貫流ファン及び空気調和機
【課題】 貫流ファンの羽根車の翼先端部による回転音や、翼負圧面で気流が剥離することによって生じる広帯域騒音を低減し、聴感が良く静粛な貫流ファンを得る。
【解決手段】 所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、支持板８ｂの中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸び、回転軸に垂直な断面で、翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼８ｃと、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄの翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、端部の先端１３ａ側を底辺とする略三角形状または端部の先端１３ａ側を下底とする略台形形状の凹部で構成して凹側が向かい合う段差１４ｂを有する複数の溝部１４と、を備える。
【解決手段】 所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、支持板８ｂの中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸び、回転軸に垂直な断面で、翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼８ｃと、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄの翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、端部の先端１３ａ側を底辺とする略三角形状または端部の先端１３ａ側を下底とする略台形形状の凹部で構成して凹側が向かい合う段差１４ｂを有する複数の溝部１４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送風手段として用いられる貫流ファン、及び貫流ファンを搭載した空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機などに搭載される貫流ファンは、各ブレードの負圧側面の外周側周辺に、回転方向に沿った溝や、小窪み、または小突起を設けたものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
また、各ブレードの外周側の先端に、各ブレードの長手方向に間隔をおいて断続的に切欠き状の溝部を設け、この溝部である切欠きの深さを、ブレードにおける溝部との断続箇所の肉厚よりも大きくした貫流ファンもあった（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２１００９３号公報（第２〜３頁、第１図）
【特許文献２】特開平３−２４９４００号公報（第２〜３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に掲載されている貫流ファンは、高い広帯域騒音を発生しているのは吐出部であるとし、翼を通過する流れが後縁部に近づいて剥離する際に生じる圧力変動を、溝や、小窪み、または小突起を形成することで吸収して広帯域騒音を抑制しようとしている。しかし、貫流ファンは一回転する際に、翼での流れの通過方向が羽根車吸込側及び吹出側で正逆反転する。羽根車吸込側では翼の前縁部で剥離が生じる。前記溝、小窪み、小突起が流れに対し前縁部となる場合、即ち羽根車吸込側に翼が位置したときには、小さな溝部への流れの集中による翼長手方向での大きな流速差の生成や、小窪み側面での流れの剥離、小突起による翼長手方向への流れの生成による不安定化により、逆に圧力変動を生じて広帯域騒音が悪化することになる。また、羽根車吸込側に配置されるフィルタへのホコリ付着等により通風抵抗が増加すると、翼に対する流れの迎角変化に対し剥離しやすくなり、吹出流れが不安定となる。さらには吐出流れが不安定になることで吹出側から貫流ファンへの逆流が起こると、冷房運転時などに羽根車に結露して外部に結露水が放出され、空気調和機が設置されている室内の床が湿ってしまう可能性がある。
【０００５】
また、特許文献２に示された貫流ファンでは、羽根車外周側の翼先端部に翼を切り欠いた溝部を形成し、前記溝部に生じる微小な変動流や渦によって、剥離の緩和及び回転音や広帯域騒音の低減を図っている。通常、貫流ファンは、羽根車吸込領域と吹出領域を分離し羽根車内部に生成される循環渦の位置を規定させるスタビライザーを有する。切り欠いた溝部を有する構成では、羽根車が回転してスタビライザーを翼が通過する時、溝部における漏れ流れが大きくなる。即ち、翼外周側先端部に設けられた溝部では、全圧の高い羽根車吹出側から全圧の低い羽根車吸込側への漏れ流れが、翼先端部に溝部がない部分に比べて大きくなる。さらに羽根車吹出側領域でも溝部で翼圧力面から負圧面へ漏れ流れが生じ、損失が高くなる。その結果、同一送風量に対して必要なモータトルクが高くなり、消費電力が増加する。特にフィルタにホコリが付着し通風抵抗が高い状態では顕著となる。
【０００６】
また、溝部である切り欠きの翼先端部に面する角部が鋭利な形状であり、空気調和機の吹出口から風向ベーンを取り外して容易に手が貫流ファンに届く形態の場合、安全性に問題が生じる。例えば、貫流ファンを雑巾や布で掃除するために翼に触れると、角部に雑巾や布が引っかかり、布が切裂けたり、さらには指をケガする可能性もあった。
【０００７】
また、貫流ファンの羽根車の材料に翼の強度確保のためガラス繊維を含む熱可塑性樹脂を用いる場合、羽根車表面はガラス繊維により微細な凹凸が生じる。この羽根車表面の凹凸部分に、フィルタ５や電気集塵器６で除去しきれなかった細かなホコリが付着し、カビが発生したり部屋のニオイを吸着してしまう原因となることがあった。従来その対策として、羽根車の材料である熱可塑性樹脂に防カビ材を練り込み成形することもあるが、翼面に微小な凹凸は残るため完全には対策できていなかった。特に、翼面に段差や切欠き部、突起など凹凸面を有する場合、その角部に細かなホコリが引っかかりやすく、これを核にして翼先端部及び翼表面にさらに粉塵やホコリが付着し、さらにカビが発生しやすかった。そこで、空気調和機の吹出口から手を挿入し雑巾等で翼に付着したホコリを掃除すると、貫流ファンの羽根車の翼外周側先端部や翼負圧面などの外部表面は拭取れるが、内部の翼内周側先端部や翼圧力面には指が届かず十分に掃除できないため、ホコリが残っていた。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、広帯域騒音や回転音を低減でき低騒音で、通風抵抗の変化に対しても動作を安定化できる貫流ファンを得ることを目的とする。
さらに、動作音が静かな貫流ファンを搭載して、静粛で品質の高い空気調和機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る貫流ファンは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、前記支持板の中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が前記支持板の外周部に固定され前記回転軸方向に伸び、前記回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼と、前記翼の回転方向に対して後面となる翼負圧面の前記翼外周側端部及び前記翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けた前記回転軸方向に伸びる凹部と、を備え、前記凹部は、上記端部の先端から前記翼負圧面に沿った距離が徐々に増加又は減少するように斜めに伸びる段差形状であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る貫流ファンは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、前記支持板の中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が前記支持板の外周部に固定され前記回転軸方向に伸び、前記回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼と、前記翼の回転方向に対して後面となる翼負圧面の前記翼外周側端部及び前記翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端側を底辺とする略三角形状または前記端部の先端側を下底とする略台形形状の凹部で構成して凹側が向かい合う段差を有する複数の溝部と、を備えたものである。
【００１１】
また、本発明に係る貫流ファンは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、前記支持板の中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が前記支持板の外周部に固定され前記回転軸方向に伸び、前記回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼と、前記翼の回転方向に対して後面となる翼負圧面の前記翼外周側端部に前記回転軸方向に複数設けた前記翼負圧面から突出する突起部と、を備え、前記突起部は、前記翼外周側端部側から前記翼内周側端部側へ向かって高さが増加する翼外周側傾斜面と、前記翼内周側端部側から前記翼外周端部側へ向かって高さが増加する翼内周側傾斜面を有すると共に、前記回転軸に垂直な断面で回転中心を中心として前記翼外周側端部の先端を通る翼外周円の内側に設けられ、さらに前記断面で前記翼外周側端部と前記翼内周側端部を結ぶ翼弦線と平行で前記翼負圧面に接する直線よりも前記翼負圧面側に設けたものである。
【００１２】
また、本発明に係る貫流ファンは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、両端が前記支持板の外周部に固定され回転軸方向に伸びる複数の翼と、を有する羽根車単体を前記回転軸方向に複数有する貫流ファンであって、前記支持板と前記翼は、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂材と、前記熱可塑性樹脂材を覆うホコリ付着防止材で構成したものである。
【００１３】
また、本発明に係る空気調和機は、騒音を低減できる貫流ファンを用い、前記貫流ファンで形成される吸込側流路に配設され、吸い込んだ空気と熱交換する熱交換器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、段差または溝部または突起部によって、剥離渦を拡散したり周囲の流れを翼負圧面へ誘引することで、翼負圧面からの剥離を抑制して広帯域騒音や回転音を低減し、聴感が良く低騒音で静粛な貫流ファンが得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、低騒音の貫流ファンを搭載することで、騒音が低減し静粛な空気調和機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る貫流ファンを搭載した空気調和機を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係り、図１のＭ−Ｍ線における縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る貫流ファンの羽根車を示す概略図であり、図３（ａ）は貫流ファンの側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＮ−Ｎ線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る翼を示す説明図であり、図４（ａ）は翼の回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る翼の他の構成例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る翼のさらに他の構成例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係り、翼内周側端部と翼外周側端部の両方に段差を設けた構成を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る貫流ファンの羽根車を示す概略図であり、図８（ａ）は貫流ファンの側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る翼を拡大して示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係り、図１０におけるＰ−Ｐ線断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係り、溝部の両溝側部がなす角度である溝側部角度θ１（°）と騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態２に係り、溝最深部翼弦距離Ｆ１と翼弦線Ｌの長さＬ１の比Ｆ１／Ｌ１と騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝の関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態２に係り、溝中点間距離Ｆ２とリング間翼長さＢの比Ｆ２／Ｂと騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝の関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る翼の他の構成例を拡大して示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る翼を拡大して示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係る翼を拡大して示す斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態４に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２２】本発明の実施の形態４に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態４に係り、図２１のＱ−Ｑ線断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態４に係り、図２１のＲ−Ｒ線断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態５に係る翼を拡大して示す斜視図である。
【図２６】本発明の実施の形態５に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２７】本発明の実施の形態５に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２８】本発明の実施の形態５に係り、図２６のＴ−Ｔ線断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態５に係り、図２６のＳ−Ｓ線断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態５に係り、突起部の両溝側部がなす角度である溝側部角度θ２（°）と騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝の関係を示すグラフである。
【図３１】本発明の実施の形態５に係り、他の構成例の翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について、図に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る貫流ファン８を搭載した空気調和機を示す外観斜視図、図２は図１のＭ−Ｍ線における縦断面図である。図１及び図２において、空気調和機本体１は空調される部屋の壁に設置される。空気調和機本体上部１ａには、室内空気の吸込口となる吸込グリル２、ホコリを静電させ集塵する電気集塵器６、ホコリを除塵する網目状のフィルタ５を配設している。さらに、複数のアルミフィン７ａに配管７ｂが貫通する構成の熱交換器７を、羽根車８ａの正面側と上部側に、羽根車８を囲むように配置している。また、空気調和機本体前面１ｂは前面パネルで覆われ、その下側に吹出口３が開口している。送風機である貫流ファン８は、羽根車８ａに対して吸込側流路と吹出側流路を分離すると共に、熱交換器７から滴下される水滴を一時貯水するスタビライザー９を有し、羽根車８ａの吹出側には吹出側流路の背面を構成するため、渦巻状のガイドウォール１０を有する。さらに吹出口３には上下風向ベーン４ａ、左右風向ベーン４ｂが回動自在に取り付けられ、室内への送風方向を変化させる。図中、Ｏは羽根車８ａの回転中心を示し、Ｃ１は羽根車８ａの吸込領域、Ｃ２は羽根車８ａの吹出領域である。また、ＲＯは羽根車８ａの回転方向を示す。
【００１８】
図３は本実施の形態に係る貫流ファン８の羽根車８ａを示す概略図であり、図３（ａ）は貫流ファン８の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＮ−Ｎ線断面図を示し、下半分は向こう側の複数枚の翼が見えている状態を示し、上半分は１枚の翼８ｃを示している。
【００１９】
図３において、貫流ファン８の羽根車８ａは、回転軸方向ＡＸに複数の羽根車単体８ｄを有する。羽根車単体８ｄは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板、ここでは例えばリング８ｂと、両端がリング８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸びる複数の翼８ｃとで構成される。羽根車単体８ｄは、例えばＡＳ樹脂やＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂で成形され、回転軸方向ＡＸに複数個溶着などによって連結され、羽根車８ａを形成する。そして、一端のリング８ｂの中心にファンシャフト８ｆ、他端のリング８ｂの中心にファンボス８ｅとモータ１２のモータシャフト１２ａがネジ等で固定される。また、羽根車８ａの回転軸に垂直な断面において、翼８ｃは、翼外周側先端部１３ａの近傍である翼外周側端部と翼内周側先端部１３ｂの近傍である翼内周側端部との間で円弧状であり、１枚の翼の中心線は、翼外周側先端部１３ａの近傍である翼外周側端部で回転方向ＲＯに前傾するような曲線を成す。モータ１２によってモータシャフト１２ａを回転中心として回転すると、羽根車８ａがＲＯ方向に回転し、送風される。ここで、翼外周側先端部１３ａとは翼外周側端部の先端とその近傍を含んだ部分を示し、翼内周側先端部１３ｂとは翼内周側端部の先端とその近傍を含んだ部分を示す。また、翼外周側端部とは翼中央部から翼外周側先端部１３ａを含む部分を示し、翼内周側端部とは翼中央部から翼内周側先端部１３ａを含む部分を示す。
【００２０】
翼８ｃの翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部には、回転軸方向ＡＸに伸びる段差形状の凹部を設けており、図４に基づいて段差１１の構成を詳しく説明する。図４は本実施の形態に係る翼８ｃを示す説明図であり、図４（ａ）は翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄを示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。翼８ｃがＲＯ方向に回転すると、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して前面は翼圧力面１３ｃとなり、後面は翼負圧面１３ｄとなる。
【００２１】
翼負圧面１３ｄの例えば翼外周側端部に設けた段差１１は、翼外周側先端部１３ａ側を凹とし、翼外周側先端部１３ａの先端から段差前縁部１１ａまたは段差後縁部１１ｂまでの翼負圧面１３ｄに沿った距離が徐々に増加又は減少するように斜めに伸びる形状である。図中、Ｈａは翼外周側先端部１３ａに平行な線で、最も翼外周側先端部１３ａに近い段差前縁部１１ａを通る線であり、Ｈｂは翼外周側先端部１３ａに平行な線で、最も翼外周側先端部１３ａに近い段差後縁部１１ｂを通る線である。即ち、段差前縁部１１ａと段差後縁部１１ｂは平行であるが、共に翼外周側先端部１３ａに対して斜め角度を有する方向に伸びている。翼外周側先端部１３ａの先端から段差後縁部１１ｂまでの凹部の翼肉厚は、翼中央部の翼肉厚よりも薄くなる。
【００２２】
このように構成された空気調和機本体１において、モータ１２が電源基板より通電されると貫流ファン８の羽根車８ａがＲＯ方向に回転する。すると本体上部１ａに設けられた吸込口２より部屋の空気が吸込まれ、電気集塵器６及びフィルタ５でホコリが除去された後、熱交換器７で空気は加熱され暖房、または冷却され冷房、除湿のいずれかがされ、貫流ファン８の羽根車８ａへ吸込まれる。その後、羽根車８ａから吹出された気流はガイドウォール１０に誘導され吹出口３へ向かい、吹出口３から部屋へ吹出すことで空気調和される。この際、上下風向ベーン４ａ、左右風向ベーン４ｂにより吹出空気を上下、左右方向へ風向制御することで、部屋全体に風を流し温度ムラの抑制を図っている。
【００２３】
ここで、翼８ｃが吸込領域Ｃ１にあるとする。羽根車８ａがＲＯ方向に回転することで、気流Ｅ０が翼負圧面１３ｄに流れ、翼外周側端部の翼形状が曲がっている部分で剥離が起ころうとする。本実施の形態ではこの部分に斜めに設けた段差１１によって、剥離の翼外周側先端部１３ａからの距離が回転軸方向ＡＸで少しずつずれる。このため、剥離渦の発生位相が変化し拡散されることで、回転音を低減できる。
また、翼８ｃが吹出領域Ｃ２にある時には、気流は図４のＥ０と逆になって流れる。この場合も同様であり、翼外周側端部の翼形状が曲がっている部分で流れが離脱しようとするが、翼８ｃを流れが離脱する位相が回転軸方向ＡＸで少しずつずれる。このため、流れの離脱する位相が変化し拡散されて、低騒音化を図ることができる。
【００２４】
図５は、本実施の形態に係る翼８ｃの他の構成例を示す説明図であり、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄを示す。翼８ｃの断面は図４（ｂ）と同様である。この構成例では、翼負圧面１３ｄに、回転軸方向ＡＸに複数、例えば２つの段差１１ａ、１１ｂを形成した例である。２つの段差１１ａ、１１ｂは、翼外周側先端部１３ａに対して異なる角度を有し、中央付近で２本の段差１１を連結している。このため、２つの段差１１ａ、１１ｂは回転軸方向ＡＸの中央部分で凹側が互いに向かい合うように構成される。図４の段差１１と同様、斜めに設けた段差１１によって、剥離の位置や離脱する位置が回転軸方向ＡＸで少しずつずれる。このため、剥離渦や離脱の発生位相が変化し拡散されることで、回転音が低減でき、低騒音化を図ることができる。さらに、２本の段差１１の凹側が互いに向かい合うように配設したことで、吸込領域Ｃ１では気流を羽根車単体８ｄの中央部分に集める一方、段差１１を乗り越える渦は羽根車単体８ｄの端、即ちリング８ｂに向かう方向成分を有する。このため、気流が翼負圧面１３ｄから剥離するのを抑制でき、広帯域騒音を低減することができる。
【００２５】
また図６は、本実施の形態に係る翼８ｃのさらに他の構成例を示す説明図であり、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄを示す。翼８ｃの断面は図４（ｂ）と同様である。この構成例でも、翼外周側先端部１３ａに対して異なる角度を有する２本の段差１１を翼負圧面１３ｄに形成すると共に、中央部分で２本の段差１１を連結している。図５とは２本の段差１１の翼外周側先端部１３ａに対する角度を逆にしたものである。この構成の効果も図５と同様である。即ち、斜めに設けた段差１１によって、剥離の位置や流れが離脱する位置が回転軸方向ＡＸで少しずつずれる。このため、剥離渦や離脱の発生位相が変化し拡散されることで、回転音が低減でき、低騒音化を図ることができる。
【００２６】
図４〜図６では翼外周側端部の翼負圧面１３ｄに段差１１を設けて低騒音化を図っている。即ち、吸込領域Ｃ１では気流の翼８ｃへの流入側部分で翼外周側端部で発生する剥離渦の位相を変化させ、吹出領域Ｃ２では逆に翼外周側端部からの流出側部分で翼外周側端部で発生する流れの離脱の位相を変化させて、騒音を低減している。これに対し、翼内周側先端部１３ｂ側の翼内周側端部の翼負圧面１３ｄに段差１１を設けてもよい。翼内周側端部は吸込領域Ｃ１では翼内周側端部からの流出側部分となるので、段差を設けることで翼内周側端部で発生する流れの離脱の位相を変化させる。一方、吹出領域Ｃ２では逆に気流の翼８ｃへの流入側部分となるので、段差を設けることによって翼内周側端部で発生する剥離渦の位相を変化させて、騒音を低減する構成でもよい。また、翼外周側端部及び翼内周側端部の翼負圧面１３ｄの両方に段差１１を設けてもよい。この場合には、吸込領域Ｃ１と吹出領域Ｃ２のどちらの位置でも翼内周側端部及び翼外周側端部の両方で低騒音化を図ることができる。
【００２７】
また、翼負圧面１３ｄと翼外周側端部及び翼内周側端部の両方に段差１１を設ける場合、翼外周側先端部１３ａと翼外周側段差との斜めの方向と、翼内周側先端部１３ｂと内周側段差との斜めの方向とが、逆になるように段差を設けるのが好ましい。図７は翼内周側端部と翼外周側端部の両方に段差１１を設けた構成を示す説明図であり、翼負圧面１３ｄを平面的に示している。図７（ａ）は図４、図７（ｂ）は図５、図７（ｃ）は図６の構成に対応している。このように翼外周側端部に設けた段差（外周側段差）と翼内周側端部に設けた段差（内周側段差）とが平行に近くなるのではなく、翼８ｃの回転軸方向ＡＸで段差１１が互いに近づくまたは離れるように逆方向に斜めになるように構成したほうがよい。
このように構成すると、翼８ｃの回転軸方向ＡＸで、外周側段差と内周側段差との距離が異なる。即ち、一方の段差で影響を受けた流れが、他方の段差で影響を受けるまでの距離が、回転軸方向ＡＸで異なることになる。このため、一方の段差１１で剥離渦の発生位相を変化し、他方の段差１１で流れの離脱する位相を変化する効果をより大きく得ることができる。また、外周側段差と内周側段差とが同様の段差で構成されていなくても、段差によって騒音を低減できる。例えば外周側段差を図４で示すものとし、内周側段差を図５で示すものとするなど、他の組み合わせの構成でもよい。
【００２８】
また、図４〜図６では、段差前縁部１１ａと段差後縁部１１ｂとが平行になるように構成したが、平行でなくてもよい。段差前縁部１１ａと段差後縁部１１ｂの少なくとも一方が、翼外周側先端部１３ａまたは翼内周側先端部１３ｂに平行ではなく、ある程度の角度を成すように斜めであればよい。少なくとも先端部１３ａ、１３ｂに対して斜めに段差が構成されていれば、流れの剥離渦の発生する位相や離脱する位相がずれることで、ある程度の効果は期待できる。他の構成例として、例えば図４の斜めが逆であっても同様である。また、図５、図６には回転軸方向ＡＸに２本の段差を有する構成を示したが、さらに多くの段差を形成してもよい。
【００２９】
また、段差前縁部１１ａと段差後縁部１１ｂで構成される段差１１の翼厚さ方向の立ち上がり角度については、９０°（垂直）以下で流れが段差１１に沿って流れるような角度にするのが好ましい。また、段差１１の段差前縁部１１ａでは、翼肉厚は薄くなるが、翼８ｃの強度が保持できる程度の厚みや成形時に熱可塑性樹脂を型に流し入れる際の流れに影響しない程度の厚みがあったほうがよい。翼肉厚は翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂで薄く、翼中央部で厚い形状である。このため、段差１１を、翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂよりも翼中央部側で、翼肉厚が翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂより厚い部分に形成すれば、段差前縁部１１ａでの翼肉厚が翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂでの翼肉厚と同程度に維持できる。
【００３０】
以上のように、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、支持板８ｂの中心を通り回転軸となるシャフト８ｆと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸び、回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼８ｃと、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄの翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けた回転軸方向ＡＸに伸びる凹部と、を備え、凹部は、端部の先端１３ａ、１３ｂから翼負圧面１３ｄに沿った距離が徐々に増加又は減少するように斜めに伸びる段差１１形状であることを特徴とすることにより、翼負圧面１３ｄで発生する剥離渦や気流の離脱の位相を回転軸方向ＡＸでずらして変化させ、騒音を低減できる効果がある。
また、回転軸方向ＡＸに複数の段差１１を設け、少なくとも２つの隣り合う段差１１を凹側が互いに向かい合うように構成したことにより、さらに効果的に翼負圧面１３ｄで発生する剥離渦や気流の離脱の位相を回転軸方向ＡＸでずらして変化させ、騒音を低減できる効果がある。
【００３１】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る貫流ファンについて、図に基づいて説明する。図８は本実施の形態に係る貫流ファン８の羽根車８ａを示す概略図であり、図８（ａ）は貫流ファン８の側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＨ−Ｈ線断面図を示し、下半分は向こう側の複数枚の翼が見えている状態を示し、上半分は１枚の翼８ｃを詳しく示している。また、図９は図８の翼１枚を拡大して示す斜視図であり、図１０は翼負圧面１３ｄに形成される溝部を含む翼８ｃの一部を拡大して示す説明図である。図中、実施の形態１と同一符号は同一、又は相当部分を示す。
【００３２】
翼８ｃの羽根車８ａの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄにおいて、翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部に、回転軸方向ＡＸに複数の溝部１４を形成した。図８に示すように、翼負圧面１３ｄの例えば翼外周側端部に設けた溝部１４の数は、羽根車単体８ｄの回転軸方向の長さに応じて異なる数とした。複数の溝部１４の回転軸方向ＡＸの中点間の距離Ｆ２をほぼ同一とし、例えば、羽根車単体８ｄの回転軸方向長さＢが７５ｍｍ程度のとき、溝部１４の翼外周側先端部１３ａに最も近い回転軸方向ＡＸの長さＡ１を５ｍｍ程度とし、Ｆ２を７ｍｍ程度とする。
【００３３】
また、図９の翼８ｃの回転軸側の側面に示すように、翼８ｃの側面における中心線は、外周側で回転方向に前傾するような曲線である。その両端部である翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂを結ぶ直線を翼弦線Ｌとし、翼弦線Ｌの中点に相当する翼８ｃの位置を翼弦中央部１３ｅとする。回転軸方向に所定間隔Ｆ２で配置された溝部１４は、図１０に示すように正面視で例えば略台形形状であり、翼外周側先端部１３ａ側を下底とし、翼外周側先端部１３ａ側から翼弦中央部１３ｅに向かって回転軸方向ＡＸの溝幅Ａ１を徐々に小さくする。略台形形状の溝部１４の上底に該当する溝内端部１４ａは、翼外周先端部１３ａと平行な段差を形成している。また、溝側部１４ｂは翼外周先端部１３ａに対して斜めの段差を形成しており、凹側が互いに向かい合う形状である。向かい合う溝側部１４ｂの傾きθ１は、例えば３０°程度とする。翼肉厚方向では、溝部１４の内部が翼外周先端部１３ａから滑らかに傾斜するような凹部を形成している。
【００３４】
図１１は図１０におけるＰ−Ｐ線断面図を示す。翼負圧面１３ｄの溝部１４によって凹部となった面を溝部表面１４ｃとし、翼負圧面１３ｄの溝部以外の面と溝部表面１４ｃとの段差が一番大きい部分を溝部最深部Ａ２とし、溝部最深部Ａ２を通る翼弦線Ｌに垂直な直線との交点の翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌとする。また、この翼断面で、翼圧力面１３ｃと翼負圧面１３ｄに内接する円の直径である翼肉厚ｔのうちで、最大肉厚ｔｍを示す内接円の中心を通り翼弦線Ｌに垂直な直線との交点を最大肉厚点Ｔｍとし、溝部１４が形成される翼先端部側、ここでは翼外周側先端部１３ａ側の翼外周側先端部円弧中心１３ａｃから翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌまでの距離を溝最深部翼弦距離Ｆ１とし、翼外周側先端部１３ａの肉厚をｔ１とする。本実施の形態では、溝部最深部Ａ２における翼肉厚ｔを、翼外周側先端部１３ａの肉厚ｔ１以上で、且つ最大肉厚ｔｍ以下となるように溝部１４を形成する。
【００３５】
本実施の形態では、例えば羽根車８ａの半径を１００ｍｍ程度、翼弦線Ｌの長さである翼弦長Ｌ１を１０ｍｍ程度、翼外周側先端部１３ａの肉厚ｔ１を０．５ｍｍ程度、最大肉厚ｔｍを１．１ｍｍ程度、溝最深部翼弦距離Ｆ１を２．５ｍｍ程度で構成している。
【００３６】
貫流ファン８において、翼８ｃが熱交換器７側の羽根車吸込領域Ｃ１を通過する時、気流Ｅ０は図１０に示すように翼外周側先端部１３ａから翼内周側先端部１３ｂへ流れる。翼外周側先端部１３ａから流れ込む気流は、溝内端部１４ａへ直接向かって下流側の翼弦中央部１３ｅへ通過する流れＥ１と、溝側部１４ｂに流れて翼外周側先端部１３ａに対して斜めの角度を有する段差を乗り越え翼負圧面１３ｄへ回り込む渦流れＥ２が生成される。溝側部１４ｂで生成される渦流れＥ２により、周囲の流れが翼負圧面１３ｄへ誘引され、翼負圧面１３ｄから剥離しようとする気流が抑制される。ここで、溝側部１４ｂが回転軸に直交する平面に平行である場合には、溝部に流れが集中し、溝部が無い場所とで速度差が大きくなってせん断力が働き、流れが乱れて騒音悪化の恐れがある。これに対し、本実施の形態では、溝側部１４ｂは角度θ１のように、翼外周側先端部１３ａの回転軸方向に対して平行でも垂直でもない角度を有する斜めの段差を形成している。この構成によって、渦流れＥ２を生成することができ、周囲の流れが翼負圧面１３ｄへ誘引されることで剥離を抑制でき、広帯域騒音の発生を低減できる。
【００３７】
さらに、翼外周側先端部１３ａ付近の翼負圧面１３ｄに周期的に生成される強い渦が回転音の原因となっていた。これに対して、翼外周側端部に溝部１４を形成したことで、翼外周側端部に凹凸ができ、発生する渦の周期性が拡散され、ピーク性の回転音が低減される。
【００３８】
一方、貫流ファン８の翼８ｃがガイドウォール１０側の羽根車８ａの吹出領域Ｃ２を通過する時は、図１２に示すように、気流Ｅ０は翼内周側先端部１３ｂから翼外周側先端部１３ａに向かって流れる。この時、翼外周側端部に設けた溝１４周辺では、翼弦中央部１３ｅから翼外周側先端部１３ａへ流れる。翼弦中央部１３ｅから溝内端部１４ａへの流れＥ３及び翼弦中央部１３ｅから溝側部１４ｂへの流れＥ４は、溝部１４が上流の翼弦中央部１３ｅより凹形状となることで負圧となって翼負圧面１３ｄに誘引される。このように吹出領域Ｃ２でも剥離が抑制され、広帯域騒音の発生を低減できる。
【００３９】
以上のように、翼８ｃの翼負圧面１３ｄにおいて、溝部１４を設けることで、羽根車吸込領域Ｃ１、吹出領域Ｃ２共に剥離が抑制され広帯域騒音を低減でき、また発生する渦の周期性を拡散して回転音を低減できる。また、この貫流ファン８を空気調和機やエアーカーテンなどに搭載した場合には、通常室内のホコリを除去するために吸い込み側にフィルタ５を有するが、フィルタ５にホコリが付着してくると通風抵抗が増加する。通風抵抗が増加すると、翼８ｃへの流入角度が変化して剥離がおこりやすくなっていた。本実施の形態ではこのように通風抵抗が増加した状態でも、溝部１４によって渦流れＥ２を生成することで剥離をある程度抑制でき、広帯域騒音を低減できる。さらに吹出領域でも翼負圧面１３ｄの凹凸形状による回転音の低減が可能である。その結果、静粛な空気調和機が実現できる。
【００４０】
また、溝部最深部Ａ２における翼肉厚ｔを、翼外周側先端部の肉厚ｔ１以上で、且つ最大肉厚ｔｍ以下となるように溝部１４を形成している。これによって、翼８ｃの回転軸に垂直な方向の長さである翼肉厚ｔが翼外周側先端部の肉厚ｔ１よりも薄くなることはない。このため、貫流ファン８を射出成形する際、熱可塑性樹脂を型に流し込んで成形するのであるが、この成形時に樹脂の湯回りを阻害することなく、滑らかに樹脂を流し込むことができる。
【００４１】
次に、溝部１４の形状で、特に１つの溝部１４の向かい合う溝側部１４ｂの傾斜角度について説明する。ここで、溝側部１４ｂの回転軸方向ＡＸの溝幅Ａ１は、翼外周側先端部１３ａから翼弦中央部１３ｅに向かって、徐々に短くし、凹部が向かい合う溝側部１４ｂのなす角度をθ１とする。溝側部１４ｂは、翼外周側先端部１３ａの回転軸方向ＡＸに伸びる直線に対して、斜めに交差する段差を構成しており、実施の形態１に示すように騒音の低減効果がある。さらにここでは向かい合う角度θ１で構成した溝側部１４ｂの騒音低減効果について説明する。
【００４２】
図１３に溝部１４の両溝側部１４ｂがなす角度である溝側部角度θ１と騒音値の関係を示す。これは、空気調和機において貫流ファンの翼外周側端部に溝部１４を設け、この溝側部１４ｂの角度θ１を変化させて、吹出口３近傍の室内で騒音値を計測したものである。図１３において、横軸は溝側部１４ｂの角度θ１（°）であり、縦軸は騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝を示す。θ１＝０°とは溝部１４を設けていない構成であり、これを基準の騒音値とし、この騒音値からの低減値をグラフ化している。
【００４３】
溝側部１４ｂの角度θ１が３０°程度のときに騒音低減値が最も大きくなり、１０°より小さい構成及び４５°よりも大きい構成の時にはそれほど騒音が低減されていない。溝側部角度θ１が１０°より小さいと、溝側部１４ｂが回転軸に直交する角度に近くなり、渦流れＥ２がそれほど生成されなくなる。このため、気流が剥離し騒音低減作用が小さい。即ち、溝側部角度θ１が１０°以上であると、渦流れＥ２が生成され、気流が剥離するのを防止するように作用して騒音を低減できるので、好ましい。
【００４４】
一方、溝側部角度θ１が４５°より大きいと、溝側部１４ｂを乗り越える際にできる渦Ｅ２の渦中心が回転軸方向に向き、周囲の流れの方向から離れる向きになる。このため、剥離を抑制する効果が小さくなるので、騒音低減値が小さくなる。逆に、溝側部角度θ１が４５°以下である場合には、溝側部１４ｂを乗り越える際にできる渦Ｅ２の渦中心が周囲の流れに近い方向になる。このため、剥離を効果的に抑制でき、大きな騒音低減値が得られる。さらに、溝幅Ａ１が広くなると、隣り合う溝部１４の溝側部１４ｂから生成される渦流れＥ２同士が干渉して騒音が悪化する。
即ち、溝側部角度θ１が４５°以下であると、渦流れＥ２によって気流が剥離するのを防止することができ、騒音を低減できるので、好ましい。ただし、溝側部角度θ１が４５°より大きくても、隣り合う溝部１４との距離などを変化させることで、隣り合う溝部１４の溝側部１４ｂでの渦流れＥ２同士の干渉をある程度改善することができる。
【００４５】
以上のことから、図１０に示したような構成では、図１３に示されるように、１０°≦溝側部角度θ１で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。さらには溝側部角度θ１≦４５°で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。
【００４６】
次に、溝部１４の形状で、特に図１１に示す翼８ｃの回転軸に垂直な断面において、翼外周側先端部円弧中心１３ａｃから翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌまでの距離である溝最深部翼弦距離Ｆ１と、翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂを結ぶ翼弦線Ｌの長さＬ１の比Ｆ１／Ｌ１について説明する。図１４は、横軸に溝最深部翼弦距離Ｆ１と翼弦線Ｌの長さＬ１の比Ｆ１／Ｌ１を示し、縦軸に騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝を示す。これは、空気調和機において貫流ファンの翼外周側端部に溝部１４を設け、この溝最深部翼弦距離Ｆ１を変化させて、吹出口３近傍の室内で騒音値を計測したものである。Ｆ１／Ｌ１＝０とは溝部１４を設けていない構成であり、これを基準の騒音値とし、この騒音値からの低減値をグラフ化している。ここで、溝側部角度θ１は３０°として構成した。
【００４７】
Ｆ１／Ｌ１が０．２程度のときに騒音低減値が最も大きくなり、０．１より小さい構成及び０．３よりも大きい構成の時にはそれほど騒音が低減されていない。溝最深部翼弦距離Ｆ１が大きく、即ちＦ１／Ｌ１が０．３より大きいと、溝部１４の翼弦中央部１３ｅ側において、渦流れＥ２の渦が発達しすぎる。そして、隣りの溝部１４による渦流れ同士で干渉しあって逆に周囲の流れを乱すことになり、騒音が悪化してしまう。即ち、Ｆ１／Ｌ１が０．３以下であると、溝側部１４ｂで生成される渦流れＥ２によって効果的に周囲空気が誘引され、広帯域騒音を低減できるので、好ましい。ただし、Ｆ１／Ｌ１が０．３より大きくても、隣り合う溝部１４との距離などを変化させることで、ある程度改善することはできる。
【００４８】
一方、Ｆ１／Ｌ１が０．１より小さいと、渦流れＥ２が十分に生成されないので、効果がない。このため、Ｆ１／Ｌ１が０．１以上であると、渦流れＥ２を十分に生成して騒音を低減できるので、好ましい。
【００４９】
以上のことから、０．１≦Ｆ１／Ｌ１で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。さらにはＦ１／Ｌ１≦０．３で構成するのが好ましく、隣り合う溝部１４の翼弦中央部１３ｅ側で渦流れの渦が発達しすぎず、溝側部１４ｂで生成される渦流れＥ２と周囲空気の誘引が干渉ないため、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。
【００５０】
次に、溝部１４の形状で、特に図８に示す羽根車８ａの軸方向両端を除く羽根車単体８ｄにおいて、隣り合うリング８ｂ間の翼長さＢと溝部１４の回転軸方向の中点間距離Ｆ２の比Ｆ２／Ｂについて説明する。図１５は、横軸に溝中点間距離Ｆ２とリング間翼長さＢの比Ｆ２／Ｂを示し、縦軸に騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝を示す。これは、空気調和機において貫流ファンの翼外周側端部に溝部１４を設け、隣の溝１４との間隔である溝中点間距離Ｆ２を変化させて、吹出口３近傍の室内で騒音値を計測したものである。Ｆ２／Ｂ＝０とは溝部１４を設けていない構成であり、これを基準の騒音値とし、この騒音値からの低減値をグラフ化している。ここで、溝側部角度θ１は３０°とし、Ｆ１／Ｌは０．２として構成した。
【００５１】
Ｆ２／Ｂが０．２程度のときに騒音低減値が最も大きくなり、０．１より小さい構成及び０．３よりも大きい構成の時にはそれほど騒音が低減されていない。溝最深部翼弦距離Ｆ２が小さく、即ちＦ２／Ｂが０．１より小さいと、距離Ｂに形成される溝部１４の数が多くなって隣り合う溝部１４同士の距離が近くなり、回転軸方向の溝側部１４ｂを短かくしなければならなくなる。このため、渦流れＥ２を十分に生成できず、十分な低騒音効果が得られない。また、従って、Ｆ２／Ｂが０．１以上であると、溝側部１４ｂで渦流れＥ２を十分に生成することができ、広帯域騒音を低減できるので、好ましい。
【００５２】
一方、Ｆ２／Ｂが０．３より大きいと、隣り合う溝側部１４ｂにおける渦流れＥ２が離れすぎ、周囲流れが翼負圧面１３ｄへ誘引される効果が薄れる。また、翼外周側先端部１３ａ側の翼負圧面１３ｄで溝部１４がない領域が増加するので、翼外周側先端部１３ａでの剥離が生じ、回転音が大きくなる。従って、Ｆ２／Ｂが０．３以下であると、渦流れＥ２を十分に発生でき、剥離を低減でき、回転音を小さくでき、広帯域騒音を低減できるので、好ましい。ただし、Ｆ２／Ｂが０．３より大きくても、溝部１４の軸方向長さＡ１や溝側部角度θ１などを変化させることで、ある程度改善することはできる。
【００５３】
以上のことから、０．１≦Ｆ２／Ｂで構成するのが好ましく、回転音が小さく、広帯域騒音も低減でき、聴感が良く静粛な貫流ファンが得られる。さらにはＦ２／Ｂ≦０．３で構成するのが好ましく、回転音が小さく、広帯域騒音を低減でき、聴感が良く静粛な貫流ファンが得られる。
【００５４】
また、溝部１４の他の構成例として、図１６は本実施の形態に係る貫流ファン８の１枚の翼８ｃを示す斜視図である。図１６に示すように、翼負圧面１３ｄの翼外周側端部側に設けた溝部１４は、隣の溝部１４との間をあけずに隣接して複数設けた構成である。溝部１４の形状は図９の構成例と同様、翼外周側先端部１３ａ側を下底とする略台形形状であり、翼外周側先端部１３ａから翼弦中央部１３ｅへ向け、徐々に回転軸方向ＡＸの溝幅Ａ１が小さくなる溝側部１４ｂを有する。隣り合う溝部１４の間は、翼外周側先端部１３ａ側に略三角形状に突出した翼負圧面１３ｄを構成している。
【００５５】
このように溝部１４の下底が隣接するように形成することにより、隣り合う溝部１４の溝側部１４ｂ同士により形成される突出部は、先端が鋭角の三角形状となる。このため、溝内端部１４ａでは羽根車８ａが吸込領域Ｃ１を通過する時、斜め形状の溝側部１４ｂを乗り越えて翼面へ回り込む渦流れＥ２を強く発生できる。渦流れＥ２が強くなることで、周囲の流れが翼負圧面１３ｄへさらに誘引されやすくなり、周囲の流れが抑え込まれる。従って、剥離が抑制され、広帯域騒音を低減できる。また、翼外周側先端部１３ａ側から流入する流れを、溝部１４の内側に集め、その流れの勢いで溝部１４の内側にできようとする境界層を溝部１４外に流出させる。このため、翼外周側端部における境界層が発達しにくくなり、さらに剥離を抑制できる。
【００５６】
また、吹出領域Ｃ２では翼外周側端部の翼負圧面１３ｄに生成される強い渦が、回転音の原因となっていた。図１６のような溝部１４の構成でも図９の構成と同様、溝部１４によって翼外周側端部に形成される凹凸形状により、周期性が拡散されピーク性の回転音が低減される。
【００５７】
なお、図９及び図１６に基づいて説明した溝部１４は、翼外周側端部に設けたが、これに限るものではなく、翼内周側端部に設けてもよい。また、溝部１４を翼８ｃの外周側端部及び内周側端部の両方に形成した場合、羽根車吸込領域Ｃ１、吹出領域Ｃ２でのそれぞれの流れ現象が翼１枚の中で生じることでさらに低騒音化が図れる。
【００５８】
また、図９及び図１６において、溝部１４は翼外周側先端部１３ａや翼内周側先端部１３ｂの端部の先端側を下底とする略台形形状の凹部として説明したが、これに限るものではない。例えば、翼外周側先端部１３ａや翼内周側先端部１３ｂの先端側を底辺とする略三角形状の凹部で構成しても、同様の効果を奏する。
【００５９】
以上のように、本実施の形態では、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、支持板８ｂの中心を通り回転軸となるシャフト１２ａと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸び、回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼８ｃと、翼８ｃの回転方向に対して後面となる翼負圧面１３ｄの翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端１３ａ、１３ｂ側を底辺とする略三角形状または前記端部の先端１３ａ、１３ｂ側を下底とする略台形形状の凹部で構成して凹側が向かい合う段差１４ｂを有する複数の溝部１４と、を備えたことにより、流れの剥離を抑制し低騒音な貫流ファンを得ることができる。
【００６０】
また、向かい合う段差１４ｂが成す角度θ１を１０°以上とし、向かい合う段差１４ｂの段差間距離Ａ１を端部の先端１３ａ、１３ｂ側で広くしたことにより、効果的に流れの剥離を抑制でき、低騒音な貫流ファンを得ることができる。
また、向かい合う段差１４ｂが成す角度θ１を４５°以下としたことにより、効果的に流れの剥離を抑制でき、低騒音な貫流ファンを得ることができる。
【００６１】
また、翼８ｃの回転軸に垂直な断面で、翼外周側端部の先端１３ａと翼内周側端部の先端１３ｂを結ぶ直線を翼弦線Ｌとし、溝部１４の内部で溝部１４の周囲との段差が最も大きくなる部分を溝部最深部Ａ２とし、溝部最深部Ａ２を通り翼弦線Ｌに垂直な直線との交点を翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌとし、溝部１４が形成される端部の円弧状の先端の円弧中心から翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌまでの距離を溝最深部翼弦距離Ｆ１とし、翼弦線Ｌの長さを翼弦長Ｌ１とし、最深部翼弦距離Ｆ１と翼弦長Ｌ１の比を０．１≦Ｆ１／Ｌ１≦０．３となるように構成したことにより、効果的に流れの剥離を抑制でき、低騒音な貫流ファンを得ることができる。
【００６２】
また、回転軸方向ＡＸの翼８ｃの長さを翼長Ｂとし、複数の溝部１４を回転軸方向ＡＸに略等間隔で配置し、溝間隔Ｆ２と翼長Ｂの比を０．１≦Ｆ２／Ｂ≦０．３となるように構成したことにより、効果的に流れの剥離を抑制でき、低騒音な貫流ファンを得ることができる。
【００６３】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る貫流ファンについて、図に基づいて説明する。図１７は本実施の形態に係る貫流ファン８の１枚の翼８ｃを拡大して示す斜視図である。また、図１８はこの羽根車８ａを空気調和機に搭載した場合で、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図であり、図１９は空気調和機における吹出領域Ｃ２に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図である。なお、本実施の形態における主な構成については、実施の形態１及び実施の形態２と同様であり、同一符号は同一又は相当部分を示し、ここでは説明を省略する。
【００６４】
図１７に示す翼８ｃは、実施の形態２における図１６に示した溝部１４を有し、さらに各溝部１４に切欠部１５を設けた構成である。切欠部１５は、翼８ｃの翼内周側端部と前記翼外周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、端部の先端１３ａ、１３ｂから翼８ｃの内側に向かって切り欠いた構成であり、回転軸方向ＡＸに複数配設している。特に本実施の形態では、複数の溝部１４が形成する凹部の全てに切欠部１５を設け、それぞれ切欠部１５を溝部１４が形成する凹部の中央に位置したものである。
【００６５】
図１８に示すように、回転軸方向ＡＸの溝幅Ａ１の中点付近に設けた切欠部１５は、例えば略三角形に開口し、その三角形状の底辺は、翼端部である翼外周側先端部１３ａに面している。その底辺の両端に相当する切欠部角部１５ａ、並びに三角形状の二辺に相当する切欠部側部１５ｂの翼圧力面１３ｃ及び翼負圧面１３ｄとの角部は、丸くした円弧形状で形成している。
【００６６】
翼８ｃが吸込領域Ｃ１を通過する際には、気流Ｅ０が矢印方向から流れる。この時、翼外周側先端部１３ａに対して斜め形状である溝側部１４ｂを乗り越えて、翼面へ回り込む渦流れＥ２が強く発生し、周囲の流れが翼負圧面１３ｄへ誘引されやすくなる。このため、周囲の流れが抑え込まれて気流が翼負圧面１３ｄから剥離するのを抑制する。
さらに、翼外周側先端部１３ａ及び負圧面１３ｄの翼外周側先端部１３ａ側に生成される強い剥離渦が回転音の原因となることは周知のことであるが、翼外周側先端部１３ａに切欠部１５を設けていることで、剥離渦が拡散される。即ち、切欠部１５によって翼圧力面１３ｃから翼負圧面１３ｄに向かって渦が発生し、さらにこの渦が翼負圧面１３ｄに沿って流れていく。この渦によって翼負圧面１３ｄ上の流れが誘引され、翼負圧面１３ｄに抑えこまれる。このため、剥離渦が拡散される。さらに溝部１４によって形成される斜めの段差により、剥離渦の周期性が拡散される。このため、回転音が低減される。
【００６７】
また、図１９に示すように、翼８ｃが吹出領域Ｃ２を通過する際には、気流Ｅ０が矢印方向から流れる。この時、翼弦中央部１３ｅから溝内端部１４ａへの流れＥ３及び溝側部１４ｂへの流れＥ４は、溝部１４が上流の翼弦中央部１３ｅより凹形状となっており負圧となり誘引されることで剥離が抑制される。この時の切欠部１５の作用は吸込領域と同様、切欠部１５に生じる微小な変動流や渦により、剥離が緩和され回転音や広帯域騒音がさらに低減される。
【００６８】
さらに、翼外周側先端部１３ａに溝部１４がなくて切欠部１５のみが形成された場合には、切欠部１５で漏れ流れが生じることで損失が大きくなっていた。これに対し本実施の形態では溝部１４を設けているので、切欠部１５における翼圧力面１３ｃから翼負圧面１３ｄへの漏れ流れが溝部１４を通過する流れで抑制される。このため、漏れ流れによって生じていた損失が低減でき、消費電力の低減が可能である。特にフィルタ５にホコリが付着し通風抵抗が増加した時の消費電力の低減効果が大きい。
このように、溝部１４と切欠部１５とを組み合わせることで、切欠部１５のみの構成の場合に問題であった翼面積減少に伴う空気出力の低下を防止でき、両者の騒音低減効果を相乗して発揮できる。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、切欠部角部１５ａ及び切欠部側部１５ｂは、角部を丸くして円弧形状で形成している。例えば羽根車８ａにホコリが付着し、雑巾等で羽根車８ａの翼外周側先端部３ａを直接拭く時など、回転軸方向へ拭いても雑巾が切れたり、指をケガを防止でき、安全な貫流ファンが得られる。
このように、通風抵抗が増加しても回転音が抑制され、広帯域騒音が低減されることで低騒音で、聴感も良く、省エネで、清掃時も安全を確保した品質のよい貫流ファンが得られる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、溝部１４及び切欠部１５を翼外周側先端部１３ａに設けた構成例について説明したが、翼内周側先端部１３ｂに設けてもよい。また、翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂの両方に設けると、さらに大きな騒音低減効果が得られる。
また、切欠部１５を全ての溝部１４の内側に設けているが、これに限るものではなく、切欠部１５を設けていない部分があってもよく、ある程度の効果を奏する。ただし、羽根車８ａの回転軸方向の中央を通る線に対して、線対称になるように配置すれば、気流が安定した貫流ファンが得られる。
また、ここでは図１６の構成の溝部１４にさらに切欠部１５を設けているが、実施の形態１における図４、図５、図６に示した構成の段差１１を有する構成に、さらに切欠部１５を設けてもよい。また、実施の形態２における図９に示した溝部１４を有する構成に、さらに切欠部１５を設けてもよい。段差１１又は溝部１４と、切欠部１５を設けることで、さらに騒音を低減できる効果を奏する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、翼８ｃの翼内周側端部と翼外周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、端部の先端１３ａ、１３ｂから翼８ｃの内側に向かって切り欠いた切欠部１５を回転軸方向ＡＸに複数有することにより、回転音及び広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。
また、切欠部１５の先端１５ａの角部を丸くしたことにより、掃除がしやすくなることで清潔に保つことができ、安全な貫流ファンが得られる。
【００７２】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る貫流ファンについて、図に基づいて説明する。図２０は本実施の形態に係る羽根車８ａの１枚の翼８ｃを示す斜視図である。また、図２１はこの羽根車８ａを空気調和機に搭載した場合で、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図であり、図２２は空気調和機における吹出領域Ｃ２に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図である。また、図２３は図２１のＱ−Ｑ線における断面図、図２４は図２１のＲ−Ｒ線における断面図を示す。なお、本実施の形態における主な構成については、実施の形態１又は実施の形態２と同様であり、同一符号は同一、又は相当部分を示し、ここでは説明を省略する。
【００７３】
図２０及び図２１に示すように、羽根車８ａの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄにおいて、翼外周側端部に、翼負圧面１３ｄから翼弦中央部１３ｅの方向へ突出する突起部１６を有する。図２１に拡大して示すように所定間隔Ｇ１で回転軸方向ＡＸに複数、例えばリング８ｂ間に３個の突起部１６を有する。１つの突起部１６の翼負圧面１３ｄに接する底面は、回転軸方向ＡＸに短く回転方向ＲＯに長い多角形であり、回転方向ＲＯに対して前方の翼外周側傾斜面１６ａ及び後方の翼内周側傾斜面１６ｂ、回転方向ＲＯに沿った２つの側面１６ｃ、突出した上面１６ｄを有する。
【００７４】
翼外周側傾斜面１６ａは翼外周側端部側から翼内周側端部側へ向かって高さが増加する傾斜面であり、翼内周側傾斜面１６ｂは翼内周側端部側から翼外周端部側へ向かって高さが増加する翼内周側傾斜面である。また、図２３に示す回転軸に垂直な翼断面において、突起部１６は回転中心Ｏを中心とし翼外周側先端部１３ａを通る翼外周円Ｄよりも外側に突出しないように、翼外周円Ｄよりも内側で、翼負圧面１３ｄから突出する形状とする。また、翼外周側先端部１３ａの円弧中心１３ａｃと翼内周側先端部１３ｂの円弧中心１３ｂｃを結ぶ翼弦線Ｌに平行で、翼負圧面１３ｄに接する直線Ｌｓから突出しないように、直線Ｌｓよりも翼負圧面１３ｄ側に収まるように形成する。
【００７５】
また、図２４に示すように、回転方向ＲＯに沿った突起部１６の２つの側面１６ｃは、翼負圧面１３ｄから離れるにつれて、突起部１６の内側に傾いた先細り形状となる傾斜面で形成され、両傾斜面で成す角を傾斜角θ２とする。さらに、突起部１６の角部１６ｅは丸く構成している。
【００７６】
このように形成された貫流ファン８において、図２１に示すように、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する際、気流Ｅ０は翼外周側端部１３ａから翼内周側端部１３ｂに向かい、回転方向ＲＯと逆の方向になる。このため、気流Ｅ０は翼外周側端部１３ａから翼負圧面１３ｄに流れ、突起部１６の翼外周側傾斜面１６ａに流れる。翼外周側傾斜面１６ａは翼外周側先端部１３ａ側から翼弦中央部１３ｅ側へ向け徐々に翼負圧面１３ｄからの高さが増加する傾斜面である。このため、気流は翼外周側傾斜面１６ａに乗りあがりながら下流側に流れようとし、図２１や図２４に示すように、側面１６ｃへ沿う縦渦Ｅ５が生成され、側面１６ｃに沿って下流へ流れていく。このとき周囲空気が縦渦Ｅ５に誘引され、気流が翼負圧面１３ｄから剥離しようとするのを抑制する。この気流の剥離が抑制されることで、貫流ファンの回転音を低減できる。
【００７７】
ここで、縦渦とは翼負圧面１３ｄに垂直な面を形成するような渦を称し、横渦とは翼負圧面１３ｄに平行な面を形成するような渦を称する。もし翼外周側傾斜面１６ａが翼負圧面１３ｄに直立するように構成されていると、気流が翼外周側傾斜面１６ａにぶつかって横方向に流れようとするので横渦が生成される。ところが、横渦ができると翼内周側傾斜面１６ｂの付近で後流渦が生じ、気流に悪影響を及ぼす。突起部１６によって縦渦Ｅ５が発生することで、気流が翼負圧面１３ｄから剥離しようとするのを抑制できる。
【００７８】
一方、図２２に示すように、翼８ｃが吹出領域Ｃ２に位置する際、気流Ｅ０は翼内周側先端部１３ｂから翼外周側先端部１３ａに向かい、回転方向ＲＯと同方向になる。この時、気流Ｅ０は翼内周側先端部１３ｂから翼負圧面１３ｄに流れ、翼弦中央部１３ｅを越えたあたりから境界層が発達し始める。突起部１６は翼弦中央部１３ｅの下流側に位置し、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂは、翼弦中央部１３ｅ側から翼外周側先端部１３ａ側へ向かって、徐々に翼負圧面１３ｄからの高さが増加する傾斜面である。このため、翼弦中央部１３ｅを越えて流れてきた境界層の発達しだす流れは、翼内周側傾斜面１６ｂに乗りあがりながら下流側流れようとし、側面１６ｃに沿う縦渦Ｅ６が生成され、側面１６ｃに沿って下流へ流れていく。この縦渦Ｅ６によって周囲に発生している剥離渦を拡散して剥離を抑制し、広帯域騒音を低減できる。
【００７９】
また、図２３に基づいて説明したように、回転軸に垂直な断面において、突起部１６は、回転中心Ｏを中心とし、翼外周側先端部１３ａに接する翼外周円Ｄより突出することなく、翼外周円Ｄの内側に収まるような形状とした。このため、突起部１６が羽根車８ａの回転による軌跡から外側に突出しないので、突起部１６が羽根車８ａの外部の流れを乱すのを防止できる。ここで、翼外周側傾斜面１６ａが、翼外周円Ｄの円周とほぼ一致するように形成すれば、吸込領域Ｃ１において流れ込む気流に対し、スムーズに縦渦Ｅ５を発生することができる。
【００８０】
さらに、突起部１６の回転方向ＲＯの長さは、回転軸方向ＡＸの長さよりも長い形状である。このため、羽根車吸込領域Ｃ１及び吹出領域Ｃ２共に、翼負圧面１３ｄでの流れが、隣り合う突起部１６によって回転方向ＲＯに流れるように強制される。即ち突起部１６によって流れが整流されて安定する。
【００８１】
また、本実施の形態ではリング８ｂ間の羽根車回転軸方向で、中央位置に１つの突起部１６を配置すると共に、この中央に線対称になるように２つの突起部１６を配置した。このように羽根車単体８ｄで、突起部１６を線対称に配置すると、流れの対称性が図れるので、流れが安定する。その結果、貫流ファン８で流れが安定し、フィルタ５に通風抵抗が付加されても安定して送風できる。
【００８２】
また、側面１６ｃは突起部１６の内側に傾斜する先細り形状の傾斜面とし、両側面１６ｃ間の傾斜角度θ２を例えば１０°≦θ２≦９０°とした。即ち、１つの側面１６ｃで、翼負圧面１３ｄに垂直な面からの角度はθ２／２であり、５°〜４５°程度とした。この角度をあまり小さくすると側面１６ｃが垂直に近い立ち上がりとなって、翼外周側傾斜面１６ａや翼内周側傾斜面１６ｂで生成した縦渦Ｅ５、Ｅ６を滑らかに下流へ流すことができなくなる。また、この角度をあまり大きくすると突起部１６の高さが低くなって、翼外周側傾斜面１６ａや翼内周側傾斜面１６ｂで縦渦Ｅ５、Ｅ６を十分に生成することができず、剥離を十分に抑制できなくなる。
【００８３】
また、突起部１６の角部１６ｅを丸く曲面で形成したので、気流が滑らかに流れると共に、清潔に保つことができ清掃時の安全性も確保できる。例えば翼８ｃを雑巾等の布で羽根車回転軸方向ＡＸに拭く時、側面１６ｃから丸みを帯びた上面１６ｄと通過して側面１６ｃへ滑らかに布を滑らせることができ、翼負圧面１３ｄの付け根付近も掃除できる。さらに、角部１６ｅが尖っていないので、引っ掛かってケガをしたりする心配がなく、安全である。
【００８４】
なお、突起部１６の形状は、この実施の形態に限るものではない。例えば、上面１６ｄは平らでなく略球面の一部のように丸い形状でもよい。また、翼外周側傾斜面１６ａ、翼内周側傾斜面１６ｂ、２つの側面１６ｃもそれぞれ平面に限るものではなく、丸みを帯びた傾斜面でもよく、また多少角部を有する傾斜面で構成されていてもよい。例えば、底面形状が回転方向ＲＯに長い楕円である円錐形状や、回転方向ＲＯに沿った２つの側面１６ｃが半円形状で翼外周側傾斜面１６ａと翼内周側傾斜面１６ｂとで側面１６ｃを接続する面を構成するような、円柱を縦に切断した形状などでもよい。
【００８５】
また、図２３の翼断面図で、突起部１６は、直線Ｌｓよりも翼負圧面１３ｄ側で翼外周円Ｄよりも翼負圧面１３ｄ側に収まるように構成すればよく、回転方向ＲＯの長さがもっと長くてもよい。また、回転軸方向ＡＸの長さがもっと短くてもよい。ただし、側面１６ｃと翼負圧面１３ｄに垂直な面との角度がある程度、例えば５°以上の角度で構成すれば、縦渦Ｅ５、Ｅ６を発生させることができ、上記と同様の効果を奏する。また、突起部１６の数は本実施の形態に限定されるものではなく、回転軸方向ＡＸに２個または４個以上であってもよい。
【００８６】
また、突起部１６は、翼８ｃを射出成形するときに一体として製造してもよいし、別に成形した突起部１６を翼８ｃに固着して製造してもよい。
【００８７】
以上のように、本実施の形態によれば、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、支持板８ｂの中心を通り回転軸となるシャフト１２ａと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸び、回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼８ｃと、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄの翼外周側端部に回転軸方向ＡＸに複数設けた翼負圧面１３ｄから突出する突起部１６と、を備え、突起部１６は、翼外周側端部側から翼内周側端部側へ向かって高さが増加する翼外周側傾斜面１６ａと、翼内周側端部側から翼外周端部側へ向かって高さが増加する翼内周側傾斜面１６ｂを有すると共に、回転軸に垂直な断面で回転中心Ｏを中心として翼外周側端部の先端１３ａを通る翼外周円Ｄの内側に設けられ、さらに断面で翼外周側端部の先端１３ａと翼内周側端部の先端１３ｂを結ぶ翼弦線Ｌと平行で翼負圧面１３ｄに接する直線Ｌｓよりも翼負圧面１３ｄ側に設けたことにより、回転音及び広帯域騒音を低減できる貫流ファンが得られる。
【００８８】
さらに、突起部１６によって気流の流れを整流することもでき、フィルタの目詰まりなどによって通風抵抗が大きくなっても送風効率の低減を抑制できる。
【００８９】
また、突起部１６の回転方向ＲＯに沿った側面１６ｃは、翼負圧面１３ｄから離れるにつれて突起部１６の内側に傾く傾斜面で構成されたことにより、縦渦を発生させることができ、回転音及び広帯域騒音を低減できる貫流ファンが得られる。
【００９０】
また、突起部１６の角部１６ｅを丸く構成したことにより、突起部１６の凹凸面の角部は滑りやすくなるのでホコリが引っかかりにくくなり、貫流ファンを清潔に保つことができる。また、安全に掃除がしやすく衛生面が保てる貫流ファンを得ることができる。
【００９１】
実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５に係る貫流ファンについて、図に基づいて説明する。図２５は本実施の形態に係る羽根車８ａの１枚の翼８ｃを拡大して示す斜視図である。また、図２６はこの羽根車８ａを空気調和機に搭載した場合で、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図であり、図２７は翼８ｃが吹出領域Ｃ２に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図である。また、図２８は図２６のＴ−Ｔ線における断面図、図２９は図２６のＳ−Ｓ線における断面図を示す。なお、本実施の形態における主な構成については、実施の形態１〜実施の形態４と同様であり、同一符号は同一、又は相当部分を示し、ここでは説明を省略する。
【００９２】
図に示すように、羽根車の回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄにおいて、翼８ｃの翼外周側端部に、翼負圧面１３ｄから突出し、回転方向ＲＯの長さが回転軸方向ＡＸの長さよりも長い底面形状を有する突起部１６を設けた。１つの羽根車単体８ｄで回転軸方向ＡＸに複数、例えば３個の突起部１６を所定間隔Ｇ１で配置する。この突起部１６の構成は実施の形態４と同様である。
さらに、突起部１６の近傍には溝部１４を有する。この溝部１４は、実施の形態２における溝部１４と同様の構成であるが、翼外周側先端部１３ａ側に突起部１６が形成されているので、実施の形態２の構成よりも翼弦中央部１３ｅの方にずれた位置に設けている。翼負圧面１３ｄに設けた溝部１４は、突起部１６と所定の間隔をあけて配置され、突起部１６の少なくとも翼内周側傾斜面１６ｂの一部を囲むように略Ｕ字状に設ける。そして、突起部１６を設けた側を凹部とする。
【００９３】
以下、略Ｕ字状の溝部１４について詳しく説明する。溝部１４は、溝内端部１４ａと溝側部１４ｂを有する略Ｕ字状である。溝側部１４ｂは回転軸方向ＡＸに対して角度を有し、翼外周側端部の先端１３ａ側に伸びる段差を形成しており、２つの対向する溝側部１４ｂは、翼内周側先端部１３ｂ側から翼外周側先端部１３ａ側へ向かって回転軸方向ＡＸの距離である幅Ａ１が徐々に大きくなる構成である。溝側部１４ｂの傾きは、図に示すように、羽根車回転軸に直交する平面に対して所定角度θ３である。この角度θ３は、実施の形態２における角度θ１と同程度、または突起部１６を設けているので角度θ１よりも若干広く形成する。
【００９４】
また、溝内端部１４ａは、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂに対向し、回転軸方向ＡＸに伸びる段差である。溝内端部１４ａの段差の両端に溝側部１４ｂが接続される。また、隣り合う突起部１６の間には、回転軸方向ＡＸに伸びる溝部接続段差１４ｄを形成し、隣り合う溝部１４は溝部接続段差１４ｄで接続されている。翼部接続段差１４ｄは、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂが翼負圧面１３ｄに交わる位置よりも翼外周側先端部１３ａ側に位置する。即ち、翼内周側傾斜面１６ｂの翼負圧面１３ｄ上の立ち上がり部分は、溝内端部１４ａと溝側部１４ｂで囲まれている。本実施の形態では、すべての突起部１６の少なくとも翼内周側傾斜面１６ｂの一部が溝部１４で囲まれており、溝部１４の幅Ａ１方向の中心線上に突起部１６を配置する。
また、図２８に示すように、突起部１６の回転方向ＲＯに沿った２つの側面１６ｃは、翼負圧面１３ｄから離れるにつれて突起部１６の内側に傾く先細り形状の傾斜面であり、その傾斜角をθ２とし、かつ突起部１６の角部１６ｅは丸い曲面で形成されている。
【００９５】
このように形成された貫流ファン８の羽根車８ａにおいて、図２６に示すように、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する場合、気流Ｅ０は翼外周側先端部１３ａから翼内周側先端部１３ｂに流れ、回転方向ＲＯと逆の方向になる。このため、実施の形態４で述べたように、突起部１６の側面１６ｃに沿って縦渦Ｅ５が生成されて側面１６ｃに沿って下流へ流れていく。このとき周囲空気が縦渦Ｅ５に誘引され、気流が翼負圧面１３ｄから剥離しようとするのを抑制するので、回転音を低減できる。
【００９６】
さらに、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂの近傍には溝側部１４ｂが形成されている。実施の形態２と同様、溝側部１４ｂの段差で渦流れＥ２が生成され周囲空気が誘引されることで、剥離が抑制される。また、向かい合う溝側部１４ｂの段差は翼弦中央部１３ｅ側へ向かうにつれて溝幅Ａ１が小さく狭まり、翼内周側傾斜面１６ｂを囲むような形状である。これによって、翼内周側傾斜面１６ｂの後流渦の発生を抑制して乱れ流れをさらに抑制し、側面１６ｃに沿って発生する縦渦Ｅ５を有効に作用させることができる。即ち、縦渦Ｅ５による周囲空気の誘引効果がさらに得られ、広帯域騒音を大幅に低減できる。
【００９７】
一方、図２７に示すように、翼８ｃが吹出領域Ｃ２に位置する際、気流は翼内周側先端部１３ｂから翼外周側先端部１３ａに流れ、回転方向ＲＯと同方向となる。この時、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂは翼弦中央部１３ｅの下流側に位置し、翼弦中央部１３ｅ側から翼外周側先端部１３ａ側へ向かって、徐々に翼負圧面１３ｄからの突起部１６の高さが増加する傾斜面である。このため、翼弦中央部１３ｅから流れてきた境界層の発達しだす流れは、翼内周側傾斜面１６ｂに乗りあがりながら下流側に流れようとし、側面１６ｃに沿う縦渦Ｅ６が生成されて側面１６ｃに沿って下流へ流れていく。この縦渦Ｅ６によって周囲に発生している剥離渦を拡散して剥離を抑制することで、広帯域騒音を低減できる。
【００９８】
さらに、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂの近傍には角度θ３で向かい合う溝側部１４ｂが形成されている。このため、翼弦中央部１３ｅから溝内端部１４ａへの流れＥ３及び溝側部１４ｂへの流れＥ４は、溝部１４が上流の翼弦中央部１３ｅより凹形状となることで負圧となり誘引されることで剥離が抑制される。さらに、突起部１６の翼外周側傾斜面１６ａの後流渦を抑制して乱れ流れをさらに抑制し、側面１６ｃに沿って流れる縦渦Ｅ６を有効に作用させることができる。即ち、縦渦Ｅ６によって剥離を拡散する効果がさらに得られるため、さらに広帯域騒音を低減できる。
【００９９】
また、図２８に示すように突起部１６の側面１６ｃが構成されており、側面１６ｃが翼負圧面１３ｄに対して垂直ではないので、翼８ｃを雑巾等の布で回転軸方向ＡＸに拭く時、側面１６ｃの翼負圧面１３ｄと交わる付け根付近も掃除できるので、清潔に保つことができる。さらに、角部１６ｅを丸い形状としたので、布が角部１６ｅにひっかかることもなく、また指を怪我することもなく安全である。
【０１００】
以下、突起部１６の２つの向かい合う側面１６ｃのなす角θ２について説明する。図２８に示した突起部１６の側面１６ｃのなす角度θ２と騒音値の関係を図３０に示す。これは、空気調和機において図２６のように翼外周側先端部１３ａに突起部１６及び溝部１４を設け、側面１６ｃのなす角度θ２を変化させて、吹出口３近傍の室内で騒音値を計測したものである。図３０において、横軸は側面１６ｃのなす角度θ２（°）であり、縦軸は騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝を示す。θ１＝０°とは突起部１６を設けていない構成であり、これを基準の騒音値とし、この騒音値からの低減値をグラフ化している。
【０１０１】
側面角度θ２が２０°程度のときに最も騒音低減値が大きくなり、側面角度θ２が１０°より小さい構成及び３０°よりも大きい構成の時にはそれほど騒音が低減されていない。側面角度θ２が１０°より小さいと、側面１６ｃが翼負圧面１３ｄから垂直に近い角度で立ち上がることになる。この構成では、縦渦Ｅ５、Ｅ６がうまく生成されず、突起部１６の高さ方向に回転軸をもつ横渦が強くなる。このため、突起部１６の後流が大きく発生することで騒音悪化してしまう。即ち、角度θ２が１０°以上であると、縦渦Ｅ５、Ｅ６がうまく生成され、縦渦Ｅ５、Ｅ６によって気流が剥離するのを防止でき、騒音を小さくすることができる。また、上記で記載したが、側面角度θ２を１０°以上として、側面１６ｃの翼負圧面１３ｄからの立ち上がりをなだらかにすれば、掃除がしやすく、立ち上がり部を清潔に保つことができる。
【０１０２】
一方、側面角度θ２が１０°よりも大きくなるにつれて、側面１６ｃが翼負圧面１３ｄから立ち上がる角度がゆるやかになる。この場合には、側面１６ｃに流れる気流は溝側部１４ｂにおける渦流れＥ２と同様となる。即ち、突起部１６によって縦渦Ｅ５、Ｅ６がうまく生成されないので、低騒音効果が小さい。このため、側面角度θ２を３０°以下とすると、側面１６ｃに縦渦Ｅ５、Ｅ６がうまく生成され、縦渦Ｅ５、Ｅ６によって気流が剥離するのを防止でき、騒音を低減できる。
【０１０３】
以上のことから、図２８に示した構成では、図３０に示されるように、１０°≦側面角度θ２で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。さらには側面角度θ２≦３０°で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。
【０１０４】
本実施の形態では、突起部１６及び溝部１４を形成するで両効果がさらに拡大し、貫流ファンから発生する回転音および広帯域騒音をさら低減でき、掃除しやすく、聴感の良く静粛で、衛生面が保てる貫流ファンを得ることができる。
【０１０５】
なお、上記の構成では、突起部１６を囲む溝部１４を略Ｕ字形状としたが、突起部１６と所定の間隔をあけて、突起部１６の少なくとも翼内周側傾斜面１６ｂの一部を囲むように構成されていればよい。例えば略Ｖ字形状や略コの字形状や円弧形状などの形状で溝部１４を構成しても、上記と同様の効果を奏する。
また、図２５で示した構成では、すべての突起部１６が溝部１４に囲まれた構成であるが、これに限るものではない。すべての突起部１６が溝部１４に囲まれていなくてもよく、例えば３つの突起部１６を設けた場合、両端の２つの突起部１６は溝部１４で囲まれるような溝部の形状でもよい。また、逆に、すべての溝部１４の溝内端部１４ａの翼外周先端部１３ａ側に突起部１６が形成されていなくてもよい。
【０１０６】
図２５では、隣り合う突起部１６の間における溝部接続段差１４ｄを回転軸方向ＡＸに平行な段差で構成したが、これに限るものではない。溝部接続段差１４ｄの部分を、溝部１４の溝側部１４ｂ及び溝内端部１４ａと同様の形状とした構成例を図３１に示す。即ち、翼負圧面１３ｄにおいて、溝内端部１４ａと、溝内端部１４ａの両端に接続され向かい合う溝側部１４ｂとで構成される溝部１４と同様、溝内端部１７ａと、溝内端部１７ａの両端に接続され向かい合う溝側部１７ｂとで構成される溝部１７を溝部１４の隣に配置する。
【０１０７】
この構成では、図２６及び図２７で示したものと同様の効果が得られることに加え、溝側部１７ｂによる効果が得られる。即ち、羽根車８ａの吸込領域Ｃ１では図１０における溝側部１４ｂと同様の構成となって、渦流れＥ２が生成され翼負圧面１３ｄでの剥離を防止できる。一方、吹出領域Ｃ２でも図１２における溝側部１４ｂと同様、負圧生成によって剥離を抑制ができ、図２５の構成と比較して、さらに騒音低減が可能である。
【０１０８】
また、溝部接続段差１４ｄを回転軸方向ＡＸに平行に構成する代わりに、溝部接続段差１４ｄの少なくとも一部で回転軸方向ＡＸに対して傾斜した段部を有する構成でもよい。この場合には実施の形態１で示したように、斜めの段差となる溝部接続段差１４ｄによって、吸込領域Ｃ１では剥離渦の発生位相を変化させることができ、吹出領域Ｃ２では流れの離脱する位相を変化させることができるので、騒音を低減できる。
【０１０９】
また、本実施の形態では翼外周側端部に溝部１４と突起部１６とを設けた構成について記載したが、さらに実施の形態４で示した切欠部１５を設けてもよい。翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂの少なくとも一方の翼先端部に切欠部１５を設けると、溝部１４や突起部１６の騒音低減効果に加え、さらに翼先端部付近の翼負圧面１３ｄ上の乱れを低減でき、低騒音化できる。ここで、突起部１６の場合には翼外周側端部に設けるのが効果的であり、溝部１４及び切欠部１５の場合には翼外周側端部及び翼内周側端部のどちらか一方または両方に設けても騒音低減効果を期待できる。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態によれば、翼負圧面１３ｄに突起部１６と所定の間隔をあけて配置され、突起部１６の少なくとも翼内周側傾斜面１６ｂの一部を囲むように略Ｕ字状に設けられ、突起部１６側を凹部とする溝部１４を有することにより、突起部１６で発生した縦渦を有効に作用させて、広帯域騒音を低減できる貫流ファンが得られる。
【０１１１】
また、溝部１４は、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂに対向し回転軸方向ＡＸに伸びる溝内端部１４ａの段差と、溝内端部１４ａの段差の両端に接続しそれぞれ回転軸方向ＡＸに対して角度を有して翼外周側端部の先端１３ａ側に伸びる溝側部１４ｂの段差を有することにより、溝内端部１４ａと溝側部１４ｂによって、突起部１６で発生した縦渦を有効に作用させて、広帯域騒音を低減できる貫流ファンが得られる。
【０１１２】
また、回転軸方向ＡＸで翼負圧面１３ｄに垂直な突起部１６の断面で、向かい合う側面１６ｃのなす角度をθ２とし、１０≦θ２≦３０°となるように構成したことにより、側面１６ｃで縦渦を強く生成でき、突起部１６の後流が大きく発生するのを抑制でき、低騒音な貫流ファンが得られる。
【０１１３】
実施の形態１〜実施の形態３及び実施の形態５において、翼８ｃの翼負圧面１３ｄに段差１１や溝部１４を形成しているため、回転軸に垂直な断面における翼８ｃの肉厚を見ると、段差１１や溝部１４が設けられていない部分の肉厚よりも小さくなる。ここで、翼８ｃの全体の肉厚は図１１に示すように翼外周側先端部１３ａの肉厚が最も小さく、翼弦中央部１３ｅ側に向かって肉厚が厚くなるように構成する。そこで、翼外周側先端部１３ａの肉厚が最も小さくなるように、翼負圧面１３ｄに段差１１や溝部１４を形成するのが好ましい。即ち、翼外周側先端部１３ａよりも肉厚の厚くなった部分に、段差１１や溝部１４を形成し、その凹部側の肉厚が翼外周側先端部１３ａの肉厚以上になるようにすればよい。このように構成することで、成形時の樹脂の湯周りを阻害することなく、低騒音な貫流ファンが得られる。
【０１１４】
実施の形態１〜実施の形態５のいずれの実施の形態においても、通常、例えば空気調和機に搭載される貫流ファン８の羽根車８ａの翼８ｃや支持板であるリング８ｂは、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂で射出成形される。即ち成形型にガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂を注入して固めた後に成形型から取り出す。この成形時に注入する樹脂と成形型との接触面において、成形物である翼８ｃやリング８ｂの表面に微小な凹部ができてしまう。室内空気に含まれるホコリや塵は吸入口２から吸い込まれてフィルタ５に引っ掛かって除去される。ところが、フィルタ５を通過してしまったホコリや塵は、熱交換器７で空気調和されて貫流ファン８に入り、翼８ｃやリング８ｂの表面に流れていく。この時、翼８ｃやリング８ｂの表面に微小な凹部があると、凹部にホコリや塵が付着して、カビの発生や悪臭の原因となる。そこで、羽根車８ａやリング８ｂの表面を例えばシリコンやフッ素素材などのホコリ付着防止材による保護膜で覆う。このホコリ付着防止材による保護膜は、例えば表面の微小な凹部を覆うことで、翼８ｃやリング８ｂの表面にできている微小な凹部を円滑にし、表面を均一化してホコリが付着しにくい表面とする。ホコリ付着防止材による保護膜は、ホコリ付着防止材を、例えば塗布や散布すればよい。
【０１１５】
この保護層は翼８ｃとリング８ｂ共に、その全体を覆うように形成されていてのよいし、どちらか一方に保護層を設ける構成でもよいし、その一部のホコリが付きやすい部分のみを保護層で覆うように構成してよい。
【０１１６】
ただし、ホコリが付着しやすい翼８ｃ表面の段差、切欠部、突起部などの凹凸面の角部は滑りやすくなるので、ホコリが引っかかるのを防止できる効果は大きい。即ち、羽根車８ａの翼８ｃやリング８ｂ表面にできている微小な凹部をなくし円滑にし、フィルタ５で取り切れない微小なホコリの付着やニオイの吸着やカビの発生やニオイ放出を抑制できる。特にホコリが付着しやすい翼８ｃ表面の段差１１や切欠部１５、突起部１６などの凹凸面の角部は滑りやすくなるのでホコリが引っかからず効果が大きい。その結果、羽根車８ａの内部側である翼内周側先端部１３ｂや翼圧力面１３ｄ側も清潔に保て、衛生的な貫流ファンを得ることができる。
【０１１７】
このように、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸びる複数の翼８ｃと、を有する羽根車単体８ｄを回転軸方向ＡＸに複数有する貫流ファン８であって、支持板８ｂと翼８ｃは、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂材と、熱可塑性樹脂材を覆うホコリ付着防止材で構成したことにより、羽根車８の内部側を綺麗に保つことができ、衛生的な貫流ファンを得ることができる。さらにこの貫流ファンを搭載して、衛生的な空気調和機を得ることができる。
【０１１８】
なお、実施の形態３及び実施の形態４ではすでに述べたが、他の実施の形態における突起部１６を有する場合の他に、他の実施の形態で示した溝部１４、溝部１４と切欠部１５を有する場合も、リング間８ｂ間の羽根車軸方向で中点位置に対称に形成されれば、同様の効果が得られる。即ち、羽根車単体８ｄにおける流れの対称性が図れ流れが安定する。その結果、貫流ファン８で流れが安定し、フィルタ５に通風抵抗が付加されても安定して送風できる。
【０１１９】
このように、翼８ｃの回転軸方向ＡＸにおける中央部を通り回転軸方向ＡＸに垂直な中心線に対して略線対称となるように、翼８ｃの段差１１や溝部１４や切欠部１５や突起部１６を構成したことで、羽根車単体８ｄにおける流れの対称性が図れ流れが安定する。その結果、貫流ファン８全体で流れが安定し、フィルタに通風抵抗が付加されても安定し送風できる。よって、安定した送風可能な貫流ファンが得られる。
【０１２０】
また、実施の形態３で述べた切欠部１５を実施の形態４及び実施の形態５に示した構成の翼８ｃに設けてもよい。翼８ｃの翼内周側端部と翼外周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端１３ａ、１３ｂから翼８ｃの内側に向かって切り欠いた切欠部１５を回転軸方向ＡＸに複数設けることで、それぞれの構成における効果に加え、回転音をさらに低減できる。この切欠部１５の形状はＶ字状の略三角形に限るものではなく、Ｕ字状やコの字状でもよい。
【０１２１】
また、切欠部１５の先端の切欠部角部１５ａを丸くすれば、掃除がしやすく安全な貫流ファンが得られる。即ち、羽根車８ａにホコリが付着し、雑巾等で羽根車の翼外周側先端部を直接拭く時、回転軸方向ＡＸへ拭いても雑巾が切れるなど指がケガをするようなことがなく、安全を確保した品質のよい貫流ファンが得られる。
【０１２２】
実施の形態１〜実施の形態５で示したいずれかの貫流ファン８と、貫流ファン８で形成される吸込側流路Ｃ１に配設され、吸い込んだ空気と熱交換する熱交換器７と、を備えたことにより、騒音を低減できる空気調和機を得ることができる。即ち、貫流ファン８の羽根車８ａの翼端部の翼負圧面１３ｄ側に、突起部１６や溝部１４や段差１１を形成することで、聴感が良く静粛な空気調和機を得ることができる。さらに、翼先端部に切欠部１５を設けることで、聴感が良く静粛な空気調和機を得ることができる。また、ガラス繊維を含有した熱可塑性樹脂を覆うホコリ付着防止材を備えた貫流ファン８を用いて、ホコリが付着しにくく衛生的な空気調和機を得ることができる。
【０１２３】
また、実施の形態１〜実施の形態５では、貫流ファン８を例えば空気調和機に搭載した構成例について説明したが、これに限るものではない。例えば、エアーカーテンなど他の装置に搭載される貫流ファンに適用することもできる。騒音を低減化できる貫流ファンを用いることで、これを搭載した装置の騒音を低減できる効果がある。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 空気調和機本体
２ 吸込口
３ 吹出口
７ 熱交換器
８ 貫流ファン
８ａ 羽根車
８ｂ 支持板
８ｃ 翼
８ｄ 羽根車単体
８ｆ ファンシャフト
９ スタビライザー
１０ ガイドウォール
１１ 段差
１１ａ 段差前縁部
１１ｂ 段差後縁部
１２ モータ
１２ａ モータシャフト
１３ａ 翼外周側先端部
１３ｂ 翼内周側先端部
１３ｃ 翼圧力面
１３ｄ 翼負圧面
１３ｅ 翼弦中央部
１４ 溝部
１４ａ 溝内端部
１４ｂ 溝側部
１４ｄ 溝部接続段差
１５ 切欠部
１５ａ 切欠部角部
１５ｂ 切欠部側部
１６ 突起部
１６ａ 翼外周側傾斜面
１６ｂ 翼内周側傾斜面
１６ｃ 側面
１６ｅ 角部
１７ 溝部
１７ａ 溝内端部
１７ｂ 溝側部
ＡＸ 回転軸方向
Ｌ 翼弦線
Ｌ１ 翼弦線Ｌの長さ
Ｌｓ 翼弦線Ｌに平行で翼負圧面に接する直線
ＲＯ 回転方向
Ｏ 回転中心
Ｃ１ 吸込領域
Ｃ２ 吹出領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送風手段として用いられる貫流ファン、及び貫流ファンを搭載した空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機などに搭載される貫流ファンは、各ブレードの負圧側面の外周側周辺に、回転方向に沿った溝や、小窪み、または小突起を設けたものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
また、各ブレードの外周側の先端に、各ブレードの長手方向に間隔をおいて断続的に切欠き状の溝部を設け、この溝部である切欠きの深さを、ブレードにおける溝部との断続箇所の肉厚よりも大きくした貫流ファンもあった（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２１００９３号公報（第２〜３頁、第１図）
【特許文献２】特開平３−２４９４００号公報（第２〜３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に掲載されている貫流ファンは、高い広帯域騒音を発生しているのは吐出部であるとし、翼を通過する流れが後縁部に近づいて剥離する際に生じる圧力変動を、溝や、小窪み、または小突起を形成することで吸収して広帯域騒音を抑制しようとしている。しかし、貫流ファンは一回転する際に、翼での流れの通過方向が羽根車吸込側及び吹出側で正逆反転する。羽根車吸込側では翼の前縁部で剥離が生じる。前記溝、小窪み、小突起が流れに対し前縁部となる場合、即ち羽根車吸込側に翼が位置したときには、小さな溝部への流れの集中による翼長手方向での大きな流速差の生成や、小窪み側面での流れの剥離、小突起による翼長手方向への流れの生成による不安定化により、逆に圧力変動を生じて広帯域騒音が悪化することになる。また、羽根車吸込側に配置されるフィルタへのホコリ付着等により通風抵抗が増加すると、翼に対する流れの迎角変化に対し剥離しやすくなり、吹出流れが不安定となる。さらには吐出流れが不安定になることで吹出側から貫流ファンへの逆流が起こると、冷房運転時などに羽根車に結露して外部に結露水が放出され、空気調和機が設置されている室内の床が湿ってしまう可能性がある。
【０００５】
また、特許文献２に示された貫流ファンでは、羽根車外周側の翼先端部に翼を切り欠いた溝部を形成し、前記溝部に生じる微小な変動流や渦によって、剥離の緩和及び回転音や広帯域騒音の低減を図っている。通常、貫流ファンは、羽根車吸込領域と吹出領域を分離し羽根車内部に生成される循環渦の位置を規定させるスタビライザーを有する。切り欠いた溝部を有する構成では、羽根車が回転してスタビライザーを翼が通過する時、溝部における漏れ流れが大きくなる。即ち、翼外周側先端部に設けられた溝部では、全圧の高い羽根車吹出側から全圧の低い羽根車吸込側への漏れ流れが、翼先端部に溝部がない部分に比べて大きくなる。さらに羽根車吹出側領域でも溝部で翼圧力面から負圧面へ漏れ流れが生じ、損失が高くなる。その結果、同一送風量に対して必要なモータトルクが高くなり、消費電力が増加する。特にフィルタにホコリが付着し通風抵抗が高い状態では顕著となる。
【０００６】
また、溝部である切り欠きの翼先端部に面する角部が鋭利な形状であり、空気調和機の吹出口から風向ベーンを取り外して容易に手が貫流ファンに届く形態の場合、安全性に問題が生じる。例えば、貫流ファンを雑巾や布で掃除するために翼に触れると、角部に雑巾や布が引っかかり、布が切裂けたり、さらには指をケガする可能性もあった。
【０００７】
また、貫流ファンの羽根車の材料に翼の強度確保のためガラス繊維を含む熱可塑性樹脂を用いる場合、羽根車表面はガラス繊維により微細な凹凸が生じる。この羽根車表面の凹凸部分に、フィルタ５や電気集塵器６で除去しきれなかった細かなホコリが付着し、カビが発生したり部屋のニオイを吸着してしまう原因となることがあった。従来その対策として、羽根車の材料である熱可塑性樹脂に防カビ材を練り込み成形することもあるが、翼面に微小な凹凸は残るため完全には対策できていなかった。特に、翼面に段差や切欠き部、突起など凹凸面を有する場合、その角部に細かなホコリが引っかかりやすく、これを核にして翼先端部及び翼表面にさらに粉塵やホコリが付着し、さらにカビが発生しやすかった。そこで、空気調和機の吹出口から手を挿入し雑巾等で翼に付着したホコリを掃除すると、貫流ファンの羽根車の翼外周側先端部や翼負圧面などの外部表面は拭取れるが、内部の翼内周側先端部や翼圧力面には指が届かず十分に掃除できないため、ホコリが残っていた。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、広帯域騒音や回転音を低減でき低騒音で、通風抵抗の変化に対しても動作を安定化できる貫流ファンを得ることを目的とする。
さらに、動作音が静かな貫流ファンを搭載して、静粛で品質の高い空気調和機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る貫流ファンは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、前記支持板の中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が前記支持板の外周部に固定され前記回転軸方向に伸び、前記回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼と、前記翼の回転方向に対して後面となる翼負圧面の前記翼外周側端部及び前記翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けた前記回転軸方向に伸びる凹部と、を備え、前記凹部は、上記端部の先端から前記翼負圧面に沿った距離が徐々に増加又は減少するように斜めに伸びる段差形状であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る貫流ファンは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、前記支持板の中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が前記支持板の外周部に固定され前記回転軸方向に伸び、前記回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼と、前記翼の回転方向に対して後面となる翼負圧面の前記翼外周側端部及び前記翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端側を底辺とする略三角形状または前記端部の先端側を下底とする略台形形状の凹部で構成して凹側が向かい合う段差を有する複数の溝部と、を備えたものである。
【００１１】
また、本発明に係る貫流ファンは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、前記支持板の中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が前記支持板の外周部に固定され前記回転軸方向に伸び、前記回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼と、前記翼の回転方向に対して後面となる翼負圧面の前記翼外周側端部に前記回転軸方向に複数設けた前記翼負圧面から突出する突起部と、を備え、前記突起部は、前記翼外周側端部側から前記翼内周側端部側へ向かって高さが増加する翼外周側傾斜面と、前記翼内周側端部側から前記翼外周端部側へ向かって高さが増加する翼内周側傾斜面を有すると共に、前記回転軸に垂直な断面で回転中心を中心として前記翼外周側端部の先端を通る翼外周円の内側に設けられ、さらに前記断面で前記翼外周側端部と前記翼内周側端部を結ぶ翼弦線と平行で前記翼負圧面に接する直線よりも前記翼負圧面側に設けたものである。
【００１２】
また、本発明に係る貫流ファンは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、両端が前記支持板の外周部に固定され回転軸方向に伸びる複数の翼と、を有する羽根車単体を前記回転軸方向に複数有する貫流ファンであって、前記支持板と前記翼は、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂材と、前記熱可塑性樹脂材を覆うホコリ付着防止材で構成したものである。
【００１３】
また、本発明に係る空気調和機は、騒音を低減できる貫流ファンを用い、前記貫流ファンで形成される吸込側流路に配設され、吸い込んだ空気と熱交換する熱交換器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、段差または溝部または突起部によって、剥離渦を拡散したり周囲の流れを翼負圧面へ誘引することで、翼負圧面からの剥離を抑制して広帯域騒音や回転音を低減し、聴感が良く低騒音で静粛な貫流ファンが得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、低騒音の貫流ファンを搭載することで、騒音が低減し静粛な空気調和機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る貫流ファンを搭載した空気調和機を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係り、図１のＭ−Ｍ線における縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る貫流ファンの羽根車を示す概略図であり、図３（ａ）は貫流ファンの側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＮ−Ｎ線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る翼を示す説明図であり、図４（ａ）は翼の回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る翼の他の構成例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る翼のさらに他の構成例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係り、翼内周側端部と翼外周側端部の両方に段差を設けた構成を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る貫流ファンの羽根車を示す概略図であり、図８（ａ）は貫流ファンの側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る翼を拡大して示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係り、図１０におけるＰ−Ｐ線断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係り、溝部の両溝側部がなす角度である溝側部角度θ１（°）と騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態２に係り、溝最深部翼弦距離Ｆ１と翼弦線Ｌの長さＬ１の比Ｆ１／Ｌ１と騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝の関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態２に係り、溝中点間距離Ｆ２とリング間翼長さＢの比Ｆ２／Ｂと騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝の関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る翼の他の構成例を拡大して示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る翼を拡大して示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係る翼を拡大して示す斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態４に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２２】本発明の実施の形態４に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態４に係り、図２１のＱ−Ｑ線断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態４に係り、図２１のＲ−Ｒ線断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態５に係る翼を拡大して示す斜視図である。
【図２６】本発明の実施の形態５に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２７】本発明の実施の形態５に係る翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【図２８】本発明の実施の形態５に係り、図２６のＴ−Ｔ線断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態５に係り、図２６のＳ−Ｓ線断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態５に係り、突起部の両溝側部がなす角度である溝側部角度θ２（°）と騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝の関係を示すグラフである。
【図３１】本発明の実施の形態５に係り、他の構成例の翼負圧面の一部を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について、図に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る貫流ファン８を搭載した空気調和機を示す外観斜視図、図２は図１のＭ−Ｍ線における縦断面図である。図１及び図２において、空気調和機本体１は空調される部屋の壁に設置される。空気調和機本体上部１ａには、室内空気の吸込口となる吸込グリル２、ホコリを静電させ集塵する電気集塵器６、ホコリを除塵する網目状のフィルタ５を配設している。さらに、複数のアルミフィン７ａに配管７ｂが貫通する構成の熱交換器７を、羽根車８ａの正面側と上部側に、羽根車８を囲むように配置している。また、空気調和機本体前面１ｂは前面パネルで覆われ、その下側に吹出口３が開口している。送風機である貫流ファン８は、羽根車８ａに対して吸込側流路と吹出側流路を分離すると共に、熱交換器７から滴下される水滴を一時貯水するスタビライザー９を有し、羽根車８ａの吹出側には吹出側流路の背面を構成するため、渦巻状のガイドウォール１０を有する。さらに吹出口３には上下風向ベーン４ａ、左右風向ベーン４ｂが回動自在に取り付けられ、室内への送風方向を変化させる。図中、Ｏは羽根車８ａの回転中心を示し、Ｃ１は羽根車８ａの吸込領域、Ｃ２は羽根車８ａの吹出領域である。また、ＲＯは羽根車８ａの回転方向を示す。
【００１８】
図３は本実施の形態に係る貫流ファン８の羽根車８ａを示す概略図であり、図３（ａ）は貫流ファン８の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＮ−Ｎ線断面図を示し、下半分は向こう側の複数枚の翼が見えている状態を示し、上半分は１枚の翼８ｃを示している。
【００１９】
図３において、貫流ファン８の羽根車８ａは、回転軸方向ＡＸに複数の羽根車単体８ｄを有する。羽根車単体８ｄは、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板、ここでは例えばリング８ｂと、両端がリング８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸びる複数の翼８ｃとで構成される。羽根車単体８ｄは、例えばＡＳ樹脂やＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂で成形され、回転軸方向ＡＸに複数個溶着などによって連結され、羽根車８ａを形成する。そして、一端のリング８ｂの中心にファンシャフト８ｆ、他端のリング８ｂの中心にファンボス８ｅとモータ１２のモータシャフト１２ａがネジ等で固定される。また、羽根車８ａの回転軸に垂直な断面において、翼８ｃは、翼外周側先端部１３ａの近傍である翼外周側端部と翼内周側先端部１３ｂの近傍である翼内周側端部との間で円弧状であり、１枚の翼の中心線は、翼外周側先端部１３ａの近傍である翼外周側端部で回転方向ＲＯに前傾するような曲線を成す。モータ１２によってモータシャフト１２ａを回転中心として回転すると、羽根車８ａがＲＯ方向に回転し、送風される。ここで、翼外周側先端部１３ａとは翼外周側端部の先端とその近傍を含んだ部分を示し、翼内周側先端部１３ｂとは翼内周側端部の先端とその近傍を含んだ部分を示す。また、翼外周側端部とは翼中央部から翼外周側先端部１３ａを含む部分を示し、翼内周側端部とは翼中央部から翼内周側先端部１３ａを含む部分を示す。
【００２０】
翼８ｃの翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部には、回転軸方向ＡＸに伸びる段差形状の凹部を設けており、図４に基づいて段差１１の構成を詳しく説明する。図４は本実施の形態に係る翼８ｃを示す説明図であり、図４（ａ）は翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄを示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。翼８ｃがＲＯ方向に回転すると、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して前面は翼圧力面１３ｃとなり、後面は翼負圧面１３ｄとなる。
【００２１】
翼負圧面１３ｄの例えば翼外周側端部に設けた段差１１は、翼外周側先端部１３ａ側を凹とし、翼外周側先端部１３ａの先端から段差前縁部１１ａまたは段差後縁部１１ｂまでの翼負圧面１３ｄに沿った距離が徐々に増加又は減少するように斜めに伸びる形状である。図中、Ｈａは翼外周側先端部１３ａに平行な線で、最も翼外周側先端部１３ａに近い段差前縁部１１ａを通る線であり、Ｈｂは翼外周側先端部１３ａに平行な線で、最も翼外周側先端部１３ａに近い段差後縁部１１ｂを通る線である。即ち、段差前縁部１１ａと段差後縁部１１ｂは平行であるが、共に翼外周側先端部１３ａに対して斜め角度を有する方向に伸びている。翼外周側先端部１３ａの先端から段差後縁部１１ｂまでの凹部の翼肉厚は、翼中央部の翼肉厚よりも薄くなる。
【００２２】
このように構成された空気調和機本体１において、モータ１２が電源基板より通電されると貫流ファン８の羽根車８ａがＲＯ方向に回転する。すると本体上部１ａに設けられた吸込口２より部屋の空気が吸込まれ、電気集塵器６及びフィルタ５でホコリが除去された後、熱交換器７で空気は加熱され暖房、または冷却され冷房、除湿のいずれかがされ、貫流ファン８の羽根車８ａへ吸込まれる。その後、羽根車８ａから吹出された気流はガイドウォール１０に誘導され吹出口３へ向かい、吹出口３から部屋へ吹出すことで空気調和される。この際、上下風向ベーン４ａ、左右風向ベーン４ｂにより吹出空気を上下、左右方向へ風向制御することで、部屋全体に風を流し温度ムラの抑制を図っている。
【００２３】
ここで、翼８ｃが吸込領域Ｃ１にあるとする。羽根車８ａがＲＯ方向に回転することで、気流Ｅ０が翼負圧面１３ｄに流れ、翼外周側端部の翼形状が曲がっている部分で剥離が起ころうとする。本実施の形態ではこの部分に斜めに設けた段差１１によって、剥離の翼外周側先端部１３ａからの距離が回転軸方向ＡＸで少しずつずれる。このため、剥離渦の発生位相が変化し拡散されることで、回転音を低減できる。
また、翼８ｃが吹出領域Ｃ２にある時には、気流は図４のＥ０と逆になって流れる。この場合も同様であり、翼外周側端部の翼形状が曲がっている部分で流れが離脱しようとするが、翼８ｃを流れが離脱する位相が回転軸方向ＡＸで少しずつずれる。このため、流れの離脱する位相が変化し拡散されて、低騒音化を図ることができる。
【００２４】
図５は、本実施の形態に係る翼８ｃの他の構成例を示す説明図であり、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄを示す。翼８ｃの断面は図４（ｂ）と同様である。この構成例では、翼負圧面１３ｄに、回転軸方向ＡＸに複数、例えば２つの段差１１ａ、１１ｂを形成した例である。２つの段差１１ａ、１１ｂは、翼外周側先端部１３ａに対して異なる角度を有し、中央付近で２本の段差１１を連結している。このため、２つの段差１１ａ、１１ｂは回転軸方向ＡＸの中央部分で凹側が互いに向かい合うように構成される。図４の段差１１と同様、斜めに設けた段差１１によって、剥離の位置や離脱する位置が回転軸方向ＡＸで少しずつずれる。このため、剥離渦や離脱の発生位相が変化し拡散されることで、回転音が低減でき、低騒音化を図ることができる。さらに、２本の段差１１の凹側が互いに向かい合うように配設したことで、吸込領域Ｃ１では気流を羽根車単体８ｄの中央部分に集める一方、段差１１を乗り越える渦は羽根車単体８ｄの端、即ちリング８ｂに向かう方向成分を有する。このため、気流が翼負圧面１３ｄから剥離するのを抑制でき、広帯域騒音を低減することができる。
【００２５】
また図６は、本実施の形態に係る翼８ｃのさらに他の構成例を示す説明図であり、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄを示す。翼８ｃの断面は図４（ｂ）と同様である。この構成例でも、翼外周側先端部１３ａに対して異なる角度を有する２本の段差１１を翼負圧面１３ｄに形成すると共に、中央部分で２本の段差１１を連結している。図５とは２本の段差１１の翼外周側先端部１３ａに対する角度を逆にしたものである。この構成の効果も図５と同様である。即ち、斜めに設けた段差１１によって、剥離の位置や流れが離脱する位置が回転軸方向ＡＸで少しずつずれる。このため、剥離渦や離脱の発生位相が変化し拡散されることで、回転音が低減でき、低騒音化を図ることができる。
【００２６】
図４〜図６では翼外周側端部の翼負圧面１３ｄに段差１１を設けて低騒音化を図っている。即ち、吸込領域Ｃ１では気流の翼８ｃへの流入側部分で翼外周側端部で発生する剥離渦の位相を変化させ、吹出領域Ｃ２では逆に翼外周側端部からの流出側部分で翼外周側端部で発生する流れの離脱の位相を変化させて、騒音を低減している。これに対し、翼内周側先端部１３ｂ側の翼内周側端部の翼負圧面１３ｄに段差１１を設けてもよい。翼内周側端部は吸込領域Ｃ１では翼内周側端部からの流出側部分となるので、段差を設けることで翼内周側端部で発生する流れの離脱の位相を変化させる。一方、吹出領域Ｃ２では逆に気流の翼８ｃへの流入側部分となるので、段差を設けることによって翼内周側端部で発生する剥離渦の位相を変化させて、騒音を低減する構成でもよい。また、翼外周側端部及び翼内周側端部の翼負圧面１３ｄの両方に段差１１を設けてもよい。この場合には、吸込領域Ｃ１と吹出領域Ｃ２のどちらの位置でも翼内周側端部及び翼外周側端部の両方で低騒音化を図ることができる。
【００２７】
また、翼負圧面１３ｄと翼外周側端部及び翼内周側端部の両方に段差１１を設ける場合、翼外周側先端部１３ａと翼外周側段差との斜めの方向と、翼内周側先端部１３ｂと内周側段差との斜めの方向とが、逆になるように段差を設けるのが好ましい。図７は翼内周側端部と翼外周側端部の両方に段差１１を設けた構成を示す説明図であり、翼負圧面１３ｄを平面的に示している。図７（ａ）は図４、図７（ｂ）は図５、図７（ｃ）は図６の構成に対応している。このように翼外周側端部に設けた段差（外周側段差）と翼内周側端部に設けた段差（内周側段差）とが平行に近くなるのではなく、翼８ｃの回転軸方向ＡＸで段差１１が互いに近づくまたは離れるように逆方向に斜めになるように構成したほうがよい。
このように構成すると、翼８ｃの回転軸方向ＡＸで、外周側段差と内周側段差との距離が異なる。即ち、一方の段差で影響を受けた流れが、他方の段差で影響を受けるまでの距離が、回転軸方向ＡＸで異なることになる。このため、一方の段差１１で剥離渦の発生位相を変化し、他方の段差１１で流れの離脱する位相を変化する効果をより大きく得ることができる。また、外周側段差と内周側段差とが同様の段差で構成されていなくても、段差によって騒音を低減できる。例えば外周側段差を図４で示すものとし、内周側段差を図５で示すものとするなど、他の組み合わせの構成でもよい。
【００２８】
また、図４〜図６では、段差前縁部１１ａと段差後縁部１１ｂとが平行になるように構成したが、平行でなくてもよい。段差前縁部１１ａと段差後縁部１１ｂの少なくとも一方が、翼外周側先端部１３ａまたは翼内周側先端部１３ｂに平行ではなく、ある程度の角度を成すように斜めであればよい。少なくとも先端部１３ａ、１３ｂに対して斜めに段差が構成されていれば、流れの剥離渦の発生する位相や離脱する位相がずれることで、ある程度の効果は期待できる。他の構成例として、例えば図４の斜めが逆であっても同様である。また、図５、図６には回転軸方向ＡＸに２本の段差を有する構成を示したが、さらに多くの段差を形成してもよい。
【００２９】
また、段差前縁部１１ａと段差後縁部１１ｂで構成される段差１１の翼厚さ方向の立ち上がり角度については、９０°（垂直）以下で流れが段差１１に沿って流れるような角度にするのが好ましい。また、段差１１の段差前縁部１１ａでは、翼肉厚は薄くなるが、翼８ｃの強度が保持できる程度の厚みや成形時に熱可塑性樹脂を型に流し入れる際の流れに影響しない程度の厚みがあったほうがよい。翼肉厚は翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂで薄く、翼中央部で厚い形状である。このため、段差１１を、翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂよりも翼中央部側で、翼肉厚が翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂより厚い部分に形成すれば、段差前縁部１１ａでの翼肉厚が翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂでの翼肉厚と同程度に維持できる。
【００３０】
以上のように、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、支持板８ｂの中心を通り回転軸となるシャフト８ｆと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸び、回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼８ｃと、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄの翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けた回転軸方向ＡＸに伸びる凹部と、を備え、凹部は、端部の先端１３ａ、１３ｂから翼負圧面１３ｄに沿った距離が徐々に増加又は減少するように斜めに伸びる段差１１形状であることを特徴とすることにより、翼負圧面１３ｄで発生する剥離渦や気流の離脱の位相を回転軸方向ＡＸでずらして変化させ、騒音を低減できる効果がある。
また、回転軸方向ＡＸに複数の段差１１を設け、少なくとも２つの隣り合う段差１１を凹側が互いに向かい合うように構成したことにより、さらに効果的に翼負圧面１３ｄで発生する剥離渦や気流の離脱の位相を回転軸方向ＡＸでずらして変化させ、騒音を低減できる効果がある。
【００３１】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る貫流ファンについて、図に基づいて説明する。図８は本実施の形態に係る貫流ファン８の羽根車８ａを示す概略図であり、図８（ａ）は貫流ファン８の側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＨ−Ｈ線断面図を示し、下半分は向こう側の複数枚の翼が見えている状態を示し、上半分は１枚の翼８ｃを詳しく示している。また、図９は図８の翼１枚を拡大して示す斜視図であり、図１０は翼負圧面１３ｄに形成される溝部を含む翼８ｃの一部を拡大して示す説明図である。図中、実施の形態１と同一符号は同一、又は相当部分を示す。
【００３２】
翼８ｃの羽根車８ａの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄにおいて、翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部に、回転軸方向ＡＸに複数の溝部１４を形成した。図８に示すように、翼負圧面１３ｄの例えば翼外周側端部に設けた溝部１４の数は、羽根車単体８ｄの回転軸方向の長さに応じて異なる数とした。複数の溝部１４の回転軸方向ＡＸの中点間の距離Ｆ２をほぼ同一とし、例えば、羽根車単体８ｄの回転軸方向長さＢが７５ｍｍ程度のとき、溝部１４の翼外周側先端部１３ａに最も近い回転軸方向ＡＸの長さＡ１を５ｍｍ程度とし、Ｆ２を７ｍｍ程度とする。
【００３３】
また、図９の翼８ｃの回転軸側の側面に示すように、翼８ｃの側面における中心線は、外周側で回転方向に前傾するような曲線である。その両端部である翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂを結ぶ直線を翼弦線Ｌとし、翼弦線Ｌの中点に相当する翼８ｃの位置を翼弦中央部１３ｅとする。回転軸方向に所定間隔Ｆ２で配置された溝部１４は、図１０に示すように正面視で例えば略台形形状であり、翼外周側先端部１３ａ側を下底とし、翼外周側先端部１３ａ側から翼弦中央部１３ｅに向かって回転軸方向ＡＸの溝幅Ａ１を徐々に小さくする。略台形形状の溝部１４の上底に該当する溝内端部１４ａは、翼外周先端部１３ａと平行な段差を形成している。また、溝側部１４ｂは翼外周先端部１３ａに対して斜めの段差を形成しており、凹側が互いに向かい合う形状である。向かい合う溝側部１４ｂの傾きθ１は、例えば３０°程度とする。翼肉厚方向では、溝部１４の内部が翼外周先端部１３ａから滑らかに傾斜するような凹部を形成している。
【００３４】
図１１は図１０におけるＰ−Ｐ線断面図を示す。翼負圧面１３ｄの溝部１４によって凹部となった面を溝部表面１４ｃとし、翼負圧面１３ｄの溝部以外の面と溝部表面１４ｃとの段差が一番大きい部分を溝部最深部Ａ２とし、溝部最深部Ａ２を通る翼弦線Ｌに垂直な直線との交点の翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌとする。また、この翼断面で、翼圧力面１３ｃと翼負圧面１３ｄに内接する円の直径である翼肉厚ｔのうちで、最大肉厚ｔｍを示す内接円の中心を通り翼弦線Ｌに垂直な直線との交点を最大肉厚点Ｔｍとし、溝部１４が形成される翼先端部側、ここでは翼外周側先端部１３ａ側の翼外周側先端部円弧中心１３ａｃから翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌまでの距離を溝最深部翼弦距離Ｆ１とし、翼外周側先端部１３ａの肉厚をｔ１とする。本実施の形態では、溝部最深部Ａ２における翼肉厚ｔを、翼外周側先端部１３ａの肉厚ｔ１以上で、且つ最大肉厚ｔｍ以下となるように溝部１４を形成する。
【００３５】
本実施の形態では、例えば羽根車８ａの半径を１００ｍｍ程度、翼弦線Ｌの長さである翼弦長Ｌ１を１０ｍｍ程度、翼外周側先端部１３ａの肉厚ｔ１を０．５ｍｍ程度、最大肉厚ｔｍを１．１ｍｍ程度、溝最深部翼弦距離Ｆ１を２．５ｍｍ程度で構成している。
【００３６】
貫流ファン８において、翼８ｃが熱交換器７側の羽根車吸込領域Ｃ１を通過する時、気流Ｅ０は図１０に示すように翼外周側先端部１３ａから翼内周側先端部１３ｂへ流れる。翼外周側先端部１３ａから流れ込む気流は、溝内端部１４ａへ直接向かって下流側の翼弦中央部１３ｅへ通過する流れＥ１と、溝側部１４ｂに流れて翼外周側先端部１３ａに対して斜めの角度を有する段差を乗り越え翼負圧面１３ｄへ回り込む渦流れＥ２が生成される。溝側部１４ｂで生成される渦流れＥ２により、周囲の流れが翼負圧面１３ｄへ誘引され、翼負圧面１３ｄから剥離しようとする気流が抑制される。ここで、溝側部１４ｂが回転軸に直交する平面に平行である場合には、溝部に流れが集中し、溝部が無い場所とで速度差が大きくなってせん断力が働き、流れが乱れて騒音悪化の恐れがある。これに対し、本実施の形態では、溝側部１４ｂは角度θ１のように、翼外周側先端部１３ａの回転軸方向に対して平行でも垂直でもない角度を有する斜めの段差を形成している。この構成によって、渦流れＥ２を生成することができ、周囲の流れが翼負圧面１３ｄへ誘引されることで剥離を抑制でき、広帯域騒音の発生を低減できる。
【００３７】
さらに、翼外周側先端部１３ａ付近の翼負圧面１３ｄに周期的に生成される強い渦が回転音の原因となっていた。これに対して、翼外周側端部に溝部１４を形成したことで、翼外周側端部に凹凸ができ、発生する渦の周期性が拡散され、ピーク性の回転音が低減される。
【００３８】
一方、貫流ファン８の翼８ｃがガイドウォール１０側の羽根車８ａの吹出領域Ｃ２を通過する時は、図１２に示すように、気流Ｅ０は翼内周側先端部１３ｂから翼外周側先端部１３ａに向かって流れる。この時、翼外周側端部に設けた溝１４周辺では、翼弦中央部１３ｅから翼外周側先端部１３ａへ流れる。翼弦中央部１３ｅから溝内端部１４ａへの流れＥ３及び翼弦中央部１３ｅから溝側部１４ｂへの流れＥ４は、溝部１４が上流の翼弦中央部１３ｅより凹形状となることで負圧となって翼負圧面１３ｄに誘引される。このように吹出領域Ｃ２でも剥離が抑制され、広帯域騒音の発生を低減できる。
【００３９】
以上のように、翼８ｃの翼負圧面１３ｄにおいて、溝部１４を設けることで、羽根車吸込領域Ｃ１、吹出領域Ｃ２共に剥離が抑制され広帯域騒音を低減でき、また発生する渦の周期性を拡散して回転音を低減できる。また、この貫流ファン８を空気調和機やエアーカーテンなどに搭載した場合には、通常室内のホコリを除去するために吸い込み側にフィルタ５を有するが、フィルタ５にホコリが付着してくると通風抵抗が増加する。通風抵抗が増加すると、翼８ｃへの流入角度が変化して剥離がおこりやすくなっていた。本実施の形態ではこのように通風抵抗が増加した状態でも、溝部１４によって渦流れＥ２を生成することで剥離をある程度抑制でき、広帯域騒音を低減できる。さらに吹出領域でも翼負圧面１３ｄの凹凸形状による回転音の低減が可能である。その結果、静粛な空気調和機が実現できる。
【００４０】
また、溝部最深部Ａ２における翼肉厚ｔを、翼外周側先端部の肉厚ｔ１以上で、且つ最大肉厚ｔｍ以下となるように溝部１４を形成している。これによって、翼８ｃの回転軸に垂直な方向の長さである翼肉厚ｔが翼外周側先端部の肉厚ｔ１よりも薄くなることはない。このため、貫流ファン８を射出成形する際、熱可塑性樹脂を型に流し込んで成形するのであるが、この成形時に樹脂の湯回りを阻害することなく、滑らかに樹脂を流し込むことができる。
【００４１】
次に、溝部１４の形状で、特に１つの溝部１４の向かい合う溝側部１４ｂの傾斜角度について説明する。ここで、溝側部１４ｂの回転軸方向ＡＸの溝幅Ａ１は、翼外周側先端部１３ａから翼弦中央部１３ｅに向かって、徐々に短くし、凹部が向かい合う溝側部１４ｂのなす角度をθ１とする。溝側部１４ｂは、翼外周側先端部１３ａの回転軸方向ＡＸに伸びる直線に対して、斜めに交差する段差を構成しており、実施の形態１に示すように騒音の低減効果がある。さらにここでは向かい合う角度θ１で構成した溝側部１４ｂの騒音低減効果について説明する。
【００４２】
図１３に溝部１４の両溝側部１４ｂがなす角度である溝側部角度θ１と騒音値の関係を示す。これは、空気調和機において貫流ファンの翼外周側端部に溝部１４を設け、この溝側部１４ｂの角度θ１を変化させて、吹出口３近傍の室内で騒音値を計測したものである。図１３において、横軸は溝側部１４ｂの角度θ１（°）であり、縦軸は騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝を示す。θ１＝０°とは溝部１４を設けていない構成であり、これを基準の騒音値とし、この騒音値からの低減値をグラフ化している。
【００４３】
溝側部１４ｂの角度θ１が３０°程度のときに騒音低減値が最も大きくなり、１０°より小さい構成及び４５°よりも大きい構成の時にはそれほど騒音が低減されていない。溝側部角度θ１が１０°より小さいと、溝側部１４ｂが回転軸に直交する角度に近くなり、渦流れＥ２がそれほど生成されなくなる。このため、気流が剥離し騒音低減作用が小さい。即ち、溝側部角度θ１が１０°以上であると、渦流れＥ２が生成され、気流が剥離するのを防止するように作用して騒音を低減できるので、好ましい。
【００４４】
一方、溝側部角度θ１が４５°より大きいと、溝側部１４ｂを乗り越える際にできる渦Ｅ２の渦中心が回転軸方向に向き、周囲の流れの方向から離れる向きになる。このため、剥離を抑制する効果が小さくなるので、騒音低減値が小さくなる。逆に、溝側部角度θ１が４５°以下である場合には、溝側部１４ｂを乗り越える際にできる渦Ｅ２の渦中心が周囲の流れに近い方向になる。このため、剥離を効果的に抑制でき、大きな騒音低減値が得られる。さらに、溝幅Ａ１が広くなると、隣り合う溝部１４の溝側部１４ｂから生成される渦流れＥ２同士が干渉して騒音が悪化する。
即ち、溝側部角度θ１が４５°以下であると、渦流れＥ２によって気流が剥離するのを防止することができ、騒音を低減できるので、好ましい。ただし、溝側部角度θ１が４５°より大きくても、隣り合う溝部１４との距離などを変化させることで、隣り合う溝部１４の溝側部１４ｂでの渦流れＥ２同士の干渉をある程度改善することができる。
【００４５】
以上のことから、図１０に示したような構成では、図１３に示されるように、１０°≦溝側部角度θ１で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。さらには溝側部角度θ１≦４５°で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。
【００４６】
次に、溝部１４の形状で、特に図１１に示す翼８ｃの回転軸に垂直な断面において、翼外周側先端部円弧中心１３ａｃから翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌまでの距離である溝最深部翼弦距離Ｆ１と、翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂを結ぶ翼弦線Ｌの長さＬ１の比Ｆ１／Ｌ１について説明する。図１４は、横軸に溝最深部翼弦距離Ｆ１と翼弦線Ｌの長さＬ１の比Ｆ１／Ｌ１を示し、縦軸に騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝を示す。これは、空気調和機において貫流ファンの翼外周側端部に溝部１４を設け、この溝最深部翼弦距離Ｆ１を変化させて、吹出口３近傍の室内で騒音値を計測したものである。Ｆ１／Ｌ１＝０とは溝部１４を設けていない構成であり、これを基準の騒音値とし、この騒音値からの低減値をグラフ化している。ここで、溝側部角度θ１は３０°として構成した。
【００４７】
Ｆ１／Ｌ１が０．２程度のときに騒音低減値が最も大きくなり、０．１より小さい構成及び０．３よりも大きい構成の時にはそれほど騒音が低減されていない。溝最深部翼弦距離Ｆ１が大きく、即ちＦ１／Ｌ１が０．３より大きいと、溝部１４の翼弦中央部１３ｅ側において、渦流れＥ２の渦が発達しすぎる。そして、隣りの溝部１４による渦流れ同士で干渉しあって逆に周囲の流れを乱すことになり、騒音が悪化してしまう。即ち、Ｆ１／Ｌ１が０．３以下であると、溝側部１４ｂで生成される渦流れＥ２によって効果的に周囲空気が誘引され、広帯域騒音を低減できるので、好ましい。ただし、Ｆ１／Ｌ１が０．３より大きくても、隣り合う溝部１４との距離などを変化させることで、ある程度改善することはできる。
【００４８】
一方、Ｆ１／Ｌ１が０．１より小さいと、渦流れＥ２が十分に生成されないので、効果がない。このため、Ｆ１／Ｌ１が０．１以上であると、渦流れＥ２を十分に生成して騒音を低減できるので、好ましい。
【００４９】
以上のことから、０．１≦Ｆ１／Ｌ１で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。さらにはＦ１／Ｌ１≦０．３で構成するのが好ましく、隣り合う溝部１４の翼弦中央部１３ｅ側で渦流れの渦が発達しすぎず、溝側部１４ｂで生成される渦流れＥ２と周囲空気の誘引が干渉ないため、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。
【００５０】
次に、溝部１４の形状で、特に図８に示す羽根車８ａの軸方向両端を除く羽根車単体８ｄにおいて、隣り合うリング８ｂ間の翼長さＢと溝部１４の回転軸方向の中点間距離Ｆ２の比Ｆ２／Ｂについて説明する。図１５は、横軸に溝中点間距離Ｆ２とリング間翼長さＢの比Ｆ２／Ｂを示し、縦軸に騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝を示す。これは、空気調和機において貫流ファンの翼外周側端部に溝部１４を設け、隣の溝１４との間隔である溝中点間距離Ｆ２を変化させて、吹出口３近傍の室内で騒音値を計測したものである。Ｆ２／Ｂ＝０とは溝部１４を設けていない構成であり、これを基準の騒音値とし、この騒音値からの低減値をグラフ化している。ここで、溝側部角度θ１は３０°とし、Ｆ１／Ｌは０．２として構成した。
【００５１】
Ｆ２／Ｂが０．２程度のときに騒音低減値が最も大きくなり、０．１より小さい構成及び０．３よりも大きい構成の時にはそれほど騒音が低減されていない。溝最深部翼弦距離Ｆ２が小さく、即ちＦ２／Ｂが０．１より小さいと、距離Ｂに形成される溝部１４の数が多くなって隣り合う溝部１４同士の距離が近くなり、回転軸方向の溝側部１４ｂを短かくしなければならなくなる。このため、渦流れＥ２を十分に生成できず、十分な低騒音効果が得られない。また、従って、Ｆ２／Ｂが０．１以上であると、溝側部１４ｂで渦流れＥ２を十分に生成することができ、広帯域騒音を低減できるので、好ましい。
【００５２】
一方、Ｆ２／Ｂが０．３より大きいと、隣り合う溝側部１４ｂにおける渦流れＥ２が離れすぎ、周囲流れが翼負圧面１３ｄへ誘引される効果が薄れる。また、翼外周側先端部１３ａ側の翼負圧面１３ｄで溝部１４がない領域が増加するので、翼外周側先端部１３ａでの剥離が生じ、回転音が大きくなる。従って、Ｆ２／Ｂが０．３以下であると、渦流れＥ２を十分に発生でき、剥離を低減でき、回転音を小さくでき、広帯域騒音を低減できるので、好ましい。ただし、Ｆ２／Ｂが０．３より大きくても、溝部１４の軸方向長さＡ１や溝側部角度θ１などを変化させることで、ある程度改善することはできる。
【００５３】
以上のことから、０．１≦Ｆ２／Ｂで構成するのが好ましく、回転音が小さく、広帯域騒音も低減でき、聴感が良く静粛な貫流ファンが得られる。さらにはＦ２／Ｂ≦０．３で構成するのが好ましく、回転音が小さく、広帯域騒音を低減でき、聴感が良く静粛な貫流ファンが得られる。
【００５４】
また、溝部１４の他の構成例として、図１６は本実施の形態に係る貫流ファン８の１枚の翼８ｃを示す斜視図である。図１６に示すように、翼負圧面１３ｄの翼外周側端部側に設けた溝部１４は、隣の溝部１４との間をあけずに隣接して複数設けた構成である。溝部１４の形状は図９の構成例と同様、翼外周側先端部１３ａ側を下底とする略台形形状であり、翼外周側先端部１３ａから翼弦中央部１３ｅへ向け、徐々に回転軸方向ＡＸの溝幅Ａ１が小さくなる溝側部１４ｂを有する。隣り合う溝部１４の間は、翼外周側先端部１３ａ側に略三角形状に突出した翼負圧面１３ｄを構成している。
【００５５】
このように溝部１４の下底が隣接するように形成することにより、隣り合う溝部１４の溝側部１４ｂ同士により形成される突出部は、先端が鋭角の三角形状となる。このため、溝内端部１４ａでは羽根車８ａが吸込領域Ｃ１を通過する時、斜め形状の溝側部１４ｂを乗り越えて翼面へ回り込む渦流れＥ２を強く発生できる。渦流れＥ２が強くなることで、周囲の流れが翼負圧面１３ｄへさらに誘引されやすくなり、周囲の流れが抑え込まれる。従って、剥離が抑制され、広帯域騒音を低減できる。また、翼外周側先端部１３ａ側から流入する流れを、溝部１４の内側に集め、その流れの勢いで溝部１４の内側にできようとする境界層を溝部１４外に流出させる。このため、翼外周側端部における境界層が発達しにくくなり、さらに剥離を抑制できる。
【００５６】
また、吹出領域Ｃ２では翼外周側端部の翼負圧面１３ｄに生成される強い渦が、回転音の原因となっていた。図１６のような溝部１４の構成でも図９の構成と同様、溝部１４によって翼外周側端部に形成される凹凸形状により、周期性が拡散されピーク性の回転音が低減される。
【００５７】
なお、図９及び図１６に基づいて説明した溝部１４は、翼外周側端部に設けたが、これに限るものではなく、翼内周側端部に設けてもよい。また、溝部１４を翼８ｃの外周側端部及び内周側端部の両方に形成した場合、羽根車吸込領域Ｃ１、吹出領域Ｃ２でのそれぞれの流れ現象が翼１枚の中で生じることでさらに低騒音化が図れる。
【００５８】
また、図９及び図１６において、溝部１４は翼外周側先端部１３ａや翼内周側先端部１３ｂの端部の先端側を下底とする略台形形状の凹部として説明したが、これに限るものではない。例えば、翼外周側先端部１３ａや翼内周側先端部１３ｂの先端側を底辺とする略三角形状の凹部で構成しても、同様の効果を奏する。
【００５９】
以上のように、本実施の形態では、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、支持板８ｂの中心を通り回転軸となるシャフト１２ａと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸び、回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼８ｃと、翼８ｃの回転方向に対して後面となる翼負圧面１３ｄの翼外周側端部及び翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端１３ａ、１３ｂ側を底辺とする略三角形状または前記端部の先端１３ａ、１３ｂ側を下底とする略台形形状の凹部で構成して凹側が向かい合う段差１４ｂを有する複数の溝部１４と、を備えたことにより、流れの剥離を抑制し低騒音な貫流ファンを得ることができる。
【００６０】
また、向かい合う段差１４ｂが成す角度θ１を１０°以上とし、向かい合う段差１４ｂの段差間距離Ａ１を端部の先端１３ａ、１３ｂ側で広くしたことにより、効果的に流れの剥離を抑制でき、低騒音な貫流ファンを得ることができる。
また、向かい合う段差１４ｂが成す角度θ１を４５°以下としたことにより、効果的に流れの剥離を抑制でき、低騒音な貫流ファンを得ることができる。
【００６１】
また、翼８ｃの回転軸に垂直な断面で、翼外周側端部の先端１３ａと翼内周側端部の先端１３ｂを結ぶ直線を翼弦線Ｌとし、溝部１４の内部で溝部１４の周囲との段差が最も大きくなる部分を溝部最深部Ａ２とし、溝部最深部Ａ２を通り翼弦線Ｌに垂直な直線との交点を翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌとし、溝部１４が形成される端部の円弧状の先端の円弧中心から翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌまでの距離を溝最深部翼弦距離Ｆ１とし、翼弦線Ｌの長さを翼弦長Ｌ１とし、最深部翼弦距離Ｆ１と翼弦長Ｌ１の比を０．１≦Ｆ１／Ｌ１≦０．３となるように構成したことにより、効果的に流れの剥離を抑制でき、低騒音な貫流ファンを得ることができる。
【００６２】
また、回転軸方向ＡＸの翼８ｃの長さを翼長Ｂとし、複数の溝部１４を回転軸方向ＡＸに略等間隔で配置し、溝間隔Ｆ２と翼長Ｂの比を０．１≦Ｆ２／Ｂ≦０．３となるように構成したことにより、効果的に流れの剥離を抑制でき、低騒音な貫流ファンを得ることができる。
【００６３】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る貫流ファンについて、図に基づいて説明する。図１７は本実施の形態に係る貫流ファン８の１枚の翼８ｃを拡大して示す斜視図である。また、図１８はこの羽根車８ａを空気調和機に搭載した場合で、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図であり、図１９は空気調和機における吹出領域Ｃ２に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図である。なお、本実施の形態における主な構成については、実施の形態１及び実施の形態２と同様であり、同一符号は同一又は相当部分を示し、ここでは説明を省略する。
【００６４】
図１７に示す翼８ｃは、実施の形態２における図１６に示した溝部１４を有し、さらに各溝部１４に切欠部１５を設けた構成である。切欠部１５は、翼８ｃの翼内周側端部と前記翼外周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、端部の先端１３ａ、１３ｂから翼８ｃの内側に向かって切り欠いた構成であり、回転軸方向ＡＸに複数配設している。特に本実施の形態では、複数の溝部１４が形成する凹部の全てに切欠部１５を設け、それぞれ切欠部１５を溝部１４が形成する凹部の中央に位置したものである。
【００６５】
図１８に示すように、回転軸方向ＡＸの溝幅Ａ１の中点付近に設けた切欠部１５は、例えば略三角形に開口し、その三角形状の底辺は、翼端部である翼外周側先端部１３ａに面している。その底辺の両端に相当する切欠部角部１５ａ、並びに三角形状の二辺に相当する切欠部側部１５ｂの翼圧力面１３ｃ及び翼負圧面１３ｄとの角部は、丸くした円弧形状で形成している。
【００６６】
翼８ｃが吸込領域Ｃ１を通過する際には、気流Ｅ０が矢印方向から流れる。この時、翼外周側先端部１３ａに対して斜め形状である溝側部１４ｂを乗り越えて、翼面へ回り込む渦流れＥ２が強く発生し、周囲の流れが翼負圧面１３ｄへ誘引されやすくなる。このため、周囲の流れが抑え込まれて気流が翼負圧面１３ｄから剥離するのを抑制する。
さらに、翼外周側先端部１３ａ及び負圧面１３ｄの翼外周側先端部１３ａ側に生成される強い剥離渦が回転音の原因となることは周知のことであるが、翼外周側先端部１３ａに切欠部１５を設けていることで、剥離渦が拡散される。即ち、切欠部１５によって翼圧力面１３ｃから翼負圧面１３ｄに向かって渦が発生し、さらにこの渦が翼負圧面１３ｄに沿って流れていく。この渦によって翼負圧面１３ｄ上の流れが誘引され、翼負圧面１３ｄに抑えこまれる。このため、剥離渦が拡散される。さらに溝部１４によって形成される斜めの段差により、剥離渦の周期性が拡散される。このため、回転音が低減される。
【００６７】
また、図１９に示すように、翼８ｃが吹出領域Ｃ２を通過する際には、気流Ｅ０が矢印方向から流れる。この時、翼弦中央部１３ｅから溝内端部１４ａへの流れＥ３及び溝側部１４ｂへの流れＥ４は、溝部１４が上流の翼弦中央部１３ｅより凹形状となっており負圧となり誘引されることで剥離が抑制される。この時の切欠部１５の作用は吸込領域と同様、切欠部１５に生じる微小な変動流や渦により、剥離が緩和され回転音や広帯域騒音がさらに低減される。
【００６８】
さらに、翼外周側先端部１３ａに溝部１４がなくて切欠部１５のみが形成された場合には、切欠部１５で漏れ流れが生じることで損失が大きくなっていた。これに対し本実施の形態では溝部１４を設けているので、切欠部１５における翼圧力面１３ｃから翼負圧面１３ｄへの漏れ流れが溝部１４を通過する流れで抑制される。このため、漏れ流れによって生じていた損失が低減でき、消費電力の低減が可能である。特にフィルタ５にホコリが付着し通風抵抗が増加した時の消費電力の低減効果が大きい。
このように、溝部１４と切欠部１５とを組み合わせることで、切欠部１５のみの構成の場合に問題であった翼面積減少に伴う空気出力の低下を防止でき、両者の騒音低減効果を相乗して発揮できる。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、切欠部角部１５ａ及び切欠部側部１５ｂは、角部を丸くして円弧形状で形成している。例えば羽根車８ａにホコリが付着し、雑巾等で羽根車８ａの翼外周側先端部３ａを直接拭く時など、回転軸方向へ拭いても雑巾が切れたり、指をケガを防止でき、安全な貫流ファンが得られる。
このように、通風抵抗が増加しても回転音が抑制され、広帯域騒音が低減されることで低騒音で、聴感も良く、省エネで、清掃時も安全を確保した品質のよい貫流ファンが得られる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、溝部１４及び切欠部１５を翼外周側先端部１３ａに設けた構成例について説明したが、翼内周側先端部１３ｂに設けてもよい。また、翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂの両方に設けると、さらに大きな騒音低減効果が得られる。
また、切欠部１５を全ての溝部１４の内側に設けているが、これに限るものではなく、切欠部１５を設けていない部分があってもよく、ある程度の効果を奏する。ただし、羽根車８ａの回転軸方向の中央を通る線に対して、線対称になるように配置すれば、気流が安定した貫流ファンが得られる。
また、ここでは図１６の構成の溝部１４にさらに切欠部１５を設けているが、実施の形態１における図４、図５、図６に示した構成の段差１１を有する構成に、さらに切欠部１５を設けてもよい。また、実施の形態２における図９に示した溝部１４を有する構成に、さらに切欠部１５を設けてもよい。段差１１又は溝部１４と、切欠部１５を設けることで、さらに騒音を低減できる効果を奏する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、翼８ｃの翼内周側端部と翼外周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、端部の先端１３ａ、１３ｂから翼８ｃの内側に向かって切り欠いた切欠部１５を回転軸方向ＡＸに複数有することにより、回転音及び広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。
また、切欠部１５の先端１５ａの角部を丸くしたことにより、掃除がしやすくなることで清潔に保つことができ、安全な貫流ファンが得られる。
【００７２】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る貫流ファンについて、図に基づいて説明する。図２０は本実施の形態に係る羽根車８ａの１枚の翼８ｃを示す斜視図である。また、図２１はこの羽根車８ａを空気調和機に搭載した場合で、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図であり、図２２は空気調和機における吹出領域Ｃ２に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図である。また、図２３は図２１のＱ−Ｑ線における断面図、図２４は図２１のＲ−Ｒ線における断面図を示す。なお、本実施の形態における主な構成については、実施の形態１又は実施の形態２と同様であり、同一符号は同一、又は相当部分を示し、ここでは説明を省略する。
【００７３】
図２０及び図２１に示すように、羽根車８ａの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄにおいて、翼外周側端部に、翼負圧面１３ｄから翼弦中央部１３ｅの方向へ突出する突起部１６を有する。図２１に拡大して示すように所定間隔Ｇ１で回転軸方向ＡＸに複数、例えばリング８ｂ間に３個の突起部１６を有する。１つの突起部１６の翼負圧面１３ｄに接する底面は、回転軸方向ＡＸに短く回転方向ＲＯに長い多角形であり、回転方向ＲＯに対して前方の翼外周側傾斜面１６ａ及び後方の翼内周側傾斜面１６ｂ、回転方向ＲＯに沿った２つの側面１６ｃ、突出した上面１６ｄを有する。
【００７４】
翼外周側傾斜面１６ａは翼外周側端部側から翼内周側端部側へ向かって高さが増加する傾斜面であり、翼内周側傾斜面１６ｂは翼内周側端部側から翼外周端部側へ向かって高さが増加する翼内周側傾斜面である。また、図２３に示す回転軸に垂直な翼断面において、突起部１６は回転中心Ｏを中心とし翼外周側先端部１３ａを通る翼外周円Ｄよりも外側に突出しないように、翼外周円Ｄよりも内側で、翼負圧面１３ｄから突出する形状とする。また、翼外周側先端部１３ａの円弧中心１３ａｃと翼内周側先端部１３ｂの円弧中心１３ｂｃを結ぶ翼弦線Ｌに平行で、翼負圧面１３ｄに接する直線Ｌｓから突出しないように、直線Ｌｓよりも翼負圧面１３ｄ側に収まるように形成する。
【００７５】
また、図２４に示すように、回転方向ＲＯに沿った突起部１６の２つの側面１６ｃは、翼負圧面１３ｄから離れるにつれて、突起部１６の内側に傾いた先細り形状となる傾斜面で形成され、両傾斜面で成す角を傾斜角θ２とする。さらに、突起部１６の角部１６ｅは丸く構成している。
【００７６】
このように形成された貫流ファン８において、図２１に示すように、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する際、気流Ｅ０は翼外周側端部１３ａから翼内周側端部１３ｂに向かい、回転方向ＲＯと逆の方向になる。このため、気流Ｅ０は翼外周側端部１３ａから翼負圧面１３ｄに流れ、突起部１６の翼外周側傾斜面１６ａに流れる。翼外周側傾斜面１６ａは翼外周側先端部１３ａ側から翼弦中央部１３ｅ側へ向け徐々に翼負圧面１３ｄからの高さが増加する傾斜面である。このため、気流は翼外周側傾斜面１６ａに乗りあがりながら下流側に流れようとし、図２１や図２４に示すように、側面１６ｃへ沿う縦渦Ｅ５が生成され、側面１６ｃに沿って下流へ流れていく。このとき周囲空気が縦渦Ｅ５に誘引され、気流が翼負圧面１３ｄから剥離しようとするのを抑制する。この気流の剥離が抑制されることで、貫流ファンの回転音を低減できる。
【００７７】
ここで、縦渦とは翼負圧面１３ｄに垂直な面を形成するような渦を称し、横渦とは翼負圧面１３ｄに平行な面を形成するような渦を称する。もし翼外周側傾斜面１６ａが翼負圧面１３ｄに直立するように構成されていると、気流が翼外周側傾斜面１６ａにぶつかって横方向に流れようとするので横渦が生成される。ところが、横渦ができると翼内周側傾斜面１６ｂの付近で後流渦が生じ、気流に悪影響を及ぼす。突起部１６によって縦渦Ｅ５が発生することで、気流が翼負圧面１３ｄから剥離しようとするのを抑制できる。
【００７８】
一方、図２２に示すように、翼８ｃが吹出領域Ｃ２に位置する際、気流Ｅ０は翼内周側先端部１３ｂから翼外周側先端部１３ａに向かい、回転方向ＲＯと同方向になる。この時、気流Ｅ０は翼内周側先端部１３ｂから翼負圧面１３ｄに流れ、翼弦中央部１３ｅを越えたあたりから境界層が発達し始める。突起部１６は翼弦中央部１３ｅの下流側に位置し、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂは、翼弦中央部１３ｅ側から翼外周側先端部１３ａ側へ向かって、徐々に翼負圧面１３ｄからの高さが増加する傾斜面である。このため、翼弦中央部１３ｅを越えて流れてきた境界層の発達しだす流れは、翼内周側傾斜面１６ｂに乗りあがりながら下流側流れようとし、側面１６ｃに沿う縦渦Ｅ６が生成され、側面１６ｃに沿って下流へ流れていく。この縦渦Ｅ６によって周囲に発生している剥離渦を拡散して剥離を抑制し、広帯域騒音を低減できる。
【００７９】
また、図２３に基づいて説明したように、回転軸に垂直な断面において、突起部１６は、回転中心Ｏを中心とし、翼外周側先端部１３ａに接する翼外周円Ｄより突出することなく、翼外周円Ｄの内側に収まるような形状とした。このため、突起部１６が羽根車８ａの回転による軌跡から外側に突出しないので、突起部１６が羽根車８ａの外部の流れを乱すのを防止できる。ここで、翼外周側傾斜面１６ａが、翼外周円Ｄの円周とほぼ一致するように形成すれば、吸込領域Ｃ１において流れ込む気流に対し、スムーズに縦渦Ｅ５を発生することができる。
【００８０】
さらに、突起部１６の回転方向ＲＯの長さは、回転軸方向ＡＸの長さよりも長い形状である。このため、羽根車吸込領域Ｃ１及び吹出領域Ｃ２共に、翼負圧面１３ｄでの流れが、隣り合う突起部１６によって回転方向ＲＯに流れるように強制される。即ち突起部１６によって流れが整流されて安定する。
【００８１】
また、本実施の形態ではリング８ｂ間の羽根車回転軸方向で、中央位置に１つの突起部１６を配置すると共に、この中央に線対称になるように２つの突起部１６を配置した。このように羽根車単体８ｄで、突起部１６を線対称に配置すると、流れの対称性が図れるので、流れが安定する。その結果、貫流ファン８で流れが安定し、フィルタ５に通風抵抗が付加されても安定して送風できる。
【００８２】
また、側面１６ｃは突起部１６の内側に傾斜する先細り形状の傾斜面とし、両側面１６ｃ間の傾斜角度θ２を例えば１０°≦θ２≦９０°とした。即ち、１つの側面１６ｃで、翼負圧面１３ｄに垂直な面からの角度はθ２／２であり、５°〜４５°程度とした。この角度をあまり小さくすると側面１６ｃが垂直に近い立ち上がりとなって、翼外周側傾斜面１６ａや翼内周側傾斜面１６ｂで生成した縦渦Ｅ５、Ｅ６を滑らかに下流へ流すことができなくなる。また、この角度をあまり大きくすると突起部１６の高さが低くなって、翼外周側傾斜面１６ａや翼内周側傾斜面１６ｂで縦渦Ｅ５、Ｅ６を十分に生成することができず、剥離を十分に抑制できなくなる。
【００８３】
また、突起部１６の角部１６ｅを丸く曲面で形成したので、気流が滑らかに流れると共に、清潔に保つことができ清掃時の安全性も確保できる。例えば翼８ｃを雑巾等の布で羽根車回転軸方向ＡＸに拭く時、側面１６ｃから丸みを帯びた上面１６ｄと通過して側面１６ｃへ滑らかに布を滑らせることができ、翼負圧面１３ｄの付け根付近も掃除できる。さらに、角部１６ｅが尖っていないので、引っ掛かってケガをしたりする心配がなく、安全である。
【００８４】
なお、突起部１６の形状は、この実施の形態に限るものではない。例えば、上面１６ｄは平らでなく略球面の一部のように丸い形状でもよい。また、翼外周側傾斜面１６ａ、翼内周側傾斜面１６ｂ、２つの側面１６ｃもそれぞれ平面に限るものではなく、丸みを帯びた傾斜面でもよく、また多少角部を有する傾斜面で構成されていてもよい。例えば、底面形状が回転方向ＲＯに長い楕円である円錐形状や、回転方向ＲＯに沿った２つの側面１６ｃが半円形状で翼外周側傾斜面１６ａと翼内周側傾斜面１６ｂとで側面１６ｃを接続する面を構成するような、円柱を縦に切断した形状などでもよい。
【００８５】
また、図２３の翼断面図で、突起部１６は、直線Ｌｓよりも翼負圧面１３ｄ側で翼外周円Ｄよりも翼負圧面１３ｄ側に収まるように構成すればよく、回転方向ＲＯの長さがもっと長くてもよい。また、回転軸方向ＡＸの長さがもっと短くてもよい。ただし、側面１６ｃと翼負圧面１３ｄに垂直な面との角度がある程度、例えば５°以上の角度で構成すれば、縦渦Ｅ５、Ｅ６を発生させることができ、上記と同様の効果を奏する。また、突起部１６の数は本実施の形態に限定されるものではなく、回転軸方向ＡＸに２個または４個以上であってもよい。
【００８６】
また、突起部１６は、翼８ｃを射出成形するときに一体として製造してもよいし、別に成形した突起部１６を翼８ｃに固着して製造してもよい。
【００８７】
以上のように、本実施の形態によれば、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、支持板８ｂの中心を通り回転軸となるシャフト１２ａと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸び、回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼８ｃと、翼８ｃの回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄの翼外周側端部に回転軸方向ＡＸに複数設けた翼負圧面１３ｄから突出する突起部１６と、を備え、突起部１６は、翼外周側端部側から翼内周側端部側へ向かって高さが増加する翼外周側傾斜面１６ａと、翼内周側端部側から翼外周端部側へ向かって高さが増加する翼内周側傾斜面１６ｂを有すると共に、回転軸に垂直な断面で回転中心Ｏを中心として翼外周側端部の先端１３ａを通る翼外周円Ｄの内側に設けられ、さらに断面で翼外周側端部の先端１３ａと翼内周側端部の先端１３ｂを結ぶ翼弦線Ｌと平行で翼負圧面１３ｄに接する直線Ｌｓよりも翼負圧面１３ｄ側に設けたことにより、回転音及び広帯域騒音を低減できる貫流ファンが得られる。
【００８８】
さらに、突起部１６によって気流の流れを整流することもでき、フィルタの目詰まりなどによって通風抵抗が大きくなっても送風効率の低減を抑制できる。
【００８９】
また、突起部１６の回転方向ＲＯに沿った側面１６ｃは、翼負圧面１３ｄから離れるにつれて突起部１６の内側に傾く傾斜面で構成されたことにより、縦渦を発生させることができ、回転音及び広帯域騒音を低減できる貫流ファンが得られる。
【００９０】
また、突起部１６の角部１６ｅを丸く構成したことにより、突起部１６の凹凸面の角部は滑りやすくなるのでホコリが引っかかりにくくなり、貫流ファンを清潔に保つことができる。また、安全に掃除がしやすく衛生面が保てる貫流ファンを得ることができる。
【００９１】
実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５に係る貫流ファンについて、図に基づいて説明する。図２５は本実施の形態に係る羽根車８ａの１枚の翼８ｃを拡大して示す斜視図である。また、図２６はこの羽根車８ａを空気調和機に搭載した場合で、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図であり、図２７は翼８ｃが吹出領域Ｃ２に位置する際の翼負圧面１３ｄの一部を拡大して示す説明図である。また、図２８は図２６のＴ−Ｔ線における断面図、図２９は図２６のＳ−Ｓ線における断面図を示す。なお、本実施の形態における主な構成については、実施の形態１〜実施の形態４と同様であり、同一符号は同一、又は相当部分を示し、ここでは説明を省略する。
【００９２】
図に示すように、羽根車の回転方向ＲＯに対して後面となる翼負圧面１３ｄにおいて、翼８ｃの翼外周側端部に、翼負圧面１３ｄから突出し、回転方向ＲＯの長さが回転軸方向ＡＸの長さよりも長い底面形状を有する突起部１６を設けた。１つの羽根車単体８ｄで回転軸方向ＡＸに複数、例えば３個の突起部１６を所定間隔Ｇ１で配置する。この突起部１６の構成は実施の形態４と同様である。
さらに、突起部１６の近傍には溝部１４を有する。この溝部１４は、実施の形態２における溝部１４と同様の構成であるが、翼外周側先端部１３ａ側に突起部１６が形成されているので、実施の形態２の構成よりも翼弦中央部１３ｅの方にずれた位置に設けている。翼負圧面１３ｄに設けた溝部１４は、突起部１６と所定の間隔をあけて配置され、突起部１６の少なくとも翼内周側傾斜面１６ｂの一部を囲むように略Ｕ字状に設ける。そして、突起部１６を設けた側を凹部とする。
【００９３】
以下、略Ｕ字状の溝部１４について詳しく説明する。溝部１４は、溝内端部１４ａと溝側部１４ｂを有する略Ｕ字状である。溝側部１４ｂは回転軸方向ＡＸに対して角度を有し、翼外周側端部の先端１３ａ側に伸びる段差を形成しており、２つの対向する溝側部１４ｂは、翼内周側先端部１３ｂ側から翼外周側先端部１３ａ側へ向かって回転軸方向ＡＸの距離である幅Ａ１が徐々に大きくなる構成である。溝側部１４ｂの傾きは、図に示すように、羽根車回転軸に直交する平面に対して所定角度θ３である。この角度θ３は、実施の形態２における角度θ１と同程度、または突起部１６を設けているので角度θ１よりも若干広く形成する。
【００９４】
また、溝内端部１４ａは、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂに対向し、回転軸方向ＡＸに伸びる段差である。溝内端部１４ａの段差の両端に溝側部１４ｂが接続される。また、隣り合う突起部１６の間には、回転軸方向ＡＸに伸びる溝部接続段差１４ｄを形成し、隣り合う溝部１４は溝部接続段差１４ｄで接続されている。翼部接続段差１４ｄは、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂが翼負圧面１３ｄに交わる位置よりも翼外周側先端部１３ａ側に位置する。即ち、翼内周側傾斜面１６ｂの翼負圧面１３ｄ上の立ち上がり部分は、溝内端部１４ａと溝側部１４ｂで囲まれている。本実施の形態では、すべての突起部１６の少なくとも翼内周側傾斜面１６ｂの一部が溝部１４で囲まれており、溝部１４の幅Ａ１方向の中心線上に突起部１６を配置する。
また、図２８に示すように、突起部１６の回転方向ＲＯに沿った２つの側面１６ｃは、翼負圧面１３ｄから離れるにつれて突起部１６の内側に傾く先細り形状の傾斜面であり、その傾斜角をθ２とし、かつ突起部１６の角部１６ｅは丸い曲面で形成されている。
【００９５】
このように形成された貫流ファン８の羽根車８ａにおいて、図２６に示すように、翼８ｃが吸込領域Ｃ１に位置する場合、気流Ｅ０は翼外周側先端部１３ａから翼内周側先端部１３ｂに流れ、回転方向ＲＯと逆の方向になる。このため、実施の形態４で述べたように、突起部１６の側面１６ｃに沿って縦渦Ｅ５が生成されて側面１６ｃに沿って下流へ流れていく。このとき周囲空気が縦渦Ｅ５に誘引され、気流が翼負圧面１３ｄから剥離しようとするのを抑制するので、回転音を低減できる。
【００９６】
さらに、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂの近傍には溝側部１４ｂが形成されている。実施の形態２と同様、溝側部１４ｂの段差で渦流れＥ２が生成され周囲空気が誘引されることで、剥離が抑制される。また、向かい合う溝側部１４ｂの段差は翼弦中央部１３ｅ側へ向かうにつれて溝幅Ａ１が小さく狭まり、翼内周側傾斜面１６ｂを囲むような形状である。これによって、翼内周側傾斜面１６ｂの後流渦の発生を抑制して乱れ流れをさらに抑制し、側面１６ｃに沿って発生する縦渦Ｅ５を有効に作用させることができる。即ち、縦渦Ｅ５による周囲空気の誘引効果がさらに得られ、広帯域騒音を大幅に低減できる。
【００９７】
一方、図２７に示すように、翼８ｃが吹出領域Ｃ２に位置する際、気流は翼内周側先端部１３ｂから翼外周側先端部１３ａに流れ、回転方向ＲＯと同方向となる。この時、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂは翼弦中央部１３ｅの下流側に位置し、翼弦中央部１３ｅ側から翼外周側先端部１３ａ側へ向かって、徐々に翼負圧面１３ｄからの突起部１６の高さが増加する傾斜面である。このため、翼弦中央部１３ｅから流れてきた境界層の発達しだす流れは、翼内周側傾斜面１６ｂに乗りあがりながら下流側に流れようとし、側面１６ｃに沿う縦渦Ｅ６が生成されて側面１６ｃに沿って下流へ流れていく。この縦渦Ｅ６によって周囲に発生している剥離渦を拡散して剥離を抑制することで、広帯域騒音を低減できる。
【００９８】
さらに、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂの近傍には角度θ３で向かい合う溝側部１４ｂが形成されている。このため、翼弦中央部１３ｅから溝内端部１４ａへの流れＥ３及び溝側部１４ｂへの流れＥ４は、溝部１４が上流の翼弦中央部１３ｅより凹形状となることで負圧となり誘引されることで剥離が抑制される。さらに、突起部１６の翼外周側傾斜面１６ａの後流渦を抑制して乱れ流れをさらに抑制し、側面１６ｃに沿って流れる縦渦Ｅ６を有効に作用させることができる。即ち、縦渦Ｅ６によって剥離を拡散する効果がさらに得られるため、さらに広帯域騒音を低減できる。
【００９９】
また、図２８に示すように突起部１６の側面１６ｃが構成されており、側面１６ｃが翼負圧面１３ｄに対して垂直ではないので、翼８ｃを雑巾等の布で回転軸方向ＡＸに拭く時、側面１６ｃの翼負圧面１３ｄと交わる付け根付近も掃除できるので、清潔に保つことができる。さらに、角部１６ｅを丸い形状としたので、布が角部１６ｅにひっかかることもなく、また指を怪我することもなく安全である。
【０１００】
以下、突起部１６の２つの向かい合う側面１６ｃのなす角θ２について説明する。図２８に示した突起部１６の側面１６ｃのなす角度θ２と騒音値の関係を図３０に示す。これは、空気調和機において図２６のように翼外周側先端部１３ａに突起部１６及び溝部１４を設け、側面１６ｃのなす角度θ２を変化させて、吹出口３近傍の室内で騒音値を計測したものである。図３０において、横軸は側面１６ｃのなす角度θ２（°）であり、縦軸は騒音低減値｛ｄＢ（Ａ）｝を示す。θ１＝０°とは突起部１６を設けていない構成であり、これを基準の騒音値とし、この騒音値からの低減値をグラフ化している。
【０１０１】
側面角度θ２が２０°程度のときに最も騒音低減値が大きくなり、側面角度θ２が１０°より小さい構成及び３０°よりも大きい構成の時にはそれほど騒音が低減されていない。側面角度θ２が１０°より小さいと、側面１６ｃが翼負圧面１３ｄから垂直に近い角度で立ち上がることになる。この構成では、縦渦Ｅ５、Ｅ６がうまく生成されず、突起部１６の高さ方向に回転軸をもつ横渦が強くなる。このため、突起部１６の後流が大きく発生することで騒音悪化してしまう。即ち、角度θ２が１０°以上であると、縦渦Ｅ５、Ｅ６がうまく生成され、縦渦Ｅ５、Ｅ６によって気流が剥離するのを防止でき、騒音を小さくすることができる。また、上記で記載したが、側面角度θ２を１０°以上として、側面１６ｃの翼負圧面１３ｄからの立ち上がりをなだらかにすれば、掃除がしやすく、立ち上がり部を清潔に保つことができる。
【０１０２】
一方、側面角度θ２が１０°よりも大きくなるにつれて、側面１６ｃが翼負圧面１３ｄから立ち上がる角度がゆるやかになる。この場合には、側面１６ｃに流れる気流は溝側部１４ｂにおける渦流れＥ２と同様となる。即ち、突起部１６によって縦渦Ｅ５、Ｅ６がうまく生成されないので、低騒音効果が小さい。このため、側面角度θ２を３０°以下とすると、側面１６ｃに縦渦Ｅ５、Ｅ６がうまく生成され、縦渦Ｅ５、Ｅ６によって気流が剥離するのを防止でき、騒音を低減できる。
【０１０３】
以上のことから、図２８に示した構成では、図３０に示されるように、１０°≦側面角度θ２で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。さらには側面角度θ２≦３０°で構成するのが好ましく、広帯域騒音を低減でき、静粛な貫流ファンが得られる。
【０１０４】
本実施の形態では、突起部１６及び溝部１４を形成するで両効果がさらに拡大し、貫流ファンから発生する回転音および広帯域騒音をさら低減でき、掃除しやすく、聴感の良く静粛で、衛生面が保てる貫流ファンを得ることができる。
【０１０５】
なお、上記の構成では、突起部１６を囲む溝部１４を略Ｕ字形状としたが、突起部１６と所定の間隔をあけて、突起部１６の少なくとも翼内周側傾斜面１６ｂの一部を囲むように構成されていればよい。例えば略Ｖ字形状や略コの字形状や円弧形状などの形状で溝部１４を構成しても、上記と同様の効果を奏する。
また、図２５で示した構成では、すべての突起部１６が溝部１４に囲まれた構成であるが、これに限るものではない。すべての突起部１６が溝部１４に囲まれていなくてもよく、例えば３つの突起部１６を設けた場合、両端の２つの突起部１６は溝部１４で囲まれるような溝部の形状でもよい。また、逆に、すべての溝部１４の溝内端部１４ａの翼外周先端部１３ａ側に突起部１６が形成されていなくてもよい。
【０１０６】
図２５では、隣り合う突起部１６の間における溝部接続段差１４ｄを回転軸方向ＡＸに平行な段差で構成したが、これに限るものではない。溝部接続段差１４ｄの部分を、溝部１４の溝側部１４ｂ及び溝内端部１４ａと同様の形状とした構成例を図３１に示す。即ち、翼負圧面１３ｄにおいて、溝内端部１４ａと、溝内端部１４ａの両端に接続され向かい合う溝側部１４ｂとで構成される溝部１４と同様、溝内端部１７ａと、溝内端部１７ａの両端に接続され向かい合う溝側部１７ｂとで構成される溝部１７を溝部１４の隣に配置する。
【０１０７】
この構成では、図２６及び図２７で示したものと同様の効果が得られることに加え、溝側部１７ｂによる効果が得られる。即ち、羽根車８ａの吸込領域Ｃ１では図１０における溝側部１４ｂと同様の構成となって、渦流れＥ２が生成され翼負圧面１３ｄでの剥離を防止できる。一方、吹出領域Ｃ２でも図１２における溝側部１４ｂと同様、負圧生成によって剥離を抑制ができ、図２５の構成と比較して、さらに騒音低減が可能である。
【０１０８】
また、溝部接続段差１４ｄを回転軸方向ＡＸに平行に構成する代わりに、溝部接続段差１４ｄの少なくとも一部で回転軸方向ＡＸに対して傾斜した段部を有する構成でもよい。この場合には実施の形態１で示したように、斜めの段差となる溝部接続段差１４ｄによって、吸込領域Ｃ１では剥離渦の発生位相を変化させることができ、吹出領域Ｃ２では流れの離脱する位相を変化させることができるので、騒音を低減できる。
【０１０９】
また、本実施の形態では翼外周側端部に溝部１４と突起部１６とを設けた構成について記載したが、さらに実施の形態４で示した切欠部１５を設けてもよい。翼外周側先端部１３ａと翼内周側先端部１３ｂの少なくとも一方の翼先端部に切欠部１５を設けると、溝部１４や突起部１６の騒音低減効果に加え、さらに翼先端部付近の翼負圧面１３ｄ上の乱れを低減でき、低騒音化できる。ここで、突起部１６の場合には翼外周側端部に設けるのが効果的であり、溝部１４及び切欠部１５の場合には翼外周側端部及び翼内周側端部のどちらか一方または両方に設けても騒音低減効果を期待できる。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態によれば、翼負圧面１３ｄに突起部１６と所定の間隔をあけて配置され、突起部１６の少なくとも翼内周側傾斜面１６ｂの一部を囲むように略Ｕ字状に設けられ、突起部１６側を凹部とする溝部１４を有することにより、突起部１６で発生した縦渦を有効に作用させて、広帯域騒音を低減できる貫流ファンが得られる。
【０１１１】
また、溝部１４は、突起部１６の翼内周側傾斜面１６ｂに対向し回転軸方向ＡＸに伸びる溝内端部１４ａの段差と、溝内端部１４ａの段差の両端に接続しそれぞれ回転軸方向ＡＸに対して角度を有して翼外周側端部の先端１３ａ側に伸びる溝側部１４ｂの段差を有することにより、溝内端部１４ａと溝側部１４ｂによって、突起部１６で発生した縦渦を有効に作用させて、広帯域騒音を低減できる貫流ファンが得られる。
【０１１２】
また、回転軸方向ＡＸで翼負圧面１３ｄに垂直な突起部１６の断面で、向かい合う側面１６ｃのなす角度をθ２とし、１０≦θ２≦３０°となるように構成したことにより、側面１６ｃで縦渦を強く生成でき、突起部１６の後流が大きく発生するのを抑制でき、低騒音な貫流ファンが得られる。
【０１１３】
実施の形態１〜実施の形態３及び実施の形態５において、翼８ｃの翼負圧面１３ｄに段差１１や溝部１４を形成しているため、回転軸に垂直な断面における翼８ｃの肉厚を見ると、段差１１や溝部１４が設けられていない部分の肉厚よりも小さくなる。ここで、翼８ｃの全体の肉厚は図１１に示すように翼外周側先端部１３ａの肉厚が最も小さく、翼弦中央部１３ｅ側に向かって肉厚が厚くなるように構成する。そこで、翼外周側先端部１３ａの肉厚が最も小さくなるように、翼負圧面１３ｄに段差１１や溝部１４を形成するのが好ましい。即ち、翼外周側先端部１３ａよりも肉厚の厚くなった部分に、段差１１や溝部１４を形成し、その凹部側の肉厚が翼外周側先端部１３ａの肉厚以上になるようにすればよい。このように構成することで、成形時の樹脂の湯周りを阻害することなく、低騒音な貫流ファンが得られる。
【０１１４】
実施の形態１〜実施の形態５のいずれの実施の形態においても、通常、例えば空気調和機に搭載される貫流ファン８の羽根車８ａの翼８ｃや支持板であるリング８ｂは、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂で射出成形される。即ち成形型にガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂を注入して固めた後に成形型から取り出す。この成形時に注入する樹脂と成形型との接触面において、成形物である翼８ｃやリング８ｂの表面に微小な凹部ができてしまう。室内空気に含まれるホコリや塵は吸入口２から吸い込まれてフィルタ５に引っ掛かって除去される。ところが、フィルタ５を通過してしまったホコリや塵は、熱交換器７で空気調和されて貫流ファン８に入り、翼８ｃやリング８ｂの表面に流れていく。この時、翼８ｃやリング８ｂの表面に微小な凹部があると、凹部にホコリや塵が付着して、カビの発生や悪臭の原因となる。そこで、羽根車８ａやリング８ｂの表面を例えばシリコンやフッ素素材などのホコリ付着防止材による保護膜で覆う。このホコリ付着防止材による保護膜は、例えば表面の微小な凹部を覆うことで、翼８ｃやリング８ｂの表面にできている微小な凹部を円滑にし、表面を均一化してホコリが付着しにくい表面とする。ホコリ付着防止材による保護膜は、ホコリ付着防止材を、例えば塗布や散布すればよい。
【０１１５】
この保護層は翼８ｃとリング８ｂ共に、その全体を覆うように形成されていてのよいし、どちらか一方に保護層を設ける構成でもよいし、その一部のホコリが付きやすい部分のみを保護層で覆うように構成してよい。
【０１１６】
ただし、ホコリが付着しやすい翼８ｃ表面の段差、切欠部、突起部などの凹凸面の角部は滑りやすくなるので、ホコリが引っかかるのを防止できる効果は大きい。即ち、羽根車８ａの翼８ｃやリング８ｂ表面にできている微小な凹部をなくし円滑にし、フィルタ５で取り切れない微小なホコリの付着やニオイの吸着やカビの発生やニオイ放出を抑制できる。特にホコリが付着しやすい翼８ｃ表面の段差１１や切欠部１５、突起部１６などの凹凸面の角部は滑りやすくなるのでホコリが引っかからず効果が大きい。その結果、羽根車８ａの内部側である翼内周側先端部１３ｂや翼圧力面１３ｄ側も清潔に保て、衛生的な貫流ファンを得ることができる。
【０１１７】
このように、所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板８ｂと、両端が支持板８ｂの外周部に固定され回転軸方向ＡＸに伸びる複数の翼８ｃと、を有する羽根車単体８ｄを回転軸方向ＡＸに複数有する貫流ファン８であって、支持板８ｂと翼８ｃは、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂材と、熱可塑性樹脂材を覆うホコリ付着防止材で構成したことにより、羽根車８の内部側を綺麗に保つことができ、衛生的な貫流ファンを得ることができる。さらにこの貫流ファンを搭載して、衛生的な空気調和機を得ることができる。
【０１１８】
なお、実施の形態３及び実施の形態４ではすでに述べたが、他の実施の形態における突起部１６を有する場合の他に、他の実施の形態で示した溝部１４、溝部１４と切欠部１５を有する場合も、リング間８ｂ間の羽根車軸方向で中点位置に対称に形成されれば、同様の効果が得られる。即ち、羽根車単体８ｄにおける流れの対称性が図れ流れが安定する。その結果、貫流ファン８で流れが安定し、フィルタ５に通風抵抗が付加されても安定して送風できる。
【０１１９】
このように、翼８ｃの回転軸方向ＡＸにおける中央部を通り回転軸方向ＡＸに垂直な中心線に対して略線対称となるように、翼８ｃの段差１１や溝部１４や切欠部１５や突起部１６を構成したことで、羽根車単体８ｄにおける流れの対称性が図れ流れが安定する。その結果、貫流ファン８全体で流れが安定し、フィルタに通風抵抗が付加されても安定し送風できる。よって、安定した送風可能な貫流ファンが得られる。
【０１２０】
また、実施の形態３で述べた切欠部１５を実施の形態４及び実施の形態５に示した構成の翼８ｃに設けてもよい。翼８ｃの翼内周側端部と翼外周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端１３ａ、１３ｂから翼８ｃの内側に向かって切り欠いた切欠部１５を回転軸方向ＡＸに複数設けることで、それぞれの構成における効果に加え、回転音をさらに低減できる。この切欠部１５の形状はＶ字状の略三角形に限るものではなく、Ｕ字状やコの字状でもよい。
【０１２１】
また、切欠部１５の先端の切欠部角部１５ａを丸くすれば、掃除がしやすく安全な貫流ファンが得られる。即ち、羽根車８ａにホコリが付着し、雑巾等で羽根車の翼外周側先端部を直接拭く時、回転軸方向ＡＸへ拭いても雑巾が切れるなど指がケガをするようなことがなく、安全を確保した品質のよい貫流ファンが得られる。
【０１２２】
実施の形態１〜実施の形態５で示したいずれかの貫流ファン８と、貫流ファン８で形成される吸込側流路Ｃ１に配設され、吸い込んだ空気と熱交換する熱交換器７と、を備えたことにより、騒音を低減できる空気調和機を得ることができる。即ち、貫流ファン８の羽根車８ａの翼端部の翼負圧面１３ｄ側に、突起部１６や溝部１４や段差１１を形成することで、聴感が良く静粛な空気調和機を得ることができる。さらに、翼先端部に切欠部１５を設けることで、聴感が良く静粛な空気調和機を得ることができる。また、ガラス繊維を含有した熱可塑性樹脂を覆うホコリ付着防止材を備えた貫流ファン８を用いて、ホコリが付着しにくく衛生的な空気調和機を得ることができる。
【０１２３】
また、実施の形態１〜実施の形態５では、貫流ファン８を例えば空気調和機に搭載した構成例について説明したが、これに限るものではない。例えば、エアーカーテンなど他の装置に搭載される貫流ファンに適用することもできる。騒音を低減化できる貫流ファンを用いることで、これを搭載した装置の騒音を低減できる効果がある。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 空気調和機本体
２ 吸込口
３ 吹出口
７ 熱交換器
８ 貫流ファン
８ａ 羽根車
８ｂ 支持板
８ｃ 翼
８ｄ 羽根車単体
８ｆ ファンシャフト
９ スタビライザー
１０ ガイドウォール
１１ 段差
１１ａ 段差前縁部
１１ｂ 段差後縁部
１２ モータ
１２ａ モータシャフト
１３ａ 翼外周側先端部
１３ｂ 翼内周側先端部
１３ｃ 翼圧力面
１３ｄ 翼負圧面
１３ｅ 翼弦中央部
１４ 溝部
１４ａ 溝内端部
１４ｂ 溝側部
１４ｄ 溝部接続段差
１５ 切欠部
１５ａ 切欠部角部
１５ｂ 切欠部側部
１６ 突起部
１６ａ 翼外周側傾斜面
１６ｂ 翼内周側傾斜面
１６ｃ 側面
１６ｅ 角部
１７ 溝部
１７ａ 溝内端部
１７ｂ 溝側部
ＡＸ 回転軸方向
Ｌ 翼弦線
Ｌ１ 翼弦線Ｌの長さ
Ｌｓ 翼弦線Ｌに平行で翼負圧面に接する直線
ＲＯ 回転方向
Ｏ 回転中心
Ｃ１ 吸込領域
Ｃ２ 吹出領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、前記支持板の中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が前記支持板の外周部に固定され前記回転軸方向に伸び、前記回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼と、前記翼の回転方向に対して後面となる翼負圧面の前記翼外周側端部及び前記翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端側を底辺とする略三角形状または前記端部の先端側を下底とする略台形形状の凹部で構成して凹側が向かい合う段差を有する複数の溝部と、を備えたことを特徴とする貫流ファン。
【請求項２】
前記向かい合う段差が成す角度θ１を１０°以上とし、前記向かい合う段差の段差間距離を前記端部の先端側で広くしたことを特徴とする請求項１に記載の貫流ファン。
【請求項３】
前記向かい合う段差が成す角度θ１を４５°以下としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貫流ファン。
【請求項４】
前記翼の回転軸に垂直な断面で、前記翼外周側端部の先端と前記翼内周側端部の先端を結ぶ直線を翼弦線とし、前記溝部の内部で前記溝部の周囲との段差が最も大きくなる部分を溝部最深部Ａ２とし、前記溝部最深部Ａ２を通り前記翼弦線に垂直な直線との交点を翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌとし、前記溝部が形成される前記端部の円弧状の先端の円弧中心から前記翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌまでの距離を溝最深部翼弦距離Ｆ１とし、前記翼弦線の長さを翼弦長Ｌ１とし、前記最深部翼弦距離Ｆ１と前記翼弦長Ｌ１の比を０．１≦Ｆ１／Ｌ１≦０．３となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の貫流ファン。
【請求項５】
前記回転軸方向の前記翼の長さを翼長Ｂとし、複数の前記溝部を前記回転軸方向に略等間隔で配置し、隣り合う溝部の中線間の距離を溝間隔Ｆ２とし、前記溝間隔Ｆ２と前記翼長Ｂの比を０．１≦Ｆ２／Ｂ≦０．３となるように構成したことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の貫流ファン。
【請求項６】
前記翼の前記翼内周側端部と前記翼外周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端から前記翼の内側に向かって切り欠いた切欠部を前記回転軸方向に複数有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の貫流ファン。
【請求項７】
前記切欠部の前記先端の角部を丸くしたことを特徴とする請求項６に記載の貫流ファン。
【請求項８】
前記翼の前記回転軸方向における中央部を通り前記回転軸方向に垂直な中心線に対して略線対称となるように、前記翼を構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の貫流ファン。
【請求項９】
前記支持板と前記翼は、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂材と、前記熱可塑性樹脂材を覆うホコリ付着防止材で構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の貫流ファン。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の少なくともいずれか１項に記載の貫流ファンと、前記貫流ファンで形成される吸込側流路に配設され、吸い込んだ空気と熱交換する熱交換器と、を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項１】
所定の間隔をあけて配置される少なくとも２つの円板状の支持板と、前記支持板の中心を通り回転軸となるシャフトと、両端が前記支持板の外周部に固定され前記回転軸方向に伸び、前記回転軸に垂直な断面で翼外周側端部と翼内周側端部との間で円弧状である複数の翼と、前記翼の回転方向に対して後面となる翼負圧面の前記翼外周側端部及び前記翼内周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端側を底辺とする略三角形状または前記端部の先端側を下底とする略台形形状の凹部で構成して凹側が向かい合う段差を有する複数の溝部と、を備えたことを特徴とする貫流ファン。
【請求項２】
前記向かい合う段差が成す角度θ１を１０°以上とし、前記向かい合う段差の段差間距離を前記端部の先端側で広くしたことを特徴とする請求項１に記載の貫流ファン。
【請求項３】
前記向かい合う段差が成す角度θ１を４５°以下としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貫流ファン。
【請求項４】
前記翼の回転軸に垂直な断面で、前記翼外周側端部の先端と前記翼内周側端部の先端を結ぶ直線を翼弦線とし、前記溝部の内部で前記溝部の周囲との段差が最も大きくなる部分を溝部最深部Ａ２とし、前記溝部最深部Ａ２を通り前記翼弦線に垂直な直線との交点を翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌとし、前記溝部が形成される前記端部の円弧状の先端の円弧中心から前記翼弦線溝部最深点Ａ２Ｌまでの距離を溝最深部翼弦距離Ｆ１とし、前記翼弦線の長さを翼弦長Ｌ１とし、前記最深部翼弦距離Ｆ１と前記翼弦長Ｌ１の比を０．１≦Ｆ１／Ｌ１≦０．３となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の貫流ファン。
【請求項５】
前記回転軸方向の前記翼の長さを翼長Ｂとし、複数の前記溝部を前記回転軸方向に略等間隔で配置し、隣り合う溝部の中線間の距離を溝間隔Ｆ２とし、前記溝間隔Ｆ２と前記翼長Ｂの比を０．１≦Ｆ２／Ｂ≦０．３となるように構成したことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の貫流ファン。
【請求項６】
前記翼の前記翼内周側端部と前記翼外周側端部の少なくとも一方の端部に設けられ、前記端部の先端から前記翼の内側に向かって切り欠いた切欠部を前記回転軸方向に複数有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の貫流ファン。
【請求項７】
前記切欠部の前記先端の角部を丸くしたことを特徴とする請求項６に記載の貫流ファン。
【請求項８】
前記翼の前記回転軸方向における中央部を通り前記回転軸方向に垂直な中心線に対して略線対称となるように、前記翼を構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の貫流ファン。
【請求項９】
前記支持板と前記翼は、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂材と、前記熱可塑性樹脂材を覆うホコリ付着防止材で構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の貫流ファン。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の少なくともいずれか１項に記載の貫流ファンと、前記貫流ファンで形成される吸込側流路に配設され、吸い込んだ空気と熱交換する熱交換器と、を備えたことを特徴とする空気調和機。
【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】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【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】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１１−１９６３８６（Ｐ２０１１−１９６３８６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３５５７（Ｐ２０１１−１１３５５７）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【分割の表示】特願２００７−３１０７７３（Ｐ２００７−３１０７７３）の分割
【原出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【分割の表示】特願２００７−３１０７７３（Ｐ２００７−３１０７７３）の分割
【原出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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