特許 5728209 遠心式ファン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5728209

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】遠心式ファン

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20150514BHJP

   F04D 29/42 20060101ALI20150514BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/44 Q

   F04D29/44 X

   F04D29/42 J

【請求項の数】1

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2010-263053(P2010-263053)

(22)【出願日】2010年11月26日

(65)【公開番号】特開2012-112336(P2012-112336A)

(43)【公開日】2012年6月14日

【審査請求日】2013年11月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベア株式会社

(72)【発明者】

【氏名】福田 貴子

(72)【発明者】

【氏名】小串 正樹

(72)【発明者】

【氏名】藤本 征也

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 譲

【審査官】 加藤 一彦

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０２２０１８６７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公告第０１５１２２９４（ＧＢ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４１９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５３１９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／４２−２９／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円板状の主板と環状のシュラウドとの間に円周方向に多数の羽根を配設した羽根車をケーシング内に格納し、吸込み口から吸入した空気を前記羽根車の回転に伴う遠心力によって前記羽根車の径外方に向けて吹き出し、前記ケーシングから吹き出すようにした遠心式ファンであって、
前記ケーシングは四角形で、上板と下板と、前記上板と前記下板の間に介装した複数の支柱からなり、前記上板の４箇所のコーナー部近傍にはそれぞれ前記支柱が前記上板と一体成形にて形成され、前記ケーシングの側面は前記支柱のみを備えて開口を形成し、
前記羽根車の径外方に向けて吹き出された前記空気を前記開口から吹き出し、
前記羽根車は回転方向に対して後ろ向き羽根を備え、
前記複数の支柱は円筒形状であって、前記上板と前記下板を連結するための連結材を挿通し、
前記複数の支柱は側面を備えてなることを特徴とする遠心式ファン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は遠心式ファンに係り、特に送風による騒音を低減した遠心式ファンに関する。

【背景技術】

【0002】

この種の遠心式ファンはモータの回転軸周りに多数の翼を配置した羽根車を吸込み口と吐出し口を有するスクロールケーシング内に格納した構成からなり、吸込み口から吸入された空気を羽根車の中心から翼間に流入させ、羽根車の回転に伴う遠心作用による流体力で羽根車の径外方に向けて噴出させる。そして羽根車の外周外側から噴出された空気はスクロールケーシング内部を通過し、高圧の空気となって吐出し口から噴出される。

【0003】

この遠心式ファンは、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の送風機などに広く用いられているが、この遠心式ファンはその構造から、送風性能と騒音は、羽根車の翼形状とスクロールケーシング形状に大きく影響される。

【0004】

このため、騒音を低減させ、送風性能の向上を図るために、羽根車の形状やスクロールケーシング構造を最適化することが行われており、いろいろな提案がなされている。羽根車においては、従来から翼形状を最適化することによって低騒音化を図る遠心式ファンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

図１１は特許文献１に記載の遠心式ファンを示す平面図、図１２は図１１の羽根車を示す斜視図である。遠心式ファンの羽根車１２０は、主板１２１と副板１２２の間に複数枚の翼１２３を設置したもので、翼１２３の内周側よりも外周側が羽根車１２０の回転方向に対して遅れて回転していくもので、羽根車１２０に渦巻状のケーシング１２７を取り付けて送風する。

【0006】

送風される空気は羽根車１２０の吸込口１４０から吸込まれ、羽根車１２０の翼１２３によって遠心作用による流体力を受けて羽根車１２０の外周から吐き出され、羽根車１２０の外周を囲繞する渦巻状のケーシング１２７によってケーシング１２７の吹出口１４１へ導出されて吹き出される。このように翼１２３の内周側よりも外周側が羽根車１２０の回転方向に対して遅れて回転していく羽根構造は後向き羽根で、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した羽根形状となっており、このような羽根形状を備えた遠心式ファンは、一般にターボファンと呼ばれる。

【0007】

図１１に示すターボファンでは、同外径の主板１２１と副板１２２の間に複数枚の翼１２３を挟持し、翼１２３は副板側の翼円弧１３４よりも主板側の翼円弧１３５の方が短い円弧となるように切断した後縁にすることによって、主板側に位置する後縁１３１と副板側に位置する後縁１３２がケーシング舌部１２９を横切る時刻に時間差を設けることができ、翼１２３がケーシング舌部１２９を横切ることにより生じる圧力変動が時間的に分散され、音の発生エネルギーが分散されて騒音の発生が抑制されることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭６３−２８９２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

近年、家電機器、ＯＡ機器、車両などの送風機に組み込まれる遠心式ファンには低騒音化及び小型化が強く求められている。

【0010】

しかしながら、特許文献１に記載のターボファンでは、翼１２３の形状を検討して送風時の騒音の抑制を図ったものであるが、羽根車の外周から吐出された空気は渦巻状のケーシング１２７の内壁面に沿って吹出口１４１から吹き出す構成となっているため、渦巻状のケーシング１２７の内壁面や吹出口１４１付近で空気の流れに乱れが生じ易く、この空気の流れの乱れが騒音の要因となっている。

【0011】

また、渦巻状のケーシング１２７は羽根車１２０の外周に空気を吹出口に導くための流路を形成する必要があるため、渦巻状のケーシング１２７の外径は通常、羽根車１２０の外径の２倍程度の大きさを要する結果、ターボファンの小型化が難しいという問題がある。

【0012】

本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、遠心式ファンのケーシング形状を改良することにより送風時の低騒音化を図ると共に、小型化を図った遠心式ファンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者は、遠心式ファンにおけるケーシング構造と騒音との関係について鋭意検討した。その結果、特にケーシング構造を最適化することによって遠心式ファンの低騒音化を図ることができることを知見した。

【0014】

具体的には、円板状の主板と環状のシュラウドとの間に円周方向に多数の羽根を配設した羽根車をケーシング内に格納し、吸込み口から吸入した空気を前記羽根車の回転に伴う遠心力によって前記羽根車の径外方に向けて吹き出し、前記ケーシングから吹き出すようにした遠心式ファンであって、前記ケーシングは四角形で、上板と下板と、前記上板と前記下板の間に介装した複数の支柱からなり、前記上板の４箇所のコーナー部近傍にはそれぞれ前記支柱が前記上板と一体成形にて形成され、前記ケーシングの側面は前記支柱のみを備えて開口を形成し、前記羽根車の径外方に向けて吹き出された前記空気を前記開口から吹き出し、前記羽根車は回転方向に対して後ろ向き羽根を備え、前記複数の支柱は円筒形状であって、前記上板と前記下板を連結するための連結材を挿通し、前記複数の支柱は側面を備えてなることを特徴とする遠心式ファンである。

【発明の効果】

【0017】

本願請求項１に係る発明によれば、上板と下板を支柱で連結したケーシングの中に遠心式ファンの羽根車を格納し、前記ケーシングは側壁を備えておらず、側壁が開口を構成している。このため、羽根車の径外方に向けて吹き出した空気はケーシングの側壁によって乱れることがないため、送風時の空気の乱れによる騒音を大幅に抑制することができる遠心式ファンを提供できる。また、ケーシングは羽根車の外形寸法と略同じ寸法にて形成することができるため、従来の渦巻状のケーシングを用いた遠心式ファンに比べて小型化を図ることができる遠心式ファンを提供できる。また、複数の支柱は円筒形状であって、上板と下板を連結するための連結材を挿通してなる構成のため、羽根車より吹き出された空気がほとんど抵抗を受けることなくケーシングの側面から外方に吹き出すことができるため、より低騒音化を図ることができる遠心式ファンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る遠心式ファンを示す斜視図である。

【図2】図１に示す遠心式ファンにおけるケーシングの下板を取り除いた状態を示した平面図である。

【図3】図１に示す遠心式ファンの羽根車を示す図である。

【図4】本発明の遠心式ファンにおける風量のシミュレーション結果を示した図である。

【図5】図４における支柱近傍の詳細図である。

【図6】本発明の他の実施形態に係る遠心式ファンにおけるケーシングの下板を取り除いた状態を示した平面図である。

【図7】図４に示す遠心式ファンの断面図の一部を示した図である。

【図8】従来の遠心式ファンにおける風量のシミュレーション結果を示した図である。

【図9】図８に示す従来の遠心式ファンの断面図の一部を示した図である。

【図10】発明の遠心式ファンと従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファンにおける静圧−風量特性を示した図である。

【図11】従来の遠心ファンを示す平面図である。

【図12】図１１に示す遠心ファンの羽根車を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係る遠心式ファンを示す斜視図、図２は図１におけるケーシングの下板を取り外した状態を示した底面図、図３は図１における羽根車の平面図である。

【0022】

遠心式ファン１は多数の羽根４を配置した羽根車３と羽根車３を格納したケーシング１０により構成されており、モータ２によって羽根車３が回転駆動される。

【0023】

羽根車３は、円周方向に等間隔で、多数の羽根４を配置し、これらの羽根４の一端側を主板５で支持し、羽根４の他端側を環状のシュラウド６で支持したもので、羽根４は主板５とシュラウド６とで挟持された構成となっている。主板５は円板状でその中央にカップ状のボス部７を有している。羽根４は所定の曲率で湾曲した形状であって、すべて同じ形状に形成されている。そして、カップ状のボス部７の内側にモータ２のロータ部を接合し、ロータ部の回転に伴って羽根車３が回転する。

【0024】

ケーシング１０は正四角形であって、中央には円形の開口が形成された合成樹脂製の上板１１と合成樹脂製の下板１２から構成され、上板１１の４箇所のコーナー部近傍にはそれぞれ支柱１３が上板１１と一体成形にて形成されている。そして、上板１１と下板１２の間には４箇所の支柱１３を介装した構成で連結されている。上板１１と下板１２は、貫通孔１４に挿通した連結材（例えば、ボルトやリベットなど）を締結することで連結される。上板１１と下板１２は４箇所の支柱１３を挟持した構成で連結しているため、ケーシング１０は側壁を備えていない。このため、ケーシング１０の側面には支柱１３のみを備えて開口が形成されている。そして、ケーシング１０の内部には羽根車３が格納されている。支柱１３の側面２０は羽根４が有する円弧面の曲率半径の中心点（図示省略）と羽根４の外周縁の前縁２４を通る線分Ｐが、支柱１３の側面２０と略一致するように形成している。これによって、支柱１３の近傍にあっては羽根車３の外周縁から外方に吹き出される空気の吹き出し方向が支柱１３の側面２０と略一致させることができるため、羽根車３の外周縁から外方に吹き出される空気が支柱１３によって乱されることなく側面２０に沿って円滑にケーシング１０の外方に吹き出される。

【0025】

羽根車３の外径寸法はケーシング１０の一辺の寸法より小さく設定している。なお、羽根車３の外径寸法がケーシング１０の一辺の寸法より大きい場合、回転する羽根車３がケーシング１０の外縁より突出してしまうため、他部材との接触や接触による破損等の虞があり、好ましくない。このため、羽根車３の外径はケーシング１０の外縁から突出しないように設定することが好ましい。

【0026】

上板１１の上面の中央に形成された開口は吸込み口１５となり、モータ２を駆動によるロータ部の回転に伴って羽根車３が回転することにより、吸込み口１５から吸入された空気は羽根車３の回転に伴う遠心作用による流体力で羽根車３の径外方に向けて吹き出され、ケーシング１０の側面の開口から外方に吹き出される。

【0027】

図３は図１に示す羽根車３の平面図である。羽根車３の外径Ｄ２は１２０ｍｍ、内径Ｄ１は５０ｍｍで、羽根４は円周方向に等ピッチで配置され、羽根４の枚数は２１枚に設定している。羽根４の出口角βは、ファンの回転軸中心Ｃと羽根４の外周縁とを結ぶ線分を半径とする円の接線と、羽根４との成す角度を出口角βと定義するとき、出口角βは４５°に設定している。羽根６の入口角は、ファンの回転軸中心Ｃと羽根６の内周縁とを結ぶ線分を半径とする円の接線と、羽根４との成す角度を入口角αと定義するとき、入口角αは４０°に設定しており、羽根車３の羽根４は回転方向に対して後向き羽根で、ターボファンとなっている。

【0028】

図４は図１に示す本発明の遠心式ファンにおける風量のシミュレーション結果を示した図、図５は図４に示す支柱近傍の詳細図、図７は図４に示す図の断面図である。

【0029】

図８と図９は従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファンにおける風量のシミュレーション結果を示した図である。本発明の遠心式ファンおよび従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファンにおける羽根車はいずれも図３に示す構造を用いている。上記の図における風量のシミュレーションは静圧Ｐａ＝０における風量を示したものである。

【0030】

図４に示すように、本願発明の遠心式ファンでは、羽根車３の回転に伴って吸込み口１５から吸い込まれた空気は羽根車３の羽根４の間を通過して羽根車３の外周縁から外方に吹き出される。このとき、ケーシング１０の４つの側面はすべて支柱１３のみを備えて開口を形成しているため、羽根車３から吹き出された空気はケーシング１０の４つの側面の開口からケーシング１０の外方に吹き出される。

【0031】

図５は図４における支柱近傍の詳細図であり、支柱１３の近傍における風量の状況を示している。図５に示すように、羽根車３の羽根４の間を通過した空気は羽根車３の外周縁から外方に吹き出される。支柱１３の側面２０は羽根車３の外周縁から外方に吹き出される空気の吹き出し方向に一致するように形成されている。このため、支柱１３の近傍にあっては、羽根車３の外周縁から外方に吹き出された空気は支柱１３の側面２０に沿って円滑に流れるので、支柱１３の近傍での空気の流れに乱れが生じない。この結果、吹き出された空気の乱れによる騒音が大幅に抑制され、低騒音化できる。

【0032】

図２に示すように支柱１３は、その外周側では上板１１と下板１２を連結するための連結材（例えば、ボルト、リベットなど）を逃げるために凹部２１を形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、支柱１３は、その外周側に凹部２１に代えて円弧状の側壁２５を形成し、支柱１３に連結材を挿通のための貫通孔１４を設けた構成であってもよい。円弧状の側壁２５を形成することによって、凹部２１に巻き込まれる空気の流れを防止することができるため、支柱１３の外周面での空気の乱れを抑制できる。

【0033】

また、羽根車３の外周縁と、これに対向する支柱１３の面との間の隙間は一定に形成されているが、支柱１３の側面２０から反対側の側面に向かって（図５に示す角部２２から角部２３に向かって）、隙間が漸増するように形成してもよく、この場合、角部２３近傍での空気の流れの集中を抑制でき、より低騒音を図ることができる。

【0034】

図７は図４に示す遠心式ファンの断面図の一部である。図７に示すように、羽根車３の回転に伴ってから吸込まれた空気は、吸込み口１５付近での空気に乱れが生じることなく、効率よく羽根車３の羽根４の間に吸い込まれて通過していく様子がわかる。

【0035】

図８に示すように、従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファンでは、羽根車３の回転に伴って吸込み口４５から吸込まれた空気は羽根車３の羽根４の間を通過して羽根車３の外周縁から外方に吹き出される。羽根車３から吹き出された空気は渦巻き状ケーシング５０の内壁５１に案内されてケーシング５０の吐出し口５２から外方に吹き出されるが、図４に示すように、羽根車３の外周縁から外方に吹き出されたた空気の一部は渦巻き状ケーシング５０の内壁５１に衝突して空気に乱れが生じており、この乱れた空気によってケーシング５０の吐出し口５２付近でも空気に乱れが生じている。この結果、吐出し口５２付近での空気の乱れによって騒音が生じている。

【0036】

図９は図８に示す図の断面図の一部である。図９に示すように、羽根車３の回転に伴って吸込み口４５から吸込まれた空気は、吸込み口４５付近で空気に乱れが生じていることを示している。この空気の乱れは吸込み口４５から吸込まれた空気が羽根車３の羽根４の間に吸い込まれた後、一部の空気が逆流していることを示している。このように、吸込み口４５から吸込まれた空気の一部が環状のシュラウド６と羽根４との間から吸込み口４５に逆流しているもので、この逆流によって、羽根車３の外周縁から外方に吹き出される空気の風量の減少につながっている。

【0037】

図１に示す本発明の遠心式ファンと図８に示す従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファンにおける騒音をＪＩＳ Ｂ８３４０に準拠して測定した結果、従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファンが６１ｄＢ（Ａ）であるのに対して、本発明の遠心式ファンは５４ｄＢ（Ａ）であった。このように、本発明の遠心式ファンは従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファン比べて大幅に騒音を抑制することができる。

【0038】

図１０は図１に示す本発明の遠心式ファンと図８に示す従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファンにおける静圧−風量特性（Ｐ−Ｑ）特性を示した図である。羽根車はいずれも図３に示す構造を用いている。図１０に示すように、本発明の遠心式ファンは従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファン比べて最大静圧は低いが、逆に最大風量は従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファンに比べて高くなっている。最大静圧が低い理由は本発明の遠心式ファン１が羽根車３から吹き出された空気の圧力を高めるための渦巻き状ケーシングを備えていないためによる。

【0039】

また、図９に示すように、従来の渦巻き状ケーシング５０を備えた遠心式ファンでは羽根車３から吹き出された空気が渦巻き状ケーシング５０の内壁５１に衝突し、その一部が羽根車３の中を逆流して吸込み口４５に流れて込む現象が生じているが、本発明の遠心式ファンでは羽根車３から吹き出された空気がケーシング１０の側面に形成された開口から吹き出されるため、空気が羽根車３の中を逆流して吸込み口１５に流れて込む現象が生じない結果、風量を損なうことなく、最大風量を大きくできる。両者の羽根車の形状はいずれも同じで外径が１２０ｍｍφであり、本発明の遠心式ファンのケーシングは一辺が１２０ｍｍ角である。一方、従来の渦巻き状ケーシングの外径は略１９０ｍｍφである。したがって、本発明の遠心式ファンのケーシングを従来の渦巻き状ケーシングの外径と同じ１９０ｍｍ角にした場合には、図１０に示すＰ−Ｑ特性がほぼ上方に平行移動する傾向を示すことになり、最大静圧は従来の渦巻き状ケーシングとほぼ同等となるため、最大風量は大幅に増加することができ、従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファン比べてＰ−Ｑ特性を大幅に向上することができる。このため、本発明の遠心式ファンは高い風量特性を有したファンを提供できる。

【0040】

本発明の遠心式ファンにおける用途は特に限定するものではなく、広範に利用可能であり、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両の送風機などに用いた場合には、従来の渦巻き状ケーシングを備えた遠心式ファン比べて騒音を抑制できると共に、高い風量特性を備えた遠心式ファンを提供することができる。

【0041】

本実施の形態では、ケーシング１０は正四角形にて形成しているが、これに限定されるものではなく、多角形、円形、非対称形状を含め、任意のどのような形状であってもよい。支柱の形状は本実施の形態に限定されるものではなく、風量のシミュレーション結果に基づき、適宜、設定されるが、連結材を挿通できる程度の大きさを有する円筒形状であってもよい。連結材を挿通できる程度の大きさを有する円筒形状であれば、羽根車３より吹き出された空気がほとんど抵抗を受けることなくケーシング１０の側面から外方に吹き出すことができるため、より低騒音化を図ることができる遠心式ファンを提供することができる。

【0042】

また、支柱の形状は連結材を挿通できる程度の大きさを有する翼形状であってもよく、翼形状を適切に設定することによって、羽根車３より吹き出された空気がほとんど抵抗を受けることなくケーシング１０の側面から外方に吹き出すことができ、そして羽根車３より吹き出された空気の静圧を高めることができる遠心式ファンを提供することができる。

【0043】

本実施の形態における羽根車の羽根構造は後向き羽根で、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した羽根形状を有するターボファンであるが、渦巻き状ケーシングに起因する騒音を抑制できるという点では、羽根車の羽根構造は回転方向に対して前向きに湾曲傾斜した羽根形状を有するシロッコファンであってもよい。

【符号の説明】

【0044】

１ 遠心式ファン
２ モータ
３ 羽根車
４ 羽根
５ 主板
６
シュラウド
７ ボス部
１０ ケーシング
１１ 上板
１２ 下板
１３ 支柱
１４ 貫通孔
１５ 吸込み口
２０ 側面
２１ 凹部
２２ 角部
２３ 角部
２４ 前縁
２５ 側壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】