JP6575056B2 - 送風ファン - Google Patents

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Description

本発明は、送風ファンに関する。
ノート型PC等の電子機器では、筐体内部のCPU等における発熱量が多い。したがって、発熱対策が重要となる。発熱対策の一手法として、送風ファンを筐体内部に設け、熱の排出が行われる。
近年、電子機器の高機能化も進んでおり、電子機器内での温度上昇も著しい。したがって、電子機器内の冷却を目的として冷却性能の優れた送風ファンが要求されている。特開2001-111277号に開示されるファンユニットでは、空気が送風ブレードの外周側の排気口から排気され、ブレード外周側の側方の位置に設けられている回路基板上に実装された発熱部品に送風され、それにより発熱部品を直接冷却する構成が開示されている。
特開2001-111277号
ところで、近年の電子機器内の電子部品の高密度化に伴い、熱源に直接風を当てるだけでは十分な排熱効果を得られない虞がある。
本発明は、効率よく熱源を冷却できる送風ファンを提供することを目的としている。
本発明の例示的な第1発明は、送風ファンであって、上下方向を向く中心軸回りを回転し、周方向に配列された複数の羽根と、複数の羽根を支持する円環状の羽根支持部とを有するインペラと、インペラを回転させるモータ部と、インペラを収納するハウジングと、を備え、インペラは、隣接する複数の羽根の間に、インペラの上側の空間とインペラと下プレート部の間の空間とを軸方向に繋ぐ空間が存在し、ハウジングが、インペラの下側を覆うとともにモータ部を支持する下プレート部と、インペラの側方を覆い周方向の少なくとも一方の領域が送風ファンの外部空間に向けて開放する開口を有する、側壁部と、インペラの上側を覆い、吸気口を有する上プレート部と、を備え、上プレート部、側壁部および下プレート部により、インペラの側方に送風口が構成され、送風ファンは、インペラとは反対側の面に熱源が接触可能な熱源接触部を有し、送風口は、上プレート部のエッジ、側壁部の開口の周方向の両端である一対のエッジ、および、下プレート部のエッジのうち、何れか最も中心軸に近いエッジを含み、中心軸に平行な平面であり、側壁部は、送風口とインペラとの間に突出する舌部を有し、平面視した際に、送風口と平行且つ中心軸と交差する仮想第1直線とし、送風口と垂直且つ中心軸と交差する仮想第2直線とし、仮想第1直線と仮想第2直線とで区切られる4つの領域の内、舌部が配置される領域を第1領域、第1領域からインペラの回転方向側に向かって第2領域、第3領域および第4領域とし、更に、羽根支持部の外周面に接し、第1領域において送風口に向かって第2直線と平行に延びる仮想第3直線とし、羽根支持部の外周面に接し、第3領域において第1直線と平行に延びる仮想第4直線とするとき、送風口は、少なくとも第4領域に位置し、熱源接触部は、仮想第3直線、仮想第4直線、羽根支持部の外周面および送風口によって囲まれた領域の一部と重なる。
本発明では、効率よく熱源を冷却できる送風ファンを提供することができる。
図1は、好適な実施形態に係る送風ファンの断面図である。 図2は、モータ部近傍の断面図である。 図3は、スリーブの断面図である。 図4は、スリーブの平面図である。 図5は、スリーブの底面図である。 図6は、軸受部近傍の断面図である。 図7は、送風ファンの上プレート部を取り外した上面図である。 図8は、送風ファンの変形例を示す、軸受部近傍の断面図である。 図9は、送風ファンの他の変形例を示す、下プレート部近傍の断面図である。 図10は、送風ファンの他の変形例を示す、下プレート部の下面図である。
本明細書では、モータ部の中心軸方向における図1の上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。なお、上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。また、中心軸に平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
図1は、本発明の例示的な第1の実施形態に係る送風ファン1の断面図である。本実施形態における送風ファン1は、遠心ファンであり、例えば、熱源30であるCPUや、他の発熱体である電子部品を送風ファン1に直接配置するノート型パーソナルコンピュータにおいて、CPUあるいは電子部品の冷却に利用される。送風ファン1は、インペラ11と、モータ部12と、ハウジング13と、を備える。インペラ11は、モータ部12の回転部22から径方向外方に延びる。インペラ11は、モータ部12により中心軸J1回りを回転する。
インペラ11は熱伝導性の優れた樹脂製(以下、熱伝導性樹脂とする)であり、周方向に配列された複数の羽根112と、複数の羽根112を支持する略円環状の羽根支持部111と、を有する。羽根支持部111の内周面は、モータ部12の回転部22に固定される。複数の羽根112は、中心軸J1を中心として羽根支持部111の外周面から径方向外方に延びる。羽根支持部111および複数の羽根112は樹脂の射出成型により一繋がりの部材として構成される。インペラ11は、アルミニウムにて形成されていても良い。熱源30の熱は、ハウジング13、モータ部12を介してインペラ11まで伝達する。インペラ11の回転により、放熱が可能となる。インペラ11が熱伝導性樹脂の場合、アルミニウムに比べ比重が小さいため、高回転を達成可能である。これにより、風量が増加し、冷却特性が向上する。熱伝導性樹脂は、金属製フィラーを含んだ樹脂が好ましく、冷却特性を向上させることができる。なお、インペラ11の熱伝導率は1.0W(m・K)以上が好ましい。より好ましくは、インペラ11の熱伝導率は3.0W(m・K)以上である。
送風ファン1では、モータ部12によりインペラ11が中心軸J1を中心として回転されることにより、空気の流れが発生する。
ハウジング13は、モータ部12およびインペラ11を収納する。ハウジング13は、上プレート部131と、取付板132(以下、下プレート部132と呼ぶ。)と、側壁部133と、を有する。上プレート部131は金属にて形成された、略板状の部材である。上プレート部131は、モータ部12およびインペラ11の上方に位置し、インペラ11の上側を覆う。上プレート部131は、上下に貫通する1つの吸気口151を有する。吸気口151は、軸方向においてインペラ11の少なくとも一部およびモータ部12の全部と重なる。吸気口151は、中心軸J1を貫通する略円形である。隣り合って配列される少なくとも一対の羽根112の間には羽根112の軸方向上側の空間と羽根112と下プレート部132の間の空間とを軸方向に繋ぐ流路が形成される。流路は、下プレート部132の上面に対向して開口する。これにより、吸気口151から吸い込まれた空気が、インペラ11の羽根112と羽根112との間を抜けて、下プレート部132へと風が抜ける。下プレート部132と熱源30とは熱的に接触する。下プレート部132と熱源30とが熱的に接触することにより、熱源30の熱は、下プレート部132に伝達される。つまり、吸気口151から吸い込まれた空気が、インペラ11の羽根112と羽根112との間を抜けて、下プレート部132へと風が抜けることにより、下プレート部132に風があたり、冷却特性が向上する。
下プレート部132は、金属板のプレス加工にて形成された、略板状の部材である。下プレート部132は、モータ部12およびインペラ11の下方に位置し、モータ部12を支持する。本実施形態において、下プレート部132は、アルミニウム製である。この場合、下プレート部132を通じて放熱が可能である。なお、下プレート部132の材料は、銅、アルミニウム合金、鉄、鉄基合金(SUS含む)または熱伝導性樹脂でもよい。
送風ファン1は、インペラ11が位置する面とは反対の面に熱源30が接触可能な熱源接触部10を有している。熱源30は、CPUや、他の発熱体である電子部品である。本実施形態においては、熱源30の上面が下プレート部132の下面に熱的に接触する。熱源30と、下プレート部132との間には、熱源30の一部であるサーマルシートやグリスなどの熱伝達部材が介在して密着しており、この熱伝達部材により熱源30と下プレート部132の下面とが熱的に接触する。なお、後述する通り熱源接触部10は、下プレート部132以外に位置してもよい。
側壁部133は、樹脂にて形成される。側壁部133は、インペラ11の側方を覆う。すなわち、側壁部133は、複数の羽根112を径方向外方から囲む。側壁部133の上端部には、上プレート部131がネジ止め等により固定される。側壁部133の下端部は、下プレート部132とインサート成型により締結される。側壁部133は、中心軸J1方向から見て、略U字状であり、径方向外方に向けて開口する排気口である送風口153を有する。より詳しく説明すると、側壁部133の開口の上下には上プレート部131、下プレート部132のそれぞれが配置されている。送風口153は、上プレート部131のエッジ、側壁部133の開口の周方向の両端である一対のエッジ、および、下プレート部132のエッジのうち、何れか最も中心軸J1に近いエッジを含み、中心軸J1に平行な平面である。本実施形態では、上プレート部131と、下プレート部132と、側壁部133の開口によって囲まれた部位が送風口153である。側壁部133はインサート成型以外の手法により設けられてよく、樹脂以外の材料により形成されてもよい。また側壁部133に対する上プレート部131および下プレート部132の固定方法に関しては、上記に限定されない。
図2は、モータ部12近傍の断面図である。モータ部12は、アウターロータ型である。モータ部12は、静止部21と、回転部22と、を備える。静止部21は、軸受部23と、下プレート部132と、ステータ210と、回路基板25と、を有する。
軸受部23は、ステータ210よりも径方向内側に配置される。軸受部23は、スリーブ231と、軸受ハウジング232と、を有する。スリーブ231は、中心軸J1を中心とする略円筒状である。スリーブ231は、金属の焼結体である。スリーブ231には、潤滑油が含浸されている。スリーブ231の外周面には軸方向に延び、潤滑油が循環する複数の循環溝275が設けられる。複数の循環溝275は、周方向に等間隔で配置される。軸受ハウジング232は、有底略円筒状であり、ハウジング円筒部241とキャップ242とにより構成される。ハウジング円筒部241は、中心軸J1を中心とする略円筒状であり、スリーブ231の外周面を覆う。スリーブ231は、接着剤によりハウジング円筒部241の内周面に固定される。軸受ハウジング232は、金属にて形成される。キャップ242は、ハウジング円筒部241の下端部に固定される。キャップ242は、ハウジング円筒部241の下部を閉塞する。スリーブ231は、接着剤以外で固定されてもよく、例えば、圧入によりハウジング円筒部241の内周面に固定されてもよい。スリーブ231、軸受ハウジング232およびキャップ242は、金属以外の熱伝導性の優れた材料により形成されてもよい。例えば、熱伝導性樹脂または黄銅により形成されてもよい。
下プレート部132は、径方向内方に立ち上がり部1321を有する。立ち上がり部1321は略環状の部材である。ハウジング円筒部241の外周面の下方領域、すなわち、軸受ハウジング232の外周面の下方領域は、立ち上がり部1321の内周面に接着または圧入にて固定される。なお、軸受ハウジング232と立ち上がり部1321との固定は、接着および圧入の両方が用いられてもよい。
ステータ210は、中心軸J1を中心とする略環状の部材である。ステータ210は、ステータコア211と、ステータコア211上に構成された複数のコイル212と、を有する。ステータコア211は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成される。ステータコア211は、略円環状のコアバック211aと、コアバック211aから径方向外方に向けて突出した複数のティース211bと、を有する。複数のコイル212は、複数のティース211bのそれぞれに導線が巻回されることで構成される。ステータ210の下方には、回路基板25が配置される。コイル212の引出線が、回路基板25に電気的に接続される。回路基板25は、FPC(Flexible Printed Circuitboad)である。
回転部22は、シャフト221と、スラストプレート224と、ロータホルダ222と、ロータマグネット223と、を有する。シャフト221は、中心軸J1を中心として配置される。
図1に示すように、ロータホルダ222は、中心軸J1を中心とする有蓋略円筒状である。ロータホルダ222は、筒部であるマグネット保持円筒部222aと、蓋部222cと、第1スラスト部222dと、を有する。マグネット保持円筒部222a、蓋部222cおよび第1スラスト部222dは、一繋がりの部材である。第1スラスト部222dは、シャフト221の上端部から径方向外方に広がる。蓋部222cは、第1スラスト部222dから径方向外方に広がる。蓋部222cおよび第1スラスト部222dの上方には、上プレート部131が位置する。蓋部222cの下面は、シャフト221を囲む略環状の面である。図2に示すように、第1スラスト部222dは、スリーブ231の上面231bおよびハウジング円筒部241の上面と軸方向に対向する。
スラストプレート224は、径方向外方に広がる略円盤状の部位を有する。スラストプレート224は、シャフト221の下端部に固定され、下端部から径方向外方に広がる。スラストプレート224は、スリーブ231の下面231c、キャップ242の上面およびハウジング円筒部241の内周面の下部により構成されるプレート収容部239に収容される。スラストプレート224の上面は、シャフト221を囲む略環状の面である。スラストプレート224の上面は、スリーブ231の下面231c、すなわち、プレート収容部239において下方を向く面と軸方向に対向する。以下、スラストプレート224を「第2スラスト部224」という。また、第2スラスト部224の下面は、軸受ハウジング232のキャップ242の上面と対向する。シャフト221は、スリーブ231に挿入される。スラストプレート224は、シャフト221と一繋がりの部材として構成されてもよい。スラストプレート224は、例えば、ステンレス等の金属により形成される。
シャフト221は、ロータホルダ222と一繋がりの部材として構成される。シャフト221およびロータホルダ222は、金属部材を切削加工することにより形成される。すなわち、蓋部222cとシャフト221とは連続している。シャフト221は、ロータホルダ222と別部材により構成されてもよい。その場合、ロータホルダ222の蓋部222cには、シャフト221の上端部が固定される。また、図1に示すように、ロータホルダ222の蓋部222cの径方向外側の端部から軸方向下側に延びるマグネット保持円筒部222aの内周面には、ロータマグネット223が固定される。シャフト221は、例えば、ステンレス等の金属により形成される。
図2に示すように、ロータホルダ222は、第1スラスト部222dの外縁部から下方に延びる略環状の環状筒部222bを、さらに有する。以下、環状筒部222bを「ロータ円筒部222b」という。ロータホルダ222において、ロータ円筒部222bはステータ210よりも径方向内側に位置する。ロータ円筒部222bは、軸受ハウジング232の径方向外側に位置し、ロータ円筒部222bの内周面が、ハウジング円筒部241の上部の外周面と径方向に対向する。ロータ円筒部222bの内周面と、ハウジング円筒部241の外周面との間にシール間隙35が構成される。シール間隙35には潤滑油の界面が位置するシール部35aが構成される。
図1に示す羽根支持部111の内周面は、ロータホルダ222のマグネット保持円筒部222aの外周面に固定され、複数の羽根112は、マグネット保持円筒部222aの外周面の外側に位置する。シャフト221の上端部は、ロータホルダ222を介してインペラ11に固定される。インペラ11は、ロータホルダ222と一繋がりの部材として構成されてもよい。その場合は、シャフト221の上端部は、インペラ11に直接的に固定される。
ロータマグネット223は、中心軸J1を中心とする略円筒状である。既述のように、ロータマグネット223は、マグネット保持円筒部222aの内周面に固定される。ロータマグネット223は、ステータ210の径方向外側に配置される。
図2に示すように、立ち上がり部1321は、上端から上方に向かって延びる立ち上がり上筒部1321aを有する。ロータ円筒部222bの外周面は、径方向間隙(以下、微小隙間231dという)を介して立ち上がり上筒部1321aの内周面と対向する。これにより、当該微小隙間231dにおける気体の出入りが、抑制される。その結果、シール部35aからの潤滑油の蒸発が抑制される。微小隙間231dの径方向の幅は0.15mmまたは、0.15mmより小さい。より好ましくは、微小隙間231dの径方向の幅は0.10mmまたは0.10mmよりも小さい。
図3は、スリーブ231の断面図である。スリーブ231の内周面231aの上部および下部には、複数のヘリングボーン形状の溝で構成される第1ラジアル動圧溝列271および第2ラジアル動圧溝列272が設けられる。また、図4は、スリーブ231の平面図である。スリーブ231の上面231bには複数のスパイラル形状の溝で構成される第1スラスト動圧溝列273が設けられる。また、図5は、スリーブ231の底面図である。スリーブ231の下面231cにはスパイラル形状の第2スラスト動圧溝列274が設けられる。
図6は、軸受部23近傍の断面図である。シャフト221の外周面と、スリーブ231の内周面231aとの間に、ラジアル間隙31が構成される。ラジアル間隙31は、第1ラジアル間隙311と、第1ラジアル間隙311よりも下方に位置する第2ラジアル間隙312と、を有する。第1ラジアル間隙311は、シャフト221の外周面と、スリーブ231の内周面231aのうち、図3の第1ラジアル動圧溝列271が設けられる部位との間に構成される。第1ラジアル間隙311には潤滑油が介在する。また、第2ラジアル間隙312は、シャフト221の外周面と、スリーブ231の内周面231aのうち、図3の第2ラジアル動圧溝列272が設けられる部位との間に構成される。第2ラジアル間隙312には潤滑油が介在する。第1ラジアル間隙311および第2ラジアル間隙312は、潤滑油の流体動圧を発生させるラジアル動圧軸受部31aを構成する。ラジアル動圧軸受部31aにより、シャフト221がラジアル方向に支持される。ラジアル間隙31の径方向の幅は、5μmまたは、5μmよりも小さい。より、好ましくは、ラジアル間隙31の径方向の幅は、3μmまたは3μmよりも小さい。
スラスト部(図示省略)は、上側のスラスト部である第1スラスト部222dと下側のスラスト部である第2スラスト部224とを有する。スリーブ231の上面231bの第1スラスト動圧溝列273が設けられる部位と、第1スラスト部222dの下面との間に、第1スラスト間隙34が構成される。第1スラスト間隙34には潤滑油が介在する。第1スラスト間隙34は、潤滑油に流体動圧を発生させる上スラスト動圧軸受部34aを構成する。上スラスト動圧軸受部34aにより、第1スラスト部222dがアキシャル方向に支持される。第1スラスト間隙34の軸方向の幅は、70μmまたは70μmよりも小さい。より好ましくは、第1スラスト間隙34の軸方向の幅は、45μmまたは45μmよりも小さい。
スリーブ231の下面231cの第2スラスト動圧溝列274が設けられる部位と、第2スラスト部224の上面との間に、第2スラスト間隙32が構成される。第2スラスト間隙32には潤滑油が介在する。第2スラスト間隙32は、潤滑油の流体動圧を発生させる下スラスト動圧軸受部32aを構成する。下スラスト動圧軸受部32aにより、第2スラスト部224がアキシャル方向に支持される。上スラスト動圧軸受部34aと下スラスト動圧軸受部32aとは、循環溝275により連通している。
軸受ハウジング232のキャップ242の上面と、第2スラスト部224の下面との間に、第3スラスト間隙33が構成される。第3スラスト間隙33はキャップ242の上面と、第2スラスト部224の下面との間に位置する潤滑油に流体動圧を発生させてもよい。
モータ部12ではシール間隙35、第1スラスト間隙34、ラジアル間隙31、第2スラスト間隙32および第3スラスト間隙33が互いに繋がった1つの袋構造をなし、袋構造に潤滑油が連続して存在する。袋構造では、シール間隙35のみに潤滑油の界面が形成される。
モータ部12では、図2に示すシャフト221、第1スラスト部222d、第1スラスト部222dの外縁部から下方に向かって延びるロータ円筒部222b、第2スラスト部224、軸受部23、立ち上がり部1321および潤滑油により、軸受装置である軸受機構4が構成される。以下、シャフト221、第1スラスト部222d、ロータ円筒部222b、第2スラスト部224、軸受部23および立ち上がり部1321を軸受機構4の一部として説明する。軸受機構4では、シャフト221、第1スラスト部222dおよび第2スラスト部224が、潤滑油を介して軸受部23に対して相対回転する。
モータ部12では、ステータ210に電力が供給されることにより、ロータマグネット223とステータ210との間に、中心軸J1を中心とするトルクが発生する。図1に示す軸受機構4により、回転部22およびインペラ11が、静止部21に対して中心軸J1を中心として回転可能に支持される。インペラ11の回転により、吸気口151からハウジング13内へとエアが吸引され、送風口153から送出される。
図7は、送風ファン1の上プレート部131を取り外した上面図である。側壁部133は、送風口153とインペラ11との間に突出する舌部134を有する。平面視した際に、送風口153と平行且つ中心軸J1と交差する仮想直線を仮想第1直線41とする。送風口153と垂直且つ中心軸J1と交差する仮想直線を仮想第2直線42とする。仮想第1直線41と仮想第2直線42とで区切られる4つの領域の内、舌部134が配置される領域を第1領域51、第1領域51からインペラ11の回転方向側に向かって第2領域52、第3領域53および第4領域54とする。さらに、羽根支持部111の外周面に接し、第1領域51において送風口153に向かって仮想第2直線42と平行に延びる仮想直線を仮想第3直線43とする。羽根支持部111の外周面に接し、第3領域53において仮想第1直線41と平行に延びる仮想直線を仮想第4直線44とする。送風口153は、少なくとも第4領域54に位置する。熱源接触部10は、仮想第3直線43、仮想第4直線44、羽根支持部111の外周面および送風口153によって囲まれた領域(以下、第5領域55という。)の一部と重なる。
インペラ11が回転することによって、上流から下流に向けて回転方向に沿って空気が流れる。その際、舌部134が最上流となり、送風口153が最下流となる。つまり、舌部134から送風口153に向けて空気の温度が高くなる。この現象は、以下の理由によって生じている。熱源30から下プレート部132に伝わった熱は、インペラ11が回転することによって生じる空気流に運ばれる。つまり、空気流の方向に沿って下流側に向かって空気流の温度は高くなる。空気の流れは大きく分けて2通り存在する。1つ目は、上記で示した通り舌部134から送風口153に向かって流れる周方向の空気流である。2つ目は、羽根112に沿って吸気口151から側壁部133に流れる径方向の空気流である。2つ目の空気流においては、径方向内方から外方に向かって空気が熱を運ぶ。また、羽根112の周速度が径方向外方に向かうにつれて速くなるため、インペラ11周囲の空気流は、径方向外方つまり側壁部133付近において最も速くなる。つまり、空気流による強制冷却の効果は、下プレート部132の側壁部133付近において最も高くなる。また、熱は、温度の低い所に向けて伝達されやすいという特性がある。よって、熱源30から伝達される熱は、下プレート部132の側壁部133付近に向かって伝達されやすくなる。下プレート部132は、熱容量を有しているため、最も放熱特性が高い部位が径方向外方に位置することで、熱が径方向外方に広がり易くなる。更に、1つ目の空気流において、上流側から下流側に向けて空気流の流速が速くなるため、下流側においては、冷却特性が高い。次に1つ目の空気流について説明する。遠心ファンは下流に向かうにつれて、流速が速くなるため、熱の移動量も多くなる。つまり、送風口153付近は、最も流速が速くなり、下プレート部132からの放熱性も高くなる。
ここで、第5領域55に熱源接触部10が位置されることで、第5領域55における下プレート部132の温度が高くなる。一方、第5領域55を除く領域においては、下プレート部132の温度が低いため、通過する空気流の温度が低い。第5領域55を除く領域は、舌部134を含む上流領域であり、これらの低い温度の空気流が第5領域55を通過することになる。よって、第5領域55に熱源接触部10を位置させることで、第5領域55を通過する空気流の温度を低くすることができ、冷却特性が向上する。平面視において、熱源接触部10の少なくとも一部は、羽根支持部111の外端よりも径方向内側の領域と重なる。つまり、羽根支持部111の軸方向下方に位置する領域の下に熱源30が配置されている場合でも、熱が第5領域55の下プレート部132に伝達され、冷却することが可能となる。他方で、第5領域55において放熱できなかった熱は、他の部位に伝わり易くなり、全体として冷却特性が向上する。また、平面視において、熱源接触部10の少なくとも一部が、第5領域55のうち、複数の羽根112外端よりも径方向内側の領域と重なることが望ましい。複数の羽根112と熱源30とが平面視において重なって配置されることで、羽根112と羽根112との間から通り抜けた空気流は、下プレート部132の熱源接触部10を通過する。すなわち、熱源30の熱は、下プレート部132に伝わり、直接空気流にさらされる。そのため、下プレート部132に伝達された熱源30の熱は、効果的に羽根112と羽根112との間から通り抜けた空気流によって送風口153から排出される。また、軸受部23と熱源接触部10とが軸方向に重なって配置される場合においては、後述するように熱源30からの熱が軸受部23に伝達し、インペラ11から放熱される。つまり、熱源30からの熱は、下プレート部132から径方向外方に向かって効率よく熱伝達されるだけでなく、軸受部23に伝達される好適な熱源配置である。
更に、熱源接触部10と第4領域54とは、平面視において少なくとも一部が重なっているのが望ましい。上述した1つ目の空気流は、送風口153に向けて流速が速くなる。また、流速が速くなればなるほど、空気の圧力は低くなる。空気は、圧力が低い側に多く流れる特性がある。つまり、2つ目の空気流は、第4領域54おいて風量が多くなる。よって、第4領域54においては、風量が多く、下プレート部132からの放熱量が多くなる。
熱源接触部10は、軸受部23と平面視において重なりつつ、その一部が第4領域54に延びているのが望ましい。熱源30から下プレート部132に伝達された熱は、軸受部23に伝達するとともに、下プレート部132のうち最も強制冷却される第4領域54に熱伝達され易くなり、放熱特性が高くなる。また、熱源接触部10と羽根支持部111の最外径よりも径方向内側とは、平面視において少なくとも一部が重なる状態においても、熱源30から下プレート部132に伝達された熱は効率的に放熱されやすい。この場合、軸受部23に熱が伝達されやすく、軸受部23からの放熱特性を活かしやすくなる。更に、軸受部23から放熱されなかった熱は、下プレート部132に熱伝達される。羽根支持部111の最外径よりも径方向外方の領域は、インペラ11が回転することによって生じる空気流が流れている領域である。つまり、下プレート部132に伝達された熱は、下プレート部132の軸受部23付近から放射状に伝達され、羽根支持部111の最外径よりも外側に達した段階で放熱が開始される。流速や風量が高い領域つまり第4領域54において最も放熱量が多くなるが、当該位置に熱源接触部10を配置することで、放射状に熱伝達されやすい。よって、熱源30の特定の部位のみ放熱されるわけではなく、全体が一様に放熱される。
下プレート部132および側壁部133は、熱伝導率が1.0W/(m・K)以上の材料で構成される。これにより、熱源30から放出された熱が、下プレート部132に効率よく伝達することができる。
舌部134の仮想第2直線42に最も近い部位は、仮想第3直線43よりも、仮想第2直線42と反対側に位置する。つまり、送風口153は第1領域51にも位置するため、より広く送風口153が形成される。故に、下プレート部132の広い範囲において、熱源30から下プレート部132に伝わった熱を冷却することができる。
インペラ11、軸受部23およびシャフト221を構成する部品の材料は、熱伝導率が1.0W/(m・K)以上である。インペラ11、軸受部23およびシャフト221を上記熱伝導率の高い素材で形成することにより、下プレート部132の熱を、軸受部23とシャフト221とのいずれかを介してインペラ11に伝えることが出来る。また、送風ファン1の回転によりインペラ11に伝わった熱が放出され、冷却効果が向上する。
潤滑油の熱伝導率は、一般的に1.0W/(m・K)以下である。しかし、ラジアル間隙31、スラスト間隙34および径方向間隙の隙間が狭いことにより、下プレート部132から伝わってきた熱が回転部22と静止部21との微小隙間を介して、インペラ11まで伝わる。これにより、熱源30からインペラ11まで熱が伝達し、インペラ11の回転により熱が放出でき、冷却特性が向上する。
前述の通り、ラジアル間隙31の径方向の幅は、5μmまたは、5μm以下よりも小さい。より、好ましくは、ラジアル間隙31の径方向の幅は、3μmまたは3μmよりも小さい。ラジアル間隙31の径方向隙間が狭いことにより、下プレート部132から伝わってきた熱がシャフト221と軸受部23との微小隙間を介して、インペラ11まで伝わる。これにより、熱源30からインペラ11まで熱が伝達し、インペラ11の回転により熱が放出でき、冷却特性が向上する。
ラジアル動圧軸受部31aの軸方向の長さは、シャフト221が軸受部23に収容されている領域の軸方向方の長さの半分以上である。微小間隙を形成する領域が大きいことで、より軸受部23からシャフト221に熱が伝わりやすくなる。これにより、熱源30からインペラ11まで熱がより伝達され、インペラ11の回転による放熱効果がより高まり、冷却特性が更に向上する。
モータ部12は、軸受部23およびスラスト部(図示省略)の軸方向に互いに対向する面の間のスラスト間隙(図示省略)に潤滑油が存在するスラスト動圧軸受部(図示省略)を有する。スラスト間隙の径方向の隙間は70μmと同じまたは、70μmそれより小さい。微小間隙であるスラスト間隙(図示省略)を形成することで、スリーブ231からシャフト221に熱が伝わりやすくなる。これにより、熱源30からインペラ11まで熱がより伝達し、インペラ11の回転による放熱効果がより高まり、冷却特性が更に向上する。より具体的には、第1スラスト間隙34の径方向の隙間は70μmと同じまたは、70μmそれより小さい。なお、本実施形態ではスラスト部(図示省略)は、第1スラスト部222dであるがスラスト部は第2スラスト部224であってもよい。また、本実施形態ではスラスト間隙(図示省略)は、第1スラスト間隙34であったが第2スラスト間隙32でもよい。より好ましくは、スラスト間隙(図示省略)の軸方向の隙間は、45μmと同じまたは45μmよりも小さい。
図2に示すように、微小隙間231dの径方向の幅は0.15mmまたは、0.15mmより小さい。より好ましくは、微小隙間231dの径方向の幅は0.10mmまたは0.10mmよりも小さい。ロータ円筒部222bの外周面と立ち上がり部1321の内周面の径方向隙間が狭いことにより、下プレート部132から伝わってきた熱が回転部22と静止部21との微小隙間を介して、インペラ11まで伝わる。これにより、熱源30からインペラ11まで熱がより伝達し、インペラ11の回転による放熱効果がより高まり、冷却特性が更に向上する。
図8は、送風ファンの好適な実施形態に係る変形例を示す、軸受部23近傍の断面図である。図8に示すように、熱源接触部10aの少なくとも一部は、軸受部23に位置してもよい。より具体的には、熱源30aは、キャップ242の下面、ハウジング円筒部241の下面に位置してもよい。熱源30aの少なくとも一部が軸受部23との少なくとも一部に位置することにより、軸受部23から下プレート部132に熱が伝わりやすくなる。下プレート部132に伝達した熱は送風ファン1の回転により放熱され、冷却効果が向上する。
図9は、送風ファンの好適な実施形態に係る他の変形例を示す、下プレート部132b近傍の断面図である。変形例の基本的な構成は、好適な実施形態の送風ファン1と同じである。変形例では、下プレート部132bと側壁部133bとが単一の部品で構成される。下プレート部132bと側壁部133bとが単一の部品で構成されることにより、熱源(図示省略)から放出された熱が、下プレート部132bおよび側壁部133bの両方により効率よく伝達される。下プレート部132bの径方向最外端および側壁部133bの内周面は、流速が速く、インペラ11bの風が下プレート部132bの径方向最外端および側壁部133bの内周面に当たることにより、下プレート部132bおよび側壁部133bの表面に存在する熱を効率よく排出することが可能となる。
なお、下プレート部132bが熱伝導性樹脂であり、金属からなる側壁部133bにインサートにより形成されてもよい。下プレート部132bを樹脂により形成することで、複雑な形状も形成でき、更に製造コストの削減も実現される。
図10は、送風ファンの好適な実施形態に係る他の変形例を示す、下プレート部132cの下面図である。変形例の基本的な構成は、好適な実施形態の送風ファン1と同じである。下プレート部132cは、下面に熱源30cを収容できる熱源収容部50cを有する。下プレート部132cが、熱源収容部50cを有する事により、熱源30cと送風ファン1cとの相対的な位置決めが容易となる。なお、本変形例では、下プレート部132cの下面の一部を軸方向上方に窪ませることにより熱源収容部50cを構成しているが、この限りでない。例えば、板状の下プレート部132cを軸方向上方に突出させ熱源収容部50cを形成してもよい。なお、熱源収容部50cは、複数の羽根112cの外周端と羽根支持部111cの外周端との間の領域に位置させることが望ましい。熱源収容部50cは、複数の羽根112cの外周端と羽根支持部111cの外周端との間の領域に位置させることにより、吸気口151から吸い込まれた空気が、インペラ11cの羽根112cと羽根112cとの間を抜けて、下プレート部132cへと抜ける。熱源30cが複数の羽根112cの下に位置することで、熱源接触部10cに風があたり、冷却特性が向上する。なお、図10では、複数の羽根112cおよび羽根支持部111cを仮想線で示す。
送風ファン1では、様々な変更が可能である。
複数の羽根112は、均等に配置されていなくともよく、不等配でもよい。また、互いに周方向幅が異なる流路が二つ以上存在してもよい。
モータは、軸回転型、軸固定型いずれも利用可能である。またモータは、アウターロータ型、インナーロータ型いずれも利用可能である。
軸受機構4においては、ラジアル動圧軸受部が構成されず、少なくとも一方のスラスト動圧軸受部のみが構成されてもよい。
軸受ハウジング232は、必ずしも一部材で構成される必要はない。例えば、中心軸J1を中心とする略円筒状のハウジング円筒部の下端部に、略円板状のキャップ242が固定されることにより、有底略円筒状の軸受ハウジング232が構成されてもよい。この場合、ハウジング円筒部がスリーブ231の外周面を覆い、キャップ242がスリーブ231の下面を覆う。また、軸受部23は、必ずしも、軸受ハウジング232にスリーブ231が挿入された構造である必要は無く、一部材で構成されてもよい。
下プレート部132と立ち上がり部1321とは、別部材により形成されてもよい。その場合、立ち上がり部1321の外周面は、下プレート部132の孔部に固定される。立ち上がり部1321は、金属部材を切削加工することにより形成される。なお、立ち上がり部1321は、金属以外の材料により形成されてもよい。例えば、熱伝導性樹脂により形成されてもよい。
送風ファン1では、吸気口151は、上プレート部131および下プレート部132の一方のみに設けられてもよい。換言すれば、送風ファン1では、上プレート部131または下プレート部132が吸気口151を含んでいればよい。送風ファン1では、ハウジング13から上プレート部131が省略されてもよい。この場合、送風ファン1が取り付けられるノート型PCの筐体に、側壁部133の上端部が固定され、当該筐体によりインペラ11の上側が覆われる。すなわち、ノート型PCの筐体の一部が、上プレート部131となる。換言すると、ノート型PCの筐体は、送風ファン1の上プレート131の替わりに送風ファンの上側を覆う天板と、送風ファン1の側方に位置する側板と、送風ファン1の下方に位置する底板とを備え、天板が吸気口151を有する。以上の送風ファン1を備える電子機器において、熱源30の発熱を効率よく抑制することが可能となり、電子機器の処理能力維持および長寿命を実現することが可能となる。
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
本発明に係る送風ファンは、ノート型PCやデスクトップ型PCの筐体内部における機器の冷却、その他の機器の冷却、様々な対象物に対する空気の供給等に利用可能である。さらに、他の用途として利用することができる。
J1 中心軸
1 送風ファン
4 軸受機構
10 熱源接触部
12 モータ部
13 ハウジング
131 上プレート部
132 下プレート部
1321 立ち上がり部
1321a 立ち上がり上筒部
133 側壁部
134 舌部
151 吸気口
153 送風口
21 静止部
210 ステータ
211 ステータコア
212 コイル
22 回転部
221 シャフト
222 ロータホルダ
223 ロータマグネット
224 スラストプレート
23 軸受部
231 スリーブ
232 軸受ハウジング
241 ハウジング円筒部
242 キャップ
25 回路基板
271 第1ラジアル動圧溝列
272 第2ラジアル動圧溝列
273 第1スラスト動圧溝列
274 第2スラスト動圧溝列
275 循環孔
30 熱源
31 ラジアル間隙
32 第2スラスト間隙
33 第3スラスト間隙
34 第1スラスト間隙
41 仮想第1直線
42 仮想第2直線
43 仮想第3直線
44 仮想第4直線
51 第1領域
52 第2領域
53 第3領域
54 第4領域
55 第5領域

Claims (15)

  1. 送風ファンであって、
    上下方向を向く中心軸回りを回転し、周方向に配列された複数の羽根と、前記複数の羽根を支持する円環状の羽根支持部とを有するインペラと、
    前記インペラを回転させるモータ部と、
    前記インペラを収納するハウジングと、
    を備え
    記ハウジングが、
    前記インペラの下側を覆うとともに前記モータ部を支持する下プレート部と、
    前記インペラの側方を覆い周方向の少なくとも一方の領域が送風ファンの外部空間に向けて開放する少なくとも一つの開口を有する、側壁部と、
    前記インペラの上側を覆い、吸気口を有する上プレート部と、
    を備え、
    前記インペラは、隣接する前記複数の羽根の間に、前記インペラの上側の空間と前記インペラと前記下プレート部の間の空間とを軸方向に繋ぐ空間が存在し、
    前記上プレート部、前記側壁部および前記下プレート部により、前記インペラの側方に送風口が構成され、
    前記送風ファンは、前記インペラとは反対側の面に熱源が接触可能な熱源接触部を有し、
    前記送風口は、前記上プレート部のエッジ、前記側壁部の前記開口の周方向の両端である一対のエッジ、および、前記下プレート部のエッジのうち、何れか最も前記中心軸に近いエッジを含み、前記中心軸に平行な平面であり、
    前記側壁部は、前記送風口と前記インペラとの間に突出する舌部を有し、
    平面視した際に、前記送風口と平行且つ前記中心軸と交差する仮想第1直線とし、前記送風口と垂直且つ前記中心軸と交差する仮想第2直線とし、
    前記仮想第1直線と前記仮想第2直線とで区切られる4つの領域の内、前記舌部が配置される領域を第1領域、前記第1領域から前記インペラの回転方向側に向かって第2領域、第3領域および第4領域とし、
    更に、前記羽根支持部の外周面に接し、前記第1領域において前記送風口に向かって前記第2直線と平行に延びる仮想第3直線とし、
    前記羽根支持部の外周面に接し、前記第3領域において前記第1直線と平行に延びる仮想第4直線とするとき、
    前記送風口は、少なくとも前記第4領域に位置し、
    前記熱源接触部は、前記仮想第3直線、前記仮想第4直線、前記羽根支持部の外周面および前記送風口によって囲まれた領域の一部と重なるとともに、
    平面視において、前記熱源接触部の少なくとも一部が、前記複数の羽根と重なる、送風ファン。
  2. 請求項1に記載の送風ファンであって、
    前記下プレート部および側壁部は、熱伝導率が1.0W/(m・K)以上の材料で構成される、送風ファン。
  3. 請求項1または請求項2に記載の送風ファンであって、
    前記舌部の前記第2直線に最も近い部位は、前記仮想第3直線よりも、前記仮想第2直線と反対側に位置する、送風ファン。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の送風ファンであって、
    前記モータ部は、有底略円筒状の軸受部と、
    前記軸受部に挿入され、前記軸受部に対して前記中心軸回りに相対回転するシャフトと、
    を備え、
    前記熱源接触部の一部は前記軸受部に位置する、送風ファン。
  5. 請求項4に記載の送風ファンであって、
    前記インペラ、前記軸受部および前記シャフトを構成する部品の材料は、熱伝導率が1.0W/(m・K)以上である、送風ファン。
  6. 請求項に記載の送風ファンであって、
    前記軸受部と前記シャフトとの間には、潤滑油が存在するラジアル動圧軸受部が構成され、
    前記ラジアル動圧軸受部の径方向の隙間は5μmと同じまたは、5μmより小さい、送風ファン。
  7. 請求項に記載の送風ファンであって、
    前記ラジアル動圧軸受部の軸方向の長さは、前記シャフトが前記軸受部に収容されている領域の軸方向の長さの半分以上である、送風ファン。
  8. 請求項に記載の送風ファンであって、
    前記シャフトを囲む環状であり、前記軸受部と軸方向に対向するスラスト部をさらに有し、
    前記軸受部および前記スラスト部の軸方向に互いに対向する面の間のスラスト間隙に潤滑油が存在するスラスト動圧軸受部が構成され、
    前記スラスト間隙の方向の隙間は70μmと同じまたは、70μmより小さい、送風ファン。
  9. 請求項に記載の送風ファンであって、
    前記モータ部は、有蓋略円筒状のロータホルダをさらに有し、
    前記ロータホルダは、
    前記シャフトの上端から径方向外方に広がる第1スラスト部と、
    第1スラスト部の外縁部から下方に延びる略環状の環状筒部と、を有し、
    前記下プレート部は、内周面に軸受部が固定される孔を有する略円筒状の立ち上がり部を有し、
    前記立ち上がり部は上端から上方に向かって延びる立ち上がり上筒部を有し、
    前記環状筒部の外周面は、径方向間隙を介して前記立ち上がり上筒部の内周面と対向し、
    前記径方向間隙の幅は、0.15mmと同じまたは0.15mmよりも小さい、送風ファン。
  10. 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の送風ファンであって、
    前記熱源接触部と前記第4領域とは、平面視において少なくとも一部が重なる、送風ファン。
  11. 請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の送風ファンであって、
    平面視において、前記熱源接触部の少なくとも一部は、前記羽根支持部の外端よりも径方向内側の領域と重なる、送風ファン
  12. 請求項11に記載の送風ファンであって、
    平面視において、前記熱源接触部の少なくとも一部が、前記複数の羽根外端よりも径方向内方かつ、前記羽根支持部の外端よりも径方向外側の領域と重なる、送風ファン。
  13. 請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の送風ファンであって、
    前記下プレート部および前記側壁部は、一体として形成される、送風ファン。
  14. 請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の送風ファンであって、
    前記下プレート部に熱源を収容できる熱源収容部を有する、送風ファン。
  15. 筐体を備えた電子機器であって、
    請求項1ないし請求項14のいずれかに記載の送風ファンを有し、
    前記筐体は、
    前記送風ファンの上プレート替わりに送風ファンの上側を覆う天板と、
    前記送風ファンの側方に位置する側板と、
    前記送風ファンの下方に位置する底板と、
    を備え、
    前記天板は前記吸気口を有することを特徴とする、電子機器。
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