JPH0972298A - ファン用ブレードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】断面が翼形の押出型材でブレード１を構成し、
かつそのステム部２０を強固かつ軽量に構成するととも
に、空力特性が良好で騒音の発生の少ないブレードを提
供する。 【解決手段】ブレード１を構成する押出型材に偏平で肉
厚のトルクボックス部５を一体に形成し、ブレード１の
翼根部においてこのトルクボックス部５を円筒形に膨出
変形させ、ステム部２０を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クーリングタワー
の送風ファン等のファン用のブレードに関する。さらに
特定すれば、本発明はアルミニウム等の金属材料の押出
型材を使用し、空力特性が良好であるとともに構造が簡
単でかつ強度が高いファン用ブレードおよびこのブレー
ドを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ファン用のブレードは翼端部に
向かって迎え角が減少するように全体に捩りが与えられ
ており、また翼根部にはハブ部に取り付けるためのステ
ム部が形成されており、複雑な形状をなしている。ま
た、ファンの回転数を高めるために軽量化が要求されて
いるとともに、上記の翼根部のステム部には集中荷重が
作用する等、その構造的な強度も要求される。このた
め、このファン用ブレードは製造工程が複雑になり、コ
スト低減にも限界があった。

【０００３】たとえば、従来のファン用ブレードには一
枚または複数枚の金属薄板を折り曲げて溶接したいわゆ
る板金加工のものがある。このものは、製造が面倒であ
るとともに、形状の精度が低く、また強度的にも十分で
はなかった。

【０００４】このため、最近ではアルミニウム等の金属
材料の押出型材を使用したブレードがある。このもの
は、所定の翼形断面の押出型材を形成し、この翼形断面
の押出型材を所定の寸法に切断し、全体を所定の捩り角
度に塑性捩り変形させ、翼根部にステム部を取り付けた
ものである。

【０００５】このような押出型材を使用したブレード
は、形状の精度が高く、また表面の精度も良いため、空
力的な特性も良好である。また、押出成形の際の金属材
料の流れ方向がスパン方向と一致しているため、スパン
方向の引っ張り強度が高く、遠心力の作用するファン用
ブレードとしては好都合である。

【０００６】ところで、従来のブレードでは、上記のス
テム部はブレード本体とは別部材であるステム部材を押
出型材であるブレード本体の端部内に挿入し、このブレ
ード本体の端部とこのステム部材とを貫通した孔を形成
し、この孔にボルト等を挿通してこのステム部材とブレ
ード本体の端部とを共締めしてステム部材を取り付けて
いた。

【０００７】しかし、上記のような押出型材で形成され
たブレード本体は、全体が比較的薄肉であるとともにそ
の金属材料も比較的軟質であるため、上記のような局部
的な荷重が作用するボルト結合ではボルト１本当たりの
結合強度が十分ではない。このため、従来のものは上記
の結合ボルトの数を多くする必要があり、重量の増大を
招くとともに、外観も不体裁となる。また、このブレー
ド本体の翼根部に多数のボルト頭やナットが露出してい
るので、空力特性を損なうとともに騒音の原因となる、
等の不具合があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の事情に
基づいてなされたもので、翼形断面の押出型材を使用し
てブレード本体を形成するとともに、ステム部をこのブ
レード本体と一体に形成し、軽量かつ高強度であるとと
もに、空力的な特性が良好であるファン用ブレードおよ
びこのようなブレードを製造する方法を提供するもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された本
発明のファン用ブレードは、翼形断面を有する押出型材
から構成されたブレード本体を備え、このブレード本体
内には一体に形成されこのブレードのスパン方向に沿っ
て形成された断面が偏平な形状の筒状のトルクボックス
部が形成されている。そして、このブレード本体の翼根
部において上記のトルクボックス部を翼厚方向に膨出さ
せて断面円形のステム部が形成されている。

【００１０】このような特徴によれば、上記のステム部
はブレード本体を構成する押出型材に一体に形成された
トルクボックス部を断面円形に膨出させて形成したの
で、このステム部はブレード本体のトルクボックス部と
一体であり、かつ押出成形のさいの材料の流れが連続し
ているので、軽量でかつ強度が高い。また、このブレー
ド本体の翼根部には上記のトルクボックス部の膨出部分
が形成されているだけであり、しかもこの膨出部の形状
は滑らかであるため、このブレードの空力的特性を損な
うことはなく、また騒音等の発生源になることもない。

【００１１】また、請求項３のブレードは、上記のステ
ム部内に丸棒状のプラグ部材が挿入されており、このス
テム部をボス部に取り付ける際の補強をなしている。ま
た、請求項５に記載されている本発明の製造方法は、翼
形断面を有しかつその内部に長手方向に沿って断面が偏
平形状の筒状のトルクボックス部を一体に有する金属の
押出型材を所定の長さに切断してブレード本体を形成
し、このブレード本体の一端部の上記トルクボックス部
内にプラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレ
ード本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部
の一部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を
形成するものである。したがって、工程が単純で作業能
率が高く、製造コストを低減することができる。

【００１２】また、請求項７の本発明の製造方法では、
前記のトルクボックス部は前縁側部分の前縁ウエブ部、
後縁側部分の後縁ウエブ部、翼形の上面側部分の上面
部、および下面側部分の下面部とから構成されている。
上記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は、上記のステ
ム部の最終加工形状の円筒径の周壁の一部を構成する円
弧面に形成されている。そして、上記のステム部を形成
する工程のプラグ金型は上記のトルクボックス部の前縁
ウエブ部および後縁ウエブ部の内面に密接してこの前縁
ウエブ部および後縁ウエブ部は変形させずに上記の上面
部および下面部のみを上方および下方に膨出させてこの
トルクボックス部を断面円形に形成するものである。し
たがって、上記のステム部の加工の際に、このブレード
本体の翼根部が翼弦方向に縮むようなことがない。

【００１３】また、請求項８の本発明の製造方法は、前
記の押出型材のトルクボックス部の上面部および下面部
の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の肉厚
より厚く形成されている。したがって、このトルクボッ
クス部の上面部および下面部を膨出させて断面円形のス
テム部を形成した場合に、このステム部の周壁の肉厚が
均一になる。

【００１４】さらに、請求項９の本発明の製造方法は、
前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅はこの翼形の押
出型材の翼弦長の３０％以下であり、またこのトルクボ
ックス部を円筒形に膨出させてステム部を形成する際の
このトルクボックス部の上面部および下面部の膨出高さ
はこのブレードの翼形断面の翼厚の２０％以下である。
これによって、このトルクボックス部を膨出させてステ
ム部を形成する際に各部の過大な塑性変形が生じること
がなく、無理なくステム部を形成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の一実
施形態のブレードおよびその製造方法を説明する。この
一実形態のブレードは、クーリングタワーの送風ファン
用のブレードである。図１には本発明の一実施形態のブ
レードの斜視図を示し、図２はその分解斜視図である。

【００１６】図中の１はこのブレードのブレード本体で
あって、このブレード本体１は金属材料たとえばアルミ
ニウムの押出型材で形成され、その長さすなわちスパン
は１０１０ｍｍ、翼弦長は２７０ｍｍである。

【００１７】このブレード本体１は、図６に示すような
断面形状の押出型材を使用したもので、所定の形状の翼
形をなしている。また、このブレード本体１の略中央部
には、筒状のトルクボックス部５が一体に形成され、ま
たこのトルクボックス部５の前方側には前縁部６、後方
側には後縁部７が一体に形成されている。上記のトルク
ボックス部５は偏平な形状をなし、前縁側の前縁ウエブ
部８、後縁側の後縁ウエブ部９、上面側の上面部１０、
下面側の下面部１１とから構成されている。そして、上
記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９は円筒の周壁
の一部を構成する円弧状に形成され、また上面部１０お
よび下面部１１の外形は上記の前縁部６および後縁部７
と円滑に連続しており、上記の所定の翼形を構成してい
る。

【００１８】このブレード本体１は、全体に所定の捩り
が与えられており、たとえば翼端側にゆくに従って１ｍ
当たり迎え角が２３°減少するような捩り下げが与えら
れている。なお、このような捩りは、このブレード本体
１を構成する押出型材を塑性捩り変形することによって
与えられる。

【００１９】また、このブレード本体１の翼根部には、
ステム部２０が形成されている。このステム部２０は、
このブレード本体１の翼根部のトルクボックス部５を断
面円形に膨出させて形成させたもので、このトルクボッ
クス部５と一体である。このステム部２０は、図５に示
すように上記のトルクボックス部５の上面部１０および
下面部１１を上方および下方に円弧状に膨出させた膨出
部１０ａ，１１ａ、および円弧状の前縁ウエブ部８およ
び後縁ウエブ部９で形成された円筒状をなしている。

【００２０】また、このブレード１の翼根部では、上記
の前縁部６および後縁部７の一部が切削等の機械加工に
よって切除されており、この部分ではこのステム部２０
は完全な円筒状の円筒部２１に形成されている。また、
この円筒部２１の基端にはフランジ部２２が一体に形成
されている。また、このステム部２０内には、金属材料
からなる円柱状のプラグ部材２３が圧入されている。ま
た、上記のブレード本体１の翼根部端面には翼根カバー
２４，２５が取り付けられ、また翼端部の端面には翼端
カバー２６が取り付けられている。

【００２１】上記のようなブレードは、その複数枚をフ
ァンのハブ部（図示せず）に取り付けてファンを構成す
る。この場合に、これらのブレードのステム部２０をこ
のファンのハブ部に取り付ける。このステム部２０とハ
ブ部の取り付け構造はハブ部の構造によっても相違する
が、たとえばハブ部の取り付け金具にこのステム部２０
を抱持させ、この取り付け金具、ステム部２０およびこ
のステム部内のプラグ部材２３を共に締め付けて固定す
る。この場合に、上記のステム部２０内にはプラグ部材
２３が挿入されているので、このステム部２０が潰れる
ことはない。

【００２２】上記のようなブレードは、押出型材を使用
しているので、その形状が正確でかつ表面が平滑である
ので、空力特性が良好であり、また軽量である。また、
上記のステム部２０は、ブレード本体１のトルクボック
ス部５を円筒形に膨出させて形成したものであり、この
トルクボックス部５と一体であるとともに押出型材の押
出し成形の際の材料の流れを切断していないので、強度
が高く、軽量である。また、このステム部２０は上記の
ようにトルクボックス部５の一部を膨出させて形成した
もので、ブレード本体１の翼根部には膨出部１０ａ，１
１ａが突出しているだけであり、しかもこれら膨出部は
円滑に突出しているので、空力特性を損なうことがな
く、また騒音の発生がない。

【００２３】次に、上記のようなブレードを製造する方
法を図７ないし図１２を参照して説明する。まず、前述
したような断面形状の押出型材を形成し、この押出型材
を所定の長さに形成して図７に示すようなブレード本体
１を形成する。次に、図８に示すように、このブレード
本体１の両端部を適切なクランプ３１，３２で把持し、
このブレード本体１に所定の引っ張り荷重を与えつつク
ランプ３２を回転させ、このブレード本体１に所定の塑
性捩り変形を与える。なお、この実施形態の場合の、こ
の捩りは１ｍにつき２３°の捩り下げである。なお、上
記の捩り加工の際に、クランプ３１，３２の把持によっ
て変形した部分は捩り加工後に切除する。

【００２４】次に、図９に示すように、このブレード本
体１の翼根部のトルクボックス部５内にプラグ金型３３
を圧入し、このトルクボックス部５の一部を図５に示す
ように断面円形に膨出させ、ステム部２０を形成する。
この場合に、このプラグ金型３３は径の相違する複数の
ものを用意し、径の小さいものから順次挿入して複数段
階に別けて上記の膨出加工を行う。

【００２５】また、上記のブレード本体１を構成する押
出型材は、図６に示すような断面形状のものであるが、
前述のようにそのトルクボックス部５の前縁ウエブ部８
および後縁ウエブ部９は、上記の断面円形のステム部２
０の周壁の一部を構成するような円弧状をなしている。
そして、上記のプラグ金型３３は、これら前縁ウエブ部
８および後縁ウエブ部９の内周面に密嵌するような形状
に形成されている。よって、これらのプラグ金型３３を
挿入する際には、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエ
ブ部９の部分は変形されず、上面部１０および下面部１
１のみが翼弦方向に引き伸ばされて図５に示すように円
弧状に膨出する。したがって、このようなステム部２０
の成形の際に、ブレード本体１の翼根部の前縁部６や後
縁部７に不所望な変形が生じることはない。

【００２６】なお、この実施形態の場合、上記の前縁ウ
エブ部８および後縁ウエブ部９の厚さは４．８ｍｍであ
り、上記の上面部１０および下面部１１の厚さはこれら
より厚い５．４ｍｍに設定されている。従って、これら
の上面部１０および下面部１１が上記のように引き伸ば
されて円弧状に膨出した場合にその厚さが減少し、上記
の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９と略等しい厚さ
となる。よって、図５に示すように、周壁部の厚さが略
均一の円筒状のステム部２０が形成される。なお、この
実施形態の場合、前記の前縁部６および後縁部７の厚さ
は２．２ｍｍである。

【００２７】また、上記のようなステム部２０を膨出形
成する場合の条件としては、たとえば、この押出型材の
材料を６０６３−Ｔ１ ＪＩＳ Ｈ ４１００ アルミ
ニウム合金とした場合に、上記のトルクボックス部５の
翼弦方向の幅は、翼弦長の３０％以下、また膨出部１０
ａ，１１ａの膨出高さはそれぞれ翼厚の２０％以下であ
ることが好ましく、実験の結果この範囲内での膨出加工
であれば、加工に伴う割れ、前縁部６や後縁部７等の他
の部分の不所望な変形等を確実に防止できる。なお、上
記の前縁部６および後縁部７の肉厚は、加工の際の変形
を防止するためには、強度、押出成形の条件等の許す限
り薄い方が良い。

【００２８】次に、上記のように膨出加工の終了したブ
レードは、図１１に示すようにその翼根部の所定の部分
３４の前縁部６および後縁部７を切削加工等の機械加工
により切除し、この部分のステム部２０を円筒部２１と
して成形する。

【００２９】次に、図１２に示すように、この円筒部２
１の基端をフォーミング加工してフランジ部２２を形成
する。そして、前述のプラグ部材２３をこのステム部２
０内に圧入する。そして、前述の翼根カバー２４，２
５、翼端カバー２６を取り付け、このブレードを完成す
る。

【００３０】なお、本発明は上記の実施例には限定され
ない。たとえば、ステム部の形状、構造は取り付けるべ
きボス部との取り付け構造等に対応して適宜変更される
ものであり、上記のような構造、形状には限定されな
い。

【００３１】

【発明の効果】上述の如く、請求項１に記載された本発
明のファン用ブレードは、翼形断面を有する押出型材か
ら構成されたブレード本体のトルクボックス部を翼厚方
向に膨出させて断面円形のステム部を形成したので、こ
のステム部はブレード本体のトルクボックス部と一体で
あり、かつ押出成形のさいの材料の流れが連続している
ので、軽量でかつ強度が高い。また、このブレード本体
の翼根部には上記のトルクボックス部の膨出部分が形成
されているだけであり、しかもこの膨出部の形状は滑ら
かであるため、このブレードの空力的特性を損なうこと
はなく、また騒音等の発生源になることもない。

【００３２】また、請求項３のブレードは、上記のステ
ム部内に丸棒状のプラグ部材が挿入されているので、こ
のステム部をボス部に取り付ける際の補強をなしてい
る。また、請求項５に記載されている本発明の製造方法
は、ブレード本体の一端部の上記トルクボックス部内に
プラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレード
本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部の一
部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を形成
したので、工程が単純で作業能率が高く、製造コストを
低減することができる。

【００３３】また、請求項７の本発明の製造方法は、上
記のステム部を形成する工程のプラグ金型は上記のトル
クボックス部の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の内面
に密接してこの前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は変形
させずに上記の上面部および下面部のみを上方および下
方に膨出させてこのトルクボックス部を断面円形に形成
したので、このステム部の加工の際に、このブレード本
体の翼根部が翼弦方向に縮むようなことがない。

【００３４】また、請求項８の本発明の製造方法は、前
記の押出型材のトルクボックス部の上面部および下面部
の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の肉厚
より厚くしたので、このトルクボックス部の上面部およ
び下面部を膨出させて断面円形のステム部を形成した場
合に、このステム部の周壁の肉厚が均一になる。

【００３５】さらに、請求項９の本発明の製造方法は、
前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅はこの押出型材
の翼型断面の翼弦長の３０％以下、またこのトルクボッ
クス部を円筒形に膨出させてステム部を形成する際のこ
のトルクボックス部の上面部および下面部の膨出高さは
翼厚の２０％以下に規制したので、このトルクボックス
部を膨出させてステム部を形成する際に各部の過大な塑
性変形が生じることがなく、無理なくステム部を形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のブレードの斜視図。

【図２】本発明の一実施形態のブレードの分解斜視図。

【図３】図１の３−３矢視図。

【図４】図１の４−４線に沿う断面図。

【図５】図１の５−５線に沿う断面図。

【図６】図１の６−６線に沿う断面図。

【図７】本発明の製造方法の一実施形態の一工程を説明
する斜視図。

【図８】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説
明する斜視図。

【図９】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説
明する斜視図。

【図１０】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を
説明する斜視図。

【図１１】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を
説明する斜視図。

【図１２】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を
説明する斜視図。

【符号の説明】

１…ブレード ５…トルクボックス部 ８…前縁ウエブ部 ９…後縁ウエブ部 １０…上面部 １１下面部 １０ａ…膨出部 １１ａ…膨出部 ２０…ステム部 ２３…プラグ部材

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属の押出型材からなる翼形断面を有す
   るブレード本体と、このブレード本体内に一体に形成さ
   れこのブレードのスパン方向に沿って形成された断面が
   偏平な形状の筒状のトルクボックス部と、このブレード
   本体の翼根部において上記のトルクボックス部を翼厚方
   向に膨出させて形成された断面円形のステム部とを有す
   ることを特徴とするファン用ブレード。
2. 【請求項２】 前記のブレードの翼根部は、前記のステ
   ム部の前後の前縁部分および後縁部分が切除されている
   ことを特徴とする請求項１のファン用ブレード。
3. 【請求項３】 前記のステム部内には、丸棒状のプラグ
   部材が挿入されていることを特徴とする請求項１のファ
   ン用ブレード。
4. 【請求項４】 前記のブレード本体は、その翼端部の迎
   え角が小さくなるように全体が塑性捩り変形されている
   ことを特徴とする請求項１のファン用ブレード。
5. 【請求項５】 翼形断面を有しかつその内部に長手方向
   に沿って断面が偏平形状の筒状のトルクボックス部を一
   体に有する金属の押出型材を所定の長さに切断してブレ
   ード本体を形成する工程と、 前記のブレード本体の一端部の前記のトルクボックス部
   内にプラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレ
   ード本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部
   の一部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を
   形成する工程とを具備したことを特徴とするファン用ブ
   レードの製造方法。
6. 【請求項６】 前記のブレード本体の形成工程の後にこ
   のブレード本体の両端部を把持してこのブレード本体全
   体を塑性捩り変形させる工程を備え、また前記のステム
   部の形成工程の後にこのステム部の前後の前縁部分およ
   び後縁部分を機械加工により切除する工程を備えたこと
   を特徴とする請求項５のファン用ブレードの製造方法。
7. 【請求項７】 前記のトルクボックス部は前縁側部分の
   前縁ウエブ部、後縁側部分の後縁ウエブ部、翼形の上面
   側部分の上面部、および下面側部分の下面部とから構成
   されており、上記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部
   は、前記のステム部の最終加工形状の円筒形の周壁の一
   部を構成する円弧面に形成されており、また前記のステ
   ム部を形成する工程のプラグ金型は上記のトルクボック
   ス部の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の内面に密接し
   てこの前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は変形させずに
   上記の上面部および下面部のみを上方および下方に膨出
   させてこのトルクボックス部を断面円形に形成するもの
   であることを特徴とする請求項５のファン用ブレードの
   製造方法。
8. 【請求項８】 前記の押出型材のトルクボックス部の上
   面部および下面部の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後
   縁ウエブ部の肉厚より厚く形成されていることを特徴と
   する請求項７のファン用ブレードの製造方法。
9. 【請求項９】 前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅
   はこの翼形の押出型材の翼弦長の３０％以下であり、ま
   たこのトルクボックス部を円筒形に膨出させてステム部
   を形成する際のこのトルクボックス部の上面部および下
   面部の膨出高さは翼厚の２０％以下であることを特徴と
   する請求項５のファン用ブレードの製造方法。