(57)【要約】【課題】風量および静圧の大きな軸流ファンを実現する。【解決手段】軸流ファン１００は、回転駆動装置２０の回転軸２１に取り付けられた羽根車１０と、羽根車１０の径方向の外周を囲み回転軸２１の軸方向に対向する吸気口４１および吐出口４２を有するベンチュリケーシング３０と、を備える。ベンチュリケーシング３０の内面は、吸気口４１を羽根車１０の径方向外方へと拡大する吸気側傾斜部３１と、吸気傾斜部３１から連続し羽根車１０とともに流体の軸流を形成する直線部３２と、吐出口４２を羽根車１０の径方向外方へと拡大する吐出側傾斜部３４と、直線部３２と吐出側傾斜部３４とを結ぶ曲線部３３と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動装置の回転軸に取り付けられた羽根車と、
前記羽根車の径方向の外周を囲み前記回転軸の軸方向に対向する吸気口および吐出口を有するベンチュリケーシングと、を備え、
前記ベンチュリケーシングの内面は、
前記吸気口を前記羽根車の径方向外方へと拡大する吸気側傾斜部と、
前記吸気傾斜部から連続し前記羽根車とともに流体の軸流を形成する直線部と、
前記吐出口を前記羽根車の径方向外方へと拡大する吐出側傾斜部と、
前記直線部と前記吐出側傾斜部とを結ぶ曲線部と、
を有することを特徴とする軸流ファン。
【請求項２】
前記直線部と前記曲線部との境界は、前記羽根車の吸気側静圧と吐出側静圧との静圧境界線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項３】
前記吐出側傾斜部によって拡大された前記吐出口の内径は、前記吸気側傾斜部によって拡大された前記吸気口の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸流ファン。
【請求項４】
前記吐出側傾斜部は、前記吐出口を前記曲線部から直線的に前記羽根車の径方向外方へと拡大することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車の径方向外周を囲むベンチュリケーシングの内面形状を改良した軸流ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流ファンは、回転駆動装置の回転軸に取り付けられた羽根車の径方向外周に、該羽根車とともに軸流を形成する円筒体状のベンチュリケーシングを備えている。軸流ファンは、構造が簡単であるので、たとえば、パーソナルコンピュータの冷却ファンや、換気扇などに広く用いられている。
【０００３】
この軸流ファンは、一般に風量が大きく、静圧が小さいという送風特性を有する。このような軸流ファンの送風特性を改良するため、羽根車の構造やベンチュリケーシングの構造に様々な工夫が施されている。
【０００４】
たとえば特許文献１には、オリフィス（ベンチュリケーシング）の断面が、吸込側における一部又は全部の円弧部、直線部および吐出側円弧部で構成され、吸込側円弧部の円弧半径を吐出側円弧部の円弧半径よりも大きく形成した送風装置が開示されている。
【０００５】
また特許文献２には、ケーシング（ベンチュリケーシング）にファンの回転中心と同心円状のテーパ面を形成し、回転羽根に上記吸気側テーパ面に沿った傾斜部を形成した軸流ファンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１３３３９８号公報
【特許文献２】特開２０００−１７９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１の送風装置は、吸込側円弧部の円弧半径を吐出側円弧部の円弧半径よりも大きく形成することにより、大風量を得ながら、低騒音化を実現している。しかし、ベンチュリケーシングの吐出口は、吐出側円弧部のみで拡大されている。したがって、ベンチュリケーシングの内面で吐出流が曲線的に向きを急変して通過するので、吐出口を直線的に拡大するよりも、最大静圧が小さくなりやすい。
【０００８】
一方、特許文献２の軸流ファンは、回転羽根の傾斜部をベンチュリケーシングの吸気側テーパ面に沿わせて、吸気時の空気の流れを滑らかにし、乱流の発生を抑制している。しかし、回転羽根の傾斜部との関係でベンチュリケーシングの吸気側テーパ面による吸気口の拡大に制約が生じるため、風量の増大に限界がある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、風量および静圧の大きな軸流ファンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための軸流ファンは、羽根車とベンチュリケーシングを備える。羽根車は、回転駆動装置の回転軸に取り付けられる。ベンチュリケーシングは、羽根車の径方向の外周を囲み、上記回転軸の軸方向に対向する吸気口および吐出口を有する。
【００１１】
上記ベンチュリケーシングの内面は、吸気口を羽根車の径方向外方へと拡大する吸気側傾斜部と、吸気傾斜部から連続し羽根車とともに流体の軸流を形成する直線部と、吐出口を羽根車の径方向外方へと拡大する吐出側傾斜部と、上記直線部と上記吐出側傾斜部とを結ぶ曲線部と、を有する。
【００１２】
吐出側傾斜部は、吐出口を上記曲線部から直線的に羽根車の径方向外方へと拡大する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る軸流ファンによれば、吸気側傾斜部によって羽根車の径方向外方へと吸気口を傾斜させて拡大しているので、吸気口の周辺の流体を吸気させることができ、風量を増大させることができる。
【００１４】
また、ベンチュリケーシングの内面は、羽根車とともに軸流を形成する直線部と吐出側傾斜部とが曲線部で結ばれている。この吐出側傾斜部は、吐出口を上記曲線部から直線的に羽根車の径方向外方へと拡大している。
【００１５】
したがって、曲線部で吐出流の向きを曲線的に変化させた後、直線的な吐出側傾斜部に沿って滑らかに案内するので、乱流の発生を抑制しながら、大きな静圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る軸流ファンを示す断面図である。
【図２】本実施形態の軸流ファンの要部を示す断面図である。
【図３】比較例１の軸流ファンの要部を示す断面図である。
【図４】比較例２の軸流ファンの要部を示す断面図である。
【図５】実施例の軸流ファンの特性を、比較例１および２の特性との関係で説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本実施形態に係る軸流ファンを説明する。
【００１８】
まず図１を参照して、本実施形態の軸流ファンについて説明する。図１は本実施形態に係る軸流ファンを示す断面図である。図２は本実施形態の軸流ファンの要部を示す断面図である。
【００１９】
軸流ファンは、後述する回転駆動装置２０の回転軸２１に取り付けられた羽根車１０の回転によって、回転軸２１の軸方向の一方から吸気し、軸方向の他方へと流体を吐出する送風装置である。本発明に係る軸流ファン１００は、羽根車１０の径方向の外周を囲むケーシング３０の内面形状を改良することにより、風量および最大静圧の大きな軸流ファンを提供できるようになる。
【００２０】
本実施形態の軸流ファン１００は、図１に示すように、回転駆動装置２０の回転軸２１に取り付けられた羽根車１０と、この羽根車１０の径方向の外周を囲むベンチュリケーシング（以下、単に「ケーシング」という）３０と、を備える。さらに、本実施形態の軸流ファン１００はフレーム４０を備える。フレーム４０は、上記回転駆動装置２０のベース部２２を支持するとともに、上記ケーシング３０を一体的に支持する。
【００２１】
羽根車１０は、中央部にカップ状のハブ部１１を有し、このハブ部１１の周囲に複数の羽根１２が放射線状に一体的に取り付けられている。各羽根１２は、回転軸２１の軸方向に対して傾斜させて設けられている。
【００２２】
ハブ部１１の内部には、羽根車１０の回転駆動装置２０としてのモータが設けられている。このモータ２０は、ほぼカップ状のロータヨーク２３と、該ロータヨーク２３の中心部に圧入された回転軸２１と、コイル２５が巻回されたステータコア２６などを備える。
【００２３】
ロータヨーク２３は、ハブ部１１内に嵌入されている。このロータヨーク２３の内周面には、マグネット２４が固着されている。
【００２４】
回転軸２１は、軸受２７に回転可能に支承されている。軸受２７は、筒体状の支持部２８の内面に固定されている。この支持部２７は、上記ベース部２２の中央に形成された円形の開口孔２２ａに、一体的に固着されている。
【００２５】
ステータコア２６は、上記支持部２７の外面に圧入固定されている。このステータコア２６とロータヨーク２３のマグネット２４とは、隙間を隔てて対向している。
【００２６】
フレーム４０は、たとえば合成樹脂等によって形成され、吸気側のベース部２２にモータ２０を設置するとともに、筒体状のケーシング３０と一体的に形成されて、内部に羽根車１０を収容する。そして、ベース２２とケーシング３０とは、放射状のスポーク４３で連結されている。
【００２７】
さらに、ケーシング３０の吸気側および吐出側の周縁には、電子機器などにフレーム４０を固定するためのフランジ部５１、５２が設けられている。各フランジ部５１、５２は、それぞれケーシング３０の吸気側および吐出側から羽根車１０の径方向の外方へ向けて延設されている。これらのフランジ部５１、５２は、ケーシング３０の外周壁と連続する正方形状の取付部材である。各フランジ５１、５２の四隅には、取付ねじを螺合するための不図示のねじ孔が形成されている。
【００２８】
したがって軸流ファン１００は、電子機器の筐体などを介して、吸気側フランジ部５１もしくは吐出側フランジ部５２に不図示の取付けねじを螺合することにより、当該筐体などに取り付けられる。たとえば、本実施形態の軸流ファン１００をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）用の冷却ファンとして用いる場合は、ＰＣの筐体内面のファン取付部に吸気側フランジ部５１を取り付ける。また、本実施形態の軸流ファン１００を換気扇として用いる場合は、建屋内壁の開口部周縁部に吐出側フランジ部５２を取り付ける。
【００２９】
次に、図２を参照して、本実施形態におけるケーシング３０の内面形状について説明する。本発明に係る軸流ファン１００は、このケーシング３０の内面形状に特徴を有する。
【００３０】
図２に示すように、ケーシング３０の内面は、吸気側から吐出側へ向けて、吸気側傾斜部３１、直線部３２、曲線部３３および吐出側傾斜部３４で構成され、これらの部位は順次連続している。
【００３１】
吸気側傾斜部３１は、吸気口４１を羽根車１０の径方向外方へと拡大する部位である。本実施形態の吸気側傾斜部３１は円弧等の曲線で形成され、吸気口４１を曲線的に羽根車１０の径方向外方へと拡大している。これに限定されず、吸気側傾斜部３１は、吸気口４１を直線的に羽根車１０の径方向外方へと拡大してもよい。
【００３２】
このように吸気側傾斜部３１で吸気口４１を傾斜させて拡大することにより、吸気口４１の周辺の流体を吸気させて、軸流ファン１００の風量を増大させることができる。ここで風量とは、軸流ファン１００が単位時間当たりに吸気し、吐出する空気の体積である。圧力比が大きいほど、圧縮により吐出側の風量が少なくなるので、通常、吸気側の風量が用いられる。
【００３３】
直線部３２は、上記吸気側傾斜部３１から連続し、該吸気側傾斜部３１と上記曲線部３３へと直線で結ぶ部位であり、羽根車１０とともに流体の軸流を形成する。この直線部３２は、羽根車１０の羽根１２の先端辺と隙間を隔てて対向し、該羽根１２の先端辺とほぼ平行に吐出側へと延びている。
【００３４】
曲線部３３は、上記直線部３２から連続し、上記直線部３２と後述の吐出側傾斜部３４とを曲線で結ぶ部位である。本実施形態の曲線部３３は、たとえば半径Ｒが５ｍｍの円弧で形成されているが、本実施形態における半径の数値に限定されない。
【００３５】
この曲線部３３と上記直線部３２との境界は、羽根車１０の吸気側静圧と吐出側静圧との静圧境界線ＰＬ上に位置する。したがって、曲線部３３と上記直線部３２との境界が、ケーシング３０の内面の吸気側と吐出側との境界となる。
【００３６】
ここで、羽根車１０の遠心力によって発生する圧力であり、最大静圧が大きいほど流体が遠くへ到達する。吸気側静圧は０Ｐａから負静圧としてＰＬ線まで徐々に低下して最小となる。一方、吐出側静圧は、ＰＬ線を境界として最大静圧となり、再び０Ｐａへと徐々に低下していくことになる。
【００３７】
吐出側傾斜部３４は、上記曲線部３３から連続し、吐出口４２を羽根車１０の径方向外方へと拡大する部位である。この吐出側傾斜部３４は、吐出口４２を曲線部３３から直線的に羽根車１０の径方向外方へと拡大している。したがって、羽根車１０を通過した吐出流は、曲線部３３で羽根車１０の径方向外方へと曲線的に向きを変えた後、直線的な吐出側傾斜部３４に沿って滑らかに案内される。本実施形態の吐出側傾斜部３４は、鉛直線に対して、たとえば４４度の傾斜角を有しているが、本実施形態における傾斜角の数値に限定されない。
【００３８】
さらに本実施形態では、吐出側傾斜部３４によって拡大された吐出口４２の内径は、吸気側傾斜部３１によって拡大された吸気口４１の内径よりも大きく設定されている。このように吐出口４２の内径を吸気口４１の内径よりも大きく設定しているので、吐出流が軸流から斜流になり、羽根車の遠心力による昇圧作用が加わって、十分な圧力特性が得られることになる。
【００３９】
以上のように、本実施形態の軸流ファン１００は、吸気側傾斜部３１で吸気口４１を傾斜させて拡大することにより、吸気口４１の周辺の流体を吸気させて、風量を増大させることができる。
【００４０】
また、ケーシング３０の内面は、吐出側傾斜部３４と羽根車１０とともに軸流を形成する直線部３２とを曲線部３３で結んでいる。そして、吐出側傾斜部３４は、吐出口４２を上記曲線部３３から直線的に羽根車１０の径方向外方へと拡大している。
【００４１】
したがって、曲線部３３で吐出流の向きを羽根車１０の径方向外方へと曲線的に変化させた後、さらに直線的な吐出側傾斜部３４に沿って滑らかに案内するので、乱流の発生を抑制しながら、大きな静圧を得ることができる。
【００４２】
よって、本実施形態の軸流ファン１００は、曲線部３３と直線的な吐出側傾斜部３４とを組み合わせて吐出口４２を拡大することより、乱流の発生を抑えて、風量および最大静圧の大きな送風特性を得ることができるという有利な効果を奏するものである。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明に係る軸流ファンをさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
〔実施例〕
再び図１および図を参照して、本発明に係る軸流ファンの実施例について説明する。本実施例では、図１および図２に示す軸流ファン１００を作製した。実施例の軸流ファン１００は、上述したように、ケーシング３０の吐出側内面は、曲線部３３および吐出側傾斜部３４で形成されている。曲線部３３の半径Ｒは５ｍｍに設定されている。また吐出側傾斜部３４は鉛直線から４４度に設定されている。
【００４５】
実施例の軸流ファン１００の送風特性は、流速、最大風量、最大静圧、騒音および消費電力について測定し、後述の比較例１および２と比較して検証する。
〔比較例１〕
図３を参照して、比較例１の軸流ファン２００について説明する。図３は、比較例１の軸流ファンの要部を示す断面図である。なお、実施例と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。
【００４６】
比較例１の軸流ファン２００は、図３に示すように、ケーシング６０の吐出側の内面形状が実施例と異なっている。比較例１におけるケーシング６０の内面は、吸気側から吐出側へ向けて、吸気側傾斜部３１、直線部３２および吐出側傾斜部６４で構成され、これらの部位は順次連続している。
【００４７】
吸気側傾斜部３１および直線部３２は、実施例と同様に形成されている。また吐出側傾斜部６４は、吐出口４２を直線的に拡大しており、鉛直線から５３度の傾斜角に設定されている。すなわち、比較例１の軸流ファン２００は、ケーシング６０の内面の吐出側が直線的な吐出側傾斜部６４のみで形成されている。
【００４８】
比較例１の軸流ファン２００の送風特性は、流速、最大風量、最大静圧、騒音および消費電力について測定し、実施例および比較例２と比較して検証する。
〔比較例２〕
図４を参照して、比較例２の軸流ファン３００について説明する。図４は、比較例２の軸流ファンの要部を示す断面図である。なお、実施例と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。
【００４９】
比較例２の軸流ファン３００は、図４に示すように、ケーシング７０の吐出側の内面形状が実施例および比較例１と異なっている。比較例２におけるケーシング７０の内面は、吸気側から吐出側へ向けて、吸気側傾斜部３１、直線部３２および吐出側円弧部７４で構成され、これらの部位は順次連続している。
【００５０】
吸気側傾斜部３１および直線部３２は、実施例および比較例１と同様に形成されている。また吐出側円弧部７４は、吐出口４２を曲線的に拡大しており、半径Ｒが７．７２ｍｍの円弧に設定されている。すなわち、比較例２の軸流ファン３００は、ケーシング６０の内面の吐出側が吐出側円弧部６４のみで形成されている。
【００５１】
比較例２の軸流ファン３００の送風特性は、流速、最大風量、最大静圧、騒音および消費電力について測定し、実施例および比較例１と比較して検証する。
〔実施例と比較例１および２の送風特性の検証〕
図５は、実施例の軸流ファンの特性を、比較例１および２の特性との関係で説明する図である。
【００５２】
図５に示すように、実施例、比較例１および２の流速は５８５０［ｍｉｎ-1］であり、すべて同じ値を示している。
【００５３】
実施例および比較例２の最大風量は１．７４［ｍ3／ｍｉｎ］で同じ値を示している。しかし、比較例１の最大風量は１．７０［ｍ3／ｍｉｎ］であり、実施例および比較例２の最大風量よりも劣っている。したがって、最大風量については、吐出口４２を曲線的に拡大する方が、直線的に拡大するよりも、大きな風量が得られると考えられる。
【００５４】
実施例および比較例１の最大静圧は、それぞれ１１２．９［Ｐａ］、１１２．８［Ｐａ］であり、ほぼ同じ値を示している。しかし、比較例２の最大静圧は１０９．０［Ｐａ］であり、実施例および比較例１の最大静圧よりも劣っている。最大静圧については、吐出口４２を直線的に拡大する方が、曲線的に拡大するよりも、大きな静圧が得られると考えられる。
【００５５】
実施例、比較例１および２の騒音は、それぞれ４４．２［ｄＢ］、４４．３［ｄＢ］、４４．２［ｄＢ］であり、ほぼ同じ値を示している。
【００５６】
実施例、比較例１および２の消費電力は、それぞれ３．３５［Ｗ］、３．３０［Ｗ］、３．３５［Ｗ］であり、ほぼ同じ値を示している。
【００５７】
すなわち実施例によれば、曲線部３３と直線的な吐出側傾斜部３４とを組み合わせて吐出口４２を拡大することにより、風量および静圧の大きな軸流ファン１００が得られるものである。
【００５８】
本発明に係る軸流ファンは、たとえばパーソナルコンピュータ、電源装置などの電子機器の冷却ファンや、換気扇などとして広く適用しうる。
【符号の説明】
【００５９】
１０    羽根車、
２０    回転駆動装置、
２１    回転軸、
３０    ベンチュリケーシング、
３１    吸気側傾斜部、
３２    直線部、
３３    曲線部、
３４    吐出側傾斜、
４１    吸気口、
４２    吐出口、
１００    軸流ファン
ＰＬ    静圧境界線。
【図１】
2013113128.tif 000003
【図２】
2013113128.tif 000004
【図３】
2013113128.tif 000005
【図４】
2013113128.tif 000006
【図５】
2013113128.tif 000007