JP6811873B2 - プロペラファンおよび軸流送風機 - Google Patents

Description

本発明は、換気扇、空気調和機等に用いるプロペラファンおよび軸流送風機に関する。

軸流送風機のプロペラファンの回転翼においては、低騒音化のために、回転方向への前進化と気流上流側への傾斜化とが図られてきた。近年ではさらなる低騒音化のため、回転翼の外周部側を気流の上流側に屈曲させ、翼端渦による干渉を低減することが提案されている。

特許文献１には、回転翼の内周部側では、一定の第１前傾角をもって回転翼を上流側へ傾斜させ、外周部側では、前記第１前傾角よりも大きい第２前傾角をもって回転翼を上流側に傾斜させることが示されている。

特許文献２には、回転翼の食違い角を内周縁から外周縁にわたって直線的に増加させることが示されている。また、特許文献２には、内周部側の食違い角を極小値を持つ分布とし、外周部側の食違い角を極大値を持つ分布とすることが示されている。

特許文献３では、回転翼の内周部側の前進角の分布を２次関数とし、外周部側の前進角分布を線形分布とすることが示されている。

特許第４６８０８４０号公報 特許第６００５２５６号公報 再表２０１５／１２５３０６号

特許文献１〜３に記載の形状パラメータの設定を行うことで、低騒音化およびファン効率の向上を図ることができる。しかし、更なる性能改善をなし得る形状パラメータの変更が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、更なる低騒音化とファン効率の向上を達成できるプロペラファンおよび軸流送風機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のプロペラファンは、回転駆動されるボス部と、前記ボス部に放射状に取付けられ回転軸方向に気流を発生する複数の回転翼とを備える。前記回転翼の内周部側の半径方向の断面は、前記気流の方向に対して凸形状を有し、前記回転翼の外周部側の半径方向の断面は、前記気流の方向に対して凹形状を有する。前記回転翼の半径方向の断面は、前縁側領域では、前記気流の上流側に傾斜し、前縁に行くにしたがって傾斜角が大きくなり、後縁側領域では、前記気流の下流側に傾斜し、後縁に行くにしたがって傾斜角が大きくなる。前記回転翼の前進角は、内周縁から第２境界位置までの領域では、直線的に増加する第１の前進角分布を有し、前記第２境界位置から外周縁までの領域では、前記外周縁に行くにしたがって増加する、前記回転翼の半径を変数とするｍ次関数を含む第２の前進角分布を有する。前記ｍは１から２までの値であって、１を含まない。

本発明によれば、回転翼を、内周縁から外周縁に亘って気流に適合する形状とすることができ、翼端渦に起因する騒音を低減させ、ファン効率を向上できる。

軸流送風機の一例を示す斜視図 プロペラファンの一例を示す斜視図 翼端渦の発生を示す模式図 本実施の形態の回転翼の半径方向に切断した断面図 本実施の形態の回転翼の複数の切断位置における断面形状と、翼端渦と半径方向の流れを模式的に示した図 複数の切断位置を示す図 回転翼とハーフベルマウスとの位置関係を示す図 回転翼とフルベルマウスとの位置関係を示す図 ハーフベルマウスが用いられたときの回転翼に対する気流の状態を示す図 フルベルマウスが用いられたときの回転翼に対する気流の状態を示す図 食違い角の定義を説明するための図 本実施の形態の回転翼の食違い角の分布の一例を示す図 比較例１および比較例２の回転翼の食違い角の分布を示す図 第１領域における比較例１の食違い角と比較例２の食違い角とを比較して示す展開断面図 第２領域における比較例１の食違い角と比較例２の食違い角とを比較して示す展開断面図 比較例１の回転翼を示す模式図 比較例２の回転翼を示す模式図 前進角の定義を説明するための図 本実施の形態の回転翼の前進角の分布の一例を示す図 前進角の増加率が小さい場合の比較例３の翼形状を示す平面図 前進角の増加率が大きい場合の比較例３の翼形状を示す平面図 本実施の形態の回転翼を示す平面図 前傾角の定義を説明するための図 本実施の形態の回転翼の翼弦中心線を示す図 本実施の形態の回転翼の前傾角の分布の一例を示す図 ハーフベルマウス使用時における実施例１、実施例２および比較例５の回転翼のファン効率特性、比騒音特性および静圧特性を示す図 フルベルマウス使用時における実施例１、実施例２および比較例５の回転翼のファン効率特性、比騒音特性および静圧特性を示す図 ハーフベルマウス使用時における実施例１、実施例３および比較例５の回転翼のファン効率特性、比騒音特性および静圧特性を示す図 フルベルマウス使用時における実施例１、実施例３および比較例５の回転翼のファン効率特性、比騒音特性および静圧特性を示す図 ハーフベルマウス使用時における実施例１および比較例５の、前傾角分布関数の次数と比騒音との関係を示す図 ハーフベルマウス使用時における実施例１および比較例５の、前傾角分布関数の次数とファン効率との関係を示す図 ハーフベルマウス使用時における実施例１および比較例５の、前傾角分布関数の次数と最小比騒音との関係を示す図 ハーフベルマウス使用時における実施例１および比較例５の、前傾角分布関数の次数と最高ファン効率との関係を示す図 フルベルマウス使用時における実施例１および比較例５の、前傾角分布関数の次数と比騒音との関係を示す図 フルベルマウス使用時における実施例１および比較例５の、前傾角分布関数の次数とファン効率との関係を示す図 フルベルマウス使用時における実施例１および比較例５の、前傾角分布関数の次数と最小比騒音との関係を示す図 フルベルマウス使用時における実施例１および比較例５の、前傾角分布関数の次数と最高ファン効率との関係を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるプロペラファンおよび軸流送風機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、実施の形態にかかる軸流送風機１００の一例を示す斜視図である。図２は実施の形態にかかるプロペラファン１０の一例を示す斜視図である。軸流送風機１００は、プロペラファン１０と、本体２０と、ベルマウス３０と、モータ（図示せず）と、モータ固定部材（図示せず）とを備える。ベルマウス３０の内側に、プロペラファン１０とモータが配置される。プロペラファン１０は、円柱状のボス部２と、同一の三次元立体形状を有する複数の回転翼１とを有する。

ボス部２は、モータにより回転駆動され、回転軸Ｏを中心に矢印Ｗ方向に回転する。各回転翼１は、ボス部２の外周に放射状に取り付けられている。回転翼１は、回転方向Ｗの前方の端部である前縁１ａと、回転方向Ｗの後方の端部である後縁１ｂと、内周部側（ボス部２側）の端部である内周縁１ｃと、外周部側の端部である外周縁１ｄとを有する。プロペラファン１０が回転することによって、回転翼１が矢印Ａ方向に気流を発生させる。図１では５枚の回転翼１が示され、図２では３枚の回転翼１が示されている。回転翼１の枚数として、他の枚数を採用してもよい。

図３は、プロペラファン１０の１つの回転翼１を示している。プロペラファン１０の回転によって矢印Ａ方向の気流が発生すると、回転翼１の翼圧力面と翼負圧面の間に圧力差が生じる。これにより、回転翼１の外周部において、図３に示すように、圧力が高い翼圧力面から圧力の低い翼負圧面へ漏れ渦が発生する。これを翼端渦５と呼ぶ。図４に示すように、気流の方向Ａに対して、上流側の翼面が圧力の低い負圧面１ｆとなり、下流側の面が圧力の高い圧力面１ｇとなる。なお、これ以降、回転軸ＯをＺ軸とし、Ｚ軸に垂直な２つの軸をＸ軸およびＹ軸として、説明を行う。

図４は、実施の形態に係る回転翼１の半径方向の形状を示す断面図である。回転翼１は、ボス部２側の半径方向断面では気流の方向Ａに対して凸形状を有し、かつ外周部側の半径方向断面では、気流の方向Ａに対して凹形状を有する。すなわち、回転翼１は、内周部側に凸形状の頂点部ｍ1を有し、外周部側に凹形状の頂点部ｍ2を有する。したがって、回転翼１の断面は、内周部側が気流に対して凸形状で、外周部側が気流に対して凹形状を有するＳ字形状である。

また、回転翼１の半径方向の断面形状は、前縁１ａから後縁１ｂに亘って変化している。すなわち、前縁側領域では、回転翼１は気流の方向Ａの上流側に傾斜し、前縁１ａに行くにしたがって傾斜角θは大きくなる。後縁側領域では、回転翼１は気流の方向Ａの下流側に傾斜し、後縁１ｂに行くにしたがって傾斜角θは大きくなる。図５は、実施の形態に係る回転翼１の半径方向断面の翼形状と、翼端渦と半径方向の流れを模式的に示した図である。図５（ａ）は図６中のＯ−Ｄ１に沿った各断面形状を示し、図５（ｂ）は図６中のＯ−Ｄ２に沿った各断面形状を示し、図５（ｃ）は図６中のＯ−Ｄ３に沿った各断面形状を示し、図５（ｄ）は図６中のＯ−Ｄ４に沿った各断面形状を示している。なお、図６において、Ｏ−Ｄ１は、回転軸Ｏと前縁１ａの後端Ｆｒとを結ぶ線を外周縁１ｄまで延長した線である。Ｏ−Ｄ４は、回転軸Ｏと後縁１ｂの前端Ｒｆとを結ぶ線である。

Ｏ−Ｄ１断面及びＯ−Ｄ２断面に示すように、翼中央Ｃよりも前縁１ａ側の領域である回転翼１の前縁側領域は、気流Ａの上流側に傾斜されており、また、Ｏ−Ｄ１断面での傾斜角θ（Ｏ−Ｄ１）は、Ｏ−Ｄ２断面での傾斜角θ（Ｏ−Ｄ２）よりも大きくなっている。すなわち、前縁側領域では、前縁１ａに行くにしたがって傾斜角θは大きくなる。翼中央Ｃは、Ｏ−Ｄ１とＯ−Ｄ４とが成す角の二等分線に対応する。なお、図５では、傾斜角θは、内周縁１ｃと外周部側の頂点部ｍ2とを結ぶ線分と、ＸＹ平面とが成す角度としている。回転翼１の前縁側領域は、翼端渦５および翼外周部への横吸込み流れ９に適合できるような形状となっている。

Ｏ−Ｄ３断面及びＯ−Ｄ４断面に示すように、翼中央Ｃよりも後縁１ｂ側の領域である回転翼１の後縁側領域は、気流Ａの下流側に傾斜されており、また、Ｏ−Ｄ４断面での傾斜角θ（Ｏ−Ｄ４）は、Ｏ−Ｄ３断面での傾斜角θ（Ｏ−Ｄ３）よりも大きくなっている。すなわち、後縁側領域では、後縁１ｂに行くにしたがって傾斜角θは大きくなる。このように、回転翼１の後縁側領域は、翼端渦５を制御しつつ、昇圧された内周部側の流れの遠心方向成分１４を漏らさないような形状となっており、効率低下が防止される。

また、実施の形態に係る回転翼１においては、外周部側の頂点部ｍ2から外周縁１ｄまでの領域である外側凹部の曲率半径値Ｒ２は、前縁１ａから後縁１ｂに向かうにしたがって漸減する分布を有する。すなわち、Ｒ２（Ｏ−Ｄ１）＞Ｒ２（Ｏ−Ｄ２）＞Ｒ２（Ｏ−Ｄ３）＞Ｒ２（Ｏ−Ｄ４）である。また、曲率半径値Ｒ２は、漸減する割合が後縁１ｂに近づくほど小さくなっている。

このように、図４および図５に示した実施の形態に係る回転翼１においては、外周部にて発生した翼端渦５が翼表面から滑らかに離脱でき、かつ翼端渦５が集中せず拡散するような形状となっており、翼端渦５に起因する乱れを弱くすることで、騒音の発生を小さくすることが可能となっている。

プロペラファン１０は、プロペラファンを囲んで気流の昇圧及び整流を行うベルマウス３０の内部に配置される。図７は、回転翼１とハーフベルマウス３０ａとを用いた軸流送風機の断面模式図である。ハーフベルマウス３０ａは、前縁１ａを含む領域が開放されるように回転翼１を囲む。図８は、回転翼１とフルベルマウス３０ｂとを用いた軸流送風機の断面模式図である。フルベルマウス３０ｂは、回転翼１の全体を側方から覆うように回転翼１を囲む。ハーフベルマウス３０ａ及びフルベルマウス３０ｂのいずれも、吸い込み側曲面Ｒｉｎと、円筒形状を有するストレート部ＳＴと、吐出側曲面Ｒｏｕｔとを有する。

図９は、回転翼１とハーフベルマウス３０ａとを用いた軸流送風機の気流の分布を示す図である。ハーフベルマウス３０ａを有する軸流送風機は、回転翼１の前縁１ａ側が大きく開放しているため、横吸込み流れ９と前縁１ａから後縁１ｂへ向かう翼内部の流れ１１とが回転翼１に流れ込む。このため、翼端渦５は、回転翼１の前縁１ａ側から大きく発達する。また、翼内部の流れ１１は、前縁１ａから後縁１ｂに向かうにしたがってその状況が変化するので、軸方向の位置に応じて翼端渦５の状況は大きく異なる。

図１０は、回転翼１とフルベルマウス３０ｂとを用いた軸流送風機の気流の分布を示す図である。フルベルマウス３０ｂを有する軸流送風機は、前縁１ａ側の開放がほとんどないため、横吸込み流れ９もほとんどない。したがって、回転翼１への流れは概ね翼内部の流れ１１のみとなる。このため、前縁１ａから翼端渦５の生成が始まらず、ある程度昇圧が始まったポイントから翼端渦５が発生し始める。

このように、同じ回転翼１を使用した場合であっても、翼端渦５の位置は、ベルマウスの形状によって変化する。

また、同一製品内でハーフベルマウス３０ａとフルベルマウス３０ｂとの２種類のベルマウスが設定されている場合もあり、それぞれに合った回転翼を専用に設計すると、回転翼にかかるコストが２倍になる。このように、ベルマウス形式が異なっても同一の回転翼を使用する場合もあり、ベルマウス形式が異なっても低騒音かつ高効率の送風が達成できる回転翼が求められる。

そこで、本実施の形態においては、回転翼１を構成する形状パラメータのうち食違い角、前進角、および前傾角に関し、回転翼１の内周縁１ｃから外周縁１ｄまでを内側の第１領域と外側の第２領域に分けて定義し、低騒音化およびファン効率の向上を実現できる第１領域の形状および第２領域の形状を提案する。

まず、本実施の形態の食違い角ξに関し説明する。図１１は、図６に示す任意の半径の円弧６−６´で回転翼１を切断し、円弧６−６´の円筒面を平面に展開した展開断面図である。食違い角ξは、翼弦線４１と線分４２とが成す角である。翼弦線４１は、回転翼１の切断面４０の前縁１ａと前記切断面４０の後縁１ｂとを結ぶ直線である。線分４２は、前記回転軸Ｏに平行であって、前縁１ａと交わる直線である。

図１２は、本実施の形態の食違い角ξの分布の一例を示す図である。図１２において、横軸が回転翼１の半径Ｒに対応し、縦軸が食違い角ξを示している。図１２において、実線Ｌsが本実施の形態の食違い角ξの分布を示しており、破線Ｌv1が比較例１の食違い角ξの分布を示している。線分Ｌsの左端がボス部２に接続された内周縁１ｃの半径位置Ｒｃにおける食違い角ξｃであり、線分Ｌｓの右端が外周縁１ｄの半径位置Ｒｄにおける食違い角ξｄを表している。本実施の形態の食違い角ξは、半径位置Ｒｃから境界位置Ｒｅ１までの第１領域ＡＲ１では第１の食違い角分布Ｌs1を持ち、境界位置Ｒｅ１から半径位置Ｒｄまでの第２領域ＡＲ２では第１の食違い角分布Ｌs1と異なる第２の食違い角分布Ｌs2を持つ。

第１の食違い角分布Ｌs1は、境界位置Ｒｅ１に近い位置Ｒminで極小値ξminを持つ。位置Ｒminは、第１領域ＡＲ１の中点と境界位置Ｒｅ１との間である。第１の食違い角分布Ｌs1は、半径位置Ｒｃから半径位置Ｒminに向かって食違い角ξが徐々に減少し、半径位置Ｒminから境界位置Ｒｅ１に向かって食違い角ξが徐々に増加するような分布を持つ。第２の食違い角分布Ｌs2は、第１の食違い角分布Ｌs1に滑らかに連続するように食違い角ξが徐々に大きくなるような分布を有している。第２の食違い角分布Ｌs2は、半径Ｒを変数とする１〜２次関数によって定義される分布を有する。但し、第２の食違い角分布Ｌs2は、１次関数を含まない。第２の食違い角分布Ｌs2は、下に凸である関数として定義される。図１２に示した第２の食違い角分布Ｌs2は、１．２次関数である。また、第１の食違い角分布Ｌs1の減少率に比べ、第２の食違い角分布Ｌs2の増加率のほうが大きく設定されている。

図１３は、比較例１の食違い角ξの分布Ｌv1と、比較例２の食違い角ξの分布Ｌv2を示す図である。比較例１および比較例２は、特許文献２に示されている。分布Ｌv1においては、食違い角ξが一定の増加率で直線的に（一次関数的に）増加している。分布Ｌv2においては、本実施の形態の食違い角ξと同様、内周縁１ｃの半径位置Ｒｃから境界位置Ｒｅ´までの第１領域ＡＲ１´の分布と、境界位置Ｒｅ´から外周縁１ｄの半径位置Ｒｄまでの第２領域ＡＲ２´の分布を有する。第１領域ＡＲ１´においては、食違い角ξは、半径位置Ｒｃから半径位置Ｒｅ´まで曲線的に徐々に減少し、半径位置Ｒｅ´で極小値を有している。半径位置Ｒｃにおける食い違い角ξは、回転翼１全体の食違い角ξの最大値となっている。第２領域ＡＲ２´においては、食違い角ξは、境界位置Ｒｅ´から徐々に増加して極大値に至り、極大値の半径位置から半径位置Ｒｄに向かって徐々に減少する。

図１４は、第１領域ＡＲ１´における比較例１の食違い角と比較例２の食違い角とを比較して示す展開断面図である。図１４は、図１３に示す半径Ｒ１´で比較例１および比較例２の回転翼を切断し、切断された円筒面を平面に展開した図である。破線４３が比較例１に対応し、太実線４４が比較例２に対応する。ξR11が比較例１の半径Ｒ１´での食違い角を示し、ξR12が比較例２の半径Ｒ１´での食違い角を示している。図１４によれば、第１領域ＡＲ１´においては、比較例２は、比較例１に比べ、翼が寝ていることになる。

図１５は、第２領域ＡＲ２´における比較例１の食違い角と比較例２の食違い角とを比較して示す展開断面図である。図１５は、図１３に示す半径Ｒ２´で比較例１および比較例２の回転翼を切断し、切断された円筒面を平面に展開した図である。破線４５が比較例１に対応し、太実線４６が比較例２に対応する。ξR21が比較例１の半径Ｒ２´での食違い角を示し、ξR22が比較例２の半径Ｒ２´での食違い角を示している。図１５によれば、第２領域ＡＲ２´においては、比較例２は、比較例１に比べ、翼が立っていることになる。

図１６は、比較例１の回転翼を示す模式図である。図１７は、比較例２の回転翼を示す模式図である。図１６および図１７に示すように、比較例２の外周縁での翼高さＨ２は、比較例１の翼高さＨ１に比べ、大きくなる。

このように、比較例２のような食違い角の分布を採用することで、流速の速い領域と流速の遅い領域においてそれぞれ流れに対する翼角度が適正な値に設定され、低騒音化および高効率化が図れる。しかし、図１７に示すように、外周部での翼高さが大きくなる。高さ方向に余裕がある製品の場合は問題ないが、より薄形化を求める場合には、比較例２のような食違い角分布を採用することが難しくなる。

そこで、本実施の形態においては、図１２に示したような食違い角分布を有することによって、製品高さの増大につながる外周部高さを抑えつつ、食違い角分布の適正化を図ることが可能となる。本実施の形態の翼形状は、外周部側は比較例１と同様の形状となり、内周部側は比較例２と同様の形状となる。したがって、本実施の形態では、外周部の高さを抑えつつ、翼の角度と流れの角度とを合わせることができる。これにより、翼の前縁剥離および後流渦損失を小さくすることができ、低騒音、高効率化が可能となる。さらに、流速の遅い第１領域ＡＲ１では極小値を有する分布を有することで、第２領域ＡＲ２の食違い角の調整ができ、かつ滑らかに第２領域ＡＲ２と連接できる事が可能となる。

つぎに、本実施形態の前進角δ_θに関して説明する。図１８は、前進角δ_θを説明するための平面図である。図１８において、ｇは、翼弦中心線である。翼弦中心線ｇは、各半径位置における前縁１ａと後縁１ｂとの中点を、内周縁１ｃから外周縁１ｄまで結んだ線である。回転軸Ｏと、内周縁１ｃの前記中点５２とを結んだ直線５１と、任意の半径の円弧と翼弦中心線ｇとの交点５３と、回転軸Ｏとを結んだ直線５４とのなす角を、前進角δ_θ、と定義する。

図１９は、本実施の形態の前進角δ_θの分布の一例と、比較例３の前進角δ_θの分布とを示す図である。実線が本実施の形態に対応し、破線が比較例３に対応する。比較例３では、内周縁１ｃから外周縁１ｄに向かって前進角δ_θが直線的に増加している。比較例３の分布を採用した場合、図１８に示したように、外周部が三角翼形状となる。三角翼形状の場合、三角翼から剥離渦が発生し、発生した剥離渦によって前縁剥離渦および翼端渦を抑制でき、低騒音化を図ることが可能となる。

図２０は、前進角の増加率が小さい場合の比較例３の翼形状を示す図である。図２１は、前進角の増加率が図２０に比べて大きい場合の比較例３の翼形状を示す図である。図２０における内周縁１ｃの長さと、図２１における内周縁１ｃの長さは等しい。また、図２０における外周縁１ｄの長さと、図２１における外周縁１ｄの長さは等しい。図２０における外周縁１ｄの前進角δ_θ1より、図２１における外周縁１ｄの前進角δ_θ2のほうが大きい。

図２１に示すように、前進角δ_θの増加率が大きな直線分布を採用した場合、図２０に比べより低騒音化を図ることが可能となるが、翼根元の強度が不足するなどの問題が生じ、外周部に大きい前進角を設定できない。

本実施の形態の回転翼の前進角は、図１９の実線で示すように、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２とで異なる分布を持つ。第１領域ＡＲ１は、内周縁１ｃに対応する半径位置Ｒｃから境界位置Ｒｅ２までの領域である。第２領域ＡＲ２は、境界位置Ｒｅ２から外周縁１ｄまでの領域である。前進角δ_θは、第１領域ＡＲ１では、半径位置Ｒｃから境界位置Ｒｅ２に向かって徐々に増加する直線分布を持つ。前進角δ_θは、第２領域ＡＲ２では、境界位置Ｒｅ２から半径位置Ｒｄまで徐々に増加する１〜２次関数分布を持つ。すなわち、第２領域ＡＲ２での前進角δ_θは、半径Ｒを変数とする１〜２次関数を持つ。但し、第２領域ＡＲ２での前進角δ_θは、１次関数を含まない。第２領域ＡＲ２での前進角δ_θは、下に凸である１〜２次関数として、定義される。図１９では、第２領域ＡＲ２の分布関数として、１．２次関数が示されている。第１領域ＡＲ１での直線分布と、第２領域ＡＲ２での１．２次関数分布は滑らかに接続されている。第１領域ＡＲ１での前進角δ_θの分布の増加率より、第２領域ＡＲ２での前進角δ_θの分布の増加率が大きいほうが望ましい。

図２２は、図１９に示した本実施の形態の前進角分布が採用された場合の、回転翼形状の一例を示している。本実施の形態の前進角分布を採用することによって、翼外周部では、低騒音化のための三角翼形状を確保しつつ、翼内周部での翼面積を増大させ、翼根元部での強度を増大させることが可能となる。

つぎに、本実施の形態の前傾角δzに関して説明する。図２３は前傾角δzの定義を説明するための図である。図２３は、前傾角δzが一定の回転翼を回転軸ＯとＸ軸とを含む平面に回転投影した図である。前傾角δzは、翼弦中心線ｇ´が回転翼１の回転軸Ｏと垂直な平面と成す角であり、上流側へ向かう方向を正としている。図２４は、翼外周部が上流側に屈曲した本実施の形態に係る回転翼１の翼弦中心線ｇを示す図であり、回転翼を回転軸ＯとＸ軸とを含む平面に回転投影した図である。

図２５は、本実施の形態の前傾角δzの分布の一例と、比較例４の前傾角δzの分布とを示す図である。実線が本実施の形態に対応し、破線が比較例４に対応する。比較例４は、特許文献１に示されている。比較例４および本実施の形態においては、前傾角δzは、内周縁１ｃの半径位置Ｒｃから境界位置Ｒｅ３までの第１領域ＡＲ１の分布と、境界位置Ｒｅ３から外周縁１ｄの半径位置Ｒｄまでの第２領域ＡＲ２の分布を有する。

比較例４においては、第１領域ＡＲ１の前傾角δzは一定値δz1であり、第２領域ＡＲ２の前傾角δzは、半径Ｒを変数としたｎ次関数（１≦ｎ）となるように上流側にさらに傾斜されている。比較例４のような前傾角分布を採用することで、翼外周部に発生する翼端渦の制御を行い、翼端渦に起因する乱れを低減することができ、低騒音化を達成することが可能となる。

これに対し、本実施の形態では、第１領域ＡＲ１の前傾角δzは、比較例４と同様、一定値δz1であり、第２領域ＡＲ２の前傾角δzは、半径Ｒを変数とした２〜５次関数分布となるようにすることで、更なる低騒音化を実現する。図２５では、第２領域ＡＲ２では、比較例４は２次関数として示し、本実施の形態は３次関数として示している。２〜５次関数のなかで、２次〜３次関数が特に好適である。

図２６〜図３７を参照して、本実施の形態の回転翼の評価結果について説明する。図２６〜図３７は、直径が２６０(mm)の回転翼を一定回転数で回転させたときの評価結果を示している。図２６〜図３７で用いられる全圧基準の比騒音Ｋｔと、静圧基準の比騒音Ｋｓと、全圧基準のファン効率Ｅｔと、静圧基準のファン効率Ｅｓは、以下の式で定義される計算値である。
Ｋｔ＝ＳＰＬＡ−１０Ｌｏｇ（Ｑ・ＰＴ^2.5）
Ｑ ：風量[ｍ^３／ｍｉｎ]
ＰＴ ：全圧[Ｐａ]
ＳＰＬＡ：騒音特性（Ａ補正後）[ｄＢ]

Ｋｓ＝ＳＰＬＡ−１０Ｌｏｇ（Ｑ・ＰＳ^2.5）
Ｑ ：風量[ｍ^３／ｍｉｎ]
ＰＳ ：静圧[Ｐａ]
ＳＰＬＡ：騒音特性（Ａ補正後）[ｄＢ]

Ｅｔ＝（ＰＴ・Ｑ）／(６０・ＰＷ）
Ｑ ：風量[ｍ^３／ｍｉｎ]
ＰＴ ：全圧[Ｐａ]
ＰＷ ：軸動力[Ｗ]

Ｅｓ＝（ＰＳ・Ｑ）／(６０・ＰＷ）
Ｑ ：風量[ｍ^３／ｍｉｎ]
ＰＳ ：静圧[Ｐａ]
ＰＷ ：軸動力[Ｗ]

なお、Ａ補正とは、人間の聴覚の特性に合わせて低周波の音を小さくする補正であり、例えば、ＪＩＳ Ｃ １５０２−１９９０に定められたＡ特性に基づいた補正である。

図２６は、図７に示したハーフベルマウス３０ａを用いたときの、比較例５の回転翼と、実施例１の回転翼と、実施例２の回転翼の各種特性を示す図である。比較例５を破線で示し、実施例１を実線で示し、実施例２を一点鎖線で示している。図２６（ａ）はファン効率Ｅｓと風量との関係を示し、図２６（ｂ）は比騒音Ｋｔと風量との関係を示し、図２６（ｃ）は静圧ＰＳと風量との関係を示している。比較例５の回転翼は、図４及び図５に示した回転翼形状を有し、図１２に破線で示す食違い角分布Ｌv1を有し、かつ図１９に破線で示す前進角分布を有し、かつ図２５に破線で示す前傾角分布を有する。実施例１の回転翼および実施例２の回転翼は、図４及び図５に示した回転翼であって、図１２に実線で示す食違い角分布を有し、かつ図１９に実線で示す前進角分布を有し、かつ図２５に実線で示す前傾角分布を有する。実施例１の回転翼は、第２領域ＡＲ２での食違い角分布として設定される関数の次数が１．２で、第２領域ＡＲ２での前進角分布として設定される関数の次数が１．２で、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として設定される関数の次数が３である。実施例２の回転翼は、第２領域ＡＲ２での食違い角分布として設定される関数の次数が２で、第２領域ＡＲ２での前進角分布として設定される関数の次数が２で、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として設定される関数の次数が３である。

ハーフベルマウス３０ａを用いた場合、実施例１および実施例２の回転翼によれば、比較例５に比べ、図２６（ｃ）に示すように、静圧＝０である開放点での開放風量に関して＋２(％)、静圧に関して最大＋７．８(％)の改善を図ることが可能である。また、図２６（ａ）に示すように、ファン効率Ｅｓに関しては、最大＋３．５ポイントの改善を図ることが可能である。また、図２６（ｂ）に示すように、比騒音Ｋｔに関しては、最大−１(dB)の改善を図ることが可能である。

図２７は、図８に示したフルベルマウス３０ｂを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼と、前述した実施例２の回転翼の各種特性を示す図である。比較例５を破線で示し、実施例１を実線で示し、実施例２を一点鎖線で示している。図２７（ａ）はファン効率Ｅｓと風量との関係を示し、図２７（ｂ）は比騒音Ｋｔと風量との関係を示し、図２７（ｃ）は静圧ＰＳと風量との関係を示している。

フルベルマウス３０ｂを用いた場合、実施例１および実施例２の回転翼によれば、比較例５に比べ、図２７（ｃ）に示すように、開放風量に関して、＋３．６(％)、静圧に関して最大＋７．８(％)の改善を図ることが可能である。また、図２７（ａ）に示すように、ファン効率Ｅｓに関しては、最大＋７ポイントの改善を図ることが可能である。また、図２７（ｂ）に示すように、比騒音Ｋｔに関しては、最大−１．５(dB)の改善を図ることが可能である。

図２６、図２７の評価結果によれば、実施例１および実施例２の回転翼は、ベルマウスの形態によらず、送風特性、騒音特性、およびファン効率特性の改善を図ることが可能である。

図２８は、図７に示したハーフベルマウス３０ａを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼と、実施例３の回転翼の各種特性を示す図である。比較例５を破線で示し、実施例１を実線で示し、実施例３を一点鎖線で示している。図２８（ａ）はファン効率Ｅｓと風量との関係を示し、図２８（ｂ）は比騒音Ｋｔと風量との関係を示し、図２８（ｃ）は静圧ＰＳと風量との関係を示している。実施例３の回転翼は、実施例１、実施例２の回転翼と同様に、図４及び図５に示した回転翼形状を有し、図１２に実線で示す食違い角分布を有し、かつ図１９に実線で示す前進角分布を有し、かつ図２５に実線で示す前傾角分布を有する。実施例３の回転翼は、第２領域ＡＲ２での食違い角分布として設定される関数の次数が１．２で、第２領域ＡＲ２での前進角分布として設定される関数の次数が１．２で、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として設定される関数の次数が４である。

ハーフベルマウス３０ａを用いた場合、実施例３の回転翼によれば、比較例５に比べ、図２８（ｃ）に示すように、開放風量に関して、＋２．２(％)、静圧に関して最大＋５．９(％)の改善を図ることが可能である。また、図２８（ａ）に示すように、ファン効率Ｅｓに関しては、最大＋４ポイントの改善を図ることが可能である。また、図２８（ｂ）に示すように、比騒音Ｋｔに関しては、最大−３(dB)の改善を図ることが可能である。

図２９は、図８に示したフルベルマウス３０ｂを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼と、前述した実施例３の回転翼の各種特性を示す図である。比較例５を破線で示し、実施例１を実線で示し、実施例３を一点鎖線で示している。図２９（ａ）はファン効率Ｅｓと風量との関係を示し、図２９（ｂ）は比騒音Ｋｔと風量との関係を示し、図２９（ｃ）は静圧ＰＳと風量との関係を示している。

フルベルマウス３０ｂを用いた場合、実施例３の回転翼によれば、比較例５に比べ、図２９（ｃ）に示すように、開放風量に関して、＋３(％)、静圧に関して最大＋６．９(％)の改善を図ることが可能である。また、図２９（ａ）に示すように、ファン効率Ｅｓに関しては、最大＋１２ポイントの改善を図ることが可能である。また、図２９（ｂ）に示すように、比騒音Ｋｔに関しては、最大−２(dB)の改善を図ることが可能である。

図２８、図２９の評価結果によれば、実施例３の回転翼は、ベルマウスの形態によらず、送風特性、騒音特性、およびファン効率特性の改善を図ることが可能である。

つぎに、図３０〜図３７を用いて、実施例１の回転翼の前傾角の次数に関して説明する。図３０は、図７に示したハーフベルマウス３０ａを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼の開放点での比騒音特性を示す図である。図３０は、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として用いられる関数の次数と開放点での比騒音Ｋｔとの関係を示している。次数は、１．２次から５次まで変化させている。なお、比較例５の回転翼では、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として、前述したように、２次関数が用いられている。図３０に示すように、実施例１の回転翼の場合、次数が１．２のときは、比騒音Ｋｔが比較例５より大きくなっているが、次数が２から７までの領域では、比騒音Ｋｔが比較例５より改善されている。

図３１は、図７に示したハーフベルマウス３０ａを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼の開放点でのファン効率特性を示す図である。図３１は、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として用いられる関数の次数と開放点でのファン効率Ｅｔとの関係を示している。次数は、１．２次から５次まで変化させている。図３１に示すように、実施例１の回転翼の場合、全ての次数に亘って、ファン効率Ｅｔが比較例５より改善されている。

図３２は、図７に示したハーフベルマウス３０ａを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼の静圧印加時の最小比騒音特性を示す図である。図３２は、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として用いられる関数の次数と静圧印加時の最小比騒音Ｋｓとの関係を示している。次数は、１．２次から５次まで変化させている。図３２に示すように、次数が１．２のときは、比騒音Ｋｓが比較例５より大きくなっているが、次数が２から５までの領域では、比騒音Ｋｓが比較例５より改善されている。

図３３は、図７に示したハーフベルマウス３０ａを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼の最高ファン効率特性を示す図である。図３３は、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として用いられる関数の次数と最高ファン効率Ｅｓｍａｘとの関係を示している。次数は、１．２次から５次まで変化させている。図３３に示すように、全ての次数に亘って、最高ファン効率Ｅｓｍａｘが比較例５より改善されている。

図３４は、図８に示したフルベルマウス３０ｂを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼の開放点での比騒音特性を示す図である。図３４は、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として用いられる関数の次数と開放点での比騒音Ｋｔとの関係を示している。次数は、１．２次から５次まで変化させている。図３４に示すように、実施例１の回転翼の場合、全ての次数に亘って、比騒音Ｋｔが比較例５より改善されている。

図３５は、図８に示したフルベルマウス３０ｂを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼の開放点でのファン効率特性を示す図である。図３５は、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として用いられる関数の次数と開放点でのファン効率Ｅｔとの関係を示している。次数は、１．２次から５次まで変化させている。図３５に示すように、実施例１の回転翼の場合、次数が１．２のときは、ファン効率Ｅｔが比較例５と概ね同じである。また、実施例１の回転翼の場合、次数が５の場合、ファン効率Ｅｔが比較例５より悪化しているが、２次から４次までの領域では、ファン効率Ｅｔが比較例５より改善されている。

図３６は、図８に示したフルベルマウス３０ｂを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼の静圧印加時の最小比騒音特性を示す図である。図３６は、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として用いられる関数の次数と静圧印加時の最小比騒音Ｋｓとの関係を示している。次数は、１．２次から５次まで変化させている。図３６に示すように、実施例１の回転翼の場合、全ての次数に亘って、比騒音Ｋｓが比較例５より改善されている。

図３７は、図８に示したフルベルマウス３０ｂを用いたときの、前述した比較例５の回転翼と、前述した実施例１の回転翼の最高ファン効率特性を示す図である。図３７は、第２領域ＡＲ２での前傾角分布として用いられる関数の次数と最高ファン効率Ｅｓｍａｘとの関係を示している。次数は、１．２次から５次まで変化させている。図３７に示すように、次数２から次数５に亘って、最高ファン効率Ｅｓｍａｘが比較例５より改善されている。

図３０〜図３７に示すように、本実施の形態によれば、前傾角δzの第２領域での分布を２次〜５次関数とすれば、ベルマウスの形態によらず、送風特性、騒音特性、およびファン効率特性の改善を図ることが可能である。

以上説明したように本実施の形態によれば、回転翼の食違い角ξは、内周縁から第１境界位置Ｒｅ１までの領域では、極小値を有する第１の食違い角分布を有し、第１境界位置Ｒｅ１から外周縁までの領域では、前記外周縁に行くにしたがって増加する、前記回転翼の半径を変数とするｎ次関数を含む第２の食違い角分布を有している。前記ｎは１から２までの値であって、１を含まない。したがって、本実施の形態によれば、外周部の高さを抑えつつ、低騒音、高効率化が可能となる。

また、本実施の形態では、回転翼の前進角δ_θは、内周縁から第２境界位置Ｒｅ２までの領域では、直線的に増加する第１の前進角分布を有し、第２境界位置Ｒｅ２から外周縁までの領域では、前記外周縁に行くにしたがって増加する、半径を変数とするｍ次関数を含む第２の前進角分布を有している。前記ｍは１から２までの値であって、１を含まない。したがって、本実施の形態によれば、翼外周部では、低騒音化のための三角翼形状を確保しつつ、翼根元部での強度を増大させることが可能となる。

また、本実施の形態では、回転翼の前傾角δｚは、内周縁から第３境界位置Ｒｅ３までの領域では、一定値である第１の前傾角分布を有し、第３境界位置Ｒｅ３から外周縁までの領域では、外周縁に行くにしたがって増加する、半径を変数とするｐ次関数を含む第２の前傾角分布を有している。前記ｐは、２から５までの値である。したがって、本実施の形態によれば、更なる低騒音化が可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 回転翼、１ａ 前縁、１ｂ 後縁、１ｃ 内周縁、１ｄ 外周縁、２ ボス部、５ 翼端渦、１０ プロペラファン、３０ ベルマウス、３０ａ ハーフベルマウス、３０ｂ フルベルマウス、１００ 軸流送風機、ｇ 翼弦中心線、Ｏ 回転軸、Ｗ 回転方向、ξ 食違い角、δ_θ 前進角、δz 前傾角。

Claims (6)

1. 回転駆動されるボス部と、前記ボス部に放射状に取付けられ回転軸方向に気流を発生する複数の回転翼とを備えるプロペラファンにおいて、
   前記回転翼の内周部側の半径方向の断面は、前記気流の方向に対して凸形状を有し、前記回転翼の外周部側の半径方向の断面は、前記気流の方向に対して凹形状を有し、
   前記回転翼の半径方向の断面は、前縁側領域では、前記気流の上流側に傾斜し、前縁に行くにしたがって傾斜角が大きくなり、後縁側領域では、前記気流の下流側に傾斜し、後縁に行くにしたがって傾斜角が大きくなり、
   前記回転翼の前進角は、内周縁から第２境界位置までの領域では、直線的に増加する第１の前進角分布を有し、前記第２境界位置から外周縁までの領域では、前記外周縁に行くにしたがって増加する、前記回転翼の半径を変数とするｍ次関数を含む第２の前進角分布を有し、前記ｍは１から２までの値であって、１を含まない
   ことを特徴とするプロペラファン。
2. 前記回転翼の食違い角は、前記内周縁から第１境界位置までの領域では、極小値を有する第１の食違い角分布を有し、前記第１境界位置から前記外周縁までの領域では、前記外周縁に行くにしたがって増加する、前記半径を変数とするｎ次関数を含む第２の食違い角分布を有し、前記ｎは１から２までの値であって、１を含まない、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記回転翼の前傾角は、前記内周縁から第３境界位置までの領域では、一定値である第１の前傾角分布を有し、前記第３境界位置から前記外周縁までの領域では、外周縁に行くにしたがって増加する、前記半径を変数とするｐ次関数を含む第２の前傾角分布を有し、前記ｐは、２から５までの値である、
   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。
4. 前記第１の食違い角分布の変化率より前記第２の食違い角分布の変化率が大きいことを特徴とする請求項２に記載のプロペラファン。
5. 前記第１の前進角分布の増加率より前記第２の前進角分布の増加率が大きいことを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
6. 請求項１から請求項５の何れか一つに記載のプロペラファンと、
   前記プロペラファンの前記ボス部を回転駆動するモータと、
   前記プロペラファンの周りに配設されるベルマウスを含む本体と、
   を備えることを特徴とする軸流送風機。

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