特許 6066691 プロペラファン及び前記プロペラファンを用いた空気調和装置

(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】6066691

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】プロペラファン及び前記プロペラファンを用いた空気調和装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/38 20060101AFI20170116BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/38 A

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-257610(P2012-257610)

(22)【出願日】2012年11月26日

(65)【公開番号】特開2014-105600(P2014-105600A)

(43)【公開日】2014年6月9日

【審査請求日】2015年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】598045058

【氏名又は名称】株式会社サムスン日本研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100113468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】中川 優

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２０６８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４００８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５７０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１８９４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２２３０２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−００２５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３６９７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状のハブの外周面に対して周方向に所定間隔ごとに取り付けられた複数枚の翼を備えるプロペラファンであって、
前記翼が、その後縁部を切り欠いて形成される切欠部を備えてなり、
前記切欠部の輪郭は、前記翼の内周側に膨出して形成される第１の弧と前記翼の外周側に膨出して形成される第２の弧とから構成されており、前記第１の弧及び前記第２の弧の前記後端部から遠い側のそれぞれの一端同士が接続されて尖端が形成され、
前記尖端は、前記第１の弧の一端近傍の接線と、前記第２の弧の一端近傍の接線とが鋭角をなし、
前記第１及び第２の弧が円弧であり、前記第１の円弧が後縁と接続される第１接続点における当該第１の円弧に対する第１接線、及び、前記第２の円弧が後縁と接続される第２接続点における当該第２の円弧に対する第２接線が、プロペラファンの回転中心を中心として前記第１接続点及び第２接続点を通過する仮想円に対する前記第１接続点及び第２接続点における仮想接線に対してそれぞれなす角度がプラスマイナス１５度となることを特徴とするプロペラファン。

【請求項2】

前記切欠部の輪郭を形成する第１及び第２の弧は、前記プロペラファンの回転中心をＯ、前記回転中心Ｏから前記翼の外周までの半径をＲ１、前記ハブの半径をＲ２とし、前記翼の後縁と前記切欠部の輪郭との２つの接続点を回転中心Ｏに近い内側から点Ｐ、点Ｑとし、前記回転中心Ｏと前記点Ｐとをつないだ線分ＯＰの長さをＲｐ、前記回転中心Ｏと前記点Ｑとをつないだ線分ＯＱの長さをＲｑとした時、
０．３５（Ｒ１−Ｒ２）≦（Ｒｐ−Ｒ２）＜（Ｒｑ−Ｒ２）≦（Ｒ１−Ｒ２）
となる範囲で形成される請求項１記載のプロペラファン。

【請求項3】

前記切欠部が、１つの前記翼について１つだけ形成されている請求項１又は２記載のプロペラファン。

【請求項4】

前記第１及び第２の弧が円弧であり、前記第１の円弧を等分する点Ａと前記第１の円弧の中心点とを結ぶ線分と、第２の円弧を等分する点Ｂと前記第２の円弧の中心点とを結ぶ線分とが互いに交差する請求項１乃至３いずれかに記載のプロペラファン。

【請求項5】

前記第１の円弧の前記点Ａと前記第１の円弧の中心点とを結ぶ線分と、前記第２の円弧の前記点Ｂと前記第２の円弧の中心点とを結ぶ線分とが互いに交差する点をＦとした時、点Ｆは前記切欠部の輪郭の内側に位置する請求項４記載のプロペラファン。

【請求項6】

前記切欠部の輪郭の尖端における前記第１及び第２の弧の接続点を含むその周囲の前記翼の圧力面側に、肉盛り部又はリブを設ける請求項１乃至５いずれかに記載のプロペラファン。

【請求項7】

前記切欠部の輪郭の尖端における前記第１及び第２の弧の接続点を含むその周囲の前記翼の負圧面側に、肉盛り部又はリブを設ける請求項１乃至６いずれかに記載のプロペラファン。

【請求項8】

前記切欠部の輪郭部分の半径方向断面形状が、前記翼の圧力面側から負圧面側に向けて丸みを帯びている請求項１乃至７いずれかに記載のプロペラファン。

【請求項9】

前記切欠部の輪郭部分の半径方向断面形状が、前記翼の負圧面側から圧力面側に向けて丸みを帯びている請求項１乃至８いずれかに記載のプロペラファン。

【請求項10】

前記切欠部の輪郭に沿って、前記翼の負圧面側に肉盛り部又はリブを設ける請求項１乃至５いずれかに記載のプロペラファン。

【請求項11】

前記肉盛り部又はリブの高さは、前記翼の前縁側から後縁側に向かって一定の高さである請求項１０記載のプロペラファン。

【請求項12】

前記肉盛り部又はリブの高さは、前記翼の前縁側から後縁側に向かって漸次大になる請求項１０記載のプロペラファン。

【請求項13】

前記肉盛り部又はリブの高さは、前記翼の前縁側から後縁側に向かって漸次小になる請求項１０記載のプロペラファン。

【請求項14】

請求項１乃至１３いずれかに記載のプロペラファンを用いた空気調和装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば空気調和装置に用いられるプロペラファンの翼構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば図１及び図２に示すような全体が滑らかな曲線形状で形成されており、突出部や凹部が形成されていない一般的な翼１０Ａを備えたプロペラファン１００Ａを回転させると、回転中の翼の圧力面４Ａ近傍における流れは、図１に示すように遠心力によって翼出口（翼後縁３Ａ側）において外周側に偏った分布となる。そして、このような流れの偏りが生じることにより、ファン中央の円筒状のハブ９Ａに近い部分では流れが不安定となりやすく、また翼外周端部の圧力面４Ａ側から負圧面５Ａ側に流れ込む漏れ気流が生じ、その漏れ気流が翼端渦Ｖ１の発達を促し、送風効率を低下させる問題がある。

【0003】

このような問題に対して特許文献１では、図３に示すようにプロペラファン１００Ａの翼後縁３Ａの輪郭３Ａ１を、空気の流出方向とは反対の導入方向に凹陥する逆円弧状の凹状に成形している。このような形状とすることにより、空気の流れをその凹陥する輪郭３Ａ１の部分に引寄せて、翼外周の圧力面側から負圧面側に流れ込む漏れ気流を低減させ、翼端渦を抑制させることが可能になる。

【0004】

しかしながら、翼後縁３Ａがこのように逆円弧状に翼前縁方向にへこんだ輪郭３Ａ１を備えているとその分、翼面積が減少することになる。その結果、送風性能が低下してしまうという不具合が発生し、送風効率を大きく改善するほどの効果を奏するものではなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−２５７０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、翼の推進力を高め、翼外周部からの漏れ気流を低減し、翼端渦の発達を抑制してファン効率を向上させることができるプロペラ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】

【0007】

すなわち、本発明のプロペラファンは、円筒状のハブの外周面に対して周方向に所定間隔ごとに取り付けられた複数枚の翼を備えるプロペラファンであって、
前記翼が、その後縁部を切り欠いて形成される切欠部を備えてなり、
前記切欠部の輪郭は、前記翼の内周側に膨出して形成される第１の弧と前記翼の外周側に膨出して形成される第２の弧とから構成されており、前記第１の弧及び前記第２の弧の前記後端部から遠い側のそれぞれの一端同士が接続されて尖端が形成されることを特徴とする。

【0008】

このようなものであれば、切欠部は、その輪郭が、第１及び第２の弧の一端側で尖端を形成していることから、その尖端を起点にして、第１の弧に沿って前縁側から後縁側に向かって第１の渦が、第１の渦とは反対方向に渦巻きながら第２の弧に沿って前縁側から後縁側に向かって第２の渦がそれぞれ、切欠部において形成される。そして、形成された互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦が相互に干渉しあうことで、翼の推進力が向上し、翼面積の低下による送風性能の低下を抑制することができる。

【0009】

本発明における弧とは、円弧、楕円弧、及び放物線や双曲線等の一部分の曲線を含む概念である。

【0010】

翼の外周部寄りに切欠部を設けることで、翼の外周部の圧力面側から負圧面側に流れ込む漏れ気流を抑制し、翼端の渦の発達を抑制するようにするには、前記切欠部の輪郭を形成する第１及び第２の弧は、前記プロペラファンの回転中心をＯ、前記回転中心Ｏから前記翼の外周までの半径をＲ１、前記ハブの半径をＲ２とし、前記翼の後縁と前記切欠部の輪郭との２つの接続点を回転中心Ｏに近い内側から点Ｐ、点Ｑとし、前記回転中心Ｏと前記点Ｐとをつないだ線分ＯＰの長さをＲｐ、前記回転中心Ｏと前記点Ｑとをつないだ線分ＯＱの長さをＲｑとした時、
０．３５（Ｒ１−Ｒ２）≦（Ｒｐ−Ｒ２）＜（Ｒｑ−Ｒ２）≦（Ｒ１−Ｒ２）
となる範囲で形成されるものであればよい。

【0011】

空力性能を良好にするには、前記切欠部が、１つの前記翼について１つだけ形成されているものであればよい。これは、切欠部を複数設けた場合、切欠部と切欠部との間で形成される渦同士では、互いに流出方向の速度を減速させる流れとなるため翼の推進力の向上効果が減少するためである。

【0012】

切欠部における互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦を効率よく形成して翼の推進力をさらに向上させるようにするには、前記切欠部の輪郭が、前記第１の弧と第２の弧との間に最小加工工具の寸法を反映して形成される微小円弧を備えるものであればよい。

【0013】

上記した第１の渦と第２の渦との干渉の度合いが適正となるように第１の渦と第２の渦との間の距離を保って翼の推進力を向上させるようにするには、前記第１及び第２の弧が円弧であり、前記第１の円弧を等分する点Ａと前記第１の円弧の中心点とを結ぶ線分と、第２の円弧を等分する点Ｂと前記第２の円弧の中心点とを結ぶ線分とが互いに交差するものであればよい。

【0014】

互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦のそれぞれの中心線が重なり合うようになることを抑制するようにするには、前記第１及び第２の弧が円弧であり、前記第１の円弧が後縁と接続される第１接続点における当該第１の円弧に対する第１接線、及び、前記第２の円弧が後縁と接続される第２接続点における当該第２の円弧に対する第２接線が、プロペラファンの回転中心を中心として前記第１接続点及び第２接続点を通過する仮想円に対する前記第１接続点及び第２接続点における仮想接線に対してそれぞれなす角度がプラスマイナス１５度となるものであればよい。

【0015】

互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦の中心線が翼の後方側に行くに従い第１の渦と第２の渦との間の距離を適正に保ってさらに強く抑制するようにするには、前記第１の円弧の前記点Ａと前記第１の円弧の中心点とを結ぶ線分と、前記第２の円弧の前記点Ｂと前記第２の円弧の中心点とを結ぶ線分とが互いに交差する点をＦとした時、点Ｆは前記切欠部の輪郭の内側に位置するものであればよい。

【0016】

切欠部の輪郭の尖端において、互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦を形成する起点をより明確にするには、前記切欠部の輪郭の尖端における前記第１及び第２の弧の接続点を含むその周囲の前記翼の圧力面側に、肉盛り部又はリブを設けるものであればよい。

【0017】

同様にして、前記切欠部の輪郭の尖端における前記第１及び第２の弧の接続点を含むその周囲の前記翼の負圧面側に、肉盛り部又はリブを設けるものであればよい。

【0018】

渦が滑らかに発生しやすくして、互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦の干渉を促進し、翼の推進力が向上するようにするには、前記切欠部の輪郭の尖端及びその周囲の前記翼の圧力面側及び負圧面側に肉盛り部又はリブを設けるものであればよい。

【0019】

同様にして、前記切欠部の輪郭部分の半径方向断面形状が、前記翼の負圧面側から圧力面側に向けて丸みを帯びているものであればよい。

【0020】

さらには、前記切欠部の輪郭部分の半径方向断面形状が、前記翼の負圧面側及び圧力面側の端部が丸みを帯びているものが挙げられる。

【0021】

互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦の干渉を強めることができ、翼の推進力が向上するようにするには、前記切欠部の輪郭に沿って、前記翼の負圧面側に肉盛り部又はリブを設けるものであればよい。

【0022】

互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦の干渉を切欠部の輪郭の全長にわたって均等に強めることができ、翼の推進力が向上するようにするには、前記肉盛り部又はリブの高さは、前記翼の前縁側から後縁側に向かって一定の高さであればよい。

【0023】

互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦の干渉を徐々に強めることができ、翼の推進力が向上するようにするには、前記肉盛り部又はリブの高さは、前記翼の前縁側から後縁側に向かって漸次大になるものであればよい。

【0024】

互いに逆方向に渦巻く第１及び第２の渦の発生直後にお互いの干渉を強めることができ、その後の渦の軌道が互いに干渉しやすいところを流れるようになり、翼の推進力が向上するようにするには、前記肉盛り部又はリブの高さは、前記翼の前縁側から後縁側に向かって漸次小になるものであればよい。

【0025】

本発明のプロペラファンを用いた空気調和装置であれば、送風能力の向上によって効率よく空気調和装置を運転することが可能となる。

【発明の効果】

【0026】

このように本発明のプロペラファンによれば、翼が、その後縁部を切り欠いて形成される切欠部を備え、切欠部の輪郭が、翼の内周側に膨出して形成される第１の弧と翼の外周側に膨出して形成される第２の弧とから構成され、第１の弧及び第２の弧の後端部から遠い側のそれぞれの一端同士が接続されて尖端が形成されるように構成されているので、切欠部の輪郭の圧力面側から負圧面側に流れ込む気流が第１の弧と第２の弧とにおいてそれぞれ逆方向に渦巻く渦構造を形成し、第１の渦と第２の渦との干渉により、翼の推進力を高め、翼外周部からの漏れ気流も低減し、翼端渦の発達を抑制し、ファン効率を向上させることができ、送風効率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】従来のプロペラファンの圧力面側における流れの偏りについて示す、ファン回転軸に沿って圧力面側から視た模式図。

【図2】従来のプロペラファンの負圧面側における翼端渦の状態を示す模式的斜視図。

【図3】従来のプロペラファンにおいて後縁が凹陥した形状の翼を備えた例を示す、ファン回転軸に沿って圧力面側から視た模式図。

【図4】本発明の第１実施形態に係るプロペラファンの翼の負圧面側から視た模式的斜視図。

【図5】第１実施形態のファン回転軸に沿って圧力面側から視た模式図。

【図6】第１実施形態の図４におけるＮ−Ｎ線断面図であって、切欠部の翼弦長方向の断面を示す模式図。

【図7】第１実施形態の最小円弧を備える例の要部をファン回転軸に沿って圧力面側から視た拡大図。

【図8】第１実施形態の切欠部における渦の発生状態を示す翼の負圧面側から視た模式的斜視図。

【図9】第１実施形態の切欠部における渦の発生状態を比較例とともに示す翼の負圧面側から視た模式的斜視図。

【図10】第１実施形態の各部の寸法の関係を示すための翼の回転軸に沿って圧力面側から視た模式図。

【図11】第１実施形態の切欠部の形状を特定する円弧の条件を示す、ファン回転軸に沿って圧力面側から視た模式図。

【図12】第１実施形態の切欠部の形状を特定する円弧の条件を示す、ファン回転軸に沿って圧力面側から視た模式図。

【図13】第１実施形態の切欠部の形状を特定する円弧の条件を示す、ファン回転軸に沿って圧力面側から視た模式図。

【図14】本発明の第２実施形態に係るプロペラファンの翼の負圧面側から視た模式的斜視図、及び第２実施形態の要部を示す、図１４の（ａ）におけるＳ−Ｓ線断面図。

【図15】本発明の第３実施形態に係るプロペラファンの翼の負圧面側から視た模式的斜視図と、第３実施形態及びその変形例の要部を示す、図１５の（ａ）におけるＵ−Ｕ線断面図。

【図16】本発明の第４実施形態に係るプロペラファンの翼の負圧面側から視た模式的斜視図と、第４実施形態及びその変形例の要部を示す、図１６の（ａ）におけるＶ−Ｖ線断面図。

【図17】本発明のプロペラファンと従来例のプロペラファンとのファン効率を比較したグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0029】

第１実施形態のプロペラファン１００は、例えば空気調和装置の室外機に用いられるものであって、円筒状のハブ９の外周面に対して周方向に所定間隔ごとに取り付けられた複数枚の翼１０を放射状に備えるものである。各図面ではプロペラファン１００の各翼１０のうち１つを代表させて記載している。

【0030】

第１実施形態のプロペラファン１００の翼１０形状について翼１０を負圧面５側から視た模式的斜視図である図４と、ファン回転軸Ｘに沿って圧力面４を視た場合の模式図である図５を参照しながら説明する。

【0031】

図４に示すように前記翼１０と円筒状のハブ９の取り付け部分は、ハブ９の一方の端面側から他方の端面側へとハブ９の側面に所定のらせんが描かれるように取り付けられており、前記翼１０の前縁２が回転方向前方側へと延出させてある。また、前記翼１０は、翼弦長方向において所定の反りが形成してあり、翼１０の凹んでいる側の面を圧力面４とし、翼１０における凸側の面を負圧面５としている。

【0032】

そして、図４及び図５に示されるように、この翼１０は後縁３側の翼外周縁６近傍において、翼前方側に切り欠かれた切欠部７が形成してある。切欠部７は、それぞれの翼１０に対して、１つずつ設けられるものである。切欠部７は、図６に示すように、翼１０の厚みと同じ厚みの側壁７ａを備えている。なお、翼１０の大きさによっては、複数の切欠部７を設けることも考えられるが、切欠部７を複数設けた場合、切欠部７間で形成される渦同士が、互いに流出方向の速度を減速させる流れとなるため、翼１０の推進力の向上効果が減少することから、切欠部７を複数設ける必要はない。

【0033】

以下ではこの切欠部７の形状及び寸法等に関する特徴について、図４から図１３を参照しながら詳述する。

【0034】

切欠部７は、ファン回転軸Ｘに沿って翼１０の圧力面４を視た図５に示されるように、後縁部８の半径方向中央部から翼外周縁６側に偏った位置に、翼１０の内周側に膨出して形成される第１の弧である第１の円弧１１、及び翼１０の外周側に膨出して形成される第２の円弧１２で形成される輪郭１３を有している。輪郭１３は、第１の円弧１１の後縁部８から遠い側の一端が第２の円弧１２の後縁部８から遠い側の一端に接続される。第１の円弧１１と第２の円弧１２とのそれぞれの端部が、１８０度異なる方向から接続されて第１の円弧１１と第２の円弧１２とが連続するのではなく、第１の円弧１１の一端と第２の円弧１２の一端とが１８０度未満の方向から一点（接続点）に達して第１の円弧１１と第２の円弧１２とが接続される構成である。したがって、２つの円弧である第１の円弧１１と第２の円弧１２とは接続されることで１つの円弧となるのではなく、接続点で角度を形成して第１の円弧１１と第２の円弧１２とが不連続に接続されることで、切欠部７は尖端１４が尖った形状の、２つの円弧で形成される輪郭１３を有するものである。

【0035】

また、別の観点から切欠部７について表現すると、切欠部７の尖端１４は、第１の円弧１１の一端近傍の接線と、第２の円弧１２の一端近傍の接線とが鋭角つまり９０度以下の角度を形成して交わるように、第１の円弧１１と第２の円弧１２とが接続されて形成されるものが好ましい。尖端１４は、第１及び第２の円弧１１、１２がこのように実質的に鋭角をなして尖っているものが好ましいが、微視的にとらえた場合、必ずしも直線が交わって形成される角形状のものでなくてもよく、金型の切削加工における最小加工工具の寸法に依存して、小径の円弧形状に形成されてもよい。つまり、切欠部７の尖端１４は、例えば合成樹脂製のプロペラファン１００にあっては、製造上の制約、つまり金型から成型品のプロペラファンを型抜きするために必要な丸み形状等において制約を受けて角がない丸い形状であってよい。特には、切欠部７をファン回転軸Ｘに沿って視た要部を拡大して図示する図７に示すように切欠部７の輪郭１３を構成する第１の円弧１１と第２の円弧１２との一端間に、例えば半径５ｍｍの微小円弧１４ａが介在して切欠部７の尖端１４が形成されるものが挙げられる。

【0036】

このように、翼１０がその後縁部８に、上記した微小円弧１４ａが第１の円弧１１と第２の円弧１２とを接続する端部間に介在するものも含めて、切欠部７の尖端１４が尖った形状の輪郭１３であると、図８に示すように切欠部７の尖端１４を起点にした、圧力面４側から負圧面５側に向かって互いに逆方向に渦巻く第１の渦１５ａ及び第２の渦１５ｃが第１の円弧１１及び第２の円弧１２で均一に形成され、その第１及び第２の渦１５ａ、１５ｃが互いに干渉しあうことで、翼１０の推進力を向上させ、翼面積の低下による送風性能の低下を抑制することができる。

【0037】

なお、ファン効率を比較するための比較例としての図９の（ａ）に示すような２つの円弧１１Ｂ、１２Ｂが滑らかに接続される切欠部７Ｂは、上記した微小円弧１４ａが介在して切欠部７の尖端１４が形成されているものとは異なる形状であり、この切欠部７Ｂのプロペラファン１００Ｂでは、切欠部７Ｂの輪郭１３Ｂに明確な尖った尖端がないため、尖端部分で気流（図中矢印で示す）が分離されずにそれぞれの円弧１１Ｂ、１２Ｂに生じた気流が混じり合うようになり、均一な渦とならないために、翼１０Ｂの推進力を向上させることはできない。

【0038】

これに対して、図９の（ｂ）に示すこの第１実施形態のプロペラファン１００では、切欠部７の尖端１４において第１の円弧１１と第２の円弧１２との境界部分が明確であり、尖端１４を起点して気流が分離されて、第１の円弧１１と第２の円弧１２との両方において均一に形成されることで、翼１０の推進力を向上させることができるという効果を奏する。

【0039】

以上から理解できるように、尖端１４は、第１の円弧１１と第２の円弧１２とのそれぞれの一端が、互いに正反対な方向から滑らかに接続されて形成されるものではなく、第１の円弧１１及び第２の円弧１２のそれぞれの一端が正反対な方向以外から接続されて切欠部７の外側に突出するように形成されるものである。言い換えれば、尖端１４は、第１の円弧１１及び第２の円弧１２のそれぞれの一端が接続されて、滑らかでない折れ線状の輪郭形状に形成されるものである。したがって、上記したような微小円弧１４ａを有する例であっても、微小円弧１４ａの近傍における第１の円弧１１の接線と第２の円弧１２の接線とが一致することなく所定値以上その傾きが相違しており、切欠部７の輪郭１３全体から見て、滑らかでない折れ線状の輪郭形状を呈して切欠部７から突出するように形成されるものであれば尖端１４を構成するものである。

【0040】

次に、このような翼１０の推進力を向上させるのに適した切欠部７の位置や寸法範囲等について説明する。

【0041】

まず、切欠部７の後縁部８における配置について説明する。翼１０のファン回転軸Ｘに沿って圧力面４を視た場合の模式図である図１０に示すように、切欠部７の輪郭１３を形成する第１の円弧１１と第２の円弧１２とは、プロペラファン１００の回転中心、つまりファン回転軸Ｘを通過する点をＯ、翼１０の半径をＲ１、ハブ９の半径をＲ２とし、翼１０の後縁３と切欠部７の輪郭１３との２つの接続点をファン半径内側（ハブ９側）から点Ｐ、点Ｑとし、回転中心Ｏと点Ｐとをつないだ線分ＯＰの長さをＲｐ、回転中心Ｏと点Ｑとをつないだ線分ＯＱの長さをＲｑとした時、次式で示す関係を有して設定される。

【0042】

０．３５（Ｒ１−Ｒ２）≦（Ｒｐ−Ｒ２）＜（Ｒｑ−Ｒ２）≦（Ｒ１−Ｒ２）

【0043】

以上の寸法関係において、翼１０のファン回転軸Ｘに沿って圧力面４を視た場合の模式図である図１１に示すように、第１の円弧１１を等分する点Ａと第１の円弧１１の中心点Ｈとを結ぶ線分１１ａと、第２の円弧１２を等分する点Ｂと第２の円弧１２の中心点Ｋとを結ぶ線分１２ａとは互いに交差するものである。つまり、このように線分１１ａと線分１２ａとが交差するように第１及び第２の円弧１１、１２の大きさを設定することにより、線分１１ａと線分１２ａとが交差することのない場合の、切欠部７が翼１０の後方に開きすぎることを防ぐことができる。この場合、線分１１ａと線分１２ａとの交点Ｆは図１１に示す切欠部７の輪郭１３の内側に存在するもの以外に、切欠部７の外側に位置するものであってもよい。この線分１１ａと線分１２ａとの交点Ｆの望ましい位置について、以下に説明する。

【0044】

翼１０のファン回転軸Ｘに沿って圧力面４を視た場合の模式図である図１２に示すように、第１の円弧１１を等分する点をＡ、第２の円弧１２を等分する点をＢとし、翼１０の後縁３と切欠部７の輪郭１３との二つの接続点をファン半径内側から点Ｃ、点Ｄとし、切欠部７の輪郭１３の尖端１４における円弧同士の接続点をＥとした時、点Ａと第１の円弧１１である円弧ＡＣＥの中心点Ｈとを結ぶ線分ＡＨと、点Ｂと第２の円弧１２である円弧ＢＤＥの中心点Ｋとを結ぶ線分ＢＫとが互いに交差するように、第１の円弧１１及び第２の円弧１２を設定する。この場合、線分ＡＨと線分ＢＫとの交点Ｆは、線分ＣＤよりも翼１０の回転方向側、つまり切欠部７の輪郭１３の内側に位置するように、第１の円弧１１及び第２の円弧１２を設定する。

【0045】

加えて、翼１０のファン回転軸Ｘに沿って圧力面４を視た場合の模式図である図１３に示すように、第１の円弧１１及び第２の円弧１２の点Ｃ及び点Ｄでの接線Ｔ１及びＴ２が、回転中心Ｏを中心として点Ｃ及び点Ｄを通過する円Ｌ及びＭの点Ｃ及び点Ｄにおける接線Ｔ３及びＴ４に対してなす角度が、プラスマイナス１５度の範囲となるように、第１の円弧１１及び第２の円弧１２を設定している。すなわち、接線Ｔ１（Ｔ２）と接線Ｔ３（Ｔ４）とが重なり合う場合は、角度は０度であり、接線Ｔ１（Ｔ２）が接線Ｔ３（Ｔ４）に対して例えばファン回転方向側に位置している場合はプラスの角度であり、接線Ｔ１（Ｔ２）が接線Ｔ３（Ｔ４）に対してファン回転方向とは反対側に位置している場合はマイナスの角度である。このように角度を規定することにより、切欠部７の輪郭１３の後方への開き具合を規定することができる。

【0046】

このように第１の円弧１１及び第２の円弧１２を設定して、翼１０の翼外周縁６寄りに切欠部７を設けることで、翼１０の外周部の圧力面４側から負圧面５側に流れ込む漏れ気流を抑制し、翼端の渦の発達を抑制することができる。また、互いに逆方向に渦巻く第１の渦１５ａの中心線１５ｂと第２の渦１５ｃの中心線１５ｄとが図８に示すように、切欠部７の尖端１４から遠ざかるにしたがって拡がっていき、言い換えれば重なり合うようになることを抑制し、互いの渦１５ａ、１５ｃの干渉を強めることで翼１０の推進力を向上させることができる。

【0047】

次に本発明の第２実施形態に係るプロペラファン１００について図１４を参照しながら説明する。

【0048】

第２実施形態では図１４に示すように、切欠部７の尖端１４の厚みを、肉盛り部１６又はリブ１７により翼１０の他の部分の厚みより大きくしている点が第１実施形態とは異なっている。つまり第１実施形態にあっては、切欠部７の輪郭１３のいずれの部分も、翼１０全体と同じ厚みで形成されていたが、第２実施形態では、切欠部７の尖端１４のみその厚みを他に比べて大きくした構成である。

【0049】

以下に第２実施形態の翼１０形状の詳細について説明する。

【0050】

図１４は、翼１０のファン回転軸Ｘに沿って負圧面５を視た場合の模式的斜視図である図１４の（ａ）、及び図１４の（ａ）のＳ−Ｓ線に沿った翼１０の翼弦方向における断面図である図１４の（ｂ）乃至（ｇ）を含んでおり、図１４の（ｃ）乃至（ｇ）は、第２実施形態の切欠部７の尖端１４の変形例を示すものである。

【0051】

切欠部７は、その尖端１４の圧力面４に、翼１０の厚みを厚くするために、肉盛り部１６を備えている。肉盛り部１６は、その断面形状が半球状又は半楕円球状で切欠部７の尖端１４を通る切欠中心線１８に沿って翼１０の回転方向（前後方向）に長くして形成される。金属又は合成樹脂材料によりプロペラファン１００を作成する場合、肉盛り部１６は翼１０と同じ材料で形成される。なお、図１４においては、肉盛り部１６及びリブ１７を明確に図示するため、ハッチングを翼１０の他の部分と異ならせている。

【0052】

このように切欠部７の尖端１４の厚みを肉盛り部１６により翼１０の他の部分より大きくすることにより、互いに逆方向に渦巻く第１の渦１５ａ及び第２の渦１５ｃが形成される起点がより明確になり、流れを意図したものに制御することができ、翼１０の推進力を向上させやすくすることができる。

【0053】

このような肉盛り部１６は、図１４の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、翼１０の負圧面５に設けるものや、圧力面４と負圧面５との両面に設けるものであってもよい。

【0054】

さらには、肉盛り部１６に代えて、リブ１７を設けるものであってもよい。リブ１７は、切欠部７の尖端１４を通る切欠中心線１８に沿って翼１０の回転方向（前後方向）に長く延びるように形成する。このリブ１７を設ける場合にあっても、リブ１７を圧力面４に設けるもの（図１４の（ｅ））、負圧面５に設けるもの（図１４の（ｆ））、さらには圧力面４と負圧面５との両面に設けるもの（図１４の（ｇ））が挙げられる。このようなリブ１７にあっても、上記の肉盛り部１６を切欠部７の尖端１４の位置に設けた場合と同等の効果を奏するものである。

【0055】

さらに本発明の第３実施形態に係るプロペラファン１００について図１５を参照しながら説明する。図１５は、翼１０のファン回転軸Ｘに沿って負圧面５を視た場合の模式的斜視図である図１５の（ａ）、及び図１５の（ａ）のＵ−Ｕ線に沿った翼１０の半径方向における断面図である図１５の（ｂ）乃至（ｄ）を含んでおり、図１５の（ｃ）及び（ｄ）は、第３実施形態の変形例を示すものである。

【0056】

この第３実施形態では、切欠部７の輪郭１３部分の断面形状が、翼１０の圧力面４側から負圧面５側に向けて丸みを帯びている構成である。すなわち切欠部７の輪郭１３は、翼１０の圧力面４と切欠部７の側壁７ａとが、及び翼１０の負圧面５と切欠部７の側壁７ａとが接することで形成される角部により形成されるものであるが、図１５の（ｂ）に示すように、その圧力面４側の角部を面取りすることにより断面形状に丸みのある面取り部１９を形成している。このように輪郭１３部分の断面形状を、丸みを帯びたものにすることにより、渦１５の発生が早まりやすくなり、切欠部７において互いに逆方向に渦巻く第１の渦１５ａ及び第２の渦１５ｃの干渉が促進され、翼１０の推進力を向上させることができる。

【0057】

この第３実施形態の変形例としては、図１５の（ｃ）、（ｄ）に示すように、切欠部７の負圧面５側の角に面取り部２０を設けて、輪郭１３部分の断面形状が、翼１０の負圧面５側から圧力面４側に向けて丸みを帯びているもの（図１５の（ｃ））、及び圧力面４側及び負圧面５側の角に面取り部１９、２０を設けて、輪郭１３部分の断面形状が、翼１０の圧力面４側及び負圧面５側の両方に向けて丸みを帯びているもの（図１５の（ｄ））が挙げられる。このような構成にあっても、同様の効果を奏するものである。

【0058】

さらに本発明の第４実施形態に係るプロペラファン１００について図１６を参照しながら説明する。図１６は、翼１０のファン回転軸Ｘに沿って負圧面５を視た場合の模式的斜視図である図１６の（ａ）、及び切欠部７の輪郭１３に沿った図１６の（ａ）に示すＶ−Ｖ線における断面図である図１６の（ｂ）乃至（ｄ）を含んでおり、図１６の（ｃ）及び（ｄ）は、第４実施形態の変形例を示すものである。

【0059】

この第４実施形態では、図１６の（ａ）に示すように、切欠部７の輪郭１３に沿って、翼１０の負圧面５側に長尺肉盛り部２１を設ける構成である。すなわち、長尺肉盛り部２１は、切欠部７の第１の円弧１１及び第２の円弧１２に沿って、したがって輪郭１３に沿って形成される。第４実施形態の場合、切欠部７の輪郭１３の全長にわたって一定厚みの長尺肉盛り部２１を形成する。長尺肉盛り部２１の厚みは、翼１０自体の厚み以下であればよい。金属又は合成樹脂材料によりプロペラファン１００を作成する場合、長尺肉盛り部２１は、翼１０と一体に形成されるもので、その断面形状が半円形状のものであってよい。

【0060】

このように輪郭１３に沿って負圧面５側に長尺肉盛り部２１を設け、その長尺肉盛り部２１の高さを全長にわたって一定にすることで、互いに逆方向に渦巻く第１の渦１５ａ及び第２の渦１５ｃの干渉を一定的に強めることができ、翼１０の推進力を向上させることができる。

【0061】

長尺肉盛り部２１に代えて、断面形状が四辺形（正方形、矩形）のリブを、切欠部７の輪郭１３に沿って、翼１０の負圧面５側に設けるものであってもよい。

【0062】

また、肉盛り部（リブ）２１は、図１６の（ｂ）に示すように、その高さが翼１０の前縁２側から後縁３側に向かって漸次大になる構成であってもよい。このような構成によれば、互いに逆方向に渦巻く第１の渦１５ａ及び第２の渦１５ｃの干渉を徐々に強くすることができ、翼１０の推進力を向上させることができる。

【0063】

さらには、肉盛り部（リブ）２１は、図１６の（ｃ）に示すように、その高さが翼１０の前縁２側から後縁３側に向かって漸次小になる構成であってもよい。このような構成によれば、互いに逆方向に渦巻く第１の渦１５ａ及び第２の渦１５ｃの発生直後におけるお互いの干渉を強くすることができ、その後の第１及び第２の渦１５ａ、１５ｃの軌道が互いに干渉しやすいところを流れるようになり、翼１０の推進力を向上させることができる。

【0064】

以上に説明した本願のプロペラファン１００は、図１７に示すように、縦軸に全送風効率を、横軸に流量を取った場合、全送風効率がどの流量においても、従来のプロペラファンに比較して１０％以上向上することが確認された。

【0065】

本発明のプロペラファン１００は、軸流ファンや斜流ファン、さらには換気装置等に用いられるものであってもよい。

【0066】

上記の実施形態では、切欠部７の輪郭１３を形成する弧が円弧であるものを説明したが、一方の弧が円弧で、他方の弧が楕円弧であるものや、一方の弧が楕円弧で、他方の弧が放物線の一部分であるもの、さらには、両方の弧が楕円弧や放物線又は双曲線の一部分からなるものなど、種々の弧を組み合わせるものであってよい。

【0067】

また、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。

【符号の説明】

【0068】

１００ ：プロペラファン
２ ：前縁
３ ：後縁
４ ：圧力面
５ ：負圧面
７ ：切欠部
８ ：後縁部
９ ：ハブ
１０ ：翼
１１ ：第１の円弧
１２ ：第２の円弧
１３ ：輪郭
１４ ：尖端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】