JP6769258B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

この発明は、冷却用のファンを備えた電気機器に関し、特にファンに付設される風洞の改良に関する。

発熱体を備える電気機器（例えば、パーソナルコンピュータ間の通信を制御するコントローラや、電力変換装置、など）では、ファンによって発熱体を風冷する方法が多用されている。

特許文献１には、熱を生じる電気機器の一つである複写機において、吸入ファンもしくは排気ファンを、断面矩形状をなすダクトの内部に配置した構成が開示されている。ファンは、矩形のケーシングを備えており、これに対応した断面形状を有するダクトに押し込むことによって、ダクト内周面のリブと抜け止め突起との間に固定保持される。

特開２００７−１４８１０２号公報

ファンを必要とする電気機器においては、主な発熱体であるＣＰＵやその他の発熱部品にファンの風が最適にいきわたるように風の流れをコントロールする必要がある。従って、基本的な型式が共通の電気機器であっても、発熱体の大きさや熱量が異なる複数のバリエーションを有するような場合には、個々の製品に適した風の流れを実現しなければならない。ここで、ファンそのものは、部品コストの低減のために、複数のバリエーションで共通であることが望ましい。

特許文献１は、ファンの設置箇所に対応した専用のダクトを用いる構成となっており、仮に組立が容易であるとしても、少量多品種の製品に適用することは困難である。また、特許文献１のダクトは内周面にリブや抜け止め突起を設けた複雑形状であるため、ダクトの製造に工数ならびにコストが掛かる、という問題がある。

この発明は、発熱体の大きさや熱量等が異なる種々のバリエーションに容易に対応することができ、かつ組立が容易であり、さらには、製造の工数やコストの点で有利な風洞構造を備えた電気機器を提供することを目的としている。

この発明は、発熱体を有する電気機器であって、
上記発熱体を冷却するためのファンと、
このファンのファンブレードを囲むケーシングと、
このケーシングの吐出側の面に設けられたプレート状のフィンガーガードと、
上記ファンが発生する風を案内するように上記フィンガーガードの面上に配置された筒状の風洞と、
この風洞のファン側の端縁の少なくとも２箇所において、該風洞の壁から外周側に舌片状に突出して形成された少なくとも２つの差込タブと、
上記フィンガーガードの上記差込タブに対応する位置において、該フィンガーガードの一部を帯状に切り起こして上記差込タブがファンの中心側から外周側へ向かって差し込まれる両端が閉じたスリット状の隙間を形成したタブ保持部と、
を備え、
上記風洞は、上記差込タブを上記タブ保持部に差し込むときに当該差込タブを有する壁を内側へ手指で変形可能なように可撓性を有する薄板状材料からなり、
上記風洞は、上記差込タブを上記タブ保持部に差し込むことによって上記フィンガーガードの面上に取り付けられている。

このような構成では、筒状の風洞は、複数の差込タブをフィンガーガードのタブ保持部にそれぞれ差し込むことによってフィンガーガードの面上に取り付けられる。ファンの回転によって生じた風は、この筒状の風洞を通して電気機器の発熱体へと案内される。

風洞は、端縁に複数の差込タブを備えた単純な構成で足りるので、例えば製品に発熱体の大きさ等が異なる種々のバリエーションがある場合に、それぞれに対応した風洞を用いることが容易であり、少量多品種のバリエーションに容易に対応できる。

本発明の好ましい一つの態様では、上記風洞は、絶縁性材料からなる板材を折り曲げて角筒状に構成されている。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の薄い合成樹脂板から構成することができる。特に、角筒状の風洞の断面形状の変形が可能な可撓性を有する構成であれば、差込タブをタブ保持部の隙間へ簡単に差し込むことができ、風洞の取付がより容易である。

また本発明の一つの態様では、筐体から突出したヒートシンクを備え、このヒートシンクへ向かって風を案内するように上記ファンと上記ヒートシンクとの間に上記風洞が設けられている。すなわち、ＣＰＵ等の発熱体に直接に送風するのではなく、ヒートシンクを介してＣＰＵ等の発熱体が冷却される。

本発明の好ましい一つの態様では、２つのタブ保持部が、四角形をなす上記フィンガーガードの対向する２辺の縁部にそれぞれ配置されており、上記風洞は、断面が四角形の角筒状をなし、対向する２辺にそれぞれ上記差込タブが形成されている。すなわち、一対の差込タブおよび一対のタブ保持部によって、風洞がファンに取り付けられる。

本発明の一つの態様では、上記風洞は、上記フィンガーガードの開口面積の一部を囲む大きさを有している。すなわち、ファンの風量の一部が風洞を介して発熱体へ確実に案内される。

この発明によれば、風洞の長さや大きさ等の変更により、発熱体の大きさや熱量等が異なる種々のバリエーションに容易に対応することができる。また、ファンに対する風洞の取り付けが簡単であり、ファンを備える電気機器の組立が容易となる。しかも、風洞が簡単な構成となるので、フィンガーガード側を含めて、製造の工数やコストが嵩むことがない。

この発明に係るファンおよび風洞をヒートシンクに対して備えた電気機器の要部の斜視図。 同じく電気機器の要部の正面図。 ファンおよび風洞の斜視図。 ファンに対する風洞の取付部を示す要部拡大斜視図。 風洞を単体で示す斜視図。 風洞を単体で示す側面図。 風洞を構成する合成樹脂板の展開図。 風洞の取付時の変形の態様を説明する説明図。 流れ方向の長さが長い風洞を備えた第２実施例の斜視図。 通路断面積が大きい風洞を備えた第３実施例の斜視図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は、発熱体の冷却のためにファン１を備えた電気機器の一実施例を示している。この電気機器は、例えば、箱状の筐体２の内部に図示せぬＣＰＵや種々の電子部品等の発熱体を備えたコントローラであって、これら発熱体の冷却（換言すれば発熱体からの放熱）を促進するために、筐体２の側面から突出したヒートシンク３を備えている。より詳しくは、筐体２の側面から僅かに浮き上がった状態にヒートシンク３が支持されている。ヒートシンク３は、放熱性に優れた金属例えばアルミニウム合金のダイキャストなどからなり、表面に多数の板状のフィン３ａが形成されている。このヒートシンク３は、筐体２内部の発熱体と熱的に接続されている。

ファン１は、偏平な軸流ファンであって、図３に示すように、ファンブレード５を囲む偏平な略正方形の箱形をなすケーシング６を備えている。ケーシング６は、吸入側の面に位置する外形が四角形のフロントプレート７と、吐出側の面に位置する外形が四角形のプレート状のフィンガーガード８と、両者を平行な状態で連結する四隅の連結部９と、フロントプレート７とフィンガーガード８との間でファンブレード５の周囲を囲む円筒状のシュラウド１０と、を備えている。フィンガーガード８は、金属板もしくは硬質合成樹脂板からなり、手指等の異物の侵入を防止するために格子状に形成されている。なお、ファンブレード５は、図示しない偏平型電動モータととともにケーシング６内に収容されている。

ファン１は、例えば筐体２の端部においてヒートシンク３側に突出した状態に固定支持されており、ヒートシンク３へ向かって筐体２の側面と平行に風を送るように配置されている。そして、ファン１のフィンガーガード８とヒートシンク３との間に、ファン１が発生する風をヒートシンク３へ案内するために、筒状の風洞１２が配置されている。

風洞１２は、単純な角筒形状をなすもので、ファン１のケーシング６の１辺の長さにほぼ対応（換言すればファンブレード５の直径にほぼ対応）した上下方向の寸法を有し、かつヒートシンク３の筐体２からの突出方向に沿ったヒートシンク３の寸法に対応した幅方向の寸法を有している。つまり、上下に細長い通路断面形状を有している。また、フィンガーガード８からヒートシンク３の直前位置に達するだけの長さ（流れに沿った方向の寸法）を有している（図２参照）。なお、図２に示すように、ファン１は、ヒートシンク３の上下方向の寸法に対応した径を有しており、従って、風洞１２は、ヒートシンク３をファン１の流れ方向に沿って投影してみたときのヒートシンク３の外形をほぼカバーする通路断面形状を有している。この例では、風洞１２の通路断面形状は、フィンガーガード８の格子状をなす開口面積の一部のみを囲む大きさを有しており、ファン１が発生する風の一部を外側へ逃がすことなくヒートシンク３へ向けて確実に案内することで、ヒートシンク３を効率よく冷却している。また、ヒートシンク３の板状のフィン３ａは、ファン１の風の流れ方向と平行となるように配置されている。

図５および図６は、風洞１２を単体で示している。この風洞１２は、可撓性を有する薄板状の絶縁性材料、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる薄い合成樹脂板を折り曲げて構成されており、通路断面の長辺に対応する一対の側壁１３と短辺に対応する一対の端部壁１４とを備えている。そして、一対の端部壁１４のファン１側の端縁には、風洞１２の外周側に舌片状に突出した四角い差込タブ１５がそれぞれ形成されている。図７は、風洞１２を構成する合成樹脂板１２Ａの展開図であって、図示するように細長い平帯状に形成された合成樹脂板１２Ａを４箇所の折り曲げ線１６ａに沿って折り曲げることで、角筒状の風洞１２が構成されている。ここで、合成樹脂板１２Ａの両端部１７は、一方の側壁１３において互いに重ねられ、かつ接着テープ１８（図６参照）を重ねて貼ることによって互いに固定されている。つまり、風洞１２は、図７に示す合成樹脂板１２Ａを折り曲げて接着テープ１８で両端部１７を固定することにより簡単に組み立てられる。なお、両端部１７を接着剤や超音波溶着等により接合するようにしてもよい。

差込タブ１５は、先端の角を斜めに切り落とした四角形をなし、図７に示すように、平帯状の合成樹脂板１２Ａの一部として予め形成されている。そして、端部壁１４のファン１側の端縁に相当する折り曲げ線１６ｂに沿って外側へ折り曲げることで、端部壁１４から直角に立ち上がった形に構成されている。

上記の一対の差込タブ１５に対応して、ファン１のフィンガーガード８には、一対のタブ保持部２１が形成されている。一方のタブ保持部２１は、フィンガーガード８の上側の縁部の幅方向中央に位置し、他方のタブ保持部２１は、フィンガーガード８の下側の縁部の幅方向中央に位置している。これらのタブ保持部２１は、図４に示すように、板材からなるフィンガーガード８の一部を帯状に切り起こして、周囲のフィンガーガード８の面との間に差込タブ１５の板厚に相当する隙間を形成するようにしたものである。つまり、フィンガーガード８の一部が帯状部２１ａをなすように該帯状部２１ａの上縁および下縁をフィンガーガード８の板材から切り離し、かつ風洞１２側へ向けて膨出させることで、差込タブ１５が挿入可能なスリット状の隙間を形成してある。好ましい一実施例では、フィンガーガード８は金属板からなり、タブ保持部２１がプレス成形によって形成されている。フィンガーガード８を樹脂成形品とする場合には、射出成形等によってフィンガーガード８を成形する際に、タブ保持部２１を一体に成形することが可能である。

風洞１２の一対の差込タブ１５は、上記のように構成されたタブ保持部２１にそれぞれ差し込まれ、これによって、風洞１２がフィンガーガード８の面上に取り付けられる。この差込タブ１５の取付の際には、図８に示すように、可撓性を有する風洞１２の一対の端部壁１４を例えば手指によって矢印Ｆのようにそれぞれ内側に押圧すれば、側壁１３が矢印Ｗのように外側へ拡がって、一対の端部壁１４の間の距離を狭めることができる。そのため、各々の差込タブ１５をファン１の中心側から外周側へ向けてタブ保持部２１内に簡単に差し込むことができる。

なお、図示例では、図４に示すように、帯状部２１ａがフィンガーガード８の上縁（他方のタブ保持部２１では下縁）に沿って設けられているが、帯状部２１ａをフィンガーガード８の上縁（あるいは下縁）から僅かに離して形成し、帯状部２１ａの上下に一対のスリット状の隙間が形成されるように構成してもよい。

このように上記実施例によれば、取付および取り外しを簡単に行える風洞１２がファン１とヒートシンク３との間に配置されているので、ファン１が発生した風をヒートシンク３に確実に案内でき、ヒートシンク３を効率よく冷却できる。そして、ヒートシンク３の発熱量が少ない場合や設置箇所の点などから風洞１２が不要な場合は、風洞１２を取り外した構成として容易に対応することができる。

また、風洞１２は差込タブ１５をタブ保持部２１に差し込むことによって簡単に取り付けられているので、冷却対象となる発熱体（ヒートシンク３）の位置や大きさが異なる種々のバリエーションに対して、形状や大きさが異なる種々の風洞１２を付け替えることによって容易に対応できる。

例えば、図９は、冷却対象となるヒートシンク３がファン１から離れている場合の第２実施例を示している。この第２実施例では、前述した実施例の風洞１２に比較して長さ（流れに沿った方向の寸法）が長い風洞１１２が用いられる。この風洞１１２は、前述した実施例と同様に一対の差込タブ１５を備えており、この差込タブ１５をフィンガーガード８のタブ保持部２１に差し込むことによって取り付けられている。このように長い風洞１１２を用いることで、ファン１から離れているヒートシンク３に対し、確実に風を供給することができる。

また、図１０は、冷却対象となるヒートシンク２０３が前述した実施例のヒートシンク３と比較して大型である場合、特に筐体２の側面からのヒートシンク２０３の突出方向の寸法が大きい場合の第３実施例を示している。この第３実施例では、前述した実施例の風洞１２に比較して幅方向の寸法が大きな風洞２１２が用いられる。好ましくは、風洞２１２は、ヒートシンク２０３をファン１の流れ方向に沿って投影してみたときのヒートシンク２０３の外形をほぼカバーする通路断面形状を有している。この風洞２１２は、前述した実施例と同様に一対の差込タブ１５を備えており、この差込タブ１５をフィンガーガード８のタブ保持部２１に差し込むことによって取り付けられている。ここで、差込タブ１５は、ヒートシンク２０３に対応して必要な風洞２１２の位置とファン１との相対的な位置関係を考慮して、端部壁１４の幅方向中央ではなく一方に片寄った位置に設けられている。これにより、風洞２１２は、ファン１の幅方向の中央ではなく一方に片寄って取り付けられている。このようにヒートシンク２０３に対応した風洞２１２を用いることで、ファン１で生じた風がヒートシンク２０３全体に効率よく供給される。

このように、風洞１２，１１２，２１２を適宜に選択して取り付けることで、ヒートシンク３，２０３の位置や大きさの変更に容易に対応できる。そして、いずれの風洞１２，１１２，２１２であっても、ファン１に対する取付作業は極めて容易である。

しかも、風洞１２，１１２，２１２自体が低コストでかつ簡単に製造されるので、種々のバリエーションを有するような少量多品種の製品に対し、効率のよい冷却機構を低コストで提供することができる。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限られるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、風洞１２，１１２，２１２は、上記実施例のような断面四角形の角筒形状に限られず、冷却対象の形状や大きさ等に応じて、断面形状が多角形等の筒状とすることができ、さらに複雑な断面形状であってもよい。また、一定の断面形状の筒状でなく、中間に曲がり部等を備えた構成とすることも可能である。

また、上記実施例は一対の差込タブ１５を備えた構成となっているが、３個あるいは４個等のさらに多数個の差込タブ１５を備えた構成であってもよい。

さらに、上記実施例では、電気機器の筐体２から突出したヒートシンク３をファン１で冷却する構成となっているが、電気機器の筐体内部においてＣＰＵ等の発熱体へ向けてファンで送風する場合にも、この発明は勿論適用することができる。

１…ファン
２…筐体
３…ヒートシンク
６…ケーシング
８…フィンガーガード
１２，１１２，２１２…風洞
１５…差込タブ
２１…タブ保持部

Claims (5)

1. 発熱体を有する電気機器であって、
   上記発熱体を冷却するためのファンと、
   このファンのファンブレードを囲むケーシングと、
   このケーシングの吐出側の面に設けられたプレート状のフィンガーガードと、
   上記ファンが発生する風を案内するように上記フィンガーガードの面上に配置された筒状の風洞と、
   この風洞のファン側の端縁の少なくとも２箇所において、該風洞の壁から外周側に舌片状に突出して形成された少なくとも２つの差込タブと、
   上記フィンガーガードの上記差込タブに対応する位置において、該フィンガーガードの一部を帯状に切り起こして上記差込タブがファンの中心側から外周側へ向かって差し込まれる両端が閉じたスリット状の隙間を形成したタブ保持部と、
   を備え、
   上記風洞は、上記差込タブを上記タブ保持部に差し込むときに当該差込タブを有する壁を内側へ手指で変形可能なように可撓性を有する薄板状材料からなり、
   上記風洞は、上記差込タブを上記タブ保持部に差し込むことによって上記フィンガーガードの面上に取り付けられている、電気機器。
2. 上記風洞は、絶縁性材料からなる板材を折り曲げて角筒状に構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
3. 筐体から突出したヒートシンクを備え、このヒートシンクへ向かって風を案内するように上記ファンと上記ヒートシンクとの間に上記風洞が設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電気機器。
4. ２つのタブ保持部が、四角形をなす上記フィンガーガードの対向する２辺の縁部にそれぞれ配置されており、
   上記風洞は、断面が四角形の角筒状をなし、対向する２辺にそれぞれ上記差込タブが形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気機器。
5. 上記風洞は、上記フィンガーガードの開口面積の一部を囲む大きさを有している、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気機器。

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