(57)【要約】【課題】翼に対する遠心力の影響を抑制するとともに、インペラの特性の改善を図り、安定して送風が行えるインペラ及びファン装置を提供する。【解決手段】インペラ１は、支持部２１、複数の動翼２２、及び連結部材２３を備えている。連結部材２３は、遠心力による影響に対して動翼２２の補強用に設けられる略環状の部材であり、中心軸１７を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の動翼２２同士を連結する。複数の動翼２２のそれぞれにおいて、当該動翼２２の回転方向２０の最前方に位置する前縁２２ａと当該動翼２２の径方向外端に位置する翼端２２ｃとの交点Ｐ３が、前縁２２ａと支持部２１の外側面２１ａとの交点Ｐ２よりも回転方向２０前方側に位置している。連結部材２３は、動翼２２の最も径方向外方に位置する端部よりも径方向内方側に位置している。【選択図】図１
2010112370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラであって、
中心軸を中心に形成された支持部と、
前記支持部の外側面から径方向外方に向けて延伸して形成され、前記支持部と共に前記中心軸を中心に回転することで前記中心軸方向の空気流を発生する複数の翼と、
前記中心軸を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、前記複数の翼同士を連結する略環状の連結部材と、
を備え、
前記複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最前方に位置する前縁と当該翼の径方向外端に位置する翼端との交点が、前記前縁と前記支持部の前記外側面との交点よりも回転方向前方側に位置し、
前記連結部材は、前記翼の最も径方向外方に位置する端部よりも径方向内方側に位置することを特徴とするインペラ。
【請求項２】
請求項１に記載のインペラにおいて、
前記連結部材は、前記翼の径方向に沿った翼長を基準として、前記翼の付け根から径方向外方側に前記翼長の約７０％から約９０％の距離の位置に形成されることを特徴とするインペラ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のインペラにおいて、
前記複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最後方に位置する後縁と前記翼端との交点が、前記前縁と前記支持部の前記外側面との前記交点よりも回転方向前方側に位置することを特徴とするインペラ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記前縁と前記支持部の前記外側面との前記交点と前記中心軸とを結んだ直線を基準として前記翼を２つの部分に分けたとき、前記翼における前記直線よりも回転方向前方側に位置する前側部分の体積が、前記直線よりも回転方向後方側に位置する後側部分の体積よりも大きいことを特徴とするインペラ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにインペラにおいて、
前記支持部、前記複数の翼及び前記連結部材は、射出成形によって連続した樹脂製部材として形成されていることを特徴とするインペラ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記連結部材は、前記中心軸方向に沿って延びる略円筒形状であることを特徴とするインペラ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記翼の前記翼端と前記後縁との前記交点及びその近傍は、丸みを有する曲線形状になっていることを特徴とするインペラ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部は、前記翼の前記連結部材よりも径方向外方に位置する区間における最も前記中心軸方向排気側に位置する部位よりも前記中心軸方向排気側に位置していることを特徴とするインペラ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記翼の前記連結部材よりも径方向内方に位置する区間は、当該区間内における前記翼の前記中心軸方向排気側の端部が前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に張り出した部位を有することを特徴とするインペラ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記翼における前記連結部材の内側面と交わる部位の最も前記中心軸方向排気側の端部と、前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部とは、前記中心軸方向に対して略等しい位置にあることを特徴とするインペラ。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部は、前記翼における前記連結部材の内側面と交わる部位の最も前記中心軸方向排気側の端部よりも、前記中心軸方向排気側に位置していることを特徴とするインペラ。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記翼の前記連結部材よりも径方向内方に位置する全ての区間において、当該区間内における前記翼の前記中心軸方向吸気側の端部が前記連結部材の前記中心軸方向吸気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に位置することを特徴とするインペラ。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記連結部材の前記中心軸方向吸気側の端面は、前記翼の前記中心軸方向吸気側の端部よりも前記中心軸方向吸気側に位置していることを特徴とするインペラ。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のインペラにおいて、
前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端面は、前記翼の前記中心軸方向排気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に位置していることを特徴とするインペラ。
【請求項１５】
ファン装置であって、
請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の前記インペラと、
前記インペラを駆動するモータと、
前記インペラを外囲する外枠体と、
前記外枠体の径方向内方に設けられ、前記モータを支持する支持体と、
を備えることを特徴とするファン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前進翼の翼を有し、回転の中心である中心軸方向に沿った空気流を発生させるインペラ及びファン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パーソナルコンピュータ又はサーバ等の電子機器では、筐体内部の電子部品を冷却するための冷却ファンが設けられており、筐体内部の電子部品の設置密度の上昇に伴って冷却ファンの性能向上が要求されている。主に、冷却ファンとしては、筐体内部に滞留する高温の空気を筐体外部に排出することを目的とした排気用ファンと、発熱する電子部品に冷却風を直接送風する送風ファンの２種類が存在する。このうち、後者の送風ファンにおいては、送風される空気流の流れ方向が重要となる。
【０００３】
発熱する電子部品に対して冷却風を直接送風する場合には、電子部品に直接送風される空気流の流量が多いことが望ましく、このような用途には後者の送風ファンが適している。
【０００４】
送風ファンには、前進翼の翼を有するインペラが用いられる場合がよくある。前進翼の翼は、空気流を径方向外方への広がりを抑えて送り出す特性を有しているからである。ここで、前進翼形状とは、例えば、特許文献１に記載の軸流送風機に用いられるインペラのように、翼の回転方向前縁と翼の径方向外端との交点と中心軸とを結ぶ直線が、翼の前縁と翼の付け根との交点よりも回転方向前方側に位置しているものを意味し、この前進度合いについては種々のものが存在する。
【０００５】
ここで、インペラは回転することによって、翼自体に遠心力が働く。遠心力は、翼の支持部との付け根から見て半径方向と略平行に発生する。高速で回転するインペラは、遠心力によって翼の付け根に発生する応力を考慮した強度設計を施される必要がある。このような遠心力による影響は、インペラを高速で回転させるほど顕著になる。
【０００６】
例えば、特許文献１に記載のファン装置のインペラ（以下、インペラＡと呼ぶ）では、翼の前進度合いが大きため、遠心力の影響も大きくなる。インペラＡは、翼の径方向外端が付け根よりも極端に回転方向前方に位置するため、翼の各部位において発生する遠心力によって、翼の付け根に大きなモーメントが発生する。よって、翼の付け根においてはモーメントも考慮に入れた設計が必要となる。
【０００７】
また、上述した遠心力の影響によって、翼が変形し、翼の径方向外端が径方向外方に変位することも懸念される。翼の径方向外端が径方向外方に変位すると、翼の径方向外端がインペラを外囲する外枠体の内側面に接触するおそれもある。
【０００８】
この遠心力の影響に対する有効な対策として、特許文献２〜８等において、翼同士を連結する略環状の連結部材が開示されている。
【０００９】
このような連結部材が設けられたインペラでは、翼の連結部材の径方向内方側に位置する領域はインペラの風量特性に大きな影響を与え、翼の連結部材の径方向外方側に位置する領域はインペラのサージング特性及び静圧特性に大きな影響を与える。
【００１０】
また、軸流ファンでは、インペラを収容する外枠体の内周面と翼の径方向外端との間に形成されるギャップにて空気流の逆流が生じる。この現象はサージング域において顕著に現れ、サージング域において静圧特性の低下及び騒音の増大が生じる。この問題は、特許文献２，４〜８に記載のインペラのように、連結部材が翼の径方向外端に設けられた場合に顕著に現れる。なお、特許文献３に記載のインペラは後退翼であり、本願発明に係るインペラとは構成が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１９６４８０号公報
【特許文献２】米国意匠特許第Ｄ５１１８２４号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／００５６８９９号公報
【特許文献４】米国特許第６５５４５７４号公報
【特許文献５】米国特許第４６８４３２４号公報
【特許文献６】米国特許第４５６９６３１号公報
【特許文献７】米国特許第４５６９６３２号公報
【特許文献８】米国特許第６２４１４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明の解決すべき課題は、翼に対する遠心力の影響を抑制するとともに、インペラの特性の改善を図り、安定して送風が行えるインペラ及びファン装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、インペラであって、中心軸を中心に形成された支持部と、前記支持部の外側面から径方向外方に向けて延伸して形成され、前記支持部と共に前記中心軸を中心に回転することで前記中心軸方向の空気流を発生する複数の翼と、前記中心軸を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、前記複数の翼同士を連結する略環状の連結部材とを備え、前記複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最前方に位置する前縁と当該翼の径方向外端に位置する翼端との交点が、前記前縁と前記支持部の前記外側面との交点よりも回転方向前方側に位置し、前記連結部材は、前記翼の最も径方向外方に位置する端部よりも径方向内方側に位置する。
【００１４】
また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るインペラにおいて、前記連結部材は、前記翼の径方向に沿った翼長を基準として、前記翼の付け根から径方向外方側に前記翼長の約７０％から約９０％の距離の位置に形成される。
【００１５】
また、請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明に係るインペラにおいて、前記複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最後方に位置する後縁と前記翼端との交点が、前記前縁と前記支持部の前記外側面との前記交点よりも回転方向前方側に位置する。
【００１６】
また、請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記前縁と前記支持部の前記外側面との前記交点と前記中心軸とを結んだ直線を基準として前記翼を２つの部分に分けたとき、前記翼における前記直線よりも回転方向前方側に位置する前側部分の体積が、前記直線よりも回転方向後方側に位置する後側部分の体積よりも大きい。
【００１７】
また、請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかにインペラにおいて、前記支持部、前記複数の翼及び前記連結部材は、射出成形によって連続した樹脂製部材として形成されている。
【００１８】
また、請求項６の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記連結部材は、前記中心軸方向に沿って延びる略円筒形状である。
【００１９】
また、請求項７の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記翼の前記翼端と前記後縁との前記交点及びその近傍は、丸みを有する曲線形状になっている。
【００２０】
また、請求項８の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部は、前記翼の前記連結部材よりも径方向外方に位置する区間における最も前記中心軸方向排気側に位置する部位よりも前記中心軸方向排気側に位置している。
【００２１】
また、請求項９の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記翼の前記連結部材よりも径方向内方に位置する区間は、当該区間内における前記翼の前記中心軸方向排気側の端部が前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に張り出した部位を有する。
【００２２】
また、請求項１０の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記翼における前記連結部材の内側面と交わる部位の最も前記中心軸方向排気側の端部と、前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部とは、前記中心軸方向に対して略等しい位置にある。
【００２３】
また、請求項１１の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部は、前記翼における前記連結部材の内側面と交わる部位の最も前記中心軸方向排気側の端部よりも、前記中心軸方向排気側に位置している。
【００２４】
また、請求項１２の発明では、請求項１ないし請求項１１のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記翼の前記連結部材よりも径方向内方に位置する全ての区間において、当該区間内における前記翼の前記中心軸方向吸気側の端部が前記連結部材の前記中心軸方向吸気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に位置する。
【００２５】
また、請求項１３の発明では、請求項１ないし請求項１２のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記連結部材の前記中心軸方向吸気側の端面は、前記翼の前記中心軸方向吸気側の端部よりも前記中心軸方向吸気側に位置している。
【００２６】
また、請求項１４の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端面は、前記翼の前記中心軸方向排気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に位置している。
【００２７】
また、請求項１５の発明では、ファン装置であって、請求項１ないし請求項１４のいずれかの発明に係る前記インペラと、前記インペラを駆動するモータと、前記インペラを外囲する外枠体と、前記外枠体の径方向内方に設けられ、前記モータを支持する支持体とを備える。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１に記載の発明によれば、インペラの支持部の外側面から径方向外方に向けて延伸して複数の翼が形成され、その複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最前方に位置する前縁と当該翼の径方向外端に位置する翼端との交点が、前縁と支持部の外側面との交点よりも回転方向前方側に位置している。このため、インペラが回転された際に翼の各部位において発生する遠心力によって、翼の付け根に大きなモーメントが発生する。しかし、本発明に係るインペラでは、略環状の連結部材が、中心軸を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の翼同士を連結しているため、遠心力の影響によって翼の付け根に発生するモーメントを抑制できるとともに、翼が変形して翼の径方向外端が径方向外方に変位するのを抑制できる。その結果、翼に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。例えば、インペラが高速で回転される場合にも、遠心力の影響によって翼の付け根に発生するモーメントを抑制して、安定して送風が行える。
【００２９】
また、略環状の連結部材が翼の最も径方向外方に位置する端部よりも径方向内方側に配置されているため、連結部材の径方向内方側と径方向外方側とで翼の役割を分けることができる。連結部材よりも径方向内方側の領域においては、連結部材がベンチュリの役割を担うことになるため、この仮想的なベンチュリ（連結部材の内側面）と翼の連結部材の径方向内方側に位置する部分との間にはギャップがない。よって、連結部材よりも径方向内方側の領域において空気流が逆流し難くなる。このため、逆流する空気流の大半は、連結部材の径方向外方側の領域を通過することになる。その結果、インペラをサージング域で動作させる場合において、翼の連結部材よりも径方向外方側に位置する部分を、専ら空気流の逆流防止のために機能させることができる。これによって、インペラの特性の改善を図り、安定して送風が行える。
【００３０】
請求項２に記載の発明に関し、翼の遠心力による影響に対する補強を連結部材によって効率よく行うためには、連結部材を翼の径方向の略中央部から径方向外端までのいずれかの位置に付与するのが望ましい。また、翼の回転によって発生された空気流と連結部材との干渉等による騒音の増加等の問題も考慮する必要がある。本願発明者らの試験の結果、連結部材を、翼の径方向に沿った翼長を基準として、翼の付け根から径方向外方側に翼長の約７０％から約９０％の距離の位置に形成すれば、連結部材の付与による騒音の増加等の問題を抑制しつつ、遠心力による影響に対し、連結部材により翼を効果的に補強できることが分かった。
【００３１】
請求項３に記載の発明によれば、複数の翼のそれぞれにおいて径方向外端に位置する翼端と後縁との交点が、前縁と支持部の外側面との交点よりも回転方向前方側に位置している。このように、本発明に係るインペラは、翼の前進度合いが極端に大きくなっているため、インペラが回転された際に翼の各部位において発生する遠心力によって、翼の付け根に大きなモーメントが発生する。しかし、本発明に係るインペラでは、略環状の連結部材が、中心軸を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の翼同士を連結しているため、遠心力の影響によって翼の付け根に発生するモーメントを抑制できるとともに、翼が変形して翼の径方向外端が径方向外方に変位するのを抑制できる。その結果、翼の前進度合いが極端に大きい場合であっても、翼に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、インペラの翼の前縁と支持部の外側面との交点と中心軸とを結んだ直線を基準として翼を２つの部分に分けたとき、翼における直線よりも回転方向前方側に位置する前側部分の体積が、直線よりも回転方向後方側に位置する後側部分の体積よりも大きくなっている。このように、翼の前進度合いが極端に大きい場合であっても、略環状の連結部材により翼同士を連結することにより、翼に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、インペラの支持部、複数の翼及び連結部材が、樹脂製部材によって形成されているため、支持部、翼及び連結部材を射出成形等により安価に作製できるとともに、インペラの軽量化が図れる。
【００３４】
また、支持部、複数の翼及び連結部材は、射出成形によって連続した樹脂製部材によって形成されているため、インペラを安価に量産することができる。
【００３５】
請求項６に記載の発明によれば、連結部材が中心軸方向に沿って延びる略円筒形状であるため、遠心力の影響に対して、翼の中心軸方向の各部位を確実に補強することができる。
【００３６】
請求項７に記載の発明に関し、インペラを外囲する外枠体の内側面には、インペラから中心軸方向に離反するに従って径方向外方に拡大する拡径部が設けられる場合がある。その拡径部に他の構造物が結合される場合、外枠体を射出成形等により製造する際の金型形成の都合上、拡径部と構造物の結合部における構造物の死角となる部分に、台座部が形成される場合がある。そして、この台座部の近傍を回転するインペラの翼が通過する際に、騒音が発生する場合がある。このような場合、本発明に係るインペラによれば、翼の翼端と後縁との交点及びその近傍が、丸みを有する曲線形状になっているため、回転するインペラの翼が前記台座部の近傍を通過する際に発生する騒音を効果的に低減できる。
【００３７】
請求項８に記載の発明によれば、連結部材の中心軸方向排気側の端部が、翼の連結部材よりも径方向外方に位置する区間における最も中心軸方向排気側に位置する部位よりも中心軸方向排気側に位置している。それ故、連結部材の径方向外方側の領域で空気流の逆流が生じたときに、その逆流する空気流が連結部材の径方向内方側の領域に流れ込むのを連結部材によって効果的に抑制することができる。その結果、インペラの特性をさらに改善できる。
【００３８】
請求項９に記載の発明によれば、翼の連結部材よりも径方向内方に位置する区間が、当該区間内における翼の中心軸方向排気側の端部が連結部材の中心軸方向排気側の端部よりも中心軸方向排気側に張り出した部位を有している。それ故、翼における送風への寄与が大きい連結部材の径方向内方側に位置する区間の翼面積を拡大でき、これによって、インペラの送風能力をさらに向上させることができる。
【００３９】
請求項１０に記載の発明によれば、翼における連結部材の内側面と交わる部位の最も中心軸方向排気側の端部と、連結部材の中心軸方向排気側の端部とが、中心軸方向に対して略等しい位置にある。それ故、翼における送風への寄与が大きい連結部材の径方向内方側に位置する区間の翼面積を拡大でき、これによって、インペラの送風能力をさらに向上させることができる。
【００４０】
請求項１１に記載の発明によれば、連結部材の中心軸方向排気側の端部が、翼における連結部材の内側面と交わる部位の最も中心軸方向排気側の端部よりも、中心軸方向排気側に位置している。それ故、翼における連結部材の径方向内方側の区間によって中心軸方向排気側に送り出された空気流が連結部材の径方向外方側に回り込んで逆流するのを連結部材により効果的に抑制でき、これによって、インペラの特性をさらに改善できる。
【００４１】
請求項１２に記載の発明によれば、翼の連結部材よりも径方向内方に位置する全ての区間において、当該区間内における翼の中心軸方向吸気側の端部が連結部材の中心軸方向吸気側の端部よりも中心軸方向排気側に位置している。それ故、翼の中心軸方向吸気側において、連結部材の径方向内方側の領域に引き込まれるべき空気流が連結部材の径方向外方側に逃げるのを連結部材によって効果的に抑制でき、これによって、インペラの特性をさらに改善できる。
【００４２】
請求項１３に記載の発明に関し、インペラの翼は支持部から径方向外方に大きく張り出しているため、成形誤差等により中心軸方向に関する翼同士の位置が微妙にばらつきやすい。このため、ファン装置の組立工程等において、インペラを一時的な仮置き部に載置する際に翼でインペラを支持するようにすると、インペラにがたつきが生じ、インペラの組み付け工程等に支障が生じるおそれがある。この点に関し、本発明に係るインペラは、連結部材の中心軸方向吸気側の端面が、翼の中心軸方向吸気側の端部よりも中心軸方向吸気側に位置しているため、インペラを一時的な仮置き部に載置する際に、連結部材の中心軸方向排気側の端面でインペラを安定して支持することができ、インペラを安定させて仮置き部に載置できる。
【００４３】
請求項１４に記載の発明に関し、インペラの翼は支持部から径方向外方に大きく張り出しているため、成形誤差等により中心軸方向に関する翼同士の位置が微妙にばらつきやすい。このため、ファン装置の組立工程等において、インペラを一時的な仮置き部に載置する際に翼でインペラを支持するようにすると、インペラにがたつきが生じ、インペラの組み付け工程等に支障が生じるおそれがある。この点に関し、本発明に係るインペラは、連結部材の中心軸方向排気側の端面が、翼の中心軸方向排気側の端部よりも中心軸方向排気側に位置しているため、インペラを一時的な仮置き部に載置する際に、連結部材の中心軸方向排気側の端面でインペラを安定して支持することができ、インペラを安定させて仮置き部に載置できる。
【００４４】
請求項１５に記載の発明によれば、インペラの翼の前進度合いが極端に大きい場合であっても、翼に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係るインペラの中心軸方向吸気側から見た平面図である。
【図２】図１のインペラの側面図である。
【図３】図１のインペラが用いられたファン装置の断面図である。
【図４】径方向に関して異なる位置に連結部材が形成された図１のインペラの複数のサンプルについて、その風量と騒音レベルとの関係、及び風量と静圧との関係を示すグラフである。
【図５】図１のインペラの変形例の部分的な構成を示す断面図である。
【図６】図５のインペラに関する説明図である。
【図７】図１のインペラの他の変形例の部分的な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１は本発明の一実施形態に係るインペラ１の中心軸１７方向吸気側から見た平面図であり、図２は図１のインペラ１の側面図であり、図３は図１のインペラ１が用いられたファン装置１１の断面図である。
【００４７】
本実施形態に係るインペラ１が用いられたファン装置１１は、図３に示すように、インペラ１と、複数の静翼１２と、モータ１３と、外枠体１４と、支持体１５とを備えている。静翼１２、外枠体１４及び支持体１５は、このファン装置１１のハウジング１６を構成している。なお、本実施形態では、静翼１２及び支持体１５は、インペラ１の中心軸１７方向排気側（図３における下方側）に設けられている。
【００４８】
外枠体１４、支持体１５及び静翼１２は、射出成形により連続した樹脂製部材として形成されている。一般的に射出成形に用いられる金型は、ハウジング１６に対して中心軸１７方向に離型される可動側金型と固定側金型の主に２つの金型部材で構成される。これによって、ファン装置１１を安価に量産することができる。
【００４９】
外枠体１４は、インペラ１を外囲するように設けられている。支持体１５は、外枠体１４の半径方向内方に設けられ、モータ１３、及びモータ１３を駆動する図示しない回路基板を支持している。
【００５０】
静翼１２は、外枠体１４と支持体１５とを連結し、支持体１５から径方向外方に向けて放射状に伸延され、中心軸１７方向に対して傾斜する受風面を有している。この静翼１２の役割には、インペラ１が回転することによって発生された空気流を中心軸１７側に集風すること、及び、発生された空気流を径方向内方又は径方向外方などの任意の方向に向けることが含まれる。このような静翼１２は、インペラ１が発生させた空気の集風又は方向転換を効率よくできるようにインペラ１の中心軸１７方向排気側に設けられている。変形例として、静翼１２をインペラ１の中心軸１７方向吸気側に設けてもよい。
【００５１】
モータ１３は、インペラ１の後述する支持部２１の内側面に取り付けられたロータマグネット１８と、そのロータマグネット１８との間でトルクを発生させる電機子１９とを備えて構成されている。このようなモータ１３は、インペラ１の支持部２１内に収容される。
【００５２】
インペラ１は、図１ないし図３に示すように、支持部２１、複数の動翼２２、及び連結部材２３を備えている。支持部２１は、中心軸１７を中心に形成された略カップ状の形状を有し、モータ１３を収容する。
【００５３】
複数の動翼２２は、中心軸１７を中心とした周方向に間隔を開けて、支持部２１の外側面２１ａから径方向外方に向けて延伸して形成されている。複数の動翼２２は、支持部２１と共に中心軸１７を中心として回転方向２０に回転することで、中心軸１７方向の空気流を発生させる。本実施形態では、図２及び図３の上側（中心軸１７方向吸気側）から吸い込まれた空気流が、図２及び図３の下側（中心軸１７方向排気側）に吐き出される。
【００５４】
連結部材２３は、遠心力による影響に対して動翼２２の補強用に設けられる略環状の部材であり、中心軸１７を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の動翼２２同士を連結する。より詳細には、連結部材２３は、中心軸１７の軸方向に沿って延びる略円筒形状を有する。
【００５５】
本実施形態に係るインペラ１の動翼２２には、前進翼が採用されており、その前進翼の形態について説明する。各動翼２２は、回転方向２０の最前方に位置する前縁２２ａと回転方向２０の最後方に位置する後縁２２ｂとを有している。そして、各動翼２２において、径方向外端に位置する翼端２２ｃと後縁２２ｂとの交点Ｐ１と中心軸１７とを結ぶ直線Ｌ１が、前縁２２ａと支持部２１の外側面２１ａとの交点Ｐ２よりも回転方向２０前方側に位置している。より詳細には、中心軸１７方向から見て、交点Ｐ２と中心軸１７とを結んだ直線Ｌ２を基準として翼２２を２つの部分に分けたとき、各動翼２２における直線Ｌ２よりも回転方向２０前方側に位置する前側部分２２Ａの体積が、直線Ｌ２よりも回転方向２０後方側に位置する後側部分２２Ｂの体積よりも大きくなっている。なお、各動翼２２は同じ樹脂により形成され、均一な比重を有している。
【００５６】
例えば、直線Ｌ１と直線Ｌ２との成す角（前進角）θ１が、約１０度から約２５度の範囲内（例えば、約１５度）に設定されている。これは、前進角θ１の増大に伴い、騒音が低下する傾向にある一方、効率が低下するためインペラ１の回転数を上げる必要があるため、これらの兼ね合いから決定されたものである。
【００５７】
なお、動翼２２の前進度合いについては、図１に示す構成に限定するものではなく、動翼２２の前縁２２ａと翼端２２ｃとの交点Ｐ３と中心軸１７とを結ぶ直線Ｌ３が前縁２２ａと支持部２１の外側面２１ａとの交点Ｐ２よりも回転方向２０前方側に位置している前進翼であれば、任意の構成を採用することができる。
【００５８】
動翼２２の数は、例えば７枚に設定されている。これは、動翼２２の数が少ない方が騒音が小さくなる傾向にあるが、動翼２２の数が少ないと静圧が低下するため、これらの兼ね合いから決定されたものである。但し、動翼２２の数を７枚に限定するものではない。
【００５９】
上記のように、本実施形態に係るインペラ１は、動翼２２の前進度合いが極端に大きくなっているため、インペラ１が回転された際に動翼２２の各部位において発生する遠心力によって、動翼２２の付け根に大きなモーメントが発生する。しかし、本実施形態に係るインペラ１では、略円筒形状の連結部材２３が、中心軸１７を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の動翼２２同士を連結しているため、各動翼２２が一体化されて補強され、遠心力の影響によって動翼２２の付け根に発生するモーメントを抑制できるとともに、動翼２２が変形して動翼２２の翼端２２ｃが径方向外方に変位するのを抑制できる。その結果、動翼２２の前進度合いが極端に大きい場合であっても、動翼２２に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。例えば、インペラ１が高速で回転される場合にも、遠心力の影響によって動翼２２の付け根に発生するモーメントを抑制して、安定して送風が行える。
【００６０】
また、略環状の連結部材２３が動翼２２の最も径方向外方に位置する翼端２２ｃよりも径方向内方側に配置されているため、連結部材２３の径方向内方側と径方向外方側とで動翼２２の役割を分けることができる。連結部材２３よりも径方向内方側の領域においては、連結部材２３がベンチュリの役割を担うことになるため、この仮想的なベンチュリ（連結部材２３の内側面２３ｃ）と動翼２２の連結部材２３の径方向内方側に位置する部分との間にはギャップがない。よって、連結部材２３よりも径方向内方側の領域において空気流が逆流し難くなる。このため、逆流する空気流の大半は、連結部材２３の径方向外方側の領域を通過することになる。その結果、インペラ１をサージング域で動作させる場合において、動翼２２の連結部材２３よりも径方向外方側に位置する部分を、専ら空気流の逆流防止のために機能させることができる。これによって、インペラ１の特性の改善を図り、安定して送風が行える。
【００６１】
また、連結部材２３が中心軸１７の軸方向に沿って延びる略円筒形状であるため、遠心力の影響に対して、動翼２２の中心軸１７方向の各部位を確実に補強することができる。
【００６２】
次に、連結部材２３の動翼２２の径方向に関する形成位置について説明する。動翼２２の遠心力による影響に対する補強を連結部材２３によって効率よく行うためには、連結部材２３を動翼の径方向の略中央部から径方向外端までのいずれかの位置に付与するのが望ましい。また、動翼２２の回転によって発生された空気流と連結部材２３との干渉等による騒音の増加等の問題も考慮する必要がある。そこで、本願発明者らは、径方向に関して異なる位置に連結部材２３が形成されたインペラ１の複数のサンプルＡ〜Ｅを作製し、そのサンプルＡ〜Ｅを用いて試験を行った。
【００６３】
図４は、径方向に関して異なる位置に連結部材２３が形成されたインペラ１の複数のサンプルＡ〜Ｅについて、その風量と騒音レベルとの関係、及び風量と静圧との関係を示すグラフである。図４のグラフにおいて、横軸は１分当たりに送り出される風量（単位は立方メートル）をであり、左側の縦軸は静圧（単位はパスカル）であり、右側の縦軸は騒音レベル（単位はｄＢ）である。線Ｇ１ａ〜Ｇ５ａはサンプルＡ〜Ｅの風量と騒音レベルとの関係に関する測定結果を示しており、線Ｇ１ｂ〜Ｇ５ｂはサンプルＡ〜Ｅの風量と静圧との関係に関する測定結果を示している。サンプルＡ〜Ｅでは、動翼２２の径方向に沿った翼長Ｌａ（図１参照）を基準とし、径方向に沿った支持部２１の外側面２１ａから連結部材２３までの距離Ｌｂ（図１参照））が翼長Ｌａの５０％、７０％、８０％、９０％、１００％に設定されている。
【００６４】
図４に示す試験結果の風量と騒音レベルとの関係に注目した場合、連結部材２３の位置が５０％，１００％に対応するサンプルＡ，Ｅでは、７０％，８０％，９０％に対応するサンプルＢ，Ｃ，Ｄに比べて騒音が増大していることが分かる。サンプルＡで騒音が増加するのは、動翼２２の径方向の中央部は空気流生成の寄与度が大きいため、連結部材２３と空気流との干渉が大きくなるためと考えられる。また、サンプルＥで騒音が増加するのは、連結部材２３を動翼２２の径方向外端に設けると、連結部材２３と外枠体１４との間の隙間に、連結部材２３の径方向内方側と逆方向の空気流が流れるため、その逆方向に流れる空気流が騒音の原因になっていると考えられる。
【００６５】
よって、連結部材２３を、動翼２２の径方向に沿った翼長Ｌａを基準として、動翼２２の付け根から径方向外方に翼長Ｌａの約７０％から約９０％の距離だけ離反した位置に形成すれば、連結部材２３の付与による騒音の増加等の問題を抑制しつつ、遠心力による影響に対し、連結部材２３により動翼を効果的に補強できることが分かった。より好ましくは、連結部材２３を動翼２２の付け根から翼長Ｌａの約８０％に相当する位置に形成するのがよい。これによって、単位消費電力当たりの風量が最も高くなる最高効率点付近での特性を維持しつつ、連結部材２３による動翼２２の補強が行える。
【００６６】
また、本実施形態では、インペラ１の支持部２１、複数の動翼２２及び連結部材２３が、射出成形によって連続した樹脂製部材として形成されている。射出成形の金型には、インペラ１に対して中心軸１７方向に離型される可動側金型と固定側金型の主に２つの金型部材で構成されたものが用いられる。
【００６７】
このように、インペラ１の支持部２１、複数の動翼２２及び連結部材２３が、樹脂製部材によって形成されているため、インペラ１を射出成形等により安価に作製できるとともに、インペラ１の軽量化が図れる。また、インペラ１の支持部２１、複数の動翼２２及び連結部材２３は、射出成形によって連続した樹脂製部材によって形成されているため、インペラ１を安価に量産することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、図３に示すように、外枠体１４の内側面１４ａにおける中心軸１７方向吸気側及び排気側の開口部には、インペラ１から中心軸１７方向に離反するに従って径方向外方に拡大する拡径部１４ｂ，１４ｃが設けられている。また、中心軸１７方向排気側の拡径部１４ｃには、静翼１２の径方向外方側の端部が結合している。このような構成では、ハウジング１６を中心軸１７から見ると、静翼１２と拡径部１４ｃとの結合部に静翼１２の死角となる部分が生じる。ハウジング１６は、上述の如く、中心軸１７方向に離型される主に２つの金型部材を用いて射出成形により形成されるため、その死角となる部分に、溶融した樹脂が射出され、樹脂が冷却・固化することにより、台座部が形成される。この台座部の近傍を回転するインペラ１の動翼２２が通過する際に、騒音が発生する場合がある。
【００６９】
そこで、本実施形態に係るインペラ１では、図１及び図３等に示すように、動翼２２の翼端２２ｃと後縁２２ｂとの交点Ｐ１及びその近傍を、丸みを有する曲線形状している。これによって、回転するインペラ１の動翼２２が前記台座部の近傍を通過する際に発生する騒音を効果的に低減できる。
【００７０】
また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、インペラ１の連結部材２３の中心軸１７方向排気側の端面２３ａが、動翼２２の中心軸１７方向排気側の端部２２ｄよりも中心軸１７方向排気側に位置している。
【００７１】
インペラ１の動翼２２は支持部２１から径方向外方に大きく張り出しているため、成形誤差等により中心軸１７方向に関する動翼２２同士の位置が微妙にばらつきやすい。このため、ファン装置１１の組立工程等において、インペラ１を一時的な仮置き部に載置する際に動翼２２でインペラ１を支持するようにすると、インペラ１にがたつきが生じ、インペラ１の組み付け工程等に支障が生じるおそれがある。この点に関し、本実施形態に係るインペラ１では、インペラ１を一時的な仮置き部に載置する際に、連結部材２３の中心軸１７方向排気側の端面２３ａを仮置き部に当接させて載置することができ、インペラ１を安定させて仮置き部に載置できる。この点に関する変形例として、連結部材２３の中心軸１７方向吸気側の端面２３ｂを、動翼２２の中心軸１７方向吸気側の端部２２ｅよりも中心軸１７方向吸気側に位置させてもよい。
【００７２】
なお、連結部材２３の中心軸１７方向吸気側及び排気側の端面２３ａ，２３ｂの両方を、動翼２２の中心軸１７方向排気側及び吸気側の端部２２ｄ，２２ｅよりも中心軸１７方向排気側又は吸気側に突出させてもよく、あるいは、連結部材２３の中心軸１７方向吸気側及び排気側の端面２３ａ，２３ｂのいずれか一方のみを、動翼２２の中心軸１７方向排気側又は吸気側の端部２２ｄ，２２ｅよりも中心軸１７方向排気側又は吸気側に突出させてもよい。
【００７３】
次に、図５ないし図７を参照して、上述の実施形態に係るインペラ１の変形例について説明する。図５に示す変形例では、連結部材２３の中心軸１７方向排気側の端面２３ａが、動翼２２の連結部材２３よりも径方向外方に位置する区間３１における最も中心軸方向排気側に位置する部位３１ａよりも中心軸１７方向排気側に位置している。それ故、連結部材２３の径方向外方側の領域で空気流の逆流が生じたときに、その逆流する空気流が、例えば図６の矢印３２で示すように、連結部材２３の径方向内方側の領域に流れ込むのを連結部材２３の中心軸１７方向排気側の部分によって効果的に抑制することができる。その結果、インペラ１の特性をさらに改善できる。
【００７４】
また、図５に示す変形例では、動翼２２の連結部材２３よりも径方向内方に位置する区間３３が、当該区間３３内における動翼２２の中心軸１７方向排気側の端部２２ｄが連結部材２３の中心軸１７方向排気側の端面２３ａよりも中心軸１７方向排気側に張り出した部位３３ａを有している。図５に示す構成では、動翼２２の区間３３内における部位３３ａの中心軸１７方向排気側の端部２２ｄが、連結部材２３の端面２３ａよりも中心軸１７方向排気側に所定寸法Ｄ１だけ張り出している。このような構成により、動翼２２における送風への寄与が大きい連結部材２３の径方向内方側に位置する区間３３の翼面積を拡大でき、これによって、インペラ１の送風能力をさらに向上させることができる。
【００７５】
また、図５に示す変形例では、連結部材２３の中心軸１７方向排気側の端面２３ａが、動翼２２における連結部材２３の内側面２３ｃと交わる部位の最も中心軸１７方向排気側の端部２２ｆよりも、中心軸１７方向排気側に位置している。それ故、動翼２２における連結部材２３の径方向内方側の区間３３によって中心軸１７方向排気側に送り出された空気流が、例えば図６の矢印３４で示すように、連結部材２３の径方向外方側に回り込んで逆流するのを連結部材２３の中心軸１７方向排気側の部分により効果的に抑制できる。その結果、インペラ１の特性をさらに改善できる。
【００７６】
また、図５に示す変形例では、動翼２２の連結部材２３よりも径方向内方に位置する全ての区間３３において、当該区間３３内における動翼２２の中心軸１７方向吸気側の端部２２ｅが連結部材２３の中心軸１７方向吸気側の端面２３ｂよりも中心軸１７方向排気側に位置している。図５に示す構成では、連結部材２３の端面２３ｂが、動翼２３の連結部材２３の内側面２３ｃと交わる部分における最も中心軸１７方向吸気側の部位２２ｇよりも中心軸１７方向吸気側に所定寸法Ｄ２だけ張り出している。このような構成により、動翼２２の中心軸１７方向吸気側において、連結部材２３の径方向内方側の領域に引き込まれるべき空気流が、例えば図６の矢印３５で示すように、連結部材２３の径方向外方側に逃げるのを連結部材２３の中心軸１７方向吸気側の部分によって効果的に抑制できる。その結果、インペラ１の特性をさらに改善できる。
【００７７】
また、図７に示す変形例は、図５に示すインペラ１のさらなる変形例として提案されるものである。この図７に示す変形例では、動翼２２における連結部材２３の内側面２３ｃと交わる部位の最も中心軸１７方向排気側の端部２２ｆと、連結部材２３の中心軸１７方向排気側の端面２３ａとが、中心軸１７方向に対して略等しい位置にある。それ故、動翼２２における送風への寄与が大きい連結部材２３の径方向内方側に位置する区間３３の翼面積を拡大でき、これによって、インペラ１の送風能力をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１  インペラ、１１  ファン装置、１２  静翼、１３  モータ、１４  外枠体、１４ａ  内側面、１４ｂ，１４ｃ  拡径部、１５  支持体、１６  ハウジング、１７  中心軸、１８  ロータマグネット、１９  電機子、２０  回転方向、２１  支持部、２１ａ  外側面、２２  動翼、２２Ａ  前側部分、２２Ｂ  後側部分、２２ａ  前縁、２２ａ  後縁、２２ｂ  後縁、２２ｃ  翼端、２２ｄ，２２ｅ  端部、２３  連結部材、２３ａ，２３ｂ  端面、２３ｃ  内側面、２３ｆ，２３ｇ  端部、３１  区間、３３  区間、３３ａ  部位。
【図１】
2010112370.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010112370.tif 000008
【図７】
2010112370.tif 000009