(57)【要約】【課題】空気調和機の室外機に備えられた樹脂製のプロペラファンの翼が、吹出しダクトを通って入ってきた異物が当たることで破損しても、プロペラファン回転時のファンアンバランスを低減する。【解決手段】複数枚の翼１０２を有し、上向きに空気を吹出す樹脂製のプロペラファン１０１を備えた空気調和機の室外機２０１において、プロペラファン１０１の回転軸に直交する方向から見て翼１０２の上端を有する後縁１０６に沿った段差部１０８を翼１０２に備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の翼を有し、上向きに空気を吹出す樹脂製のプロペラファンを備えた空気調和機の室外機において、
前記プロペラファンの回転軸に直交する方向から見て前記翼の上端を有する後縁に沿った段差部を前記翼に備えることを特徴とする空気調和機の室外機。
【請求項２】
請求項１において、前記後縁に沿った段差部と前記後縁との間に薄肉部を備えることを特徴とする空気調和機の室外機。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記プロペラファンの負圧面側に前記後縁に沿った段差部と前記薄肉部とを備えることを特徴とする空気調和機の室外機。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、前記プロペラファンの回転軸方向から見て前記翼の輪郭線に沿った段差部を前記翼に備えることを特徴とする空気調和機の室外機。
【請求項５】
請求項４において、前記翼の輪郭線に沿った段差部を複数備えることを特徴とする空気調和機の室外機。
【請求項６】
請求項５において、前記後縁に沿った段差部を複数備えることを特徴とする空気調和機の室外機。
【請求項７】
請求項２乃至６の何れかにおいて、前記プロペラファンを回転軸方向から平面に投影し、前記翼１枚の最外径における周長さをＬ１、前記翼の内周と外周との間の長さをＬ２とした場合に、前記薄肉部は、前記翼の周方向の長さａが前記後縁から前記翼の外周に添って０.０８Ｌ１≦ａ≦０.１Ｌ１であり、前記翼の径方向の長さが前記翼の外周からＬ２／３以下であることを特徴とする空気調和機の室外機。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかにおいて、前記後縁に沿った段差部の肉厚ｔ１と前記後縁に沿った段差部を設けていない前記翼の肉厚ｔ２との関係を、ｔ１／ｔ２≦１／２とすることを特徴とする空気調和機の室外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機の室外機に係り、特に樹脂製プロペラファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の室外機において、空調運転中に樹脂製プロペラファンに異物が衝突して翼が欠けた場合でも、少々の破損であれば運転停止せずにそのままファンが回転し続けることがある。ファンが欠けるとファンの重心が回転軸からずれて、回転時にバランスが取れなくなる（以下、ファンアンバランスと称する）。ファンアンバランスの状態で回転するとユニット振動が増大する。このユニット振動に気付かず空調運転を続けていると、ファンアンバランスによる力が、モータとモータを支える部品の固定部やモータ支えと筐体の固定部等にかかり応力集中を起こし、やがて各固定部が破損し、モータがモータ支えから落下することがある。
【０００３】
特に吹出し口が筐体上部にある上吹き形の室外機では、モータが落下する際に、モータに締結されているファンが、熱交換器を傷つけ、最悪の場合冷媒噴出に至る。また一般に上吹き形の室外機に搭載されているモータは大型で重いため、モータが筐体の底に落下すると他の冷凍サイクル部品を傷つけてしまうことがある。
【０００４】
ファンアンバランスを抑制させるためには、ファンが割れないようにすることが挙げられる。例えば特許文献１には、羽根の外周縁部に柔軟性を有する合成樹脂からなる被覆部を形成することで、使用中に羽根外周に堅い物が当たった場合にも、当該部位の損傷を防止することができる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６１２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、樹脂は一般的に低温時に硬化して剛性が高くなる半面、脆くなる性質を持つ。しかも運転中はファンが高速回転しているため、特許文献１のものは、異物が当たることにより被覆部だけでなく羽根も破損するおそれがあり、その破損部分が大きくなるおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、樹脂製プロペラファンの翼が破損しても、回転時のファンアンバランスを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、複数枚の翼を有し、上向きに空気を吹出す樹脂製のプロペラファンを備えた空気調和機の室外機において、前記プロペラファンの回転軸に直交する方向から見て前記翼の上端を有する後縁に沿った段差部を前記翼に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、樹脂製プロペラファンの翼が破損しても、回転時のファンアンバランスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるプロペラファンの負圧面側平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明にかかる空気調和機の室外機の正面図。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかるプロペラファンの負圧面側平面図。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかるプロペラファンが破損した場合を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態にかかるプロペラファンの負圧面側平面図。
【図８】本発明の第４の実施形態にかかるプロペラファンの負圧面側平面図。
【図９】図８のＥ−Ｅ断面図。
【図１０】従来のプロペラファンの負圧面側平面図。
【図１１】図１０のＦ−Ｆ断面図。
【図１２】本発明にかかるプロペラファンの薄肉部の範囲を表す負圧面側平面図。
【図１３】本発明にかかるプロペラファンの薄肉部と厚肉部の関係を表す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に本発明の第１の実施形態にかかるプロペラファンの負圧面側平面図を、図２に本発明の第１の実施形態にかかるプロペラファンの周方向断面図（図１のＡ−Ａ断面図）を、図３に本発明にかかる空気調和機の室外機の正面図を示す。
【００１２】
図３より、室外機２０１は、底板２０２の上に、圧縮機２０３，熱交換器２０４等を配置し、圧縮機２０３等の上方で、かつ熱交換器２０４に囲われるように電気品箱２０８を配置する。また、電気品箱２０８の上方に、モータ支え２０５，モータ２０６，プロペラファン１０１を配置し、プロペラファン１０１を囲うようにシュラウド２０７を配置して構成している。室外機２０１下部から空気を吸込み、熱交換器２０４で熱交換してプロペラファン１０１を通って吹出しグリル２０９から上方に空気を吹出す。
【００１３】
ここで、第１の実施形態にかかるプロペラファン１０１の構成について説明する。
【００１４】
図１より、プロペラファン１０１は、ボス１０９に翼１０２が固定されている。プロペラファン１０１は回転方向１１０の方向に回転し、翼１０２の回転方向前側の縁を前縁１０５、後ろ側の縁を後縁１０６と呼ぶ。本図のプロペラファン１０１は、室外機下から見た平面図であり、負圧面側を示す。以降のプロペラファン１０１の平面図においても同様である。
【００１５】
図２より、プロペラファン１０１は、後縁１０６側の肉厚を前縁１０５側より薄くして、厚肉部と薄肉部の境界で肉厚に段差を設けるように段差部１０８を構成している。また、翼１０２は、圧力面１０３と、負圧面である負圧面厚肉部１０４及び負圧面薄肉部１０７を構成する。
【００１６】
従来のプロペラファンとの違いについて示す。図１０に従来のプロペラファンの負圧面側平面図を、図１１に従来のプロペラファンの周方向断面図（図１０のＦ−Ｆ断面図）を示す。
【００１７】
図１１より、従来のプロペラファン５０１は、前縁１０５から後縁１０６にかけて一定の肉厚であるか、あるいは前縁１０５側から後縁１０６側に向かって徐々に肉厚が薄くなるように構成している。段差を設けて肉厚を変化させていない。
【００１８】
即ち第１の実施形態にかかるプロペラファン１０１の特徴は、角張った段差を付けて後縁１０６側の肉厚を前縁１０５側よりも薄くしたところにある。従来のように段差部１０８がないと応力が集中する割れ部分がなく、異物が大きい場合はボス１０９と翼１０２の接合部近傍で割れて、翼が一枚丸ごと折れてしまうことがある。吹出し口が筐体上部にある上吹き形の室外機では、ファンとこのファンを駆動するモータが室外機の上部に設置される。ファンの翼が大きく欠けるとモータ回転軸がぶれてバランスを崩し、モータごと落下してしまう。上吹き形の室外機に搭載されているモータは大型で重いため、モータが筐体の底に落下すると他の冷凍サイクル部品を傷つけたり、モータに締結されているファンが、熱交換器を傷つけ、最悪の場合冷媒噴出に至る。
【００１９】
しかし、第１の実施形態のように構成すれば、翼１０２に異物が衝突した場合に後縁に沿った段差部１０８に応力が集中し、段差部１０８を境とした薄肉部（負圧面薄肉部１０７）を切り離すように割れるので、破損面積を小さくすることができる。図２を用いて段差部１０８をより詳細に説明すると、負圧面厚肉部１０４から負圧面薄肉部１０７へ移行する線と負圧面薄肉部１０７との接点部分を言い、ここに応力が集中して負圧面薄肉部１０７が割れる。これにより、ファンアンバランス量を小さくすることができる。その結果モータ支え２０５，モータ２０６が落下することを防ぐことができ、室外機内の機器が破損することを防止できる。
【００２０】
異物は室外機上部の吹出しグリル２０９から入る。石やごみ等の固形物の他、例えば冬の降雨（特に霧雨）時に暖房運転すると吹出しグリルに付いた水滴が凍り、徐々に下方に成長していく氷柱も異物になり得る。図３に示すように、プロペラファン１０１の回転軸と直交する方向から見て上端である翼１０２の後縁１０６が吹出しダクト２０９に最も近くなる。そのため、運転によりプロペラファン１０１が高速回転すると、吹出しダクト２０９から侵入した異物は、落下方向において翼１０２の部位として最初に現れる後縁１０６に衝突しやすい。特に、図３の丸囲み部分１１１が後縁１０６の中でも上方にあるため、異物とより衝突しやすい。この丸囲み部分１１１は負圧面薄肉部１０７の位置に対応しており、各翼について同様に存在する。プロペラファン１０１の回転の速さは異物の落ちる速さよりも速いので、異物は翼１０２同士の間を通り抜けることはもちろんできず、翼１０２の前縁１０５側に到達する前に後縁１０６側で衝突する。従って、後縁１０６側を切り離すように割っている。このように異物が衝突したときに積極的に翼１０２の後縁１０６側を小さく割ることで、ファンアンバランス量を小さくすることができる。その結果モータ支え２０５，モータ２０６が破損し落下することを防ぐことができる。
【００２１】
なお、図２に図示している第１の実施形態は、負圧面側の肉厚を薄くして負圧面薄肉部１０７を構成しているが、圧力面１０３側に段差部を付けて圧力面厚肉部と圧力面薄肉部を構成し、後縁側を薄肉にしても応力が集中する段差部１０８があればよい。但し、風がスムーズに流れる方がファン性能はよく、翼表面の形状によって気流が変化（気流の剥離等）する。気流によるファン性能の影響は、負圧面よりも圧力面１０３の方が大きい。このため、ファン性能を考慮する場合は、段差部１０８は負圧面に設けるのがよい。これについては以下の実施形態も同様である。
【００２２】
図４に本発明の第２の実施形態にかかるプロペラファンの負圧面側平面図を、図５に本発明の第４の実施形態にかかるプロペラファンの周方向断面図（図４のＢ−Ｂ断面図）を示す。図６に本発明の第２の実施形態にかかるプロペラファンが破損した場合の図を示す。
【００２３】
図４より、プロペラファン１０１は、第１の実施形態の負圧面薄肉部１０７に更に負圧面リブ３０１を設けている。  
図５より、負圧面リブ３０１を通る翼１０２の周方向断面形状は、後縁側の薄肉部は無く、前縁１０５側から後縁１０６側に向かって、肉厚は一定、あるいはなめらかに薄肉にする、即ち肉厚の段差部を設けない形状となっている。負圧面リブ３０１は元々の翼１０２の厚みとすれば、気流を大きく乱すことがないのでファン性能が悪化しにくい。
【００２４】
負圧面リブ３０１はプロペラファン１０１回転軸を中心とした同心円に沿うように弧を描いて設けられている。負圧面リブ３０１は弧でなくとも直線状に設けてもよい。プロペラファン１０１回転軸から見た場合に翼１０２の輪郭線に沿っていてもよい。但し、衝突した瞬間、翼１０２は回転方向に沿う向きに異物から力を受ける。そのため、負圧面リブ３０１は、図のように同心円に沿うような向きに設けた方が力のかかる向きに割れ易く、破損面積を小さくすることができる。
【００２５】
図６において、Ｃ部は異物が後縁１０６側の負圧面リブ３０１間に衝突した場合の破損部分を示す。負圧面リブ３０１によって翼１０２の強度が上がると共に、負圧面リブ３０１と負圧面薄肉部１０７との境（翼１０２の輪郭線に沿った段差部）が段差部１０８と同じ役割を果たし、その境に応力が集中するため、翼１０２の負圧面リブ３０１間だけを欠けさせることができる。また、Ｄ部は負圧面リブ３０１に異物が衝突した場合を示す。この場合、衝突した箇所の負圧面リブ３０１は破損するためＣ部より破損面積は大きくなるが、その両隣りにある負圧面リブ３０１が破損箇所の広がりを制限するため、負圧面薄肉部１０７全てが欠けることはない。従って、第１の実施形態よりも更に破損面積を小さくすることができるので、ファンアンバランス量を更に小さくすることができる。その結果モータ支え２０５，モータ２０６が破損し落下することを防ぐことができ、室外機内の機器が破損することを防止できる。
【００２６】
図７に本発明の第３の実施形態にかかるプロペラファンの平面図を示す。  
図７より、プロペラファン１０１は、第２の実施形態の負圧面薄肉部１０７に更に後縁／翼端リブ３０２を設けている。後縁／翼端リブ３０２を設けることで、上記の実施形態の効果に加え、製造過程でプロペラファン１０１を筐体に組み付けるとき、誤って後縁１０６や翼端の薄肉部を何かに接触させたときに欠けるのを防ぐ効果がある。なお、翼面を沿う風の流れを邪魔しないために、後縁／翼端リブ３０２の高さは、負圧面リブ３０１以下がよい。
【００２７】
図８に本発明の第４の実施形態にかかるプロペラファンの平面図を、図９に本発明の第４の実施形態にかかるプロペラファンの周方向断面図（図８のＥ−Ｅ断面図）を示す。
【００２８】
図８より、プロペラファン１０１は後縁１０６の輪郭線と略並行に、またプロペラファン１０１の径の輪郭線と略並行、あるいは同心円状に、溝４０１を設けている。
【００２９】
図９より、前縁１０５から後縁１０６に向かって、肉厚が一定、あるいはなめらかに薄くなるように構成した翼に溝４０１を設ける。このように構成することにより、異物が溝４０１に囲まれた一区画に衝突した場合はその区画だけが欠けることとなり、異物が溝４０１上に衝突した場合はその溝４０１を辺に持つ区画が欠ける。
【００３０】
上記の実施形態は負圧面薄肉部１０７を設けていたが、第４の実施形態では負圧面薄肉部１０７を設けない。代わりに溝４０１を設けることで、溝４０１に異物衝突時の応力を集中させ、溝４０１で切り離すように割っている。応力が集中する部分は、溝４０１のいちばん深い部分である。即ち、段差部１０８と溝４０１とが割れの起点となっていることが共通しており、溝４０１が薄肉部であり段差部１０８となっている。つまり、上記の実施形態において負圧面薄肉部１０７が限りなく０に近づいた状態が第４の実施形態における溝４０１と言える。ここでは後縁１０６の輪郭線に沿った溝４０１とプロペラファン１０１の回転方向に沿った溝４０１で図示されているが、厳密にこの形状に限られず、破損部分を異物が衝突した近傍で抑えるものであればよい。
【００３１】
このように構成しても、従来のプロペラファンと比較して、ファンアンバランス量を小さくすることができる。その結果モータ支え２０５，モータ２０６が破損し落下することを防ぐことができ、室外機内の機器が破損することを防止できる。
【００３２】
なお、図８及び図９に図示している第４の実施形態は、負圧面に溝４０１を設けているが、圧力面１０３に溝４０１を設けてもよい。但し、ファン性能を考慮すると、負圧面に溝４０１を設ける方がよいことは、上記の第１の実施形態と同様である。
【００３３】
図１２に本発明にかかるプロペラファンの薄肉部の範囲を表す負圧面側平面図を示す。
図１２に示すように、プロペラファン１０１を回転軸方向から投影して見た平面図において、負圧面薄肉部１０７の翼端長さをａ、ボス１０９の中心から最外径となるファン径位置での翼端周長（翼１枚の外周長さ）をＬ１とすると、プロペラファン１０１の後縁１０６から翼端に添って０.０８Ｌ１≦ａ≦０.１Ｌ１の長さとする。
【００３４】
以下、プロペラファン１０１の薄肉部の範囲を定めた根拠を説明する。図３に示すように、氷が吹出しグリル２０９から翼１０２の後縁１０６までの距離を１００mmとし、吹出しグリル２０９に凍りついた氷が吹出しグリル２０９から落下する場合を考える。氷が自由落下して後縁１０６に到達するまでの時間ｔは、自由落下の時間と変位の関係式
ｘ＝(１／２)ｇｔ2      （数１）
（ｘ：距離（ｍ），ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ2））
よりｔ≒０.１４３（ｓ）となる。仮に後縁１０６が回転通過した直後に氷が後縁１０６高さ位置に来た（１００mm落下した）として、更にそこから３０mm落下したとする。そこまで到達するのにかかる時間は、（数１）より、落下開始から約０.１６３秒後となる。つまり１００mmの位置から１３０mmの位置まで落下するのにかかる時間は０.０２秒となる。
【００３５】
一方、翼１０２は毎分９６０回転する場合を考える。翼１０２は外径ほど肉厚が薄く、氷が当たった時に割れ易い。このため、平面図においてボス１０９の中心から最外径となるファン径をφ６４４（０.６４４ｍ）とした場合の、ファン径における翼１０２の移動速度（回転速度）を考える。
【００３６】
Ｕ＝πＤＮ      （数２）
（Ｕ：移動速度（ｍ／ｓ），Ｄ：ファン径（ｍ），Ｎ：回転数（ｓ-1））
より、Ｕ≒３２.４（ｍ／ｓ）となる。翼１０２が一周するのにかかる時間は、外周長さを（数２）で割ったものであり、翼１０２を３枚とすると約０.０２１秒となる。つまり、翼がある位置を通過してから０.０２１秒後には、次の翼がある位置にまで回転してくることになる。また、翼１０２は図３より後縁１０６から前縁１０５にかけて下方に湾曲させて形成されており、後縁１０６から更に３０mm落下するのに０.０２秒かかっているので、氷は後縁１０６から３０mm下の位置となる翼１０２の部分に当たると考えられる。翼枚数が多いほど氷は翼１０２に当たり易くなる。
【００３７】
後縁１０６から３０mm下であって、氷が衝突する位置における周方向の長さをａとし、負圧面薄肉部１０７が後縁１０６から距離ａ以上にわたり形成されていればよい。ここで、図１２においてθ１＝６.６５°，θ２＝７８°とすると、ａ＝πＤ×（６.６５／３６０）≒０.０３７４ｍとなり、Ｌ１も同様に計算するとＬ１≒０.４３８ｍとなる。ａをＬ１で表すとａ≒０.０８Ｌ１となるので、結局ａ≧０.０８Ｌ１であればよい。但し、負圧面薄肉部１０７が広すぎても風の剥離が起きやすくなり性能が悪化し、強度も落ちるので、０.０８Ｌ１≦ａ≦０.１Ｌ１とするのがよい。
【００３８】
また翼１０２とボス１０９との接続部分を内周とし、この内周と外周との間の長さをＬ２とすると、プロペラファン１０１の翼端から、回転中心に向かう径方向にＬ２／３以下の長さとする。プロペラファン１０１は翼１０２の径方向内側に向かうにつれ、（数２）より移動速度は遅くなる。移動速度が遅くなれば氷の衝突速度も遅くなる。氷が衝突した時の衝撃力は衝突速度の２乗に比例するため、内側ほど破損しにくくボス１０９側の翼１０２には負圧面薄肉部１０７を設けなくてもよい。負圧面薄肉部１０７のボス１０９側のラインは、図ではファン径と同心円となっているが、必ずしも同心円としなくてもよい。また、負圧面薄肉部１０７の前縁１０５側のラインは、後縁１０６から等距離のオフセットラインとすると設計し易いが、必ずしもこの形に限られない。図１２の網掛部に示す範囲とすることで、負圧面薄肉部１０７を設けてもファン性能を悪化させなくてすむ。
【００３９】
図１３に本発明にかかるプロペラファンの薄肉部と厚肉部の関係を表す断面図を示す。
図１３より、プロペラファン１０１の薄肉部の厚さｔ１と厚肉部の厚さｔ２の関係は、段差部１０８の前後において、ｔ１／ｔ２≦１／２とする。ｔ２が例えば５mmのように比較的厚い場合は、異物でプロペラファン１０１が破損することはあまりない。しかし、あまり厚いと樹脂の成型後の冷却時間が長くなり、コストが増加する。異物による破損を考慮しなければならないが、コストを増加させずに成型するためには１mm≦ｔ２≦３mm程度の薄い翼１０２がよい。
【００４０】
プロペラファン１０１は樹脂製で型抜きで一体成型する。図１３の上下方向に対して真上に引き抜く型があるため、負圧面厚肉部１０４と負圧面薄肉部１０７との間の線は、図のような垂直線か、段差部１０８を始点として破線のように右側に傾いている必要がある。破線のように構成するということは、負圧面厚肉部１０４から負圧面薄肉部１０７に至る段差がより緩やかな傾斜になる。傾斜させることで負圧面側により空気が流れるようになるためファン性能を上げることができる。傾斜の度合いは適宜変更し得るが、図１３で負圧面薄肉部１０７を構成する線と傾斜部分を構成する線とが交点を有するように段差部１０８が角張っていれば、段差部１０８に応力が集中して段差部１０８から負圧面薄肉部１０７を破損させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０１  プロペラファン
１０２  翼
１０３  圧力面
１０４  負圧面厚肉部
１０５  前縁
１０６  後縁
１０７  負圧面薄肉部
１０８  段差部
１０９  ボス
１１０  回転方向
１１１  丸囲み部分
２０１  室外機
２０２  底板
２０３  圧縮機
２０４  熱交換器
２０５  モータ支え
２０６  モータ
２０７  シュラウド（ベルマウス）
２０８  電気品箱
２０９  吹出しグリル
３０１  負圧面リブ
３０２  後縁／翼端リブ
４０１  溝
５０１  従来のプロペラファン
５０２  負圧面
【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】
2012041878.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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