JPH08277799A - 多翼遠心送風機の羽根車。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】一対のエンドリング、複数のブレード、ディス
クからなる両吸い込み型前向き多翼送風機の羽根車にお
いて、それぞれの機能に最適の素材及び形状を選択する
事が出来る。 【構成】ブレードを「流体機器としての機能を分担する
翼部」と「高速回転体としての機能を分担する翼取り付
け部」とに分けて設計する事で自由度が増し、その結
果、エンドリング、翼取付部、ディスクは金属材で作ら
れ且つビードを有する剛性の高い構造を有し、翼部は非
金属材から作られた、従来の羽根車より軽量且つ低騒音
の送風機羽根車の提供が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調、換気、排気、機
器冷却等の装置に使用される前向多翼遠心送風機（通
称、シロッコファン）の両吸込型羽根車（以後、単に羽
根車と呼称する）の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の羽根車は、材質と製法により下記
の３タイプに大別される。

【０００３】Ａタイプは、個々に独立した金属製の羽根
（以後、ブレードと呼称する）の多数個を、相対した金
属製のエンドリング２枚に、カシメ、ハゼ折り、溶接等
で固着して円筒体を形成し、その中央部にセンターディ
スクを一枚又は２枚挿入し、ブレードとセンターディス
クとをカシメ等により固着して、羽根車を形成する。優
れた先願例として、米国特許第２，２８５，１８２号が
ある。

【０００４】Ｂタイプは、一枚の金属板にプレス加工に
よって多数枚のブレードを切り起こし、円筒状に丸め、
その付き合わせ部を溶接し、両端をカーリングして円筒
体を形成し、その中央部にセンターディスクを挿入し、
ブレードとセンターディスクをカシメ等により固着し
て、羽根車を形成する。優れた先願例として、米国特許
第３，３３５，４８２号がある。

【０００５】Ｃタイプは、プラスチック材を射出成形し
て作った片吸い込み羽根車を背中合わせに２個固着し
て、ホイールを形成する。この先願例は無い。

【０００６】上述の３タイプの羽根車には、下記のよう
な長所短所がある。

【０００７】Ａタイプは、ブレード、エンドリング、
センターディスクの３種類の部品の数拾点を組み付ける
ので羽根車の剛性に劣り、そのため金属板の板厚を厚く
してカバーするので重くなる。部品数拾点を組み付け
るので生産性に劣り、又、加工誤差、組付け誤差が集積
するので円筒度・新円度に劣りダイナミックバランスが
良くない。ブレードが固有振動数の高い鋼、アルミ等
の金属から成るので騒音が高い。ブレード断面形状は
一定の厚みを持った金属板からなる円弧形状の為、気体
の剥離や渦が生じ、空力特性・騒音特性に劣る。

【０００８】Ｂタイプは、剛性の高い構造であるの
で、板厚も薄く軽量である。部品数も少ないので（２
種類２点）生産性も良く、且つ加工誤差・組付け誤差の
集積も少ないので円筒度・新円度に優れダイナミックバ
ランスも良い。金属板の成形によるので、Ａタイプ同
様に空力特性・騒音特性に劣る。限られた円周上に、
多数枚のブレードを切り起こすので、ブレード幅（半径
方向）とブレード枚数に設計上の制約があり、要求され
る風量・風圧が得難い短所がある。

【０００９】Ｃタイプは、素材が強度において金属板に
劣るので、口径の大きな、又、幅の広い羽根車は遠心力
に耐え切れず破壊に至る短所がある。プラスチックは物
性的に高温クリープの短所があり、運転場所に制約があ
る。しかしプラスチックは固有振動数が低いので低騒
音である。ブレードは翼形の断面形状に成形できるの
で気体剥離や渦の発生が少なく、空力特性・騒音特性に
於いて最も優れている。

【００１０】この様に、３タイプそれぞれに一長一短が
あり満点の送風機は無いので、運転場所や運転条件によ
って次善のホイールを選択して使用していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】近年、送風機が居住空
間や作業空間に近接して設置される例が多く、送風機の
高効率化、低騒音化が強く要求されている。また、同時
に一層の小型化が要求されるので、送風機の高速運転を
余儀なくされ、特に空調装置や換気装置等においては、
床の有効利用の観点から天井埋め込み型或は天井釣下げ
型が増加している。そのため、送風機の一層の軽量化や
低騒音が要求されている。この要求レベルは、上述した
従来の羽根車の構造や製法では到底解決できるものでは
ない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本来、送風機の羽根車に
は、二つの異なった機能が同時に要求されている。一つ
は流体機器としての機能（送風効率・低騒音という空力
特性や騒音特性）であり、もう一つは高速回転体として
の機能（剛性・動バランス等の機械特性）であり、これ
らは二律背反の関係にある。即ち、回転体機能として剛
性を高めるには、ブレードにビード加工した構造が最適
であるが、ブレードの表面で流体が剥離するので、流体
機器としての機能は著るしく低下する。又、流体機器機
能としての騒音を低減するにはプラスチック材が最適で
あるが、材料強度不足の為、回転体としての機能である
強度と剛性は低下する。従来の羽根車の設計において
は、この二律背反の要求を同時に追求していたので、両
者の妥協の産物である中途半端な結果しか得られなかっ
た。本願発明は、この二つの機能、「理想的な流体機器
である羽根」と「理想的な高速回転体である車」を、先
ず分離して徹底的に追求し、次にこの二つを結合させて
「理想的な羽根・車」を得ると言う新規な設計手法によ
り課題を解決した。

【００１３】本願発明による設計・製作手法を図１〜図
１４を基に説明する。

【００１４】１．先ず「車」の設計から入る。 上述の３タイプのホイールの中で最も回転体として優
れているＢタイプのを「車」の基本構造として選び、送
風機の運転条件に対して最適の金属材を採用する。次
に、従来は二つの機能を同時に追求していた「羽根」即
ちブレード３を流体機器の構成要素である翼部６と、回
転体としての構成要素である翼取付部５とに分離して追
及する。一枚の金属板を連続して切り起こしてなるこの
翼取付部５には、流体機器としては厳禁であったビード
７を成形して設け、次にこの金属板を円筒状に丸め、端
部を付き合わせて溶接して円筒体１０を得る。この円筒
体１０の両端部をカーリングしてエンドリング１、２を
形成すればより強固な円筒体となる。この円筒体の中央
部にディスク４を挿入して翼取付部５と接着等で固定す
れば、理想的な回転体「車」が得られる。この「車」の
素材は、送風機の運転条件に適した金属板（例：鋼、ス
テンレス、アルミ、チタン等）を選べば良い。

【００１５】２．このように、翼取付部５が回転体とし
ての「車」の機能を受け持つので、翼部６は流体機器と
しての「羽根」の機能のみを追求すれば良い。その結
果、従来、流体機器には最適だが回転体としては、強度
不足・剛性不足・クリープ性等のため不適当であった素
材が使用可能になった。設計者は、強度・剛性・クリー
プを考えずに、「羽根」の条件にのみ最適な素材（例え
ばプスチック類、セラミック類）を採用し、最適な形状
でブレードを設計し製作することが可能となった。

【００１６】３．本願発明による最も一般的な製法は、
金属板のコイル材を順送プレス加工により翼取付部５
を連続して切り起こし、図３の中間素材９を成形する。
送り桟幅は通常の順送りプレス加工よりも１〜３ｍｍ広
く、位置決め孔１１は翼取付部５の一枚毎に明ける。
次に、このプレス加工用の位置決め孔１１を、位置決め
孔として、連続した翼取付部５をアウトサート射出成形
型にセットし、翼取付部５に翼部６を射出成形する。
位置決め孔１１を利用して、必要なブレード枚数分だけ
正確に切断する。丸めて円筒とする。その付き合わ
せ部を溶接し、図６の円筒１０を作る。送り桟幅から
なる、円筒体１０の両端部をカーリングして、エンドリ
ング１、２となし、強固な円筒体２０を作る。この円
筒体２０に金属性のセンターディスクを挿入し固定し
て、羽根車が完成する。この固定方法の一例が図１１に
示されている。即ち、センターディスク４ａは、ディス
ク基板１４にプラスチックの受け部１５を取り付けた構
造であり、該受け部１５に翼部６を挿入し、接着または
超音波溶接等で固着する方法である。他の例として図１
２に示された方法がある。即ち、センターディスク４ｂ
には、プレス成形によって、その外周部に溝状受け部１
２が設けられている。この溝状受け部１２に翼部６を挿
入し、溝と溝との中央部１３を強く鍛圧して、溝幅を狭
めて翼部６を挟圧し溝状受け部１２に固定する。この溝
幅を狭める効果を増すために、溝と溝との中央部１３に
凹形あるいは凸形の突起１７を設け、溝状受け部１２に
ブレード３を挿入した後、この突起１７を強く鍛圧し、
ほぼ平坦にする方法もある。いずれの方法においても、
溝状受け部１２の面Ｘで翼部６を挟圧する事が重要であ
る。もし、溝状受け部１２のエッジで翼部６を挟圧する
と、翼部６が損傷し、ついには破壊に至る。又、翼部６
において溝状受け部１２の面Ｘとの挟圧箇所をくぼませ
て面Ｘの座を設け、溝状受け部１２と翼部６をより確実
に固定する方法もある。の工程では、コイル材の代わ
りに短尺材でも良い。又、工程の変形例として、翼取
付部５への翼部６の取付は、断面が翼形状をした押出材
を切断して得た翼部６を、手作業で翼取付部５にかぶせ
て、接着してブレード３を形成しても良い。

【００１７】

【実施例１】 本願発明の好ましい実施例
を図１〜図１４によって説明する。本実施例は空気調和
装置の一種であるエアーハンドリングユニットの天井埋
め込み型に使用される両吸込み型シロッコファンの羽根
車（口径２８４ｍｍ・幅２４０ｍｍ・翼数４８枚・翼弧
長２９．０ｍｍ）である。従来、Ａタイプの羽根車が使
用されていたが、重量軽減（２．８ｋｇから２．１ｋ
ｇ）と騒音低減（５６ｄｂから５３ｄｂに）が要求され
ていた。Ｂタイプの羽根車では、翼の弧長が１８，６ｍ
ｍと短いので、風量・風圧は要求レベルに遥かに達しな
い。Ｃタイプの羽根車では近くに補助ヒーターが設けら
れているので、熱により羽根車がクリープ変形し、ひい
ては破壊に至るので、採用できなかった。

【００１８】１．本願発明による設計手順を説明する。 従来の羽根車の基本仕様（口径２８４ｍｍ・幅２４０
ｍｍ・翼数４８枚・翼の弧長２９ｍｍ）をそのまま引き
継ぐ。「車」の基本構造として、Ｂタイプを選ぶ。
従って、翼取付部５の弧長は、羽根車の外周（８９２．
８ｍｍ）を翼数４８で割った１８．６ｍｍである。翼
取付部５には、翼幅方向に平行してビード７を設け、剛
性を高める。翼取付部５には、共材固着用***８を設
け、翼部６との接着性を高める。翼部６には、弧の長
さ２９ｍｍのエアロフォイル形状のプラスチックの射出
成形品を採用する。４８枚の翼取付部５とエンドリン
グ１、２は、一枚の金属板から作られていて、翼取付部
の左右両端はエンドリングとつながっている。翼取付
部５とエンドリング１、２には、板厚０．４ｍｍの亜鉛
メッキ鋼板を採用する。翼部６を覆設された翼取付部
５とエンドリング１、２からなる連続ブレード板１６
（図８）を丸めて円筒を作り、その両端の１７ａと１７
ｂとを付き合わせ、付き合わせ面をプラズマ溶接法等に
よって溶接し、円筒体１０を得る。次に、円筒体１０の
両側端をカーリング加工して剛性を強化した円筒体２０
を得る。亜鉛メッキ鋼板製のディスク基板１４にプラス
チック製の受け部１５を取り付けて、センターディスク
４ａを得る。円筒体２０にセンターディスク４ａが挿入
され、円筒体２０に設けられた４８枚のブレード３は４
８ケ所の受け部１５の溝に挿入され、所定の位置で、接
着又は溶着等で固定され、羽根車が完成する。センター
ディスクとブレードの固定方法の他の設計例として、デ
ィスク基板の外周部にプレス成形された溝状受け部１２
を持つセンターディスク４ｂがある。この溝状受け部１
２にブレード３を挿入した後に、溝と溝との中間部１３
を強く鍛圧して、溝の幅を狭めてブレード３を圧して固
定する方法もある。

【００１９】２．次に、本願発明による製作手順を説明
する。亜鉛メッキ鋼板（板厚０．４ｍｍ・板幅２６０ｍ
ｍ・コイル材）に順送りプレス加工で、翼取付部５を等
間隔（１８．６ｍｍ）に設け、板幅方向に平行して２本
のビード（幅２ｍｍ・高さ１．５ｍｍ）を入れて補強す
る。又、翼取付部５の左右両端部に各１箇所、内部に数
箇所、直径２〜５ｍｍ程度の共材固着用小孔８を明けて
おく。尚、順送りプレス加工用の送り桟と、送り桟にに
明けている位置決め用のパイロット孔１１はそのまま残
しておき、次工程における位置決め孔として利用する。
この翼取付部５に、アウトサート射出成形法で、耐熱
プラスチックを材料として、翼部６を成形すると同時に
覆設して取り付け、羽根を形成する。小孔８において、
射出された樹脂同士が溶着して一体となり、金属の翼取
付部５とプラスチックの翼部６との剥離等の問題が解決
される。次に４８枚のブレード３を設けた連続ブレー
ド板１６を丸めて円筒を作り、両端１７ａと１７ｂを付
き合わせ、付き合わせ面をプラズマ溶接で接合し円筒体
１０を得る。次に、円筒状の両端をカーリング加工し
て円筒体の剛性を強化する。次に、４８ケのプラスチ
ック製の受け部１５を持ったセンターディスク４ａを、
その受け部１５の溝に翼部６が収まるように円筒体２０
に挿入し、接着又は、超音波による溶着等の手段で固定
し、羽根車が完成する。図２にその状態が示されてい
る。又、前述のセンターディスク４ｂを一枚或は２枚
採用した固定方法でも良い。図１３及び図１４に、その
状態が示されている。このようにして設計製作して得た
羽根車は重量２．０ｋｇと軽くなり、騒音は５２．５ｄ
ｂと要求レベルを達成した。

【００２０】

【実施例２】化学工場の換気或は排気装置のように、腐
食性の気体が存在する場合は、アルミ合金板またはステ
ンレス板を使用する。

【００２１】

【実施例３】高温の気体が存在する場合は、翼にセラミ
ック材を使用する。

【００２２】

【実施例４】羽根車は重量に比較して容積が非常に大き
いので、完成品として運ぶのは効率的ではない。そのた
め、連続したブレードを持つプレス中間素材９を切り離
さずにコイル状に巻いて、その中央部の空間にセンター
ディスクを納めて、全世界の工場に送り、現地の工場で
は位置決め用パイロット孔１１を活用して、必要なブレ
ードの数だけ切り離して、羽根車を組み立てれば、世界
の何処ででも、容易にローコストで羽根車が作れる。

【００２３】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば設計の
自由度が増した結果、送風機の運転条件に最適な材料を
最適な形状に設計出来るので、本発明による製法の効果
と相まって、２５％の軽量化且つ６％の低騒音化を可能
とした。口径のより大きな羽根車程、この効果は増大す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の実施例を示す、羽根車の断面の側
面図である。本図は、センターディスク４ａを採用した
例である。

【図２】は、その一部拡大図である。

【図３】は、本発明の実施例を示す、羽根車の片側断面
の正面図である。

【図４】は、その一部拡大図である。

【図５】は、プレス加工中間素材９の平面図である。

【図６】は、プレス加工中間素材９の中央断面の正面図
である。

【図７】は、プレス加工中間素材９の側面図である。

【図８】は、プレス加工中間素材９の翼取付部５に翼部
６を設けた連続ブレード板１６の側面図である。

【図９】は、円筒体１０の斜視図である。

【図１０】は、円筒体２０の斜視図である。

【図１１】は、センターディスク４ａの説明図である。

【図１２】は、センターディスク４ｂの説明図である。

【図１３】は、センターディスク４ｂを採用したブレー
ドの固定方法の説明図である。

【図１４】は、２枚のセンターディスク４ｂを採用した
ブレードの固定方法の説明図である。

【符号の説明】

１ エンドリング ２ エンドリング ３ ブレード ４ センターディスク ５ 翼取付部 ６ 翼部 ７ ビード ８ 小孔 ９ プレス加工中間素材 １０ 円筒体 １１ パイロット孔 １２ 溝状受け部 １３ 溝部と溝部の中央部 １４ ディスク基部 １５ 受け部 １６ 連続ブレード板 １７ 中央凹凸部 ２０ 円筒体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のエンドリング１、２と複数のブレ
   ード３とセンターディスク４ａからなる両吸い込み型前
   向き多翼遠心送風機の羽根車において、エンドリング
   １、２は金属製であり、ブレード３は金属性の翼取付部
   ５と該翼取付部に覆設固着された非金属性の翼部６から
   なり、センターディスク４ａは金属性のディスク基板１
   ４と該ディスク基板に固着された非金属性の受け部１５
   とからなり、受け部１５と翼部６が固着される事を特徴
   とする多翼遠心送風機の羽根車。
2. 【請求項２】 翼取付部５は小孔８を有する事を特徴と
   する請求項１に記載の羽根車。
3. 【請求項３】 翼取付部５はビード７を有する事を特徴
   とする請求項１に記載の羽根車。
4. 【請求項４】 一対のエンドリング１、２と複数のブレ
   ード３とセンターディスク４ｂからなる両吸い込み型前
   向き多翼遠心送風機の羽根車において、エンドリング
   １、２は金属製であり、ブレード３は金属性の翼取付部
   ５と該翼取付部に覆設固着された非金属性の翼部６から
   なり、金属製のセンターディスク４ｂの外周部には溝状
   受け部１２が形成されており、該溝状受け部が翼部６を
   挟圧して固定する事を特徴とする多翼遠心送風機の羽根
   車。
5. 【請求項５】 翼取付部５は、小孔８を有する事を特徴
   とする請求項４に記載の羽根車。
6. 【請求項６】 翼取付部５は、ビード７を有する事を特
   徴とする請求項４に記載の羽根車。
7. 【請求項７】 一対のエンドリング１、２と複数の翼取
   付板５が一枚の金属板からなる事を特徴とする請求項
   １、又は請求項２、又は請求項３、又は請求項４、又は
   請求項５、又は請求項６に記載の羽根車。