JP6282720B2 - 遠心式ファン - Google Patents

Description

本発明は遠心式ファンに関し、特に薄型で高出力の遠心式ファンに関する。

図２３は、従来の遠心式ファンの一例を示す斜視図である。図２４は、従来の遠心式ファンの一例を示す側断面図である。

図２３及び図２４に示されるように、遠心式ファン８０１は、一般に、吸い込み口８１３（８３３）と吹き出し口８１９とを有するケーシング８１０内に、羽根車８３０を格納して構成される。羽根車８３０は、モータ８６０の回転軸周りに多数の羽根８５１を配置したものである。遠心式ファン８０１は、吸い込み口８１３（８３３）から吸入された空気を羽根車８３０の中心から翼（羽根）間に流入させ、羽根車８３０の回転に伴う遠心作用による流体力で、空気を羽根車８３０の径外方に向けて吹き出させる。羽根車８３０の外周から外側に吹き出された空気は、ケーシング８１０の吹き出し口８１９から噴出される。

図２４に示されるように、遠心式ファン８０１は、薄型のものである。この遠心式ファン８０１は、ケーシング８１０の略中央部に、羽根車８３０を回転させるためのモータ８６０を有している。モータ８６０は、羽根車８３０にロータヨーク８６３が取り付けられるようにして配置された、アウターロータ型のブラシレスモータである。

このような遠心式ファン８０１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。遠心式ファン８０１の送風性能と騒音は、羽根車８３０の翼（羽根）形状とケーシング８１０の形状（遠心式ファン８０１の構造）に大きく影響される。

ところで、騒音を低減させたり、送風性能の向上を図るために、羽根車の形状やケーシングの構造を最適化することが行われており、いろいろな提案がなされている。

例えば、特許文献１には、ターボファンの羽根の正圧面側に、縦長形状の窪みや円形状の窪みを形成し、ファン効率の向上を図ることが開示されている。

特許文献２には、多翼送風機の羽根の正圧面側に、羽根の長手方向に溝を設けることで、羽根の効率の向上を図ることが開示されている。

特許文献３には、多翼ファンにおいて、羽根の前縁から後縁に向かって肉厚が薄くなるように段差を設け、羽根車の発生騒音を低減させることを図ることが開示されている。

特許文献４には、シロッコファンにおいて、羽根の正圧面側の上流側に凹凸を設け、ファン本体の運転効率の向上や騒音の低減を図ることが開示されている。

実開平５−１２６９２号公報 実開昭６４−１９１００号公報 特開２００６−９５７７号公報 実開昭６３−１６０４００号公報

ところで、種々の機器の小型化、薄型化、高密度実装化、そして省エネ化が進む中、そのような機器に搭載される遠心式ファンの高効率化は、常に要求されている。また、それと同時に、遠心式ファンの駆動に伴い発生する騒音のレベルをより一層低下させることが、常に要求されている。

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、薄型であって、効率が高く、かつ、騒音の発生を低減できる遠心式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、遠心式ファンは、羽根車と、金属板を用いて構成されており、羽根車の下方に位置する下ケーシングと、下ケーシングに装着されており、羽根車を回転させるモータと、モータの駆動回路が配置されている回路基板とを備え、下ケーシングの中央部には、下方に窪む凹部が形成されており、凹部には、回路基板とモータのステータの一部とが収納されており、羽根車は、上側シュラウド、下側シュラウド、及び上側シュラウドと下側シュラウドとの間に円周上に配列された複数の羽根を有し、羽根のうち、前縁部側の表面には、段差形状を有する不連続部が設けられており、羽根車の回転に伴って、上側シュラウド上部の吸い込み口から導入した流体を羽根車の側方に排出させ、羽根は、上側シュラウドから羽根車の回転軸に平行な方向に離れるに従って薄くなる形状を有する。

好ましくは、羽根は、圧力面側が、上側シュラウドから羽根車の回転軸に平行な方向に離れるに従ってその羽根の負圧面に近づくようなテーパ状に形成されている。

この発明の他の局面に従うと、遠心式ファンは、羽根車と、金属板を用いて構成されており、羽根車の下方に位置する下ケーシングと、下ケーシングに装着されており、羽根車を回転させるモータと、モータの駆動回路が配置されている回路基板とを備え、下ケーシングの中央部には、下方に窪む凹部が形成されており、凹部には、回路基板とモータのステータの一部とが収納されており、羽根車は、上側シュラウド、下側シュラウド、及び上側シュラウドと下側シュラウドとの間に円周上に配列された複数の羽根を有し、羽根のうち、前縁部側の表面には、段差形状を有する不連続部が設けられており、羽根車の回転に伴って、上側シュラウド上部の吸い込み口から導入した流体を羽根車の側方に排出させ、羽根は、圧力面側が、上側シュラウドから羽根車の回転軸に平行な方向に離れるに従ってその羽根の負圧面に近づくようなテーパ状に形成されている。
好ましくは、不連続部は、羽根の圧力面及び負圧面の両方に設けられており、圧力面の不連続部及び負圧面の不連続部は、それぞれを境に、前縁部側よりも後縁部側の方が羽根の翼厚が急激に大きくなるように形成された階段形状を有する。
好ましくは、羽根は、羽根車の回転方向に対して後ろ向きに傾斜湾曲した形状を有し、不連続部は、羽根の圧力面及び負圧面の両方に設けられており、羽根の前縁部から圧力面の不連続部までの距離は、羽根の前縁部から負圧面の不連続部までの距離よりも短い。

この発明のさらに他の局面に従うと、遠心式ファンは、羽根車と、金属板を用いて構成されており、羽根車の下方に位置する下ケーシングと、下ケーシングに装着されており、羽根車を回転させるモータと、モータの駆動回路が配置されている回路基板とを備え、下ケーシングの中央部には、下方に窪む凹部が形成されており、凹部には、回路基板とモータのステータの一部とが収納されており、羽根車は、上側シュラウド、下側シュラウド、及び上側シュラウドと下側シュラウドとの間に円周上に配列された複数の羽根を有し、羽根のうち、前縁部側の表面には、段差形状を有する不連続部が設けられており、羽根車の回転に伴って、上側シュラウド上部の吸い込み口から導入した流体を羽根車の側方に排出させ、羽根は、羽根車の回転方向に対して後ろ向きに傾斜湾曲した形状を有し、不連続部は、羽根の圧力面及び負圧面の両方に設けられており、羽根の前縁部から圧力面の不連続部までの距離は、羽根の前縁部から負圧面の不連続部までの距離よりも短い。

好ましくは、圧力面の不連続部及び負圧面の不連続部は、それぞれを境に、前縁部側よりも後縁部側の方が羽根の翼厚が急激に大きくなるように形成された階段形状を有する。

この発明のさらに他の局面に従うと、遠心式ファンは、羽根車と、金属板を用いて構成されており、羽根車の下方に位置する下ケーシングと、下ケーシングに装着されており、羽根車を回転させるモータと、モータの駆動回路が配置されている回路基板とを備え、下ケーシングの中央部には、下方に窪む凹部が形成されており、凹部には、回路基板とモータのステータの一部とが収納されており、羽根車は、上側シュラウド、下側シュラウド、及び上側シュラウドと下側シュラウドとの間に円周上に配列された複数の羽根を有し、羽根のうち、前縁部側の表面には、段差形状を有する不連続部が設けられており、羽根車の回転に伴って、上側シュラウド上部の吸い込み口から導入した流体を羽根車の側方に排出させ、不連続部は、羽根の圧力面及び負圧面の両方に設けられており、圧力面の不連続部及び負圧面の不連続部は、それぞれを境に、前縁部側よりも後縁部側の方が羽根の翼厚が急激に大きくなるように形成された階段形状を有する。

これらの発明に従うと、薄型であって、効率が高く、かつ、騒音の発生を低減できる遠心式ファンを提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 図２の部分拡大図である。 羽根車の側面図である。 羽根車の底面図である。 図５のＢ−Ｂ線における断面図である。 羽根の圧力面の形状について説明する図である。 羽根の断面を模式的に示す図である。 羽根車の底面側を示す斜視図である。 羽根車の上面側を示す斜視図である。 図４のＧ−Ｇ線における断面図である。 図１１の一部の拡大図である。 羽根車の回転時における圧力面側の渦の発生領域を示す図である。 羽根車の回転時における負圧面側の渦の発生領域を示す図である。 段差部が設けられていない羽根車における圧力面側の渦の発生領域を示す図である。 段差部が設けられていない羽根車における負圧面側の渦の発生領域を示す図である。 遠心式ファンの騒音レベルを示すグラフである。 遠心式ファンのＰ−Ｑ線図である。 本実施の形態の第１の変型例に係る遠心式ファンの羽根車を示す斜視図である。 第１の変型例に係る遠心式ファンの羽根車の羽根形状を説明する図である。 本実施の形態の第２の変型例に係る遠心式ファンの羽根車を示す斜視図である。 第２の変型例に係る遠心式ファンの羽根車の羽根形状を説明する図である。 従来の遠心式ファンの一例を示す斜視図である。 従来の遠心式ファンの一例を示す側断面図である。

以下、本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンについて説明する。

［遠心式ファンの全体構造の説明］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンを示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図３は、図２の部分拡大図である。

図１から図３を参照して、遠心式ファン１は、ケーシング１０と、羽根車３０と、モータ６０とを備えている。遠心式ファン１は、モータ６０が取り付けられている部分を除き、全体として、平面視で略正方形の直方体状に構成されている。遠心式ファン１は、上下方向の寸法（高さ）が比較的小さい、薄型のものである。羽根車３０は、モータ６０のシャフト６１とともに回転するロータ６３に取り付けられている。遠心式ファン１は、羽根車３０をモータ６０により回転させる。遠心式ファン１は、羽根車３０の回転に伴って、その吸い込み口３３から導入した空気（流体の一例）を、羽根車３０の側方に排出させる。すなわち、吸い込み口３３から導入された空気は、羽根車３０の回転に伴う遠心作用による流体力で、羽根車３０の羽根５１の間を通過し、羽根車３０の径外方に向けて吹き出される。空気は、羽根車３０の側方にあるケーシング１０の吹き出し口１９から排出される。

モータ６０は、例えば、アウターロータ型のブラシレスモータである。モータ６０は、下ケーシング２１の中央部にねじやボルト等の締結部材で装着されている。モータ６０は、下方に向けて開口するカップ状のロータ（ロータヨーク）６３を有している。ロータ６３の側周部の内面には、環状のマグネット６５が取り付けられている。ロータ６３の中央部には、シャフト６１が取り付けられている。

シャフト６１は、ベアリングホルダ６６に装着された一対のベアリング６６ａにより回転可能に支持されている。ベアリングホルダ６６の外周部には、ステータ６７が設けられている。ステータ６７は、積層されたステータコアや、ステータコアに装着された、コイルを巻回したインシュレータなどで構成されている。ステータ６７は、マグネット６５に対して半径方向（図２において左右方向）に所定のギャップを隔てて対向配置されている。ステータ６７は、回路基板６９に接続されている。回路基板６９は、例えばプリント配線基板である。回路基板６９には、モータ６０を制御するための電子部品等が実装されており、モータ６０の駆動回路が搭載されている。

ケーシング１０は、上ケーシング１１と、下ケーシング２１とが組み合わされて構成されている。具体的には、上ケーシング１１と下ケーシング２１とが、平面視で四隅に位置するねじ１４を用いて互いに組み付けられ、ケーシング１０が構成されている。ねじ１４は、例えば、下ケーシング２１側から差し込まれるボルトである。上ケーシング１１と下ケーシング２１とは、例えば、ねじ１４が配される部分で支柱を挟むようにして互いに組み付けられている。なお、このとき、支柱は、上ケーシング１１と下ケーシング２１とのどちらか一方と一体で構成されていてもよい。吹き出し口１９は、例えば、ねじ１４を用いた上ケーシング１１と下ケーシング２１との締結部分を除いたケーシング１０の側部であって、上ケーシング１１と下ケーシング２１との間に設けられている。

羽根車３０は、ケーシング１０内に収められるようにして配置されている。羽根車３０の上方には上ケーシング１１が配置されており、下方には下ケーシング２１が配置されている。すなわち、遠心式ファン１は、上ケーシング１１と下ケーシング２１との間に羽根車３０を挟むように保持して構成されている。

羽根車３０は、大まかに、上側シュラウド３１と、下側シュラウド４１と、上側シュラウド３１と下側シュラウド４１との間に配置された複数の羽根５１とを有している。羽根車３０の中央部には、上方に開口する吸い込み口３３が形成されている。吸い込み口３３は、上側シュラウド３１の内側の上端部３５に囲まれることで構成されている。複数の羽根５１は、適切な間隔で、円周上に配列されている。

各羽根５１は、同一の湾曲した形状を有している。すなわち、羽根５１は、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した形状を有している。図１から図３においては、羽根５１の形状は、簡略化して示されている。羽根５１の具体的な形状については、後述する。上側シュラウド３１、下側シュラウド４１、及び羽根５１は、例えば、合成樹脂を用いて一体成形で形成される。

羽根車３０の中央部には、ロータ６３がはめ込まれる下側シュラウド４１が配置されている。下側シュラウド４１の中央部には、ロータ６３が配置されるように形成された円筒部４３が設けられている。

ロータ６３は、下側シュラウド４１の中央部に設けられている円筒部４３にはめ込まれており、羽根車３０を保持している。ロータ６３は、吸い込み口３３の内部で、吸い込み口３３の外に向けて、上方に突出するように配置されている。なお、ロータ６３が円筒部４３を保持している部分の上下方向の高さは、遠心式ファン１を比較的薄型にしつつ、吸い込み口３３から吸引される空気がロータ６３によって遮られることがないように、比較的低くなるように設定されている。

上ケーシング１１は、例えばエンジニアリングプラスチックなどの樹脂を用いて形成されている。上ケーシング１１の中央部には、開口部１３が形成されている。開口部１３は、平面視で円形である。開口部１３は、羽根車３０に設けられている吸い込み口３３に空気が導入されるように形成されている。開口部１３は、上側シュラウド３１により構成される吸い込み口３３よりわずかに大きい内径を有している。すなわち、本実施の形態において、開口部１３の大きさは、吸い込み口３３の大きさと略同等である。

下ケーシング２１は、例えば、鉄などの金属板を用いて形成されている。下ケーシング２１の中央部には、下方に窪む凹部２３が形成されている。凹部２３は、椀状に形成されている。図２に示されるように、本実施の形態において、凹部２３には、モータ６０と、回路基板６９などのモータ６０の駆動回路とが装着されている。モータ６０は、ねじやボルト等の締結部材で下ケーシング２１に装着されているが、締結部材の代わりにベアリングホルダ６６の下部を凹部２３にかしめ固定して下ケーシング２１に装着した構成であってもよい。

下ケーシング２１の外周部は、軸方向（図２上下方向）に折り曲げられた側板となっている。側板が設けられていることにより、下ケーシング２１の剛性が高められている。

下ケーシング２１の上面のうち、凹部２３の周囲の部分は、羽根車３０の下面に面する隔壁部２９となっている。隔壁部２９は、羽根車３０の下面に近接するように平面状に形成されている。

図２に示されているように、羽根車３０の下側シュラウド４１は、各羽根５１のうち少なくとも外周側の部位が隔壁部２９に面するように、シャフト（羽根車３０の回転軸）６１寄りの部分にのみ設けられている。すなわち、羽根車３０のうち隔壁部２９に対面する部位には、各羽根５１が露出している。下ケーシング２１のうち羽根車３０に対向する面は、吸い込み口３３から導入された空気を側方に誘導する壁面の一部となっている。羽根５１は、軸方向において、隔壁部２９と所定のギャップを隔てて対向配置されている。なお、各羽根５１の下部は、その少なくとも一部分が隔壁部２９側に露出していてもよいし、その全部分が隔壁部２９側に露出していてもよい。

図３に示されるように、下側シュラウド４１の上面の一部は、側断面において下に凸の円弧状の曲線となるような、曲面４９となっている。下側シュラウド４１のうち外周端部４５は、上側シュラウド３１の上端部３５の鉛直下方近傍に位置している。また、下側シュラウド４１のうち内周端部４７は、ロータ６３の外周上端部６３ａの近傍に位置している。曲面４９は、外周端部４５と内周端部４７との間に形成されている。曲面４９のうち、最も下方にあるのが外周端部４５である。

なお、ケーシング１０の中に収納される羽根車３０の外径寸法は、ケーシング１０の一辺の寸法より小さく設定されている。これにより、回転する羽根車３０がケーシング１０の外縁より突出することがなく、羽根車３０の他部材との接触や、接触による破損等が防止されている。

下ケーシング２１は、羽根車３０において空気をガイドする主板としての機能を兼ねると共に、ケーシング１０の基板としての機能も有している。このため、羽根車３０と隔壁部２９との間に形成されたギャップの設定は重要である。ギャップが大きすぎる場合、吸い込み口３３から吸入された空気は、羽根５１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３０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、ギャップが小さすぎる場合には、次のような問題がある。すなわち、各部品の寸法精度のバラツキが生じると、羽根５１が隔壁部２９に接触してしまう可能性がある。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、遠心式ファン１の製造コストが上昇してしまう。羽根車３０と隔壁部２９との間のギャップは、このような問題点を鑑み、適切に設定されている。

［羽根車３０の構造の説明］

次に、羽根車３０の構造について、より具体的に説明する。

図４は、羽根車３０の側面図である。図５は、羽根車３０の底面図である。図６は、図５のＢ−Ｂ線における断面図である。

図４から図６を参照して、羽根車３０は、全体として円盤形状を有する、薄型のものである。これにより、遠心式ファン１は、薄型に構成できる。図５に示されるように、羽根車３０には、例えば７つの羽根５１が配置されている。それぞれの羽根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３０の回転方向（図５において、時計回り方向の反対方向：矢印Ｒで示す方向）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。

羽根５１は、後向き羽根で、いわゆるターボ型である。羽根５１は、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した形状を有している。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、後述する図７に示されるように、羽根車３０の回転軸の伸びる方向から圧力面５３をみたとき、その形は、大まかに、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。

羽根５１は、羽根車３０の回転軸側すなわち吸い込み口３３側が前縁となり、羽根車３０の側周面側が後縁となる。図６に示されるように、各羽根５１の前縁は、上側シュラウド３１から下側シュラウド４１に近づくにつれて、羽根車３０の回転軸に近づくようなテーパ形状に構成されている。各羽根５１の前縁と下側シュラウド４１とは、前縁部５１ａで接続されている。羽根５１の後縁は、羽根車３０の回転軸と略垂直な形状を有している（後縁部５１ｂ）。

図７は、羽根５１の圧力面５３の形状について説明する図である。

本実施の形態において、羽根５１の入口角、出口角、及び反り角は、それぞれ、４５度程度、３０度程度、５５度程度になっている。なお、羽根５１の入口角や出口角、及び反り角は、このような値に限られるものではない。なお、入口角とは、図７に示されている圧力面５３を示す曲線と内周縁（底面視で、羽根車３０の回転軸を中心とし羽根５１の前縁がその円周上に位置するような円）とが接する点における、圧力面５３を示す曲線の接線と内周縁の接線とがなす角であって、９０度以下となる側の角をいう。他方、出口角とは、圧力面５３を示す曲線と外周縁（底面視で、羽根車３０の回転軸を中心とし羽根５１の後縁がその円周上に位置するような円）とが接する点における、圧力面５３を示す曲線の接線と外周縁の接線とがなす角であって、９０度以下となる側の角をいう。反り角は、底面視で、羽根５１の前縁と羽根車３０の回転軸とを結ぶ線と、羽根５１の後縁と回転軸とを結ぶ線とがなす角である。

圧力面５３の形状は、例えば、次のようにして定められている。すなわち、設計仕様やモータのサイズなどに応じて、内周縁及び外周縁の大きさが決まる。また、設計仕様やＮＺ音などの騒音値を低下させることを鑑みて、入口角、出口角、及び反り角が決定される。そして、底面視で、圧力面５３が通る第１の点〜第４の点が決定される。すなわち、図７に示されるように、第１の点Ｐ１は、後縁の位置を示し、出口角の頂点となる。第４の点Ｐ４は、前縁の位置を示し、入口角の頂点となる。第２の点Ｐ２は、外周縁を示す円Ｃ１の同心円であって円Ｃ１に対して３／４のサイズを有する第１の円Ｃ２と、回転軸から第４の点Ｐ４に伸びる直線Ｌ４に対して反り角の３／１０の角度Ａ２をなす直線Ｌ２との交点である。第３の点Ｐ３は、上記第１の円Ｃ２の同心円であって円Ｃ２と内周縁を示す円Ｃ４との中間に位置する第２の円Ｃ３と、直線Ｌ４に対して反り角の３／２０の角度Ａ３をなす直線Ｌ３との交点である。そして、第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との間、第２の点Ｐ２と第３の点Ｐ３との間、第３の点Ｐ３と第４の点Ｐ４との間を、それぞれ円弧Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で結ぶ。このとき、３つの円弧Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、入口角、出口角が所定の角度になるように、かつ、互いに接続される２つの円弧Ｒ１，Ｒ２、及び円弧Ｒ２，Ｒ３同士が正接関係（２つの円弧の接続点における２つの円弧の接線同士が重なる関係）となるように、描かれる。これにより、圧力面５３の形状が定まる。

負圧面５４は、底面視で、圧力面５３との間隔が羽根車３０の回転軸から離れるにつれて小さくなるように、大まかに圧力面５３に沿うような湾曲形状を有している。これにより、羽根５１は、翼形状の外径を有している。

なお、羽根車３０の回転軸の伸びる方向から圧力面５３をみたとき、その形は、３点を通る複数の高次関数を組み合わせて示される形状を有していてもよい。

このように、本実施の形態において、羽根５１の圧力面５３の形状が、底面視で３つの円弧により構成されている。これにより、遠心式ファンの高流量化、高静圧化、低騒音化を進めることができる。

なお、本実施の形態において、各羽根５１の厚みすなわち各羽根５１における圧力面５３と負圧面５４との間隔は、上側シュラウド３１から回転軸に平行な方向に離れるに従って、小さくなっている。換言すると、羽根５１は、隔壁部２９に近づくに従って薄くなるように形成されている。これにより、羽根５１の圧力面５３と、その羽根５１に隣り合う羽根５１の負圧面５４との距離が、隔壁部２９に近づくにつれて大きくなっている。

図８は、羽根５１の断面を模式的に示す図である。

図８において示されている断面は、回転軸に対して垂直な水平面に対して垂直であって底面視で圧力面５３に対して略垂直な断面におけるものである。すなわち、図８において示されている断面は、図５のＣ−Ｃ線におけるものに対応する。図８においてハッチングは省略されている。矢印Ｚは、羽根車３０の回転軸に平行な方向（上方）を示す。

圧力面５３は、上側シュラウド３１に近づくにつれて羽根５１の外周側（図８において左側）に近づくように負圧面５４から離れている。換言すると、羽根５１は、テーパ状の圧力面５３を有している。すべての羽根５１の、内側から外側までの全域において、このようなテーパ状となるように圧力面５３が設けられている。

図８において、角度θは、羽根車３０の回転軸に対する、圧力面５３の傾きすなわちテーパ角を示す。テーパ角θは、例えば、４度〜８度程度に設定されている。羽根５１のうち、負圧面５４は、図８に示されるような断面において回転軸に略平行になっている。すなわち、負圧面５４は、羽根車３０の回転軸に垂直な水平面に対して、垂直な面となるように形成されている。羽根５１の下端部は、図８に示される断面において、略水平（図８の矢印Ｚに垂直な平面に対して平行）になっている。これにより、羽根５１は、図８や図８に示されているような断面において、台形形状を有している。

このように羽根５１が形成されていることにより、圧力面５３のテーパ角が０度である場合（すなわちテーパ角がない場合）と比べて、高静圧を確保しつつ、騒音値を低減できる。なお、羽根５１には、このようなテーパ角が設けられていなくてもよい。

［羽根５１の階段部についての説明］

本実施の形態において、各羽根５１において、圧力面５３と負圧面５４とのそれぞれには、階段部５７，５８（不連続部の一例）が形成されている。

図９は、羽根車３０の底面側を示す斜視図である。図１０は、羽根車３０の上面側を示す斜視図である。

図９に示されるように、各羽根５１の圧力面５３のうち、羽根５１の前縁部５１ａ側には、第１階段部５７が設けられている。また、図１０に示されるように、負圧面５４のうち、前縁部５１ａ側には、第２階段部５８が設けられている。本実施の形態において、圧力面５３、負圧面５４のそれぞれは、第１階段部５７、第２階段部５８において１段の段差形状を有している。すなわち、圧力面５３、負圧面５４のそれぞれは、第１階段部５７、第２階段部５８において部分的になめらかさが失われた（以下、不連続であるということがある。）形状を有している。

図１１は、図４のＧ−Ｇ線における断面図である。

図１１に示されている断面は、羽根車３０の回転軸に垂直な、各羽根５１の前縁部５１ａすなわち各羽根５１の下側シュラウド４１との接続部を通る平面におけるものである。図１１に示されるように、各羽根５１の第１階段部５７は、羽根車３０の回転軸からの距離が互いに等しくなるような位置に形成されている。同様に、各羽根５１の第２階段部５８も、羽根車３０の回転軸からの距離が互いに等しくなるような位置に形成されている。

第１階段部５７や第２階段部５８は、各羽根５１において、前縁部５１ａ側に近い所定の範囲内に納まる位置に形成されている。より具体的には、第１階段部５７や第２階段部５８は、次のような位置に形成されている。すなわち、羽根５１の前縁部５１ａを通り羽根車３０の回転軸を通る、羽根５１の内周円Ｃ１１の直径を翼内径ｄとする。また、後縁部５１ｂを通り羽根車３０の回転軸を通る、羽根５１の外周円Ｃ１２の直径を翼外径Ｄとする。なお、図１１で示される前縁部５１ａを通る断面において、内周円Ｃ１１と外周円Ｃ１２とは、図７において示される円Ｃ４、円Ｃ１にそれぞれ略一致する。

本実施の形態において、第１階段部５７及び第２階段部５８のそれぞれについて、それを通り羽根車３０の回転軸を中心とする円の直径（段差位置）ｒは、次式で示される範囲内にある。

ｄ＜ｒ＜ｄ＋（Ｄ−ｄ）＊０．４

すなわち、第１階段部５７及び第２階段部５８のそれぞれは、前縁部５１ａから所定の距離だけ径方向に離れた位置よりも内側となる範囲（円Ｃ１３より内側の範囲）に位置している。ここで、所定の距離とは、前縁部５１ａから後縁部５１ｂまでの羽根車３０の径方向の距離の、４０パーセントとなる距離である。

図１２は、図１１の一部の拡大図である。

図１２に示されるように、第１階段部５７及び第２階段部５８は、その部分で、羽根５１の翼型において翼厚が急激に変化し、それぞれ圧力面５３や負圧面５４において段差ができるように形成されている。本実施の形態では、第１階段部５７及び第２階段部５８のそれぞれを境に、前縁部５１ａ側よりも後縁部５１ｂ側の方が翼厚が急激に大きくなるように、段差が形成されている。

第１階段部５７及び第２階段部５８のそれぞれは、例えば、羽根車３０の回転軸方向に沿って段差ができるように形成されている。換言すると、第１階段部５７及び第２階段部５８のそれぞれは、羽根車３０の回転軸と略平行な段差である。これにより、羽根車３０を比較的容易に成型することができる。すなわち、羽根車３０を成型するための金型として、比較的簡素な構造のものを用いることができる。

本実施の形態においては、このように階段部５７，５８が設けられていることにより、羽根車３０の回転時に、騒音の発生や効率の低下の原因となる、各羽根５１における渦の発生が軽減される。すなわち、第１階段部５７や第２階段部５８が設けられていることにより、遠心式ファン１の動作時に騒音が低下し、効率が上昇する。

図１３は、羽根車３０の回転時における圧力面５３側の渦の発生領域を示す図である。図１４は、羽根車３０の回転時における負圧面５４側の渦の発生領域を示す図である。図１５は、階段部５７，５８が設けられていない羽根車における圧力面５３側の渦の発生領域を示す図である。図１６は、階段部５７，５８が設けられていない羽根車における負圧面５４側の渦の発生領域を示す図である。

図１３から図１６においては、羽根車３０で空気を送風する場合に羽根車３０の周りで発生する空気の渦について、互いに同条件でシミュレーションを行った結果が示されている。各図において、灰色で示される部分は、発生した渦を示している。図１３及び図１４については、本実施の形態に係る、階段部５７，５８が形成された羽根５１が示されている。他方、図１５及び図１６については、比較例として、階段部５７，５８が形成されていない羽根６５１が示されている。

図１３と図１５とを比較してわかるように、本実施の形態においては、圧力面５３に第１階段部５７が形成されていることにより、特に第１階段部５７の下流側（後縁部５１ｂに近い側）において渦の発生が少なく、空気の流れの剥離が発生しにくくなっていることがわかる。同様に、図１４と図１６とを比較してわかるように、負圧面５４に第２階段部５８が形成されていることにより、特に第２階段部５８の下流側において渦の発生が少なくなっていることがわかる。

なお、図１５を参照して、圧力面５３において、第１階段部５７が形成されていない場合、前縁部５１ａから、底面視で羽根車３０の径方向に４０パーセントを超えて離れた位置において、渦の発生がみられる（図１４において符号Ｖで示される領域。）。すなわち、圧力面５３において、底面視で円弧Ｃ１３から円弧Ｃ１２までの間の領域において、渦が発生しやすい。したがって、この領域よりも手前の領域、すなわち前縁部５１ａから後縁部５１ｂまでの羽根車３０の径方向の距離の４０パーセントとなる位置（円弧Ｃ１３で示される位置）よりも前縁部５１ａ側の範囲に、第１階段部５７を設けることで、効果的に渦の発生を低減させることができる。負圧面５４においても、同様の領域において渦が発生しやすいので、前縁部５１ａから後縁部５１ｂまでの羽根車３０の径方向の距離の４０パーセントとなる位置よりも前縁部５１ａ側の範囲に、第２階段部５８を設けることで、効果的に渦の発生を低減させることができる。

図１７は、遠心式ファン１の騒音レベルを示すグラフである。

図１７においては、遠心式ファン１を駆動させたときに発生するノイズの測定結果が、階段部５７，５８が設けられていない遠心式ファン（比較例）を駆動させたときの同測定結果と比較して示されているものである。グラフからわかるように、本実施の形態に係る遠心式ファン１では、周波数が高い一部の領域を除き、通常使用される広い周波数領域で、比較例よりも騒音レベルが低下していることがわかる。特に、騒音レベルが比較的大きい低回転域における騒音レベルの低下が顕著である。騒音特性図のオーバーオール値として比較すると、遠心ファン１では、比較例に対して１．２ｄＢＡの騒音値の低減効果が得られる。

図１８は、遠心式ファン１のＰ−Ｑ線図である。

図１８においては、遠心式ファン１と、階段部５７，５８が設けられていない遠心式ファン（比較例）とのそれぞれの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式ファン１は、最大流量時から最大静圧時まで、略全域にわたり、比較例と比較して、良好な特性を有している。すなわち、遠心式ファン１は、高い効率を有するといえる。

以上説明したように、本実施の形態においては、遠心式ファン１の各羽根５１には階段部５７，５８が形成されている。これにより、遠心式ファン１を高効率化することができ、静音化を進めることができる。したがって、遠心式ファン１を用いた製品を、低騒音化することができる。このような遠心式ファン１は、特に吸い込み冷却を要する製品（例えば、家電、パーソナルコンピュータ、ＯＡ機器、車載機器等）に広く適応可能である。

階段部５７，５８は、上述のように、効果的に羽根５１周りに発生する渦を抑制できる位置に配置されている。したがって、効果的に、遠心式ファン１の効率を向上させることができる。

遠心式ファン１は、羽根５１の圧力面５３にテーパ角が設けられ、圧力面５３がテーパ状になるように構成されている。圧力面５３をテーパ状にすることにより、羽根車３０を用いた遠心式ファン１において、最大静圧を高くし、騒音の発生を抑えることができる。したがって、遠心式ファン１を、薄型であって、効率が高く、かつ、騒音の発生が抑えられたものとすることができる。

各羽根５１は、圧力面５３が底面視で３以上の円弧の組合せ、又は高次間数曲線となるように構成されている。したがって、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。

［変型例の説明］

なお、羽根５１には、上述の第１階段部５７及び第２階段部５８のような階段形状の段差に代えて、例えば複数の段差からなる溝など、他種の段差形状を有する不連続部が設けられていればよい。また、不連続部は、複数の階段、溝で構成されていてもよい。このような不連続部は、羽根５１の圧力面５３及び負圧面５４の両方又はいずれか一方のうち、羽根５１の前縁部５１ａ側に形成されていればよい。すなわち、不連続部が設けられている面において、流体の流れの剥離が発生しにくくなるため、上述と同様の効果を得ることができる。

不連続部は、羽根車３０の回転軸に平行な方向に沿って、圧力面５３や負圧面５４が起伏するように設けられていればよい。これにより、羽根車３０を形成する側の金型を簡素な構造とすることができ、羽根車３０を容易に製造できる。例えば、金型を、可動側と固定側との２分割構造で構成することができる。

図１９は、本実施の形態の第１の変型例に係る遠心式ファン１の羽根車を示す斜視図である。図２０は、第１の変型例に係る遠心式ファン１の羽根車の羽根形状を説明する図である。

図１９に示されるように、羽根車１３０の基本的な構造は、上述の羽根車３０のそれと同様である。羽根車１３０においては、階段部５７，５８が形成された羽根５１に代えて、溝部（不連続部の一例）１５７，１５８（第１溝部１５７、第２溝部１５８）が形成された羽根１５１が設けられている。

図２０は、羽根車１３０において、図１１と同じ平面における断面を示すものである。図２０に示されるように、溝部１５７，１５８は、それぞれ、圧力面５３、負圧面５４に、３つの溝を有している。各溝は、本実施の形態において、羽根１５１の前縁部５１ａ付近から後縁部５１ｂ側に向けて略等間隔に並ぶように設けられている。溝部１５７，１５８が形成されていることにより、圧力面５３や負圧面５４は、不連続となっている。

このように溝部１５７，１５８が設けられていることにより、上述と同様の効果を得ることができる。すなわち、溝部１５７，１５８に影響されることにより、羽根１５１の周りでは、流体の流れの剥離が生じにくくなる。したがって、このような羽根車１３０を有する遠心式ファン１においても、高効率化、低騒音化を実現できる。

図２１は、本実施の形態の第２の変型例に係る遠心式ファン１の羽根車を示す斜視図である。図２２は、第２の変型例に係る遠心式ファン１の羽根車の羽根形状を説明する図である。

図２１に示されるように、羽根車２３０の基本的な構造も、上述の羽根車３０のそれと同様である。羽根車２３０においては、階段部５７，５８が形成された羽根５１に代えて、階段部（不連続部の一例）２５７，２５８（第１階段部２５７、第２階段部２５８）が形成された羽根２５１が設けられている。

図２２は、羽根車１３０において、図１１と同じ平面における断面を示すものである。図２２に示されるように、階段部２５７，２５８は、それぞれ、圧力面５３、負圧面５４に、２つの段差を有している。各段差は、本実施の形態において、羽根２５１の前縁部５１ａ付近から後縁部５１ｂ側に向けて、段階的に羽根２５１の翼厚が増加するように設けられている。このような階段状の階段部２５７，２５８が形成されていることにより、圧力面５３や負圧面５４は、不連続となっている。

このように階段部２５７，２５８が設けられていることにより、上述と同様の効果を得ることができる。すなわち、階段部２５７，２５８に影響されることにより、羽根２５１の周りでは、流体の流れの剥離が生じにくくなる。したがって、このような羽根車２３０を有する遠心式ファン１においても、高効率化、低騒音化を実現できる。

なお、上述のように、各羽根５１，１５１，２５１において、テーパ状の圧力面５３が形成されているところ、第１階段部５７，２５７や第１溝部１５７は、圧力面５３の表面に沿うようにして段差や溝が形成されているものであってもよい。他方、第１階段部５７，２５７や第１溝部１５７は、その圧力面５３の表面からの段差の高さや溝の深さが、回転軸方向に沿って変化するように形成されていてもよい。いずれの場合でも、遠心式ファン１の高効率化及び低騒音化を実現することができ、かつ、羽根車３０，１３０，２３０を容易に成形することができる。

［その他］

なお、階段部や溝部などの不連続部は、圧力面側と負圧面側の両側に設けられているものに限られない。例えば、圧力面側のみに不連続部が設けられていたり、負圧面側のみに不連続部が設けられていたりしてもよい。

不連続部に設けられている段差や溝部の数は、前縁部から後縁部にかけて数えて、１以上であればよい。また、圧力面又は負圧面に、不連続部として、１以上の段差と１以上の溝部とが並んで設けられていてもよい。

羽根は、テーパ状の圧力面を有するものに限られない。羽根の内側から外側までの領域のうち、一部分のみにおいて、圧力面がテーパ状になっていてもよい。また、羽根の下端部（隔壁部側の部位）においては圧力面が負圧面と略同様に水平面に略垂直な面となり、圧力面のうち上側シュラウドに近い部位のみがテーパ状となるように構成されていてもよい。また、複数の羽根のうち、いくつかの数の羽根においてのみ、圧力面がテーパ状となるように構成されていてもよい。

羽根の圧力面は、上述の図８のような断面において直線的に示されるようなテーパ状のものに限られない。例えば、圧力面が、上述のような断面において、若干湾曲しながら、隔壁部に近づくにつれて負圧面に近づくように形成されていてもよい。

底面視における羽根の圧力面の大まかな形状は、上述のような３つの円弧をつなげた形状でなくてもよいし、３点を通る高次関数を組み合わせたものではなくてもよい。適宜、所望の要件を満足するような形状となるように羽根が形成されていればよい。

負圧面は、上述のように水平面に対して略水平になっていなくてもよい。例えば、負圧面も、圧力面と同様に、若干傾いていてもよい。

ケーシングの形状は、平面視で略正四角形に限定されるものではない。ケーシングは、多角形、円形、非対称形状を含め、任意のどのような形状であってもよい。上ケーシングと下ケーシングとの締結箇所は、平面視で上ケーシングの四隅の内側に限られない。例えば、上ケーシングの平面視で略正方形をなす外周縁から外方に突出するように、上ケーシングに連接して設けられた箇所に、上ケーシングと下ケーシングとを結合するためのねじや支柱等が設けられていてもよい。

なお、上ケーシングと下ケーシングとを締結する箇所において、上ケーシングと下ケーシングとの間に支柱を設ける場合には、支柱の形状は、例えば次のようにすればよい。すなわち、支柱は、上ケーシングと下ケーシングとを結合するためのねじを貫通させることができる程度の大きさを有する略円筒形状とすればよい。このような形状の支柱を用いることにより、羽根車から吹き出された空気が、ほとんど抵抗を受けることなく、ケーシングの側面から外方に吹き出されるので、遠心式ファンの低騒音化を図ることができる。

下ケーシングは、例えば樹脂材料など、金属板以外を用いて構成されていてもよい。上ケーシングと下ケーシングとは一体に形成されていてもよい。

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。

１ 遠心式ファン
１１ 上ケーシング
１９ 吹き出し口
２１ 下ケーシング
２３ 凹部
２５ 孔部
２９ 隔壁部
３０，１３０，２３０ 羽根車
３１ 上側シュラウド
３３ 吸い込み口
３５ 上端部
４１ 下側シュラウド
４３ 円筒部
５１，１５１，２５１ 羽根
５１ａ 前縁部
５１ｂ 後縁部
５３ 圧力面
５４ 負圧面
５７，２５７ 第１階段部（不連続部の一例）
５８，２５８ 第２階段部（不連続部の一例）
６０ モータ
６１ シャフト（羽根車の回転軸の一例）
６３ ロータ
１５７ 第１溝部（不連続部の一例）
１５８ 第２溝部（不連続部の一例）

Claims (8)

1. 羽根車と、
   金属板を用いて構成されており、前記羽根車の下方に位置する下ケーシングと、
   前記下ケーシングに装着されており、前記羽根車を回転させるモータと、
   前記モータの駆動回路が配置されている回路基板とを備え、
   前記下ケーシングの中央部には、下方に窪む凹部が形成されており、
   前記凹部には、前記回路基板と前記モータのステータの一部とが収納されており、
   前記羽根車は、上側シュラウド、下側シュラウド、及び前記上側シュラウドと下側シュラウドとの間に円周上に配列された複数の羽根を有し、
   前記羽根のうち、前縁部側の表面には、段差形状を有する不連続部が設けられており、
   前記羽根車の回転に伴って、前記上側シュラウド上部の吸い込み口から導入した流体を前記羽根車の側方に排出させ、
   前記羽根は、前記上側シュラウドから前記羽根車の回転軸に平行な方向に離れるに従って薄くなる形状を有する、遠心式ファン。
2. 前記羽根は、圧力面側が、前記上側シュラウドから前記羽根車の回転軸に平行な方向に離れるに従ってその羽根の負圧面に近づくようなテーパ状に形成されている、請求項１に記載の遠心式ファン。
3. 羽根車と、
   金属板を用いて構成されており、前記羽根車の下方に位置する下ケーシングと、
   前記下ケーシングに装着されており、前記羽根車を回転させるモータと、
   前記モータの駆動回路が配置されている回路基板とを備え、
   前記下ケーシングの中央部には、下方に窪む凹部が形成されており、
   前記凹部には、前記回路基板と前記モータのステータの一部とが収納されており、
   前記羽根車は、上側シュラウド、下側シュラウド、及び前記上側シュラウドと下側シュラウドとの間に円周上に配列された複数の羽根を有し、
   前記羽根のうち、前縁部側の表面には、段差形状を有する不連続部が設けられており、
   前記羽根車の回転に伴って、前記上側シュラウド上部の吸い込み口から導入した流体を前記羽根車の側方に排出させ、
   前記羽根は、圧力面側が、前記上側シュラウドから前記羽根車の回転軸に平行な方向に離れるに従ってその羽根の負圧面に近づくようなテーパ状に形成されている、遠心式ファン。
4. 前記不連続部は、前記羽根の圧力面及び負圧面の両方に設けられており、
   前記圧力面の不連続部及び前記負圧面の不連続部は、それぞれを境に、前縁部側よりも後縁部側の方が前記羽根の翼厚が急激に大きくなるように形成された階段形状を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心式ファン。
5. 前記羽根は、前記羽根車の回転方向に対して後ろ向きに傾斜湾曲した形状を有し、
   前記不連続部は、前記羽根の圧力面及び負圧面の両方に設けられており、
   前記羽根の前縁部から前記圧力面の不連続部までの距離は、前記羽根の前縁部から前記負圧面の不連続部までの距離よりも短い、請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心式ファン。
6. 羽根車と、
   金属板を用いて構成されており、前記羽根車の下方に位置する下ケーシングと、
   前記下ケーシングに装着されており、前記羽根車を回転させるモータと、
   前記モータの駆動回路が配置されている回路基板とを備え、
   前記下ケーシングの中央部には、下方に窪む凹部が形成されており、
   前記凹部には、前記回路基板と前記モータのステータの一部とが収納されており、
   前記羽根車は、上側シュラウド、下側シュラウド、及び前記上側シュラウドと下側シュラウドとの間に円周上に配列された複数の羽根を有し、
   前記羽根のうち、前縁部側の表面には、段差形状を有する不連続部が設けられており、
   前記羽根車の回転に伴って、前記上側シュラウド上部の吸い込み口から導入した流体を前記羽根車の側方に排出させ、
   前記羽根は、前記羽根車の回転方向に対して後ろ向きに傾斜湾曲した形状を有し、
   前記不連続部は、前記羽根の圧力面及び負圧面の両方に設けられており、
   前記羽根の前縁部から前記圧力面の不連続部までの距離は、前記羽根の前縁部から前記負圧面の不連続部までの距離よりも短い、遠心式ファン。
7. 前記圧力面の不連続部及び前記負圧面の不連続部は、それぞれを境に、前縁部側よりも後縁部側の方が前記羽根の翼厚が急激に大きくなるように形成された階段形状を有する、請求項５又は６に記載の遠心ファン。
8. 羽根車と、
   金属板を用いて構成されており、前記羽根車の下方に位置する下ケーシングと、
   前記下ケーシングに装着されており、前記羽根車を回転させるモータと、
   前記モータの駆動回路が配置されている回路基板とを備え、
   前記下ケーシングの中央部には、下方に窪む凹部が形成されており、
   前記凹部には、前記回路基板と前記モータのステータの一部とが収納されており、
   前記羽根車は、上側シュラウド、下側シュラウド、及び前記上側シュラウドと下側シュラウドとの間に円周上に配列された複数の羽根を有し、
   前記羽根のうち、前縁部側の表面には、段差形状を有する不連続部が設けられており、
   前記羽根車の回転に伴って、前記上側シュラウド上部の吸い込み口から導入した流体を前記羽根車の側方に排出させ、
   前記不連続部は、前記羽根の圧力面及び負圧面の両方に設けられており、
   前記圧力面の不連続部及び前記負圧面の不連続部は、それぞれを境に、前縁部側よりも後縁部側の方が前記羽根の翼厚が急激に大きくなるように形成された階段形状を有する、遠心式ファン。