JP2009085046A - ファン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の低減を図りつつ、冷却性能の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、動翼（２２）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回転軸に対して傾斜する受風面を有する複数の静翼（１７）とを備える。複数の静翼の少なくともいずれか１つの静翼の表面において、凸部（４１）及び凹部の少なくともいずれか一方が、隣接又は離散して複数形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファン装置に関する。

近年、自動車、家電製品などの様々な製品において、搭載されている電子部品の小型・集約化が進んでいる。それに伴い、電子部品から発生する熱も集約されて、その熱によって電子部品の性能が低下する問題がある。電子部品の性能を維持するためには、発生する熱を外部へ放熱する必要がある。その冷却手段として、製品内にファンを配置した構成がある。ファンは、製品内の換気による冷却、及び被冷却体に風を当てることによる冷却に用いられる。

ファンには様々な種類があるが、その中の一つに軸流ファンがある。一般に軸流ファンは動翼が配設されたインペラと、静翼を有する。インペラが回転することによって吸気口から排気口へと空気が軸方向に送り出される。動翼から送り出されてくる空気流の成分は、遠心方向成分、軸方向成分、旋回方向成分の３種類がある。

また、静翼は排気口と吸気口のいずれにも配置することができる。静翼が排気口側に配置される場合、動翼から送り出されている空気流が静翼に衝突することにより、空気流の遠心方向成分及び旋回方向成分が軸方向成分へ変換される。それにより、排気口における空気流の静圧が上昇する。また、吸気口側に静翼が配置される場合、吸気される空気の整流を行うことができる。それにより、排気口側に静翼が配置される場合と比較して、騒音を小さくすることができる。

なお、先行技術文献としては以下のものがある。但し、これらはすべて動翼の構成に関するものである。特許文献１では、羽根の表面に線状の形状記憶合金が取り付けられている。特許文献２では、ブレードの表面に円周方向に立設された補正リブが備えられている。特許文献３では、羽根後縁の形状がのこぎり歯状になっている。
特開昭６０−１５０５００号公報 特開平６−１３７２９８号公報 特開平８−１８９４９７号公報

しかし、ファンの吸気口又は排気口に静翼を取り付けた静翼の周りに空気流の渦等（空気流の静翼からの剥離を含む）した場合、空気流の形成の効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、効率よく空気流を生成しつつ、空気流に対する静翼の調節機能を発揮させることができ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、回転することで回転軸方向の一方から吸気され、該回転軸方向の他方に排気される空気の流れをつく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前記回転軸方向に対して傾斜する受風面を有する複数の静翼とを備え、前記複数の静翼の少なくともいずれか１つの静翼の表面において、凸部及び凹部の少なくともいずれか一方が、隣接又は離散して複数形成される。

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であって、前記外枠体、前記支持体、及び前記静翼が射出成型又はダイキャストにより連続的に形成される。

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、前記凸部又は前記凹部を形成する全ての面が前記回転軸方向に対して垂直な面に投影したときに重ならない。

また、請求項４の発明では、請求項３の発明に係るファン装置において、前記凸部は前記静翼の表面から離反する先端側に向けて先細りになる。

また、請求項５の発明では、請求項３の発明に係るファン装置において、前記凹部は前記静翼の表面から深くなるにつれて先細りになる。

また、請求項６の発明では、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係るファン装置において、前記複数の静翼の少なくとも１つの静翼は排気側に面する面及び吸気側に面する面を有しており、前記凸部及び前記凹部の少なくともいずれか一方は、前記静翼の排気側に面する面及び前記静翼の吸気側に面する面の少なくともいずれか一方に形成される。

また、請求項７の発明では、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係るファン装置において、前記凸部及び前記凹部は、前記複数の静翼の少なくとも１つと前記外枠体との接合部に設けられる。

また、請求項８の発明では、請求項１から請求項７のいずれかの発明に係るファン装置において、前記凸部及び前記凹部は微小である。

また、請求項９の発明では、ファン装置であって、回転することで回転軸方向の一方から吸気され、該回転軸方向の他方に排気される空気の流れをつく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前記回転軸方向に対して傾斜する受風面を有する複数の静翼とを備え、前記複数の静翼の少なくともいずれか１つの静翼の表面の少なくとも一部において、前記外枠体の内周面の表面粗さよりも表面粗さが大きい。

請求項１に記載の発明によれば、静翼の表面に隣接又は離散して設けられた複数の凸部又は凹部によって空気流が調整されることにより、静翼の周りに形成される渦等（空気流の静翼からの剥離を含む）を抑制することができ、これによって空気流を効率よく発生させることができる。その結果、効率よく空気流を生成しつつ、空気流に対する静翼の調節機能を発揮させることができるファン装置を提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、外枠体、支持体、及び静翼が射出成型又はダイキャストにより連続的に形成されるため、ファン装置を安価に量産することができる。

請求項３に記載の発明によれば、凸部又は凹部を形成する全ての面がファン装置の回転軸方向に対して垂直な面に投影したときに重ならないため、凸部又は凹部を有する静翼を、回転軸方向に離型する簡易な構成の金型を用いて射出成型又はダイキャストを行うことができ、ファン装置の製造コストをさらに削減できる。

請求項４に記載の発明によれば、凸部が静翼の表面から離反する先端側に向けて先細りになるため、金型を回転軸方向に離型する際に容易に離型できる。

また、凸部の先端が先細りになるために、凸部の空気流への抵抗を小さくすることができる。それ故、凸部によって空気流の動圧や静圧を低下させることがなく、また、凸部に空気流が衝突することによって発生する騒音を小さいものとすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、凹部が静翼の表面から深くなるにつれて先細りになるため、金型を回転軸方向に離型する際に容易に離型できる。

また、凹部の先端が先細りになるために、凹部の空気流への抵抗を小さくすることができる。それ故、凹部によって空気流の動圧や静圧を低下させることがなく、また、凹部に空気流が衝突することによって発生する騒音を小さいものとすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、凸部及び凹部の少なくともいずれか一方が、静翼の排気側に面する面及び静翼の吸気側に面する面の少なくともいずれか一方に形成されるため、凸部及び凹部の少なくともいずれか一方によって、空気流を有効に調整できる。

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を通過する空気流を凸部及び凹部の少なくともいずれか一方によって調整できる。例えば、静翼と外枠体との接合部には、回転軸方向に離型される金型により静翼を形成した際に離型方向から接合部を見たときの死角となる部分に台座部が形成される場合がある。このような場合、インペラによって発生された空気流がその台座部に衝突し、台座部により空気流が乱され、騒音が発生する場合がある。そこで、台座部が形成された接合部（例えば、台座部又はその近傍）に凸部及び凹部の少なくともいずれか一方を設け、その凸部又は凹部により台座部の周りを通過する空気流を調整することにより、騒音を低減できる。

請求項８に記載の発明によれば、静翼の表面に形成される凸部及び凹部のサイズが微小であることにより、空気流の境界層を効率よく制御し、静翼の周りに形成される渦等（空気流の静翼からの剥離を含む）を抑制することができる。

請求項９に記載の発明によれば、複数の静翼の少なくともいずれか１つの静翼の表面の少なくとも一部において、外枠体の内周面の表面粗さよりも表面粗さが大きくされているため、静翼に空気流の調整機能を発揮させつつ、外枠体の内周面の表面粗さを小さく抑えて、空気流の圧力損失を低減できる。

図１は本発明の一実施形態に係るファン装置の斜視図であり、図２はそのファン装置の断面図であり、図３はそのファン装置の静翼が平面図である。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１９を構成している。

外枠体１５、支持体１６及び静翼１７は、射出成型又はダイキャストにより連続した部材として形成されている。一般的に射出成型又はダイキャストに用いられる金型は、ハウジング１９に対して回転軸２３方向に離型される可動側金型と固定側金型の主に２つの金型部材で構成される。これによって、ファン装置１１を安価に量産することができる。

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が回転することで回転軸２３方向の一方から吸気され、回転軸２３方向の他方に排気される空気流を発生する。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。

静翼１７は、外枠体１５と支持体１６とを連結し、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、回転軸２３方向に対して傾斜する受風面を有している。ここで、受風面は、以下に説明する第１エッジ２５と第２エッジ２６とを結んだ２つの面２７，２８のいずれか一方である。本実施形態においては、第１エッジ２５と第２エッジ２６とを結んだ２つの面２７，２８のうち、インペラ１２の回転方向とは逆方向に向けられた面２７を受風面とする。ここでインペラ１２の回転方向とは、インペラ１２を排気側（図１における上側）から見たときに、回転軸２３を中心として時計回りに回転する方向をいう。

また、インペラ１２の径方向に対して垂直な静翼１７の断面の形状は、翼形の断面形状（例えば、やや湾曲した断面形状）となっている。より詳細には、静翼１７は、動翼２２側に位置する第１エッジ２５と、動翼２２の反対側に位置する第２エッジ２６を有しており、径方向に垂直な静翼１７の断面において第１エッジ２５が第２エッジ２６よりもインペラ１２の回転方向後方側に位置するように回転軸２３方向に対して傾斜している。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空気流が軸中心に向けて的確かつ効率よく集風される。また、静翼１７によって空気流の向きを径方向内方又は径方向外方などの任意の方向に向けることができる。

このような静翼１７は、インペラ１２が発生させた空気の集風又は方向転換を効率よくできるようにインペラ１２の排気側に設けられている。このため、静翼１７の第１エッジ２５と第２エッジ２６とを結んだ２つの面２７，２８のうちの排気側に面する面（インペラ１２と反対側を向いた面）２７が受風面となっている。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。ただし、静翼１７を吸気側に設けた場合、径方向に垂直な静翼１７の断面において、第２エッジ２６が第１エッジ２５よりもインペラ１２の回転方向後方側に位置するように、静翼１７が回転軸２３方向に対して傾斜している。

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。

また本実施形態では、図１ないし図３に示すように、複数の静翼１７の少なくともいずれか１つの静翼１７の表面において、凸部及び凹部の少なくともいずれか一方が隣接又は離散して複数形成されている。なお、本明細書において、静翼１７の「表面」とは、静翼１７の排気側を向いた面２７、吸気側を向いた面２８、第１及び第２エッジ２５，２６、静翼１７と外枠体１５との接合部２９（接合部に形成される後述する台座部２９ａ）、及び、静翼１７と支持体１６との接合部を含むものである。また、本実施形態では静翼１７の排気側を向いた面２７及び吸気側を向いた面２８に複数の凸部４１を隣接して設けた構成を例に説明するが、以下に記載する凸部４１及びその変形例に関する構成を後述する凹部について適用してもよい。

図１ないし図３に示す例では、すべての静翼１７の排気側を向いた面２７及び吸気側を向いた面２８に複数の凸部４１が隣接して（あるいは、密集した状態）で設けられている。これによって、各静翼１７の面２７，２８の実質的に全面が凹凸形状とされている。

また、凸部４１のサイズ（例えば、静翼１７の面２７，２８からの突出高さ）は、例えば、空気の境界層厚さ程度の微小な大きさに設定することができる。ここでいう境界層厚さとは、静翼１７の表面を流れる空気の層において、静翼１７の表面から、空気流の流速が最大流速の９９％になる位置までの厚さのことである。これによって、静翼１７の表面近くに形成される境界層を凸部４１によって効果的に制御できる。

これらの凸部４１によって動翼２２により生成された空気流が調整され、静翼１７の周りに形成される渦等（空気流の静翼１７からの剥離を含む）を抑制して、空気流を効率よく発生することができる。その結果、効率よく空気流を生成しつつ、空気流に対する静翼１７の調節機能を発揮させることができる。

また、本実施形態では、各凸部４１を形成する全ての面が回転軸２３方向に対して垂直な面に投影したときに重ならない構成となっている。より詳細には、各凸部４１は、凸部４１が設けられる静翼１７の面２７から離反する先端側に向けて先細りになっている。これによって、回転軸２３方向に離型する簡易な構成の金型を用いて射出成型又はダイキャストを行うことができ、ファン装置１１の製造コストをさらに削減できる。また、凸部４１が静翼１７の面２７から離反する先端側に向けて先細りになるため、金型を回転軸２３方向に離型する際に容易に離型できる。また、凸部４１の先端が先細りになるために、凸部４１の空気流への抵抗を小さくすることができる。それ故、凸部４１によって空気流の動圧や静圧を低下させることがなく、また、凸部４１に空気流が衝突することによって発生する騒音を小さいものとすることができる。

以下に、上述の実施形態に係る構成の変形例について説明する。

図４は、静翼１７に設けられる凸部４１のさらに他の変形例を示すファン装置１１の平面図である。図４に示す例では、各静翼１７の受風面である排気側の面２７に複数の凸部４１が離散して配置されている。この場合における凸部４１の形状は、静翼１７の面２７と略垂直な方向から見て略翼断面形、菱形又は三角形等に設定される。

あるいは、凸部４１を、静翼１７の受風面としての面２７、受風面と反対側の面２８、第１エッジ２５及び第２エッジ２６のうちの複数箇所にも設けてもよい。

また、上述のような凸部４１の代わりに、複数の凹部を静翼１７の表面に設けてもよい。この場合、各凹部は、各凹部を形成する全ての面が回転軸２３方向に対して垂直な面に投影したときに重ならない構成となっている。より詳細には、各凹部は、凹部が設けられる静翼１７の面から深くなるにつれて先細りになっている。これによって、回転軸２３方向に離型する簡易な構成の金型を用いて射出成型又はダイキャストを容易に行うことができる。また、凹部の先端が先細りになるために、凹部の空気流への抵抗を小さくすることができる。それ故、凹部によって空気流の動圧や静圧を低下させることがなく、また、凹部に空気流が衝突することによって発生する騒音を小さいものとすることができる。

また、さらに他の変形例として、上述したような凸部４１及び凹部の少なくともいずれか一方を、複数の静翼１７の少なくとも１つと外枠体１５との接合部２９に設けてもよい。

ここで、上述の図１ないし図３に示す例では、外枠体１５が、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、その内周面が回転軸２３方向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。また、複数の静翼１７のうちの支持体１６から外枠体１５の隅部周辺に向けて延設される静翼１７について、その径方向外方側の端部が、外枠体１５の内周面におけるその拡径部１５ｂに接合されている。一方、外枠体１５、支持体１６及び静翼１７は、回転軸２３方向に離型される金型を用いた射出成型又はダイキャストにより形成される。このため、外枠体１５を回転軸２３方向から見た場合に、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２９に、死角となる部分が生じる。成型の際にこの死角部分に溶融した樹脂等が射出され、樹脂等が冷却・固化することにより、台座部２９ａが形成される。この台座部２９ａは、インペラ１２によって発生された空気流が衝突して乱されるため、騒音の原因となる。なお、死角となる部分に台座部２９ａを形成しない方法として、アンダーカット処理という方法がある。しかし、この方法では金型の複雑化及び成型品の寸法精度の低下等の問題がある。

そこで、このような場合には、複数の静翼１７のうち、外枠体１５との接合部２９に台座部２９ａが形成されているものについては、接合部２９（例えば、台座部２９ａ又はその近傍）に上述したような凸部４１及び凹部の少なくともいずれか一方を複数形成してもよい。これによって、その凸部４１又は凹部により台座部２９ａの周りを通過する空気流を調整して、騒音を低減できる。

また、他の変形例として、静翼１７と支持体１６との接合部に上述のような凸部４１及び凹部のうちの少なくともいずれか一方を複数形成してもよい。

また、さらに他の変形例として、上述の複数の静翼１７の少なくともいずれか１つの静翼１７（例えば、すべての静翼１７）の表面の少なくとも一部（例えば、表面の実質的に全体）において、外枠体１５の内周面の表面粗さよりも表面粗さを大きくしてもよい。これによって、静翼１７に空気流の調整機能を発揮させつつ、外枠体１５の内周面の表面粗さを小さく抑えて、空気流の圧力損失を低減できる。

また、さらに他の変形例として、上述の実施形態及びその変形例では、主に複数の静翼１７のすべての表面に凸部４１又は凹部を設けた構成について説明したが、凸部４１又は凹部を複数の静翼１７のうちの一部の静翼１７の表面に設けてもよい。例えば、偶数枚の静翼１７が設けられている場合、その静翼１７の総数のうちの半数の静翼１７の表面に凸部４１又は凹部を設けてもよい。この場合、凸部４１又は凹部が設けられた静翼１７と凸部４１及び凹部のいずれも設けられていない静翼１７を交互に配置するのが好ましい。

以上にように実施形態及びその変形例を説明したが、それらの実施形態及び変形例に係る構成を組み合わせて用いてもよい。

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のファン装置の断面図である。 図１のファン装置の平面図である。 静翼に設けられる凸部の変形例を示すファン装置の平面図である。

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 回転軸、２５ 第１エッジ、２６ 第２エッジ、２７，２８ 面、２９ 接合部、２９ａ 台座部、３１ ロータマグネット、３２ 電機子、４１ 凸部。

Claims (9)

1. ファン装置であって、
   回転することで回転軸方向の一方から吸気され、該回転軸方向の他方に排気される空気の流れをつく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前記回転軸方向に対して傾斜する受風面を有する複数の静翼と、
   を備え、
   前記複数の静翼の少なくともいずれか１つの静翼の表面において、凸部及び凹部の少なくともいずれか一方が、隣接又は離散して複数形成されることを特徴とするファン装置。
2. 請求項１に記載のファン装置であって、
   前記外枠体、前記支持体、及び前記静翼が射出成型又はダイキャストにより連続的に形成されることを特徴とするファン装置。
3. 請求項２に記載のファン装置において、
   前記凸部又は前記凹部を形成する全ての面が前記回転軸方向に対して垂直な面に投影したときに重ならないことを特徴とするファン装置。
4. 請求項３に記載のファン装置において、
   前記凸部は前記静翼の表面から離反する先端側に向けて先細りになることを特徴とするファン装置。
5. 請求項３に記載のファン装置において、
   前記凹部は前記静翼の表面から深くなるにつれて先細りになることを特徴とするファン装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のファン装置において、
   前記複数の静翼の少なくとも１つの静翼は排気側に面する面及び吸気側に面する面を有しており、
   前記凸部及び前記凹部の少なくともいずれか一方は、前記静翼の排気側に面する面及び前記静翼の吸気側に面する面の少なくともいずれか一方に形成されることを特徴とするファン装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のファン装置において、
   前記凸部及び前記凹部は、前記複数の静翼の少なくとも１つと前記外枠体との接合部に設けられることを特徴とするファン装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のファン装置において、
   前記凸部及び前記凹部は微小であることを特徴とするファン装置。
9. ファン装置であって、
   回転することで回転軸方向の一方から吸気され、該回転軸方向の他方に排気される空気の流れをつく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前記回転軸方向に対して傾斜する受風面を有する複数の静翼と、
   を備え、
   前記複数の静翼の少なくともいずれか１つの静翼の表面の少なくとも一部において、前記外枠体の内周面の表面粗さよりも表面粗さが大きいことを特徴とするファン装置。

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