JP2007247495A - 遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】一旦吸気口からブレード部の正圧面側に取り込まれ、そのブレード部の径方向の上下の端部を超えて負圧面に回り込む空気流を抑制することにより、遠心方向への流量を増加して、風量と静圧を改善する遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】回転軸と同軸の所定半径の円筒に沿って切断したブレード部７の円筒断面の正圧面１３側の形状は、両側端部が中央部よりも矢印Ｒで示した回転方向側に位置する凹形状となっている遠心ファン５とファンケーシングとを備えた遠心ファン装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器の筐体内部に実装された超小型演算処理装置（以下、ＭＰＵと称する）などの発熱体の冷却に用いる遠心ファン装置で、受熱体から放熱体までの熱輸送をヒートパイプや液体冷媒の循環などの方式により効率的に行った後、その放熱体を強制的に送風冷却する遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器に関するものである。

最近のコンピュータにおけるデータ処理の高速化の動きはきわめて急速であり、ＭＰＵのクロック周波数は、以前と比較して格段に高いものになってきている。

その結果、ＭＰＵの発熱量が増大し、従来のように放熱フィンを有するヒートシンクを発熱体に接触させて放熱する方法だけなく、そのヒートシンクをファンで直接冷却する方法、あるいは受熱体と放熱体とをヒートパイプを用いて熱接続したヒートシンクモジュールを構成して、その放熱体をファンの送風で強制冷却する方法や、さらには、熱伝導性の高い液体冷媒をポンプによって強制循環させ受熱部と放熱部との間で熱輸送された放熱体を遠心ファン装置により強制的に送風して放熱することが必要不可欠となっており、今後さらにその冷却性能の向上と小型化・薄型化が必要とされている。

一方、前述した遠心ファン装置の冷却性能の向上は、その高風量化、高静圧化などの送風性能の向上に大きく依存するが、一般的に遠心ファン装置の送風性能は回転速度を上昇させて改善することが可能であるが、反面その遠心ファン装置のブレード部の風きり音（以下、ファン騒音と称する）も増大する傾向を示すことから、そのファン騒音を低減するために色々なブレード部の形状が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

図１１（ａ）は従来の技術である（特許文献１１）に記載されている遠心ファンの斜視図、図１１（ｂ）はその遠心ファンのブレード部の構造を示した斜視図、図１１（ｃ）は別構造のブレード部を示した斜視図である。

遠心ファン１００は、モータ駆動部（図示せず）を覆うように形成されたハブ部１０１と、そのハブ部１０１と一体的に形成された複数のブレード部１０２とにより構成されている。

そのブレード部１０２は羽根板１０２ａとこの羽根板１０２ａを支持するアーム部１０２ｂとからなり、アーム部１０２ｂの軸方向の長さ（幅）は図示しないファンケーシングの下壁、上壁の内面との間に十分な隙間が形成されるように羽根板１０２ａの軸方向の長さ（幅）より短く形成されており、羽根板１０２ａは図１１（ｂ）に示すように、その径方向の上下の端部に、各々凹凸１０３が４対ずつ設けられた構造になっている。

この羽根板１０２ａは、径方向の上下の端部に各々複数の凹凸１０３が設けられているので、径方向の上端部及び下端部に発生する後流渦空気の流れの中に強制的に乱れを誘起し乱流拡散が促進され、後流渦が小さくなり空力騒音が減少する。

このブレード部１０２の複数の凹凸が設けられた羽根板１０２ａの構造を、図１１（ｃ）に示すように径方向の上下の端部に面取り１０４が形成された羽根板１０２ｃの構造に代えてもよい。そして、ブレード部１０２の羽根板１０２ａの構造を面取り１０４が形成された羽根板１０２ｃの構造に代えた場合でも羽根板１０２ａの場合と同様に、径方向の上下の端部に発生する後流渦空気の流れの中に強制的に乱れを誘起し乱流拡散が促進され、後流渦空気の流れが発生する。

また、図示はしないが、別の（特許文献２）に記載されているように、クロスフローファンやシロッコファンなどのように円周部に多数のブレード部が配置された多翼型の遠心ファン装置において、ブレード部の回転方向と反対側の面（以下、負圧面と称する）の内周側端部に突起が設けられたブレード部の形状も提案されている。

その突起がブレード部間に流入した空気流を乱し、ブレード部の内周側で発生した速度境界層（剥離泡）の成長を防止し、ブレード部の外周側で空気が負圧面から剥離したまま吹き出されてしまうのを防止し、剥離した空気が容易に負圧面に再付着するようにして低周波の異音を低減している。

さらに、別の（特許文献３）に記載されているように、ブレード部の端面にファンの軸線を含む平面と概ね平行に向けられた遠心分離要素が一体的に取り付けられた軸流ファンも提案されている。

図１２（ａ）は従来の技術である（特許文献３）に記載されている軸流ファンの斜視図で、図１２（ｂ）はその軸流ファンのブレード部の部分拡大図である。

この図１２（ａ）で示した軸流ファン２００は、その正面側から見たものであり、矢印Ｒで示した方向に回転して空気を吹き出すように作られている。そして、プラスティック製のハブ部２０１のまわりに８枚のブレード部２０２が一体に取付けられていて、各ブレード部２０２の本体部分２０３は通常のファンと同じくねじられた形状になっており、その先端付近に略三角形の補助部材２０４と遠心分離要素２０５とが一体的に接続されている。

また、図１２（ｂ）で示したように、ブレード部２０２は、略三角形の遠心分離要素２０５の一辺が補助部材２０４の一辺に接続された構成となっているので、この軸流ファン２００を通過する空気の一部がこの遠心分離要素２０５に衝突して遠心力で半径方向外側へと放射される。

したがって、この半径方向への放射流が円板状の空気の隔壁が形成されているような効果を奏し、外周側の空気は遠心方向へ放射され、空気流が軸流ファン２００の前面側へと回り込むのをほぼ完全に阻止できるようになっていて、軸流ファン２００の流量が増大して効率が高められている。

この軸流ファン２００は、特にブレード部２０２の先端とシュラウドとの間の隙間、すなわちチップクリアランスをあまり小さくできなく空気流の回り込みが起こりやすい場合に適用すると有効で、チップクリアランスを無理に小さくすることなく、軸流ファン２００の流量を増大できるという利点がある。
特開２００４−３５３４９６号公報（第７頁、図９〜１１） 特開２００２−１１５６９４号公報（第７頁、図４） 特開平４−８６３９９号公報（第４頁、図１〜２）

しかしながら、（特許文献１）や（特許文献２）のような従来の遠心ファンでは、ブレード部の所定の位置に凹凸や突起を設けて、ブレード部の後流渦空気の流れ、或いはブレード部の前面に流入する空気の流れの中に強制的に乱れを誘起し乱流拡散を促進することにより、騒音や異音を減少するものの、ブレード部の径方向の上下の端部から回転軸方向へ流れていく空気流、すなわち遠心方向ではなくブレード部の中心方向へ向かって逆流する空気流を抑制する作用は少なく、遠心ファン装置の風量と静圧を増加させるのは困難な形状となっている。

つまり、電子機器の小型化あるいは薄型化に対応した遠心ファンのブレード部の回転方向の面（以下、正圧面と称する）の形状は、単純な直線形状またはゆるやかな弓形形状であるので、ブレード部の正圧面に取り込まれた空気が、回転するブレード部の遠心力によって遠心方向へ押し流されるが、その一部の空気はブレード部の径方向の上下の端部とから回転軸方向へも流れて行き、一旦その径方向の上下の端部を超えて、負圧面に回り込むと、より負圧側に空気が移動するので、その空気はブレード部の中心方向へ向かって逆流することとなり、効率的に空気が遠心方向に排出されずに風量と静圧が増加できないという課題があった。

一般的に、ファン装置の送風性能は、風量と静圧の特性値で示され、その風量と静圧のそれぞれの値が高いほどより送風性能が高いことを示す。

すなわち、密閉された空気流路内において送風の妨げとなる送風抵抗、いわゆる圧力損失が大きくなると結果的に必要とする風量が得られなくなるが、電子機器内に搭載されるファン装置が空気流路内の圧力損失を上回る風量静圧特性を有するファン装置であれば、ＭＰＵなどの発熱体の冷却に必要な所望の風量を得ることができるので、一般的にこの風量静圧特性が送風ファンの送風性能を示している。

一方、ブレード部の正圧面の形状が単純な直線形状またはゆるやかな弓形形状である場合、単純にそのブレード部の長さや幅を大きくしブレード部の正圧面の表面積を大きくすることで容易にその風量や静圧を高めることができるが、ファン装置全体として大型化することとなり、筐体内部に空きスペースが少ない小型または薄型の電子機器には搭載でき難くなる。

また、遠心ファンの回転数を上昇させることによっても同様に風量や静圧を高めることができるが、ブレード部の先端や回転軸方向の端部での空気の急激な圧力変化によるファン騒音も大きくなり、特に静音性の要求される情報処理機器、音響機器、または映像機器などには搭載でき難くなる。

以上の理由により、単純にブレード部の長さや幅の外形寸法を大きくすることなく、さらに遠心ファンの回転数を上昇させることなく風量静圧特性を改善して、冷却性能の向上と小型化と薄型化の両立が必要とされていたが、前述した従来の遠心ファンでは十分な効果が得られなかった。

また、（特許文献３）のような従来の軸流ファンでは、ブレード部の側面にファンの軸線を含む平面と概ね平行に設けられた遠心成分要素が一体的に取り付けられているので、軸流方向での空気流の逆流は抑制できる作用があるものの、その逆流の原因となる空気流を遠心方向へ排出しているので、空気流の方向が軸流方向と遠心方向、つまりその方向が相互に直交するような大きく異なる２方向へそれぞれ向けられるため、例えばその軸流ファン全体をファンケーシングで大きく取り囲み回転軸方向へ空気を流すように整流作用を高めようとすると、その軸流ファンの外周部において遠心方向へ排出された空気流がそのファンケーシングに衝突してしまい十分な風量と静圧が得られないばかりでなく、送風効率が低下するという課題があった。

また、遠心ファン装置のブレード部は、もともと遠心成分要素のみを有するものであるので、上記のような遠心成分要素を一体的に取り付けることは無意味であるし、その遠心ファンの外周部では、ファンケーシングで覆われているので、（特許文献３）に記述されたような課題によって風量の低下が起きる可能性も小さい。

上記課題を解決するため、本発明は、円筒形状の外周面を有するハブ部とその外周面から略放射状に延びる複数のブレード部とから構成される遠心ファンと、ハブ部の内側中央に固定された回転軸と、遠心ファンを収容し、少なくとも一つの吸気口を有するファンケーシングと、を備えた遠心ファン装置であって、回転軸と同軸の所定半径の円筒に沿って切断したブレード部の円筒断面の正圧面側の形状は、両側端部が中央部よりも回転方向側に位置する凹形状とすることを主要な特徴としている。

本発明の遠心ファン装置によれば、一旦吸気口からブレード部の正圧面側に取り込まれ、そのブレード部の径方向の上下の端部を超えて負圧面側に回り込む空気流を抑制することにより、遠心方向への流量を増加することができる。

請求項１記載の発明によれば、円筒形状の外周面を有するハブ部とその外周面から略放射状に延びる複数のブレード部とから構成される遠心ファンと、ハブ部の内側中央に固定された回転軸と、遠心ファンを収容し、少なくとも一つの吸気口を有するファンケーシングと、を備えた遠心ファン装置であって、回転軸と同軸の所定半径の円筒に沿って切断したブレード部の円筒断面の正圧面側の形状は、両側端部が中央部よりも回転方向側に位置する凹形状とするので、一旦吸気口からブレード部の正圧面側に取り込まれ、その後ブレード部の径方向の上下の端部を超えて負圧面側に回り込む空気流を抑制することにより、遠心方向への流量を増加する作用がある。

つまり、ブレード部の正圧面の空気が、回転するブレード部の遠心力によって一旦遠心方向へ押し流されるが、その一部の空気はその後ブレード部の径方向の上下の端部から回転軸方向へも流れて行き、その径方向の上下の端部を超えて、ブレード部の負圧面に回り込む。

その後、その負圧面側に回り込んだ空気は、より負圧側に移動しようとして、その空気はブレード部の中心方向へ向かって逆流しようとするが、その負圧面側に回り込もうとする空気流が抑制されるので、その分の空気が遠心方向へ流れて、実質的に空気の流量が増加する。

また、その遠心ファン装置は、遠心ファンのブレード部の外周部分をファンケーシングで取り囲むことにより、遠心方向の一方向のみへ空気を流すような整流作用を高めることも容易で、高風量化と高静圧化が達成できる。

加えて、送風効率も向上するので小型化・薄型化への対応も容易となる。

請求項２記載の発明によれば、吸気口の投影面積領域に位置するブレード部において、回転軸と同軸の所定半径の円筒に沿って切断したブレード部の円筒断面の正圧面側の形状は、両側端部が中央部よりも回転方向側に位置する凹形状とするので、ファンケーシングに収容された遠心ファンのブレード部の外周部分の領域と比較すると、回転軸を中心とした略円形状の吸気口の投影面積領域は、一旦その吸気口からブレード部の正圧面側に取り込まれた空気にはファンケーシングによる整流作用が働かず、その領域に対してブレード部の正圧面から負圧面側へ回り込もうとする空気流が抑制されるので、その分の空気が遠心方向へ流れて、実質的に空気の流量が増加する。

一方、遠心ファンのブレード部の外周部分の領域は、ファンケーシングで取り囲むことにより、遠心方向の一方向のみへ空気を流すような整流作用が働いているので、前述したような形状に制約されることなく、その形状を所望の形状に設定できる。

請求項３記載の発明によれば、ブレード部の外周部において、回転軸方向の両側端部に位置する少なくとも一方の端部を切り欠いて、ファンケーシングの吸気口を取り囲む縁部を、その切り欠いた部分に入り込むように配置するので、遠心ファン装置の外形の高さを大きくすることなく、吸気口の投影面積領域に位置するブレード部の回転軸方向の幅を大きくできるので、より風量が増加する。

つまり、ブレード部の外周部の回転軸方向の両端に位置する少なくとも一方の端部をＬ字状に切り欠いて、ファンケーシングの吸気口を取り囲む縁部を、その切り欠いた部分に入り込むように配置すれば、遠心ファン装置の外形の高さを小さくでき、より薄型化できる。

そして、その遠心ファンのブレード部の外周部の上下端部とファンケーシングの吸気口を有する方のケース壁との隙間をより小さくすれば、遠心方向の一方向のみへ空気を流すような整流作用がより効果的に働くようにできる。

請求項４記載の発明によれば、遠心ファンを回転軸方向において２分割し、一方の第１のファン部材と他方の第２のファン部材とを組み合わせてその遠心ファンを構成するので、２分割されたそれぞれのファン部材を別々に成形し、それらを組み合わせることで製作できるので、本発明のような遠心ファンの形態を一体成型で製作するのに対応可能なスライド式金型（例えば６方向の成型用金型）などの複雑な構造の金型を使用しなくてよく、より金型費も軽減でき製作も容易となるので、製造コストも安価となる。

請求項５記載の発明によれば、第１のファン部材及び第２のファン部材のそれぞれのハブ部の内側にヨーク部材を嵌着させるので、２分割されたそれぞれのファン部材をそのヨーク部材に嵌挿して組み立て加工が行え、その製造方法が容易となるばかりでなく、ヨーク部材は金属製であるので、それらを組み合わせた後の機械的強度も向上するので、両者間の位置精度を確保するのが容易となる。

請求項６記載の発明によれば、ブレード部において、回転軸方向の両側端部に円環板を設けるので、２分割されたそれぞれのファン部材は、組み立て加工や組み立て後のファン回転動作に必要な機械的強度や位置的精度を確保できる。

請求項７記載の発明によれば、ブレード部の外周側における回転軸方向の両側端部であって、吸気口の投影面積領域の外側に円環板を設けるので、２分割されたそれぞれのファン部材は、組み立て加工や組み立て後のファン回転動作に必要な機械的強度や位置的精度を確保できるだけでなく、吸気口から入り込む空気の流れが妨げられることなく円滑な吸気を行える。

請求項８記載の発明によれば、第１のファン部材または第２のファン部材のいずれか一方のハブ部に設けた嵌合用凹部に、他方のファン部材のブレード部を嵌合させて、遠心ファンを構成するので、２分割されたファン部材を組み合せる際の相互の位置決めが容易となり、遠心ファンの製作が容易となるばかりでなく、それぞれのファン部材の相対的な位置ずれがなく安定した組み立て精度が得られる。

請求項９記載の発明によれば、第１のファン部材または第２のファン部材のいずれか一方のハブ部に設ける嵌合用凹部は、遠心ファンのブレード部の数と同数とするので、２分割されたファン部材を組み合せる際の相互の位置決めが、一方のファン部材を他方のファン部材に対して回転方向で相互に隣接するブレード間の回転角に相当する角度だけ回せば容易に位置決めできるので、遠心ファンの製作がより容易となるばかりでなく、それぞれのファン部材の相対的な位置ずれがなく安定した組み立て精度が得られる。

請求項１０記載の発明によれば、発熱体に対する冷却性能が向上し、より高速なクロック周波数で駆動するＭＰＵやＣＰＵなどの発熱電子部品を搭載した場合の発熱対策が容易になることから、その電子機器の高性能化をより促進できる。

また、搭載される遠心ファン装置の小型化・薄型化により、電子機器の筐体内でのレイアウト設計が容易となるばかりでなく、その電子機器の筐体の小型化・薄型化への対応も容易となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、各図面において、ファンフレーム側を下方、ファンカバー側を上方として説明した。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における遠心ファン装置の上方からの斜視図で、図２（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１における遠心ファン装置の平面図とそのＡ−Ａ矢視断面図で、図３は本発明の実施の形態１における遠心ファンの斜視図で、図４は本発明の実施の形態１における遠心ファンの平面図で、図５（ａ）は図４のＢ−Ｂ矢視断面図で、図５（ｂ）は同図（ａ）の変形例を示す断面図で、図６は本発明の実施の形態１における遠心ファンの部分拡大斜視図で、図７（ａ）〜（ｃ）は図６のブレード部のＣ−Ｃ矢視断面図とその変形例を示す図で、図８は本発明の実施の形態１における遠心ファンを下側から見た分解斜視図で、図９（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１における第１の遠心ファン部材と第２の遠心ファン部材の嵌合させる側から見た斜視図で、図１０は同一ファン騒音における風量静圧特性の比較グラフである。

まず、図１の遠心ファン装置１の上方からの斜視図で示したように、遠心ファン装置１の２点鎖線で示された薄い箱形のファンケーシング２は、下部に位置するファンフレーム２ａとその上部に位置するファンカバー２ｂにより構成されている。

ここで、ファンフレーム２ａは、樹脂成型やアルミニウム合金のダイカスト成型などにより底面と側面が一体的に形成され、その一方の側面に吸気した空気を排気する排気口３が配設されており、その底面には吸気口４ａが配設されている。

また、ファンカバー２ｂは、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料の打ち抜き成形や樹脂成形によりプレート状に成形されており、その中央部に空気を吸気する略円形状の吸気口４ｂが配設されている。

そして、そのファンフレーム２ａとファンカバー２ｂとに挟まれて収容されるように遠心ファン５が配置され、その遠心ファン５は円筒形状の外周面を有するハブ部６とその外周面から遠心方向へ略放射状に延びる複数のブレード部７とから構成されている。

また、詳細は後述するが、回転軸８（図２（ｂ）参照）と同軸の所定半径の円筒に沿って切断したブレード部７の円筒断面の正圧面側の形状は、両側端部が中央部よりも矢印Ｒで示した回転方向側に位置する凹形状となっている。

ここで、円筒断面とは、回転軸８と同軸であって所定の直径の仮想円筒での切断面のことを意味し、以下同じ意味で円筒断面という用語を用いる。

さらに、ブレード部７の外周部において回転軸８方向の両端に位置する上下それぞれの端部に円周方向へ連続的に連なる下側円環板９ａと上側円環板９ｂが一体的に設けられている。

ここで、遠心ファン５が矢印Ｒで示した回転方向に高速で回転するとそのハブ部６の上面に対向するようにファンカバー２ｂの中央部に配設された吸気口４ｂとファンフレーム２ａの底面に配設された吸気口４ａから空気が後述する遠心ファン５の回転軸８方向より吸気され、さらにその吸気された空気が複数のブレード部７の回転運動によりファンケーシング２の内部でそのブレード部７の遠心方向へと風向きが変えられるので、その大部分はファンフレーム２ａやファンカバー２ｂの内壁にぶつかりながら、その内壁に沿って遠心ファン５の矢印Ｒで示した回転方向と同一の方向へそれらの空気が送られて排気口３から排気される。

次に、図２（ａ）の遠心ファン装置１の平面図や図２（ｂ）の同図Ａ−Ａ矢視断面図で示したように、遠心ファン装置１は、前述したように円筒形状の外周面を有するハブ部６とその外周面から略放射状に延びる１３本のブレード部７とから構成される遠心ファン５と、ハブ部６の内側中央に形成された円筒型受け部１０の凹部に圧入して固定された回転軸８と、そのハブ部６に覆われその下方には、回転軸８を中心として遠心ファン５を回転駆動するモータ駆動部１１と、そのモータ駆動部１１を保持するとともに遠心ファン５を収容するファンケーシング２とを備えている。

ここで、モータ駆動部１１は回転軸８を中心として遠心ファン５を回転駆動するための電子回路が組み込まれた回路基板などで構成されており、そのモータ駆動部１１はファンフレーム２ａの底面に配設された吸気口４ａをその吸気方向と直交する方向に横断するようにファンフレーム２ａから延設された３本の保持部１２を介して保持されている。

つまり、遠心ファン５は、前述したようにハブ部６に覆われ、その下方に位置するモータ駆動部１１によって矢印Ｒで示した回転方向への回転駆動力が与えられ、回転軸８を中心として高速で回転する。

そして、下方に位置するファンフレーム２ａに対してその上方に位置するようにファンカバー２ｂが連設されており、それらが組み合わさったファンケーシング２は遠心ファン５を収容しているので、ブレード部７の外周部がファンケーシング２に取り囲まれ、遠心ファン５が矢印Ｒで示した回転方向に回転することにより送風に必要な静圧を発生させることができている。

また、図３の遠心ファン５の斜視図で示したように、前述した吸気口４ａ、４ｂの投影面積領域に位置するブレード部７において、回転軸８と同軸の所定半径の円筒に沿って切断したブレード部７の円筒断面の正圧面１３側の形状は、両側端部が中央部よりも矢印Ｒで示した回転方向側に位置する凹形状となっている。

このような形状とすることで、一旦吸気口４ａ、４ｂからブレード部７の正圧面１３側に取り込まれ、その後ブレード部７の径方向の上下の両側端部を超えて負圧面１４側に回り込む空気流を抑制することにより、遠心方向への流量を増加する作用がある。

つまり、ブレード部７の正圧面１３の空気が、回転するブレード部７の遠心力によって一旦遠心方向へ押し流されるが、その一部の空気はその後ブレード部７の径方向の上下の両側端部から回転軸８方向へも流れて行き、その径方向の上下の両側端部を超えて、ブレード部７の負圧面１４に回り込む。

その後、その負圧面１４側に回り込んだ空気は、より負圧側に移動しようとして、その空気はブレード部７に沿って遠心ファン５の中心方向へ向かって逆流するが、その負圧面１４側に回り込もうとする空気流が抑制されるので、その分の空気が遠心方向へ流れて、実質的に空気の流量が増加する。

また、その遠心ファン装置１は、遠心ファン５をファンケーシング２で取り囲むことにより、遠心方向の一方向のみへ空気を流すような整流作用を高めることも容易で、高風量化と高静圧化が容易となり、加えて、送風効率も向上するので小型化・薄型化への対応も容易となる。

また、詳しくは後述するが、遠心ファン５は、機械的強度や耐久性が充分で、且つ成型性も良好で軽量化にも適したＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＥＴなどの樹脂材料を用いて製作されているが、本実施の形態では、さらにその遠心ファン５を上下方向となる回転軸８方向で２分割し、一方の第１のファン部材５ａと他方の第２のファン部材５ｂとを別々に成形し、それらを組み合わせて構成できるように、ブレード部７の外周部において、回転軸８方向の両側端部に下側円環板９ａと上側円環板９ｂとが一体的に設けられている。

つまり、遠心ファン５が境界部１５を境界として上下方向で２分割されているので、それぞれのブレード部７の上下方向の肉厚が小さくなり、その後の組み立て作業や組み立て後の回転動作に必要な機械的強度や位置的精度が低下することがある。

つまり、機械的強度を補強して、そのような不具合を改善するために、一方の第1のファン部材５ａと他方の第２のファン部材５ｂにおいて、回転方向で相互に隣接するブレード部７間がその外周部において上下方向の両側端部に設けられた下側円環板９ａと上側円環板９ｂとを介して接続されている。

また、この下側円環板９ａと上側円環板９ｂは、ファンケーシング２の内壁に対向するブレード部７の外周部に設けるのが好ましく、前述した吸気口４ａ、４ｂから入り込む空気の流れが妨げられることなく円滑な吸気が行える。

次に、図４は遠心ファン５の平面図で、略四角形のファンケーシング２とその中央部に配設された吸気口４ｂ、そして３本の保持部１２を２点鎖線で示し、吸気口４ｂの投影面積領域に位置する複数のブレード部７、その外周部に形成された上側円環板９ｂ、及びそれらの中央に位置するハブ部６などの遠心ファン５を構成するものを実線で示している。

この図より明らかなように、遠心ファン５における吸気口４ｂの投影面積領域は、回転軸８を中心とした略同一直径の略円形状の吸気口４ａ、４ｂの開口部分を遠心ファン５の方向へ投影した領域、つまり遠心ファン５の破線で示した回転軸８を中心とした吸気口４ａ、４ｂの円周内に位置する領域である。

つまり、この遠心ファン５のブレード部７の外周部を除いた領域、つまり吸気口４ｂの投影面積領域に位置するブレード部７において、回転軸８と同軸の所定半径の円筒に沿って切断したブレード部７の円筒断面の正圧面１３側の形状は、両側端部が中央部よりも矢印Ｒで示した回転方向側に位置する凹形状となっている。

したがって、ファンケーシング２に収容された遠心ファン５のブレード部７の外周部の領域と比較すると、回転軸８を中心とした略円形状の吸気口４ａ、４ｂの投影面積領域は、一旦その吸気口４ａ、４ｂからブレード部７の正圧面１３側に取り込まれた空気にファンケーシング２による整流作用が働かず、ブレード部７の両側端部を越えて、負圧面１４側に空気が回り込みやすい領域であり、その領域に対して効果的に回り込む空気流が抑制されるので、その分の空気が遠心方向へ流れて、実質的に空気の流量が増加する。

一方、図５（ａ）で示したように、遠心ファン５のブレード部７の外周部の領域は、ファンケーシング２で取り囲まれていて、遠心方向の一方向のみへ空気を流すような整流作用が働いているので、前述したような形状に制約されることなく、その形状を所望の形状に設定できる。

つまり、前述したように、ブレード部７の機械的強度を補強するために、分割されたそれぞれのファン部材において、回転方向で相互に隣接するブレード部７間をその外周部の上下の両側端部に設けられた下側円環板９ａ、上側円環板９ｂを介して接続できる。

また、他の事例として、例えば図５（ｂ）で示したように、ブレード部７の外周部において、回転軸８方向の両側端部に位置する少なくとも一方の端部をＬ字状の切り欠き部７ｃを形成するように切り欠いて、ファンケーシング２の吸気口４ａ、４ｂを取り囲む縁部が、その切り欠いた部分に入り込むように配置すれば、遠心ファン装置１の外形の高さを大きくすることなく、吸気口４ａ、４ｂの投影面積領域に位置するブレード部７の回転軸８方向の幅を大きくできるので、より風量が増加する。

遠心ファン装置１の外形の高さをより小さくでき、より薄型化できる。

よって、遠心ファン装置１の場合は、その遠心ファン５のブレード部７の外周部の上下の両側端部とファンケーシング２の吸気口４ａ、４ｂを有する方のケース壁との隙間をより小さくすれば、遠心方向の一方向のみへ空気を流すような整流作用がより効果的に働くようにできるので、そのような形態にも対応が容易となる。

次に、図６の遠心ファン５の部分拡大斜視図で示したように、遠心ファン５は、上下方向となる回転軸８方向で２分割されており、一方の第１のファン部材５ａと他方の第２のファン部材５ｂとが、境界部１５で接触するようにして組み合わさっている。

このように遠心ファン５を、上下方向となる回転軸８方向において２分割し、一方の第１のファン部材５ａと他方の第２のファン部材５ｂとを組み合わせて、遠心ファン５を構成することにより、２分割されたそれぞれのファン部材をＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＥＴなどの樹脂材料を用いて別々に成形し、それらを組み合わせることで製作できるので、本発明のような遠心ファン５のような形態を一体成形で製作するのに対応可能なスライド式金型（例えば６方向の成型用金型）などの複雑な構造の金型を使用しなくてよいので、より金型費も軽減でき製作も容易となり、製造コストも安価となる。

また、下方に位置する第１のファン部材５ａのハブ部６ａに設けられた嵌合用凹部１６に、上方に位置する第２のファン部材５ｂのブレード部７ｂを嵌合させて、遠心ファン５を構成しているが、このような組み合わせにすることにより、一方の第1のファン部材５ａと他方の第2のファン部材５ｂを組み合せる際の相互の位置決めが容易となり、遠心ファン５の製作が容易となるばかりでなく、それぞれの部材の相対的な位置ずれがなく安定した組み立て精度が得られる。

そして、前述したように吸気口４ａ、４ｂの投影面積領域に位置するブレード部７において、回転軸８と同軸の所定半径の円筒に沿って切断したブレード部７の円筒断面の正圧面１３側の形状は、両側端部が中央部よりも矢印Ｒで示した回転方向側に位置する凹形状となっている。

次に、図７（ａ）は図６のブレード部７のＢ−Ｂ矢視断面図で、回転軸８と同軸の所定の直径の仮想円筒に沿って切断した円筒断面である円弧Ｂ−Ｂに沿った切断面の形状を示している。

この図で示したように、ブレード部７の円筒断面の正圧面１３側の形状を、ブレード部７の下側端部Ｅa、上側端部Ｅｂがブレード部７の中央部Ｃよりもその進行方向Ｓ側に位置する凹形状となっていて、加えてブレード部７の中央部Ｃからみたブレード部７の下側端部Ｅa、上側端部Ｅｂの進行方向Ｓに対する角度（仰角）θａ、θｂが、それぞれ５５〜８５度とする形状とするのが好ましい。

なお、本実施の形態では、ブレード部７の回転軸８方向での中央部Ｃが略平坦形状で、下側端部Ｅａと上側端部Ｅｂが、進行方向Ｓ側へ少し傾斜した形状となっているが、ブレード部７の円筒断面の正圧面１３側の形状は、その下側端部Ｅａと上側端部Ｅｂの角度（仰角）θａ、θｂが、それぞれ５５〜８５度の範囲にあればよく、例えば、図７（ｂ）のように円筒断面の正圧面１３側の形状が曲線的に窪んだ湾曲形状、あるいは図７（ｃ）のように円筒断面の正圧面１３側の形状が直線的に窪んだ三角形状としてもよい。

このように下側端部と上側端部のそれぞれの角度（仰角）θａ、θｂを、５５〜８５度とする形状とすることにより、その角度（仰角）θａ、θｂが小さ過ぎることによって吸気口４ａ、４ｂからブレード部７の正圧面１３側に取り込まれる空気量が不十分であったり、逆に角度（仰角）θａ、θｂが大き過ぎることによって、ブレード部７の負圧面１４側に回り込もうとする空気流を抑制する作用が不十分であったりすることが少なく、より効果的に遠心方向への流量を増加できるので、高風量化と高静圧化が容易となる。

なお、本実施の形態のように、下側端部Ｅａ、上側端部Ｅｂの角度（仰角）θａ、θｂは略同一とするのが好ましいが、それぞれ５５〜８５度の範囲であれば相互に異なる角度に設定しても構わない。

次に、図８は遠心ファン５を下側から見た分解斜視図で、遠心ファン５は、上下方向となる回転軸８方向において２分割され、一方の第１のファン部材５ａと他方の第２のファン部材５ｂとを組み合わせて構成されている。

組み合わせの際には、まず電気亜鉛メッキ鋼板などの金属材料を用いた円筒形状のヨーク部材１７を、第１のファン部材５ａのハブ部６ａの内側に嵌挿し、次に第２のファン部材５ｂのハブ部６ｂの内側、つまり回転軸８が圧入により固定された方の内側に嵌挿して嵌着する。

その際に、第1のファン部材５ａのハブ部６ａの上側にブレード部７と同数設けられた嵌合用凹部１６（図９（ｂ）参照）に、第２のファン部材５ｂのブレード部７ｂを嵌合させている。

つまり、第１のファン部材５ａ及び第２のファン部材５ｂのそれぞれのハブ部６ａ、６ｂの内側にヨーク部材１７を嵌着させるので、２分割されたそれぞれのファン部材５ａ、５ｂをそのヨーク部材１７に嵌挿して組み立て加工が行え、その製造方法が容易となるばかりでなく、ヨーク部材１７は金属製であるので、それらを組み合わせた後の機械的強度も向上するので、両者間の位置精度を確保するのが容易となる。

なお、第１のファン部材５ａと第２のファン部材５ｂとを組み合わせた際に、それぞれの部材の成形精度や組み合わせ時の加工精度により両方の部材が接触する境界部１５（図６参照）にわずかな隙間が生じる場合や、より強固な結合を必要とする場合などは、必要に応じて、ハブ部６やブレード部７のそれぞれの境界部１５において接着、熱溶着、超音波溶着、嵌着などの固着方法により両方の部材間を固定しても構わない。

また、下方に位置する第１のファン部材５ａのハブ部６ａの上部に設けられた嵌合用凹部１６に、上方に位置する第２のファン部材５ｂのブレード部７ｂを嵌合させて、遠心ファン５を構成しているが、このような組み合わせにすることにより、一方の第1のファン部材５ａと他方のファン部材５ｂを組み合せる際の相互の位置決めが容易となり、遠心ファン５の製作が容易となるばかりでなく、両者間の相対的な位置ずれがなく安定した組み立て精度が得られる。

次に、図９（ａ）の第２のファン部材５ｂを嵌合させる側から見た斜視図と図９（ｂ）の第１のファン部材５ａを嵌合させる側から見た斜視図で示したように、それぞれのファン部材は、円筒形状の外周面を有するハブ部６ｂ、６ａの外周面から、１３本のブレード部７ｂ、７ａが円周方向に均等間隔で略放射状に延びている。

また、第１のファン部材５ａのハブ部６ａの上端部には、そのブレード部７ａと同じ方向に同じ数の嵌合用凹部１６が円周方向に均等間隔で設けられているので、それぞれのファン部材を組み合せる際の相互の位置決めを行う際に、一方のファン部材を他方のファン部材に対して回転方向で相互に隣接するブレード間の回転角に相当する角度だけ回せば容易に位置決めできるので、遠心ファン５の製作がより容易となるばかりでなく、それぞれのファン部材の相対的な位置ずれがなく安定した組み立て精度が得られる。

そして、図１０は、同一ファン騒音における風量静圧特性の比較グラフで、ファン騒音が３２ｄＢＡとなるそれぞれの回転速度の条件で本発明による遠心ファン装置１の風量静圧特性を従来の遠心ファン装置のそれと比較して示したグラフであり、遠心ファン５の最大外径を４６ｍｍとして、吸気口４ａ、４ｂの吸気径をそれぞれ３４ｍｍとした場合を示した。

この図で明らかなように、ブレード部７の両側端部がそのブレード部７の中央部よりも回転方向側に位置する形状とした本発明の遠心ファン装置１は、従来のブレード部が平坦な従来の遠心ファン装置のグラフと比較して、風量の全域に亘って静圧特性が改善されている。

つまり、本発明の遠心ファン装置１によれば、一旦吸気口からブレード部７の正圧面１３側に取り込まれ、そのブレード部７の径方向の上下の端部を超えて負圧面１４に回り込む空気流を抑制することにより、遠心方向への流量を増加できるので、高風量化と高静圧化が容易となり送風能力が向上していることを示している。

一方、本発明の遠心ファン装置を適用した電子機器であれば、発熱体に対する冷却性能も向上し、より高速なクロック周波数で駆動するＭＰＵやＣＰＵなどの発熱電子部品の搭載した場合の発熱対策が容易になることから、電子機器の高性能化をより促進できる。

また、遠心方向への流量を増加する作用により高風量化と高静圧化が容易となるので、送風効率が向上し遠心ファン装置の小型化・薄型化を図ることができ、電子機器の筐体内でのレイアウト設計が容易となるばかりでなく、その遠心ファン装置が搭載される電子機器の筐体の薄型化や小型化への対応も容易となる。

なお、以上の実施の形態の説明において、構成要素の寸法、数量、材質、形状、その相対的な配置などは、特にそれらに限定される旨の記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なるひとつの実施の形態の説明に過ぎず、様々な変形が可能であって、例えば、ファンケーシング２の外形は略四角形や略平行四辺形でなくても、略円形、略三角形、あるいはそれ以外の種々の多角形でも構わない。

また、吸気口も、ファンカバーやファンフレームのいずれか一方のみに配設してもよいし、排気口も異なる複数の方向へ設けてもよい。

本発明の遠心ファン装置は、電子機器の筐体内部に実装されたＭＰＵなどの発熱体を冷却する遠心ファン装置として、受熱体から放熱体までをヒートパイプや液体冷媒の循環などの方式により熱輸送した後、その放熱体を強制的に送風冷却するのに用いられるだけでなく、空気冷却方式に併用される放熱フィンを設けたヒートシンクなどの強制的な放熱にも適用できる。

本発明の実施の形態１における遠心ファン装置の上方からの斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１における遠心ファン装置の平面図、（ｂ）同図Ａ−Ａ矢視断面図 本発明の実施の形態１における遠心ファンの斜視図 本発明の実施の形態１における遠心ファンの平面図 （ａ）図４のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｂ）同図（ａ）の変形例を示す断面図 本発明の実施の形態１における遠心ファンの部分拡大斜視図 （ａ）図６のブレード部のＣ−Ｃ矢視断面図、（ｂ）その変形例を示す図、（ｃ）その変形例を示す図 本発明の実施の形態１における遠心ファンを下側から見た分解斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１における第２のファン部材を嵌合させる側から見た斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１における第１のファン部材の嵌合させる側から見た斜視図 同一ファン騒音における風量静圧特性の比較グラフ （ａ）従来の技術である（特許文献１）に記載されている遠心ファンの斜視図、（ｂ）その遠心ファンのブレード部の構造を示した斜視図、（ｃ）は別構造のブレード部を示した斜視図 （ａ）従来の技術である（特許文献３）に記載されている軸流ファンの斜視図、（ｂ）その軸流ファンのブレード部の部分拡大図

符号の説明

１ 遠心ファン装置
２ ファンケーシング
２ａ ファンフレーム
２ｂ ファンカバー
３ 排気口
４ａ 吸気口
４ｂ 吸気口
５ 遠心ファン
５ａ 第１のファン部材
５ｂ 第２のファン部材
６ ハブ部
６ａ 第１のファン部材のハブ部
６ｂ 第２のファン部材のハブ部
７ ブレード部
７ａ 第１のファン部材のブレード部
７ｂ 第２のファン部材のブレード部
７ｃ 切り欠き部
８ 回転軸
９ａ 下側円環板
９ｂ 上側円環板
１０ 円筒型受け部
１１ モータ駆動部
１２ 保持部
１３ 正圧面
１４ 負圧面
１５ 境界部
１６ 嵌合用凹部
１７ ヨーク部材
Ｃ ブレード部の中央部
Ｅａ ブレード部の下側端部
Ｅｂ ブレード部の上側端部
Ｒ 遠心ファンの回転方向
Ｓ ブレード部の進行方向
θａ 下側端部の仰角
θｂ 上側端部の仰角

Claims (10)

1. 円筒形状の外周面を有するハブ部とその外周面から略放射状に延びる複数のブレード部とから構成される遠心ファンと、前記ハブ部の内側中央に固定された回転軸と、前記遠心ファンを収容し、少なくとも一つの吸気口を有するファンケーシングと、を備えた遠心ファン装置であって、前記回転軸と同軸の所定半径の円筒に沿って切断した前記ブレード部の円筒断面の正圧面側の形状は、両側端部が中央部よりも回転方向側に位置する凹形状とすることを特徴とする遠心ファン装置。
2. 前記吸気口の投影面積領域に位置する前記ブレード部において、前記回転軸と同軸の所定半径の円筒に沿って切断した前記ブレード部の円筒断面の正圧面側の形状は、両側端部が中央部よりも回転方向側に位置する凹形状とすることを特徴とする請求項１記載の遠心ファン装置。
3. 前記ブレード部の外周部において、前記回転軸方向の両側端部に位置する少なくとも一方の端部を切り欠いて、前記ファンケーシングの前記吸気口を取り囲む縁部を、その切り欠いた部分に入り込むように配置することを特徴とする請求項１記載の遠心ファン装置。
4. 前記遠心ファンを回転軸方向において２分割し、一方の第１のファン部材と他方の第２のファン部材とを組み合わせてその遠心ファンを構成することを特徴とする請求項１記載の遠心ファン装置。
5. 前記第１のファン部材及び前記第２のファン部材のそれぞれのハブ部の内側にヨーク部材を嵌着させることを特徴とする請求項４記載の遠心ファン装置。
6. 前記ブレード部において、前記回転軸方向の両側端部に円環板を設けることを特徴とする請求項４記載の遠心ファン装置。
7. 前記ブレード部の外周側における前記回転軸方向の両側端部であって、前記吸気口の投影面積領域の外側に前記円環板を設けることを特徴とする請求項６記載の遠心ファン装置。
8. 前記第１のファン部材または前記第２のファン部材のいずれか一方のハブ部に設けた嵌合用凹部に、他方のファン部材のブレード部を嵌合させて、前記遠心ファンを構成することを特徴とする請求項４記載の遠心ファン装置。
9. 前記第１のファン部材または前記第２のファン部材のいずれか一方のハブ部に設ける嵌合用凹部は、前記遠心ファンのブレード部の数と同数とすることを特徴とする請求項８記載に遠心ファン装置。
10. 請求項１から１０いずれか１項に記載の遠心ファン装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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