(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンに用いられる前進翼形状のブレードにおいて、
合成樹脂製のブレード本体と、このブレード本体のインサート成形に用いられ、かつ前記ファンを構成するスパイダーの取付アームに取り付けられる金属製のインサートとで構成され、
このインサートの径方向の外側でかつ回転方向の前方側の角部分には、当該径方向の外側と回転方向の前方側との両方向に向けて膨出した膨出部が設けられ、
この膨出部の径方向の外側に最も膨出した膨出部位は、当該インサートと前記取付アームとの径方向に沿った取付中心に対して回転方向の前方側に位置している
ことを特徴とするブレード。
【請求項２】
請求項１に記載のブレードにおいて、
前記膨出部の本体部分に対する前記取付中心に沿った膨出長さは、インサート全体の平均長さに対して２〜１０％に設定され、
前記膨出部の本体部分に対する前記取付中心と直交する方向の膨出幅は、インサート全体の平均幅に対して５〜３０％に設定されている
ことを特徴とするブレード。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のブレードにおいて、
少なくとも前記膨出部には、表裏を貫通する複数の貫通孔が穿設されている
ことを特徴とするブレード。
【請求項４】
金属製のスパイダーと、
複数の前進翼形状のブレードとを備え、
このブレードは、合成樹脂製のブレード本体と、前記ブレード本体のインサート成形に用いられ、かつ前記スパイダーの取付アームに取り付けられる金属製のインサートとで構成され、
このインサートの径方向の外側でかつ回転方向の前方側の角部分には、当該径方向の外側と回転方向の前方側との両方向に向けて膨出した膨出部が設けられ、
この膨出部の径方向の外側に最も膨出した膨出部位は、当該インサートと前記取付アームとの径方向に沿った取付中心に対して回転方向の前方側に位置している
ことを特徴とするブレードを備えたファン。
【請求項５】
請求項４に記載のブレードを備えたファンにおいて、
前記膨出部の本体部分に対する前記取付中心に沿った膨出長さは、インサート全体の平均長さに対して２〜１０％に設定され、
前記膨出部の本体部分に対する前記取付中心と直交する方向の膨出幅は、インサート全体の平均幅に対して５〜３０％に設定されている
ことを特徴とするブレードを備えたファン。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のブレードを備えたファンにおいて、
少なくとも前記膨出部には、表裏を貫通する複数の貫通孔が穿設されている
ことを特徴とするブレードを備えたファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前進翼形状のブレードおよびこのブレードを備えたファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建設機械用のエンジンに取り付けられる冷却ファンにおいて、比較的ファンの径寸法が小さいものは合成樹脂製とされ、径寸法が大きいものは板金製とされていた。
これに対して近年では、ハイブリッドファンと称されるタイプが開発されている。このハイブリッドファンは、ブレードの本体部分を基本的に樹脂成形によって製作するが、成形時に金属製のインサートを埋め込んでおく。このインサートはブレードをスパイダーに取り付けるための取付部材として機能する。スパイダーは高強度を有する金属製とされる。すなわち、ハイブリッドタイプのファンは、金属製のスパイダーおよびインサートと、合成樹脂製のブレード本体とを組み合わせることで、合成樹脂製のファンが持つ長所と板金製のファンが持つ長所とを兼ね備えることになり、特に径寸法が中から大にわたる広範囲での使用が期待されている。【０００３】
ところで、ハイブリッドファンでは、その構造上、スパイダーの基端側中央部分とインサートの先端側角部分とに応力が集中し、特にインサートの角部分に集中する応力の大きさによっては、ブレードが破損する可能性がある。この応力集中は従来、ファン回転時の遠心力に起因してブレードに曲げが作用するからであるとされ、このような曲げが作用しても角部分に応力集中が生じないインサートの形状が提案されている（例えば、特許文献１）。すなわち、インサートをブレードの相似形とし、応力集中を生じないようにしているのである。【０００４】
【特許文献１】実開平６−４３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者等は、ブレードに作用する曲げをより詳細に解析した結果、ブレードの破損の原因は、ブレードに生じる翼共振であることを突き止めた。ブレードにはその回転中に曲げ１次振動および捻り１次振動の複合振動が生じており、これらの振動とファンがもともと有する回転４次の振動（建設機械では通常四角形のラジエータを使用しており、この四角形のラジエータを通して入り込む空気の圧力分布により、回転４次の振動が生じている）とが共振することで、インサートの角部分に位置する振動の節に応力集中が生じて破壊するのである。この場合、特に捻り１次振動が問題となる。従って、この捻り１次振動の固有振動数をより大きくし、回転４次の振動との兼ね合いで共振が生じない域にずらすことが望まれる。【０００６】
また、以上の知見からすれば、インサートをブレードの相似形にすることは、捻り１次振動の固有振動数を大きくすることに関して寄与することは確かであるが、その相似比によっては、かえって応力集中をまねくという問題がある。つまり、インサートの面積を固有振動数が確実に大きくなる相似比で増大させると、ブレード全体の重量が大きくなってスパイダーに生じる遠心応力も大きくなるため、この遠心応力に起因するスパイダーの基端側中央部分での応力集中を無視できなくなる。従って、遠心応力を増大させずに、翼共振を確実に抑制することが重要となる。【０００７】
本発明の主な目的は、破損を良好に防止でき、耐久性を向上させることができるブレードおよびこのブレードを備えたファンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のブレードは、合成樹脂製のブレード本体と、このブレード本体のインサート成形に用いられ、かつ前記ファンを構成するスパイダーの取付アームに取り付けられる金属製のインサートとで構成され、このインサートの径方向の外側でかつ回転方向の前方側の角部分には、当該径方向の外側と回転方向の前方側との両方向に向けて膨出した膨出部が設けられ、この膨出部の径方向の外側に最も膨出した膨出部位は、当該インサートと前記取付アームとの径方向に沿った取付中心に対して回転方向の前方側に位置していることを特徴とする。【０００９】
このような本発明によれば、インサートをブレード形状の相似形とするのではなく、インサートの膨出部を径方向と回転方向との両方向に向けて膨出した形状にするため、遠心応力による影響が問題とならない範囲で、ブレードに生じる捻り１次振動の固有振動数をより確実に高めることができ、ブレード回転時の共振を生じないようにして、ブレードが破損するのを有効に防止できる。【００１０】
本発明のブレードにおいて、前記膨出部の本体部分に対する前記取付中心に沿った膨出長さは、インサート全体の平均長さに対して２〜１０％に設定され、前記膨出部の本体部分に対する前記取付中心と直交する方向の膨出幅は、インサート全体の平均幅に対して５〜３０％に設定されていることが望ましい。
ここでの本体部分とは、取付中心を中心線として線対称に形成される部分をいう。【００１１】
このような本発明によれば、膨出部の各膨出量を最適に設定するので、前述した効果をより顕著に奏することができる。【００１２】
本発明のブレードにおいて、少なくとも前記膨出部には、表裏を貫通する複数の貫通孔が穿設されていることが望ましい。
このような本発明によれば、少なくとも前記膨出部には複数の貫通孔が穿設されるため、ブレード本体のインサート成形時に溶融樹脂をインサートの表裏にわたってまわすことができ、ブレード本体の回転方向の延出部分を均一かつ容易に形成することができる。【００１３】
本発明のブレードを備えたファンは、金属製のスパイダーと、複数の前進翼形状のブレードとを備え、このブレードは、合成樹脂製のブレード本体と、前記ブレード本体のインサート成形に用いられ、かつ前記スパイダーの取付アームに取り付けられる金属製のインサートとで構成され、このインサートの径方向の外側でかつ回転方向の前方側の角部分には、当該径方向の外側と回転方向の前方側との両方向に向けて膨出した膨出部が設けられ、この膨出部の径方向の外側に最も膨出した膨出部位は、当該インサートと前記取付アームとの径方向に沿った取付中心に対して回転方向の前方側に位置していることを特徴とする。
このような本発明によれば、ファンが前述した本発明のブレードと同じ構成の複数のブレードを備えているため、ファンのブレードが破損するのを有効に防止でき、耐久性に優れたブレードを備えたファンが得られる。【００１４】
本発明のブレードを備えたファンにおいて、前記膨出部の本体部分に対する前記取付中心に沿った膨出長さは、インサート全体の平均長さに対して２〜１０％に設定され、前記膨出部の本体部分に対する前記取付中心と直交する方向の膨出幅は、インサート全体の平均幅に対して５〜３０％に設定されていることが望ましい。
ここでの本体部分とは、取付中心を中心線として線対称に形成される部分をいう。
このような本発明によれば、膨出部の各膨出量を最適に設定するので、前述した効果をより顕著に奏することのできるブレードを備えたファンが得られる。【００１５】
本発明のブレードを備えたファンにおいて、少なくとも前記膨出部には、表裏を貫通する複数の貫通孔が穿設されていることが望ましい。
このような本発明によれば、ブレード本体のインサート成形時に溶融樹脂をインサートの表裏にわたってまわすことができるため、ブレード本体の回転方向の延出部分が均一に形成されたブレードを備えたファンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態のファンの略半分を示す正面図。
【図２】ファンの側面図。
【図３】ブレードを構成するインサートの拡大図。
【図４】本発明の変形例を示す拡大図。
【符号の説明】
【００１７】
１…ファン、１０…スパイダー、１１…取付アーム、２０…ブレード、２１…ブレード本体、２２…インサート、２６…膨出部、２７…膨出部位、２８…本体部分、Ｃ…取付中心、ｌ１…膨出長さ、Ｌ１…平均長さ、ｗ１…膨出幅、Ｗ１…平均幅。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のファン１の略半分を示す正面図、図２は、ファン１の側面図である。
図１、図２において、ファン１は、金属製のスパイダー１０と、スパイダー１０に取り付けられた複数（本実施形態では６枚であるが、３枚のみを図示してある）のブレード２０とを備えて構成されている。【００１９】
スパイダー１０は、図１の表裏方向に一対重ねて配置されており、等周間隔で設けられた複数（本実施形態では６つであるが、３つのみを図示してある）の取付アーム１１を備えている。互いに重なり合う取付アーム１１間には、ブレード２０が挟持された状態でリベット１２により取り付けられている。このようなスパイダー１０は、中央の環状部１３が図示しないエンジンの出力軸にボルトにより固定される。なお、重なり合う環状部１３間には厚さ調整のための円環部材１４が配置され、環状部１３と共にボルト止めされる。【００２０】
ブレード２０は、合成樹脂製のブレード本体２１と、ブレード本体２１と同時にインサート成形される金属製のインサート２２とで構成されている。ブレード本体２１をインサート成形型内への溶融樹脂の射出により形成することで、三次元形状のブレード本体２１を実現している。インサート２２は、前記成形型内に予め配置され、図３にも示すように、その周縁部分が合成樹脂で覆われるようにインサート成形される。【００２１】
図１、図３において、ブレード本体２１は、その外周側であってかつ回転方向Ｒの前方側に延出した延出部２３を有している。このことで、ブレード２０全体が前進翼になっており、外周側でのファン特性の向上が図られている。延出部２３の大きさは、所定のエンジン回転数で回転させた場合に要求されるファン特性等を勘案して決められる。【００２２】
図３において、インサート２２は、取付アーム１１に取り付けられる取付部２２Ａのみが平板状で、他のインサート部分はブレード本体２１に沿った形状とされる。また、インサート２２は、取付アーム１１に取り付けるための複数（本実施形態では８つ）のリベット孔２４を有しており、インサート２２の周縁には、成形時の溶融樹脂を表裏にわたってまわすための貫通孔２５が多数穿設されている。このインサート２２の外周側でかつ回転方向Ｒの前方側の角部分には、略四角形の本体部分２８（短ピッチの１点鎖線参照）に対して同一面内で、かつ径方向の外側と回転方向Ｒの前方側との両方に向けて膨出した膨出部２６が設けられている。【００２３】
この際、膨出部２６を含むインサート２２全体の形状は、前記延出部２３を含むブレード２０全体の形状に対して相似とはならない。何故ならば、各ブレード２０の外周側の形状は、ファン特性を向上させる目的で、ファン１の回転中心を中心とした円弧状に形成されているため、延出部２３が径方向に延出することはないからである。つまり、膨出部２６は回転方向Ｒの前方側だけではなく、径方向の外側に膨出した形状になっていることが、相似形とされた従来とは大きく異なる。この結果、本実施形態では、膨出部２６の最も外周側の膨出部位２７が、インサート２２における径方向に沿った取付アーム１１との取付中心Ｃ（長ピッチの１点鎖線参照）に対して回転方向Ｒの前方側に設けられるのである。【００２４】
より具体的に膨出部２６では、本体部分２８に対する前記取付中心Ｃに沿った膨出長さｌ１が、インサート２２全体での平均長さＬ１に対して２〜１０％に設定されている。２％に満たないと、ファン１を回転させた時の捻り１次振動の固有振動数がさほど大きくならず、回転４次の振動との共振を防止するうえで好ましくない。１０％を越えると、ブレード２０の重量が重くなりすぎて遠心応力が大きくなり、取付アーム１１の基端側中央部分Ｐ（図１）での応力集中が増大し、耐久性に支障が生じる。【００２５】
一方、本体部分２８に対する前記取付中心Ｃと直交する方向での膨出幅ｗ１が、インサート２２全体の平均幅Ｗ１に対して５〜３０％に設定されている。５％に満たないとやはり、ファン１を回転させた時の捻り１次振動の固有振動数がさほど大きくならず、回転４次の振動との共振を防止するうえで好ましくない。３０％を越えると、遠心応力を無視できなくなり、取付アーム１１の基端側中央部分Ｐでの応力集中が増大する。【００２６】
さらに、本実施形態の膨出部２６の外周は、半径Ｒ１の一円弧で形成されている（ただし、半径Ｒ１を示す矢印はその部位の位置を示すのもであって、矢印の長さが半径の大きさを示している訳ではない。後述の他の半径についでも同様である）。また、膨出部２６と取付中心Ｃと直交する直線部２０Ａとは、半径Ｒ１より小さい半径Ｒ２の曲線部２６１で連続している。これに対して、膨出部２６の外周と取付中心Ｃに沿った直線部２０Ｂとは、半径Ｒ１の円弧に接する接線上の直線部２６２、およびこの直線部２６２と連続した半径Ｒ３の曲線部２６３を介して連続している。半径Ｒ３は、半径Ｒ１よりも格段に大きい。【００２７】
以上のように、インサート２２の形状をブレード２０の全体形状に対して相似にするのではなく、インサート２２に設けられた膨出部２６の形状を最適にすることで、エンジンの使用回転数域でのブレード２０の固有振動数をより確実に大きくして、回転４次の振動モードとの共振を防止するのである。また、膨出部２６を無駄に大きく膨出させないことにより、遠心応力による応力集中をも抑制できる。このことにより、膨出部２６付近を節として生じる捻り１次の振動に対して有効に抗することができ、ブレード２０の破損を防止して耐久性を向上させることができる。【００２８】
なお、本発明は、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、本発明の膨出部は、最も外周側の膨出部位が取付中心に対して回転方向Ｒの前方側となるように設けられればよく、その具体的な形状は実施にあたって任意に決められてよい。図４に示す膨出部２６では、その外周と後方側の曲線部２０Ｃとが直線部２６４で連続しており、膨出部２６の外周と直線部２０Ｂとは、半径Ｒ１よりも小さい半径Ｒ４の曲線部２６５で連続している。このような形状でも、前記実施形態と同様な効果を得ることができる。【００２９】
また、膨出部２６の外周と直線部２０Ａとを半径Ｒ２の曲線部２６１で連続させ（図３）、膨出部２６の外周と直線部２０Ｂとを半径Ｒ４の曲線部２６５（図４）で連続させてもよく、あるいは、膨出部２６の外周と曲線部２０Ｃとを直線部２６４で連続させ（図４）、膨出部２６の外周と直線部２０Ｂとを、直線部２６２および半径Ｒ３の曲線部２６３を介して連続させてもよい（図３）。【００３０】
その他、本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、建設機械に搭載されたエンジンに用いられる他、発電機などのように、自走せずに駆動される産業機器用のエンジンに特に有用である。
【図１】
0004565006.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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