(57)【要約】【課題】家庭用扇風機・工業用送風機・電子機器用放熱ファン装置のファンブレード並びに海洋調査船および潜水艦用のプロペラの風切り音ないし水切り音を大幅に減衰させる。【解決手段】ファンブレードないしプロペラの回転方向先端近傍で法線に対して最良の前進角ないし後退角を４５度にすることで、従来にない大幅な前進角ないし後退角を得て、ブレード前縁および後縁の前進角ないし後退角を４５〜９０度の範囲で漸次変化させ、風切り音ないし水切り音を大幅に減衰させる効果を得る。【選択図】    図１
2004211675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径０Ｖの外周円（ＣＬ）に於ける法線０Ｖ上に半径０Ｊの円形ボスがあり、線分ＪＶ上の任意の中点Ｄから線分ＪＶに直交する線分ＤＦあるいは当該直交線分位置前ないし後に任意の微少角度を持つ線分ＤＦを引き、当該線分ＢＦを前縁（ＦＥＬ）の一部とし、法線０Ｖの端点であり、しかも外周円（ＣＬ）の中心点０から反時計回りおよび時計回りに４５度の角度を成す線分０Ｈと線分０Ｃを引き、点Ｊから線分０Ｈに平行な線分ＪＫを引き、線分ＪＬと線分ＢＦをつなぐ円弧ＢＬ並びに外周円弧ＶＧと線分ＢＦをつなぐ円弧ＧＦを設けて、当該円弧ＧＦと線分ＢＦそれに円弧ＢＬ、更に線分ＪＬをつなぎ合わせた線分ＧＦＢＬＪをブレードの前縁あるいは後縁とするファンブレードおよびプロペラブレード。
【請求項２】
線分０Ｃに直交する線分ＭＮを引き、線分ＢＦと平行に最小限のクリアランスで線分ＱＲを引き、当該線分ＱＲを後縁（ＲＥＬ）の一部とし、外周円ＣＬとを結ぶ円弧ＳＲをつなぎ、加えて円弧ＱＰ、線分ＰＴおよび円弧ＴＪをつなげた線分ＳＲＱＰＴＪをブレードの後縁あるいは前縁とするファンブレードおよびプロペラブレード。
【請求項３】
線分ＧＦＢＬＪをブレードの前縁とし、線分ＳＲＱＰＴＪをブレードの後縁とするブレードセットを中心点０回りに９０度回転させて２枚目のブレードとして複写し、更に９０度毎に回転させて３枚目と４枚目のブレードとして複写し、外周４箇所に円弧ＶＡを加えて合計４枚の正面形とした時計回り・反時計回り回転方向を含む請求項１、２に記載の４枚羽根のファンブレードおよびプロペラブレード。
【請求項４】
線分ＧＦＢＬＪをブレードの前縁とし、線分ＳＲＱＰＴＪをブレードの後縁とするブレードセットを中心点０回りに１２０度回転させて２枚目のブレードとして複写し、更に１２０度回転させて３枚目のブレードとして複写し、外周３箇所に円弧ＶＡを加えて合計３枚の正面形とした時計回り・反時計回り回転方向を含む請求項１、２に記載の３枚羽根のファンブレードおよびプロペラブレード。
【請求項５】
線分ＧＦＢＬＪをブレードの前縁とし、線分ＳＲＱＰＴＪをブレードの後縁とするブレードセットを中心点０回りに１８０度回転させて２枚目のブレードとして複写し、外周２箇所に円弧ＶＡを加えて合計２枚の正面形とした時計回り・反時計回り回転方向を含む請求項１、２に記載の２枚羽根のファンブレードおよびプロペラブレード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、駆動原動機により回転駆動される家庭用・工業用扇風機および電子機器の放熱ファン装置のファンブレード並びに海洋調査船や潜水艦等の舶用プロペラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のファンブレードおよび海洋調査船等舶用プロペラは、回転数と押し出し風量ないし押し出し水量の関係をブレードの表面積と羽根角を考慮して試行錯誤の実験により商品仕様をほぼ満足させうるものであったが、当該ブレードの風切り音ないし水切り音については静粛性が望まれているものの、確たる理論付けが無いために、いくら試行錯誤の繰り返しによる実験をしても、いたずらにその形態を持て余すに終始し、最静粛なブレードか否かの判断ができず、従ってその製作に成功していないと言える。
【０００３】
また、ヘリコプターに於いては衝撃失速防止策として考案されたパドル翼（ＢＥＲＰ）と呼ばれるローターブレードがあるが、これとても設けられた後退角はブレード先端の極一部分であってブレード全体に及ぶものではない。従ってその効果も微々たるものもので、ましてブレードの静粛回転を期待できるものではない。当然のこととして最良の商品になり得ないものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ファンブレードの最静粛な形態を理論的に定義付けて、その理論に基づいて設計することで最静粛なファンブレードを確実に製作でき、その製品を提供できることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のファンブレードは、風切り音ないし水切り音を低減させる手段として、回転方向側に位置するファンブレードの前縁線を法線に対して最良の前進角度を付け、後縁線に対しては最良の後退角を付けることで風切り音ないし水切り音を低減させている。
【０００７】
ファンブレードでは前縁線と後縁線に対して前進角度を付けて風切り音を低減させる現象、海洋調査船等舶用プロペラでは前縁線と後縁線に後退角を付けることで水切り音を低減させる現象は、次のことで知ることができる。飛行機の翼を後退角あるいは前進角にすると飛行機の進行方向前面から真っ直ぐに翼の前縁に当たる風速即ち相対速度は、翼前縁に直交して当たる風速よりも後退角あるいは前進角のｃｏｓ値に逆比例して大きくなる。
【０００８】
このことは、後退角付き翼の飛行機が後退角ゼロの真横に真っ直ぐ張り出した翼の飛行機より速く飛んでも失速しないで飛べることになる。また、後退角がゼロの飛行機と後退角が４５度〜７０度の飛行機が同じ速度で飛行したとすれば、前者の風切り音が大きいのに比べ後者の風切り音は小さく、後退角の大きさに比例して小さくなることが観察できる。この現象は前進角でも同じ効果になる。
【０００９】
尚、飛行機の翼に後退角あるいは前進角を付けるのは、音速を超える飛行であってもいわゆる衝撃失速せずに飛行を可能にすることが目的であって、風切り音を小さくすることではない。なぜなら超音速航空機の驚愕の大騒音は、大出力ジェットエンジンのそれであって、ネグリジブルスモールな翼の風切り音は大騒音の元凶に比べれば検討対象範疇外のことであるからだ。
【００１０】
前進角を付けたファンブレードの風切り音低減効果は、偶々前進角を付けたユニークな竹とんぼを製作して実験し、それによって確認できたことであって新たな発見である。因みに、この竹とんぼは、工学技術に依って製作した研究用の精巧な模型であって古典的なオモチャの竹とんぼではない。
【００１１】
直線進行する飛行機の後退角あるいは前進角が、回転するファンブレードにも当てはまることを発見したことになる。しかし、ファンブレードの場合には、可変翼戦闘機に見られる一様な最大７０度もの後退角ではなく、回転方向の先端近傍で前進角を４５度にすると、回転が進行するに連れて前進角は４５〜９０度の範囲で漸次変化する。
【００１２】
回転体翼であるファンないしプロペラのブレードは、回転方向の先端近傍での最良の前進角が４５度に制約される。
【００１３】
それに回転方向の先端近傍での最良の前進角４５度を前縁に付けた場合、ブレードの回転に連れて前進角が４５〜９０度の範囲、当初の位置から４５度回転したときに前進角が９０度、即ち瞬間的に回転方向に一致するように、漸次大に変化する。この時の後縁の前進角は外周円弧部の９０度から始まり、一旦３５度に変化し、直線部に至ると３５〜８５度の範囲で漸次大に変化する。
【００１４】
しかし、後縁の前進角はブレード製作時に於ける成形型による加工のし易さを考慮したものであり、加工技術いかんによっては前縁の場合と同様な４５〜９０度の範囲の前進角に近づけることが可能である。
【００１５】
このことは、前進角ブレードではなく後退角ブレードにした場合、最良の後退角を前縁に付けたとすれば、前進角の時とは逆に、回転方向の先端近傍での前縁最良の後退角９０度が９０〜４５度の範囲で漸次小に変化し、後縁の後退角は９０〜４５度の範囲で漸次小に変化することでもある。
【００１６】
しかし、回転方向前方のファンブレード前縁に前進角を付ければ、後縁にも前進角にセットになった前進角しか付けられない制約がある。これは飛行機の翼では、前縁に後退角を後縁には前進角を付ける、いわゆる三角翼にすることが可能な場合もあるが、回転するブレードに於いては、その例をそのまま援用できない構造的な制約である。
【００１７】
前縁に前進角ないし後退角を付けたファンブレードは、回転方向の先端近傍での前進角ないし後退角を４５度にすることで、最大限度の風切り音の大幅低減が可能になる。
【００１８】
本発明と従来の製品とで、両者にどのような差異があるかを知るために、従来の製品の一例をスケッチしたものを図８に挙げて比較してみる。
【００１９】
図８に示す従来のものは、４４５ｒｐｍ／５０ｈｚの弱風モード回転数では風切り音より首振り部の雑音が気になるほどの静粛だが、強風にした時の回転数１，２７３ｒｐｍ／５０Ｈｚでは風切り音が「唸り音」になってかなり気になる。
【００２０】
回転中心０から放射状に引いた法線０Ｕとファンブレード先端部前縁の前進角線分ｂａに挟まれた僅かな部分の前進角αの３４度が確認できる。しかし、ファンブレード根元付近になると前進角はほとんど無に等しい。
【００２１】
ファンブレード後縁の前進角度は、先端の曲線部の前進角βで２８度、前進角γで２０度と僅かに見受けられるが、総じて前縁・後縁ともに前進角度の付け方が「無いよりはまし」程度の不完全であることが分かる。風切り音は、後縁ではなく前縁に当たる風速に影響されるから、前縁の前進角ないし後退角を大きくすることが肝要である。
【００２２】
船舶用プロペラにおいては、高速舟艇用耐キャビテーションプロペラとしてＮＥＷＴＯＮ−ＲＡＤＥＲ  ｔｙｐｅあるいはＴＭＢ−ＴＵＬＩＮ  ｔｙｐｅがあるが水切り音の静粛性については検討されていない。静粛プロペラが必要な海洋調査船にあっては可変ピッチプロペラのピッチを小さくすることに依っているがプロペラブレードそのものの形状には及んでいない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を実施例を図面を参照して説明する。図３において、半径０Ｖの外周円（ＣＬ）に於ける法線０Ｖ上に半径０Ｊの円形ボスを設ける。線分ＪＶ上の任意の中点Ｄから線分ＪＶに直交する線分ＤＦあるいは当該直交線分位置前ないし後に任意の微少角度を持つ線分ＤＦを引く。
【００２４】
中点Ｄの位置は、線分ＪＤ長が線分ＪＶの４０％が回転方向の先端近傍での最良の前進角４５度を得るために最適で、中点Ｄの位置を外周寄りにするとブレード先端部の面積が漸次減少して、押しのけ風量ないし押しのけ水量の確保が漸次低減し、ブレード先端部が強度不足になってブレード先端部の破損を招く。
【００２５】
逆に中点Ｄの位置を回転中心寄りにすると、ブレード前縁の前進角が減少して風切り音あるいは水切り音の減衰効果が漸次失われる。
【００２６】
次ぎに、当該線分ＢＦを前縁（ＦＥＬ）の一部とし、法線０Ｖの端点であり、しかも外周円（ＣＬ）の中心点０から反時計回りおよび時計回りに４５度の角度を成す線分０Ｈと線分０Ｃを引く。次ぎに、点Ｊから線分０Ｈに平行な線分ＪＫを引き、線分ＪＬと線分ＢＦをつなぐ円弧ＢＬ並びに外周円弧ＶＧと線分ＢＦをつなぐ円弧ＧＦを設ける。当該円弧ＧＦと線分ＢＦそれに円弧ＢＬ、更に線分ＪＬをつなぎ合わせた線分ＧＦＢＬＪをブレードの前縁あるいは逆回転の場合の後縁とする。
【００２７】
ブレードの後縁は、前縁線分０Ｍに直交する線分ＭＰを引き、線分ＢＦと平行に最小限のクリアランスで線分ＱＲを引き、当該線分ＱＲを後縁（ＲＥＬ）の一部とし、外周円（ＣＬ）とを結ぶ円弧ＳＲをつなぎ、加えて円弧ＱＰ、線分ＰＴおよび円弧ＴＪをつなげた線分ＳＲＱＰＴＪとする。逆回転の場合、当該ブレード後縁は前縁となる。
【００２８】
以上、線分ＧＦＢＬＪのブレードの前縁、線分ＳＲＱＰＴＪのブレードの後縁とをセットにして、図４に示すように中心点０回りに１２０度回転させて２枚目のブレードとして複写し、図５に示すように更に１２０度回転させて３枚目のブレードとして複写する。次ぎに、外周３箇所に円弧ＶＡを加えて図１に示した合計３枚ブレード正面形の３枚羽根ファンブレードおよびプロペラブレードを得る。
【００２９】
図３で作図した図形を１８０度回転させて２枚目のブレードとして複写し、次ぎに、外周２箇所に円弧ＶＡを加えて図６に示した合計２枚ブレード正面形の２枚羽根ファンブレードおよびプロペラブレードを得る。図７は９０度の等間隔ブレードを排列した４枚羽根ファンブレードおよびプロペラブレードである。尚４枚羽根の場合には、等間隔ブレード排列に代えて微少角度θを加減した９０−θ度、次いで９０＋２θ度、その後に９０−θ度とする微少な不等間隔に排列するものも含む。
【００３０】
以上、図１・図３・図４・図５・図６および図７は、ブレードに前進角をつけて時計回りに回転し、正面図の手前向きに風量ないし水量を押し出すための羽根角を図２に示したが、図２の羽根角を逆にして反時計回りで正面図の手前向きに風量ないし水量を押し出す場合には、後退角付きブレードとなる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように回転方向の先端近傍でブレードの前縁と後縁に４５度の前進角あるいは４５度の後退角を付けることにより、風切り音ないし水切り音を大幅に減衰できる静粛２枚羽根、３枚羽根および４枚羽根のファンブレードあるいはプロペラブレードになる。工業用送風機・家庭用扇風機・電子機器装置用放熱ファン装置、静粛なプロペラが必要とされる海洋調査船のプロペラひいては戦艦や潜水艦のプロペラとして応用範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】３枚羽根ファンブレードの正面図である。
【図２】３枚羽根ファンブレード図１のＹ矢視側面図である。
【図３】ファンブレードの前縁と後縁の状態を示す正面図である。
【図４】３枚羽根ファンブレードのブレードを複写した正面図である。
【図５】３枚羽根ファンブレードのブレードを３枚配置した正面図である。
【図６】２枚羽根ファンブレードの正面図である。
【図７】４枚羽根ファンブレードの正面図である。
【図８】市販扇風機のファンブレードの正面図である。
【符号の説明】
０      回転中心
ＣＬ    外周円
ＤＬ、ＧＦ、ＰＱ、ＧＶ、ＲＳ、ＶＡ、ＴＪ  円弧
ＦＥＬ  前縁
ＲＤ    回転方向
ＲＥＬ  前縁
α、β、γ  前進角
０Ｃ、０Ｖ、０Ｈ、０Ｕ、０ｆ、０ｈ  法線
ｂａ、ＪＬ、ＭＰ、ＢＦ、ＱＲ、ＰＴ、
ＧＦＢＬＪ、ＳＲＱＰＴＪ  線分
【図１】
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【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】
2004211675.tif 000008
【図７】
2004211675.tif 000009
【図８】
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