JP2001111277A - 遠心ファンとそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器内に搭載されている発熱電子部品の
箇所が変動したり、離間して複数存在していても、常
に、発熱電子部品を効率よく冷却できる電子機器の放熱
構造を提供すること。 【解決手段】 遠心ファン１のロータ２に設けられたブ
レード１ａ、１ｂ、…１ｎの周囲に、送風をガイドする
摺動自在に２個のフレーム４、５を入れ子状に組合せ、
かつ、各々がロータ２の軸方向の一方とブレード１ａ、
１ｂ、…１ｎの外周方向とにそれぞれ開口部４ａ、４
ｂ、５ａ、５ｂを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、遠心ファンと使
用状況によって搭載電子部品の発熱量が変化する遠心フ
ァンによる強制空冷構造搭載の電子機器の放熱技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器には広く半導体素子や抵抗等が
実装された実装基板が筐体内に設置されている。実装基
板に実装されている半導体素子や抵抗等は、動作時の通
電により発熱して温度が上昇すので、それらに熱的に接
続した放熱用の冷却フィン（ヒートシンク）が取付けら
れている。このヒートシンクを構造的に筐体の外の外気
に曝すか、ファンにより外気を筐体の内部に流入させて
強制冷却することにより、半導体素子や抵抗などの電子
部品の冷却を行っている。

【０００３】図５は電子機器に搭載された遠心ファンに
よる強制空冷構造の模式断面図である。図において、電
子機器の筐体３１内には抵抗等の電子部品である発熱部
品３２が実装されている回路基板３３が設けられ、その
側方には回路基板３３上の発熱部品３２を冷却するため
の遠心ファン３４が設けられている。遠心ファン３４は
送風ブレード３５ａ、３５ｂ…３５ｎが設けられたロー
タ３６の回転軸方向が吸気口としての開口部３７が形成
され、また、送風ブレード３５ａ、３５ｂ…３５ｎの外
周側に排気口としての開口部３８が形成されている。し
たがって、ロータ３６が回転すると吸気口３７から吸入
されたエアは、送風ブレード３５ａ、３５ｂ…３５ｎの
外周側の排気口３８から排気され、ブレード３５ａ、３
５ｂ…３５ｎの外周側の側方の位置に設けられている回
路基板３３上に実装された発熱部品３２に送風され、そ
れにより発熱部品３２を冷却する。

【０００４】なお、遠心ファン３４のステータ（不図
示）はアルミダイキャスト材のフレーム３９に固定され
ており、またフレーム３９には吸気口３７と排気口３８
の位置にそれぞれ開口４０、４１が施されている。ま
た、フレーム３９の開口４１は遠心ファン３４が送風す
る特定方向の内、主として最も高温となる発熱部品３２
の方向へ送風できるようにし、かつ、遠心ファン３４の
風も整流する。また、発熱部品３２が遠心ファン３４の
送風だけでは冷却効果が小さいときは、発熱部品３２に
伝熱材を介してヒートシシク（不図示）を取り付け発熱
部品３２の冷却効率を向上させている。

【０００５】なお、電力用半導体回路ユニットを遠心フ
ァンを用いて冷却する技術は、特開昭６４−１３７５１
号公報に開示されている。また、送風に遠心ファンをの
代りにシロッコファン（ラインフローファン）を用いて
電子機器ユニットを冷却する技術は特開平２−５８９０
０号公報に開示されている。

【０００６】また、冷却用のフィンに遠心ファンが一体
に組み合わせた技術は特開平９−１７２１１３号公報に
開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような電子機器の冷却方式では、ファンからの送風方向
が固定されているため、冷却対象箇所が１箇所に固定さ
れている場合には、特定の発熱部品に送風することによ
り有効な冷却効果が得られるが、冷却対象箇所が変動し
たり、複数箇所に離間して存在する発熱部品を、同時に
冷却する必要がある場合には、十分に有効な冷却効果が
得られない。

【０００８】例えば、ノートパソコンはその使用状況に
より、筐体内に搭載されている個々の電子部品の発熱量
が変動する。そのため、発熱部品の温度分布が変化し、
特定の発熱部品以外の他部品が高温になった場合、送風
方向を変更できないため、その高温部品の冷却が不十分
となり、パソコンの筐体内も所定の温度まで冷却するこ
とができず、誤作動の原因になる恐れがある。

【０００９】なお、複数箇所を同時に冷却するために
は、上記のようにファンの送風方向を変化させることが
出来ない場合、全体の送風量を大きくするためにファン
の送風量を増大させることが考えられるが、ファンの送
風量の増大は、ファンのローターの回転数を増大させる
ことになり、それによる騒音間題を引き起こして好まし
くない。

【００１０】なお、特開昭６４−１３７５１号公報、特
開平２−５８９００号公報および特開平９−１７２１１
３号公報に開示されている各技術はいずれも、ファンの
送風方向が固定されている点に関して同様であり、上記
の不具合点は全く解消されていない。

【００１１】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、電子機器内に搭載されている発熱電子部品の
箇所が変動したり、離間して複数存在していても、常
に、発熱電子部品を効率よく冷却できる電子機器の放熱
構造を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、回転軸を中心として回転可能に設けられた
複数枚のブレードを有するロータと、前記ブレードの外
側に沿って形成され、かつ、前記ロータの回転により生
じるエアの流動を案内するフレームを具備した遠心ファ
ンにおいて、前記フレームは、前記回転軸を中心として
回動する２個のフレームが入れ子状に組合され、かつ、
各々が前記ロータの軸方向の少なくとも一方および前記
ブレードの外周方向に少なくともひとつの開口部を有し
ていることを特徴とする遠心ファンである。

【００１３】また請求項２の発明による手段によれば、
前記フレームの少なくとも一方は、駆動手段により前記
ロータの回転軸中心を中心として回動されることを特徴
とする遠心ファンである。

【００１４】また請求項３の発明による手段によれば、
前記駆動手段による前記フレームの回動運動は、反転運
動であることを特徴とする遠心ファンである。

【００１５】また請求項４の発明による手段によれば、
前記駆動手段は、前記フレームの外周面に接する摩擦デ
ィスクであることを特徴とする上記の遠心ファンであ
る。

【００１６】また請求項５の発明による手段によれば、
機器内に設置され、外周部に複数枚の送風ブレードが設
けられたロータの回転によりフレームに設けられた吸入
口から外部のエアを吸入しエアを前記フレームによって
案内して前記フレームの排気口から発熱源に送風し、こ
の発熱源を冷却する電子機器において、前記フレームの
排気口は、開口面積が可変であり、かつ、送風方向が可
変であることを特徴とする電子機器である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１８】図１は本発明の冷却用の遠心ファンユニッ
トの模式断面側面図である。また、図２は遠心ファン要
部の斜視図である。

【００１９】遠心ファン１を構成する外周に複数枚のブ
レード１ａ１ｂ…１ｎが設けられたロータ２の内側に回
転自在に係合しているステータ３は、横断面がロ字状の
外フレーム４に固定されている。この外フレーム４の内
側には内フレーム５が摺動自在に入れ子状に設けられて
いる。なお、外フレーム４と内フレーム５の摺動状態は
微小ギャップによる面接触でもよいが、外フレーム４か
内フレーム５かいずれかの接触面側にリブ（不図示）を
もうけて線接触にしたり、エンボス状にして点接触の集
合体にしてもよい。また、外フレーム４は基板に軸受構
造により回転自在に保持されている。

【００２０】外フレーム４と内フレーム５のそれぞれの
底板と側板には、各々開口部４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂが
設けられている。底板に設けられた開口部４ａ、５ａは
遠心ファン１の吸気口であり、側板に設けらた開口部４
ｂ、５ｂは遠心ファン１の排気口である。さらに、外フ
レーム４と内フレーム５とのそれぞれの側板の開口部４
ｂ、５ｂが設けられていない所定の箇所には、各々摩擦
ディスクＡ、Ｂ７、８が外周面に係合している。この摩
擦ディスクＡ、Ｂ７、８はそれぞれ基板９に固定された
モータＡ、Ｂ１１、１２の回転軸に固定されている。な
お、摩擦ディスクＢが内フレーム５に接触する箇所の外
フレーム４には、摩擦ディスクＢの板厚より幅の広いス
リットが円周方向に所定角度形成されている。なお、摩
擦ディスクＡ、Ｂ７、８はが各フレーム４、５との接触
面になる外周面がウレタンゴム製で、表面には摩擦によ
る伝達力を向上させるために厚み方向にローレット状の
溝が刻設されている。もちろん、ウレタンゴム製以外の
材質、例えば、Ａｌ等を用いてもよい。

【００２１】したがって、モータＢ１２の回転に伴い摩
擦ディスクＢ８により内フレーム５は外フレーム４に摺
動して回動する。内フレーム５にも外フレーム４の開口
部４ａ、４ｂと対応した位置の底板と側板に各々開口部
５ａ、５ｂが設けられているので、内フレーム５の回動
は外フレーム４の側板に設けられた開口部４ｂである排
気口の開孔面積を調整する絞りの役割を果たしている。

【００２２】図３（ａ）および（ｂ）は開口部の開孔面
積の調整の説明図で、図３（ａ）は開口部４ｂ、５ｂの
開孔面積が全開の場合で、遠心ファン１の外周側に設け
られた外フレーム４と内フレーム５のそれぞれの排気口
を形成する開口部４ｂ、５ｂの位置は一致している。図
４（ｂ）は開口部４ｂ、５ｂの開孔面積を調整した場合
で、内フレーム５を所定量だけ回動させることにより、
外フレーム４と内フレーム５の相互の排気口の開口部４
ｂ、５ｂの位置にずれが生じて、排気口の開口面積が調
整される。それにより、調整された排気口（開口部）か
ら遠心ファン１で送風されるエアは絞り込まれる。その
結果、排気口から送風するエアの風速が増大するので、
狭い範囲の特定の部品に対して局部的な冷却が可能とな
る。

【００２３】これらの構成により、遠心ファン１のが所
定回転数（例えば、５０００ｒｐｍ程度）で回転する
と、吸気口から遠心ファン１内に吸気されたエアは整流
されて、吸気口と直角方向に設けられた排気口へ導かれ
て、排気口から送風される。通常、この排気口からの送
風方向に電子部品等の発熱体やヒートシンク等の被冷却
体が配置されているので、それらは送風されたエアによ
り冷却される。

【００２４】また、外フレーム４と内フレーム５とをそ
れぞれモータＡ、Ｂ１１、１２の回転によって摩擦ディ
スクＡ、Ｂ７、８により同一方向に同角度ずつ回転させ
れば、それに伴って開口部（排気口）４ｂ、５ｂの位置
を変更することができるので、排気口からの送風方向を
変えることができる。なお、外フレーム４と内フレーム
５を双方回転させ、かつ、回転角度をずらせれば排気口
の方向を変え、しかも、排気口の開口面積を変えること
ができる。

【００２５】次に、発熱源が変化する場合や複数個存在
する場合の冷却について説明する。例えば、パソコンの
ように使用状態に伴って発熱源が変化する。一例を挙げ
れば、パソコンでは、文字等のテキスト処理の場合と、
グラフィック処理の場合では主たる発熱源が異なる。テ
キスト処理の場合は主としてＣＰＵが発熱源になるが、
グラフィック処理の場合はグラフィック処理専用の半導
体素子であるＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃ Ａ
ｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）が主たる発熱源になる。なお、
このＣＰＵとＶＧＡは回路基板上に離間して実装されて
いる。

【００２６】このように、電気機器内に被冷却体が複数
箇所に点在している場合には、固定的に１箇所のみを冷
却してもパソコン筐体内の全域への冷却効果が上がらな
い場合が生ずることがある。

【００２７】この場合、図１に示したモターＡ１１とモ
ータＢ１２とを同期して反転運動を繰返せば、それに伴
い摩擦ディスクＡ、Ｂ７、８も同様に反転運動を行うの
で、それにより外フレーム４と内フレーム５の開口部４
ｂ、５ｂが同期して任意の角度を間欠的に往復移動させ
て首振り運動させることができ、それにより複数箇所の
発熱源の冷却を並行して確実に行うことができる。

【００２８】図４（ａ）および（ｂ）は、ノートパソコ
ンの筐体内に搭載された回路基板に半導体装置を実装し
た際の冷却構造の説明図である。筐体１５内に収納され
た回路基板１６には発熱源の半導体装置が離間して２個
実装されている。半導体装置はＣＰＵ１７とＶＧＡ１８
である。また、回路基板１６上で、２個の半導体装置に
所定角度の移動で送風できる位置に遠心ファン１が設け
られている。この遠心ファン１は上述のように外フレー
ム４と内フレーム５が共に回動自在に組合されているの
で、両フレーム４、５の回動に伴って開口部４ｂ、５ｂ
である排気口の向きと、開口部４ｂ、５ｂの開口量を調
整することができる。また、筐体１５の底板で遠心ファ
ン１の吸気口に対面する位置には吸気口（不図示）が設
けられている。

【００２９】文字情報を主体としたテキスト情報の処理
の場合は、ＣＰＵ１７の発熱が大きくなる。そのため、
図４（ａ）に示すように遠心ファン１の外フレーム４と
内フレーム５との双方の開口部４ｂ、５ｂを、ＣＰＵ１
７の方向にに合せて固定し、遠心ファン１からの送風を
行いＣＰＵ１７を冷却する。また、画像情報の処理の際
には、主たる発熱源はＶＧＡ１８になるので、図４
（ｂ）に示すように遠心ファン１の外フレーム４と内フ
レーム５との双方の開口部４ｂ、５ｂを、ＶＧＡ１８の
方向にに合せて固定し、遠心ファン１からの送風を行い
ＶＧＡ１８を冷却する。これらの冷却方向の切換えは、
通常、半導体装置に設けられたサーミスタ（不図示）で
温度をそれぞれ計測し、その結果にもとづいて制御部
（不図示）で切換えている。

【００３０】なお、テキスト情報の処理と画像情報の処
理とが混在して、ＣＰＵ１７およびＶＧＡ１８が共に同
程度に発熱する場合は、外フレーム４と内フレーム５と
を同期させて回動させる首振り運動で、ＣＰＵ１７とＶ
ＧＡ１８を並行して冷却することにより筐体１５内の冷
却を行うことができる。

【００３１】また、より局部的に冷却する場合は、外フ
レーム４と内フレーム５の回動量を変化させて排気口の
開口面積を調整することにより行うことができる。

【００３２】以上に述べたように本発明によれば、遠心
ファンを用いた電子機器の冷却機構で、遠心ファンの送
風を整流する機能をもつ円弧状のフレームを複数個設置
し、またこのフレームをロータ中心に同方向へ回動させ
ることにより、排気口位置を変え送風方向を任意に設定
することができる。

【００３３】また、電子機器に搭載される複数の発熱電
子部品にサーミスタを取り付け部品温度をモニタリング
することで、高温となった電子部品の方向へ遠心ファン
の排気口の向きを傾け、送風することで発熱部品を確実
に冷却することができる。

【００３４】また、回路基板に実装されている複数の高
温発熱部品の位置が離間しているときは、それぞれの電
子部品に均等に送風できるように遠心ファンの送風方向
を周期的に変更させることで、良好な冷却効果を得るこ
とができる。

【００３５】また、ある特定の発熱部品の温度が著しく
上昇した場合は、遠心ファンの円弧状のフレームを遠心
ファンのロータ２中心にそれぞれ逆方向に回転させるこ
とで排気口の開口面積をしぼり、特定の電子部品への送
風の風速を上昇させ、冷却効率を上げることができる。
すなわち、遠心ファンから送風される風量が一定の場
合、排気口面積を減少させることで風速が上昇する。電
子部品の表面に流れるエアの速度が上昇すれば、電子部
品の発熱がエアへ伝わる対流熱伝達量が増大し、冷却効
率が向上するため、この方法は冷却が効果的である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、電子機器内に搭載され
ている発熱電子部品の箇所が変動したり、離間して複数
存在していても、常に、発熱電子部品を効率よく冷却で
き、また、それにより電子機器の筐体内を所定温度内に
冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却用の遠心ファンユニットの模式断
面側面図。

【図２】本発明の遠心ファン要部の斜視図。

【図３】（ａ）および（ｂ）は開口部の開孔面積の調整
の説明図。

【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態の
冷却構造の動作の説明図。

【図５】従来の冷却構造の模式説明図。

【符号の説明】

１…遠心ファン、１ａ、１ｂ、…１ｎ…ブレード、２…
ロータ、４…外フレーム、４ａ、４ｂ…開口部、５…内
フレーム、５ａ、５ｂ…開口部、７…摩擦ディスクＡ、
８…摩擦ディスクＢ、１５…筐体、１６…回路基板、１
７…ＣＰＵ、１８…ＶＧＡ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E322 AB10 AB11 BA02 BA04 BB03 BB04 5F036 AA01 BA04 BA24 BB35 BB37 BF01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を中心として回転可能に設けられ
   た複数枚のブレードを有するロータと、前記ブレードの
   外側に沿って形成され、かつ、前記ロータの回転により
   生じるエアの流動を案内するフレームを具備した遠心フ
   ァンにおいて、前記フレームは、前記回転軸を中心とし
   て回動する２個のフレームが入れ子状に組合され、か
   つ、各々が前記ロータの軸方向の少なくとも一方および
   前記ブレードの外周方向に少なくともひとつの開口部を
   有していることを特徴とする遠心ファン。
2. 【請求項２】 前記フレームの少なくとも一方は、駆動
   手段により前記ロータの回転軸中心を中心として回動さ
   れることを特徴とする請求項１記載の遠心ファン。
3. 【請求項３】 前記駆動手段による前記フレームの回動
   運動は、反転運動であることを特徴とする請求項１記載
   の遠心ファン。
4. 【請求項４】 前記駆動手段は、前記フレームの外周面
   に接する摩擦ディスクであることを特徴とする請求項２
   または３記載の遠心ファン。
5. 【請求項５】 機器内に設置され、外周部に複数枚の送
   風ブレードが設けられたロータの回転によりフレームに
   設けられた吸入口から外部のエアを吸入しエアを前記フ
   レームによって案内して前記フレームの排気口から発熱
   源に送風し、この発熱源を冷却する電子機器において、 前記フレームの排気口は、開口面積が可変であり、か
   つ、送風方向が可変であることを特徴とする電子機器。