(57)【要約】【課題】ファンの回転時および停止時にかかわらず、効率よく送風する。【解決手段】ファン回転軸１２とステイ１４とファンリング１３を一体に設け、電動モータ２１の駆動によりこれらを回転させる。ステイ１４と１４の間に羽根１１を配置し、羽根１１の両端を径方向に移動可能かつ回動可能に支持するととも、羽根１１の軸部１１ａをねじり構造とし、羽根１１の径方向移動時に羽根１１を回動させる。羽根１１とファンリング１３の間にばね１５を介装する。ファン停止時に、羽根１１はばね１５の付勢力により内径方向に移動し、風軸に対して羽根１５が平行となる。ファン回転時に、羽根１１は遠心力により外径方向に移動し、風軸に対して羽根１１が斜めを向く。【選択図】図２
2004332698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の駆動源により回転される回転体によって空気を吸い込むファン装置であって、
前記回転体は、空気の送風方向（以下、風軸）に対する角度が変更可能な複数の羽根を有し、
前記風軸に対する垂直面への前記羽根の有効面積が少なくとも前記回転体の回転停止時に前記回転体の回転時よりも小さくなるように、前記羽根の角度を変化させる角度変更手段を備えることを特徴とするファン装置。
【請求項２】
請求項１に記載のファン装置において、
前記回転体は、同心円状の内筒部と外筒部を有し、
前記羽根の内径方向端部および外径方向端部は、それぞれ前記内筒部および前記外筒部に回動可能に支持され、
前記角度変更手段は、前記回転体の回転停止時に前記羽根が前記風軸に対して略平行を向くように回動力を付与するとともに、前記回転体の回転時に前記羽根が前記風軸に対して斜め方向を向くように回動力を付与することを特徴とするファン装置。
【請求項３】
請求項２に記載のファン装置において、
前記羽根は、前記内筒部および外筒部に対して回動しつつ径方向に移動するように支持され、
前記角度変更手段は、前記羽根に付勢力を付与する付勢部材を有し、前記回転体の回転停止時に、前記付勢部材からの付勢力により前記羽根を内径方向に移動させるとともに前記風軸に対して略平行を向くように回動させ、前記回転体の回転時に、前記付勢力に抗した遠心力により前記羽根を外径方向に移動させるととともに前記風軸に対して斜め方向を向くように回動させることを特徴とするファン装置。
【請求項４】
請求項２に記載のファン装置において、
前記角度変更手段は、前記羽根に付勢力を付与する付勢部材を有し、前記回転体の回転停止時に、前記付勢部材からの付勢力により前記羽根を前記風軸に対して略平行を向くように回動させ、前記回転体の回転時に、前記付勢力に抗した遠心力および空気の抗力により前記羽根が前記風軸に対して斜め方向を向くように前記羽根の重心位置を前記羽根の回動軸から離れて設けるとともに、前記羽根の回動軸を遠心方向に対して傾けて設けることを特徴とするファン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のラジエータやエアコン用コンデンサなどの熱交換器に空気を送風するファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のファン装置は、モータ等の所定の駆動源により駆動されるファンと、ファンの周囲に配置されたファンシュラウドと、モータの取付部からファンシュラウドを支持する支持部材とを有する。ファンの羽根は、空気の吸い込み方向に対して斜めに取り付けられ、吸い込み方向に羽根が面している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２８０９６０号公報（図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにファンの羽根を空気の吸い込み方向に対して斜めに取り付けると、ファン回転時に効率よく空気を吸い込むことができる。しかしながら、高速走行等においてファンの回転を停止した状態でファンを通過した走行風を熱交換器に導く場合は、ファンの羽根が走行風の流れの障害になり、効率よく走行風を導くことが困難であった。
【０００５】
本発明は、ファンの回転時および停止時にかかわらず、効率よく送風することができるファン装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるファン装置は、所定の駆動源により回転される回転体によって空気を吸い込むものであり、回転体が、空気の送風方向（以下、風軸）に対する角度が変更可能な複数の羽根を有し、風軸に対する垂直面への羽根の有効面積が、少なくとも回転体の回転停止時に回転体の回転時よりも小さくなるように羽根の角度を変化させる角度変更手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、回転体とともに回転する羽根の風軸に対する垂直面への有効面積が、少なくとも回転体の回転停止時に回転体の回転時よりも小さくなるように羽根の角度を変化させるので、ファン回転時に空気を効率よく吸い込むことができるとともに、ファン停止時に走行風と羽根との衝突が抑制され、効率よく送風することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図５を参照して本発明によるファン装置の第１の実施の形態について説明する。
図１，２は、本発明の第１の実施の形態に係わるファン装置１の正面図（空気吸込方向から見た図）であり、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。本実施の形態のファン１０は、所定の駆動源としてのモータにより駆動されるファンの回転に応じて羽根１１の角度が変化する可変ファンである。図１は可変ファン１０の停止状態を、図２は可変ファン１０の回転状体をそれぞれ示す。
【０００９】
ファン装置１は、例えば車両のエンジンルームの前部に、空気吸込面を車両前方に向けて配置される（図３）。ファン装置１の後方には、ラジエータやエアコン用コンデンサなどの熱交換器２（図５）が配置され、ファン装置１を介して冷却空気が熱交換器２に送風される。なお、ファン装置１と熱交換器２の位置関係はこれに限らず、ファン装置１の前方に熱交換器２を配置してもよい。図示は省略するが、熱交換器２は略矩形状をなしている。
【００１０】
可変ファン１０の中央に配置されたファン回転軸１２は、図３に示すように円筒部１２ａと、円筒部１２ａの前端を塞ぐ前板部１２ｂとを有する。ファン回転軸１２は電動モータ２１の出力軸２１ａに固定され、電動モータ２１の回転によりファン回転軸１２が回転する。図１，２に示すようにファン回転軸１２の周囲には、円筒部１２ａと同心円状のファンリング１３が配設され、ファンリング１３は前板部１２ｂから放射状に延設された複数（４個）のステイ１４を介し、ファン回転軸１２から支持されている。すなわちファン回転軸１２とステイ１４とファンリング１３は回転体である。なお、ステイ１４の両端部は、ファン回転軸１２とファンリング１３にそれぞれボルトなどにより締結される。ファン回転軸１２とファンリング１３とステイ１４を一体成形により形成することもできる。
【００１１】
ファンリング１３の周囲にはシュラウドケース２５が設けられている。シュラウドケース２５は、円筒状のシュラウド部２５ａと、シュラウド部２５ａの前端から外径方向に延在する前板部２５ｂとを有し、シュラウド部２５ａとファンリング１３の間には所定の隙間が設けられている。前板部２５ｂの外形は熱交換器２の形状に対応し、図１，２に示すように略矩形状を呈している。図３に示すようにシュラウド部２５ａの後端は、周方向に複数配設されたステイ２６を介して電動モータ２１の固定用ブラケット２７から支持されている。なお、ステイ２６はステイ１４とほぼ同形状であり、図１，２ではステイ２６の図示を省略する。
【００１２】
可変ファン１０の羽根１１は略矩形平板状をなし、隣接するステイ１４の間にそれぞれ１枚ずつ、計４枚の羽根１１が配設されている。図３に示すように羽根１０１の前後方向中央部の径方向両端にはそれぞれ軸部１１ａが設けられている。軸部１１ａは、円筒部１２ａの貫通孔１２ｃおよびファンリング１３の貫通孔１３ａをそれぞれ径方向に貫通し、羽根１１は径方向に移動可能および回動可能に支持されている。図２のＩＩ部拡大図に示すように、羽根１１の外径側端部には凹部１１ｂが設けられ、この凹部１１ｂとファンリング１３の間にばね１５が介装されている。ばね１５は羽根１１に対して内径方向に付勢力を及ぼし、この付勢力によってファン停止時に羽根１１は内径方向に移動し、内径側軸部１１ａの先端が円筒部１２ａの周面に当接する。
【００１３】
図４の斜視図に示すように、羽根１１の外径側軸部１１ａは略矩形断面をなし、これに対応してファンリング１３の貫通孔１３ａも略矩形状をなしている。軸部１１ａは径方向に向かってねじれられ、ファン駆動時に遠心力Ｆによって羽根１１が外径方向に移動すると、軸部１１ａのねじり形状に応じて羽根１１が回動し、羽根１１の向きが変化する。
【００１４】
次に、第１の実施の形態に係わるファン装置の動作をより具体的に説明する。なお、本実施の形態では、車速に応じて電動モータ２１を駆動する。すなわち低速走行および中速走行時に電動モータ２１を駆動し、比較的多くの走行風が得られる高速走行時に電動モータ２１の駆動を停止する。エンジン冷却水温、エアコン信号、エアコン冷媒圧力等に応じて電動モータ２１を駆動してもよい。
【００１５】
低速走行および中速走行時に電動モータ２１が駆動し、ファン回転軸１２が図２のＡ方向に回転するとファンリング１３および羽根１１が一体に回転する。これにより羽根１１に遠心力が作用し、図２に示すように羽根１１はばね１５の付勢力に抗して外径方向に移動するとともに、この移動に伴い羽根１１がその長手軸の回りを回動し、羽根１１の向きが変化する。すなわち図５（ｂ）に示すように羽根１１は空気の送風方向（以下、風軸と呼ぶ）に対して斜め方向を向く。なお、この場合の風軸に対する羽根１１の角度θは軸部１１ａのねじれ形状を変更することで調整可能であり、可変ファン１０が効率よく空気を吸い込むことができるようにねじれ形状が設定される。これにより可変ファン１０が効率よく空気を吸い込み、熱交換器２を通過する送風量が増加し、冷却性能を向上することができる。
【００１６】
高速走行時に電動モータ２１が停止し、羽根１１の回転が停止した状態では、図１に示すように羽根１１はばね１５の付勢力によって内径方向に移動し、羽根１１の軸部１１ａの先端は円筒部１２ａの周面に当接する。このとき図５（ａ）に示すように羽根１１の向きは風軸に対して平行となる。その結果、風軸に垂直な面への羽根１１の有効面積ａ、すなわち図１の斜線部面積は、図５（ｂ）に示すモータ駆動時の有効面積ｂ、すなわち図２の斜線部面積よりも小さくなる。これにより走行風が羽根１１ａに衝突することが抑制され、走行風はスムーズに熱交換器２に導かれる。したがって、熱交換器２の通過風量が増加し、冷却性能を向上することができる。ここで、羽根１１の有効面積ａ，ｂとは、羽根１１を風軸方向へ投影したときの影の面積であると定義する。
【００１７】
以上の第１の実施の形態のファン装置によれば以下のような作用効果を奏する。
（１）可変ファン１０の羽根１１を径方向に移動可能に設けるとともに、軸部１１ａをねじれ形状とし、遠心力による羽根１１の径方向の移動に伴い羽根１１の角度が変化するようにした。すなわちファン回転時に外径方向に羽根１１が移動すると、風軸に対して羽根１１ａを斜めに向け、ファン停止時に羽根１１が内径方向に移動すると、風軸に対して羽根１１を平行に向けるようにした。これによりファン回転時に効率よく空気を吸い込むことができるとともに、ファン停止時に走行風と羽根との衝突が抑制され、熱交換器２に効率よく空気を導くことができる。すなわちファン１０の回転，停止に拘わらず、熱交換器２に効率よく送風することができ、車両の冷却性能が向上する。また、これにより可変ファン１１の動作時間を短縮することができ、燃費も向上する。
（２）羽根１１の軸部１１ａをねじれ構造とし、羽根１１が径方向へ移動する際に同時に角度も変化するようにしたので、羽根１１の角度を変化させるための可変機構の構成が簡単である。また、ファン回転による遠心力により羽根１１が移動するので、羽根１１の向きを変化させるためにアクチュエータなどを別途設ける必要がない。
（３）ファンリング１３が羽根１１と一体に回転するので、ファンリング１３と羽根１１の間のチップクリアランスの設定が容易である。また、ファンリング１３の周囲に円筒状のファンシュラウド２５を設けるので、ファンリング１３とファンシュラウド２５の間の隙間が小さくなり、空気を効率よく吸い込むことができる。
【００１８】
−第２の実施の形態−
図６〜９を参照して本発明によるファン装置の第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態が第２の実施の形態と異なるのは、羽根１１の取付構造である。すなわち、第１の実施の形態では、ファン回転軸１２とファンリング１３の間に羽根１１を放射状に設けたが、第２の実施の形態では、ファンの回転方向に傾けて設ける。図６および７は、それぞれ可変ファン１０の停止状態および回転状態を示すファン装置１の正面図であり、図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図、図９は図６のＩＸ−ＩＸ線断面図である。なお、図１〜３と同一の箇所には同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説明する。
【００１９】
図８に示すように可変ファン１０の羽根１６の前縁部の両端にはそれぞれ軸部１６ａが設けられている。軸部１６ａは、円筒部１２ａの貫通孔１２ｃおよびファンリング１３の貫通孔１３ａをそれぞれ貫通し、羽根１６は軸部１６ａを支点に回動可能に支持されている。なお、図中１６ｄは、可変ファン１６の重心位置であり、重心位置１６ｄは軸部１６ａの後方にある。図６，７に示すように、羽根１６の内径側軸部１６ａは隣接するステイ１４の間のほぼ中央に位置するとともに、外径側軸部１６ａは矢印Ａで示すファン回転方向に寄って位置し、図６において羽根１６とファン回転方向側にあるステイ１４とは略平行となっている。図７に示すように羽根１６の外径端部１６ｂは、ファンリング１３の内周形状に合わせ略円弧状をなしている。
【００２０】
図８に示すように軸部１６ａには、羽根１６に対して所定の回動力を付勢するばね１７が設けられており、可変ファン１０の停止時、羽根１６はばね１７の付勢力によって図６に示すように回動する。すなわち高速走行時に可変ファン１０が停止すると、羽根１６は風軸に対して平行となる。これにより走行風はスムーズに熱交換器２に導かれ、冷却性能を向上することができる。
【００２１】
一方、可変ファン１６が回転すると、可変ファン１６に遠心力Ｆが作用する。遠心力Ｆは図６に示すように回動軸（軸部１６ａ）に垂直な分力Ｆ１と平行な分力Ｆ２とに分けられる。ここで、図９に示すように軸部１６ａから重心位置１６ｄまでの長さをｌとすると、羽根１６には分力Ｆ１によるモーメントＬ１（＝Ｆ１×ｌ）と、空気の抗力Ｆ１１によるモーメントＬ２（＝Ｆ１１×ｌ）が作用する。これにより羽根１６はばね１７の付勢力に抗して軸部１６ａを支点に回動し、図７に示すように風軸に垂直な面への羽根１６の有効面積（斜線部面積）は図６のものより大きくなる。なお、この場合の羽根１６の角度は、ばね１７の付勢力や羽根１６の遠心力を変更することで調整可能であり、可変ファン１０が効率よく空気を吸い込むことができるように設定される。これによりファン回転時に熱交換器２を通過する送風量が増加し、冷却性能を向上することができる。
【００２２】
このように第２の実施の形態によれば、可変のファン１０の羽根１６を回動可能に設けるとともに、羽根１６の重心位置１６ｄを回動軸から離して設け、可変ファン１０の回転に応じて羽根１６の角度が変化するようにした。すなわちファン回転時に羽根１６に遠心力が作用すると、遠心力の分力Ｆ１および空気の抗力Ｆ１１によるモーメントにより風軸に対して羽根１６を斜めに向け、ファン停止時にはばね１７の付勢力により羽根１６を風軸に対して平行に向けるようにした。これによりファン１０の回転，停止に拘わらず、熱交換器２に効率よく空気を送風することができ、車両の冷却性能が向上する。また、第１の実施の形態と異なり、羽根１６の径方向の位置が変わらないので、ファンリング１３とファンシュラウド２５との隙間を小さくすることができ、ファン効率が向上する。さらに、羽根１６の先端部をファンリング１３の形状に合わせて円弧状にするので、羽根１６のチップクリアランスを最適に設定することができる。
【００２３】
なお、上記実施の形態では、ファン停止時に羽根１１，１６を風軸に対して略平行に向け、ファン回転時に羽根１１，１６を風軸に対して斜めに向けるようにしたが、少なくともファン停止時の風軸に垂直な面への羽根１１，１６の有効面積がファン回転時の有効面積よりも小さくなるのであれば、羽根１１，１６の向きは上述したものに限らない。また、上記では、ファン回転時に遠心力によって羽根１１，１６の向きを変えるようにしたが、遠心力以外の力を用いて羽根１１，１６の向きを変えるようにしてもよい。すなわち角度変更手段は上述したものに限らない。ファン回転軸（内筒部）１２とファンリング（外筒部）１３で羽根１１，１６の両端を支持するようにしたが、羽根１１，１６の一端のみを支持するようにしてもよい。付勢部材としてばね１５，１７を用いたが、ばね以外の付勢部材を用いてもよい。また、上記実施の形態では、モータにより駆動されるファンに本発明を適用した場合を記載したが、ファンの駆動源はモータに限定されず、例えば原動機のクランク軸の回転により駆動されるファンであってもよい。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のファン装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるファン装置の正面図（ファン停止状態を示す図）。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わるファン装置の正面図（ファン回転状態を示す図）。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】第１の実施の形態に係わる羽根の外径側端部の形状を示す斜視図。
【図５】第１の実施の形態に係わるファン装置の動作を説明する図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わるファン装置の正面図（ファン停止状態を示す図）。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係わるファン装置の正面図（ファン回転状態を示す図）。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。
【図９】図６のＩＸ−ＩＸ線断面図。
【符号の説明】
１０  可変ファン                １１  羽根
１１ａ  軸部                    １２  ファン回転軸
１３  ファンリング              １５  ばね
１６  羽根                      １６ａ  軸部
１７  ばね                      ２１  電動モータ
２５  ファンシュラウド
【図１】
2004332698.tif 000003
【図２】
2004332698.tif 000004
【図３】
2004332698.tif 000005
【図４】
2004332698.tif 000006
【図５】
2004332698.tif 000007
【図６】
2004332698.tif 000008
【図７】
2004332698.tif 000009
【図８】
2004332698.tif 000010
【図９】
2004332698.tif 000011