(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流ファン(1)の翼付け根部分に発生する逆流を防止する装置において、
ボス部(3)にそれを中心として複数の翼(4)の付根が放射状に配置され、各翼(4)の背面側に静止するコーン体(7)を有し、前記翼(4)の回転によりその前面側からコーン体(7)側に起風される吸い込み型の軸流ファン(1)であって、
そのコーン体(7)の直径が前記ボス部(3)の直径より大きく形成され、翼(4)を回転したとき、その翼(4)の根元部の下流側の翼縁が形成する回転曲面と、前記コーン体(7)の前面側の曲面とが、小隙を介して整合し且つ、そのコーン体(7)の半径が後方へ拡大するように形成され、そのコーン体(7)をファン回転軸と同軸的に固定配置したことを特徴とする軸流ファンの逆流防止装置。
【請求項２】
請求項１において、
翼４の付根部の後縁部１０をそのボス部３側ほど翼前側にへこむように傾斜させ、その傾斜部分に沿って、コーン体７の前面が形成された軸流ファンの逆流防止装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
軸流ファン１がモータ２により駆動され、そのモータ２がステー９を設けた前記コーン体７により静止部材に固定される軸流ファンの逆流防止装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
翼４の半径方向外側の先端縁間が短い筒状のリング５で一体的に連結され、コーン体７の外径がそのリング５の５７％〜６９％の範囲とされる軸流ファンの逆流防止装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
コーン体７と翼４の軸方向平均間隔Ｃと翼外径Ｄｆの関係が０＜Ｃ≦６・Ｄｆ／１２７である軸流ファンの逆流防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は四輪自動車や自動二輪車（オートバイ）などの車両に搭載される軸流ファンの逆流防止装置に関し、詳しくは軸流ファンにおける翼付け根部分に発生する逆流を防止する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファンには軸流ファン、斜流ファン、および遠心ファンの３種類がある。斜流ファンは翼が半径方向から斜めに延長し、その回転により気流中心が斜流になる。一般に斜流ファンは、構造が複雑になるので産業用などの大型ファンとして多く使用される。また遠心ファンは、一般送風機などに多く採用される。軸流ファンは小型軽量化が可能でスペース効率もよいので、四輪の自動車や自動二輪車（オートバイ）等のラジエータ冷却用などに使用されている。
【０００３】
しかし自動車のラジエータ冷却用ファンとして用いられる場合、エンジンルームやファン前後は通風抵抗が高いために、軸流ファンは高い静圧で運転されることが多い。軸流ファンを高静圧、特に低風量のもとで高静圧運転すると、本来軸流ファンとして設計されていても斜流成分が増加し、実質的にオフデザインの領域である斜流領域での使用を強いられる結果となる。
【０００４】
図５は従来の軸流ファンの構造を示す部分断面図である。軸流ファン１はその中心のボス部３がモータ２の回転軸に固定されている。そのモータ２は外周がモータ支持部に保持され、そのモータ支持部が複数のステー９を介してラジエータ６のタンク等の静止部材に固定されている。ボス部３には、放射状に複数の翼４が延長し、この例では各翼４の先端部が短い筒状のリング５で連結されている。そして軸流ファン１の翼４が回転すると図面左側から右側に矢印のような気流が発生し、例えば吸気側（上流側）に配置されたラジエータ６を冷却する。なお、モータ２で駆動する代わりにエンジンで駆動する場合もある。
【０００５】
軸流ファン１が斜流領域に入ると翼付け根部分に図示のような渦を巻く逆流Ｒを発生し、ファン効率（静圧効率）が低下すると共に、回転騒音も大きくなる。このような逆流Ｒを防止する方法として、翼４を駆動するエンジンの回転軸にコーン型の整流板、すなわちコーン体を設けたもの（実開平５−９２４２５号）、翼４を固定するボス部３の一部にコーン体を設けたもの（米国特許第４４５１２０２号）などが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなコーン体を設けると、軸流ファン１を低風量・高静圧の領域で運転したときの逆流Ｒが抑制されファン効率の低下も少くなる。
しかしこれらの方法は、コーン体をスペースに余裕のない回転軸やボス部３に設けるため構造上の制約があり、そのボス部および翼と一体成形する場合には金型の構造が複雑になってコスト高になるという問題がある。又、ファンと共に回転するため、遠心力に打ち勝つ十分な強度が要求される。
【０００７】
さらに、コーン体は表面積が比較的大きいので高速回転するとかなりの空気摩擦損が発生し、モータやエンジン等の動力源の負荷が増加する。動力源の負荷増加は大型車両において軸流ファンをエンジン駆動する場合はそれほど問題にならないが、一般車両において小型モータで駆動する場合は、モータ入力の増大はモータの耐久性と寿命に影響を及ぼし、車両の電力収支バランスもくずれるので、負荷増加には厳しい制約がある。しかも逆流Ｒの抑制によるファン効率向上のかなりの部分を、空気摩擦損によるファン効率低下で相殺してしまうという問題もある。
そこで本発明は、このような従来の逆流防止方法における問題を解決することを課題とし、そのための新しいファンの逆流防止装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、軸流ファン(1)の翼付け根部分に発生する逆流を防止する装置において、
ボス部(3)にそれを中心として複数の翼(4)の付根が放射状に配置され、各翼(4)の背面側に静止するコーン体(7)を有し、前記翼(4)の回転によりその前面側からコーン体(7)側に起風される吸い込み型の軸流ファン(1)であって、
そのコーン体(7)の直径が前記ボス部(3)の直径より大きく形成され、翼(4)を回転したとき、その翼(4)の根元部の下流側の翼縁が形成する回転曲面と、前記コーン体(7)の前面側の曲面とが、小隙を介して整合し且つ、そのコーン体(7)の半径が後方へ拡大するように形成され、そのコーン体(7)をファン回転軸と同軸的に固定配置したことを特徴とする軸流ファンの逆流防止装置である。
【０００９】
上記逆流防止装置において、翼４の付根部の後縁部１０をそのボス部３側ほど翼前側にへこむように傾斜させ、その傾斜部分に沿って、コーン体７の前面を形成することができる（請求項２）。これにより、コーン体７が翼の下流側に位置しているにもかかわらず、あたかもコーン体７が翼間に、即ちハブがコーン形状をしているかのような効果が得られる。
上記いずれかの逆流防止装置において、軸流ファンをモータで駆動する場合に、ステーを設けたコーン体でそのモータを静止部材に固定することができる（請求項３）。
【００１０】
上記いずれかの逆流防止装置において、翼４の半径方向外側の先端縁間が短い筒状のリング５で一体的に連結され、コーン体７の外径をそのリング５の５７％〜６９％の範囲とすることができる。（請求項４）
上記いずれかの逆流防止装置において、コーン体と翼の軸方向平均間隔Ｃと翼外径Ｄｆの関係を０＜Ｃ≦６・Ｄｆ／１２７とすることができる（請求項５）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンの構造を示す部分断面図である。図５と同様にこの軸流ファン１はモータ２と、モータ２の回転軸に固定されたボス部３と、ボス部３から放射状に延長する複数の翼４と、各翼４の先端部を互いに連結するリング５を備えており、モータ２は複数のステー９でラジエータ６等の静止部材に固定される。
そして軸流ファン１の翼４が回転すると図面左側から右側に向かう矢印のような気流が発生し、例えば気流の上流側に配置されたラジエータ６を冷却する。
【００１２】
モータ２には円錐状のコーン体７が同軸的に取り付けられる。すなわちコーン体７は静止状態で翼４の下流側においてファン回転軸と同軸的に且つ、その拡大部（後部）が気流の下流側になるように配置される。そして、翼４の付根部の翼縁に沿って且つその翼縁に小隙を介して、後方へ半径が拡大する。
このようなコーン体７を設けることにより、翼４の根元部分に発生する図５のような逆流Ｒを効果的に抑制してファン効率の低下を防止することができる。しかもコーン体７は静止型であるので、従来のような空気摩擦損を発生することもなく、逆流Ｒの抑制によるファン効率の向上効果を相殺することもない。また空気摩擦損によるファン動力の増加もない。
【００１３】
図２は本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンの他の構造を示す部分断面図であり、図３はそのコーン体７の部分正面図であり、図１と同じ部分には同一符号が付されている。この例におけるコーン体７は、モータ２の外周面に設けた環状の連結板８に３又は４箇所でボルト結合される。そしてコーン体７の外周部に不等間隔で３又は４本のステー９が半径方向に延長され、各ステー９の先端部が例えば図１におけるラジエータ６のような静止部材に固定される。
このようにコーン体７に設けたステー９がモータ２を静止部材に固定すると、スペース効率が向上しコスト的にも有利になる。
【００１４】
一方、各翼４の付根部の後縁部１０は通常の形状より図示のように、ボス部３側ほど前方（気流の上流側）に食い込むようにへこまされて曲線状又は直線状に傾斜しており、そのへこんだ傾斜部分にコーン体７の前面が収容される。即ち、その翼４の後縁に沿ってかつ、コーン体７の前面がそれに小隙を介して近接している。
このようにコーン体７の前面を各翼４の後縁部１０に接近させてその間隔をより小さくすると、翼付根部の流れをより円滑に斜流方向に導き、逆流を効果的に防止できる。なお各翼４の後縁部１０は、コーン体７の前面曲線と平行又は半径方向にやや間隔が広くなるような曲線を回転した回転面にすることが望ましい。
【００１５】
図４は本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンと、逆流防止装置を備えていない軸流ファンの各単体試験の結果である。この図から明らかなように、本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンは、作動点（平常運転点）よりも風量が大きく静圧の小さい領域では、静圧−風量特性が逆流防止装置を備えない軸流ファンとほとんど同じであるが、作動点より風量が小さい領域では、逆流防止装置を備えた軸流ファンが僅かにその静圧が低く、性能低下する傾向にある。しかしこのような領域では殆ど使用されないので特に問題とはならない。
【００１６】
次に静圧効率について見ると、逆流防止装置を備えた場合の最大静圧効率は逆流防止装置を備えない場合に比べて１０％以上改善しており、その静圧効率の改善される領域はかなり広い範囲にわたっており、作動点もそれに含まれている。これに対して逆流防止装置を備えていない場合は、その最大静圧効率が作動点から外れている。
従って、本装置はファンモータの電力消費のすくないファンを提供できる。
さらに、実験によれば本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンにおける回転騒音は、図６に示す如く、２００ヘルツ以上の可聴領域において、逆流防止装置を備えていない場合に比べて、４〜８ｄＢ程低下し、平均で４．７ｄＢ低下した。
【００１７】
なお、図６は横軸を騒音の周波数とし、縦軸をその周波数域における騒音レベルとした。そして実線の棒グラフは本発明の逆流防止装置を備えた騒音レベルで、影状のグラフは逆流防止装置を備えていない場合の騒音レベルである。
そして、実験によれば、コーン体７の外径を翼（リング５）外径の５７％〜６９％の範囲とすることが望ましいことが分かっている。
５７％未満の場合は極低圧、高風量の領域でやや圧力−流量特性が優れているが、逆に高圧、低風量の領域ではやや圧力−流量特性が低下する傾向があるが、大勢に影響はない。しかし、静圧効果は逆流を十分に抑えきれず大きく低下する。効率のピークは、低圧側へ移動する傾向がある。
【００１８】
６９％を超えると逆に高圧側での圧力−流量特性がやや優れる傾向がある。これは大形の逆流を十分に抑え込める大きさをコーン体が有しているためである。しかし、全体としては大きすぎるコーン体が流れをブロックしており、静圧効率は同様に低下する。なお効率のピークは、より高圧側へ移動する傾向がある。
また、コーン体７は完全な円錐台形でなくてもよく、例えば楕円錐形でもよい。さらには、大きな抵抗にさえならなければそのコーン体７の断面が多角形状でもよい。その場合コーン体７の有効な最大外径の決定は、各表面位置での平均化されたときの直径を代表直径として使用する。
【００１９】
さらに実験によれば、コーン体７と翼４の軸方向の平均間隔Ｃと翼外径Ｄｆは０＜Ｃ≦６・Ｄｆ／１２７の関係にあることが望ましいことが分かった。Ｃが６・Ｄｆ／１２７を超えると、逆流を防止効果が得られずらくなり静圧効率が大きく低下する傾向がでてくる。なお、ボス部３の直径をＤｈ、コーン体７の外径をＤｃとしたとき、ボス部３とコーン体７の物理的な中心直径Ｄｍは（Ｄｈ＋Ｄｃ）／２となり、その中心直径の前後幅＝Ｄｍ±（Ｄｈ＋Ｄｃ）／８、すなわちＤｍを中心とした±２５％の範囲において上記０＜Ｃ≦６・Ｄｆ／１２７の関係にあることがより望ましい。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明の軸流ファンの逆流防止装置は、ボス部３にそれを中心として複数の翼の付根が放射状に配置され、各翼の背面側に静止するコーン体７を有し、前記翼の回転によりその前面側からコーン体７側に起風される吸い込み型の軸流ファン１であって、
そのコーン体７の直径が前記ボス部３の直径より大きく形成され、翼を回転したとき、その翼の付根部の下流側の翼縁が形成する回転曲面と、前記コーン体７の前面側の曲面とが、小隙を介して整合し且つ、その半径が後方へ拡大するように形成されたことを特徴とする。
そのため、特に翼の付け根部分に発生する逆流Ｒを効果的に抑制し、ファン効率の低下を防止することができる。またコーン体が静止しているので、従来のようなコーン体による空気摩擦損が発生せず、逆流Ｒの抑制によるファン効率の向上効果を相殺することもない。さらに、空気摩擦損によるファン動力の増加もない。
【００２１】
上記逆流防止装置において、翼の後縁部をボス部側ほど翼前側にへこむように傾斜させ、その傾斜部分にコーン体の前面を収容することができる。それによってコーン体の前面と各翼の後縁部の間隔をより小さくでき、逆流を抑制するのに最適な間隔の設定における自由度が増大する。
上記いずれかの逆流防止装置において、軸流ファンがモータで駆動される場合に、ステーを設けたコーン体でそのモータを静止部材に固定することができる。それによってコーン体に設けたステーがモータを静止部材に固定するステーの役目をするので、装置全体のスペース効率が向上しコスト的にも有利になる。さらに本発明の逆流防止装置をモータ駆動の軸流ファンに適用すると、空気摩擦損によるモータ動力の増加がないので、モータの耐久性と寿命に悪影響を及ぼしたり、車両の電力収支バランスをくずすという問題も発生しない。
【００２２】
上記いずれかの逆流防止装置において、コーン体の外径をリング５の外径の５７％〜６９％の範囲とすることができ、その範囲に設定することにより逆流の抑制効果をより確実なものとすることができる。
上記いずれかの逆流防止装置において、コーン体と翼の軸方向平均間隔Ｃと翼外径Ｄｆの関係を０＜Ｃ≦６・Ｄｆ／１２７とすることができ、それによって逆流の抑制効果をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンの構造を示す部分断面図。
【図２】本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンの他の構造を示す部分断面図。
【図３】図２におけるコーン体部分の正面図。
【図４】本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンと、逆流防止装置を備えていない軸流ファンの各単体試験の結果を示す図。
【図５】従来の軸流ファンの構造を示す部分断面図。
【図６】本発明の逆流防止装置を備えた軸流ファンと、逆流防止装置を備えていない軸流ファンの各騒音レベルの試験結果を示す図。
【符号の説明】
１  軸流ファン
２  モータ
３  ボス部
４  翼
５  リング
６  ラジエータ
７  コーン体
８  連結板
９  ステー
１０  後縁部
Ｒ  逆流
【図１】
0004493827.tif 000002
【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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