JP6063619B2 - 遠心式ファン - Google Patents

Description

本発明は遠心式ファンに関し、より特定的には、ケースと羽根車とを有する遠心式ファンに関する。

遠心式ファン（遠心送風機）は、複数の羽根（翼、インペラともいう。）を有する羽根車を回転させることで、遠心方向に送風を行うファンである。この種のファンである遠心式多翼ファンは、モータの回転軸周りに多数の羽根を配置した羽根車を、吸込み口と吐出し口とを有するケーシング内に格納した構成からなる。遠心式多翼ファンは、吸込み口から吸入された空気を羽根車の中心から羽根の間に流入させ、羽根車の回転に伴う遠心作用によって羽根車の径外方に向けて噴出させる。羽根車の外周外側から噴出された空気は、ケーシング内部を通過し、高圧の空気となって吐出し口から吹き出される。

遠心式多翼ファンは、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の送風機などに広く用いられている。遠心式多翼ファンの送風性能と騒音は、羽根車の羽根形状とケーシング形状に大きく影響される。

従来技術における羽根形状の工夫として、以下のような先行技術が存在する。

下記特許文献１には、各翼の回転方向側の面に、複数の凸条を形成し、この凸条を回転軸に対して略平行とした遠心送風機の羽根車が開示されている。

下記特許文献２には、各翼の回転方向側の面に、回転軸に対して略平行状の複数の凸条を形成し、凸条の幅と高さを、側板側から主板側に向かって増加させる遠心送風機の羽根車が開示されている。

下記特許文献３には、ケーシング内部に側板と主板を備え、複数のブレードをこの主板上に環状に配置した遠心ファンが開示されている。ブレードの回転軸に垂直な断面におけるブレード背側は、ブレード前縁側からブレード後縁の方向に向かって複数の凹凸部を有する。

下記特許文献４には、円周状に配置された多数の羽根を備えるファン本体と、ファン本体を回転駆動するモータとを備え、ファン本体の回転によりファン本体の径内方向から径外方向に向けて空気を吹出す遠心ファンが開示されている。羽根には、その回転方向における下流側の負圧面に凸（または凹み）が形成されている。

特開平１１−２４７７９５号公報 特開平１１−２９４３８６号公報 特開２００５−１６３１５号公報 特開２００１−３２７９４号公報

機器の小型化、薄型化、高密度実装化、そして省エネ化が進む中、市場からはそれに搭載されるファンモータに対しての高静圧化、高効率化が強く要望されている。またファンにおいて、低騒音化を図ることも重要である。特に従来の遠心式ファンでは、離散周波数騒音（狭帯域騒音）および広帯域騒音のレベルが共に高く、機器に搭載した時の騒音レベルが高いという問題がある。

ここで「離散周波数騒音」とは、羽根通過周波数に依拠する騒音であり、ＮＺ騒音とも呼ばれる。離散周波数騒音は、狭い周波数帯域の特定周波数に特徴的なピークを有する騒音である。その周波数は、ｆｎｚ＝〔回転周波数：ｎ〕×〔羽根の枚数:ｚ〕の式で表わされる。離散周波数騒音は、１次成分以外に、２次、３次・・が発生するため、実聴においても大きな問題となる。すなわち、遠心式ファンを機器に搭載した時に、雑音が明瞭な音として発生するリスクがある。広帯域騒音の要因は乱流が支配的であり、トータル騒音レベルを決めるため、広帯域騒音を低減することも求められる。

さらに、上記要望を実現させながらも、ファンの生産性を高める必要もある。

本発明の目的は、低騒音化を図った遠心式ファンを提供することである。

本発明の一の局面に従うと、遠心式ファンは、空気の吸込み口が形成された上ケーシングと、下ケーシングと、前記上ケーシングおよび前記下ケーシングの間に位置する羽根車とを備えた遠心式ファンであって、前記羽根車は、前記上ケーシング側に位置する上シュラウドと、前記上シュラウドの下に設けられる、円周上に配列される複数の羽根と、複数の羽根の下に設けられる下シュラウドとを備え、回転軸を中心に回転することが可能であり、前記複数の羽根の圧力面は、回転方向に凸形状であり、前記複数の羽根のそれぞれの圧力面には、前記回転軸に平行に伸びる複数の突起が形成されており、羽根の内径部分は、上シュラウドの内径部分と、下シュラウドの外周面の湾曲部分とを結ぶ傾斜部を有し、複数の突起は、羽根の先端付近の領域において密に形成され、羽根の付け根付近の領域においては形成されておらず、上シュラウド内径から羽根の先端部に到るまでの圧力面の長さに対する、上シュラウド内径から最も内径側の突起が形成されている位置までの圧力面の長さの割合は、５０％以上であって、上シュラウド内径から羽根の先端部に到るまでの圧力面の長さに対する、最も外径側の突起が形成されている位置から羽根の先端部に到るまでの圧力面の長さの割合は、０〜１０％の範囲内であり、複数の突起のそれぞれの平面形状は半円形であり、複数の突起のそれぞれの圧力面から突出する高さは、平面視による突起の半径であって、０．５ｍｍ以下とされている。

好ましくは前記複数の突起は、前記圧力面から突出し、前記複数の突起の数が３以上１５以下であること、および前記複数の突起のそれぞれの直径が０ｍｍより大きく１ｍｍ以下であること、の条件のうち少なくとも１つを満たす。

好ましくは前記複数の突起は、前記回転軸と平行な方向から見たときに半円形状を示し、前記複数の突起の数が１０とされていること、前記複数の突起のピッチが１．５ｍｍとされていること、および、前記複数の突起のそれぞれの直径が０．５ｍｍとされていること、の条件のうち少なくとも１つを満たす。

好ましくは前記上ケーシングおよび前記下ケーシングは、開放型のケーシングを構成し、前記下シュラウドの外径は、前記上シュラウドの内径以下である。

本発明によれば、低騒音化を図った遠心式ファンを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における遠心式ファンの斜視図である。 図１の遠心式ファンの中央縦断面図である。 羽根車３を上シュラウド２３側から見た斜視図である。 図１の遠心式ファンの羽根形状を、上シュラウド２３側から透過させて見た状態で示す図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 図４におけるＢ−Ｂ断面図である。 図４におけるＣ−Ｃ断面図である。 従来の羽根車の断面形状と騒音特性とを示す図である。 本発明の第１の実施の形態における羽根車の断面形状と騒音特性とを示す図である。 変形例における遠心式ファンの羽根車の断面図である。 第２の実施の形態における遠心式ファンの斜視図である。 図１１の遠心式ファンの中央縦断面図である。 図２の断面で示される遠心式ファンの上シュラウドと上ケーシングとの間の風の流れを示す図である。 図１２の断面で示される遠心式ファンの上シュラウドと上ケーシングとの間の風の流れを示す図である。 図２の断面で示される遠心式ファンと、図１２の断面で示される遠心式ファンとの風量と圧力の特性を示す図である。 変形例における遠心式ファンの断面構造を示す図である。 変形例における遠心式ファンの断面図である。 第３の実施の形態における遠心ファンの半断面図である。 第４の実施の形態における羽根車の底面図である。 図１９の羽根車の側面図である。 突起の半径とピッチ（間隔）との測定方法を示す図である。 羽根における突起の形成位置を示す図である。 図１〜７で示した第１の実施の形態における羽根車（比較例）と、第４の実施の形態における羽根車（実施例）とにおける静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性を示す図である。 図９で示した第１の実施の形態における羽根車（比較例）と対比させた、第４の実施の形態における羽根車（実施例）における騒音特性を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態における遠心式ファンの斜視図であり、図２は、図１の遠心式ファンの中央縦断面図である。また図３は、羽根車３を上シュラウド２３側から見た斜視図であり、図４は、図１の遠心式ファンの羽根形状を、上シュラウド２３側から透過させて見た状態で示す図である。図５〜図７は、それぞれ図４におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、およびＣ−Ｃ断面図である。

図１〜４を参照して、遠心式ファン１では、中央の羽根車３が回転することにより送風が行われる。羽根車３は、７枚の羽根２を有し、遠心式ファン１に内蔵されるファンモータ１３により回転軸１１を中心として回転する。その回転方向は、図４における時計回りである。

羽根車３は、ケーシング４に収納される。ケーシング４は、板状の上ケーシング５と下ケーシング６とからなっており、両者を等間隔に保持するために支柱７がケーシング４の四つの角部分に設けられている。遠心式ファン１の上部に空気の吸込み口８が設けられる。空気の吹出し口９は、ケーシング４の支柱７と支柱７との間に設けられることになる。すなわち、ケーシング４の４辺４方向がそれぞれ空気の吹出し口９となる（開放ケーシング型）。なおケーシング４は、羽根車３から吹出された空気を１方向に集約する吹出し口を設けることとしてもよい（スクロールケーシング型）。

図２〜７に示されるように羽根車３は、環状の下シュラウド２１と、環状の上シュラウド２３と、下シュラウド２１と上シュラウド２３との間に設けられる、円周上に配列される複数の羽根２とを備えた構造を有し、回転軸１１を中心に回転することが可能である。

図４に示されるように、環状の下シュラウド２１は、平面から見たときの内径２１Ａと外径２１Ｂとを有している。内径２１Ａと外径２１Ｂは、平面視で円である。環状の上シュラウド２３は、平面から見たときの内径２３Ａと外径２３Ｂとを有している。内径２３Ａと外径２３Ｂは、平面視で円である。下シュラウド２１の外径２１Ｂは、上シュラウド２３の内径２３Ａと重なる。すなわち下シュラウド２１の外径２１Ｂと、上シュラウド２３の内径２３Ａとは等しい。なお、下シュラウド２１の外径２１Ｂは、上シュラウド２３の内径２３Ａよりも若干小さくても良い。

図４においては、上シュラウド２３の内径２３Ａの内側の空間から見えている各羽根２の形状を、実線で示している。上シュラウド２３の内径２３Ａと外径２３Ｂとの間において、上シュラウド２３により隠されている各羽根２の形状を、点線で示している。

各羽根は図４に示されるように、平面視で内側（回転軸）から外側に向かうにつれて細くなってゆく（厚さが薄くなる）形状を有している。その入口角は４５°であり、出口角は２２°である。外径２３Ｂの直径は１２０ｍｍであり、内径２１Ａの直径は７０ｍｍである。羽根２は、後退翼である。

図３〜７に示されるように、各羽根２は、その上部が上シュラウド２３の下面に、その下部が下シュラウド２１の上面に固定されている。ここで、下シュラウド２１の外径２１Ｂと、上シュラウド２３の内径２３Ａとが等しく（または下シュラウド２１の外径２１Ｂが、上シュラウド２３の内径２３Ａよりも小さく）設計されているため、上下の金型を用いるだけで羽根車３を一体形成することができる。

図４〜７に示されるように、各羽根２の上部は、内径側（回転軸に近い側）で上シュラウド２３の内径側の端部に接続されている。その位置から各羽根２の上部は、外径側端部まで、上シュラウド２３の下面に接続されている。すなわち、図４のように平面視で上シュラウド２３と羽根２とが存在する場所（点線で囲まれる場所）において、上シュラウド２３と羽根２とは接している。

また、各羽根２の下部は、下シュラウド２１に接続される。

図５に示されているように、各羽根２の上部は、内径側で上シュラウド２３の内径側の端部に接続されている。各羽根２の上部は、そこからさらに内径側に向かう部分がテーパ部分（傾斜部）とされている。すなわち、羽根２の内径部分は、上シュラウド２３の内径部分（内径端部）と、下シュラウド２１の内径部分とを結ぶ傾斜部を有する。

各羽根２のテーパ部分は、垂直方向からγ＝４２°の角度をなす斜面を形成している。図４においては、各羽根２の実線で示される部分がテーパ部分であり、点線で示される部分は、各羽根２の上部が上シュラウド２３に接続される部分を示している。また、各羽根２の実線で示される部分は、その下部が下シュラウド２１に接続される部分を示している。各羽根２の点線で示される部分は、その下部が下シュラウド２１に接続されていない部分（その下に下シュラウド２１が無い部分）を示している。

図５の角度γ＝４２°はテーパ角と呼ぶが、その数値は４２°に限定されるものではない。

なお羽根車３において、平面視で上シュラウド２３が存在する部分には、下シュラウド２１が存在しない。このため、存在しない下シュラウド２１の代わりの働きをする部材として、図２に示すように下ケーシング６に上部に突出する部分６ａを設けることが望ましい。突出する部分６ａは、平面視で上シュラウド２３が存在する部分（下シュラウド２１が存在しない部分）に形成されており、羽根２の下部分と下ケーシング６との距離が短くなるようにするものである。突出する部分６ａは、下シュラウド２１が存在する高さまで突出している。これにより、下ケーシング６に、下シュラウドとして機能させるための構造を持たせることが可能である。

上述の羽根車３は、羽根２の内径部分をテーパ状にしている。テーパの底辺部分を下シュラウド２１と一体化させている。テーパ部分以外の羽根２の上部は、全て上シュラウド２３と一体化している。また図５に示されるように、上シュラウド２３の内径Ｄ１と下シュラウド２１の外径Ｄ２とが略等しくされている（Ｄ１≒Ｄ２、またはＤ１≧Ｄ２である）。このような形状により、羽根車３を上下金型のみで一体成形することが可能となり、量産性の高い羽根車３および遠心式ファン１を提供することが可能となる。

さらに、空気流入口の径を広げたり、狭めたりする必要が無いため、静圧・風量の低下を抑制することができる。

さらに本実施の形態における遠心式ファン１では、羽根２のテーパ形状により風の流れを改善することができる。また、流入口部をシュラウドで覆うことができる。このため、低騒音化を実現することができる。この点について以下に説明する。

図８は、従来の羽根車の断面形状と騒音特性とを示す図である。

図８（Ａ）の断面図に示されるように、従来の羽根車３’は、下シュラウド２１’と、上シュラウド２３’と、下シュラウド２１’および上シュラウド２３’の間に設けられる複数の羽根２’とを備えている。下シュラウド２１’の外径は、上シュラウド２３’の外径と等しい。このため、羽根車３’を上下金型のみで一体成形することができない。

図８（Ｂ）においては、図８（Ａ）の羽根車３’を駆動したときの騒音特性を、その横軸に周波数を、縦軸に騒音値（ｄＢ（Ａ））をとって示している。

騒音は全体で、５８．０ｄＢ（Ａ）であり、また、図８（Ｂ）に示されるように、離散周波数騒音、広帯域騒音（乱流騒音）のいずれにおいても高めの数値を示している。

図９は、本発明の実施の形態における羽根車の断面形状と騒音特性とを示す図である。

図９（Ａ）の断面図に示されるように、本実施の形態における羽根車３は、下シュラウド２１と、上シュラウド２３と、下シュラウド２１および上シュラウド２３の間に設けられる複数の羽根２とを備えている。下シュラウド２１の外径は、上シュラウド２３の内径と略等しい。このため、羽根車を上下金型のみで一体成形することが可能である。

図９（Ｂ）においては、図９（Ａ）の羽根車を駆動したときの騒音特性を、その横軸に周波数を、縦軸に騒音値（ｄＢ（Ａ））をとって示している。

騒音は全体で、５７．３ｄＢ（Ａ）であり、また、図９（Ｂ）の実線の円内に示されるように、離散周波数騒音（羽根ブレードの１次、２次騒音）が図８（Ｂ）と比べて低下している。また、図９（Ｂ）の一点鎖線の円内に示されるように、広帯域騒音（乱流騒音）も、図８（Ｂ）と比べて低下している。

図１０は、変形例における遠心式ファンの羽根車の断面図である。

この羽根車が図１〜７で示した羽根車と異なる点は、下シュラウド２１の外径を外方向に延在させるための底板（プレート）２１ａが、羽根車３の下に取り付けられている点である。底板２１ａの中空部分の直径（内径）は、下シュラウド２１の外径に等しい。底板２１ａの外径は、上シュラウド２３の外径に等しい。これにより、上シュラウド２３の外径と底板２１ａの外径とを一致させることができ、図８のような羽根車の構成と同様のＰ−Ｑ特性を確保することができる。すなわち底板２１ａは、いわば後付の下シュラウドとして機能する。底板２１ａを取り付けることにより、Ｐ−Ｑ特性は維持しつつ騒音を低減することも可能となる。

本実施の形態においても、底板２１ａを除いた羽根車３の部分は、上下金型のみで一体成形することが可能であり、羽根車の生産性を高めることができる。

［その他］

本実施の形態におけるファンは、ターボ型、多翼型、ラジアル型等のあらゆる遠心式ファンに適応することができる。ファンを搭載する装置としては、主に吸込み冷却を要する製品（家電、ＰＣ、ＯＡ機器、車載機器等）などに適用が可能である。

［実施の形態における効果］

以上のように本実施の形態における羽根車は、平面視で上シュラウドと下シュラウドとの重なり部分がない。このため、上下金型による一体成形で羽根車を製造することが出来、羽根車の生産性が高いという効果がある。

各羽根の内径部分の上部は、上シュラウドの頂点に接する。各羽根の内径部分は、その位置からある傾き（テーパ角度（γ））を持って下部へ下っており、各羽根の内径部分の下部は下シュラウドと接している。これにより、流入口径が広がることがないため、最大静圧が低下することもない。

また本実施の形態によると、空気の流れに沿った効率の良い羽根形状の作成が可能となり、高流量・高静圧化・低騒音化につながるという効果がある。

［第２の実施の形態］

図１１は、第２の実施の形態における遠心式ファンの斜視図であり、図１２は、図１１の遠心式ファンの中央縦断面図である。

図１１の遠心式ファンが図１の遠心式ファンと異なる点は、上ケーシング５Ａの構造が異なる点である。すなわち上ケーシング５Ａの上面には、複数の凹部５４が形成されており、凹部と凹部との間（凹部５４が形成されていない部分）がリブ５２となっている。

凹部５４は、回転軸１１の周りを取り囲むように複数形成されている。リブ５２は、回転軸１１を中心として放射状に形成されている。凹部５４の数は、図１１に示されるように１６個である。リブ５２の数も１６個である。凹部５４やリブ５２の個数は、これに限定されるものではない。

図１２に示されるように、上シュラウド２３の上面（上ケーシング５Ａと向き合う面）は、回転軸１１から離れるにつれて下ケーシング６に近付く部分（第１の部分）を有している。この部分において、上シュラウド２３の上面は曲面である。

凹部５４は、回転軸１１に近い部分で浅く、回転軸１１から遠い部分で深くなっており、両部分を結ぶ凹部５４の底面は曲面となっている。凹部５４の底面と、その裏側にある上ケーシング５Ａの下面（上シュラウド２３と対向する面）とで挟まれる部分の厚さは、一定に保たれている。この厚さが一定に保たれる部分における、上ケーシング５Ａの下面部分（第２の部分）は、凹部５４の底面形状と略等しい（または等しい）曲面となっている。第１の部分における面と、第２の部分における面とは、略等しい（または等しい）曲面である。

このような構成により、本実施の形態における遠心式ファンは、以下のような特徴を有する。

（１）吸込み口（吸入口）８が存在する側のケース（上ケーシング５Ａ）の下面を、上シュラウド２３の上面と近似させた（または等しい）曲率を持たせた形状としている。これにより、羽根車３の吐き出し側から出てきた空気が、上ケーシング５Ａと上シュラウド２３との間の空間を、吸込み口８方向に逆流することが抑制される。これにより、ファン特性の悪化が防止される。

（２）上ケーシング５Ａの下面を、単純に上記（１）で述べた形状とすると、上ケーシング５Ａが肉厚となる。凹部５４を設けることで、上ケーシング５Ａが肉厚となることを防ぐことができる（材料の使用量を少なくすることができる）。凹部５４は回転軸１１を中心としたドーナツ形状の１つの凹部としてもよいが、所定の角度毎にリブ５２を設けることで、上ケーシング５Ａに一定の剛性を持たせることができる。

（３）羽根車３としては、図１〜１０のいずれのものを用いてもよい（従来のものを用いてもよい）。また、羽根２の形状も任意である。

図１３は、図２の断面で示される遠心式ファンの上シュラウドと上ケーシングとの間の風の流れを示す図であり、図１４は、図１２の断面で示される遠心式ファンの上シュラウドと上ケーシングとの間の風の流れを示す図である。

図１３に示されるように、上ケーシング５の羽根車３に向かう側の面が平らである場合、羽根車３と上ケーシング５との間に小室が形成され、羽根車３から吹き出した空気の一部がこの小室内を吸込み口８方向に逆流する。また、逆流した空気の一部は小室内で渦を巻く。

これに対して図１４に示されるように、上ケーシング５Ａに凹部５４を設け、上ケーシング５Ａの羽根車３に向かう側の面に、羽根車３の上シュラウドと同じ曲率の形状を付与することで、空気の逆流が抑制（改善）される。

図１５は、図２の断面で示される遠心式ファンと、図１２の断面で示される遠心式ファンとの風量と圧力の特性を示す図である。

図においては、図１２の断面で示される遠心式ファンの特性を「本発明（逆流防止ケース）」のマークで示しており、図２の断面で示される遠心式ファンの特性を「従来例（フラットケース）」のマークで示している。すなわち、図２に示される上ケーシング５の下部がフラットな構造をフラットケースと呼んでおり、図１２に示される上ケーシング５Ａの構造を逆流防止ケースと呼んでいる。

図１５に示されるように、空気の逆流を防止する構造を採用することにより、ファンの特性を改善することができる。

図１６は、変形例における遠心式ファンの断面構造を示す図であり、図１７は、変形例における遠心式ファンの断面図である。

本変形例における遠心式ファンは、図１１および１２で示したファンの上ケーシング５Ａに遠心式ファンの取り付け用のフランジ５６Ａ，５６Ｂを一体構造として形成したものである。フランジ５６Ａ，５６Ｂにはねじ穴が開けられており、ねじ穴にねじを通すことで、ファンを他の部品に取り付けることが容易となる。フランジは、１個以上または複数個あればよく、ファンの取付を容易にすることができる。

［第３の実施の形態］

図１８は、本発明の第３の実施の形態における遠心ファンの半断面図である。この遠心ファンの羽根車は、図３〜７に示されるものである。

図１８を参照して、第３の実施の形態における遠心ファンは、多数の羽根１０４を配置した羽根車１０３と、羽根車１０３を格納したケーシングとにより構成されている。モータ１０２によって羽根車１０３は回転駆動される。

羽根車１０３は、円周方向に等間隔で多数の羽根１０４を配置し、これらの羽根１０４の一端側を環状のシュラウド１０５で支持した構成である。羽根１０４の他端側には、主板が備えられていない。環状のシュラウド１０５の上面は、所定の曲面にて形成されており、シュラウド１０５の中央には円筒部１０９が形成されている。円筒部１０９の内側は、吸込み口を形成している。

羽根車１０３は、その中央にカップ状のボス部１０６を有している。羽根１０４は所定の曲率で湾曲した形状であって、すべて同じ形状に形成されている。羽根１０４は後向き羽根であり、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した羽根形状となっており、ターボファンを構成している。羽根１０４と環状のシュラウド１０５とボス部１０６とは、合成樹脂にて一体成型で形成される。カップ状のボス部１０６の内側にモータ１０２のロータが接合される。モータ１０２の回転に伴って、羽根車１０３が回転する。

ケーシングの形状は四角形である。ケーシングは、中央に円形の開口が形成された合成樹脂製の上板１１１を備える。上板１１１の４箇所のコーナー部近傍には、それぞれ略円筒状の支柱が備えられている。上板１１１の開口の周縁には下方に突出する返し部１１２が形成されている。返し部１１２の内側（羽根車１０３の回転軸側）に所定の隙間を隔ててシュラウド１０５の円筒部１０９が配置されている。

上板１１１と対向するようにモータベース１１４が配置されている。上板１１１とモータベース１１４との間に４箇の支柱が介装された構成となっている。上板１１１と支柱とは、連結材１２８（例えば、ボルト、ねじ、リベットなど）によって結合される。支柱とモータベース１１４とは、連結材１２８（例えば、ボルト、ねじ、リベットなど）によって結合されている。支柱を上板１１１と一体成型にて形成し、支柱とモータベース１１４を連結材１２８によって結合した構成であってもよい。

複数の支柱のうち隣り合う支柱同士と、上板１１１と、モータベース１１４とによって
囲まれる部分が開口となる。開口は、空気の噴出口となる。

このように、本実施の形態の遠心ファンのケーシングの側面は、４面ともに開口が形成されている。すなわちケーシングの側面は、支柱のみを備えた構成（支柱が存在する部分以外で開口が形成される構成）となっている。

ケーシングの中に収納される羽根車１０３の外径寸法は、ケーシングの一辺の寸法より小さく設定されている。羽根車１０３の外径寸法がケーシングの一辺の寸法より大きい場合、回転する羽根車１０３がケーシングの外縁より突出してしまうため、他部材との接触や接触による破損等の虞があり、好ましくない。このため、羽根車１０３の外径はケーシングの外縁から突出しないように設定することが好ましい。

モータ１０２は、アウターロータ型のブラシレスモータである。ロータはカップ状のロータヨーク１２５とリング状のマグネット１２７とシャフト１０７とから構成される。マグネット１２７は、ロータヨーク１２５の内周面に固着される。シャフト１０７は、ロータヨーク１２５の中央部に形成されたボス１２６に固着されている。

シャフト１０７は、ベアリングホルダー１１８に装着された一対のベアリング１１９にて回転可能に支持されている。ベアリングホルダー１１８の外周面には積層されたステータコア１２０が装着される。ステータコア１２０には、コイル１２１を巻回したインシュレータ１２２が装着されている。ベアリングホルダー１１８は、モータベース１１４に装着される。ベアリングホルダー１１８に装着されたステータコア１２０は、半径方向（図１８左右方向）においてマグネット１２７と所定のギャップを隔てて対向配置されている。モータベース１１４は、金属製のプレート（例えば、鉄製のプレート）をプレス加工することによって形成したものである。モータベース１１４の形状は、ケーシングと同様、四角形であり、中央には凹部１１５が形成される。外周縁は、軸方向（図１８上下方向）に曲げられて側板１１６を構成している。側板１１６を形成することによって、モータベース１１４の剛性を向上させることができる。モータベース１１４の凹部１１５の中央には開口が形成されており、この開口にベアリングホルダー１１８が装着され、モータ１０２が凹部１１５に収納される。

ロータヨーク１２５に接合した羽根車１０３の羽根１０４は、軸方向（図１８上下方向）においてモータベース１１４の平面部１１７と所定のギャップ長Ｇを隔てて対向配置されている。すなわち、羽根車１０３は複数の羽根１０４を備えているが、各々の羽根１０４の下部は、その少なくとも一部分がモータベース１１４の平面部１１７側に露出している。各々の羽根１０４は、下部の全部分がモータベース１１４の平面部１１７側に露出していてもよい。インシュレータ１２２の下面にはＰＣＢ基板１２３が取り付けられている。ＰＢＣ基板１２３には、モータ１０２を制御するための電子部品１２４が実装されている。

モータ１０２の駆動によって羽根車１０３が回転することにより、吸込み口から吸入された空気は羽根車１０３の羽根１０４の間を通過し、羽根車１０３の回転に伴う遠心作用による流体力で羽根車１０３の径外方に向けて吹き出される。

モータベース１１４は、従来の羽根車底部に設けられていた主板（下シュラウド）の機能を兼ねると共に、ケーシングの下板（下ケーシング）の機能も兼ねている。このため、羽根車１０３とモータベース１１４の平面部１１７との間に形成されたギャップ長Ｇの設定は重要である。ギャップ長Ｇが大きすぎる場合、吸込み口から吸入された空気は、羽根１０４の間を通過すると共にギャップにも流れてしまう。この結果、羽根車１０３から吹き出された空気の圧力が低減し、送風特性が低下する。一方でギャップ長Ｇが小さすぎる場合において、各部品の寸法精度のバラツキが生じたとき、羽根車１０３の羽根１０４がモータベース１１４の平面部１１７に接触してしまう虞がある。このような接触を防止するためには、各部品の寸法精度を高精度に管理する必要が生じ、ひいては遠心ファンのコスト高となってしまう。

上述のように、ギャップ長Ｇは遠心ファンの送風特性に影響を及ぼす重要な要素である。ギャップ長Ｇは具体的には、遠心ファンの送風特性とコストとの兼ね合いで設定される。従来の渦巻き状ケーシングを備える遠心ファンにおける騒音が６１ｄＢ（Ａ）であるのに対して、本実施の形態による遠心ファンで、羽根車１０３とモータベース１１４の平面部１１７との間のギャップ長Ｇを０．５ｍｍに設定したところ、その騒音は５８ｄＢ（Ａ）であった。このように本実施の形態によると、騒音を抑制することができる。

［第４の実施の形態］

図１９は、第４の実施の形態における羽根車の底面図であり、図２０は図１９の羽根車の側面図である。図１９中の（Ｂ）は、図１９（Ａ）のＢ部分の拡大図である。

本実施の形態における羽根車は、図１〜１４、および図１６〜１８に記載された羽根車の羽根の圧力面に対して、突起を設けるものである。すなわち、複数の羽根２の圧力面は回転方向に凸形状であり、複数の羽根２のそれぞれの圧力面には、回転軸に平行に伸びる複数の突起（凸条）２ａが形成されている。この羽根車を図１、２、１１、１２、および１６〜１８に開示された上ケーシング（図１８では、上板１１１に相当）と下ケーシング（図１８では、モータベース１１４に相当）との間に位置させることで、遠心式ファンを形成することができる。

複数の突起２ａは、羽根２の先端（外側）付近の領域において密に形成され、羽根２の付け根（内側）付近の領域においては形成されていない。図１９および２０では、１つの羽根２に形成される突起２ａの数は１０であり、それらの突起の間の間隔（ピッチ）は、等しくされている。また、図１９に示されるように突起２ａは羽根の圧力面から突出した形状を示し、その平面形状は半円形である。図２０に示されるように、各突起２ａは、羽根２の上端部から下端部まで伸びる筋状の突起である。

図２１は、突起２ａの半径とピッチ（間隔）との測定方法を示す図である。

圧力面から突起が突出する高さＨは、平面視による突起の半径であり、突起と突起との間隔がピッチＰとされる。高さＨは、平面視における突起の半円形状を外挿して円としたときの、その直径（以下、「突起の直径」と呼ぶ。）の１／２でもある。高さＨ、ピッチＰ、および突起の個数を変化させることで以下のように静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性やファンの騒音が変化する。高さＨ、ピッチＰ、および突起の個数を調整することで、最適なファン特性を得ることができることについて、以下に説明する。

実験により、突起の数を変えた場合の静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性を各種求め、突起の数を変えた場合の流量と騒音とを各種求めた。

突起の個数が１０個、ピッチＰが１．５ｍｍ、平面視における突起の直径が０．５ｍｍ（突起の高さＨ＝０．２５ｍｍ）の羽根車が最適な実施例であることが、以下のようにして求められた。

最適な実施例の羽根車（実施例＿１０凸）に対し、突起（凸）の数を３個としたもの（Ａ１＿３凸）、１５個としたもの（Ａ２＿１５凸）、２０個としたもの（Ａ３＿２０凸）、および、２５個としたもの（Ａ４＿２５凸）を作成し、それぞれの静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性および騒音を示すグラフを求めた。

突起の数を変えても、静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性は誤差の範囲であった。騒音は、突起の個数が１０個であるときが最も少なかった。また、突起の数を３以上１５以下とすると、騒音が低下することがわかった。突起の数（凸数）が０である場合と比較して、突起を形成することで騒音が大きく低下する。

実験により、突起のピッチを変えた場合の静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性を各種求め、突起のピッチを変えた場合の流量と騒音とを各種求めた。

最適な実施例の羽根車（実施例＿ピッチ１．５）に対し、ピッチＰを１ｍｍとしたもの（Ａ５＿ピッチ１）、２ｍｍとしたもの（Ａ６＿ピッチ２）、および、２．５ｍｍとしたもの（Ａ７＿ピッチ２．５）を作成し、それぞれの静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性および騒音を示すグラフを求めた。

ピッチＰの長さを変えても、静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性は誤差の範囲であった。騒音は、ピッチＰが１．５ｍｍであるときが最も少なかった。

実験により、突起の直径を変えた場合の静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性を各種求め、突起の直径を変えた場合の流量と騒音とを各種求めた。

最適な実施例の羽根車（実施例＿Ｒ０．５）に対し、直径を１ｍｍとしたもの（Ａ８＿Ｒ１）、および、１．５ｍｍとしたもの（Ａ９＿Ｒ１．５）を作成し、それぞれの静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性および騒音を示すグラフを求めた。

高静圧域において、静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性は直径０．５ｍｍの場合が最もよかった。また騒音は、直径０．５ｍｍであるときが最も少なかった。また、複数の突起のそれぞれの直径が０ｍｍより大きく１ｍｍ以下である場合には、ある程度の騒音を低下させる効果があることがわかった。

図２２は、羽根における突起の形成位置を示す図である。

図に示されるように、突起の個数が１０個、ピッチＰが１．５ｍｍ、平面視における突起の直径が０．５ｍｍ（突起の高さＨ＝０．２５ｍｍ）の羽根車を形成する時において、下シュラウド外径２１Ｂ（上シュラウド内径２３Ａに等しい）から羽根２の先端部に到るまでの圧力面の長さをＬ１、下シュラウド外径２１Ｂから最も内径側の突起２ａが形成されている位置までの圧力面の長さをＬ２、最も外径側の突起２ａが形成されている位置から羽根２の先端部に到るまでの圧力面の長さをＬ３とすると、Ｌ１＝５６ｍｍ、Ｌ２＝４０ｍｍ、Ｌ３＝２．６ｍｍである。すなわち複数の突起２ａは、羽根２の先端付近の領域において密に形成され、羽根２の付け根付近の領域においては形成されていない。また、Ｌ１に対するＬ２の割合は、５０％以上とし、Ｌ１に対するＬ３の比率は０〜１０％程度とすることが望ましいことが実験によりわかっている。

図２３は、図１〜７で示した第１の実施の形態における羽根車（比較例）と、第４の実施の形態における羽根車（実施例）とにおける静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性を示す図である。また図２４は、図９で示した第１の実施の形態における羽根車（比較例）と対比させた、第４の実施の形態における羽根車（実施例）における騒音特性を示す図である。

図２３に示されるように、静圧−流量（Ｐ−Ｑ）特性は、突起を設けることでほとんど変化が無かった。上述のように、図９での騒音は全体で、５７．３ｄＢ（Ａ）であったが、図２４での騒音は全体で、５４．３ｄＢ（Ａ）となり、突起を設けることで３．０ｄＢ（Ａ）改善されることがわかった。

［その他］

第４の実施の形態で示した羽根車は、ターボ型に限らず、多翼型・ラジアル型等のあらゆる遠心ファンに用いることができる。主に、吸込み冷却を要する製品（家電・ＰＣ・ＯＡ機器・車載機器等）に好適に用いることができる。

突起の平面形状は、半円に限らず、三角、四角、多角形、くさび形などであってもよい。１つの羽根における突起の配置数は、２個以上であればよい。また、１つの羽根に３個以上の突起を設ける場合、そのピッチは等ピッチ（突起間の距離がすべて同じとなる配置方法）であっても、不等ピッチ（突起間の距離に差を設けた配置方法）であってもよい。

突起の配置位置は、羽根の前端部、中央部、後端部のいずれでもよく、羽根の全面に設けてもよい。図２２に示されるような突起２ａの集合体を、１つの羽根に複数形成してもよい。

突起は回転軸方向に平行で、樹脂成形用金型で一体成形されることが望ましい。

上述の実施の形態は、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。

１ 遠心式ファン
２ 羽根
２ａ 突起
３ 羽根車
４ ケーシング
５ 上ケーシング
５Ａ 上ケーシング
６ 下ケーシング
６ａ 下ケーシングの突出部
７ 支柱
８ 吸込み口
９ 吹出し口
１１ 回転軸
１３ ファンモータ
２１ 下シュラウド
２１Ａ 下シュラウド内径
２１Ｂ 下シュラウド外径
２３ 上シュラウド
２３Ａ 上シュラウド内径
２３Ｂ 上シュラウド外径
５２ リブ
５４ 凹部
５６Ａ，５６Ｂ フランジ
Ｄ１ 上シュラウド内径
Ｄ２ 下シュラウド外径

Claims (3)

1. 空気の吸込み口が形成された上ケーシングと、
   下ケーシングと、
   前記上ケーシングおよび前記下ケーシングの間に位置する羽根車とを備えた遠心式ファンであって、
   前記羽根車は、前記上ケーシング側に位置する上シュラウドと、前記上シュラウドの下に設けられる、円周上に配列される複数の羽根と、前記複数の羽根の下に設けられる下シュラウドとを備え、回転軸を中心に回転することが可能であり、
   前記複数の羽根の圧力面は、回転方向に凸形状であり、前記複数の羽根のそれぞれの圧力面には、前記回転軸に平行に伸びる複数の突起が形成されており、
   前記羽根の内径部分は、前記上シュラウドの内径部分と、前記下シュラウドの外周面の湾曲部分とを結ぶ傾斜部を有し、
   前記複数の突起は、前記羽根の先端付近の領域において密に形成され、前記羽根の付け根付近の領域においては形成されておらず、
   前記上シュラウド内径から前記羽根の先端部に到るまでの前記圧力面の長さに対する、前記上シュラウド内径から最も内径側の前記突起が形成されている位置までの前記圧力面の長さの割合は、５０％以上であって、
   前記上シュラウド内径から前記羽根の先端部に到るまでの前記圧力面の長さに対する、最も外径側の前記突起が形成されている位置から前記羽根の先端部に到るまでの前記圧力面の長さの割合は、０〜１０％の範囲内であり、
   前記複数の突起のそれぞれの平面形状は半円形であり、
   前記複数の突起のそれぞれの前記圧力面から突出する高さは、平面視による突起の半径であって、０．５ｍｍ以下とされている、遠心式ファン。
2. 前記複数の突起の数は、３以上１５以下である、請求項１に記載の遠心式ファン。
3. 前記上ケーシングおよび前記下ケーシングは、開放型のケーシングを構成し、
   前記下シュラウドの外径は、前記上シュラウドの内径以下である、請求項１または２に記載の遠心式ファン。