(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボス部３に複数の翼４を放射状に設けた軸流型または斜流型のファンのシール構造において、
各翼４の先端部を相互に連結するリング５の外周と、リング５の半径方向外側に間隙を有して配置された筒状部７の内周とによりファンの逆流を抑制するラビリンスシール部２０が形成され、
前記筒状部７の内径を逆流の出口側のみ段差状に拡大することにより、逆流がラビリンスシール部２０の出口から半径方向外側に向かって流出するようにしたことを特徴とするファンのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車のラジエータ冷却用などに使用される軸流型または斜流型のファンのシール構造に関し、詳しくはボス部に放射状に設けた複数の翼の先端部を相互に連結するリングと、その半径方向外側に配置されるシュラウドの筒状部との間にラビリンスシール部を設けたファンのシール構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のラジエータ冷却用などとして使用される軸流型または斜流型のファンは、エンジンやモータ等の駆動源により回転するボス部に複数の翼を放射状に設け、その翼の回転により軸方向に送風するものである。
一般に軸流型または斜流型のファンでは、下流側への送風の一部が翼周囲から上流側に逆流する現象がある。このような逆流は送風効率を低下させ、騒音も大きくなるので好ましくない。そこで従来から翼の半径方向外側を取り囲むようにシュラウドを配置して逆流を抑制している。
【０００３】
しかしシュラウドを設けるだけでは逆流抑制の目的が十分には達成できない場合も多いので、翼とシュラウド間に逆流抑制用のラビリンスシール部が設けられることがある。図４は自動車に搭載されるラジエータを冷却する従来の斜流型ファンの縦断面図である。ファン１は図示しないエンジンのクランク軸で回転される駆動軸２と、その駆動軸２に固定されたボス部３に放射状に設けた複数の翼４を有しており、翼４の回転により図４（ａ）の図面左側から右側に送風をする。各翼４の先端部は相互にリング５で連結され、そのリング５の半径方向外側を取り囲むように所定の間隙をもってシュラウド６の筒状部７が配置される。さらにリング５の外周に沿って環状の仕切り片等の絞り片Ｓが所定間隔で複数設けられる。なおこの例は、リング５の軸方向両端部に空気流の乱れや渦の発生を抑制する環状のベルマウスＭを設けたものであり、そのベルマウスＭが両端部の絞り片Ｓを兼用している。
【０００４】
一方、シュラウド６はそのフランジ部で筒状の連結体８にボルト結合され、その連結体８はラジエータ９に固定される。筒状部７の内周はリング５の外周に所定の間隙を有して対向し、その内周とリング５の外周に設けた複数の絞り片Ｓによって、いわゆる直通型のラビリンスシール部１０が構成される。このような直通型のラビリンスシール部１０においては、筒状部７の内周面と絞り片Ｓの先端部の間隙により絞り口が形成され、翼４の下流側（図４（ａ）における翼４の右側）からの逆流がその絞り口を通過する際に等エントロピー膨張し、減速した逆流は隣接する絞り片Ｓの中間にある空間部（膨張室）において等圧で静温度に回復する、という作用を繰り返すことによりシール効果を発揮するものである。
【０００５】
図５は図４のシール構造における直通型のラビリンスシール部１０の代わりに、食い違い型のラビリンスシール部１１を採用した場合の部分拡大断面図であり、図４と同じ部分には同一符号が付されている。食い違い型のラビリンスシール部１１はリング部５の外周面に複数の絞り片Ｓ（この例では４つの絞り片Ｓ１〜Ｓ４）を設けると共に、シュラウド６における筒状部７の内周面に逆絞り片Ｒを設けたものである。なお説明を簡単にするため、図面にはリング５の軸方向両端及び中間部に設けた４つの絞り片Ｓ１〜Ｓ４と、１つの逆絞り片Ｒで食い違い型のラビリンスシール部１１を代表させているが、実際的にはより多くの絞り片Ｓと逆絞り片Ｒが設けられる。そして逆流Ｇは逆絞り片Ｒにより迂回させられると共に、一部が分流して渦流となって逆流を減速させる。
【０００６】
図６は図４のシール構造における直通型のラビリンスシール部１０の代わりに、階段型のラビリンスシール部１２を採用した場合の部分拡大断面図であり、図４と同じ部分には同一符号が付されている。階段型のラビリンスシール部１２はシュラウド６の筒状部７の内周に軸方向への段差を有する複数のフロア面が形成される。この例では４つのフロア面Ｆ（Ｆ１〜Ｆ４）が形成され、逆流Ｇの入口側におけるフロア面Ｆ１の内径が出口側のフロア面Ｆ４より小さくなっている。そして各フロア面に対向してリング５の外周に設けられる絞り片Ｓ（Ｓ１〜Ｓ４）は、それらフロア面Ｆ１〜Ｆ４の内径に反比例した高さとされ、リング５を軸方向から筒状部７に装着できるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ラビリンスシール部の出口から流出する逆流は整流ではなく、乱れや渦を含んだ乱流を形成し、それが半径方向にも拡散して翼４の吸入空気Ｂに巻き込まれる。このような巻き込み現象は図４のような直通型のラビリンスシール部１０に限らず、図５の食い違い型のラビリンスシール部１１にも存在する。図５には食い違い型のラビリンスシール部１１の出口から軸方向に平行に流出する逆流が、乱れや渦を伴って拡散し、その一部が矢印のように翼４の入口側の吸入空気Ｂに巻き込まれる状態が示されている。
乱れや渦を伴う逆流が翼４の吸入空気Ｂにそのまま巻き込まれると、翼４がまさに吸い込もうとしている空気が乱されてファン１の回転騒音が高くなる。特に自動車用の冷却ファンでは、逆流を巻き込んで発生す翼面上の周期的な圧力変動を主な要因とする離散用周波数騒音（ブーン音）が増大する傾向がある。
【０００８】
一方、図６に示す階段型のラビリンスシール部１２は、図示のよう逆流がその出口から半径方向外側に流出されるので、翼４の吸入空気Ｂに巻き込まれるまでに乱れや渦が減衰するので吸入空気Ｂに対する影響は極めて少ない。しかし階段型のラビリンスシール部１２はこのような点を有する反面、半径方向の寸法が大きくなるという別の問題がある。特に自動車のボンネット内のようにスペースが限られている場合には、寸法増加は可能な限り回避する必要がある。
そこで本発明はこのような従来のシール構造における問題の解決を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ボス部３に複数の翼４を放射状に設けた軸流型または斜流型のファンのシール構造である。そして、各翼４の先端部を相互に連結するリング５の外周と、リング５の半径方向外側に間隙を有して配置された筒状部７の内周とによってファンの逆流を抑制するラビリンスシール部が形成され、前記筒状部７の内径を逆流の出口側のみ段差状に拡大することにより、逆流がラビリンスシール部の出口から半径方向外側に向かって流出するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
【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は本発明のシール構造の１例を図５に準じて示した部分拡大断面図であり、図５と同じ部分には同一符号が付されている。このラビリンスシール部２０は各翼４の先端を相互に連結するリング５と、そのリング５の半径方向外側に間隙を有して配置されたシュラウド６の筒状部７を備え、図４に示すファンのシール構造として適用される。
ラビリンスシール部２０は基本的には図５の食い違い型のラビリンスシール部に属し、リング５にはその外周に沿って軸方向両端及び中間部に４つの環状の絞り片Ｓ（Ｓ１〜Ｓ４）が突設され、筒状部７の内周２１には環状の逆絞り片Ｒが突出して設けられる。そしてラビリンスシール部２０の出口側には段差状に内径が拡大された環状のフロア面Ｆが形成される。
【００１１】
ラビリンスシール部２０の入口から流入した逆流Ｇは、逆絞り片Ｒで迂回させられて矢印のように出口より流出する。その際、流出位置は図５の場合より半径方向外側となり、且つその流出方向も軸方向に平行ではなく半径方向外側に傾斜する。そのため逆流Ｇは翼４の吸入空気Ｂに巻き込まれるまでに大きく迂回するので流速が低下し、乱れや渦も減衰もしくは消失して吸入空気Ｂと殆ど区別がつかなくなる。そのため階段型のラビリンスシール部１２と同様に、翼４の吸入空気Ｂに対する影響は極めて小さくなり、離散的周波数騒音などの回転騒音を抑制することができる。しかも出口側の内径のみを拡大すればよいので、筒状部７の半径方向の寸法増加も僅かでよい。
【００１２】
上記の例ではラビリンスシール部２０の内径を出口側において１段階拡大したが、別の実施形態として出口側において２段階に拡大するように構成してもよい。実用的な階段型のラビリンスシール部１２ではかなり多段階のフロア面Ｆが設けられるが、出口側で２段階程度までの内径拡大であれば本発明の効果を実質的に維持することができる。
また本発明のシール構造は、図１のような食い違い型のラビリンスシール部を基本とする以外に、直通型のラビリンスシール部を基本としたものでもよい。さらに、それらラビリンスシール部における絞り片Ｓまたは逆絞り片Ｒの数も特に制限されない。
【００１３】
【実施例】
図１に示す本発明のシール構造をファン１に組み込み、風洞実験によりファンの回転騒音を測定した。図２は離散周波数騒音のデータで、図３は回転騒音から耳に聞こえない高音領域等を取り除いた聴感補正騒音のデータである。これらの図の横軸に記載した「ラジエータのみ」はファン１の前に自動車のラジエータ９のみを取り付けた場合、「ラジエータ＋コンデンサ」はファン１の前に前記ラジエータと自動車の冷房装置のコンデンサ（冷媒冷却部）を順に直列に取り付けた場合、「実車相当」はラジエータやコンデンサ以外に自動車のボンネット内に存在する障害物に相当するものを配置した場合である。
【００１４】
また図中のグラフ（イ）は翼４の周囲にリング５を設けないファン（参考）、グラフ（ロ）は図５の食い違い型のラビリンスシール部１１を設けたファン（ただし絞り片Ｓは軸方向両端と中央の３つを設けたもの）、グラフ（ハ）は本発明による図１のラビリンスシール部２０を設けたファン（ただし絞り片Ｓは軸方向両端と中央の３つを設けたもの）である。
これらのグラフから、本発明のラビリンスシール部２０を設けたファンの回転騒音は、従来のものより大幅に低下することが実証される。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明のファンのシール構造は、各翼の先端部を相互に連結するリングと、リングの半径方向外側に間隙を有して配置されたシュラウドの筒状部によりラビリンスシール部が形成され、前記筒状部の内径を逆流の出口側のみ段差状に拡大することにより、逆流がラビリンスシール部の出口から半径方向外側に向かって流出するようにしたことを特徴とする。
そのためファンの翼に吸引される吸入空気に対する逆流の影響を大幅に減少すると共に、半径方向の寸法増加も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシール構造の１例を示す部分拡大断面図。
【図２】本発明のシール構造を使用したファンの離散用周波数騒音のデータを示す図。
【図３】本発明のシール構造を使用したファンの回転騒音のデータを示す図。
【図４】（ａ）は自動車に搭載されるラジエータを冷却する従来の斜流型ファンの縦断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ矢視図。
【図５】従来の食い違い型のラビリンスシール部を示す部分拡大断面図。
【図６】従来の階段型のラビリンスシール部を示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１  ファン
２  駆動軸
３  ボス部
４  翼
５  リング
６  シュラウド
７  筒状部
８  連結体
９  ラジエータ
１０  直通型のラビリンスシール部
１１  食い違い型のラビリンスシール部
１２  階段型のラビリンスシール部
２０  ラビリンスシール部
２１  内周
Ｓ  絞り片
Ｒ  逆絞り片
Ｍ  ベルマウス
Ｆ  フロア面
Ｂ  吸入空気
Ｇ  逆流
【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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