JP4388992B1 - プロペラファン、流体送り装置および成型金型 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー性や省資源設計の面で大きく貢献するプロペラファン、を提供する。
【解決手段】プロペラファンは、送風を行なう複数の翼２１Ａ，２１Ｂを回転方向に離間して結合するとともに、その結合した領域を、回転に伴って送風を行なう形状に形成している。
【選択図】図２

Description

この発明は、一般的には、プロペラファン、流体送り装置および成型金型に関し、より特定的には、送風機のためのプロペラファンと、そのようなプロペラファンを樹脂により成型するための成型金型と、そのようなプロペラファンを備えた空気調和機の室外機、空気清浄機、加湿機、除湿機、ファンヒータ、冷却装置、換気装置等の流体送り装置とに関する。

従来のプロペラファンに関して、たとえば、特開平３−８８９９９号公報には、プロペラ翼の正圧力面には正圧力を、負圧力面には負圧力を分離供給してプロペラ翼の揚力を高め、同時に強度も向上させることを目的とした軸流ファンが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された軸流ファンは、ハブの外周部に形成され、ハブ軸心から半径方向外方に延出する複数枚のプロペラ翼を有する。

また、特開２０００−３１４３９９号公報には、回転軸孔部分のボス部の後加工を必要とせずに、ゲート処理を良好にすることを目的としたプロペラファンが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示されたプロペラファンは、円筒状または円錐状のハブ部と、ハブ部に一体になって設けられた羽根部とを有する。
特開平３−８８９９９号公報 特開２０００−３１４３９９号公報

従来より、送風機や冷却機にプロペラファンが使用され、たとえば、エアコンの室外機には熱交換器に送風を行なうためのプロペラファンが付設されている。プロペラファンには、ファンの外周側と比較して周速の遅いファンの中心部付近で送風能力が弱くなるという特性がある。このような特性により、送風経路内に、たとえば熱交換器などの圧力損失が大きい抵抗物が設置されると、ファン外周側では順方向に送風するが、ファンの中心部付近では逆流が生じ、その結果、ファンの圧力流量特性が高静圧域で悪くなるといった問題が生じる。

一方、上述の特許文献に開示されるように、回転中心に大きなボスハブ部を設け、このボスハブ部の外周から複数枚の翼を延出させた構造のプロペラファンが知られている。このようなプロペラファンにおいては、大きなボスハブ部によってファンの中心部付近の逆流領域が閉塞されるため、逆流を防止し、ファンの圧力流量特性の高静圧域での悪化を抑制することができる。また、通常、翼は迎え角を有しており、翼の根元部をそのまま延長すると複数の翼の根元部同士が、ねじれた位置関係となるが、大きなボスハブ部を設けることによって、送風を行なう複数の翼を簡便に一体に形成することができる。

しかしながら、大きなボスハブ部が設けられた上記プロペラファンでは、下記に説明する複数の課題が新たに生じる。

すなわち、１つ目の課題は、圧力流量特性の高静圧域での悪化をある程度抑制できるものの、低圧大風量域においては、十分に回転中心部を活用できず、送風効率が低下するといった問題である。また、２つ目の課題は、大きなボスハブ部を備えることにより、プロペラファン自体の質量が大きくなるため、駆動用のモーターへの負荷が増大し、消費電力が増大するという問題である。また、３つ目の課題は、材料費が増大し、製造コストが増加するといった問題である。これら３つの課題は、昨今の地球環境配慮において、省エネルギー性や省資源設計の面で、著しい不備を生じさせる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、省エネルギー性や省資源設計の面で大きく貢献するプロペラファンを提供することである。

この発明に従ったプロペラファンは、周方向に離間して設けられ、仮想の中心軸を中心に回転するのに伴って送風を行なう複数の翼と、互いに隣り合う複数の翼の間で翼の根元部同士を連接する連接部とを備える。プロペラファンを中心軸の軸方向から見て、複数の翼を周方向に離間させるような仮想円を描いた場合に、連接部は、仮想円の内側に規定されるとともに、複数の翼は、仮想円の外側に規定される。連接部は、中心軸を中心として、複数の翼のうちの一の翼と、一の翼に隣接する他の翼との間で延在し、一の翼の根元部および他の翼の根元部を接続する領域に、中心軸からその外周側に向かって延出するように形成されるとともに、回転に伴って送風を行なうための翼面状の表面を有する。

このように構成されたプロペラファンによれば、連接部に形成された翼面状の表面を送風に寄与させることにより、翼の回転中心付近においても順方向への送風が可能となり、送風能力を向上させることができる。これにより、省エネルギー性や省資源設計の面で大きく貢献するプロペラファンを実現できる。

また好ましくは、複数の翼と連接部とは、一体的かつ連続的に滑らかに形成される翼面を形成する。このように構成されたプロペラファンによれば、翼と連接部とが一体的かつ連続的に滑らかに形成される翼面を形成し、この翼面が送風に寄与するため、送風能力を大幅に向上させることができる。

また好ましくは、プロペラファンは、翼の回転中心に配置され、連接部から吸込側および吹出側の少なくともいずれか一方の側に突出する回転軸部をさらに備える。また好ましくは、プロペラファンを中心軸の軸方向から見た場合に、中心軸に直角に交差する線上における連接部外縁の、中心軸からの最小距離よりも、その線上における回転軸部外縁の、中心軸からの距離の方が小さい。このように構成されたプロペラファンによれば、送風に寄与する翼面の面積を増大させるとともに、回転軸部を小型化し、プロペラファンの質量を小さくすることができる。これにより、プロペラファンの駆動に要する力を低減させ、省エネルギー性や省資源設計の面でのより大きな貢献が可能となる。

また好ましくは、翼は、回転方向の側に位置する前縁と、回転方向とは反対側に位置する後縁とを有する。複数の翼のうちの第１翼の前縁の根元部と、第１翼に隣り合う第２翼の後縁の根元部とが接続されている。また好ましくは、連接部は、前縁の根元部から後縁の根元部に向かうに従って、吸込側から吹出側に延在するように形成される。また好ましくは、連接部は、前縁の根元部から後縁の根元部に向かうに従って、翼の翼面に連なって気流送出方向の吸込側から吹出側に延在するように形成されている。また好ましくは、連接部は、プロペラファンの気流送出方向の吸込側から吹出側に、空気を送出する働きを有する構成をなすように形成される。

このように構成されたプロペラファンによれば、互いに隣り合う複数の翼の間で翼の根元部同士が連接部によって連接され、この連接部に形成された翼面状の表面を送風に寄与させることが可能なファン形状が実現される。

また好ましくは、前縁には、翼面の負圧面側に向かって膨らむ第１凸部が形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、前縁には翼面の負圧面側に向かって膨らむ第１凸部が形成されるため、第１凸部によって渦が形成され、形成された渦が流線に沿って翼面上を這い、翼面上の流れの剥離を防止する。このため、プロペラファンの性能および効率を向上させるとともに、剥離による騒音を低減でき、ファン騒音の低減に繋がる。

また好ましくは、後縁と連接部との連結部には、翼の回転方向と逆方向に向かって膨らむ第２凸部が形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、第２凸部が形成された部分における翼弦長が延長されるため、より強い力で送風を行なうことができる。

また好ましくは、後縁と翼外周部との連結部には、翼の回転方向と逆方向に向かって突出する第３凸部が形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、第３凸部が形成された部分における翼弦長が延長されるため、より強い力で送風を行なうことができる。

また好ましくは、後縁には、翼の回転方向に向かって凹む凹部が形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、凹部を設けることによって、効率的に抗力が減少するように翼の面積が減少する。翼の面積が減少するため、同一回転数において風量は減少するが、効率的に抗力が減少するため、同一風量においては消費電力を低減することができる。

また好ましくは、凹部の両端を結ぶ線、または端部が明確でない場合の両端部共通接線の長さＸは、翼の外径の０．３３倍以上となる。凹部の両端を結ぶ線、または上記の接線から凹部の最も深い部分までの長さＹが、翼の外径の、０を越え、０．０６８倍以下となる。このように構成されたプロペラファンによれば、凹部の両端を結ぶ線、または上記の接線から凹部の最も深い部分までの長さＹを翼の外径の、０を越え、０．０６８倍以下に設定することにより、同一回転数における風量の減少率をより効果的に小さく抑えることができる。また、凹部の両端を結ぶ線、または上記の接線の長さＸを翼の外径の０．３３倍以上に設定することによって、同一風量における消費電力の低減率をより効果的に増大させることができる。

また好ましくは、複数の翼と連接部とは、薄肉形状を有し、一体に成形されている。このように構成されたプロペラファンによれば、プロペラファンの質量を小さくするとともに、その剛性を向上させることができる。

また好ましくは、翼面状の表面は、複数の翼のうちの第１翼の翼面から連なる第１部分と、第１翼に隣り合う第２翼の翼面から連なる第２部分とを含む。連接部は、第１部分と第２部分との間に形成され、翼の回転中心に配置される非翼面形状の表面をさらに有する。このように構成されたプロペラファンによれば、連接部が部分的に非翼面形状の表面を有する場合であっても、連接部に形成された翼面状の表面によって、送風能力を向上させることができる。

また好ましくは、プロペラファンは、１枚の板状物を捻ることにより形成される。このように構成されたプロペラファンによれば、たとえば、板金を捩り加工することによって、本発明におけるプロペラファンを得ることができる。

また好ましくは、プロペラファンは、樹脂により成形される。このように構成されたプロペラファンによれば、軽量かつ高剛性のプロペラファンを実現することができる。

この発明に従った流体送り装置は、上述のいずれかに記載のプロペラファンを備える。このように構成された流体送り装置によれば、本発明におけるプロペラファンを備えることにより、省エネルギー性や省資源設計の面で大きく貢献する流体送り装置を実現できる。

この発明に従った成型金型は、上述のいずれかに記載のプロペラファンを樹脂により成型するために用いられる。このように構成された成型金型によれば、軽量かつ高剛性の樹脂製プロペラファンを製造することができる。

また好ましくは、成型金型は、流動性を有する樹脂を注入するためのゲート部を備える。翼は、回転方向の側に位置する前縁と、回転方向とは反対側に位置する後縁とを有する。ゲート部は、連接部にあって、複数の翼のうちの第１翼の前縁と、第１翼に隣り合う第２翼の後縁との境界に対応する位置に設けられる。このように構成された成型金型によれば、第１翼の前縁と第２翼の後縁との境界位置において連接部にウェルドラインが生じることを抑制することができる。これにより、プロペラファンの破壊剛性の低下を防止できる。

また好ましくは、成型金型は、流動性を有する樹脂を注入するためのゲート部を備える。翼は、回転方向の側に位置する前縁を有する。ゲート部は、翼の根元部が連なる連接部の箇所であって、前縁の近傍に対応する位置に設けられる。このように構成された成型金型によれば、翼の根元部が連なる連接部の前縁部分にウェルドラインが生じることを抑制することができる。これにより、プロペラファンの破壊剛性の低下を防止できる。

以上に説明したように、この発明に従えば、省エネルギー性や省資源設計の面で大きく貢献するプロペラファンを提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるプロペラファンを示す側面図である。図２は、図１中の矢印ＩＩに示す方向（吸込側）から見たプロペラファンを示す平面図である。図３は、図１中の矢印ＩＩＩに示す方向（吹出側）から見たプロペラファンを示す平面図である。図４は、図１中のプロペラファンを吸込側から見た斜視図である。

図１から図４を参照して、まず、本実施の形態におけるプロペラファン１０の基本的な構造について説明すると、プロペラファン１０は、周方向に離間して設けられ、回転に伴って送風を行なう複数の翼２１Ａ，２１Ｂと、回転に伴って送風を行なうための翼面状の表面としての翼面３６を有し、互いに隣り合う複数の翼２１Ａ，２１Ｂの間で翼２１Ａおよび翼２１Ｂの根元部同士を連接する連接部３１とを有する。

プロペラファン１０は、仮想軸である中心軸１０１を中心に回転し、図１中の吸込側から吹出側に送風を行なう。図中においては、プロペラファン１０を中心軸１０１の軸方向から見て、翼２１Ａおよび翼２１Ｂを中心軸１０１の周方向において互いに離間させるような仮想円１０２を描いた場合に、仮想円１０２の内側に連接部３１が規定され、仮想円１０２の外側に翼２１Ａおよび翼２１Ｂが規定されている。

また別の表現でプロペラファン１０の基本的な構造を説明すると、プロペラファン１０は、送風を行なう複数の翼２１Ａ，２１Ｂを回転方向に離間して結合するとともに、その結合した領域を、回転に伴って送風を行なう形状に形成している。

続いて、本実施の形態におけるプロペラファン１０の構造について詳細に説明する。プロペラファン１０は、たとえば、ガラス繊維入りＡＳ（acrylonitrile-styrene）樹脂等の合成樹脂により一体成型されている。

プロペラファン１０は、２枚翼のファンであり、翼２１Ａおよび翼２１Ｂ（以下、特に区別しない場合は翼２１という）を有する。

翼２１Ａおよび翼２１Ｂは、プロペラファン１０の回転軸、すなわち中心軸１０１の周方向において、等間隔に配置されている。翼２１Ａおよび翼２１Ｂは、同一形状に形成されており、一方の翼を中心軸１０１を中心に他方の翼に向けて回転させた場合に両者の形状が一致するように形成されている。

翼２１は、プロペラファン１０の回転方向の側に位置する前縁２１ｂと、回転方向の反対側に位置する後縁２１ｃと、中心軸１０１に対して最も外周側に位置する外縁２１ａと、前縁２１ｂおよび外縁２１ａを滑らかに接続する翼先端縁２１ｄと、後縁２１ｃおよび外縁２１ａを滑らかに接続する翼後端縁２１ｅとを有する。翼先端縁２１ｄは、鎌状に尖った形状を有する。

翼２１には、プロペラファン１０の回転に伴って送風を行なう（吸込側から吹出側に風を送り出す）翼面２６が形成されている。

翼面２６は、吸込側および吹出側に面する側にそれぞれ形成されている。翼面２６は、前縁２１ｂ、翼先端縁２１ｄ、外縁２１ａ、翼後端縁２１ｅおよび後縁２１ｃに囲まれた領域に形成されている。翼面２６は、前縁２１ｂ、翼先端縁２１ｄ、外縁２１ａ、翼後端縁２１ｅおよび後縁２１ｃに囲まれた領域の全面に形成されている。翼２１Ａおよび翼２１Ｂの翼面２６は、それぞれ、前縁２１ｂから後縁２１ｃに向かう周方向において、吸込側から吹出側に傾斜する湾曲面により形成されている。

翼２１Ａおよび翼２１Ｂは、中心軸１０１の軸周りに配置された連接部３１によって互いに接続されている。

連接部３１は、吸込側および吹出側に面する側にそれぞれ翼面３６を有し、翼型に形成されている。翼面３６は、翼２１Ａの翼面２６および翼２１Ｂの翼面２６からそれぞれ連続して形成されている。翼２１Ａの翼面２６と翼２１Ｂの翼面２６とは、翼面３６を介して連続的に形成されている。本実施の形態では、翼２１Ａおよび翼２１Ｂを結ぶ方向において、翼２１Ａの前縁２１ｂと翼２１Ｂの後縁２１ｃとが対向し、翼２１Ｂの前縁２１ｂと翼２１Ａの後縁２１ｃとが対向するため、翼２１Ａ側の翼面の傾斜方向と、翼２１Ｂ側の翼面の傾斜方向とが、中心軸１０１を挟んでねじれた位置関係となる。翼２１Ａおよび翼２１Ｂの翼面２６からそれぞれ連接部３１の翼面３６に連なるに従って翼面の傾斜は小さくなり、翼２１Ａ側の翼面３６と翼２１Ｂ側の翼面３６とが、やがて中心軸１０１を通る線上において滑らかに接続される。すなわち、翼２１Ａ，２１Ｂおよび連接部３１は、一体的かつ連続的に正接して形成される、翼面２６および翼面３６をそれぞれ形成する。

本実施の形態におけるプロペラファン１０においては、翼２１Ａと翼２１Ｂとを結合する領域が、回転に伴って送風を行なう形状に形成されている。この翼２１Ａと翼２１Ｂとを結合する領域は、回転に伴って送風を行なうための翼面状に形成されている。

翼２１Ａの前縁２１ｂの根元部と翼２１Ｂの後縁２１ｃの根元部とが接続されており、翼２１Ｂの前縁２１ｂの根元部と翼２１Ａの後縁２１ｃの根元部とが接続されている。連接部３１は、翼２１Ａの前縁２１ｂの根元部から翼２１Ｂの後縁２１ｃの根元部に向かうに従って、吸込側から吹出側に延在するように形成され、翼２１Ｂの前縁２１ｂの根元部から翼２１Ａの後縁２１ｃの根元部に向かうに従って、吸込側から吹出側に延在するように形成されている。

連接部３１は、翼２１Ａの前縁２１ｂの根元部から翼２１Ｂの後縁２１ｃの根元部に向かうに従って、翼２１の翼面２６に連なって気流送出方向の吸込側から吹出側に延在し、翼２１Ｂの前縁２１ｂの根元部から翼２１Ａの後縁２１ｃの根元部に向かうに従って、翼２１の翼面２６に連なって気流送出方向の吸込側から吹出側に延在するように形成されている。連接部３１は、プロペラファン１０の気流送出方向の吸込側から吹出側に、空気を送出する働きを有する構成をなすように形成されている。

翼２１Ａおよび翼２１Ｂと連接部３１とは、薄肉形状を有し、一体に成形されている。すなわち、本実施の形態におけるプロペラファン１０においては、中心軸１０１を中心にその外周側に延出する１枚物の２枚翼が、翼２１Ａおよび翼２１Ｂと連接部３１とにより一体的に成形されている。プロペラファン１０は、翼２１Ａおよび翼２１Ｂと、翼２１Ａおよび翼２１Ｂを結合する領域を含めて一体的に成型されている。

プロペラファン１０は、回転軸部としてのボスハブ部４１を有する。ボスハブ部４１は、プロペラファン１０を、その駆動源である図示しないモータの出力軸に接続する部分である。ボスハブ部４１は、円筒形状を有し、中心軸１０１と重なる位置で連接部３１に接続されている。ボスハブ部４１は、吸込側の翼面３６から中心軸１０１の軸方向に延びて形成されている。本実施の形態におけるプロペラファン１０においては、翼２１Ａおよび翼２１Ｂを結合する領域を回転中心とし、翼２１Ａおよび翼２１Ｂを回転駆動するための部材であるボスハブ部４１が、プロペラファン１０に一体的に設けられている。

なお、ボスハブ部４１の形状は、円筒形状に限られず、モータの出力軸に対する接続構造に応じて適宜変更される。ボスハブ部４１は、吹出側の翼面３６から延びて形成されてもよいし、吸込側および吹出側の翼面３６から延びて形成されてもよい。

連接部３１は、ボスハブ部４１の外周面からその外周側に延出するように形成されている。言い換えれば、連接部３１は、プロペラファン１０を中心軸１０１の軸方向から見た場合に、中心軸１０１に直角に交差する仮想線Ｚ上における連接部３１の外縁の、中心軸１０１からの最小距離Ｌ１よりも、その仮想線Ｚ上におけるボスハブ部４１の外縁の、中心軸１０１からの距離Ｌ２の方が小さくなるように形成されている（図２を参照のこと）。

プロペラファン１０の好ましい形状の一例として、中心軸１０１と図２中の仮想線Ｚとを含む仮想平面にてプロペラファン１０を切断した断面を略楕円形状に構成し、周方向（長軸）の長さをａ、軸方向（短軸）の長さをｂとしたとき、ａおよびｂの比率ｂ／ａを０．０７８とする。

なお、ａおよびｂの比率ｂ／ａが０．０３〜０．１５となるように樹脂成型すれば、成型性および送風性能を損なうことなく、かつ、強度的にも問題の無い良好なプロペラファンを得ることができる。

比率ｂ／ａが０．０３よりも小さい場合、連結部３１の樹脂肉厚が薄くなり過ぎ、強度的に問題が生じる。さらに好ましくは、比率ｂ/ａが０．０４６以上になるように設定する。

比率ｂ／ａが０．１５０よりも大きい場合、連結部３１の樹脂肉厚が厚くなり過ぎ、ヒケ等の成型性の問題が生じるとともに、プロペラファンの質量が重くなるため、送風性能が損なわれる。さらに好ましくは、比率ｂ／ａが０．０８９以下になるように設定する。

図５は、図１中のプロペラファンの一例を示す平面図である。図５を参照して、図中には、中心軸１０１の軸方向から見た場合にφ４６０ｍｍの外径を有するプロペラファン１０が示されている。

図６は、図５中のプロペラファンをφ２９５ｍｍの位置で切断した場合の断面形状を示す斜視図である。図７は、図５中のプロペラファンをφ１３０ｍｍの位置で切断した場合の断面形状を示す斜視図である。図８は、図５中のプロペラファンをφ９５ｍｍの位置で切断した場合の断面形状を示す斜視図である。図６中には、翼２１の断面が示され、図７中には、翼２１と連接部３１との境界部分の断面が示され、図８中には、連接部３１の断面が示されている。

図６および図７を参照して、翼２１は、前縁２１ｂと後縁２１ｃとを結ぶ、周方向の断面形状の厚みが、翼中心付近から前縁２１ｂおよび後縁２１ｃにそれぞれ向かうほど薄くなり、翼中心よりも前縁２１ｂ側に寄った位置に最大厚みを有する翼型形状に形成されている。図８を参照して、連接部３１は、上記に説明した翼２１と同様の翼型形状に形成されている。すなわち、本実施の形態におけるプロペラファン１０は、翼２１の外縁２１ａから中心軸１０１に向かういずれの断面位置においても翼型の断面形状を有するように形成されている。

なお、以上においては、合成樹脂により一体成型されるプロペラファン１０について説明したが、本発明におけるプロペラファンは樹脂製に限られるものではない。たとえば、一枚物の板金を捻り加工することによってプロペラファン１０を形成してもよいし、曲面を有して形成される一体の薄肉状物によりプロペラファン１０を形成してもよい。これらの場合、別に成形したエンボス部４１をプロペラファン１０の回転中心に接合する構造としてもよい。

続いて、本実施の形態におけるプロペラファン１０によって奏される作用、効果について説明する。

本実施の形態におけるプロペラファン１０においては、翼２１Ａおよび翼２１Ｂの間を連接する翼型の連接部３１が設けられる。このような構成により、従来、ボスハブ部として十分に活用することができていなかった回転中心部においても翼型の断面形状および大きな迎え角を有する翼として有効に活用することができる。これにより、外周側に比べて周速の遅い中心部付近の送風能力を大幅に増強でき、ファン全体の送風性能を大幅に改善することができる。

送風を行なう翼の面積を増加させることにより、同一回転数において風量を増加させることができる。さらに、従来、回転中心部に存在していた大きなボスハブ部の大部分を、翼型の断面形状を有する連接部３１に置き換えることによって、プロペラファンの質量を低減することができる。これにより、駆動用のモータへの負荷が軽減され、同一風量において消費電力を低減することもできる。

さらに、上記作用、効果から導出される効果として、下記の内容を挙げることができる。
（１）同一回転数時の風量を増加できるため、騒音を低減できる。（近年、たとえば、空気調和機においては、省エネルギー性を向上させるために風量を増加する傾向にある。このため、騒音が増大して住環境の快適性が損なわれるといった問題があった。これに対して、本実施の形態におけるプロペラファン１０によれば、騒音の増大なしに風量を増加できる。）
（２）圧力流量特性を向上できるため、ファン性能を向上できる。（近年、たとえば、空気調和機においては、省エネルギー性を向上させるために熱交換器の能力増加に伴い圧力損失が増大する傾向にある。熱交換器の圧力損失が増大すると、風量が低下する（トレードオフの関係）ため、熱交換器の能力増加の効果を十分に得ることができないという課題があった。これに対して、本実施の形態におけるプロペラファン１０によれば、圧力流量特性を向上できるため、圧力損失の大きい熱交換器に対しても、風量の低下を抑制でき、その結果、熱交換器の能力増加の効果を十分に得ることができる。）
（３）ファン効率を向上でき、消費電力を低減できる。（近年、たとえば、空気調和機においては、省エネルギー性を向上させるために風量を増加する傾向にある。このため、モータの消費電力が増大するといった問題があった。これに対して、本実施の形態におけるプロペラファン１０によれば、風量を増加してもモータの消費電力の増大を抑制できる。風量を増加しない場合には、効率が向上しているため、モータの消費電力を低減できる。）
（４）軽量化により、材料を削減できるとともに、モータの消費電力をさらに低減できる。（ファンの重量が大きいと、モータシャフトのベアリング損失等が増大し、余分な消費電力を必要とする。これに対して、本実施の形態におけるプロペラファン１０によれば、ファンを大幅に軽量化でき、その結果、モータシャフトのベアリング損失等を減少できるため、モータの消費電力を低減できる。）
以上の理由により、本実施の形態におけるプロペラファン１０によれば、地球環境保全に対し、省エネルギー性、省資源設計の面で、大きく貢献するプロペラファンを実現することができる。

続いて、本実施の形態におけるプロペラファン１０によって奏される上記作用、効果を確認するため行なった実施例について説明する。

図９は、比較のためのプロペラファンを示す平面図である。図９を参照して、比較のためのプロペラファン１１０においては、回転中心にφ１３０の外径を有するボスハブ部１４１が設けられており、さらに、このボスハブ部４１からその外周側に延出するように翼１２１（１２１Ａ，１２１Ｂ）が設けられている。翼１２１の形状、大きさは、図５中の翼２１とほぼ同一である。

図１０は、本実施例において、プロペラファンの回転数と風量との関係を示すグラフである。図１０を参照して、図５中の本実施の形態におけるプロペラファン１０と、図９中の比較のためのプロペラファン１１０とを用いて、回転数を変化させながら各回転数における風量を測定した。図中に示すグラフから明らかなように、いずれの回転数領域においても、本実施の形態におけるプロペラファン１０の方が比較のためのプロペラファン１１０よりも風量が大きくなった。たとえば、回転数が９００ｒｐｍのとき、比較のためのプロペラファン１１０では風量が４４．４９ｍ^３／ｍｉｎとなり、本実施の形態におけるプロペラファン１０では風量が４６．７９ｍ^３／ｍｉｎ（比較例比１０５．２％）となった。

図１１は、本実施例において、プロペラファンの風量と駆動用のモータの消費電力との関係を示すグラフである。図１１を参照して、図５中の本実施の形態におけるプロペラファン１０と、図９中の比較のためのプロペラファン１１０とを用いて、風量を変化させながら、各風量における駆動用のモータの消費電力を測定した。図中に示すグラフから明らかなように、いずれの風量領域においても、本実施の形態におけるプロペラファン１０の方が比較のためのプロペラファン１１０よりも消費電力が小さくなった。たとえば、風量が４０ｍ^３／ｍｉｎのとき、比較のためのプロペラファン１１０では消費電力が４９．８Ｗとなり、本実施の形態におけるプロペラファン１０では消費電力が４６．２Ｗ（比較例比効率１０７．８％）となった。

以上の実施例により、本実施の形態におけるプロペラファン１０によれば、同一回転数における風量を増加させつつ、同一風量における駆動用のモータの消費電力を低減できることを確認できた。

続いて、本実施の形態におけるプロペラファン１０の性能向上のメカニズムについて説明する。

図１２は、図５中の本実施の形態におけるプロペラファンおよび図９中の比較のためのプロペラファンにおける圧力流量特性を示す図である。図１２を参照して、図中には、本実施の形態におけるプロペラファン１０（外径φ４６０ｍｍ）と、比較のためのプロペラファン１１０（外径φ４６０ｍｍ）とを対比して、回転数７００ｒｐｍにおける圧力流量特性（Ｐ：静圧−Ｑ：風量）が示されている。

図中に示すグラフから明らかなように、本実施の形態におけるプロペラファン１０は、比較のためのプロペラファン１１０と比較して、同一回転数におけるＰ−Ｑ特性が向上している。また、同一風量時における駆動用のモータの消費電力が低減しており、モータ効率が大幅に改善される。

図１３から図１５は、本実施の形態におけるプロペラファンのメカニズムを説明するための図である。図１３から図１５を参照して、本実施の形態におけるプロペラファンの上記メカニズムについて詳細に説明する。

ファンの翼２１が駆動して回転することにより、風はファンの翼面２６上を通過する。その際、風は、まず翼２１の前縁２１ｂと出会い、それから翼面２６に沿って流れ、翼２１の後縁２１ｃから流出する。

翼２１が働く中で最も中心に近い位置の近傍で生ずる現象を考える。比較のためのプロペラファン（図１３を参照のこと）の場合、翼２１の根元部とボスハブ部１４１が接する位置の前縁２１ｂ（図１３中のＳ１）から風が翼面２６に流入する。その後、回転しつつ遠心力の影響を受けるため、流線は、同心円よりもやや外側に広がる形、図１３中のＲ１を描く。このＲ１より内側の斜線部（面積Ａ）は、風を送る送風機の仕事をなすことができない。

これに対して、本実施の形態におけるプロペラファンは、ボスハブ部４１が極めて小さく、比較のためのプロペラファンと比べて、さらに中心に近い位置まで翼として働くため、翼２１の根元部との境界をなす連接部３１の前縁２１ｂ（図１４中のＳ２）から風が翼面３６に流入する。その後、流線は、同心円よりもやや外側に広がり、図１４中のＲ２を描く。比較のためのプロペラファンと同様、このＲ２より内側の斜線部（面積Ｂ）は、風を送る送風機の仕事をなすことができない。図１５中には、この両者の風を送る送風機の仕事をなすことができない領域の面積差（Ａ−Ｂ）が示されている。

航空工学において、揚力は面積に比例することが周知である。この面積差（Ａ−Ｂ）の分、本実施の形態におけるプロペラファンはファンに生じる揚力が大きくなる。なお、風は、揚力の反作用にて生ずる反力にて送風されることが知られており、揚力が大きいと、その分反力も大きくなり、送風能力が増加する。

（実施の形態２）
この発明の実施の形態２におけるプロペラファンは、実施の形態１におけるプロペラファン１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図１６は、この発明の実施の形態２におけるプロペラファンを示す側面図である。図１７は、図１６中の矢印ＸＶＩＩに示す方向（吸込側）から見たプロペラファンを示す平面図である。図１８は、図１６中の矢印ＸＶＩＩＩに示す方向（吹出側）から見たプロペラファンを示す平面図である。図１９は、図１６中のプロペラファンを吸込側から見た斜視図である。

図１６から図１９を参照して、まず、本実施の形態におけるプロペラファン５０の基本的な構造について説明すると、プロペラファン５０は、周方向に離間して設けられ、回転に伴って送風を行なう複数の翼２１（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）と、回転に伴って送風を行なうための翼面状の表面としての翼面３６を有し、互いに隣り合う複数の翼２１の間で翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃの根元部同士を連接する連接部３１とを有する。

プロペラファン５０は、仮想軸である中心軸１０１を中心に回転し、図１６中の吸込側から吹出側に送風を行なう。図中においては、プロペラファン５０を中心軸１０１の軸方向から見て、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃを中心軸１０１の周方向において互いに離間させるような仮想円１０２を描いた場合に、仮想円１０２の内側に連接部３１が規定され、仮想円１０２の外側に翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃが規定されている。なお、翼２１が４枚以上設けられたプロペラファンであっても、プロペラファン５０と同様に仮想円１０２が描かれる。

プロペラファン５０は、３枚翼のファンであり、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃを有する。翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃは、中心軸１０１の周方向において、等間隔に配置されている。翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃは、同一形状に形成されている。

翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃは、中心軸１０１の軸周りに配置された連接部３１によって互いに接続されている。本実施の形態におけるプロペラファン５０においては、中心軸１０１を中心にその外周側に延出する１枚物の３枚翼が、翼２１Ａ、翼２１Ｂおよび翼２１Ｃと連接部３１とにより一体的に成形されている。

プロペラファン５０は、中心軸部としてのボスハブ部４１を有する。連接部３１は、ボスハブ部４１の外周面からその外周側に延出するように形成されている。言い換えれば、連接部３１は、プロペラファン５０を中心軸１０１の軸方向から見た場合に、中心軸１０１を通る仮想線Ｚ上における、中心軸１０１からの連接部３１の最小長さＬ１よりも、その仮想線Ｚ上における中心軸１０１からのボスハブ部４１の長さＬ２の方が小さくなるように形成されている（図１７を参照のこと）。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるプロペラファン５０によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

なお、本発明におけるプロペラファンは、４枚以上の翼を有して構成されてもよい。
（実施の形態３）
この発明の実施の形態３におけるプロペラファンは、実施の形態１におけるプロペラファン１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図２０は、この発明の実施の形態３におけるプロペラファンを示す側面図である。図２１は、図２０中の矢印ＸＸＩに示す方向から見たプロペラファンを示す平面図である。

図２０および図２１を参照して、本実施の形態におけるプロペラファン５２においては、連接部３１の翼面３６が、翼２１Ａの翼面２６から連続的に連なる第１部分としての翼面３６Ｍと、翼２１Ｂの翼面２６から連続的に連なる第２部分としての翼面３６Ｎとから構成されている。

連接部３１は、さらに、非翼面形状の表面としての平面３７を有する。平面３７は、プロペラファン５２の回転時に送風に寄与することのない形状を有し、本実施の形態では、平面状に形成されている。平面３７は、翼面３６Ｍと翼面３６Ｎとの間に形成されている。平面３７は、中心軸１０１を中心に配置され、ボスハブ部４１からその外周に向けて延出するように形成されている。翼面３６Ｍと翼面３６Ｎとを結ぶ方向において、平面３７は、ボスハブ部４１よりも大きい幅を有する。

図２２は、図２０および図２１中のプロペラファンの変形例を示す平面図である。図２２は、図２１に対応する図である。図２２を参照して、本変形例におけるプロペラファン５３においては、翼面３６Ｍと翼面３６Ｎとを結ぶ方向において、平面３７が、ボスハブ部４１よりも小さい幅を有する。

連接部３１が平面３７を有する場合であっても、連接部３１に形成された翼面３６を送風に寄与させることにより、送風性能を向上させることができる。また、図２２中に示す変形例のように、平面３７の幅を可能な限り小さくすることによって、翼面３６Ｍおよび翼面３６Ｎの面積を増大させ、送風性能をより効果的に向上させることができる。

このように構成された、この発明の実施の形態３におけるプロペラファン５２，５３によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

（実施の形態４）
この発明の実施の形態４におけるプロペラファンは、実施の形態１におけるプロペラファン１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図２３は、この発明の実施の形態４におけるプロペラファンを示す平面図である。図２３を参照して、本実施の形態におけるプロペラファン５６においては、翼２１Ａおよび翼２１Ｂの後縁２１ｃにそれぞれ凹部２２が形成されている。凹部２２は、形成された翼２１の後縁２１ｃから翼２１の回転方向とは反対方向、すなわち前縁２１ｂに向けて凹むように形成されている。凹部２２は、翼後端縁２１ｅを鎌状形状にするように形成されている。

本実施の形態では、凹部２２が、凹部２２の両端を結ぶ線、または端部が明確でない場合の両端部共通接線の長さＸが、翼の外径Ｄの０．３３倍以上（０．３３≦Ｘ／Ｄ）となり、凹部の両端を結ぶ線、または上記の接線から凹部の最も深い部分までの長さＹが、翼の外径Ｄの０．０６８倍以下（Ｙ／Ｄ≦０．０６８）となるように、形成されている。

図２４は、この発明の実施の形態４において、プロペラファンの回転数と風量との関係を示すグラフである。図２４を参照して、図２３中の本実施の形態におけるプロペラファン５６（外径Ｄ＝４６０ｍｍ、Ｘ／Ｄ＝０．３７、Ｙ／Ｄ＝０．０６８）と、図９中の比較のためのプロペラファン１１０とを用いて、回転数を変化させながら各回転数における風量を測定した。

図２５は、この発明の実施の形態４において、プロペラファンの風量と駆動用のモータの消費電力との関係を示すグラフである。図２５を参照して、図２３中の本実施の形態におけるプロペラファン５６（外径Ｄ＝４６０ｍｍ、Ｘ／Ｄ＝０．３７、Ｙ／Ｄ＝０．０６８）と、図９中の比較のためのプロペラファン１１０とを用いて、風量を変化させながら、各風量における駆動用のモータの消費電力を測定した。

図２４および図２５を参照して、凹部２２を設けることによって、効率的に抗力が減少するように翼の面積が減少する。翼の面積が減少するため、同一回転数において風量は減少するが、効率的に抗力が減少するため、同一風量においては消費電力を低減することができる。

図２６は、同一回転数における風量を比較する図である。図中には、Ｘ／ＤおよびＹ／Ｄの大きさが異なるプロペラファン（外径Ｄ＝４６０ｍｍ）を用いた場合に、回転数９００ｒｐｍ時における風量の値が示されている（風量の下に示した割合は、図９中の比較のためのプロペラファン１１０を用いた場合の風量の値（４４．４９ｍ^３／ｍｉｎ）に対する割合である）。

図２７は、同一風量における駆動用のモータの消費電力を比較する図である。図中には、Ｘ／ＤおよびＹ／Ｄの大きさが異なるプロペラファン（外径Ｄ＝４６０ｍｍ）を用いた場合に、風量４０ｍ^３／ｍｉｎにおける駆動用のモータの消費電力の値が示されている（消費電力の下に示した割合は、図９中の比較のためのプロペラファン１１０を用いた場合の消費電力の値（４９．８Ｗ）に対する比効率である）。

図２６および図２７を参照して、Ｘ／Ｄをほぼ一定にしてＹ／Ｄを変化させると、Ｙ／Ｄを小さくするほど、同一回転数における風量は増大し、その一方で、同一風量における消費電力はほぼ同等となる。この際、凹部２２をＹ／Ｄ≦０．０６８の関係を満たすように形成することにより、図９中の比較のためのプロペラファン１１０を用いた場合の風量に対する風量減少比をより効果的に小さく抑えることができる。

また、Ｙ／Ｄをほぼ一定にして、Ｘ／Ｄを変化させると、Ｘ／Ｄを大きくするほど、同一風量における消費電力は低減する。この際、凹部２２を０．３３≦Ｘ／Ｄの関係を満たすように形成することにより、図９中の比較のためのプロペラファン１１０を用いた場合の消費電力に対する比効率を、より効果的に増大させることができる。

図２８は、Ｙ／Ｄを一定（Ｙ／Ｄ＝０．０６８）にした場合に、Ｘ／Ｄを変化させたときの同一風量における駆動用のモータの消費電力を比較するグラフである。図中の縦軸に示された比効率は、風量４０ｍ^３／ｍｉｎにおける、図９中の比較のためのプロペラファン１１０を用いた場合の消費電力の値に対する、図２３中のプロペラファン５６を用いた場合の比効率を示す。

図２９は、Ｘ／Ｄを一定（Ｘ／Ｄ＝０．３３）にした場合に、Ｙ／Ｄを変化させたときの同一回転数における風量を比較するグラフである。図中の縦軸に示された風量比は、回転数９００ｒｐｍ時における、図９中の比較のためのプロペラファン１１０を用いた場合の風量の値に対する、図２３中のプロペラファン５６を用いた場合の風量の割合を示す。

図２３中に示すプロペラファン５６において、凹部２２は、翼２１の後縁２１ｃに形成されるため、Ｘ／Ｄの値が０．５を超えることはない。図２８を参照して、より好ましくは、凹部２２は、０．３７≦Ｘ／Ｄ＜０．５の関係を満たすように形成される。また、Ｙ／Ｄの値が０の場合、実施の形態１のプロペラファン１０に相当する。図２９を参照して、より好ましくは、凹部２２は、０＜Ｙ／Ｄ≦０．０４３の関係を満たすように形成される。

続いて、凹部２２によって奏される作用、効果のメカニズムについて説明する。
プロペラファンは、送風経路内にたとえば熱交換器といった圧力損失の大きい抵抗物が存在する場合、ファンのうち周速が遅い中央部から流れが翼面から剥離する現象が生じやすい。

圧力損失がファンにとってその能力を大きく超えるような極めて大きな場合、ファンの翼面のほぼ全域で剥離が生ずる。一方、圧力損失がファンにとってその能力内の場合には、ファンの翼面の一部（中心に近い領域）で剥離が生ずる。

図１５中の斜線部（本実施の形態におけるプロペラファンが比較のためのプロペラファンとに対して有利な領域）で完全に剥離してしまうと、本実施の形態におけるプロペラファンにおいても、比較のためのプロペラファンと同様に性能が低下する。この剥離を効果的に抑制する方法があれば、本発明における効果を最大限に発揮させることができる。

通常、送風経路には圧損があり、翼の中心部近傍は剥離しやすい状況となっている。本実施の形態におけるプロペアファンにおいても、上記の図１５中の斜線部の領域で一部剥離が生じている場合も想定される。この斜線部の剥離を完全に防止して、本発明の効果を効率的に引き出すため、以下の構造が採用される。

すなわち、翼先端縁２１ｄから生ずる渦（翼先端渦）をこの斜線部に導き、運動エネルギーを補充する。後縁２１ｃに凹部２２を設けることにより、先端渦をこの位置に固定することができるため、常に図１５中の斜線部の領域に運動エネルギーを補充できる。結果、図１５中の斜線部の領域における剥離を抑制し、本発明の効果を効率的に引き出すことができる。

このように構成された、この発明の実施の形態４におけるプロペラファン５６によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

（実施の形態５）
この発明の実施の形態５におけるプロペラファンは、実施の形態１におけるプロペラファン１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図３０は、この発明の実施の形態５におけるプロペラファンを示す平面図である。図３０を参照して、本実施の形態におけるプロペラファン５７においては、翼２１Ａおよび翼２１Ｂの前縁２１ｂに、第１凸部として凸部５８が形成されている。凸部５８は、翼面２１の負圧面側（吸込側）に向かって膨らむように形成されている。負圧面側から見て、凸部５８は、翼面２６の表面から盛り上がる湾曲面により形成されている。凸部５８は、連接部３１の周縁の近傍に形成されている。

このような構成によれば、翼２１の回転に伴って凸部５８により渦１０４が形成され、形成された渦１０４が翼面２６，３６上を這う。この渦１０４が、翼面２６，３６上の領域１０３または図１５中の斜線部の領域に生じる空気流れの剥離を防止する。結果、ファンの性能および効率が向上するとともに、剥離による騒音を低減することができる。また、翼面２６，３６上の剥離を抑制する効果により、圧力流量特性が向上し、このため、より高い圧損に対応して送風を行なうことができる。

また、本実施の形態では、翼２１Ａおよび翼２１Ｂの後縁２１ｃと、連接部３１との連結部に、翼２１の回転方向と逆方向に向かって膨らむ第２凸部としての凸部５９が形成されている。翼２１Ａの後縁２１ｃに形成された凸部５９は、翼２１Ｂの前縁２１ｂに近接する方向に突出するように形成され、翼２１Ｂの後縁２１ｃに形成された凸部５９は、翼２１Ａの前縁２１ｂに近接する方向に突出するように形成されている。

また、本実施の形態では、翼２１Ａおよび翼２１Ｂの後縁２１ｃと翼２１の外周部（外縁２１ａ）との連結部、すなわち翼後端縁２１ｅに、翼２１の回転方向と逆方向に向かって突出する第３凸部としての凸部６０が形成されている。翼２１Ａの翼後端縁２１ｅに形成された凸部６０は、翼２１Ｂの翼先端縁２１ｄに近接する方向に突出し、翼２１Ｂの翼後端縁２１ｅに形成された凸部６０は、翼２１Ａの翼先端縁２１ｄに近接する方向に突出するように形成されている。

このような構成によれば、凸部５９もしくは凸部６０が形成された部分における翼弦長を延長し、より強い力で送風を行なうことができる。本来、回転半径が小さい位置では送風能力が小さくなるが、凸部５９を設けることによる翼弦長の延長効果により、回転半径が小さいにもかかわらず、より大きい送風能力を得ることができる。一方、ファンは、回転半径が大きい位置で送風能力が最も高くなる。この送風能力が最も高い領域の翼弦長を延長することにより、ファンの同一回転数比風量を増大させ、より大きい送風能力を得ることができる。

なお、本実施の形態では、凸部５８〜６０が形成されたプロペラファン５７について説明したが、凸部５８〜６０のいずれか１つもしくは適当な組み合わせで凸部が形成されてもよい。

このように構成された、この発明の実施の形態５におけるプロペラファン５７によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

以上、実施の形態１〜５において、各種プロペラファンの構造について説明したが、これらに限られず、実施の形態１〜５に説明したプロペラファンの構造を適宜組み合わせて、新たなプロペラファンを構成してもよい。

（実施の形態６）
本実施の形態では、まず、実施の形態１におけるプロペラファン１０を樹脂を用いて成型するための成型金型の構造について説明する。

図３１は、図１中のプロペラファンの製造に用いられる成型金型を示す断面図である。図３１を参照して、成型金型６１は、固定側金型６２および可動側金型６３を有する。固定側金型６２および可動側金型６３により、プロペラファン１０と略同一形状であって、流動性の樹脂が注入されるキャビティが規定されている。

成型金型６１には、キャビティに注入された樹脂の流動性を高めるための図示しないヒータが設けられてもよい。このようなヒータの設置は、たとえば、ガラス繊維入りＡＳ樹脂のような強度を増加させた合成樹脂を用いる場合に特に有効である。

なお、図３１中に示す成型金型６１においては、プロペラファン１０における正圧面側表面を固定側金型６２によって形成し、負圧面側表面を可動側金型６３によって形成することを想定しているが、プロペラファン１０の負圧面側表面を固定側金型６２によって形成し、プロペラファン１０の正圧面側表面を可動側金型６３によって形成してもよい。

プロペラファンとして、材料に金属を用い、プレス加工による絞り成型により一体に形成するものがある。これらの成型は、厚い金属板では絞りが困難であり、質量も重くなるため、一般的には薄い金属板が用いられる。この場合、大きなプロペラファンでは、強度（剛性）を保つことが困難である。これに対して、翼部分より厚い金属板で形成したスパイダーと呼ばれる部品を用い、翼部分を回転軸に固定するものがあるが、質量が重くなり、ファンバランスも悪くなるという問題がある。また、一般的には、薄く、一定の厚みを有する金属板が用いられるため、翼部分の断面形状を翼型にすることができないという問題がある。

これに対して、プロペラファン１０を樹脂を用いて形成することにより、これらの問題を一括して解決することができる。

図３２は、本実施の形態における２枚翼のプロペラファンを製造する成型金型において、ゲート部を設ける位置の例を示す平面図である。図３３は、本実施の形態における３枚翼のプロペラファンを製造する成型金型において、ゲート部を設ける位置の例を示す平面図である。

図３２および図３３を参照して、成型金型６１は、図３１中の固定側金型６２および可動側金型６３により規定されたキャビティ内に樹脂を注入するためのゲート部６６を有する。好ましくは、ゲート部６６は、連接部３１にあって、互いに隣り合う翼２１の前縁２１ｂと後縁２１ｃとの境界（２枚翼の場合、翼２１Ａの前縁２１ｂと翼２１Ｂの後縁２１ｃとの境界、および翼２１Ｂの前縁２１ｂと翼２１Ａの後縁２１ｃとの境界。３枚翼の場合、翼２１Ａの前縁２１ｂと翼２１Ｃの後縁２１ｃとの境界、翼２１Ｃの前縁２１ｂと翼２１Ｂの後縁２１ｃとの境界、および翼２１Ｂの前縁２１ｂと翼２１Ａの後縁２１ｃとの境界。）に対応する位置に設けられる。

図３４および図３５は、それぞれ、図３２および図３３中に示す位置以外にゲート部が設けられた場合のプロペラファンを示す比較例である。

図３４および図３５を参照して、上記位置から外れたたとえば図中の位置にゲート部６６が設けられた場合、互いに隣り合う翼２１の前縁２１ｂと後縁２１ｃとの境界にウェルドライン６７（流動性を有する樹脂が金型内部において合流する箇所であり、ウェルドラインは強度的に弱く割れやすい）が生じる場合がある。本実施の形態におけるプロペラファンにおいては、互いに隣り合う翼２１の前縁２１ｂと後縁２１ｃとの境界に応力集中が発生するため、ウェルドライン６７に沿って割れが生じやすくなり、ファンの破壊強度が著しく低下する。

図３２および図３３を参照して、これに対して、連接部３１にあって、互いに隣り合う翼２１の前縁２１ｂと後縁２１ｃとの境界に対応する位置にゲート部６６を設けることにより、ファンの破壊強度の大きな低下には繋がらない図中の位置にウェルドライン６７を生じさせることができる。結果、ファンの破壊強度の低下を未然に防止できる。

図３６は、本実施の形態における２枚翼のプロペラファンを製造する成型金型において、ゲート部を設ける位置の別の例を示す平面図である。図３７は、本実施の形態における３枚翼のプロペラファンを製造する成型金型において、ゲート部を設ける位置の別の例を示す平面図である。

図３６および図３７を参照して、好ましくは、ゲート部６６は、翼２１の根元部が連なる連接部３１の箇所であって、前縁２１ｂの近傍（周方向において各翼２１の後縁２１ｃよりも前縁２１ｂに近い位置）に対応する位置に設けられる。

図３８および図３９は、それぞれ、図３６および図３７中に示す位置以外にゲート部が設けられた場合のプロペラファンを示す比較例である。

図３８および図３９を参照して、上記位置から外れたたとえば図中の位置にゲート部６６が設けられた場合、翼２１の根元部が連なる連接部３１の箇所であって、前縁２１ｂの近傍にウェルドライン６７が生じる場合がある。本実施の形態におけるプロペラファンにおいては、翼２１の根元部が連なる連接部３１の箇所であって、前縁２１ｂの近傍に応力集中が発生するため、ウェルドライン６７に沿って割れが生じやすくなり、ファンの破壊強度が著しく低下する。

図３６および図３７を参照して、これに対して、翼２１の根元部が連なる連接部３１の箇所であって、前縁２１ｂの近傍に対応する位置にゲート部６６を設けることにより、ファンの破壊強度の大きな低下には繋がらない図中の位置にウェルドライン６７を生じさせることができる。結果、ファンの破壊強度の低下を未然に防止できる。

続いて、実施の形態１におけるプロペラファン１０を有する流体送り装置の一例として空気調和機の室外機について説明する。

図４０は、図１中のプロペラファンを用いた空気調和機の室外機を示す図である。図４０を参照して、空気調和機の室外機７５は、実施の形態１におけるプロペラファン１０と、駆動用モータ７２とを有する送風機７３を備える。この送風機７３によって流体が送出される。また、室外機７５内には室外熱交換器７４が設けられ、送風機７３によって効率的に熱交換が行なわれる。なお、送風機７３は、モータアングル７６によって室外機７５に設置されている。

このような構成によれば、室外機７５は、実施の形態１において説明したプロペラファン１０を有するため、騒音の発生が抑制されて運転音が静かになる。

さらに、プロペラファン１０により送風の効率が向上するので、本室外機７５では消費エネルギーも低減することができる。なお、実施の形態２〜５においてそれぞれ説明したプロペラファンを用いた場合も、同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態では、流体送り装置の一例として、空気調和機の室外機を例に挙げて説明したが、この他に、たとえば、空気清浄機、加湿機、扇風機、ファンヒータ、冷却装置、換気装置などの流体を送出す装置についても本プロペラファンを適用することによって、同様の効果を得ることができる。

以下に、本発明におけるプロペラファンの技術的思想についてまとめて示す。
本発明は、回転して送風を行う複数の翼を有するプロペラファンであって、複数の翼の根元部どうしが連続的に連結されることを特徴とするプロペラファンである。

また本発明は、回転して送風を行う複数の翼を有するプロペラファンであって、翼の回転中心に位置する回転軸部を含む吸込側、および／または、吹出側に突出した凸部を有し、翼の根元部の少なくとも一部が凸部に連続的に連結されないことを特徴とするプロペラファンである。

また本発明は、回転して送風を行なう複数の翼を有するプロペラファンであって、翼の根元部の回転中心からの最も短い長さよりも凸部の回転中心からの最も短い長さが小さいことを特徴とするプロペラファンである。この構成によると、凸部が小さいので、翼の面積が大きくなり、かつ、プロペラファンの質量が軽くなる。従って、翼の面積が大きくなるため、従来死角領域であった回転中心部でも翼を有効に活用でき、同一回転数において風量を増加させることができる。さらに、プロペラファンの質量が軽くなるため、モーターへの負荷が軽減され、同一風量において消費電力を低減することもできる。

また本発明は、翼は、回転方向の側に位置する前縁部および回転方向とは反対側に位置する後縁部と、前縁の先端部と後縁の先端部と結び周方向に形成された周縁部とを含み、複数の翼の、隣り合う１つの翼の前縁の根元部と他の翼の後縁の根元部が一致して連続的に連結されることを特徴とする上記のプロペラファンである。

また本発明は、複数の翼の、隣り合う１つの翼の前縁が他の翼の後縁に吸込側から吹出側へ向かって連結されることを特徴とする上記のプロペラファンである。

また本発明は、後縁部は、前縁部の側に向かって形成された凹部（切込み部）を備え、凹部の両端を結ぶ線、または端部が明確でない場合の両端部共通接線の長さをファン外径の０．３３倍以上とし、凹部の両端を結ぶ線、または上記接線から凹部の最も深い部分までの長さをファン外径の０．０６８倍以下としたことを特徴とする上記のプロペラファンである。この構成によると、効果的に抗力が減少するように、翼の面積が減少する。したがって、翼の面積が減少するため、同一回転数において風量は減少するが、効果的に抗力が減少するため、同一風量においては消費電力を低減することができる。ここで、凹部の両端を結ぶ線、または上記接線の長さをＸ（凹部の幅）とし、凹部の両端を結ぶ線、または上記接線から凹部の最も深い部分までの長さをＹ（凹部の深さ）とする。Ｘをほぼ一定にして、Ｙを変化させると、Ｙを大きくするほど、同一回転数比風量は減少し、同一風量比入力はほぼ同等となる。したがって、Ｙは小さくするのが望ましい。Ｙをほぼ一定にして、Ｘを変化させると、Ｘを大きくするほど、同一回転数比風量は減少し、同一風量比入力は低減する。したがって、Ｘは同一回転数比風量を増加させたい時には小さくし、同一風量比入力を低減させたい時には大きくするのが望ましい。

また本発明は、樹脂により成型することを特徴とする、上記のプロペラファンである。この構成によると、材料が金属の場合に比べて、翼部分の断面形状を翼型にすることができ、また、大きなプロペラファンの場合には質量を軽くすることができる。したがって、材料が金属の場合に比べて、翼部分の断面形状を翼型にすることができるため、送風性能を向上させることができ、また、大きなプロペラファンの場合には質量を軽くすることができるため、モータへの負荷が軽減され消費電力を低減することができる。

また本発明は、上記に記載のプロペラファンを備えた、流体送り装置である。
また本発明は、上記に記載のプロペラファンを、樹脂により成型するための成型金型である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１におけるプロペラファンを示す側面図である。 図１中の矢印ＩＩに示す方向（吸込側）から見たプロペラファンを示す平面図である。 図１中の矢印ＩＩＩに示す方向（吹出側）から見たプロペラファンを示す平面図である。 図１中のプロペラファンを吸込側から見た斜視図である。 図１中のプロペラファンの一例を示す平面図である。 図５中のプロペラファンをφ２９５ｍｍの位置で切断した場合の断面形状を示す斜視図である。 図５中のプロペラファンをφ１３０ｍｍの位置で切断した場合の断面形状を示す斜視図である。 図５中のプロペラファンをφ９５ｍｍの位置で切断した場合の断面形状を示す斜視図である。 比較のためのプロペラファンを示す平面図である。 本実施例において、プロペラファンの回転数と風量との関係を示すグラフである。 本実施例において、プロペラファンの風量と駆動用のモータの消費電力との関係を示すグラフである。 図５中の本実施の形態におけるプロペラファンおよび図９中の比較のためのプロペラファンにおける圧力流量特性を示す図である。 本実施の形態におけるプロペラファンのメカニズムを説明するための図である。 本実施の形態におけるプロペラファンのメカニズムを説明するための別の図である。 本実施の形態におけるプロペラファンのメカニズムを説明するためのさらに別の図である。 この発明の実施の形態２におけるプロペラファンを示す側面図である。 図１６中の矢印ＸＶＩＩに示す方向（吸込側）から見たプロペラファンを示す平面図である。 図１６中の矢印ＸＶＩＩＩに示す方向（吹出側）から見たプロペラファンを示す平面図である。 図１６中のプロペラファンを吸込側から見た斜視図である。 この発明の実施の形態３におけるプロペラファンを示す側面図である。 図２０中の矢印ＸＸＩに示す方向から見たプロペラファンを示す平面図である。 図２０および図２１中のプロペラファンの変形例を示す平面図である。 この発明の実施の形態４におけるプロペラファンを示す平面図である。 この発明の実施の形態４において、プロペラファンの回転数と風量との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態４において、プロペラファンの風量と駆動用のモータの消費電力との関係を示すグラフである。 同一回転数における風量を比較する図である。 同一風量における駆動用のモータの消費電力を比較する図である。 Ｙ／Ｄを一定（Ｙ／Ｄ＝０．０６８）にした場合に、Ｘ／Ｄを変化させたときの同一風量における駆動用のモータの消費電力を比較するグラフである。 Ｘ／Ｄを一定（Ｘ／Ｄ＝０．３３）にした場合に、Ｙ／Ｄを変化させたときの同一回転数における風量を比較するグラフである。 この発明の実施の形態５におけるプロペラファンを示す平面図である。 図１中のプロペラファンの製造に用いられる成型金型を示す断面図である。 本実施の形態における２枚翼のプロペラファンを製造する成型金型において、ゲート部を設ける位置の例を示す平面図である。 本実施の形態における３枚翼のプロペラファンを製造する成型金型において、ゲート部を設ける位置の例を示す平面図である。 図３２中に示す位置以外にゲート部が設けられた場合のプロペラファンを示す比較例である。 図３３中に示す位置以外にゲート部が設けられた場合のプロペラファンを示す比較例である。 本実施の形態における２枚翼のプロペラファンを製造する成型金型において、ゲート部を設ける位置の別の例を示す平面図である。 本実施の形態における３枚翼のプロペラファンを製造する成型金型において、ゲート部を設ける位置の別の例を示す平面図である。 図３６中に示す位置以外にゲート部が設けられた場合のプロペラファンを示す比較例である。 図３７中に示す位置以外にゲート部が設けられた場合のプロペラファンを示す比較例である。 図１中のプロペラファンを用いた空気調和機の室外機を示す図である。

符号の説明

１０，５０，５２，５３，５６，５７ プロペラファン、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 翼、２１ｂ，前縁、２１ｃ 後縁、２２ 凹部、２６，３６，３６Ｍ，３６Ｎ 翼面、３１ 連接部、３７ 平面、４１ ボスハブ部、５８，５９，６０ 凸部、６１ 成型金型、６６ ゲート部、７５ 室外機、１０１ 中心軸。

Claims (21)

1. 周方向に離間して設けられ、仮想の中心軸を中心に回転するのに伴って送風を行なう複数の翼と、
   互いに隣り合う複数の前記翼の間で前記翼の根元部同士を連接する連接部とを備え、
   プロペラファンを前記中心軸の軸方向から見て、複数の前記翼を周方向に離間させるような仮想円を描いた場合に、前記連接部は、前記仮想円の内側に規定されるとともに、複数の前記翼は、前記仮想円の外側に規定され、
   前記連接部は、前記中心軸を中心として、複数の前記翼のうちの一の翼と、前記一の翼に隣接する他の翼との間で延在し、前記一の翼の根元部および前記他の翼の根元部を接続する領域に、前記中心軸からその外周側に向かって延出するように形成されるとともに、回転に伴って送風を行なうための翼面状の表面を有する、プロペラファン。
2. 複数の前記翼と前記連接部とは、一体的かつ連続的に滑らかに形成される翼面を形成する、請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記翼の回転中心に配置され、前記連接部から吸込側および吹出側の少なくともいずれか一方の側に突出する回転軸部をさらに備える、請求項１または２に記載のプロペラファン。
4. プロペラファンを前記中心軸の軸方向から見た場合に、前記中心軸に直角に交差する線上における前記連接部外縁の、前記中心軸からの最小距離よりも、その線上における前記回転軸部外縁の、前記中心軸からの距離の方が小さい、請求項３に記載のプロペラファン。
5. 前記翼は、回転方向の側に位置する前縁と、回転方向とは反対側に位置する後縁とを有し、
   複数の前記翼のうちの第１翼の前記前縁の根元部と、前記第１翼に隣り合う第２翼の前記後縁の根元部とが接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のプロペラファン。
6. 前記連接部は、前記前縁の根元部から前記後縁の根元部に向かうに従って、吸込側から吹出側に延在するように形成される、請求項５に記載のプロペラファン。
7. 前記連接部は、前記前縁の根元部から前記後縁の根元部に向かうに従って、前記翼の翼面に連なって気流送出方向の吸込側から吹出側に延在するように形成されている、請求項５に記載のプロペラファン。
8. 前記連接部は、プロペラファンの気流送出方向の吸込側から吹出側に、空気を送出する働きを有する構成をなすように形成される、請求項５に記載のプロペラファン。
9. 前記前縁には、翼面の負圧面側に向かって膨らむ第１凸部が形成される、請求項５から８のいずれか１項に記載のプロペラファン。
10. 前記後縁と前記連接部との連結部には、前記翼の回転方向と逆方向に向かって膨らむ第２凸部が形成される、請求項５から９のいずれか１項に記載のプロペラファン。
11. 前記後縁と前記翼外周部との連結部には、前記翼の回転方向と逆方向に向かって突出する第３凸部が形成される、請求項５から１０のいずれか１項に記載のプロペラファン。
12. 前記後縁には、前記翼の回転方向に向かって凹む凹部が形成される、請求項５から１１のいずれか１項に記載のプロペラファン。
13. 前記凹部の両端を結ぶ線、または端部が明確でない場合の両端部共通接線の長さＸは、前記翼の外径の０．３３倍以上となり、
    前記凹部の両端を結ぶ線、または前記接線から前記凹部の最も深い部分までの長さＹが、前記翼の外径の、０を越え、０．０６８倍以下となる、請求項１２に記載のプロペラファン。
14. 複数の前記翼と前記連接部とは、薄肉形状を有し、一体に成形されている、請求項１から１３のいずれか１項に記載のプロペラファン。
15. 前記翼面状の表面は、複数の前記翼のうちの第１翼の翼面から連なる第１部分と、前記第１翼に隣り合う第２翼の翼面から連なる第２部分とを含み、
    前記連接部は、前記第１部分と前記第２部分との間に形成され、前記翼の回転中心に配置される非翼面形状の表面をさらに有する、請求項１に記載のプロペラファン。
16. １枚の板状物を捻ることにより形成した、請求項１から１５のいずれか１項に記載のプロペラファン。
17. 樹脂により成形される、請求項１から１６のいずれか１項に記載のプロペラファン。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載のプロペラファンを備える、流体送り装置。
19. 請求項１から１５のいずれか１項に記載のプロペラファンを樹脂により成型するために用いられる、成型金型。
20. 流動性を有する樹脂を注入するためのゲート部を備え、
    前記翼は、回転方向の側に位置する前縁と、回転方向とは反対側に位置する後縁とを有し、
    前記ゲート部は、前記連接部にあって、複数の前記翼のうちの第１翼の前記前縁と、前記第１翼に隣り合う第２翼の前記後縁との境界に対応する位置に設けられる、請求項１９に記載の成型金型。
21. 流動性を有する樹脂を注入するためのゲート部を備え、
    前記翼は、回転方向の側に位置する前縁を有し、
    前記ゲート部は、前記翼の根元部が連なる前記連接部の箇所であって、前記前縁の近傍に対応する位置に設けられる、請求項１９に記載の成型金型。

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