JP2006170090A - 送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ファンの振動に起因する外郭の共振を防ぎつつ、風量の低下を極力防ぐことが可能な送風装置を提供する。
【解決手段】 羽根16とロータ14との結合部52に補強部54を設ける。こうすると、外郭であるケーシングやカバーの少なくとも一つが金属で形成され、外郭が共振しやすい構造であっても、回転子18の振動に起因するケーシングやカバーからの異音の発生を少なくできる。また、この補強部54の体積を、羽根16の体積に対し10％〜15％の範囲に止めることで、ケーシングとカバーとの共振を防ぎつつ、ファンモータとしての風量の低下を極力防ぐことが可能になる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えばノート型パソコンなどの薄型電子機器に搭載され、当該薄型電子機器に搭載したＭＰＵなどの発熱部品を冷却するのに好適な送風装置に関する。

最近、電子機器の分野においては、文字、音声、画像等の多様な情報を処理する電子部品、例えばＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）の処理速度の高速化や、多機能化の促進が進められている。このような電子機器は、高集積化や高性能化に伴ってＭＰＵの消費電力ひいては発熱量が増加する傾向にある。

一方、ノート型パソコンなどの薄型電子機器にあっては、さらなる小形化・薄形化が要請され、薄型電子機器内の限られた空間の中で、プリント基板に搭載した上記電子部品からの熱を、いかにして効果的に冷却するのかが重要な課題となっている。そこで、薄型電子機器内にはＭＰＵ等の電子部品を熱制御するために、固定子と回転子とからなるファンを備えた送風装置が組付けられている。

従来の送風装置は、例えば特許文献１に示すように、送風体取付け用のベースとなるフレームと、このフレームの上面を覆うケーシングとしてのカバーとにより、内部に送風路を形成する外郭を構成すると共に、前記フレームは、回転軸に対し放射状にファンブレード（羽根部）を配設した回転子と、この回転子に回転駆動力を与える駆動源としてのモータとからなる両面吸気型のファンを具備している。また、ファンの下流側の排気口近傍には、フィン状の放熱部が設けられる。

上記構成により、ＭＰＵのような発熱部品が駆動されて発熱すると、その熱が放熱部に熱移送され、ここでファンからの空気と熱交換される。そして、放熱部で温められた空気は、冷却装置の排気口から薄型電子機器の外部に排出され、発熱部品の過度な温度上昇を防止するようになっている。

また、この種の送風装置は、例えば特許文献２に示すように、回転体の中心に軸としてのシャフトが固着され、このシャフトを軸支するための円柱状の軸受が、固定子の中央部に設けられた円筒状のベアリングチューブ（スリーブ）内に装着されている。そして、軸受の内周面またはシャフトの外周面には、軸受とシャフトとの間に存在する潤滑油により動圧力を発生させてシャフトを支えるために、動圧溝が形成されている。
特開２００４−１４００６１号公報 特開２００４−２５７４４０号公報

上述の送風装置においては、高風量を得るためにファンの回転数を高く設定する傾向が多く見られるが、ファンを高回転にすると騒音が増大する問題があった。

一方、近年は送風装置ひいてはファンの小型化により、回転子の中心部にある回転体と、この回転体の外周側面に設けられる羽根部と結合面積が小さくなっている。そのため、ファン回転時の空気抵抗によりファンが振動し、外郭となるカバーとベースが共振して、異音が発生する。また、このような異音の発生を抑えようとして、前記回転体と羽根部との結合部分に過度な肉付けを行なうと、これが吸気抵抗となって風量が低下し、送風装置としての特性が悪化することがあった。

さらに、軸受と筒体であるベアリングチューブとをすきまばめ嵌合した場合には、軸受とベアリングチューブとの間に隙間が生じるため、ファンに回転中に振動が発生したり、磨耗などにより寿命が短くなる欠点があった。逆に、軸受とベアリングチューブとを圧入嵌合した場合には、軸受の内周面が変形するため、ここに動圧溝があると均一な動圧力が得られなくなって、やはり寿命が短くなる欠点があった。

本発明は、上記問題点を解決して、ファンの振動に起因する外郭の共振を防ぎつつ、風量の低下を極力防ぐことが可能な送風装置を提供することにある。

また本発明の第２の目的は、軸受と筒体との間を圧入嵌合した場合でも、動圧部の本来の機能を発揮して、長寿命化を図ることができる送風装置を得ることにある。

請求項１の発明の送風装置では、羽根と回転体との取付部に補強部を設けているので、外郭の少なくとも一部が金属で形成され、外郭が共振しやすい構造でありながら、ファンの振動に起因する外郭からの異音の発生を少なくできる。また、この補強部の体積を、羽根の体積に対し15％以下の範囲に止めることで、外郭の共振を防ぎつつ、風量の低下を極力防ぐことが可能になる。

請求項２の発明の送風装置では、軸受の動圧部を設けていない部分が筒体に圧入嵌合することで、軸受と筒体が確実に固定され、ファン回転時に軸受が振動したり、摩擦により寿命が低下する懸念を一掃できる。しかも、軸受の動圧部を設けた部分は、筒体と隙間を有した状態で装着されるので、軸受を筒体に圧入しても動圧部は変形せず、この動圧部による動圧が均一に発生して、軸受として長寿命化を達成できる。

請求項３の発明の送風装置では、焼結合金からなる軸受に空孔（ポーラス）が形成され、この空孔に流体である潤滑油が含浸する。そのため、軸受そのものに保液機能を持たせることができ、長時間給液を行なわずにファンを円滑に回転できる。

請求項１記載の発明によれば、ファンの振動に起因する外郭の共振を防ぎつつ、風量の低下を極力防ぐことが可能な送風装置を提供できる。

請求項２記載の発明によれば、軸受と筒体との間を圧入嵌合した場合でも、動圧部の本来の機能を発揮して、長寿命化を図ることができる
請求項３記載の発明によれば、長時間給液を行なわずにファンを円滑に回転できる。

以下、本発明に係る送風装置の各実施例を添付図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明の第１実施例を示すもので、送風装置10は全体として扁平な形状をなし、例えばノート型パソコンなどの薄型電子機器内に収容される。また、送風装置10の内部には、送風体としてのファンモータ12を備えている。ファンモータ12は、周知のようにカップ状をなすロータ14の周囲に複数枚の羽根16を備えた遠心ファン型の回転子18と、回転子18の中心にあるシャフト20を軸支する軸受22と、ロータ14の内周面に取付けられたマグネット（図示せず）との電磁作用により、シャフト20を中心として前記回転子18を回転させる駆動源としてのモータ部24とにより構成される。一方、送風装置10の外郭は、有底扁平状のケーシング30と、このケーシング30の上面開口部を塞ぐカバー34とにより構成され、当該ケーシング30とカバー34が送風装置10内における送風路36を形成している。

前記ケーシング30の下面部には、ファンモータ12の回転で空気を送風装置10内部に吸い込むための一方の吸気口38が設けられている。この吸気口38の略中央には、ケーシング30に形成したブリッジで吸気口38の周囲部と繋がれた島状のモータ載置部40が設けられる。ケーシング30のモータ載置部40には、前記ファンモータ12のモータ部24が装着されると共に、モータ載置部40の略中心に設けたベアリングチューブ42に前記軸受22が例えば圧入嵌合などで取付け固定される。これにより、ファンモータ12全体がケーシング30に具備される。

カバー34は平板状で、前記吸気口38に略対向する位置に他方の吸気口44が設けられている。各吸気口38，44は同径であっても、さもなければ異なる径であってもよい。また、ケーシング30またはカバー34のいずれか一方に、複数の吸気口38，44があってもよい。ケーシング30の下面部およびカバー34は、ブレードである羽根16の外周の一部を覆っている。そして、回転子18の外周を囲うようにして、カバー34がケーシング30と例えば加締めなどにより取付け固定される。

送風装置10の側面には、ファンモータ12の回転で空気を送風装置10外部に吐き出すための排気口46が、ケーシング30とカバー34により囲まれて設けられる。ここでの排気口46は、各吸気口38，44と直交する方向にあって、略矩形状に形成される。本実施例には図示していないが、この排気口46に例えばフィン状の放熱部を配設し、薄型電子機器内に配置されたＭＰＵなどの発熱部品からの熱を、ヒートパイプなどの熱輸送手段で放熱部に導いてもよい。また、ケーシング30またはカバー34の少なくとも一方は、剛性の高い金属で形成される。なお金属以外では、樹脂などを外郭の材料として用いてもよい。

次に、上記のように構成された送風装置10の作用について説明する。薄型電子機器を起動するのに伴って、当該機器内のＭＰＵや他の電子部品（図示せず）が通電状態になり、これらのＭＰＵや電子部品と共に、薄型電子機器内の雰囲気温度が上昇する。このとき、外部からの給電によりファンモータ12を駆動すると、シャフト20を中心として羽根16を含む回転子18が回転し、お互いに向かい合うケーシング30の吸気口38と、カバー34の吸気口44からそれぞれ空気Ｆ１（図４参照）が流入する。これらの吸気口38，44は、ファンモータ12を挟んで相対する位置にあるため、吸気口38から取り込んだ空気Ｆ１はカバー34に当たることなく、また吸気口44から取り込んだ空気Ｆ１はケーシング30の下面部に当たることなく、送風路36を通過して吸気口38，44と直交する方向に設けた排気口46にスムースに送り出される。また、ケーシング30を熱伝導性の良好な金属材料とすることにより、回転するシャフト20と軸受22との間で発生する摩擦熱が、軸受22から速やかにケーシング30へと伝達し、送風路36を通過する空気Ｆ１と熱交換されて、軸受22の温度上昇を効果的に抑制する。

なお本実施例では、吸気口38，44は、シャフト20の軸方向片側（ケーシング30またはカバー34の一方）にのみ設けられていてもよい。

図３〜図６は、本発明の第２実施例を示すもので、第１実施例と同一の構成については、同一符号を付すことでその説明を省略する。

図３および図４の各図において、本実施例では、羽根16と回転体であるロータ14との結合部52に、回転子18の振動を防止し、ひいてはケーシング30とカバー34との共振音を防ぐための補強部54を、好ましくは羽根16と一体的に形成している。それ以外の構成は、第１実施例の送風装置10と一致している。

補強部54は、回転子18の回転方向とは逆方向の負圧側に設けられているが、補強部54を大きくし過ぎると、この補強部54が吸気抵抗となってファンモータ12としての風量が低下する。そこで、補強部54と羽根16（補強部54を除く）との体積を比較し、羽根16に対する補強部54の体積比と風量若しくは体積比と共振音との相関関係を調べたところ、図５や図６に示す結果が得られた。この実験結果から、風量に関して云えば、羽根16に対する補強部54の体積比が15％を超えると風量が低下し始め、共振音に関して云えば、羽根16に対する補強部54の体積比が10％未満になると共振音が発生する。したがって、羽根16に対する補強部54の体積比を10〜15％の範囲にすれば、外郭であるケーシング30とカバー34との共振音が発生せず、しかもファンモータ12としての風量の低下も起こらない。

以上のように本実施例では、複数の羽根16を回転体であるロータ14に取付けてなる回転子18と、この回転子18に回転力を与える駆動部としてのモータ部24と、モータ部24を固定し、吸気部たる吸気口38，44と排気部たる排気口46とを有する外郭（ケーシング30とカバー34）とを備えた送風装置10において、羽根16と回転体18との取付部である結合部52に、羽根16に対し10％〜15％の体積を有する補強部54を設けると共に、外郭をなすケーシング30またはカバー34の少なくとも一つを金属で形成している。

こうすると、羽根16とロータ14との結合部52に補強部54を設けているので、ケーシング30またはカバー34の少なくとも一つが金属で形成され、外郭が共振しやすい構造でありながら、回転子18の振動に起因するケーシング30とカバー34からの異音の発生を少なくできる。また、この補強部54の体積を、羽根16の体積に対し10％〜15％の範囲に止めることで、ケーシング30とカバー34との共振を防ぎつつ、ファンモータ12としての風量の低下を極力防ぐことが可能になる。

図７〜図９は、本発明の第３実施例を示すもので、第１実施例や第２実施例と同一の構成については、同一符号を付すことでその説明を省略する。

図７および図８において、シャフト20を軸支する軸受22の内周面には、部分的にヘリングボーン形状の動圧溝60が形成されている。ここでの動圧溝60は、軸受22の両端部にそれぞれ設けられているが、軸受22の内周面に動圧溝60を形成していない非動圧部62が部分的に存在すれば、動圧部である動圧溝60がどの位置にあってもよい。動圧部60は周知のように、軸受22の内周面とシャフト20の外周面との間に動圧力を発生させるためのものである。また、64は有底筒状をなすベアリングチューブ42の内底部66にあって、シャフト20のスラスト力を受けるスラスト板，68はベアリングチューブ42の上部開口部70に圧入固定され、ベアリングチューブ42からの軸受22の離脱を防止するリング状のキャップである。

円筒状の軸受22は、その外径が非動圧部62を設けた部分で大きくなっており、この部分的に外径の大きな外周凸部74が、ベアリングチューブ42の内底部66と上部開口部70との間に位置する内周部76に圧入嵌合するようになっている。なお、図７や図８では、軸受22の外周凸部74に接する内周部76が、どの位置においても同じ径になるように形成されているが、図９に示すように、部分的に径の小さい凸部78を内周部76に形成し、軸受22の外周をどの位置においても同じ径になるように形成（すなわち、軸受22は外周凸部74のような凹凸のない円筒形状となる）してもよい。モータ部24はベアリングチューブ42の周囲に配設される。

そして、図８に示す構造体の組立に際しては、先ずベアリングチューブ42の内底部66にスラスト板64を装着し、上部開口部70側からベアリングチューブ42の内周部76に軸受22を挿入するが、軸受22の外周は、動圧溝60のある部分の外径が、非動圧部62における外径よりも少なくとも圧入代分だけ小さく形成されている。つまり、軸受22の外周凸部74はベアリングチューブ42の内周部76よりも若干大きな寸法を有するため、この外周凸部74だけが変形し、動圧溝60の部分には外部応力が加わらない状態で、軸受22がベアリングチューブ42の内周部76に圧入嵌合される。一方、動圧溝60を設けた部分では、軸受22の外周とベアリングチューブ42の内周部76との間に例えば0.05mm程度の隙間Ｈが形成される。すなわち、この部分では軸受22とベアリングチューブ42が非接触な状態にあるため、軸受22の内周面に形成された動圧溝60は変形しない。

その後、軸受22の下端がベアリングチューブ42の内底部66と内周部76との間にある段差に突き当たるまで、軸受22を圧入嵌合したら、軸受22が抜け出さないように、ベアリングチューブ42の上部開口部70にキャップ68を嵌め込む。図７は、軸受22をベアリングチューブ42に取付けた状態を示しているが、前述したように、軸受22の内周面に形成された動圧溝60は変形していないので、ここに軸支されるシャフト20に対して、長期間に渡り均一な動圧を得ることができる。また、特に図７や図８に示す構造では、軸受22をベアリングチューブ42に組み込む際にも、動圧溝60を設けた部分で、軸受22の外周とベアリングチューブ42の内周部76との間に、常時隙間Ｈが形成されているので、組立て時に動圧溝60を設けた部分で軸受22が塑性変形する虞れもない。

以上のように本実施例では、固定子であるモータ部24と、羽根16を装着した回転体としてのロータ14とを有し、ロータ14に設けたシャフト20を軸支する軸受22を、筒体であるベアリングチューブ42に例えば圧入などにより嵌合してなる送風装置10において、軸受22の内面に動圧部である動圧溝60を部分的に設け、この動圧溝60を設けていない部分をベアリングチューブ42に圧入嵌合すると共に、この圧入嵌合時に軸受22の動圧溝60を設けた部分とベアリングチューブ42との間に隙間Ｈを形成している。

こうすると、軸受22の動圧部を設けていない部分（非動圧部62）がベアリングチューブ42に圧入嵌合することで、軸受22とベアリングチューブ42が確実に固定され、ファン回転時に軸受22が振動したり、摩擦により寿命が低下する懸念を一掃できる。しかも、軸受22の動圧溝60を設けた部分は、ベアリングチューブ42と隙間Ｈを有した状態で装着されるので、軸受22をベアリングチューブ42に圧入しても動圧溝60は変形せず、この動圧溝60による動圧が均一に発生して、軸受22として長寿命化を達成できる。

さらに、軸受22は焼結含油合金からなることが好ましい。すなわち、焼結合金からなる軸受22に空孔（ポーラス）が形成され、この空孔に流体である潤滑油が含浸する。そのため、軸受22そのものに保液機能を持たせることができ、長時間給液を行なわずに軸受22に軸支される回転子18を円滑に回転できる。

なお、この実施例において、第１実施例や第２実施例に示す構造の特徴を組み合わせても構わない。

図１０および図１１は、本発明の第４実施例を示すもので、第１実施例〜第３実施例と同一の構成については、同一符号を付すことでその説明を省略する。

同図において、モータ部24は鉄芯部であるステータコア72と、ベアリングチューブ42の外周部に装着されたステータコア72を囲むようようにして設けたボビン74と、ボビン74に巻回される巻線76と、巻線76の両端部が接続されるピン状の導電部78と、ステータコア72およびボビン74の下側にあって、前記導電部78を接続することにより所定のタイミングで巻線76に電流を供給する基板80と、により概ね構成される。

前述のように、軸受22はシャフト20を軸支するもので、この軸受22を上方から押さえる軸受押えとしてのキャップ68がベアリングチューブ42の上部開口部70に嵌合される。すなわち、軸受22はスリーブ状のベアリングチューブ42内に収容され、上方からキャップ68により下方に押え付けられ、ベアリングチューブ42の下部に形成した段差に接触して固定されている。なお、88はモータ部24と磁気的作用をなす永久磁石で、この永久磁石88はロータ14の内周面に配設される。

また、ベアリングチューブ42の上端部内側には、キャップ68の上面に押圧当接する変形可能な第１の加締め部84が例えば２個形成されると共に、ベアリングチューブ42の上端部外側には、ステータコア72の上面に押圧当接する変形可能な第２の加締め部86が例えば２個形成される。この第１の加締め部84および第２の加締め部86は、製造性を考慮して全て同時に形成するのが好ましいが、それぞれの加締め部84，86毎に２段階に別けて形成してもよい。

ここでは、第１の加締め部84によりキャップ68とベアリングチューブ42との固定がなされるため、ベアリングチューブ42内における軸受22の動きが抑制できる。そのため、軸受22がベアリングチューブ42内で空回りする懸念を払拭して、長期にわたり回転子18の回転を安定化させることができると共に、回転動作中における異音の発生を防止できる。また第２の加締め部86により、ステータコア72とベアリングチューブ42との固定がなされるため、ステータコア72の動きも同時に抑制できる。

なお、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、排気口は複数設けられていてもよいし、外郭をケーシング30やカバー34以外の別部材で構成してもよい。

本発明の第１実施例における送風装置のカバーを外した状態の平面図である。 同上、図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第２実施例における回転子の平面図である。 同上、回転子の部分断面図である。 同上、羽根に対する補強部の体積比と風量との関係を示す図である。 同上、羽根に対する補強部の体積比と共振音との関係を示す図である。 本発明の第３実施例における要部の断面図である。 同上、図７における要部の分解斜視図である。 同上、別な変形例を示すベアリングチューブの断面図である。 本発明の第４実施例における要部の縦断面図である。 同上、図１０における要部の部分断面図である。

符号の説明

14 ロータ（回転体）
16 羽根
18 回転子
22 軸受
24 モータ部（固定子）
30 ケーシング（外郭）
34 カバー（外郭）
38，44 吸気口（吸気部）
42 ベアリングチューブ（筒体）
46 排気口（排気部）
52 結合部（取付部）
54 補強部
60 動圧溝（動圧部）

Claims (3)

1. 羽根を回転体に取付けてなる回転子と、この回転子に回転力を与える駆動部と、前記駆動部を固定し、吸気部と排気部とを有する外郭とを備えた送風装置において、前記羽根と前記回転体との取付部に、該羽根に対し15％以下の体積を有する補強部を設けると共に、前記外郭の少なくとも一部を金属で形成したことを特徴とする送風装置。
2. 固定子と羽根を装着した回転体とを有し、前記回転体を軸支する軸受を、筒体に嵌合してなる送風装置において、前記軸受に動圧部を設け、この動圧部を設けていない部分を前記筒体に嵌合すると共に、前記軸受の動圧部を設けた部分と前記筒体との間に隙間を形成したことを特徴とする送風装置。
3. 前記軸受が合金からなることを特徴とする請求項２記載の送風装置。

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