JP2000120590A - ファン組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】所定のファン直径に対して「剛率」、エア流量
能力、及びファン効率を増加させた、改良型の冷却用フ
ァン組立体を提供すること。 【解決手段】入力駆動部に固定されて共転する環状ハブ
15と、複数のファンブレードを備え、入力駆動部により
駆動されるファン組立体11であって、このブレードは、
環状ハブ15に対して固定されかつそこから半径方向外側
に伸び、少なくとも約５０％の剛率が与えられるように
設けられた複数の内側ファンブレード17と、このブレー
ド17の回りに配置され、かつその半径方向外側延長部に
固定された環状リング部材23を備える。また、このリン
グ部材23に対して固定され、かつこれから半径方向外側
に伸び、少なくとも約５０％の剛率が与えられるように
設けられた複数の外側ファンブレード25を有し、内側フ
ァンブレード17が外側ファンブレード25よりもその数が
少なくなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却用のエアを移
送するのに使用する形式のファン組立体に関し、特に、
環状ハブを有する形式のファン組立体に関するものであ
る。

【０００２】本発明は、種々の形式のファン組立体と連
結して使用できるが、特に、車両用の内燃エンジンのラ
ジエータを通る冷却用エアを移送するために、ラジエー
タ冷却ファンとともに使用すると有益である。

【０００３】さらに、本発明は、例えば、打抜き用スチ
ールブレード等を含む種々の建設用のファン組立体とと
もに使用することができるが、射出成形等で単一にある
いは統合部品として形成され、かつ以下に記載されるで
あろう樹脂製ファンとともに使用できる。

【０００４】

【従来の技術】上記のようなファン組立体は、米国特許
第５，２２６，７８３号明細書に開示されかつ記載され
ており、ここに参考文献として包含される。

【０００５】当業者に良く知られているように、与えら
れたファン直径に対して、可能な最大ブレードの剛率(s
olidity)があり、この剛率は、最大ポテンシャルブレー
ド面積に対する実際のブレード面積の比、すなわち、フ
ァンを正面から見た時のブレードの投影面積の合計とフ
ァンなどの先端が描く円の面積との比として考えられて
いる。

【０００６】この「剛率」が増加すると、ファン効率と
同様にエア流量、即ち、入力馬力の単位当たりのエア流
量が増加する。

【０００７】近年、当業者によってファンエア流量とそ
の効率を改善する試みが、いろいろな方法でなされてき
た。その１つの方法は、ファンブレードの半径方向外側
延長部に向けて一般的に起こるエア流量の損失を低減す
る場合に、円筒状のリングあるいはバンドを用いてファ
ンブレードを囲むことである。一般的に、この種の上記
「リングファン」は、米国特許第４，５６９，６３１号
明細書に開示されており、ここに、参考文献として包含
される。

【０００８】このような多くの試みは、ファンエア流量
と効率を増加させることに帰着するが、当該産業分野に
おいて「剛率」を改良することが絶えることなき要求で
あり、それゆえ、所定のファン直径に対してエア流量と
その効率を改善する必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑み
て、本発明の目的は、所定のファン直径に対して「剛
率」、エア流量能力、及びファン効率を増加させた、改
良型の冷却用ファン組立体を提供することである。

【００１０】また、本発明に関連する他の目的は、同一
容積のエア流量を達成しながら、ファン速度と、作動に
関するノイズを低減する、改良型のファン組立体を提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記及び他の目
的は、請求項１に記載の構成、すなわち、入力駆動部に
よって駆動される本発明のファン組立体によって達成さ
れ、このファン組立体は、入力駆動部に固定されて共転
する環状ハブを含み、さらに、複数のファンブレードを
含んでいる。そして、この改良されたファン組立体の特
徴は、環状ハブに対して固定されかつ環状ハブから半径
方向外側に伸びている複数の内側ファンブレードを含
み、これらの複数の内側ファンブレードは、少なくとも
約５０％の剛率が与えられるように設けられる。また、
環状リング部材が、内側ファンブレードの回りに配置さ
れ、かつそのブレードの半径方向外側延長部に固定され
ている。さらに、複数のファンブレードは、環状リング
部材に対して固定され、かつ環状リング部材から半径方
向外側に伸びた複数の外側ファンブレードを有し、前記
内側ファンブレード(17)が外側ファンブレード(25)より
もその数が少なくなっており、さらに、複数の外側ファ
ンブレード(25)は、少なくとも約５０％の剛率が与えら
れるように設けられている。

【００１２】本発明の更なる構成によれば、環状リング
部材は、内側リング部材からなり、ファン組立体は、さ
らに、外側ファンブレードの回りに配置され、このブレ
ードの半径方向外側延長部に固定された環状の外側リン
グ部材を含んでいる。

【００１３】さらに本発明の他の構成によれば、外側フ
ァンブレードの数は、内側ファンブレードの２倍に等し
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図面に記載された形態は、本発明を限定
するものではない。図１には、本発明に係るファン組立
体１１の前側平面図が概略示されている。

【００１５】この実施の形態では、ファン組立体は、金
属シートの打抜き部品であるスパイダ（中央台座）１３
を有する。このスパイダ１３は、当業者には良く知られ
ており、本発明の一部を形成しないので、ここでの説明
を省略する。当業者に良く知られているように、金属ス
パイダ１３は、複数のボルト（図示略）によって一般的
に出力部、すなわち粘性ファン駆動部Ｖの本体Ｂ等の入
力駆動部に固定される。これにより、入力駆動トルク
は、車両用エンジン（図示略）から粘性ファン駆動部Ｖ
を介してファン組立体１１のスパイダ１３に伝達され
る。

【００１６】本発明のファン組立体１１は、打抜き金属
スパイダに連結されていることが示されているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、入力駆動トルク
は、他の種々の装置によってファン組立体１１に伝達で
きる。例えば、本出願人に譲渡され、ここに参考文献と
して包含される米国特許第５，３５８，３８２号明細書
の開示内容によれば、粘性ファン駆動部Ｖは、その本体
Ｂあるいはカバー（図示略）のいずれかに一体に形成さ
れ、そして粘性ファン駆動部Ｖの公称直径を越えて半径
方向外側に伸びる部分を含ませることもできる。この半
径方向に伸びる部分の外側延長部の回りにファン組立体
を成形等によって直接形成することができる。

【００１７】主に、図１，図２において、ファン組立体
１１は環状ハブ１５を含み、このハブは、本実施形態に
おいて、今では通常の方法として、成形キャビティ内に
配置されたスパイダ１３の半径方向外側延長部として成
形されている。

【００１８】環状ハブ１５から半径方向外側に伸びる部
分は、複数の内側ファンブレード１７であり、本実施形
態では、この内側ファンブレード１７は５つ設けられて
いる。当業者に良く知られるように、ファンブレード１
７は、ハブ１５の周囲に均等に配置することができ、ま
た円周上に異なる間隔で配置することもできる。この場
合には、ファンブレードの繰り返しパターンをなくすこ
とができ、さらに、ファン組立体によって発生するノイ
ズを低減することができる。

【００１９】図２に最も良く見えるように、内側ファン
ブレード１７の各々は、先行縁１９と後縁２１を有して
いる。

【００２０】本発明の重要な一面によれば、環状リング
部材２３が、環状ハブ１５と同心円上に配置され、各内
側ファンブレード１７の終端が環状リング部材２３の内
径部分に接続されている。

【００２１】図１及び図２において、環状リング部材２
３は、単純に円筒形状で半径方向の厚さが比較的薄い部
材である。ファン組立体１１全体は、環状リング部材２
３の内径内にエアが流れるように、すなわち混合できる
ように、内側ファンブレード１７の半径方向外側延長部
を有する、単一な成形部品として形成されている。

【００２２】ファン組立体を単一の成形部品として形成
する以外に種々の製造方法が用いられるけれども、この
ような他の製造方法は、ファン組立体の全体のコストを
増加させるいくつかの組立体を含むことになる点が当業
者であれば理解できよう。

【００２３】ある応用では、ファン組立体１１は、スチ
ールの打抜品で構成され、この場合、ファンブレードを
環状ハブ、中間及び外側のリング部材２３，３１に、は
んだ付けや溶接等が必要である。しかし、本発明の本質
は、ファンの構成にあるので、それに包含される材料や
その製造方法ではないことが明らかである。

【００２４】環状リング部材２３の外径部分に複数のフ
ァンブレード２５が取付られ、この本実施形態において
は、１０枚の外側ファンブレード２５があり、即ち、こ
れは、内側ファンブレード１７の２倍である。

【００２５】しかし、本発明の本質である特徴は、外側
ファンブレード２５の数が、内側ファンブレードの数の
２倍であることにあるのではない。本発明の重要な点
は、内側ファンブレード１７の数よりも単純に外側ファ
ンブレード２５の数を多くしたことにある。

【００２６】これにより、ブレード面積（さらにエア流
量、冷却効率等）は、従来例のように、５つの内側ファ
ンブレード１７がファン組立体１１の全体の直径を単に
伸ばす場合のブレード面積に比較して増加する。外側フ
ァンブレード２５の各々は、先行縁２７と後縁２９を有
している。

【００２７】環状の外側リング部材３１は、外側ファン
ブレード２５の回りに配置され、かつこのブレードの半
径方向外側延長部に取付られており、その構成及び機能
は、一般に良く知られている。この外側リング部材３１
は、本発明の本質的な特徴ではないが、同じ理由（例え
ば、エア流量の効率）のために、本実施形態において、
このようなリングが、今日の商業上の生産における多く
のファンに含まれている。

【００２８】図１に関連して、図４，図５において、内
側ファンブレード１７及び外側ファンブレード２５は、
本発明がそれにより限定されるものではないが、同一の
ブレード外形とブレードピッチを有する。内側ファンブ
レード１７に対して特定のブレードの外形及び／または
ピッチを設け、また、外側ファンブレード２５に対して
異なる外形及び／またはピッチを設けることが望まし
い。さらに、本発明の重要な点は、その種のブレードの
組立て方(tailoring) が本発明において完成されている
ことである。

【００２９】図１，図４及び図５において、内側ファン
ブレード１７の各々は、外側ファンブレードの１つと整
合しており、１つの連続するファンブレードを形成して
いるように見える。ファン組立体が金属打抜き加工によ
り製造されている場合、内側ファンブレードとそれに対
応する外側ファンブレードの各々は、エアが中間リング
部材における開口を通過する単一ブレードとして構成さ
れ、全体の部品数やはんだ付け個所等を減少させること
ができる。

【００３０】しかし、本発明は、内側ファンブレードの
各々が外側ファンブレードに整合されるように限定する
必要はなく、特に外側ファンブレード２５の数が、内側
ファンブレード１７の２倍以外の数であってもよい。

【００３１】また、図１において、中間の環状リング部
材２３は、ハブ１５と外側の環状リング部材３１との中
間部の回りにあり、内側ファンブレード１７と外側ファ
ンブレードの半径方向長さはほぼ等しい。このような寸
法関係は、本発明において重要ではないが、当業者であ
れば、中間の環状リング部材２３の半径方向の配置とそ
れに関連する内側及び外側ファンブレード１７，２５の
数を、所定のファン外形寸法に対してファン性能を最大
にするように選択すべきであることが理解できよう。

【００３２】図３において、本発明の別の実施の形態が
示されており、ここでは、中間の環状リング部材は、単
純に比較的薄い円筒部材ではない。その代わり、図３で
は、内側ファンブレード１７の外側周辺部が環状リング
部材３３であり、この環状リング部材は、ほぼ円筒形状
で、これに円錐形状のリング部材３５が隣接する。

【００３３】図３では、外側ファンブレード２５は、円
錐形リング部材３５から半径方向に伸びて、その終端
は、図２と同様な方法で、外側リング部材３１に接続さ
れている。リング部材３１，３５の間には、好ましくは
複数の補強リブ３７が配置されている。

【００３４】本発明は、実施の形態に関連して説明して
きたが、この形態において、内側及び外側ファンブレー
ド、即ち、２つのブレード組がある。本発明の技術範囲
にある、特に大きなファンにおいて、３つ、あるいはそ
れ以上のブレード組が各々半径方向に隣接するブレード
組とともに使用でき、この隣接するブレード組は、リン
グ部材２３と同様な環状リング部材によって分離されて
いる。

【００３５】その場合、各ブレード組は、そこから半径
方向内側に直接配置される以上のブレードを含んでい
る。ある組立体においては、３つあるいはそれ以上のブ
レード組があり、各ブレード組は、他の組のブレードと
はそのピッチ及び外形を異にすることができる。

【００３６】従来の技術で述べたように、本発明の第１
の目的は、ファン剛率を実質的に増加させることであ
る。それゆえ、内側ファンブレード及び外側ファンブレ
ードを備える中間リング部材２３を有して、より多くの
外側ファンブレードを設けており、また、ファン剛率を
増加させる目的が達成されるように、これらのブレード
を配置することが、本発明の重要な一面である。

【００３７】図１に最も良く見られるように、内側ファ
ンブレード１７は、各隣接する対のブレード間にわずか
な周方向の隙間があるが、内側ファンブレード１７によ
って覆われる領域内の剛率は、５０％よりもやや大き
く、すなわち、内側ファンブレード１７は、ハブ１５と
リング２３の間の全領域の５０％以上を実際に覆ってい
る。

【００３８】外側ブレード面積に関して、外側ブレード
２７は、剛率が、実質的に５０％よりも大きく、さら
に、７０％または７５％程度になるように、外側ブレー
ド２７が互いに密接して配置される。それゆえ、本発明
の１つの重要な点は、ここに図示され、かつ記述された
配置は、与えられた全体の寸法及びブレード構造に対し
て、ファン剛率を最適またはほぼ最適となるように使用
できることである。

【００３９】本発明は、上記記載において詳細に説明し
てきたが、本発明の種々の変形及び修正は、当業者であ
れば、容易に本明細書から明らかになるであろう。この
ような変更及び修正は、本発明の特許請求の範囲内にあ
る限りにおいて、本発明に包含されると思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のファン組立体の前側平面図である。

【図２】一般的な入力軸の概略図を含んでいる、図１の
２−２線から見た横断面図である。

【図３】本発明の変形例を示す、図２と同様な横断面図
である。

【図４】半径方向内側に見た、本発明の内側ブレードの
１つの断面図である。

【図５】半径方向内側に見た、本発明の外側ブレードの
１つの断面図である。

【符号の説明】 １１ ファン組立体 １３ スパイダ １５ ハブ １７ 内側ファンブレード ２３ 環状の内側リング部材 ２５ 外側ファンブレード ３１ 環状の外側リング部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. Ｆターム(参考） 3H033 AA02 AA15 BB02 BB08 CC01 DD03 DD10 DD27 EE06 EE11 EE19

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力駆動部(V) に固定されて共転する環状
   ハブ(15)と、複数のファンブレードを備え、前記入力駆
   動部(V) により駆動されるファン組立体(11)であって、 (a) 前記ファンブレードが、前記環状ハブ(15)に対して
   固定されかつ環状ハブから半径方向外側に伸びている複
   数の内側ファンブレード(17)を含み、これらの複数の内
   側ファンブレード(17)は、少なくとも約５０％の剛率が
   与えられるように設けられ、 (b) 該内側ファンブレード(17)の回りに配置され、かつ
   そのブレードの半径方向外側延長部に固定された環状リ
   ング部材(23)を備え、 (c) 前記ファンブレードが、さらに、前記環状リング部
   材(23)に対して固定され、かつ環状リング部材から半径
   方向外側に伸びた複数の外側ファンブレード(25)を有
   し、前記内側ファンブレード(17)が外側ファンブレード
   (25)よりもその数が少なくなっており、さらに、複数の
   外側ファンブレード(25)は、少なくとも約５０％の剛率
   が与えられるように設けられていることを特徴とするフ
   ァン組立体。
2. 【請求項２】環状リング部材(23)は、内側リング部材か
   らなり、ファン組立体は、さらに、外側ファンブレード
   (25)の回りに配置され、このブレード(25)の半径方向外
   側延長部に固定された環状の外側リング部材(31)を含ん
   でいることを特徴とする請求項１記載のファン組立体。
3. 【請求項３】外側ファンブレード(25)の数は、内側ファ
   ンブレード(17)の２倍に等しいことを特徴とする請求項
   １記載のファン組立体。
4. 【請求項４】複数の外側ファンブレード(25)は、内側フ
   ァンブレード(17)の各々に対して周回りに整列配置され
   ていることを特徴とする請求項３記載のファン組立体。
5. 【請求項５】外側ファンブレード(25)の各々は、内側フ
   ァンブレード(17)のブレード外形とほぼ同一のブレード
   外形を有することを特徴とする請求項１記載のファン組
   立体。
6. 【請求項６】外側ファンブレード(25)の各々は、内側フ
   ァンブレード(17)のブレードピッチとほぼ同一のブレー
   ドピッチを有することを特徴とする請求項１記載のファ
   ン組立体。
7. 【請求項７】環状リング部材(23)は、ほぼ円筒であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のファン組立体。
8. 【請求項８】環状リング部材(23)は、ほぼ円錐形であ
   り、その先行縁(19)から後縁(21)に向って直径が増加し
   ていることを特徴とする請求項１記載のファン組立体。