JP7028319B2

JP7028319B2 - 送風装置、流体制御装置

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Publication number: JP7028319B2
Application number: JP2020523091A
Authority: JP
Inventors: 寛昭和田; 祐三東山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: JP2021041285A; WO2019235422A1; JP7015900B2; JPWO2019235422A1

Description

本開示は、例えば陽性気道圧（ＰＡＰ：Positive Airway Pressure）のために用いられる送風装置、流体制御装置に関する。

従来、閉塞性睡眠時無呼吸症候群（ＯＳＡ）などの睡眠関連の障害の治療用として、例えば、持続的気道陽圧（ＣＰＡＰ：Continuous Positive Airway Pressure）装置（以下、ＣＰＡＰ装置）等の流体制御装置が用いられる。ＣＰＡＰ装置は、ファンを内蔵した送風装置を有し、患者の口や鼻に装着されるマスクに送風装置から大気圧より高い圧力で気体（例えば空気）を供給する。ＣＰＡＰ装置は、患者の就寝中に使用されるため、静粛性が求められる。例えば、装置に対する空気の流入音を低減する仕組みを備えたＣＰＡＰ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－３４４１１号公報

ところで、上記のＣＰＡＰ装置等に用いられる送風装置は、ファンユニットにおける空気の流れの乱れにより大きな騒音が発生する虞があり、静粛性が低下することがある。
本開示の目的は、空気の流れの乱れを抑制可能とした送風装置、流体制御装置を提供することにある。

本開示の一形態である送風装置は、吸気口と吐出口を有するファンケースと、前記ファンケース内に設けられ、第１面を有し回転可能に支持され保持板と、前記第１面に立設され回転方向に配列された複数の羽根部材と、を有するファンと、前記ファンケースの内面と前記保持板の前記第１面と隣り合う２つの前記羽根部材とに挟まれ、前記吸気口に繋がる第１流路と、を備え、前記吸気口は前記ファンの回転軸を中心に円状に設けられており、前記羽根部材の頂点部は、前記吸気口より径方向外側に位置している。

この構成によれば、空気の流れの乱れを抑制し、騒音を低減できる。
本開示の別の一形態である流体制御装置は、上記の送風装置と、前記送風装置を収容するケースと、を備え、前記ケースは、前記送風装置を収容する区画壁部と、前記区画壁部の開口を塞ぐ中ケースとを有し、前記送風装置は、前記吸気口を前記中ケースに向けて配置され、前記送風装置のファンケースは、前記吸気口の外周において、径方向に延びる複数の導入壁部を有する。

この構成によれば、空気の流れの乱れを抑制し、騒音を低減できる。

本開示の一形態によれば、空気の流れの乱れを抑制可能とした送風装置、流体制御装置を提供できる。

流体制御装置の概略斜視図。流体制御装置の使用状態の説明図。流体制御装置の分解斜視図。上カバー及び中カバーを除いた流体制御装置の概略平面図。ファンユニットの概略斜視図。ファンユニットの分解斜視図。ファンの平面図。流体制御装置の一部断面図。ファンユニットの部分拡大断面図。ファンユニットの部分拡大断面図。第１の比較例の流体制御装置の部分拡大断面図。（ａ）は本実施形態のファンユニットの部分拡大断面図、（ｂ）は第３の比較例のファンユニットの部分拡大断面図。径方向位置-流路高さ特性を示す説明図。本実施形態と第２の比較例における径方向位置-断面積特性を示す説明図。圧力-音圧レベル特性を示す説明図。圧力－音圧レベル特性を示す説明図。流量－圧力特性を示す説明図。流量－圧力特性を示す説明図。

以下、一実施形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。

図１に示すように、流体制御装置１は、直方体状のケース１０を有している。ケース１０の１つの側面１０ａには、吸入パネル１１が取着される。また、ケース１０は側面１０ａに排気ポート１２を有している。吸入パネル１１は、ケース１０の開口部１０ｂに取着されている。吸入パネル１１は、行列状に配列された複数の吸入口１１ａを有している。この吸入パネル１１は、ケース１０の外部から空気を吸入するために設けられている。例えば、吸入パネル１１は、ケース１０に対してフィルタを着脱可能としている。流体制御装置１は、複数の吸入口１１ａより外部から吸入した空気を排気ポート１２から排出する。なお、吸入パネル１１の取着位置、吸入口１１ａの形状、配列、等は適宜変更されてもよい。

図２に示すように、流体制御装置１は、例えば持続的気道陽圧（ＣＰＡＰ:Continuous Positive Airway Pressure）装置として用いられる。流体制御装置１は、チューブ２を介してマスク３に接続される。マスク３は、患者４の鼻や口に装着される。流体制御装置１は、チューブ２とマスク３を介して患者４に所望の圧力の流体（例えば空気）を供給する。

なお、患者４の状態（例えば呼気時）を判定し、患者の状態に応じて患者４に供給する気体の圧力を制御してもよい。例えば、流体制御装置１は、マスク３が装着された患者４の呼気状態を推定し、その呼気状態に同期するように、供給する気体の圧力値を制御する。例えば、吸気時の圧力は１０００［Ｐａ］、呼気時の圧力は７００［Ｐａ］である。患者４が呼気状態であるときに、供給する気体の圧力を低下させることで、患者４における息苦しさを低減する。

図３に示すように、流体制御装置１のケース１０は、上部が開口したケース本体２１と、ケース本体２１の開口を閉塞するカバー部材２２とを有している。ケース本体２１は、上述の排気ポート１２を有し、吸入パネル１１が取着される。

ケース本体２１は、内部に区画壁部２３を備えている。区画壁部２３は上部が開口した矩形枠状に形成され、ケース本体２１と一体的に形成されている。区画壁部２３の開口は、その区画壁部２３に固定された中カバー２４により閉塞されている。ケース本体２１は、その内部に、区画壁部２３と中カバー２４とにより囲まれた送風室２５を有している。送風室２５にはファンユニット３１が収容されている。そして、ケース本体２１は、送風室２５に対して吸入パネル１１と反対側に制御室２６を有している。制御室２６には制御ユニット３２が収容されている。なお、制御ユニット３２は、制御基板等を有するものであるが、概略として直方体状にて示している。制御ユニット３２はファンユニット３１を制御する。ファンユニット３１及び制御ユニット３２により、流体制御装置１は、上述の流体（空気）を制御する。

図５に示すように、ファンユニット３１のファンケース４０は、上部に吸気口４０ａを有し、側部に突出する吐出口４０ｂを有している。ファンケース４０は、ファン５０を収容する。

図５、図６、図８に示すように、ファンケース４０は、下ケース４１と上ケース４２とから構成されている。
下ケース４１は、流路部４１ａと、排出部４１ｂとを有している。流路部４１ａは円環状に形成されている。図８に示すように、流路部４１ａは、断面Ｕ字状に形成されている。排出部４１ｂは、流路部４１ａから所定方向、本実施形態では、円環状の流路部４１ａの接線方向に延びるように形成されている。流路部４１ａの内側には、ファン５０を回転駆動するモータ６０が取着されている。モータ６０の回転軸６１ａにはファン５０が固定される。流路部４１ａは、モータ６０の回転軸６１ａを中心として、径方向の幅が全周に渡って同一又は略同一である。つまり、本実施形態のファンケース４０（下ケース４１）は、円形状の流路部４１ａに対してモータ６０の回転軸６１ａは偏心していない。

図８に示すように、モータ６０は、モータ本体６１、固定板６２を有している。固定板６２は例えば平面視円形の板状に形成されている。固定板６２はモータ本体６１に図示しないネジ等により固定されている。下ケース４１の内側には略円筒状の固定部材６３が取着されている。下ケース４１及び固定部材６３とモータ６０の固定板６２との間には弾性部材としてのＯリング６４が配設されている。モータ６０は、Ｏリング６４を介して下ケース４１及び固定部材６３により支持されている。

図５、図６に示すように、上ケース４２は、流路部４２ａと排出部４２ｂとを有している。流路部４２ａは円環状に形成され、その中心の開口は空気をファンケース４０内に吸入する吸気口４０ａである。排出部４２ｂは、流路部４２ａから所定方向、本実施形態では、円環状の流路部４２ａの接線方向に延びるように形成されている。上ケース４２の上面には、複数の導入壁部４２ｃが立設されている。複数の導入壁部４２ｃはそれぞれ上ケース４２の径方向に沿って延びるように形成されている。そして、図８に示すように、複数の導入壁部４２ｃは、上端が中カバー２４と略平行に形成されている。

図８に示すように、ファン５０は、モータ６０の回転軸６１ａに固定されている。モータ６０はモータ本体６１に対する給電により回転軸６１ａを回転駆動し、その回転軸６１ａとファン５０とが一体的に回転する。

図６、図７、図８に示すように、ファン５０は、保持板５１と複数の羽根部材５２とを有している。
図８に示すように、保持板５１は、第１面５１ａと第２面５１ｂとを有している。第１面５１ａは、保持板５１の上側の面であり、ファンケース４０の吸気口４０ａの側の面である。第２面５１ｂは保持板５１の下側の面であり、モータ本体６１に向う面である。

保持板５１の第１面５１ａは、内周部において回転軸６１ａに固定された固定部５１ｃから径方向外側に向うにしたがって下側に位置するとともに傾斜が緩やかになる凹状の曲面であり、外周側において保持板５１の中心軸と直交する平面と略平行に延びている。さらに、保持板５１の外周端部５１ｄは、スカート状に形成され、この外周端部５１ｄにおける第１面５１ａは、径方向外側に向うにしたがって下側に位置するとともに傾斜が急となる、上側に凸状の曲面（Ｒ面）である。

保持板５１の第２面５１ｂは、内周部において回転軸６１ａに固定された固定部５１ｃから径方向外側に向うにしたがって下側に位置するとともに傾斜が緩やかになり、外周側において保持板５１の中心軸と直交する平面と略平行に延びている。さらに、保持板５１の外周端部５１ｄにおける第２面は、径方向外側に向うにしたがって下側に位置するとともに傾斜が急となる。

保持板５１の外周端部５１ｄは、径方向外側の先端に向うにしたがって薄く形成されている。外周端部５１ｄにおいて、第１面５１ａに対して、第２面５１ｂは、先端に向うにしたがって保持板５１の厚さを薄くするように形成された曲面である。保持板５１の先端の厚さ（径方向の幅）は、１ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、本実施形態では、１ｍｍである。

図６、図７、図８に示すように、複数の羽根部材５２は、保持板５１の第１面５１ａから上方に向けて立設されている。図７に示すように、複数の羽根部材５２は、保持板５１の中心軸Ａ１方向から視て放射状に形成されている。また、複数の羽根部材５２は、ファン５０の重心を中心軸Ａ１とするように配設されている。

詳しくは、複数の羽根部材５２は、保持板５１の中心軸方向から視て、保持板５１の中央領域から、保持板５１の外側の端部方向に向って延びている。本実施形態において、各羽根部材５２は、直線状に形成されている。各羽根部材５２におけるファン５０の中心軸Ａ１側の端部は、他方の端部より、ファン５０の回転方向（図７では反時計方向）において前側に位置している。

図７に示すように、ファン５０は、複数の羽根部材５２として、第１の羽根部材５３、第２の羽根部材５４、第３の羽根部材５５を備えている。第１～第３の羽根部材５３～５５の径方向の長さは、互いに異なる。詳述すると、第１の羽根部材５３は、保持板５１の第１面５１ａにおいて、内側の第１半径位置から外周端部５１ｄの近傍まで延びている。第２の羽根部材５４は、保持板５１の第１面５１ａにおいて、第１半径位置より大きな第２半径位置から外周端部５１ｄの近傍まで延びている。第３の羽根部材５５は、保持板５１の第１面５１ａにおいて、第２半径位置より大きな第３半径位置から外周端部５１ｄの近傍まで延びている。第１～第３の羽根部材５３～５５の径方向外側の端部は、同一円周上に位置している。

本実施形態において、第１の羽根部材５３と第２の羽根部材５４は、保持板５１の周方向において交互に配設されている。そして、第３の羽根部材５５は、第１の羽根部材５３と第２の羽根部材５４との間にそれぞれ配設されている。

図４に示すように、第１の羽根部材５３の内側端部は、ファンケース４０の吸気口４０ａよりも内側に位置しており、吸気口４０ａにより露出している。したがって、第１の羽根部材５３が形成される内側の第１半径位置は、ファンケース４０の吸気口４０ａよりも内側に設定されている。

図８に示すように、第１の羽根部材５３は、保持板５１の第１面５１ａにおいて、内側端部５３ａと外側端部５３ｂとの間の頂点部５３ｃを有している。第１の羽根部材５３は、内側端部５３ａから頂点部５３ｃに向かうにつれて高くなり、頂点部５３ｃから外側端部５３ｂに向うにつれて低くなるように形成されている。図８は、ファン５０の中心軸Ａ１を含み、頂点部５３ｃを通る平面におけるファン５０の断面を示している。図８に示すように、第１の羽根部材５３は、頂点部５３ｃがファン５０の回転軸６１ａと平行な方向において、上ケース４２と重なるように位置している。上ケース４２は、円形状の吸気口４０ａを有している。従って、第１の羽根部材５３の頂点部５３ｃは、吸気口４０ａの開口端よりも径方向外側に位置している。

図９において、一点鎖線は、第２の羽根部材５４の形状（内側端部）を示し、二点鎖線は、第３の羽根部材５５の形状（内側端部）を示している。第２及び第３の羽根部材５４，５５は、外周側の形状が第１の羽根部材５３の形状と一致している。

ファンユニット３１は、ファンケース４０の吸気口４０ａからファンケース４０の吐出口４０ｂまでの流路７０を備えている。
本実施形態において、流路７０は、ファンケース４０の吸気口４０ａにつながる第１流路７１と、ファンケース４０の吐出口４０ｂにつながる第２流路７２を備えている。また、流路７０は、第１流路７１と第２流路７２との間のバッファ流路７３を備えている。この流路７０（第１流路７１、第２流路７２、バッファ流路７３）について詳述する。

上述の保持板５１の第１面５１ａと対向する上ケース４２の内面４２ｄと、保持板５１の第１面５１ａとの間の領域は、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）が形成された領域と、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）が形成されていない領域を含む。本実施形態では、保持板５１の第１面５１ａにおいて第１半径位置から第３半径位置までの表面と、上ケース４２の内面４２ｄと、周方向に隣り合う２つの羽根部材５２とに挟まれた領域を第１流路７１とする。この第１流路７１は、ファンケース４０の吸気口４０ａに繋がる。

上述の羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）が形成されていない領域となる保持板５１の外周端部５１ｄの表面と上ケース４２の内面４２ｄとに挟まれた領域をバッファ流路７３とする。

そして、バッファ流路７３からファンケース４０の吐出口４０ｂまでを第２流路７２とする。
図１０に示すように、ファンケース４０（上ケース４２）と保持板５１において、保持板５１の第１面５１ａから、保持板５１の第１面５１ａに対向する上ケース４２の内面４２ｄまでの距離Ｄ１（最短距離ともいう）は、保持板５１の外周端部５１ｄに向けて小さくなる。この距離Ｄ１は、第１流路７１の断面積や高さを設定する。

本明細書において、第１面５１ａ上の点において第１面５１ａと垂直であり、保持板５１の第１面５１ａから上ケース４２までの線分を含み、その線分を保持板５１の中心軸により回転して得られる軌跡の面の面積を、第１流路７１の断面積とする。本実施形態において、保持板５１の第１面５１ａと上ケース４２の内面４２ｄは、吸気口４０ａ側の第１流路７１の端部における該断面積が第２流路７２側の第１流路７１の端部における該断面積より大きくなるように形成されている。なお、第１流路７１の吸気口４０ａ側の端部における断面積を、第２流路７２側の端部における断面積と同一とするように、保持板５１の第１面５１ａと上ケース４２の内面４２ｄを形成してもよい。

また、本明細書において、第１面５１ａの上のある点にかかる第１流路７１の断面積を、その点を通る円の円周の長さで除算した結果の値を、第１流路７１の高さとする。その点を通る円の円周の長さは、その点における半径（保持板５１の中心軸Ａ１から点Ｐ１までの距離）に基づいて算出する。本実施形態において、第１流路７１の高さは、保持板５１の第１面５１ａの半径位置に対して凹状の特性を有している。凹状の特性については図１３を参照して後述する。

ファンケース４０（上ケース４２）と保持板５１において、保持板５１の第１面５１ａから上ケース４２の内面４２ｄまでの距離Ｄ２（最短距離ともいう）は、保持板５１の外周端部５１ｄに向けて小さくなる。この距離Ｄ２は、バッファ流路７３の断面積や高さを設定する。

本明細書において、第１面５１ａ上の点において第１面５１ａと垂直であり、保持板５１の第１面５１ａから上ケース４２までの線分を含み、その線分を保持板５１の中心軸により回転して得られる軌跡の面の面積を、バッファ流路７３の断面積とする。本実施形態において、保持板５１の第１面５１ａと上ケース４２の内面４２ｄは、吸気口４０ａから第２流路７２に向けて、バッファ流路７３の断面積を略一定、若しくは徐々に小さくなるように形成されている。

（作用）
次に、上記の流体制御装置１及びファンユニット３１の作用を説明する。
図４に示すように、流体制御装置１は、直方体状のケース１０と、ケース１０の内部の区画壁部２３と中カバー２４とに囲まれた送風室２５に収容されたファンユニット３１を備えている。

また、図６に示すように、ファンユニット３１は、ファンケース４０、ファン５０を備える。ファンケース４０は、吸気口４０ａと吐出口４０ｂとを有する。ファン５０はファンケース４０内に設けられ、第１面５１ａを有し回転可能に支持された保持板５１と、保持板５１の第１面５１ａに立設された複数の羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）とを有している。

また、図８に示すように、ファンユニット３１は、ファンケース４０の吸気口４０ａからファンケース４０の吐出口４０ｂまでの流路７０を備えている。流路７０は、吸気口４０ａにつながる第１流路７１と、吐出口４０ｂにつながる第２流路７２と、第１流路７１と第２流路７２の間のバッファ流路７３とを備えている。保持板５１の第１面５１ａと上ケース４２の内面４２ｄとの間の領域は、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）が形成された領域と、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）が形成されていない領域を含む。本実施形態では、保持板５１の第１面５１ａにおいて第１半径位置から第３半径位置までの表面と、上ケース４２の内面４２ｄと、回転方向に隣り合う２つの羽根部材５２とに挟まれた領域を第１流路７１とする。

本実施形態のファンユニット３１は、図８に示すように、ファンケース４０に収容されたファン５０の第１の羽根部材５３の頂点部５３ｃは、ファンケース４０の吸気口４０ａよりも径方向外側に位置し、ファンケース４０（上ケース４２）により覆われている。ファン５０を回転させたとき、回転する第１の羽根部材５３から空気に作用する力は、第１流路７１の下流に向うように作用する一方、頂点部５３ｃと吸気口４０ａより流入した空気との干渉が低減するため、空気の流れの乱れが抑制される。これにより、騒音を抑制できる。

ここで、本実施形態に対する第１の比較例を説明する。
図１１は、第１の比較例のファンユニット１００を含む流体制御装置の一部断面を示す。この第１の比較例において、ファンケース１０１に収容されたファン１１０は、保持板１１１と、その保持板１１１に立設された羽根部材１１２を備えている。羽根部材１１２は、その頂点部１１２ａがファンケース１０１の吸気口１０１ａより内側に位置している。また、その頂点部１１２ａは、吸気口１０１ａからファンケース１０１の外側に突出している。

この第１の比較例の場合、ファンケース１０１の吸気口１０１ａより内側において、ファン１１０を回転させた場合、回転するファン１１０の羽根部材１１２から空気に作用する力は、第１流路７１の下流方向のみならず、様々方向へと空気の流れを発生させる。例えば、吸気口４０ａに向う空気の流れが生じると、吸気口４０ａから吸入する空気の流れを乱すことになる。このように、空気の流れの乱れが生じ、騒音が大きくなる場合がある。

加えて、本実施形態において、保持板５１の第１面５１ａから、第１面５１ａに対するファンケース４０の内面４２ｄまでの距離Ｄ１は、保持板５１の外周端部５１ｄに向けてその位置の半径に応じて減少する。この構成によれば、吸気口４０ａより流入した空気が第１流路７１を介して吐出口４０ｂへの流れていく際に、流速が増して行きスムーズな空気の流れを実現することができる。その結果、騒音を低減できる。

さらに、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）は、ファン５０の中心軸方向から視て、保持板５１の中央領域から、保持板５１の外側の端部方向に延びている。羽根部材５２におけるファン５０の中心軸Ａ１側の端部は、他方の端部よりもファン５０の回転方向前側に位置している。これらにより、第１流路７１の断面積は、吸気口４０ａから第２流路７２に向けて、略一定、若しくは徐々に減少する。また、ファンユニット３１は、半径位置に対して第１流路７１の高さが凹状となる特性を有している。このようなファンユニット３１において、流体の流速を減速させることなくなる。これによって、流体の剥離現象や渦の発生を抑制することが可能となり、流体の流れの乱れを抑制でき、騒音を抑制できる。

第１流路７１の断面積が流体の流れる方向にしたがって大きくなると、流体を減速する方向の力が流体に働く。これにより、流体が流路を形成する構成要件の干渉を受けやすくなり、流れが一方向に定まり難くなる剥離現象や、渦が生じ易くなる。流体の剥離現象や渦の発生は、流れの乱れや圧力変動につながり、流体により生じる騒音を大きくする。本実施形態のように、吸気口４０ａ側の端部における第１流路７１の断面積と、第２流路７２側の端部における第１流路７１の断面積とを同一又は大きくなるようにしたことで、吸気口４０ａより流入した空気が第１流路７１を介して吐出口４０ｂへの流れていく際に、流速が増して行きスムーズな空気の流れを実現することができる。その結果、騒音を低減できる。よって、流体の流れの乱れを抑制でき、騒音を抑制できる。

また、第１流路７１の断面積を徐々に小さくした場合、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）の外側端部から流出する流体の流速を大きくすることができる。これにより、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）の外側端部で渦が発生した場合、その渦が第２流路７２に向って速く流れ、回転方向において後ろ側の羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）と干渉を抑制できる。このため、流体の流れの乱れや圧力変動を抑制でき、静音化できる。

上述の羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）が形成されていない領域となる保持板５１の外周端部５１ｄの表面と上ケース４２の内面４２ｄとに挟まれた領域をバッファ流路７３とする。保持板５１の第１面５１ａと上ケース４２の内面４２ｄは、吸気口４０ａから第２流路７２に向けて、バッファ流路７３の断面積を略一定、若しくは徐々に小さくなるように形成されている。

バッファ流路７３の断面積が流体の流れる方向にしたがって大きくなると、流体を減速する方向の力が流体に働き、流れが一方向に定まり難くなる剥離現象や渦が生じ易くなる。流体の剥離現象や渦の発生は、流れの乱れや圧力変動につながり、流体により生じる騒音を大きくする。本実施形態のように、バッファ流路７３の断面積が流体の流れる方向にしたがって同一又は徐々に減少することで、流体の流速を減速させることを抑制できるため、流体の流れの乱れを抑制でき、騒音を抑制できる。

図１４は、半径位置に対する第１流路７１の断面積を示す。図１４において実線及び黒丸は、本実施形態の特性を示し、図１４において一点鎖線及び黒三角は第２の比較例の特性を示す。この第２の比較例は、流路の断面積が吸気口から徐々に大きくなったのち、徐々に小さくなる。本実施形態は、第２の比較例と比べて、第１流路７１の断面積が径方向位置に対してほぼ均一である。

図１３は、半径位置に対する第１流路７１の高さを示す。図１３において、実線及び黒丸は、本実施形態の特性を示し、図１３において一点鎖線及び黒三角は第２の比較例の特性を示す。本実施形態は凹状の特性を有している。なお、本明細書において使用する文言「凹状の特性」とは、図１３の実線曲線から明白であるが、横軸が半径位置を示し縦軸が第１流路の高さを示すプロット領域に現れる特性線が、上に凹(concave upward)の曲線であることを指す。

このような本実施形態と第２の比較例について、圧力（背圧）に対する音量レベル（ＬＰＭ）を測定した。音量レベルは、ファンユニット３１の吸気口４０ａから１ｍ離れた位置におけるレベルである。なお、測定において、流動抵抗を１０ｃｍＨ_２Ｏ／３０ＬＰＭとし、背圧をファン５０の回転数によって変更した。背圧は、本実施形態のファンユニット３１及び流体制御装置１をＣＰＡＰ装置として用いる場合に必要とする圧力範囲（４ｃｍＨ_２Ｏから２０ｃｍＨ_２Ｏ）とした。

この測定結果を図１５に示す。図１５において、実線及び黒丸は本実施形態のファンユニット３１による測定結果を示し、図１５において、一点鎖線及び黒三角は、上述の第２の比較例のファンユニットによる測定結果である。本実施形態のファンユニット３１では、第２の比較例のファンユニットに対して、音量レベルを低減できた。

図４に示すように、流体制御装置１の内部において、空気は矢印にて示すように、ファンユニット３１の周囲からファンケース４０の吸気口４０ａに向って流れ、その吸気口４０ａからファンケース４０の内部へと吸入される。

図１６は、圧力に対する音圧レベル（ＬＰＭ）を示す。図１６において、実線及び黒丸は本実施形態のファンユニット３１の特性を示し、一点鎖線及び黒三角は図１１に示す第１の比較例のファンユニット１００の特性を示す。本実施形態のファンユニット３１は、第１の比較例のファンユニット１００と比較して、音圧レベルが低いことが解る。

図１７は、流量と圧力の特性を示す。図１７において、実線は本実施形態のファンユニット３１の特性を示し、一点鎖線は図１１に示す第１の比較例のファンユニット１００の特性を示す。このように、第１の比較例に対して本実施形態では同様の特性が得られる。更に、高流量（１５０ＬＰＭ）付近では、本実施形態の圧力がやや高くなる。これは、以下の理由によると思われる。図１１に示す第１の比較例では、上述したように、例えば、吸気口４０ａに向う空気の流れが生じると、吸気口４０ａから吸入する空気を妨げることになる。これに対し、本実施形態のファンユニット３１は、第１の羽根部材５３の頂点部５３ｃをファンケース４０にて覆うことにより、空気を効率よく第１流路７１の下流に向うようにすることができるため、ファンユニット３１の流量及び圧力の特性を向上できる。

図１２（ａ）に示すように、本実施形態のファンユニット３１において、保持板５１の外周端部５１ｄは、スカート状に形成され、この外周端部５１ｄにおける第１面５１ａは、径方向外側に向うにしたがって下側に位置するとともに傾斜が急となる、上側に凸状の曲面（Ｒ面）である。

ここで、本実施形態に対する第３の比較例を説明する。
図１２（ｂ）は、本実施形態に対する第３の比較例の一部を示す。第３の比較例のファンユニット１３０では、保持板１３１の外周端部１３１ａの上面は、断面において直線状に切り欠かれている。また、外周端部１３１ａにおいて、径方向外側の側面は、保持板１３１の中心軸と平行に形成されている。

第３の比較例では、保持板１３１の表面に沿って流れが急激に変化するため、その部分で圧力が高くなり、特性の悪化や逆流が生じる場合がある。逆流が発生すると、流れが乱れる。また、流れの乱れが羽根部材に干渉することは騒音の原因となる。

これに対し、本実施形態では、保持板５１の外周端部５１ｄがスカート状であるため、流れが緩やかに曲げられ、圧力変化が抑制され、特性の悪化や逆流が抑制される。このため、特性を向上できる。

図１８は、流量に対する圧力を示す。図１８において、実線は本実施形態の特性を示し、一点鎖線は第３の比較例の特性を示す。このように、本実施形態の特性を向上できる。流量は、ファン５０の回転数によって変化する。同じ流量を得ようとする場合、本実施形態では、ファン５０の回転数を低くすることができる。ファン５０の回転数、つまりモータ本体６１の回転数を低くすることは、騒音を低下することとなる。従って、同じ流量とすることで、騒音を低下する、つまり静粛性を向上できる。

また、本実施形態のファンユニット３１において、保持板５１の外周端部５１ｄは、径方向外側の先端に向うにしたがって薄く形成されている。外周端部５１ｄにおいて、第１面５１ａに対して、第２面５１ｂは、先端に向うにしたがって保持板５１の厚さを薄くするように形成された曲面である。保持板５１の先端の厚さ（径方向の幅）は、１ｍｍ以下であることが好ましい。

図１２（ｂ）に示すように、保持板１３１が端部まで厚いと、保持板１３１の慣性モーメントが大きく、僅かな偏心でも回転軸に大きな力が加わり、回転軸の振動と、それに伴う耐久性の低下、騒音の増大を招く。これに対し本実施形態では、径方向外側の先端に向うにしたがって薄く形成されているため、慣性モーメントを小さくでき、振動、耐久性の低下、騒音、等を抑制できる。

また、比較例のファンユニット１３０では、保持板１３１の端部が厚いため、矢印Ｙ１１にて示す空気の流れと、矢印Ｙ１２にて示す第２流路７２の回転流との間に２次渦が発生して、複雑な流れを生じ、騒音の原因となる。

これに対し、本実施形態のファンユニット３１において、保持板５１の外周端部５１ｄは、径方向外側の先端に向うにしたがって薄く形成されている。このため、図１２（ａ）において矢印Ｙ１にて示すバッファ流路７３から第２流路７２に流れ込む空気の流れと、矢印Ｙ２にて示す第２流路７２の回転流との間に２次渦が発生し難く、流れの乱れを抑制でき、騒音を抑制できる。

さらに、発生した２次渦による騒音が聞え難くなる領域の周波数（例えば８ｋＨｚ）以上とすることが好ましい。例えば、図２に示すように、ＣＰＡＰ装置として用いる場合、ファン５０は、１０ｃｍＨ_２Ｏ程度で駆動される。この場合、ファン５０の外周端部の速度は、およそ４０ｍ／ｓとなる。２次渦により生じる音の周波数を上述の領域の周波数（例えば、８ｋＨｚ）以上とする場合、保持板５１の先端の厚さを１ｍｍ以下に設定することが好ましい。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ファンユニット３１は、ファンケース４０、ファン５０を備える。ファンケース４０は、吸気口４０ａと吐出口４０ｂとを有する。ファン５０はファンケース４０内に設けられ、第１面５１ａを有し回転可能に支持された保持板５１と、保持板５１の第１面５１ａに立設された複数の羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）とを有している。また、ファンユニット３１は、保持板５１の第１面５１ａに対向するファンケース４０の内面（上ケース４２の内面４２ｄ）と保持板５１の第１面５１ａと、隣り合う２つの羽根部材５２とに挟まれ、吸気口４０ａに繋がる第１流路７１を備えている。ファンユニット３１は、ファンケース４０に収容されたファン５０の第１の羽根部材５３の頂点部５３ｃは、ファンケース４０の吸気口４０ａよりも径方向外側に位置し、ファンケース４０（上ケース４２）により覆われている。ファン５０を回転させたとき、回転する第１の羽根部材５３から空気に作用する力は、頂点部５３ｃに大きく干渉することなく第１流路７１の下流に向うように作用するため、空気の流れの乱れが抑制される。これにより、騒音を抑制できる。

（２）ファンユニット３１は、第１の羽根部材５３の頂点部５３ｃをファンケース４０にて覆うことにより、頂点部５３ｃが流入した空気に大きく干渉せずに第１流路７１の下流に向うようにすることができるため、効率よく空気を吐出できる。

（３）ファンユニット３１において、保持板５１の外周端部５１ｄは、スカート状に形成され、この外周端部５１ｄにおける第１面５１ａは、径方向外側に向うにしたがって下側に位置するとともに傾斜が急となる、上側に凸状の曲面（Ｒ面）である。このため、流れが緩やかに曲げられ、圧力変化が抑制され、逆流の発生が抑制される。このため、効率よく空気を吐出できる。

（４）ファンユニット３１において、保持板５１の外周端部５１ｄは、径方向外側の先端に向うにしたがって薄く形成されている。外周端部５１ｄにおいて、第１面５１ａに対して、第２面５１ｂは、先端に向うにしたがって保持板５１の厚さを薄くするように形成された曲面である。保持板５１の先端の厚さ（径方向の幅）は、１ｍｍ以下であることが好ましい。このため、慣性モーメントを小さくでき、振動、耐久性の低下、騒音、等を抑制できる。

（５）ファンユニット３１において、保持板５１の外周端部５１ｄは、径方向外側の先端に向うにしたがって薄く形成されている。このため、バッファ流路７３から第２流路７２に流れ込む空気の流れと、第２流路７２の回転流との間に２次渦が発生し難く、流れの乱れを抑制でき、騒音を抑制できる。

（６）保持板５１の第１面５１ａから、第１面５１ａに対するファンケース４０の内面４２ｄまでの距離Ｄ１は、保持板５１の外周端部５１ｄに向けて減少する。さらに、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）は、ファン５０の中心軸方向から視て、保持板５１の中央領域から、保持板５１の外側の端部方向に延びている。このようなファンユニット３１において、流体の流速を減速させることがなくなる。これによって、流体の剥離現象や渦の発生を抑制することが可能となり、流体の流れの乱れを抑制でき、騒音を抑制できる。

（７）複数の羽根部材５２において、ファン５０の中心軸Ａ１側の端部は、他方の端部よりもファン５０の回転方向前側に位置している。流体の流れはファンの回転によって中心から外側へと向かうとともに、回転方向前側にも向かう。このため、中心軸Ａ１を通る直線に沿って羽根部材を形成したファンを用いたファンユニットと比べ、流体の流れに沿った羽根部材５２の形状となっているため、羽根部材５２と流体との過度の干渉を抑制することができ、騒音を低減できる。

（８）複数の羽根部材５２は、ファン５０の中心軸側の端部から他方の端部までの長さが異なる第１～第３の羽根部材５３～５５を含む。本実施形態において、ファン５０の周方向に隣り合う第１の羽根部材５３の間に、第１の羽根部材５３より短い第２の羽根部材５４が配設され、第１の羽根部材５３と第２の羽根部材５４の間に第２の羽根部材５４より短い第３の羽根部材５５が配設されている。このように第１～第３の羽根部材５３～５５を配設したファン５０では、保持板５１の第１面５１ａとファンケース４０の内面（上ケース４２の内面４２ｄ）と第１～第３の羽根部材５３～５５により囲まれた空間を、ファン５０の中心軸Ａ１側から外側に向けて、徐々に分割する。これにより、中心から外側にかけての隣り合う２つの羽根部材５２の距離の変化を小さくすることができるとともに、保持板５１とファンケース４０の内面４２ｄとの距離の変化を小さくすることができる。これにより、流体と羽根部材５２、保持板５１およびファンケース４０の内面４２ｄとの過度の干渉を抑制することができ、流体の流れの乱れを抑制でき、騒音を抑制できる。

（９）ファン５０において、羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）が形成されていない領域となる保持板５１の外周端部５１ｄの表面と上ケース４２の内面４２ｄとに挟まれた領域をバッファ流路７３とする。保持板５１の第１面５１ａと上ケース４２の内面４２ｄは、吸気口４０ａから第２流路７２に向けて、バッファ流路７３の断面積を略一定、若しくは徐々に小さくなるように形成されている。このため、流体の流速を減速させることがなくなり、流体の流れの乱れを抑制でき、騒音を抑制できる。

尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態に対し、ファン５０の形状を適宜変更してもよい。
・上記実施形態に対し、複数の羽根部材５２（第１～第３の羽根部材５３～５５）の配列、構成を適宜変更してもよい。

例えば、第１の羽根部材５３，第２の羽根部材５４，第２の羽根部材５４，第１の羽根部材５３，第２の羽根部材５４、・・・、のように、第１の羽根部材５３と第２の羽根部材５４との少なくとも一方を連続的に配設してもよい。

また、第１の羽根部材５３、第２の羽根部材５４、第３の羽根部材５５をこの順番で周方向に順次配設してもよい。
例えば、第３の羽根部材５５を省略し、第１の羽根部材５３及び第２の羽根部材５４を備えたファンとしてもよい。また、第２の羽根部材５４を省略し、第１の羽根部材５３と第３の羽根部材５５を備えたファンとしてもよい。

上記各実施の形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（付記１）
吸気口と吐出口を有するファンケースと、
前記ファンケース内に設けられ、第１面を有し回転可能に支持され保持板と、前記第１面に立設され回転方向に配列された複数の羽根部材と、を有するファンと、
前記ファンケースの内面と前記保持板の前記第１面と隣り合う２つの前記羽根部材とに挟まれ、前記吸気口に繋がる第１流路と、
を備え、
前記吸気口は前記ファンの回転軸を中心に円状に設けられており、
前記羽根部材の頂点部は、前記吸気口より径方向外側に位置している、
送風装置。

（付記２）
前記複数の羽根部材は、前記ファンの中心軸方向から視て、前記保持板の径方向内側の端部から、前記保持板の径方向外側の端部まで直線状に延び、内端は、外端よりもファンの回転方向前側に位置している、
付記１に記載の送風装置。

（付記３）
前記複数の羽根部材は、前記ファンの中心軸側の端部から他方の端部までの長さが異なる羽根部材を含む、付記１又は２に記載の送風装置。

（付記４）
前記複数の羽根部材は、第１の羽根部材と、前記第１の羽根部材より長さが短い第２の羽根部材とを含み、
前記頂点部は、前記第１の羽根部材の頂点部である、
付記３に記載の送風装置。

（付記５）
１または複数の前記第２の羽根部材は、前記保持板の周方向において複数の前記第１の羽根部材に挟まれて配設されている、付記４に記載の送風装置。

（付記６）
前記複数の羽根部材は更に、前記第２の羽根部材より長さが短い第３の羽根部材を含む、
付記４又は５に記載の送風装置。

（付記８）
付記１～７の何れか１つに記載の送風装置と、
前記送風装置を収容するケースと、
を備え、
前記ケースは、前記送風装置を収容する区画壁部と、前記区画壁部の開口を塞ぐ中ケースとを有し、
前記送風装置は、前記吸気口を前記中ケースに向けて配置され、
前記送風装置のファンケースは、前記吸気口の外周において、径方向に延びる複数の導入壁部を有する、
流体制御装置。

（付記１１）
吸気口と吐出口を有するファンケースと、
前記ファンケース内に設けられ、複数の羽根部材と、前記複数の羽根部材が設けられた第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを備えた保持板とを有するファンと、
前記保持板の前記第１面と前記ファンケースの内面と隣り合う２つの前記羽根部材とに挟まれ、前記吸気口に繋がる第１流路と、
前記保持板の前記第２面側にあって、前記吐出口に繋がる第２流路と、
を備え、
前記保持板は、前記複数の羽根部材より径方向外側の外周端部を有し、
前記外周端部は、径方向外側に向うにしたがって下側に位置するとともに傾斜が急となるスカート状である、
送風装置。

（付記１２）
前記外周端部は、先端に向って厚さが薄い、付記１１に記載の送風装置。
（付記１３）
前記外周端部の厚みが１ｍｍ以下である、付記１１または１２に記載の送風装置。

（付記２１）
吸気口と吐出口を有するファンケースと、
前記ファンケース内に設けられ、第１面を有し回転可能に支持された保持板と、前記第１面に立設され回転方向に配列された複数の羽根部材と、を有するファンと、
前記ファンケースの内面と前記保持板の前記第１面と隣り合う２つの前記羽根部材とに挟まれ、前記吸気口に繋がる第１流路と、
を備え、
前記複数の羽根部材は、前記ファンの中心軸方向から視て、前記保持板の中央領域から、前記保持板の外側の端部方向に延び、
前記保持板の前記第１面から、前記第１面に対向する前記ファンケースの内面までの距離は、前記吸気口の外周端から前記保持板の外周端に向けて小さくなっている、
送風装置。

（付記２２）
前記複数の羽根部材における前記ファンの中心軸側の端部は、他方の端部よりもファンの回転方向前側に位置している、
付記２１に記載の送風装置。

（付記２３）
前記複数の羽根部材は、前記ファンの中心軸側の端部から他方の端部までの長さが異なる羽根部材を含む、付記２１または２２に記載の送風装置。

（付記２４）
前記複数の羽根部材は、第１の羽根部材と、前記第１の羽根部材よりも長さが短い第２の羽根部材とを含む、付記２２に記載の送風装置。

（付記２５）
前記複数の羽根部材は更に、前記第２の羽根部材よりも長さが短い第３の羽根部材を含む、付記２４に記載の送風装置。

（付記２６）
吸気口と吐出口を有するファンケースと、
前記ファンケース内に設けられ、第１面を有し回転可能に支持された保持板と、前記第１面に立設され回転方向に配列された複数の羽根部材と、を有するファンと、
前記ファンケースの内面と前記保持板の前記第１面と隣り合う２つの前記羽根部材とに挟まれ、前記吸気口に繋がる第１流路と、
を備え、
前記複数の羽根部材は、前記ファンの中心軸方向から視て、前記保持板の中央領域から、前記保持板の外側の端部方向に延び、
前記保持板の前記第１面から、前記第１面に対向する前記ファンケースの内面までの距離は、前記吸気口の外周端における該距離が前記保持板の外周端における該距離より大きく、
前記第１流路の途中に狭小部を備え、
前記狭小部における前記距離は、前記狭小部に隣接する位置における前記距離より小さい、
送風装置。

（付記２７）
前記保持板の第１面に垂直であって前記第１面から前記ファンケースの内面までの線分を前記ファンの回転軸周りに回転したときの軌跡からなる環状の周回面の面積を断面積とし、
前記保持板の中央領域における前記断面積は、前記保持板の外側の端部における前記断面積と比較して同一又は大きい、
付記２１～２６のいずれか１つに記載の送風装置。

（付記２８）
前記保持板の第１面の点において前記第１面に垂直であって前記第１面から前記ファンケースの内面までの線分を前記ファンの回転軸周りに回転したときの軌跡からなる環状の周回面の面積を、前記点を通る円の円周の長さで除算した結果の値を前記点における前記第１流路の高さとし、
前記第１面の任意の半径位置における前記第１流路の高さは一端から他端にかけて凹状の特性を有している、
付記２１～２６のいずれか１つに記載の送風装置。

（付記２９）
付記２１～２８のいずれか１つに記載の送風装置と、前記送風装置を制御する制御装置とを有する流体制御装置。

１…流体制御装置、３１…ファンユニット（送風装置）、４０…ファンケース、４０ａ…吸気口、４０ｂ…吐出口、５０…ファン、５１…保持板、５１ａ…第１面、５１ｄ…外周端部、５２…羽根部材、５３…第１の羽根部材、５３ｃ…頂点部、５４…第２の羽根部材、５５…第３の羽根部材。

Claims

送風装置と、前記送風装置を収容するケースとを備える流体制御装置であって、
前記送風装置は、
吸気口と吐出口を有するファンケースと、
前記ファンケース内に設けられ、第１面を有し回転可能に支持された保持板と、前記第１面に立設され回転方向に配列された複数の羽根部材と、を有するファンと、
前記ファンケースの内面と前記保持板の前記第１面と隣り合う２つの前記羽根部材とに挟まれ、前記吸気口に繋がる第１流路と、
を備え、
前記吸気口は前記ファンの回転軸を中心に円状に設けられており、
前記羽根部材の頂点部は、前記吸気口より径方向外側に位置しており、
前記ケースは、一方向側が開口した枠状に形成された区画壁部と、前記区画壁部の開口の全域を塞ぐ中ケースと、前記区画壁部及び前記中ケースにより囲まれた送風室と、前記送風室の外部から前記送風室へと流れる空気が流通する流通部と、を有し、
前記送風装置は、前記吸気口を前記中ケースに向けて前記送風室に配置され、
前記送風装置の前記ファンケースは、前記吸気口の外周において、径方向に延びる複数の導入壁部を有し、
前記導入壁部の前記吸気口側の端部の位置は、前記吸気口の外周より外側にある、
流体制御装置。
前記第１面上の点において前記第１面に垂直であって前記第１面から前記ファンケースの内面までの線分を前記ファンの回転軸周りに回転したときの軌跡からなる環状の周回面の面積を、前記点を通る円の円周の長さで除算した結果の値を前記点における前記第１流路の高さとしたとき、
前記第１面の任意の半径位置における前記第１流路の高さは、半径位置に対して凹状の特性を有している、
請求項１に記載の流体制御装置。
前記複数の羽根部材は、前記ファンの中心軸方向から視て、前記保持板の径方向内側の端部から、前記保持板の外側の端部方向に延び、
前記羽根部材における前記ファンの中心軸側の端部は、他方の端部よりも前記ファンの回転方向前側に位置している、
請求項１又は２に記載の流体制御装置。
前記複数の羽根部材は、前記ファンの中心軸側の端部から他方の端部までの長さが異なる羽根部材を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
前記複数の羽根部材は、第１の羽根部材と、前記第１の羽根部材より長さが短い第２の羽根部材とを含み、
前記頂点部は、前記第１の羽根部材の頂点部である、
請求項４に記載の流体制御装置。
１または複数の前記第２の羽根部材は、前記保持板の周方向において複数の前記第１の羽根部材に挟まれて配設されている、請求項５に記載の流体制御装置。
前記複数の羽根部材は更に、前記第２の羽根部材より長さが短い第３の羽根部材を含む、請求項５又は６に記載の流体制御装置。