JP5549593B2 - 軸流ファンおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸流ファンの風量特性向上に関する。

近年の電子機器は、高性能化に伴い電子機器の内部に配置される電子部品の発熱量が増加の一途を辿っている。筐体内部に高温の空気の滞留を最小限に抑制し、高温の空気を筐体内から外部に排出することを目的としてファン装置がこれら電子機器と併せて用いられる。よって、電子機器が高性能を発揮するためには、筐体内の冷却は必須である。

電子機器の筐体内においては、多数の電子部品が配置されている。この場合、これら多数の電気的部品によって筐体内に空気の流れの流路抵抗が発生する。ファン装置は、流路抵抗がゼロの場合に風量が最大となる。逆に、流路抵抗によってファン装置の流路が完全に塞がれた場合にファン装置の風量が最小となる。電子機器内の流路抵抗によって、ファン装置には負荷がかかっているため、最大風量に比べて小さい風量しか実際には得ることができない。

電子機器内で使用されるファン装置としては主に２種類がある。遠心ファンと、軸流ファンである。遠心ファンは、高静圧を発生し、筐体内の流路抵抗が高い場合でも、一定の風量を安定して提供することができる。ただし、軸流ファンに比べて、遠心ファンは発生する風量が小さい。軸流ファンは、遠心ファンほど高静圧を発生できないが、より大きな風量を発生することができる。

電子機器の筐体内を冷却するために、大きな風量が求められる場合においては、軸流ファンが選定される。近年において、軸流ファンは電子機器の冷却装置として、頻繁に用いられている。

そこで、電子機器の冷却手段として軸流ファンを採用する場合に、軸流ファンにおいて中間静圧域つまり流路抵抗における風量特性の改善が求められる。これまでは、軸流ファンの羽根形状を変更することで、風量特性の改善を図っていた。

羽根形状を変更する代わりに、本発明の好ましい実施形態においては、風量特性の改善を図るために変更された風洞部を有する改善されたファンが提供される。

本発明の好ましい実施形態にかかる軸流ファンは、複数の羽根を有するインペラと、モータ部と、ベース部と、風洞部と、複数の支持部とを備える。前記複数の羽根は、周方向に配列されるように、中心軸を中心に中心軸から径方向外方に向けて突出している。前記モータ部は、中心軸を中心として前記インペラを回転させる。前記ベース部は前記モータ部を支持する。前記風洞部は、空気流路を構成するために、前記インペラを径方向外方から囲んでいる。前記複数の支持部は、前記風洞部と連結固定されるように、前記ベース部から径方向外方に向けて突出する。

前記風洞部は、前記中心軸方向の一端に上側開口部および他端に下側開口部を有しており、前記上側開口部および前記下側開口部はそれぞれ、前記中心軸方向に略垂直な方向において各開口端に向かって、空気流路の断面積が大きくなる傾斜面を有しており、前記上側開口部側の傾斜面と前記下側開口部側の傾斜面の間には、前記中心軸方向に略垂直な方向において空気流路の断面積がほぼ一定となるストレート部が構成されており、前記ストレート部には径方向に貫通する複数のスリットが前記中心軸を中心として周方向に配列されており、これにより前記風洞部の径方向内方側と径方向外方側との間に空気が流れ、前
記中心軸方向から見た場合、前記風洞部の外周は略方形であり、前記風洞部は、当該略方形の各辺に対応する外周面を有し、前記複数のスリットは、前記風洞部の複数の外周面のうちの少なくとも２面以上の前記複数の外周面に形成され、前記複数のスリットの貫通方向は、前記複数の外周面毎に、前記複数のスリットが形成される前記外周面に略垂直な直線に対して傾斜しており、前記複数の各外周面内において互いに略平行であり、前記複数のスリットが形成される前記複数の外周面のうちの少なくとも２面以上の前記外周面において互いに異なり、前記スリットの長手方向が、前記中心軸方向と略平行もしくは前記中心軸方向となす角が鋭角となり、前記複数のスリットのそれぞれは、前記風洞部の角部から間隔を空けて形成されている。
または、前記風洞部は、前記中心軸方向の一端に上側開口部および他端に下側開口部を有しており、前記上側開口部および前記下側開口部はそれぞれ、前記中心軸方向に略垂直な方向において各開口端に向かって、空気流路の断面積が大きくなる傾斜面を有しており、前記上側開口部側の傾斜面と前記下側開口部側の傾斜面の間には、前記中心軸方向に略垂直な方向において空気流路の断面積がほぼ一定となるストレート部が構成されており、前記ストレート部には径方向に貫通する複数のスリットが前記中心軸を中心として周方向に配列されており、これにより前記風洞部の径方向内方側と径方向外方側との間に空気が流れ、前記中心軸方向から見た場合、前記風洞部の外周は略方形であり、前記風洞部は、当該略方形の各辺に対応する外周面を有し、前記複数のスリットは、前記風洞部の複数の外周面のうちの少なくとも３面以上の前記複数の外周面に形成され、前記複数のスリットの貫通方向は、前記複数のスリットが形成される前記複数の外周面のそれぞれに対して略垂直であり、前記複数の各外周面内において互いに略平行であり、前記スリットの長手方向が、前記中心軸方向と略平行もしくは前記中心軸方向となす角が鋭角となり、前記複数のスリットのそれぞれは、前記風洞部の角部から間隔を空けて形成されている。

以上の構成により、風洞部に流入された空気流がストレート部に達する際に空気流の流速が著しく上昇し、大気圧に対して空気流には相対的な負圧が生ずる。この効果によって、風洞部に形成された複数のスリットを通過して空気が流入され、軸流ファンが軸方向に排出する風量が増加する。

また、前記風洞部の前記外周における前記複数のスリットが形成される前記各辺に対応する前記外周面のそれぞれにおいて、前記複数のスリットの貫通方向は好ましくは互いに平行または略平行である。この構成により、空気流はスリットを通過してエネルギ損失が少ない状態で風洞部内部に流入され、更に、軸流ファンから排出される風量が増加する。

本発明の他の特徴、要素、有利性、特性は、添付の図面を参照して下記に示す好ましい実施形態についての詳細な説明からより明らかになるであろう。

本発明にかかる好ましい実施形態を示す軸流ファンの断面図である。

本発明にかかる好ましい実施形態の軸流ファンを中心軸方向において図１の上方から見た平面図である。

本発明にかかる好ましい実施形態の軸流ファンの風洞部を示す斜視図である。

本発明にかかる好ましい実施形態の風洞部を径方向外方から見た平面図である。

図４のＤ−Ｄ´線で切断した、本発明にかかる好ましい実施形態の風洞部の断面を示した断面図である。

本発明にかかる別の好ましい実施形態の、図５に示される風洞部の断面を示した断面図である。

本発明にかかる好ましい実施形態の風洞部を成形するための金型を示す平面図である。

本発明にかかる別の好ましい実施形態の風洞部を成形するよう配列された金型を示す平面図である。

本発明にかかる好ましい実施形態の羽根の前縁の傾斜を示す平面図である。

風洞部を径方向外方から見た、本発明にかかる別の好ましい実施形態のスリットを示す平面図である。

本発明の好ましい実施形態について、図１から図９を参照して詳細に説明する。なお、本発明の好ましい実施形態における説明では、異なる部品間の位置関係および方向が上下や左右と記載される場合、これは極言すれば、図面における位置関係および方向を示し、一旦実際の機器に取り付けられた部品間の位置関係および方向を示すものではない。また、以下の説明においては、中心軸Ｊ１に平行または略平行な方向を軸方向とし、中心軸Ｊ１に垂直または略垂直な方向を径方向として示している。
第１の好ましい実施形態

図１は本発明にかかる好ましい実施形態を示す軸流ファンＡの断面図である。図２は本発明にかかる好ましい実施形態の軸流ファンＡを中心軸Ｊ１方向において図１の上方から見た平面図である。

軸流ファンＡの回転体は、有蓋略円筒状のロータヨーク３１の外側面にインペラ２が取り付けられて構成されている。インペラ２の構成に関しては後述する。ロータヨーク３１には、シャフト３２の一端部が締結固定されている。ロータヨーク３１は、シャフト３２を中心として回転する。シャフト３２の回転軸を中心軸Ｊ１とする。ロータヨーク３１の内部にはモータ部３が収容されている。

インペラ２は径方向外方側から内周面が略円筒形状である風洞部１０によって囲まれている。つまり、風洞部１０は、インペラ２が中心軸Ｊ１を中心に回転した際に発生する空気流を方向づける空気流路を構成する。径方向における羽根２１と風洞部１０との間には、接触を防ぐ間隙が形成されている。風洞部１０の外形形状は、好ましくは図２に示すように略方形である。電子機器等に軸流ファンＡを取り付けるための取付孔１０１が、好ましくは風洞部１０の四隅の角部にそれぞれ形成されている。取付孔１０１は、風洞部１０の四隅の角部を中心軸Ｊ１方向に貫通している。

風洞部１０は、その上端および下端にそれぞれ上側開口部と下側開口部とを有している。風洞部１０の上側開口部には、中心軸Ｊ１に垂直または略垂直な空気流路の断面積が風洞部１０の上端部に向けて徐々に拡大するように、傾斜面１１ａ，１１ａ１が形成されている。つまり、傾斜面１１ａ，１１ａ１は、中心軸Ｊ１方向上方側に向かうに従い、中心軸Ｊ１から離れる。特に、傾斜面１１ａは、中心軸Ｊ１を略中心とする円錐面の一部を構成する。

風洞部１０の下側開口部には、中心軸Ｊ１に垂直または略垂直な空気流路の断面積が中心軸Ｊ１方向下方側に向けて徐々に拡大するように、傾斜面１１ｂ，１１ｂ１が形成されている。つまり、傾斜面１１ｂ，１１ｂ１は、中心軸Ｊ１方向下方側に向かうに従い、中心軸Ｊ１から離れる。特に、傾斜面１１ｂは、中心軸Ｊ１を略中心とする円錐面の一部を構成する。

ただし、傾斜面１１ａ，１１ｂについては、中心軸Ｊ１に垂直または略垂直な空気流路の断面積が中心軸Ｊ１方向下方もしくは上方に向けて拡大するような形状であれば円錐面には限定されない。

また、図１および図２に示す好ましい本実施形態においては、風洞部１０の四隅の角部を除く部位に傾斜面１１ａ１，１１ｂ１が形成されているが、この傾斜面１１ａ１，１１ｂ１の傾斜角度は微小である。このため、傾斜面１１ａ１，１１ｂ１が形成されていなかった場合においても、風量特性に大きな影響を与えない。よって、傾斜面１１ａ１，１１ｂ１の有無に関しては特に要求されない。

中心軸Ｊ１方向において、傾斜面１１ａと傾斜面１１ｂとの間には、中心軸Ｊ１と風洞部１０の内周面との距離が内周面のいずれの位置においてもほぼ一定となるストレート面１１ｃが形成されている。風洞部１０は、金型を用いて射出成形によって形成されるのが好ましいが、他のいかなる望ましい形成方法が採用されてもよい。風洞部１０を形成する際、ストレート面１１ｃには、上方側に向けて中心軸Ｊ１からの距離が遠くなるような微小な傾斜面が構成されている。これは、金型から成形品を離型することを考慮して設定された抜き勾配（ｄｒａｆｔ ａｎｇｌｅ）と呼ばれる傾斜であって、軸流ファンＡの風量特性にはほぼ影響を与えない。

風洞部１０の径方向内方には、モータ部３を支持固定するベース部１２が配置されている。更に詳しく説明すると、ベース部１２は、中心軸Ｊ１方向において風洞部１０の下端部に対応する位置に配置される。ベース部１２は、中心軸Ｊ１を中心とする有蓋略円筒状に形成されている。また、ベース部１２の中央には、中心軸Ｊ１を中心とする有蓋略円筒状の軸受ハウジング１２ａが構成されている。軸受ハウジング１２ａの内周面には、後述する軸受を構成するスリーブ３４が支持されている。

好ましくは、ベース部１２の外側面には、例えば４本の支持リブ１３が、径方向外方に向けて突設されている。更に、支持リブ１３は、ベース部１２の外側面に中心軸Ｊ１を中心として周方向に配列されている。支持リブ１３は径方向外方において、風洞部１０の内周面に連結接続されている。更に詳しく説明すると、支持リブ１３は、風洞部１０の内周面である傾斜面１１ｂに連結接続されている。よって、ベース部１２は、支持リブ１３によって風洞部１０に支持されている。風洞部１０とベース部１２と複数の支持リブ１３とは、好ましくは射出成形によって互いに連続的に一体形成されている。よって、用いられる材料は好ましくは樹脂である。ただし、他のいかなる望ましい材料を採用することができる。例えば、アルミニウム合金等によるダイカストによって風洞部１０とベース部１２と複数の支持リブ１３とが互いに連続的に一体形成されてもよい。

軸受ハウジング１２ａの内部には、スリーブ３４が固定されていることが好ましい。また、シャフト３２は、スリーブ３４に支えられる。シャフト３２は、スリーブ３４によって回転可能に支持され、軸受が構成される。スリーブ３４は、例えば焼結体のような多孔質材料に潤滑用オイルを含侵させた円筒状の部材である。スリーブ３４は潤滑用オイルが含侵されていることにより、スリーブ３４の内周面とシャフト３２との間の径方向の間隙には潤滑用オイルが供給される。つまり、シャフト３２は潤滑用オイルを介してスリーブ３４に回転自在に支持される。なお、軸受は上述のような潤滑オイルを介してシャフト３２を回転自在に支持するスリーブ３４を用いたすべり軸受に限定されず、例えばボールベアリングのような転がり軸受を使用してもよい。軸受部材の種類については、軸流ファンＡに要求される特性及びコストを考慮して適宜選択すればよい。

ロータヨーク３１の内周面には、略円筒状のロータマグネット３３が固定されている。ロータマグネット３３は、複数の磁極が周方向において交互に並ぶように着磁されている。ロータマグネット３３の内方にはステータ部が配置されている。ステータ部は、ステータコア３５と、コイル３７と、インシュレータ３６と、回路基板３８と、を備えている。ステータコア３５は、軸受ハウジング１２ａの外側面に支持されている。ステータコア３５には、インシュレータ３６を介して銅線が巻き付けられコイル３７が構成されている。好ましくは、ステータコア３５の下端には、回路基板３８が配置されている。回路基板３８は、インペラ２の回転を制御する回転制御回路を有するのが好ましい。

回路基板３８には、電子部品（図示せず）およびコイル３７の端末がプリント基板上に実装されることで回転制御回路が構成されている。外部電源（図示せず）から供給された電流を、例えばＩＣやホール素子等の電子部品を介してコイル３７に流すことにより、ステータコア３５の外周面に発生する磁束を制御することができる。磁束を制御することにより、ステータコア３５の外周面に発生する磁束とロータマグネット３３に着磁された磁束との相互作用により中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生され、このトルクによってインペラ２が中心軸Ｊ１を中心に回転する。

インペラ２の構成に関して以下に詳述する。インペラ２は、図１に示されているように、有蓋略円筒状のインペラカップ部２２と、中心軸Ｊ１を中心として回転することで空気流を発生する複数の羽根２１とを備えている。複数の羽根２１は、図２に示されているように、インペラカップ部２２の外側面において、中心軸Ｊ１を周方向に等間隔に囲むように配設されている。インペラ２が回転することにより空気が下方向（図１における下方向）に押し出され、中心軸Ｊ１方向の気流が発生する。

次に、風洞部１０に関して詳しく説明する。図３は、軸流ファンＡの風洞部１０を示す斜視図である。図中、便宜上、モータ部３およびインペラ２等は図示を省略している。図４は風洞部１０を径方向外方から見た平面図である。風洞部１０のストレート面１１ｃには、図３に示されているように、径方向外方に向けて貫通する複数のスリット１１０が形成されている。複数のスリット１１０は、図４に示されているように、それぞれの長手方向が中心軸Ｊ１に対して傾斜角αを有している。傾斜角αは、０度以上約９０度未満の範囲が好ましい。また、図４には、径方向外方から見た羽根２１が（破線にて）示されている。羽根２１の回転方向Ｒの最前方に位置する前縁２１１と回転方向Ｒの最後方に位置する後縁２１２とを結んだ線を羽根２１の翼弦Ｃとする。この際、羽根２１の翼弦Ｃと各スリット１１０の長手方向Ｌとがなす角度βが、約９０度より大きくなるようにスリット１１０が配列されている。スリット１１０は、好ましくはストレート面１１ｃの中心軸Ｊ１方向全域に亘って配列されている。ただし、スリットはストレート面１１ｃの中心軸Ｊ１方向全域に亘るよりも短く配列されてもよい。なお、好ましい本実施形態においてスリット１１０は、ストレート面１１ｃに対応する部位にのみ形成されているが、傾斜面１１ａ，１１ａ１，１１ｂ，１１ｂ１に跨って形成されていてもよい。

羽根２１が中心軸Ｊ１を中心に回転した際に発生する空気流は、羽根２１の翼弦Ｃに対して約９０度よりも大きい方向である。羽根２１が、中心軸Ｊ１を中心として回転した際に、軸流ファンＡに進入してくる空気は、翼弦Ｃと平行ではなく、翼弦Ｃに対して角度を有している。この角度を迎え角とする。羽根２１が中心軸Ｊ１を中心として回転した際に羽根２１によって下側に押し出される空気流の角度は、翼弦Ｃに垂直または略垂直な方向に対して迎え角を加えたものとなる。よって、空気流は、翼弦Ｃに対して約９０度よりも大きな角度を有している。

インペラ２が中心軸Ｊ１を中心に回転し、図１における上方側に滞留している空気が図１における下方側に向けて流れる。その際に、軸流ファンＡの上方側に滞留する空気は、風洞部１０の内周面つまり傾斜面１１ａ，１１ａ１を通過して風洞部１０内に流入される。風洞部１０の内周面は、中心軸Ｊ１方向において傾斜面１１ａが形成される部位よりも、ストレート面１１ｃの部位の方が、空気流路の中心軸Ｊ１に垂直または略垂直な断面積が小さくなる。ベルヌーイの定理より、ストレート面１１ｃに沿って通過する空気流の方が、傾斜面１１ａに沿って通過する空気流より、流速が速くなる。ストレート面１１ｃに沿って通過する空気流は、他の領域に比べて流速が最も速くなっているため、ストレート面１１ｃの領域における圧力は風洞部１０の周りの気圧に対して負圧の状態となる。この効果により、複数のスリット１１０を通過して、風洞部１０の内周面側に空気が流入される。

スリット１１０を通過して風洞部１０の内周面側に流入される空気流の気流方向は、羽根２１によって中心軸Ｊ１方向下方側に向けて押し出される空気流の気流方向とほぼ同じになる。スリット１１０を通過する空気流に対する流路抵抗は、空気流がスリット１１０の長手方向Ｌと平行または略平行のときに最小となる。よって、スリット１１０の長手方向Ｌは、羽根２１によって中心軸Ｊ１方向下方側に向けて押し出される空気流の気流方向と平行または略平行であるのが好ましい。よって、スリット１１０の長手方向Ｌは、各羽根２１の翼弦Ｃに対して約９０度よりも大きな角度を有しているのが好ましい。複数のスリット１１０は、好ましくは外形が略方形の風洞部１０の各辺に対応する４つの外周面に形成されている。しかし、スリット１１０は４つより少ない外周面に形成されてもよい。

図４には、風洞部１０の４つの外周面うちの１つを、外周面に対して垂直方向外方から見た状態が示されている。また、図４には、破線にて外周面に最も近い羽根２１が示されている。図４において、１つのスリット１１０の長手方向Ｌと翼弦Ｃとのなす角度をβとする。この際の角度βは、約９０度よりも大きい。スリット１１０の長手方向Ｌを基準として、１つの外周面に形成される複数または全てのスリット１１０同士の長手方向Ｌはほぼ等しい。この構成により、風洞部１０の外方から複数のスリット１１０を通過して効率良く空気が流入される。これら複数のスリット１１０は、他の外周面においても同様に配列されるのが好ましい。ただし、軸流ファンＡを電子機器に取り付ける際に、風洞部１０に電子機器の一部によって覆われる外周面がある場合、もしくは並列して配置される他の軸流ファンによって覆われることになる外周面が風洞部１０にある場合には、その外周面にはスリットを設けなくても良い。また、複数のスリット１１０の長手方向Ｌが互いに平行または略平行でない場合でも、風洞部１０の外方の空気は複数のスリット１１０を通過して風洞部１０の内周面側に効率良く流入される。ここで、風洞部１０に形成されるスリット１１０の数は特に限定されず、複数のスリット１１０によって開口される開口面積が大きくなるほど、風洞部１０の外方から複数のスリット１１０を通過して風洞部１０の内周面側に流入される空気の量は多くなる。

図５は、図４のＤ−Ｄ´線で切断した風洞部１０の断面を示した断面図である。複数のスリット１１０の貫通方向Ｔは、図５に示されているように、風洞部１０の外形の各辺に対応する外周面に対して垂直または略垂直な各方向Ｅと平行または略平行である。それぞれ１つの外周面に形成される複数のスリット１１０の貫通方向Ｔは、外周面に対して垂直または略垂直である各方向Ｅと平行または略平行である。複数の外周面のそれぞれに形成される複数のスリット１１０の貫通方向Ｔは、互いに平行または略平行である。この構成により、スリット１１０を通過して風洞部１０の外周面側から内周面側に流入する空気流の方向がほぼ一定となる。よって、複数のスリット１１０を通過して風洞部１０内に効率良く空気が流入される。

図６は、本発明にかかる別の好ましい実施形態の風洞部１０の断面を示した断面図である。複数のスリット１１０ａの貫通方向Ｔ１は、図６に示されているように、風洞部１０ａの外形の各辺に対応する外周面に対して垂直または略垂直な各方向Ｅに対して角度δを有している。それぞれ１つの外周面に形成される複数のスリット１１０ａの貫通方向Ｔ１は、４つの外周面に対して垂直または略垂直な各方向Ｅに対して角度δを有している。複数の外周面のそれぞれに形成される複数のスリット１１０ａの貫通方向Ｔ１は、外周面に対して垂直または略垂直な各方向Ｅに対して角度δを有している。この構成により、スリット１１０ａを通過して風洞部１０ａの外周面側から内周面側に流入する空気流の方向がほぼ一定となる。よって、複数のスリット１１０ａを通過して風洞部１０ａ内に効率良く空気が流入される。

以下に、角度δに関して説明する。図６においては、インペラ２は図示されていないが、インペラ２の回転方向Ｒは、図６に示されているように、反時計周りとなっている。これに対して貫通方向Ｔ１は、径方向外方の開口１１０２が径方向内方の開口１１０１から、外周面に対して垂直または略垂直な各方向Ｅを基準にして、インペラ２の回転方向Ｒに対して反対側に傾いている。インペラ２が回転することによって発生する空気流は、インペラ２の回転方向Ｒと略同一方向の旋廻方向成分を有している。よって、スリット１１０ａを通過する空気流をインペラ２の回転方向Ｒに可能な限り近づけるのが理想的である。

図３、図５、図６に示されているように、風洞部１０，１０ａを径方向外方から見て複数のスリット１１０，１１０ａは、風洞部１０，１０ａの外形の四隅の角部のそれぞれには形成されていないのが好ましい。これは、風洞部１０，１０ａのそれぞれの外形の四隅の角部に、軸流ファンＡを電子機器に取り付けるための取付孔１０１が形成されているからである。取付孔１０１は、風洞部１０，１０ａの四隅の角部を貫通するような形状が好ましい。風洞部１０，１０ａの四隅の角部にスリット１１０，１１０ａが形成された場合には、取付孔１０１にビス等の取付部材が挿通された際には、風洞部１０，１０ａの四隅の角部に形成されたスリット１１０，１１０ａを空気が通過しない。

図３を見れば分かるように、風洞部１０の中心軸Ｊ１方向上端と下端のそれぞれは略方形状に形成されているのが好ましい。これは、風洞部１０の強度を考慮して選択された形状である。図３に示す好ましい本実施形態においては、風洞部１０のそれぞれの外周面は平面にて形成されているのが好ましいが、風洞部１０はその内周面の形状に合わせて風洞部１０の径方向の肉厚が略同一になるような形状を有していても良い。

先の好ましい実施形態において記載された風洞部１０，１０ａは、その強度およびスリット１１０，１１０ａを通過する空気流入量および空気流入効率を考慮して選択されたものである。

以下に、風洞部１０，１０ａそれぞれの成形方法に関して説明する。図７は、風洞部１０を成形するよう配列された金型を示す平面図である。図８は、風洞部１０ａを成形するよう配列された金型を示す平面図である。

風洞部１０と、複数の支持リブ１３とベース部１２とは、好ましくは樹脂材料を用いた射出成形によって、成形される。好ましい本実施形態における風洞部１０の内周面、複数の支持リブ１３、ベース部１２は、中心軸Ｊ１方向にスライドする上金型および下金型にて成形される。上金型と下金型とを中心軸Ｊ１方向において互いに接触させることによって、上金型と下金型および後述するスライドコア４０との間に閉空間が構成され、閉空間内に溶融樹脂が射出される。前記閉空間は、風洞部１０および複数の支持リブ１３、ベース部１２の形状に合わせて形成されている。閉空間内において溶融樹脂が固化され、上金型と下金型とが互いに離間することで、一体に形成された風洞部１０と複数の支持リブ１３とベース部１２が得られる。上述の通り、風洞部１０、複数の支持リブ１３、ベース部１２はアルミニウム合金が用いられるダイカストによって形成されても良い。

例えば、アルミニウム合金にて風洞部１０と複数の支持リブ１３とベース部１２が形成される場合には、モータ部３にて発生した熱が、ベース部１２と支持リブ１３とを介して風洞部１０に伝達される。スリット１１０を空気流が通過することで、強制的に放熱することができる。また、風洞部１０にスリット１１０が形成されることによって、風洞部１０の放熱面積が増加する。よって、モータ部３で発生した熱を強制的に放熱することが可能である。

ただし、スリット１１０に関しては、中心軸Ｊ１方向にスライドする上金型および下金型のみでは成形することができない。スリット１１０は、風洞部１０を上金型および下金型のスライド方向つまり中心軸Ｊ１方向に見た場合、死角となる。上金型および下金型のスライド方向に見た場合に死角となる部位は、上下金型だけでは成形することができない。

よって、スリット１１０は、図７に示されているように、４つのスライドコア４０を用いて形成されるのが好ましい。４つのスライドコア４０はそれぞれ、風洞部１０の４つの外周面に対して略垂直な各方向と平行または略平行にスライドする。スライドコア４０はそれぞれ、径方向内方に向けて突出した複数のスリット形成部４１を備えているのが好ましい。スライドコア４０は、上金型および下金型のスライド動作に連動して中心軸Ｊ１と垂直または略垂直な方向にスライドする。上金型および下金型が互いに中心軸Ｊ１方向に接触しているときには、スライドコア４０は、上金型と下金型との接触面とその付近を径方向外方から覆っている。つまり、風洞部１０の外周面は、スライドコア４０によって形成される。上金型および下金型とスライドコア４０が互いに接触することで形成される閉空間内には上述のスリット形成部４１が入り込んでいる。スリット形成部４１は、上金型および下金型の風洞部１０の内周面を形成する部位まで延びている。金型により形成される閉空間内に溶融樹脂が射出された際に、樹脂はスリット形成部４１を避けて空間内に充填される。つまり、閉空間内のスリット形成部４１に該当する部位が風洞部１０のスリット１１０となる。また、上金型および下金型が中心軸Ｊ１方向に互いに離間しているときには、４つのスライドコア４０のそれぞれは上金型および下金型から離れた位置に向けて径方向外方にスライドされている。

上述の通り、複数のスリット１１０は、スライドコア４０によって形成される。つまり、複数のスリット１１０は、スライドコア４０のスライド方向Ｓ１のそれぞれと同様の方向に貫通している。また、スリット１１０の形状や配置、個数は、スライドコア４０のスリット形成部４１を変更することで容易に変更可能である。

また、図６に示されているような風洞部１０ａの各外周面に対して垂直または略垂直な方向Ｅに対して傾斜した貫通方向Ｔ１にスリット１１０ａが貫通する風洞部１０ａを形成する場合には、図８に示されているように、スライドコア４０ａのスライド方向Ｓ２を風洞部１０ａの各外周面に対して垂直または略垂直な方向Ｅから傾斜させればよい。つまり、スリット１１０Ａは、スライドコア４０ａのスライド方向Ｓ２を変更することで、スリット１１０ａの形状や個数だけでなく貫通方向をも変更することが可能である。

次に、複数のスリット１１０，１１０ａを通って空気が流入されることによる軸流ファンＡの風量特性を記載する。ここでいう風量特性とは、軸流ファンの風量および静圧の特性を指す。一般的な軸流ファンは、軸流ファン自体に負荷（静圧）が加わっていない状態に最大風量を発生する。また、軸流ファンは、風量がゼロの状態において、最大静圧を発生する。軸流ファンに負荷（静圧）が徐々に加えられると、徐々に風量の値が下がる。軸流ファンは、静圧ゼロと最大静圧の間の中間静圧領域でサージングが発生する。ここで、サージングとは、特定の中間静圧領域にて空気流が逆流することで発生風量が安定しない現象のことをいう。

風洞部１０にスリット１１０が設けられることで、スリット１１０を通過する吸気により風洞部１０の下側開口部からの逆流を防止され、サージングの発生が抑制される。これにより、中間静圧領域における軸流ファンＡの風量の値を向上することが可能である。

図９は、本発明にかかる好ましい実施形態の羽根２１の前縁２１１の傾斜を示す平面図である。サージングをより低減するためには、スリット１１０からの流入量を増加させる必要がある。このため、好ましい本実施形態の軸流ファンＡのインペラ２は以下のように構成されている。羽根２１のそれぞれは、回転方向Ｒ前方に位置する前縁２１１と回転方向Ｒ後方に位置する後縁２１２を有している（図４に示す）。前縁２１１とインペラカップ２２との交点と、中心軸Ｊ１とは直線Ｂで結ばれている。前縁２１１の径方向外方の先端部と、中心軸Ｊ１とは直線Ｆで結ばれている。このとき、直線Ｂよりも直線Ｆの方が回転方向Ｒ前方に位置する。一般的に、この構成によって形成された羽根のことを前進翼と呼んでいる。

好ましくは前進翼である羽根２１が中心軸Ｊ１を中心に回転した際に、空気流の径方向外方に流れる遠心方向成分が低減される。つまり、羽根２１によって発生する空気流は、中心軸Ｊ１方向に近い気流方向を有する空気流となる。空気流が強い遠心方向成分を含む場合には、羽根２１によってスリット１１０付近に発生した空気流に遠心成分が含まれる。このため、羽根２１によって発生した空気流が、スリット１１０を通って流入される空気を阻害する虞がある。しかし、前進翼が採用されることで、羽根２１によって発生した空気流が、スリット１１０を通る空気の流入を阻害しにくい。よって、スリット１１０を通る空気の流入を促進することができる。特に、前進翼としては、直線Ｆと直線Ｂとのなす角γが、例えば好ましくは約２０度から約３０度の間に設定される構造が望ましい。

図１０は、本発明にかかる別の好ましい実施形態の風洞部１０の外周面に形成されたスリットを径方向外方から見た平面図である。図１０に示されているように、各スリット１１０ｂにおいては、風洞部１０の内周面側の開口１１０１ｂよりも外周面側の開口１１０２ｂの方が開口面積が大きい。風洞部１０の径方向の肉厚は、四隅の角部に近づくほど大きくなる。これに合わせて、各スリットの貫通方向の長さは四隅の角部に近づくほど徐々に長くなる。風洞部１０の外周面側の開口部１１０２ｂの開口面積を内周面側の開口部１１０１ｂよりも大きくすることで、風洞部１０の外周面側からより多くの空気を流入することが可能である。つまり、外周面の各中心付近のスリット１１０ｂよりも四隅の角部に近いスリット１１０ｂにおいて、風洞部１０の外周面側の開口１１０２ｂの開口面積を大きくすることで、スリット１１０ｂを通過して風洞部１０の内周面側に流入する空気の量を増加させることができる。

上述の通り、本発明にかかる好ましい実施形態を示したが、これらはあくまでも例を示したにすぎず、本発明の範囲と精神から逸脱することなく変形例や変更例が当業者にとって明らかであろうことが理解される。よって、本発明の範囲は、下記の請求項のみによって決定される。

Claims (9)

1. 軸流ファンであって、
   中心軸を中心にして前記中心軸から径方向外方に突出して周方向に並んで配列された複数の羽根を有するインペラと、
   前記中心軸を中心として前記インペラを回転させるモータ部と、
   前記モータ部を支持するベース部と、
   前記インペラを径方向外方から囲むことで、空気流路を構成する風洞部と、
   前記ベース部から径方向外方に向けて突出し、前記風洞部と連結固定される複数の支持部と、
   を備えており、
   前記風洞部は、前記中心軸方向の一端に上側開口部および他端に下側開口部を有しており、
   前記上側開口部および前記下側開口部はそれぞれ、前記中心軸方向に略垂直な方向において各開口端に向かって、空気流路の断面積が大きくなる傾斜面を有しており、
   前記上側開口部側の傾斜面と前記下側開口部側の傾斜面の間には、前記中心軸方向に略垂直な方向において空気流路の断面積がほぼ一定となるストレート部が構成されており、
   前記ストレート部には径方向に貫通する複数のスリットが前記中心軸を中心として周方向に配列されており、これにより前記風洞部の径方向内方側と径方向外方側との間に空気が流れ、
   前記中心軸方向から見た場合、前記風洞部の外周は略方形であり、前記風洞部は、当該略方形の各辺に対応する外周面を有し、
   前記複数のスリットは、前記風洞部の複数の外周面のうちの少なくとも２面以上の前記複数の外周面に形成され、
   前記複数のスリットの貫通方向は、
   前記複数の外周面毎に、前記複数のスリットが形成される前記外周面に略垂直な直線に対して傾斜しており、
   前記複数の各外周面内において互いに略平行であり、
   前記複数のスリットが形成される前記複数の外周面のうちの少なくとも２面以上の前記外周面において互いに異なり、
   前記スリットの長手方向が、前記中心軸方向と略平行もしくは前記中心軸方向となす角が鋭角となり、
   前記複数のスリットのそれぞれは、前記風洞部の角部から間隔を空けて形成されている、軸流ファン。
2. 軸流ファンであって、
   中心軸を中心にして前記中心軸から径方向外方に突出して周方向に並んで配列された複数の羽根を有するインペラと、
   前記中心軸を中心として前記インペラを回転させるモータ部と、
   前記モータ部を支持するベース部と、
   前記インペラを径方向外方から囲むことで、空気流路を構成する風洞部と、
   前記ベース部から径方向外方に向けて突出し、前記風洞部と連結固定される複数の支持部と、
   を備えており、
   前記風洞部は、前記中心軸方向の一端に上側開口部および他端に下側開口部を有しており、
   前記上側開口部および前記下側開口部はそれぞれ、前記中心軸方向に略垂直な方向において各開口端に向かって、空気流路の断面積が大きくなる傾斜面を有しており、
   前記上側開口部側の傾斜面と前記下側開口部側の傾斜面の間には、前記中心軸方向に略垂直な方向において空気流路の断面積がほぼ一定となるストレート部が構成されており、
   前記ストレート部には径方向に貫通する複数のスリットが前記中心軸を中心として周方向に配列されており、これにより前記風洞部の径方向内方側と径方向外方側との間に空気が流れ、
   前記中心軸方向から見た場合、前記風洞部の外周は略方形であり、前記風洞部は、当該略方形の各辺に対応する外周面を有し、
   前記複数のスリットは、前記風洞部の複数の外周面のうちの少なくとも３面以上の前記複数の外周面に形成され、
   前記複数のスリットの貫通方向は、
   前記複数のスリットが形成される前記複数の外周面のそれぞれに対して略垂直であり、
   前記複数の各外周面内において互いに略平行であり、
   前記スリットの長手方向が、前記中心軸方向と略平行もしくは前記中心軸方向となす角が鋭角となり、
   前記複数のスリットのそれぞれは、前記風洞部の角部から間隔を空けて形成されている、軸流ファン。
3. 請求項１または請求項２に記載の軸流ファンであって、
   前記複数のスリットのそれぞれが、前記中心軸方向において前記ストレート部の全域に亘って延びている、軸流ファン。
4. 請求項１に記載の軸流ファンであって、
   前記外周面のそれぞれにおいて、前記複数のスリットのそれぞれの前記貫通方向が、前記外周面のそれぞれに略垂直な直線に対して、前記インペラの反回転方向に傾斜している、軸流ファン。
5. 請求項１または請求項２に記載の軸流ファンであって、
   前記複数の羽根のそれぞれは、前記インペラの回転方向最前方に位置する前縁部と前記回転方向最後方に位置する後縁部とを有しており、前記外周面のうちの１つを前記外周面に対して略垂直な方向の外方から見た場合に、前記複数の羽根のうち前記外周面に対して最も近接する羽根の径方向外端部における前縁部と後縁部とを結んだ直線と、前記外周面に対して前記羽根が最も近接する部位に形成される前記スリットのうちの１つの長手方向とのなす角度が約９０°より大きくなる、軸流ファン。
6. 請求項１または請求項２に記載の軸流ファンであって、
   前記風洞部と、前記複数の支持部と、前記ベース部と、が単一の部材で画定されている、軸流ファン。
7. 請求項１または請求項２に記載の軸流ファンであって、
   前記複数のスリットのそれぞれは、前記風洞部の径方向内方側よりも径方向外方側の方が開口面積が大きい、軸流ファン。
8. 請求項７に記載の軸流ファンであって、
   前記外周面のそれぞれにおいて、前記風洞部は、前記複数のスリットのそれぞれの径方向外方側の開口面積が、前記風洞部の角部に向かって徐々に大きくなる複数の領域を有する、軸流ファン。
9. 請求項１または請求項２に記載の軸流ファンの風洞部の製造方法であって、
   前記風洞部は、樹脂を用いた射出成形もしくはアルミニウム合金を用いたダイカストによって、前記複数の支持部と前記ベース部と一体に形成されており、前記成形もしくは前記ダイカストにおいて用いられる金型は、上金型および下金型と、スライドコアとを含み、前記方法は、
   前記上金型、前記下金型および前記スライドコアによって形成される閉空間内に溶融樹脂もしくは溶融アルミニウム合金を射出する工程と、
   前記上金型および前記下金型を前記中心軸方向にスライドし、前記中心軸方向とは異なる方向に前記スライドコアをスライドする工程と、
   前記金型から前記風洞部が離型して前記風洞部を形成する工程とを含み、
   前記上金型および前記下金型が前記中心軸方向にスライドすることで、前記複数の支持部および前記ベース部、前記風洞部の内周面が形成され、
   前記スライドコアが前記複数のスリットの貫通方向のそれぞれにスライドすることで前記複数の外周面および前記複数のスリットが形成される、軸流ファンの風洞部の製造方法。
   

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