JP6917347B2 - インペラ及びファン装置 - Google Patents

Description

この発明は、インペラ及びファン装置に関し、特に、インペラの外周部の全体を囲む風洞部が設けられていないインペラ及びファン装置に関する。

インペラを備えるファン装置は、送風機として、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風の用途に広く用いられている。例えば、ファン装置は、電子機器のＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の発熱部品に取り付けられて、ヒートシンクの冷却機能を向上させるのに用いられる。

下記特許文献１には、ケーシングの側壁部が翼の前縁部側の一部だけを覆った構造を有するファンが開示されている。特許文献１において、ファンの翼のハブ側の箇所（翼元側の箇所）の翼型の最大キャンバーと、翼の外端側の箇所の翼型の最大キャンバーとは、翼の中央の箇所の翼型の最大キャンバーよりも小さくなっていることが記載されている。

特開２０１７−２１８９２８号公報

ところで、特許文献１に示されるようなファンにおいては、インペラの周方向に互いに隣接する翼同士が、平面視で（回転軸方向から見て）重なり合っている。すなわち、平面視で、周方向に隣接する一方の翼の前縁部側の一部と他方の翼の後縁部側の一部とが重なっている。

このように翼同士が一部で重なりあっていると、例えば回転軸方向の一方（上方）の型と他方（下方）の型とを組み合わせた比較的簡素な構造の金型を用いてインペラを成型することができなくなる。インペラを成型するために複雑な構造の金型を用いる必要があるため、ファンの製造コストが高くなる。

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、製造コストが安く、かつ、良好な風量特性を有するインペラ及びファン装置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、インペラは、リング状のハブと、ハブの外周に設けられた複数の翼とを備え、翼の最も径方向外側の最大キャンバーは、翼の最も回転中心側の最大キャンバー及び翼の径方向中央部の最大キャンバーよりも小さく、翼の最も径方向外側の最大キャンバーとなる位置と、翼の径方向中央部の最大キャンバーとなる位置と、翼の最も回転中心側の最大キャンバーとなる位置は、いずれも翼弦の中央部分よりも後縁部側に存在して、翼は後縁部側が負圧面側に膨らんだ形状を有しており、周方向に隣接する翼は、回転軸方向から見て、互いに離れている。

この発明の他の局面に従うと、インペラは、リング状のハブと、ハブの外周に設けられた複数の翼とを備え、翼の最も径方向外側の最大キャンバーは、翼の最も回転中心側の最大キャンバー及び翼の径方向中央部の最大キャンバーよりも小さく、周方向に隣接する翼は、回転軸方向から見て、互いに離れており、翼の最も回転中心側における迎角は翼の径方向中央部における迎角よりも大きく、翼の径方向中央部における迎角は翼の最も径方向外側における迎角よりも大きく、翼の最も回転中心側における迎角と翼の径方向中央部における迎角との差は、翼の最も径方向中央部における迎角と翼の最も径方向外側における迎角との差よりも小さい。

この発明のさらに他の局面に従うと、インペラは、リング状のハブと、ハブの外周に設けられた複数の翼とを備え、翼の最も径方向外側の最大キャンバーは、翼の最も回転中心側の最大キャンバー及び翼の径方向中央部の最大キャンバーよりも小さく、周方向に隣接する翼は、回転軸方向から見て、互いに離れており、翼の最も径方向外側における、翼の前縁から最大キャンバーとなる位置までの距離が翼の長さに占める割合は、翼の最も回転中心側における割合及び翼の径方向中央部における割合よりも大きい。

この発明のさらに他の局面に従うと、インペラは、リング状のハブと、ハブの外周に設けられた複数の翼とを備え、翼の最も径方向外側の最大キャンバーは、翼の最も回転中心側の最大キャンバー及び翼の径方向中央部の最大キャンバーよりも小さく、周方向に隣接する翼は、回転軸方向から見て、互いに離れており、翼の最も径方向外側における後縁部の翼厚は、翼の最も回転中心側における後縁部の翼厚及び翼の径方向略中央における後縁部の翼厚よりも小さい。

この発明の他の局面に従うと、ファン装置は、上記のいずれかに記載のインペラと、インペラが回転軸に取り付けられるモータと、気体の吸い込み口を有し、回転軸方向から見てインペラを囲むフレームとを備える。

好ましくは、複数の翼の前縁の少なくとも一部は、フレームの内側に入り込んでいる。

これらの発明に従うと、製造コストが安く、かつ、良好な風量特性を有するインペラ及びファン装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおけるファン装置を示す斜視図である。 ファン装置を上面側から見た図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 ファン装置を下面側から見た図である。 ファン装置のインペラを示す斜視図である。 インペラの上面図である。 インペラの側面図である。 翼の形状について表される指標について説明する図である。 本実施の形態における翼の形状について説明する表である。 翼のキャンバーについて示すグラフである。 比較例に係るインペラの上面図である。 比較例に係るインペラの側面図である。 比較例に係るインペラの翼の形状について説明する表である。 比較例に係るインペラの翼のキャンバーについて示すグラフである。 本実施の形態に係るインペラを用いたファン装置のＰ−Ｑ特性と比較例に係るインペラを用いたファン装置のＰ−Ｑ特性とを比較して示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態におけるインペラを用いたファン装置について説明する。

ファン装置は、例えば、回転軸を中心に回転するインペラと、回転軸方向においてインペラと並ぶように配置されているモータとを有する軸流ファンである。ファン装置は、インペラの側周部の全部を全周にわたって囲むような風洞部は有していないものであり、モータを支持するモータベース部が周囲のフレームに複数のスポーク部を介して接合された板状の支持構造を有している。ファン装置は、例えば、支持構造が他の装置の筐体等に取り付けられて、その装置において送風等の用途に用いられる。

以下の説明において、回転軸周りの方向を周方向ということがあり、回転軸に対して垂直な方向（回転軸に近づいたり離れたりする方向）を径方向ということがある。また、回転軸方向を上下方向ということがあり、このうち、モータに対してインペラが設けられているほうを上（上方）といい、その逆の方向を下（下方）ということがある。なお、ここで上下とはファン装置それ自体に着目した表現であり、他の装置に取り付けられた状態のファン装置の姿勢について何らの限定を行うものではない。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるファン装置１を示す斜視図である。図２は、ファン装置１を上面側から見た図である。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図４は、ファン装置１を下面側から見た図である。

説明の効率化のため、図２においては、支持部材２のスポーク部１０の図示は省略されている。図４においては、インペラ３の図示は省略されている。

図１に示されるように、ファン装置１は、軸流ファンである。ファン装置１は、モータ１００と、支持部材２と、インペラ３とを有している。

インペラ３は、ハブ４と、複数の翼５とを有している。ハブ４は、略円筒状である。ハブ４は、モータ１００に接続されている。複数の翼５のそれぞれは、ハブ４の外周面に取り付けられている。ハブ４と翼５とは、例えば、樹脂の射出成型にて一体成形される。なお、これに限られず、各部の全部や一部が、他の部位とは別々に成形されているものであってもよい。また、ハブ４又は翼５は、樹脂製でなく、他の素材を用いて構成されていてもよい。翼５の枚数は、例えば９枚であるが、これに限られるものではない。

ファン装置１は、例えば、モータ１００によりインペラ３を回転させて、空気等の気体を下から上へ流すことができるように構成されている。以下の図に示される矢印Ｄは、インペラ３の回転方向を示す。なお、インペラ３の回転方向はこれに限られるものではない。

図２に示されるように、翼５は、周方向に略等しい間隔で並んでいる。複数の翼５は、互いに同じ形状である。

支持部材２は、フレーム９と、モータベース部６と、２箇所の取付部７，８と、スポーク部１０（１０ａから１０ｄ）とを有している。

フレーム９と、モータベース部６と、取付部７，８と、スポーク部１０とは、樹脂の射出成型にて一体成形されて構成された、一体成形品である。なお、これに限られず、各部の全部や一部が、他の部位とは別々に成形されているものであってもよい。また、樹脂製でなく、他の素材を用いて構成されていてもよい。

支持部材２は、全体として、板状に形成されている。本実施の形態において、支持部材２の各部の上下方向の寸法（厚み）は、フレーム９の厚みと同じか、それより薄くなるように構成されている。支持部材２は、板状の樹脂板から削り出されることにより形成されていてもよい。

図４に示されるように、モータベース部６の外周面には、４本のスポーク部１０が接続されている。各スポーク部１０は、一方端がモータベース部６と接合し、他方端がフレーム９に接合するように、径方向が長手方向となるようにして配置されている。スポーク部１０は、フレーム９とモータベース部６とを接続することにより、フレーム９に対して、モータベース部６を支持している。スポーク部１０の数や形状はこれに限られず、例えばスポーク部１０が湾曲していてもよい。

図２に示されるように、フレーム９は、上面視では、インペラ３の側周部を全周にわたって囲む（囲繞する）ように、円環状に形成されている。すなわち、フレーム９は、回転軸方向から見てインペラ３の周囲を囲む、環状の内周壁９ａを有している。フレーム９のほとんどの部分は、インペラ３の下方に位置している。そのため、実際には、インペラ３の側周部の上下方向中央部辺りは、フレーム９により囲まれていない。すなわち、インペラ３の側周部の上下方向中央部辺りは、側方（回転軸に対して垂直な方向）から見て露出している（径方向に露出している）。

図４に示されるように、環状のフレーム９の外側において、相対向する２つの部分のそれぞれに、取付部７，８が形成されている。取付部７，８は、フレーム９から部分的に径方向に突出する部位である。各取付部７，８のそれぞれには、貫通孔７ａ，８ａが形成されている。取付部７，８は、ファン装置１を機器の筺体や、ヒートシンクなどに取り付けるためのものである。すなわち、貫通孔７ａ，８ａにボルトやねじを差し込んで通し、締結することにより、取付部７，８を機器の筐体等に固定できる。

なお、４本のスポーク部１０のうち、１つのスポーク部１０ｄには、スポーク部１０ｄに沿うようにリード線２５が配線されている。リード線２５は、外部からモータ１００に電力を供給するためのものである。

図４に示されるように、フレーム９とスポーク部１０とは、回転軸方向から見て（下方から見て）、各取付部７，８に形成された貫通孔７ａ，８ａの中心を通る線Ｂを対称軸として、略線対称となる形状を有している。なお、リード線２５が配線されるスポーク部１０ｄのみ、他のスポーク部１０ａ，１０ｂ，１０ｃとは形状が異なっている。

リード線２５は、後述するモータ１００の回路基板２０の端子部に電気的に接続されている。リード線２５には、チューブ２６が被せられて保護されている。リード線２５は、フレーム９と一体成形にて形成されたフック２７に掛けられて、ファン装置１の外部に引き出されている。

ファン装置１は、気体を下から上に流す。すなわち、環状のフレーム９の下部には、気体を吸い込む吸い込み口９ｖが設けられているといえる。換言すると、気体の吸い込み口９ｖは、フレーム９の内周壁９ａとスポーク部１０とで囲まれた部分となっている。

モータ１００は、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。図３に示されるように、モータ１００は、モータベース部６に装着されている。モータ１００は、ロータ１２と、ステータ部１０２とを有している。

ステータ部１０２は、軸受ホルダ１６と、軸受２１，２２と、ステータ１１とを有している。ステータ１１は、ステータコア１７と、インシュレータ１８（上側インシュレータ１８ａ、下側インシュレータ１８ｂ）と、コイル１９とを有している。

軸受ホルダ１６は、モータベース部６の中央に上方に突出するように形成された突出部６ｂの開口にはめられた状態で、モータベース部６に固定されている。ステータ１１は、軸受ホルダ１６の外周面に取り付けられている。

ステータ１１は、ステータコア１７と、ステータコア１７に上方から装着された上側インシュレータ１８ａと、ステータコア１７に下方から装着された下側インシュレータ１８ｂと、コイル１９とを有している。ステータコア１７は、軸受ホルダ１６の外周にはめられた状態で、軸受ホルダ１６に装着されている。

ステータコア１７は、環状のヨーク部から径外方に延在する複数の突極を有したコアを所定枚数、軸方向に積層して構成されている。ステータコア１７に上側インシュレータ１８ａと下側インシュレータ１８ｂからなるインシュレータ１８が装着されている。コイル１９は、インシュレータ１８を介してステータコア１７の突極のそれぞれに巻かれた状態で、ステータコア１７の突極のそれぞれに取り付けられている。

なお、下側インシュレータ１８ｂの下側で、軸受ホルダ１６の外周部には、電子部品が実装された回路基板２０が装着されている。回路基板２０は、リード線２５に接続されている。

ロータ１２は、ロータヨーク１３と、マグネット１４と、シャフト（回転軸の一例）１５とを有している。

ロータヨーク１３は、例えば鉄等の軟磁性材からなる、下方に開口するカップ状の部材である。マグネット１４は、リング状である。マグネット１４は、ロータヨーク１３の内周面に固着されている。シャフト１５は、例えば鉄製である。シャフト１５は、ロータヨーク１３の上面に、下方に突出するように取り付けられている。シャフト１５は、ロータヨーク１３の中央に形成された突出部１３ｂにシャフト１５の上方の端部が圧入された状態で、ロータヨーク１３に結合されている。突出部１３ｂは、例えば、絞り加工、バーリング加工等により形成されている。

インペラ３のハブ４は、リング状である。ハブ４は、ロータヨーク１３の外周面に固定されている。ハブ４は、例えば、接着剤を用いてロータヨーク１３の外周面に接着されている。なお、ロータヨーク１３をインサート成形して、ロータヨーク１３を含むインペラ３を製造するようにしてもよい。なお、金属製のロータヨーク１３の上面（天面）は上方に露出しているが、これに限られるものではない。

図５は、ファン装置１のインペラ３を示す斜視図である。図６は、インペラ３の上面図である。図７は、インペラ３の側面図である。

図７において、矢印で示されるように、紙面の上方がインペラ３の下に対応する。

図５に示されるように、インペラ３のそれぞれの翼５は、矢印Ｄで示される回転方向に向かって下方に傾斜する曲面板形状を有している。翼５の前縁部５ａが下方に位置し、翼５の後縁部５ｂが上方に位置している。前縁部５ａから後縁部５ｂにかけて、翼５の上面が圧力面５ｃとなり、下面が負圧面５ｄとなる。

本実施の形態において、複数の翼５の前縁部５ａの少なくとも一部は、フレーム９の内側に入り込んでいる。すなわち、図３に示されるように、各翼５の一部は、フレーム９の内側に収容されて（フレーム９の内周壁９ａの内側に収容されて）いる。換言すると、フレーム９の上下方向の寸法Ｚは、翼５の下方の端部がフレーム９の中に収容されうる程度の大きさに設定されている。

図３に示される寸法Ｘは、翼５の下方の端部と、環状のフレーム９の上方の端部（すなわち内周壁９ａの上方の端部）とが回転軸方向において同じ位置にある場合をゼロとしたとき、翼５の下方の端部が環状のフレーム９の上方の端部よりも下方（環状のフレーム９の中に入り込む位置）にある場合をプラス、翼５の下方の端部が環状のフレーム９の上方の端部よりも上方（環状のフレーム９から突出した位置）にある場合をマイナス（−）として、翼５の下方の端部の位置を表す。寸法Ｚは、フレーム９の幅を表す。風量特性（Ｐ−Ｑ特性；風量静圧特性ということもある）を鑑み、寸法Ｘ／寸法Ｚの値（フレーム９の幅に対する翼５の前縁部５ａの回転軸方向における位置）は、例えば、約０．３５に設定されている。これにより、特に中域で風量特性が低下する傾向が改善される。なお、寸法Ｘ／寸法Ｚの値はこれに限られるものではない。

上述の通り、ファン装置１は、インペラ３の周囲を、インペラ３の上下方向の長さ全体にわたって周方向に囲むような風洞部は備えていないものである。換言すると、ファン装置１において、インペラ３は、その下方の端部の一部の部分のみが側面視でフレーム９に隠れているだけで、インペラ３の上下方向の長さの半分以上の部分は、側面視で、径方向に露出している。すなわち、スポーク部１０の上下方向の寸法（図３に示される寸法Ｙ）を大きくすることができるので、下方から見たスポーク部１０の幅寸法を小さくしても、高い剛性及び強度が確保される。スポーク部１０の幅寸法が同じ条件下であれば、より高い剛性及び強度を有する。したがって、インペラ３とモータ１００とを支持する支持部材２を、より高強度で壊れにくいものにすることができる。

図６に示されるように、本実施の形態において、周方向に隣接する翼５同士は、回転軸方向から見て、互いに離れている。すなわち、インペラ３は、例えば、回転軸方向の両側（上側及び下側）に２分割される簡素な構成の金型を用いて成型することができる形状を有している。

図６に示されるように、翼５の前縁部５ａは、回転軸方向から見て、径方向外側に近づくにつれて回転方向側に位置するように湾曲している。より具体的には、回転軸方向から見て、回転軸と前縁部５ａの径方向内側の部位とを通る直線よりも前縁部５ａの径方向外側の部位が回転方向側に位置するように、前縁部５ａが緩やかに回転方向に湾曲している。また、翼５の後縁部５ｂは、回転軸方向から見て、径方向外側に近づくにつれて回転方向とは逆方向に位置するように湾曲している。より具体的には、回転軸と後縁部５ｂの径方向内側の部位とを通る直線よりも後縁部５ｂの径方向外側の部位が回転方向側とは逆方向に位置するように、後縁部５ｂが緩やかに回転方向とは逆方向に湾曲している。回転軸方向から見て、前縁部５ａの方が後縁部５ｂよりも大きく湾曲している。

翼５の全体的な形状としては、翼５の径方向外側の面積が内側よりも大きく取られるように設計されており、より大きな風量が得られるようになっている。

ここで、インペラ３のそれぞれの翼５について、最も回転中心側の位置（以下、ハブ側部Ｐ１ということがある）と、径方向中央部（以下、単に中央部Ｐ２ということがある）と、最も径方向外側（以下、最外側部Ｐ３ということがある）との３つの箇所のそれぞれにおける形状について、以下に説明する。

以下の説明において、回転軸から翼５上の各位置までの距離（径方向の距離）を半径Ｒと呼ぶ。また、各翼５のハブ４の外周面から各位置までの径方向の距離を幅Ｗと呼ぶ。各位置について、幅Ｗは、ハブ４の外周面の半径Ｒ０を用いて半径Ｒから半径Ｒ０を減算した値として示される。図５に示されるように、ハブ側部Ｐ１は、半径Ｒ１、幅Ｗ１の位置であり、中央部Ｐ２は、半径Ｒ２、幅Ｗ２の位置であり、最外側部Ｐ３は、半径Ｒ３、幅Ｗ３の位置である。

図８は、翼５の形状について表される指標について説明する図である。

ハブ側部Ｐ１、中央部Ｐ２、及び最外側部Ｐ３のそれぞれにおいて、翼５の形状について表される指標を、図８を参照して説明する。図８において、各位置の翼断面の形状（平面状に展開した形状）が実線で示されている。

翼５の前縁部５ａと後縁部５ｂとを結ぶ翼弦線ＣＬと、回転軸に垂直な平面（水平面）とがなす角度が、迎角θとなる。翼弦長Ｌは、翼弦線ＣＬの長さを示す。圧力面５ｃと負圧面５ｄとから等しい距離にある点を前縁部５ａから後縁部５ｂまで繋いだ中央線Ｂと翼弦線ＣＬとの距離ＣＡを、翼弦長Ｌに対するパーセンテージで無次元量として表したものが、キャンバーＣとして示される。キャンバーＣは、距離ＣＡを翼弦長Ｌで除して１００を乗じた値（パーセント）である。翼弦に沿って求められるキャンバーＣの値のうち、最大の値は最大キャンバーと呼ばれる。

なお、本実施の形態において、翼５の上端部は、略水平の端面を有している。また、本実施の形態において、中央線Ｂ及び翼弦線ＣＬは、翼５の上端部の端面における圧力面５ｃと負圧面５ｄとの中間点を後縁部５ｂ側の端点として示されている。

図９は、本実施の形態における翼５の形状について説明する表である。

図９においては、ハブ側部Ｐ１、中央部Ｐ２、及び最外側部Ｐ３の各位置における、半径Ｒ（回転軸からの距離Ｒ）、幅Ｗ（ハブ４からの距離）、ハブ４からの各位置の距離を全幅（径方向の幅）に対する割合で示したもの、迎角θ、及び翼型（翼断面形状）を、表形式で示したものである。

ハブ側部Ｐ１は、ハブ４の外周面近傍の位置である。すなわち、半径Ｒ１が１２．８２５ミリメートルであって、幅Ｗ１が０．０２５ミリメートルとなる位置であり、翼５の全幅の０．２０パーセントだけハブ４から離れた位置である。このハブ側部Ｐ１においては、迎角θが５２度である。

中央部Ｐ２は、翼５の径方向中央の位置である。すなわち、半径Ｒ２が１９．０２５ミリメートルであって、幅Ｗ２が６．２２５ミリメートルとなる位置であり、翼５の全幅の５０．０パーセントだけハブ４から離れた位置である。この中央部Ｐ２においては、迎角θが４５度である。

最外側部Ｐ３は、翼５のうちインペラ３の外周面の近傍部位となる位置である。すなわち、半径Ｒ３が２５．２５ミリメートルであって、幅Ｗ３が１２．４５ミリメートルとなる位置であり、翼５の全幅の１００．０パーセントだけハブ４から離れた位置である。この最外側部Ｐ３においては、迎角θが３６度である。

このように、本実施の形態においては、翼５の最も回転中心側におけるハブ側部Ｐ１の迎角θは翼５の径方向中央部における中央部Ｐ２の迎角θよりも大きく、翼５の径方向中央部における中央部Ｐ２の迎角θは翼５の最も径方向外側における最外側部Ｐ３の迎角θよりも大きい。翼５の迎角θは、ハブ側部Ｐ１から最外側部Ｐ３に近づくにつれて、徐々に小さくなっている。

また、本実施の形態においては、翼５の最も回転中心側におけるハブ側部Ｐ１の迎角θと翼５の径方向中央部における中央部Ｐ２の迎角θとの差（すなわち、７度（５２度マイナス４５度））は、翼５の最も径方向中央部における中央部Ｐ２の迎角θと翼５の最も径方向外側における最外側部Ｐ３の迎角θとの差（すなわち、９度（４５度マイナス３６度））よりも小さい。

なお、図９に示されるように、各位置の最大翼厚（圧力面５ｃと負圧面５ｄとの間隔）は、ハブ側部Ｐ１において最も大きく、次いで中央部Ｐ２が大きく、最外側部Ｐ３が一番小さい。翼５の最も径方向外側である最外側部Ｐ３における後縁部５ｂの翼厚Ｔ３は、翼５の最も回転中心側であるハブ側部Ｐ１における後縁部５ｂの翼厚Ｔ１及び翼５の径方向略中央である中央部Ｐ２における後縁部５ｂの翼厚Ｔ２よりも小さい。

本実施の形態において、翼５は、後縁部５ｂ側が負圧面側に膨らんだ形状を有している。各位置の中央線Ｂは、下方に向かって凸となるように湾曲している。すなわち、翼５は、下方に向かって凸となるようにキャンバー（反り）を有している。

図１０は、翼５のキャンバーについて示すグラフである。

図１０において、ハブ側部Ｐ１（「△」印で表示）、中央部Ｐ２（「□」印で表示）、及び最外側部Ｐ３（「〇」印で表示）のそれぞれにおけるキャンバーが示されている。縦軸がキャンバーであり、横軸は、翼弦の各位置の前縁部５ａからの距離を、翼弦長Ｌで除して全体の翼弦長が１となるように無次元量化して（いわば、正規化して）表した位置を示している。

図１０に示されるように、本実施の形態において、翼５のキャンバーは、ハブ側部Ｐ１、中央部Ｐ２、及び最外側部Ｐ３のいずれの箇所でも、翼弦に沿ったほとんどの位置で１パーセントを超えており、翼５は全体として大きな反りを有する形状であるといえる。

本実施の形態において、翼５の最も径方向外側である最外側部Ｐ３の最大キャンバーは、翼５の最も回転中心側である中央部Ｐ２の最大キャンバー及び翼５の径方向中央部であるハブ側部Ｐ１の最大キャンバーよりも小さくなっている。

また、翼５の最も径方向外側である最外側部Ｐ３における、翼５の前縁部５ａから最大キャンバーとなる位置までの距離が翼５の長さに占める割合は、翼５の最も回転中心側であるハブ側部Ｐ１における割合及び翼５の径方向中央部である中央部Ｐ２における割合よりも大きい。

具体的には、ハブ側部Ｐ１と、中央部Ｐ２とは、前縁部５ａから後縁部５ｂまでの各位置で、大まかに略同様のキャンバーの大きさを有している。前縁部５ａから後縁部５ｂまでの略全域で、ハブ側部Ｐ１のキャンバーのほうが、中央部Ｐ２のキャンバーよりもわずかに大きくなっている。ハブ側部Ｐ１と、中央部Ｐ２とのそれぞれにおいて、最大キャンバーは約９パーセントであり、前端部５ａから最大キャンバーとなる位置までの距離が翼５の長さに占める割合は、略０．６である。

他方、最外側部Ｐ３では、前縁部５ａから後縁部５ｂまでの略全域で、ハブ側部Ｐ１や中央部Ｐ２よりも、キャンバーが小さくなっている。最外側部Ｐ３において、最大キャンバーは約６パーセントであり、前端部５ａから最大キャンバーとなる位置までの距離が翼５の長さに占める割合は、略０．６５から０．７である。

このように、最外側部Ｐ３におけるキャンバーが最も小さく、中央部Ｐ２とハブ側部Ｐ１とのそれぞれのキャンバーは略等しく、ハブ側部Ｐ１のキャンバーの方が少しい大きくなっている。また、各位置における最大キャンバーは、翼５の翼弦の中央部分よりも後縁部５ｂ側にシフトした位置に存在している。すなわち、翼５のハブ４側（根元側）の周速は先端側の周速よりも遅くなるところ、翼５のハブ４側での効率を上げることを目的として、翼５のキャンバーがハブ４に近づくほど比較的大きくなるように翼５が形成されている。

図１１は、比較例に係るインペラ８０３の上面図である。図１２は、比較例に係るインペラ８０３の側面図である。

上述のような本実施の形態におけるインペラ３と、比較例として、翼５とは形状が異なる翼８０５を有するインペラ８０３とを比較する。

図１１及び図１２に示されるように、比較例に係るインペラ８０３は、９枚の翼８０５を有している。翼８０５についても、前縁部５ａ、後縁部５ｂ、圧力面５ｃ、及び負圧面５ｄを有している。インペラ８０３においても、周方向に隣接する翼８０５同士は、回転軸方向から見て離れている。

図１３は、比較例に係るインペラ８０３の翼８０５の形状について説明する表である。

図１３においては、図９と同様に、比較例に係るインペラ８０３の翼８０５の寸法等が示されている。

図１３に示されるように、ハブ側部Ｐ１は、半径Ｒ１が１７．０１６５ミリメートルであって、幅Ｗ１が０．０１６５ミリメートルとなる位置であり、翼８０５の全幅の０．２０パーセントだけハブ４から離れた位置である。このハブ側部Ｐ１においては、迎角θが４４度である。

中央部Ｐ２は、半径Ｒ２が２１．１２５ミリメートルであって、幅Ｗ２が４．１２５ミリメートルとなる位置であり、翼８０５の全幅の５０．０パーセントだけハブ４から離れた位置である。この中央部Ｐ２においては、迎角θが３９度である。

最外側部Ｐ３は、半径Ｒ３が２５．２５ミリメートルであって、幅Ｗ３が８．２５ミリメートルとなる位置であり、翼８０５の全幅の１００．０パーセントだけハブ４から離れた位置である。この最外側部Ｐ３においては、迎角θが３５度である。

このように、比較例に係るインペラ８０３においては、上述のインペラ３とは異なり、翼８０５のハブ側部Ｐ１の迎角θと中央部Ｐ２の迎角θとの差（すなわち、５度（４４度マイナス３９度））は、翼８０５の中央部Ｐ２の迎角θと最外側部Ｐ３の迎角θとの差（すなわち、４度（３９度マイナス３５度））よりもやや大きくなっている。

また、図１３に示されるように、翼８０５の最外側部Ｐ３における後縁部５ｂの翼厚Ｔ３は、ハブ側部Ｐ１における後縁部５ｂの翼厚Ｔ１や、中央部Ｐ２における後縁部５ｂの翼厚Ｔ２と略同程度である。圧力面５ｃと負圧面５ｄとの間隔は、各位置において、略均一である。

図１４は、比較例に係るインペラ８０３の翼８０５のキャンバーについて示すグラフである。

図１４においては、図１０と同様に、翼８０５についての、ハブ側部Ｐ１（「〇」印で表示）、中央部Ｐ２（「□」印で表示）、及び最外側部Ｐ３（「△」印で表示）のそれぞれにおけるキャンバーが示されている。縦軸がキャンバーであり、横軸は、翼弦の各位置の前縁部５ａからの距離を、翼弦長Ｌで除して全体の翼弦長が１となるように無次元量化して表した位置を示している。

比較例に係るインペラ８０３の翼８０５では、ハブ側部Ｐ１のキャンバーは直線状に近い形状であって、ハブ側部Ｐ１から最外側部Ｐ３に向かうにつれて、キャンバーが大きくなっている（ハブ側部Ｐ１のキャンバー＜中央部Ｐ２のキャンバー＜最外側部Ｐ３のキャンバー）。ハブ側部Ｐ１、中央部Ｐ２、及び最外側部Ｐ３の各位置における最大キャンバーは、翼８０５の翼弦の略中央部分に存在しており、いずれも０．２パーセント未満である。すなわち、翼８０５は、翼５と比較して、反りが小さい形状を有している。

［ファン装置１の風量特性（Ｐ−Ｑ特性）について］

図１５は、本実施の形態に係るインペラ３を用いたファン装置１のＰ−Ｑ特性と比較例に係るインペラ８０３を用いたファン装置のＰ−Ｑ特性とを比較して示すグラフである。

図１５においては、本実施の形態に係るファン装置１のＰ−Ｑ特性は「〇」印と実線とで示されており、比較例に係るファン装置のＰ−Ｑ特性は「□」印と実線とで示されている。フレーム９の幅に対する前縁部５ａの回転軸方向における位置（寸法Ｘ／寸法Ｚ）の値が、０．３５から０．５５の範囲、すなわち翼５の下端や翼８０５の下端がスポーク部１０と接触しない範囲で同じ値になるように設定して、風量特性（Ｐ−Ｑ特性）を測定した。

図１５に示されるように、本実施の形態に係るファン装置１は、最大静圧（Ｐａ）と最大風量（ｍ＾３／ｍｉｎ（立方メートル毎分））との両方が、比較例に係るファン装置のそれよりも、グラフの全領域において大きくなっている。ファン装置１の風量特性は、比較例に係るファン装置よりもグラフの全領域において向上していることがわかる。すなわち、本実施の形態に係るファン装置１は、比較例に係るファン装置に比べて、静圧と風量とを共に増加させることができる。

以上説明したように、本実施の形態においては、インペラ３が、上述のような反りを有する翼５を有している。インペラ３を用いたファン装置１は、例えば比較例のようなインペラ８０３を用いたファン装置と比較して、高い風量特性を有している。インペラ３は、簡素な金型を用いるなどして容易に成型可能な形状であるため、製造コストが安く、かつ、良好な風量特性を有するインペラ３及びファン装置１を実現することができる。

［その他］

上記の実施の形態の特徴点が部分的に組み合わされてファン装置が構成されていてもよい。上記の実施の形態において、いくつかの構成要素が設けられていなかったり、いくつかの構成要素が他の態様で構成されていてもよい。

上述の翼について、具体的な翼型や、種々の指標の値や、キャンバーの大きさなどは、あくまで一例であり、これに限られるものではない。

支持部材の形状は、上述のものに限られない。例えば、取付部は２つに限られず、より多く設けられていてもよいし、１つのみが設けられていてもよい。フレームは、インペラの側周面の一部だけを囲むものでなくてもよく、例えばインペラの側周面の全部がフレームによって囲まれていてもよい。

モータは、インナーロータ型のものであってもよい。

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 ファン装置
２ 支持部材
３ インペラ
４ ハブ
５ 翼
５ａ 前縁部
５ｂ 後縁部
５ｃ 圧力面
５ｄ 負圧面
６ モータベース部
９ フレーム
１５ シャフト
１００ モータ

Claims (6)

1. リング状のハブと、
   前記ハブの外周に設けられた複数の翼とを備え、
   前記翼の最も径方向外側の最大キャンバーは、前記翼の最も回転中心側の最大キャンバー及び前記翼の径方向中央部の最大キャンバーよりも小さく、
   前記翼の最も径方向外側の前記最大キャンバーとなる位置と、前記翼の径方向中央部の前記最大キャンバーとなる位置と、前記翼の最も回転中心側の前記最大キャンバーとなる位置は、いずれも翼弦の中央部分よりも後縁部側に存在して、前記翼は後縁部側が負圧面側に膨らんだ形状を有しており、
   周方向に隣接する前記翼は、回転軸方向から見て、互いに離れている、インペラ。
2. リング状のハブと、
   前記ハブの外周に設けられた複数の翼とを備え、
   前記翼の最も径方向外側の最大キャンバーは、前記翼の最も回転中心側の最大キャンバー及び前記翼の径方向中央部の最大キャンバーよりも小さく、
   周方向に隣接する前記翼は、回転軸方向から見て、互いに離れており、
   前記翼の最も回転中心側における迎角は前記翼の径方向中央部における迎角よりも大きく、
   前記翼の径方向中央部における前記迎角は前記翼の最も径方向外側における前記迎角よりも大きく、
   前記翼の最も回転中心側における前記迎角と前記翼の径方向中央部における前記迎角との差は、前記翼の最も径方向中央部における前記迎角と前記翼の最も径方向外側における前記迎角との差よりも小さい、インペラ。
3. リング状のハブと、
   前記ハブの外周に設けられた複数の翼とを備え、
   前記翼の最も径方向外側の最大キャンバーは、前記翼の最も回転中心側の最大キャンバー及び前記翼の径方向中央部の最大キャンバーよりも小さく、
   周方向に隣接する前記翼は、回転軸方向から見て、互いに離れており、
   前記翼の最も径方向外側における、前記翼の前縁から最大キャンバーとなる位置までの距離が前記翼の長さに占める割合は、前記翼の最も回転中心側における前記割合及び前記翼の径方向中央部における前記割合よりも大きい、インペラ。
4. リング状のハブと、
   前記ハブの外周に設けられた複数の翼とを備え、
   前記翼の最も径方向外側の最大キャンバーは、前記翼の最も回転中心側の最大キャンバー及び前記翼の径方向中央部の最大キャンバーよりも小さく、
   周方向に隣接する前記翼は、回転軸方向から見て、互いに離れており、
   前記翼の最も径方向外側における後縁部の翼厚は、前記翼の最も回転中心側における後縁部の翼厚及び前記翼の径方向略中央における後縁部の翼厚よりも小さい、インペラ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のインペラと、
   前記インペラが回転軸に取り付けられるモータと、
   気体の吸い込み口を有し、回転軸方向から見て前記インペラを囲むフレームとを備える、ファン装置。
6. 前記複数の翼の前縁の少なくとも一部は、前記フレームの内側に入り込んでいる、請求項５に記載のファン装置。

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