(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と、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とを備え、
リング５の外周に沿って突設された環状の絞り片Ｓと筒状部７の内周に沿って設けられた軸方向に段差を有するフロア面Ｆとによって階段型のラビリンスシール部１２が形成され、
前記筒状部７に対するリング５の軸方向挿入を妨げない形態で逆絞り片Ｒが前記フロア面Ｆに設けられることを特徴とするファンのシール構造。
【請求項２】
請求項１において、
逆絞り片Ｒと逆流方向の上流側に位置する絞り片Ｓとを半径方向に重複しないように構成し、それによって筒状部７に対するリング５の軸方向挿入を妨げない形態で逆絞り片Ｒが前記フロア面Ｆに設けられるファンのシール構造。
【請求項３】
請求項２において、
リング５の外周に絞り片Ｓ１、Ｓ２が突設されると共に、筒状部７の内周に軸方向に段差を有するフロア面Ｆ１，Ｆ２が設けられ、さらに絞り片Ｓ１，Ｓ２の間に突出するようにして逆絞り片Ｒがフロア面Ｆ１に設けられ、絞り片Ｓ１の高さをｈ１、絞り片Ｓ１の先端からフロア面Ｆ１までの間隙をＣ１、絞り片Ｓ２の高さをｈ２、絞り片Ｓ２の先端からフロア面Ｆ２までの間隙をＣ２、逆絞り片Ｒの高さをＲｈ２、絞り片Ｓ２の先端と逆絞り片Ｒの先端の高低差をΔｈとしたとき、
０＜Δｈ＜Ｒｈ２＜Ｃ１とされるファンのシール構造。
【請求項４】
請求項１において、
絞り片Ｓおよび逆絞り片Ｒの少なくとも一方を軸方向に弾性変形可能に構成し、それによって筒状部７に対するリング５の軸方向挿入を妨げない形態で逆絞り片Ｒが前記フロア面Ｆに設けられ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階段型の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放射状に設けた複数の翼を備え、翼の回転により軸方向に送風するようになっている。
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。このような逆流現象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達せられ場合は、翼とシュラウド間にさらにシール部分が設けられる。
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する。各翼４の先端部は相互にリング５で連結され、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。そしてリング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、さらに連結体８はラジエータ９に固定される。筒状部７の内周面はリング５に所定の間隙を有して対向し、その内周面とリング５の複数の絞り片Ｓによって、いわゆる直通型のラビリンスシール部１０が形成される。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】
しかし直通型のラビリンスシール部１０は構造が簡単であるが、筒状部７の内周面と絞り片Ｓの先端部との間隙に吹き抜け通路が形成され逆流しやすいという問題がある。それを改善して逆流の抑制効果をより高めたものが食い違い型のラビリンスシール部である。
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を設けると共に、それら絞り片Ｓの中間部に突出するように、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の軸方向両端部に設けた２つの絞り片Ｓと、その中間部に設けた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、実際にはより多くの絞り片Ｓと逆絞り片Ｒが設けられる。
【０００６】
図５の食い違い型のラビリンスシール部１１は絞り片Ｓと逆絞り片Ｒが半径方向に交互に配置されるので、逆流は矢印のように絞り片Ｓと逆絞り片Ｒの間を蛇行して流れるとともに、その一部は分流し渦流を形成して逆流を減速させるので、直通型のラビリンスシール部１０より逆流の抑制効果が高いという特徴を有している。しかし、このように絞り片Ｓと逆絞り片Ｒを半径方向に相互に重複させて配置すると、シュラウド６の筒状部７にリング部５を矢印Ｂのように軸方向から挿入してシール部分を組み立てることが困難になるという別の問題を生じる。
なお本発明において軸方向とは、図４の駆動軸２の軸方向をいう。
【０００７】
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２つのフロア面Ｆ（Ｆ１、Ｆ２）が形成され、逆流方向（矢印Ｄ）の上流側に位置するフロア面Ｆ１が下流側のフロア面Ｆ２より半径方向に突出している。そしてフロア面Ｆ１およびフロア面Ｆ２にそれぞれ対向してリング５の外周に設けられる絞り片Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）は、それらフロア面Ｆ１，Ｆ２の突出長に逆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。なお実用的な階段型のラビリンスシール部１２では、多くのフロア面Ｆを設けることが多いが、図６では説明を簡略化するため２つのフロア面Ｆ１、Ｆ２のみ代表的に示してある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来の階段型のラビリンスシール部１２は、直通型のラビリンスシール部１０より逆流量を小さくできると共に、シール部分の組立も容易であるという特徴を有しているが、半径方向の寸法が大きくなるという問題がある。すなわち前記のような食い違い型のラビリンスシール部１１と同程度のシール効果を得ようとすれば、絞り片Ｓ１の高さをｈ１、絞り片Ｓ１先端からフロア面Ｆ１までの間隙をＣ１、絞り片Ｓ２の高さをｈ２、絞り片Ｓ２先端からフロア面Ｆ２までの間隙をＣ２とすると、ｈ２＞ｈ１＋Ｃ１の条件下で、段差Ｒｈ１をＣ１またはＣ２の３倍程度に設定する必要がある。しかしこの３倍という数値は実用的に受け入れがたい場合もあり、逆流の相応な増加を甘受して３倍以下に設定することも多い。
そこで本発明は、階段型のラビリンスシール部１２の特徴を維持しながら半径方向の寸法増加を抑制することを課題とし、そのための新しいファンのシール構造を提供することを目的とするものである。
【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。そしてこのシール構造は、各翼４の先端部を相互に連結するリング５と、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、リング５の外周に沿って突設された環状の絞り片Ｓと、筒状部７の内周に沿って設けられた軸方向に段差を有するフロア面Ｆとにより階段型のラビリンスシール部が形成され、前記筒状部７に対するリング５の軸方向挿入を妨げない形態で逆絞り片Ｒが前記フロア面Ｆに設けられることを特徴とするものである（請求項１）。
【００１０】
上記シール構造において、逆絞り片Ｒを逆流方向の上流側に位置する絞り片Ｓと半径方向に重複しない高さに形成することにより、筒状部７に対するリング５の軸方向挿入を妨げない形態で逆絞り片Ｒを前記フロア面Ｆに設けることができる（請求項２）。
上記シール構造において、リング５の外周に絞り片Ｓ１、Ｓ２が突設されると共に、筒状部７の内周に軸方向に段差を有するフロア面Ｆ１，Ｆ２が設けられ、さらに絞り片Ｓ１，Ｓ２の間に突出するようにして逆絞り片Ｒがフロア面Ｆ１に設けられ、絞り片Ｓ１の高さをｈ１、絞り片Ｓ１の先端からフロア面Ｆ１までの間隙をＣ１、絞り片Ｓ２の高さをｈ２、絞り片Ｓ２の先端からフロア面Ｆ２までの間隙をＣ２、逆絞り片Ｒの高さをＲｈ２、絞り片Ｓ２の先端と逆絞り片Ｒの先端の高低差をΔｈとしたとき、０＜Δｈ＜Ｒｈ２＜Ｃ１の条件を満たす構成することができる（請求項３）。
【００１１】
さらに上記シール構造において、絞り片Ｓおよび逆絞り片Ｒの少なくとも一方を軸方向に弾性変形可能とすることにより、筒状部７に対するリング５の軸方向挿入を妨げない形態で逆絞り片Ｒを前記フロア面Ｆに設けることができる（請求項４）。
【００１２】
【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６に準じて示した部分拡大断面図であり、図６と同じ部分には同一符号が付されている。この階段型のラビリンスシール部１２は、図４に示すファンのシール構造として適用され、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を備えている。リング５にはその外周に沿って軸方向両端部に２つの環状の絞り片Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）が突設され、筒状部７の内周部には軸方向に段差状とされた環状のフロア面Ｆ１、Ｆ２が形成され、逆流方向（矢印Ｄ）の上流側に位置するフロア面Ｆ１が下流側のフロア面Ｆ２より半径方向に突出している。さらに、フロア面Ｆ１における逆流方向の下流側の内周には環状の逆絞り片Ｒが突出して設けられる。
【００１３】
そして、絞り片Ｓ１の高さをｈ１、絞り片Ｓ１の先端からフロア面Ｆ１までの間隙をＣ１、絞り片Ｓ２の高さをｈ２、絞り片Ｓ２の先端からフロア面Ｆ２までの間隙をＣ２、フロアＦ１から逆絞り片Ｒまでの高さをＲｈ２、絞り片Ｓ２の先端と逆絞り片Ｒの先端の高低差（上下方向の間隔）をΔｈとすると、０＜Δｈ＜Ｒｈ２＜Ｃ１（１）の条件下で軸方向からの挿入性（組立性）と、逆絞り片Ｒと絞り片Ｓ２による吹き抜け通路の遮断性の両方が満足される。すなわち、逆絞り片Ｒの高さをＲｈ２＜Ｃ１とすることにより、逆絞り片Ｒはリング５を筒状部７へ軸方向から挿入できる形態で形成され、０＜Δｈ＜Ｒｈ２＜Ｃ１の関係により吹き抜け通路の遮断性を確保している。
【００１４】
その際、ｈ１＜ｈ２＜ｈ１＋Ｃ１（２）の条件を満たせばよいので、図６に示した従来の階段型のラビリンスシール部１２におけるｈ２＞ｈ１＋Ｃ１の条件に比べてｈ２の高さを小さくでき、半径方向の寸法増加を抑制することができる。
しかも逆絞り片Ｒを設けることにより、図５に示した食い違い型のラビリンスシール部１１と同様に、逆絞り片Ｒの下流側に渦流を形成して逆流を一層減速させるので、逆流量を大幅に抑制できる。
【００１５】
図２は本発明のシール構造における他の例を図１に準じて示した部分拡大断面図であり、図１と同じ部分には同一符号が付されている。この例では筒状部７の内周に軸方向への段差を有する３つの環状のフロア面Ｆ１、Ｆ２，Ｆ３が形成され、逆流方向（矢印Ｄ）の下流側に位置するフロア面Ｆ３から上流側のフロア面Ｆ１にかけて順にその半径方向の突出量が大きくなっている。リング５にはその外周に沿って環状の４つの絞り片Ｓ（Ｓ１〜Ｓ４）が突設され、絞り片Ｓ１はフロア面Ｆ１に、絞り片Ｓ２，Ｓ３はフロア面Ｆ２に、さらに絞り片Ｓ４はフロア面Ｆ３にそれぞれ対向配置され、それらの高さはフロア面Ｆ１〜Ｆ３の突出量に反比例した値とされる。
【００１６】
図２におけるフロア面Ｆ１，Ｆ２、絞り片Ｓ１，Ｓ２、逆絞り片Ｒはそれぞれ図１におけるフロア面Ｆ１，Ｆ２、絞り片Ｓ１，Ｓ２、逆絞り片Ｒに対応するもので、それら相互の寸法関係および作用は図１と同様である。ただしこの例では絞り片Ｓ３，Ｓ４が追加されているので、その分、逆流の抑制効果は大きくなる。なお図２において、新たな逆絞り片Ｒを絞り片Ｓ２とＳ３の間に位置するようにしてフロア面Ｆ２に設けることもできる。その場合の絞り片Ｓ２、Ｓ３および新たな逆絞り片Ｒの寸法関係は、前記図１の絞り片Ｓ１，Ｓ２および逆絞り片Ｒの３者の寸法関係に準じて設定すればよい。さらに多くの絞り片Ｓや逆絞り片Ｒを軸方向に沿って設ける場合も同様である。
【００１７】
図３は本発明のシール構造におけるさらに他の例を図２に準じて示した部分拡大断面図であり、図２と同じ部分には同一符号が付されている。この例ではフロア面Ｆ１に設けた環状の逆絞り片Ｒが軸方向に弾性変形可能とされる。ここで弾性変形とは、応力を与えられたときに変形し、応力を取り除くともとの状態に復帰する特性をいう。逆絞り片Ｒを弾性変形可能とするには、例えば軟質プラスチックやゴム等の軟質な弾性材料で作るか、または逆絞り片Ｒの一部にくびれや切り込みを入れて変形しやすくすればよい。逆絞り片Ｒの代わりに、もしくはそれと共に、絞り片Ｓを弾性変形可能とすることもできる。なお筒状部７を硬質材料、逆絞り片Ｒを軟質な弾性材料で作る場合は、接着などにより両者間の固定をする。またリング５を硬質材料、絞り片Ｓを軟質な弾性材料で作る場合も、接着などにより両者間の固定をする。
【００１８】
逆絞り片Ｒおよび絞り片Ｓの少なくとも一方を軸方向に弾性変形可能に形成すると、図３のように絞り片Ｓと逆絞り片Ｒを半径方向に互いに重複させても、その弾性変形により筒状部７へリング５を軸方向から容易に挿入できる。しかも絞り片Ｓと逆絞り片Ｒを半径方向に互いに重複させることにより、階段型ラビリンスシール１２の形態を維持しながら、食い違い型ラビリンスシール１１の高い逆流抑制の効果を有するシール構造とすることができる。
【００１９】
【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階段型のラビリンスシール部が形成され、筒状部に対するリングの軸方向挿入を妨げない形態で筒状部のフロア面に逆絞り片が設けられることを特徴とする。そのため階段型のラビリンスシール部が本来有する高い逆流抑制の効果とシール部組立の容易性を損なうことなく、半径方向の寸法増加を抑制することができる。
【００２０】
上記シール構造において、逆絞り片と逆流方向の上流側に位置する絞り片とを半径方向に重複しないように構成すると、逆絞り片は筒状部に対するリングの軸方向挿入を妨げない形態でフロア面に設けられる。
さらに上記シール構造において、絞り片および逆絞り片の少なくとも一方を軸方向に弾性変形可能に構成すると、逆絞り片は筒状部に対するリングの軸方向挿入を妨げない形態でフロア面に設けられる。
【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】本発明によるシール構造の他の例を示す部分拡大断面図。
【図３】本発明によるシール構造のさらに他の例を示す部分拡大断面図。
【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
Ｍ  ベルマウス
Ｓ  絞り片
Ｒ  逆絞り片
Ｆ  フロア面
【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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