JP2012047098A - 冷却ファン - Google Patents

Abstract

【課題】ブレードの負圧面側での気流の剥離を抑制して騒音の発生を未然に防止することのできる冷却ファンを提供する。
【解決手段】ブレード１３の負圧面２０Ｂの回転方向前方側の縁部１３ａに突条２１を設ける。突条２１は断面略三角形状に形成する。ブレード１３の負圧面２０Ｂに流れ込んだ気流は回転方向前方側の縁部１３ａの突条２１で負圧面２０Ｂに沿う流れに変えられる。
【選択図】図４

Description

この発明は、自動車のラジエータ等に用いられる冷却ファンに関するものである。

この種の冷却ファンの多くは、エンジンや電動モータ等の回転駆動源に連結されるボス部に、径方向外側に突出する複数のブレードが設けられ、回転駆動源の動力によってブレードを旋回させて、冷却対象物にエアを送風する基本構造とされている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００８／０７２５１６号明細書

この種の冷却ファンの場合、各ブレードがファンの回転方向に対して傾斜しており、ファンの回転時には、各ブレードの回転方向の前方に臨む側の面の近傍が正圧となり、後方に臨む側の面の近傍が負圧となる。ここで、各ブレード上のファンの回転時に近傍部が正圧になる側の面を正圧面と呼び、逆に近傍部が負圧になる側の面を負圧面と呼ぶものとすると、ファンの回転時には、各ブレードの正圧面側では気流がその面に沿ってスムーズに流れるが、負圧面側では気流がブレードの端縁に当たった直後からその面から剥離し易くなる。そして、この負圧面側の気流の剥離はファン回転時における騒音発生の原因となり易い。

そこでこの発明は、ブレードの負圧面側での気流の剥離を抑制して騒音の発生を未然に防止することのできる冷却ファンを提供しようとするものである。

この発明に係る冷却ファンでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、回転駆動源に連結されるボス部と、このボス部から径方向外側に突出する複数のブレードと、を備えた冷却ファンにおいて、前記ブレードの負圧面の回転方向前方側の縁部に、当該ブレードの延出方向に略沿う突条が設けられていることを特徴とするものである。
これにより、ボス部が回転駆動されると、ブレードの負圧面側に流れ込んだ気流は回転方向前方側の縁部で突条を乗り越え、その突条の後方に回り込んだ後に負圧面に沿って流れることになる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る冷却ファンにおいて、前記突条は、前記ブレードの回転方向に沿う断面が略三角形状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る冷却ファンにおいて、前記突条の高さをｈ、前記ブレードの回転方向前方側の縁部の肉厚をｔとしたときに、ｈ／ｔが０．６〜１．４の範囲になるように前記突条の高さｈが設定されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項２または３に係る冷却ファンにおいて、前記ブレードの回転方向前方側の端部から前記突条の最大高さ位置までの距離をｄ、前記ブレードの前記突条を含む部位の翼弦長をＬとしたときに、ｄ／Ｌが０．０１〜０．１０の範囲となるように前記突条の位置が設定されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項２〜４のいずれか１項に係る冷却ファンにおいて、前記複数のブレードの径方向外側の端部の近傍を環状に連結する筒状のリング部材が設けられ、ファン半径をｒ、前記突条の前記リング部材からの径方向内側の延出長さをｍ、前記突条の前記リング部材からの径方向外側の延出長さをｎとしたときに、ｍ／ｒが０．０３〜０．２、ｎ／ｒが０〜０．１の条件下で、（ｍ＋ｎ）／ｒが０．０３〜０．３の範囲となるように前記突条の延出長さが設定されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、ブレードの負圧面側の回転方向前方側の縁部に、当該ブレードの延出方向に略沿う突条が設けられていることから、ブレードの負圧面側に流れ込んだ気流を回転方向前方側の縁部の突条で負圧面に沿う流れに変え、気流の剥離に起因する騒音発生を未然に防止することができる。

また、特に、請求項２に係る発明によれば、突条のブレード回転方向に沿う断面が略三角形状に形成されているため、ブレードの負圧面に流れ込んだ気流を負圧面に沿う流れにスムーズに変えることができるとともに、ブレード部分での回転抵抗の増大や風量の低下を抑制することができる。

この発明の一実施形態の冷却ファンの正面図である。 この発明の一実施形態の冷却ファンのファン本体の斜視図である。 この発明の一実施形態の冷却ファンのブレードの正面図である。 この発明の一実施形態の冷却ファンのブレードの図３のＡ−Ａ断面に沿う断面図である。 この発明の一実施形態の冷却ファンの突条の高さを変えて騒音低下量と風量低下量を調べた結果を示すグラフである。 この発明の一実施形態の冷却ファンの突条の位置を変えて騒音低下量を調べた結果を示すグラフである。 この発明の一実施形態の冷却ファンの突条の延出長さを変えて騒音低下量を調べた結果を示すグラフである。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この実施形態に係る冷却ファン１を正面から見た図であり、図２は、冷却ファン１のファン本体１０を示す斜視図である。
この実施形態の冷却ファン１は、自動車のラジエータに用いられる軸流ファンであり、図示しないエンジンや電動モータ等の回転駆動源によって回転駆動されるファン本体１０と、ファン本体１０の外周側を覆ってラジエータに対するエアの導入効率を高めるためのシュラウド１１と、を備えている。

シュラウド１１は、その前面のほぼ中央に、ファン本体１０の軸方向に沿った奥行き深さを持つ円形の導風孔３０が設けられ、その導風孔３０の周壁面の内側にファン本体１０が回転可能に配置されるようになっている。また、シュラウド１１の前面の導風孔３０を囲む領域は導風孔３０に向かって窪むテーパ面とされている。

ファン本体１０は、回転駆動源に連結される有底円筒状のボス部１２と、このボス部１２の外周面から径方向外側に突出する複数（この実施形態の場合５枚）のブレード１３と、複数のブレード１３の径方向外側の端部の近傍を環状に連結する円筒状のリング部材１４と、を備えている。

ここで、ファン本体１０について、シュラウド１１の外側に露出する側の面（図１において正面に見える側の面）を前面と呼び、その裏側の面を後面と呼ぶものとすると、各ブレード１３は、図１に矢印Ｒで示すファン本体１０の回転方向の前方側がファン本体１０の前面側に開くように傾斜している。したがって、ブレード１３の後面側は、ファン本体１０の回転時にその近傍部が正圧になる正圧面２０Ａとされ、ブレード１３の前面側は、ファン本体１０の回転時にその近傍部が負圧となる負圧面２０Ｂとされている。また、各ブレード１３は、付根部側では仰角が大きく、かつ、翼弦長が短く設定されており、延出端側に向かうにつれて仰角が次第に小さくなるとともに翼弦長が次第に長くなるように設定されている。そして、各ブレード１３の延出端は、正面視でボス部１２と同軸中心の円を描く円弧形状に形成され、シュラウド１１の導風孔３０の内周面に対してほぼ一定の微小隙間が維持されるようになっている。
また、この実施形態のブレード１３は、正面視で延出端側が回転方向の前方に向かって湾曲する前進翼型とされているが、特に、回転方向の前方側の縁部は延出端に近づくにつれて前方側への膨出量が大きくなっている。

図３は、一つのブレード１３を拡大して示した正面図であり、図４は、そのブレード１３を回転方向に沿って切ったときの断面図である。
リング部材１４のエア吸い込み側の軸方向の端面は、各ブレード１３の負圧面２０Ｂのうちの、延出端近傍の回転方向前方側の縁部１３ａと同高さに形成されている。そして、各ブレード１３の負圧面２０Ｂの縁部１３ａには、その縁部１３ａの延出方向に沿うように突条２１が設けられている。

図４に示すように、突条２１は、ブレード１３の回転方向に沿う断面が略三角形状に形成され、その略三角形状の底辺部分がブレード１３の負圧面２０Ｂ側の端縁１３ａに接合されている。なお、突条２１はブレード１３の本体部と一体に形成するようにしても良い。
ここで、突条２１の突出高さｈと、ブレード１３の回転方向前方側の端部から突条２１の最大高さ位置までの距離ｄと、突条２１の延出範囲（延出長さ）は、後述する実験結果に基づき以下のように設定されている。

＜突条２１の突出高さｈ＞
突条２１の突出高さをｈ、ブレード１３の回転方向前方側の縁部１３ａの肉厚をｔとしたときに、以下の条件（１）を満たすように設定されている。
０．６≦ｈ／ｔ≦１．４ …（１）
＜突条２１の最大高さ位置までの距離ｄ＞
ブレード１３の回転方向前方側の端部から突条２１の最大高さ位置までの距離をｄ、ブレード１３のリング部材１４の近傍（突条２１を含む部位）の翼弦長をＬとしたときに、以下の条件（２）を満たすように設定されている。
０．０１≦ｄ／Ｌ≦０．１０ …（２）
＜突条２１の延出範囲＞
ファン本体１０の半径（図１参照）をｒ、突条２１のリング部材１４（リング部材１４の厚みの中心）からの径方向内側の延出長さをｍ、突条２１のリング部材１４（リング部材１４の厚みの中心）からの径方向外側の延出長さをｎとしたときに、ｍ／ｒが０．０３〜０．２、ｎ／ｒが０〜０．１の条件下で、以下の条件（３）を満たすように設定されている。
０．０３≦（ｍ＋ｎ）／ｒ≦０．３ …（３）

以上の構成において、この冷却ファン１のボス部１２が回転駆動されると、エアがファン本体１０の前方と外周側からブレード１３間のスペースに吸い込まれ、そのエアがファン本体１０の後方側に配置された図示しないラジエータに供給される。

このとき、図４に示すように、各ブレード１３の後面側では、エアが正圧面２０Ａに押されて同正圧面２０Ａに沿って後方側に流れ、一方、各ブレード１３の前面側では、エアがブレード１３の回転方向前方側の端部に当たって負圧面２０Ｂ側に流れ込むと、即時に、略三角形状の突条２１の頂部を乗り越え、突条２１の背部に回り込んだエアが負圧面２０Ｂ方向に向きを変えて同負圧面２０Ｂに沿うようにして後方側に流れることになる。

したがって、この冷却ファン１においては、各ブレード１３の負圧面２０Ｂ側に流れ込んだ気流が初期段階で突条２１によって負圧面２０Ｂに沿う流れに変えられるため、気流が負圧面２０Ｂから剥離することによる騒音の発生を未然に防止することができる。

ここで、各ブレード１３に設ける突条２１の断面形状は必ずしも三角形状である必要はないが、この実施形態のように突条２１の断面形状を三角形状とした場合には、ブレード１３の負圧面２０Ｂに流れ込んだ気流を傾斜面によってスムーズに変えることができるとともに、ブレード１３部分での回転抵抗の増大や風量の低下を抑制するうえで有利となる。

図５は、突条２１の高さｈを変えて騒音の低下量と風量の低下量を調べた実験結果を示すグラフである。
図５のグラフから明らかなように、突条２１の高さｈが上記の（１）の条件を満たす範囲であるときに、騒音が０．１〜０７ｄＢ低下して充分な騒音低減効果が得られるようになり、しかも、このとき冷却ファン１の風量の急激な低下が回避されるようになる。

図６は、ブレード１３の回転方向前方側の端部からの突条２１の最大高さ位置までの距離ｄを変えて騒音の低下量を調べた実験結果を示すグラフである。
図６のグラフから明らかなように、突条２１の位置が上記の（２）の条件を満たす範囲であるときに、騒音が０．３〜０．８ｄＢ低下して充分な騒音低減効果が得られるようになる。

図７は、突条２１の延出長さを変えて騒音の低下量を調べた実験結果を示すグラフである。
図７のグラフから明らかなように、突条２１の延出長さが上記の（３）の条件を満たす範囲であるときに、騒音が０．３〜０．８ｄＢ低下して充分な騒音低減効果が得られるようになる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態は、冷却ファンをラジエータの冷却に用いているが、本発明に係る冷却ファンは、ラジエータ冷却用に限定されるものではなく、その他の機器を冷却するものであっても良い。

１…冷却ファン
１２…ボス部
１３…ブレード
１３ａ…縁部
１４…リング部材
２０Ｂ…負圧面
２１…突条

Claims (5)

1. 回転駆動源に連結されるボス部と、
   このボス部から径方向外側に突出する複数のブレードと、
   を備えた冷却ファンにおいて、
   前記ブレードの負圧面側の回転方向前方側の縁部に、当該ブレードの延出方向に略沿う突条が設けられていることを特徴とする冷却ファン。
2. 前記突条は、前記ブレードの回転方向に沿う断面が略三角形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却ファン。
3. 前記突条の高さをｈ、前記ブレードの回転方向前方側の縁部の肉厚をｔとしたときに、ｈ／ｔが０．６〜１．４の範囲になるように前記突条の高さｈが設定されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却ファン。
4. 前記ブレードの回転方向前方側の端部から前記突条の最大高さ位置までの距離をｄ、前記ブレードの前記突条を含む部位の翼弦長をＬとしたときに、ｄ／Ｌが０．０１〜０．１０の範囲となるように前記突条の位置が設定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の冷却ファン。
5. 前記複数のブレードの径方向外側の端部の近傍を環状に連結する筒状のリング部材が設けられ、
   ファン半径をｒ、前記突条の前記リング部材からの径方向内側の延出長さをｍ、前記突条の前記リング部材からの径方向外側の延出長さをｎとしたときに、ｍ／ｒが０．０３〜０．２、ｎ／ｒが０〜０．１の条件下で、（ｍ＋ｎ）／ｒが０．０３〜０．３の範囲となるように前記突条の延出長さが設定されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷却ファン。

Images