(57)【要約】【課題】遠心ファンのファン径に対し最適な羽根形状を適用することにより、低騒音化や風量増を実現可能な電動工具を提供する。【解決手段】ファン本体２１の外径でｄ２は４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍであり、羽根２２の略中間位置Ｃにおける軸方向の高さｈ１がファン本体２１の外径に対して、０．２≦ｈ１／ｄ２≦０．３であり、羽根２２の外周縁における軸方向の高さｈ２はファン本体２１の外径ｄ２に対して、０．１２≦ｈ２／ｄ２≦０．１７であるように、ファン本体２１に対して羽根２２が設けられている。更に、羽根２２の枚数が２３〜３０枚である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を吸入するための吸入口と該空気を排出するための排出口が形成されたハウジングと、
該ハウジング内に収容され回転子と固定子とを有するモータと、
該回転子に同軸固定されて該回転子と共に回転する遠心ファンとを備え、該遠心ファンは、円板状のファン本体と、該回転子の軸方向に沿う空気を該ファン本体の半径方向外方に流すために該ファン本体の所定半径位置から外周縁まで延び該ファン本体の周方向に沿って所定ピッチで形成された複数の羽根とを有し、
該固定子と該ハウジングとの間には第１流路が画成され、
該固定子と該回転子との間には第２流路が画成され、
該回転子の軸方向に垂直で、該回転子の軸方向に並んだ断面のうち該第１流路及び第２流路の断面積が最も小さい値Ｓ０が、３５０ｍｍ２≦Ｓ０≦６５０ｍｍ２である電動工具において、
該ファン本体の外径ｄ２は、４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍであり、かつ該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さｈ１が、該ファン本体の外径に対して、０．２≦ｈ１／ｄ２≦０．３であることを特徴とする電動工具。
【請求項２】
該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さｈ１は、該ファン本体の外径ｄ２に対して、０．２５≦ｈ１／ｄ２≦０．３であることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
該羽根の外周縁における該軸方向の高さｈ２は、該ファン本体の外径ｄ２に対して、０．１２≦ｈ２／ｄ２≦０．１７であることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
【請求項４】
該羽根の枚数ｎは、２３≦ｎ≦３０であることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項５】
該羽根の枚数ｎは、２５≦ｎ≦２８であることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
【請求項６】
互いに隣接する該羽根の最も高くなる個所における互いに対向する部位間の該ファン本体の円周方向に沿う距離Ｌ１と該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さｈ１との積からなる第１面積Ｓ１と、該ファン本体の同一直径方向に位置する一対の該羽根の該最も高くなる個所間の距離である内径ｄ１と、
互いに隣接する該羽根の外周縁における互いに対向する部位間の該ファン本体の円周方向に沿う距離Ｌ２と該羽根の外周縁における該軸方向の高さｈ２との積からなる第２面積Ｓ２と、該ファン本体の外径ｄ２とが、Ｓ１・ｄ１＝（１±０．３）Ｓ２・ｄ２の関係を満たすように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項７】
該羽根は、該所定半径位置から該最も高くなる個所までの内方部と、該最も高くなる個所から該外周縁までの外方部とで構成され、
該外方部の延びる方向は、該ファンの中心と該外方部の該外周縁とを結ぶ直線に対して、該遠心ファンの回転方向と逆方向に第１所定角度α１傾斜し、
該内方部は、該ファンの中心と該所定半径位置とを結ぶ直線に対して、該遠心ファンの回転方向と逆方向に第２所定角度α２傾斜し、
該第１所定角度α１は、３０°≦α１≦５０°であり、該第２所定角度α２は、０°≦α２≦１０°であることを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
【請求項８】
該第１所定角度α１は、３５°≦α１≦４５°であり、該第２所定角度α２は、２．５°≦α２≦７．５°であることを特徴とする請求項７に記載の遠心ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを冷却する遠心ファンを備えた電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動工具の小型化、高出力化、低騒音化の要求から、小型で冷却能力が高く、騒音の小さいモータ冷却ファン及びファン周辺の開発の必要性が高まっている。そこで風量増加と騒音低減を目的として、羽根の形状の最適化が提案されている。（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１５３１９４号公報
【０００４】
図１０、図１１に示されるように、特許文献１記載の遠心ファン２２０の複数の羽根２２２は、空気をファン本体２２１の半径方向外方に排出するために、ファン本体２２１の一面側においてファン本体２２１の所定半径位置から外縁まで延び、ファン本体２２１の周方向に沿って所定ピッチで配列され、一面側から図示せぬ駆動軸の軸方向に突出して設けられている。
【０００５】
遠心ファン２２０を回転させると、遠心作用により空気にエネルギが与えられ，空気は、羽根２２２の内端である入口部より羽根２２２およびファンガイド２１１により形成された風路を通過して羽根２２２の外周部である出口部より半径方向外方に排出される。
【０００６】
ここで遠心ファン２２０は、同一径方向に位置する一対の羽根２２２の内端の径Ｄ１と羽根２２２の内端における突出長Ｈ１と各羽根２２２の内端における互いに対向する部位間のファン本体２２１周方向の間隔Ｌ１との積と、ファン本体２２１の外径Ｄ２と羽根２２２の外周における突出長Ｈ２と各羽根２２２の外縁における互いに対向する部位間のファン本体２２１周方向の間隔Ｌ２との積とがほぼ等しくなるように構成されている。即ち、Ｄ１×Ｈ１×Ｌ１≒Ｄ２×Ｈ２×Ｌ２となるようにして円滑に空気が流れて騒音低減の効果が発揮される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、電動工具の低騒音化への要望がさらに強まっており、遠心ファンの形状を最適化し、より騒音を小さくする必要がある。一般に、流体騒音は流速のおよそ６乗に比例するといわれている。遠心ファンの場合、回転数が同じであればファン外径を小さくすると流速が小さくなるので、ファン外径を小さくすれば、騒音を小さくすることができる。また、ファン外径を小さくすると流量が小さくなるが、ファンの羽根高さを高くすることで、遠心力が与えられる空気の量を多くして流量を補うことができる。しかし、羽根高さを高くすると、ファンの成形型の羽根に対応する部分においてより深い溝を形成する必要が生じ、その溝を形成する際にエンドミルが振れやすくなるなどが原因で、加工が困難になることから、製造コストが大幅に高くなるという問題が生じる。
【０００８】
そこで本発明は、遠心ファンのファン径に対し最適な羽根高さを設定し、適正な製造コストで低騒音化や風量増を実現可能な電動工具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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、空気を吸入するための吸入口と該空気を排出するための排出口が形成されたハウジングと、該ハウジング内に収容され回転子と固定子とを有するモータと、該回転子に同軸固定されて該回転子と共に回転する遠心ファンとを備え、該遠心ファンは、円板状のファン本体と、該回転子の軸方向に沿う空気を該ファン本体の半径方向外方に流すために該ファン本体の所定半径位置から外周縁まで延び該ファン本体の周方向に沿って所定ピッチで形成された複数の羽根とを有し、該固定子と該ハウジングとの間には第１流路が画成され、該固定子と該回転子との間には第２流路が画成され、該回転子の軸方向に垂直で、該回転子の軸方向に並んだ断面のうち該第１流路及び第２流路の断面積が最も小さい値Ｓ０が、３５０ｍｍ２≦Ｓ０≦６５０ｍｍ２である電動工具において、該ファン本体の外径ｄ２は、４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍであり、かつ該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さｈ１が、該ファン本体の外径に対して、０．２≦ｈ１／ｄ２≦０．３であることを特徴とする電動工具を提供している。
【００１０】
ここで、該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さｈ１は、該ファン本体の外径ｄ２に対して、０．２５≦ｈ１／ｄ２≦０．３であることが好ましい。
【００１１】
また、該羽根の外周縁における該軸方向の高さｈ２は、該ファン本体の外径ｄ２に対して、０．１２≦ｈ２／ｄ２≦０．１７であることが好ましい。
【００１２】
更に該羽根の枚数ｎは、２３≦ｎ≦３０であることが好ましく、該羽根の枚数ｎは、２５≦ｎ≦２８であることがより好ましい。
【００１３】
また、互いに隣接する該羽根の最も高くなる個所における互いに対向する部位間の該ファン本体の円周方向に沿う距離Ｌ１と該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さｈ１との積からなる第１面積Ｓ１と、該ファン本体の同一直径方向に位置する一対の該羽根の該最も高くなる個所間の距離である内径ｄ１と、互いに隣接する該羽根の外周縁における互いに対向する部位間の該ファン本体の円周方向に沿う距離Ｌ２と該羽根の外周縁における該軸方向の高さｈ２との積からなる第２面積Ｓ２と、該ファン本体の外径ｄ２とが、Ｓ１・ｄ１＝（１±０．３）Ｓ２・ｄ２の関係を満たすように構成されることが好ましい。
【００１４】
また、該羽根は、該所定半径位置から該最も高くなる個所までの内方部と、該最も高くなる個所から該外周縁までの外方部とで構成され、該外方部の該外周縁付近は、該ファンの中心と該外方部の該外周縁とを結ぶ直線に対して、該遠心ファンの回転方向と逆方向に第１所定角度α１傾斜し、該内方部は、該ファンの中心と該所定半径位置とを結ぶ直線に対して、該遠心ファンの回転方向と逆方向に第２所定角度α２傾斜し、該第１所定角度α１は、３０°≦α１≦５０°であり、該第２所定角度α２は、０°≦α２≦１０°であることが好ましい。
【００１５】
ここで、該第１所定角度α１は、３５°≦α１≦４５°であり、該第２所定角度α２は、２．５°≦α２≦７．５°であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１の電動工具によれば、ファン本体の外径ｄ２は、４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍであり、かつ羽根の最も高くなる個所での軸方向の高さｈ１が、ファン本体の外径に対して、０．２≦ｈ１／ｄ２≦０．３であるので、適正な製造コストで低騒音化や風量増を実現することができる。
【００１７】
請求項２の電動工具によれば、羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さｈ１は、ファン本体の外径ｄ２に対して、０．２５≦ｈ１／ｄ２≦０．３であるので、より適正な製造コストで低騒音化や風量増を実現することができる。
【００１８】
請求項３の電動工具によれば、羽根の外周縁における軸方向の高さｈ２は、ファン本体の外径ｄ２に対して、０．１２≦ｈ２／ｄ２≦０．１７であるので、大きな風量を発生しかつ低騒音な遠心ファンを実現できる。
【００１９】
請求項４の電動工具によれば、羽根の枚数ｎは、２３≦ｎ≦３０であるので、騒音の原因となる渦が発生せず、また空気の通りも十分に確保できる。従って、十分な風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能である。
【００２０】
請求項５の電動工具によれば、羽根の枚数ｎは、２５≦ｎ≦２８であるので、請求項４の構成よりも、さらに十分な風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能となる。
【００２１】
請求項６の電動工具によれば、Ｓ１・ｄ１＝（１±０．３）Ｓ２・ｄ２の関係を満たすように構成されているので、互いに隣接する羽根間における空気の流れが乱れにくく、騒音を低減することができる。
【００２２】
請求項７の電動工具によれば、第１所定角度α１は、３０°≦α１≦５０°であるので、遠心ファンの外周縁付近での、空気の流速を適切な速度にすることができ十分な風量を維持しつつ低騒音化を実現できる。また、第２所定角度α２は、０°≦α２≦１０°であるので、羽根の付け根に生じる応力を緩和し、羽根の破壊を防止することができ、また騒音の原因となる乱流の発生を抑えることができる。
【００２３】
請求項８の電動工具によれば、第１所定角度α１は、３５°≦α１≦４５°であり、第２所定角度α２は、２．５°≦α２≦７．５°であるので、請求項７の構成よりもさらに十分な風量を維持しつつ低騒音化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の電動工具を研削工具（ディスクグラインダ）に適用した実施の形態について図１に基づき説明する。図１はディスクグラインダ１の全体構造を示しており、図面に対して左方を先端とすると、後方より樹脂製のハンドル部２、樹脂製のモータハウジング３、アルミ合金製のギヤカバー４の順に接続されてハウジングが構成される。そして、ハンドル部２とモータハウジング３とギヤカバー４とのそれぞれの内部に画成された空間は連通している。ハンドル部２には電源ケーブル５が取付けられると共に、スイッチ機構６が内蔵され、スイッチ機構６には使用者により操作可能なレバー２Ａが設けられている。電源ケーブル５はスイッチ機構６を外部電源（図示せず）に接続し、レバー２Ａを操作することにより、スイッチ機構６と電源との接続と断続とが切換えられる。また、ハンドル部２の後端部には第１吸気口２ａが形成され、先端部には図示せぬ第２、第３吸気口が形成されている。
【００２５】
モータハウジング３内には回転子７及び固定子８を有するモータ９が収納され、回転子７は駆動軸１０を同軸的に有している。モータ９の前方にはファンガイド１１がモータハウジング３に固定されている。
【００２６】
ギヤカバー４内であってファンガイド１１の前方には、遠心ファン２０が駆動軸１０に同心的に固定されて駆動軸１０と共に回転可能に設けられている。ギヤカバー４において、遠心ファン２０の半径方向外方位置には、第１排気口４ａ、第２排気口４ｂ、図示せぬ第３排気口が形成されている。またギヤカバー４内には駆動軸１０の一端に固定されたピニオンギア１２と出力部たる出力軸１３に固定されたギア１４とを含む動力伝達機構が配置され、ピニオンギア１２がギア１４と噛合して、回転子７の回転を出力軸１３に伝達している。そして出力軸１３には砥石１５が固定されている。
【００２７】
次に図２に基づきモータハウジング３の内部構造について説明する。図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。上述のようにモータ９は、回転子７及び固定子８を有している。固定子８は、モータハウジング３に固定保持され、固定子８には、回転子７を遊挿するための中空部８ａが形成されている。そして、モータハウジング３と固定子８とによって複数の第１空気流路３ａがそれぞれ画成されており、固定子８と回転子７とによって複数の第２空気流路３ｂがそれぞれ画成されている。
【００２８】
次に、ディスクグラインダ１の動作について説明する。レバー２Ａをハンドル部２に押し付けることによって、図示せぬ外部電源からモータ９に電流が供給され、回転子７が回転する。回転子７の回転と共に駆動軸１０も回転し、ピニオンギア１２とギア１４により出力軸１３及び砥石１５に回転が伝達され、回転する砥石１５を被削材に押し当てることにより研削作業が行われる。
【００２９】
この時、回転子７に固定された遠心ファン２０の回転により、空気が後述する昇圧空間２０ａにおいて矢印ｃ１のように流れ、遠心ファン２０の内径側では圧力が低下し、外径側では圧力が高くなる。これによりテールカバー２の第１吸気口２ａ、図示せぬ第２、第３吸気口より矢印ａ１、ａ２、ａ３のように空気が導入される。次に、空気は第１空気流路３ａ及び第２空気流路３ｂを矢印ｂ１、ｂ２のように通り、モータ９を冷却する。その後、空気は昇圧空間２０ａを矢印ｃ１のように流れて、第１排気口４ａ、第２排気口４ｂ、図示せぬ第３排気口より矢印ｅ１、ｅ２、ｅ３のように外部に流出する。
【００３０】
次に、図３に基づき遠心ファン２０の構造について説明する。図３は、遠心ファン２０の断面図であり、図４は、図３のIV方向から遠心ファン２０を見たときの正面図である。遠心ファン２０は、ファン本体２１と、ファン本体２１に一体に設けられファン本体２１の軸方向に突設された複数の羽根２２とを有し、矢印Ａ（図４）で示す方向に回転する。ファン本体２１は円板状であり、駆動軸１０と係合するための回転子嵌挿穴２１ａを有するハブ２１Ａと主板２１Ｂとから構成されている。複数の羽根２２は、回転子７の軸方向に沿う空気をファン本体２１の半径方向外方に流すためにファン本体２１の所定半径位置Ｂから外周縁まで延びファン本体２１の周方向に沿って所定ピッチで形成されている。
【００３１】
そして、図４に示されるように羽根２２は、ファン本体２１の所定半径位置Ｂから半径方向外方に延びる方向に対し回転方向Ａと逆方向に傾斜している。また、それぞれの羽根２２は、所定半径位置Ｂから略中間位置Ｃまでの内方部２２Ａと、略中間位置Ｃから外周縁までの外方部２２Ｂとで構成される。内方部２２Ａは、半径方向外方に向かって軸方向の高さが徐々に高くなる形状をなし、逆に外方部２２Ｂは、半径方向外方に向かって軸方向の高さが徐々に低くなる形状をなしている。また、互いに隣接する羽根２２によって空気が流れる昇圧空間２０ａは画成されており、昇圧空間２０ａの一部はファンガイド１１に対向している（図１）。
【００３２】
ここで、遠心ファン２０の同一直径方向の互いに反対側に位置する一対の羽根２２の略中間位置Ｃ間の距離（以下、ファン内径という）をｄ１、ファン本体２１の直径（以下、ファン外径という）をｄ２、羽根２２の略中間位置Ｃにおける軸方向の高さ（以下、羽根内側高さという）をｈ１、羽根２２の外方部２２Ｂの外周縁における軸方向の高さ（以下、羽根外側高さという）をｈ２とする。また、外方部２２Ｂの延びる方向と、遠心ファン２０の中心と外方部２２Ｂの外周縁とを結ぶ直線とのなす角をα１、内方部２２Ａの延びる方向と、ファン本体２１の中心と所定半径位置Ｂとを結ぶ直線とのなす角をα２とする。また、互いに隣接する羽根２２の略中間位置Ｃにおける互いに対向する部位間の遠心ファン２０の円周方向に沿う距離（以下、略中間位置Ｃ間距離）をＬ１、互いに隣接する羽根２２の外周縁における互いに対向する部位間の遠心ファン２０の円周方向に沿う距離（以下、羽根外周縁距離）をＬ２とする。
【００３３】
本実施の形態において、ファン内径ｄ１＝３５ｍｍ、ファン外径ｄ２＝４８ｍｍ、羽根内側高さｈ１＝１３ｍｍ、羽根外側高さｈ２＝７ｍｍとしている。また、従来の遠心ファンの寸法は、ファン内径ｄ１’＝３３ｍｍ、ファン外径ｄ２’＝５２ｍｍ、羽根内側高さｈ１’＝９ｍｍ、羽根外側高さｈ２’＝３．５ｍｍであった。また、α１＝４０°、α２＝５°、羽根２２の枚数を２７枚としている。なお、寸法値には測定誤差や、ばらつきがあるので、寸法値を表すときの「＝」の記号は、実質的には「≒」の意味であるとして使用することにする。
【００３４】
次に、ファン外径ｄ２を従来の５２ｍｍから４８ｍｍに変更した理由について説明する。ファン外径ｄ２の選定にあたっては、流体が発する騒音の音圧ｐ［ｐａ］と流速ｖ［ｍ／ｓｅｃ］との関係が、概ね
ｐ∝ｖ６
となるという性質に基づいている。遠心ファンにおいてファン外径ｄ２とファン出口における流速ｖの関係は、概ね
ｄ２∝ｖ
となるので、これらを合わせると、
ｐ∝ｄ２６
となる。また、従来のファン外径ｄ２’と音圧ｐ’との関係は同様に
ｐ’∝ｄ２’６
となる。従って、
（ｐ／ｐ’）∝（ｄ２／ｄ２’）６
となる。すなわち、ファン外径ｄ２の選定は、ファン外径ｄ２を小さくすればそれに比例して流速ｖが小さくなり、その６乗にほぼ比例して音圧ｐが小さくなるという性質に基づいて行われる。本実施の形態では、
（ｐ／ｐ’）∝（４８／５２）６≒０．６２
となり、理論上は音圧ｐが従来に比べておよそ０．６２倍まで小さくなる。また、実験を行った結果、従来の騒音値が約８１ｄＢであったのに対して、本実施の形態では約７７．５ｄＢであり約３．５ｄＢ小さくなった。また、ファン外径ｄ２は４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍの範囲であればほぼ同様の効果が得られる。
【００３５】
なお、本実施の形態による遠心ファン２０及び従来の遠心ファンの寸法は、遠心ファンにおける空気の流れを滑らかにし、騒音を低減する後述する式（１）を満たすように設計されている。従って、騒音値が約３．５ｄＢ小さくなったのは、ファン外径ｄ２を４８ｍｍに変更したことのみによる効果である。
【００３６】
次に、ファン外径ｄ２＝４８ｍｍに対して、羽根内側高さｈ１＝１３ｍｍとした理由について説明する。羽根内側高さｈ１とファン外径ｄ２の比（以下、第１羽根高さ比とする）：ｈ１／ｄ２について見ると、ｈ１／ｄ２＝０．２７であり、従来のｈ１’／ｄ２’＝９／５２≒０．１７に対して大きくしてある。これは、ファン外径ｄ２を小さくして流速が小さくなったことに起因する流量の低下を補うためである。
【００３７】
以下、流量に影響を及ぼす因子について説明する。空気の流路における入口（第１吸気口２ａ、図示せぬ第２、第３吸気口）から出口（第１排気口４ａ、第２排気口４ｂ、図示せぬ第３排気口）までの流路に、流量Ｑ［ｍ３／ｍｉｎ］を発生させるのに必要なファンの送風能力である昇圧空間２０ａの入口と出口との圧力の差Ｐ［Ｐａ］は、次式で表される。
P＝ａＱ２
ここで、ａは流路抵抗係数である。また上式は
Ｑ＝√（Ｐ／ａ）
となる。すなわち、流量Ｑに影響を及ぼす因子は、圧力の差Ｐと流路抵抗係数ａである。以下、流路抵抗係数ａについて説明する。流路抵抗係数ａは流路の形状によって決まる固有値であり、流路における最も狭い部分の断面積（Ｓ０とする）の大きさによって流路抵抗係数ａの値がほぼ決まってくることが知られている。
【００３８】
本実施の形態のディスクグラインダ１の冷却流路における最小断面積Ｓ０は、回転子７の軸方向に垂直で、回転子７の軸方向に並んだ断面のうち第１空気流路３ａ及び第２空気流路３ｂの断面積が最も小さい値（以下、モータ内流路断面積：Ｓ０とする）である。第１空気流路３ａの断面積はモータハウジング３外径をできるだけ小さくするという小型化の要請と、所望の動力を得るために必要となる固定子８の外径から自ずと決まってくる。また、第２空気流路３ｂについても磁力を効率よく回転力に変換する必要から自ずと決まってくる。
【００３９】
一般的な携帯用電動工具について、モータ内流路断面積Ｓ０を調べた結果、３５０ｍｍ２≦Ｓ０≦６５０ｍｍ２程度であった。これらについて、空気の入口と出口に圧力の差（圧力差）Ｐ［Ｐａ］を生じさせたときの流量Ｑ［ｍｍ２］の変化を調べた結果を図５に示す。図５における曲線Ｘは、Ｓ０＝３５０ｍｍ２における結果であり、曲線ＹはＳ０＝６５０ｍｍ２における結果である。また、曲線Ｘにおける流路抵抗係数ａは約３０００であり、曲線Ｙにおける流路抵抗係数ａは約２０００であった。従って、３５０ｍｍ２≦Ｓ０≦６５０ｍｍ２の携帯用電動工具における流路抵抗係数ａは２０００≦ａ≦３０００程度である。
【００４０】
以下、ファンの送風能力について説明する。ファンの送風能力に大きな影響を与える因子は第１羽根高さ比である。３５０ｍｍ２≦Ｓ０≦６５０ｍｍ２の携帯用電動工具について、ファン外径を４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍの範囲で変えると共に、第１羽根高さ比（ｈ１／ｄ２）を変化させたときの流量Ｑの変化について調べた結果を図６に示す。第１羽根高さ比がｈ１／ｄ２＜０．２の範囲では、第１羽根高さ比が大きくなるのとほぼ比例して流量が増加する。この領域では、ファンの送風能力に対して流路抵抗の比が十分に小さいため、羽根２２間に空気が流れ込みやすく、ファン周辺の流れがスムーズであるからである。
【００４１】
また、０．２≦ｈ１／ｄ２≦０．３のあたりでは、流量の増加率は小さくなっていき、０．３＜ｈ１／ｄ２となると、流量はほとんど増加しなくなる。これは、０．３＜ｈ１／ｄ２の範囲では、ファンの能力に対する流路抵抗の比が大きすぎるため、羽根２２間に空気が流れ込み難くなり、ファンのエネルギが周囲の空気を掻き回すのに使われることと、羽根２２の間に細かな渦が発生するためである。すなわち、これらの電動工具においては、０．２≦ｈ１／ｄ２≦０．３の範囲であれば、流量及び製造コストにおいて羽根内側高さｈ１を適正な高さに設定することができる。
【００４２】
より好ましくは、０．２５≦ｈ１／ｄ２≦０．３の範囲に設定すると、より適正な高さに設定することができ、ｈ１／ｄ２＝０．２７となるように設定すると最も適正な高さに設定することができる。なお本実施の形態では、ファン外径ｄ２を４８ｍｍであるので、
ｈ１／ｄ２＝０．２７
から
ｈ１＝０．２７×４８≒１３ｍｍ
となるので、ｈ１＝１３ｍｍと設定している。
【００４３】
以上のことから、遠心ファンによってモータを冷却する冷却流路を有する電動工具であって、モータ内流路断面積Ｓ０が３５０ｍｍ２≦Ｓ０≦６５０ｍｍ２の範囲にある電動工具においては、ファン外径を４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍの範囲に設定し、羽根内側高さｈ１を０．２≦ｈ１／ｄ２≦０．３となるように設定することで、適正な製造コストで低騒音化や風量増を実現することができる。
【００４４】
次に、ファン内径ｄ１を３５ｍｍ、羽根外側高さｈ２を７ｍｍとした理由について説明する。特許第３３９１１９９号公報において、略中間位置Ｃ間距離Ｌ１と羽根内側高さｈ１との積で示される面積を入口部面積Ｓ１（＝Ｌ１×ｈ１）、羽根外周縁距離Ｌ２と羽根外側高さとｈ２との積で示される面積を出口部面積Ｓ２（＝Ｌ２×ｈ２）とした時に、
Ｓ１・ｄ１＝μ・Ｓ２・ｄ２          （１）
０．７≦μ≦１．３
の関係を満たすように羽根２２の形状を設計することによって、羽根２２間の空気の径方向の速度と回転方向の速度との比が、入口部（羽根２２の略中間位置Ｃ）と出口部（羽根２２の外周縁）の間で等しくなり、空気の流れが乱れにくく、騒音が低減することが記載されている。
【００４５】
従って、式（１）の関係を満たすように、本実施の形態においても設計すればよい。具体的には、式（１）（本実施の形態においてはμ＝１とする）から
（π・ｄ１／ｎ）・ｈ１・ｄ１＝（π・ｄ２／ｎ）・ｈ２・ｄ２
となり、さらに
ｄ１２・ｈ１＝ｄ２２・ｈ２        （２）
となる。ここで、本実施の形態ではｄ２＝４８ｍｍ、ｈ１＝１３ｍｍであるので式（２）は、
ｄ１２・１３＝４８２・ｈ２
となり、この関係を満たすように、ｄ１＝３５ｍｍ、ｈ２＝７ｍｍという値を設定している。
【００４６】
以上から、発明者らは、第１羽根高さ比：ｈ１／ｄ２及びファン外径ｄ２に対する羽根外側高さｈ２の比（以下、第２羽根高さ比とする）：ｈ２／ｄ２を所定の範囲内で変化させて実験を行った。図７は、第２羽根高さ比と第１羽根高さ比とを（１０．０％、２２．０％）、（１４．５％、２７．０％）、（２０．０％、３２．０％）に組合せて、それぞれにおいて実験を行った結果である。左方の縦軸は、騒音比率であり、得られた騒音値を所定の騒音値で除した値である。右方の縦軸は、風量[ｍ３／ｍｉｎ]である。
【００４７】
図７から第２羽根高さ比と第１羽根高さ比とが、（１２．０％、２５．０％）未満の領域では、騒音は小さいがモータ９を冷却するのに十分な風量が得られず、また、（１７．０％、３０．０％）を超えるの領域では、十分な風量は得られるが騒音が大きくなることが分かる。従って、第２羽根高さ比が１２．０〜１７．０％、第１羽根高さ比が２５．０〜３０．０％の範囲内であれば、十分な風量を維持しつつ騒音を低下させることが可能である。また、より好ましくは（１４．５％、２７．０％）付近であれば、大きな風量を発生しかつ低騒音な遠心ファン２０を実現できる。
【００４８】
次に、羽根２２の枚数を２７枚とした理由について説明する。以下、羽根２２の枚数をｎとする。ファン外径ｄ２が４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍの遠心ファン２０について、羽根２２の枚数ｎを変えたときの風量の変化を調べた結果、ファン外径ｄ２の違いによって大きく変わることはなく、いずれも概ね図８のような傾向を示した。縦軸は風量比率であり、各枚数において得られた風量値を枚数が２７枚の時の風量値で除した値である。図８から分かるように、ｎ＝２７において最も風量が得られ、羽根２２の枚数が２３≦ｎ≦３０の範囲では、ｎ＝２７と比較してさほど大きな風量の落ち込みは見られなかった。ｎ＜２３の範囲では、ファン外径ｄ２に対して羽根２２の枚数ｎが少ないため、遠心ファン２０の外径付近において隣り合う羽根２２間の距離が大きくなる。このため羽根２２間の空気の流れが乱れ、風量が低下している。
【００４９】
また、ｎ＞３０の範囲では、ファン外径ｄ２に対して羽根２２の枚数ｎが多いため、遠心ファン２０の内径において隣り合う羽根２２間の間隔が狭くなる。このため羽根２２間に空気が流れ込み難くなり、風量が低下している。以上から、ファン外径ｄ２が４５ｍｍ≦ｄ２≦５０ｍｍである遠心ファン２０では、羽根２２の枚数ｎを２３≦ｎ≦３０と設定することで、十分な風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能となる。より好ましくは、羽根２２の枚数ｎを２５≦ｎ≦２８と設定すればさらに十分な風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能となる。そして、ｎ＝２７であれば最も風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能となるので、本実施の形態においては羽根２２の枚数を２７枚にしている。
【００５０】
次に、α１＝４０°、α２＝５°にした理由について説明する。発明者らは、α１とα２との角度を変えて騒音および風量の変化を調べた。その結果、３０°≦α１≦５０°かつ０°≦α２≦１０°の範囲において、十分な風量を得ることができ、かつ低騒音化を実現できることが分かった。
【００５１】
これは、α１が３０°未満であると、遠心ファン２０の外周縁付近での、空気の流速が速くなってしまい騒音の原因となり、α１が５０°を超えると、逆に遠心ファン２０の外周縁付近での空気の流速が遅くなってしまい十分な風量が得られないためである。また、α２が０°未満であるか、あるいはα２が１０°を超えると、羽根２２の付け根において大きな応力が生じ易く、また乱流が発生し易くなるため望ましくなく、０°≦α２≦１０°の範囲であれば乱流が抑えられるからである。
【００５２】
また、３５°≦α１≦４５°かつ２．５°≦α２≦７．５°の範囲であれば、更に十分な風量及び低騒音化を図ることができ、α１＝４０°、α２＝５°で最も風量を得ることができ、最も騒音を小さくできることが分かった。
【００５３】
本発明による電動工具は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、遠心ファン２０の形状を図９に示す遠心ファン１２０のように、ファン本体１２１は円板状ではなく羽根１２２が突設された方向とは逆の方向に傾斜するテーパ状であってもよい。また、羽根２２の略中間位置Ｃから外周縁への稜線は直線であったが、これに限定されず遠心ファン１２０のように円弧状などの形状であってもよい。更に、電動工具は振動ドリルやディスクグラインダに限定されず、切断工具や電動ドリル、ネジ締め機などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による電動工具を研削工具に適用した実施の形態を示す断面図。
【図２】図１のII―II線に沿った断面図。
【図３】本発明による電動工具に備えられる遠心ファンの断面図。
【図４】本発明による電動工具に備えられる遠心ファンの正面図。
【図５】空気の入口と出口に圧力差を加えたときの空気の流量の変化を示した図。
【図６】第１羽根高さ比を変化させたときの空気の流量の変化を示した図。
【図７】第１羽根高さ比および第２羽根高さ比のそれぞれの組合せと、騒音比率および風量との関係を示した図。
【図８】羽根の枚数と風量比率との関係を示した図。
【図９】本発明による電動工具に備えられる遠心ファンの変形例の断面図。
【図１０】従来の遠心ファンの正面図。
【図１１】従来の遠心ファンの断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１  ディスクグラインダ    ３  モータハウジング    ２ａ 第１吸気口    ３ａ  第１空気流路    ３ｂ  第２空気流路    ４ａ  第１排気口    ４ｂ  第２排気口    ７  回転子    ８    固定子    ９  モータ    ２０、１２０、２２０  遠心ファン    ２１、１２１、２２１  ファン本体    ２２Ａ  内方部    ２２Ｂ  外方部    ２２、１２２、２２２  羽根    Ｂ  所定半径位置    Ｃ略中間位置    ｄ１  ファン内径    ｄ２  ファン外径    ｈ１  羽根内側高さ    ｈ２  羽根外側高さ    Ｌ１  略中間位置Ｃ間距離    Ｌ２   羽根外周縁距離    ｎ  枚数    Ｓ０  モータ内流路断面積    Ｓ１  入口部面積    Ｓ２  出口部面積    α１  第１所定角度    α２  第２所定角度
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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