JP4278252B2 - ファン装置の騒音低減機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファン装置の騒音低減機構に係り、例えば、パワーショベル等の建設機械を含む特殊車両やその他の車両のエンジン冷却システム、あるいは、各種の産業用冷却システムに用いられるファン装置の騒音低減機構に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、車両等のエンジン冷却システムとして、エンジンおよびラジエータ間で冷却液を循環させるものが知られている。このような冷却システムでは、ラジエータに近接してファンを取り付け、ファンによって吸引される冷却空気とラジエータ内の冷却液との間で熱交換を行い、この熱交換後の冷却液でエンジンを冷却している。
この際、ファンの周囲にはファンシュラウドが設けられ、このファンシュラウドでラジエータを通過する冷却空気の流れを整えることにより、ラジエータでの熱交換を良好に行えるようにし、エンジンの冷却効率を向上させている。
【０００３】
ところで、ファンの先端部とファンシュラウドとの間の僅かな隙間では、ファンの旋回に伴って強い旋回流が生じ、この旋回流によって気流音が生じる。このため、例えば、実開昭５６−４１１１９号公報、実開昭５７−１２６５２４号公報、実開昭６４−１３２２９号公報、および実開平２−３９９５６号公報など（含、各公報に係る当該出願のマイクロフィルム）には、その気流音を低減する目的で、ファンシュラウドに消音手段を施すことが開示されている。
【０００４】
これら公報等に記載の消音手段はいずれも、ファンの先端部側に対向するファンシュラウドの対向面を、多数の貫通孔が穿設された硬質のパンチングメタル等で形成し、このパンチングメタルのさらに外側に設けられた吸音材やエネルギ減衰空間で気流音を低減するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記各公報等に記載の消音手段によれば、強い旋回流が生じる部分にパンチングメタルを用いているので、パンチングメタルの貫通孔による段差部分に冷却空気がぶつかると、その衝撃で特に高周波の衝撃音が発生する。従って、そのような消音手段では、旋回流による気流音は低減するが、新たに衝撃音が生じてしまい、全体の騒音を効果的に低減できないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、衝撃音および旋回流による気流音を共に効果的に消音して、騒音を確実に低減できるファン装置の騒音低減機構を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のファン装置の騒音低減機構は、ファンの先端側に近接対向する部材の材質や、ファン（ファンシュラウド）周辺の構造を変えることで、前記目的を達成しようとするものである。
【０００８】
具体的には、請求項１の発明は、回転駆動されるファンと、このファンの先端部回転軌跡から所定間隔を離して設けられたファンシュラウドと、このファンシュラウドを支持する端板と、前記ファンの上流または下流に設けられたラジエータと、このラジエータおよびファンシュラウド間を気密に接続するラジエータフードおよび前記端板と、前記ファンシュラウドの少なくとも一部に取り付けられ、かつファン先端部に最も近接するように直面させて設けられた多孔質吸音材とを有しているとともに、前記多孔質吸音材が取り付けられた前記ファンシュラウド、前記ラジエータフード、および前記端板のうちの少なくともいずれかには、多数の孔が形成されており、前記多数の孔がラジエータフードおよび／または前記端板に形成されている場合には、当該多数の孔が多孔質吸音材にて内面側から覆われているファン装置の騒音低減機構である。
ここで、本明細書において、「多孔質」とは材質が多孔のもの、すなわち、スポンジ状のものを言い、この点で多数の孔がプレス加工等によって穿設されるパンチングメタルとは異なる。
【０００９】
本発明では、ファンシュラウドのファン先端部側に対向して直面する面（内面）、すなわち、強い旋回流が生じる部分に多孔質吸音材を貼付等により取り付けたり、または、ファンシュラウドのファン先端部側に対向する面自身を多孔質吸音材で形成するので、多孔質吸音材が有する吸音性により、旋回流による気流音が吸音される。
また、従来のようなパンチングメタルを用いないから、冷却空気が硬質の段差部分にぶつかることがなく、衝撃音が生じ難い。
以上により、衝撃音および気流音が共に効果的に消音され、ファンの先端部分とファンシュラウドとの間での騒音が確実に低減する。
さらに、この発明によれば、ラジエータフードおよび端板で囲まれる気密な空間は、騒音が有するエネルギ（圧力波）の減衰空間として作用するので、消音性能が向上する。さらに、ラジエータフードを設けることで、冷却空気の流れがスムーズになり、ラジエータでの熱交換がより良好に行われる。
そして、この発明によれば、ラジエータフードの内面や単板の内面にも多孔質吸音材を取り付けるので、騒音がさらに低減する。
加えて、この発明によれば、ファンシュラウドに多数の孔を形成することで、特に低周波の騒音が低減する。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ファンシュラウドおよび／または前記多孔質吸音材をベルマウス状としたファン装置の騒音低減機構である。
この発明によれば、ファンシュラウドや多孔質吸音材をベルマウス状にすることにより、ファンの先端側とファンシュラウドまたは多孔質吸音材との間での冷却空気の流れがスムーズになるので、発生する気流音が小さくなり、騒音がさらに低減する。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のファン装置の騒音低減機構において、前記多孔質吸音材には、前記ファン先端部と対向する表面側を覆う被覆部が形成されているファン装置の騒音低減機構である。
この発明によれば、多孔質吸音材の表面側を被覆部で覆うので、表面のみを単に薬品等で撥水処理する場合に比して水分の吸水等がより確実に防止されるうえ、ファンで弾き飛ばされた砂塵等が多孔質吸音材での多孔質部分に直に衝突する心配がなくなるので、多孔質吸音材の劣化や欠損が防止されて耐候性、耐久性が向上する。
また、被覆部を形成することで多孔質吸音材の腰が強くなり、撓み難くなるから、多孔質吸音材を例えば貼付等によってファンシュラウドに取り付ける際の取扱性が良好になり、ファンシュラウドの製作が容易に行える。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ファンシュラウドには、前記多孔質吸音材における気流方向の上流側および下流側の少なくとも一端を保護する保護部が設けられているファン装置の騒音低減機構である。
多孔質吸音材がファンシュラウドに取り付けられている場合、多孔質吸音材の上流側や下流側の端部は、ファンで飛ばされる砂塵の衝突によってファンシュラウドから容易に剥離するおそれがあるが、この発明では、砂塵の衝突が保護部によって回避されるため、多孔質吸音材の剥離が有効に防止される。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ファンシュラウドには、前記多孔質吸音材を部分的に係止する係止手段が設けられているファン装置の騒音低減機構である。
この発明によれば、係止手段によって多孔質吸音材の取付状態が維持されるから、ファンシュラウドからの多孔質吸音材の脱落が防止され、信頼性も向上する。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ファンシュラウドを、前記気流方向の上流側および下流側にそれぞれ設けられてベルマウス状に湾曲した開口部と、前記ファンの回転軸の軸線方向に対して平行でかつ前記開口部間に設けられた平行部とを備えて構成し、前記多孔質吸音材を前記ファンシュラウドの平行部に取り付けたファン装置の騒音低減機構である。
この発明によれば、ファンシュラウドの平行部によって内径が等しい円筒状部分が形成されるから、多孔質吸音材をこの円筒状部分に取り付ければよい。このため、多孔質吸音材を湾曲した開口部に押し当てる等して取り付ける必用がなく、取付作業が容易になる。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項６に記載のファン装置の騒音低減機構において、前記多孔質吸音材を、前記気流方向の上流側および下流側に設けられたベルマウス状の開口部の一部まで含んで、滑らかなシュラウド状に形成したファン装置の騒音低減機構である。
この発明によれば、ファンシュラウドのベルマウス状とされた開口部の一部が多孔質吸音材によっても形成されるから、多孔質吸音材で形成した分だけファンシュラウド自身で形成する部分を短くしても、多孔質吸音材を含めたファンシュラウド全体のベルマウス形状、および多孔質吸音材の幅寸法（軸線方向と平行な方向の幅寸法）がほぼ維持される。従って、吸音性能を確実に維持しつつ、ファンシュラウドによる開口部を短くした分だけ、このファンシュラウドのコンパクト化が図れる。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ラジエータフード、前記端板、および前記ファンシュラウドによって囲まれた空間を準密閉状態として構成された消音室を有し、この消音室と前記ラジエータフード内とを当該消音室の周方向に沿って複数設けられた共鳴管で連通させたファン装置の騒音低減機構である。
【００２０】
この発明によれば、ファンシュラウドに取り付けられた多孔質吸音材によって気流音および衝撃音からなる騒音が低減され、また、準密閉状態の消音室を形成することで騒音がより低減する。
加えて、本発明では、消音室とラジエータフード内とを共鳴管で連通させるので、共鳴管の径寸法、長さ寸法、および消音室の容積等を適宜設定して共鳴管での共振周波数を決めれば、この共振周波数と同じ特定周波数の騒音が共鳴管で共鳴し、騒音エネルギが良好に減衰される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
続いて第１〜第１２実施形態および第１〜第１２変形例について説明するが、これらの形態のうち、本発明を直接的に説明しているのは、第２、第３、第５、第６実施形態であり、その他の実施形態や変形例は、本発明の参考の形態である。ただし、そのような参考の形態の特徴的な構成を前記第２、第３、第５、第６実施形態の構成に組み合わせた場合には、本発明になり得る。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の参考となる第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態に係るファン装置の騒音低減機構を、パワーショベル等の建設機械のエンジン冷却システム１に適用した例を模式的に示す全体図、図２は、前記騒音低減機構の要部を示す拡大図である。
【００２２】
エンジン冷却システム１は、エンジン２およびラジエータ３間で冷却液を循環させ、ラジエータ３で熱交換された冷却液によってエンジン２を冷却するものであり、エンジン２とラジエータ３との間には、熱交換用の冷却空気をエンジンルーム５の外部から吸引するためのファン４が配置され、このファン４がエンジン２のクランクシャフトよりプーリーおよびファンベルトで伝達される出力で回転駆動される。
【００２３】
また、本実施形態では、ラジエータ３のさらに上流側（冷却空気の流れ方向における上流側）にオイルクーラ６（図１参照）が配置され、エンジン２のオイルパン（不図示）およびオイルクーラ６間でエンジンオイルを循環させ、オイルクーラ６で熱交換されたエンジンオイルでもエンジン２を冷却および潤滑している。但し、このようなオイルクーラ６は必要に応じて設けられればよい。
【００２４】
ラジエータ３の下流側には、それぞれ板金製のラジエータフード１０と、ファンシュラウド２０と、カバーフード３０とが設けられ、このカバーフード３０は、前述したプーリーやファンベルトを覆うエンジンカバー３１およびエンジンカバー３１の上方に設けられた半円台状の外周カバー３２から構成されている。そして、これらの部材で冷却空気の流路を形成している。
【００２５】
ラジエータフード１０は、下流側の端部に設けられた外フランジ１２を有する四角筒状または一部円筒状を含む形状とされ、上流側でラジエータ３側にボルトおよびナット等で固定されている。外フランジ１２には、平板状の鉛直な端板１３がボルトおよびナットによって固定され、端板１３の中央に設けられた大きな開口部分には、円筒形状の前記ファンシュラウド２０が溶接等によって固定されている。すなわち、この端板１３は、ラジエータフード１０とファンシュラウド２０との隙間を塞ぐとともに、ファンシュラウド２０を支持するシュラウド支持部材を兼ねている。
【００２６】
ファンシュラウド２０は、ファン４の先端部側の回転軌跡から所定間隔を離して設けられているとともに、端板１３を略境にして上流側に向けてベルマウス状に開口した上流側開口部２１と、下流側に向けてベルマウス状に開口した下流側開口部２２とからなり、各開口部２１，２２をベルマウス形状とすることで、冷却空気がファン４の先端側とファンシュラウド２０との間でスムーズに流れるように構成されている。
【００２７】
図２にも拡大して示すように、ファンシュラウド２０の内周面には、例えば、発泡ウレタン樹脂、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の合成樹脂からなる多孔質（ポーラス状）の吸音材４０が、パンチングメタルを用いることなく略全面にわたって露出した状態で、かつファンシュラウド２０のベルマウス形状を維持するように貼付され、ファン４の先端側とファンシュラウド２０との間で生じる気流音や衝撃音を低減している。すなわち、本実施形態では、この吸音材４０が本発明の騒音低減機構としての大きな特徴の一つになっている。
この吸音材４０の表面は、薬品による化学処理等されて撥水性を有し、冷却空気に混じって吸引される雨水などから表面を保護することで、吸音材４０の耐候性を向上させている。
【００２８】
このようなファンシュラウド２０において、上流側開口部２１は、下流側開口部２２よりも大きく延出してラジエータフード１０内に開口しており、上流側開口部２１の上流側の周縁部分が、周方向の四箇所（正面から見た場合の上下左右の四箇所）で四角筒状または一部円筒状を含む形状とされたラジエータフード１０の内面に近接している。
この結果、ラジエータフード１０、端板１３、およびファンシュラウド２０の上流側開口部２１とで囲まれた空間は、隙間５１（図２参照）を介してラジエータフード１０内と連通するだけであり、ほぼ密閉された消音室５０になっている。すなわち、本実施形態では、この消音室５０も本発明の騒音低減機構としての大きな特徴の一つになっている。
【００２９】
一方、カバーフード３０（図１参照）を構成するエンジンカバー３１の外面、および外周カバー３２の内面にも、ファンシュラウド２０と同様に吸音材４１，４２が貼付され、ファンシュラウド２０を通過した冷却空気の気流音を低減している。なお、このようなカバーフード３０は、本発明に必須の構成ではなく、必要に応じて設けられればよい。
【００３０】
このような本実施形態においては、エンジン２でファン４を駆動し、図１中に矢印で示すように、エンジンルーム５の外部から冷却空気を吸引する。
吸引された冷却空気は、オイルクーラ６を通過することでエンジンオイルとの間で熱交換を行った後、ラジエータ３を通過して冷却液との間で熱交換を行い、この後、順次ラジエータフード１０、ファンシュラウド２０、カバーフード３０を通ってエンジン２側に送られ、最終的にエンジンルーム５外に排出される。
この際、ラジエータフード１０内では消音室５０によって、また、ファンシュラウド２０およびカバーフード３０内では吸音材４０〜４２により、それぞれファン４の旋回に伴う騒音が低減するようになっている。
【００３１】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
１）ファン４の先端部側に対向するファンシュラウド２０の内周面全域には、多孔質の吸音材４０が対抗空間に露出した状態で貼付されているので、ファン４とファンシュラウド２０との間の強い旋回流に起因する気流音を吸音材４０で吸音できる。
【００３２】
２）従来のようなパンチングメタルを用いないから、冷却空気が硬質の段差部分にぶつかることがなく、衝撃音を生じ難くできる。
【００３３】
３）以上の１）、２）により、ファン４の旋回に伴う衝撃音および気流音を共に効果的に消音でき、ファン４の先端部分とファンシュラウド２０との間での騒音を確実に低減できる。
【００３４】
４）ファンシュラウド２０の上流側開口部２１は、ラジエータフード１０の内面に近接するように延出されており、この上流側開口部２１、ラジエータフード１０、および端板１３で囲まれた空間が、小さな隙間５１を介してラジエータフード１０内と連通した密閉度合いの大きい消音室５０になっているので、この消音室５０を消音効果の高いものにできるうえ、ファン４から上流側に伝搬する騒音のエネルギ（圧力波）を消音室５０内で大幅に減衰でき、騒音をより確実に低減できる。
【００３５】
５）ファンシュラウド２０は、上流側および下流側の両方に対してベルマウス状に開口しているため、ファン４の先端部側とファンシュラウド２０との間を冷却空気がスムーズに流れるようになり、騒音の消音効果を大きくできる。
【００３６】
６）ファン４の下流側に配置されたカバーフード３０にも、冷却空気の流路に露出するように吸音材４１，４２が貼付されているから、ファン４から下流側に伝搬する騒音のエネルギも吸音材４１，４２で吸音でき、この点からも騒音を低減できる。
【００３７】
７）吸音材４０，４１，４２の表面には、化学処理等によって撥水性が付与されているから、冷却空気に混じって吸引された雨水等の水分で吸音材４０，４１，４２が著しく劣化する心配がなく、吸音材４０，４１，４２の耐候性を向上させることができる。
【００３８】
８）ラジエータ３とファンシュラウド２０との間にラジエータフード１０が配置されていることにより、冷却空気がスムーズに吸引されるので、オイルクーラ６およびラジエータ３での熱交換を良好にでき、エンジン２の冷却効率を向上させることができる。
また、カバーフード３０を設けることで冷却空気がスムーズにエンジン２側に送られるから、これに伴って冷却空気の吸引もさらに効率よく行える。
【００３９】
以下には、本発明の実施形態および参考となる他の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下において、前記第１実施形態と同一もしくは相当構成部分には、同一もしくは相当符号を用い、説明を省略もしくは簡略化する。また、図示しない部分も、第１実施形態と同じ構成であり、その説明を省略する。
【００４０】
〔第２実施形態〕
図３には、本発明の第２実施形態に係るファン装置の騒音低減機構の要部が模式的に示されている。
本実施形態では、ファンシュラウド２０に多数の孔２３を穿設した点、およびファンシュラウド２０の上流側開口部２１をよりラジエータフード１０の内面に近づけ、消音室５０の密閉度を向上させた点が第１実施形態とは異なる。
この実施形態によれば、第１実施形態の１）〜８）の効果に加えて以下の効果がある。
９）ファンシュラウド２０には多数の孔２３が穿設されているため、特に上流側開口部２１では、ファン４の旋回時に生じる騒音のうち、吸音材４０内を伝搬し易い低周波の騒音を低減できる。これは、そのような低周波の騒音がファンシュラウド２０に到達した時点で、孔２３およびこれと連通した消音室５０でより有効に消音されるからである。
【００４１】
〔第３実施形態〕
図４には、本発明の第３実施形態として、前記第２実施形態の構成に加え、ラジエータフード１０の内面全域にも吸音材４３を貼付した例が示されている。
本実施形態によれば、前述した１）〜９）の効果に加え、以下の効果がある。
10）ラジエータフード１０内に貼られた吸音材４３により、ファン４の上流側のより広い範囲で騒音を吸音でき、消音効果を増大できる。
【００４２】
〔第４実施形態〕
図５には、本発明の参考となる第４実施形態として、前記第１実施形態の構成に加え、ラジエータフード１０の内面全域、および端板１３の内面に吸音材４４を貼付した例が示されている。なお、ラジエータフード１０に貼られる吸音材４３と、端板１３に貼られる吸音材４４とは、それぞれ別体であっても一体であってもよい。 各吸音材４３，４４が別体であれば、ラジエータフード１０および端板１３のそれぞれに吸音材４３，４４を貼付した後に、互いの部材１０，１３を結合すればよく、一体であれば、各部材１０，１３を結合した後に、吸音材４３，４４を貼付すればよい。
【００４３】
本実施形態によれば、前述した１）〜８）、10）の効果に加え、以下の効果がある。
11）端板１３の内面にも吸音材４４が貼付されているから、ラジエータフード１０内の略全域で吸音でき、消音効果をさらに増大できる。そして、吸音材４４が露出した大きな面で消音室５０の一内面が形成されているので、特に消音室５０内での消音を効果的に行える。
【００４４】
〔第５実施形態〕
図６には、本発明の第５実施形態として、前記第４実施形態の構成に加え、ラジエータフード１０の周面部分に孔１４を穿設した例が示されている。
本実施形態によれば前述した１）〜８）、10）、11）の効果に加え、以下の効果がある。
12）ラジエータフード１０に穿設された孔１４により、低周波の騒音をファン４の上流側の広い範囲でさらに低減できる。
【００４５】
〔第６実施形態〕
図７には、本発明の第６実施形態として、第５実施形態の構成に加え、端板１３にも孔１５を穿設した例が示されている。
本実施形態によれば、前述した１）〜８）、10）〜12）の効果に加え、以下の効果がある。
13）端板１３に穿設された孔１５により、低周波の騒音をファン４の上流側の略全域で一層低減でき、特に消音室５０内での消音をより効果的に行える。
【００４６】
〔第７実施形態〕
図８には、本発明の参考となる第７実施形態が示されている。
本実施形態では、ファンシュラウド２０が下流側開口部２２のみで構成されている点が前記第１実施形態とは異なる。従って、ラジエータフード１０内にはファンシュラウド２０が延出しておらず、消音室５０（図２〜図７参照）が設けられていない。
【００４７】
本実施形態によれば、ファンシュラウド２０が下流側開口部２２のみで構成されていることや、消音室５０が設けられていないことにより、第１実施形態の１）〜８）の効果のうち、４）および５）の効果については、十分に達成できない可能性がある。
しかしながら、ラジエータフード１０と端板１３とで囲まれた空間５２で騒音を幾分低減できる。なお、ラジエータフード１０内にファンシュラウド２０が延出しないタイプとしては、図８中の一点鎖線で示すように、端板１３を省略し、ラジエータフード１０をベルマウス状に形成してファンシュラウド２０と連続させた構造でもよい。
また、下流側開口部２２がベルマウス状であることで、例えば、図８中の二点鎖線で示すように、ファンシュラウド２０が下流側に向けて水平に延出した構造や、下流側に向かうに従って開口が直線的に拡開する構造に比べれば、冷却空気の流れをよりスムーズにでき、騒音の低減効果がある。
【００４８】
〔第８実施形態〕
図９には、本発明の参考となる第８実施形態が示されている。
本実施形態では、ファンシュラウド２０において、上流側開口部２１の上流側の周縁をラジエータフード１０の内面の全周にわたって結合するとともに、この上流側開口部２１の周方向に沿って複数の共鳴管２４を設けた点で、第１実施形態とは異なる。このことにより、消音室５０は、複数の共鳴管２４によってのみラジエータフード１０内と連通した準密閉状態に構成されている。
【００４９】
本実施形態によれば、第１実施形態の１）〜８）の効果を同様に得ることができるうえ、以下の効果がある。
14）ラジエータフード１０内と消音室５０内とが複数の共鳴管２４で連通しているので、共鳴管２４の径寸法、長さ寸法、および消音室５０の容積等を適宜設定して共鳴管２４での共振周波数を決めれば、この共振周波数と同じ特定周波数の騒音を共鳴管で共鳴させることができ、騒音エネルギを良好に減衰して消音効果を向上させることができる。
また、消音室５０が準密閉状態とされているから、消音室５０内での消音効果をさらに向上させることができる。
【００５０】
〔第９実施形態〕
図１０には、本発明の参考となる別実施形態が第９実施形態として示されている。
本実施形態では、ファンシュラウド６０自身が多孔質の吸音材で形成されており、ファン４の先端部側と対向する面がベルマウス状に形成されている。このようなファンシュラウド６０の外周面側には、内部まで切り込まれたスリット６１が設けられ、このスリット６１に断面逆Ｔ字形（下方側では断面Ｔ字形となる）の端板１３の内縁側が挿入され、ファンシュラウド６０が端板１３に接着等されて固定されている。他の構成は前記第１実施形態と同じである。
【００５１】
本実施形態でも、ファンシュラウド６０そのものが多孔質の吸音材で形成されているので、第１実施形態で説明した１）〜３）の効果を同様に得ることができ、本発明の目的を達成できる。また、ファンシュラウド６０の形状を断面三日月形にするなどして、その上流側の端縁をラジエータフード１０の内面に近づければ、消音室５０の密閉度が増し、前述した４）の効果を得ることができる。さらに、他の同様な構成により、５）〜８）の効果も得ることができる。
【００５２】
〔第１０実施形態〕
図１１に基づき、第１０実施形態を説明する。
本実施形態のファンシュラウド７０は、この端部に端板１３が連続して設けられたタイプであって、シュラウド全体がラジエータフード１０内に収容されている。
ファンシュラウド７０の上流側および下流側は、それぞれベルマウス状に湾曲して開口した上流側開口部７１および下流側開口部７２になっており、これら開口部７１，７２は、ファン４の回転軸（不図示）の軸線と平行（断面形状において平行）な平行部７３に連結されている。平行部７３は、ファンシュラウド２０の周方向にわたって連続して設けられた凹溝７４の一内面で形成されている。
【００５３】
凹溝７４内には多孔質吸音材８０が配置されている。多孔質吸音材８０のファン４と対向する側の表面は、平行部７３と平行でかつ両側の開口部７２，７３の表面と略連続した平面部８１になっている。また、吸音材８０の上流側および下流側の端部８２は凹溝７４の立面部７５で覆われており、ファンシュラウド２０内に引き込まれた砂塵がファン４で弾き飛ばされても、吸音材８０の端部８２に衝突しないようになっている。つまり、本実施形態では、凹溝７４の立面部７５で請求項４の発明に係る保護部が形成されている。
【００５４】
このような吸音材８０は、前述の各実施形態で説明した吸音材４０と同様に、ウレタン樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の合成樹脂からなるが、平面部８１側に層状の被覆部８３を有している。
被覆部８３は、アクリル系樹脂の樹脂シートや、ポリエステル系樹脂繊維あるいはアルミガラス系繊維を編んだクロスシート等の中から、吸音材８０の吸音性能に与える影響および要求される耐候性、耐久性を勘案して選択され、この選択したものを吸音材８０に接着または熱融着等して形成されている。この被覆部８３は、吸音材８０の表面を単に薬品等で撥水処理する場合よりも防水効果に優れ、また、吸音材８０の多孔質部分に比して幾分硬質であって、ファン４で弾き飛ばされた砂塵等がぶつかっても容易に破損することのない強度を有している。
被覆部８３の厚みは、被覆部８３および吸音材８０の材質や要求される前記特性によっても異なるが、建設機械のエンジン冷却システムに適用する場合において、例えば、１０〜２００μｍ程度である。
なお、吸音材８０自身の平行部７３側を薬品処理や熱処理等して同程度の厚みの層状の被覆部（被覆層）を形成してもよい。また、本発明に係る被覆部は、ファン４側に完全に露出する状態に形成される他、露出面寄りの中段層部分に形成されていてもよい。
【００５５】
本実施形態によれば、前述した１）〜５）、10）、11）の効果に加え、以下の効果がある。
15）吸音材８０の表面側が防水効果に優れ、かつ強度的にも優位な被覆部８３で覆われているため、ファンシュラウド２０内に引き込まれた雨水等の吸水をより確実に防止できるうえ、ファン４で弾き飛ばされた砂塵等がぶつかっても容易に破れず、砂塵が吸音材８０での多孔質部分に直に衝突するのを防止できる。従って、吸音材８０の水分等による劣化や砂塵等による欠損が防止されて耐候性、耐久性を向上させることができる。
【００５６】
16）被覆部８３が幾分硬質であるから、吸音材８０の腰を強くでき、撓み難くできる。このため、吸音材８０をファンシュラウド７０の凹溝７４内に容易に嵌め込むことができ、ファンシュラウド２０の製作を容易に行える。
【００５７】
17）吸音材８０を凹溝７４の平坦な平行部７３に押し当てて貼付すればよいから、湾曲した面に貼付する場合に比べて吸音材８０の一部に浮きが生じる心配がなく、吸音材８０を平行部７３に対して確実かつ簡単に貼り付けることができ、この点でもファンシュラウド２０の製作を容易にできる。
【００５８】
18）吸音材８０がファンシュラウド７０の凹溝７４内に配置されていることにより、吸音材８０の上流側および下流側の端部８２が凹溝７４の立面部７５で隠蔽されているため、端部８２に砂塵等が衝突するのを防止してファンシュラウド７０から端部８２が離剥するのをおさえることができ、吸音材８０の耐久性を一層向上させることができる。
【００５９】
19）ファン４の先端側と対向する面が軸線方向と平行な平面部８１であるため、吸音材８０の幅方向においては、吸音材８０全体が湾曲している場合に比してファン４および吸音材８０間の隙間（チップクリアランス）の狭い領域を幅広くできる。このため、吸音材８０は幅方向の広い範囲でファン４の先端側と近接するから、旋回流に伴う気流音を良好に吸音でき、消音効果を向上させることができる。
【００６０】
〔第１１実施形態〕
図１２に基づき、第１１実施形態を説明する。
本実施形態では、ファンシュラウド７０の上流側および下流側の開口部７６，７７が前記第１０実施形態の開口部７１，７２（図１１参照）に比べて小さい。吸音材８０のファン４の先端側と対向した面は、平面部８１と、これの両側に設けられた上流側曲面部８４および下流側曲面部８５とからなり、各曲面部８４，８５が開口部７６，７７の表面と面一となって連続している。
上流側曲面部８４と上流側開口部７６とを合わせた大きさは、図１１に示す上流側開口部７１と略同じであり、これらの曲面部８４および開口部７６全体で前記請求項１０に係る上流側のベルマウス状の開口部を形成している。
また、下流側曲面部８５と下流側開口部７７とを合わせた大きさは、図１１に示す下流側開口部７２と略同じであり、これらの曲面部８５および開口部７７全体で請求項１０に係る下流側のベルマウス状の開口部を形成している。
さらに、本実施形態の吸音材８０も被覆部８３を備え、耐候性、耐久性の向上が図られている。
他の構成は、第１０実施形態と略同じである。
【００６１】
本実施形態によれば、第１０実施形態と同様に１）〜５）、10）、11）、15）〜19）の効果を得ることができ、加えて以下の効果がある。
20）本実施形態では、前記第１０実施形態と比較し、ファンシュラウド７０のベルマウス状部分の全体の大きさは略同じであるが、ファンシュラウド７０の湾曲した開口部７６，７７がより小さく、ベルマウス状部分の一部を吸音材８０の曲面部８４，８５で形成しているため、吸音材８０の幅寸法ｗを同じにして吸音性能を維持しつつ、本実施形態でのファンシュラウド７０の幅寸法Ｗ２を図１１に示す幅寸法Ｗ１よりも小さくでき、ファンシュラウド７０やラジエータフード１０をよりコンパクトにできる。
【００６２】
〔第１２実施形態〕
図１３に示す第１２実施形態では、ファンシュラウド７０全体がベルマウス状であり、上流側開口部７１および下流側開口部７２にわたって湾曲した凹溝７４が設けられている。凹溝７４はいわゆるリップ付きの溝であって、凹溝７４の開口側には周方向に連続した二条の突片部７４Ａが形成され、この突片部７４Ａに吸音材８０が係止されている。つまり、突片部７４Ａで請求項５の発明に係る係止手段が形成されている。
吸音材８０の表面側には被覆部８３が形成され、この表面が突片部７４Ａを含むファンシュラウド７０の開口部７１，７２の表面と面一になっている。
なお、図１３では、突片部７４Ａと被覆部８３の厚みが同じになっているが、それぞれの厚みは別々に決められてよく、同じである必要はない。
本実施形態では、１）〜５）、10）、11）、15）、16）、18）の効果の他、以下の効果がある。
21）ファンシュラウド７０には吸音材８０を係止する突片部７４Ａが設けられているので、吸音材８０が剥がれて凹溝７４から外れる心配がなく、吸音材８０の取付状態を良好に維持でき、信頼性を向上させることができる。
【００６３】
なお、本発明のファン装置の騒音低減機構は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記第１〜第８、第１０〜第１２実施形態のファンシュラウド２０，７０は、湾曲した開口部２１，２２，７１，７２を有することでベルマウス状に形成されていたが、本発明に係るファンシュラウドは、図１４（第１変形例）に示すように、直線状に拡開した上流側および下流側の開口部２１，２２を有していてもよく、また、これらの間に平行部２５を設けてもよい。この場合には、前記第１実施形態で説明した５）の効果を十分に達成できない可能性があるが、他の１）〜４）、６）〜８）の効果を同様に達成できる。
【００６４】
この他、ファンシュラウドの形状としては、上流側開口部と下流側開口部の大きさが等しいものや、図１５（第２変形例）に示すように、平行部２５のみで形成された円筒状でもよく、また、図１６（第３変形例）に示すように、上流側のラジエータフード１０内に延出した直線状の開口部２１のみや、図１７（第４変形例）に示すように、下流側に延出した直線状の開口部２２のみで形成されていてもよい。そして、これらの場合でも、ラジエータフード１０、端板１３、およびファンシュラウド２０で囲まれた空間により消音室５０、あるいは空間５２を形成できる。
さらに、ファンシュラウドは、図８中の二点鎖線で示した形状であってもよく、この場合でも、ファンシュラウドに吸音材を貼付すれば、前記請求項１の発明に含まれる。
その他、ラジエータフードの形状も任意であり、図８中の一点鎖線で示したように、ファンシュラウドと連続するようなベルマウス状であってもよい。
【００６５】
第１〜第６実施形態では、ファンシュラウド２０の上流側開口部２１を上流側により延出させ、よって消音室５０の密閉度合いを高めていたが、図１８（第５変形例）に示すように、上流側開口部２１の大きさを下流側開口部２２と略同じにしたり、もしくは小さくする等し、ラジエータフード１０の内面に別体の調整部材１６を設けて、消音室５０の密閉度合いを向上させてもよい。そして、この際、調整部材１６にも吸音材４５を取り付けることが望ましい。
【００６６】
前記各実施形態では、ラジエータフード１０側に直に固定された端板１３が用いられていたが、例えば、図１９（第６変形例）に示すように、エンジン２側に支持されるカバーフード３０の上流側に端板１３を固定し、この端板１３をシール材を兼ねた吸音材４６などを介してラジエータフード１０に当接してもよい。
要するに、本発明の端板はラジエータフードのファン側に設けられていればよく、どの部材に固定するかは任意である。
【００６７】
また、端板１３とファンシュラウド２０，７０とが別体で構成されている場合には、これらを溶接等によって一体とする他、ボルトおよびナット等で互いに接合してもよい。
さらに、ファンシュラウドを端板で支持させる他、端板とは別体の支持部材で支持させてもよい。しかし、端板で支持部材を兼用させる方が、支持部材を別途製作する必要がなく、経済的で好ましい。
【００６８】
請求項２に係る発明の形態としては、図２０（第７変形例）に示すようなファンシュラウド２０および吸音材４０も含まれる。すなわち、このファンシュラウド２０は全体の内径が等しい円筒状とされてベルマウス状ではないが、これに貼付された吸音材４０自身の内面形状がベルマウス状とされている。
【００６９】
ラジエータフード、ファンシュラウド、端板の材質は金属製に限らず、樹脂製であってもよい。
そして、多孔質吸音材の材質も発泡ウレタン樹脂やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）に限定されず、多孔質で吸音性を有していればよい。そのような吸音材としては、例えば、吸音性に加えて耐候性および耐熱性に優れた多孔質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）や発泡ＦＥＰ（フロリネーテッドエチレンプロピレン）などがある。しかし、発泡ウレタン樹脂は、これらの材質に比べて安価であり、吸音性能も良好であることから、より好ましい。
【００７０】
さらに、吸音材としては、単層のものに限らず、複数層を有するものであってもよく、この場合、露出面に近い層の吸音材を、孔の大きさがより小さいもので構成すれば、騒音をより良好に低減可能である。なお、このような層は、消音効果を向上させるためのものであって、第１０実施形態以下で説明した被覆部とは区別される。
【００７１】
また、前記第１実施形態の構成に対し、各孔１４，１５，２３をどのように組み合わせて設けるかや、ラジエータフード１０および端板１３のいずれに吸音材４３，４４を貼付するか等は任意であり、第２〜第７実施形態の組み合わせに限定されない。例えば、図示を省略するが、端板には吸音材を貼るが、ラジエータフードには吸音材を貼らない場合も考えられる。また、ラジエータフードと端板との両方に吸音材を貼るが、端板にのみ孔を穿設することも考えられる。なお、孔が穿設された部分は、衝撃音の発生を防止するために、必ず冷却空気の流路側から吸音材で覆われることが望ましい。
【００７２】
第１〜第８実施形態、第１〜第７変形例の吸音材４０に、耐候性、耐久性を向上させるための被覆部を形成してもよく、また、各図に示す吸音材４１〜４６に被覆部を形成してもよい。
さらに、それらの吸音材４０〜４６の端部を必要に応じて保護部で保護したり、係止手段を用いてラジエータフード１０やファンシュラウド２０、カバーフード３０からの脱落を防止してもよい。
【００７３】
図２１（第８変形例）には、ファンシュラウド７０のベルマウス状部分が上流側端部の厚み部分にまでわたって形成された例が示されている。このような構成では、上流側の冷却空気をよりスムーズに吸引することができ、さらなる騒音低減および冷却効率の向上に効果がある。なお、このようなベルマウス状部分を下流側の厚み部分にわたって形成してもよく、これによれば、下流側での冷却空気の吐出をスムーズにできる。
【００７４】
請求項４の発明に係る保護部は、第１０〜第１２実施形態で説明したような凹溝７４の立面部７５に限定されない。例えば、ファンシュラウドの周方向に沿って固定される環状の部材で吸音材の端部を保護してもよく、保護部の具体的な形状等は、その実施にあたって任意に決められてよい。
【００７５】
図２２〜２４（第９〜１１変形例）には、請求項５の発明に係る係止手段の変形例が示されている。
図２２において、凹溝７４は蟻溝であり、ファン４側に向かって狭まるように開口している。このような凹溝７４では、保護部としての傾斜した立面部７５が係止手段をも兼用しており、この立面部７５に係止されて吸音材８０がファンシュラウド７０から外れないようになっている。このような立面部７５の角度閘は、吸音材８０が外れない角度であれば特に限定されないが、１０〜３０・程度が良好である。
図２３において、ファンシュラウド７０の上流側および下流側の端部には、それぞれ係止手段としての別体の円環部材７８がビス止め等によって固定され、円環部材７８の凹溝７４側に突出した部分で吸音材８０が係止されている。
図２４には、係止手段として合成樹脂製のリベット７９を用いた例が示されている。このようなリベット７９は、弾力性のある吸音材８０の厚みを確保するために、筒状部材７９Ａに貫通させて用いられる。
なお、係止手段の形状等は任意であり、これらに限定されるものではない。例えば、ピース状のブラケットを用いて吸音材８０の周方向の複数箇所を係止させてもよい。また、吸音材を凹溝７４内に収容しないタイプでも、適宜な形状の環状部材や、ブラケット、リベット等を用いて係止させてもよい。
【００７６】
さらに、本発明に係るファンの先端部形状としては、前記各実施形態および各変形例で説明した形状に限定されず、図２５（第１２変形例）に示す形状であってもよい。
図２５に示すファン４の先端部形状は、ファンシュラウド７０の形状に沿って中凹形状に湾曲しており、ファン４の先端部とファンシュラウド７０（含む多孔質吸音材４０）との隙間が一定となるように構成されている。このような構成でも、ファンシュラウド７０に吸音材４０が取り付けられていることで請求項１の発明に含まれ、騒音を低減できる。
また、このような構成では、ファン４の先端形状に沿って冷却空気が上流から下流にスムーズに流れるようになるので、騒音が低減しつつ、流量を増加させることができる。
【００７７】
本発明のファン装置の騒音低減機構は、パワーショベルのエンジン冷却システムに限らず、他の建設機械を含む特殊車両や一般の乗用車のエンジン冷却システム、さらには、各種の工場において、プラント冷却水を冷却する冷水塔に代表されるような産業用冷却システムに利用可能である。すなわち、本発明は、ファンがエンジン駆動されるものの他、モータ駆動されるものも含まれる。
【００７８】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、ファンシュラウド内の強い旋回流が生じる部分に多孔質吸音材が取り付けられたり、ファンシュラウド自身が多孔質吸音材で形成されるため、旋回流による気流音を吸音できるとともに、従来のような衝撃音を生じ難くできる。従って、衝撃音および気流音を共に効果的に消音でき、騒音を確実に低減できるという効果がある。
【００７９】
さらに、ラジエータフード、端板、およびファンシュラウドによって囲まれた空間を準密閉状態として構成された消音室と、この消音室とラジエータフード内とを連通させるとともに消音室の周方向に沿って複数設けられた共鳴管とを具備した場合には、準密閉状態の消音室を形成することで騒音がより低減し、加えて、消音室とラジエータフード内とを共鳴管で連通させるので、共鳴管の径寸法、長さ寸法、および消音室の容積等を適宜設定して共鳴管での共振周波数を決めれば、この共振周波数と同じ特定周波数の騒音を共鳴管で共鳴させてエネルギを減衰でき、騒音を有効に低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考となる第１実施形態に係るファン装置の騒音低減機構を模式的に示す全体図である。
【図２】 前記第１実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】 本発明の第２実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】 本発明の第３実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】 本発明の参考となる第４実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】 本発明の第５実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図７】 本発明の第６実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図８】 本発明の参考となる第７実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図９】 本発明の参考となる第８実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図１０】 本発明の参考となる第９実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図１１】 本発明の参考となる第１０実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図１２】 本発明の参考となる第１１実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図１３】 本発明の参考となる第１２実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図１４】 本発明の参考となる第１変形例を示す断面図である。
【図１５】 本発明の参考となる第２変形例を示す断面図である。
【図１６】 本発明の参考となる第３変形例を示す断面図である。
【図１７】 本発明の参考となる第４変形例を示す断面図である。
【図１８】 本発明の参考となる第５変形例を示す断面図である。
【図１９】 本発明の参考となる第６変形例を示す断面図である。
【図２０】 本発明の参考となる第７変形例を示す断面図である。
【図２１】 本発明の参考となる第８変形例を示す断面図である。
【図２２】 本発明の参考となる第９変形例を示す断面図である。
【図２３】 本発明の参考となる第１０変形例を示す断面図である。
【図２４】 本発明の参考となる第１１変形例を示す断面図である。
【図２５】 本発明の参考となる第１２変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ エンジン冷却システム
２ エンジン
３ ラジエータ
４ ファン
１０ ラジエータフード
１３ シュラウド支持部材を兼用する端板
１４ ラジエータフードの孔
１５ 端板の孔
２０，６０，７０ ファンシュラウド
２３ ファンシュラウドの孔
２４ 共鳴管
４０〜４６，８０ 多孔質吸音材
５０ 消音室
５１ 隙間
５２ 空間
７１，７６ 上流側開口部
７２，７７ 下流側開口部
７４ 凹溝
７４Ａ 係止手段である突片部
７５ 保護部である立面部
７３ 平行部
７８ 係止手段である円環部材
７９ 係止手段であるリベット
８２ 吸音材の端部
８３ 被覆部
８４ 上流側曲面部
８５ 下流側曲面部

Claims (8)

1. 回転駆動されるファンと、このファンの先端部回転軌跡から所定間隔を離して設けられたファンシュラウドと、このファンシュラウドを支持するシュラウド支持部材と、前記ファンの上流または下流に設けられたラジエータと、このラジエータおよびファンシュラウド間を気密に接続するラジエータフードおよび端板と、前記ファンシュラウドの少なくとも一部に取り付けられ、かつファン先端部に最も近接するように直面させて設けられた多孔質吸音材とを有しているとともに、前記多孔質吸音材が取り付けられた前記ファンシュラウド、前記ラジエータフード、および前記端板のうちの少なくともいずれかには、多数の孔が形成されており、前記多数の孔がラジエータフードおよび／または前記端板に形成されている場合には、当該多数の孔が多孔質吸音材にて内面側から覆われていることを特徴とするファン装置の騒音低減機構。
2. 請求項１に記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ファンシュラウドおよび／または前記多孔質吸音材は、ベルマウス状であることを特徴とするファン装置の騒音低減機構。
3. 請求項１または請求項２に記載のファン装置の騒音低減機構において、前記多孔質吸音材には、前記ファン先端部と対向した表面側を覆う被覆部が形成されていることを特徴とするファン装置の騒音低減機構。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ファンシュラウドには、前記多孔質吸音材における気流方向の上流側および下流側の少なくとも一端を保護する保護部が設けられていることを特徴とするファン装置の騒音低減機構。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ファンシュラウドには、前記多孔質吸音材を部分的に係止する係止手段が設けられていることを特徴とするファン装置の騒音低減機構。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ファンシュラウドは、前記気流方向の上流側および下流側にそれぞれ設けられてベルマウス状に湾曲した開口部と、前記ファンの回転軸の軸線方向に対して平行でかつ前記開口部間に設けられた平行部とを備え、前記多孔質吸音材が前記ファンシュラウドの平行部に取り付けられていることを特徴とするファン装置の騒音低減機構。
7. 請求項６に記載のファン装置の騒音低減機構において、前記多孔質吸音材は、前記気流方向の上流側および下流側に設けられたベルマウス状の開口部の一部まで含んで、滑らかなシュラウド状に形成されていることを特徴とするファン装置の騒音低減機構。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のファン装置の騒音低減機構において、前記ラジエータフード、前記端板、および前記ファンシュラウドによって囲まれた空間を準密閉状態として構成された消音室を有し、この消音室と前記ラジエータフード内とが当該消音室の周方向に沿って複数設けられた共鳴管で連通していることを特徴とするファン装置の騒音低減機構。

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