WO2011071042A1

WO2011071042A1 - 駆動装置の冷却ファン及びその冷却ファン構造

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Publication number: WO2011071042A1
Application number: PCT/JP2010/071905
Authority: WO
Inventors: 料久阿部; 俊輔三和
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2012-06-10
Also published as: JP2011122645A; CN102686912A; JP5507985B2; BR112012013937A2; DE112010004744B4; DE112010004744T5; CN102686912B; BR112012013937B1; US8556585B2; US20120230831A1

Abstract

　減速機などの駆動装置を効果的に冷却して、駆動装置の熱定格を向上可能とする。軸受ケーシング１０４と本体ケーシング１０６を冷却するために入力軸１０２に取付られる減速機１００の冷却ファン１１０であって、入力軸１０２の回転により入力軸１０２の半径方向外側に向かう空気の流れを生じさせる複数のブレード１１２と、ブレード１１２と交差する方向に幅を有し、且つ、入力軸１０２の中心に対して半径方向外側に向けて延在されるとともに、複数のブレード１１２の１つ１つを補強するリブ１１４と、を備え、リブ１１４の先端部１１４Ｃが軸受ケーシング１０４と本体ケーシング１０６の側に向けられており、且つ、リブ１１４の半径方向内側に内側ブレード部１１４Ａが存在している。

Description

駆動装置の冷却ファン及びその冷却ファン構造

　本発明は、駆動装置の冷却ファン及びその冷却ファン構造に関する。

　特許文献１においては、図７に示す如く、減速機１に冷却ファン１０を設ける冷却構造が提案されている。ここでの冷却ファン１０は、高速で回転する入力軸２（回転軸）に一体的に取付られている。冷却ファン１０は、ブレード１２とリブ１４とを有する。ブレード１２は、回転により空気の動きを生じさせる。リブ１４は、ブレード１２より減速機側に配置され、ブレード１２と一体形成されている。また、リブ１４は、冷却ファン取付部材１６を介してブレード１２を入力軸２に固定している。

　冷却ファン１０のブレード１２の設置角度は、軸方向Ｏと平行となるように（ブレード１２の軸方向Ｏに対する傾きはゼロ）されている。これは、減速機１においては、入力軸２が正逆回転を行う場合があり、いずれの回転方向であっても冷却ファン１０の冷却能力を一致させておくことが望ましいからである。このため、減速機１に用いられる冷却ファン１０の冷却能力を向上させることは、回転方向が１方向のみの場合（扇風機など）に比べて容易ではなかった。

　実際、特許文献１に示すような冷却ファン１０は、図６に示すようにファンフード８を用いて使用される。即ち、冷却ファン１０で生じる風は、冷却ファン１０の回転により減速機の入力軸１０２の半径方向外側に押し出される（白抜き矢印Ｗ５）。そして、冷却ファン１０を覆うように設けられたファンフード８の内側８Ａに、当該入力軸１０２の半径方向外側に送られる風（白抜き矢印Ｗ５）が当てられ、風の向きが変えられる（白抜き矢印Ｗ６）。このような構成により、冷却ファン１０は、（いずれの回転方向であっても）減速機の機構部（入力軸１０２を除く本体ケーシング１０６や軸受ケーシング１０４を含む減速機の構成部分）側に風を送るようにされていた。

特開２００３－３２２２２４号公報

　しかしながら、たとえ冷却ファン１０から半径方向外側に送られる風量が多く風速が速くても、ファンフード８で風の向きが変更されることで、その風量と風速が弱くなっていた。加えて、冷却ファン１０から減速機の本体ケーシング１０６までの距離ｄ２も長くなってしまい、減速機の本体ケーシング１０６に届く段階では更に風量が少なく且つ風速も弱いものとなっていた。このため、従来の冷却ファン１０では減速機１等を冷却する能力を十分に得ることが困難で、減速機１等の熱定格を向上させるのが困難であった。なお、冷却する能力の向上のために、冷却ファン１０を大型化することも考えられるが、いたずらにファンフードを含む駆動装置全体を大型化させてしまうおそれがあった。

　そこで、本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、減速機などの駆動装置を効果的に冷却して、駆動装置の熱定格を向上可能とする駆動装置の冷却ファンおよびその冷却ファン構造を提供することを課題とする。

　本発明は、機構部を冷却するために回転軸に取付られる駆動装置の冷却ファンであって、前記回転軸の回転により該回転軸の半径方向外側に向かう空気の流れを生じさせる複数のブレードと、該ブレードと交差する方向に幅を有し、且つ、該回転軸の中心に対して前記半径方向外側に向けて延在されるとともに、前記複数のブレードの１つ１つを補強するリブと、を備え、該リブの先端が前記機構部側に向けられており、且つ、該リブの前記半径方向内側に前記各ブレードの少なくとも一部が存在していることにより、上記課題を解決したものである。

　本発明の冷却ファンは、複数のブレードと、該ブレードと交差する方向に幅を有し、且つ、該回転軸の中心に対して半径方向外側に向けて延在されるとともに、前記複数のブレードの１つ１つを補強するリブと、を備えている。そして、リブの先端が機構部側に向けられており、且つ、該リブの前記半径方向内側に各ブレードの少なくとも一部が存在している。このため、回転軸が回転することで、リブの半径方向内側に存在しているブレードにより、従来のブレードと同様に回転軸の半径方向外側に向かって空気が流れる。このとき、リブは、ブレードと交差する方向に幅を有しているので、ブレードによって半径方向外側に向かう空気は、リブによって方向付けられることとなる。リブの先端は機構部側に向けられている。このため、前記半径方向外側に向かう空気は、結局機構部側に流れる風となる。即ち、リブの半径方向内側に存在しているブレードによって発生した風は、従来のファンフードを要することなく、機構部側に直接的に送られる。このため、風量や風速が弱まることなく機構部を冷却することができる。なお、リブは、ブレードと交差する方向に幅を有して、複数のブレードの１つ１つを補強している。このため、高い剛性を持った冷却ファンが実現され、冷却ファンの回転負荷が大きくても変形や破損のおそれを少なくでき、冷却ファンを長寿命化することができる。

　本発明によれば、減速機などの駆動装置を効果的に冷却して、駆動装置の熱定格の向上が可能となる。

本発明の実施形態に係る冷却ファンを適用した減速機の一例の一部を示す断面図同じく冷却ファン単体の斜視図同じく冷却ファン単体の正面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）図１で示した構成に更にカップリング機構を組み合わせた断面図従来の冷却ファンを適用した減速機にさらにカップリング機構を組み合わせた断面図従来の冷却ファンを適用した減速機の一例の一部を示す断面図従来の冷却ファンを適用した減速機を示す断面図

　以下本発明の実施形態の一例を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、本発明の実施形態に係る冷却ファンを適用した減速機の一例の一部を示す断面図である。

　この減速機（駆動装置）１００は、図示せぬモータ（駆動軸）と連結されて使用される。減速機１００は、モータからの動力をキー１０１を介して受け取る入力軸（回転軸）１０２と入力軸１０２を支持する軸受のほか、複数の軸受、複数の歯車を備えている。これらのうち、入力軸１０２を支持する軸受は軸受ケーシング１０４に、他は本体ケーシング１０６に収容されている。なお、減速機１００において、入力軸１０２を除く構成（軸受ケーシング１０４や本体ケーシング１０６など）を機構部と総称する。

　軸受ケーシング１０４は、本体ケーシング１０６からモータ側に突出した状態で形成されている。入力軸１０２は高速で回転するため、軸受ケーシング１０４内の軸受は摩擦による温度上昇が大きく、熱負荷上厳しい状態に置かれている。

　入力軸１０２には、減速機１００の機構部を冷却するための冷却ファン１１０が一体回転可能に取付られている。冷却ファン１１０は、複数(図２、図３では１２個)のブレード１１２と、リブ１１４と、を備えて、冷却ファン取付部材１１６に保持される。

　ブレード１１２の設置角度は、入力軸１０２の軸方向Ｏと平行となるように向けられている。そのため、ブレード１１２は、入力軸１０２の回転によりその半径方向外側に向かう空気の流れを生じさせる。

　リブ１１４は、ブレード１１２と交差する方向に幅を有し、且つ、入力軸１０２の中心に対して半径方向外側に延在されるとともに、複数のブレード１１２の１つ１つを補強している。リブ１１４の先端は機構部側に向けられており、且つ、（リブ１１４の先端が機構部側に向けられたことで設けられた）リブ１１４の半径方向内側に各ブレード１１２の少なくとも一部が存在している。

　ここで、ブレード１１２とリブ１１４とについて、図２、図３も用いて更に詳しく説明する。

　図２、図３は、冷却ファン取付部材１１６を除いた冷却ファン単体の斜視図、正面図、及び側断面図である。

　ブレード１１２は、内側ブレード部１１２Ａと外側ブレード部１１２Ｂとを備える。内側ブレード部１１２Ａはリブ１１４の半径方向内側に、外側ブレード部１１２Ｂはリブ１１４の半径方向外側に、それぞれ存在している。内側ブレード部１１２Ａと外側ブレード部１１２Ｂは、いずれも同一平面上にある。図１の位置Ｑにおいて、内側ブレード部１１２Ａを含むブレード１１２は、その半径方向で入力軸１０２を支持する軸受ケーシング１０４の外周を囲むように設けられている。

　リブ１１４は、リング部１１４Ａと延在部１１４Ｂと先端部１１４Ｃとを備える。リング部１１４Ａは内側に円形開口１１０Ａを有し、そこに冷却ファン取付部材１１６が固定される（なお、図２、図３では、冷却ファン取付部材１１６に固定するためのボルト穴がリング部１１４Ａから省略されている）。延在部１１４Ｂは、継ぎ目なく形状に連続性を保ってリング部１１４Ａと一体形成されている。延在部１１４Ｂは、図３（Ｂ）に示す如く、ブレード１１２と交差する方向に幅を有する。そして、リング部１１４Ａの近傍では、延在部１１４Ｂが、互いに継ぎ目なく形状に連続性を保って一体となり円環形状とされている。その延在部１１４Ｂは、リング部１１４Ａを基準とした場合、その基準面Ｐから減速機１００の機構部側に僅かに傾き角（角度θ）を有して半径方向外側に向いて延在されている。そして、延在部１１４Ｂは、先端にいくに従ってその幅（ブレード１１２と交差する方向の幅）が狭くなっている。同時に、延在部１１４Ｂは、先端にいくに従って機構部側に湾曲されている。その延在部１１４Ｂの湾曲された先に、先端部１１４Ｃが継ぎ目なく形状に連続性を保って一体形成されている。先端部１１４Ｃもブレード１１２と交差する方向に幅を有し、且つほぼ軸方向Ｏと平行となるように向けられている。即ち、この実施形態では、リブ１１４が曲げ角度が９０度を越えない角度で湾曲して、リブ１１４の先端部１１４Ｃが入力軸１０２の軸方向Ｏと平行となるように、減速機１００の機構部側に向けられている。

　ブレード１１２とリブ１１４とは、互いに交差する態様で一体形成されている。このため、リブ１１４がブレード１１２を補強する役目を果たすので、ブレード１１２の厚みが薄くても、高い剛性の冷却ファン１１０を実現することができる。

　冷却ファン１１０は、入力軸１０２に取付られている。より具体的には、冷却ファン１１０のリブ１１４は、ボルト（保持部分）１１８を介して冷却ファン取付部材（入力軸１０２と一体に回転する部材）１１６に保持されている。そして、冷却ファン１１０の複数ブレード１１２は、冷却ファン１１０のボルト１１８での保持位置よりも軸方向Ｏで減速機１００の機構部側に存在している。

　また、減速機１００の本体ケーシング１０６には、この冷却ファン１１０の外側に配置され軸受ケーシング１０４を覆うファンフード１０８が、ボルト（図示略）等によって取付けられている。ここで、図１に示す如く、各外側ブレード部１１２Ｂの半径方向外側の形状１１２Ｃは、ファンフード１０８の内周１０８Ａの形状にほぼ平行となる形状、即ち沿う形状とされている。

　次に、この実施形態に係る減速機１００の作用を説明する。

　図示せぬモータのモータ軸が回転すると、キー１０１を介して該モータ軸と連結されている入力軸１０２が回転する。入力軸１０２が回転すると、図示せぬ複数の歯車を介して出力軸が回転する。

　このとき、入力軸１０２の回転に伴って冷却ファン１１０が該入力軸１０２と一体的に回転する。すると、リブ１１４の半径方向内側に存在している内側ブレード部１１２Ａにより、入力軸１０２の半径方向外側に向かって空気が流れる。このとき、リブ１１４は、ブレード１１２と交差する方向に幅を有しているので、内側ブレード部１１２Ａによって半径方向外側に向かう空気は、リブ１１４によって方向付けられることとなる。リブ１１４の先端部１１４Ｃは機構部側に向けられている。このため、前記半径方向外側に向かう空気は、結局機構部側に流れる風となる。即ち、リブ１１４の半径方向内側に存在している内側ブレード部１１２Ａで発生した風（白抜き矢印Ｗ１）は、ファンフードを要することなく、機構部側に直接的に送られる。このため、風量や風速が弱まることなく機構部を冷却することができる。なお、リブ１１４はブレード１１２と交差する方向に幅を有して、複数のブレード１１２の１つ１つを補強している。このため、高い剛性を持った冷却ファン１１０が実現され、冷却ファン１１０の回転負荷が大きくても変形や破損のおそれを少なくでき、冷却ファン１１０を長寿命化することができる。

　同時に、図１の位置Ｑで示す如く、リブ１１４の半径方向内側に存在している複数の内側ブレード部１１２Ａが、入力軸１０２を支持する軸受を収容する軸受ケーシング１０４の外周を囲むように設けられている。このため、軸受ケーシング１０４に対しても直接的に風（白抜き矢印Ｗ２）を送ることができる。更に、軸受ケーシング１０４は、本体ケーシング１０６からモータ側に突出した状態とされている。このため、放熱面積を非常に大きく確保できて、且つ冷却ファン１１０から軸受ケーシング１０４までの距離ｄ３も短くできるので、効果的に軸受ケーシング１０４を冷却することができる。同時に、ブレード１１２の面積も機構部側に大きくでき、且つブレード１１２と機構部（本体ケーシング１０６）との距離ｄ１を短くできるので、風量と風速とが弱まることなく機構部（本体ケーシング１０６）に風を送ることができる。

　さらに、リブ１１４の半径方向外側にも外側ブレード部１１２Ｂが存在している、即ち、リブ１１４がブレード１１２の半径方向最外周とはなっていない。このため、リブ１１４とファンフード１０８の内周１０８Ａとの間を広くとることができるので、モータ側から冷却ファン１１０への空気の吸い込み量を多く確保できる。結果として機構部側への風量をより増大させることができる。なお、リブ１１４の半径方向外側の外側ブレード部１１２Ｂによって半径方向外側に向かう空気（図１の白抜き矢印Ｗ３）は、ファンフード１０８を用いることで、機構部への風（図１の白抜き矢印Ｗ４）とすることができる。このため、リブ１１４の半径方向内側の内側ブレード部１１２Ａで生じる風（白抜き矢印Ｗ１）とリブ１１４の半径方向外側の外側ブレード部１１２Ｂで生じる風（白抜き矢印Ｗ４）とにより、より多くの風量を機構部に送ることができる。

　また、複数のブレード１１２の外周を覆うファンフード１０８を備え、各外側ブレード部１１２Ｂの半径方向外側の形状１１２Ｃがファンフード１０８の内周１０８Ａの形状に沿う形状とされている。このため、空気の流路の幅の変化が少なく、冷却ファン１１０の回転によって生じる振動を低減することができる。また同時に、ファンフード１０８にぶつかることによる風の流れのロスを従来よりも少なくすることもできる。また、ブレード１１２の半径方向外側の形状１１２Ｃをファンフード１０８に合わせるので、従来のファンフード１０８をそのままで使用することができる。即ち、現状の減速機のシリーズに冷却ファン１１０だけを変更して冷却性能を向上させることが可能である。

　なお、減速機の据付けを上下反転可能とすることにより、相手機械の仕様変更に対応させる場合がある。この場合においては、従来技術であれば対応が困難である。しかし、潤滑油の量を標準よりも多くすることで、軸受などの潤滑が必要な箇所への潤滑油の供給を確保して対応させることが考えられる。ここで、潤滑油の量が多くなることで減速機内の図示せぬ歯車等が潤滑油に浸る量が多くなると、該歯車による攪拌で潤滑油の油温が上昇する。このため、その分を冷却ファンでより強力に冷却しなければならない。しかし、従来の冷却ファンでは、冷却能力が十分ではなく、減速機の熱定格が冷却ファンの性能によって規定されてしまうことが多々あった。本実施形態に係る冷却ファン１１０を用いることで、潤滑油の油量を増やして上下反転での使用を可能とし、且つ、減速機１００の熱定格を向上させることが可能となる。

　なお、複数のブレード１１２は、冷却ファン１１０のボルト１１８での保持位置よりも軸方向Ｏで機構部側に存在しているので、冷却ファン１１０を冷却ファン取付部材１１６に保持する際に、ブレード１１２が邪魔にならず、迅速に取付保持することができる。

　ここで、モータ軸を、カップリング機構を用いて入力軸１０２にカップリングする場合を想定する。図４に示す如く、カップリング機構１２０は、例えば、減速機１００の入力軸１０２に取付けられる減速機側部材１２２と、モータ軸に取付けられるモータ側部材１２４と、減速機側部材１２２とモータ側部材１２４とを一体・固定させるボルト１２６と、を備える。減速機側部材１２２とモータ側部材１２４は、取付孔１２２Ａ、１２４Ａに図示せぬピンなどを用いて、それぞれ減速機１００の入力軸１０２とモータ軸とに固定される。

　図５に示す如く、従来の冷却ファン１０を減速機１００に適用したときには、冷却ファン１０のブレード１２が、減速機側部材１２２の取付孔１２２Ａと、ボルト１２６を固定するためのナット１２６Ａの近傍に位置することとなる。この場合、取付孔１２２Ａへのピンの取付やナット１２６Ａの締結スペースが狭くなるので、カップリング機構１２０の取付・取り外し及びカップリング作業が極めて困難となる。これに対して、本実施形態の冷却ファン１１０であれば、複数のブレード１１２は冷却ファン１１０のボルト１１８での保持位置よりも軸方向Ｏで機構部側に存在している。即ち、図４に示す如く、ブレード１１２がボルト１１８での保持位置からモータ側に出ていないので、取付孔１２２Ａやナット１２６Ａとブレード１１２の後端との距離を長くすることができる。このため、取付孔１２２Ａへのピンの取付やナット１２６Ａの締結スペースを広く確保できるので、カップリング作業を容易に行うことができる。

　なお、本発明における減速機は、その減速形態については特に限定されない。

　また、上記実施形態においては、冷却ファン１１０を取付ける回転軸として入力軸１０２が選択されていたが、本発明においては取付け対象となる回転軸は特に入力軸に限定されない。また、必ずしも軸受ケーシングが入力軸側に突出している必要もない。

　また、上記実施形態においては、リブ１１４の半径方向外側に外側ブレード部１１２Ｂが存在していたが、本発明においては特にこれに限定されず、リブの半径方向内側にのみにブレードが存在していてもよい。この場合には、より効率的に意図した方向に風を送ることができる。

　また、上記実施形態においては、減速機を駆動装置としていたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、駆動装置がモータなどの駆動源であってもよく、継手部分等であってもよい。

　また、上記実施形態では、ファンフードが用いられていたが、本発明ではリブが従来のファンフードの機能を有するため、必ずしもファンフードを必要とするものではない。また、上記実施形態では、ファンフードをケーシングとは別個に用いられていたが、それに限られるものでもない。冷却ファンがケーシングに内蔵されている場合などにおいては、ケーシングがファンフードの機能（主に風の向きを変える機能）を有し、それに対して各ブレードの半径方向外側の形状等が定められていてもよい。

　また、上記実施形態では、ブレード１１２の設置角度が軸方向Ｏと平行となるように向けられていたが、本発明はこれに限定されず、ブレードの設置角度が軸方向と平行でなくてもかまわない。その場合には、特に、回転方向が定まっている用途や逆回転がまれにしか行われない用途のときにも適用することができる。

　また、リブ１１４は、リング部１１４Ａを必ずしも備えている必要はなく、また延在部１１４Ｂに円環形状とされた部分がなくてもよい。また、ブレードが冷却ファン取付部材に直接保持されている態様であってもよい。あるいは、ブレードの外周部が円周方向で一体形成されたリング形状とされていてもよい。

　また、上記実施形態では、冷却ファン１１０（のリブ１１４）が保持部材であるボルト１１８を介して冷却ファン取付部材１１６に保持されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、保持部材はボルトに限られるものではない。また、冷却ファンが保持部材を介して直接的に入力軸に保持されていてもよい。

　更に、上記実施形態では、ブレード１１２とリブ１１４とが直交する形で一体とされていたが、平行でない角度を有して交差している状態であればよい。角度を有して交差する状態であればリブがブレードを補強することとなるからである。

　本発明は、熱負荷の厳しい環境・配置或いは潤滑油量の増減を含めた運転条件の下で使用される減速機やモータなどの駆動装置に適用可能である。

　２００９年１２月１０日に出願された日本国出願番号２００９－２８００８７の明細書、図面及び特許請求の範囲における開示は、その全体がこの明細書中に参照により援用されている。

　１、１００…減速機
　２、１０２…入力軸
　８、１０８…ファンフード
　１０、１１０…冷却ファン
　１２、１１２…ブレード
　１４、１１４…リブ
　１６、１１６…冷却ファン取付部材
　１０１…キー
　１０４…軸受ケーシング
　１０６…本体ケーシング
　１０８Ａ…ファンフードの内周
　１１２Ａ…内側ブレード部
　１１２Ｂ…外側ブレード部
　１１２Ｃ…ブレードの半径方向外側の形状
　１１４Ａ…リング部
　１１４Ｂ…延在部
　１１４Ｃ…先端部
　１１８、１２６…ボルト
　１２０…カップリング機構
　１２２…減速機側部材
　１２４…モータ側部材

Claims

　機構部を冷却するために回転軸に取付られる駆動装置の冷却ファンであって、
　前記回転軸の回転により該回転軸の半径方向外側に向かう空気の流れを生じさせる複数のブレードと、
　該ブレードと交差する方向に幅を有し、前記回転軸の中心に対して前記半径方向外側に向けて延在され、前記複数のブレードの１つ１つを補強し、自身の先端が前記機構部側に向けられたリブと、を備え、且つ、
　該リブの半径方向内側に前記各ブレードの少なくとも一部が存在している
　ことを特徴とする駆動装置の冷却ファン。
　請求項１において、
　更に、前記ブレードが前記リブの半径方向外側に存在している
　ことを特徴とする駆動装置の冷却ファン。
　請求項１又は２に記載の冷却ファンを備え、
　該冷却ファンは、保持部材を介して前記回転軸または回転軸と一体に回転する部材に保持されており、
　該冷却ファンの前記複数のブレードは、当該冷却ファンの前記保持部材での保持位置よりも軸方向で前記機構部側に存在している
　ことを特徴とする駆動装置の冷却ファン構造。
　請求項３において、
　前記複数のブレードの少なくとも一部が、前記回転軸を支持する軸受を収容する軸受ケーシングの外周を囲むように設けられている
　ことを特徴とする駆動装置の冷却ファン構造。
　請求項３又は４において、更に、
　前記複数のブレードの外周を覆うファンフードを備え、各ブレードの半径方向外側の形状が該ファンフードの内周形状に沿う形状とされている
　ことを特徴とする駆動装置の冷却ファン構造。