JP2012207612A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】ハブ部に設けられたリブと回転軸部の接続部への応力集中を減少させ、応力による破損を著しく改善することができる軸流ファンを提供する。
【解決手段】本発明のプロペラファン１０は、中心に回転軸部１１を備えたハブ部１２と、該ハブ部１２の外周に設けられた複数枚の前進翼２０とを備えたものであって、回転軸部１１からハブ部１２の内周に渡って延在する複数のリブ１３を備え、回転によりリブ１３に加わる応力の方向（矢印Ｅ）に、当該リブ１３の延在方向（矢印Ｄ）を近づけた。
【選択図】図３

Description

本発明は回転軸部を備えたハブ部と、このハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えた軸流ファンに関するものである。

空気調和装置の室外機、換気扇及び扇風機などには、空気を軸方向から吸い込んで軸方向に送風する軸流ファンが採用されている。軸流ファンは、回転軸部を備えたハブ部と、ハブ部の外周に配置された複数枚の前進翼を備え、この翼が三次元の曲面形状とされている（例えば、特許文献１参照）。

このような軸流ファンは、例えば０〜１０００ｒｐｍの範囲などで回転数制御が行われている。高速回転によって、回転中心のハブ部と翼の接合部分に部分的な応力が集中してしまうと、係る部分の強度が弱くなってしまう。そこで、軸流ファンの全体的な剛性向上を図るべく、回転軸部からハブ部の内周に渡って放射状にリブが形成されている。

図７は翼やハブ部に加わる応力を説明する軸流ファン（プロペラファン）１００の負圧面側から見た部分拡大図である。プロペラファン１００は、回転軸部１０１を備えたハブ部１０２と、このハブ部１０２の外周に所定の間隔で配置され、接続部１０３において接続された複数枚の同一形状の前進翼１０５とを有して構成される。これらのハブ部１０２及び各前進翼１０５は、例えば一体に樹脂成形される。

そして、ハブ部１０２内には、回転軸部１０１からハブ部１０２の内周に渡って放射状にリブ１０６が形成されている。この場合、各リブ１０６は各翼１０５の略中心に向けて延在するリブ１０６Ａと、このリブ１０６Ａ間中央に向けて延在するリブ１０６Ｂ・・から成る。

矢印Ｎ方向の回転により、その翼前縁１０７側から翼後縁１０８側へ向かい空気（外気）を流動させ、この空気を全体として、プロペラファン１００の裏側から表側方向に送風する。

実開平５−６９４００号公報

上記前進翼１０５は、翼前縁１０７が翼後縁１０８よりも負圧面１１０Ｆ側に位置しているので、回転すると遠心力により翼前縁１０７には正圧面側に捩る力が、翼後縁１０８には負圧面１１０Ｆ側に捩る力が加わる。この際、ハブ部１０２内のリブ１０６は回転軸部１０１から放射状にハブ部１０２内周に渡って延在していたため、前進翼１０５に加わる捩り力により、各リブ１０６には当該リブ１０６の延在方向と略直交する方向に当該リブを引き倒すような応力が加わる。そのため、リブ１０６、特に、各翼１０５の略中心に向けて延在するリブ１０６Ａと、回転軸部１０１との接続部分１０９に応力が集中し（大きな応力線をＴ１にて示す）、破損する虞がある。

本発明は、従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、ハブ部に設けられたリブと回転軸部の接続部への応力集中を減少させ、応力による破損を著しく改善することができる軸流ファンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の軸流ファンは、中心に回転軸部を備えたハブ部と、該ハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えたものであって、回転軸部からハブ部の内周に渡って延在する複数のリブを備え、回転によりリブに加わる応力の方向に、当該リブの延在方向を近づけたことを特徴とする。

請求項２の発明の軸流ファンは、中心に回転軸部を備えたハブ部と、該ハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えたものであって、回転軸部からハブ部の内周に渡って延在する複数のリブを備え、回転によりリブに加わる応力の方向と、リブの延在方向とが成す角度を直角より小さくしたことを特徴とする。

請求項３の発明の軸流ファンは、中心に回転軸部を備えたハブ部と、該ハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えたものであって、回転軸部とハブ部の内周間に渡って設けられた複数のリブを備え、リブの中心線は、回転軸部の中心と当該中心の反回転方向側の外周間を通過することを特徴とする。

請求項４の発明の軸流ファンは、中心に回転軸部を備えたハブ部と、該ハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えたものであって、回転軸部とハブ部の内周間に渡って設けられた複数のリブを備え、該リブとハブ部との接続位置はそのままで、リブと回転軸部との接続位置を反回転方向に移動したことを特徴とする。

請求項５の発明は、上記各発明において、リブを、当該リブの回転方向側に中心が位置する円弧形状としたことを特徴とする。

請求項６の発明は、上記各発明において、各リブ間に渡る補助リブを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、回転によって回転軸部とハブ部の内周間に渡って設けられた複数のリブが引き倒される方向に加わる力を緩和することができ、リブと回転軸部との接続部への応力集中を減少させることができる。これにより、リブと回転軸部との接続部が破損してしまう不都合を未然に回避することが可能となる。

特に、請求項５の発明によれば、上記各発明において、リブを、当該リブの回転方向側に中心が位置する円弧形状としたことにより、リブと回転軸部との接続部への応力集中を効果的に減少させることができる。

また、請求項６の発明によれば、上記各発明において、各リブ間に渡る補助リブを備えたことにより、回転によってリブが引き倒される方向に加わる力を補強リブによって支持することができ、これによっても、リブと回転軸部との接続部への応力集中を減少させることができる。

本発明の軸流ファンの一実施形態にかかるプロペラファンを適用した室外機の斜視図である。 プロペラファンの正圧面側から見た斜視図である。 プロペラファンの負圧面側から見た平面図である。 プロペラファンの負圧面側から見た斜視図である。 プロペラファンに加わる応力を説明する負圧面側から見た平面図である。 他の実施例としてのプロペラファンに加わる応力を説明する負圧面側から見た平面図である。 従来のプロペラファンに加わる応力を説明する負圧面側から見た平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の軸流ファンの一実施形態にかかるプロペラファンを適用した室外機１の斜視図である。この室外機１は、室外に配置され、室内の天井や壁に配置された図示しない室内機と配管接続されて空気調和装置を構成するものである。空気調和装置は、室外機１と室内機とで構成される冷媒回路に冷媒を流して冷房運転や暖房運転などを行う。室外機１は、外気と冷媒とを熱交換し、冷房運転時には冷媒を凝縮させて外気へ熱を放出し、暖房運転時には冷媒を蒸発させて外気から熱を取り込むものである。

この室外機１は、筐体２内に図示しない圧縮機や熱交換器を配設し、本実施例では、当該筐体２の側面に図示しない空気流入部が形成されており、その前面には、空気吐出部（オリフィス）４が形成されている。そして、この空気吐出部４内には、本発明の軸流ファンの一実施例としてのプロペラファン１０が配設されている。このプロペラファン１０は上流側に位置するファンモータ１０Ｍ（従って、プロペラファン１０はファンモータの下流側に位置する）に連結され、このファンモータ１０Ｍが前記熱交換器の下流側に配置される。このプロペラファン１０のファンモータ１０Ｍによる回転駆動によって、空気（外気）が空気流入部より筐体２内に吸入され、熱交換器に至り、当該熱交換器内の冷媒と外気とが熱交換される。そして、熱交換された後の空気は、プロペラファン１０の回転駆動によって空気吐出部４より外部に吐出される。

次に、本願発明の軸流ファンの一例としてのプロペラファン１０について図面を参照して説明する。図２はプロペラファン１０の正圧面側から見た斜視図、図３はプロペラファン１０の負圧面側から見た平面図、図４はプロペラファン１０の負圧面側から見た斜視図である。

プロペラファン１０は、中心に回転軸部１１を備えたハブ部１２と、このハブ部１２の外周に所定翼列ピッチで配置された（設けられた）複数枚（例えば３枚）の同一形状の前進翼２０とを有して構成される。これらのハブ部１２及び各前進翼２０は、例えば一体に樹脂成形される。

ハブ部１２は、その回転軸部１１に前記ファンモータのモータシャフト５が挿通され、ファンモータの駆動により各前進翼２０を各図の矢印Ｎ方向に回転させる。本実施例では、筐体２の前面に形成された空気吐出部４にプロペラファン１０が配設されることから、当該プロペラファン１０の正圧面２１Ｓ側が前面、負圧面２１Ｆ側が筐体２側（背面）となるように配設される。

また、このハブ部１２は、外径が略円柱形状に構成されており、回転軸部１１から内周に渡って複数のリブ１３・・が一体に樹脂成形されている。本実施例においてこのリブ１３は、各翼２０の略中心に向けて延在するリブ１３Ａと、このリブ１３Ａ間中央に向けて延在するリブ１３Ｂ・・から成る。尚、ハブ部１２は、円柱形状に限定されず、翼２０の接続部を底辺とする三角錐形状や円錐台形状であっても良い。

これにより、上記翼２０は、矢印Ｎ方向の回転により、その翼前縁２２側から翼後縁２３側へ向かい空気（外気）を流動させ、この空気を全体として、プロペラファン１０の裏側から表側方向、この場合、筐体２内側から筐体２の前面方向に送風する。

このとき、本実施例では、各リブ１３は、ハブ部１２との接続位置１４はそのままで、リブ１３と回転軸部１１との接続位置１５を反回転方向に移動させることにより、各リブ１３の中心線が、回転軸部１１の中心Ｃと当該中心Ｃの反回転方向側の外周間を通過する位置となるように構成する。

これにより、回転によりリブ１３に加わる応力の方向（図２中矢印Ｅ）と、リブ１３の延在方向（図２中矢印Ｄ）とが成す角度αを直角より小さくすることができ、回転によりリブ１３に加わる応力の方向（矢印Ｅ）に、リブ１３の延在方向（矢印Ｄ）を近づけることができる。

従来技術で説明したように、翼前縁２２が翼後縁２３よりも負圧面２１Ｆ側に位置しているので、プロペラファン１０が回転すると遠心力により翼後縁２３の外端部には、負圧面２１Ｆ側に捩る力（図４中矢印Ａ）が加わり、翼前縁２２の外端部には、正圧面２１Ｓ側に捩る力（図４中矢印Ｂ）が加わる。これは、吊り下げた振り子を垂直方向の軸を中心として回転させたときに、先端のおもりが遠心力によって上がってくるのと同様の現象によって生じる。

そのため、従来のように、ハブ部１２内の各リブ１３が回転軸部１１から放射状にハブ部１２内周に渡って延在して構成されていると、前進翼２０に加わる捩り力によって、リブ１３、特に、翼２０の略中心に向けて延在するリブ１３Ａには、リブ１３Ａの延在方向（矢印Ｄ）と略直交する方向に当該リブ１３Ａを引き倒すような応力が加わることとなる。しかしながら、本実施例のように、回転によりリブ１３に加わる応力の方向（矢印Ｅ）に、リブ１３の延在方向（矢印Ｄ）を近づけるようにリブ１３を設けることで、係るリブ１３が引き倒される方向に加わる力を緩和することができる。

図５は翼２０やハブ部１２に加わる応力を説明するプロペラファン１０の負圧面側から見た部分拡大図である。係る図５と、従来技術を示す図７とを比較すると、本実施例のように、回転によりリブ１３に加わる応力の方向（矢印Ｅ）に、リブ１３の延在方向（矢印Ｄ）を近づけるようにリブ１３を設けることで、図６にてＴ１にて示していたリブ１３、特に、各翼２０の略中心に向けて延在するリブ１３Ａと、回転軸部１１との接続部１５に集中していた応力線が消失して（その部分の応力が小さくなって）いることがわかる。

これにより、回転によりリブ１３に加わる応力の方向（矢印Ｅ）に、リブ１３の延在方向（矢印Ｄ）を近づけるようにリブ１３を設けることで、リブ１３と回転軸部１１との接続部１５への応力集中を減少させることができる。従って、リブ１３と回転軸部１１との接続部１５が破損してしまう不都合を未然に回避することが可能となる。

そのため、リブ１３を係る構成とすることによって、従来と同様の強度を維持しつつ、リブ１３を薄肉化して形成することが可能となる。これにより、コストの低減を図ることができる。

尚、図６に示すように、上記実施例における各リブ１３を、当該リブの回転方向側に中心が位置する円弧形状とするリブ１６としてもよい。これにより、リブ１６と回転軸部１１との接続部１５への応力集中を更に効果的に減少させることができる。

また、上記各実施例において、各リブ１３又は１６間に渡る図示しない補助リブを一体に形成してもよい。係る補助リブを備えることにより、回転によってリブ１３又は１６が引き倒される方向に加わる力を係る補強リブによって支持することができ、これによっても、リブ１３又は１６と回転軸部１１との接続部１５への応力集中を減少させることができる。

１ 室外機
２ 筐体
４ 空気吐出部（オリフィス）
１０ プロペラファン（軸流ファン）
１１ 回転軸部
１２ ハブ部
１３、１３Ａ、１３Ｂ リブ
１４、１５ 接続位置
１６ リブ
２０ 前進翼
２１Ｓ 正圧面
２１Ｆ 負圧面
２２ 翼前縁
２３ 翼後縁

Claims (6)

1. 中心に回転軸部を備えたハブ部と、該ハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えた軸流ファンにおいて、
   前記回転軸部から前記ハブ部の内周に渡って延在する複数のリブを備え、
   回転により前記リブに加わる応力の方向に、当該リブの延在方向を近づけたことを特徴とする軸流ファン。
2. 中心に回転軸部を備えたハブ部と、該ハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えた軸流ファンにおいて、
   前記回転軸部から前記ハブ部の内周に渡って延在する複数のリブを備え、
   回転により前記リブに加わる応力の方向と、前記リブの延在方向とが成す角度を直角より小さくしたことを特徴とする軸流ファン。
3. 中心に回転軸部を備えたハブ部と、該ハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えた軸流ファンにおいて、
   前記回転軸部と前記ハブ部の内周間に渡って設けられた複数のリブを備え、
   前記リブの中心線は、前記回転軸部の中心と当該中心の反回転方向側の外周間を通過することを特徴とする軸流ファン。
4. 中心に回転軸部を備えたハブ部と、該ハブ部の外周に設けられた複数枚の前進翼とを備えた軸流ファンにおいて、
   前記回転軸部と前記ハブ部の内周間に渡って設けられた複数のリブを備え、
   該リブと前記ハブ部との接続位置はそのままで、前記リブと前記回転軸部との接続位置を反回転方向に移動したことを特徴とする軸流ファン。
5. 前記リブを、当該リブの回転方向側に中心が位置する円弧形状としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の軸流ファン。
6. 前記各リブ間に渡る補助リブを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の軸流ファン。

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