(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上ケーシングと、
下ケーシングと、
前記上ケーシングおよび前記下ケーシングの間に格納される羽根車と、
前記上ケーシングおよび前記下ケーシングを接続する、前記羽根車の周囲に形成される３つ以上の支柱とを備え、
前記３つ以上の支柱のうち、ある隣り合う支柱間の間隔が、他の隣り合う支柱間の間隔と異なっており、
前記羽根車の回転軸と、前記３つ以上の支柱の各々とを結ぶ複数の直線が形成する複数の角は、全て異なる角度を有する、遠心式ファン。
【請求項２】
前記上ケーシングおよび前記下ケーシングは、平面視で四角形状の外形を有し、
前記支柱の数は４であり、
前記支柱は、前記上ケーシングのおよび前記下ケーシングの角部分に設けられる、請求項１に記載の遠心式ファン。
【請求項３】
前記支柱は、流線型を有する、請求項１または２に記載の遠心式ファン。
【請求項４】
前記上ケーシング、前記下ケーシングおよび前記支柱によって囲まれる空間が空気の吹出し口として機能する、請求項１から３のいずれかに記載の遠心式ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心式ファンに関し、より特定的には、上ケーシングおよび下ケーシングの間に格納される羽根車を備えた遠心式ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心式ファン（遠心送風機）は、複数の羽根（翼、インペラともいう。）を有する羽根車を回転させることで、遠心方向に送風を行うファンである。この種のファンである遠心式多翼ファンは、モータの回転軸周りに多数の羽根を配置した羽根車を、吸込み口と吐出し口とを有するケーシング内に格納した構成からなる。遠心式多翼ファンは、吸込み口から吸入された空気を羽根車の中心から羽根の間に流入させ、羽根車の回転に伴う遠心作用によって羽根車の径外方に向けて噴出させる。羽根車の外周外側から噴出された空気は、ケーシング内部を通過し、高圧の空気となって吐出し口から吹き出される。
【０００３】
遠心式多翼ファンは、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の送風機などに広く用いられている。遠心式多翼ファンの送風性能と騒音は、羽根車の羽根形状とケーシング形状に大きく影響される。
【０００４】
図９は、従来の遠心式ファンの斜視図であり、図１０は、図９の遠心式ファンの羽根形状を、上ケーシング５側から透過させて見た状態で示す図である。
【０００５】
この遠心式ファン１では、中央の羽根車３が回転することにより送風が行われる。羽根車３は、７枚の羽根２を有し、遠心式ファン１に内蔵されるファンモータにより回転軸を中心として回転する。その回転方向は、図１０における時計回りである。
【０００６】
羽根車３は、ケーシング４に収納される。ケーシング４は、それぞれが板状の上ケーシング５と下ケーシング６とからなっており、両者を等間隔に保持するために支柱７ａ〜７ｄがケーシング４の四つの角部分に設けられている。遠心式ファン１の上部に空気の吸込み口８が設けられる。空気の吹出し口９は、ケーシング４の支柱と支柱との間に設けられることになる。すなわち、ケーシング４の４辺４方向がそれぞれ空気の吹出し口９となる（開放ケーシング型）。なおケーシング４は、羽根車３から吹出された空気を１方向に集約する吹出し口を設けることとしてもよい（スクロールケーシング型）。
【０００７】
図１０に示されるように、１枚の羽根２は円弧形状を有しており、移動により空気を押し出す側の面（圧力面）と、その逆側の面（負圧面）とを有している。
【０００８】
支柱７ａ〜７ｄは、上ケーシング５および下ケーシング６を接続する機能を有し、羽根車３の周囲に３つ以上（ここでは４つ）形成されている。隣り合う２つの支柱の間隔は、等間隔とされている。すなわち、羽根車３の回転軸と、支柱７ａ〜７ｄの各々とを結ぶ複数の直線が形成する複数の角θ１〜θ４は、全て等しい。
【０００９】
従来技術のファンにおけるケーシング（ハウジング）形状の工夫として、以下のような先行技術が存在する。
【００１０】
下記特許文献１には、吸気口の一側に外向きに伸びたバリケードを形成し、吸気口に異物が侵入することを防ぐ遠心式ファンが記載されている。
【００１１】
下記特許文献２には、ハウジングより径方向外方に突出する回路基板を備え、電子部品のうち少なくとも１つがハウジングの側壁部の内周面より径方向外方に配置されている遠心ファンが開示されている。
【００１２】
下記特許文献３には、ハウジングの側壁部を、ハウジング本体の本体側壁部およびハウジングカバーのカバー側壁部により形成した遠心ファンが開示されている。
【００１３】
下記特許文献４には、ハウジングの側面に排気口を設け、側壁部とインペラ部の外周との間に排気口に向かう流路を形成した遠心ファンが記載されている。ハウジングの底部において吸気口が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−３３６６４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５９５８号公報
【特許文献３】特開２００７−２３９７１２号公報
【特許文献４】特開２００７−２１８２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
機器の小型化、薄型化、高密度実装化、そして省エネ化が進む中、市場からはそれに搭載されるファンモータに対しての高静圧化、高効率化が強く要望されている。
【００１６】
図９、１０に示される遠心式ファンでも、空気の流量や、静圧、騒音レベルに関して改善が望まれている。
【００１７】
特に図９、１０で示した遠心式ファンでは、離散周波数騒音（狭帯域騒音）および広帯域騒音のレベルが共に高く、機器に搭載した時の騒音レベルが高いという問題がある。
【００１８】
ここで「離散周波数騒音」とは、羽根通過周波数に依拠する騒音であり、ＮＺ騒音とも呼ばれる。離散周波数騒音は、狭い周波数帯域の特定周波数に特徴的なピークを有する騒音である。その周波数は、ｆｎｚ＝〔回転周波数：ｎ〕×〔羽根の枚数:ｚ〕の式で表わされる。離散周波数騒音は、１次成分以外に、２次、３次・・が発生するため、実聴においても大きな問題となる。すなわち、遠心式ファンを機器に搭載した時に、雑音が明瞭な音として発生するリスクがある。広帯域騒音の要因は乱流が支配的であり、トータル騒音レベルを決めるため、広帯域騒音を低減することも求められる。
【００１９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、風量特性に悪影響を与えずに低騒音化を図ることができる遠心式ファンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、遠心式ファンは、上ケーシングと、下ケーシングと、上ケーシングおよび下ケーシングの間に格納される羽根車と、上ケーシングおよび下ケーシングを接続する、羽根車の周囲に形成される３つ以上の支柱とを備え、３つ以上の支柱のうち、ある隣り合う支柱間の間隔が、他の隣り合う支柱間の間隔と異なっており、羽根車の回転軸と、３つ以上の支柱の各々とを結ぶ複数の直線が形成する複数の角は、全て異なる角度を有する。
【００２１】
好ましくは上ケーシングおよび下ケーシングは、平面視で四角形状の外形を有し、支柱の数は４であり、支柱は、上ケーシングのおよび下ケーシングの角部分に設けられる。
【００２３】
好ましくは支柱は、流線型を有する。
【００２４】
好ましくは遠心式ファンは、上ケーシング、下ケーシングおよび支柱によって囲まれる空間が空気の吹出し口として機能する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、風量特性に悪影響を与えずに低騒音化を図ることができる遠心式ファンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンの斜視図である。
【図２】図１の遠心式ファンの中央縦断面図である。
【図３】図１の遠心式ファンの羽根形状と支柱の位置を、上ケーシング５側から透過させて見た状態で示す図である。
【図４】図３の羽根車３の構造を説明するための図である。
【図５】変形例における遠心式ファンの羽根形状と支柱の位置を、上ケーシング５側から透過させて見た状態で示す図である。
【図６】図１〜４で説明した遠心式ファンと、図９および図１０で説明した従来の遠心式ファンとの静圧−風量特性を示した図である。
【図７】図９および図１０で説明した従来の遠心式ファンが発生させる騒音レベルを示した図である。
【図８】図１〜４で説明した本実施の形態における遠心式ファンが発生させる騒音レベルを示した図である。
【図９】従来の遠心式ファンの斜視図である。
【図１０】図９の遠心式ファンの羽根形状を、上ケーシング５側から透過させて見た状態で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンの斜視図であり、図２は、図１の遠心式ファンの中央縦断面図である。また図３は、図１の遠心式ファンの羽根形状と支柱の位置を、上ケーシング５側から透過させて見た状態で示す図である。
【００２９】
図１〜３を参照して、遠心式ファン１では、中央の羽根車３が回転することにより送風が行われる。羽根車３は、それぞれが等間隔に配置される７枚の羽根２を有し、遠心式ファン１に内蔵されるファンモータ１３により回転軸１１を中心として回転する。その回転方向は、図３における時計回りである。
【００３０】
羽根車３は、ケーシング４に収納（格納）される。ケーシング４は、それぞれが平面視で四角形状の外形を有する板状の上ケーシング５と下ケーシング６とからなっており、両者を等間隔に保持するために支柱７ａ〜７ｄがケーシング４の四つの角部分に設けられている。遠心式ファン１の上部に空気の吸込み口８が設けられる。空気の吹出し口９は、ケーシング４の支柱と支柱との間に設けられることになる。すなわち、ケーシング４の４辺４方向がそれぞれ空気の吹出し口９となる（開放ケーシング型）。なおケーシング４は、羽根車３から吹出された空気を１方向に集約する吹出し口を設けることとしてもよい（スクロールケーシング型）。
【００３１】
図２に示されるように羽根車３は、円板状の主板２１と、環状のシュラウド２３と、主板２１とシュラウド２３との間に設けられる、円周上に配列される複数の羽根２とを備えた構造を有し、回転軸１１を中心に回転することが可能である。
【００３２】
図３に見られるように、羽根車３の回転軸（回転中心）と、支柱７ａ〜７ｄの各々とを結ぶ複数の直線が形成する複数の角θ１〜θ４は、全て異なる角度を有する。すなわち、支柱７ａ〜７ｄのうち、ある隣り合う支柱間の間隔が、他の隣り合う支柱間の間隔と異なっている。ここに「隣り合う支柱」とは、支柱７ａと７ｂ、支柱７ｂと７ｃ、支柱７ｃと７ｄ、支柱７ｄと７ａの組のいずれかを指す。
【００３３】
支柱７ａ〜７ｄのそれぞれは、その平面視が図３に示されるように、羽根車３から外に吹き出す空気の抵抗を最低限にするような流線型を有することが望ましい。
【００３４】
図４は、図３の羽根車３の構造を説明するための図である。
【００３５】
図に示されるように、複数の羽根２の各々は、中心Ｏを矢印“Ａ”方向（時計回り方向）に回転する。各羽根２は、回転方向の前側を向いている圧力面２ａと、その逆側を向いている負圧面２ｂとを有する。圧力面２ａは、回転時に空気を押す側の面である。
【００３６】
中心ＯからＤ１の半径を有する内径部分（内周縁）に、各羽根２の一端部が形成されており、中心ＯからＤ２の半径を有する外径部分（外周縁）に各羽根２の他端部が位置する。
【００３７】
図４では、羽根車３の回転軸の伸びる方向から羽根２を見たときの形状が示されている。このため図４では、圧力面２ａ、負圧面２ｂ、外周縁、および内周縁のいずれもが曲線で表わされている。羽根２の入口角αは４５°であり、出口角βは３０°である。
【００３８】
ここに入口角αとは、図４に示される圧力面２ａを示す曲線と内周縁とが接する点における内周縁の接線と、その点における、圧力面２ａを示す曲線の接線とが交わる角であり、９０°以下となる側の角を示す。出口角βとは、図４に示される圧力面２ａを示す曲線と外周縁とが接する点における外周縁の接線と、その点における、圧力面２ａを示す曲線の接線とが交わる角であり、９０°以下となる側の角を示す。
【００３９】
図４に示される圧力面２ａを示す曲線の形は、少なくとも３種類の円弧を繋げた形状、または３点を通る複数の高次関数を組み合わせた形状で表現することが可能である。
【００４０】
なお、図４における内周縁の直径は７０ｍｍ、外周縁の直径は１２０ｍｍである。
【００４１】
図５は、変形例における遠心式ファンの羽根形状と支柱の位置を、上ケーシング５側から透過させて見た状態で示す図である。
【００４２】
この変形例においても、羽根車の回転軸（回転中心）と、支柱７ａ〜７ｄの各々とを結ぶ複数の直線が形成する複数の角θ１〜θ４は、全て異なる角度を有する。また、支柱７ａ〜７ｄにおいて、隣り合う支柱の間隔は不等である（支柱７ａ〜７ｄのうち、ある隣り合う支柱間の間隔が、他の隣り合う支柱間の間隔と異なっている）。
【００４３】
ここでは、θ１＝８５°、θ２＝９９°、θ３＝８９°、θ４＝８７°となるように設計されている。
【００４４】
上記ファンは、ターボ型、多翼型、ラジアル型等のあらゆる遠心式ファンに適応することができる。ファンを搭載する装置としては、主に吸込み冷却を要する製品（家電、ＰＣ、ＯＡ機器、車載機器等）などに適用が可能である。
【００４５】
図６は、図１〜４で説明した遠心式ファンと、図９および図１０で説明した従来の遠心式ファンとの静圧−風量特性を示した図である。
【００４６】
図中グラフの横軸は風量を示し、縦軸は静圧を示している。グラフ中に点線で、従来の遠心式ファンの特性を記載し、実線で図１〜４で説明した遠心式ファンの特性を示している。
【００４７】
図に示されるように、従来技術と比較して、本実施の形態のファンではいずれの風量においても高い静圧を得ることができる。
【００４８】
図７は、図９および１０で説明した従来の遠心式ファンが発生させる騒音レベルを示した図であり、図８は、図１〜４で説明した本実施の形態における遠心式ファンが発生させる騒音レベルを示した図である。
【００４９】
それぞれのグラフにおける横軸は周波数を示し、縦軸はその周波数における騒音のレベル（単位はｄＢ（Ａ））を示している。
【００５０】
図７の騒音周波数分析結果においては、実聴で最も課題となる（明瞭な音として聞こえる）１〜４ｋＨｚの周波数範囲において、広帯域騒音から突出した顕著なピーク（離散周波数騒音）が存在する。これに対して、図８の騒音周波数分析結果においては、これらのピークがほぼ無くなっている。このように、本実施の形態のように支柱を不等間隔に配置することで、風量特性を落とすことなく離散周波数騒音の発生が抑制され、−３ｄＢ（Ａ）の低騒音化につながっている。
【００５１】
さらに、離散周波数騒音の抑制によりＮＺ騒音１次のピークレベルが低減すると共に、２次、３次の高調波が消失している。すなわち、羽根通過周波数騒音の同期をずらすことで、ＮＺ騒音１次、２次、３次の高調波を抑制・消失することが可能となっている。
【００５２】
なお、図８によると図７と比較して、高周波数帯域での騒音レベル（図中の楕円で囲まれる部分）が若干上がっているが、これは工業的には全く問題無いレベルである。人間の可聴周波数領域は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚであるが、騒音レベルが若干上がっている部分においても、そのレベル自体低く、また聞こえ易い周波数領域１〜４ｋＨｚから大きく外れている。更に、このような高周波数領域は、セット機器に搭載した時には遮音され、実質上問題になることは極めて稀である。
【００５３】
なお、支柱の数は４に限られず、３以上であれば本発明を実施することができる。
【００５４】
また、隣り合う支柱間の間隔に関し、いずれか１つの間隔が他のいずれか１つの間隔と異なっていれば、本発明の効果を奏する。間隔には、距離的な間隔と角度的な間隔とが含まれる。
【００５５】
なお、上記実施の形態で示した数値は理想的な数値であり、±１０％程度の誤差を含んでいても発明の目的を達成できるレベルでファンを製造することができる。例えば図５における角度θ１は、８５°に±１０％程度の誤差を含む、７６．５°〜９３．５°の範囲であってもよい。同様に、上述の角度、直径等の数値に関しても、±１０％程度の誤差を含むことが許容される。
【００５６】
また、上記実施の形態で示した数値は理想的な数値であり、それに限られるものではない。遠心ファンは、羽根車の周囲に形成される３つ以上の支柱を備え、それら３つ以上の支柱のうち、ある隣り合う支柱間の間隔が、他の隣り合う支柱間の間隔と異なっていればよい。なお、羽根車の回転軸と、３つ以上の支柱とを結ぶ複数の直線が形成する複数の角度θ１、θ２、…θｎ（ｎは支柱の本数であり、ｎ≧３）のそれぞれは、１８０°以下とすることが望ましい。１８０°以下とすることで、上ケーシングと下ケーシングとをより堅固に固定することができ、併せてモータの回転軸がぶれることを防止することができる。例えば、支柱が３本でケーシングの平面形状が正方形である場合、３つの角部分に支柱を設けることで、θ１＝１８０°、θ２＝９０°、θ３＝９０°となり、全ての角度が０°以上１８０°以下となる。また、支柱が４本でケーシングの平面形状が正方形である場合、向かい合う２つの角の部分に支柱を設け、それら支柱を結ぶ直線で区切られる２つの領域のいずれか一方のみに支柱を２つ設けることで、θ１＝１８０°、θ２＜９０°、θ３＜９０°、θ４＜９０°となり、全ての角度が０°以上１８０°以下となる。
【００５７】
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１    遠心式ファン
２    羽根
２ａ  圧力面
２ｂ  負圧面
３    羽根車
４    ケーシング
５    上ケーシング
６    下ケーシング
７ａ〜７ｄ  支柱
８    吸込み口
９    吹出し口
１１  回転軸
１３  ファンモータ
２１  主板
２３  シュラウド
α    入口角
β    出口角
【図１】
0005727833.tif 000002
【図２】
0005727833.tif 000003
【図３】
0005727833.tif 000004
【図４】
0005727833.tif 000005
【図５】
0005727833.tif 000006
【図９】
0005727833.tif 000007
【図１０】
0005727833.tif 000008
【図６】
0005727833.tif 000009
【図７】
0005727833.tif 000010
【図８】
0005727833.tif 000011