JPWO2014027619A1 - 建設機械の冷却ファン取付構造 - Google Patents

Abstract

スパイダ３１の取付けアーム３１ｃの各先端にブレード３２を備えた冷却ファン３０の取付構造であって、前記スパイダ３１の回転中心部３１ｂを、エンジン２７で駆動される回転軸３３にファンアダプタ６０を介して取り付けると共に、そのファンアダプタ６０に、前記スパイダ３１の隙間を覆う仕切部材７０を取り付ける。これによって、スパイダ３１の取付けアーム３１ｃ間の隙間を確実に塞ぐことができるため、冷却ファン３０の下流側（高圧側）から上流側（低圧側）への空気の逆流を防止できる。

Description

本発明は、建設機械のラジエーターやオイルクーラーなどの熱交換器を空冷するための冷却ファンの取付構造に関するものである。

一般に油圧ショベルなどの建設機械は、ディーゼルエンジン（内燃機関）で油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから油圧シリンダーや油圧モータなどの油圧アクチュエータに作動油を圧送することで動作するようになっている。このため、エンジンの近傍には、高温となったエンジン冷却水や作動油を流通させるラジエーターやオイルクーラーなどの熱交換器が冷却ファンと共に設置されており、この冷却ファンをエンジンの駆動力によって回転駆動して通風することでこれら熱交換器を流れるエンジン冷却水や作動油を強制的に冷却（空冷）している。

一方、最近の建設機械は、近年の排ガス規制に基づく排ガス中の窒素酸化物などの濃度を小さくするために、インタークーラーを搭載したものが増えてきている。このインタークーラーは、ターボ加給されて断熱圧縮されたエンジン吸気を所定の温度まで冷却し、充填効率を上げ、燃焼温度を低くすることで排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制するものである。また、クールドＥＧＲ（排気再循環システム）を採用して燃焼空気中の酸素濃度を下げて排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制する構成も採用されている。

しかし、このようなインタークーラーやクールドＥＧＲを採用すると、熱交換器の負荷が増大するため、従来の冷却ファンでは、低騒音で十分な冷却風量を確保することが難しくなってきた。低騒音で十分な冷却風量を確保するためには、より大きな径の冷却ファンを採用する必要があるが、そうすると冷却ファンのブレードの重量が大きくなって遠心力が大きくなるため、強度上の問題が発生する。

そのため、例えば以下の特許文献１などに開示されているような強度の高い金属性のスパイダに、軽量で低騒音の樹脂製ブレードを組み合わせたハイブリッドファンと称される冷却ファンを従来の冷却ファンに代えて採用すれば、低騒音で十分な冷却風量を確保することが可能となる。

特許第４５６５００６号公報 特開平１１−９４４１９号公報 特開２００１−３２９８３９号公報

ところで、前記特許文献１に開示されている冷却ファンの構造では、軽量化と加工性のためにスパイダは必要最小限の大きさとなっているため、スパイダの取付けアーム間に隙間が生じている。このため、冷却ファンが回転駆動した際に、ファン下流側（高圧側）の空気の一部がこの隙間を介して上流側（低圧側）に逆流してしまい、大きな風量損失が生じてしまう可能性がある。

そのため、例えば前記特許文献１や２のように冷却ファンの下流側に円盤状の仕切り部材を設けることも考えられるが、冷却ファンが回転した際にこれと干渉しないように回転軸との間にはある程度の隙間を確保する必要があり、やはりこの隙間からファン上流側（高圧側）の空気の一部が逆流する可能性がある。

そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、冷却ファンの下流側（高圧側）から上流側（低圧側）への空気の逆流を防止できる新規な建設機械の冷却ファン取付構造を提供するものである。

前記課題を解決するために第１の発明は、スパイダの取付けアームの各先端にブレードを備えた冷却ファンの取付構造であって、前記スパイダの回転中心部を、エンジンで駆動される回転軸にファンアダプタを介して取り付けると共に、前記ファンアダプタに、前記スパイダの取付けアーム間の隙間を覆う仕切部材を取り付けた建設機械の冷却ファン取付構造である。

このような構成によれば、スパイダの取付けアーム間の隙間を確実に塞ぐことができる上に、この仕切部材が冷却ファンと共に回転するため、回転軸と仕切部材との間に隙間が生じることはない。これによって、ファン下流側（高圧側）から上流側（低圧側）への空気の逆流を確実に防止することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記仕切部材は、前記ファンアダプタに外側に着脱自在に嵌め込まれる筒状の仕切部材本体と、この仕切部材本体の外周に設けられた鍔状の仕切板とを有する建設機械の冷却ファン取付構造である。このような構成によれば、仕切部材の本体をファンアダプタに容易に取り付けることができると共に、鍔状の仕切板によってスパイダの隙間を確実に塞ぐことができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記仕切部材は、前記ファンアダプタと前記冷却ファンの回転中心部との間に挟まれて取り付けられる円板からなる建設機械の冷却ファン取付構造である。このような構成によれば、仕切部材を容易に取り付けることができると共に、スパイダの隙間を確実に塞ぐことができる。

第４の発明は、第１の発明において、前記仕切部材は、樹脂からなる建設機械の冷却ファン取付構造である。このように仕切部材を樹脂から構成すれば、ファン上流側から下流側への空気の逆流を防止できる十分な強度を発揮できると共に、全体の軽量化を達成することが可能となる。

本発明によれば、スパイダの取付けアーム間の隙間を確実に塞ぐことができる上に、この仕切部材が冷却ファンと共に回転するため、回転軸と仕切部材との間に隙間が生じることはない。これによって、ファン下流側（高圧側）から上流側（低圧側）への空気の逆流を確実に防止することができる。

本発明に係る建設機械の１つである油圧ショベル１００の実施の一形態を示す全体図である。 エンジン室２２内の構造例を示す平面図である。 冷却ファン３０の実施の一形態を示す平面図である。 本発明の取り付け構造を採用した冷却ファン３０による空気の流れを示す説明図である。 本発明に係る冷却ファン３０の取付構造の実施の一形態を示す分解斜視図である。 ファンアダプタ６０および仕切部材７０を取り付けた冷却ファン３０の実施の一形態を示す平面図である。 本発明に係る冷却ファン３０の取付構造の他の実施形態を示す分解斜視図である。 従来の冷却ファン３０の取付構造例を示す側面図である。

次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る建設機械の１つである油圧ショベル１００の実施の一形態を示した全体図である。図示するようにこの油圧ショベル１００は、下部走行体１０と、この下部走行体１０上に旋回自在に設けられた上部旋回体２０とから主に構成されている。下部走行体１０は、図示しない走行体フレームに互いに平行に位置する一対のクローラ１１を有しており、このクローラ１１には、それぞれの履帯を駆動して走行するための油圧駆動式の走行モータ１２が設けられている。

一方、上部旋回体２０は、旋回体フレーム２１上に設置されたエンジンや熱交換器、バッテリーなどの各種機器類が収容されるエンジン室２２と、このエンジン室２２の前方左側に設けられた運転室２３と、この運転室２３の右側から前方に延びるフロント作業機２４と、このフロント作業機２４との重量バランスを図るべくエンジン室２２の後方に設けられたカウンターウエイト２５とから主に構成されている。

フロント作業機２４は、旋回体フレーム２１側から前方に延びるブーム２４ａと、このブーム２４ａの先端に揺動自在に設けられたアーム２４ｂと、このアーム２４ｂの先端に揺動自在に設けられたバケット２４ｃとから主に構成されており、これらブーム２４ａ、アーム２４ｂ、バケット２４ｃは、それぞれ油圧で伸縮するブームシリンダー２４ｄ、アームシリンダー２４ｅ、バケットシリンダー２４ｆによってそれぞれ動作するようになっている。

エンジン室２２は、図８に示すように複数の空気取入口２６ａが形成された建屋カバー２６で覆われており、その内部にはディーゼルエンジン２７が収容されていると共にその近傍には熱交換器ユニット２８が設置されている。このディーゼルエンジン２７と熱交換器ユニット２８は、旋回体フレーム２１上に図示しない締結ボルトやエンジンマウントによって支持固定されている。

熱交換器ユニット２８は、図２に示すように作動油が流れるオイルクーラー２８ａと、エンジン冷却水が流れるラジエーター２８ｂと、エンジン吸気を冷却するインタークーラー２８ｃとを並列に配置して構成されている。そして、この熱交換器ユニット２８とディーゼルエンジン２７との間には、冷却ファン３０が設けられており、さらにこの冷却ファン３０の周囲はシュラウド４０によって覆われている。

また、図２に示すようにディーゼルエンジン２７のフライホイール（図示せず）側には、油圧ポンプ５０が設けられており、ディーゼルエンジン２７の駆動力によって作動油タンク（図示せず）内の作動油を各種バルブを介して各種アクチュエータに圧送するようになっている。

冷却ファン３０は、図３に示すようにアルミニウムなどからなる金属製のスパイダ３１と、このスパイダ３１に取り付けられた複数枚（本実施の形態では６枚）のブレード３２，３２，３２，３２，３２，３２とを備えて構成されている。スパイダ３１は、貫通孔３１ａが形成された回転中心部３１ｂの周囲に複数本（本実施の形態では６本）の取付けアーム３１ｃ、３１ｃ、３１ｃ、３１ｃ、３１ｃ、３１ｃが放射状かつ周方向に等間隔に設けられている。そして、これら各取付けアーム３１ｃ、３１ｃ、３１ｃ、３１ｃ、３１ｃ、３１ｃの先端には、それぞれ樹脂製のブレード３２が図示しないリベットによって一体的に取り付けられている。また、この貫通孔３１ａの周囲には、ファンアダプタ６０を取り付けるボルト孔３１ｄが複数（本実施の形態では４つ）形成されている。

この冷却ファン３０は、図４および図５に示すようにディーゼルエンジン２７の回転軸３３にファンアダプタ６０を介して取り付けられている。この回転軸３３は、ファンプーリー３４、ファンベルト３５、クランクプーリー３６を介してエンジン２７側に接続されており、これらを伝達してきたエンジン２７の回転駆動力をファンアダプタ６０に伝達するようになっている。そのため、この回転軸３３は、図５に示すように軸部３３ａの先端にフランジ３３ｂを有しており、このフランジ３３ｂに形成された複数のボルト孔３３ｃにファンアダプタ６０側から延びる複数のボルト３７が螺合することでファンアダプタ６０と一体的に連結されるようになっている。

ファンアダプタ６０は、図５に示すように断面矩形の第１筒状部６１と断面円形の第２筒状部６２とからなっている。そして、第１筒状部６１側には、複数の貫通孔６１ａが設けられており、これら各貫通孔６１ａ内をボルト３７がそれぞれ貫通して回転軸３３のフランジ３３ｂに形成されたボルト孔３３ｃに螺合することによってエンジン２７側の回転軸３３が一体的に連結されるようになっている。一方、第２筒状部６２側には、その周囲に突出するように複数のボルト孔６２ａが形成されており、ボルト孔３１ｄを通過してきたボルト６３がそれぞれ螺合することによって冷却ファン３０が一体的に連結されるようになっている。

そして、このファンアダプタ６０には、合成樹脂からなる仕切部材７０が取り付けられるようになっている。この仕切部材７０は、ファンアダプタ６０の第１筒状部６１側の外側に着脱自在に嵌め込まれる筒状の仕切部材本体７１と、この仕切部材本体７１の外周に設けられた鍔状の仕切板７２とから構成されている。

この仕切部材本体７１は、第１筒状部６１と相似形をした断面矩形状の筒体から構成されており、第１筒状部６１の外側に嵌め込まれると共に、その周面に形成された貫通孔７２ａ、７２ａからボルト７３を差し込み、これを第１筒状部６１の周面上下に形成されたボルト孔６１ｂ、６１ｂ（下面側は図示せず）に螺合させることでファンアダプタ６０に一体的に組み込むことができるようになっている。一方、仕切板７２は、この仕切部材本体７１の冷却ファン３０側端面からその径方向に鍔状に延びるように形成されており、その半径方向の大きさは、図６に示すように冷却ファン３０のブレード３２の内周側端部に至る程度の大きさに形成されている。

次に、このような取付け構造をした冷却ファン３０の作用を説明する。図４に示すようにディーゼルエンジン２７が始動すると、その回転駆動力がクランクプーリー３６、ファンベルト３５、ファンプーリー３４を介して回転軸３３に伝達されてファンアダプタ６０を介して冷却ファン３０が回転する。

すると、図８に示すように建屋カバー２６の空気取入口２６ａから外気がエンジン室２２内に導入され、これが熱交換器ユニット２８を通過して伝熱管を流れる各種冷媒を冷却（空冷）した後、シュラウド４０を通過してディーゼルエンジン２７側に流れる。このとき、冷却ファン３０の上流側、すなわちシュラウド４０内は低圧（負圧）となるため、この冷却ファン３０に前述したような仕切部材７０が備わっていないと、図８に示すように冷却ファン３０の下流側（高圧側：正圧）の空気の一部が図３に示すようにスパイダ３１の取付けアーム３１ｃの根元とブレード３２との間に形成される隙間（図中Ａ部）からシュラウド４０側に逆流して損失が発生してしまう。

これに対し、本発明では上述したようにこのファンアダプタ６０に仕切部材７０を備えたことから、図６に示すようにスパイダ３１の取付けアーム３１ｃの根元とブレード３２との間に形成される隙間（図中Ａ部）を確実に塞ぐことができる。これによって、図４に示すように冷却ファン３０の下流側（高圧側）の空気がシュラウド４０側（低圧側）に逆流してしまうことがなくなるため、従来のような損失が低減されて風量（吸込み量）が増加することになる。

また、この仕切部材７０は、ファンアダプタ６０と共に回転するため、ファンアダプタ６０に密着するように取り付けることができる。この結果、仕切部材７０とファンアダプタ６０との隙間をなくすことが可能となり、風量損失を最小限に抑えることができる。さらに、この仕切部材７０は、耐熱性の合成樹脂、例えばフェノール樹脂やメラミン樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂から形成されていて金属などに比べて軽量となっている。このため、回転軸３３などへ掛かる荷重も大きく増加せず、エンジン２７などの駆動源の負荷も従来と殆ど変わらない。また、従来のファン取付構造を改造する必要がないため、コストを低く抑えることができると共に、既存のものに対しても簡単に後付けが可能となる。

また、本実施の形態では、仕切部材７０をファンアダプタ６０側に取り付けるために、筒状の仕切部材本体７１と鍔状の仕切板７２で構成したが、図７に示すようなドーナツ状の円板であっても良い。このように構成した場合には、図示するようにファンアダプタ６０と冷却ファン３０の回転中心部３１ｂとの間にドーナツ状円板を挟むように位置させ、その内周側に突出した複数のボルト孔７０ａに対し、冷却ファン３０の貫通孔３１ｅ側から複数のボルト６４をそれぞれ螺合させることで冷却ファン３０の回転中心部３１ｂと同心円状に仕切部材７０を取り付けることができる。

１００…建設機械
２７…ディーゼルエンジン
２８…熱交換器ユニット
３０…冷却ファン
３１…スパイダ
３１ｂ…回転中心部
３１ｃ…取付けアーム
３２…ブレード
３３…回転軸
６０…ファンアダプタ
７０…仕切部材
７１…仕切部材本体
７２…仕切板

Claims (4)

1. スパイダの取付けアームの各先端にブレードを備えた冷却ファンの取付構造であって、 前記スパイダの回転中心部を、エンジンで駆動される回転軸にファンアダプタを介して取り付けると共に、
   前記ファンアダプタに、前記スパイダの取付けアーム間の隙間を覆う仕切部材を取り付けた建設機械の冷却ファン取付構造。
2. 請求項１に記載の建設機械の冷却ファン取付構造において、
   前記仕切部材は、前記ファンアダプタに外側に着脱自在に嵌め込まれる筒状の仕切部材本体と、この仕切部材本体の外周に設けられた鍔状の仕切板とを有する建設機械の冷却ファン取付構造。
3. 請求項１に記載の建設機械の冷却ファン取付構造において、
   前記仕切部材は、前記ファンアダプタと前記冷却ファンの回転中心部との間に挟まれて取り付けられる円板からなる建設機械の冷却ファン取付構造。
4. 請求項１に記載の建設機械の冷却ファン取付構造において、
   前記仕切部材は、樹脂からなる建設機械の冷却ファン取付構造。

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