、翼端部の前縁側から後縁側に向けて、翼の正圧面および負圧面が交互に突出するように形成される。

また、特開２００３−１８４７９２号公報には、翼端渦の発生を可及的に抑制し、空気調和機用室外機ユニットの組み込み時の静音性能を向上させることを目的とした送風機が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された送風機においては、羽根の外周端部に、その前縁付近から後縁付近にかけて次第に半径方向の幅が大きくなる反り返り部が設けられる。

特開２００９−３６１８７号公報 特開２００３−１８４７９２号公報

上述の特許文献１および２に開示されるように、翼の外縁部に発生する、圧力面側から負圧面側に流れ込む渦（馬蹄渦）を抑制することによって、騒音を低減させたり、ファンモータの入力を低減させたりする試みが実施されている。

一方、プロペラファンの回転時、翼面上には、翼の前縁部もしくは外縁部から後縁部に向かう空気流れ（主流）が形成される。このような主流は、翼面上の上流側では翼面に沿った流れとなるものの、下流側では主流が翼面から剥離する現象が生じ、特に負圧面側でこのような現象が顕著となる。このような剥離の発生は、プロペラファンの送風能力を低下させたり、ファン回転時の騒音を増大させたりする原因となる。

また、プロペラファンは、シロッコ（多翼）ファンなどと比較すると、翼の枚数が少なく、翼と翼との間の大空間を空気が通過するため、空気を攪拌する能力が低い。このため、プロペラファンの上流側に強い偏流が存在すると、ファン内部に風速の大きい領域と小さい領域とが生じる。この場合、プロペラファンの翼は、その風速の大きい領域と小さい領域とを交互に通過するため、圧力変動が生じ、強い狭帯域騒音が発生する。また、風速が小さい領域で主流が翼面から剥離する現象が顕著となり、プロペラファンの送風能力が低下する。

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、送風能力の向上や、ファン回転時の騒音の低減を図るプロペラファン、そのプロペラファンの製造に用いられる成型用金型およびそのプロペラファンを備える流体送り装置を提供することである。

この発明に従ったプロペラファンは、仮想の中心軸を中心に回転するのに伴って送風を行なう翼を備える。翼は、回転方向の側に配置される前縁部と、回転方向の反対側に配置される後縁部と、中心軸を中心とする周方向に延び、前縁部の外周端と後縁部の外周端との間を接続する外縁部とを有する。外縁部には、中心軸の軸方向から翼を見た場合に半径方向外側に凸となる形状を有し、周方向に配列される複数の凸部と、互いに隣り合う凸部間に配置される凹部とが形成される。

このように構成されたプロペラファンによれば、翼の回転に伴って、翼面の表層には、複数の凸部の各々を起点に翼面上を通過する翼先端渦が２次流れとして形成され、さらにその上層には、前縁部もしくは外縁部から流入し、翼面上を通過し、後縁部から流出する空気流れ（主流）が形成される。この際、各凸部により生じた翼先端渦から主流に対して運動エネルギが付与されることにより、主流が翼面上の下流側で翼面から剥離することを抑制できる。これにより、プロペラファンの送風能力を向上させるとともに、剥離の発生に起因する騒音を低減させることができる。

また好ましくは、凸部は、翼の回転方向に向かって突出するように形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、翼の回転に伴い凸部を空気と強く衝突させることにより、翼先端渦を効率的に発生させることができる。これにより、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、複数の凸部は、第１凸部と、中心軸を中心とする周方向において第１凸部よりも後縁部に近い側に配置され、第１凸部と隣り合う第２凸部とを含む。第１凸部および第２凸部は、それぞれ、翼の回転方向に向かって突出する先端に第１先端部および第２先端部を有する。中心軸を中心とする周方向において、第１先端部と、第１凸部と第２凸部との間に配置される凹部の底部との間に、第２先端部が位置決めされる。

このように構成されたプロペラファンによれば、翼の回転に伴い第１先端部および第２先端部を空気と強く衝突させることにより、第１先端部および第２先端部を起点とした翼先端渦を効率的に発生させることができる。これにより、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、複数の凸部は、第３凸部と、中心軸を中心とする周方向において第３凸部よりも後縁部に近い側に配置される第４凸部とを含む。第３凸部および第４凸部は、それぞれ、翼の回転方向に向かって突出する先端に第３先端部および第４先端部を有する。中心軸から第３先端部までの長さは、中心軸から第４先端部までの長さよりも小さい。

このように構成されたプロペラファンによれば、翼の回転に伴い、第３先端部および第４先端部を起点とした翼先端渦を発生させる。この際、前縁部側に配置された第３凸部の第３先端部は、後縁部側に配置された第４凸部の第４先端部よりも、中心軸を中心とする半径方向内側に位置決めされるため、第３先端部および第４先端部を起点とした翼先端渦を互いに干渉させることなく、翼面上の平面的な領域に形成することができる。これにより、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、複数の凸部は、翼の回転方向に向かって突出する先端に先端部を有する。中心軸を中心とする周方向において後縁部に近い側から前縁部に近い側の凸部ほど、中心軸から先端部の長さが小さくなる。このように構成されたプロペラファンによれば、複数の凸部の各先端部を起点とする翼先端渦を互いに干渉させることなく、翼面上の平面的な領域に形成することができる。これにより、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、複数の凸部は、第５凸部と、中心軸を中心とする周方向において第５凸部よりも後縁部に近い側に配置され、第５凸部と隣り合う第６凸部と、中心軸を中心とする周方向において第６凸部よりも後縁部に近い側に配置され、第６凸部と隣り合う第７凸部とを含む。第５凸部と第６凸部との間の凹部の切り込み長さが、第６凸部と第７凸部との間の凹部の切り込み長さよりも大きい。

このように構成されたプロペラファンによれば、翼の回転に伴い、凹部には、翼面の一方の側の面と他方の側の面との間の圧力差に起因した馬蹄渦が２次流れとして形成される。この際、凸部により生じた翼先端渦と、凹部に生じた馬蹄渦とから主流に対して運動エネルギが付与されることにより、主流が翼面上の下流側で翼面から剥離することを抑制できる。一方、外縁部から流入し、翼面上を流れ、後縁部から流出する主流の経路長は、前縁部に近い位置から流入した場合ほど長く、後縁部に近い位置から流入した場合ほど短くなる。

本発明では、前縁部により近い第５凸部と第６凸部との間の凹部の切り込み長さが、後縁部により近い第６凸部と第７凸部との間の凹部の切り込み長さよりも大きい。このため、馬蹄渦から主流に対して付与する運動エネルギが、より長い経路長を進行する主流で大きくなり、より短い経路長を進行する主流で小さくなる。これにより、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、中心軸を中心とする周方向において後縁部に近い側から前縁部に近い側の凹部ほど、凹部の切り込み長さが大きくなる。このように構成されたプロペラファンによれば、馬蹄渦から主流に対して付与する運動エネルギが、より長い経路長を進行する主流で大きくなり、より短い経路長を進行する主流で小さくなる。これにより、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、外縁部には、複数の凹部が形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、各凹部の両側に配置される凸部により翼先端渦を発生させることによって、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、前縁部の外周端と外縁部との接続部分が、翼の回転方向に向かって突出し、複数の凸部のうちの１つの凸部を形成する。このように構成されたプロペラファンによれば、翼の回転に伴い前縁部の外周端と外縁部との接続部分を空気と強く衝突させることにより、その接続部分から形成される凸部を起点とした翼先端渦を効率的に発生させることができる。これにより、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、プロペラファンは、周方向に離間して設けられる複数の翼を備える。複数の翼には、互いに同じ形態により凸部が形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、各翼に形成する凸部を、翼先端渦を発生させて主流の剥離を防ぐという観点から最適化した形態とできる。

また好ましくは、プロペラファンは、周方向に離間して設けられる複数の翼を備える。複数の翼には、互いに異なる形態により凸部が形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、翼が一定周期で通過することに起因する狭帯域騒音を低減させることができる。

また好ましくは、プロペラファンは、樹脂により成型される。このように構成されたプロペラファンによれば、軽量かつ高剛性のプロペラ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、上述のいずれかに記載のプロペラファンを樹脂により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、軽量かつ高剛性の樹脂製プロペラ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プロペラファンを備える。このように構成された流体送り装置によれば、本発明におけるプロペラファンを備えることにより、送風能力が向上され、ファン回転時の騒音が低減された流体送り装置を実現できる。

以上に説明したように、この発明に従えば、送風能力の向上や、ファン回転時の騒音の低減を図るプロペラファン、そのプロペラファンの製造に用いられる成型用金型およびそのプロペラ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におけるプロペラファンを示す側面図である。 図１中の矢印ＩＩに示す方向（吸込側）から見たプロペラファンを示す平面図である。 図１中の矢印ＩＩＩに示す方向（噴出側）から見たプロペラファンを示す平面図である。 図１中のプロペラファンを吸込側から見た斜視図である。 図１中のプロペラファンの翼を拡大して示す平面図である。 プロペラファンの翼面上に形成される空気流れの流線の挙動を示す平面投影図である。 プロペラファンの翼面上に形成される空気流れの流線の挙動を示す回転投影図である。 図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線上に沿った翼断面を示す図である。 図１から図４中のプロペラファンの翼面上の空気流れ（２次流れ）を示す平面図である。 図９中のＸ−Ｘ線上の沿った位置の空気流れ（主流および２次流れ）を示す断面図である。 屈曲ダクトに設置されたプロペラファンと、ダクトの経路上の空気流れとを示す断面図である。 図１から図４中のプロペラファンを図１１中の屈曲ダクトに設置した場合の空気流れを模式的に表わした図である。 図１から図４中のプロペラファンの第１変形例を示す平面図である。 図１から図４中のプロペラファンの第２変形例を示す平面図である。 プロペラファンの製造に用いられる成型用金型を示す断面図である。 プロペラファンを用いた空気調和機の室外機を示す図である。

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におけるプロペラファンを示す側面図である。図２は、図１中の矢印ＩＩに示す方向（吸込側）から見たプロペラファンを示す平面図である。図３は、図１中の矢印ＩＩＩに示す方向（噴出側）から見たプロペラファンを示す平面図である。図４は、図１中のプロペラファンを吸込側から見た斜視図である。

図１から図４を参照して、まず、本実施の形態におけるプロペラファン１０の基本的な構造について説明する。プロペラファン１０は、３枚翼のプロペラファンであり、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ている。

プロペラファン１０は、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃ（以下、特に区別しない場合は翼２１という）を有する。翼２１は、仮想軸である中心軸１０１を中心に、図４中の矢印１０４に示す方向に回転する。翼２１は、中心軸１０１を中心に回転することにより、図１中の吸込側から噴出側に送風を行なう。

翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃは、プロペラファン１０の回転軸、すなわち中心軸１０１の周方向において、等間隔に配置されている。本実施の形態では、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃは、同一形状に形成されており、いずれかの翼２１を中心軸１０１を中心に回転させた場合に、その翼２１の形状と別の翼２１の形状とが一致するように形成されている。翼２１Ｂは、翼２１Ａに対してプロペラファン１０の回転方向の側に隣り合って配置され、翼２１Ｃは、翼２１Ｂに対してプロペラファン１０の回転方向の側に隣り合って配置されている。

翼２１は、プロペラファン１０の回転方向の側に配置される前縁部２２と、回転方向の反対側に配置される後縁部２４と、前縁部２２の外周端と後縁部２４の外周端との間を接続する外縁部２３とを有する。

プロペラファン１０を中心軸１０１の軸方向から見た場合、すなわち、プロペラファン１０を平面的に見た場合に、前縁部２２および外縁部２３は、中心軸１０１を中心とする半径方向内側から外側に向けて延びている。前縁部２２は、さらに、中心軸１０１を中心とする半径方向内側から外側に湾曲しながら回転方向に向かって延びている。後縁部２４は、中心軸１０１を中心とする周方向において、前縁部２２と対向して配置されている。外縁部２３は、中心軸１０１を中心とする周方向に延びて形成されている。外縁部２３は、全体として、前縁部２２の外周端と後縁部２４の外周端との間で円弧状に延びて形成されている。

翼２１は、翼先端縁部２５をさらに有する。翼先端縁部２５は、前縁部２２の外周端と外縁部２３との接続部分に配置されている。前縁部２２および外縁部２３は、プロペラファン１０の回転方向に向けて延伸し、その先端で翼先端縁部２５に連なっている。前縁部２２の外周端と外縁部２３とは、翼先端縁部２５において湾曲しながら接続されている。翼先端縁部２５は、その翼先端縁部２５を有する翼２１において、プロペラファン１０の最も回転方向の先端側に配置されている。プロペラファン１０を平面的に見た場合に、翼２１は、翼先端縁部２５を先端に鎌状に尖った形状を有する。

プロペラファン１０を平面的に見た場合に、翼２１の外形が、前縁部２２、翼先端縁部２５、外縁部２３および後縁部２４によって構成されている。

翼２１には、プロペラファン１０の回転に伴って送風を行なう（吸込側から噴出側に空気を送り出す）ための翼面２８が形成されている。

翼面２８は、中心軸１０１の軸方向において吸込側および噴出側に面する側にそれぞれ形成されている。翼面２８は、前縁部２２、翼先端縁部２５、外縁部２３および後縁部２４に囲まれた領域に形成されている。翼面２８は、前縁部２２、翼先端縁部２５、外縁部２３および後縁部２４に囲まれた領域の全面に形成されている。

翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃの翼面２８は、それぞれ、前縁部２２から後縁部２４に向かう周方向において、吸込側から噴出側に傾斜する湾曲面により形成されている。後縁部２４側の翼面２８は、中心軸１０１を中心とする半径方向内側から外側に向かって、中心軸１０１に略直交する方向に延在する。前縁部２２側の翼面２８は、中心軸１０１を中心とする半径方向内側から外側に向かって、噴出側から吸込側に傾斜して延在する。

翼面２８は、正圧面２６と、正圧面２６の裏側に配置される負圧面２７とから構成されている。正圧面２６は、翼面２８の噴出側に面する側に形成され、負圧面２７は、翼面２８の吸込側に面する側に形成されている。プロペラファン１０の回転時、翼面２８上で空気流れが発生するのに伴って、正圧面２６で相対的に大きく、負圧面２７で相対的に小さくなる圧力分布が生じる。

プロペラファン１０は、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃを互いに連接する（つなげる）連接部４６をさらに有する。プロペラファン１０を中心軸１０１の軸方向から見て、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃを中心軸１０１の周方向において互いに離間させるような最小の仮想円１０２を描いた場合に、仮想円１０２の内側に連接部４６が配置され、仮想円１０２の外側に翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃが配置される。

仮想円１０２の外周上に配置される翼２１Ａの根元部、翼２１Ｂの根元部および翼２１Ｃの根元部は、中心軸１０１の軸周りに配置された連接部４６によって互いに接続されている。

連接部４６は、吸込側および噴出側に面する側にそれぞれ翼面４７を有し、翼型に形成されている。翼面４７は、翼２１Ａの翼面２８、翼２１Ｂの翼面２８および翼２１Ｃの翼面２８からそれぞれ連続して形成されている。翼２１Ａの翼面２８、翼２１Ｂの翼面２８および翼２１Ｃの翼面２８は、翼面４７を介して連続的に形成されている。

たとえば、翼２１Ａおよび翼２１Ｂに注目すると、翼２１Ａの前縁部２２と翼２１Ｂの後縁部２４とが周方向において対峙するため、翼２１Ａ側の翼面４７の傾斜方向と、翼２１Ｂ側の翼面４７の傾斜方向とが、ねじれた位置関係となる。翼２１Ａおよび翼２１Ｂの翼面２８からそれぞれ連接部４６の翼面４７に連なるに従って翼面の傾斜は小さくなり、翼２１Ａ側の翼面４７と翼２１Ｂ側の翼面４７とが、やがて中心軸１０１を通る線上において滑らかに接続される。

本実施の形態におけるプロペラファン１０においては、連接部４６において翼２１Ａの根元部、翼２１Ｂの根元部および翼２１Ｃの根元部を接続する領域が、回転に伴って送風を行なう翼面状に形成されている。

図４中に最も明確に表わされるように、翼２１Ａの前縁部２２と翼２１Ｂの後縁部２４とが連接部４６を通じて接続されており、翼２１Ｂの前縁部２２と翼２１Ｃの後縁部２４とが連接部４６を通じて接続され、翼２１Ｃの前縁部２２と翼２１Ａの後縁部２４とが連接部４６を通じて接続されている。仮想円１０２は、翼２１Ａの前縁部２２と翼２１Ｂの後縁部２４との接続部分に接し、翼２１Ｂの前縁部２２と翼２１Ｃの後縁部２４との接続部分に接し、翼２１Ｃの前縁部２２と翼２１Ａの後縁部２４との接続部分に接するように描かれている。

たとえば、翼２１Ａおよび翼２１Ｂの間の連接部４６に注目すると、連接部４６は、翼２１Ａの前縁部２２側の根元部から翼２１Ｂの後縁部２４側の根元部に向かうに従って、気流送出方向の吸込側から噴出側に延在するように形成されている。連接部４６は、プロペラファン１０の気流送出方向の吸込側から噴出側に、空気を送出する働きを有する構成をなすように形成されている。

翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃと、連接部４６とは、薄肉形状を有し、一体に成型されている。すなわち、本実施の形態におけるプロペラファン１０においては、中心軸１０１を中心にその外周側に延出する１枚物の３枚翼が、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃと連接部４６とにより一体的に成型されている。プロペラファン１０は、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃと、翼２１Ａの根元部、翼２１Ｂの根元部および翼２１Ｃの根元部を接続する連接部４６とを含めて、一体的に成型されている。

プロペラファン１０は、回転軸部としてのボスハブ部４１をさらに有する。ボスハブ部４１は、プロペラファン１０を、その駆動源である図示しないモータの出力軸に接続する部分である。ボスハブ部４１は、円筒形状を有し、中心軸１０１と重なる位置で連接部４６に接続されている。ボスハブ部４１は、吸込側および噴出側の翼面４７から中心軸１０１の軸方向に延びて形成されている。連接部４６は、ボスハブ部４１の外周面からその外周側に延出するように形成されている。

翼２１は、前縁部２２と後縁部２４とを結ぶ、周方向の断面形状の厚みが、前縁部２２および後縁部２４から翼中心付近にそれぞれ向かうほど厚くなり、翼中心よりも前縁部２２側に寄った位置に最大厚みを有する翼型形状に形成されている。連接部４６は、上記に説明した翼２１と同様の翼型形状に形成されている。すなわち、本実施の形態におけるプロペラファン１０は、翼２１の外縁部２３から中心軸１０１に向かういずれの断面位置においても翼型の断面形状を有するように形成されている。

なお、以上においては、合成樹脂により一体成型されるプロペラファン１０について説明したが、本発明におけるプロペラファンは樹脂製に限られるものではない。たとえば、一枚物の板金を捻り加工することによってプロペラファン１０を形成してもよいし、曲面を有して形成される一体の薄肉状物によりプロペラファン１０を形成してもよい。これらの場合、別に成型したボスハブ部４１をプロペラファン１０の回転中心に接合する構造としてもよい。

また、本発明は、３枚翼のプロペラファン１０に限られず、３枚以外の複数枚の翼２１を備えるプロペラファンであってもよいし、１枚の翼２１を備えるプロペラファンであってもよい。１枚翼のプロペラファンとする場合、中心軸１０１に対して翼２１の反対側に、バランサーとしての錘が設けられる。

図５は、図１中のプロペラファンの翼を拡大して示す平面図である。続いて、図１から図４中のプロペラファン１０において、外縁部２３に設けられる凹凸構造について説明する。

図５を参照して、本実施の形態におけるプロペラファン１０においては、外縁部２３に、凸部３１Ａ、凸部３１Ｂ、凸部３１Ｃ、凸部３１Ｄおよび凸部３１Ｅと（以下、特に区別しない場合は凸部３１という）、凹部３６Ｐ、凹部３６Ｑ、凹部３６Ｒおよび凹部３６Ｓと（以下、特に区別しない場合は、凹部３６という）が形成される。

中心軸１０１の軸方向からプロペラファン１０を見た場合に、凸部３１は、中心軸１０１を中心とする半径方向外側に向けて凸となる形状を有する。凸部３１は、送風を行なうための翼面２８の面内に形成されている。

凸部３１Ａ、凸部３１Ｂ、凸部３１Ｃ、凸部３１Ｄおよび凸部３１Ｅは、中心軸１０１を中心とする周方向に並んで配置されている。中心軸１０１を中心とする周方向において、凸部３１Ａは、最も回転方向の側、すなわち、前縁部２２に近い側に配置されている。凸部３１Ａは、翼先端縁部２５を含んで形成されている。凸部３１Ａ，凸部３１Ｂ、凸部３１Ｃ、凸部３１Ｄおよび凸部３１Ｅは、挙げた順に、前縁部２２に近い側から後縁部２４に近い側に向けて並んで配置されている。凸部３１Ｅは、最も回転方向の反対側、すなわち、後縁部２４に近い側に配置されている。

中心軸１０１の軸方向からプロペラファン１０を見た場合に、凹部３６は、中心軸１０１を中心とする半径方向内側に向けて凹となる形状を有する。凹部３６は、周方向に隣り合う凸部３１間に配置されている。凹部３６Ｐは、凸部３１Ａと凸部３１Ｂとの間に配置され、凹部３６Ｑは、凸部３１Ｂと凸部３１Ｃとの間に配置され、凹部３６Ｒは、凸部３１Ｃと凸部３１Ｄとの間に配置され、凹部３６Ｓは、凸部３１Ｄと凸部３１Ｅとの間に配置されている。

中心軸１０１の軸方向からプロペラファン１０を見た場合に、凸部３１は、中心軸１０１を中心とする半径方向内側から外側に向かうに従って、プロペラファン１０の回転方向に突出するように形成されている。

凸部３１Ａ、凸部３１Ｂ、凸部３１Ｃ、凸部３１Ｄおよび凸部３１Ｅは、回転方向に向かって突出する先端に、それぞれ、先端部３２ａ、先端部３２ｂ、先端部３２ｃ、先端部３２ｄおよび先端部３２ｅを有する（以下、特に区別しない場合は先端部３２という）。先端部３２は、各凸部３１において最も回転方向の側に配置されている。中心軸１０１の軸方向からプロペラファン１０を見た場合に、先端部３２は、湾曲して形成されている。翼２１は、先端部３２ａ、先端部３２ｂ、先端部３２ｃ、先端部３２ｄおよび先端部３２ｅのそれぞれを先端に鎌状に尖った形状を有する。凸部３１の突出長さは、翼２１の最大厚みよりも大きい。凸部３１Ｂの突出長さは、図５中に示すように、凸部３１Ｂの先端部３２ｂと、凸部３１Ｂに対して回転方向の反対側に隣り合う凹部３６Ｐの底部３７ｐとの間の長さＨ１によって表わされる。同様に、凸部３１Ｃ、凸部３１Ｄおよび凸部３１Ｅの突出長さは、それぞれ、図５中に示すＨ２、Ｈ３およびＨ４によって表わされる。

凹部３６Ｐ、凹部３６Ｑ、凹部３６Ｒおよび凹部３６Ｓは、それぞれ、底部３７ｐ、底部３７ｑ、底部３７ｒおよび底部３７ｓを有する（以下、特に区別しない場合は底部３７という）。底部３７は、凹部３６の両側に配置される凸部３１から見て凹部３６の底部に配置されている。底部３７は、各凹部３６において最も回転方向の反対側に配置されている。

凸部３１は、凸部３１の先端部３２が、その凸部３１に対して回転方向の側に隣り合う凹部３６の底部３７よりも回転方向の側に突出するように形成されている。たとえば、凸部３１Ｃと、凸部３１Ｃに対して回転方向の側に隣り合う凹部３６Ｑとに注目すると、凸部３１Ｃの先端部３２ｃは、凹部３６Ｑの底部３７ｑよりも回転方向の側に突出する。

互いに隣り合って配置される２つの凸部３１、たとえば、凸部３１Ｂおよび凸部３１Ｃに注目すると、中心軸１０１を中心とする周方向において、凸部３１Ｂの先端部３２ｂと、凸部３１Ｂと凸部３１Ｃとの間に配置される凹部３６Ｑの底部３７ｑとの間に、凸部３１Ｃの先端部３２ｃが位置決めされる。

中心軸１０１に対する凸部３１Ａの先端部３２ａの半径がＲａであるとする。同様に、先端部３２ｂ、先端部３２ｃ、先端部３２ｄおよび先端部３２ｅの半径が、それぞれ、Ｒｂ、Ｒｃ、ＲｄおよびＲｅであるとする。凸部３１と、その凸部３１よりも後縁部２４に近い側に配置される凸部３１とに注目した場合、たとえば、凸部３１Ａおよび凸部３１Ｃに注目した場合に、中心軸１０１に対する凸部３１Ａの先端部３２ａの半径Ｒａは、中心軸１０１に対する凸部３１Ｃの先端部３２ｃの半径Ｒｃよりも小さくなる（Ｒａ＜Ｒｃ）。

本実施の形態では、中心軸１０１を中心とする周方向において前縁部２２に近い側から後縁部２４に近い側の凸部３１ほど、中心軸１０１に対する先端部３２の半径が小さくなる（Ｒａ＜Ｒｂ＜Ｒｃ＜Ｒｄ＜Ｒｅ）。

図５中には、中心軸１０１を中心とし、凸部３１Ｅに接する仮想円（真円）１０３が描かれている。凸部３１は、後縁部２４に近い側から前縁部２２に近い側の凸部３１ほど、仮想円１０３からの距離が遠ざかるように形成されている。すなわち、凸部３１は、後縁部２４に近い側から前縁部２２に近い側の凸部３１ほど、中心軸１０１と中心とする半径方向において内側に食い込むように形成されている。

凸部３１と、その凸部３１に対して回転方向の側に隣り合う凹部３６とに注目した場合、たとえば、凸部３１Ｅと、凹部３６Ｓとに注目した場合に、中心軸１０１に対する凸部３１Ｅの代表半径（仮想円１０３の半径）をｒとし、中心軸１０１から凹部３６までの最小長さをＷとすると、好ましくは、Ｗ／ｒ≧０．７４の関係を満たす。さらに好ましくは、Ｗ／ｒ≧０．８６の関係を満たす。

続いて、図１から図４中のプロペラファン１０によって奏される作用、効果について説明する。図６は、プロペラファンの翼面上に形成される空気流れの流線の挙動を示す平面投影図である。図７は、プロペラファンの翼面上に形成される空気流れの流線の挙動を示す回転投影図である。図８は、図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線上に沿った翼断面を示す図である。

図６から図８を参照して、図中には、外縁部２３に凹凸構造が設けられないプロペラファン１２１が示されている。図７中に示すように、プロペラファン１２１の外周上には、ベルマウス５１が配置されている。

矢印２１０に示すように、プロペラファン１２１の回転時、翼２１の翼面２８上には、前縁部２２もしくは外縁部２３から後縁部２４に向かう空気流れ（主流）が形成される。このような主流は、前縁部２２もしくは外縁部２３に近い翼面２８上の上流側では、翼面２８に沿った流れとなるものの、後縁部２４に近い翼面２８上の下流側では、主流が翼面２８から剥離する剥離領域５２が生じる傾向がある。このような傾向は、正圧面２６および負圧面２７のうち特に負圧面２７上で顕著となる。

図９は、図１から図４中のプロペラファンの翼面上の空気流れ（２次流れ）を示す平面図である。図１０は、図９中のＸ−Ｘ線上の沿った位置の空気流れ（主流および２次流れ）を示す断面図である。

図９および図１０を参照して、プロペラファン１０の回転時、翼面２８の表層には、矢印２２０に示すように翼先端渦が形成される。

翼先端渦は、プロペラファン１０の回転時、凸部３１、より具体的には、凸部３１の先端部３２が空気と衝突することによって形成される２次流れであり、先端部３２を起点に翼面２８上を通過し、後縁部２４に向かって流れる。本実施の形態では、外縁部２３に形成された凸部３１Ａ、凸部３１Ｂ、凸部３１Ｃ、凸部３１Ｄおよび凸部３１Ｅを起点に、複数の翼先端渦が後縁部２４に向かって流れる。凸部３１はプロペラファン１０の回転方向に突出するように形成されるため、プロペラファン１０の回転時、凸部３１を強く空気と衝突させることができる。これにより、翼面２８上に翼先端渦をより効率的に形成することができる。

凸部３１Ａを起点とする翼先端渦は、中心軸１０１を中心とする半径方向において最も内側を通る。凸部３１Ａ、凸部３１Ｂ、凸部３１Ｃ、凸部３１Ｄおよび凸部３１Ｅを起点とする翼先端渦は、挙げた順に、中心軸１０１を中心とする半径方向において内側から外側に流通経路をシフトさせる。凸部３１Ｅを起点とする翼先端渦は、中心軸１０１を中心とする半径方向において最も外側を通る。本実施の形態では、前縁部２２に近い側から後縁部２４に近い側の凸部３１ほど、中心軸１０１に対する先端部３２の半径が小さくなるため、各凸部３１で生じた翼先端渦を互いに干渉させることなく、複数の翼先端渦を翼面２８上の平面的な領域に流すことができる。

プロペラファン１０の回転時、翼面２８のさらに上層には、矢印２１０に示すように主流が形成される。主流は、翼先端渦が形成される翼面２８の表層に対して、翼面２８の反対側に形成される。主流は、前縁部２２もしくは外縁部２３から流入し、翼面２８上を通って後縁部２４に向かう。この際、各凸部３１により生じた翼先端渦から主流に対して運動エネルギが付与される。これにより、主流が翼面２８上の下流側で翼面２８から剥離することを抑制し、剥離領域５２を縮小もしくは消滅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におけるプロペラファン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プロペラファン１０は、仮想の中心軸１０１を中心に回転するのに伴って送風を行なう翼２１を備える。翼２１は、回転方向の側に配置される前縁部２２と、回転方向の反対側に配置される後縁部２４と、中心軸１０１を中心とする周方向に延び、前縁部２２の外周端と後縁部２４の外周端との間を接続する外縁部２３とを有する。外縁部２３には、中心軸１０１の軸方向から翼２１を見た場合に半径方向外側に凸となる形状を有し、周方向に配列される複数の凸部３１と、互いに隣り合う凸部３１間に配置される凹部３６とが形成される。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるプロペラファン１０によれば、外縁部２３に複数の凸部３１を形成することによって、翼面２８上における主流の剥離現象を抑制することができる。これにより、翼面２８から主流に効率よく力を伝えることが可能となり、プロペラファン１０の送風能力を向上させることができる。また、プロペラファン１０の回転時、主流の剥離に起因する騒音を低減させることができる。

本実施の形態におけるプロペラファン１０は、プロペラファンよりも空気流れの上流側に強い偏流が生じるような送風機により好適に用いられる。図１１は、屈曲ダクトに設置されたプロペラファンと、ダクトの経路上の空気流れとを示す断面図である。

図１１を参照して、屈曲ダクト８１は、短い区間で９０°ずつ折れ曲がった屈曲部８３を有しており、その屈曲部８３に、外縁部２３に凹凸構造が設けられないプロペラファン１２１が設けられている。屈曲部８３では空気の流れ方向が急に変更されるため、プロペラファン１２１の上流部８２ｊには、風速が大きくなる領域８５と風速が小さくなる領域８６とが形成される。一方、プロペラファン１２１は、シロッコファンなどと比較すると、翼２１によって空気をかき混ぜる力（せん断力）が小さい。このため、上流部８２ｊで生じた偏流は、プロペラファン１２１で解消されることなく、プロペラファン１２１の下流部８２ｋの空気流れに引き継がれることになる。

この場合、プロペラファン１２１の翼２１は、その風速の大きい領域８５と小さい領域８６とを交互に通過するため、圧力変動が生じ、強い狭帯域騒音が発生する。また、風速が小さい領域８６で主流が翼面２８から剥離する現象が顕著となり、プロペラファン１２１の送風能力が低下する。

図１２は、図１から図４中のプロペラファンを図１１中の屈曲ダクトに設置した場合の空気流れを模式的に表わした図である。

図１２を参照して、これに対して、本実施の形態におけるプロペラファン１０を屈曲ダクト８１に設置した場合、複数の凸部３１によって、翼面２８上における主流の剥離現象が抑制される。これにより、風速の大きい領域８５で翼面２８上に乗り上げた空気は、直ちに剥離することなく、風速の小さい領域８６へと移動しながら翼面２８上を流れ、やがて下流部８２ｋへと送風されていく。このように翼２１に複数の凸部３１を形成することによって、翼２１によって空気をかき混ぜる力が増大するため、上流部８２ｊで生じていた空気流れの偏流を下流部８２ｋで解消することが可能となる。

このような構成によれば、風速が小さくなる領域８６で顕著に生じていた翼面２８上の剥離現象を抑制し、プロペラファン１０の送風能力を飛躍的に向上させることができる。また、プロペラファン１０の回転時、翼２１が風速の大きい領域８５と小さい領域８６とを交互に通過するということがなくなり、強い狭帯域騒音の発生を抑制することができる。

なお、上記のように空気流れの上流側に強い偏流が生じるような送風機としては、狭い空間に通されたダクトにファンを設置する必要が生じるような家電製品、たとえば、冷蔵庫や冷凍庫に組み込まれる送風機などが挙げられる。

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

図１３は、図１から図４中のプロペラファンの第１変形例を示す平面図である。図１３を参照して、複数の翼２１の各々には、互いに異なる形態により凸部３１が形成される。本変形例では、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃに、互いに異なる数の凸部３１が形成されている。より具体的には、翼２１Ａに４つの凸部３１が形成され、翼２１Ｂに６つの凸部３１が形成され、翼２１Ｃに５つの凸部３１が形成されている。

プロペラファンの回転時、ファンを覆うケーシングの定点を一定周期で翼２１が通過することに起因して、翼通過音と呼ばれる狭帯域騒音が発生する。本変形例では、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃが互いに異なる数の凸部３１を有するため、ケーシングに直近する凸部３１が通過する周期を複数の翼２１間で積極的にずらすことができる。これにより、狭帯域騒音の発生を抑制することができる。

一方、実施の形態１におけるプロペラファン１０においては、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃに、凸部３１が同じ形態により設けられている。このような構成によれば、各翼２１に形成する凸部３１を、翼先端渦を発生させて主流の剥離を防ぐという観点から最適化した形態とできる。

なお、本変形例では、凸部３１を設ける数を複数の翼２１間で異ならせたが、これに限られず、たとえば、凸部３１の突出方向や幅、凹部３６の切り込み長さなどを通じて、複数の翼２１の各々に凸部３１を互いに異なる形態により形成してもよい。

図１４は、図１から図４中のプロペラファンの第２変形例を示す平面図である。図１４を参照して、凸部３１Ａ、凸部３１Ｂ、凸部３１Ｃ、凸部３１Ｄおよび凸部３１Ｅは、中心軸１０１を中心とする共通の仮想円１０３に接するように形成されている。凹部３６Ｐの切り込み長さは、凹部３６Ｐの底部３７ｐと、凹部３６Ｐに対して回転方向の側に隣り合う凸部３１Ａの先端部３２ａとの間の長さＬ１によって表わされる。同様に、凹部３６Ｑ、凹部３６Ｒおよび凹部３６Ｓの切り込み長さは、図１４中に示すＬ２、Ｌ３およびＬ４によって表わされる。

本変形例では、凹部３６の切り込み長さが、その凹部３６に対して回転方向の反対側に隣り合う凹部３６の切り込み長さよりも大きくなる。たとえば、凹部３６Ｐと、凹部３６Ｐに対して回転方向の反対側に隣り合う凹部３６Ｑとに注目すると、凹部３６Ｐの切り込み長さＬ１は、凹部３６Ｑの切り込み長さＬ２よりも大きくなる（Ｌ１＞Ｌ２）。さらに本変形例では、中心軸１０１を中心とする周方向において後縁部２４に近い側から前縁部２２に近い側の凹部３６ほど、凹部３６の切り込み長さが大きくなる（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４）。

プロペラファンの回転に伴い、翼２１には、上記の翼先端渦に加えて馬蹄渦が２次流れとして形成される。馬蹄渦は、図９中の矢印２４０に示すように、正圧面２６から負圧面２７に流れ込むように、凹部３６の縁部に発生する。この際、凸部３１により生じた翼先端渦と、凹部３６に生じた馬蹄渦とから主流に対して運動エネルギが付与されることにより、主流が翼面２８上の下流側で翼面２８から剥離することを抑制できる。

外縁部２３から流入し、翼面上を流れる主流の経路長は、中心軸１０１を中心とする周方向において前縁部２２に近いほど長くなり、後縁部２４に近いほど短くなる。これに対して、本変形例では、後縁部２４に近い側から前縁部２２に近い側の凹部３６ほど、凹部３６の切り込み長さが大きいため、馬蹄渦から主流に対して付与する運動エネルギが、より長い経路長を進行する主流で大きくなる。これにより、主流の剥離をより確実に防ぐことができる。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるプロペラファンによれば、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、まず、実施の形態１におけるプロペラファン１０を樹脂を用いて成型するための成型用金型の構造について説明する。

図１５は、プロペラファンの製造に用いられる成型用金型を示す断面図である。図１５を参照して、成型用金型６１は、固定側金型６２および可動側金型６３を有する。固定側金型６２および可動側金型６３により、プロペラファン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が規定されている。

成型用金型６１には、キャビティ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。

なお、図１５中に示す成型用金型６１においては、プロペラファンにおける正圧面側表面を固定側金型６２によって形成し、負圧面側表面を可動側金型６３によって形成することを想定しているが、プロペラファンの負圧面側表面を固定側金型６２によって形成し、プロペラファンの正圧面側表面を可動側金型６３によって形成してもよい。

プロペラファンとして、材料に金属を用い、プレス加工による絞り成型により一体に形成するものがある。これらの成型は、厚い金属板では絞りが困難であり、質量も重くなるため、一般的には薄い金属板が用いられる。この場合、大きなプロペラファンでは、強度（剛性）を保つことが困難である。これに対して、翼部分より厚い金属板で形成したスパイダーと呼ばれる部品を用い、翼部分を回転軸に固定するものがあるが、質量が重くなり、ファンバランスも悪くなるという問題がある。また、一般的には、薄く、一定の厚みを有する金属板が用いられるため、翼部分の断面形状を翼型にすることができないという問題がある。

これに対して、プロペラファンを樹脂を用いて形成することにより、これらの問題を一括して解決することができる。

続いて、実施の形態１におけるプロペラファン１０を有する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。

図１６は、プロペラファンを用いた空気調和機の室外機を示す図である。図１６を参照して、空気調和機の室外機７５は、実施の形態１におけるプロペラファン１０と、駆動用モータ７２とを有する送風機７３を備える。この送風機７３によって流体が送出される。また、室外機７５内には室外熱交換器７４が設けられ、送風機７３によって効率的に熱交換が行なわれる。なお、送風機７３は、モータアングル７６によって室外機７５に設置されている。

このような構成によれば、室外機７５は、実施の形態１において説明したプロペラファン１０を有するため、騒音の発生が抑制されて運転音が静かになる。

さらに、プロペラファン１０により送風の効率が向上するので、本室外機７５では消費エネルギも低減することができる。

なお、本実施の形態では、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る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。

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、冷蔵庫や冷凍庫、空気清浄機、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 プロペラファン、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 翼、２２ 前縁部、２３ 外縁部、２４ 後縁部、２５ 翼先端縁部、２６ 正圧面、２７ 負圧面、２８ 翼面、３１ 凸部、３２ 先端部、３６ 凹部、３７ 底部、４１ ボスハブ部、４６ 連接部、４７ 翼面、５１ ベルマウス、５２ 剥離領域、６１ 成型用金型、６２ 固定側金型、６３ 可動側金型、７２ 駆動用モータ、７３ 送風機、７４ 室外熱交換器、７５ 室外機、７６ モータアングル、８１ 屈曲ダクト、８２ｊ 上流部、８２ｋ 下流部、８３ 屈曲部、８５，８６ 領域、１０１ 中心軸、１０２，１０３ 仮想円、１２１ プロペラファン。

Claims (5)

1. 仮想の中心軸を中心に回転するのに伴って送風を行なう翼を備え、
   前記翼は、回転方向の側に配置される前縁部と、回転方向の反対側に配置される後縁部と、前記中心軸を中心とする周方向に延び、前記前縁部の外周端と前記後縁部の外周端との間を接続する外縁部とを有し、
   前記外縁部には、前記中心軸の軸方向から前記翼を見た場合に半径方向外側に凸となる形状を有し、周方向に配列される複数の凸部と、互いに隣り合う前記凸部間に配置される凹部とが形成され、
   複数の前記凸部は、第１凸部と、前記中心軸を中心とする周方向において前記第１凸部よりも前記後縁部に近い側に配置され、前記第１凸部と隣り合う第２凸部と、前記中心軸を中心とする周方向において前記第２凸部よりも前記後縁部に近い側に配置され、前記第２凸部と隣り合う第３凸部とを含み、
   前記第１凸部と前記第２凸部との間の前記凹部の切り込み長さが、前記第２凸部と前記第３凸部との間の前記凹部の切り込み長さよりも大きい、プロペラファン。
2. 前記中心軸を中心とする周方向において前記後縁部に近い側から前記前縁部に近い側の前記凹部ほど、前記凹部の切り込み長さが大きくなる、請求項１に記載のプロペラファン。
3. 仮想の中心軸を中心に回転するのに伴って送風を行なう翼を備え、
   前記翼は、回転方向の側に配置される前縁部と、回転方向の反対側に配置される後縁部と、前記中心軸を中心とする周方向に延び、前記前縁部の外周端と前記後縁部の外周端との間を接続する外縁部とを有し、
   前記外縁部には、前記中心軸の軸方向から前記翼を見た場合に半径方向外側に凸となる形状を有し、周方向に配列される複数の凸部と、互いに隣り合う前記凸部間に配置される凹部とが形成され、
   周方向に離間して設けられる複数の前記翼を備え、
   複数の前記翼には、互いに異なる形態により前記凸部が形成される、プロペラファン。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のプロペラファンを樹脂により成型するために用いられる、成型用金型。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載のプロペラファンを備える、流体送り装置。

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