スタンドファン
【課題】ファンの回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができるようにする。
【解決手段】ベース１１と、スタンド１２と、ファンユニット１３とを有する。ファンユニット１３はモータ２３及びファン２１を備え、モータ２３は、風の流れ方向における翼２２の根元２２ａより下流側に配設される。ファン２１の直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされ、ファン２１の外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下に設定される。
【解決手段】ベース１１と、スタンド１２と、ファンユニット１３とを有する。ファンユニット１３はモータ２３及びファン２１を備え、モータ２３は、風の流れ方向における翼２２の根元２２ａより下流側に配設される。ファン２１の直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされ、ファン２１の外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタンドファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、床、テーブル等の上に移動自在に載置することができ、スタンドの上端にファンユニットが配設されたスタンドファンが提供されている。
【０００３】
図２は従来のスタンドファンの斜視図である。
【０００４】
図において、１１０はスタンドファン、１１１はベース、１１２は該ベース１１１から立ち上げて形成されたスタンド、１１３は該スタンド１１２の上端に配設されたファンユニットである。前記スタンド１１２は、ベース１１１と一体に形成された筒状の下支柱１１５、該下支柱１１５に対して挿脱自在に配設された上支柱１１６、前記下支柱１１５に対して上支柱１１６を所定の位置に位置決めするための固定ねじ１１８等を備え、前記上支柱１１６の所定の箇所に、操作部１１９が配設される。
【０００５】
また、前記ファンユニット１１３は、前記上支柱１１６の上端に、首振り自在に取り付けられたモータ１２１、該モータ１２１の出力軸に取り付けられ、複数の翼を備えた軸流式のファン１２２、該ファン１２２の前面及び後面を覆うファンネット１２３等を備える。
【０００６】
前記スタンドファン１１０において、使用者が操作部１１９を操作して電源スイッチをオンにすると、図示されない電源装置から前記モータ１２１に電流が供給され、モータ１２１が駆動されてファン１２２が回転させられ、ファン１２２の軸方向に流れる風が発生させられる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３２８９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来のスタンドファン１１０においては、スタンド１１２を伸ばしてファン１２２を高い位置に置いた場合に、ファン１２２の回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができない。
【０００９】
すなわち、前記スタンドファン１１０においては、翼の構造上、ファン１２２を十分に低い回転速度で回転させることができないので、モータ１２１に加わる負荷が大きくなり、モータ１２１の寸法が大きくなってしまう。
【００１０】
したがって、ファン１２２の径方向においてモータ１２１が占める領域が大きくなるので、例えば、風の流れ方向におけるファン１２２より下流側にモータ１２１を配設すると、ファン１２２の回転によって発生させられた風がモータ１２１によって遮られ、乱流が発生してしまう。
【００１１】
その結果、ファン１２２の回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができない。
【００１２】
本発明は、前記従来のスタンドファンの問題点を解決して、ファンの回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができるスタンド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】
そのために、本発明のスタンドファンにおいては、ベースと、該ベースから立ち上げて形成されたスタンドと、該スタンドの上端に配設されたファンユニットとを有する。
【００１４】
そして、該ファンユニットは、前記スタンドの上端に取り付けられたモータ、及び該モータの出力軸に取り付けられ、複数の翼を備えた軸流式のファンを備える。
【００１５】
また、前記モータは、風の流れ方向における前記翼の根元より下流側に配設される。
【００１６】
そして、前記ファンの直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされる。
【００１７】
また、前記ファンの外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下に設定される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スタンドファンにおいては、ベースと、該ベースから立ち上げて形成されたスタンドと、該スタンドの上端に配設されたファンユニットとを有する。
【００１９】
そして、該ファンユニットは、前記スタンドの上端に取り付けられたモータ、及び該モータの出力軸に取り付けられ、複数の翼を備えた軸流式のファンを備える。
【００２０】
また、前記モータは、風の流れ方向における前記翼の根元より下流側に配設される。
【００２１】
そして、前記ファンの直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされる。
【００２２】
また、前記ファンの外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下に設定される。
【００２３】
この場合、モータが、風の流れ方向における前記翼の根元より下流側に配設されるので、ファンの回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができる。
【００２４】
また、ファンの直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされるので、ファンの径方向においてモータが占める領域が小さくなる。したがって、風の流れ方向における翼の根元より下流側にモータを配設しても、ファンの回転によって発生させられた風がモータにより遮られることがないので、翼の根元において、空気の渦が発生するのを防止することができるだけでなく、風速が低くなるのを抑制することができる。
【００２５】
そして、ファンの外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下になるように設定されるので、ファンの回転に伴って、翼の外周縁において空気の渦が発生するのを防止することができる。したがって、翼の背面に形成される負圧領域に周囲の空気が十分に流れ込み、続いて、二つの翼の間を抜けて翼の前面に流れ込むので、翼の外周縁において風速が低くなるのを抑制することができる。
【００２６】
その結果、ファンから送られる空気の流れに渦が発生するのを防止することができ、しかも、翼の根元から外周縁にかけて一様な風速分布を得ることができるので、扇子を使用したときのような扇ぎ効果による風を発生させることができる。また、使用者の体を局部的に冷やしてしまうことがないので、使用者が連続的に風を受けても、体が冷え過ぎたり、不快感を覚えたりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態におけるスタンドファンの正面図である。
【図２】従来のスタンドファンの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるスタンドファンの側面図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるスタンドファンの平面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるファンユニットの斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態における翼の概念図である。
【図７】本発明の実施の形態における翼の迎角と揚力係数との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における翼の展開図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるキャンバー比を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるピッチ角とキャンバーラインとの関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態における翼幅指数を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態における風速分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の形態におけるスタンドファンの正面図、図３は本発明の実施の形態におけるスタンドファンの側面図、図４は本発明の実施の形態におけるスタンドファンの平面図である。
【００３０】
図において、１０はスタンドファン、１１は支持台としてのベース、１２は該ベース１１から立ち上げて形成されたスタンド、１３は該スタンド１２の上端に配設されたファンユニット、１４は該ファンユニット１３をスタンド１２に対して揺動自在に支持する支持部である。前記スタンド１２は、下端がベース１１に取り付けられた第１の支柱としての筒状の下支柱１５、該下支柱１５に対して挿脱自在に配設された第２の支柱としての筒状の上支柱１６、前記下支柱１５に対して上支柱１６を所定の位置に位置決めするための図示されない固定ねじ等を備える。そして、前記ベース１１の所定の箇所に、図示されない操作部が配設される。本実施の形態においては、ベース１１に操作部が配設されるようになっているが、該操作部のほかに、遠隔操作用の操作部として、リモコンを利用することができる。
【００３１】
また、前記ファンユニット１３は、前記上支柱１６の上端に、首振り自在に取り付けられた駆動部としてのモータ２３、該モータ２３を駆動することによって回転させられる軸流式のファン２１等を備える。そして、前記モータ２３は、図示されないロータ、ステータ等を内蔵する本体部２３ａ、前記ロータに取り付けられ、本体部２３ａから上方に向けて突出させられた出力軸２４等を備える。また、前記ファン２１は、複数の、本実施の形態においては、二つの翼２２を備え、該各翼２２の根元２２ａが前記出力軸２４に取り付けられる。
【００３２】
そして、前記モータ２３は、風の流れ方向（矢印Ａ方向）における翼２２の根元２２ａより下流側に延在させて配設される。
【００３３】
また、前記各翼２２の翼面は、柔軟性を有する材料、例えば、軽量ウレタン材、プラスッチック、布、紙、フィルム等から成る薄板材によって形成され、外周縁に直径が２〔ｍｍ〕程度のピアノ線等の鋼線を翼支持部材として埋設することによって、翼輪郭が形成され、ファン２１の形状が維持される。
【００３４】
なお、前記翼２２の翼面は柔軟性を有する材料から成る薄板材によって形成されるので、回転速度が高くなった場合、翼２２は容易に変形する。したがって、ファン２１に異常な振動が発生するのを防止することができる。また、翼２２の厚さは、空気の流れを円滑にすることができれば、自由に設定することができる。
【００３５】
前記スタンドファン１０において、使用者が操作部を操作して電源スイッチをオンにすると、図示されない電源装置から前記モータ２３に電流が供給され、モータ２３が駆動されてファン２１が回転させられる。これに伴って、翼２２の裏面から空気が吸引され、ファンユニット１３の軸方向に沿って流れる風が発生させられ、下方に向けて送られる。
【００３６】
次に、前記ファンユニット１３について説明する。
【００３７】
図５は本発明の実施の形態におけるファンユニットの斜視図、図６は本発明の実施の形態における翼の概念図、図７は本発明の実施の形態における翼の迎角と揚力係数との関係を示す図、図８は本発明の実施の形態における翼の展開図、図９は本発明の実施の形態におけるキャンバー比を説明するための図、図１０は本発明の実施の形態におけるピッチ角とキャンバーラインとの関係を示す図、図１１は本発明の実施の形態における翼幅指数を説明するための図、図１２は本発明の実施の形態における風速分布を示す図である。なお、図６は径方向における所定の半径位置で翼２２を切断したときの断面を表す。また、図７において、横軸に迎角θ２を、縦軸に揚力係数ＣＬを、図１２において、横軸に翼２２の根元２２ａからの距離を、縦軸に風速を採ってある。
【００３８】
図において、２１は回転自在に配設されたファン、２２は二つの翼、２３はモータ、２４は該モータ２３の出力軸であり、該出力軸２４は、前記ファン２１のボスを構成する。前記各翼２２は、出力軸２４に対して互いに１８０〔°〕の角度を置いて、かつ、対向させて配設される。
【００３９】
次に、前記翼２２について説明する。
【００４０】
図６において、ｑ１は前記翼２２の前縁を表すノーズ、ｑ２は前記翼２２の後縁を表すテール、Ｍ１は前記ノーズｑ１とテールｑ２とを結ぶ線分によって表されるノーズテールライン、Ｍ２は翼２２の移動方向（矢印Ｘ方向）に延びる線分によって表されるベースライン、Ｌは前記ノーズｑ１とテールｑ２との間の直線距離、すなわち、半径位置における翼幅を表す翼弦長、εは前記翼２２の翼厚中心線（キャンバーライン）である。また、該翼厚中心線εとノーズテールラインＭ１との間の距離を表すキャンバーｆが最大になる位置を最大キャンバー位置ｑ３としたとき、ノーズｑ１から最大キャンバー位置ｑ３までの距離が最大キャンバー距離Ｘｃとなる。
【００４１】
そして、ファン２１を回転させると、翼２２は矢印Ｘ方向に移動させられ、空気は翼２２に対して矢印Ｖ方向に流れる。
【００４２】
この場合、ファン２１が１回転させられるときの、翼２２上における半径が値ｒになる所定の半径位置の点が円周方向に移動する距離をβとしたとき、該距離βは、
β＝２πｒ
にされる。なお、図６においては、説明の便宜上、距離βと翼２２の寸法とを対応させていない。
【００４３】
そして、前記ファン２１が１回転させられるときの前記点が軸方向に移動する距離をピッチＰとすると、ノーズテールラインＭ１とベースラインＭ２との成す角度によって表されるピッチ角θ１は、
θ１＝ｔａｎ-1（Ｐ／２πｒ）
にされる。
【００４４】
そして、ファン２１を回転させると揚力Ｆが発生する。揚力係数をＣＬとし、空気密度をρとし、所定の半径ｒの半径位置における翼２２の速度をｖとし、前記半径位置における翼弦長をＬとしたとき、揚力Ｆは、
Ｆ＝∫｛（１／２）・ＣＬ・ρ・ｖ2 ・Ｌ｝ｄｒ
で表すことができ、揚力係数ＣＬが大きいほど大きく、揚力係数ＣＬが小さいほど小さい。また、前記速度ｖはファン２１の回転速度に比例するので、前記揚力Ｆは、ファン２１の回転速度が高いほど大きく、回転速度が低いほど小さい。
【００４５】
したがって、ファン２１の回転速度を高くすることなく、一定にして前記揚力Ｆを大きくしようとすると、揚力係数ＣＬを大きくする必要があるが、揚力係数ＣＬは、ノーズテールラインＭ１とベースラインＭ２との成す角度によって表されるピッチ角θ１から、ファン２１の回転に伴って発生する誘導速度（誘導抗力に対応する速度）Ｖｉの分だけ角度Δθを減算することによって得られる迎角θ２
θ２＝θ１−Δθ
によって決まる。すなわち、図７に示されるように、迎角θ２を所定の範囲内において大きくすると、揚力係数ＣＬを大きくすることができる。なお、揚力係数ＣＬが所定の範囲内に収まらない場合、揚力Ｆを安定させて発生させることができないので、ファン２１は失速する。
【００４６】
ところで、風を十分に発生させるために、ファン２１の外周縁においてピッチ角θ１を大きくすると、翼２２の外周縁に流れの強い空気の渦が発生してしまう。
【００４７】
また、ファン２１の回転速度を高くすると、翼２２の外周縁の周速度がその分高くなり、翼２２に必要となる強度が大きくなるが、翼２２の強度を大きくするために翼２２を硬い材料で形成すると、ファン２１の重量が大きくなるだけでなく、ファン２１を覆い、使用者等との接触を防止するためのファンネットを配設し、安全性を図る必要がある。
【００４８】
そこで、本実施の形態においては、ファン２１を十分に低い回転速度で回転させてもファン２１が失速することがないように翼２２の仕様が設定される。また、前記翼弦長Ｌ、キャンバーｆ、最大キャンバー距離Ｘｃ、ピッチＰ、ピッチ角θ１及び迎角θ２は、各翼２２の半径位置ごとに設定される。なお、本実施の形態においては、図８に示されるように、前記翼２２の形状において、大きな力を翼２２に作用させるために、根元２２ａが比較的細くされるが、風の流れを妨げない程度に広くすることができる。
【００４９】
ところで、図８に示されるように、翼２２の外周縁において出力軸２４から最も離れた点をＰｔ１とし、出力軸２４の中心から点Ｐｔ１までの距離を半径Ｒとしたとき、出力軸２４側から翼２２の外周縁側にかけて半径がｒになる各半径位置Ｓｔを想定すると、次の式のように、各半径位置Ｓｔは、半径Ｒに対する半径ｒの割合である百分率で表すことができる。
【００５０】
Ｓｔ＝ｒ×１００／Ｒ〔％〕
したがって、出力軸２４の中心における半径位置Ｓｔは零〔％〕になり、点Ｐｔ１の半径位置Ｓｔは１００〔％〕になる。なお、本実施の形態において、ファン２１の直径Ｄは、２５〔ｃｍ〕以上、かつ、９０〔ｃｍ〕以下にされる。
【００５１】
そして、本実施の形態において、各翼２２によって風を十分に発生させるために、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲（７０〔％〕以上、かつ、９０〔％〕以下）において、ピッチ角θ１が、
２７〔°〕≦θ１≦６０〔°〕
の範囲の値にされる。前述されたように、迎角θ２は、誘導速度Ｖｉの分だけピッチ角θ１より小さくなるので、角度Δθを２〜４〔°〕とし、
２３〔°〕≦θ２≦５８〔°〕
にするのが好ましい。
【００５２】
本実施の形態においては、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、前記ピッチ角θ１が一定にされるが、ピッチ角θ１を半径位置Ｓｔごとに２７〜６０〔°〕の範囲内で変化させ、半径位置Ｓｔが径方向内方にあるほど大きく、径方向外方にあるほど小さくすることができる。
【００５３】
ところで、前記ピッチ角θ１とキャンバーｆとは互いに影響を与える。そこで、本実施の形態においては、各翼２２によって風を十分に発生させるために、前記ピッチ角θ１のほかに、キャンバーｆの最大値をｆｍａｘとしたときの、翼弦長Ｌに対するキャンバーｆの割合である百分率、すなわち、キャンバー比η
η＝ｆｍａｘ×１００／Ｌ
を設定するようにしている。
【００５４】
本実施の形態においては、図９に示されるように、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、キャンバー比ηが、
１０〔％〕≦η≦２５〔％〕
の範囲にされる。
【００５５】
なお、キャンバーｆの大きさ、及び翼弦長Ｌ上におけるキャンバーｆの分布は、ピッチ角θ１、ファン２１の作動状態等によって変化させることができる。例えば、図１０に示されるように、ピッチ角θ１が小さい領域においては、風を十分に発生させるためにキャンバーｆが大きくされ、かつ、最大キャンバー位置ｑ３が翼２２の後縁側に置かれ、最大キャンバー距離Ｘｃが長くされる。一方、ピッチ角θ１が大きい領域においては、翼２２の後縁側における空気の流れを円滑にするためにキャンバーｆが小さくされ、かつ、最大キャンバー位置ｑ３が翼２２の前縁側に置かれ、最大キャンバー距離Ｘｃが短くされる。
【００５６】
また、キャンバー比ηは、百分率で表したときの値がピッチ角θ１と等価であることが実験から分かっている。そこで、本実施の形態においては、各翼２２によって風を十分に発生させるために、前記ピッチ角θ１及びキャンバー比ηをそれぞれ設定するとともに、ピッチ角θ１にキャンバー比ηを加算した値によって表される翼算定指標α
α＝θ１＋η
を算出し、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、前記翼算定指標αを、次の式で表される範囲に収めるようにしている。
【００５７】
４０≦α≦７０
また、ファン２１の直径をＤ（＝２×Ｒ）とし、翼２２の数をＭとし、最大の翼弦長Ｌ、すなわち、最大翼幅をＬｍａｘとしたとき、ファン２１において、平坦に展開された状態の各翼２２が占める割合を翼幅指数Ｃｒ
Ｃｒ＝Ｌｍａｘ・Ｍ／Ｄ
で表すことができる。そして、本実施の形態においては、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、翼幅指数Ｃｒを０．４〜４．８の範囲に収めるようにしている。
【００５８】
したがって、各翼２２の形状を翼幅指数Ｃｒに基づいて任意に設定することができるので、図１１に示されるような、翼幅指数Ｃｒが異なる各種の形状の翼２２を形成することができる。
【００５９】
なお、最大翼幅Ｌｍａｘが小さい翼２２を使用する場合、翼２２の数Ｍを多くすることによって翼幅指数Ｃｒを大きくすることができる。例えば、翼幅指数Ｃｒが０．４のファン２１において、翼２２の数Ｍを２から２４にすると、翼幅指数Ｃｒを、
Ｃｒ＝０．４×２４／２
＝４．８
にすることができる。
【００６０】
なお、半径位置Ｓｔが０〜１００〔％〕の範囲において、平坦に展開された状態の各翼２２を投影したときの各翼２２が占める割合は、０．２以上、かつ、０．４以下、好ましくは、０．３以上、かつ、０．４以下とされる。
【００６１】
ところで、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、前記ピッチ角θ１を、
２７〔°〕≦θ１≦６０〔°〕
の範囲内において、キャンバー比ηを、
１０〔％〕≦η≦２５〔％〕
の範囲内において、前記翼算定指標αを、
４０≦α≦７０
の範囲内において変化させたときに、ファン２１を失速させず、振動及び騒音が発生しないようにファン２１を十分に低速で回転させる必要がある。
【００６２】
そこで、前記翼算定指標αを前記範囲内においてわずかずつ変化させ、その都度、ファン２１の回転速度を徐々に高くし、各翼算定指標αごとに、ファン２１を失速させず、振動及び騒音が発生しない回転速度の限界値（以下「許容速度」という。）Ｎ（α）を算出した。
【００６３】
そして、該各許容速度Ｎ（α）のうちの最も低い値を、ファン２１の外周縁の周速度に変換し、該周速度を臨界速度Ｕとする。なお、前記周速度は、ファン２１の外周縁のうちのモータ２３から最も離れた点の移動速度で表される。
【００６４】
また、本実施の形態において、臨界速度Ｕは、
Ｕ＝８〔ｍ／ｓ〕
にされる。なお、該臨界速度Ｕを、
Ｕ＝６〔ｍ／ｓ〕
にすると、ファン２１を失速させず、振動及び騒音が発生するのを一層抑制することができる。
【００６５】
また、モータ２３を脱調を起こすことなく駆動するためには、ファン２１の外周縁の周速度を１．５〔ｍ／ｓ〕以上にするのが好ましい。
【００６６】
したがって、ファン２１の直径Ｄに関係なく、ファン２１の外周縁の周速度が１．５〔ｍ／ｓ〕以上、かつ、８〔ｍ／ｓ〕以下になるように設定し、モータ２３を駆動すると、風を十分に発生させることができるだけでなく、ファン２１を安定させて回転させることができる。
【００６７】
そして、ファン２１の外周縁の周速度を十分に低く、本実施の形態においては、８〔ｍ／ｓ〕以下にすることができるので、モータ２３に加わる負荷を小さくすることができる。したがって、モータ２３の寸法を小さくすることができ、例えば、モータ２３として小型の直流モータを使用することができる。
【００６８】
また、本実施の形態においては、モータ２３の直径をＤｍとしたとき、ファン２１の直径Ｄに対するモータ２３の直径Ｄｍの比ρ（＝Ｄｍ／Ｄ）は、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされる。
【００６９】
その結果、前記モータ２３の消費電力を極めて小さく（１０〔Ｗ〕以下に）することができる。また、電源として、ＵＳＢ電源、太陽光電池、バッテリ等を利用することができる。
【００７０】
さらに、ファン２１の直径Ｄに対するモータ２３の直径Ｄｍの比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされるので、ファン２１の径方向においてモータ２３が占める領域が小さくなる。したがって、風の流れ方向における翼２２の根元２２ａより下流側にモータ２３を配設しても、ファン２１の回転によって発生させられた風がモータ２３により遮られることがないので、翼２２の根元２２ａにおいて、空気の渦が発生するのを防止することができるだけでなく、風速が低くなるのを抑制することができる。
【００７１】
また、ファン２１の外周縁の周速度が十分に低くされるので、ファン２１の回転に伴って、翼２２の外周縁において空気の渦が発生するのを防止することができる。したがって、翼２２の背面に形成される負圧領域に周囲の空気が十分に流れ込み、続いて、二つの翼２２の間を抜けて翼２２の前面に流れ込むので、翼２２の外周縁において風速が低くなるのを抑制することができる。
【００７２】
その結果、図１２に示されるように、翼２２の根元２２ａから外周縁にかけて一様な風速分布を得ることができる。なお、図１２において、Ｌ１はファン２１の回転速度を１００〔ｒｐｍ〕にしたときの風速分布を、Ｌ２はファン２１の回転速度を２００〔ｒｐｍ〕にしたときの風速分布を表す。
【００７３】
このように、ファン２１から送られる空気の流れに渦が発生するのを防止することができ、しかも、翼２２の根元２２ａから外周縁にかけて一様な風速分布を得ることができるので、扇子を使用したときのような扇ぎ効果による風を発生させることができる。その結果、使用者の体を局部的に冷やしてしまうことがないので、使用者が連続的に風を受けても、体が冷え過ぎたり、不快感を覚えたりすることがない。
【００７４】
しかも、ファンの回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができる。
【００７５】
さらに、翼２２の全体のピッチ角θ１を十分に大きくすることができるので、翼２２の外周縁のピッチ角θ１を格別に大きくする必要がなくなる。したがって、翼２２の外周縁に流れの強い空気の渦が発生するのを防止することができる。
【００７６】
そして、ファン２１の回転速度が低くされるので、発生させられる揚力Ｆを小さくすることができ、翼２２に必要となる強度を低くすることができる。したがって、翼２２を硬い材料で形成する必要がなくなり、ファン２１の重量を小さくすることができるだけでなく、安全性を向上させることができるので、使用者等との接触を防止するためのファンネットを配設する必要がなくなる。
【００７７】
そして、モータ２３を電池によって駆動することができるだけでなく、携帯電話等に使用される小容量の交流−直流アダプタ等によって駆動することができる。したがって、スタンドファン１０を小型化し、軽量化することができる。
【００７８】
さらに、従来のスタンドファン１１０と同様に、スタンドファン１０にマイナスイオン発生装置を配設することができる。
【００７９】
次に、実際のスタンドファン１０の効果について説明する。
【００８０】
この場合、直径Ｄが４０〔ｃｍ〕のファン２１を２枚の翼２２によって作成した。９０〔％〕の半径位置Ｓｔにおいて、ピッチ角θ１を４５〔°〕とし、キャンバー比ηを１６〔％〕とし、これにより、翼算定指標αを６１とした。そして、翼幅指数Ｃｒを１．５とした。また、翼２２の翼面を軽量ウレタン材によって形成し、直径が２〔ｍｍ〕の鋼線を出力軸２４の中心から翼２２の前縁部に沿って外周縁に向けて延在させ、外周縁を経由して後縁部に沿って９０〔％〕の半径位置Ｓｔまで延在させた。
【００８１】
前記構成の翼２２を備えたファン２１を、１００〜１５０〔ｒｐｍ〕の回転速度で回転させると、約２〔ｍ〕離れた位置で扇ぎ効果による風を受けることができた。
【００８２】
この場合、最大消費電力は２〔Ｗ〕であり、実験によると、停止時におけるファン２１による押圧力は約１５〔ｇ〕であり、接触時におけるファン２１による衝撃力は約１２０〔ｇ〕であった。ファン２１の周辺にファンネットを配設することなく、運転時に翼２２が顔に当たっても痛みを感じることがなかった。なお、就寝時においては、２〔Ｗ〕でモータ２３を駆動すると風が強すぎるので、ファン２１を８０〔ｒｐｍ〕の回転速度で回転させるのが好ましい。その場合、消費電力は１〔Ｗ〕以下になる。
【００８３】
本実施の形態においては、翼２２の翼面が柔軟性を有する材料から成る薄板材によって形成されるようになっているが、該薄板材に代えて、金属、プラスッチック等の硬い材料によって形成することができる。その場合、翼２２の前縁側にクッション材が配設される。また、団扇のように、翼２２の全体に放射状又は網目状に強度支持材としての骨部材を配設し、該骨部材間にわたって紙等の薄膜材を張ることによって、翼面を形成することができる。
【００８４】
本実施の形態においては、スタンド１２とファンユニット１３とが支持部１４を介して連結されるようになっているが、支持部１４とモータ２３とを永久磁石によって連結し、ファンユニット１３をスタンド１２に対して脱離自在に配設することができる。
【００８５】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【符号の説明】
【００８６】
１０ スタンドファン
１１ ベース
１２ スタンド
１３ ファンユニット
２１ ファン
２２ 翼
２２ａ 根元
２３ モータ
２４ 出力軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタンドファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、床、テーブル等の上に移動自在に載置することができ、スタンドの上端にファンユニットが配設されたスタンドファンが提供されている。
【０００３】
図２は従来のスタンドファンの斜視図である。
【０００４】
図において、１１０はスタンドファン、１１１はベース、１１２は該ベース１１１から立ち上げて形成されたスタンド、１１３は該スタンド１１２の上端に配設されたファンユニットである。前記スタンド１１２は、ベース１１１と一体に形成された筒状の下支柱１１５、該下支柱１１５に対して挿脱自在に配設された上支柱１１６、前記下支柱１１５に対して上支柱１１６を所定の位置に位置決めするための固定ねじ１１８等を備え、前記上支柱１１６の所定の箇所に、操作部１１９が配設される。
【０００５】
また、前記ファンユニット１１３は、前記上支柱１１６の上端に、首振り自在に取り付けられたモータ１２１、該モータ１２１の出力軸に取り付けられ、複数の翼を備えた軸流式のファン１２２、該ファン１２２の前面及び後面を覆うファンネット１２３等を備える。
【０００６】
前記スタンドファン１１０において、使用者が操作部１１９を操作して電源スイッチをオンにすると、図示されない電源装置から前記モータ１２１に電流が供給され、モータ１２１が駆動されてファン１２２が回転させられ、ファン１２２の軸方向に流れる風が発生させられる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３２８９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来のスタンドファン１１０においては、スタンド１１２を伸ばしてファン１２２を高い位置に置いた場合に、ファン１２２の回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができない。
【０００９】
すなわち、前記スタンドファン１１０においては、翼の構造上、ファン１２２を十分に低い回転速度で回転させることができないので、モータ１２１に加わる負荷が大きくなり、モータ１２１の寸法が大きくなってしまう。
【００１０】
したがって、ファン１２２の径方向においてモータ１２１が占める領域が大きくなるので、例えば、風の流れ方向におけるファン１２２より下流側にモータ１２１を配設すると、ファン１２２の回転によって発生させられた風がモータ１２１によって遮られ、乱流が発生してしまう。
【００１１】
その結果、ファン１２２の回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができない。
【００１２】
本発明は、前記従来のスタンドファンの問題点を解決して、ファンの回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができるスタンド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】
そのために、本発明のスタンドファンにおいては、ベースと、該ベースから立ち上げて形成されたスタンドと、該スタンドの上端に配設されたファンユニットとを有する。
【００１４】
そして、該ファンユニットは、前記スタンドの上端に取り付けられたモータ、及び該モータの出力軸に取り付けられ、複数の翼を備えた軸流式のファンを備える。
【００１５】
また、前記モータは、風の流れ方向における前記翼の根元より下流側に配設される。
【００１６】
そして、前記ファンの直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされる。
【００１７】
また、前記ファンの外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下に設定される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スタンドファンにおいては、ベースと、該ベースから立ち上げて形成されたスタンドと、該スタンドの上端に配設されたファンユニットとを有する。
【００１９】
そして、該ファンユニットは、前記スタンドの上端に取り付けられたモータ、及び該モータの出力軸に取り付けられ、複数の翼を備えた軸流式のファンを備える。
【００２０】
また、前記モータは、風の流れ方向における前記翼の根元より下流側に配設される。
【００２１】
そして、前記ファンの直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされる。
【００２２】
また、前記ファンの外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下に設定される。
【００２３】
この場合、モータが、風の流れ方向における前記翼の根元より下流側に配設されるので、ファンの回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができる。
【００２４】
また、ファンの直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされるので、ファンの径方向においてモータが占める領域が小さくなる。したがって、風の流れ方向における翼の根元より下流側にモータを配設しても、ファンの回転によって発生させられた風がモータにより遮られることがないので、翼の根元において、空気の渦が発生するのを防止することができるだけでなく、風速が低くなるのを抑制することができる。
【００２５】
そして、ファンの外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下になるように設定されるので、ファンの回転に伴って、翼の外周縁において空気の渦が発生するのを防止することができる。したがって、翼の背面に形成される負圧領域に周囲の空気が十分に流れ込み、続いて、二つの翼の間を抜けて翼の前面に流れ込むので、翼の外周縁において風速が低くなるのを抑制することができる。
【００２６】
その結果、ファンから送られる空気の流れに渦が発生するのを防止することができ、しかも、翼の根元から外周縁にかけて一様な風速分布を得ることができるので、扇子を使用したときのような扇ぎ効果による風を発生させることができる。また、使用者の体を局部的に冷やしてしまうことがないので、使用者が連続的に風を受けても、体が冷え過ぎたり、不快感を覚えたりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態におけるスタンドファンの正面図である。
【図２】従来のスタンドファンの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるスタンドファンの側面図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるスタンドファンの平面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるファンユニットの斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態における翼の概念図である。
【図７】本発明の実施の形態における翼の迎角と揚力係数との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における翼の展開図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるキャンバー比を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるピッチ角とキャンバーラインとの関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態における翼幅指数を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態における風速分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の形態におけるスタンドファンの正面図、図３は本発明の実施の形態におけるスタンドファンの側面図、図４は本発明の実施の形態におけるスタンドファンの平面図である。
【００３０】
図において、１０はスタンドファン、１１は支持台としてのベース、１２は該ベース１１から立ち上げて形成されたスタンド、１３は該スタンド１２の上端に配設されたファンユニット、１４は該ファンユニット１３をスタンド１２に対して揺動自在に支持する支持部である。前記スタンド１２は、下端がベース１１に取り付けられた第１の支柱としての筒状の下支柱１５、該下支柱１５に対して挿脱自在に配設された第２の支柱としての筒状の上支柱１６、前記下支柱１５に対して上支柱１６を所定の位置に位置決めするための図示されない固定ねじ等を備える。そして、前記ベース１１の所定の箇所に、図示されない操作部が配設される。本実施の形態においては、ベース１１に操作部が配設されるようになっているが、該操作部のほかに、遠隔操作用の操作部として、リモコンを利用することができる。
【００３１】
また、前記ファンユニット１３は、前記上支柱１６の上端に、首振り自在に取り付けられた駆動部としてのモータ２３、該モータ２３を駆動することによって回転させられる軸流式のファン２１等を備える。そして、前記モータ２３は、図示されないロータ、ステータ等を内蔵する本体部２３ａ、前記ロータに取り付けられ、本体部２３ａから上方に向けて突出させられた出力軸２４等を備える。また、前記ファン２１は、複数の、本実施の形態においては、二つの翼２２を備え、該各翼２２の根元２２ａが前記出力軸２４に取り付けられる。
【００３２】
そして、前記モータ２３は、風の流れ方向（矢印Ａ方向）における翼２２の根元２２ａより下流側に延在させて配設される。
【００３３】
また、前記各翼２２の翼面は、柔軟性を有する材料、例えば、軽量ウレタン材、プラスッチック、布、紙、フィルム等から成る薄板材によって形成され、外周縁に直径が２〔ｍｍ〕程度のピアノ線等の鋼線を翼支持部材として埋設することによって、翼輪郭が形成され、ファン２１の形状が維持される。
【００３４】
なお、前記翼２２の翼面は柔軟性を有する材料から成る薄板材によって形成されるので、回転速度が高くなった場合、翼２２は容易に変形する。したがって、ファン２１に異常な振動が発生するのを防止することができる。また、翼２２の厚さは、空気の流れを円滑にすることができれば、自由に設定することができる。
【００３５】
前記スタンドファン１０において、使用者が操作部を操作して電源スイッチをオンにすると、図示されない電源装置から前記モータ２３に電流が供給され、モータ２３が駆動されてファン２１が回転させられる。これに伴って、翼２２の裏面から空気が吸引され、ファンユニット１３の軸方向に沿って流れる風が発生させられ、下方に向けて送られる。
【００３６】
次に、前記ファンユニット１３について説明する。
【００３７】
図５は本発明の実施の形態におけるファンユニットの斜視図、図６は本発明の実施の形態における翼の概念図、図７は本発明の実施の形態における翼の迎角と揚力係数との関係を示す図、図８は本発明の実施の形態における翼の展開図、図９は本発明の実施の形態におけるキャンバー比を説明するための図、図１０は本発明の実施の形態におけるピッチ角とキャンバーラインとの関係を示す図、図１１は本発明の実施の形態における翼幅指数を説明するための図、図１２は本発明の実施の形態における風速分布を示す図である。なお、図６は径方向における所定の半径位置で翼２２を切断したときの断面を表す。また、図７において、横軸に迎角θ２を、縦軸に揚力係数ＣＬを、図１２において、横軸に翼２２の根元２２ａからの距離を、縦軸に風速を採ってある。
【００３８】
図において、２１は回転自在に配設されたファン、２２は二つの翼、２３はモータ、２４は該モータ２３の出力軸であり、該出力軸２４は、前記ファン２１のボスを構成する。前記各翼２２は、出力軸２４に対して互いに１８０〔°〕の角度を置いて、かつ、対向させて配設される。
【００３９】
次に、前記翼２２について説明する。
【００４０】
図６において、ｑ１は前記翼２２の前縁を表すノーズ、ｑ２は前記翼２２の後縁を表すテール、Ｍ１は前記ノーズｑ１とテールｑ２とを結ぶ線分によって表されるノーズテールライン、Ｍ２は翼２２の移動方向（矢印Ｘ方向）に延びる線分によって表されるベースライン、Ｌは前記ノーズｑ１とテールｑ２との間の直線距離、すなわち、半径位置における翼幅を表す翼弦長、εは前記翼２２の翼厚中心線（キャンバーライン）である。また、該翼厚中心線εとノーズテールラインＭ１との間の距離を表すキャンバーｆが最大になる位置を最大キャンバー位置ｑ３としたとき、ノーズｑ１から最大キャンバー位置ｑ３までの距離が最大キャンバー距離Ｘｃとなる。
【００４１】
そして、ファン２１を回転させると、翼２２は矢印Ｘ方向に移動させられ、空気は翼２２に対して矢印Ｖ方向に流れる。
【００４２】
この場合、ファン２１が１回転させられるときの、翼２２上における半径が値ｒになる所定の半径位置の点が円周方向に移動する距離をβとしたとき、該距離βは、
β＝２πｒ
にされる。なお、図６においては、説明の便宜上、距離βと翼２２の寸法とを対応させていない。
【００４３】
そして、前記ファン２１が１回転させられるときの前記点が軸方向に移動する距離をピッチＰとすると、ノーズテールラインＭ１とベースラインＭ２との成す角度によって表されるピッチ角θ１は、
θ１＝ｔａｎ-1（Ｐ／２πｒ）
にされる。
【００４４】
そして、ファン２１を回転させると揚力Ｆが発生する。揚力係数をＣＬとし、空気密度をρとし、所定の半径ｒの半径位置における翼２２の速度をｖとし、前記半径位置における翼弦長をＬとしたとき、揚力Ｆは、
Ｆ＝∫｛（１／２）・ＣＬ・ρ・ｖ2 ・Ｌ｝ｄｒ
で表すことができ、揚力係数ＣＬが大きいほど大きく、揚力係数ＣＬが小さいほど小さい。また、前記速度ｖはファン２１の回転速度に比例するので、前記揚力Ｆは、ファン２１の回転速度が高いほど大きく、回転速度が低いほど小さい。
【００４５】
したがって、ファン２１の回転速度を高くすることなく、一定にして前記揚力Ｆを大きくしようとすると、揚力係数ＣＬを大きくする必要があるが、揚力係数ＣＬは、ノーズテールラインＭ１とベースラインＭ２との成す角度によって表されるピッチ角θ１から、ファン２１の回転に伴って発生する誘導速度（誘導抗力に対応する速度）Ｖｉの分だけ角度Δθを減算することによって得られる迎角θ２
θ２＝θ１−Δθ
によって決まる。すなわち、図７に示されるように、迎角θ２を所定の範囲内において大きくすると、揚力係数ＣＬを大きくすることができる。なお、揚力係数ＣＬが所定の範囲内に収まらない場合、揚力Ｆを安定させて発生させることができないので、ファン２１は失速する。
【００４６】
ところで、風を十分に発生させるために、ファン２１の外周縁においてピッチ角θ１を大きくすると、翼２２の外周縁に流れの強い空気の渦が発生してしまう。
【００４７】
また、ファン２１の回転速度を高くすると、翼２２の外周縁の周速度がその分高くなり、翼２２に必要となる強度が大きくなるが、翼２２の強度を大きくするために翼２２を硬い材料で形成すると、ファン２１の重量が大きくなるだけでなく、ファン２１を覆い、使用者等との接触を防止するためのファンネットを配設し、安全性を図る必要がある。
【００４８】
そこで、本実施の形態においては、ファン２１を十分に低い回転速度で回転させてもファン２１が失速することがないように翼２２の仕様が設定される。また、前記翼弦長Ｌ、キャンバーｆ、最大キャンバー距離Ｘｃ、ピッチＰ、ピッチ角θ１及び迎角θ２は、各翼２２の半径位置ごとに設定される。なお、本実施の形態においては、図８に示されるように、前記翼２２の形状において、大きな力を翼２２に作用させるために、根元２２ａが比較的細くされるが、風の流れを妨げない程度に広くすることができる。
【００４９】
ところで、図８に示されるように、翼２２の外周縁において出力軸２４から最も離れた点をＰｔ１とし、出力軸２４の中心から点Ｐｔ１までの距離を半径Ｒとしたとき、出力軸２４側から翼２２の外周縁側にかけて半径がｒになる各半径位置Ｓｔを想定すると、次の式のように、各半径位置Ｓｔは、半径Ｒに対する半径ｒの割合である百分率で表すことができる。
【００５０】
Ｓｔ＝ｒ×１００／Ｒ〔％〕
したがって、出力軸２４の中心における半径位置Ｓｔは零〔％〕になり、点Ｐｔ１の半径位置Ｓｔは１００〔％〕になる。なお、本実施の形態において、ファン２１の直径Ｄは、２５〔ｃｍ〕以上、かつ、９０〔ｃｍ〕以下にされる。
【００５１】
そして、本実施の形態において、各翼２２によって風を十分に発生させるために、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲（７０〔％〕以上、かつ、９０〔％〕以下）において、ピッチ角θ１が、
２７〔°〕≦θ１≦６０〔°〕
の範囲の値にされる。前述されたように、迎角θ２は、誘導速度Ｖｉの分だけピッチ角θ１より小さくなるので、角度Δθを２〜４〔°〕とし、
２３〔°〕≦θ２≦５８〔°〕
にするのが好ましい。
【００５２】
本実施の形態においては、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、前記ピッチ角θ１が一定にされるが、ピッチ角θ１を半径位置Ｓｔごとに２７〜６０〔°〕の範囲内で変化させ、半径位置Ｓｔが径方向内方にあるほど大きく、径方向外方にあるほど小さくすることができる。
【００５３】
ところで、前記ピッチ角θ１とキャンバーｆとは互いに影響を与える。そこで、本実施の形態においては、各翼２２によって風を十分に発生させるために、前記ピッチ角θ１のほかに、キャンバーｆの最大値をｆｍａｘとしたときの、翼弦長Ｌに対するキャンバーｆの割合である百分率、すなわち、キャンバー比η
η＝ｆｍａｘ×１００／Ｌ
を設定するようにしている。
【００５４】
本実施の形態においては、図９に示されるように、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、キャンバー比ηが、
１０〔％〕≦η≦２５〔％〕
の範囲にされる。
【００５５】
なお、キャンバーｆの大きさ、及び翼弦長Ｌ上におけるキャンバーｆの分布は、ピッチ角θ１、ファン２１の作動状態等によって変化させることができる。例えば、図１０に示されるように、ピッチ角θ１が小さい領域においては、風を十分に発生させるためにキャンバーｆが大きくされ、かつ、最大キャンバー位置ｑ３が翼２２の後縁側に置かれ、最大キャンバー距離Ｘｃが長くされる。一方、ピッチ角θ１が大きい領域においては、翼２２の後縁側における空気の流れを円滑にするためにキャンバーｆが小さくされ、かつ、最大キャンバー位置ｑ３が翼２２の前縁側に置かれ、最大キャンバー距離Ｘｃが短くされる。
【００５６】
また、キャンバー比ηは、百分率で表したときの値がピッチ角θ１と等価であることが実験から分かっている。そこで、本実施の形態においては、各翼２２によって風を十分に発生させるために、前記ピッチ角θ１及びキャンバー比ηをそれぞれ設定するとともに、ピッチ角θ１にキャンバー比ηを加算した値によって表される翼算定指標α
α＝θ１＋η
を算出し、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、前記翼算定指標αを、次の式で表される範囲に収めるようにしている。
【００５７】
４０≦α≦７０
また、ファン２１の直径をＤ（＝２×Ｒ）とし、翼２２の数をＭとし、最大の翼弦長Ｌ、すなわち、最大翼幅をＬｍａｘとしたとき、ファン２１において、平坦に展開された状態の各翼２２が占める割合を翼幅指数Ｃｒ
Ｃｒ＝Ｌｍａｘ・Ｍ／Ｄ
で表すことができる。そして、本実施の形態においては、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、翼幅指数Ｃｒを０．４〜４．８の範囲に収めるようにしている。
【００５８】
したがって、各翼２２の形状を翼幅指数Ｃｒに基づいて任意に設定することができるので、図１１に示されるような、翼幅指数Ｃｒが異なる各種の形状の翼２２を形成することができる。
【００５９】
なお、最大翼幅Ｌｍａｘが小さい翼２２を使用する場合、翼２２の数Ｍを多くすることによって翼幅指数Ｃｒを大きくすることができる。例えば、翼幅指数Ｃｒが０．４のファン２１において、翼２２の数Ｍを２から２４にすると、翼幅指数Ｃｒを、
Ｃｒ＝０．４×２４／２
＝４．８
にすることができる。
【００６０】
なお、半径位置Ｓｔが０〜１００〔％〕の範囲において、平坦に展開された状態の各翼２２を投影したときの各翼２２が占める割合は、０．２以上、かつ、０．４以下、好ましくは、０．３以上、かつ、０．４以下とされる。
【００６１】
ところで、半径位置Ｓｔが７０〜９０〔％〕の範囲において、前記ピッチ角θ１を、
２７〔°〕≦θ１≦６０〔°〕
の範囲内において、キャンバー比ηを、
１０〔％〕≦η≦２５〔％〕
の範囲内において、前記翼算定指標αを、
４０≦α≦７０
の範囲内において変化させたときに、ファン２１を失速させず、振動及び騒音が発生しないようにファン２１を十分に低速で回転させる必要がある。
【００６２】
そこで、前記翼算定指標αを前記範囲内においてわずかずつ変化させ、その都度、ファン２１の回転速度を徐々に高くし、各翼算定指標αごとに、ファン２１を失速させず、振動及び騒音が発生しない回転速度の限界値（以下「許容速度」という。）Ｎ（α）を算出した。
【００６３】
そして、該各許容速度Ｎ（α）のうちの最も低い値を、ファン２１の外周縁の周速度に変換し、該周速度を臨界速度Ｕとする。なお、前記周速度は、ファン２１の外周縁のうちのモータ２３から最も離れた点の移動速度で表される。
【００６４】
また、本実施の形態において、臨界速度Ｕは、
Ｕ＝８〔ｍ／ｓ〕
にされる。なお、該臨界速度Ｕを、
Ｕ＝６〔ｍ／ｓ〕
にすると、ファン２１を失速させず、振動及び騒音が発生するのを一層抑制することができる。
【００６５】
また、モータ２３を脱調を起こすことなく駆動するためには、ファン２１の外周縁の周速度を１．５〔ｍ／ｓ〕以上にするのが好ましい。
【００６６】
したがって、ファン２１の直径Ｄに関係なく、ファン２１の外周縁の周速度が１．５〔ｍ／ｓ〕以上、かつ、８〔ｍ／ｓ〕以下になるように設定し、モータ２３を駆動すると、風を十分に発生させることができるだけでなく、ファン２１を安定させて回転させることができる。
【００６７】
そして、ファン２１の外周縁の周速度を十分に低く、本実施の形態においては、８〔ｍ／ｓ〕以下にすることができるので、モータ２３に加わる負荷を小さくすることができる。したがって、モータ２３の寸法を小さくすることができ、例えば、モータ２３として小型の直流モータを使用することができる。
【００６８】
また、本実施の形態においては、モータ２３の直径をＤｍとしたとき、ファン２１の直径Ｄに対するモータ２３の直径Ｄｍの比ρ（＝Ｄｍ／Ｄ）は、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされる。
【００６９】
その結果、前記モータ２３の消費電力を極めて小さく（１０〔Ｗ〕以下に）することができる。また、電源として、ＵＳＢ電源、太陽光電池、バッテリ等を利用することができる。
【００７０】
さらに、ファン２１の直径Ｄに対するモータ２３の直径Ｄｍの比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされるので、ファン２１の径方向においてモータ２３が占める領域が小さくなる。したがって、風の流れ方向における翼２２の根元２２ａより下流側にモータ２３を配設しても、ファン２１の回転によって発生させられた風がモータ２３により遮られることがないので、翼２２の根元２２ａにおいて、空気の渦が発生するのを防止することができるだけでなく、風速が低くなるのを抑制することができる。
【００７１】
また、ファン２１の外周縁の周速度が十分に低くされるので、ファン２１の回転に伴って、翼２２の外周縁において空気の渦が発生するのを防止することができる。したがって、翼２２の背面に形成される負圧領域に周囲の空気が十分に流れ込み、続いて、二つの翼２２の間を抜けて翼２２の前面に流れ込むので、翼２２の外周縁において風速が低くなるのを抑制することができる。
【００７２】
その結果、図１２に示されるように、翼２２の根元２２ａから外周縁にかけて一様な風速分布を得ることができる。なお、図１２において、Ｌ１はファン２１の回転速度を１００〔ｒｐｍ〕にしたときの風速分布を、Ｌ２はファン２１の回転速度を２００〔ｒｐｍ〕にしたときの風速分布を表す。
【００７３】
このように、ファン２１から送られる空気の流れに渦が発生するのを防止することができ、しかも、翼２２の根元２２ａから外周縁にかけて一様な風速分布を得ることができるので、扇子を使用したときのような扇ぎ効果による風を発生させることができる。その結果、使用者の体を局部的に冷やしてしまうことがないので、使用者が連続的に風を受けても、体が冷え過ぎたり、不快感を覚えたりすることがない。
【００７４】
しかも、ファンの回転によって発生させられた風を下方に向けて安定させて送ることができる。
【００７５】
さらに、翼２２の全体のピッチ角θ１を十分に大きくすることができるので、翼２２の外周縁のピッチ角θ１を格別に大きくする必要がなくなる。したがって、翼２２の外周縁に流れの強い空気の渦が発生するのを防止することができる。
【００７６】
そして、ファン２１の回転速度が低くされるので、発生させられる揚力Ｆを小さくすることができ、翼２２に必要となる強度を低くすることができる。したがって、翼２２を硬い材料で形成する必要がなくなり、ファン２１の重量を小さくすることができるだけでなく、安全性を向上させることができるので、使用者等との接触を防止するためのファンネットを配設する必要がなくなる。
【００７７】
そして、モータ２３を電池によって駆動することができるだけでなく、携帯電話等に使用される小容量の交流−直流アダプタ等によって駆動することができる。したがって、スタンドファン１０を小型化し、軽量化することができる。
【００７８】
さらに、従来のスタンドファン１１０と同様に、スタンドファン１０にマイナスイオン発生装置を配設することができる。
【００７９】
次に、実際のスタンドファン１０の効果について説明する。
【００８０】
この場合、直径Ｄが４０〔ｃｍ〕のファン２１を２枚の翼２２によって作成した。９０〔％〕の半径位置Ｓｔにおいて、ピッチ角θ１を４５〔°〕とし、キャンバー比ηを１６〔％〕とし、これにより、翼算定指標αを６１とした。そして、翼幅指数Ｃｒを１．５とした。また、翼２２の翼面を軽量ウレタン材によって形成し、直径が２〔ｍｍ〕の鋼線を出力軸２４の中心から翼２２の前縁部に沿って外周縁に向けて延在させ、外周縁を経由して後縁部に沿って９０〔％〕の半径位置Ｓｔまで延在させた。
【００８１】
前記構成の翼２２を備えたファン２１を、１００〜１５０〔ｒｐｍ〕の回転速度で回転させると、約２〔ｍ〕離れた位置で扇ぎ効果による風を受けることができた。
【００８２】
この場合、最大消費電力は２〔Ｗ〕であり、実験によると、停止時におけるファン２１による押圧力は約１５〔ｇ〕であり、接触時におけるファン２１による衝撃力は約１２０〔ｇ〕であった。ファン２１の周辺にファンネットを配設することなく、運転時に翼２２が顔に当たっても痛みを感じることがなかった。なお、就寝時においては、２〔Ｗ〕でモータ２３を駆動すると風が強すぎるので、ファン２１を８０〔ｒｐｍ〕の回転速度で回転させるのが好ましい。その場合、消費電力は１〔Ｗ〕以下になる。
【００８３】
本実施の形態においては、翼２２の翼面が柔軟性を有する材料から成る薄板材によって形成されるようになっているが、該薄板材に代えて、金属、プラスッチック等の硬い材料によって形成することができる。その場合、翼２２の前縁側にクッション材が配設される。また、団扇のように、翼２２の全体に放射状又は網目状に強度支持材としての骨部材を配設し、該骨部材間にわたって紙等の薄膜材を張ることによって、翼面を形成することができる。
【００８４】
本実施の形態においては、スタンド１２とファンユニット１３とが支持部１４を介して連結されるようになっているが、支持部１４とモータ２３とを永久磁石によって連結し、ファンユニット１３をスタンド１２に対して脱離自在に配設することができる。
【００８５】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【符号の説明】
【００８６】
１０ スタンドファン
１１ ベース
１２ スタンド
１３ ファンユニット
２１ ファン
２２ 翼
２２ａ 根元
２３ モータ
２４ 出力軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ベースと、
（ｂ）該ベースから立ち上げて形成されたスタンドと、
（ｃ）該スタンドの上端に配設されたファンユニットとを有するとともに、
（ｄ）該ファンユニットは、前記スタンドの上端に取り付けられたモータ、及び該モータの出力軸に取り付けられ、複数の翼を備えた軸流式のファンを備え、
（ｅ）前記モータは、風の流れ方向における前記翼の根元より下流側に配設され、
（ｆ）前記ファンの直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされ、
（ｇ）前記ファンの外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下に設定されることを特徴とするスタンドファン。
【請求項２】
前記出力軸からの径方向の位置を表す所定の半径位置で翼を切断したときの断面において、翼の前縁と後縁とを結ぶ線分によって表されるノーズテールラインと、翼の移動方向に延びる線分によって表されるベースラインとの成す角をピッチ角θ１とし、翼厚中心線とノーズテールラインとの間の距離を表すキャンバーをｆとしたとき、前記翼の７０〜９０〔％〕の半径位置において、前記ピッチ角θ１が、径方向内方ほど大きく、径方向外方ほど小さく設定され、
２７〔°〕≦θ１≦６０〔°〕
の範囲に収められ、前記翼の７０〜９０〔％〕の半径位置において、前記ピッチ角θ１が大きい領域で前記キャンバーｆが小さく設定され、最大キャンバー位置が翼の前縁側に置かれ、前記ピッチ角θ１が小さい領域で前記キャンバーｆが大きく設定され、最大キャンバー位置が翼の後縁側に置かれる請求項１に記載のスタンドファン。
【請求項３】
翼弦長に対する前記キャンバーｆの最大値の割合をキャンバー比ηとしたとき、該キャンバー比ηが、
１０〔％〕≦η≦２５〔％〕
の範囲に収められる請求項１又は２に記載のスタンドファン。
【請求項１】
（ａ）ベースと、
（ｂ）該ベースから立ち上げて形成されたスタンドと、
（ｃ）該スタンドの上端に配設されたファンユニットとを有するとともに、
（ｄ）該ファンユニットは、前記スタンドの上端に取り付けられたモータ、及び該モータの出力軸に取り付けられ、複数の翼を備えた軸流式のファンを備え、
（ｅ）前記モータは、風の流れ方向における前記翼の根元より下流側に配設され、
（ｆ）前記ファンの直径に対するモータの直径の比ρが、
０．１０≦ρ≦０．１５
にされ、
（ｇ）前記ファンの外周縁の周速度が８〔ｍ／ｓ〕以下に設定されることを特徴とするスタンドファン。
【請求項２】
前記出力軸からの径方向の位置を表す所定の半径位置で翼を切断したときの断面において、翼の前縁と後縁とを結ぶ線分によって表されるノーズテールラインと、翼の移動方向に延びる線分によって表されるベースラインとの成す角をピッチ角θ１とし、翼厚中心線とノーズテールラインとの間の距離を表すキャンバーをｆとしたとき、前記翼の７０〜９０〔％〕の半径位置において、前記ピッチ角θ１が、径方向内方ほど大きく、径方向外方ほど小さく設定され、
２７〔°〕≦θ１≦６０〔°〕
の範囲に収められ、前記翼の７０〜９０〔％〕の半径位置において、前記ピッチ角θ１が大きい領域で前記キャンバーｆが小さく設定され、最大キャンバー位置が翼の前縁側に置かれ、前記ピッチ角θ１が小さい領域で前記キャンバーｆが大きく設定され、最大キャンバー位置が翼の後縁側に置かれる請求項１に記載のスタンドファン。
【請求項３】
翼弦長に対する前記キャンバーｆの最大値の割合をキャンバー比ηとしたとき、該キャンバー比ηが、
１０〔％〕≦η≦２５〔％〕
の範囲に収められる請求項１又は２に記載のスタンドファン。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６８１７４（Ｐ２０１３−６８１７４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７８６４（Ｐ２０１１−２０７８６４）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（５０４２５１７８０）ループウイング株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（５０４２５１７８０）ループウイング株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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