JP2004251179A

JP2004251179A - 軸流ファン

Info

Publication number: JP2004251179A
Application number: JP2003041698A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ogasawara; 正幸小笠原; Tetsuchiyo Suzuki; 哲暢鈴木
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: JP4313057B2

Abstract

【課題】軸流ファンに許容される寸法で高風量が得られるとともに、ファン後方障害物（エンジンブロック等）の影響を最小限に抑えることができ、かつ製品コストが高くつくことがない内燃機関用軸流ファンを提供する。
【解決手段】複数枚のファンブレードを周方向に所望間隔で配置してなる軸流ファンにおいて、各ブレードをその根本部の迎角より先端部の迎角の大きい先細り形であって、ブレード全長にわたり後退翼とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の駆動軸によって直接駆動もしくはベルト駆動、油圧駆動、モータ駆動等によって間接的に駆動される軸流ファンに係り、軸流ファンに許容される寸法範囲内で高風量を得ることができる軸流ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用の内燃機関には各種の付属装置が施されるようになり、ファンの周囲を流れる空気流の抵抗が増大してきている。例えばエンジンルーム内のファンの前側（ラジエータ側）には、ラジエータの外、エアコン用コンデンサ、インタークーラ、オイルクーラ等が付設され、一方、ファンの後側（内燃機関側）には、オルタネータ、エアコン用コンプレッサ、スーパーチャージャ、ビスカスヒーター、その他の補機類が付設されている。
この結果、ファンの上流側、下流側両方の抵抗が増し、高抵抗域での風量低下をきたしている。ファンの上流側抵抗が高い場合のファン下流側の流れは斜流方向となる。流速はファンの中心に近くなるにつれて遅くなるので、ファンの中心部の下流側は大気圧よりも圧力が低い領域が発生し、ファンを通過した流れの一部が逆流したり、渦流が発生し、ファン性能を低下させている。この現象はファンの上流側抵抗が高くなる程顕著となる。
【０００３】
かかる対策として、例えばラジエータのシュラウドの自由端部に鍔状の隔壁を形成してこの逆流を阻止する軸流ファン（実開昭５６−１９２１号公報参照）、ファンボス部を斜めに傾斜した対流外郭形状にして、気流の剥離を防止し、ファン効率を高めた斜軸流ファン（特開昭５９−１７６４９９号公報参照）、ボス部が円錐台形状の斜軸流ファンにおいて、消費動力が少なくかつ風量が大となる条件として、ボス部の傾斜角と翼部の幅その他の相関関係を特定した軸流ファン（特公平８−６７１３号公報参照）、ボス部の下流側にコーン状のガイド（リング）をボス部端面より離して取付けたファン（実開昭５７−７５１９９号公報参照）、ボス部の下流側に円錐状のリングをブレード後縁より突出しないように取付けた軸流ファン（特開２０００−２３４８９２号公報参照）等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、内燃機関の高馬力化に伴い、軸流ファンには高風量が求められ、消費馬力が増大する傾向にあるが、消費馬力が増大すると必然的にファンドライブにかかる負荷も大きくなるため、高風量で低馬力となるファンが求められている。
従来、内燃機関用軸流ファンの高風量化をはかる手段としては、▲１▼ファンの外径、幅寸法を大きくする手法、▲２▼ブレードの枚数を多くする手法、▲３▼ブレード角度を大きくする手法があるが、これらの従来技術には、以下に記載する問題点がある。
すなわち、▲１▼ファンの外径、幅寸法を大きくすることによって高風量化をはかる方法は、要求される風量を満足するだけの寸法を確保することができないという問題があり、▲２▼ブレードの枚数を増やす手法は、軸流ファンを製造する金型の構造上限界があり、また、スライド機構を採用することでブレード枚数を増やすことは可能であるが、成型金型が複雑になることにより金型自体が高価なものとなり製品コストが高くつくという問題があり、▲３▼ブレード角度を大きくする手法は、風量が増加する以上に馬力と騒音の増大を余儀なくされるなどの問題点がある。さらに、前記した各種軸流ファンにおいても、寸法制約の厳しい条件に対応することが難しく、また製品コストが高くつくこと、性能効率の向上だけでは要求風量を満足しない等の問題があり、簡単に高風量を得ることができなかった。
【０００５】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ブレードを後退翼とすることによりブレードの有効長さを長くして、軸流ファンに許容される寸法で高風量が得られるとともに、従来の軸流ファンに比し低コストで高風量、低馬力、低騒音の軸流ファンを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸流ファンは、複数枚のファンブレードをハブまたはボス部に所望間隔で配置してなる軸流ファンにおいて、各ブレードは、その根本部の迎角より先端部の迎角の大きい先細り形であって、ブレード全長にわたり後退翼であることを特徴とするものである。また、各ブレードは、根本翼弦長Ｗと先端翼弦長ｗの比が０．５〜０．７であること、ブレード先端から根本方向へブレード全長Ｓの１／３Ｓ〜１／５Ｓの部分が当該ブレード根本部の後退角より大きな後退角を有すること、ブレードの根本部と先端部の後退角は、それぞれ１５〜３０度、４０〜６０度であることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明において、ブレードを先細り形の後退翼としたのは、以下に記載する理由による。
内燃機関用軸流ファンの場合は、風の流れはファン後方へ平行へ流れることが最も効率が良いが、実際にはファン後方にエンジンが近接しているためファン後方に流れた風はエンジン本体や補機類に当りエンジン周囲に分散して流れる。一方、斜軸流ファンであれば、ファン後方の流れが斜流方向となり直接エンジンに衝突する流れが少なくなり、結果として風量増加につながる。本発明ではこの斜軸流ファンよりさらに遠心方向への流れを増大させ、かつ旋回流を増大させて、ファン後方障害物（エンジンブロック等）の影響を最小限に抑えることで風量増加をはかるために先細り形の後退翼とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るボス部を有する一体成形タイプの軸流ファンの一実施例を示す正面概念図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線上の縦断面図、図３は同上軸流ファンのブレードの一部を拡大して示す正面概念図、図４は図３に示すブレードの根本部、先端側後退部分および先細り先端部分の迎角を示したもので、（Ａ）は図３ａ−ａ線上の横断面図、（Ｂ）は図３ｂ−ｂ線上の横断面図、（Ｃ）は図３ｃ−ｃ線上の横断面図、図５〜図７は本発明に係る軸流ファンの他の実施例のブレードの一部を拡大して示す正面概念図であり、１はボス部、２、１２、２２、３２はファンブレード、２ａ、１２ａ、２２ａ、３２ａは根本部分、２ｂ、１２ｂ、２２ｂ、３２ｂは中間部分、２ｃ、１２ｃ、２２ｃ、３３ｃは先細り先端後退部、２ｄ、１２ｄ、２２ｄ、３２ｄは前縁、２ｅ、１２ｅ、２２ｅ、３２ｅは後縁、３はスチールインサート、４は取付孔、Ｗはブレード根本翼弦長、ｗはブレード先端翼弦長、Ｓはブレード全長、ｓはブレード先端から根本方向へブレード全長Ｓの１／３Ｓ〜１／５Ｓの先端後退部の長さ、θ_１はブレード根本部の後退角、θ_２はブレード先細り先端後退部の後退角、θａ〜θｃはブレードの迎角である。
【０００９】
すなわち、本発明に係る軸流ファンは、円周上に取付孔４を有する円形のスチールインサート３が埋込まれたプラスチック製のボス部１の外周面に、根本部の迎角より先端部の迎角の大きい先細り形の後退翼２を一体成形により配置した構成となしたもので、後退翼２は、根本部分２ａ、中間部分２ｂおよび先細り先端後退部２ｃとから構成されている。そして、各ブレードの先細り先端部２ｃは、根本翼弦長Ｗと先端翼弦長ｗの比が０．５〜０．７となるように形成され、また、この先細り先端後退部２ｃは、ブレード先端から根本方向へブレード全長Ｓの１／３Ｓ〜１／５Ｓの長さｓを有し、かつ当該ブレード根本部２ａの後退角θ_１は１５〜３０度、ブレード先端後退部の後退角θ_２は４０〜６０度が好ましい。さらに、各ブレードの迎角は、図３、図４に示すごとく、ブレード根本部２ａの迎角θａよりブレード先細り先端後退部２ｃの迎角θｂ、θｃが大きくなっている。
【００１０】
ここで、各ブレードの先細り程度として、根本翼弦長Ｗと先端翼弦長ｗの比を０．５〜０．７としたのは、０．５未満ではブレード幅が小さくなることにより風量が低下し、他方、０．７を超えるとブレード幅が大きくなり風量は増加するが、大きなファン駆動力を必要とするためである。
また、先細り先端後退部２ｃの長さｓをブレード先端から根本方向へブレード全長Ｓの１／３Ｓ〜１／５Ｓの長さとしたのは、１／３Ｓよりブレード根本側に長くとるとブレードの中心線上の実質長さを長くせざるを得なくなってブレードの固有振動数が低下し共振し易くなってブレード根本（付根）の応力値を高めてしまい、他方、１／５Ｓより短いと後退翼の効果（風量増加等）が十分に得られないためである。
さらに、各ブレードの根本部２ａと先端後退部２ｃの後退角θ_１、θ_２をそれぞれ１５〜３０度、４０〜６０度としたのは、以下に記載する理由による。
すなわち、ブレード根本部２ａの後退角θ_１が１５度未満では、風量の増加効果が十分に得られず、他方、３０度を超えるとブレードの中心線上の実質長さが長くなってブレード根本に作用する応力が大きくなり耐久信頼性を低下低下させるためである。また、ブレード先細り先端後退部２ｃの後退角θ_２が４０度未満では、風量の増加効果が十分に得られず、他方、６０度を超えるとブレードの固有振動数が低下し共振し易くなってブレード根本の応力値を高めてしまうためである。
なお、ブレード先細り先端後退部２ｃの迎角θｂ、θｃをブレード根本部２ａの迎角θａより大きくしたのは、流れに遠心成分を与えて風量を増加させるためである。
【００１１】
次に、本発明の他の実施例として図５、図６および図７に示した軸流ファンについて説明すると、まず図５、図６に示す軸流ファンは、どちらも後退翼の形状をフカヒレ状に形成したもので、図５に示すフカヒレ状のブレード１２は、ブレード中心線を根元部分１２ａから、中間部分１２ｂおよび先細り先端後退部１２ｃまで同一Ｒで形成した点に特徴を有する。なお、ブレード１２の前縁１２ｄ、後縁１２ｅは適当なＲや曲線で形成する。また、図６に示すフカヒレ状のブレード２２は、ブレード先端側にいくにしたがって曲率が小さくなるように、ブレード中心線を根元部分２２ａ、中間部分２２ｂおよび先細り先端後退部２２ｃの各部分をそれぞれ異なるＲ１、Ｒ２、Ｒ３で形成した点に特徴を有する。なお、このブレードの場合も前縁１２ｄ、後縁１２ｅは適当なＲで形成することができるが、Ｒと直線あるいは種々の曲線とを組合わせて形成してもよい。
また、図７に示す軸流ファンは、ブレードの根本部分３２ａ、中間部分３２ｂおよび先細り先端後退部３２ｃの後退角θ_１をほぼ同一角度とした後退翼で構成したもので、ブレード３２の前縁３２ｄ、後縁３２ｅは形状的にはほぼ直線で形成される。
この図５、図６に示すフカヒレ状ブレードを有する軸流ファン、図７に示す軸流ファンにおいても、前記図１〜図４に示す先細り形後退翼と同様の作用効果が得られることはいうまでもない。
【００１２】
【実施例】
本発明の図１〜図４に示す軸流ファンの、風量Ｑに対する静圧Ｐを従来の軸流ファンと比較して図７に示す。
本実施例で使用した軸流ファンは、ボス外径φ２１５ｍｍ、ブレード全長１５２ｍｍ、ブレードの根本翼弦長Ｗ８７ｍｍおよび先端翼弦長ｗ５３ｍｍ（根本翼弦長Ｗと先端翼弦長ｗの比＝０．６１）、先細り先端部２ｃの長さｓ５０ｍｍ、ブレードの根本部後退角θ_１２０．３度、先細り先端部後退角θ_２４８．２度、ブレード根本部の迎角θａ３５．４度、ブレード先細り先端部の迎角θｃ４２．９度、ブレード枚数８枚の射出成形された樹脂製であった。
図７に示すデータより、最近の軸流ファンにおいて最も頻繁に使用されている通気抵抗ｋが０．０３〜０．０６の範囲において、従来の軸流ファンに比べて風量Ｑが増加している。この結果より、本発明の先細り形後退翼の有効性が確認された。
なお、ここではブレード、ボス一体成形ファンを例にとり説明したが、組立式ファン等にも適用できることはいうまでもない。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明の軸流ファンによれば、ブレードを先細り形後退翼としたことにより、軸流ファンに許容される寸法で高風量が得られ、また、遠心方向への流れが増加し、かつ旋回流が増大するためファン後方障害物（エンジンブロック等）の影響を最小限に抑えることができ、さらに、ファン単体で高風量が得られる上、成形金型が簡単で安価なものとなるため製品コストが高くつくことがない等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボス部を有する一体成形タイプの軸流ファンの一実施例を示す正面概念図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線上の縦断面図である。
【図３】同上軸流ファンのブレードの一部を拡大して示す正面概念図である。
【図４】図３に示すブレードの根本部、先端側後退部分および先細り先端部分のピッチ角を示したもので、（Ａ）は図３ａ−ａ線上の横断面図、（Ｂ）は図３ｂ−ｂ線上の横断面図、（Ｃ）は図３ｃ−ｃ線上の横断面図である。
【図５】本発明に係る軸流ファンの他の実施例のブレードの一部を拡大して示す正面概念図である。
【図６】本発明に係る軸流ファンの別の実施例のブレードの一部を拡大して示す正面概念図である。
【図７】本発明に係る軸流ファンのさらに別の実施例のブレードの一部を拡大して示す正面概念図である。
【図８】本発明の実施例における風量Ｑに対する静圧Ｐを従来と比較して示す図である。
【符号の説明】
１ボス部
２、１２、２２、３２ファンブレード
２ａ、１２ａ、２２ａ、３２ａ根本部分
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ中間部分
２ｃ、１２ｃ、２２ｃ、３２ｃ先細り先端後退部
２ｄ、１２ｄ、２２ｄ、３２ｄ前縁
２ｅ、１２ｅ、２２ｅ、３２ｅ後縁
３スチールインサート
４取付孔
Ｗブレード根本翼弦長
ｗブレード先端翼弦長
Ｓブレード全長
ｓブレード先端から根本方向へブレード全長Ｓの１／３Ｓ〜１／５Ｓの長さ
θ_１ブレード根本部の後退角
θ_２ブレード先細り先端部の後退角
θａ〜θｃ迎角

Claims

複数枚のファンブレードをハブまたはボス部に所望間隔で配置してなる軸流ファンにおいて、各ブレードは、その根本部の迎角より先端部の迎角の大きい先細り形であって、ブレード全長にわたり後退翼であることを特徴とする軸流ファン。
各ブレードは、根本翼弦長Ｗと先端翼弦長ｗの比が０．５〜０．７であることを特徴とする請求項１記載の軸流ファン。
各ブレードは、ブレード先端から根本方向へブレード全長Ｓの１／３Ｓ〜１／５Ｓの長さ部分が当該ブレード根本部の後退角より大きな後退角を有することを特徴とする請求項１または２記載の軸流ファン。
各ブレードの根本部の後退角は、１５〜３０度であることを特徴とする請求項３記載の軸流ファン。
各ブレードの先端部の後退角は、４０〜６０度であることを特徴とする請求項３または４記載の軸流ファン。