JP2007321562A - 遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの内壁面の上流側の舌部から空気吹出口までの間に、遠心ファンの回転中心軸方向で空気を分流するように異なる複数の面を形成することにより、異なる複数の面のそれぞれに沿って空気を分流して、平行流に近いより均一的な空気の送風を実現することを目的とする。
【解決手段】複数のブレード３ｂを有し、そのブレード３ｂの回転によって遠心方向へ空気を送風する遠心ファン３と、その遠心ファン３の外周側の側方に位置する内壁面６の上流側の舌部７から空気吹出口５までの間において、遠心ファン３の回転軸方向で空気を分流するように第１の側面８１と第２の側面８２が形成されたファンフレーム２ｂとを備えた遠心ファン装置。
【選択図】図２

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放熱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併せて小型化・薄型化が必要とされている。

一方、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し、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、その反面、その遠心ファン装置の複数のブレードの風きり音（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、遠心ファンを収容するケーシングにおいて、その遠心ファンの外周側の側方に位置する内壁面の上流側の舌部を、その遠心ファンの円周方向に沿って段差をもたせて階段状の形状とする構成のものが提案されている（特許文献１参照）。

図９（ａ）、（ｂ）はその（特許文献１）に記載されているシロッコファンの要部斜視図と正面説明図である。

シロッコファン１０１は、底壁面１０２とその上に一体で起立形成された渦巻状の周壁部１０３とによって構成された偏平且つ渦巻状のケーシング１０４内にモータ（図示せず）によって駆動される遠心ファンとしてのインペラ１０５を収容したものであって、ケーシング１０４の吐出側開口部は空気吹出口１０６として底壁面１０２の上面で開口している。

ここで、その渦巻状の周壁部１０３がケーシング１０４の背板として機能するが、周壁部１０３の渦巻始端部に相当する位置と空気吹出口１０６を形成している壁部１０７とのなすコーナー部すなわち舌部１０８の端面が、インペラ１０５の回転方向において所定量だけ前後にオフセットしていて、そのオフセット量に相当する段差面１０９をもって階段状に形成されている。

つまり、舌部１０８の端面は、インペラ１０５を形成している各ブレード１１０の配列ピッチの二分の一の値に相当するオフセット量に設定された段差面１０９をもって有段成形されているので、インペラ１０５を形成している各ブレード１１０が舌部１０８を通過する度に、上記段差分の位相差をもって空気圧縮音を互いに打ち消すような消音効果が発揮され、その舌部１０８において発生するファン騒音を抑制できるという効果がある。

また、他の従来の技術においては、遠心ファンを内包するケーシングの形状を、空気吹出口側の遠心ファンに最も近接する舌部から回転角６０度〜８０度程度までは、遠心ファンの外周部との隙間をその遠心ファンの外径の約４％程度で且つ単一のＲで塞ぎ、そこから回転角１００度〜１２０度程度の空気吸込口が始まり、その空気吸込口の終端からは、スクロール拡大率を０．３％程度にして徐々に遠心ファンの外周部との隙間を拡大して空気吹出口に続き、この空気吹出口の開口面積を空気吸込口の開口面積の略８０％以下となるようにした形状のものが提案されている（特許文献２参照）。

このような形状にすることによって、薄型で低ファン騒音でありながら、吹出し気流の到達距離を長くでき、室内の循環用の送風機としての性能を向上できる。

さらに、他の従来の技術においては、遠心ファンを内包しその遠心ファンの側面に空気吹出口を備えたケーシングにおいてその舌部形状を、遠心ファンの外周部とケーシングの内面との隙間が、遠心ファンの外周部に最も近接する近接点から遠心ファンの反回転方向に向かって漸次増大する間隔拡大部を有した形状のものも提案されている（特許文献３参照）。

このような形状にすることによって、風量と静圧を高めつつファン騒音も低減することを実現している。
特開平１１−１８２４９９号公報 特開２００３−３０７１９８号公報 特開２００５−２７３５９３号公報

しかしながら、上記のような従来の遠心ファン装置では、通常遠心ファンの外周近傍における空気の流れ方向は、その遠心ファンを挟み込むように収容するケーシングの上面と下面によってその遠心ファンの回転軸方向に対しては規制されているものの、その回転軸方向と直交する方向に対しては遠心ファンの外周部で形成される仮想の外周円に対する接線方向とその遠心ファンの回転軸を中心とした放射方向とで合成された方向となっている。

したがって、遠心ファンから送り出された直後の空気の流れ方向は、全体として平行流ではなく、その大半がケーシングの内壁に沿って空気吹出口の方向へ大きく流れ方向が変えられている。

一方、遠心ファンの外周側の側方に位置するケーシング内壁面の上流側の舌部の近傍を流れる空気は、その舌部とその舌部に連続形成された空気吹出口までの内壁とに直接ぶつかりながら、その空気流れ方向を空気吹出口の方向へ向きを大きく変えられてしまうので、空気吹出口の遠心ファンの回転方向側へ空気が集中して流れるので、送風される空気の風量が空気吹出口の場所によって異なる原因となり、均一的な送風を行うのが困難となっている。

特に、前述したようにＭＰＵなどの発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して放熱する用途として上記の遠心ファン装置を用いる場合には、その放熱体に対してより均一的な送風を確保するのが必要となるが、例えば、その放熱体が複数の放熱フィンから構成されたヒートシンクであれば、それぞれの放熱フィンに対して均一的な風量の送風が得られず、効率的に放熱するのが困難になるという課題がある。

また、空気吹出口において遠心ファンの回転方向側へ空気が著しく集中して流れる場合には、局所的に風量が増大し風速が増大するために、放熱フィンの隙間を流れる空気の風切り騒音や笛吹音が発生する要因にもなるので、ファン騒音が増大するという課題もあった。

上記課題を解決するため、本発明の遠心ファン装置は、複数のブレードを有し、そのブレードの回転によって遠心方向へ空気を送風する遠心ファンと、遠心ファンを収容し、その遠心ファンの外周側の側方に位置する内壁面の上流側の端部から空気吹出口までの間、すなわち舌部から空気吹出口の間において、遠心ファンの回転中心軸方向で空気を分流するように異なる複数の面が形成されたケーシングと、を具備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、遠心ファンの外周側の側方に位置する内壁面の上流側の舌部から空気吹出口までの間に、その遠心ファンの回転中心軸方向に空気を分流するように異なる複数の面が形成されることにより、それら異なる複数の面のそれぞれに沿って空気が分流され分散効果が得られるので、平行流に近いより均一的な空気の送風を実現できる。

請求項１記載の発明によれば、遠心ファンの外周側の側方に位置する内壁面の上流側の舌部から空気吹出口までの間に、その遠心ファンの回転中心軸方向で空気を分流するように異なる複数の面が形成されることにより、異なる複数の面のそれぞれに沿って空気が分流され分散効果が得られるので、平行流に近いより均一的な空気の送風を実現できる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１の発明において、異なる複数の面は、相互に略平行または遠心ファンの回転中心軸側に交角が形成される位置関係となっていることにより、異なる複数の面のそれぞれに沿って分流された空気の相互干渉が緩和されるので、渦流や乱流が発生しにくくなり、平行流に近いより均一的な空気の送風を実現できる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２の発明において、段差面は送風方向に沿って送風断面積が大きくなるように傾斜していることにより、その段差面の上を通過する空気が空気吹出口で遠心ファンの回転中心軸方向にも分散しやすくなるので、空気吹出口の全体に渡ってより均一的な空気の送風を実現できる。

請求項４記載の発明によれば、遠心ファンの外周側の側方に位置する内壁面の上流側の舌部から空気吹出口までの間に段差部が連続して形成されることにより、その段差部のそれぞれの側面に沿って空気が分流され分散効果が得られ、空気吹出口から放熱フィンに向かって平行流に近いより均一的な空気の送風が得られるので、放熱性能の向上を実現できる。

また、空気吹出口において遠心ファンの回転方向側へ空気が著しく集中して流れることが少なくなり、局所的に風量が増大し風速が増大することによる放熱フィンの隙間を流れる空気の風切り騒音や笛吹音が発生することも少なくなるので、ファン騒音を軽減することができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項４の発明において、異なる複数の面は、相互に略平行または遠心ファンの回転中心軸側に交角が形成される位置関係となっていることにより、異なる複数の面のそれぞれに沿って分流された空気の相互干渉が緩和されるので、渦流や乱流が発生しにくくなり、空気吹出口から放熱フィンに向かって平行流に近いより均一的な空気の送風が得られるので、放熱性能の向上を実現できる。

請求項６記載の発明によれば、請求項４または５の発明において、段差面は送風方向に沿って送風断面積が大きくなるように傾斜していることにより、その段差面の上を通過する空気が空気吹出口で回転中心軸の方向にも分散しやすくなり、空気吹出口の全体に渡って放熱フィンの方向へより均一的な空気の送風が得られるので、放熱性能の向上を実現できる。

請求項７記載の発明によれば、請求項１から６いずれか１項に記載の遠心ファン装置を具備することにより、放熱フィンなどの放熱体に対する放熱性能が向上し、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ので、その電子機器の高性能化を実現できる。

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、ケーシングの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する。

（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斜視図で、図２は本発明の実施の形態１における遠心ファン装置のカバーを外した状態での斜視図で、図３は本発明の実施の形態１における遠心ファン装置の部分拡大斜視図で、図４（ａ）は本発明の実施の形態１における遠心ファン装置のカバーを外した状態での平面図で、図４（ｂ）は本発明の実施の形態１における遠心ファン装置のカバーを外した状態での正面図で、図５（ａ）は本発明の実施の形態１の変形例における遠心ファン装置のカバーを外した状態での平面図で、図５（ｂ）は本発明の実施の形態１の変形例における遠心ファン装置のカバーを外した状態での正面図である。

まず、図１で示したように、遠心ファン装置１の薄型で偏平形状のケーシング２は、上部に位置するファンカバー２ａとその下部に位置するファンフレーム２ｂとにより構成されている。

ここで、ファンカバー２ａ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、その略中央部に外部から空気を吸気する略円形状の空気吸込口４ａが配設されている。

そして、ファンフレーム２ｂとファンカバー２ａとに挟まれて収容されるように遠心ファン３がケーシング２の内部に配置され、その遠心ファン３は、円筒形状の外周面を有するハブ部３ａ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３ｂとから構成され、さらにそのブレード３ｂが回転中心軸である回転軸３ｃ（図４参照）を中心として回転することによって、空気吸込口４ａから吸い込んだ空気を遠心方向へ送風する。

また、ファンフレーム２ｂ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成形され、その一方の側面にはケーシング２の内部に吸気した空気を外部に排気する空気吹出口５が配設されている。

次に、図２で示したように、ファンフレーム２ｂの下方に位置する底面にも前述した空気吸込口４ａと同径の空気吸込口４ｂが配設され、外部からの空気を吸気している。

また、ファンフレーム２ｂの側面の上部には、ファンカバー２ａの取り付け穴に嵌挿して熱溶着やカシメなどにより固定するための、略円筒形状の凸部２ｃが４箇所に設けられている。

そして、その空気吸込口４ｂを横断するように、遠心ファン３を回転自在に保持するスポーク６がファンフレーム２ｂの空気吸込口４ｂの周部に連設されている。

ここで、遠心ファン３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３ａの上面に対向するようにファンカバー２ａ（図１参照）の中央部に配設された空気吸込口４ａとファンフレーム２ａの底面の中央部に配設された空気吸込口４ｂとの両方から空気が吸気され、さらにその吸気された空気が、複数のブレード３ｂの回転運動によりケーシング２の内部でそのブレード３ｂ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２ｂやファンカバー２ａの内壁にぶつかりながら、その内壁に沿って遠心ファン３の矢印Ｒで示した回転方向へそれらの空気が送られて空気吹出口５から排気される。

また、遠心ファン３の外周側の側方に位置するファンフレーム２ｂのスポーク６の上流側に位置する段差形状の舌部７から空気吹出口５までの間には、遠心ファン３の回転軸３ｃの方向で空気を分流するように異なる２つの面である第１の側面８１と第２の側面８２が形成され、それらの面は、遠心ファン３の回転軸３ｃの方向に沿って設けられている。

そして、それら２つの面の間には遠心ファン３の回転軸３ｃと直交する方向に連続して延び且つ複数の傾斜面を有する段差面８０が形成されている。

つまり、それら２つの面と段差面８０とから段差部８が構成されている。

さらに詳細に説明すると、図３で示したように、段差部８は、高さＨ１がファンフレーム２ｂの底面から空気吹出口５の高さＨ０の約４０％〜７０％の範囲内に設定され且つ回転軸３ｃと直交する方向へ延びる段差面８０と、その上下方向に位置し回転軸３ｃの方向に沿って設けられた異なる２つの面である第１の側面８１及び第２の側面８２とによって構成されている。

ここで、遠心ファン３の外周側の側方に位置するファンフレーム２ｂ（図２参照）の内壁面６の上流側に位置し段差形状を有する舌部７において、遠心ファン３の外周方向に沿った方向の幅寸法Ｗは、相互に隣接するブレード３ｂの先端部の配列ピッチＰの約二分の一の寸法に設定されているので、舌部７とブレード３ｂとの間において発生する空気圧縮音、つまりファン騒音が有効に抑制されている。

加えて、遠心ファン３の外周側の側方に位置する内壁面６の上流側の段差形状を有する舌部７から空気吹出口５までの間に段差部８が連続して形成され、且つ第１の側面８１と第２の側面８２とが略平行となる位置関係であることにより、段差部８にぶつかった空気が上下方向において第１の側面８１と第２の側面８２のそれぞれの側面に沿って分流され分散効果が得られるので、空気吹出口５から平行流に近いより均一的な空気の送風を実現でき、分流された空気の相互干渉も緩和されるので、渦流や乱流も発生しにくくなっている。

また、段差面８０の遠心ファン３側には、送風方向に沿って通風断面積が大きくなるように回転軸３ｃと直交する方向に対して２０°〜５０°の範囲で傾斜している第１の傾斜面８０ａが形成されており、その段差面８０の上を通過する空気が空気吹出口５で回転軸３ｃの方向に広がって分散しやすくなるので、空気吹出口５から平行流に近いより均一的な空気の送風を実現できている。

そして、その段差面８０の第２の側面８２側には、回転軸３ｃと直交する方向に対して２０°〜５０°の範囲で傾斜している第２の傾斜面８０ｂも形成されており、第２の側面に空気がぶつかりやすくし、なお且つ分流された空気の指向性を高めている。

さらには、第１の傾斜面８０ａと第２の傾斜面８０ｂとの間には、湾曲状に窪んだ接続面８０ｃが形成され、それぞれの下部にはほぼ回転軸３ｃと直交する方向の下部接続面８０ｄが形成されている。

次に、図４（ａ）を用いて、段差形状を有する舌部７から空気吹出口５まで連続して形成された段差部８の２つの側面８１、８２のそれぞれに沿って流れる空気の流れについてさらに詳細に説明する。

なお、この図においては、説明を容易にするため、遠心ファン３の外周部で形成される仮想の外周円を２点鎖線で示し、その遠心ファン３の回転中心軸である回転軸３ｃを破線で示した。

前述したように、遠心ファン３の外周側の側方に位置するファンフレーム２ｂの内壁面６の上流側の舌部７の近傍を流れる空気の流れ方向は、遠心ファン３の外周部で形成される仮想の外周円に対する接線方向とその遠心ファン３の回転軸３ｃを中心とした放射方向とで合成された破線Ｄ０で示した方向となっている。

したがって、破線Ｄ０で示した方向に流れた空気は、前述したように、遠心ファン３の外周側の側方に位置する内壁面６の上流側の段差形状を有する舌部７から空気吹出口５までの間に段差部８が連続して形成され、且つ第１の側面８１と第２の側面８２とが略平行となる位置関係であることにより、段差部８にぶつかった空気が上下方向において第１の側面８１と第２の側面８２のそれぞれの側面に沿って矢印Ｄ１の方向と矢印Ｄ２の方向とにほぼ均等に分流され分散効果が得られるので、空気吹出口５から平行流に近いより均一的な空気の送風を実現でき、分流された空気の相互干渉も緩和されるので、渦流や乱流も発生しにくくなっている。

また、段差面８０の遠心ファン３側には、第２の側面８２と略平行な矢印Ｄ２で示した送風方向に沿って、通風断面積が大きくなるように回転軸３ｃと直交する方向に対して２０°〜５０°の範囲で傾斜している第１の傾斜面８０ａが形成されており、その段差面８０の上を通過する空気が空気吹出口５で回転軸３ｃの方向にも分散しやすくなるので、空気吹出口５の全体に渡ってより均一的な空気の送風を実現できている。

なお、この場合において通風断面積とは、空気の流れに対して直交する方向の断面積で、この場合であれば段差面８０の上方であって第１の側面８１と略平行な矢印Ｄの方向と直交する方向の断面積である。

つまり、図４（ｂ）で示したように、段差面８０の遠心ファン３側には、送風方向に沿って通風断面積が大きくなるように回転軸３ｃと直交する方向に対する傾斜角度αが２０°〜５０°の範囲となる第１の傾斜面８０ａが形成されており、その段差面８０の上を通過する空気が空気吹出口５で回転軸３ｃの方向にも分散しやすくなるので、空気吹出口５から平行流に近いより均一的な空気の送風を実現できている。

また、前述したように段差部８の段差面８０の高さＨ１は、ファンフレーム２ｂの底面から空気吹出口５の高さＨ０の約４０％〜７０％の範囲内に設定されている。

次に、図５（ａ）、（ｂ）を用いて、前述した段差部８の形状の変形例を説明する。

なお、この図においても、説明を容易にするため、遠心ファン３の外周部で形成される仮想の外周円を２点鎖線で示し、その遠心ファン３の回転中心に位置する回転軸３ｃを破線で示した。

遠心ファン３の外周側の側方に位置するファンフレーム１０ｂの内壁面１１の上流側の舌部１２の近傍を流れる空気の流れ方向は、遠心ファン３の外周部で形成される仮想の外周円に対する接線方向とその遠心ファン３の回転軸３ｃを中心とした放射方向とで合成された破線Ｄ３で示した方向となっている。

また、遠心ファン３の外周側の側方に位置する内壁面１１の上流側の舌部１２から空気吹出口１３までの間に段差部１４が連続して形成され、且つ第１の側面１４１の仮想延長平面と第２の側面１４２の仮想延長平面とが遠心ファン３の回転中心である回転軸３ｃ側において交線の形成されるポイントＸで交差し、その交線において交角θが形成される位置関係となっている。

したがって、破線Ｄ３で示した方向に流れた空気は、段差部１４にぶつかり、さらに上下方向において第１の側面１４１と第２の側面１４２のそれぞれの側面に沿って矢印Ｄ４
の方向と、矢印４と異なる矢印Ｄ５の方向とにほぼ均等に分流され分散効果が得られるので、空気吹出口１３から平行流に近いより均一的な空気の送風を実現でき、分流された空気の相互干渉もより緩和されるので、渦流や乱流も発生しにくくなっている。

また、この変形例においては、段差部１４の段差面１４０は、遠心ファン２の回転軸３ｃと直交する方向に平面状に延びて、その高さＨ３は、ファンフレーム２ａの底面から空気吹出口５の高さＨ２の約４０〜７０％の範囲内に設定されているが、前述したように矢印Ｄ４の方向と矢印Ｄ５の方向が交角θ分だけ送風方向が異なるので、十分な分散効果が得られている。

なお、図を用いた説明は省略するが、さらに他の変形例として、舌部が前述したような段差形状ではなく、単に直線的な形状の端部であってもよく、その端部である舌部において第１の側面と第２の側面が交差し、舌部から空気吹出口へ向かって扇状に空気が分流されるような形態でも構わない。

（実施の形態２）
図６（ａ）は本発明の実施の形態２における遠心ファン装置の上方から見た斜視図で、図６（ｂ）は本発明の実施の形態２記載における遠心ファン装置の下方から見た斜視図で、図７（ａ）は本発明の実施の形態２における遠心ファン装置のカバーを外した状態での平面図で、図７（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

まず、図６（ａ）やその裏面側を示した図６（ｂ）のように、遠心ファン装置２１は、上部に位置するファンカバー２２ａとその下部に位置するファンフレーム２２ｂとから構成される薄型で偏平形状のケーシング２２と、複数の放熱フィンが略平行に並べられて構成されたヒートシンク２３、ヒートパイプ２４、及びそれらを相互に接続するベース部２５などを備えている。

また、ベース部２５の一方の端部には、発熱電子部品（図示せず）から受熱した熱をヒートパイプ２４まで熱伝導するための受熱部２５ａが形成されている。

そして、そのファンカバー２２ａとファンフレーム２２ｂとに挟まれて収容されるように遠心ファン２６が配置され、その遠心ファン２６は円筒形状の外周面を有するハブ部２６ａ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２６ｂとから構成され、そのブレード２６ｂが後述する回転中心軸である回転軸２６ｃ（図７参照）を中心として回転することによって遠心方向へ空気を送風する。

ここで、ファンカバー２２ａ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、その略中央部に外部から空気を吸気する略円形状の空気吸込口２７ａが配設されている。

また、ファンフレーム２２ｂ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成形され、その一方の側面には吸気した空気を排気する空気吹出口２８が配設されており、下方に位置する底面には前述した空気吸込口２７ａと同径の空気吸込口２７ｂが配設されている。

また、ファンフレーム２２ｂの側面の上部には、ファンカバー２２ａの取り付け穴に嵌挿して熱溶着やカシメなどにより固定するための、略円筒形状の凸部２２ｃが４箇所に設けられている。

そして、その空気吸込口２７ｂを横断するように、遠心ファン２６を回転自在に保持するスポーク２９がファンフレーム２２ｂの空気吸込口２７ｂの周部と３箇所で連設されている。

ここで、遠心ファン２６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２６ａの上面に対向するようにファンカバー２２ａの中央部に配設された空気吸込口２７ａとファンフレーム２２ｂの底面の中央部に配設された空気吸込口２７ｂとの両方から空気が吸気され、さらにその吸気された空気が、複数のブレード２６ｂの回転運動によりケーシング２２の内部でそのブレード２６ｂ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２２ｂやファンカバー２２ａの内壁にぶつかりながら、その内壁に沿って遠心ファン２６の矢印Ｒで示した回転方向へそれらの空気が送られて空気吹出口２８から排気される。

そして、空気吹出口２８からヒートシンク２３のそれぞれの放熱フィンに向かって平行流に近いより均一的な空気が送風されるので、受熱部２５ａによって発熱電子部品（図示せず）から受熱された熱は、前述したヒートパイプ２４を介してヒートシンク２３まで伝熱され、そのヒートシンク２３の放熱フィンでその間の隙間を流れる空気と熱交換されて、効率的な放熱が行われるようになっている。

次に、図７（ａ）を用いて、多段形状を有する舌部３０から空気吹出口２８まで連続して形成された段差部３１の４つの側面３１１〜３１４のそれぞれに沿って流れる空気の流れについてさらに詳細に説明する。

なお、この図においては、説明を容易にするため、遠心ファン２６の外周部で形成される仮想の外周円を２点鎖線で示し、その遠心ファン２６の回転中心軸である回転軸２６ｃを破線で示し、ヒートシンク２３とベース部２５も同様に２点鎖線で示した。

ここで、遠心ファン２６の外周側の側方に位置するファンフレーム２２ｂの内壁面２２ｃの上流側の舌部３０の近傍を流れる空気の流れ方向は、遠心ファン２６の外周部で形成される仮想の外周円に対する接線方向とその遠心ファン２６の回転軸２６ｃを中心とした放射方向とで合成された破線Ｄ６で示した方向となっている。

また、遠心ファン２６の外周側の側方に位置するファンフレーム２２ｂの内壁面２２ｃの上流側に位置し多段形状を有する舌部３０から空気吹出口２８までの間には、遠心ファン２６の回転軸２６ｃの方向で空気を分流するように異なる４つの面である第１の側面３１１、第２の側面３１２、第３の側面３１３、及び第４の側面３１４が形成され、それらの面は、遠心ファン２６の回転軸２６ｃの方向に沿って設けられている。

そして、それら４つの面の間には遠心ファン２６の回転軸２６ｃと直交する方向に連続して延びる３つの段差面である第１の段差面３１０ａ、第２の段差面３１０ｂ、及び第３の段差面３１０ｃが形成されている。

つまり、それら４つの側面３１１〜３１４と３つの段差面３１０ａ〜３１０ｃとから段差部３１が構成されている。

そして、図７（ｂ）で示したように、段差部３１の第１の段差面３１０ａの高さＨ１１は、ファンフレーム２２ｂの空気吹出口２８の高さＨ１０の約２５％に設定され、他の第２の段差面３１０ｂや第３の段差面３１０ｃも同様にそれと隣接する段差面に対して、高さＨ１０の約２５％の高さに設定されている。

加えて、遠心ファン２６の回転軸２６ｃの方向で空気を分流するように連続して形成された異なる４つの側面である３１１〜３１４が相互に略平行となる位置関係であることにより、段差部３１にぶつかった空気が上下方向において第１の側面３１１、第２の側面３１２、第３の側面３１３、及び第４の側面３１４のそれぞれの側面に沿って矢印Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９、及びＤ１０の方向へほぼ均等に分流され分散効果が得られるので、空気吹出口２８からヒートシンク２３の複数の放熱フィンに向かって平行流に近いより均一的な空気の送風を実現でき、分流された空気の相互干渉も緩和されるので、渦流や乱流も発生しにくくなっている。

そして、それらの４つの側面３１１〜３１４に沿った平行流に近いより均一的な空気の送風は、空気吹出口２８を通過した後、ヒートシンク２３の複数の放熱フィンの隙間を流れながら熱交換されて、効率的な放熱が行われるようになっている。

ここで、前述したように３つの段差面３１０ａ、３１０ｂ、及び３１０ｃは、遠心ファン２６の回転軸２６ｃと直交する方向に連続して延びる平面となっているが、図示はしないが変形例としてそれらの段差面のいずれかまたはすべてを送風方向に沿って通風断面積が大きくなるように傾斜させてもよい。

そのようにすることにより、その傾斜させた段差面の上を通過する空気が空気吹出口２８で回転軸２６ｃの方向にも分散しやすくなり、空気吹出口２８の全体に渡ってヒートシンク２３の放熱フィンの方向へより均一的な空気の送風が得られるので、放熱性能の向上を実現できる。

さらには、空気吹出口２８において遠心ファン２６の回転方向側へ空気が著しく集中して流れることが少なくなり、局所的に風量が増大し風速が増大することによる放熱フィンの隙間を流れる空気の風切り騒音や笛吹音が発生することも少なくなるので、ファン騒音を０．５ｄΒＡ〜１．０ｄＢＡ程度軽減することができる。

また、他の変形例として４つの側面３１１〜３１４を遠心ファン２６の回転軸２６ｃ側に交角が形成される位置関係とすれば、それぞれの面に沿って分流された空気の相互干渉がより緩和されるので、渦流や乱流が発生しにくくなり、空気吹出口から放熱フィンに向かって平行流に近いより均一的な空気の送風が得られるので、放熱性能の向上を実現できる。

（実施の形態３）
図８（ａ）は、本発明の実施の形態３における電子機器の筐体内部を示した図で、図８（ｂ）は、同図（ａ）の主要部を示した断面図で、この電子機器５０は、開閉型の液晶表示装置５１が操作部を有する本体装置５２の端部のヒンジ機構５３に回動支持された構成のノート型ＰＣである。

この図では、電子機器５０の本体装置５２の筐体内部に配置された回路基板５４の下側面には、冷却されるべき発熱電子部品（図示せず）が実装されていて、その発熱電子部品と熱的に接続された複数の放熱フィンを備えたヒートシンク５５が本体装置５２の筐体側面５２ａ側に設置されている状態を示している。

また、遠心ファン装置５６は、実施の形態１で説明した構成のものとほぼ同一で、前述したヒートシンク５５に隣接するように回路基板５４の下方に実装されていて、ファンカバー５７が下側に、ファンフレーム５８が上側になるような向きとなっている。

そして、本体装置５２の下側の空気は、本体装置５２の筐体底面５２ｂ側に設けられた複数の通気口５９を通過してファンカバー５７の吸気口５７ａより吸入されると同時に、本体装置５２の内部の空気は、ファンフレーム５８の吸気口５８ａより吸入され、遠心ファン６０の回転運動によりファンカバー５７とファンフレーム５８とで構成されるケーシングの内部でその遠心ファン６０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５８やファンカバー５７の内壁にぶつかりながら、その内壁に沿って遠心ファン６０の回転方向と同一の方向へそれらの空気が送られる。

そして、実施の形態１で説明したように、遠心ファン６０の外周側の側方に位置するファンフレーム５８の内壁面５８ｂの上流側の舌部６１から空気吹出口６２までの間には、所定の高さで段差部６３が連続して形成されている。

また、段差部を形成する上下方向の側面が相互に略平行となる位置関係であることにより、段差部８にぶつかった空気が上下方向においてそれぞれの側面に沿って分流され分散効果が得られるので、空気吹出口６２からヒートシンク５５の方向へ向かって平行流に近いより均一的な空気の送風を実現でき、分流された空気の相互干渉も緩和されるので、渦流や乱流も発生しにくくなっている。

そして、空気吹出口６２から排気された空気はより均一な平行流となり、ヒートシンク５５に設けられた複数の放熱フィン間の隙間をその放熱フィンと熱交換しながら通過して、最終的に本体装置５２の筐体側面５２ａに設けられた通気口６４を通過して外部へ排出される。

したがって、このような遠心ファン装置５６を具備することにより、ヒートシンク５５の放熱フィンなどの放熱体に対する放熱性能が向上し、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ので、この電子機器５０の高性能化を実現できる。

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、段差部における段差面の数、大きさ、高さ等は、制御したい空気の流れ方向によって適宜変更してもよいし、ケーシングの外形についても略四角形や略平行四辺形でなくても、略円形、略３角形、あるいはそれ以外の種々の多角形でも構わなく、空気吸込口も、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、空気吹出口も異なる複数の方向へ設けてもよい。

また、ケーシングの構成についても、単にファンカバーとファンフレームとからのみ構成されたものではなく、例えばそのファンフレームの一部に発熱電子部品と熱的な接続を行う受熱部を設けたり、放熱性を有するヒートシンクなどをダイカスト成型やプレス成形などによって一体的に設けたりする構成でもよいし、さらにその間の熱輸送を効率的に行うヒートパイプ、熱伝導性シートなどのような熱輸送部材を備えていてもよい。

さらに、遠心ファンは、複数のブレードを有し、そのブレードの回転によって遠心方向へ空気を送風する遠心ファンであればよく、例えばシロッコファンのようにブレードが外周部のみに形成されたような形態の遠心ファンであっても構わず、その場合における回転中心軸は、ブレードの外周部で形成される仮想の外周円の中心軸に相当するものとして解釈すればよい。

本発明にかかる遠心ファン装置は、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 本発明の実施の形態１における遠心ファン装置のカバーを外した状態での斜視図 本発明の実施の形態１における遠心ファン装置の部分拡大斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１における遠心ファン装置のカバーを外した状態での平面図、（ｂ）本発明の実施の形態１における遠心ファン装置のカバーを外した状態での正面図 （ａ）本発明の実施の形態１の変形例における遠心ファン装置のカバーを外した状態での平面図、（ｂ）本発明の実施の形態１の変形例における遠心ファン装置のカバーを外した状態での正面図 （ａ）本発明の実施の形態２における遠心ファン装置の上方から見た斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態２記載における遠心ファン装置の下方から見た斜視図 （ａ）本発明の実施の形態２における遠心ファン装置のカバーを外した状態での平面図、（ｂ）同図（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図 （ａ）本発明の実施の形態３における電子機器の筐体内部を示した図、（ｂ）同図（ａ）の主要部を示した断面図 （ａ）従来の技術である（特許文献１）に記載されているシロッコファンの要部斜視図、（ｂ）従来の技術である（特許文献１）に記載されているシロッコファンの正面説明図

符号の説明

１ 遠心ファン装置
２ ケーシング
２ａ ファンカバー
２ｂ ファンフレーム
２ｃ 凸部
３ 遠心ファン
３ａ ハブ部
３ｂ ブレード
３ｃ 回転軸
４ａ 空気吸込口
４ｂ 空気吸込口
５ 空気吹出口
６ 内壁面
７ 舌部
８ 段差部
１０ｂ ファンフレーム
１１ 内壁面
１２ 舌部
１３ 空気吹出口
１４ 段差部
２１ 遠心ファン装置
２２ ケーシング
２２ａ ファンカバー
２２ｂ ファンフレーム
２２ｃ 凸部
２３ ヒートシンク
２４ ヒートパイプ
２５ ベース部
２５ａ 受熱部
２６ 遠心ファン
２６ａ ハブ部
２６ｂ ブレード
２６ｃ 回転軸
２７ａ 空気吸込口
２７ｂ 空気吸込口
２８ 空気吹出口
２９ スポーク
３０ 舌部
３１ 段差部
５０ 電子機器
５１ 液晶表示装置
５２ 本体装置
５２ａ 筐体側面
５２ｂ 筐体底面
５３ ヒンジ機構
５４ 回路基板
５５ ヒートシンク
５６ 遠心ファン装置
５７ ファンカバー
５８ ファンフレーム
５８ａ 吸気口
５８ｂ 内壁面
５９ 通気口
６０ 遠心ファン
６１ 舌部
６２ 空気吹出口
６３ 段差部
６４ 通気口
８０ 段差面
８０ａ 第１の傾斜面
８０ｂ 第２の傾斜面
８０ｃ 接続面
８０ｄ 下部接続面
８１ 第１の側面
８２ 第２の側面
１４０ 段差面
１４１ 第１の側面
１４２ 第２の側面
３１０ａ 第１の段差面
３１０ｂ 第２の段差面
３１０ｃ 第３の段差面
３１１ 第１の側面
３１２ 第２の側面
３１３ 第３の側面
３１４ 第４の側面
Ｄ０ 空気の流れ方向
Ｄ１ 空気の流れ方向
Ｄ２ 空気の流れ方向
Ｄ３ 空気の流れ方向
Ｄ４ 空気の流れ方向
Ｄ５ 空気の流れ方向
Ｄ６ 空気の流れ方向
Ｄ７ 空気の流れ方向
Ｄ８ 空気の流れ方向
Ｄ９ 空気の流れ方向
Ｄ１０ 空気の流れ方向
Ｈ０ 空気吹出口の高さ
Ｈ１ 段差面の高さ
Ｈ２ 空気吹出口の高さ
Ｈ３ 段差面の高さ
Ｈ１０ 空気吹出口
Ｈ１１ 段差面の高さ
Ｒ 遠心ファンの回転方向
θ 交角

Claims (7)

1. 複数のブレードを有し、そのブレードの回転によって遠心方向へ空気を送風する遠心ファンと、前記遠心ファンを収容し、その遠心ファンの外周側の側方に位置する内壁面の上流側の舌部から空気吹出口までの間において、前記遠心ファンの回転中心軸方向で空気を分流するように異なる複数の面が形成されたケーシングと、を具備することを特徴とする遠心ファン装置。
2. 前記異なる複数の面は、前記遠心ファンの回転中心軸方向に沿って設けられた少なくとも２つの面であって、それらの面は相互に略平行または前記遠心ファンの回転中心軸側に交角が形成される位置関係となっていることを特徴とする請求項１記載の遠心ファン装置。
3. 前記異なる複数の面の間には、遠心ファンの回転中心軸と直交する方向に連続して延びた段差面を有し、その段差面は送風方向に沿って通風断面積が大きくなるように傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の遠心ファン装置。
4. 複数のブレードを有し、そのブレードの回転によって遠心方向へ空気を送風する遠心ファンと、前記遠心ファンを収容し、その遠心ファンの外周側の側方に位置する内壁面の上流側の舌部から空気吹出口までの間において、前記遠心ファンの回転中心軸方向で空気を分流するように異なる複数の面が形成されたケーシングと、前記ケーシングの空気吹出口から送り出された空気と熱交換を行う放熱フィンと、を具備することを特徴とする遠心ファン装置。
5. 前記異なる複数の面は、前記遠心ファンの回転中心軸方向に沿って設けられた少なくとも２つの面であって、それらの面は相互に略平行または前記遠心ファンの回転中心軸側に交角が形成される位置関係となっていることを特徴とする請求項４記載の遠心ファン装置。
6. 前記異なる複数の面の間には、遠心ファンの回転中心軸と直交する方向に連続して設けられた段差面を有し、その段差面は送風方向に沿って通風断面積が大きくなるように傾斜していることを特徴とする請求項４または５記載の遠心ファン装置。
7. 請求項１から６いずれか１項に記載の遠心ファン装置を具備することを特徴とする電子機器。

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