JP2008175142A

JP2008175142A - ファン装置

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Publication number: JP2008175142A
Application number: JP2007009500A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kobayashi; 誠小林; Takahiro Kikuichi; 貴宏菊一
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-31
Also published as: CN101270760B; US20080193287A1; CN101270760A

Abstract

【課題】低騒音性及び強度等の性能向上が図れるファン装置を提供する。
【解決手段】このファン装置（１１）は、回転することで軸方向に吸気し、軸方向に排気する複数の動翼を有するインペラ（１２）と、インペラを駆動するモータと、インペラを収容する外枠体（１５）と、外枠体内に設けられ、モータを支持する支持体（１６）と、外枠体と支持体とを連結し軸方向断面形状が翼断面である複数の静翼（１７）と、を備え、ファン装置の径方向における静翼の少なくとも一部の区間において、径方向外方にいくに従って、軸方向に対する静翼の傾き角度が小さくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファン装置に関する。

近年、パソコン（パーソナルコンピュータ）をはじめとして、電子機器の高密度・小型化が進んでいる。それに伴い、電子機器から発生する熱も増加する傾向にある。電子機器の性能を維持するためには電子機器の外部へ放熱する必要がある。その放熱を行う一般的な手段として、冷却用のファンによる放熱手段が挙げられる。このファンによる放熱には２種類あり、ひとつは、ファンにより電子機器内部の排気により放熱を行う場合である。これは電子機器内部において、ファンにより空気を循環させ外部へと放熱を行うものである。もうひとつは、被冷却体に対して直接風を当てて電子機器の冷却を行う場合であり、ＣＰＵ冷却用のヒートシンクに取り付けるファンなどがこれに該当する。このような冷却用ファンには様々な種類があるが、その中の一つに軸流型ファン装置がある。

この種のファン装置は、動翼とハウジングを有し、吸気した空気を軸方向に排気するものである。このようなファン装置では、排気される空気流に動翼の回転によって遠心方向成分（径方向外方に向かう成分）が加わるため、排気口において空気流が径方向外方に広がる傾向がある。このため、被冷却体をファン装置の排気口の軸方向に配置する場合、被冷却体に充分な風量の風を当てることができず、冷却特性が低下しやすい。

そこで、その対策として、ファン装置に吸気口又は排気口に空気流を調節するエアガイド部材が設けられている（特許文献１、２）。なお、エアガイド部材を吸気口に配置した場合には、吸気する空気の整流を行うことができ、エアガイド部材がない場合と比較して、発生する騒音を小さくすることができる。また、エアガイド部材を排気口に配置した場合には、空気流の径方向外方へと流れる遠心方向成分を軸方向成分とする集風効果を得ることができる。

また、電子機器に搭載される冷却用ファン装置には、上述のような冷却性能の他に、低騒音性及び強度が求められる。すなわち、近年、特にパソコンや自動車に搭載される冷却用ファンにおいて、騒音を小さくする要求があり、低騒音のファン装置が求められている。また、ファン装置にはその使用環境に合った強度も必要とされる。
特開２００６−６３９７２号公報特開２００６−６３９６８号公報

ファン装置の騒音の原因の一つとして、射出成形に伴って静翼とハウジングの外枠体との接合部に形成される台座部による空気流の乱れが挙げられる。この種のファン装置では、静翼とハウジングは射出成形により連続した部材として成形される。この射出成形に伴い、図６に示されるように、静翼１とハウジング２の外枠体３との接合部４に台座部５が形成される。この台座部５に空気流が衝突するため、空気流が乱れ、大きな騒音が発生する。

上記のような台座部５が形成される理由について説明する。その射出成形に用いる金型には上金型と下金型があり、それらをファン装置の軸方向６の両側から互いに当接させて金型内部に空間を形成する。その空間に加熱溶融した樹脂を射出し、樹脂が冷却・固化した後に金型を取り外す。また、ハウジング２の外枠体３の排気側及び吸気側の開口部の内周面には、空気流の安定等のために、その内周面が軸方向開口端側に向かうにつれて径方向外方へと広がる拡径部３ａが設けられる場合がある。このような場合、ハウジング２を軸方向６から見ると、ハウジング２の外枠体３の内周面に形成される拡径部３ａと静翼１との接合部４に、死角となる部分７が生じる。射出成形の際にこの死角部分７に溶融した樹脂が射出され、樹脂が冷却・固化することにより、台座部５が形成される。なお、この台座部５を形成しない成形方法として、アンダーカット処理を行う方法がある。しかし、この方法では、金型の形状が複雑になり工程数が増加することから、設計時間及び製造コストが大幅に上昇するとともに、部品の寸法精度が低下するという問題が生じる。

また、ファン装置の強度確保のためには、静翼にも強度（剛性等）が求められる。この点について、従来のファン装置では、軸方向に対する静翼の傾き角度がファン装置の径方向の全長に渡ってほぼ一定に設定されているため、軸方向に対する静翼の曲げ剛性も静翼の全長に渡ってほぼ一定になっている。このため、静翼とハウジングの外枠体との接合部で応力集中が起こりやすく、外部から負荷（外部からの衝撃など）によって破損しやすくなっている。

そこで、本発明の解決すべき課題は、低騒音性及び強度等の性能向上が図れるファン装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、ファン装置であって、回転することで軸方向に吸気し、軸方向に排気する複数の動翼を有するインペラと、前記インペラを駆動するモータと、前記インペラを収容する外枠体と、前記外枠体内に設けられ、前記モータを支持する支持体と、前記外枠体と前記支持体とを連結し軸方向断面形状が翼断面である複数の静翼とを備え、前記ファン装置の径方向における前記静翼の少なくとも一部の区間において、前記径方向外方にいくに従って、前記軸方向に対する前記静翼の傾き角度が小さくなっている。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るファン装置において、前記少なくとも一部の区間は、前記径方向における前記静翼の略中間部よりも径方向外方側に位置する区間を包含している。

また、請求項３の発明では、請求項２の発明に係るファン装置において、前記少なくとも一部の区間は、前記静翼の径方向最外方に位置する区間を包含している。

また、請求項４の発明では、請求項１の発明に係るファン装置において、前記径方向における前記静翼の実質的に全区間において、前記径方向外方にいくに従って、前記静翼の前記傾き角度が小さくなっている。

また、請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係るファン装置において、前記少なくとも一部の区間において、前記径方向外方にいくに従って、さらに、前記静翼の前記軸方向に沿った幅が大きくなっている。

また、請求項６の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係るファン装置において、前記少なくとも一部の区間において、前記静翼の前記軸方向に沿った幅が略一定である。

また、請求項７の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係るファン装置において、前記外枠体の前記静翼が配置される排気側又は吸気側の開口部の内周面には、その内周面が軸方向開口端側に向かうにつれて径方向外方へと広がる拡径部が設けられている。

また、請求項８の発明では、請求項１ないし請求項６の発明に係るファン装置において、前記外枠体は、略四角枠状の平面形状を有し、前記外枠体の前記静翼が配置される吸気側又は排気側の開口部の内周面における４つの隅部周辺に、その内周面が軸方向開口端側に向かうにつれて径方向外方へと広がる拡径部が設けられている。

また、請求項９の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明に係るファン装置において、前記外枠体、前記支持体及び前記静翼は、射出成形を含む工程により形成された連続した樹脂部材である。

請求項１に記載の発明によれば、ファン装置の径方向における静翼の少なくとも一部の区間において、径方向外方にいくに従って、軸方向に対する静翼の傾き角度が小さくなっているため、静翼と外枠体との接合部における静翼の軸方向に対する傾き角度を従来よりも小さくすることができる。このため、静翼と外枠体との接合部が外枠体の内周面におけるその内周面が軸方向開口端側に向かうにつれて径方向外方へと広がる拡径部に設けられる場合であっても、接合部に射出成形により形成される台座部の大きさを従来よりも小さくすることができる。これにより、台座部にて生じる空気流の乱れを抑制でき、騒音を抑制することができる。

また、応力集中が起こりやすい静翼と外枠体との接合部における静翼の軸方向に対する傾き角度を従来よりも小さくすることができるため、静翼と外枠体との接合部等が外部からの負荷（外部からの衝撃など）によって破損するのを防止することができ、その結果、ファン装置の強度を向上させることができる。

また、静翼の軸方向に対する傾き角度を径方向外方に向けて小さくする構成により、ファン装置のＰ−Ｑ特性を向上させることができる。なお、Ｐ−Ｑ特性については発明を実施するための最良の形態の中で説明している。

請求項２に記載の発明によれば、径方向における静翼の略中間部よりも径方向外方側に位置する区間において、径方向外方にいくに従って、軸方向に対する静翼の傾き角度が小さくなっているため、静翼の傾き角度を径方向外方に向けて緩やかに変化させつつ、静翼と外枠体との接合部における静翼の軸方向に対する傾き角度を小さくすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、径方向における静翼の径方向最外方に位置する位置する区間において、径方向外方にいくに従って、軸方向に対する静翼の傾き角度が小さくなっているため、静翼と外枠体との接合部における静翼の軸方向に対する傾き角度を確実に小さくすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、径方向における静翼の実質的に全区間において、径方向外方にいくに従って、静翼の軸方向に対する傾き角度が小さくなっているため、静翼の傾き角度を径方向外方に向けてより緩やかに変化させつつ、静翼と外枠体との接合部における静翼の軸方向に対する傾き角度をより効果的に小さくすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、径方向における静翼の少なくとも一部の区間において、径方向に外方にいくしたがって、静翼の軸方向に対する傾き角度が小さくなるとともに静翼の軸方向に沿った幅が大きくなるため、静翼の断面積等を確保しつつ、静翼の軸方向に対する傾き角度を径方向外方にいくにしたがって小さくなるように変化させることができる。これによって、静翼の強度の確保がより容易になる。

請求項６に記載の発明によれば、径方向における静翼の少なくとも一部の区間において、静翼の軸方向に沿った幅を略一定に保ちつつ、径方向に外方にいくしたがって、静翼の軸方向に対する傾き角度を小さくしている。静翼の軸方向に沿った幅の増大によってファン装置が大型化する等の不都合が生じるのを防止することができる。

請求項７に記載の発明によれば、静翼と外枠体との接合部が外枠体の内周面における拡径部に設けられる場合であっても、接合部に射出成形により形成される台座部の大きさを従来よりも小さくすることができる。

請求項８に記載の発明によれば、静翼と外枠体との接合部が外枠体の内周面における拡径部に設けられる場合であっても、接合部に射出成形により形成される台座部の大きさを従来よりも小さくすることができる。

請求項９に記載の発明によれば、静翼と外枠体との接合部が外枠体の内周面におけるその内周面が軸方向開口端側に向かうにつれて径方向外方へと広がる拡径部に設けられる場合であっても、接合部に射出成形により形成される台座部の大きさを従来よりも小さくすることができる。これにより、台座部にて生じる空気流の乱れを抑制でき、騒音を抑制することができる。

図１ないし図３は本発明の一実施形態に係るファン装置の斜視図、平面図及び断面図であり、図４はそのファン装置の静翼の複数箇所における断面図である。図４中の符号Ａ１,Ｂ１,Ｃ１で示す断面形状は、図３中の符号Ａ−Ａ,Ｂ−Ｂ,Ｃ−Ｃで示す断面箇所で静翼１７を切断したときの断面形状にそれぞれ対応している。

このファン装置１１は、図１ないし図３に示すように、インペラ１２と、モータ１３と、回路基板１４と、外枠体１５と、支持体１６と、複数の静翼１７とを備えている。外枠体１５及び支持体１６は、このファン装置１１のハウジング１８を構成している。外枠体１５、支持体１６及び静翼１７は、後述する射出成形により樹脂製の連続した部材として形成されている。

インペラ１２は、モータ１３を収容するカップ部２１と、そのカップ部２１から径方向外方に延設された複数の動翼２２とを有しており、動翼２２が回転することで軸方向２３に吸気し、軸方向２３に排気する。外枠体１５はインペラ１２を外囲するように設けられている。支持体１６はその外枠体１５の内方に設けられ、モータ１３及び回路基板１４を支持している。

複数の静翼１７は、翼形の断面形状（例えば、やや湾曲した断面形状）を有し、支持体１６からこのファン装置１１の径方向外方に向けて放射状に延伸されて外枠体１５と支持体１６とを連結している。より詳細には、静翼１７の軸方向断面形状は、インペラ１２の軸方向２３と平行な方向に対して、インペラ１２の動翼２２が傾斜する方向と反対方向に傾斜した翼形状を有しており、動翼２２の回転方向に対して静翼１７の凸面が同方向を向くように湾曲している。このような翼形状を有する静翼１７により、インペラ１２によって発生された冷却風が軸中心に向けて的確かつ効率よく集風されるようになっている。

このような静翼１７は、インペラ１２が発生させた冷却風を効率よく集風できるようにインペラ１２の排気側に設けられている。なお、変形例として、静翼１７をインペラ１２の吸気側に設けてもよい。

また、外枠体１５は、略四角枠状の平面形状を有している。そして、その外枠体１５の吸気側又は排気側の開口部の内周面における４つの隅部周辺には、吸排気される空気流の安定等のために、その内周面が軸方向２３開口端側に向かうにつれて径方向外方へとラッパ状（又は逆テーパ状）に広がる拡径部１５ａ,１５ｂが設けられている。

このため、複数の静翼１７のうちの外枠体１５の隅部周辺に向けて延設される静翼１７について、その径方向外方端部が、外枠部１５の内周面におけるその拡径部１５ｂに接合されている。

モータ１３は、インペラ１２の内周面に取り付けられたロータマグネット３１と、そのロータマグネット３１との間でトルクを発生させる電機子３２とを備えて構成されている。このようなモータ１３は、上述のインペラ１２の中央部に設けられたカップ部２１内に収容されている。回路基板１４は、モータ１３の回転を制御するための制御回路を備えている。

次に外枠体１５、支持体１６及び静翼１７の成形方法について説明する。本実施形態では、外枠体１５、支持体１６及び静翼１７が射出成形により樹脂製の連続した部材として形成されている。その射出成形に用いる金型には上金型と下金型があり、それらをファン装置１１の軸方向２３の両側から互いに当接させて金型内部に空間を形成する。そして、その空間に加熱溶融した樹脂を射出し、樹脂が冷却・固化した後に金型を取り外すようになっている。外枠体１５を軸方向２３から見た場合に、外枠体１５の内周面に形成される拡径部１５ｂと静翼１７との接合部２４に、死角となる部分が生じる。射出成形の際にこの死角部分に溶融した樹脂が射出され、樹脂が冷却・固化することにより、台座部２５が形成される。

台座部２５の大きさは、外枠体１５の拡径部１５ｂと静翼１７との接合部２４に生じる死角部分の体積によって決まる。その死角部分の体積は、その接合部２４における静翼１７の軸方向２３に対する傾き角度θが大きくなるほど大きくなる。このため、台座部２５の大きさも、接合部２４における静翼１７の傾き角度θが大きいほど大きくなる。

次に本実施形態に係る静翼１７及びその周辺の構成について説明する。本実施形態では、図１ないし図４に示すように、ファン装置１１の径方向における各静翼１７の少なくとも一部の区間において、静翼１７の軸方向２３に沿った幅Ｗｈを略一定に保ちつつ、径方向外方にいくに従って軸方向に対する静翼１７の傾き角度θが小さくなっている。より具体的には、径方向における各静翼１７の実質的に全区間Ｐ１（図３参照）において、静翼１７の軸方向２３に沿った幅Ｗｈを略一定に保ちつつ、径方向外方にいくに従って静翼１７の傾き角度θが小さくなっている。

なお、静翼１７の傾き角度θの設定については、傾き角度θを過度に小さくすることで、動翼２２により発生された空気流に対する静翼１７の調整機能が損なわれないよう留意する必要がある。

このように、静翼１７の軸方向２３に対する傾き角度θを径方向外方に向けて徐々に小さくしていくことにより、静翼１７と外枠体１５との接合部２４における静翼１７の傾き角度θを従来よりも小さくすることができる。このため、外枠体１５の拡径部１５ｂと静翼１７との接合部２４に射出成形により形成される台座部２５の大きさを従来よりも小さくすることができる。これにより、台座部２５にて生じる空気流の乱れを抑制でき、騒音を抑制することができる。

また、径方向における静翼１７の実質的に全区間Ｐ１において、静翼１７の傾き角度θが径方向外方に向けて徐々に小さくなるように変化されるため、静翼１７の傾き角度θを径方向外方に向けてより緩やかに変化させつつ、接合部２４における静翼１７の傾き角度θをより効果的に小さくすることができる。

また、応力集中が起こりやすい静翼１７と外枠体１５との接合部２４における静翼１７の傾き角度θを従来よりも小さくすることができるため、静翼１７と外枠体１５との接合部１５等が外部からの負荷（高速回転時における流量の増加、外部からの衝撃など）によって破損するのを防止することができ、その結果、ファン装置１１の強度を向上させることができる。

また、静翼１７の軸方向２３に対する傾き角度θを径方向外方に向けて徐々に小さくする構成により、ファン装置１１のＰ−Ｑ特性を向上させることができる。ここで、Ｐ−Ｑ特性とは、静圧（Static Presshure）と風量（Flow Quantity）との関係に基づいてファン装置の特性を示すものである。より詳細には、ファン装置１１を負荷を掛けないで駆動させた場合には、ファン装置１１は最大風量域にて駆動することになる。それは逆に、風量が０（ゼロ）になるように負荷を掛けてファン装置１１を駆動された場合には、ファン装置１１は最大静圧域にて駆動することになる。そして、Ｘ軸をＱ（風量）、Ｙ軸をＰ（静圧）として、Ｐ、Ｑの値を変化させた際に、Ｐ、Ｑの値は座標（Ｑ_MAX，０）と座標（０，Ｐ_MAX）との間を結ぶ曲線に沿って変化する。Ｐ−Ｑ特性とは、座標（Ｑ_MAX，０）と座標（０，Ｐ_MAX）との間を結ぶ曲線によって与えられるＰ、Ｑの関係を示すものである。

具体的には、本実施形態に係るファン装置１１では、シミュレーションにより、騒音レベルが５０ｄＢ（回転数にして約５０００ｍｉｎ^-1程度）であるときの最大静圧が１７５Ｐａ、最大風量が３．１２ｍ³／ｍｉｎ（１１０Ｃ．Ｆ．Ｍ）という結果が得られている。

また、本実施形態に係るファン装置１１では、径方向における静翼１７の実質的に全区間Ｐ１において、静翼１７の軸方向２３に沿った幅Ｗｈを略一定に保ちつつ、径方向に外方にいくしたがって、静翼１７の軸方向２３に対する傾き角度θを小さくしているため、静翼１７の軸方向２３に沿った幅Ｗｈの増大によってファン装置１１が大型化する等の不都合が生じるのを防止することができる。

以下に本実施形態に係るファン装置１１の変形例について説明する。

上述のファン装置１１では、径方向における静翼１７の実質的に全区間Ｐ１において、静翼１７の軸方向２３に対する傾き角度θを径方向外方に向けて徐々に小さくしているが、このような静翼１７の傾き角度θの変化を静翼の１７の実質的に全区間Ｐ１において適用する必要はない。例えば、このような静翼１７の傾き角度θの変化を、静翼１７の径方向最外方に位置する区間（例えば、図３に示す区間Ｐ２）において適用する構成や、径方向における静翼１７の略中間部から径方向外方側に位置する区間Ｐ３（図３参照）において適用する構成等が採用可能である。

また、上述のファン装置１１では、上記のように傾き角度θが径方向外方に向けて変化される区間Ｐ１において、静翼１７の軸方向２３に沿った幅Ｗｈを略一定に保つようにしたが、図５に示すように、傾き角度θが変化させる区間Ｐ１において、径方向外方にいくにしたがって静翼１７の幅Ｗｈを大きくするようにしてもよい。このような構成により、静翼１７の断面積等を確保しつつ、静翼１７の軸方向に対する傾き角度θを径方向外方にいくにしたがって小さくなるように変化させることができる。これによって、静翼１７の強度の確保がより容易になる。

本発明の一実施形態に係るファン装置の斜視図である。図１のファン装置の平面図である。図１のファン装置の断面図である。図１のファン装置の静翼の複数箇所における断面図である。図１のファン装置の静翼の変形例を示す断面図である。ファン装置の静翼と外枠体との接合部に形成される台座部に関する説明図である。

符号の説明

１１ファン装置、１２インペラ、１３モータ、１４回路基板、１５外枠体、１６支持体、１７静翼、２１カップ部、２２動翼、２３軸方向、２４接合部、２５台座部、３１ロータマグネット、３２電機子、Ｗｈ幅、θ 傾き角度。

Claims

ファン装置であって、
回転することで軸方向に吸気し、軸方向に排気する複数の動翼を有するインペラと、
前記インペラを駆動するモータと、
前記インペラを収容する外枠体と、
前記外枠体内に設けられ、前記モータを支持する支持体と、
前記外枠体と前記支持体とを連結し軸方向断面形状が翼断面である複数の静翼と、
を備え、
前記ファン装置の径方向における前記静翼の少なくとも一部の区間において、前記径方向外方にいくに従って、前記軸方向に対する前記静翼の傾き角度が小さくなっていることを特徴とするファン装置。
請求項１に記載のファン装置において、
前記少なくとも一部の区間は、前記径方向における前記静翼の略中間部よりも径方向外方側に位置する区間を包含していることを特徴とするファン装置。
請求項２に記載のファン装置において、
前記少なくとも一部の区間は、前記静翼の径方向最外方に位置する区間を包含していることを特徴とするファン装置。
請求項１に記載のファン装置において、
前記径方向における前記静翼の実質的に全区間において、前記径方向外方にいくに従って、前記静翼の前記傾き角度が小さくなっていることを特徴とするファン装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のファン装置において、
前記少なくとも一部の区間において、前記径方向外方にいくに従って、さらに、前記静翼の前記軸方向に沿った幅が大きくなっていることを特徴とするファン装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のファン装置において、
前記少なくとも一部の区間において、前記静翼の前記軸方向に沿った幅が略一定であることを特徴とするファン装置。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のファン装置において、
前記外枠体の前記静翼が配置される排気側又は吸気側の開口部の内周面には、その内周面が軸方向開口端側に向かうにつれて径方向外方へと広がる拡径部が設けられていることを特徴とするファン装置。
請求項１ないし請求項６に記載のファン装置において、
前記外枠体は、略四角枠状の平面形状を有し、
前記外枠体の前記静翼が配置される吸気側又は排気側の開口部の内周面における４つの隅部周辺に、その内周面が軸方向開口端側に向かうにつれて径方向外方へと広がる拡径部が設けられていることを特徴とするファン装置。
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のファン装置において、
前記外枠体、前記支持体及び前記静翼は、射出成形を含む工程により形成された連続した樹脂部材であることを特徴とするファン装置。