(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載する軸流型または斜流型のファン（１）にシュラウド（５）を設け、ファン（１）の下流側で前記シュラウド（５）に翼（３）のボス（２）を支持するようにしたステー構造において、
前記ステー（６）は縦横比＞１の断面形状を有し、その断面の長手方向が車両の停止時から低速時の範囲におけるファン（１）の駆動に伴う空気流の方向に向けられ、
且つ、車両の高速走行時における空気流によって発生するステー（６）の負圧側の側面（６ａ）にキャビティ（１０）が設けられることを特徴とするファンのステー構造。
【請求項２】
複数のキャビティ（１０）がステー（６）の断面の幅方向に間隔を置いて設けられる請求項１に記載のファンのステー構造。
【請求項３】
ステー（６）の断面外形状が流線形とされる請求項１または請求項２に記載のファンのステー構造。
【請求項４】
樹脂の一体成型によりシュラウド（５）とステー（６）が形成され、キャビティ（１０）の深さ方向がその成型時の型抜き方向に形成された請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のファンのステー構造。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のステー構造を備えた車両に搭載する軸流型または斜流型のファン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車などの車両に搭載される軸流型または斜流型のファンにシュラウドを設け、ファンの下流側で前記シュラウドに翼のボスを支持するようにしたステー構造およびその構造を備えたファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自動車などの車両には、ラジエータやクーラを空冷するために軸流型または斜流型のファンが搭載される。図６は車両搭載用の軸流ファンの１例を示す側面略図、図７はその翼部分を示す正面図である。ファン１はモータによって回転するボス２と、そのボス２に放射状に固定された複数の翼３とを有する。そのファン１の外周には小隙を介して樹脂製の筒状のシュラウド５が被嵌され、そのシュラウド５の先端縁がラジエータ４の縁部に固定され、シュラウド５の後端側の中心部にモータ取付け部が設けられ、そのモータ取付け部とシュラウド５の内面との間が複数の放射状のステー６により連結されている。そしてモータ取付け部に固定されたモータの回転軸にファン１のボス２の中心が固定されている。なお７はカークーラ用のコンデンサである。
ファン１の翼３が回転すると、車両の前方から矢印のように空気が吸入され、ラジエータ４やコンデンサ７が冷却される。そしてファン１の翼３を通過した空気流は下流側に配置される複数のステー６の間を抜けて排出される。
【０００３】
図８，図９は樹脂製シュラウドのステーの例を示す断面図である。図８を例としてステー６の作用を説明すると、図８のステー６は略角型断面を有し、その下流側に肉抜きの結果としての２つのスリット８が設けられる。そしてスリット８の間は補強用のリブ９とされる。
この図８の下部に車速に対する空気流方向の変化を示す。ａは車両の停止時におけるファンの駆動に基づく空気流で、その方向は車両の進行方向に垂直な線Ｓに対して比較的鋭角な角度α１になる。ｂは車両の低速走行時（例えば１０〜３０Ｋｍ／Ｈｒ）の空気流で、その方向は車両の進行方向に垂直な線Ｓに対してより鈍角な角度α２になる。ｃは車両が高速走行時（例えば５０〜１００Ｋｍ／Ｈｒ）の空気流で、その方向は車両の進行方向に垂直な線Ｓに対して直角に近い角度α３になる。
【０００４】
停止時における空気流ａの方向が比較的鋭角な角度α１（７０度程度）になるのは、翼３の回転による空気流の旋回（偏流）効果に強く影響されるためである。その際の空気流ａは翼３の後方に配置されるステー６の周囲を矢印のように斜めに通過し、そのためステー６の両側面の流速は不均衡になる。側面の流速が早くなるとその近傍が負圧になる共に、層流または乱流の境界層が発達して側面近傍での流速が限りなく遅くなり、ついには逆流が発生して流れが側面から剥離する。このような流れの剥離はステー６の抗力係数を大きくしてファン効率を低下させ、回転騒音を増加させるので好ましくない。
【０００５】
低速走行時は車両の前方から吸入される走行風の動圧（ラム圧）のエネルギーによる影響が幾分大きくなり、空気流ｂの角度α２は停止時の角度α１より鈍角になり、流れの剥離程度およびステー６の抗力係数はそれに応じて幾分低下する。
高速走行時は走行風による動圧のエネルギーの影響がかなり大きくなり、空気流ｃの角度α３は直角に近い値になるので、流れの剥離、及びそれによるステー６の抗力係数はかなり低くなる。
図９のステー６は断面が細長い矩形であるが、その車速と抗力係数の関係は図８の場合とあまり差はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のステー６は車両停止時または低速走行時に抗力係数の増加によるファン効率の低下と回転騒音の増加が大きくなる傾向がある。しかし実用的にはこのような特性とは逆に、車両停止時または低速走行時に高いファン効率と低騒音性が求められている。
そこで本発明は、このような従来のステー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ステー構造、およびそのステー構造を備えたファンの提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明のステー構造は、車両に搭載する軸流型または斜流型のファンにシュラウドを設け、ファンの下流側で前記シュラウドに翼のボスを支持するようにしたステー構造である。このステー構造におけるステーは、縦横比＞１の断面形状を有し、その断面長手方向が車両の停止時から低速時の範囲におけるファンの空気流の方向に向けられ、車両の高速走行時におけるファンの空気流によって発生するステーの負圧側の側面にキャビティが設けられることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
上記ステー構造において、複数のキャビティをステーの断面長手方向に間隔を置いて設けることができる（請求項２）。
上記いずれかのステー構造において、ステーの断面形状を流線形とすることができる（請求項３）。
上記いずれかのステー構造において、樹脂の一体成型によりシュラウドとステーを形成し、キャビティの深さ方向をその成型時の型抜き方向に形成することができる（請求項４）。
また本発明のファンは、上記いずれかのステー構造を備えた車両に搭載する軸流型または斜流型のファンである（請求項５）。
【０００９】
【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は本発明のステー構造を備えたファンの背面図、図２は図１におけるステー部分の拡大図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図およびその部分拡大説明図である。
この例ではファンがモータの回転軸を介して４本のステー６によって筒状のシュラウド５に支持されている。なお説明を簡略化するため図１におけるファンは翼を省略して示してある。シュラウド５とステー６は樹脂で一体成型されるが、場合によってはアルミニュムやその合金などの金属で一体的に鋳造することもできる。
【００１０】
図３（ａ）に示すように、ステー６の断面形状は縦横比＞１の細長い卵型のような流線形とされる。この縦横比は１以上であればよいが、望ましい縦横比は１〜３程度の範囲である。
図８において示した車速に対する空気流方向の変化、すなわち、車両の停止時におけるファン駆動に基づく空気流ａ、車両の低速走行時（例えば１０〜３０Ｋｍ／Ｈｒ）の空気流ｂ、車両が高速走行時（例えば５０〜１００Ｋｍ／Ｈｒ）の空気流ｃが図３の下部にも示されている。そして空気流ａの方向は車両の進行方向に垂直な線Ｓに対して比較的鋭角な角度α１、空気流ｂの方向はそれより鈍角な角度α２、空気流ｃの方向は直角に近い角度α３になり、これらは実験により決定される。
【００１１】
ステー６の向きは、その断面長手方向がファンの軸方向から傾斜するように向けられ、この例ではその断面長手方向が車両の停止時におけるファンの空気流ａの方向に向くように傾斜している。このようにステー６の断面長手方向を空気流ａの方向に向けると、車両の停止時において、図３（ａ）のように空気流ａはステー６の２つの側面６ａ，６ｂの表面を等速で分流して下流側に流れる。そのためそれらの表面を流れる速度が著しく増加するということはないので、流れの剥離は発生しにくく抗力係数の増加を防止でき、高いファン効率と低騒音性を維持することができる。そしてステー６の断面形状を図３（ａ）のように流線型とすると、流れがより均一化されて無用な乱れの発生を抑制し、これらの効果を一層向上させることができる。
【００１２】
ステー６をこのように傾斜した状態で車両が低速走行になったときは、角度α１の空気流ａはそれより多少鈍角α２の空気流ｂに変わる。その際、空気流ｂはステー６の２つの側面６ａ，６ｂの表面をやや不等速で分流して下流側に流れる。空気流ｂがステー６の２つの側面６ａ，６ｂの表面を不等速で分流すると、流れの早い側面６ａは負圧傾向になって流れの剥離を発生しやすくなるが、その不均衡の程度は比較的低いので実用上はそれほど問題を生じない。
ステー６の側面６ａには複数のキャビティ１０（この例では２つのキャビティ１０ａ、１０ｂ）が設けられている。このキャビティ１０は側面６ａに発生する流れの剥離を抑制する作用がある（その詳細な説明は後述する）。したがって空気流ｂにおいても多少の抗力係数の増加はあるものの、実用的には満足できるファン効率と低騒音性を維持することができる。
【００１３】
本発明においては、ステー６の断面長手方向を車両の停止時の空気流ａから低速時の空気流ｂの方向までの範囲内に配置することができる。上記のように空気流ａの方向に向けると車両の停止時に最適化され、空気流ｂの方向に向けると低速走行時に最適化され、その中間方向に向けるとそれに相当する空気流のときに最適化される。したがって、停止時から低速走行時までの範囲内で最適化を所望する領域における空気流の方向にステー６の断面長手方向を向ければよい。
【００１４】
車両の高速走行時には空気流ｃとなるが、その角度α３は前記のように略直角であるため、傾斜したステー６の２つの側面６ａ，６ｂを空気流ｃが不等速で分流して流れ、側面６ａの流速はかなり速くなる。そのため側面６ａの近傍では負圧が発生して流れの剥離が発生し易くなる。しかしこの剥離は側面６ａに設けたキャビティ１０によって有効に抑制される。
一般に、キャビティは境界層制御に効果があると言われている。しかしその厳密に詳細なメカニズムは今だはっきりとは解明されていない。主流は側面６ａに接して流れてキャビティ１０の開口部を蓋する状態になっており、キャビティ１０内には渦流が形成されている。このとき、図３（ｂ）に示すようにキャビティ１０の上流側壁面開口端部付近から渦ｕが連続的に下流側へ放出され、しかもこの渦が又はキャビティ開口部の流体が、振動している。このため、エネルギー密度の小さい発達した境界層に何らかの作用をし（恐らくはエネルギーを与えて）、キャビティ１０の前後で境界層の厚みをｔ1 からｔ2 に小さくし抑制することができるものと推測される。
【００１５】
図２に示すように、キャビティ１０はステー６の軸方向に沿って列状に多数設けられる。この例ではキャビティ１０ａ，１０ｂの２列構成であるが、例えばキャビティ１０ａのみとした１列構成でもよく、あるいは３列以上の構成にすることもできる。
ステー６の断面長手方向に複数列のキャビティ１０を設けると、車両の中速走行時から高速走行時にわたってキャビティ効果を効率的に発揮させることができる。すなわち、流れの剥離点は高速走行に移るに従って、ステー６の下流側から上流側に移動してくる傾向がある。そのため中速走行時には下流側に設けたキャビティ１０ｂが主に剥離の抑制作用を受け持ち、高速走行時には上流側に設けたキャビティ１０ａが主に剥離の抑制作用を受け持つ。
【００１６】
図２のように列状に配列される各キャビティ１０は、その深さ方向を樹脂成型に際しての型抜き方向に一致させることができ、それによって複数のキャビティ１０を有するステー６と筒状のシュラウド５を容易に樹脂で一体成型することができる。
図４は、本発明のステー６（図３）を使用したファンと、従来のステー６（図８）を使用したファンについて、それぞれの車速に対する抗力係数の変化を示すものである。本発明のステー６は従来のステー６より全般的に抗力係数が小さく、特に高ファン効率と低騒音性を要求される車両停止時から低速走行時にかけて、抗力係数の増加を抑制する効果の大きいことがわかる。なお、自動車のファンにおいて騒音が最も気になるのは、停車時および低速走行時である。
【００１７】
【実施例】
図１に示すファンの単体性能試験を実施した。効果はファンの空気流量に対する静圧およびファン静圧効率の変化により判定した。参考までに図８に示すステー６に代えたファンについても同様に試験した。なお試験ファンは一般の小型自動車に搭載される軸流型のものであり、ファンの回転数（ｒｐｍ）は試験中一定に維持した。図５にその結果を示す。
本発明のステーを使用したファンの静圧は従来のステーを使用したファンの５％程度高く、ファン効率は３％程度高くなっている。このファン効率３％という値は翼形状のみにより改善するにはかなり難易度の高い値であり、本来ファンのボスを支持する役目を果たすステーによってそれを達成できることは非常に意味の大きいことである。また自動車用ラジエータと組み合わせた回転騒音試験によれば、従来のステーを使用した場合より１．５ｄＢ程度の回転騒音低下が認められた。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明のステー構造は、ステーの断面長手方向を車両の停止時から低速時の範囲におけるファンの空気流の方向に向けるように傾斜させ、さらに車両の高速走行時におけるファンの空気流によって発生するステーの負圧側の側面にキャビティを設けたことを特徴とし、それによって車両の停止時や低速走行時には主に前者の傾斜の効果によって流れの剥離を抑制し、高速走行時には主に後者のキャビティの効果によって流れの剥離を抑制することができる。そのため車両の停止時から高速走行時までの広い領域において、ステー近傍における流れの剥離を有効に抑制し、高いファン効率と低騒音性を維持することができる。
【００１９】
上記ステー構造において、複数のキャビティをステーの断面長手方向に間隔を置いて設けることができ、それによって車両の中速走行から高速走行の領域で移動する剥離を各キャビティで分担させて抑制することができる。
上記いずれかのステー構造において、ステーの断面形状を流線形とすることができ、それによって流れを均一化し、剥離抑制効果を一層向上させることができる。
上記いずれかのステー構造において、樹脂の一体成型によりシュラウドとステーを形成し、キャビティの深さ方向をその成型時の型抜き方向に形成することができ、それによってシュラウドとステーを容易に成型することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステー構造を備えたシュラウドの背面図。
【図２】図１におけるステー部分の拡大図。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図およびその部分拡大説明図。
【図４】本発明のステー６または従来のステー６のファンおよび車速に対する抗力係数の変化を示す図。
【図５】本発明のステー６または従来のステー６を使用したファンの単体性能試験図。
【図６】車両搭載用の軸流ファンの１例を示す側面図。
【図７】図６における翼３部分を示す正面図。
【図８】従来のステーの１例を示す断面図。
【図９】従来のステーの他例を示す断面図。
【符号の説明】
１  ファン
２  ボス
３  翼
４  ラジエータ
５  シュラウド
６  ステー
６ａ  側面
６ｂ  側面
７  冷却器
８  スリット
９  リブ
１０  キャビティ
【図１】
0004369023.tif 000002
【図２】
0004369023.tif 000003
【図３】
0004369023.tif 000004
【図４】
0004369023.tif 000005
【図５】
0004369023.tif 000006
【図６】
0004369023.tif 000007
【図７】
0004369023.tif 000008
【図８】
0004369023.tif 000009
【図９】
0004369023.tif 000010