(57)【要約】      （修正有）【課題】入力軸動力に対する静圧及び風量を向上させるとともに、静音化できる直列式軸流ファンを提供する【解決手段】吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す第１軸流ファン２と、第１軸流ファンの中心軸に沿って第１軸流ファンに接続され吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す第２軸流ファン３と、を備え、第１軸流ファンの排気側の端部と第２軸流ファンの吸気側の端部とを接続した直列式軸流ファンであって、第１インペラ２１は、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第１翼２１１を、備え、第２インペラは、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第２翼３１１を、備え、第１翼及び前記第２翼の少なくとも一方は、補助翼部２１３を備える。そして、第１翼の枚数をＮｉｎ、第２翼の枚数をＮｏｕｔ、第１支持リブ及び第２支持リブの個数をＮｒｉｂとしたとき、Ｎｉｎ＜Ｎｏｕｔ＜Ｎｒｉｂを満たす。【選択図】図２
2018112190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す第１軸流ファンと、
前記第１軸流ファンの中心軸に沿って前記第１軸流ファンに接続され吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す第２軸流ファンと、を備え、前記第１軸流ファンの排気側の端部と前記第２軸流ファンの吸気側の端部とを接続した直列式軸流ファンであって、
前記第１軸流ファンは、
前記中心軸周りに回転する第１インペラと、
前記第１インペラを回転させる第１モータ部と、
前記第１インペラの径方向外側を囲む第１筒部を含む第１ハウジングと、
前記第１筒部の内面から内側に延びるとともに前記第１モータ部を支持する第１支持リブと、を備え、
前記第１インペラは、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第１翼を、備え、
前記第２軸流ファンは、
前記中心軸周りに回転する第２インペラと、
前記第２インペラを回転させる第２モータ部と、
前記第２インペラの径方向外側を囲む第２筒部を含む第２ハウジングと、
前記第２筒部の内面から内側に延び前記第２モータ部を支持し、前記第１支持リブと同数の第２支持リブと、を備え、
前記第２インペラは、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第２翼を、備え、
前記第１翼及び前記第２翼の少なくとも一方は、補助翼部を備え、
前記第１翼の枚数をＮｉｎ、前記第２翼の枚数をＮｏｕｔ、前記第１支持リブ及び前記第２支持リブの個数をＮｒｉｂとしたとき、
Ｎｉｎ＜Ｎｏｕｔ＜Ｎｒｉｂを満たす直列式軸流ファン。
【請求項２】
前記補助翼部は、前記第１翼の径方向の外縁部に備えられる請求項１に記載の直列式軸流ファン。
【請求項３】
前記補助翼部は、径方向外側が吸気側に反っている請求項２に記載の直列式軸流ファン。
【請求項４】
Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ及びＮｒｉｂは、１以外に公約数を持たない正の整数の組である請求項１から請求項３のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
【請求項５】
Ｎｉｎは、５である請求項１から請求項４のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
【請求項６】
Ｎｏｕｔは、７である請求項１から請求項５のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
【請求項７】
前記第１支持リブは、前記第１ハウジングの排気側に配置され、
前記第２支持リブは、前記第２ハウジングの吸気側に配置され、
前記第１支持リブの排気側を向く面と前記第２支持リブの吸気側を向く面とは、軸方向に重なる請求項１から請求項６のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
【請求項８】
Ｎｒｉｂは、１１である請求項１から請求項７のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流ファンを直接に接続した直列式軸流ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器の筐体内部に配置された電子部品を冷却する冷却ファンとして軸流ファンが用いられている。電子部品の高性能化による発熱量の増加や、筐体の小型化等による電子部品の配置密度の上昇に伴って、冷却ファンに要求される静圧及び風量は、ともに増加している。冷却ファンの静圧及び風量を増加するため、特許文献１に記載のような２個（複数）の軸流ファンを軸方向に直列に接続した直列配置軸流ファンが提案されている。
【０００３】
そして、特許文献２の二重反転式軸流送風機は、吸い込み側の第１のインペラと、吐き出し側の第２のインペラと、第１のインペラと第２のインペラとの間の位置に静止状態で配置される静止ブレードとを備えている。そして、第１インペラのブレードの枚数が５枚、静止ブレードの枚数が３枚、及び、第２インペラの枚数が４枚のときに、風量及び静圧が高くなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０３４３２号公報
【特許文献２】特開２００４−２７８３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、電子部品からの発熱量は増加しているとともに、筐体内部に配置される電子部品の密度が高くなっている。そして、部品同士の間隙が狭い部分が形成されたり、電子部品の裏側に別の電子部品が配置されたりして、直列配置軸流ファンからの風が、筐体内部にいきわたりにくくなることがある。気流がいきわたりにくくなることで、電子部品の冷却が不十分になる可能性がある。
【０００６】
本発明は、入力軸動力に対する静圧及び風量を向上させるとともに、静音化できる直列式軸流ファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的な直列式軸流ファンは、吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す第１軸流ファンと、前記第１軸流ファンの中心軸に沿って接続され吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す第２軸流ファンと、を備え、前記第１軸流ファンの排気側の端部と前記第２軸流ファンの吸気側の端部とを接続した直列式軸流ファンであって、前記第１軸流ファンは、前記中心軸周りに回転する第１インペラと、前記第１インペラを回転させる第１モータ部と、前記第１インペラの径方向外側を囲む第１筒部を含む第１ハウジングと、前記第１筒部の内面から内側に延びるとともに前記第１モータ部を支持する第１支持リブと、を備え、前記第１インペラは、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第１翼を、備え、前記第２軸流ファンは、前記中心軸周りに回転する第２インペラと、前記第２インペラを回転させる第２モータ部と、前記第２インペラの径方向外側を囲む第２筒部を含む第２ハウジングと、前記第２筒部の内面から内側に延び前記第２モータ部を支持し、前記第１支持リブと同数の第２支持リブと、を備え、前記第２インペラは、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第２翼を、備え、前記第１翼及び前記第２翼の少なくとも一方に補助翼部を備え、前記第１翼の枚数をＮｉｎ、前記第２翼の枚数をＮｏｕｔ、前記第１支持リブ及び前記第２支持リブの個数をＮｒｉｂとしたとき、Ｎｉｎ＜Ｎｏｕｔ＜Ｎｒｉｂを満たす。
【発明の効果】
【０００８】
例示的な本発明の直列式軸流ファンによれば、入力軸動力に対する静圧及び風量を向上させるとともに、静音化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明にかかる直列式軸流ファンの一例の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す直列式軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。
【図３】図３は、第１軸流ファンの上側から見た斜視図である。
【図４】図４は、第１軸流ファンの下側から見た斜視図である。
【図５】図５は、図３に示す第１軸流ファンの分解斜視図である。
【図６】図６は、図３に示す第１軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。
【図７】図７は、第２軸流ファンの上側から見た斜視図である。
【図８】図８は、第２軸流ファンの下側から見た斜視図である。
【図９】図９は、図７に示す第２軸流ファンの分解斜視図である。
【図１０】図１０は、図７に示す第２軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、直列式軸流ファン１において、直列式軸流ファン１の中心軸Ｊ１と平行な方向を「軸方向」、直列式軸流ファン１の中心軸Ｊ１に直交する方向を「径方向」、直列式軸流ファン１の中心軸Ｊ１を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とする。また、直列式軸流ファン１において、軸方向を上下方向とし、図１に示す状態を基準として、上側ＩＳ、下側ＯＳを定義する。なお、上下方向は説明のために用いられる名称であって、直列式軸流ファン１の使用状態における位置関係及び方向を限定しない。
【００１１】
＜１．  直列式軸流ファンの概略構成＞
本発明の例示的な実施形態の直列式軸流ファンについて以下説明する。図１は、本発明にかかる直列式軸流ファンの一例の斜視図である。図２は、図１に示す直列式軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。図１及び図２に示す直列式軸流ファン１は、上側ＩＳの端部から空気を吸込む。そして、吸い込まれた空気は、直列式軸流ファン１の内部で圧縮及び（又は）加速されて、下側ＯＳの端部から排出される。なお、以下の説明では、上側を吸気側、下側を排気側と称する場合がある。
【００１２】
図１及び図２に示すとおり、直列式軸流ファン１は、第１軸流ファン２と、第２軸流ファン３とを備える。第１軸流ファン２は、第２軸流ファン３の上側に配置される。換言すると、第１軸流ファン２は、第２軸流ファン３の吸気側に配置される。また、直列式軸流ファン１において、第１軸流ファン２と第２軸流ファン３とは、中心軸Ｊ１に沿って直列に接続される。すなわち、第１軸流ファン２及び第２軸流ファン３は、ともに中心が、中心軸Ｊ１と一致する。
【００１３】
第１軸流ファン２及び第２軸流ファン３は、それぞれ上側ＩＳが吸気側で下側ＯＳが排気側である。そして、第１軸流ファン２の排気側が、第２軸流ファン３に吸気側とが接続されている。すなわち、第１軸流ファン２の下側ＯＳの端面に備えられた後述の第１排気部２３０２から排出された空気が、第２軸流ファン３の上側ＩＳの端面に備えられた後述の第２吸気部３３０１から吸い込まれる。
【００１４】
すなわち、第１軸流ファン２は、吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す。また、第２軸流ファン３は、第１軸流ファン２の中心軸ｊ１に沿って接続され、吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す。そして、直列式軸流ファン１は、第１軸流ファン２の排気側の端部と第２軸流ファン３の吸気側の端部とを接続する。
【００１５】
＜２．  第１軸流ファン２の構成＞
図３は、第１軸流ファンの上側から見た斜視図である。図４は、第１軸流ファンの下側から見た斜視図である。図５は、図３に示す第１軸流ファンの分解斜視図である。図６は、図３に示す第１軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。図３〜図６に示すように、第１軸流ファン２は、第１インペラ２１と、第１モータ部２２と、第１ハウジング２３と、複数の第１支持リブ２４とを備える。
【００１６】
＜２．１  第１ハウジング２３及び第１支持リブ２４の構成＞
第１ハウジング２３は、第１軸流ファン２の外装体であり、第１インペラ２１及び第１モータ部２２等を保護する。
【００１７】
第１ハウジング２３は、第１筒部２３０と、第１吸気フランジ部２３１１と、第１排気フランジ部２３２１とを備える。第１筒部２３０は、中心軸Ｊ１に沿って上端部２３１から下端部２３２に貫通した筒体である。第１筒部２３０の上端部２３１が、第１吸気部２３０１であり、下端部２３２が第１排気部２３０２である。図３〜図６に示すように、第１筒部２３０は、円筒の外周面を、中心軸Ｊ１と平行な平面で切断した形状の外側平面２３６を４面備える。外側平面２３６は、周方向に等間隔に配置される。外側平面２３６は、中心軸Ｊ１と平行な平面である。
【００１８】
第１軸流ファン２において、第１インペラ２１は、第１筒部２３０の内部で中心軸Ｊ１周りに回転し、気流を発生させる。つまり、第１筒部２３０は、外装体の一部であるとともに、風洞でもある。すなわち、第１ハウジング２３は、第１インペラ２１の径方向外側を囲む第１筒部２３０を含む。また、第１インペラ２１は、中心軸Ｊ１周りに回転する。
【００１９】
第１吸気フランジ部２３１１は、第１ハウジング２３の上端部２３１に備えられる。第１吸気フランジ部２３１１は、中心軸Ｊ１方向に見たときに正方形状であり、１辺の長さは第１筒部２３０の内径よりも長い。第１吸気フランジ部２３１１の中心軸Ｊ１方向に見たときの隅部は、第１筒部２３０の外周面から径方向外側に拡がる。ここで、隅部とは、正方形状の角部を備える部分であり、角部を含み周方向に一定の幅を有する領域を含む部分である。以下、隅部については、上記の隅部と同様とする。また、中心軸Ｊ１方向に見たときに正方形状の第１吸気フランジ部２３１１の辺を構成する面は、外側平面２３６と面一である。
【００２０】
第１排気フランジ部２３２１は、第１ハウジング２３の下端部２３２に備えられる。第１排気フランジ部２３２１は、中心軸Ｊ１方向に見たときに正方形状であり、１辺の長さは第１筒部２３０の内径よりも長い。第１排気フランジ部２３２１の中心軸Ｊ１方向に見たときの隅部は、第１筒部２３０の外周面から径方向外側に拡がる。また、中心軸Ｊ１方向に見たときに正方形状の第１排気フランジ部２３２１の辺を構成する面は、外側平面２３６と面一である。さらに、中心軸Ｊ１方向に見たときに、第１吸気フランジ部２３１１と第１排気フランジ部２３２１とは、重なる。
【００２１】
第１筒部２３０は、第１内径部２３３と、第２内径部２３４とを備える。第１内径部２３３は、第２内径部２３４よりも吸気側、すなわち、上側ＩＳに配置される。第１内径部２３３は筒状であり、軸方向に内径Ｄ１１が変化しない。第１筒部２３０の最小内径は、内径Ｄ１１である。すなわち、第１内径部２３３は、最小内径部分である。第２内径部２３４は、第１筒部２３０において、下端部２３２側、すなわち、排気側の端部に配置される。第２内径部２３４は、第１内径部２３３よりも大径の部分を備える。第２内径部２３４の外側平面２３６と径方向に重なる部分は内側平面２３４１であり、内側平面２３４１同士を周方向に繋ぐ部分は、内側曲面２３４２である。第２内径部の内側曲面２３４２の最も下側は中心軸と直交する面で切断した断面が円弧状であり、内径Ｄ１２である。そして、第１内径部２３３の内径Ｄ１１は、第２内径部２３４の内側曲面２３４２の内径Ｄ１２よりも小さい。
【００２２】
内側曲面２３４２は、円錐部２３５を備える。円錐部２３５は、円錐形の内面の一部であり、下側、すなわち、排気側に向かって拡径する。
【００２３】
第１軸流ファン２は、１１個の第１支持リブ２４を備える。１１個の第１支持リブ２４は、第２内径部２３４から径方向内側に向かって延び、周方向に等間隔に配置される。第１支持リブ２４の径方向内側は、第１モータ部２２の後述するベース部２２２１と接続する。これにより、第１モータ部２２は、第１支持リブ２４によって、第１ハウジング２３に支持される。第１ハウジング２３、第１支持リブ２４及びベース部２２２１は、樹脂で一体的に形成された樹脂成形体である。第１軸流ファン２において、第１支持リブ２４は、第１ハウジング２３の下端側に配置される。すなわち、第１支持リブ２４は、第１筒部２３０の内周面から内側に延びるとともに第１モータ部２２を支持する。
【００２４】
中心軸Ｊ１方向に見たとき、第１支持リブ２４は、第１筒部２３０の内部に配置される。そして、第１インペラ２１の回転によって第１筒部２３０の内部で発生した気流の少なくとも一部を横切る。第１インペラ２１の回転によって発生する気流は、軸方向の速度成分持つとともに、第１インペラ２１が回転する方向、すなわち、周方向の速度成分を持っている。そのため、第１支持リブ２４は、気流の周方向の速度成分によって気流が逆流しない方向、すなわち、下側が上側ＩＳよりも回転方向下流側に位置する傾斜を有する。詳細は後述するが、第１軸流ファン２と第２軸流ファン３とを接続したときに、第１支持リブ２４及び第２支持リブ３４は、静翼を構成し、気流を軸方向に整流する。すなわち、第１支持リブ２４は、第１モータ部２２を支持するとともに、気流を整流する静翼でもある。
【００２５】
＜２．２  第１モータ部２２の構成＞  
第１モータ部２２は、いわゆる、アウターロータ型である。図６に示すように、第１モータ部２２は、第１ロータ部２２１と、第１ステータ部２２２とを備える。第１モータ部２２は、第１インペラ２１を回転させる。
【００２６】
＜２．２．１  第１ステータ部２２２の構成＞
第１ステータ部２２２は、ベース部２２２１と、軸受保持部２２２２と、電機子２２２３と、回路基板２２２４とを備える。ベース部２２２１は、第１ハウジング２３及び第１支持リブ２４と一体成形体として形成される。ベース部２２２１は、中心軸Ｊ１と直交する円板状であり中心が中心軸Ｊ１と重なる。軸受保持部２２２２は、円筒状であり、ベース部２２２１の中央部に配置され、上側ＩＳに向かって延びる。なお、軸受保持部２２２２は、ベース部２２２１と一体成形体であってもよい。軸受保持部２２２２の内側の上部及び下部には、玉軸受２２２５及び玉軸受２２２６が取り付けられる。そして、玉軸受２２２５及び玉軸受２２２６を介して、第１ロータ部２２１の後述するシャフト２２１３が回転可能に支持される。なお、玉軸受２２２５及び玉軸受２２２６は、軸受機構の一例であり、これに限定されない。シャフト２２１３を回転可能に支持できる構造の軸受を広く採用できる。
【００２７】
電機子２２２３は、軸受保持部２２２２の径方向外側に固定される。電機子２２２３は、ステータコア２２２７と、コイル２２２８と、インシュレータ２２２９とを備える。ステータコア２２２７は、電磁鋼板を軸方向に積層した積層体である。なお、ステータコア２２２７は、電磁鋼板を積層した積層体に限定されず、例えば、紛体の焼成体、鋳造体等、単一の部材であってもよい。
【００２８】
ステータコア２２２７は、環状のコアバックと、複数（ここでは、９個）のティースとを有する。９個のティースはコアバックの外周面から径方向外側に延びて放射状に形成される。これにより、９個のティースが周方向に配置される。コイル２２２８はインシュレータ２２２９が取り付けられた各ティースの周囲に導線を巻き回して構成される。
【００２９】
ステータコア２２２７のコアバックに軸受保持部２２２２が圧入され、ステータコア２２２７は軸受保持部２２２２に固定される。圧入は、いわゆるしまりばめであってもよいし、圧入による力がしまりばめよりも弱い、軽圧入、いわゆる、中間ばめであってもよい。コアバックと軸受保持部２２２２との固定は、接着等、他の方法であってもよい。ステータコア２２２７は、軸受保持部２２２２に固定されたとき、中心が中心軸Ｊ１と重なる。そして、第１モータ部２２を円滑かつ効率よく回転させるため、ステータコア２２２７の９個のティースは、周方向に等間隔で配列される。
【００３０】
ベース部２２２１には、回路基板２２２４が取り付けられる。回路基板２２２４は、第１ステータ部２２２のコイル２２２８と電気的に接続されている。回路基板２２２４は、コイル２２２８を駆動する駆動回路を含む。
【００３１】
第１ステータ部２２２のベース部２２２１は、第１支持リブ２４と一体成形体である。これにより、第１ステータ部２２２、すなわち、第１モータ部２２は、第１支持リブ２４に支持される。また、第１支持リブ２４は、第１ハウジング２３とも一体成形体である。そのため、第１モータ部２２は、第１支持リブ２４を介して第１ハウジング２３と接続する、換言すると、第１ハウジング２３に支持される。
【００３２】
＜２．２．２  第１ロータ部２２１の構成＞
第１ロータ部２２１は、ヨーク２２１１と、界磁用磁石２２１２と、シャフト２２１３と、軸固定部材２２１４とを備える。ヨーク２２１１は、金属製で、中心軸Ｊ１を中心とする有蓋円筒状である。ヨーク２２１１の蓋状部の中央には、軸固定部材２２１４が固定されている。シャフト２２１３は軸固定部材２２１４に圧入等の固定方法にて固定される。なお、固定方法については、圧入に限定されず、接着等、他の方法であってもよい。すなわち、ヨーク２２１１は、軸固定部材２２１４を介して、シャフト２２１３と固定される。
【００３３】
界磁用磁石２２１２は、円筒形状である。界磁用磁石２２１２は、ヨーク２２１１の内面に固定される。界磁用磁石２２１２はＮ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されている。なお、円筒形状の界磁用磁石２２１２に替えて、複数個の界磁用磁石を周方向に並べて配置してもよい。
【００３４】
シャフト２２１３は、金属製であるとともに、円柱状である。シャフト２２１３は、玉軸受２２２５及び玉軸受２２２６を介して軸受保持部２２２２、すなわち、第１ステータ部２２２に対して回転可能に支持される。軸受保持部２２２２に回転可能に支持されたシャフト２２１３は、中心が中心軸Ｊ１と重なる。
【００３５】
第１モータ部２２では、シャフト２２１３が、玉軸受２２２５及び玉軸受２２２６を介して回転可能に支持されることで、第１ロータ部２２１が第１ステータ部２２２に、中心軸Ｊ１周りに回転可能に支持される。このとき、第１ロータ部２２１の界磁用磁石２２１２の径方向内面と、ステータコア２２２７の径方向外面とは、径方向に間隙をあけて対向する。第１モータ部２２の動作の詳細については、後述する。
【００３６】
＜２．３  第１インペラ２１の構成＞
図５及び図６に示すように、第１インペラ２１は、複数枚の第１翼２１１と、カップ２１２と、補助翼部２１３とを備える。カップ２１２は、有蓋円筒状である。なお、カップ２１２は、有蓋円筒状としているが、これに限定されず、外周面が、軸方向において外径が異なる、例えば、円錐台状であってもよい。
【００３７】
第１翼２１１は、カップ２１２の径方向外面から径方向外側に突出する。第１インペラ２１において、第１翼２１１は、５枚備えられる。５枚の第１翼２１１は、周方向に等間隔に並ぶ。すなわち、第１インペラ２１は、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第１翼２１１を備える。第１翼２１１は、周方向に傾斜しており、第１インペラ２１が回転することで、上側から下側に流れる気流が発生する。換言すると、第１翼２１１は、上側ＩＳから下側に気流が発生させる向きに傾斜している。第１翼２１１の排気側の面、すなわち、下側の面が圧力面である。また、第１翼２１１の吸気側の面、すなわち、上側ＩＳの面が負圧面である。
【００３８】
そして、補助翼部２１３は、第１翼２１１の径方向の外縁部に備えられる。このように構成することで補助翼部２１３で渦を発生させて、補助翼部２１３の径方向の外縁部と第１筒部２３０の内面との隙間での、空気の逆流を抑制できる。詳細については、後述する。補助翼部２１３は、第１翼２１１の外縁部の回転方向前端から回転方向後端にまでの全域に形成される。このように構成することで第１翼２１１の外縁部の全体において、補助翼部２１３による圧力を高める効果を得ることができる。これにより、圧力を高める効果を得ることができる。また、外縁部の一部に補助翼部２１３を形成する場合に比べて、製造が容易になる場合がある。さらに、補助翼部２１３は、径方向外側に向かって軸方向上側、すなわち、吸気側に反っている。このように構成することで、簡単な形状の補助翼部による圧力を高めることが可能である。また、別途補助翼部を追加して取り付ける構成に比べて、製造が簡単である。
【００３９】
第１軸流ファン２では、補助翼部２１３によって、第１翼２１１の径方向の外縁部において、圧力面側から負圧面側への空気の流入を抑制する。なお、空気の流れを抑制する動作の詳細については、後述する。
【００４０】
＜２．４  第１軸流ファン２の組み立て及び動作について＞
上述のとおり、第１モータ部２２の第１ステータ部２２２は、第１ハウジング２３と一体に形成されたベース部２２２１に、軸受保持部２２２２、電機子２２２３及び回路基板２２２４を取り付けて組み立てられる。すなわち、第１ステータ部２２２は、第１ハウジング２３に第１支持リブ２４を介して支持される。
【００４１】
そして、第１インペラ２１のカップ２１２の内部に、第１ロータ部２２１のヨーク２２１１が固定される。ヨーク２２１１のカップ２１２への固定は、圧入によって行われてもよいし、接着であってもよい。また、ねじ等の締結部材によってなされてもよい。カップ２１２は、ヨーク２２１１とのずれを抑制して、ヨーク２２１１に固定される。すなわち、第１インペラ２１は、第１ロータ部２２１に固定される。
【００４２】
そして、第１インペラ２１が固定された第１ロータ部２２１のシャフト２２１３を軸受保持部２２２２の内部に取り付けられた玉軸受２２２５及び玉軸受２２２６の内輪に固定する。なお、玉軸受２２２５及び玉軸受２２２６の内輪へのシャフト２２１３の固定は、圧入にて行われるが、これに限定されない。例えば、接着、溶接等、シャフト２２１３と内輪との相対的な移動を抑制し、シャフト２２１３が中心軸Ｊ１周りに回転可能な固定方法を広く採用できる。以上のようにして、第１インペラ２１が取り付けられた第１ロータ部２２１は、第１ステータ部２２２に回転可能に取り付けられる。
【００４３】
第１ロータ部２２１を第１ステータ部２２２に取り付けることで、第１インペラ２１は、第１ハウジング２３の内部に収容される。第１翼２１１の径方向の外縁部に備えられた補助翼部２１３の径方向外側は、第１筒部２３０の内面と径方向に対向する。
【００４４】
第１モータ部２２のコイル２２２８には、回路基板２２２４に実装された駆動回路からタイミングよく電流が供給される。これにより、第１モータ部２２の第１ロータ部２２１が所定の方向に回転される。なお、第１ロータ部２２１の回転方向は、ここでは、中心軸Ｊ１を上側ＩＳから見たときに、反時計回り方向である。
【００４５】
第１モータ部２２が中心軸Ｊ１周りに回転することで、第１ロータ部２２１に固定された第１インペラ２１も中心軸Ｊ１周りに回転する。第１インペラ２１の回転によって、第１ハウジング２３、換言すると、第１筒部２３０の内部には、周方向に旋回しつつ軸方向に流れる気流が発生する。
【００４６】
第１インペラ２１の回転によって、第１翼２１１が空気を押される。そのため、第１翼２１１の下側の面（排気側の面）が圧力面であり、上側ＩＳの面（吸気側の面）が負圧面である。第１インペラ２１は、第１翼２１１が５枚であり、第１翼２１１の中心軸Ｊ１に対する傾きが大きい。そのため、圧力面と負圧面との圧力差が大きくなる。
【００４７】
第１軸流ファン２では、第１翼２１１の径方向の外縁部と第１筒部２３０の内面とは、間隙をあけて径方向に対向している。そのため、第１インペラ２１が回転し、第１翼の圧力面と負圧面との間に圧力差が発生すると、第１翼２１１の径方向の外縁部では、圧力面側から負圧面側に、すなわち、下側ＯＳから上側ＩＳに空気の流れが発生しやすい。
【００４８】
第１翼２１１の径方向の外縁部には、補助翼部２１３が備えられている。補助翼部２１３は、上側ＩＳ（吸気側）に反っている。第１インペラ２１が回転するときに、補助翼部２１３によって、補助翼部２１３の径方向の外縁部と第１筒部２３０の内面との間隙に渦が発生する。この渦によって、補助翼部２１３の外縁部と第１筒部２３０の内面との間隙における下側から上側への空気の流れが抑制される。これにより、下側から上側への空気の流れを抑制することで、圧力面と負圧面との圧力差の低下、すなわち、圧力損失が抑制される。その結果、第１軸流ファン２では、高圧の気流を第１排気部２３０２から吐出できる。
【００４９】
第１筒部２３０の内面と補助翼部２１３の径方向の外縁部との間隙に、渦を形成して、その渦で、間隙を逆流する空気を抑制している。渦による第１筒部２３０の内面と補助翼部２１３の径方向の外縁部との間隙を逆流する空気を効果的に抑制するため、第１筒部２３０の内面と補助翼部２１３の径方向の外縁部との間隙をできるだけ狭くすることが好ましい。また、第１筒部２３０の内面と補助翼部２１３の径方向の外縁部との間隙は、均一であることが好ましい。なお、第１筒部２３０の内面と補助翼部２１３の径方向外側との間隙が均一であるとは、正確に均一の場合に加えて、第１軸流ファン２の動作に影響しない程度にばらつく場合も含んでよい。このように構成することで、部分的に隙間が大きくなるのを抑制できる。これにより、部分的に間隙が変化するのを抑制して、圧力バランスを保ち、第１インペラ２１が円滑に回転可能であるとともに、振動、騒音等を抑制する。すなわち、直列式軸流ファン１を静音化できる。
【００５０】
第１筒部２３０の内面と補助翼部２１３の径方向の外縁部との間隙を均一とすることで、渦による逆流を抑制する効果のばらつきを抑制する。これにより、第１インペラ２１の周方向における圧力バランスが崩れにくい。その結果、第１インペラ２１を円滑に回転させることができ、振動及び（又は）騒音を抑制できる。すなわち、直列式軸流ファン１を静音化できる。
【００５１】
補助翼部２１３は、第１筒部２３０の軸方向長さの内側に収まる。補助翼部２１３は、第１筒部２３０と確実に対向するため、圧力を高める効果を上げることができる。また、補助翼部２１３が円筒の内部に収まることで、第１筒部２３０の内面と径方向に等間隔の間隙を形成する補助翼部２１３の形状が簡単になる。それだけ、第１インペラ２１を製造しやすい。また、補助翼部２１３が径方向に対向する面を円筒とすることで補助翼部２１３の外径の変化が少なくなり、圧力や流速の変化を抑制できる。これにより、吐出される気流の圧力を高める効果を上げることもできる。
【００５２】
第１軸流ファン２では、補助翼部２１３の径方向の外縁は第１筒部２３０の第１内径部２３３の内面と径方向に対向することが好ましい。すなわち、第１筒部２３０の内面のうち、少なくとも補助翼部２１３と径方向に対向する部分は、円筒であることが好ましい。筒部２３３の補助翼部２１３と対向する部分の外径の変化が少ないため、圧力や流速が変化しにくく圧力を高めることが可能である。
【００５３】
なお、補助翼部２１３が、第２内径部２３４と径方向に対向しても良い。この場合においても、補助翼部２１３の外縁の形状は、補助翼部２１３の径方向の外縁と第２内径部２３４の内面との間隙と、補助翼部２１３の径方向の外縁と第１内径部２３３の内面との間隙とが等しくなる形状である。このように構成することで、上述した、振動及び（又は）騒音を抑制する効果を得ることが可能である。すなわち、直列式軸流ファン１を静音化できる。
【００５４】
なお、第１インペラ２１では、補助翼部２１３は、第１翼２１１の径方向の外縁部の回転方向前端から回転方向後端まで全域に形成されている。これにより、圧力損失を低減して、第１排気部２３０２から吐出される気流の圧力を高めている。一方で、第１排気部２３０２から吐出される気流の圧力がある程度の高さであればよい場合もある。このような場合には、第１翼２１１の径方向の外縁部の回転方向前端から回転方向後端に部分的に補助翼部２１３を形成してもよい。このようにすることで、第１排気部２３０２から吐出される気流の圧力を調整することが可能である。なお、補助翼部２１３を形成する部分は、複数枚の第１翼２１１において、同じ部分に形成されることが好ましい。このように構成することで、各第１翼２１１における補助翼部２１３による圧力の分布を同じ又は略同じとし、第１インペラ２１に作用する圧力のバランスを取ることができる。これにより、振動及び（又は）騒音を抑制できる。すなわち、直列式軸流ファン１を静音化できる。
【００５５】
＜３．  第２軸流ファン３の構成＞
図７は、第２軸流ファンの上側から見た斜視図である。図８は、第２軸流ファンの下側から見た斜視図である。図９は、図７に示す第２軸流ファンの分解斜視図である。図１０は、図７に示す第２軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。図７〜図１０に示すように、第２軸流ファン３は、第２インペラ３１と、第２モータ部３２と、第２ハウジング３３と、複数の第２支持リブ３４とを備える。
【００５６】
＜３．１  第２ハウジング３３及び第２支持リブ３４の構成＞
第２ハウジング３３は、第２軸流ファン３及び直列式軸流ファン１の外装体であり、第２インペラ３１及び第２モータ部３２等を保護する。
【００５７】
第２ハウジング３３は、第２筒部３３０と、第２吸気フランジ部３３１１と、第２排気フランジ部３３２１とを備える。第２筒部３３０は、中心軸Ｊ１に沿って上端部３３１から下端部３３２に貫通した筒体である。第２筒部３３０の上端部３３１が、第２吸気部３３０１であり、下端部３３２が第２排気部３３０２である。図７〜図９に示すように、第２筒部３３０は、円筒の外周面を、中心軸Ｊ１と平行な平面で切断した形状の外側平面３３６を４面備える。外側平面３３６は、周方向に等間隔に並んで配置される。外側平面３３６は、中心軸Ｊ１と平行な平面である。
【００５８】
第２軸流ファン３において、第２インペラ３１は、第２筒部３３０の内部で中心軸Ｊ１周りに回転し、気流を発生させる。つまり、第２筒部３３０は、外装体の一部であるとともに、風洞でもある。すなわち、第２ハウジング３３は、第２インペラ３１の径方向外側を囲む第２筒部３３０を含む。また、第２インペラ３１は、中心軸Ｊ１周りに回転する。
【００５９】
第２吸気フランジ部３３１１は、第２ハウジング３３の上端部３３１に備えられる。第２吸気フランジ部３３１１は、中心軸Ｊ１方向に見たときに正方形状であり、１辺の長さは第２筒部３３０の内径よりも長い。第２吸気フランジ部３３１１の中心軸Ｊ１方向に見たときの隅部は、第２筒部３３０の外周面から径方向外側に拡がる。また、中心軸Ｊ１方向に見たときに正方形状の第２吸気フランジ部３３１１の辺を構成する面は、外側平面３３６と面一である。
【００６０】
第２排気フランジ部３３２１は、第２ハウジング３３の下端部３３２に備えられる。第２排気フランジ部３３２１は、中心軸Ｊ１方向に見たときに正方形状であり、１辺の長さは第２筒部３３０の内径よりも長い。第２排気フランジ部３３２１の中心軸Ｊ１方向に見たときの隅部は、第２筒部３３０の外周面から径方向外側に拡がる。また、中心軸Ｊ１方向に見たときに正方形状の第２排気フランジ部３３２１の辺を構成する面は、外側平面３３６と面一である。さらに、中心軸Ｊ１方向に見たときに、第２吸気フランジ部３３１１と第２排気フランジ部３３２１とは、重なる。
【００６１】
第２筒部３３０は、第１内径部３３３と、第２内径部３３４とを備える。第１内径部３３３は、第２内径部３３４の排気側、すなわち、下側ＯＳに配置される。第１内径部３３３は筒状であり、軸方向に内径Ｄ２１が変化しない。第２筒部３３０の最小内径は、内径Ｄ２１である。すなわち、第１内径部３３３は、最小内径部分である。第２内径部３３４は、第２筒部３３０において、上端部３３１側、すなわち、吸気側の端部に配置される。第２内径部３３４の外側平面３３６と径方向に重なる部分は内側平面３３４１であり、内側平面３３４１同士を周方向に繋ぐ部分は、内側曲面３３４２である。内側曲面３３４２は、円錐部３３５を備える。円錐部３３５は、円錐形の内面の一部であり、上側、すなわち、吸気側に向かって拡径する。
【００６２】
第２内径部３３４の内側曲面３３４２の最も上側は、中心軸と直交する面で切断した断面が円弧状であり、内径Ｄ２２である。そして、第１内径部３３３の内径Ｄ２１は、第２内径部３３４の内側曲面３３４２の内径Ｄ２２よりも小さい。
【００６３】
また、第１軸流ファン２と第２軸流ファン３とを接続するとき、第１筒部２３０の第２内径部２３４と第２筒部３３０の第２内径部３３４とが軸方向に連続して接続される。このとき、第１筒部２３０の第２内径部２３４の内側曲面２３４２と第２筒部３３０の第２内径部３３４の内側曲面３３４２とを滑らか接続させるため、内径Ｄ１２と内径Ｄ２２とは、等しい。また、第１筒部２３０の第２内径部２３４の内側平面２３４１と第２筒部３３０の第２内径部３３４の内側平面３３４１とを滑らかに接続させるため、内径Ｄ１１と内径Ｄ２１とは、等しい。
【００６４】
また、第２筒部３３０の軸方向の下端部３３２には、第２排気フランジ部３３２１の隅部と径方向に重なる領域、換言すると、第２内径部３３４の内側曲面３３４２と軸方向に重なる領域に、軸方向下側が径方向外側に湾曲した拡径部３３７を備えている。拡径部３３７は、拡径部３３７が気流の流れ方向に向かって緩やかに内径が大きくなっている。このような形状とすることで、第２筒部３３０の第２排気部３３０２から吐出される気流が乱れにくい。拡径部３３７は、中心軸Ｊ１を含む面で切断したときに、切断面の形状が曲面になる。すなわち、拡径部３３７は、いわゆる、ベルマウス状の形状を有している。
【００６５】
すなわち、第２ハウジング３３は、排気側端部に一辺が第２筒部３３０の内周面の内径よりも大きい正方形状の第２排気フランジ部３３２１を備える。第２筒部３３０の内周面の排気側３３２端部において第２排気フランジ部３３２１の隅部と径方向に重なる部分は、排気側３３２の端縁に向かって径方向外側に湾曲する。これにより、拡径部３３７を、緩やかに拡がる形状とすることで、錐体とする場合に比べても気流が乱れにくく、圧力及び風量の減少を抑制できる。
【００６６】
第２軸流ファン３は、１１個の第２支持リブ３４を備える。１１個の第２支持リブ３４は、第２内径部３３４から径方向内側に向かって延び、周方向に等間隔に配置される。第２支持リブ３４の径方向内側は、第２モータ部３２の後述するベース部３２２１と接続する。これにより、第２モータ部３２は、第２支持リブ３４によって、第２ハウジング３３に支持される。第２ハウジング３３、第２支持リブ３４及びベース部３２２１は、樹脂で一体的に形成された樹脂成形体である。第２軸流ファン３において、第２支持リブ３４は、第２ハウジング３３の上端部３３１側に配置される。すなわち、第２支持リブ３４は、第２筒部３３０の内周面から内側に延びるとともに第２モータ部３２を支持する。
【００６７】
中心軸Ｊ１方向に見たとき、第２支持リブ３４は、第２筒部３３０の内部に配置される。第２支持リブ３４は、第１軸流ファン２の第１支持リブ２４と組み合わせられて、静翼として用いられる。そのため、第２支持リブ３４は、第１軸流ファン２の下側ＯＳに第２軸流ファン３を接続したときに第１支持リブ２４と同じ方向に傾斜する。すなわち、第２支持リブ３４は、軸方向下側が第１インペラ２１の回転方向の後側に位置する。
【００６８】
＜３．２  第２モータ部３２の構成＞  
第２モータ部３２は、いわゆる、アウターロータ型である。図１０に示すように、第２モータ部３２は、第２ロータ部３２１と、第２ステータ部３２２とを備える。第２モータ部３２は、第２インペラ３１を回転させる。
【００６９】
＜３．２．１  第２ステータ部３２２の構成＞
第２ステータ部３２２は、ベース部３２２１と、軸受保持部３２２２と、電機子３２２３と、回路基板３２２４とを備える。ベース部３２２１は、第２ハウジング３３及び第２支持リブ３４と一体成形体として形成される。ベース部３２２１は、中心軸Ｊ１と直交する円板状であり中心が中心軸Ｊ１と重なる。軸受保持部３２２２は、円筒状であり、ベース部３２２１の中央部に配置され、軸方向下側に向かって延びる。なお、軸受保持部３２２２は、ベース部３２２１と一体成形体であってもよい。軸受保持部３２２２の内側の上部及び下部には、玉軸受３２２５及び玉軸受３２２６が取り付けられる。そして、玉軸受３２２５及び玉軸受３２２６を介して、第２ロータ部３２１の後述するシャフト３２１３が回転可能に支持される。なお、玉軸受３２２５及び玉軸受３２２６は、軸受の一例であり、これに限定されない。シャフト３２１３を回転可能に支持できる構造の軸受を広く採用できる。
【００７０】
電機子３２２３は、軸受保持部３２２２の径方向外側に固定される。電機子３２２３は、ステータコア３２２７と、コイル３２２８と、インシュレータ３２２９とを備える。ステータコア３２２７は、は電磁鋼板を軸方向に積層した積層体である。なお、ステータコア３２２７は、電磁鋼板を積層した積層体に限定されず、例えば、紛体の焼成体、鋳造体等、単一の部材であってもよい。
【００７１】
ステータコア３２２７は、環状のコアバックと、複数（ここでは、９個）のティースとを有する。９個のティースはコアバックの外周面から径方向外側に延びて放射状に形成される。これにより、９個のティースが周方向に配置される。コイル３２２８はインシュレータ３２２９が取り付けられた各ティースの周囲に導線を巻き回して構成される。
【００７２】
ステータコア３２２７のコアバックに軸受保持部３２２２が圧入され、ステータコア３２２７は軸受保持部３２２２に固定される。圧入は、いわゆるしまりばめであってもよいし、圧入による力がしまりばめよりも弱い、軽圧入、いわゆる、中間ばめであってもよい。コアバックと軸受保持部３２２２との固定は、接着等、他の方法であってもよい。ステータコア３２２７は、軸受保持部３２２２に固定されたとき、中心が中心軸Ｊ１と重なる。そして、第２モータ部３２を円滑かつ効率よく回転させるため、ステータコア３２２７の９個のティースは、周方向に等間隔で配列される。
【００７３】
ベース部３２２１には、回路基板３２２４が取り付けられる。回路基板３２２４は、第２ステータ部３２２のコイル３２２８と電気的に接続されている。回路基板３２２４は、コイル３２２８を駆動する駆動回路を含む。
【００７４】
第２ステータ部３２２のベース部３２２１は、第２支持リブ３４と一体成形体である。これにより、第２ステータ部３２２、すなわち、第２モータ部３２は、第２支持リブ３４に支持される。また、第２支持リブ３４は、第２ハウジング３３とも一体成形体である。そのため、第２モータ部３２は、第２支持リブ３４を介して第２ハウジング３３と接続する、換言すると、第２ハウジング３３に支持される。
【００７５】
＜３．２．２  第２ロータ部３２１の構成＞
第２ロータ部３２１は、ヨーク３２１１と、界磁用磁石３２１２と、シャフト３２１３と、軸固定部材３２１４とを備える。ヨーク３２１１は、金属製で、中心軸Ｊ１を中心とする有蓋円筒状である。ヨーク３２１１の蓋状部の中央には、軸固定部材３２１４が固定されている。シャフト３２１３は軸固定部材３２１４に圧入等の固定方法にて固定される。なお、固定方法については、圧入に限定されず、接着等、他の方法であってもよい。ヨーク３２１１は、軸固定部材３２１４を介して、シャフト３２１３と固定される。
【００７６】
界磁用磁石３２１２は、円筒形状である。界磁用磁石３２１２は、ヨーク３２１１の内面に固定される。界磁用磁石３２１２はＮ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されている。なお、円筒形状の界磁用磁石３２１２に替えて、複数個の界磁用磁石を周方向に並べて配置してもよい。
【００７７】
シャフト３２１３は、金属製であるとともに、円柱状である。シャフト３２１３は、玉軸受３２２５及び玉軸受３２２６を介して軸受保持部３２２２、すなわち、第２ステータ部３２２に対して回転可能に支持される。軸受保持部３２２２に回転可能に支持されたシャフト３２１３は、中心が中心軸Ｊ１と重なる。
【００７８】
第２モータ部３２では、シャフト３２１３が、玉軸受３２２５及び玉軸受３２２６を介して回転可能に支持されることで、第２ロータ部３２１が第２ステータ部３２２に、中心軸Ｊ１周りに回転可能に支持される。このとき、第２ロータ部３２１の界磁用磁石３２１２の径方向内面と、ステータコア３２２７の径方向外面とが径方向に間隙をあけて対向する。第２モータ部３２の動作の詳細については、後述する。
【００７９】
＜３．３  第２インペラ３１の構成＞
図９及び図１０に示すように、第２インペラ３１は、複数枚の第２翼３１１と、カップ３１２とを備える。カップ３１２は、有蓋円筒状である。なお、カップ３１２は、有蓋円筒状としているが、これに限定されず、外周面が、軸方向において外径が異なる、例えば、円錐台状であってもよい。
【００８０】
第２翼３１１は、カップ３１２の径方向外面から径方向外側に突出する。第２インペラ３１において、第２翼３１１は、７枚備えられる。７枚の第２翼３１１は、周方向に等間隔に並ぶ。すなわち、第２インペラ３１は、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第２翼３１１を備える。第２翼３１１は、周方向に傾斜しており、第２インペラ３１が回転することで、上側ＩＳから下側ＯＳに向かう気流が発生する。換言すると、第２翼３１１は、上側ＩＳから下側ＯＳに気流を発生させる向きに傾斜している。
【００８１】
＜３．４  第２軸流ファン３の組み立て及び動作について＞
上述のとおり、第２モータ部３２の第２ステータ部３２２は、第２ハウジング３３と一体に形成されたベース部３２２１に、軸受保持部３２２２、電機子３２２３及び回路基板３２２４を取り付けて組み立てられる。すなわち、第２ステータ部３２２は、第２ハウジング３３に第２支持リブ３４を介して支持される。
【００８２】
そして、第２インペラ３１のカップ３１２の内部に、第２ロータ部３２１のヨーク３２１１が固定される。ヨーク３２１１のカップ３１２への固定は、圧入によって行われてもよいし、接着であってもよい。また、ねじ等の締結部材によってなされてもよい。カップ３１２は、ヨーク３２１１とのずれを抑制して、ヨーク３２１１に固定される。すなわち、第２インペラ３１は、第２ロータ部３２１に固定される。
【００８３】
そして、第２インペラ３１が固定された第２ロータ部３２１のシャフト３２１３を軸受保持部３２２２の内部に取り付けられた玉軸受３２２５及び玉軸受３２２６の内輪に固定する。なお、玉軸受３２２５及び玉軸受３２２６の内輪へのシャフト３２１３の固定は、圧入にて行われるが、これに限定されない。例えば、接着、溶接等、シャフト３２１３と内輪との相対的な移動を抑制し、シャフト３２１３が中心軸Ｊ１周りに回転可能な固定方法を広く採用できる。以上のようにして、第２インペラ３１が取り付けられた第２ロータ部３２１は、第２ステータ部３２２に回転可能に取り付けられる。
【００８４】
第２ロータ部３２１を第２ステータ部３２２に取り付けることで、第２インペラ３１は、第２ハウジング３３の内部に収容される。そして、第２翼３１１の径方向外側は、第２筒部３３０の内面と径方向に対向する。また、第２翼３１１は、第２筒部３３０の軸方向長さの内側に収まる。また、第２筒部３３０の内面と第２翼３１１の径方向外側との径方向の間隙は、均一である。なお、第２筒部３３０の内面と第２翼３１１の径方向外側との間隙が均一であるとは、正確に均一の場合に加えて、第２軸流ファン３の動作に影響しない程度にばらつく場合も含む。
【００８５】
第２モータ部３２のコイル３２２８には、回路基板３２２４に実装された駆動回路からタイミングよく電流が供給される。これにより、第２モータ部３２の第２ロータ部３２１が所定の方向に回転される。なお、第２ロータ部３２１の回転方向は、ここでは、中心軸Ｊ１を上側ＩＳから見たときに、反時計回り方向である。
【００８６】
第２モータ部３２が中心軸Ｊ１周りに回転することで、第２ロータ部３２１に固定された第２インペラ３１も中心軸Ｊ１周りに回転する。第２インペラ３１の回転によって、第２ハウジング３３、換言すると、第２筒部３３０の内部には、周方向に旋回しつつ軸方向に流れる気流が発生する。
【００８７】
＜４．  直列式軸流ファン１の詳細について＞
第２軸流ファン３の第２翼３１１は、第１軸流ファン２の第１翼２１１に比べて、軸に対する傾斜が少なく、圧力面と負圧面との圧力差が小さい。そのため、第２翼３１１の径方向の外縁部には、補助翼部を設けなくても、圧力損失を抑制可能である。また、このような、軸に対する傾斜が少ない翼を有するインペラでは、回転による空気を圧縮する効果よりも、流速を上げる効果を得やすい。すなわち、第２軸流ファン３は、第１軸流ファン２に比べて、吐出流量を増加させる能力が高い。換言すると、第１軸流ファン２は、第２軸流ファン３に比べて、吐出圧力を増加させる能力が高い。直列式軸流ファン１では、これらの異なる能力の軸流ファンを直列につなぐことで、圧力及び流量を高める。以下に、直列式軸流ファン１の詳細について説明する。
【００８８】
第１軸流ファン２と第２軸流ファン３とを軸方向に直列に接続して、直列式軸流ファン１が形成される。第１軸流ファン２の下端部と第２軸流ファン３の上端部とが接続される。第１軸流ファン２の第１排気フランジ部２３２１と第２軸流ファン３の第２吸気フランジ部３３１１とが軸方向に接触するとともに、固定されている。第１排気フランジ部２３２１と第２吸気フランジ部３３１１との固定は、ねじ止めを挙げることができるが、これに限定されない。例えば、接着等を挙げることができる。第１軸流ファン２の第１排気部２３０２と第２軸流ファン３の第２吸気部３３０１とは、間隙なく接続される。これにより、第１軸流ファン２の第１排気部２３０２から吐出された空気が第１軸流ファン２と第２軸流ファン３との接続部から外部に漏れるのを抑制する。
【００８９】
第１軸流ファン２の排気側には、第１支持リブ２４が配置されている。また、第２軸流ファン３の吸気側には、第２支持リブ３４が配置されている。そして、第１軸流ファン２と第２軸流ファン３とを軸方向に接続することで、第１支持リブ２４の排気側を向く面と第２支持リブ３４の吸気側を向く面とは、軸方向に重なる。なお、第１支持リブ２４の排気側を向く面と第２支持リブ３４の吸気側を向く面とは、接触していてもよいし、乱流が発生しない程度に間隙が形成されていてもよい。すなわち、第１支持リブ２４は、第１ハウジング２３の排気側に配置され、第２支持リブ３４は、第２ハウジング３３の吸気側に配置され、第１支持リブ２４の排気側を向く面と第２支持リブ３４の吸気側を向く面とは、軸方向に重なる。このように構成することで、第１支持リブ２４と第２支持リブ３４とを組み合わせて静翼となる。これのより、気流の回転方向の速度成分を軸方向に向け、軸方向の圧力及び流量を増加させることができる。
【００９０】
第１軸流ファン２と第２軸流ファン３とを接続するとき、第１筒部２３０の第２内径部２３４の内側平面２３４１と第２筒部３３０の第２内径部３３４の内側平面３３４１とは、同一平面上に配置される。また、第１筒部２３０の第２内径部２３４の内側曲面２３４２と第２筒部３３０の第２内径部３３４の内側曲面３３４２とは、同一の円柱面上に配置される。このように接続することで、第１筒部２３０の第２内径部２３４と第２筒部３３０の第２内径部３３４とは、軸方向に滑らかに接続される。
【００９１】
すなわち、第１ハウジング２３は、排気側の端部に一辺が第１筒部２３０の内面の内径よりも大きい正方形状の第１排気フランジ部２３２１を備える。また、第２ハウジング３３は、吸気側の端部に一辺が第２筒部３３０の内面の内径よりも大きい正方形状の第２吸気フランジ部３３１１を備える。第１排気フランジ部２３２１と第２吸気フランジ部３３１１とは、軸方向に重ねて接続され、第１筒部２３０の内面の排気側端部において第１排気フランジ部２３２１の隅部と径方向に重なる部分の内径Ｄ１２及び第２筒部３３０の内面の吸気側端部において第２吸気フランジ部３３１１の隅部と径方向に重なる部分の内径Ｄ２２は、各筒部２３０、３３０における軸方向の最小内径Ｄ１１、Ｄ２１よりも大きい。第１ハウジング２３と第２ハウジング３３のつなぎ目を一旦広げることで、筒部を流れる気流の流速が下がる。これにより、気流が、第１支持リブ２４及び第２支持リブ３４を通過するときの風切り音を低減できる。これにより、騒音及び（又は）振動を抑制できる。すなわち、直列式軸流ファン１を静音化できる。
【００９２】
直列式軸流ファン１では、第１軸流ファン２と第２軸流ファン３とを同時に駆動する。これにより、直列式軸流ファン１では、第１インペラ２１の回転によって、第１吸気部２３０１から空気が吸い込まれる。そして、第１インペラ２１は、空気を圧縮及び加速し、第１排気部２３０２から吐出する。第１軸流ファン２の第１排気部２３０２から吐出された空気は、外部への漏れを抑制されて第２吸気部３３０１から第２軸流ファン３の内部に流入する。第２軸流ファン３では、第２インペラ３１の回転によって、流入した空気をさらに圧縮及び加速して、第２排気部３３０２から吐出する。すなわち、直列式軸流ファン１では、第１軸流ファン２の上側ＩＳの端部の第１吸気部２３０１から空気を吸込み、第１インペラ２１及び第２インペラ３１で圧縮及び加速し、第２軸流ファン３の下側の端部の第２排気部３３０２から吐出する。第１筒部２３０の第２内径部２３４と第２筒部３３０の第２内径部３３４とは、軸方向に滑らかに接続されることで、気流の乱れが少なく、風量及び圧力の低下を抑制できる。
【００９３】
第１筒部２３０及び第２筒部３３０を繋いで形成される直列式軸流ファン１の風洞では第１軸流ファン２と第２軸流ファン３との接続部分、すなわち、軸方向中央部分で、内径が大きくなる。これにより、第１軸流ファン２の第１排気部２３０２から吐出される気流の流速が遅くなる。これにより、第１筒部２３０の下端部に配置される第１支持リブ２４及び第２ハウジング３３の吸気側に配置される第２支持リブ３４を通過するときの風切り音を小さくすることができる。
【００９４】
第１支持リブ２４の排気側を向く面と第２支持リブ３４の吸気側を向く面とを軸方向に重ねて配置することで、第１支持リブ２４と第２支持リブ３４とで静翼を構成する。第１支持リブ２４及び第２支持リブ３４とは、軸方向の下側ＯＳが、第１インペラ２１の回転方向下流側に向かう傾斜面を有している。第１インペラ２１の回転によって発生する気流は、第１インペラ２１の回転方向に旋回する速度成分を有するとともに軸方向の速度成分を有する。そして、第１支持リブ２４及び第２支持リブ３４によって形成される静翼は、気流の周方向の速度成分を軸方向に曲げる。これにより、軸方向の圧力及び流速を高めることが可能である。また、第１支持リブ２４と第２支持リブ３４との間に間隙を備えることで、電機子２２２３及び電機子３２２３の振動が互いに直接伝わるのを抑制し、振動の干渉による大きな振動及び（又は）騒音を抑制できる。すなわち、直列式軸流ファン１を静音化できる。
【００９５】
第１軸流ファン２は、第１インペラ２１の第１翼２１１の径方向の外縁に補助翼部２１３を備えており、第１排気部２３０２から吐出される気流の圧力を高めている。第１軸流ファン２から、圧力が高い気流が吐出される。そして、第１軸流ファン２の第１排気部２３０２から吐出された圧力が高い気流は、第２吸気部３３０１から第２軸流ファン３に流入する。
【００９６】
一方で、第２軸流ファン３の翼の枚数は、第１インペラ２１の第１翼２１１の枚数よりも多く、２軸流ファン３の翼の軸に対する傾斜は、第１翼２１１の傾斜と比べて小さい。そのため、第２軸流ファン３は、第１軸流ファン２よりも、気流の流量を高める効果が大きい。第２軸流ファン３では、第１軸流ファン２からの高い圧力の気流を加速して流量を増加させる。これにより、直列式軸流ファン１は、高圧で且つ大流量の気流を吐出することができる。
【００９７】
以上のことから、第１軸流ファン２は、第１インペラ２１の第１翼２１１の径方向の外縁部に補助翼部２１３を備えることで、第１インペラ２１で発生する気流の圧力の上昇を行っている。第１軸流ファン２は、圧力を高める効果が高い。第２軸流ファン３は、流速を高める、すなわち、流量を高める効果が高い。
【００９８】
＜実施例＞
本発明の直列式軸流ファン１の特性を計算機によるシミュレーションを利用して評価した。直列式軸流ファン１において、吸気側の軸流ファンでのインペラの翼の枚数をＮｉｎ、排気側の軸流ファンのインペラの翼の枚数をＮｏｕｔ、第１支持リブ及び第２支持リブの枚数をＮｒｉｂとして、Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ及びＮｒｉｂを変えてシミュレーションを行った。なお、本願発明を想定した構成では、軸流ファンのインペラの翼の径方向の外縁部に外側が吸気側に反った補助翼部を形成している。
【００９９】
従来例として、Ｎｉｎ＝５、Ｎｏｕｔ＝７、Ｎｒｉｂ＝１１とし、補助翼を備えないときの最高効率点と、吐出圧力及び流量を測定した。また、実施例として、Ｎｉｎ＝５、Ｎｏｕｔ＝７、Ｎ＝１１で、吸気側の翼の径方向の外縁部に、補助翼部を設けた構成で従来例と同様の測定を行った。
【０１００】
その結果、最高効率点は、従来例が４６％であったのに対し、実施例は最高効率が４７％に上昇した。また、吐出される気流の流量が４．０立方メートル毎分のときの圧力は、従来例が約１２３０Ｐａであったのに対し、実施例は約１２５０Ｐａであった。このときの入力軸動力は、従来例が１６８Ｗであったのに対し、実施例は１６５Ｗであった。
【０１０１】
これにより、実施例は、従来例に対して、最高効率点が上昇するとともに、同一流量における圧力が上昇している。また、実施例は、従来例に対して、圧力−流量特性が上昇しているにもかかわらず、入力軸動力は、低下している。
【０１０２】
シミュレーションの結果、Ｎｉｎ＜Ｎｏｕｔ＜Ｎｒｉｂの構成で、吸気側の翼及び排気側の翼の少なくとも一方に補助翼部を設けることで補助翼がない場合に比べて、高効率、高圧力及び大風量となる場合があることがわかった。
【０１０３】
なお、Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ及びＮｒｉｂは、互いに素の整数の組である。換言すると、Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ及びＮｒｉｂは、１以外に公約数を持たない整数の組である。このように構成することで、第１インペラ２１、第２インペラ３１、第１支持リブ２４及び第２支持リブ３４それぞれの振動の共振が抑制される。すなわち、共振による騒音を抑制し、直列式軸流ファン１を静音化できる。
【０１０４】
また、Ｎｉｎ＜Ｎｏｕｔ＜Ｎｒｉｂの構成で、吸気側の翼に補助翼部を設け、Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ、Ｎｒｉｂを変更して同様のシミュレーションを行った。（Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ、Ｎｒｉｂ）＝（５、７、１１）のときを実施例とし、（Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ、Ｎｒｉｂ）＝（４、７、１１）を比較例１、（Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ、Ｎｒｉｂ）＝（５、９、１１）を比較例２、（Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ、Ｎｒｉｂ）＝（５、１１、１１）を比較例３、（Ｎｉｎ、Ｎｏｕｔ、Ｎｒｉｂ）＝（５、７、１３）を比較例４とする。
【０１０５】
そして、吐出される空気の流量が４．０立方メートル毎分のときの圧力は、比較例１が約８００ｋＰａ、比較例２が約９９０ｋＰａ、比較例３が約１１５０ｋＰａ、比較例４が約９９０ｋＰａであった。
【０１０６】
吸気側の軸流ファンでのインペラの翼の枚数Ｎｉｎが実施例では５枚、比較例１では４枚である。吸気側の軸流ファンでのインペラの翼の枚数Ｎｉｎによって、排気される空気の圧力に差が生じていることがわかる。
【０１０７】
また、排気側の軸流ファンのインペラの翼の枚数Ｎｏｕｔが実施例では７枚、比較例２では９枚、比較例３では１１枚である。排気側の軸流ファンのインペラの翼の枚数Ｎｏｕｔによっても、排気される空気の圧力に差が生じていることがわかる。Ｎｏｕｔ＝９よりもＮｏｕｔ＝１１の方が排気される空気の圧力が高い。さらに、Ｎｏｕｔ＝７のとき、さらに高くなっていることがわかる。
【０１０８】
さらに、第１支持リブ及び第２支持リブの枚数Ｎｒｉｂが実施例では１１枚、比較例４では１３枚である。第１支持リブ及び第２支持リブの枚数Ｎｒｉｂによって、排気される空気の圧力に差が生じていることがわかる。Ｎｒｉｂ＝１３のときよりもＮｒｉｂ＝１１のときに排気される空気の圧力が高い。
【０１０９】
すなわち、実施例は、比較例１〜比較例４に比べて、排気される気流の圧力−流量特性が高いことがわかる。
【０１１０】
そして、さらに多くのシミュレーションを行った結果、Ｎｉｎ＝５で、補助翼部を備えた翼としたとき、気流の高圧化に最適であることを確認した。また、Ｎｏｕｔ＝７とすることで、翼の傾きを大きくして、翼面積を維持でき、大風量化に最適であることを確認した。さらに、Ｎｒｉｂ＝１１とすることで、最高効率点で、第１モータ部及び第２モータ部を安定して支持できる必要な機械強度を確保しつつ、最大圧力及び最大風力が得られることを確認した。
【０１１１】
本発明において、第１インペラ２１及び第２インペラ３１は、同方向に回転している。そのため、第１軸流ファン２から吐出される気流の周方向の速度成分と第２インペラ３１の回転方向とを同じ方向とすることで、気流の回転方向の速度と、第２インペラ３１の第２翼３１１の上流側の端部の回転方向の相対速度が小さくなるため、振動及び騒音を抑制できる。すなわち、直列式軸流ファン１を静音化できる。また、上記方向が第２翼３１１が流入する気流の流れ方向と同じ方向であるため、第２翼３１１の抵抗を抑制できる。これにより、入力軸動力を抑制できる。
【０１１２】
なお、第２インペラ３１の第２翼３１１の傾斜方向を反対向きとするとともに、第２インペラ３１の回転方向を第１インペラ２１の回転方向と反対向きとしてもよい。これにより、第２インペラ３１の第２翼３１１が気流の回転方向の速度成分を軸方向に曲げる効果が高くなる。これにより、直列式軸流ファン１から吐出される気流の圧力を高めることが可能となる。
【０１１３】
また、本実施形態では、第１軸流ファン２に径方向の外縁部に補助翼部２１３を備えた第１翼２１１を備えているが、これに限定されない。第２軸流ファン３に備えられた第２翼３１１の径方向の外縁部に補助翼部を備えていてもよい。また、第１翼及び第２翼の両方の径方向の外縁部に補助翼部を備えていてもよい。すなわち、第１翼２１１又は第２翼３１１の少なくとも一方は、補助翼部２１３を備える。
【０１１４】
軸流ファンにおける重要な性能としては、圧力及び風量が挙げられる。本発明の直流式軸流ファン１によれば、２つのインペラ２１、３１を、圧力用（第１インペラ２１）と風量用（第２インペラ３１）に分けることで、最高効率時に全体として高い圧力と風量を確保できる。つまり、インペラ（第１インペラ２１）に補助翼（補助翼部２１３）を付けることで、高い圧力を得られ、圧力用インペラとして使用できる。圧力用インペラ（第１インペラ２１）は、圧力面と負圧面の圧力差が大きい。そのため、インペラ（第１翼２１１）の外周部とハウジング内周面（第１筒部２３０の内周面）の隙間からエアが漏れ、圧力損失が大きくなる。インペラ（第１インペラ２１）の外周部に補助翼（補助翼部２１３）を設けることで、圧力損失を減らすことができる。一方、インペラ（第２インペラ３１）に補助翼を設けないことで、風量が大きな、風量用インペラとして使用できる。風量用インペラ（第２インペラ３１）は、エアを全面で押すことで多くの風量を得られる。いじょうのことから、圧力用インペラ（第１インペラ２１）と風量用インペラ（第２インペラ３１）を組み合わせることで、高い圧力及び多くの風量の気流を得ることが可能である。
【０１１５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明にかかる直列式軸流ファンは、コンピュータ、ネットワーク通信装置、サーバ等の機器内に配置された電子部品に対して送風し、電子部品を冷却する冷却ファンとして利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１・・・直列式軸流ファン、２・・・第１軸流ファン、２１・・・第１インペラ、２１１・・・第１翼、２１２・・・カップ、２１３・・・補助翼部、２２・・・第１モータ部、２２１・・・第１ロータ部、２２１１・・・ヨーク、２２１２・・・界磁用磁石、２２１３・・・シャフト、２２１４・・・軸固定部材、２２２・・・第１ステータ部、２２２１・・・ベース部、２２２２・・・軸受保持部、２２２３・・・電機子、２２２４・・・回路基板、２２２５・・・玉軸受、２２２６・・・玉軸受、２２２７・・・ステータコア
２２２８・・・コイル、２２２９・・・インシュレータ、２３・・・第１ハウジング、２３０・・・第１筒部、２３０１・・・第１吸気部、２３０２・・・第１排気部、２３１・・・上端部、２３１１・・・第１吸気フランジ部、２３２・・・下端部、２３２１・・・第１排気フランジ部、２３３・・・第１内径部、２３４・・・第２内径部、２３４１・・・内側平面、２３４２・・・内側曲面、２３５・・・円錐部、２３６・・・外側平面、２４・・・第１支持リブ、３・・・第２軸流ファン、３１・・・第２インペラ、３１１・・・第２翼、３１２・・・カップ、３２・・・第２モータ部、３２１・・・第２ロータ部、３２１１・・・ヨーク、３２１２・・・界磁用磁石、３２１３・・・シャフト、３２１４・・・軸固定部材、３２２・・・第２ステータ部、３２２１・・・ベース部、３２２２・・・軸受保持部、３２２３・・・電機子、３２２４・・・回路基板、３２２５・・・玉軸受、３２２６・・・玉軸受、３２２７・・・ステータコア、３２２８・・・コイル、３２２９・・・インシュレータ、    ３３・・・第２ハウジング、３３０・・・第２筒部、３３０１・・・第２吸気部、３３０２・・・第２排気部、３３１・・・上端部、３３１１・・・第２吸気フランジ部、３３２・・・下端部、３３２１・・・第２排気フランジ部、３３３・・・第１内径部、３３４・・・第２内径部、３３４１・・・内側平面、３３４２・・・内側曲面、３３５・・・円錐部、３３６・・・外側平面、３３７・・・拡径部、３４・・・第２支持リブ
【図１】
2018112190.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】
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【図７】
2018112190.tif 000009
【図８】
2018112190.tif 000010
【図９】
2018112190.tif 000011
【図１０】
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