JP4872722B2 - 軸流ファン装置、軸流羽根車及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、発熱源や発熱体を冷却したり、軸流方向に気体の流れを発生させたりする軸流ファン装置、軸流ファン装置に搭載される軸流羽根車、及び軸流ファン装置を搭載した電子機器に関する。

従来から、低騒音に着目したファンが提案されている。例えば、羽根の断面形状に段差が設けられた羽根車を備えるファンが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このように、羽根に段差が設けられることにより、羽根で発生する気流の渦が十分に成長する前に、各段差の部分で渦が放出される作用が働くので騒音が低減される。

特開２００６−２００４５７号公報（段落[００１７]、図１、図２）

しかしながら、羽根に段差が設けられていても、特許文献１の図１に示されるように、段差ごとに渦が残る可能性があり、騒音が低減されない。実際に、本発明者は、段差形状の断面の羽根を有する羽根車を用いて、騒音の実験をしたが、騒音の改善は見られなかった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、確実に騒音を低減することができる軸流ファン装置、軸流羽根車、及び軸流ファン装置を搭載した電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る軸流ファン装置は、ハウジングと、負圧を発生させるための負圧発生面を有する複数の軸流羽根と、前記複数の軸流羽根の各端部で前記負圧発生面から立つように設けられた補助翼とを有し、前記ハウジング内で回転可能に設けられた軸流羽根車とを具備する。

本発明では、複数の軸流羽根の端部において補助翼がそれぞれ設けられているので、軸流羽根の端部における気流の剥離現象が抑制される。すなわち気流の渦の発生が抑制され、騒音を低減することができる。補助翼がない場合、例えばハウジングの排出口側から吸入口側へ回り込む気流の渦が発生する。しかし、本発明では、補助翼は負圧発生面から立設されているので、ハウジングの排出口側から吸入口側へ回り込む気流を整流することができる。

本発明において、前記補助翼は、前記軸流羽根車の回転方向に沿うように設けられたエッジを有することを特徴とする軸流ファン装置。このように、実質的に回転方向に平行なエッジが設けられることにより、気流の整流作用が促進される。

本発明において、前記ハウジングは、複数の通気口を有する側壁を有する。軸流羽根車の回転により、通気口から流入した気流が補助翼による整流作用を促進させる。したがって、騒音がさらに低減され、かつ、送風量を増やすことができる。

本発明において、前記側壁は、環状の内周面と、環状の外周面とを有する。すなわち、側壁の厚さが実質的に一定となっている。したがって、例えば環状の内周面と平面でなる外周面とで構成される側壁、つまり、だ肉を有する側壁比べ、通気口の開口の総面積をふやすことができる。だ肉を有する側壁を有するハウジングの場合、一般的に直方体形状でなるハウジングが多い。したがって、そのような平面状の側壁に通気口が形成される場合に比べ、本発明のように環状の側壁に通気口が形成される方が、通気口の数を増やすことができる。これにより、吸気量を増やすことができ、送風量を高めることができる。

本発明に係る軸流羽根車は、ハウジングを備える軸流ファン装置に設けられた軸流羽根車であって、前記ハウジング内で回転可能に設けられたボス部と、負圧を発生させるための負圧発生面を有する複数の軸流羽根と、前記複数の軸流羽根の各端部で前記負圧発生面から立つように設けられた補助翼とを具備する。

本発明に係る電子機器は、筐体と、前記筐体内に配置されたハウジングと、負圧を発生させるための負圧発生面を有する複数の軸流羽根と、前記複数の軸流羽根の各端部で前記負圧発生面から立つように設けられた補助翼とを有し、前記ハウジング内で回転可能に設けられた軸流羽根車とを具備する。

以上のように、本発明によれば、確実に騒音を低減することができる。

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。

図１は、本発明の一実施の形態に係る軸流ファン装置を示す斜視図である。図２は、図１に示す軸流ファン装置１０の裏面側を示す平面図である。

軸流ファン装置１０は、ハウジング３と、ハウジング３内で回転可能に設けられた軸流羽根車５とを備えている。軸流羽根車５は、図示しないモータが内蔵されたボス部６と、ボス部６の周囲に設けられた複数の軸流羽根７を有する。

ハウジング３の上面３ａの開口は、軸流羽根７のθ方向の回転により発生する軸流方向（Ｚ軸方向）の気流をハウジング３内に吸入する吸入口３ｃとして機能する。図２に示すように、ハウジング３の下面３ｂには、吸入口３ｃから吸入された空気を排出する排出口３ｄが設けられている。排出口３ｄには、リブ９に連結された、上記モータを保持する保持板４が配置されている。この保持板４上には、モータを駆動する図示しない回路基板が設けられており、この回路基板上であってボス部６内に当該モータが配置される。

なお、ハウジング３は直方体形状でなり、４角にはネジ止めのためのネジ穴１９が形成されている。

図３（Ａ）は、軸流羽根車５を示す斜視図である。軸流羽根車５の軸流羽根７の各端部７ｃには、補助翼８が形成されている。補助翼８は、軸流羽根７の、負圧を発生させるための負圧発生面７ａ側から立つように設けられている。水平面（Ｘ−Ｙ平面）からの補助翼８の立つ角度は、典型的には、実質的に９０度とされている。しかし、その角度は、７０〜１１０度程度、あるいはこの範囲外の角度であってもよい。

図３（Ｂ）は、負圧発生面７ａが曲面でなることを表すための図である。

補助翼８は、軸流羽根車５の回転方向に沿うように設けられたエッジ８ａを有する。すなわち、エッジ８ａのラインは、水平面（Ｘ−Ｙ平面）に実質的に平行となっている。

軸流羽根車５は、典型的には樹脂でなるが、金属、またはゴム等であってもよい。ハウジング３も同様に、典型的には樹脂であるが、他の材料で構成されていてもよい。

以上のように構成された軸流ファン装置１０の作用について説明する。

モータが駆動すると、軸流羽根車５が回転する。この軸流羽根７の回転方向は、図１の上面側から見て時計回りである。図４に示すように、軸流羽根車５が回転することにより、軸流羽根７の負圧発生面７ａ上に気流Ａが発生し、この負圧発生面７ａ付近に負圧が発生する。これによりハウジング３の吸入口３ｃから軸流方向に気流が発生し、排出口３ｄからその空気が排出される。

また、図４に示すように、上記負圧発生面７ａ上に負圧が発生することにより、次のような現象が起こる。すなわち、軸流羽根７の、ハウジング３の排出口３ｄに対面する面７ｂ（負圧発生面７ａの反対側の面７ｂ）側から、軸流羽根７の外周側の端部７ｃを介して負圧発生面７ａへ気流が回り込もうとする。しかし、補助翼８があることから、その回り込もうとする気流は整流される（気流Ｂで示す）。すなわち気流Ｂは層流となる。

図５は、補助翼８がない一般的な軸流羽根を示す図である。このように補助翼８がない場合、軸流羽根１０７の裏面１０７ｂ側から負圧発生面１０７ａ側へ回り込もうとする気流の渦Ｃが発生する。本実施の形態のように、補助翼８がある場合、このような気流の渦Ｃの発生を抑制することができる。これにより、騒音を低減することができる。

本実施の形態では、上記したように補助翼８のエッジ８ａは、軸流羽根車５の回転方向に沿うように設けられている。したがって、軸流羽根７の端部７ｃで発生する気流が回転方向に流れる作用が促進される。すなわち、補助翼８の整流作用が促進される。

図６は、本発明の他の実施の形態に係る軸流ファン装置を示す図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施の形態に係る軸流ファン装置１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。

本実施の形態に係る軸流ファン装置２０のハウジング２３は、環状の側壁２５を備えている。すなわち、この側壁２５は、環状の内周面２５ａと、環状の外周面２５ｂとを有し、実質的に同じ厚さｄ１で形成されている。ハウジング２３は、側壁２５の上部に吸入口２５ｄを有し、側壁２５の下部に排出口２５ｅを有する。軸流羽根車５は、この側壁２５内に収容されている。なお、軸流羽根車５は、上記図３に示した軸流羽根車５が用いられる。

図７は、軸流羽根車５及び側壁２５の内周面２５ａの一部を示す図である。側壁２５には、複数の円形の通気口２５ｃが設けられている。軸流羽根車５が回転することで、軸流羽根７の負圧発生面７ａ上で負圧が発生し、通気口２５ｃを介してハウジング２３内に空気が流入する。つまり、通気口２５ｃは、第２の吸入口として機能する。通気口２５ｃからの気流は、負圧発生面７ａに向かうが、補助翼８があることで、軸流羽根７の裏面側から回り込もうとする気流と合流して整流作用が促進される。したがって、静音生がさらに向上し、かつ、送風量を増やすことができる。

上記したように、側壁２５の厚さｄ１が実質的に一定となっているので、図１に示した、だ肉を有する側壁３ｅ（厚さが太い側壁３ｅ）に比べ、通気口２５ｃの開口の総面積を増やすことができる。例えば、図１に示したようなハウジング３の平面状の側壁３ｅに通気口が形成される場合に比べ、図６に示したように環状の側壁２５に通気口２５ｃが形成される方が、通気口２５ｃの数を増やすことができる。これにより、吸気量を増やすことができ、送風量を高めることができる。

図８は、補助翼８がない軸流ファン装置と、図１に示した軸流ファン装置１０について、Ｐ−Ｑ特性（風量−静圧特性）及び騒音レベルの実測結果を示すグラフである。静圧曲線は符号Ｅ１（補助翼あり）、Ｅ２（補助翼なし）で示され、騒音レベルは、符号Ｆ１（補助翼８あり）、Ｆ２（補助翼８なし）で示される。騒音レベルは、１ｍ離れた位置での騒音レベルを示している。

一般的に、軸流ファン装置は、最大風量の半分を基準として±２０％の風量、特に、静圧曲線Ｅ１、Ｅ２とシステムインピーダンスＲとの交差点Ｄ１、Ｄ２における風量でそれぞれ動作する。この交差点Ｄ１（またはＤ２）付近では、補助翼８あり及び補助翼８なしについて両者同じ静圧で見た場合に、補助翼８を有する軸流羽根７の方が、風量が大きく、かつ、騒音も低減されているのが分かる。

本発明者らは、補助翼８が、軸流羽根７の裏面７ｂ側に立設された軸流羽根車（図示せず）についても、同様にＰ−Ｑ特性と、騒音レベルを実測した。その結果は、補助翼８がない場合と変わらなかった。

図９は、図６で示した軸流ファン装置２０についてのＰ−Ｑ特性（風量−静圧特性）及び騒音レベルの実測結果を示すグラフである。このグラフから分かるように、図６に示した軸流ファン装置２０は、図１に示した軸流ファン装置１０に比べさらに騒音を低減することができる。

なお、本実験で用いられた軸流ファン装置１０（または２０）のハウジング３（または２３）のサイズについては、縦横長さ６０ｍｍ程度であり、軸流羽根車５の直径は、５７〜５９ｍｍ程度である。しかし、軸流ファン装置１０（または２０）は、このサイズに限られない。

図１０は、本発明の一実施の形態に係る電子機器として、デスクトップ型のＰＣ（Personal Computer）を示す概略斜視図である。

ＰＣ５０は、筐体５３を備え、筐体５３内には、軸流ファン装置１０（または２０）が配置されている。この軸流ファン装置１０（または２０）は、例えば、筐体５３の背面５３ａに設けられた図示しない開口部に取り付けられる。あるいは、軸流ファン装置１０（または２０）は、例えばＣＰＵ５５に接続されたヒートシンク５７に取り付けられる。

電子機器としては、このようなＰＣ５０に限られず、サーバ型のコンピュータ、ディスプレイ装置、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、その他の電化製品等が挙げられる。

本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。

図６に示した上記ハウジング２３に形成される通気口２５ｃは、図１に示した軸流ファン装置１０のハウジング３の側壁３ｅに形成されていてもよい。

本発明の一実施の形態に係る軸流ファン装置を示す斜視図である。 図１に示す軸流ファン装置の裏面側を示す平面図である。 軸流羽根車を示す斜視図である。 補助翼付近を示す図である。 従来の軸流羽根の端部付近を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る軸流ファン装置を示す図である。 図６に示した軸流羽根車及び側壁の内周面の一部を示す図である。 補助翼がない軸流ファン装置と、図１に示した軸流ファン装置について、Ｐ−Ｑ特性及び騒音レベルの実測結果を示すグラフである。 図６で示した軸流ファン装置についてのＰ−Ｑ特性及び騒音レベルの実測結果を示すグラフである。 本発明の一実施の形態に係る電子機器として、デスクトップ型のＰＣを示す概略斜視図である。

符号の説明

３、２３…ハウジング
３ｃ…吸入口
３ｄ…排出口
５…軸流羽根車
６…ボス部
７…軸流羽根
７ｃ…端部
７ａ…負圧発生面
８…補助翼
８ａ…エッジ
１０、２０…軸流ファン装置
２５…側壁
２５ａ…内周面
２５ｂ…外周面
２５ｃ…通気口
５０…ＰＣ

Claims (6)

1. 環状の内周面と複数の円形の通気口とを有する側壁を含むハウジングと、
   負圧を発生させるための負圧発生面を有する複数の軸流羽根と、前記複数の軸流羽根の各端部で前記負圧発生面から立つように設けられた補助翼とを有し、前記ハウジング内で回転可能に設けられた軸流羽根車と
   を具備する軸流ファン装置。
2. 請求項１に記載の軸流ファン装置であって、
   前記補助翼は、前記軸流羽根車の回転方向に沿うように、前記軸流羽根車の回転軸方向に垂直な面に平行に設けられたエッジラインを有する
   軸流ファン装置。
3. 請求項１または２に記載の軸流ファン装置であって、
   前記ハウジングの前記側壁は、環状の外周面を有する
   軸流ファン装置。
4. 筐体と、
   環状の内周面と複数の円形の通気口とを有する側壁を含み、前記筐体内に配置されたハウジングと、
   負圧を発生させるための負圧発生面を有する複数の軸流羽根と、前記複数の軸流羽根の各端部で前記負圧発生面から立つように設けられた補助翼とを有し、前記ハウジング内で回転可能に設けられた軸流羽根車と
   を具備する電子機器。
5. 請求項３に記載の電子機器であって、
   前記補助翼は、前記軸流羽根車の回転方向に沿うように、前記軸流羽根車の回転軸方向に垂直な面に平行に設けられたエッジラインを有する
   電子機器。
6. 請求項３または４に記載の電子機器であって、
   前記ハウジングの前記側壁は、環状の外周面を有する
   電子機器。