JP4745518B2

JP4745518B2 - タガ締め式高強度ファン

Info

Publication number: JP4745518B2
Application number: JP2001069793A
Authority: JP
Inventors: 正佳臼井; 菊雄浅田; 洋井上
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP2002266794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用エンジン等に用いられる強制空冷用ファンの構造に関し、特にファンの外周を円周方向に接続する部材を有するいわゆるリングファンを改造した構造に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排ガス、燃費などの要求が厳しくなると共にエンジンの制御が高度化し、排出される熱量は増加してきている。一方、車の外観や空気抵抗値の低下要求などの点からエンジンルーム内の冷却ファン設置容積は狭くなってきている。このためファンには高い風量が要求されている。ファンが高速回転、特に高温での高速回転時には、熱膨張による応力の発生、樹脂材の強度低下、回転による遠心力、風圧による力などが複合的に作用し、大きな力となる。この力はファンブレードを破損させる力となる。
【０００３】
ファンブレードの破損防止策として、
１）強度の高い樹脂を用いる。例えば、従来のＰＰ（ポリプロピレン）をナイロンにするとか、グラスファイバーを入れる等の方法がある。欠点として、材料費を含めてコスト高になり、また強度向上に限界がある。
２）ブレードの厚さを増加させるなど形状・構造の最適化設計をする。欠点として、重量が増大するため遠心力が増大してマイナス要因になることや、ファン軸への強度向上が必要になる。
【０００４】
従来技術として「軸流リングファン」と呼ばれる構造があり、一般にファンブレードと同じ材質の環状リングがファンブレードの外周全体を包囲するように一体成形されている。リングの目的は、ブレード先端の翼端渦を減少させ風の流れを層流にすることにより、風量をアップし騒音を低減させることにある。ただし、外周部のリングの重量が高速回転時には遠心力となって働き、強度を低下させ、高速回転ファンや大型ファンに不向きであるという欠点があった。
【０００５】
特開２０００−１２０５９０号「ファン組立体」には、ファンブレードを二重に配列して、ファンブレードの剛率、エア流量能力及びファン効率を増加させたリングファンが記載されている。
実開昭５２−１０６６１０号「内燃機関等の冷却ファン」には、リング状部材に各ファンブレードの頂部が内接固定された冷却ファンが記載されている。
しかしながら、従来のリングファンの構造では、高速回転時にブレード及びリングに作用する遠心力をファンブレードの根元がそのまますべて負担しているため、ファンブレードが根元から破損する可能性があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、遠心力に基づく荷重のすべてがそのままファンブレードの根元に集中するのを回避して、ファンブレードの信頼性を高めた軸流リングファンの構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明により、前述した課題は、複数のファンブレードの各外周又はその近傍を全周にわたってタガ締め状に接続する帯板又は線材を有し、各帯板又は線材はファンブレード材よりも、引張強度を比重で割った比強度の値が高い材質で作られており、タガ締めにより、高速回転時の遠心力に基づく荷重をファンブレードだけでなく前記帯板又は前記線材の引張り荷重として負担させることにより、ファンブレードの付け根にかかる引張り荷重を軽減させたことを特徴とする自動車用エンジン等のタガ締め式高強度ファンによって達成される。
【０００８】
帯板はナイロン６を炭素繊維・アラミド繊維・ガラス繊維等で強化した樹脂や、鋼・ばね鋼等の薄板鋼板、ステンレス鋼板、ジュラルミン板等の金属材料で作ることができる。線材は棒鋼、ばね鋼等の金属材料で作ることができる。
【０００９】
【作用】
かかる構造を採用することにより、高速回転時の遠心力に基づく荷重はファンブレードだけでなくタガ締め式の帯板や線材も引張り荷重として負担することになるから、従来と比べてファンブレードの付け根に作用する引張り荷重が軽減されてブレードの付け根が破損する可能性が激減する。
ファンブレードの外周あるいは近傍のタガにより、ファンブレードの根元にかかる力を低減させたので、ファンブレードは強度の低い樹脂を使用することも可能になる。逆に強度の高い材料で薄肉に形成して重量を軽減すると共に反りを大きくして風量の増加を図ることができる。
タガの材質は前述の比強度と共に樹脂よりも熱膨張が小さい物を使用すれば、高温時にはさらにファンブレードに圧縮力が作用し、より強度が高められる結果となる。
【００１０】
タガ締め式の帯板や線材としては、以下のようなものが好適である。
帯板の材料はファンブレードの素材である樹脂よりも重量あたりの強度（比強度）が高いものとする。ファンブレード材は通常ＰＰ（ポリプロピレン）であるが、比強度は３５６ｋｇｆ／ｃｍ² 程度になる。各種の材質について実験した結果の比強度を比較したものを表１に示す。なお、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＰＧ（ポリプロピレンにグラスファイバー混入）、Ｎ（ナイロン）、Ｎ６Ｇ（ナイロン６にグラスファイバー混入）と略す。ＳＰＣＣは薄板鋼板、ＳＵＳ３０４はステンレス鋼板、Ａ２０１７はジュラルミン板である。
また、各材質についての、比重、引張強度、比強度を比較したデータを表２に示す。表２では、特殊ポリアミド（製品名：ＭＸＤ６）にカーボンファイバーを３０％含有させて補強した材質（三菱ガス化学社製、商品名：レニー）についてのデータを追加した。
【００１１】
【表１】

【００１２】
【表２】

【００１３】
上の表に示すように、ＰＰの比強度が３５６なので、ＰＰＧ（グラスファイバー１０〜３０％含有）、Ｎ６Ｇ（グラスファイバー１０〜３０％含有）、ＳＰＣＣ、ＳＵＳ３０４、Ａ２０１７、ＭＸＤ６など、炭素繊維・アラミド繊維・ガラス繊維等で強化した樹脂や金属などを用いることができる。
【００１４】
帯板の幅はファンブレードの高さよりも小さくても良い。風の流れを制御するために大きくすることもできる。帯板とファンブレードとはカシメなどにより固定することができる。このとき、ファンブレード側にはめ込み用の凹所を設けてブレードの表面を平坦に保つこともできる。
帯板は円筒にしてからはめ込んでもよいし、ファンブレードに巻いてから溶接、接着などにより固定しても良い。
タガは帯板状のものだけでなく、ワイヤー状（線材）のものであっても良い。このとき、ファンブレードの先端に窪みを付けてこの窪みに沿わせたり、ファンブレードの先端近傍に設けた孔を通過させても良い。
タガを設ける際、タガに引張力を与え、ブレードに求心方向の圧縮力を残留させるとさらに良い。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面の実施例を参照した以下の記載により明らかとなろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例によるタガ締め式高強度ファン１０の全体を表しており、８枚のファンブレード１２の各外周を全周にわたってタガ締め状に包囲して接続する帯板１４が設けられている。帯板１４はファンブレード１２の材質よりも引張強度を比重で割った比強度の値が高い材質で作られている。ファンブレード１２と帯板１４の接続方法は、金具を用いてカシメる方法や、帯板１４の側に凹所を形成してその凹所内にファンブレード１２の先端を嵌入させる方法などを用いることができる。
前述したように、帯板１４の比強度はファンブレード１２の比強度よりも大きいので、高速回転時のブレードに加わる遠心力を帯板１４が引張応力として負担することになり、帯板１４のタガ締め作用によりファンブレード１２の強度が補強されることになる。
【００１６】
図２Ａ〜Ｄは、本発明の第２の実施例によるタガ締め式高強度ファン２０の一部を表しており、複数のファンブレード２２の各外周を全周にわたってタガ締め状に包囲して接続する帯板２４が設けられている。この帯板２４はファンブレード２２の材質よりも、引張強度を比重で割った比強度の値が高い金属材料で作られており、図２Ｂに示すようにカシメ用のタブ（舌部）２４ａ，２４ｂが外周から突出するように付設され、これに対応して内側にもカシメ用のタブ２４ｃ，２４ｄが刻設されている。これらのタブを折り曲げることにより、ファンブレード２２と帯板２４をカシメにより固定することができる。
【００１７】
図２Ｃは、カシメ後にタブ２４ａ〜２４ｄがファンブレード２２の表面から突出している状態を表している。この突出部分が空気抵抗になり、局部的な乱流を引き起こすおそれがある場合は、図２Ｄに示すように、ファンブレード２２の表面に凹所を形成してその凹所内にタブを収容するようにすると良い。
前述したように、帯板２４の比強度はファンブレード２２の比強度よりも大きいので、高速回転時の遠心力を帯板２４が負担することになり、帯板２４のタガ締め作用によりファンブレード２２の強度が補強されることになる。
【００１８】
図３は、本発明の第３の実施例によるタガ締め式高強度ファン３０の全体を表しており、複数のファンブレード３２の各外周の近傍を全周にわたってタガ締め状に接続するワイヤ状の線材３４が設けられている。この線材３４はファンブレード３２の材質よりも、引張強度を比重で割った比強度の値が高い金属材料で作られており、ファンブレード３２の先端付近に設けられた孔３２ａを線材３４が通過して終端部が溶接などにより固着されている。
前述したように、線材３４の比強度はファンブレード３２の比強度よりも大きいので、高速回転時のブレードに加わる遠心力を線材３４が引張応力として負担することになり、線材３４のタガ締め作用によりファンブレード３２の強度が補強されることになる。なお線材３４は複数本設けても良い。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如く、本発明によれば、高速回転時の遠心力に基づく荷重はファンブレードだけでなくタガ締め式の帯板や線材も負担することになるから、従来と比べてファンブレードが破損する可能性が激減する。ファンブレードの根元にかかる力を低減させたので、強度の低い樹脂をブレード材として使用することも可能になるなど、その技術的効果には極めて顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による高強度ファンの全体を表す斜視図である。
【図２】本発明の第２実施例による高強度ファンの一部を表す斜視図である。
【図３】本発明の第３実施例による高強度ファンの全体を表す斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０高強度ファン
１２，２２，３２ファンブレード
１４，２４帯板
３４線材

Claims

複数のファンブレードの各外周又はその近傍を全周にわたってタガ締め状に接続する帯板又は線材を有し、
各帯板又は線材はファンブレード材よりも、引張強度を比重で割った比強度の値が高い材質で作られており、
タガ締めにより、高速回転時の遠心力に基づく荷重をファンブレードだけでなく前記帯板又は前記線材の引張り荷重として負担させることにより、ファンブレードの付け根にかかる引張り荷重を軽減させたことを特徴とする自動車用エンジン等のタガ締め式高強度ファン。
前記帯板はナイロン６を炭素繊維・アラミド繊維・ガラス繊維等で強化した樹脂で作られている請求項１記載の高強度ファン。
前記帯板は鋼・ばね鋼などの薄板鋼板、ステンレス鋼板、ジュラルミン板等の金属材料で作られている請求項１記載の高強度ファン。
前記線材は棒鋼、ばね鋼等の金属材料で作られている請求項１記載の高強度ファン。