JP7122953B2

JP7122953B2 - プロペラファン

Info

Publication number: JP7122953B2
Application number: JP2018233522A
Authority: JP
Inventors: 普道青木; 樹司村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2038-12-13
Also published as: JP2020094549A

Description

本発明は、ブレードを回転させて送風するプロペラファンに関する。

従来、換気機器、空調機器等に用いられるプロペラファンが多数開発されている。例えば、特許文献１には、モータの回転軸に固定されたボス部と、当該ボス部の外周面から径方向外側に延設されボス部の回転に伴って送風するブレードとを備えたプロペラファンが開示されている。特許文献１のプロペラファンは、ブレードの根元部に補強用リブを設けることで、プロペラファンの回転時の遠心力によってブレードの根元部に発生する曲げ応力を低減するというものである。

特開昭６１－１０１６９８号公報

例えば、プロペラファンの上流に障害物が存在する状態でブレードを回転させると、気流の脈動が生じ、空力変動に伴う加振力がブレードに作用し、当該加振力によってブレードの根元部から離れた領域でも曲げ応力が発生することがある。上記従来の技術では、当該領域における補強手段が何ら講じられていないため、ブレードの根元部から離れた領域で曲げ応力によってブレードが変形することを十分に抑制できない場合があった。特に、プロペラファンの外径が大きくなるほど曲げ応力が高くなるため、ブレードの根元部から離れた領域の補強対策が必要となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ブレードの根元部から離れた領域に発生する曲げ応力を低減することができるプロペラファン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、本発明にかかるプロペラファンは、モータの回転軸に固定される固定部と、固定部の外周面に設けられるスパイダーと、スパイダーに接合され、スパイダーよりも径方向外側となる領域を有するブレードと、を備える。ブレードには、スパイダーよりも径方向外側に位置する突起が設けられる。ブレードは、回転時に回転方向前側に位置して径方向に延びるブレード前縁を有している。スパイダーは、回転時に回転方向前側に位置してブレード前縁に沿って径方向に延びるスパイダー前縁と、回転時に回転方向後側に位置して径方向に延びるスパイダー後縁と、スパイダー後縁の外端から回転方向前側に向けて延びるスパイダー外周縁と、スパイダー前縁の外端とスパイダー外周縁の前端とを繋ぐスパイダー先端縁と、を有している。突起は、スパイダー先端縁よりも径方向外側に設けられる。突起は、径方向の長さが回転方向の長さよりも大きい矩形状に形成されて、回転時に回転方向前側に位置して径方向に延びる突起前縁と、回転時に回転方向後側に位置して径方向に延びる突起後縁と、突起前縁の外端と突起後縁の外端とを繋ぐとともに回転方向に延びる突起外縁と、突起前縁の内端と突起後縁の内端とを繋ぐとともに回転方向に延びる突起内縁と、を有している。スパイダー先端縁は、直線状である。突起内縁は、スパイダー先端縁と平行な形状である。スパイダー先端縁の中央部と接する接線を領域線としたときに、突起の突起内縁とスパイダー先端縁との間の径方向の離間距離は、突起内縁とスパイダー先端縁との間の全域に亘って、領域線とブレード前縁との交点からブレード前縁の外端までの距離の１０％以上２０％以内である。

本発明によれば、ブレードの根元部から離れた領域に発生する曲げ応力を低減することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを示す図であって、送風方向の上流側から見た斜視図本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを示す図であって、送風方向の下流側から見た斜視図本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを示す図であって、回転軸に対して垂直方向から見た側面図実施の形態１に係る突起を示す図であって、図３のＩＶ－ＩＶ線断面図実施の形態１に係るブレードを示す図であって、送風方向の上流側から見た拡大斜視図実施の形態１の変形例１に係るブレードを示す図であって、送風方向の上流側から見た拡大斜視図実施の形態１の変形例２に係るブレードを示す図であって、送風方向の上流側から見た拡大斜視図実施の形態１の変形例３に係るプロペラファンを示す図であって、送風方向の上流側から見た斜視図実施の形態１の変形例３に係るプロペラファンを示す図であって、送風方向の下流側から見た斜視図実施の形態１の変形例３に係るブレードを示す図であって、送風方向の下流側から見た拡大斜視図実施の形態１の変形例４に係るブレードを示す図であって、送風方向の下流側から見た拡大斜視図

以下に、本発明の実施の形態にかかるプロペラファン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１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを示す図であって、送風方向の上流側から見た斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを示す図であって、送風方向の下流側から見た斜視図である。

図１および図２に示すように、プロペラファン１００は、図示しないモータの回転軸に固定される固定部であるボス部１と、ボス部１の外周面に設けられるスパイダー２と、スパイダー２に接合されスパイダー２よりも径方向外側となる領域を有する複数のブレード３と、を備える。ボス部１、スパイダー２およびブレード３は、実施の形態１では金属製であるが、樹脂製でもよい。プロペラファン１００は、換気機器、空調機器等に搭載される部材である。なお、図１および図２の矢印Ｙは、プロペラファン１００の回転方向を示している。図面には、モータの回転軸の中心４が示されている。本願明細書中の「径方向」とは、モータの回転軸と直交する方向であって、かつ、モータの回転軸から放射状に延びる方向のことをいう。

ボス部１は、モータの回転軸が固定される円筒状の部位である。ボス部１は、モータの駆動力により、回転軸を中心として矢印Ｙ方向に回転する。

スパイダー２は、ボス部１の回転に伴って回転する部材である。スパイダー２の強度を向上させるために、スパイダー２の板厚は、ブレード３の板厚よりも大きく形成されている。図２に示すように、スパイダー２は、ボス部１の周囲に設けられた根元部２１と、根元部２１の外周面に設けられ径方向外側に延びる複数の接合部２２と、を有する。根元部２１と接合部２２は、一枚板から型取りして形成される。

根元部２１は、中心に貫通孔を有する円板状の部位である。根元部２１の貫通孔には、ボス部１が挿嵌されている。根元部２１とボス部１は、溶接等で接合されている。

接合部２２は、ブレード３が接合される部位である。接合部２２の配置および個数は、特に制限されないが、実施の形態１では根元部２１の周方向に等角度離間して３個設けられている。接合部２２は、連続する１つの縁を有するが、実施の形態１では説明の便宜上、１つの縁をスパイダー前縁２２ａ、スパイダー後縁２２ｂ、スパイダー外周縁２２ｃ、スパイダー先端縁２２ｄに区別して説明する。なお、スパイダー前縁２２ａおよびスパイダー後縁２２ｂにおいて、最も径方向外側に位置する端部を「外端」と称するとともに最も径方向内側に位置する端部を「内端」と称する。また、スパイダー外周縁２２ｃにおいて、最も回転方向前側に位置する端部を「前端」と称するとともに最も回転方向後側に位置する端部を「後端」と称する。

スパイダー前縁２２ａは、プロペラファン１００が回転するときに回転方向前側に位置する縁部である。スパイダー前縁２２ａは、根元部２１の外周面から径方向外側に向かうほど回転方向前側に位置するように曲線状に延びている。スパイダー前縁２２ａは、後述するブレード３のブレード前縁３ａに沿って延びている。

スパイダー後縁２２ｂは、プロペラファン１００が回転するときに回転方向後側に位置する縁部である。スパイダー後縁２２ｂは、根元部２１の外周面から径方向外側に向けて延びている。

スパイダー外周縁２２ｃは、スパイダー前縁２２ａおよびスパイダー後縁２２ｂよりも径方向外側に位置する縁部である。スパイダー外周縁２２ｃは、スパイダー後縁２２ｂの外端から回転方向前側に向けて延びている。

スパイダー先端縁２２ｄは、スパイダー前縁２２ａの外端とスパイダー外周縁２２ｃの前端とを繋ぐ縁部である。スパイダー先端縁２２ｄの形状は、直線状でも曲線状でもよいが、実施の形態１では径方向外側に僅かに凸となる曲線状に形成されている。これにより、スパイダー先端縁２２ｄにおける応力集中を防止することができる。

スパイダー先端縁２２ｄは、ブレード３の根元部であるブレード内縁３ｄと径方向外側に離間している。スパイダー先端縁２２ｄは、ブレード前縁３ａに対して交差する方向に延びている。スパイダー先端縁２２ｄは、ブレード３の屈曲位置９と平行に延在している。本実施の形態のようにスパイダー先端縁２２ｄが曲線状の場合には、スパイダー先端縁２２ｄを全体的に見て近似する直線に置き換えたときに当該直線が屈曲位置９と平行であればよい。なお、本願明細書中の「平行」とは、完全に平行である状態の他、厳密には平行でなく僅かに傾斜した状態も含まれる。

ここで、屈曲位置９とは、ブレード３が接合部２２に接合されていない状態で遠心力、流体力等の外力が作用したときに、ブレード３の曲げ変形の支点になる位置のことをいう。なお、ブレード３が接合部２２に接合された状態で遠心力、流体力等の外力が作用したときには、スパイダー先端縁２２ｄがブレード３の曲げ変形の支点になる。屈曲位置９は、後述するブレード３のブレード前縁３ａとブレード外縁３ｃとに交わる直線である。ブレード前縁３ａとブレード外縁３ｃと屈曲位置９とで囲まれた三角形状の領域は、ブレード３が接合部２２に接合されていない状態で遠心力、流体力等の外力が作用したときに、屈曲位置９を支点に屈曲する部位である。以下の説明では、三角形状の領域を「屈曲領域」とも称する。図２に示すブレード前縁３ａとブレード外縁３ｃは、屈曲領域の外周縁に対応する部位の長さが概ね等しい。すなわち、図２に示す屈曲領域は、屈曲位置９を底辺とする二等辺三角形状になっている。

なお、屈曲位置９および屈曲領域の形状は、ブレード３の形状次第で変化する。図示は省略するが、例えば、図２に比べてブレード３を前縁方向に長くした場合は、屈曲位置９が図２に示す位置と異なる。また、屈曲領域は、ブレード前縁３ａのうち屈曲領域の外周縁に対応する部位の長さがブレード外縁３ｃのうち屈曲領域の外周縁に対応する部位の長さよりも大きい三角形状となる。つまり、屈曲領域は、二等辺三角形状にはならない。一方、図２に比べてブレード３を前縁方向に短くした場合は、屈曲位置９が図２に示す位置およびブレード３を前縁方向に長くした場合の位置と異なる。また、屈曲領域は、ブレード前縁３ａのうち屈曲領域の外周縁に対応する部位の長さがブレード外縁３ｃのうち屈曲領域の外周縁に対応する部位の長さよりも小さい三角形状となる。つまり、屈曲領域は、二等辺三角形状にはならない。なお、図２の例では、屈曲位置９とスパイダー先端縁２２ｄとがずれているが、屈曲位置９とスパイダー先端縁２２ｄとを一致させてもよい。

接合部２２は、連続する１つの縁において、複数の角部を有する。各角部には、Ｒ形状の面取り加工が施されている。これにより、各角部における応力集中を防止することができる。

接合部２２においてブレード３と重なる部位は、境界線２Ｃを境として、前縁側に位置する前縁領域２Ａと後縁側に位置する後縁領域２Ｂとを有する。ここで、境界線２Ｃとは、スパイダー先端縁２２ｄに対して平行で、かつ、交点２Ｄとスパイダー外周縁２２ｃとを結んだ仮想直線のことをいう。交点２Ｄは、送風方向でブレード内縁３ｄを接合部２２に投影したときに、ブレード内縁３ｄとスパイダー前縁２２ａとが交わる点である。

前縁領域２Ａは、後縁領域２Ｂから後述するブレード３のブレード前縁３ａに沿って延びるように形成されている。前縁領域２Ａは、境界線２Ｃとスパイダー前縁２２ａの一部とスパイダー先端縁２２ｄとスパイダー外周縁２２ｃの一部とに囲まれた領域である。後縁領域２Ｂは、前縁領域２Ａから後述するブレード３のブレード後縁３ｂに向けて延びるように形成されている。後縁領域２Ｂは、境界線２Ｃとスパイダー外周縁２２ｃの一部とスパイダー後縁２２ｂの一部と接合部２２のうちブレード内縁３ｄに送風方向で重なる部位とに囲まれた領域である。

ブレード３は、ボス部１の回転に伴ってスパイダー２と共に回転し、回転軸に沿った方向に送風する部材である。ブレード３は、接合部２２に接合されている。ブレード３と接合部２２との接合方法は、特に制限されないが、スポット溶接、リベット等による接合方法が挙げられる。また、接合部２２の縁部分、すなわちスパイダー前縁２２ａ、スパイダー後縁２２ｂ、スパイダー外周縁２２ｃおよびスパイダー先端縁２２ｄを結んだ縁部分をブレード３と溶接する接合方法も挙げられる。実施の形態１では、リベットで接合部２２とブレード３とを接合した例を示しており、図面には溶接部６が示されている。

ブレード３の枚数は、実施の形態１では３枚としたが、２枚または４枚以上でもよい。なお、３枚のブレード３はいずれも同一形状であるため、以下の説明では、１枚のブレード３および当該ブレード３が接合される部材についてのみ説明する。ブレード３は、連続する１つの縁を有するが、実施の形態１では説明の便宜上、１つの縁をブレード前縁３ａ、ブレード後縁３ｂ、ブレード外縁３ｃ、ブレード内縁３ｄに区別して説明する。なお、ブレード前縁３ａおよびブレード後縁３ｂにおいて、最も径方向外側に位置する端部を「外端」と称するとともに最も径方向内側に位置する端部を「内端」と称する。また、ブレード外縁３ｃおよびブレード内縁３ｄにおいて、最も回転方向前側に位置する端部を「前端」と称するとともに最も回転方向後側に位置する端部を「後端」と称する。

ブレード前縁３ａは、プロペラファン１００が回転するときに回転方向前側に位置する縁部である。ブレード前縁３ａは、スパイダー前縁２２ａおよびスパイダー先端縁２２ｄよりも回転方向前側に配置されており、径方向に延びている。ブレード前縁３ａは、直線状でも曲線状でもよいが、実施の形態１では山部と谷部を交互に配置した波形形状である。

ブレード後縁３ｂは、プロペラファン１００が回転するときに回転方向後側に位置する曲線状の縁部である。ブレード後縁３ｂは、スパイダー後縁２２ｂよりも回転方向後側に配置されており、径方向に延びている。

ブレード外縁３ｃは、ブレード前縁３ａの外端とブレード後縁３ｂの外端とを繋ぐ曲線状の縁部である。ブレード外縁３ｃは、ブレード前縁３ａの外端からブレード後縁３ｂに向けて回転方向後側に延びている。ブレード外縁３ｃは、スパイダー外周縁２２ｃおよびスパイダー先端縁２２ｄよりも径方向外側に配置されており、回転方向に延びている。

ブレード内縁３ｄは、ブレード前縁３ａの内端とブレード後縁３ｂの内端とを繋ぐ曲線状の縁部である。ブレード内縁３ｄは、ブレード３の根元部を構成する。ブレード内縁３ｄは、スパイダー前縁２２ａおよびスパイダー後縁２２ｂを横切るように回転方向に延びている。

図３は、本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを示す図であって、回転軸に対して垂直方向から見た側面図である。図３の矢印Ｘは、プロペラファン１００の送風方向を示している。図３に示すように、ブレード３は、送風方向下流側を向く圧力面３ｅと、送風方向上流側を向く負圧面３ｆと、を有する。ブレード３には、スパイダー２よりも径方向外側に位置する突起５が設けられている。突起５は、ブレード３の根元部から径方向外側に離れた領域に設けられている。圧力面３ｅには、突起５と重ならない位置に接合部２２が接合されている。

図４は、実施の形態１に係る突起を示す図であって、図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。図４に示すように、突起５は、送風方向上流側に向けて突設されている。突起５の断面形状は、特に制限されないが、実施の形態１では送風方向上流側に凸状になっている。詳しくは、突起５は、負圧面３ｆ側が凸状となり圧力面３ｅ側が凹状となっている。なお、突起５は、負圧面３ｆ側が凹状となり圧力面３ｅ側が凸状となってもよい。突起５は、ブレード３と一体に形成されている。例えば、金型加工等による押出成形、プレス成形等でブレード３と突起５を一体に形成することにより、突起５を設けたことによるコスト増を抑制することができる。なお、ブレード３の一部を局所的に肉厚にして突起５をブレード３に一体形成してもよい。また、別体の部材を負圧面３ｆまたは圧力面３ｅの少なくとも一方に取り付けて突起５を形成してもよい。

図５は、実施の形態１に係るブレードを示す図であって、送風方向の上流側から見た拡大斜視図である。突起５の送風方向から見た形状は、特に制限されないが、図５に示す実施の形態１では概ね径方向に長尺な矩形状である。詳しくは、突起５は、後述する領域線７と直交する方向に長尺に延びている。突起５の位置、大きさ等は、少なくともスパイダー２よりも径方向外側に位置することを条件に、ブレード３の形状、大きさ等に応じて適宜調整すればよい。例えば、突起５は、本実施の形態１で示した例よりも後縁側に配置されてもよい。

突起５は、連続する１つの縁を有するが、実施の形態１では説明の便宜上、１つの縁を突起前縁５ａ、突起後縁５ｂ、突起外縁５ｃ、突起内縁５ｄに区別して説明する。なお、突起前縁５ａおよび突起後縁５ｂにおいて、最も径方向外側に位置する端部を「外端」と称するとともに最も径方向内側に位置する端部を「内端」と称する。また、突起外縁５ｃおよび突起内縁５ｄにおいて、最も回転方向前側に位置する端部を「前端」と称するとともに最も回転方向後側に位置する端部を「後端」と称する。

突起前縁５ａは、プロペラファン１００が回転するときに回転方向前側に位置する縁部である。突起前縁５ａは、スパイダー前縁２２ａよりも径方向外側に配置されており、径方向に延びている。突起前縁５ａは、ブレード前縁３ａと回転方向後側に離間している。

突起後縁５ｂは、プロペラファン１００が回転するときに回転方向後側に位置する縁部である。突起後縁５ｂは、接合部２２とブレード外縁３ｃとの間において径方向に延びている。

突起外縁５ｃは、突起前縁５ａの外端と突起後縁５ｂの外端とを繋ぐ縁部である。突起外縁５ｃは、ブレード外縁３ｃよりも径方向内側に配置されており、回転方向に延びている。

突起内縁５ｄは、突起前縁５ａの内端と突起後縁５ｂの内端とを繋ぐ縁部である。突起内縁５ｄは、ブレード前縁３ａに対して交差する方向に延びている。突起内縁５ｄとスパイダー先端縁２２ｄは、互いに平行である。

突起５は、前縁領域２Ａよりも径方向外側において、ブレード前縁３ａに沿って設けられている。突起５は、スパイダー先端縁２２ｄとブレード外縁３ｃとの間に配置されている。突起５は、領域線７よりも径方向外側に設けられている。ここで、領域線７とは、スパイダー先端縁２２ｄに対して平行で、かつ、スパイダー先端縁２２ｄの中央部を通る、すなわちスパイダー先端縁２２ｄの中央部と接する接線のことをいう。突起５とスパイダー先端縁２２ｄとは、径方向に離間して配置されている。仮に、突起５がスパイダー先端縁２２ｄを超えてスパイダー２とオーバーラップすると、スパイダー先端縁２２ｄに接するブレード３の範囲が小さくなり、ブレード３に発生する応力が高まる。このため、実施の形態１のように突起５とスパイダー先端縁２２ｄを離間することが好ましい。

突起内縁５ｄとスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄは、プロペラファン１００の形状、大きさ等に応じて適宜設定すればよいが、例えば領域線７とブレード前縁３ａとの交点７ａからブレード前縁３ａの外端までの距離Ｌの１０％以上であることが好ましい。突起内縁５ｄとスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄが領域線７とブレード前縁３ａとの交点７ａからブレード前縁３ａの外端までの距離Ｌの１０％未満であると、突起５とスパイダー先端縁２２ｄとの間に応力集中が生じ、ブレード３に発生する曲げ応力が高くなる。一方、突起内縁５ｄとスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄを過度に離すと、突起５によるブレード３の強度向上効果が軽減するため、突起内縁５ｄとスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄは、領域線７とブレード前縁３ａとの交点７ａからブレード前縁３ａの外端までの距離Ｌの２０％以内にすることがより好ましい。例えば、距離Ｌが５０ｍｍである場合には、突起内縁５ｄとスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄを１０ｍｍ以内にすることが好ましい。すなわち、距離Ｌが５０ｍｍである場合には、突起内縁５ｄとスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄを５ｍｍから１０ｍｍの範囲内にすることが好ましい。

突起５の径方向長さＭは、突起５の回転方向長さＮよりも大きい。すなわち、突起前縁５ａおよび突起後縁５ｂの長さは、突起外縁５ｃおよび突起内縁５ｄの長さよりも大きい。突起５は、径方向中心を境として、外周側部位の回転方向長さが内周側部位の回転方向長さよりも小さい。すなわち、突起外縁５ｃの長さは、突起内縁５ｄの長さよりも小さい。領域線７は、ブレード前縁３ａおよびブレード外縁３ｃに対して交差する方向に延びている。領域線７のうちブレード前縁３ａとの交点７ａからブレード外縁３ｃとの交点７ｂまでの長さを領域線７の線長としたときに、突起５の回転方向長さＮは、領域線７の線長の三分の一以下であることが好ましい。ブレード前縁３ａと突起前縁５ａとの最短距離Ｈは、プロペラファン１００の形状、大きさ等に応じて適宜設定すればよいが、例えばブレード３の板厚の２倍以上にすることが好ましい。以上の寸法比によるメリットについては後述する。

次に、プロペラファン１００の動作および作用効果について説明する。

図１および図２に示すように、モータの回転軸が矢印Ｙ方向に回転すると、回転軸に連結されたボス部１が回転する。ボス部１の回転に伴って、ボス部１に接合されたスパイダー２およびスパイダー２に接合されたブレード３も回転する。ブレード３が回転することで、図３に示す回転軸に沿った矢印Ｘ方向に送風される。

ここで、図３に示すブレード３は、ボス部１と根元部２１との接合点Ｐを通って回転軸に直交する軸直角面Ｒに対して、回転方向に傾斜している。ブレード３を回転方向に傾斜させるために、接合部２２の根元はねじられている。ブレード３が回転方向に傾斜することで、ブレード３のうちブレード前縁３ａ側は軸直角面Ｒよりも送風方向上流側に位置し、ブレード後縁３ｂ側は軸直角面Ｒよりも送風方向下流側に位置する。このため、ブレード３が回転すると、ブレード前縁３ａ側からブレード後縁３ｂ側に向けて送風される。

プロペラファン１００が回転すると、ブレード３に遠心力が作用する。これにより、ブレード３のうち軸直角面Ｒよりもブレード前縁３ａ側にある部位は、送風方向下流側に向けて変形する。また、ブレード３のうち軸直角面Ｒよりもブレード後縁３ｂ側にある部位は、送風方向上流側に向けて変形する。上記の通り、スパイダー先端縁２２ｄは、ブレード３の根元部と径方向外側に離間するとともにブレード前縁３ａ側が屈曲する屈曲位置９と平行に延在している。この場合、軸直角面Ｒよりもブレード前縁３ａ側にある部位の曲げ変形の支点にスパイダー先端縁２２ｄがなるため、ブレード３のうちスパイダー先端縁２２ｄと対応する部位に曲げ応力が集中しやすくなる。

一方、例えば、プロペラファン１００の上流に障害物が存在する状態でブレード３を回転させると、気流の脈動が生じ、空力変動に伴う加振力がブレード３に作用する。これにより、軸直角面Ｒよりもブレード前縁３ａ側にある部位が遠心力で送風方向下流側に変形した状態で、軸直角面Ｒよりもブレード前縁３ａ側にある部位を送風方向上流側または送風方向下流側に向けて変形させようとする力が働く。この場合、軸直角面Ｒよりもブレード前縁３ａ側にある部位の曲げ変形の支点にスパイダー先端縁２２ｄがなるため、ブレード３のうちスパイダー先端縁２２ｄと対応する部位に曲げ応力が集中しやすくなる。言い換えると、図５に示すスパイダー先端縁２２ｄと接する領域線７に繰り返し曲げ変形が生じる。以上のように、ブレード３においてスパイダー先端縁２２ｄと対応する部位には、遠心力と流体力の両方による曲げ応力が発生する。

そこで、図５に示すように、実施の形態１では、ブレード３の根元部から離れた領域に、すなわち接合部２２の前縁領域２Ａよりも径方向外側に突起５を設けることで、ブレード３の根元部から離れた領域における断面係数を上げている。このため、遠心力や流体力によってブレード３の根元部から離れた領域に発生する曲げ応力を低減することができ、ブレード３の曲げ変形を抑制することが可能になる。また、プロペラファン１００の固有値の上昇を図ることができる。

図４に示すように、実施の形態１では、ブレード３全体の板厚を変えることなくブレード３を局所的に折り曲げて突起５を設けている。そのため、ブレード３を局所的に肉厚にして突起５を設ける場合に比べて、コスト増や重量増を抑えながら、ブレード３の曲げ変形を抑制することができる。

実施の形態１では、図５に示すように、突起５とスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄを、領域線７とブレード前縁３ａとの交点７ａからブレード前縁３ａの外端までの距離Ｌの１０％以上にすることで、ブレード３において突起５とスパイダー先端縁２２ｄとの間の応力集中を抑制することができる。特に、実施の形態１では、突起５とスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄを、領域線７とブレード前縁３ａとの交点７ａからブレード前縁３ａの外端までの距離Ｌの２０％以内にすることで、スパイダー先端縁２２ｄ周りのブレード３の強度を高めながら、ブレード３において突起５とスパイダー先端縁２２ｄとの間の応力集中を抑制することができる。

ここで、本発明者の実験および研究によれば、図５に示す突起５が大きくなるほど、特に突起５の外周側が大きいほど、騒音の悪化を助長することが判明した。一方、突起５が大きくなるほど、特に突起５のスパイダー先端縁２２ｄに近い内周側が大きいほど、スパイダー先端縁２２ｄを支点とするブレード３の曲げ変形に対する抑制効果が高まることが判明した。この点、実施の形態１では、突起５は、径方向中心を境として、外周側部位の回転方向長さが内周側部位の回転方向長さよりも小さいため、ブレード３の曲げ変形に対する抑制効果を高めながら、騒音の悪化を抑制することができる。つまり、ブレード３の変形量と騒音量を効率よく抑制することができる。

また、本発明者の実験および研究によれば、図５に示す突起５の回転方向長さＮが領域線７の線長の三分の一よりも大きくなると、ブレード３の曲げ変形に対する抑制効果が変化することなく騒音量だけが大きくなることが判明した。この点、実施の形態１では、突起５の回転方向長さＮを領域線７の線長の三分の一以下にするため、ブレード３の曲げ変形に対する抑制効果を高めながら、騒音の悪化を抑制することができる。つまり、ブレード３の変形量と騒音量を効率よく抑制することができる。

上記の通り、スパイダー先端縁２２ｄを支点とするブレード３の曲げ変形に対して、突起５の回転方向長さＮを一定以上大きくしても抑制効果の向上は望めないものの、突起５自体の大きさは抑制効果の向上に繋がる。この点、実施の形態１では、ブレード３の変形抑制に対する寄与率が高い突起５の径方向長さＭを突起５の回転方向長さＮよりも大きくするため、ブレード３の曲げ変形の抑制効果を効率よく高めることができる。

ブレード３に流入する気流がブレード前縁３ａに当たると、気流がブレード３の表面から剥離して渦が生じ、騒音が悪化する要因となる。本発明者の実験および研究によれば、突起５がブレード前縁３ａに近いほど渦の発生が多くなることが判明した。この点、図５に示すように、実施の形態１では、ブレード前縁３ａと突起前縁５ａとの最短距離Ｈをブレード３の板厚の２倍以上にするため、突起５を設けたことによる渦の発生量を低減し、騒音の悪化を抑制することができる。

実施の形態１では、図４に示すように、ブレード３の負圧面３ｆ側が凸となるように突起５を設けるため、渦の発生量を抑制し、騒音の悪化を抑制することができる。なお、渦の発生を完全に無くすことは難しい。また、ブレード３に突起５を設けると、突起５が無い場合に比べて、騒音量が増加しやすくなる。しかし、ブレード３に突起５を設けると、渦等の発生による気流の乱れによって、耳障りな特定周波数の音を下げることができる。これにより、ブレード３に突起５を設けて騒音量が大きくなったとしても、ユーザーの不快感を軽減できる場合もある。

図６は、実施の形態１の変形例１に係るブレードを示す図であって、送風方向の上流側から見た拡大斜視図である。変形例１に係るプロペラファン１００Ａは、突起５Ａが複数個配置されている点で、前記した実施の形態１のプロペラファン１００と相違する。変形例１では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

複数の突起５Ａは、前縁領域２Ａよりも径方向外側において、ブレード前縁３ａに沿って設けられている。複数の突起５Ａは、領域線７よりも径方向外側に設けられている。複数の突起５Ａは、回転方向に間隔を空けて設けられている。突起５Ａの個数は、変形例１では３個としたが、２個または４個以上でもよい。各突起５Ａの送風方向から見た形状は、概ね径方向に長尺な矩形状である。変形例１によっても、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。

図７は、実施の形態１の変形例２に係るブレードを示す図であって、送風方向の上流側から見た拡大斜視図である。変形例２に係るプロペラファン１００Ｂは、突起５Ｂが複数個配置されている点および突起５Ｂの形状が楕円形状である点で、前記した実施の形態１のプロペラファン１００と相違する。変形例２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

複数の突起５Ｂは、前縁領域２Ａよりも径方向外側において、ブレード前縁３ａに沿って設けられている。複数の突起５Ｂは、領域線７よりも径方向外側に設けられている。複数の突起５Ｂは、回転方向かつ径方向に間隔を空けて設けられている。突起５Ｂの個数は、変形例２では回転方向に３列×径方向に４列の合計１２個としたが、１２個以外の複数でもよい。複数の突起５Ｂは、回転方向に互い違いに配置されている。すなわち、回転方向に隣り合う突起５Ｂは、径方向に互いにずれて配置されている。各突起５Ｂの送風方向から見た形状は、概ね径方向に長尺な楕円形状である。変形例２によっても、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。

図８は、実施の形態１の変形例３に係るプロペラファンを示す図であって、送風方向の上流側から見た斜視図である。図９は、実施の形態１の変形例３に係るプロペラファンを示す図であって、送風方向の下流側から見た斜視図である。図１０は、実施の形態１の変形例３に係るブレードを示す図であって、送風方向の下流側から見た拡大斜視図である。変形例３に係るプロペラファン１００Ｃは、突起５Ｃの形状が前記した実施の形態１のプロペラファン１００と相違する。変形例３では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、突起５Ｃは、前縁領域２Ａよりも径方向外側において、ブレード前縁３ａに沿って設けられている。突起５Ｃは、領域線７よりも径方向外側に設けられている。突起５Ｃの送風方向から見た形状は、概ね径方向に長尺な矩形状である。図１０に示すように、突起内縁５ｄは、回転方向前側から後側に向かうにつれてスパイダー先端縁２２ｄから離間している。これにより、突起内縁５ｄとスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄは、回転方向後側に向かうほど大きくなっている。言い換えると、突起内縁５ｄのうち回転方向後側部位とスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄは、突起内縁５ｄのうち回転方向前側部位とスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄよりも大きい。突起内縁５ｄと突起後縁５ｂとで構成される角部には、Ｒ形状の面取り加工が施されている。

変形例３によっても、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。また、変形例３によれば、突起内縁５ｄのうち回転方向後側部位とスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄを突起内縁５ｄのうち回転方向前側部位とスパイダー先端縁２２ｄとの離間距離Ｄよりも大きくするため、実施の形態１の突起５に比べ、突起５Ｃを小さくすることができる。これにより、騒音の悪化を抑制することができる。また、突起内縁５ｄと突起後縁５ｂとで構成される角部には、Ｒ形状の面取り加工が施されているため、当該角部における応力集中を防止することができ、突起５Ｃに加わる曲げ応力を低減することができる。

変形例３では、突起５Ｃが１個である場合を例示したが、変形例１や変形例２のように、突起５Ｃを複数個配置してもよい。隣り合う突起５Ｃの突起内縁５ｄ同士や突起後縁５ｂ同士を滑らかに連続させる場合には、複数の突起５Ｃを滑らかな曲線上に沿って配置すればよい。このような配置は、変形例２の突起５Ｂを複数個配置する場合にも適用可能である。

図１１は、実施の形態１の変形例４に係るブレードを示す図であって、送風方向の下流側から見た拡大斜視図である。変形例４に係るプロペラファン１００Ｄは、スパイダー先端縁２２ｄの形状が前記した実施の形態１のプロペラファン１００と相違する。変形例４では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

変形例４の突起５Ｄの形状、配置等は、変形例３の突起５Ｃと同様である。スパイダー先端縁２２ｄは、径方向外側に位置する突起５Ｄに向けて凸となる曲線状である。仮想直線８は、ブレード３のうち図示しない軸直角面よりもブレード前縁３ａ側にある部位が屈曲する屈曲位置９と平行に延在している。ここで、仮想直線８とは、スパイダー前縁２２ａとスパイダー先端縁２２ｄとの交点である前縁側交点８ａと、スパイダー外周縁２２ｃとスパイダー先端縁２２ｄとの交点である外周側交点８ｂとを結んだ直線のことをいう。軸直角面とは、実施の形態１の軸直角面Ｒと同様である。

スパイダー先端縁２２ｄは、前縁側交点８ａと外周側交点８ｂとを繋いでいる。変形例４の領域線７は、仮想直線８に対して概ね平行で、かつ、スパイダー先端縁２２ｄの中央部を通る、すなわちスパイダー先端縁２２ｄの中央部と接する接線のことをいう。変形例４では、図示しない軸直角面よりもブレード前縁３ａ側にある部位の曲げ変形の支点にスパイダー先端縁２２ｄおよび仮想直線８がなるため、ブレード３のうちスパイダー先端縁２２ｄおよび仮想直線８と対応する部位に曲げ応力が集中しやすくなる。変形例４によっても、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。

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ボス部（固定部）、２スパイダー、２Ａ前縁領域、３ブレード、３ａブレード前縁、３ｃブレード外縁、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ突起、７領域線、７ａ，７ｂ交点、９屈曲位置、２２ｄスパイダー先端縁、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄプロペラファン、Ｄ離間距離、Ｌ距離、Ｍ径方向長さ、Ｎ回転方向長さ。

Claims

モータの回転軸に固定される固定部と、
前記固定部の外周面に設けられるスパイダーと、
前記スパイダーに接合され、前記スパイダーよりも径方向外側となる領域を有するブレードと、を備え、
前記ブレードには、前記スパイダーよりも径方向外側に位置する突起が設けられ、
前記ブレードは、回転時に回転方向前側に位置して径方向に延びるブレード前縁を有しており、
前記スパイダーは、回転時に回転方向前側に位置して前記ブレード前縁に沿って径方向に延びるスパイダー前縁と、回転時に回転方向後側に位置して径方向に延びるスパイダー後縁と、前記スパイダー後縁の外端から回転方向前側に向けて延びるスパイダー外周縁と、前記スパイダー前縁の外端と前記スパイダー外周縁の前端とを繋ぐスパイダー先端縁と、を有しており、
前記突起は、前記スパイダー先端縁よりも径方向外側に設けられ、
前記突起は、径方向の長さが回転方向の長さよりも大きい矩形状に形成されて、回転時に回転方向前側に位置して径方向に延びる突起前縁と、回転時に回転方向後側に位置して径方向に延びる突起後縁と、前記突起前縁の外端と前記突起後縁の外端とを繋ぐとともに回転方向に延びる突起外縁と、前記突起前縁の内端と前記突起後縁の内端とを繋ぐとともに回転方向に延びる突起内縁と、を有しており、
前記スパイダー先端縁は、直線状であり、
前記突起内縁は、前記スパイダー先端縁と平行な形状であり、
前記スパイダー先端縁の中央部と接する接線を領域線としたときに、
前記突起の前記突起内縁と前記スパイダー先端縁との間の径方向の離間距離は、前記突起内縁と前記スパイダー先端縁との間の全域に亘って、前記領域線と前記ブレード前縁との交点から前記ブレード前縁の外端までの距離の１０％以上２０％以内であることを特徴とするプロペラファン。
前記突起は、前記ブレード前縁に沿って設けられることを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
前記突起の径方向長さは、前記突起の回転方向長さよりも大きい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。
前記突起は、径方向中心を境として、外周側部位の回転方向長さが内周側部位の回転方向長さよりも小さい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。
前記ブレードは、前記ブレード前縁の外端から回転方向後側に向けて延びるブレード外縁を有しており、
前記領域線は、前記ブレード前縁および前記ブレード外縁に対して交差する方向に延びており、
前記領域線のうち前記ブレード前縁との交点から前記ブレード外縁との交点までの長さを前記領域線の線長としたときに、前記突起の回転方向長さは、前記線長の三分の一以下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。
前記突起内縁は、回転方向前側から回転方向後側に向かうにつれて前記スパイダー先端縁から離れる形状であり、
前記突起の突起内縁のうち回転方向後側部位と前記スパイダー先端縁との離間距離は、前記突起の突起内縁のうち回転方向前側部位と前記スパイダー先端縁との離間距離よりも大きい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。
前記突起は、回転方向に間隔を空けて複数個設けられ、
複数個の前記突起のそれぞれの前記突起内縁と前記スパイダー先端縁との間の径方向の離間距離は、複数個の前記突起のそれぞれの前記突起内縁と前記スパイダー先端縁との間の全域に亘って、前記領域線と前記ブレード前縁との交点から前記ブレード前縁の外端までの距離の１０％以上２０％以内であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のプロペラファン。