JP2000257597A - ファンの増圧気流案内装置 - Google Patents

ファンの増圧気流案内装置

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JP2000257597A JP11282356A JP28235699A JP2000257597A JP 2000257597 A JP2000257597 A JP 2000257597A JP 11282356 A JP11282356 A JP 11282356A JP 28235699 A JP28235699 A JP 28235699A JP 2000257597 A JP2000257597 A JP 2000257597A
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Junsei Cho
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Taida Electronic Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の欠点に対して継続的な改良をなし、リ
ブにより生ずるウィンデージを最大限に低下できるよう
に気流の接線速度成分の案内に工夫をこらし、効率よく
案内運用することによりファンにより出力された風圧を
増強する、ファンの増圧気流案内装置を提供する。 【解決手段】 可動ブレードを支持し、可動ブレードの
回転時に生じる風圧を増加させるファンの増圧気流案内
装置は、外枠３０１と、可動ブレードを支持する支持部
３０４と、外枠３０１と支持部３０４との間に接続され
ることにより可動ブレードの回転時に生じる風圧を増加
させる気流案内部２０２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はファンの増圧気流案
内装置に関し、特にコンピュータの放熱に使用されるフ
ァンのファンフレームの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ＰＣ（Personal Computer）マー
ケットに出回っている放熱ファンとしては、軸流式ファ
ン、遠心式ファン、横流（クロスフロー）式ファンの３
種類があり、中でも軸流式ファンがよく用いられてい
る。軸流式ファンは比速度（比較回転度）Ｎｓ＞３の場
合に適用され、遠心式ファンはＮｓ＜３の条件下で使用
されることに適している。通常の場合、Ｎｓ値が小さい
ほど、システムのウィンデージ（インピーダンス）が大
きいことを表わしており、軸流式ファンにあっては、モ
ータ等の駆動源の大型化や高速回転に起因する問題など
が生じるために、実際の用途における放熱効率の要求に
応えるべく設計することが困難である。一方、遠心式フ
ァンは十分な風圧を有してはいるが、コンピュータ等に
使用される小型のファンの場合には、十分な風量を提供
することが困難である。
【０００３】したがって、本願発明者は、転じてファン
のファンフレームに着目して改善の余地をさがし求めて
きた。
【０００４】従来からコンピュータの放熱ファンにおい
て、そのファンフレームの構造はリブと通称される棒状
の支持体により支持されているが、このリブによるファ
ンの風圧に対する影響を詳細に分析して観察したとこ
ろ、リブがウィンデージを生じさせることを見い出し
た。すなわち、ファンが回転すると空気に作用して気流
が発生し、この気流がリブの回りを流れると妨害されて
空気コックを形成するので、風圧のロスを招来してファ
ンの効能が低下するということを本願発明者は見い出し
た。
【０００５】図１０は従来の放熱ファンを示す図であ
り、図１１は従来の放熱ファンにおけるファンフレーム
のリブ１０２とファンブレード１０１との横断面見取り
図である。ここでファンが回転する時に生じる気流の軸
方向速度成分Ｖａ及び接線方向速度成分Ｖｒについて考
えると、そのうちの接線方向速度成分Ｖｒの変化により
風の受け側Ｂの圧力が風の送り側Ａの圧力Ｐ0からＰ1に
変化するが、この風圧の変化量すなわち△Ｐ＝Ｐ1−Ｐ0
が大きい程、ファンのウィンデージがより大きいことを
表わし、放熱効果がそれに比例してよくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ファンにおける風受け側のリブは、風の吹き出し時に渦
巻１０３を発生させ、風受け側に対して特定のウィンデ
ージ（風圧のロス）を引き起こすことから、風圧の変化
量という観点から見れば大きな損失となり、効率が向上
できないばかりでなく、ファンの放熱能力が低下してし
まうという問題点があった。
【０００７】また、機能的な観点から見れば、製品性能
の向上に寄与し、ユーザの応用により役立たさせるため
に設計者としてより良い構造を設計して効果的に運用に
供されるべく任務が課されている。したがって、いかに
リブにより生じたウィンデージを減少または除去する
か、およびいかに気流の接線速度成分を利用して風圧を
増強させるかが、吾人の着眼点であり、アプローチであ
る。
【０００８】したがって本発明の目的とするところは、
上記従来の欠点に対して継続的な改良をなし、リブによ
り生ずるウィンデージを最大限に低下できるように気流
の接線速度成分の導出に対して工夫をこらし、効率よく
気流を案内運用することによりファンにより出力された
風圧を増強するためのファンの増圧気流案内装置を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のファンの増圧気
流案内装置は、可動ブレードを支持し該可動ブレードの
回転時に生じる風圧を増加させる増圧気流案内装置であ
って、外枠と、前記可動ブレードを支持する支持部と、
前記外枠と前記支持部との間に接続されることにより前
記可動ブレードの回転時に生じる風圧を増加させる気流
案内部とを備え、これにより上記目的を達成する。
【００１０】前記外枠は前記ファンの増圧気流案内装置
の最も外側に位置することにより前記気流案内部を支持
し、該気流案内部は形状が前記可動ブレードに類似した
複数の固定ブレードにより構成され、その断面を伏して
見ると前記気流案内部と前記可動ブレードとは軸線方向
に並んだ状態において「八」字形をなし、これにより前
記可動ブレードにより生じる風圧を増加させるように構
成されていてもよい。
【００１１】前記支持部は、前記ファンの増圧気流案内
装置の中心箇所に位置して前記可動ブレードを支持し、
前記支持部は、前記可動ブレードを回転させて該可動ブ
レードによる風圧を生じさせるためのモータを支持する
凹溝を有し、該モータの回転に応じて前記可動ブレード
が空気に作用して仕事をし、気流が前記気流案内部を流
れると、該気流案内部の接線方向に気流の接線速度成分
が増加され、気流が相互に干渉して風圧の損失となるの
を回避することで前記可動ブレードの効率を向上させる
構造であってもよい。
【００１２】前記外枠は、放熱効果を向上させるための
金属製外枠、又はプラスチック製外枠であってよい。
【００１３】前記気流案内部は、第１層の固定ブレード
及び第２層の固定ブレードを備え、該第１層の固定ブレ
ードと第２層の固定ブレードとの間に前記可動ブレード
が設けられる構造を有するか、或いは、前記可動ブレー
ドは、第１層の可動ブレードと第２層の可動ブレードと
を備え、この第１層の可動ブレードと第２層の可動ブレ
ードとの間に、前記気流案内部が設けられる構造を有す
るかし、該気流案内部はそのものは固定ブレードである
ように構成されていてもよい。
【００１４】前記可動ブレードと前記気流案内部とは単
層対多層の形式に形成され、そのうち、前記気流案内部
は多層の固定ブレードであり、又は、前記可動ブレード
と前記気流案内部とは多層対単層の形式に形成され、そ
のうち、前記気流案内部は単層の固定ブレードであるよ
うに構成されていてもよい。
【００１５】前記ファンの増圧気流案内装置は一単体又
は組立体に製作されていてもよい。
【００１６】或いは、外枠と、支持部と、該支持部に設
けられてその上部で回転可能にされた可動ブレードとを
備えてなるファンの増圧気流案内装置であって、前記外
枠と前記支持部との間には、前記可動ブレードが前記支
持部上で回転している時に風圧を増加させるための固定
ブレードが設けられている構造を有していてもよい前記
固定ブレードは形状において前記可動ブレードに類似し
ており、その断面を伏して見ると前記気流案内部と前記
可動ブレードとは風圧を向上させるために軸線方向に並
んだ状態において「八」字形に形成されており、前記可
動ブレードが回転し空気に対して仕事することに応じて
気流が前記固定ブレードを流れると、この固定ブレード
の接線方向に前記気流の接線速度成分が増加され、気流
が相互に干渉して風圧の損失となるのを回避することで
前記可動ブレードの効率を向上させるような構成であっ
てもよい。
【００１７】前記固定ブレードは第１層の固定ブレード
と第２層の固定ブレードとを備え、該第１層の固定ブレ
ードと第２層の固定ブレードとの間には前記可動ブレー
ドが設けられた構造を有するか、或いは、前記可動ブレ
ードは、第１層の可動ブレードと第２層の可動ブレード
とを備え、該第１層の可動ブレードと第２層の可動ブレ
ードとの間には前記固定ブレードが設けられている構造
を有するように構成されていても良い。
【００１８】前記可動ブレードと前記固定ブレードとは
単層対多層の形式、又は多層対単層の形式に形成されて
いてもよい。
【００１９】前記ファンの増圧気流案内装置は一単体又
は組立体に製作されていてもよい。
【００２０】前記気流案内部は前記可動ブレードに近似
した形状を有する固定ブレードであり、その断面を伏し
て見れば該気流案内部と該固定ブレードとは軸線方向に
並んだ状態において「Ｓ」字形に近似しており、該固定
ブレードの強度を補強するために固定ブレードに１ない
し複数のリングを有する構造であってもよい。
【００２１】以下、本発明の作用を説明する。
【００２２】上記本発明に係るファンの増圧気流案内装
置は、外枠と、可動ブレードを支持して回転を行わせる
支持部と、前記外枠と前記支持部との間に接続されるこ
とにより前記可動ブレードの回転時に生じる該可動ブレ
ードによる風圧を増加させる気流案内部とを備えている
ので、ファンのリブにより生じるウィンデージが最低に
なるように低下させることができ、かつ、気流の接線速
度成分を導出して出力の風圧を増加させることで、ファ
ンモータの放熱効能を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。
【００２４】図１は本願発明における放熱ファンの好適
な実施例を示す。図１において、放熱ファンは、外枠３
０１、気流案内部２０２、ファンブレード２０１（図２
に図示）、及び支持部３０４を備える。この支持部３０
４は可動ブレードのファンブレード２０１及びその内部
に駆動装置として内設されたモータ４０１（図２に図
示）を支持し、可動ブレードを支持部３０４上で回転さ
せるようにしている。気流案内部２０２は外枠３０１と
支持部３０４との間に接続され、該可動ブレードの回転
時、それでの風圧を増強させる役目を果たす。
【００２５】図２は本願発明における放熱ファンの分解
図である。図２において、支持部３０４はファンの増圧
気流案内装置の中心箇所に位置され、その形状は駆動装
置を組み込めるように凹溝を有して形成されている。本
実施例では、モータ４０１を駆動装置とし、ファンブレ
ード２０１をモータ４０１上に組立てることによりファ
ンブレード２０１がモータ４０１の回転に連動されて回
転し、これにより風圧を生じさせる。
【００２６】支持部３０４の外周には複数の固定ブレー
ドから構成される気流案内部２０２が放射状に分布して
接続されており、これによりファンブレード２０１が生
じさせた気流を導出して該気流の風圧を増強させる。該
気流案内部２０２の固定ブレードの形状はファンブレー
ド２０１の形状に類似している。
【００２７】上記駆動装置のモータ４０１とファンブレ
ード２０１とにより可動ブレードが構成される。
【００２８】なお、図３は本願発明における放熱ファン
のファンフレームの断面を伏して見た伏視図であり、フ
ァンの軸方向に沿う切断端面図である。図３において２
０２はその横断面を伏して見た気流案内部であり、また
２０１はその横断面を伏して見たファンブレードであ
る。図から分かるように気流案内部２０２とファンブレ
ード２０１とは軸線方向に並んだ状態において「八」字
形に設計された位置関係にあり、これより可動ブレード
によって生じる風圧を増強させる効果が奏される。換言
すれば、ファンブレード２０１の回転により生じた気流
から分かれた分圧ベクトルＶａ及びＶｒのうち、軸方向
速度成分（図において垂直方向の分圧ベクトル）Ｖａが
完全に転送されるばかりでなく、接線速度成分（図にお
いて水平方向の分圧ベクトル）Ｖｒも気流案内部２０２
の設計により流れの方向が所定の方向に改変され、気流
案内部２０２の案内により出力される。そして出力され
た風圧は、これにより大幅に増加される。
【００２９】上述のように、軸流式ファンは比速度（Ｎ
ｓ）＞３の場合に適用されるが、この比速度Ｎｓは次の
式で表される。
【数１】 式中、ｎは回転速度（秒-1）、Ｑは風量（ｍ3／秒）、
Ｐｔは全圧（Ｐａ）、Ｐｓ（Ｐａ）は静圧、Ｐｖ（Ｐ
ａ）は動圧である。
【００３０】また、ベルヌーイの定理（Bernoulli's th
eorem）から、ｐ＋1/2ρＶ2＝constの関係によれば、流
速が減少すると圧力が向上するので、ファンブレードが
回転して空気に対して仕事をする時、可動ブレードによ
り吹き出された気流は軸方向速度Ｖａ（軸方向成分）の
他に、なおファンブレードに連動して働く接線速度Ｖｒ
（接線方向成分）がある。これが従来の場合では、接線
方向の成分は気流の流れロスにより徐々に相殺されるの
に対し、本願発明では可動ブレードが低Ｎｓの場合でも
使用できるように、ファンフレーム上に取り付けられた
気流案内部２０２の固定ブレードの設計を利用して、気
流の接線速度成分Ｖｒを静圧（Ｐｓ）に変換させること
により可動ブレードの効率を向上させている。このよう
にすれば、Ｎｓが小さい時でも、静圧（Ｐｓ）の増加に
より全圧（Ｐｔ）を向上させることができる。
【００３１】次に、図４は４０００ＲＰＭテストの結果
を示す曲線図であり、そのテストは温度が室温、湿度が
６５％ＲＨの条件下で行われたものである。図から分か
るように、同一の気流下において本発明のファンの増圧
気流案内装置は従来のものよりもより大きな風圧を提供
することができる。
【００３２】なお、本発明に係るファンの増圧気流案内
装置において、可動ブレードと固定ブレードとの組み合
わせは、単層対単層に限定されず、多層可動ブレード対
多層固定ブレード、単層固定ブレード対多層可動ブレー
ド又は多層固定ブレード対単層固定ブレードに設計変更
することも可能である。図５（ａ）〜（ｃ）に３種類の
多層式に増圧されたファンフレームの構造例が示されて
いる。その内、図５（ａ）では固定ブレード７２が２つ
の可動ブレード７１の間に設計されている例が示され、
図５（ｂ）では可動ブレード７１が２つの固定ブレード
７２の間に設計されている例が示され、そして図５
（ｃ）では可動ブレード７１および固定ブレード７２が
２層ずつ交互に重畳している例が示されている。当然な
がら、図５（ａ）〜（ｃ）に示すこの３例は、本発明の
理解のために挙げたものに過ぎず、これらの形態に限定
されず、種々の組み合わせとすることが出来る。
【００３３】図６は図５（ａ）の立体斜視図である。な
お、組立においては、本発明のファンの増圧気流案内装
置は同一構造で一体にした単体に製作してもよく、又は
複数の部材を組立てて形成してもよい。図７は複数個の
単体９１を連結して一単体に組立てた例を示す。
【００３４】なお、従来のファンのリブを備えたファン
フレームを外して、代わりに本発明の固定ブレードを備
えたファンフレームを装備することにより、風圧の増圧
効果を達成することができる。
【００３５】上記ファンフレームは通用のプラスチック
製の他、金属製品を選択して使用することができる。そ
して気流案内部の設計によりファンモータの放熱効率を
向上させ、理想的なファンの設計に貢献することが出来
る。
【００３６】言うまでもなく、本発明における気流案内
部の形状は、図示したような固定ブレードで構成される
ことに限定されず、上記のような気流の接線速度成分を
導出するものであればよく、形状の如何を問わない。固
定ブレードと可動ブレードとの配置も図３の「八」字形
に限定されず、固定ブレードを前に置き、可動ブレード
を後に置いてもよい。また、断面形状が「Ｓ」字形に近
似するように固定ブレードと可動ブレードとを配置して
もよく、例えば、図８に示すようにすることができる。
また、固定ブレードの強度を補強するために、図９に示
すように固定ブレード上にさらに１個ないし複数個のリ
ング１１１を設けてもよい。
【００３７】
【発明の効果】上述のように、本発明のファンの増圧気
流案内装置は気流案内部を加設したことにより、渦巻ロ
スを低減又は除去することができると共に、接線速度を
導出することにより出力された風圧を向上させることが
できる。これにより放熱の効能が改善されるので産業上
の利用可能性が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本願発明に係る放熱ファンの好適な実
施例を示す斜視図である。
【図２】 図２は本願発明に係る放熱ファンの分解斜視
図である。
【図３】 図３は本願発明に係る放熱ファンのファンフ
レームの断面を伏して見た伏視図である。
【図４】 図４は４０００ＲＰＭテストの結果を示すグ
ラフである。
【図５】 図５は本願発明の３種類の多層式放熱ファン
のファンフレームの横断面伏視図である。
【図６】 図６は図５の立体図である。
【図７】 図７は本願発明の複数個の単体を連結して組
立てた場合の立体図である。
【図８】 図８は本願発明の別の実施形態による固定ブ
レードと可動ブレードとの位置を示す図である。
【図９】 図９は本願発明の固定ブレード上に複数のリ
ングを加えた場合の斜視図である。
【図１０】 図１０は従来の放熱ファンを示す斜視図で
ある。
【図１１】 図１１は従来の放熱ファンにおけるファン
フレームのリブとファンブレードとの横断見取り図であ
る。
【符号の説明】
７１ 可動ブレード ７２ 固定ブレード ２０１ ファンブレード ２０２ 気流案内部 ３０１ 外枠 ３０４ 支持部 ４０１ モータ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可動ブレードを支持し、該可動ブレード
    の回転時に生じる風圧を増加させるファンの増圧気流案
    内装置であって、 外枠と、 前記可動ブレードを支持する支持部と、 前記外枠と前記支持部との間に接続されることにより前
    記可動ブレードの回転時に生じる風圧を増加させる気流
    案内部と、を備えてなることを特徴とするファンの増圧
    気流案内装置。
  2. 【請求項２】 前記外枠は前記ファンの増圧気流案内装
    置の最も外側に位置することにより前記気流案内部を支
    持し、 該気流案内部は形状が前記可動ブレードに類似した複数
    の固定ブレードにより構成され、その断面を伏して見る
    と前記気流案内部と前記可動ブレードとは軸線方向に並
    んだ状態において「八」字形をなし、これにより前記可
    動ブレードにより生じる風圧を増加させることを特徴と
    した請求項１に記載のファンの増圧気流案内装置。
  3. 【請求項３】 前記支持部は、前記ファンの増圧気流案
    内装置の中心箇所に位置して前記可動ブレードを支持
    し、 前記支持部は、前記可動ブレードを回転させて該可動ブ
    レードによる風圧を生じさせるためのモータを支持する
    凹溝を有し、 該モータの回転に応じて前記可動ブレードが空気に作用
    して仕事をし、気流が前記気流案内部を流れると、該気
    流案内部の接線方向に気流の接線速度成分が増加され、
    気流が相互に干渉して風圧の損失となるのを回避するこ
    とで前記可動ブレードの効率を向上させることを特徴と
    した請求項１に記載のファンの増圧気流案内装置。
  4. 【請求項４】 前記外枠は、放熱効果を向上させるため
    の金属製外枠、又はプラスチック製外枠であることを特
    徴とした請求項１に記載のファンの増圧気流案内装置。
  5. 【請求項５】 前記気流案内部は、第１層の固定ブレー
    ド及び第２層の固定ブレードを備え、該第１層の固定ブ
    レードと第２層の固定ブレードとの間に前記可動ブレー
    ドが設けられる構造を有するか、或いは、 前記可動ブレードは、第１層の可動ブレードと第２層の
    可動ブレードとを備え、この第１層の可動ブレードと第
    ２層の可動ブレードとの間に、前記気流案内部が設けら
    れる構造を有するかし、該気流案内部はそのものは固定
    ブレードであることを特徴とした請求項１に記載のファ
    ンの増圧気流案内装置。
  6. 【請求項６】 前記可動ブレードと前記気流案内部とは
    単層対多層の形式に形成され、そのうち、前記気流案内
    部は多層の固定ブレードであり、又は、 前記可動ブレードと前記気流案内部とは多層対単層の形
    式に形成され、そのうち、前記気流案内部は単層の固定
    ブレードであることを特徴とした請求項１に記載のファ
    ンの増圧気流案内装置。
  7. 【請求項７】 前記ファンの増圧気流案内装置は一単体
    又は組立体に製作されていることを特徴とした請求項１
    に記載のファンの増圧気流案内装置。
  8. 【請求項８】 外枠と、支持部と、該支持部に設けられ
    てその上部で回転可能にされた可動ブレードと、を備え
    てなるファンの増圧気流案内装置であって、 前記外枠と前記支持部との間には、前記可動ブレードが
    前記支持部上で回転している時に風圧を増加させるため
    の固定ブレードが設けられていることを特徴とした請求
    項１に記載のファンの増圧気流案内装置。
  9. 【請求項９】 前記固定ブレードは形状において前記可
    動ブレードに類似しており、その断面を伏して見ると前
    記固定ブレードと前記可動ブレードとは風圧を向上させ
    るために軸線方向に並んだ状態において「八」字形に形
    成されており、 前記可動ブレードが回転し空気に対して仕事することに
    応じて気流が前記固定ブレードを流れると、この固定ブ
    レードの接線方向に前記気流の接線速度成分が増加さ
    れ、気流が相互に干渉して風圧の損失となるのを回避す
    ることで前記可動ブレードの効率を向上させることを特
    徴とした請求項８に記載のファンの増圧気流案内装置。
  10. 【請求項１０】 前記固定ブレードは第１層の固定ブレ
    ードと第２層の固定ブレードとを備え、該第１層の固定
    ブレードと第２層の固定ブレードとの間には前記可動ブ
    レードが設けられた構造を有するか、或いは前記可動ブ
    レードは、第１層の可動ブレードと第２層の可動ブレー
    ドとを備え、該第１層の可動ブレードと第２層の可動ブ
    レードとの間には前記固定ブレードが設けられている構
    造を有することを特徴とした請求項８に記載のファンの
    増圧気流案内装置。
  11. 【請求項１１】 前記可動ブレードと前記固定ブレード
    とは単層対多層の形式、又は多層対単層の形式に形成さ
    れていることを特徴とした請求項８に記載のファンの増
    圧気流案内装置。
  12. 【請求項１２】 前記ファンの増圧気流案内装置は一単
    体又は組立体に製作されていることを特徴とした請求項
    ８に記載のファンの増圧気流案内装置。
  13. 【請求項１３】 前記気流案内部は前記可動ブレードに
    近似した形状を有する固定ブレードであり、その断面を
    伏して見れば該固定ブレードと可動ブレードとは軸線方
    向に並んだ状態において「Ｓ」字形に近似しており、該
    固定ブレードの強度を補強するために固定ブレードに１
    ないし複数のリングを有する請求項１に記載のファンの
    増圧気流案内装置。
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