JP6081142B2 - 遠心ファン用羽根車及び遠心ファン - Google Patents

Description

この発明は、遠心ファン用羽根車及び遠心ファンに関し、特に、羽根同士が外径リングで接続された遠心ファン用羽根車及び遠心ファンに関する。

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、遠心ファン（遠心式ファン）が広く用いられている。遠心ファンとしては、例えば、羽根車に設けられている複数の羽根を支えるように、複数の羽根の、吹き出し口側の先端部に接続された外径リングを有するものがある。

特許文献１には、羽根の先端部にリング部材が接続されているオープンインペラ型の羽根車を有する遠心ファンの構造が開示されている。特許文献１には、ベルマウスを使用するタイプの遠心ファンにおいて、騒音性能の悪化を抑えることを企図し、羽根に空気吸い込み口の内側に入り込む突出部を形成することが開示されている。

なお、特許文献２や特許文献３には、外径リングを有していない羽根車の構造が開示されている。

すなわち、特許文献２には、多翼ファンの羽根車において、Ｐ−Ｑ特性の向上を図るため、羽根の出口先端部を回転方向へ曲げて成形することが記載されている。この羽根車は、オープンインペラ型のものではなく、上下板に挟まれた構造を有しているものである。

また、特許文献３には、ターボファンにおいて、羽根車の回転軸に垂直な平面における断面において、羽根のうち羽根車の外周に近い部分が、羽根車の外周縁に垂直に近づくように曲げられている構造が開示されている。特許文献３では、送風音を低減するために、このような構造が採用されている。

特開２０１２−４７１６２号公報 特開２００１−１２３８９号公報 特開平７−４３８９号公報

図１９は、外径リングを有する従来の遠心ファン用の羽根車を示す平面図である。図２０は、従来の羽根車の側断面図である。

図１９及び図２０を参照して、従来の遠心ファン用の羽根車８１０について説明する。羽根車８１０は、大まかに、円盤状の主板８３１と、複数の羽根８５１と、円環状の外径リング８６１とを有している。主板８３１の中央部には、ロータホルダ８３３が形成されている。羽根車８１０は、ロータホルダ８３３の内側にモータのロータが配置された状態で、モータの駆動力により、ロータホルダ８３３の中央に設けられるシャフト８７１を中心に回転する。羽根車８１０は、図１９の矢印Ｒで示される方向に回転する。これにより、羽根車８１０は、上方より吸い込んだ流体を、羽根車８１０の側方に排出する。

複数の羽根８５１は、主板８３１の中央部を中心とする円周方向に並ぶように配置されている。各羽根８５１は、後ろ向き翼であって、平面視で羽根車８１０の中央部から緩やかな渦巻き形状を成すように形成されている。

各羽根８５１は、その後縁部８５１ｂにおいて、外径リング８６１の内側に接続されている。外径リング８６１は、主板８３１から上方に離れた、各羽根８５１の後縁部８５１ｂの上部に接続されている。

外径リング８６１の内径（直径）、主板８３１の外径（直径）、羽根５１の高さ、外径リング８６１の高さは、それぞれ、例えば、１１３ミリメートル、１１１ミリメートル、２０ミリメートル、１ミリメートル程度に設定されている。

ところで、このような従来の羽根車８１０において、羽根８５１が渦巻き形状であるので、羽根８５１の後縁部８５１ｂと外径リング８６１の内周部とが鋭角（ここでは、角度が小さく、鋭い角度となることをいう。）に接続されている。すなわち、羽根８５１と外径リング８６１との接続部分において、羽根８５１の圧力面と外径リング８６１の内側面との成す角（接続角）が鋭角になる。そのため、次のような問題が生じる。

すなわち、このような羽根車８１０を成形するための金型において、羽根車８１０と外径リング８６１との接続部分は、鋭角で鋭い形状となる。しかしながら、このような形状の金型は破損しやすいものであり、羽根車８１０を量産する際にトラブルが生じる可能性があるという問題があった。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、高い特性を有し、容易に量産可能な遠心ファン用羽根車及び遠心ファンを提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、遠心ファン用羽根車は、略水平に配置された円盤状の主板と、主板の上方に、主板の中央部を中心とする円周方向に並ぶように配置された後ろ向き翼である複数の羽根と、複数の羽根のそれぞれを互いに接続するように配置された環状の外径リングとを備え、外径リングは、それぞれの羽根の流体吹き出し口側の先端部に接続されており、羽根の圧力面は、回転軸の伸びる方向から見て、先端部の近傍部分を除く部分において隣り合う円弧同士が正接するようにして複数の円弧をつなげた形状を有し、かつ、先端部の近傍部分において円弧の延長線上の起点から羽根車の回転方向に曲がった直線状の形状を有しており、回転軸の伸びる方向から見て、羽根の先端部と外径リングとが接続する部分において、羽根の圧力面と外径リングの表面とが成す接続角は、４５度以上８０度以下であって、回転軸の伸びる方向から見て、先端部の近傍部分における羽根の圧力面と、先端部の近傍部分を除く部分における羽根の圧力面の起点における接線とがなす角度は、１３５度以上である。

好ましくは、羽根は、流体吸い込み口側から流体吹き出し口側まで略均一な翼厚を有する。

好ましくは、外径リングの上下方向の寸法は、羽根の肉厚の１倍以上であって３倍以下である。

好ましくは、外径リングには、主板の中央部を中心とする円周方向に並ぶように配置された複数の肉盗み部が設けられている。

好ましくは、主板の外径寸法は、外径リングの内径寸法よりも小さい。

好ましくは、羽根の先端部の上端から外径リングの下端までの上下方向の寸法は、羽根の先端部の上端から主板の上面までの寸法の５０パーセント以下である。

好ましくは、主板、複数の羽根、及び外径リングが一体成形されている。

この発明の他の局面に従うと、遠心ファンは、上述に記載の遠心ファン用羽根車と、遠心ファン用羽根車の主板に取り付けられた回転軸を回転させるためのモータとを備える。

これらの発明に従うと、外径リングは、それぞれの羽根の流体吹き出し口側の先端部に接続されており、羽根は、先端部の近傍部分において羽根車の回転方向に曲がった形状を有している。したがって、高い特性を有し、容易に量産可能な遠心ファン用羽根車及び遠心ファンを提供することができる。

本実施の形態に係る遠心ファン用羽根車を上方から見た斜視図である。 羽根車を下方から見た斜視図である。 羽根車の平面図である。 羽根車の側断面図である。 羽根車を底面側から見た斜視図である。 羽根車を上方から見た斜視図である。 羽根車の側面図である。 流体吹き出し口から排出される空気の流速を可視化した図である。 羽根を拡大して示す平面図である。 羽根の後縁部の近傍部位の形状を示す図である。 羽根車の成型方法を説明する斜視図である。 可動型金型を示す斜視図である。 図１２の範囲Ｚを示す拡大図である。 羽根車を用いた遠心ファンのＰ−Ｑ線図である。 羽根車を用いた遠心ファンの騒音特性図である。 羽根車を用いた遠心ファンの外径リングの高さ別のＰ−Ｑ線図である。 羽根車を用いた遠心ファンの外径リングの高さ別の騒音特性図である。 本実施の形態の一変型例に係る遠心ファンの羽根車を示す図である。 外径リングを有する従来の遠心ファン用の羽根車を示す平面図である。 従来の羽根車の側断面図である。

以下、本発明の実施の形態の１つにおける遠心ファンについて説明する。

遠心ファンは、羽根車と、それを回転させるモータと、ケーシングとを備えている。遠心ファンは、例えば、冷蔵庫庫内の空気を循環させるために冷蔵庫筐体に取り付けられる循環ファンなどの用途に用いられるものである。

本実施の形態において、羽根車は、主板の上方に複数の羽根が配設され、その複数の羽根の外周に外径リングが接続されてなる、オープンインペラ形状のものである。羽根車は、後述するように、２分割構造の金型を用いて、樹脂を用いて一体成形される。なお、羽根車は、その全体が一体成形されるものに限られない。羽根車は、部分的に、成形工程の後で組み付けられることで構成されるものであってもよい。

［羽根車の構造について］

図１は、本実施の形態に係る遠心ファン用羽根車を上方から見た斜視図である。図２は、羽根車を下方から見た斜視図である。図３は、羽根車の平面図である。図４は、羽根車の側断面図である。

図１から図４を参照し、羽根車の構造について説明する。羽根車１０は、主板３１と、主板の上方（図４において左方向）に配置された複数の羽根５１と、複数の羽根５１の外周に配置された外径リング６１とを有している。羽根車１０は、主板３１、複数の羽根５１、及び外径リング６１が樹脂を用いて一体成形されて構成されている。

図４に示されるように、羽根車１０において、上面が流体吸い込み口１３となり、側周面が流体吹き出し口１５となる。図１から図３において、矢印Ｒは、羽根車１０の回転方向を示す。羽根車１０は、回転方向Ｒに回転すると、流体吸い込み口１３から空気（流体）を吸い込み、その空気を、流体吹き出し口１５から排出する。空気は、羽根車１０の回転軸である、羽根車１０の中央部に配置されたシャフト７１から離れる方向に排出される。

図４に示されるように、羽根車１０は、モータ２００（図４で二点鎖線で示す）に取り付けられて、遠心ファンとして用いられる。モータ２００は、羽根車１０を、回転方向Ｒに回転させる。

図３に示されるように、主板３１は、円盤状である。主板３１は、略水平に配置されている（図３において紙面に平行に配置されている。）。主板３１の中央部には、ロータホルダ３３が形成されている。ロータホルダ３３は、主板３１の他の部分から上方に突出している。ロータホルダ３３は、主板３１の他の部分と傾斜部３４を介して接続されている。

本実施の形態において、羽根車１０は、例えば１０個の羽根５１を有している。すべての羽根５１は、主板３１の上面に、主板３１から上方に突出するように配置されている。これらの羽根５１は、主板３１の中央部のロータホルダ３３を中心とする円周方向（ロータホルダ３３の中央に立設されているシャフト７１を中心とする円周方向）に、等間隔で並ぶように配置されている。

図３に示されるように、平面視で、各羽根５１は、シャフト７１に近い側の部位である前縁部５１ａ（流体吸い込み口１３側の部位）から、シャフト７１から離れた側の部位である後縁部５１ｂ（流体吹き出し口１５側の部位）まで、略均一の翼厚ｔを有している。

各羽根５１は、後ろ向き翼（後退翼）である。図３に示されるように、羽根５１は、平面視で、シャフト７１から離れるにつれて、前縁部５１ａから回転方向Ｒの反対方向に伸びる形状を有している。すなわち、後縁部５１ｂよりも前縁部５１ａの方が、回転方向Ｒで前方に位置している。各羽根５１は、平面視で緩やかな渦巻き形状を成すように、若干湾曲した形状を有している。

外径リング６１は、円環形状を有している。外径リング６１は、複数の羽根５１のそれぞれに接続されている。換言すると、外径リング６１は、複数の羽根５１のそれぞれを互いに接続するように配置されている。外径リング６１は、各羽根５１の後縁部５１ｂに、すなわち流体吹き出し口１５側の先端部に接続されている。各羽根５１の後縁部５１ｂが外径リング６１の内側面に接続され、外径リング６１は、後縁部５１ｂよりもシャフト７１から離れた位置に配置されている。

図４に示されるように、外径リング６１は、羽根車１０中の上部に位置している。本実施の形態においては、各羽根５１の後縁部５１ｂの上面と、外径リング６１の上面とが、略同一の高さに位置している。

ここで、図１に示されるように、外径リング６１には、複数の肉盗み部６３が設けられている。複数の肉盗み部６３は、主板３１の中央部を中心とする円周方向すなわちシャフト７１を中心とする円周方向に略等間隔に並ぶように配置されている。各肉盗み部６３は、外径リング６１の上面から下方に窪むように形成された、凹部である。

このような肉盗み部６３が形成されていることにより、羽根車１０の重量や慣性モーメントを小さくすることができる。また、肉盗み部６３を設けることで、羽根車１０の成形性を向上させることができ、かつ、羽根車１０のバランスを容易に取ることができる。すなわち、外径リング６１の断面積を大きくしてより大きな剛性が確保されるようにしても、肉盗み部６３を形成することで、羽根車１０の樹脂成形時の樹脂の引けを防止して、変形を防ぐことができる。また、金型によって各肉盗み部６３の寸法や位置を変更したり、肉盗み部６３にウエイトを取り付けたりすることができ、肉盗み部６３を羽根車１０のバランス取りの調整孔として利用することもできる。

図２に示されるように、主板３１の底面は、ロータホルダ３３が形成されていることにより、上方に窪んでいる。このように窪んだロータホルダ３３の内側は、有底円筒形状を有している。ロータホルダ３３の内側には、シャフト７１と、ロータヨーク７２とが配置されている。

シャフト７１は、ロータホルダ３３の天面に差し込まれて固定されている。シャフト７１は、モータ２００により回転自在に保持される。

図４に示されるように、ロータヨーク７２は、円筒形状を有している。ロータヨーク７２は、ロータホルダ３３の内側に挿入されて、ロータホルダ３３により保持されている。ロータヨーク７２の内側には、例えばマグネットやステータコアなど、モータ２００の構成部品（図示せず）が配置される。モータ２００は、例えば、ロータヨーク７２にマグネットが固定されてなる、ブラシレスモータである。

図５は、羽根車１０を底面側から見た斜視図である。

図５において、シャフト７１及びロータヨーク７２の図示は省略されている。図５に示されるように、傾斜部３４は、ロータホルダ３３の周囲に円環状に配置されている。傾斜部３４の底面側には、主板３１の底面と略同じ高さまで伸びるように形成されたリブ３７が設けられている。これにより、強度を確保しつつ、傾斜部３４の肉厚を主板３１の肉厚と略均一にすることができ、羽根車１０を容易に成形できるようになっている。

また、傾斜部３４において、リブ３７の所々には、小さな円柱状の円柱部３８が形成されている。図５に示されているように、円柱部３８は、羽根車１０の回転軸まわりに略均等な間隔で、５箇所に配置されている。本実施の形態において、円柱部３８は、例えば、離型時にエジェクタピンが当てられる部位となる。また、円柱部３８は、成形時においてゲートが設けられる部位である。

［各部位の寸法について］

図６は、羽根車１０を上方から見た斜視図である。図７は、羽根車１０の側面図である。

図６において、寸法Ｄは、主板３１の外径寸法Ｄを示す。また、寸法ｄは、外径リング６１の内径寸法ｄを示す。図７において、寸法Ｈは、羽根５１の高さＨ、すなわち上下方向の寸法を示す。寸法ｈは、外径リング６１の高さｈ、すなわち上下方向の寸法を示す。角度ｆは、羽根５１の後縁部５１ｂの、羽根車１０の回転軸に対する傾斜角ｆを示す。本実施の形態においては、これらの寸法等は、次のようである。

外径リング６１の内径寸法ｄは、直径１１３ミリメートルである。

主板３１の外径寸法Ｄは、直径１１１ミリメートルである。

羽根５１の高さＨは、２０ミリメートルである。

外径リング６１の高さｈは、３ミリメートルである。

後縁部５１ｂの傾斜角ｆは、３度である。

外径リング６１の高さｈは、羽根５１の肉厚ｔの１倍以上であって３倍以下であればよい。本実施の形態においては、羽根５１の肉厚ｔは例えば１．５ミリメートル程度であるのに対し、外径リング６１の高さｈは、その２倍の３ミリメートル程度に設定されている。このようにすることにより、羽根５１と外径リング６１とが、十分な強度が確保された状態で接続される。また、羽根車１０の全体の剛性を、バランス良く向上させることができる。

主板３１の外径寸法Ｄは、外径リング６１の内径寸法ｄよりも小さくなっている。このように構成することで、羽根車１０を簡素な構成の金型で成形できるようになる。本実施の形態においては、主板３１の外径は、外径リング６１の内径よりも、半径で１ミリメートルほど小さくなっている。このように、平面視で、主板３１の外周縁と外径リング６１の内周縁との間隔を最低で１ミリメートル程度確保することで、羽根車１０を成形するための金型を、可動側と固定側との２分割構造とすることができる。

なお、このように主板３１の外径寸法Ｄが外径リング６１の内径寸法ｄより小さい場合には、羽根５１の後縁部５１ｂは、羽根車１０の回転軸に対して傾斜した状態となる。本実施の形態では、羽根５１の高さＨが２０ミリメートルであるため、傾斜角ｆが３度となっている。

ここで、後縁部５１ｂの上端から外径リング６１の下端までの上下方向の寸法は、後縁部５１ｂの上端から主板３１の上面までの寸法の５０パーセント以下となるように設定されていればよい。換言すると、外径リング６１の高さｈは、羽根５１の高さＨの５０パーセント以下となるように設定されていればよい。本実施の形態においては、外径リング６１の高さｈは３ミリメートルであり、高さＨの１５パーセント程度となっている。

図８は、流体吹き出し口１５から排出される空気の流速を可視化した図である。

図８は、本実施の形態における羽根車１０と略同様の羽根車についてのシミュレーション結果を示す。図８において、破線Ｖは、後縁部５１ｂの上端から、羽根５１の高さＨの５０パーセントの距離だけ離れた位置を示している。破線Ｖ１は、後縁部５１ｂの上端の位置を示している。破線Ｖ２は、主板３１の上面の位置を示している。

図８において、濃色で着色された部分ほど、空気の流速が早いことを示している。図８に示される可視化結果によれば、主板３１から約５０パーセントの高さ範囲（破線Ｖよりも下方の範囲）から吹き出される空気が、流体吹き出し口１５から吹き出される空気のほとんどを占めていることがわかる。主板３１から約５０パーセントの高さ範囲における風量は、流体吹き出し口１５の全範囲における風量の９８％以上を占める。したがって、外径リング６１の高さｈを羽根５１の高さＨすなわち流体吹き出し口１５の高さの５０パーセント以下とすることにより、空気の吹き出しが外径リング６１により遮られることを防止できる。

なお、外径リング６１の高さｈを大きくすると、羽根車１０の質量や使用材料費、及び肉盗み部６３の深さなどにも影響が及ぶ。そのため、高さｈは必要以上に大きくする必要はなく、羽根５１や外径リング６１の剛性等を鑑み、適切な寸法に設定すればよい。例えば、羽根車１０の一体成形性、特性、及び剛性などを鑑み、高さｈは高さＨの１５パーセント以下に設定することが望ましい。

［羽根５１の詳細形状について］

ここで、羽根５１は、その先端部の近傍部分、すなわち後縁部５１ｂの近傍部位において、羽根車１０の回転方向Ｒに曲がった形状を有している。

図９は、羽根５１を拡大して示す平面図である。

図９に示されるように、羽根５１は、圧力面５３と負圧面５４とを有している。圧力面５３は、羽根車１０の回転方向Ｒの前側に面している。負圧面５４は、圧力面５３とは逆側に面している。

各羽根５１の具体的な形状は、例えば次のようである。すなわち、羽根車１０の回転軸の伸びる方向から圧力面５３を見たとき、その形は、大まかに、複数の円弧（例えば３種類の円弧）をつなげた形状を有している。これらの円弧は、隣り合う円弧同士が正接するようにして接続されている。これにより、羽根５１は基本的に、シャフト７１から離れるに従って徐々に回転方向Ｒの後ろ側の羽根５１に向けて湾曲して羽根車１０の側周に近づきにくくなるような、緩やかな渦巻き形状を有している。

しかしながら、本実施の形態において、羽根５１の後縁部５１ｂの近傍部位、すなわち外径リング６１の近傍部位は、それよりシャフト７１に近い部分とは異なり、急激に羽根車１０の側周に近づくように、回転方向Ｒに向けて反っている。

このようにして回転方向Ｒに向けて反った羽根５１の後縁部５１ｂと外径リング６１の内周とが接続する部分において、羽根５１の圧力面５３と外径リング６１の内側面とが成す接続角Ａ１は、３０度以上９０度以下となるように構成されていればよい。本実施の形態においては、接続角Ａ１は、例えば、５９．４度となっている。

図１０は、羽根５１の後縁部５１ｂの近傍部位の形状を示す図である。

図１０を参照し、後縁部５１ｂと外径リング６１とが接続される部分の形状の詳細について、さらに説明する。平面視における後縁部５１ｂの近傍部位の形状は、例えば、次のようにして設定される。

すなわち、まず、外径リング６１と羽根５１との接続部Ｐ１における、外径リング６１の内周円弧の接線Ｋ１を定める。そして、接続部Ｐ１における接線Ｋ１に対する羽根５１の圧力面５３（直線Ｋ２）の角度Ａ１（接続角）を定める。角度Ａ１は、例えば、後述の角度範囲に設定されればよい。

次に、接線Ｋ１からシャフト７１に向けて離れた距離Ｌが１ミリメートル以上となり、かつ、羽根５１の圧力面５３側の円弧の延長線上であって直線Ｋ２との交点となる起点Ｐ２を求める。圧力面５３の起点Ｐ２における接線Ｋ４と直線Ｋ２とが成す角度Ａ２が、１３５度以上になるように、起点Ｐ２を求める。本実施の形態においては、角度Ａ２は、例えば、１４７．８度程度になるように構成されている。

そして、平面視で、求められた起点Ｐ２付近を通り、直線Ｋ２と圧力面５３に対応する線とを円弧又は滑らかな曲線で接続する。起点Ｐ２から先端の部分と羽根５１とが連続する部位は、Ｒ形状若しくは滑らかな曲線で接続される。このとき、外径リング６１と羽根５１の後縁部５１ｂとの接続部分は、それより内側の圧力面５３に対応する線及びそれを外径リング６１に向け外挿した線よりも、回転方向Ｒの前方寄りに位置する。

ここで、接続角Ａ１は、例えば、３０度以上９０度以下、より好ましくは、金型の構造を鑑み、４５度以上８０度以下に設定すればよい。本実施の形態では、接続角Ａ１は、５９．４度に設定されている。

このように各羽根５１の後縁部５１ｂが曲げられているので、後縁部５１ｂが曲げられていない場合と比較して、接続角Ａ１の大きさが大きくなる。接続角Ａ１が上述の所定の角度範囲内に納まるように構成されているので、羽根車１０を形成するための金型の寿命を向上させることができる。

［羽根車１０の成型方法について］

図１１は、羽根車１０の成型方法を説明する斜視図である。

図１１に示されるように、本実施の形態において、羽根車１０は、合成樹脂を用いて、金型２分割構造で、一体成形される。すなわち、金型としては、可動側金型９８０と、固定側金型９９０とが用いられる。

固定側金型９９０は、主に、羽根車１０の底面側を成形する。固定側金型９９０の底面側（図１１において左側）には、樹脂を注入するためのランナが示されている。本実施の形態において、例えば５ヶ所のゲートを介して樹脂が注入されるが、ゲートの数や位置はこれに限られない。例えば１０ヶ所のゲートを介して樹脂が注入されるようにし、羽根車１０のバランスがより高くなるようにしてもよい。

図１２は、可動側金型９８０を示す斜視図である。

図１２に示されるように、可動側金型９８０は、主に、羽根車１０の上面を成形する。すなわち、可動側金型９８０は、肉盗み部６３や、複数の羽根５１を成形する。可動側金型９８０は、空気の流路となる部位を形成する突出部９８２を有している。突出部９８２には、羽根５１を形成するための溝が形成されている。

図１１に戻って、可動側金型９８０の上面側（図１１において右側）には、エジェクタピン９９５が示されている。エジェクタピン９９５は、成形後に可動側金型９８０から羽根車１０の方に差し込まれる。これにより、羽根車１０は、可動側金型９８０から押し下げられ、脱型される。

図１３は、図１２の範囲Ｚを示す拡大図である。

ここで、本実施の形態においては、上述のように羽根５１の後縁部５１ｂが回転方向Ｒに曲げられており、接続角Ａ１が比較的大きくなっているので、可動側金型９８０のうち当該部位を成形する部分の形状も、鋭角となる度合いが軽減されている。すなわち、図１３に示されるように、後縁部５１ｂの圧力面５３側の部分の形状は、突出部９８２のうち先端部９８２ｂにより形成される。ここで、後縁部５１ｂの接続角Ａ１が上述のように大きくなっているので、平面視で、先端部９８２ｂが成す角度も大きくなる。このように先端部９８２ｂが鋭角となる度合いが軽減され、先端部９８２ｂの厚みが確保されるので、先端部９８２ｂが破損しにくくなる。したがって、可動側金型９８０の寿命が長くなり、容易に羽根車１０を成形できるようになる。その結果として、羽根車１０の製造コストを低減することができる。

［遠心ファンの特性の従来との比較］

ところで、本実施の形態においては、従来と比較して、上下方向の寸法が大きい外径リング６１により、羽根５１同士が接続されている。このような外径リング６１の高さの違いにより、羽根車１０は、従来の構造を有するものと比較して、次のような特性を有している。

ここで、以下において比較対象として示す従来のものは、外径リングの高さが１ミリメートルであるものである。他方、「本実施の形態」として示すものは、外径リング６１の高さｈは３ミリメートルである。ただし、羽根５１の形状は、「本実施の形態」として示すものも、従来のものと同様としている。

図１４は、羽根車１０を用いた遠心ファンのＰ−Ｑ線図である。

図１４においては、従来の遠心ファン（破線で示す）と比較して、羽根車１０を用いた遠心ファンのＰ−Ｑ線図が示されている。グラフからわかるように、本実施の形態に係る遠心ファンは、最大静圧時から最大流量時までの中域までにおいては、従来のものと同様の特性を有する。しかしながら、流量が高い高域では、特性が向上し、同一の静圧において最大流量が大きくなる。すなわち、本実施の形態に係る遠心ファンは、高い効率を有するといえる。

図１５は、羽根車１０を用いた遠心ファンの騒音特性図である。

図１５に示されるように、毎分１４００回転から毎分１７００回転程度の範囲では、従来のものよりも本実施の形態に係る遠心ファンの方が騒音値が低くなる。他方、毎分１７００回転以上の領域では、従来のものの方が、本実施の形態に係る遠心ファンよりも騒音値が低くなる。

ここで本実施の形態に係る遠心ファンが通常使用される回転数範囲は、例えば、毎分１５００回転から１７００回転弱程度までの範囲である。したがって、本実施の形態に係る遠心ファンの方が、通常使用される範囲においては、騒音値が低くなるといえる。

［外径リング６１の高さと遠心ファンの特性との関係］

次に、羽根５１の後縁部５１ｂが上述のように曲がっている場合において、外径リング６１の高さｈを、１ミリメートルとした場合（１ｍｍの場合）、２ミリメートルとした場合（２ｍｍの場合）、３ミリメートルとした場合（３ｍｍの場合）のそれぞれにおける遠心ファンの特性を比較すると、次のようである。

図１６は、羽根車１０を用いた遠心ファンの外径リング６１の高さ別のＰ−Ｑ線図である。

図１６に示されるように、１ｍｍの場合、２ｍｍの場合、及び３ｍｍの場合で、それほど特性に違いはない。すなわち、外径リング６１の高さｈは、１ミリメートルから３ミリメートルの間で、Ｐ−Ｑ特性にそれほど影響を与えないまま、羽根車１０の剛性や使用樹脂量、羽根５１の変形度などを鑑みて、適宜設定することができる。

図１７は、羽根車１０を用いた遠心ファンの外径リング６１の高さ別の騒音特性図である。

図１７に示されるように、騒音特性については、外径リング６１の高さｈが大きい方が（外径リング６１が厚い方が）、回転数範囲の全域にわたって、騒音値が小さくなる傾向にある。これは、外径リング６１の高さｈが大きい方が、羽根車１０の剛性が高くなることによると考えられる。したがって、外径リング６１の高さが１ミリメートルから３ミリメートルの範囲においては、騒音の発生を抑えるためには外径リング６１の高さを大きくした方が良いといえる。

［実施の形態における効果］

以上のように構成された、外径リングを有する遠心ファン用羽根車では、その羽根と外径リングとの接合部において、羽根の後縁部が回転方向に曲げられている。したがって、羽根車を成形するための金型の寿命を延ばすことができる。また、風量、静圧、騒音などについての遠心ファンの特性を低下させることなく、剛性の高い羽根車を構成することができる。

羽根は渦巻き形状を有し、羽根の肉厚は吸い込み口側から吹き出し口側まで均一であるので、羽根車を軽量化することができる。外径リングの高さは、羽根の肉厚の１倍以上３倍以下であるので、羽根と外径リングとの接続部の強度を確保し、羽根車全体の剛性を上げることができる。

外径リングには、肉盗み部が形成されているので、羽根車を容易に成形することができる。また、羽根車のバランスを取ることもできる。外径リングの高さ方向の寸法は、羽根の高さの５０パーセント以下であるので、送風特性を低下させることなく、効果的に剛性を高くすることができる。外径リングの高さを羽根の高さの１５パーセント以下にすることにより、より効果的に本効果を得ることができる。

羽根車は、合成樹脂を用いて一体成形されている。また、主板の外形寸法は外径リングの内径よりも小さくなっている。したがって、２分割構造の金型構造を採用し、高いバランスを有する羽根車を容易に、低コストで製造することができる。

［その他］

羽根と外径リングとの接続角は、上述の角度に限られない。例えば、９０度とすることもできる。

図１８は、本実施の形態の一変型例に係る遠心ファンの羽根車を示す図である。

図１８に示されるように、羽根車１１０は、上述の実施の形態に係る羽根車１０とは後縁部の形状が異なる羽根１５１を有しているほか、羽根車１０と同様に構成されている。なお、図１８において、外径リング６１の肉抜き部の図示は省略されている。

本変型例において、羽根１５１のうち後縁部１５１ｂの近傍部位は、回転方向Ｒの方向に折れ曲がるようにして、外径リング６１の内周面に略垂直に接続されている。すなわち、平面視で、外径リング６１の内周面の接続点Ｐ１における接線と、後縁部１５１ｂの圧力面５３に対応する直線Ｋ２とは、略直交している。

このように、羽根１５１と外径リング６１との接続角が略９０度である場合においても、上述と同様の効果を得ることができる。すなわち、羽根車１１０を成形するための金型において、後縁部１５１ｂ部分を成形するための先端部は、９０度の角を有するように構成されていればよい。したがって、金型が損傷しにくいものとなり、金型を長寿命化させることができる。

羽根車において、ロータホルダ部分や肉抜き部などの形状、位置、及び有無は、上述のものに限られない。羽根の枚数は、上述よりも多くてもよいし、少なくてもよい。各羽根において、後縁部を除く部分の形状は、上述のものに限られない。

遠心ファン用羽根車としては、オープンインペラ型のものに限らず、シロッコ型・ラジアル型などのあらゆる遠心ファンに適用可能に構成することができる。

上記実施の形態は、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及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。

１０，１１０ 遠心ファン用羽根車
１３ 流体吸い込み口
１５ 流体吹き出し口
３１ 主板
３３ ロータホルダ
５１，１５１ 羽根
５１ａ 前縁部
５１ｂ，１５１ｂ 後縁部（先端部）
５３ 圧力面
５４ 負圧面
６１ 外径リング
６３ 肉盗み部
７１ シャフト（羽根車の回転軸）
７２ ロータ
２００ モータ
Ａ１ 接続角
Ｒ 羽根車の回転方向
ｔ 羽根車の肉厚

Claims (8)

1. 略水平に配置された円盤状の主板と、
   前記主板の上方に、前記主板の中央部を中心とする円周方向に並ぶように配置された後ろ向き翼である複数の羽根と、
   前記複数の羽根のそれぞれを互いに接続するように配置された環状の外径リングとを備え、
   前記外径リングは、前記それぞれの羽根の流体吹き出し口側の先端部に接続されており、
   前記羽根の圧力面は、回転軸の伸びる方向から見て、前記先端部の近傍部分を除く部分において隣り合う円弧同士が正接するようにして複数の円弧をつなげた形状を有し、かつ、前記先端部の近傍部分において前記円弧の延長線上の起点から前記羽根車の回転方向に曲がった直線状の形状を有しており、
   回転軸の伸びる方向から見て、前記羽根の先端部と前記外径リングとが接続する部分において、前記羽根の圧力面と前記外径リングの表面とが成す接続角は、４５度以上８０度以下であって、
   回転軸の伸びる方向から見て、前記先端部の近傍部分における前記羽根の圧力面と、前記先端部の近傍部分を除く部分における前記羽根の圧力面の前記起点における接線とがなす角度は、１３５度以上である、遠心ファン用羽根車。
2. 前記羽根は、流体吸い込み口側から流体吹き出し口側まで略均一な翼厚を有する、請求項１に記載の遠心ファン用羽根車。
3. 前記外径リングの上下方向の寸法は、前記羽根の肉厚の１倍以上であって３倍以下である、請求項１又は２に記載の遠心ファン用羽根車。
4. 前記外径リングには、前記主板の中央部を中心とする円周方向に並ぶように配置された複数の肉盗み部が設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心ファン用羽根車。
5. 前記主板の外径寸法は、前記外径リングの内径寸法よりも小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心ファン用羽根車。
6. 前記羽根の先端部の上端から前記外径リングの下端までの上下方向の寸法は、前記羽根の先端部の上端から前記主板の上面までの寸法の５０パーセント以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心ファン用羽根車。
7. 前記主板、前記複数の羽根、及び前記外径リングが一体成形されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心ファン用羽根車。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の遠心ファン用羽根車と、
   前記遠心ファン用羽根車の主板に取り付けられた回転軸を回転させるためのモータとを備える、遠心ファン。

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