JP4442029B2 - 送風装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はOA機器、AV機器等に使用される送風装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、OA機器、AV機器等は、機器の小形化、電子化により、電子回路の高密度実装が盛んに使用されるようになってきた。これに伴い電子機器の発熱密度も増加するため、機器冷却用に送風装置が使用されている。
【0003】
これらの機器は年々小型化が進展し、それらに使用する送風装置についても小型化、薄型化が求められている。
【0004】
また同時に、これらの機器の騒音発生の主要因の1つである送風装置の騒音低減に対しても強い要求がある。
【0005】
従来の送風装置は図13に示すように、ファン1の翼先端から間隔をあけて環状壁2が形成されており、モータ部3に通電した送風状態では、軸流ファン1が軸4を中心に回転し、吸引側から吐出側に向かう空気流5が発生する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の送風状態においては、翼先端の背圧側において空気流の速度が速くなり、これが圧力エネルギーに変換される翼後縁側に翼間二次流れの影響による低エネルギー領域が発生する。この部分は損失も大きく流れの剥離が生じ易く、空気流がブレード面より離脱してしまい、その離脱領域には渦発生が起き、これにより乱流騒音を増加させ、騒音レベルならびに風量−静圧特性の悪化を招く問題がある。
【0007】
この現象は、特に送風装置の吐出側の圧力が、吸引側の圧力差が大きくなるような条件で使用した場合、翼先端の漏れ渦の発生が大きくなり、ファンとして失速状態を呈する状態に陥る場合に頻繁に見られる。
【0008】
本発明は、以上の問題点に鑑み、従来の送風装置の性能を向上することを目的としている。
【0009】
また、送風装置の小型化、薄型化を実現することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の送風装置は、ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁は、終端は吐出側で途切れた状態となっており、環状壁外周と、ハウジング外周部分の間には、一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部を形成するとともに、モータ部が取り付けられたボス部を固定するスポークの形状を工夫したものである。
【0011】
この本発明によると、送風装置の特性を向上することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明請求項1に記載の発明は、ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁と、モータが固定されたボス部と、前記ボス部を固定するスポークと、外周形状が略四角形状の外周部とを一体に形成したハウジングを有する送風装置であって、前記環状壁は、終端が吐出側で途切れた状態となっているとともに前記ハウジングの外周部と吸引側で接続されており、前記ハウジングの外周部の4角には、前記環状壁の外周と前記ハウジングの外周部との間に一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部が形成されており、前記スポークの外周側の付け根の位置を、4角方向からファン回転方向に45°までの角度範囲内(4角は含まない)に設けたもので、エアポケットの効果を最大限に引き出し、送風装置の特性を向上できる。
【0013】
本発明請求項2に記載の発明は、ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁と、モータが固定されたボス部と、前記ボス部を固定するスポークと、外周形状が略四角形状の外周部とを一体に形成したハウジングを有する送風装置であって、前記環状壁は、終端が吐出側で途切れた状態となっているとともに前記ハウジングの外周部と吸引側で接続されており、前記ハウジングの外周部の4角には、前記環状壁の外周と前記ハウジングの外周部との間に一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部が形成されており、前記スポークを内周側から外周側にかけてファン回転方向とは逆に傾けて形成し、ファンの後縁部とスポークが漸近的に交差するようにしたもので、ファンとスポークの干渉を緩和し、送風装置の特性向上及び薄型化を実現できる。
【0014】
本発明請求項3に記載の発明は、ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁と、モータが固定されたボス部と、前記ボス部を固定するスポークと、外周形状が略四角形状の外周部とを一体に形成したハウジングを有する送風装置であって、前記環状壁は、終端が吐出側で途切れた状態となっているとともに前記ハウジングの外周部と吸引側で接続されており、前記ハウジングの外周部の4角には、前記環状壁の外周と前記ハウジングの外周部との間に一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部が形成されており、前記スポークの外周側の付け根の位置を、4角方向からファン回転方向に45°までの角度範囲内(4角は含まない)に設け、かつ、前記スポークが内周側から外周側にかけてファン回転方向とは逆に傾けて形成し、ファンの後縁部とスポークが漸近的に交差するようにしたもので、送風装置の特性を向上し、かつ薄型化を実現できる。
【0015】
本発明請求項4記載の発明は、上記記載の送風装置をOA機器あるいはAV機器に組み込んだもので、個室等の静かな環境が必要な場所、あるいは事務所等の機器が多数集まっている場所で特に有効であることは言うまでもない。
【0016】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図1〜図7に基づいて説明する。
【0017】
(実施例1)
図1の(a)(b)(c)(d)は実施例1の送風装置を示す。
【0018】
図1の(d)に示すように、環状壁2は、吸引側の羽根先端とのクリアランスが実質広くなるように、内径を部分的に拡大させた第一領域と、羽根先端とクリアランスを小さくした第二領域とから構成されており、第二領域の終端は吐出側で途切れた状態となっている。また環状壁外周と、ハウジング外周部10の間には、一定の容積を有するエアポケット部11が形成されている。
【0019】
この送風装置の原理について図2、図3を用いて説明する。
【0020】
図2は、従来の送風装置において、環状壁の吸込み口側の形状を羽根先端とのクリアランスが広くなるように、内径を拡大させた場合を示している。
【0021】
このような構成にすると、ファン1が回転方向9の方向に回転駆動されることにより、吸引側から吐出側に向かう空気流5が発生するとともに、翼先端部分からも、空気流5が吸い込まれ、クリアランスが一定の場合と比較して、特に低圧状態において風量を増大させる効果がある。
【0022】
この部分は、翼先端とのクリアランスが広いため、空気の粘性の影響が少なく、空気が流入する際のエネルギー損失も小さく、効率的に風量を増大することができる。
【0023】
しかしながら、内径を拡大させた部分を設けると、低圧時には風量を増大できるものの、ある程度圧力が加わった状態で使用されると、図2に示すように、翼先端において正圧側から背圧側に流れる漏れ渦7が大きく成長し、空気流がブレード面より離脱してしまい、その離脱領域には乱流渦8が発生し、これにより乱流騒音を増加させ、騒音レベルならびに、風量−静圧特性が悪化する。
【0024】
この翼先端漏れ渦7は、翼先端の吸引側では、あまり大きく成長することはなく、逆に、翼先端の中間部以降では、大きく成長しファンの性能に対して大きな影響を及ぼす。
【0025】
図3は、本実施例1の、空気の流れを示した模式図である。
【0026】
図3において、本実施例1ではこの環状壁2とハウジング外周部10の間にエアポケット部11を設けることにより、翼先端中間部以降で大きく成長した翼先端漏れ渦7は、ファン1吐出側で一旦このエアポケット部11に吸収され、ここに発生する乱流渦8はエアポケット内である程度減衰させた上で、吐出側に放出させることにより、騒音レベルならびに、風量−静圧特性(特に騒音レベル)を良化させることができる。
【0027】
(実施例2)
上記実施例1では詳しく述べなかったが、本実施例2では、一般的に使用されている外周形状が四角形状の送風装置に適用する場合のポイントについて説明する。
【0028】
図4〜図7は送風装置のハウジング外周部10、環状壁2、モータ部3が固定されるボス部16、及び前記ボス部16を固定するスポーク17とを熱可塑性の樹脂で一体に成形したハウジングの代表的な形状を示した図である。ここで、ファン1はスポークの形状及び、スポークとの位置関係を分かり易くするために破線で示している。
【0029】
このような外周形状が四角形状の送風装置は、その使い勝手の良さから機器の冷却用として盛んに使用されているが、機器の小型化、高密度化が進展した近年では、より小型で送風能力が高い送風装置が求められている。一般的にファンの送風能力はファンの面積に比例するため、送風装置外周形状の四角形に対し、可能な限りファンの外径を大きくする方法が一般的である。
【0030】
しかしながらこのように、送風装置の外周形状を四角形状にすると、全周にわたって一定のエアポケット部11を形成することは困難となり、図4〜図7に示すように、必然的に4角にエアポケット部11を形成することとなる。
【0031】
またスポーク17に関しては、成形時の収縮の影響を緩和する等の理由により、半径方向にある程度傾けて配置するのが一般的である。
【0032】
このような外周形状が四角形状の送風装置では、エアポケット部11とスポーク17の位置関係が、送風装置の特性に大きな影響を及ぼす。
【0033】
図4〜図7は代表的な4例のパターンのスポーク形状を示している。
【0034】
まず、第1例の図4において、スポーク17は、細いスポーク17aが3本と、モータのリード線を引き出すため幅の広いスポーク17bが1本の合計4本がほぼ均等間隔に形成されている。ここでスポーク17a、17bの環状壁側の付け根は、エアポケット部11の中心に対して、ファン回転方向9に若干ずれた位置に設けられている。また、スポーク17a、17bは内周側から外周側にかけてファン回転方向9に傾けて形成されている。
【0035】
次に、第2例の図5において、スポーク17の環状壁2側の付け根は、第1例同様エアポケット部11の中心に対して、ファン回転方向9に若干ずれた位置に設けられているが、スポーク17の方向は第1例とは逆に内周側から外周側にかけてファン回転方向9とは逆に傾けて形成されている。
【0036】
次に、第3例の図6において、スポーク17の環状壁2側の付け根は、上記2例とは逆にエアポケット部11の中心に対して、ファン回転方向9とは逆に若干ずれた位置に設けられており、スポーク17の方向は内周側から外周側にかけてファン回転方向9に傾けて形成されている。
【0037】
最後に、第4例の図7において、スポーク17の環状壁2側の付け根は、エアポケット部11の中心に対して、ファン回転方向9とは逆に若干ずれた位置に設けられており、スポーク17の方向は内周側から外周側にかけてファン回転方向9とは逆に傾けて形成されている。
【0038】
これら4種類のハウジングを使用した送風装置の性能について、スポーク17の付け根の位置と、スポーク17の傾きに分けて説明する。
【0039】
まず、スポーク17の付け根の位置に関しては、第1例及び第2例に示すエアポケット部11の中心に対して、ファン回転方向9に若干ずれた位置に設けた方の特性が優れている。
【0040】
図8及び図9は第2例及び第3例のハウジングのエアポケット付近の空気の流れを示した図である。
【0041】
図8、図9において、ファン1の回転により発生した空気流5は、一定の回転方向成分を有している。ここで、図8のようにスポーク17の環状壁2側の付け根の位置が、エアポケット部11の中心からファン回転方向9にずれている場合は、このスポークがエアポケット周辺の空気の流れを乱すことは余りないが、図9のようにスポークの付け根が、エアポケット部11の中心からファン回転方向9と逆にずれている場合は、スポーク17が風の流れを阻害し、空気の流れを乱しエアポケット部11の効果が十分に発揮できない状態になる。
【0042】
従って、スポーク17の付け根の位置は、エアポケット部11周辺の空気の流れを乱すことが少ない図10の斜線部で示すエアポケット部11中心である4角方向からファン回転方向9に45°のハウジング外周部10の4辺中心部までの角度範囲内に留めることにより、エアポケット部11の効果を最大限に発揮し特性を向上することができる。
【0043】
次に、スポークの傾きについて説明する。
【0044】
スポーク17は、ファン1とスポーク17との距離が十分確保されている場合は、送風装置の特性にほとんど影響することはないが、ファン1とスポーク17との距離がある程度以下になると、送風装置の特性に大きな影響を及ぼす。
【0045】
図4と図5はスポークの付け根の位置はほぼ同じであるが、図4ではスポークが回転方向に傾いているのに対して、図5ではスポークが回転方向とは逆に傾いている。
【0046】
ここで、ファン1の形状についてはさまざまな形状があるが、一般的な送風装置の場合、図の破線で示すようなファン1の翼が、内周側から外周側にかけて徐々に回転方向に前進している、いわゆる前進翼がよく用いられる。このような前進翼タイプのファン1は、ある程度静圧が加わった状態において、送風特性を向上する効果があり、送風装置の騒音低減や、冷却性能の向上を実現できる。
【0047】
このようなファン形状に対して、図4に示すように、スポーク17をファン1と同じ方向に傾けて配置した場合、スポーク17と、スポーク17に近いファン1の後縁部の形状がほぼ重なるために、ファン1がスポーク17上を通過するたびに、スポーク17周辺で大きな圧力変動を起こし、ファンの送風性能が悪化すると同時に、騒音が大きくなる。
【0048】
一方、図5に示すようにスポーク17をファン1と反対方向に傾けた場合、スポーク17とファン1は外周側から漸近的に交差することになり、スポーク17とファン1の干渉が緩和され、送風性能及び騒音の悪化が少なくて済む。
【0049】
したがって、スポーク17が内周側から外周側にかけてファン回転方向9とは逆に傾けて形成することにより、スポーク17とファン1の干渉が緩和され、送風性能及び騒音に優れた送風装置が提供できる。また、スポーク17とファン1の干渉が緩和されるため、同一性能でも、スポーク17とファン1のクリアランスを小さくでき、軸方向寸法の小さい薄型の送風装置を提供できる。
【0050】
したがって、スポーク17の形状は、図5に示したように、スポーク17の環状壁2側の付け根は、エアポケット部11の中心に対して、ファン回転方向9に若干ずれた位置に設け、スポーク17が内周側から外周側にかけてファン回転方向9とは逆に傾けて形成することにより、エアポケット部11の効果を最大限に発揮し、送風装置の特性を向上できるとともに、送風装置の性能の悪化を最小限に留めながら、送風装置の薄型化を実現できる。
【0051】
以下は、この1例として、上記図4〜図7に示す形状のハウジングを使用した外形サイズ60×60×15mm送風装置の特性を示す。
【0052】
図11は、ファン、モータ等はまったく同一条件で、ハウジング形状のみを変化させた送風装置の風量−静圧特性を示した図である。
【0053】
図11に示すとおり、最大風量及び最大静圧は殆ど変化がないものの、特性曲線が変曲する中流量域の特性に大きな差が見られ、ハウジング形状は図4、図6、図5、図7の順番で優れた結果となった。これは、スポークとファンの干渉の影響が大きく影響しているからであり、スポークをファンとは逆に傾けファンの干渉を緩和した効果が現れている。
【0054】
図12は、同様にハウジング形状のみを変化させた送風装置の風量−騒音特性を示した図である。
【0055】
上記風量−静圧特性では、中流量域の特性に変化が見られたが、騒音に関しては図12に示すとおり、中流量〜大流量までの領域で差が確認できる。
【0056】
まず、中流領域の騒音に関しては上記風量−静圧特性と同様の傾向が確認できる。これは、風量−静圧特性が優れているほどファンが有効に動作しているために、空気流の剥離等による乱流の発生が少なく、それに伴う乱流騒音が小さくなっていることが影響している。
【0057】
一方、大流量域に関しては、風量−静圧特性に関係なく、図4及び図5のハウジング形状の騒音が小さくなっている。これは、スポークによるエアポケット周辺の空気の流れへの影響が小さく抑えられているからであり、言い換えると、エアポケットの効果は大流量域で効果的に発揮されることを示している。
【0058】
上記のように、スポークの形状を工夫することにより、その他の部分の設計はまったく同じでも、送風装置の特性を大きく向上することができる。
【0059】
なお、上記エアポケットとスポークの位置関係、及びスポークの傾きは、それぞれ単独で使用しても十分な効果が得られるが、両方同時に使用することにより更に優れた効果を発揮することは言うまでもない。
【0060】
また、上記記載の送風装置をOA機器あるいはAV機器に備えることで、特に静かな環境例えば個室等で静かさが十分生かされるのは言うまでもない。また、上記機器が多数並ぶ事務所等でも同様の静かさが効果をあげることも言うまでもない。
【0061】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、請求項1記載の発明によれば、送風装置の環状壁外周部とハウジング外周部の間に、エアポケット部を設けるとともに、スポークの付け根の位置を、4角方向からファン回転方向に45°までの角度範囲内に設けたことにより、スポークの影響を最小限にとどめ、送風装置の特性を向上させることができる。
【0062】
また、請求項2記載の発明によれば、スポークを内周側から外周側にかけてファン回転方向とは逆に傾けて構成することにより、スポークとファンの干渉による特性悪化を最小限にとどめ、送風装置の薄型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)実施例1の送風装置の側面図
(b)同正面図
(c)同断面図
(d)同X−X’断面詳細図
【図2】従来の送風装置の空気の流れを示した説明図
【図3】実施例1の送風装置の空気の流れを示した説明図
【図4】(a)実施例2の第1例のハウジング形状を示した正面図
(b)同背面図
【図5】(a)実施例2の第2例のハウジング形状を示した正面図
(b)同背面図
【図6】(a)実施例2の第3例のハウジング形状を示した正面図
(b)同背面図
【図7】(a)実施例2の第4例のハウジング形状を示した正面図
(b)同背面図
【図8】実施例2の第2例の送風装置の空気の流れを示した説明図
【図9】同実施例第3例の送風装置の空気の流れを示した説明図
【図10】同実施例の最適なスポークの付け根の位置を示した説明図
【図11】同実施例の送付装置の風量−静圧特性を示した図
【図12】同実施例の送付装置の風量−騒音特性を示した図
【図13】従来の送風装置の断面図
【符号の説明】
1 ファン
2 環状壁
3 モータ部
4 軸
5 空気流
7 翼先端漏れ渦
8 乱流渦
9 ファン回転方向
10 ハウジング外周部
11 エアポケット部
16 ボス部
17、17a、17b スポーク
Claims (4)
- ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁と、モータが固定されたボス部と、前記ボス部を固定するスポークと、外周形状が略四角形状の外周部とを一体に形成したハウジングを有する送風装置であって、
前記環状壁は、終端が吐出側で途切れた状態となっているとともに前記ハウジングの外周部と吸引側で接続されており、
前記ハウジングの外周部の4角には、前記環状壁の外周と前記ハウジングの外周部との間に一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部が形成されており、
前記スポークの外周側の付け根の位置を、4角方向から4角を含まずファン回転方向に45°までの角度範囲内に設けたことを特徴とする送風装置。 - ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁と、モータが固定されたボス部と、前記ボス部を固定するスポークと、外周形状が略四角形状の外周部とを一体に形成したハウジングを有する送風装置であって、
前記環状壁は、終端が吐出側で途切れた状態となっているとともに前記ハウジングの外周部と吸引側で接続されており、
前記ハウジングの外周部の4角には、前記環状壁の外周と前記ハウジングの外周部との間に一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部が形成されており、
前記スポークを内周側から外周側にかけてファン回転方向とは逆に傾けて形成し、ファンの後縁部とスポークが漸近的に交差するようにしたことを特徴とする送風装置。 - ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁と、モータが固定されたボス部と、前記ボス部を固定するスポークと、外周形状が略四角形状の外周部とを一体に形成したハウジングを有する送風装置であって、
前記環状壁は、終端が吐出側で途切れた状態となっているとともに前記ハウジングの外周部と吸引側で接続されており、
前記ハウジングの外周部の4角には、前記環状壁の外周と前記ハウジングの外周部との間に一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部が形成されており、
前記スポークの外周側の付け根の位置を、4角方向から4角を含まずファン回転方向に45°までの角度範囲内に設け、かつ、前記スポークが内周側から外周側にかけてファン回転方向とは逆に傾けて形成し、ファンの後縁部とスポークが漸近的に交差するようにしたことを特徴とする送風装置。 - 請求項1または請求項2または請求項3記載の送風装置を備えたOA機器あるいはAV機器。
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