(57)【要約】【課題】リングとシュラウドとの隙間の縮小に限界がある中で、リングとシュラウドとの隙間の逆流を抑制できる建設機械の冷却ファンを提供する。【解決手段】冷却ファン３２は、シュラウド３３の内周側に配置され、複数の主翼４２と主翼４２の外縁部を連結するリング４３とを備える。主翼４２は少なくとも１つの翼間が他の翼間よりも広くなるよう配置される。リング４３は吐出側が末広がりの拡径部４６を有する。拡径部４６はシュラウド３３より吐出側に位置する。拡径部４６の外周部に複数の翼片部５０を配置する。翼片部５０は、リング４３における広い翼間Ｐ１の部分であって主翼４２（Ｗｒ）の前縁４２ｂ（Ｗｒ）の位置を跨る第１領域Ｒ１に配置した複数の第１翼片部５１と、第１領域外に配置した複数の第２翼片部５２とで構成される。第１翼片部５１は第２翼片部５２よりリング４３との結合部に生じる応力を緩和する形状に形成されている。【選択図】  図９
2019052581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュラウドの内周側に隙間をあけて配置される建設機械の冷却ファンであって、
周方向に間隔をあけて配置された複数の主翼と、
前記複数の主翼の外周側端部を連結するリングとを備え、
前記複数の主翼は、それらの翼間のうち少なくとも１つが他の翼間よりも広くなるように配置され、
前記リングは、内径及び外径が前記冷却ファンの吐出方向に向かって拡大する拡径部を有し、前記拡径部が前記冷却ファンの軸方向において前記シュラウドよりも前記冷却ファンの吐出側に位置するように配置され、
前記リングの前記拡径部の外周部に周方向に間隔をあけて配置された複数の翼片部を更に備え、
前記複数の翼片部は、前記リングにおける広い翼間に位置する部分であって当該翼間を形成する２つの主翼のうちの前記冷却ファンの回転方向の後方側の主翼の前縁の位置に対応する部分を跨る第１領域に配置された複数の第１翼片部と、前記リングにおける第１領域外に配置された複数の第２翼片部とで構成され、
前記複数の第１翼片部は、前記複数の第２翼片部よりも、前記リングとの結合部に生じる応力を緩和する形状に形成されている
ことを特徴とする建設機械の冷却ファン。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の冷却ファンにおいて、
前記第１翼片部及び前記第２翼片部は、それぞれ根元部にフィレット部を有し、
前記第１翼片部は、そのフィレット部が前記第２翼片部の前記フィレット部よりも大きくなるように構成されている
ことを特徴とする建設機械の冷却ファン。
【請求項３】
請求項２に記載の建設機械の冷却ファンにおいて、
前記第１翼片部及び前記第２翼片部は、前記冷却ファンの回転方向に対して後傾するように構成され、
前記第１翼片部の前記フィレット部及び前記第２翼片部の前記フィレット部は、それぞれ前記第１翼片部の反回転方向側の側面及び前記第２翼片部の反回転方向側の側面に設けられている
ことを特徴とする建設機械の冷却ファン。
【請求項４】
請求項１に記載の建設機械の冷却ファンにおいて、
前記第１翼片部は、前記第２翼片部よりも質量が小さい形状で形成されている
ことを特徴とする建設機械の冷却ファン。
【請求項５】
請求項４に記載の建設機械の冷却ファンにおいて、
前記第１翼片部は、前記第２翼片部よりも厚みが小さくなるように構成されている
ことを特徴とする建設機械の冷却ファン。
【請求項６】
請求項４に記載の建設機械の冷却ファンにおいて、
前記第１翼片部は、前記第２翼片部よりも径方向の長さが短くなるように構成されている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項７】
請求項４に記載の建設機械の冷却ファンにおいて、
前記第１翼片部は、前記第２翼片部よりも軸方向の長さが短くなるように構成されている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項８】
請求項１に記載の建設機械の冷却ファンにおいて、
前記複数の第１翼片部を連結するリブを有する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項９】
シュラウドの内周側に隙間をあけて配置される建設機械の冷却ファンであって、
周方向に間隔をあけて配置された複数の主翼と、
前記複数の主翼の外周側端部を連結するリングとを備え、
前記複数の主翼は、それらの翼間のうち少なくとも１つが他の翼間よりも広くなるように配置され、
前記リングは、内径及び外径が前記冷却ファンの吐出方向に向かって拡大する拡径部を有し、前記拡径部が前記冷却ファンの軸方向において前記シュラウドよりも前記冷却ファンの吐出側に位置するように配置され、
前記リングの前記拡径部の外周部に周方向に間隔をあけて配置された複数の翼片部を更に備え、
前記複数の翼片部は、前記リングにおける広い翼間に位置する部分であって当該翼間を形成する２つの主翼のうちの前記冷却ファンの回転方向の後方側の主翼の前縁の位置に対応する部分を跨る領域を除く、前記リングの周方向の全域に配置されている
ことを特徴とする建設機械の冷却ファン
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータ等の熱交換器に冷却風を供給する建設機械の冷却ファンに係り、更に詳しくは、複数の翼の外周側端部をリングで連結した冷却ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルやダンプトラック等の建設機械においては、一般に、ラジエータやオイルクーラ等の熱交換器と、熱交換器の必要とする流量の冷却風を供給する冷却ファンとを含む冷却ユニットが、エンジン等の冷却ファンの駆動装置と共に車体内に配置されている。冷却ファンの形式の一つとして、複数の翼の外周側端部を円筒状の部材（リング）により連結したファン、いわゆるリングファンが知られている。
【０００３】
建設機械では、信頼性向上及び省エネ化のために、冷却ユニットの冷却効率の向上が求められている。冷却ユニットの冷却効率向上のための有力な手段として、冷却ファンの風量増加や高効率化が挙げられる。冷却ファンの風量増加や高効率化を目的とした技術として、特許文献１及び特許文献２に記載のものが知られている。
【０００４】
特許文献１に記載の冷却装置は、複数の翼を有する軸流ファンと、軸流ファンと熱交換器と間に配置されたシュラウドとを備えている。軸流ファンの翼の外周端には、翼を全周にわたって囲むようにリング（ファンリング）が取り付けられており、このファンはいわゆるリングファンである。リングは、全周に亘って外周側に向けて突出する突出部を備えている。シュラウドには、円周方向に複数に分割された調整プレートがリングの外周面との距離を可変に固定されている。特許文献１に記載の技術は、上記の構成により、簡単に組み立てができ、しかもリングとシュラウドとの隙間をファンの吐出側から吸込側へ逆流する空気（冷却風）の流れを低減してファンの風量増加を図るものである。
【０００５】
特許文献２に記載のファン−ハウジング結合体は、リングファン（帯付き軸流ファン）と空気流を案内するシュラウド（ハウジング）とを含み、リングファンがシュラウド内に位置づけられている。リング（帯状部）とシュラウドとの間の再循環流路には、定常流制御羽根がシュラウドに連結された状態で配置されている。特許文献２に記載の技術は、上記の構成により、リング（帯状部）とシュラウドとの間の再循環流路を逆流する再循環空気流内における渦流を低減して高効率化を図るものである。
【０００６】
また、一般的なファンにおける風量増加や高効率化の有効な手段は、翼とシュラウドとの隙間（チップクリアランス）を縮小することで、翼とシュラウドとの隙間の逆流を抑制することである。リングファンの場合には、翼をリングに置き換えることになるが、リングとシュラウドとの隙間を縮小することにより、当該隙間の圧損が増加するので、一般的なファンと同様に、逆流の抑制効果が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０９８２１３号パンフレット
【特許文献２】特表平９−５０５３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
リングファンにおける逆流抑制の有効な手段は、リングとシュラウドとの隙間を縮小することである。しかし、建設機械においては、車体の振動等によりリングがシュラウドに接触する虞があるので、一般的なファンに比べて、リングとシュラウドとの隙間を広げる必要がある。そのため、当該隙間の縮小には限界がある。例えば、特許文献１に記載のファン（リングファン）を建設機械に適用した場合、リングと調整プレートとの隙間の縮小に限界があり、この隙間縮小の限界により冷却ファンの高効率化に限界がある。
【０００９】
また、リングとシュラウドとの隙間の縮小以外の冷却ファンの高効率化を図る手段として、特許文献２に記載の技術のように、リングとシュラウドとの隙間にシュラウドに連結した定常流制御羽根を配置することで、リングとシュラウドとの隙間を逆流する再循環空気流内の渦流を低減するものがある。しかし、この定常流制御羽根は、再循環空気流そのものを低減するものではない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、リングとシュラウドとの隙間の縮小に限界がある中で、リングとシュラウドとの隙間の逆流を抑制することができる建設機械の冷却ファンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、シュラウドの内周側に隙間をあけて配置される建設機械の冷却ファンであって、周方向に間隔をあけて配置された複数の主翼と、前記複数の主翼の外周側端部を連結するリングとを備え、前記複数の主翼は、それらの翼間のうち少なくとも１つが他の翼間よりも広くなるように配置され、前記リングは、内径及び外径が前記冷却ファンの吐出方向に向かって拡大する拡径部を有し、前記拡径部が前記冷却ファンの軸方向において前記シュラウドよりも前記冷却ファンの吐出側に位置するように配置され、前記リングの前記拡径部の外周部に周方向に間隔をあけて配置された複数の翼片部を更に備え、前記複数の翼片部は、前記リングにおける広い翼間に位置する部分であって当該翼間を形成する２つの主翼のうちの前記冷却ファンの回転方向の後方側の主翼の前縁の位置に対応する部分を跨る第１領域に配置された複数の第１翼片部と、前記リングにおける第１領域外に配置された複数の第２翼片部とで構成され、前記複数の第１翼片部は、前記複数の第２翼片部よりも、前記リングとの結合部に生じる応力を緩和する形状に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リングの拡径部の外周部に翼片部を配置することで、リングとシュラウドとの隙間を逆流する流れとは反対向きの流れが生成されるので、リングとシュラウドとの隙間の縮小に限界がある中で、リングとシュラウドとの隙間の逆流を抑制することができる。その結果、ファンの風量増加及び高効率化を図ることができる。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】図１に示す油圧ショベルをII−II矢視から見た断面図であり、油圧ショベルの機械室内の内部構成を示す図である。
【図３】本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態及びそれを含む冷却装置を一部断面の状態で示す側面図である。
【図４】本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態の一部を構成する翼片部の近傍を冷却ファンの吸込側から見た図である。
【図５】本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態の作用を示す説明図である。
【図６】本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態を吸込側から見た斜視図である。
【図７】本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態を吸込側から見た正面図である。
【図８】本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態における回転駆動中の変形状態を示す説明図である。
【図９】図７の符号Ｘで示す本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態の一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。
【図１０】本発明の建設機械の冷却ファンの第２の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。
【図１１】本発明の建設機械の冷却ファンの第３の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。
【図１２】本発明の建設機械の冷却ファンの第４の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。
【図１３】本発明の建設機械の冷却ファンの第５の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。
【図１４】本発明の建設機械の冷却ファンの第６の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の建設機械の冷却ファンの実施の形態を図面を用いて説明する。本実施の形態においては、建設機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。
【００１５】
まず、本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態を適用した油圧ショベルの構成を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す側面図、図２は図１に示す油圧ショベルをII−II矢視から見た断面図であり、油圧ショベルの機械室内の内部構成を示す図である。ここでは、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。
【００１６】
図１において、油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載され、下部走行体２と共に車体を構成する上部旋回体３と、上部旋回体３の前端部に俯仰動可能に設けられた作業フロント４とで大略構成されている。
【００１７】
作業フロント４は、掘削作業等を行うための多関節型の作動装置であり、ブーム６、アーム７、バケット８を備えている。ブーム６の基端側は、上部旋回体３の前端部に回動可能に連結されている。ブーム６の先端部には、アーム７の基端部が回動可能に連結されている。アーム７の先端部には、バケット８の基端部が回動可能に連結されている。ブーム６、アーム７、バケット８は、それぞれブームシリンダ６ａ、アームシリンダ７ａ、バケットシリンダ８ａによって回動される。
【００１８】
上部旋回体３は、下部走行体２上に旋回可能に搭載された支持構造体である旋回フレーム１１と、旋回フレーム１１上の左前側に設置されたキャブ１２と、旋回フレーム１１の後端部に設けられたカウンタウェイト１３と、キャブ１２とカウンタウェイト１３の間に配置された機械室１４とを含んで構成されている。キャブ１２には、下部走行体２や作業フロント４等の動作を指示する操作装置やオペレータが着座する運転席等（ともに図示せず）が配置されている。カウンタウェイト１３は、作業フロント４と重量バランスをとるためのものである。
【００１９】
機械室１４は、図２に示すように、原動機としてのエンジン２０、エンジン２０に駆動される油圧ポンプ２１、エンジン２０や油圧ポンプ２１等を冷却する冷却装置３０等の多数の装置を収容している。冷却装置３０は、詳細は後述するが、熱交換装置３１及び冷却ファン３２を含んでおり、例えば、エンジン２０を挟んで油圧ポンプ２１の反対側に配置されている。機械室１４は、その外郭が建屋カバー１６により形成されている。建屋カバー１６の冷却装置３０側（左側）には、機械室１４内に外気を取り込む吸込口１６ａが設けられている。建屋カバー１６の油圧ポンプ２１側（右側）には、機械室１４内から空気を排出する排出口１６ｂが設けられている。
【００２０】
次に、本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態及びそれを含む冷却装置の構成を図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態及びそれを含む冷却装置を一部断面の状態で示す側面図、図４は本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態の一部を構成する翼片部の近傍を冷却ファンの吸込側から見た図である。なお、図３及び図４において、図１及び図２に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
図３において、冷却装置３０は、熱交換装置３１と、熱交換装置３１を冷却する冷却風を生起する冷却ファン３２と、冷却風を熱交換装置３１へ導くシュラウド３３とを含んで構成されている。
【００２２】
熱交換装置３１は、例えば、ラジエータやオイルクーラ等の熱交換器によって構成されている。ラジエータはエンジン２０の冷却水を冷却するものであり、オイルクーラは作業フロント４の油圧シリンダ６ａ、７ａ、８ａ（図１参照）や油圧ポンプ２１（図２参照）等を含む油圧回路を流れる作動油を冷却するものである。熱交換装置３１は、冷却ファン３２の吸込側で冷却ファン３２に対向するように配置されている。
【００２３】
冷却ファン３２には、回転軸２３が取り付けられている。回転軸２３は、エンジン２０の駆動軸（出力軸）２０ａより上方でエンジン２０に回転可能に支持されている。回転軸２３及びエンジン２０の駆動軸２０ａには、それぞれプーリ２４、２５が設けられている。回転軸２３側のプーリ２４と駆動軸２０ａ側のプーリ２５との間には、ベルト２６が掛け渡されている。このように構成することで、エンジン２０は、冷却ファン３２を回転駆動する駆動装置として機能する。また、両プーリ２４、２５とベルト２６は、エンジン２０の動力を冷却ファン３２に伝達する動力伝達機構として機能する。
【００２４】
熱交換装置３１の冷却ファン３２側（図３では、右側）には、シュラウド３３が固定されている。シュラウド３３は、冷却ファン３２の軸方向に延びる筒状部３５と、筒状部３５の冷却ファン３２側の端部の全周から径方向内側に張り出した張出部３６とで構成されており、冷却ファン３２の外縁部の一部を取り囲んでいる。張出部３６の内周縁３６ａは、円形状の開口部を形成しており、冷却ファン３２の外縁部に対して隙間ｄ１をあけて対向している。
【００２５】
冷却ファン３２は、いわゆる、リングファンであり、回転軸２３が取り付けられるボス４１と、ボス４１の外周部において周方向に間隔をあけて配置された送風及び昇圧のため複数の主翼４２と、複数の主翼４２の外周側端部４２ａを連結するリング４３とを備えている。冷却ファン３２は、例えば、樹脂製であり、ボス４１、主翼４２、リング４３が一体で成形されている。
【００２６】
リング４３は、その吐出側が末広がりの筒状の形状を有している。すわわち、リング４３は、内径及び外径が主翼４２の外径と略等しく、主翼４２の外周側端部４２ａに接するリング本体部４５と、リング本体部４５の吐出側端部(図３では、右側端部)から吐出方向(図３では、右方向)に向かって内径及び外径が徐々に拡大する拡径部４６とで構成されている。リング本体部４５は、その吸込側端部が主翼４２の前縁４２ｂよりも吸込側に位置すると共に、その吐出側端部（図３では、右側端部）が主翼４２の後縁４２ｃよりも吐出側に位置するように構成されている。すなわち、リング本体部４５は、主翼４２の外周側端部４２ａの全体がリング本体部４５の内側に配置されるように構成されている。リング本体部４５の外周側には、シュラウド３３の張出部３６の内周縁３６ａが隙間ｄ１をあけて配置されている。拡径部４６は、冷却ファン３２の軸方向においてシュラウド３３の張出部３６よりも吐出側に位置しており、吸込側から吐出側に向かって曲線を描いて拡径するラッパ形状を成している。リング４３は略一定の板厚を有する筒状の部材により構成されており、リング４３の外径は内径と同様に変化している。
【００２７】
リング４３の拡径部４６の外周面には、外側に向かって突出する翼作用を有する翼片部５０が周方向の全域に間隔をあけて複数設けられている。翼片部５０は、リング４３の拡径部４６の最大径と最小径との差やリング４３とシュラウド３３との隙間ｄ１の大きさと同程度の大きさであり、冷却風を生起する主翼４２と比べて極端に小さい。翼片部５０は、冷却ファン３２の軸方向において、シュラウド３３の張出部３６よりも吐出側に間隔ｄ２をあけて配置されている。翼片部５０は、例えば、略扇形の板状部材であり、翼前縁５０ｂが冷却ファン３２の径方向に略平行で、翼後縁５０ｃが冷却ファン３２の軸方向に略平行となるように構成されている。すなわち、翼前縁５０ｂは軸方向の吸込側端（図３では、左端）であり、翼後縁５０ｃは翼片部５０の外周端である。翼片部５０の外周端５０ｃは、例えば、拡径部４６の外周端よりも径方向内側に位置している。また、翼片部５０は、図４に示すように、冷却ファン３２の回転方向に対して後傾するように構成されている。すなわち、翼片部５０は、翼前縁５０ｂにおける外周端５０ｃが根元部（リング４３の拡径部４６との結合部）５０ａに対して冷却ファン３２の回転方向の後方に位置するように傾斜している。これら翼片部５０は、図３に示すように、主翼４２及びリング４３と一体となって回転する。
【００２８】
次に、本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態の作用を図２及び図５を用いて説明する。図５は本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態の作用を示す説明図である。図２中、太線矢印は冷却風の流れを示している。なお、図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
図２に示す冷却ファン３２がエンジン２０により駆動されると、機械室１４の建屋カバー１６の吸込口１６ａから外気が吸い込まれ、機械室１４内に冷却風が生起される。この冷却風は、機械室１４内の熱交換装置３１を冷却した後、シュラウド３３を介して冷却ファン３２から吐出される。冷却ファン３２から吐出された冷却風は、エンジン２０周辺部や油圧ポンプ２１を冷却した後、建屋カバー１６の排出口１６ｂから外部へ排出される。このように、機械室１４内に収容されている熱交換装置３１やその他の装置が冷却ファン３２によって生起された冷却風で冷却されるので、それらを正常に作動させることができる。
【００３０】
図５に示す冷却ファン３２では、主翼４２の回転により、冷却ファン３２の吸込側から吐出側に向かって主流αが流れ、その吸込側と吐出側との間に圧力差が生じる。この圧力差により、リング４３の外周側に配置されたシュラウド３３の張出部３６の吐出側からリング４３と張出部３６との隙間ｄ１に向かって、主流αとは逆向きの空気の流れ（逆流）βが生じる。この逆流βは、冷却ファン３２の風量低下と効率低下の要因となる。
【００３１】
本実施の形態においては、リング４３に設けた翼片部５０が主翼４２と一体で回転することにより、リング４３の外周側において、径方向外向きの流れγが生成される。この流れγは、リング４３とシュラウド３３との間を流れる逆流βとは反対向きの流れである。逆流βは、反対向きの流れγにより妨げられるので、翼片部５０のない構成の場合と比較して、リング４３とシュラウド３３の張出部３６との隙間ｄ１を流れる逆流βの流量が低減される。したがって、逆流βの流量が低減する分、冷却ファン３２の効率を高めることができる。
【００３２】
さらに、本実施の形態においては、リング４３の拡径部４６の外周面に設けた翼片部５０が翼作用をもつ形状を有しているので、翼片部５０が主翼４２と一体で回転することで、それ自体が昇圧作用を発揮する。そのため、冷却ファン３２の有効なファン外径は、翼片部５０の外周端５０ｃの位置で決まり、図５に示すＤ２になる。それに対して、翼片部５０のない構成の冷却ファンの有効なファン外径は、主翼４２の外周側端部４２ａの位置で決まり、図５に示すＤ１である。つまり、本実施の形態の冷却ファン３２の有効なファン外径は、翼片部５０のない構成の冷却ファンの場合のＤ１に比べて翼片部５０の分だけ大きく、Ｄ２まで増加する。冷却ファン３２の空気に対してなす有効仕事、すなわち、全圧上昇は、ファン外径の二乗に比例する。したがって、本実施の形態の冷却ファン３２は、翼片部５０のない構成の冷却ファンの場合と比べて、同一の回転数では風量が増加する。
【００３３】
加えて、本実施の形態においては、翼片部５０の翼前縁５０ｂにおける外周端５０ｃが根元部５０ａに対して冷却ファン３２の回転方向の後方に位置するように、翼片部５０を傾斜させている（図４参照）。この構成の場合、翼片部５０を傾斜させない構成の場合よりも、ファンの静圧効率を上昇させることが確認されている。
【００３４】
また、本実施の形態においては、リング４３の吐出側の内径及び外径が拡径するようにリング４３を構成している。この場合、主翼４２から吐出される主流αのうち、外周側の流れは、リング４３の拡径部４６の内周面に沿って滑らか径方向外側に広がるので、リング４３の吐出側を拡径せずに同一径とした場合よりも、リング４３の吐出側端部の周辺における渦の生成が低減される。渦の生成が低減される分、冷却ファン３２の効率が高くなる。
【００３５】
このように、本実施の形態においては、リング４３とシュラウド３３との隙間ｄ１を縮小することなく、冷却ファン３２の風量増加と効率向上の効果を得ることができる。冷却ファン３２の風量増加により、機械室１４内の熱交換装置３１等の各種装置の温度上昇を抑制することができ、油圧ショベル１の信頼性が向上する。また、冷却ファン３２の効率向上により、消費動力を低減できるので、油圧ショベル１の省エネ化を実現することができる。
【００３６】
ところで、建設機械では、オペレータの快適性を確保するために冷却ファン３２から発生するピーク音、いわゆる、翼通過周波数での騒音を抑制することが求められている。そこで、本実施の形態においては、冷却ファン３２の複数の主翼４２を回転方向に不等ピッチ（異なる間隔）で配置している。
【００３７】
次に、冷却ファンの主翼の配置を図６及び図７を用いて説明する。図６は本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態を吸込側から見た斜視図、図７は図７の符号Ｘで示す本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態の一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。なお、図６及び図７において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
図６及び図７において、冷却ファン３２は、例えば、７枚の主翼４２を有しており、これらの主翼４２は回転方向に異なる間隔で配置されている。つまり、７枚の主翼４２の翼間には、相対的に広い翼間（以下、第１翼間と称することがある）Ｐ１と相対的に狭い翼間（以下、第２翼間と称することがある）Ｐ２とが存在する。本実施の形態では、例えば、他の翼間と比較して相対的広い翼間Ｐ１が２つ存在するように主翼４２を配置している。また、冷却ファン３２は、例えば、６２枚の翼片部５０を有している。これらの翼片部５０は、例えば、回転方向に等ピッチ（同一の間隔）で配置されている。
【００３９】
このように主翼４２を不等ピッチに配置すると、冷却ファン３２の稼動時に、リング４３における相対的に広い翼間Ｐ１に位置する部分が他の翼間（相対的に狭い翼間）Ｐ２に位置する部分よりも大きく変形することがある。
【００４０】
次に、主翼を不等ピッチに配置した冷却ファンの変形解析の結果を図８を用いて説明する。図８は本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態における回転駆動中の変形状態を示す説明図であり、冷却ファンの吸込側から見た正面図である。図８中の冷却ファンは、変形状態を極端に示したものである。なお、図８において、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
図８に示す変形解析の結果から、リング４３における第１翼間Ｐ１に位置する部分の変形が、第２翼間Ｐ２に位置する部分の変形よりも大きくなっていることがわかる。より詳細には、リング４３のリング本体部４５の吸込側端部では、第１翼間Ｐ１に位置する部分が径方向内側に特に大きく変形している。一方、第１翼間Ｐ１を形成する主翼４２（Ｗｆ）、４２（Ｗｒ）のうちの冷却ファン３２の回転方向の後方側に位置する主翼４２（Ｗｒ）の前縁４２ｂ（Ｗｒ）を含む所定の領域に位置する部分が径方向外側に大きく変形している。
【００４２】
この変形解析の結果によると、リング４３の拡径部４６に設けた翼片部５０が径方向外側に遠心力を受けると、翼片部５０における変形したリング４３との結合部（根元部）に生じる局所応力が増大する。特に変形が大きくなる主翼４２（Ｗｒ）の前縁４２ｂ（Ｗｒ）を跨る所定の領域に対応する部分のリング４３の拡径部４６に配置された翼片部５０では、リング４３との結合部に生じる局所応力が特に大きくなる。
【００４３】
このように、冷却ファン３２の風量増加及び高効率化を図りつつ、冷却ファン３２の騒音を低減するために、リング４３の拡径部４６の外周部に翼片部５０を配置すると共に、複数の主翼４２を不等ピッチに配置する場合、上述の課題がある。そこで、本実施の形態においては、局所応力が特に大きくなる翼片部５０に対して、リング４３との結合部に生じる応力を緩和する形状を有するように構成する。
【００４４】
次に、複数の翼片部の構成及び構造を図７及び図９を用いて説明する。図９は図７の符号Ｘで示す本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態の一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。なお、図９において、図１乃至図８に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図７及び図９において、複数の翼片部５０は、リング４３における相対的に広い翼間Ｐ１に位置する部分であって当該翼間Ｐ１を形成する２つの主翼４２（Ｗｆ）、４２（Ｗｒ）のうちの冷却ファン３２の回転方向の後方側の主翼４２（Ｗｒ）の前縁４２ｂ（Ｗｒ）の位置に対応する部分を跨る所定の領域（以下、第１領域という）Ｒ１に配置された複数の第１翼片部５１と、第１領域以外に配置された複数の第２翼片部５２とで構成されている。本実施の形態においては、第１領域Ｒ１が２箇所あり、各第１領域Ｒ１に配置された第１翼片部５１の枚数は、例えば、４枚である。この第１領域Ｒ１は、上述した冷却ファンの変形解析により判明した特に局所応力の大きな領域であり、リング４３の径や翼間Ｐ１の大きさ、拡径部４６の大きさ等の条件に応じてその範囲が決定される。
【００４６】
第１翼片部５１は、第２翼片部５２よりも、リング４３との結合部に生じる応力を緩和する形状に形成されている。具体的には、図９に示すように、第１翼片部５１は、回転方向側の側面とリング４３の拡径部４６との隅部（結合部）及び反回転方向側の側面とリング４３の拡径部４６との隅部（結合部）に、それぞれ回転側フィレット部５１ａ及び反回転側フィレット部５１ｂを有している。同様に、第２翼片部５２は、回転方向側の側面とリング４３の拡径部４６との隅部（結合部）及び反回転方向側の側面とリング４３の拡径部４６との隅部（結合部）にそれぞれ回転側フィレット部５２ａ及び反回転側フィレット部５２ｂを有している。第１翼片部５１の反回転側フィレット部５１ｂは、第２翼片部５２の反回転側フィレット部５２ｂよりも相対的に大きくなるように設定されている。一方、第１翼片部５１の回転側フィレット部５１ａは、第２翼片部５２の回転側フィレット部５２ａと略同じ大きさになるように設定されている。
【００４７】
本実施の形態においては、第１翼片部５１におけるリング４３との結合部（根元部）に対して、第２翼片部５２のフィレット部５２ｂよりも相対的に大きなフィレット部５１ｂを設けているので、その分、第１翼片部５１の結合部（根元部）に生じる局所応力の抑制効果を発揮することができる。
【００４８】
上述したように、本発明の建設機械の冷却ファンの第１の実施の形態によれば、リング４３の拡径部４６の外周部に翼片部５０を配置することで、リング４３とシュラウド３３との隙間ｄ１を逆流する流れβとは反対向きの流れγが生成されるので、リング４３とシュラウド３３との隙間ｄ１の縮小に限界がある中で、リング４３とシュラウド３３との隙間ｄ１の逆流βを抑制することができる。その結果、ファンの風量増加及び高効率化を図ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、複数の主翼４２を不等ピッチに配置したので、ファンの騒音を低減することができる。
【００５０】
さらに、本実施の形態によれば、複数の翼片部５０のうち、主翼４２の不等ピッチに伴うリング４３の変形増大の影響が大きい第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１を、第１領域外に配置した第２翼片部５２よりもリング４３との結合部に生じる応力を緩和する形状を有するように構成したので、第１翼片部５１におけるリング４３との結合部（根元部）に生じる局所応力をより低減することができる。
【００５１】
すなわち、本実施の形態によれば、冷却ファン３２の風量増加及び高効率化を維持しつつ、冷却ファン３２の騒音を低減し、翼片部５０に生じる局所応力を低減することができる。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１のフィレット部５１ｂを第１領域外に配置した第２翼片部５２のフィレット部５２ｂよりも大きくなるように設定したので、第１翼片部５１及び第２翼片部５２の両方のフィレット部を第１翼片部５１のフィレット部と同じ大きさにする場合よりも、冷却ファン３２を成形する材料の使用量を低減することができ、その結果、製作コストを低減することができる。
【００５３】
さらに、本実施の形態によれば、翼片部５０を構成する第１翼片部５１及び第２翼片部５２を冷却ファン３２の回転方向に対して後傾するように構成すると共に、第１翼片部５１及び第２翼片部５２の反回転方向側の側面の根元部にフィレット部５２ｂを設けたので、ファンの更なる高効率化と共に、後傾する第１翼片部５１及び第２翼片部５２とリング４３の拡径部４６との結合部分に生じる応力を緩和することができる。
【００５４】
次に、本発明の建設機械の冷却ファンの第２の実施の形態を図１０を用いて説明する。図１０は本発明の建設機械の冷却ファンの第２の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。なお、図１０において、図１乃至図９に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
本発明の建設機械の冷却ファンの第２の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は以下のとおりである。第１の実施の形態に係る冷却ファン３２は、複数の翼片部５０のうち、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１の反回転側フィレット部５１ｂを第１領域外に配置した第２翼片部５２の反回転側フィレット部５２ｂよりも相対的に大きくしたものである（図９参照）。それに対して、図１０に示す第２の実施の形態に係る冷却ファン３２Ａは、複数の翼片部５０Ａのうち、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ａの厚みを第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの厚みよりも相対的に薄くしたものである。また、本実施の形態の第１翼片部５１Ａ及び第２翼片部５２Ａは、その根元部にフィレット部を備えていないが、フィレット部を備える構成も可能である。
【００５６】
本実施の形態においては、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ａの厚みが第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの厚みよりも薄いので、その分、第１翼片部５１Ａの質量が第２翼片部５２Ａの質量よりも小さくなる。したがって、第１翼片部５１Ａに作用する遠心力が、第２翼片部５２Ａに作用する遠心力よりも小さくなり、その分、第１翼片部５１Ａにおけるリング４３の拡径部４６との結合部（根元部）に生じる局所応力を低減することができる。
【００５７】
上述した本発明の建設機械の冷却ファンの第２の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態によれば、第１翼片部５１Ａの厚みを第２翼片部５２Ａの厚みよりも薄くした分、冷却ファン３２Ａを成形する材料の使用量を低減できるので、その結果、製作コストを低減することができる。
【００５９】
次に、本発明の建設機械の冷却ファンの第３の実施の形態を図１１を用いて説明する。図１１は本発明の建設機械の冷却ファンの第３の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。なお、図１１において、図１乃至図１０に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
本発明の建設機械の冷却ファンの第３の実施の形態が第２の実施の形態に対して相違する点は以下のとおりである。第２の実施の形態に係る冷却ファン３２Ａは、複数の翼片部５０Ａのうち、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ａの厚みを第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの厚みよりも相対的に薄くしたものである（図１０参照）。それに対して、図１１に示す第３の実施の形態に係る冷却ファン３２Ｂは、複数の翼片部５０Ｂのうち、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ｂの軸方向の長さを第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの軸方向の長さより相対的に短くしたものである。
【００６１】
本実施の形態においては、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ｂの軸方向の長さが第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの軸方向の長さより相対的に短いので、その分、第１翼片部５１Ｂの質量が第２翼片部５２Ａの質量よりも小さくなる。したがって、第２の実施の形態の場合と同様に、第１翼片部５１Ｂに作用する遠心力が第２翼片部５２Ａに作用する遠心力よりも小さくなり、その分、第１翼片部５１Ｂにおけるリング４３の拡径部４６との結合部（根元部）に生じる局所応力を低減することができる。
【００６２】
上述した本発明の建設機械の冷却ファンの第３の実施の形態によれば、前述した第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
次に、本発明の建設機械の冷却ファンの第４の実施の形態を図１２を用いて説明する。図１２は本発明の建設機械の冷却ファンの第４の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。なお、図１２において、図１乃至図１１に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
本発明の建設機械の冷却ファンの第４の実施の形態が第３の実施の形態に対して相違する点は以下のとおりである。第３の実施の形態に係る冷却ファン３２Ｂは、複数の翼片部５０Ｂのうち、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ｂの軸方向の長さを第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの軸方向の長さより相対的に短くしたものである（図１１参照）。それに対して、図１２に示す第４の実施の形態に係る冷却ファン３２Ｃは、複数の翼片部５０Ｃのうち、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ｃの径方向の長さを第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの径方向の長さより相対的に短くしたものである。
【００６５】
本実施の形態においては、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ｃの径方向の長さが第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの径方向の長さより相対的に短いので、その分、第１翼片部５１Ｃの質量が第２翼片部５２Ａの質量よりも小さくなる。したがって、第３の実施の形態の場合と同様に、第１翼片部５１Ｃに作用する遠心力が第２翼片部５２Ａに作用する遠心力よりも小さくなり、その分、第１翼片部５１Ｃにおけるリング４３の拡径部４６との結合部（根元部）に生じる局所応力を低減することができる。
【００６６】
また、径方向の長さが相対的に短い分、第１翼片部５１Ｃの回転速度が第２翼片部５２Ａの回転速度よりよりも小さくなる。その分、作用する遠心力が第３の実施の形態の場合よりも小さくなる。したがって、第１翼片部５１Ｃに作用する遠心力が第２翼片部５２Ａに作用する遠心力よりも小さくなり、その分、第１翼片部５１Ｃにおけるリング４３の拡径部４６との結合部（根元部）に生じる局所応力を低減することができる。
【００６７】
上述した本発明の建設機械の冷却ファンの第４の実施の形態によれば、前述した第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
次に、本発明の建設機械の冷却ファンの第５の実施の形態を図１３を用いて説明する。図１３は本発明の建設機械の冷却ファンの第５の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。なお、図１３において、図１乃至図１２に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
本発明の建設機械の冷却ファンの第５の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は以下のとおりである。第１の実施の形態に係る冷却ファン３２は、複数の翼片部５０のうち、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１の反回転側フィレット部５１ｂを第１領域外に配置した第２翼片部５２の反回転側フィレット部５２ｂよりも相対的に大きくしたものである（図９参照）。それに対して、図１３示す第５の実施の形態に係る冷却ファン３２Ｄは、複数の翼片部５０Ｄのうち、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ｄを、リブ５４により連結した構成とし、第１領域外に配置した第２翼片部５２をリブのない構成としたものである。
【００７０】
具体的には、第１領域Ｒ１に配置された複数の第１翼片部５１Ｄの各々は、その軸方向の吸込側端部にリブ５４を有している。このリブ５４は、周方向に延びて複数の第１翼片部５１Ｄを接続している。リブ５４の径方向の長さは、第１翼片部５１Ｄの吸込側端部の径方向の長さと略同じである。このリブ５４の機能により、第１翼片部５１Ｄにおけるリング４３の拡径部４６との結合部（根元部）に生じる局所応力を低減することができる。
【００７１】
上述した本発明の建設機械の冷却ファンの第５の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、本実施の形態によれば、第１翼片部５１Ｄにリブ５４を設ける構成としたので、第１翼片部５１Ｄの剛性を第１の実施の形態の場合よりも高めることができる。さらに、複数の第１翼片部５１Ｄを接続するようにリブ５４を設けているので、第１翼片部５１Ｄの剛性を更に高めることができる。
【００７３】
次に、本発明の建設機械の冷却ファンの第６の実施の形態を図１４を用いて説明する。図１４は本発明の建設機械の冷却ファンの第６の実施の形態における一部分を拡大した状態で示した吸込側から見た斜視図である。なお、図１４において、図１乃至図１３に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７４】
図１４に示す本発明の建設機械の冷却ファンの第６の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は、複数の翼片部５０Ｅを、第１領域Ｒ１に配置した複数の第１翼片部５１と、第１領域外に配置した複数の第２翼片部５２とで構成する代わりに、第１領域外に配置した第２翼片部５２のみで構成することである。すなわち、複数の翼片部５０Ｅを、第１領域Ｒ１に配置せずに、第１領域Ｒ１を除くリング４３の周方向の全域に配置している。この場合、局所応力の増大が懸念される第１領域Ｒ１に翼片部（第１翼片部）が配置されないので、翼片部の局所応力の増大を懸念する必要がない。
【００７５】
上述した本発明の建設機械の冷却ファンの第６の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、本実施の形態によれば、翼片部５０Ｅを第１領域Ｒ１に配置しない分、冷却ファン３２Ｅを成形する材料の使用量を低減できるので、その結果、製作コストを低減することができる。
【００７７】
なお、本発明は本実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【００７８】
例えば、上述した本発明の建設機械の第１乃至第６の実施の形態においては、本発明の建設機械の冷却ファンを油圧ショベル１に適用した例を示したが、本発明は、油圧クレーンやホイールローダ等の各種の建設機械に広く適用することができる。
【００７９】
また、上述した実施の形態においては、冷却ファン３２の駆動装置としてエンジン２０を用いた例を示したが、駆動装置として電動モータや油圧モータ等を用いることも可能である。
【００８０】
また、上述した実施の形態においては、冷却ファン３２の７枚の主翼４２を、他の翼間と比較して相対的広い翼間Ｐ１が２つ存在するように配置した例を示した。しかし、任意の枚数の主翼を、少なくとも１つの翼間が他の翼間よりも相対的に広くなるように主翼を配置することで、ファン騒音の低減効果を得ることが可能である。また、相対的に広い複数の翼間Ｐ１や相対的に狭い複数の翼間Ｐ２内にも、相対的な広狭があって良い。つまり、複数の翼間がすべて異なるように主翼を配置することも可能である。
【００８１】
また、上述した実施の形態においては、主翼４２の外周側端部４２ａの全体がリング４３のリング本体部４５の内側に配置されるようにリング本体部４５を構成する例を示したが、リング本体部の形状はこれに限られない。例えば、リング本体部の吸込側端部が主翼４２の前縁４２ｂよりも吐出側に位置するようにリング本体部を構成することもできる。また、リング本体部の吐出側端部が主翼４２の後縁４２ｃよりも吸込側に位置するようにリング本体部を構成することもできる。
【００８２】
また、上述した実施の形態においては、翼片部５０を、翼前縁５０ｂが冷却ファン３２の径方向に略平行で、翼後縁５０ｃが冷却ファン３２の軸方向に略平行となるような略扇形に構成した例を示したが、翼片部の形状は、翼作用を有する形状であればよい。
【００８３】
また、上述した実施の形態においては、ボス４１、主翼４２、リング４３、翼片部５０を一体に成形した樹脂製の冷却ファン３２の例を示したが、ボス４１、主翼４２、リング４３、翼片部５０をそれぞれ別体で製作した後に、各部材を接合して冷却ファンを構成することも可能である。
【００８４】
また、上述した第２乃至第４の実施の形態においては、第１領域Ｒ１に配置した第１翼片部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃの厚さ、軸方向の長さ、径方向の長さを第１領域外に配置した第２翼片部５２Ａの厚さ、軸方向の長さ、径方向の長さよりも相対的に小さくすることで、第１翼片部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃに作用する遠心力が第２翼片部５２Ａに作用する遠心力よりも小さくなるように構成した例を示した。しかし、第１翼片部を、第２翼片部よりも質量が小さくなる上記以外の形状で構成することにより、第１翼片部に作用する遠心力を第２翼片部に作用する遠心力よりも小さくすることも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１…油圧ショベル（建設機械）、  ３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ…冷却ファン、３３…シュラウド、  ４２…主翼、  ４３…リング、  ４６…拡径部、  ５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ…翼片部、  ５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ…第１翼片部、  ５２、５２Ａ…第２翼片部、  ５１ｂ…反回転側フィレット部（フィレット部）、  ５２ｂ…反回転側フィレット部（フィレット部）、  ５４…リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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