JP2012197740A - 軸流送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造の変更で軸流送風機の騒音を低減することのできる軸流送風機を提供することを課題とする。
【解決手段】 軸流送風機１０は、回転して空気流を発生させる動翼１６と、動翼が収容されたケーシング１２と、ケーシング１２の内面に突起又は段差を形成するアダプタ２０とを有する。アダプタ２０は、ケーシング１２の内面１２ａに嵌合する嵌合部２０ａと、嵌合部の一端側に形成され、ケーシング１２の軸方向に垂直な方向に延在するストッパ部２０ｂとを有する。
【選択図】 図３

Description

実施形態は軸流送風機に関する。

電子機器の冷却用として軸流送風機が用いられることが多い。電子機器に組み込まれる部品の発熱量は増大傾向にあり、軸流送風機の冷却効果を高める必要がある。冷却効果を高めるために、軸流送風機の回転数を高めたり、複数の軸流送風機を軸方向に重ねて配置し、高風圧化することが提案されている。

このような軸流送風機が作動する際に発生する作動音は、回転数比の５〜６乗に比例して増大することが知られている。したがって、軸流送風機の回転数を増大すると、作動音も増大することとなる。

ここで、電子機器が一般オフィスや家庭で使用されると、電子機器内の軸流送風機の作動音が騒音となって問題となることがあり、軸流送風機の作動音を低減することが求められている。そこで、軸流送風機を二重反転式として動翼や静止翼の形状を工夫することにより作動音を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４１２８１９４号公報

軸流送風機は、設計段階において目標動作点が設定されており、目標動作点は組み込まれる機器のシステムインピーダンスに合わせて設定される。目標動作点は、軸流送風機が組み込まれる機器のシステムインピーダンスと、送風機の静圧−風量特性との交点として求められる作動条件である。軸流送風機が目標動作点で作動しているときは、空力性能が最も高い状態で作動する。そこで、軸流送風機が目標動作点で作動しているときに作動音が小さくなるような軸流送風機を用いることで、作動音がなるべく低くなるようにしている。

ところが、実際に軸流送風機を機器に組み込んだ際に機器のシステムインピーダンスが多少異なっていたりした場合、軸流送風機の実際の動作点が目標動作点からずれてしまう。この結果、軸流送風機の作動音が増大するおそれがある。軸流送風機の動作点を実際の機器のシステムインピーダンスに合わせるように軸流送風機の構造を変更することで調整することができる。例えば動翼や静翼の形状を変更することで、目標動作点をずらすことができる。

しかし、軸流送風機の動翼や静翼の形状を機器のシステムインピーダンスに合わせて変更するためには、形状の異なる動翼や静翼を構成するケーシングを多数準備しておき、動翼や静翼の形状が異なる軸流送風機を機器に組み込みながら調整する必要がある。この作業には時間がかかりその分のコストが増大してしまう。また、形状の異なる動翼や静翼を準備しておくには、動翼やケーシングを成形するための金型を数多く準備する必要があり、多大なコストがかかってしまう。

そこで、簡単な構造の変更で軸流送風機の騒音を低減することのできる技術の開発が望まれている。

一実施形態によれば、回転して空気流を発生させる動翼と、前記動翼が収容されたケーシングと、前記ケーシングの内面に嵌合する嵌合部を有し、前記ケーシングの内面に突起又は段差を形成し、前記ケーシングに着脱自在なアダプタとを有する軸流送風機が提供される。

アダプタはケーシングに着脱自在である。機器毎に送風機本体を変更する必要が無く、各機器に最適なアダプタを選択することで騒音低減が図れるため、低コスト化が図れる。

乱流発生段差が設けられた軸流送風機の断面図である。 アダプタを軸流送風機に組み込む前の状態を示す断面図である。 アダプタを組み込んだ後の軸流送風機の断面図である。 アダプタを軸流送風機に組み込む前の状態を示す斜視図である。 アダプタの嵌合部の先端形状を示す図である。 アダプタを軸流送風機の開放側から組み込む前の状態を示す断面図である。 図６に示すアダプタを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 スリットを設けたアダプタを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 傾斜したスリットを設けたアダプタを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 フィンガーガードが設けられたアダプタの側面図である。 軸流送風機に組み込むアダプタの選定手順のフローチャートである。 目標動作点が風量０．４５ｍ^３／ｍｉｎ、静圧３００Ｐａとなるように設計された二重反転式軸流送風機に対して、目標動作点を変えずに、４種類の乱流発生用段差を形成した場合の作動音（騒音）と静圧−風量特性を示す図である。 目標動作点が風量０．４５ｍ^３／ｍｉｎ、静圧３００Ｐａとなるように設計された二重反転式軸流送風機を、風量０．４ｍ^３／ｍｉｎ及び静圧３２０Ｐａの目標動作点に変更した場合において、４種類の乱流発生用段差を形成した場合の作動音（騒音）と静圧−風量特性を示す図である。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

本発明者は、軸流送風機のケーシングの内面に突起や段差を設けることにより、ケーシング内を流れる空気に乱流を発生させると、作動音を低減することができることを見いだした。図１は乱流発生段差が設けられた軸流送風機の断面図である。

図１において、円筒状のケーシング２の内部に静翼４と動翼６が設けられている。動翼６が回転することで図１の矢印方向の空気流が発生する。

図１に示す軸流送風機おいて、通常は円筒状の内面であるケーシング２の内面２ａに段差（又は突起）が設けられている。この段差がケーシング２内を流れる空気に乱流を生じさせる。これにより、軸流送風機の静圧−風量特性が変化し、作動音を低減することができる。突起又は段差の部分に空気流がぶつかって乱流が発生し、乱流内で動翼６が回転することで軸流送風機の静圧−風量特性が変化し、作動音が変化（低減）するものと考えられる。

このように乱流を発生させるための突起や段差は、ケーシング２の内面２ａに突起や段差ができるようにケーシング２を成形することで設けることができる。しかし、突起や段差をケーシング２の一部として成形した場合、突起の形状や段差の高さ等を変更するためには、ケーシング２全体を交換しなければならない。そこで、本発明者は、ケーシング２の内面２ａは従来のままの円筒形状し、ケーシング２の内面２ａにアダプタを取り付けて突起又は段差を設けることを考えた。

図２は段差を設けるためのアダプタを軸流送風機に組み込む前の状態を示す断面図であり、図３はアダプタを組み込んだ後の軸流送風機の断面図である。図４はアダプタを軸流送風機に組み込む前の状態を示す斜視図である。

図２乃至図４に示す軸流送風機１０は、円筒状のケーシング１２の内面に支持部１４が取り付けられ、支持部１４の中央部分に動翼１６の軸が支持された構造である。動翼１６が回転すると図中矢印の方向に空気流が発生する。

図２乃至図４に示す構造では、アダプタ２０は支持部１４の側からケーシング１２の内面１２ａに嵌め込まれる。アダプタ２０は、ケーシング１２の内面１２ａに嵌め込まれる円筒状の嵌合部２０ａと、嵌合部２０ａの一端側で嵌合部２０ａに対して垂直に延在するストッパ部２０ｂとを有する。ストッパ部２０ｂは、軸流送風機１０の一端側のフランジ部１０ａとほぼ同じ形状であり、フランジ部１０ａに差し込まれるピン１０ｂが挿入されるピン孔２０ｃを有している。また、嵌合部２０ａは、支持部１４をケーシングに固定する部分を避けるための切り欠き２０ｄが設けられている。

図３に示すようにアダプタ２０の嵌合部２０ａをケーシング１２の内面１２ａに嵌め込むと、ストッパ部２０ｂは軸流送風機１０のフランジ部１０ａに突き当たる。この状態で嵌合部２０ａの先端は動翼１６の近傍に位置することとなり、嵌合部２０ａの先端部分により段差が形成される。この段差により動翼１６の近傍に乱流を発生させる。

嵌合部２０ａの先端の位置はストッパ部２０ｂが軸流送風機１０のフランジ部１０ａに突き当たったときの位置であり、嵌合部２０ａの一端側にストッパ部２０ｂを設けることにより、ケーシング１２内での嵌合部２０ａの先端を精度よく位置決めすることができる。すなわち、ストッパ部２０ｂが軸流送風機１０のフランジ部１０ａに突き当たるまで嵌合部２０ａをケーシング１２に挿入するだけで、嵌合部２０ａの先端を精度よく位置決めすることができ、ケーシング１２の内面１２ａの精確な位置に段差を形成することができる。

段差の高さ及び形状は図２、図３に示す高さ及び形状に限られず、乱流の発生具合をみながら変更することができる。段差の高さはアダプタ２０の嵌合部２０ａの厚みに相当するので、嵌合部２０ａの厚みを変更することで段差の高さを調整することができる。また、段差の形状は、嵌合部２０ａの先端の形状に相当するので、嵌合部２０ａの先端部を図５（ａ）に示すように傾斜面としたり、図５（ｂ）に示すように湾曲面とすることで、段差の形状を変更することができる。

図２、図３に示すアダプタ２０は、軸流送風機１０の支持部形成側からケーシング１２に挿入するような形状となっているが、アダプタ２０を反対側からケーシング１２に挿入するような形状としてもよい。

図６はアダプタ２０を軸流送風機１０の開放側からケーシング１２に挿入する状態を示す断面図である。図６に示すアダプタ２０Ａは、開放側（空気が流入する側）から挿入するような形状となっている。具体的には、ケーシング１２の内面１２ａに嵌合する嵌合部２０Ａａは、図２及び図３に示すアダプタ２０の嵌合部２０ａより短くなっている。軸流送風機１０の開放側には支持部が設けられていないので、その分だけ嵌合部２０Ａａの長さを短くして嵌合部２０Ａａの先端部が動翼１６の近傍の所定の位置となるようにしている。また、嵌合部２０Ａａを挿入するときには、支持部１４を通過させる必要が無いため、嵌合部２０Ａａに切り欠きを設ける必要は無く、円筒状のままでよい。

図７はアダプタ２０Ａを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。アダプタ２０Ａは、アダプタ２０と同様にストッパ部２０Ａｂを有しており、嵌合部２０Ａａをケーシング１２に挿入する際に、ストッパ部がケーシング１２の開放側端部に当接することで、嵌合部２０Ａａの先端部が所定の位置に配置される。

図８は、図２、図３に示すアダプタの変形例であるアダプタ２０Ｂを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。アダプタ２０Ｂの嵌合部２０Ｂａはアダプタ２０と同様に支持部１４を通過するための切り欠き２０ｄを有しているが、切り欠き２０ｄ以外にも切り欠き２０ｄと同様な形状のスリット２０Ｂｅが設けられている。したがって、アダプタ２０Ｂの嵌合部２０Ｂａは、ストッパ部２０Ｂｂから延在する複数の短冊部２０Ｂｆにより形成されている。

ここで、動翼１６の回転によりケーシング１２の内面１２ａの付近に空気の旋回流が生じることがある。この場合、図８に示すアダプタ２０Ｂのように軸方向に延在するスリット２０Ｂｅにより短冊部２０Ｂｆが形成されていると、旋回流が短冊部２０Ｂｆと干渉して騒音の発生源となるおそれがある。そこで、図９に示すように、軸方向に対して傾斜したスリット２０Ｃｆを設けて傾斜した短冊部２０Ｃｆを形成してもよい。短冊部２０Ｃｆの傾斜角度は、動翼１６の回転により発生する螺旋状の旋回流の角度に基づいて決定することで、旋回流と短冊部２０Ｃｆとの干渉を抑制することができ、旋回流に起因する騒音を抑制することができる。

なお、図１０に示すように、上述のアダプタ（例えばアダプタ２０Ａ）に対して、指が軸流送風機に入らないようにするフィンガーガード３０を設けることにより、アダプタにフィンガーガード機能を持たせることとしてもよい。

次に、軸流送風機に組み込むアダプタの選定手順について、図１１を参照しながら説明する。図１１は軸流送風機に組み込むアダプタの選定手順のフローチャートである。

まず、機器に組み込む軸流送風機の特性を求め（Ｓ１）、且つ機器のシステムインピーダンス（機器内の空気流に対する抵抗損失）を求める（Ｓ２）。そして、軸流送風機の特性と機器のインピーダンスとにより、軸流送風機が機械に組み込まれた際に軸流送風機が動作する動作点を求め、その動作点における軸流送風機の作動音（騒音）を求める（Ｓ３）。次に、Ｓ３で求めた作動音が許容値以下あるか否かを判定し（Ｓ４）、作動音が許容値以下である場合は、作動音（騒音）を改善する必要は無いとして、その軸流送風機はそのまま完成品とする（Ｓ５）。一方、作動音が許容値を超えている場合は、作動音（騒音）を改善する必要があるとして、乱流発生用突起又は段差を形成する（Ｓ７）。このとき、乱流発生用突起又は段差を形成するためのアダプタを予め準備しておく（Ｓ６）。アダプタを軸流送風機にアダプタを取り付けたら、軸流送風機を機器に組み込んで作動音（騒音）を確認し、作動音（騒音）が許容値以下であったらそのアダプタを組み込んだ軸流送風機を完成品とする（Ｓ５）。

以上のアダプタの選定手順によれば、様々な形状のアダプタを準備しておき、いろいろと取り替えながら作動音を確認して、最適なアダプタを見つけることができる。このとき、上述のようにアダプタをケーシングに挿入して取り付けるだけで、乱流発生用突起又は段差を精確な位置に容易に形成することができる。また、アダプタをケーシングに挿入して嵌合するだけなので、異なる形状のアダプタに容易に交換することができ、短時間で容易に適切なアダプタを選定することができる。

次に、上述の乱流発生用突起又は段差をケーシングの内面に形成したときの効果について簡単に説明する。上述の実施形態では、軸流送風機として一段式軸流送風機（シングルファン）に乱流発生用突起又は段差を形成しているが、動翼を軸方向に二段に重ねた二重反転式軸流送風機（二重反転ファン）に乱流発生用突起又は段差を形成してもよい。例えば、二重反転式軸流送風機の、互いに反対方向に回転する二つの動翼の間の位置に乱流発生用突起又は段差を形成することで、二段目の動翼の付近で乱流を発生させ、作動音を低減する。二重反転式軸流送風機は、通常、前段の送風機と後段の送風機間で分離が可能となっており、この場合のアダプタは後段動翼を形成する軸流送風機の支持部形成側から挿入しているが、開放側（空気が流出する側）から挿入しても良い。

図１２は、目標動作点が風量０．４５ｍ^３／ｍｉｎ、静圧３００Ｐａとなるように設計された既存の二重反転式軸流送風機（ノーマル（ａ））に対して、目標動作点を変えずに、４種類（（ｂ）乃至（ｅ））の乱流発生用段差を形成した場合の作動音（騒音）と静圧−風量特性を示している。図１２（ａ）において、「凸１ｍｍ」とは乱流発生用段差（半径方向の高低差）の寸法が１ｍｍであることを意味する。図１２（ａ）に示すように、目標動作点で作動音（騒音）が所定の音圧レベルとなるように、前段インペラ、後段インペラ及び中段静止部が設けられた二重反転式軸流送風機において、乱流発生用突出面（乱流発生用段差）を中段静止部の近傍に設けることは、作動音の増加原因となることがある。このような場合、図１２（ｂ）に示すように、目標動作点は変わっていない。

一方、図１３は、目標動作点が風量０．４５ｍ^３／ｍｉｎ、静圧３００Ｐａとなるように設計された既存の二重反転式軸流送風機（ノーマル（ａ））を、風量０．４ｍ^３／ｍｉｎ及び静圧３２０Ｐａの目標動作点に変更した場合（ノーマル（ａ１））において、４種類（（ｂ１）乃至（ｅ１））の乱流発生用段差を形成した場合の作動音（騒音）と静圧−風量特性を示している。図１３（ａ）に示すように、目標動作点の風量を下げて使用するときは、径方向に０．２ｍｍの高低差を有する乱流発生用突出面を設けると、乱流発生用突出面を設けない場合「ノーマル（ａ１）よりも作動音が低下する。これにより、前段インペラ、後段インペラ及び中段静止部の形状、寸法を変更せずに、乱流発生用突出面を設けるだけで作動音を低減できることがわかる。言い換えると、すでに特定の目標動作点で使用するために設計した軸流送風機の目標動作点が変更された場合に増大する作動音を、乱流発生用突出面（乱流発生用段差）を設けることにより低減できることを示している。

以上の如く、本明細書は以下の事項を開示する。
（付記１）
回転して空気流を発生させる動翼と、
前記動翼が収容されたケーシングと、
前記ケーシングの内面に嵌合する嵌合部を有し、前記ケーシングの内面に突起又は段差を形成し、前記ケーシングに着脱自在なアダプタと、
を有する軸流送風機。
（付記２）
付記１に記載の軸流送風機であって、
前記嵌合部の一端側に形成され、前記ケーシングの軸方向に垂直な方向に延在するストッパ部
を有する軸流送風機。
（付記３）
付記１又は２に記載の軸流送風機であって、
前記アダプタの前記嵌合部は、前記ケーシングの軸方向に延在する複数の短冊部を含む軸流送風機。
（付記４）
付記１又は２に記載の軸流送風機であって、
前記アダプタの前記嵌合部は、前記ケーシングの軸方向に対して所定の角度だけ傾斜して延在する複数の短冊部を含む軸流送風機。
（付記５）
付記１乃至４のうちいずれか一項記載の軸流送風機であって、
前記ストッパ部は、前記ケーシングの空気流出側端部に当接している軸流送風機。
（付記６）
付記１乃至４のうちいずれか一項記載の軸流送風機であって、
前記ストッパ部は、前記ケーシングの空気流入側端部に当接している軸流送風機。
（付記７）
付記１乃至６のうちいずれか一項記載の軸流送風機であって、
前記嵌合部の先端部は、傾斜面又は湾曲面である軸流送風機。
（付記８）
付記１乃至７のうちいずれか一項記載の軸流送風機であって、
前記アダプタはフィンガーガードを有する軸流送風機。

１０ 軸流送風機
１０ａ フランジ部
１０ｂ ピン
１２ ケーシング
１２ａ 内面
１４ 支持部
１６ 動翼
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ アダプタ
２０ａ，２０Ａａ，２０Ｂａ，２０Ｃａ 嵌合部
２０ｂ，２０Ａｂ，２０Ｂｂ，２０Ｃｂ ストッパ部
２０ｃ ピン孔
２０ｄ 切り欠き
２０Ｂｅ，２０Ｃｅ スリット
２０Ｂｆ，２０Ｃｆ 短冊部

Claims (6)

1. 回転して空気流を発生させる動翼と、
   前記動翼が収容されたケーシングと、
   前記ケーシングの内面に嵌合する嵌合部を有し、前記ケーシングの内面に突起又は段差を形成し、前記ケーシングに着脱自在なアダプタと、
   を有する軸流送風機。
2. 請求項１に記載の軸流送風機であって、
   前記嵌合部の一端側に形成され、前記ケーシングの軸方向に垂直な方向に延在するストッパ部
   を有する軸流送風機。
3. 請求項１又は２に記載の軸流送風機であって、
   前記アダプタの前記嵌合部は、前記ケーシングの軸方向に延在する複数の短冊部を含む軸流送風機。
4. 請求項１又は２に記載の軸流送風機であって、
   前記アダプタの前記嵌合部は、前記ケーシングの軸方向に対して所定の角度だけ傾斜して延在する複数の短冊部を含む軸流送風機。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の軸流送風機であって、
   前記ストッパ部は、前記ケーシングの空気流出側端部に当接している軸流送風機。
6. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の軸流送風機であって、
   前記ストッパ部は、前記ケーシングの空気流入側端部に当接している軸流送風機。

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