JP6063684B2 - 軸流ファン - Google Patents

Description

本発明は軸流ファンに関し、特に、正回転方向と逆回転方向との両方向に回転させて用いることができる軸流ファンに関する。

軸流ファンは、家電製品や情報機器等の電子機器の冷却や送風に使用されている。例えば、パーソナルコンピュータやコピー機等の電子機器においては、多数の電子部品が、比較的狭い筐体内に収容されている。このような場合、電子部品から発生する熱が筐体内にこもると、電子部品が熱破壊される可能性がある。電子部品の熱破壊は、機器に大きな問題を引き起こす。このため、電子機器の筐体の壁面や天井面に通気口が設けられ、これにより、通気口から筐体内の熱が外部に排出される。軸流ファンは、例えば、このような電子機器において、熱を筐体外に排出するための冷却用手段として用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。

図５は、従来の軸流ファンの正面図である。図６は、図５に示す翼のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

図５に示されている軸流ファンは、特許文献１に記載されたものである。図５及び図６に示される軸流ファンの翼は、前進翼である。翼は、風量を多くするために、回転方向（正回転方向）に対して圧力面側が凹面となるように反った翼形状を有している。

ところで、軸流ファンとしては、１台の軸流ファンを逆方向に回転させて風向を変え、送風用と排気用とに兼用する用途のものがある。図５に示されるような従来の軸流ファンでは、正回転方向への回転時に風量が多くなるような翼形状が採用されている。このような軸流ファンを逆回転方向に回転させた場合、正回転方向の場合に比べて、軸流ファンの風量特性が大きく低下するため、正逆両方向に回転させる用途には向いていない。

このような正逆両方向に回転させる用途のファンとしては、例えば、トンネルなどの換気に用いられるジェットファンと呼ばれる正逆双方向型軸流送風機が挙げられる（例えば、下記特許文献２参照）。ジェットファンは、トンネル内での環境状況に応じてトンネルの前後いずれにも送風できるように、送風方向を正、逆方向のいずれに切り換えても、同一の風量特性を有するように構成されている。

図７は、別の従来の軸流送風機の翼の断面図である。

図７に示されている翼の断面図は、特許文献２に記載されたものである。図７に示されるように、この翼は、翼の中央を通るキャンバー線がＳ字状で、点Ａ（翼弦の中心）を中心として点対称となる翼形状を有している。翼の肉厚は、点Ａの位置で最大値ｈをとり、翼弦長Ｌに対して８〜１４％である。エッジは、翼弦長Ｌに対して０．２５〜０．３５％の曲率半径ｒを有した形状となっている。反りの頂点となる位置である、翼の前縁（あるいは後縁）からの距離Ｘは、翼弦長Ｌに対して約１０％であり、その位置での反りの高さＣは、翼弦長に対して約２％となっている。このような翼形状を有する軸流ファンは、正転・逆転の両方で同等の風量性能を有している。

特開平８−３０３３９１号公報 特開２００９−０９７４３０号公報

上記の特許文献２に記載の軸流送風機のように、キャンバー線がＳ字状で点対称型の翼を採用することにより、回転方向を切り換えても同等の風量特性が達成される。しかし、この場合、正回転時と逆回転時の風量性能を同等とすることから、正回転方向の風量特性は、特許文献１に記載された軸流ファンに比べて、低下するという問題がある。すなわち、正回転方向において比較的に高い風量特性が要求される場合において、特許文献２に記載されているような送風機は、その要求を満たさない場合がある。

また、家電製品や情報機器などの電子機器の冷却や送風などに使用される軸流ファンは、一般に、正回転時において排気口となる排気口側に、インペラを回転させるためのモータが配置されて構成されている。このような軸流ファンにおいて、排気口側に、モータを支持するベース部が配置される。ベース部は、軸流ファンのケーシングに対して、通風エリアを遮るように配置された複数のスポークにより支持されている。逆回転時において、このようなベース部及び複数のスポークは、抵抗要素となる。そのため、特許文献２に記載されているような正回転時と逆回転時とで同等の風量特性が得られるような、点対称型の翼を用いたインペラを採用した場合には、軸流ファン全体として見ると、必ずしも正回転時と同等の風量特性を得ることができないおそれがある。

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、軸流ファンの正回転方向での風量特性を維持し、かつ逆方向に回転させた場合であっても風量特性の大幅な低下を抑制することができる軸流ファン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、周方向に複数の翼を配列してなるインペラと、インペラを収納するケーシングとを備えた軸流ファンにおいて、ケーシングのインペラが正回転方向に回転するとき排気口となる側には、インペラをケーシングに対して回転自在に支持するベース部が設けられており、ベース部は、スポークを介してケーシングに固定されており、スポークは、ケーシングのインペラが正回転方向に回転するとき排気口となる側において送風路の一部を遮るように設けられており、複数の翼のそれぞれは、インペラの回転時に吸気口となる側に近い部分がその吸気口側に向けて凸となるＳ字曲線状のキャンバー線を有する翼型であって、正回転方向への回転時に前方に位置する前縁からキャンバー線の変曲点までの距離が、翼弦長の２０パーセント以上４０パーセント以下の範囲内となる翼型を有している。

好ましくは、キャンバー線は、第１の曲率半径を有する第１の円弧と、第２の曲率半径を有する第２の円弧とが、それぞれの一端部となる変曲点において互いに接線を共有するように繋がってなるＳ字状の曲線である。

好ましくは、軸流ファンは、ベース部に固定され、インペラを回転させるモータをさらに備え、インペラは、モータを介してベース部に回転自在に保持されている。

これらの発明に従うと、複数の翼のそれぞれが、Ｓ字曲線状のキャンバー線を有する翼型であって、前縁からキャンバー線の変曲点までの距離が翼弦長の２０パーセント以上４０パーセント以下の範囲内となる翼型を有している。したがって、軸流ファンの正回転方向での風量特性を維持し、かつ逆方向に回転させた場合であっても風量特性の大幅な低下を抑制することができる軸流ファンを提供することができる。

本発明の実施の形態の１つに係る軸流ファンの中央縦断面図である。 本実施の形態に係る軸流ファンのインペラを示す平面図である。 図２のＡ−Ａ’断面図である。 翼弦長Ｌに対する距離Ｘの比率と、この翼を有する軸流ファンの流量の関係とを示した図である。 従来の軸流ファンの正面図である。 図５に示す翼のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。 別の従来の軸流送風機の翼の断面図である。

以下、本発明の実施の形態における軸流ファンについて説明する。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つに係る軸流ファンの中央縦断面図である。

図１に示されるように、軸流ファン１は、モータ２と、周方向に複数の翼４を配列したインペラ３と、ケーシング６とを有している。モータ２は、インペラ３を回転させる。ケーシング６は、インペラ３を収納する。

ケーシング６は、モータ２を支持するベース部７を備えている。インペラ３は、モータ２を介して、ベース部７により、ケーシング６に対して回転自在に保持されている。ベース部７は、複数のスポーク８により、ケーシング６に固定されている。

モータ２の回転に伴ってインペラ３がケーシング６に対して回転すると、軸流ファン１が機能する。すなわち、空気が、ケーシング６の吸気口から吸い込まれ、ケーシング６の内部で翼４同士の間を通過して、ケーシング６の排気口から排出される。

本実施の形態において、軸流ファン１は、モータ２により、インペラ３を正回転方向、逆回転方向の正逆両方向に回転させて用いることができるものである。正回転方向にインペラ３が回転されると、図１においてケーシング６の上方が吸気口側、下方が排気口側となる。すなわち、図１において上方から下方に送風される。逆回転方向にインペラ３が回転されると、図１において下方から上方に送風される（換言すると、排気口側から吸気口側に送風される。）。

ベース部７は、インペラ３が正回転方向に回転されるときに排気口となる側に、配置されている。スポーク８は、ケーシング６の排気口側とベース部７との間を接続している。すなわち、軸流ファン１は、排気口側において送風路の一部がスポーク８により遮られる構成を有している。

図２は、本実施の形態に係る軸流ファン１のインペラ３を示す平面図である。

図２においては、インペラ３を吸気口側（正回転方向に回転されるときに吸気口となる側）から見た図が示されている。インペラ３は、円筒状のハブ５と、ハブ５の外周面に配列された複数の翼４とから構成されている。本実施の形態においては、翼４は、例えば、５枚が設けられている。５枚の翼４は、周方向に等間隔に配列されている。それぞれの翼４は、互いに同じ形状を有している。インペラ３は、例えば、熱可塑性樹脂の射出成形により、ハブ５と複数の翼４とが一体成形されて形成されている。

図２において、インペラ３の正回転方向が矢印９で示されている。図１において、手前側の翼４の正回転方向が、矢印で示されている。本実施の形態において、それぞれの翼４は、前縁１０が翼４の根元よりも前進する前進翼となっている。なお、翼４は、前進翼でなく、後退翼であってもよい。

図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。

図３においては、図２に示される翼４のＡ−Ａ’断面（翼４の外周部近辺を、外周に沿って切った断面）を図２に示される矢印Ｂ方向から見た図が示されている。図３においても、インペラ３の正回転方向が矢印９で示されている。以下、図３に示されている形状を翼４の翼型ということがある。

図３において、一点鎖線は、翼４の翼型のキャンバー線（中心線）１５を示す。また、破線は、翼弦線１２、すなわち翼型において前縁１０と後縁１１とを結んだ直線を示す。翼弦線１２の長さＬは翼弦長である。

寸法Ｃは、最大キャンバーを示す。本実施の形態において、最大キャンバーＣは、翼弦長Ｌの５％の値に設定されている。翼４の正回転方向への取付角は、例えば、４５度程度に設定されている。

本実施の形態においては、キャンバー線１５は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧１５ａと第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧１５ｂとが、それぞれの一端部（位置Ａ）において互いに接線を共有するように繋がった（連接した）、Ｓ字状の曲線となっている。正回転時において、第１の曲率半径Ｒ１の中心は、翼４の圧力面１３となる側に存在し、第２の曲率半径Ｒ２の中心は、翼４の負圧面１４となる側に存在する。換言すると、キャンバー線１５は、インペラ３の回転時に吸気口となる側に近い部分が、その吸気口側に向けて凸となるような曲線状である。なお、翼４の圧力面１３と負圧面１４との距離（翼厚）は、前縁１０の近傍と後縁１１の近傍とを除く中央部分の略全域で、略等しくとなっている。翼厚は、前縁１０の近傍部分と後縁１１の近傍部分において、前縁１０、後縁１１に近づくにつれて、徐々に小さくなっている。

ここで、キャンバー線１５について、その変曲点すなわち２つの円弧１５ａ，１５ｂ同士が繋がる位置Ａは、翼型の前縁１０から所定の距離Ｘだけ離れた地点に設定されている。本実施の形態において、翼弦長Ｌに対する距離Ｘの比は、次に説明するような関係を満たしている。

図４は、翼弦長Ｌに対する距離Ｘの比率と、この翼４を有する軸流ファン１の流量の関係とを示した図である。

図４において、横軸は翼弦長Ｌに対する距離Ｘの比率を示し、縦軸の左軸は正回転時の流量を示し、縦軸の右軸は正回転時と逆回転時の流量の差（％）を示している。

図４に示すように、正回転時の流量は、翼弦長Ｌに対する距離Ｘの比率が４０％を超えると増加し、２０％より小さくなると減少する。しかしながら、正回転時の流量は、翼弦長Ｌに対する距離Ｘの比率が２０％以上４０％以下である範囲においては、略一定の値を示している。

次に正回転時と逆回転時の流量の差を見ると、正回転時の流量と同様の傾向を示している。すなわち、距離Ｘ／翼弦長Ｌが４０％を超えると、正回転時と逆回転時の流量の差が２０％以上となり、比較的大きくなる。これは、正回転時の流量に比べて、逆回転時の流量が少ないことを示す。これは、逆回転時において、排気口側に配設された複数本のスポーク８が、排気口から流入する空気の抵抗となっていることによる。距離Ｘ／翼弦長Ｌが２０％より小さくなると、正回転時と逆回転時の流量の差が１０％より小さくなる。しかしながら、この場合は、上述のとおり、正回転時の流量が少なくなるため、好ましくない。

なお、翼弦長Ｌに対する距離Ｘの比率が５０％である場合、翼４は位置Ａ点を中心とした点対称の形状となる。しかしながら、この場合、正回転時と逆回転時の流量の差が約２０％になってしまう。

図４に示すような関係を鑑み、本実施の形態では、翼４の前縁１０から２つの円弧同士が繋がる位置Ａ点までの距離Ｘは、翼弦長Ｌに対して２０％以上４０％以下の範囲となるように設定されている。これにより、翼４は、位置Ａ点を中心とした点対称の形状である場合すなわち距離Ｘの比が５０％のときに比べて、正回転時の流量が９０％とわずかに低下するものの、必要なレベルの流量を確保できる。そして、このとき、正回転時と逆回転時の流量の差を１０％未満にすることができ、逆回転時にも十分な流量を確保できる。

本実施の形態においては、以上のように翼４の形状が最適化されていることにより、正回転時においても逆回転時においても、軸流ファン１の流量を確保することができる。すなわち、正回転時における流量を所定の程度だけ維持したままで、逆回転時においても正回転時の流量の約９０％の流量を確保することができ、逆回転時における流量の大幅な低下を抑制することができる。

［その他］

ファンの翼の枚数は５に限られるものではない。また、羽根の形状やサイズに関する値も、好ましい例を記載したものであり、特許請求の範囲に記載された構成要件の範囲で各種変更することが可能である。

翼のキャンバー線は、２つの円弧が連接してなるものに限られず、略Ｓ字状の曲線となっていればよい。この場合、前縁からキャンバー線の変曲点までの距離が、翼弦長に対して２０パーセント以上４０パーセント以下の範囲ないになるように構成されていればよい。

また、ベース部の形状や、スポークの形状などは、上述のものに限られない。軸流ファンは、ケーシングの外側に配置されたモータによりインペラが駆動されるものであってもよい。その場合、ベース部は、例えば、インペラをケーシングに対して回転自在に支持するように構成されていればよい。

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 軸流ファン
２ モータ
３ インペラ
４ 翼
５ ハブ
６ ケーシング
７ ベース部
８ スポーク
９ 回転方向（正回転方向）
１０ 前縁
１１ 後縁
１２ 翼弦線
１３ 圧力面
１４ 負圧面
１５ キャンバー線
１５ａ 第１の円弧
１５ｂ 第２の円弧
Ａ 変曲点
Ｌ 翼弦長
Ｒ１ 第１の曲率半径
Ｒ２ 第２の曲率半径

Claims (3)

1. 周方向に複数の翼を配列してなるインペラと、前記インペラを収納するケーシングとを備えた軸流ファンであって、
   前記ケーシングの前記インペラが正回転方向に回転するとき排気口となる側には、前記インペラを前記ケーシングに対して回転自在に支持するベース部が設けられており、
   前記ベース部は、スポークを介して前記ケーシングに固定されており、
   前記スポークは、前記ケーシングの前記インペラが正回転方向に回転するとき排気口となる側において送風路の一部を遮るように設けられており、
   前記複数の翼のそれぞれは、
   前記インペラの回転時に吸気口となる側に近い部分がその吸気口側に向けて凸となるＳ字曲線状のキャンバー線を有する翼型であって、
   前記正回転方向への回転時に前方に位置する前縁から前記キャンバー線の変曲点までの距離が、翼弦長の２０パーセント以上４０パーセント以下の範囲内となる翼型を有している、軸流ファン。
2. 前記キャンバー線は、第１の曲率半径を有する第１の円弧と、第２の曲率半径を有する第２の円弧とが、それぞれの一端部となる前記変曲点において互いに接線を共有するように繋がってなるＳ字状の曲線である、請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記ベース部に固定され、前記インペラを回転させるモータをさらに備え、
   前記インペラは、前記モータを介して前記ベース部に回転自在に保持されている、請求項１又は２に記載の軸流ファン。

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