(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（７１１）周りに多数枚の翼（７１２）が配設され、前記回転軸（７１１）の軸方向の一端側に位置する吸入口（７３１）から前記軸方向に吸入した空気を前記回転軸（７１１）の径外方側に向けて吹き出す遠心式多翼ファンであって、
前記多数枚の翼（７１２）は、前記軸方向と平行な方向に延びるとともに、前記回転軸（７１１）側に位置する内径側端部（７１２ａ）全域が前記回転軸（７１１）側に向けて凸となるように円弧状に形成されており、
さらに、前記内径側端部（７１２ａ）の円弧直径は、前記吸入口（７３１）側の端部から所定部位までの範囲では一定になっており、かつ、前記所定部位から他端側までの範囲では前記他端側に向かうほど前記内径側端部（７１２ａ）の円弧直径が拡大変化する部位（７１２ｂ）が形成されていることを特徴とする遠心式多翼ファン。
【請求項２】
前記内径側端部（７１２ａ）のうち、前記吸入口（７３１）側の円弧直径（ｄ１）は、前記他端側の円弧直径（ｄ２）の２〜３．５倍であることを特徴とする請求項１に記載の遠心式多翼ファン。
【請求項３】
前記翼（７１２）の空気吸入側には、前記多数枚の翼（７１２）に接合された環状のリング部材（７１３）、および前記リング部材（７１３）に対する前記多数枚の翼（７１２）の曲げ剛性を増大させる補強リブ（７１５）が設けられ、
前記補強リブ（７１５）のうち前記翼（７１２）の翼面（７１２ｃ）から連なる面（７１５ａ）の面積（Ａ１）は、前記径外方における前記翼（７１２）間の面積（Ａ２）の０．０５〜０．１５倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心式多翼ファン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心式多翼ファンに関するもので、車両用空調装置の送風機に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
遠心式多翼ファン（以下、ファンと略す。）は、周知のごとく、回転軸周りに多数枚の翼（ブレード）を配設することにより、軸方向から吸入した空気を径外方側に向けて吹き出すものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者等は車両用空調装置用のファンを開発していたところ、ポリプロピレン製のファンにおいて、空気温度が約−２０℃以下であって、ファンに連なる通風系の圧力損失が大きく、かつ、ファン駆動用電動モータの印加電圧を上昇させた場合に、７〜８ｋＨZ 以上の高周波数を有する騒音が発生した。そこで、発明者等は、騒音の原因を究明すべく、引き続き試験調査していたところ、以下に述べる原因により騒音が発生することを判った。
【０００４】
すなわち、ブレード間を空気が通過する際に、ブレードの内径側端部より空気流れ下流側にカルマン渦が発生する。そして、カルマン渦の周波数とブレードの共振周波数（固有振動数）とが一致したときに、ブレードが大きく振動してしまい、上記騒音が発生する。
ところで、上述のごとく、空気温度が低く、通風系の圧力損失も大きく、かつ、電動モータへの印加電圧が大きい場合とは、ファンの使用状態から見るとファンの使用限界を意味するものである。つまり、上記騒音が発生する状態とは、ファンの使用限界を意味するものである。
【０００５】
また、前述の説明から明らかように、騒音の周波数は、ブレードの共振周波数とカルマン渦の周波数とによって決まるものであり、これらは、ブレードの剛性や空気の流速および動粘度（温度）等によって変化するので、上記騒音は、空気温度が約−２０℃以下で使用されるポリプロピレン製ファン固有の問題ではない。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、カルマン渦に起因する騒音を低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜３に記載の発明では、多数枚の翼（７１２）が、回転軸（７１１）の軸方向と平行な方向に延びるとともに、多数枚の翼（７１２）のうち回転軸（７１１）側に位置する内径側端部（７１２ａ）全域が回転軸（７１１）側に向けて凸となるように円弧状に形成されており、
さらに、内径側端部（７１２ａ）の円弧直径は、吸入口（７３１）側の端部から所定部位までの範囲では一定になっており、かつ、前記所定部位から他端側までの範囲では他端側に向かうほど内径側端部（７１２ａ）の円弧直径が拡大変化する部位（７１２ｂ）が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
これによると、多数枚の翼（７１２）の内径側端部（７１２ａ）の円弧直径が一定となる部位の他に、円弧直径が拡大変化する部位（７１２ｂ）を有しているため、内径側端部（７１２ａ）の空気流れ下流側で発生するカルマン渦の周波数は、ファン軸方向において変化するので、カルマン渦の発生に伴って翼（７１２）に作用する加振力の周期も軸方向の部位によって変化する。
したがって、翼（７１２）の共振周波数と翼（７１２）に作用する加振力の周期とが一致することを防止できるので、カルマン渦に起因する騒音を低減することができる。
【００１０】
ところで、遠心式多翼ファンでは、軸方向から吸入した空気を径方向に転向させて吹き出しているので、吸入側よりも吸入側から離れた部位（吸入口７３１と反対側の部位）に多くの空気が吹き出される。したがって、カルマン渦に起因する騒音を低減するには、吸入側よりも吸入側から離れた部位に位置するの翼（７１２）の部位の剛性を高めた方が有効的である。
【００１１】
そこで、請求項１に記載の発明では、翼（７１２）の内径側端部（７１２ａ）のうち、吸入口（７３１）と反対側部位に、内径側端部（７１２ａ）の円弧直径が拡大変化する部位（７１２ｂ）を形成している。
これにより、翼（７１２）の内径側端部（７１２ａ）のうち、吸入口（７３１）と反対側部位の剛性を高めることができるので、カルマン渦に起因する騒音をより有効的に低減することができる。
【００１２】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の例を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るファン（遠心式多翼ファン）７１０を備える遠心式送風機（以下、送風機と略す。）７００を水冷エンジン搭載車両の車両用空調装置１に適用したものであり、図１は車両用空調装置１の模式図である。
【００１４】
空気流路をなす空調ケーシング２の空気上流側部位には、車室内気を吸入するための内気吸入口３と外気を吸入するための外気吸入口４とが形成されているとともに、これらの吸入口３、４を選択的に開閉する吸入口切換ドア５が設けられている。なお、この吸入口切換ドア５は、サーボモータ等の駆動手段または手動操作によって開閉される。
【００１５】
そして、この吸入口切換ドア５の下流側部位には、送風機７００が配設されており、この送風機７００により両吸入口３、４から吸入された空気が、後述する各吹出口１４、１５、１７に向けて送風される。送風機７００の空気下流側には、空気冷却手段をなす蒸発器９が配設されており、送風機７００により送風された空気は全てこの蒸発器９を通過する。蒸発器９の空気下流側には、空気加熱手段をなすヒータコア１０が配設されており、このヒータコア１０は、エンジン１１の冷却水を熱源として空気を加熱している。
【００１６】
また、空調ケーシング２には、ヒータコア１０を迂回するバイパス通路１２が形成されており、ヒータコア１０の空気上流側には、ヒータコア１０を通る風量とバイパス通路１２を通る風量との風量割合を調節するエアミックスドア１３が配設されている。そして、風量割合の調節は、このエアミックスドア１３の開度を調節することにより調節される。
【００１７】
また、空調ケーシング２の最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス吹出口１４と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット吹出口１５と、フロントガラス１６の内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口１７とが形成されている。
そして、上記各吹出口１４、１５、１７の空気上流側部位には、それぞれ吹出モード切換ドア１８、１９、２０が配設されている。なお、これらの吹出モード切換ドア１８、１９、２０は、サーボモータ等の駆動手段または手動操作によって開閉される。
【００１８】
因みに、実際の車両用空調装置では、フット吹出口１５およびデフロスタ吹出口１７は、フェイス吹出口１４より小さくなっているため、フットモードおよびデフモードはフェイスモードに比べて空気の通風抵抗（圧損）が大きくなっている。
次に、送風機７００について述べる。
【００１９】
送風機７００は、図２に示すように、ファン７１０、ファン７１０を回転駆動する電動モータ（駆動手段）７２０、およびファン７１０を収納するスクロールケーシング７３０から構成されている。
なお、スクロールケーシング７３０は、ファン７１０の径外方から吹き出す空気を集合させながら、ファン７１０から吹き出す空気のエネルギの一部を圧力に変換するする渦巻き状のケーシングである。
【００２０】
そして、ファン７１０は、回転軸７１１周りに配設された多数枚のブレード（翼）７１２を回転軸７１１周りに回転させることにより、回転軸方向一端側に位置する吸入口７３１から吸入した空気を回転軸７１１の径外方側に吹き出すものである。
また、ブレード７１２は、回転軸方向と平行な方向に延びるとともに、図３に示すように、その回転軸７１１側に位置する内径側端部７１２ａ全域が回転軸７１１側に向けて凸となるように円弧状に形成されている。
【００２１】
図４は図３のＢ矢視図であり、内径側端部７１２ａの円弧直径ｄは、図４に示すように、軸方向一端側（本実施形態では吸入口７３１側）から他端側に向けた所定部位までの範囲では一定（＝第１円弧直径ｄ1 ）となるように設定され、所定部位から他端側（吸入口７３１と反対側）までの範囲では他端側に向かうほど円弧直径ｄが拡大変化するように設定されている。なお、以下、この円弧直径ｄが拡大変化する部位をテーパ部７１２ｂと呼ぶ。
【００２２】
このため、本実施形態では、円弧直径ｄのうち軸方向一端側の第１円弧直径ｄ1と他端側の第２円弧直径ｄ2 とが互いに異なるとともに、第２円弧直径ｄ2 が第１円弧直径ｄ1 より大きくなっている。因みに、ファン７００（ブレード７１２）は、後述するように樹脂製成形品であるが、テーパ部７１２ｂの勾配は、ファン７００（ブレード７１２）の型抜き勾配より大きい所定値である。
【００２３】
また、各ブレード７１２の軸方向一端側（吸入口７３１側）は、図２に示すように、環状のリング部材７１３に接合され、一方、他端側（電動モータ７２０側）は、回転軸７１１から径外方側に拡がるように延びるボス部７１４に接合されている。
そして、各ブレード７１２の軸方向一端側には、図２、５に示すように、ブレード７１２から径外方側に向かって突出する三角状の補強リブ７１５が形成されており、一方、他端側には、ブレード７１２から径内方側すなわち、回転軸７１１側に向かって突出する三角形状の補強リブ７１６が形成されている。
【００２４】
なお、ブレード７１２、リング部材７１３、ボス部７１４および両補強リブ７１５、７１６等は、樹脂（本実施形態ではポリプロピレン）にて一体成形されている。
次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施形態では、各ブレード７１２には、軸方向（ブレ−ド７１２の高さ方向Ｈ）の他端側に向かうほど、内径側端部７１２ａの円弧直径ｄが拡大変化するテーパ部７１２ｂが形成されているので、内径側端部７１２ａの空気流れ下流側で発生するカルマン渦の周波数は、軸方向の部位によって変化する（異なる）。
したがって、カルマン渦の発生に伴ってブレード７１２に作用する加振力の周期も軸方向の部位によって変化する（異なる）ので、ブレード７１２の共振周波数（固有振動数）とブレード７１２に作用する加振力の周期（周波数）とが一致することを防止でき、カルマン渦に起因する騒音を低減することができる。
【００２５】
また、上記軸方向他端側のテーパ部７１２ｂでは、内径側端部７１２ａの円弧直径ｄを軸方向で徐々に拡大するように変化させているので、円弧直径ｄを一定（小径のｄ１）に形成したブレード７１２に比べて、ブレード７１２の曲げ剛性を増大させることができる。
したがって、ブレード７１２の共振周波数を高くすることができるので、カルマン渦の周波数（ブレード７１２に作用する加振力の周期）とブレード７１２の共振周波数とが一致することを防止でき、カルマン渦に起因する騒音を確実に低減することができる。
【００２６】
ところで、円弧直径ｄを内径側端部７１２ａの軸方向全域で同一径のまま拡大することによりブレード７１２の曲げ剛性を増大させた場合には、カルマン渦に起因する騒音は低減することができるものの、ブレード７１２間の距離が小さくなるので、ファン７００（ブレード７１２間）を通過する際の空気の圧力損失（通風抵抗）が大きくなり、風量が低下してしまうという問題が新たに発生する。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、図４に示すように、内径側端部７１２ａのうち、軸方向一端側（ブレード高さ方向Ｈの一端側で、吸入口７３１側）から他端側に向けた所定部位までの範囲では内径側端部７１２ａの円弧直径ｄを小径の一定の値（＝第１円弧直径ｄ1 ）とし、そして、所定部位から他端側（吸入口７３１と反対側）までの範囲では他端側に向かうほど円弧直径ｄが拡大変化するテーパ部７１２ｂを形成している。
これによれば、円弧直径ｄを軸方向全域で同一径のまま拡大することでブレード７１２の曲げ剛性を増大させたものに比べて、ブレード７１２間の通風抵抗を小さくすることができる。
したがって、ブレード７１２間の通風抵抗が拡大することを防止しつつ、ブレード７１２の曲げ剛性を増大させてカルマン渦に起因する騒音を低減することができる。
【００２８】
ところで、遠心式多翼ファンでは、軸方向から吸入した空気を径方向に転向させて吹き出しているので、吸入口７３１側よりも吸入口７３１側から離れた電動モータ７２０側（吸入口７３１と反対側）の方が多くの空気が吹き出される。
したがって、カルマン渦に起因する騒音を低減するには、ブレード７１２のうち吸入口７３１と反対側に位置する部位の剛性を高めた方が、ブレード７１２の振動を防止する上で有効である。
【００２９】
そして、本実施形態では、吸入口７３１と反対側部位の第２円弧直径ｄ2 が吸入口７３１側部位の第１円弧直径ｄ1 より大きくなっているので、ブレード７１２のうち吸入口７３１と反対側に位置する部位の剛性を高めることができる。
したがって、ブレード７１２の振動を有効的に防止できるので、カルマン渦に起因する騒音を有効的に低減することができる。
【００３０】
なお、発明者等は種々の試験検討により、第２円弧直径ｄ2 は、第１円弧直径ｄ1 の２〜３．５倍程度が望ましいとの結論を得ている（図７参照）。またさらに、発明者等が試験検討したところ、図７に示す直径比ｄ2 ／ｄ1 を２．５としたときには、テーパ部７１２ｂの高さ寸法ｈ（図４参照）をブレード７１２の高さ寸法Ｈ（図４参照）の０．４〜０．８倍程度が望ましいとの結論を得ている（図６参照）。
【００３１】
因みに、図６、７の縦軸の風量比は、内径側端部７１２ａの軸方向全域で円弧直径ｄをｄ１一定としたときの風量（Ｖａｏ）に対する本実施形態に係る送風機７００の風量（Ｖａ）の比を示し、電圧上昇値は、本実施形態に係る送風機７００において騒音が発生したときのモータ電圧（Ｅ）と、円弧直径ｄを軸方向全域でｄ１一定とした送風機において騒音が発生したときのモータ電圧（Ｅ0 ）との差（Ｅ−Ｅ0 ）を示すものである。そして、図６、７の破線は騒音発生電圧上昇値（Ｅ−Ｅ0 ）を示し、図６、７の実線は風量比Ｖa ／Ｖａｏを示す。
【００３２】
また、ブレード７１２の円弧直径ｄを変化させることにより、ブレード７１２の質量を変化させることができるので、ブレード７１２の共振周波数を変化させて、カルマン渦の周波数とブレード７１２の共振周波数とが一致することを防止できる。したがって、カルマン渦に起因する騒音を低減することができる。
また、各ブレード７１２の軸方向一端側に補強リブ７１５が形成されているので、リング部材７１３に対する各ブレード７１２の曲げ剛性を増大させることができる。したがって、ブレード７１２の共振周波数を高くすることができるので、カルマン渦の周波数とブレード７１２の共振周波数とが一致することを防止でき、カルマン渦に起因する騒音を低減することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、円弧直径ｄがテーパ状に変化しているので、ファン７００を樹脂成形用金型の型構造を単純なものとすることができ、ファン７００の製造原価低減を図ることができる。
ところで、補強リブ７１５の（三角形）面積Ａ１を拡大すれば、ブレード７１２の曲げ剛性を増大させることができるので、前述のごとく、カルマン渦に起因する騒音を低減することができるものの、補強リブ７１５の面積Ａ1 を過度に拡大すると、ファン７００（ブレード７１２間）を通過する際の空気の圧力損失が大きくなるので、風量が低下してしまうという問題が新たに発生する。なお、補強リブ７１５の面積Ａ1 とは、ブレード７１２の翼面７１２ｃ（図５参照））から連なる三角状の面７１５ａの面積を言う。
【００３４】
そこで、発明者等は、騒音低減と風量低下防止との両立を図るべく、種々の試験検討を重ねたところ、補強リブ７１５の面積Ａ1 を径外方におけるブレード７１２間の面積Ａ2 の０．０５〜０．１５倍とすることが望ましいとの結論を得た（図８参照）。なお、ブレード７１２間の面積Ａ2 とは、径外方におけるブレード７１２間の距離δ（図３参照）とブレード７１２の高さ寸法Ｈ（図２参照）との積を言う。
【００３５】
なお、発明者等の更なる試験検討によれば、ブレード７１２の高さ寸法Ｈは、ファン７００の内径寸法ＤIN（図２参照）の０．３〜０．７倍（０．３≦Ｈ／ＤIN≦０．７）程度が望ましく、ファン７００の内径寸法ＤINは８０〜２００ｍｍ程度が望ましく、ブレード７１２の幅寸法ｂ（図２参照）は、内径寸法ＤINの０．０５〜０．２倍（０．０５≦ｂ／ＤIN≦０．２）程度が望ましいとの結論を得ている。因みに、ブレード７１２の幅寸法ｂとは、ブレード７１２の高さ寸法Ｈと直交する方向の寸法であって、翼面７１２ｃに沿って計測したものである。
【００３６】
ところで、図９は、空気温度が約２０℃、電動モータ７２０の印加電圧を１２Ｖとした場合の本実施形態に係るファン７１０を有する送風機７００（実線）と従来の技術に係る送風機（破線）との騒音試験結果を示すグラフであり、図９から明らかなように、通常使用時においては、本実施形態に係る送風機７００（実線）と従来の技術に係る送風機（破線）とは、ほぼ同等の能力（比騒音Ｋs および送風機の全圧ΔＰ）を有していることが判る。
【００３７】
したがって、本実施形態に係るファン７１０は、通常使用時においては従来と同等の能力を発揮しながら、従来よりファン７１０の使用限界を上昇させることができる。
因みに、比騒音Ｋs および送風機の全圧ΔＰの用語の定義は、ＪＩＳ  Ｂ  ０１３２によるものであり、試験方法はＪＩＳ  Ｂ  ８３４０に準拠したものである。
【００３８】
ところで、上述の実施形態では、本発明に係るファン７１０を有する送風機７００を車両用空調装置に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、換気扇などのその他の送風機にも適用することができる。
また、ファン７１０の材質はポリプロピレンに限定されるものではなく、その他の樹脂材料または金属であってもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態では、ブレード７１２の途中からテーパ部７１２ｂを形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブレード７１２に全域または吸入口７１３から途中の部位までにテーパ部７１２ｂを形成してもよい。
また、本発明は、カルマン渦の周波数がブレード７１２の高さ方向Ｈ全域に渡って一定となることを防止することによりブレード７１２の共振を防止するものであるので、上述の実施形態のテーパ部７１２ｂのごとく、規則的に円弧直径ｄを変化させるもの限定されず、例えば波状に変化させる等して不規則的に円弧直径ｄを変化させてもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、吸入口７３１側の反対側の第２円弧直径ｄ2 を吸入口７３１側の第１円弧直径ｄ1 より大きくしたが、逆に第１円弧直径ｄ1 を第２円弧直径ｄ2 より大きくしてもよい。
また、軸方向一端側に向かうほど、円弧直径ｄが拡大変化するようにしてもよ。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用空調装置の模式図である。
【図２】送風機の断面図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】図３のＢ矢視図である。
【図５】図２のＣ部拡大図である。
【図６】ブレードの高さ寸法Ｈに対するテーパ部７１２ｂの高さ寸法ｈの比と風量との関係を示すグラフである。
【図７】円弧直径の比と風量との関係を示すグラフである。
【図８】ブレード間の面積に対する補強リブの面積の比と風量との関係を示すグラフである。
【図９】風量および比騒音を試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
７００…遠心式送風機、７１０…遠心式多翼ファン、７１２…ブレード、
７１３…リング部材、７１４…ボス部、７１５、７１６…補強リブ。
【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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