WO2009116647A1 - ファンユニット及びこれを含む電子機器 - Google Patents

Abstract

　静粛性を保ちつつ、高い冷却能力と組み立て容易性とを兼ね備えたファンユニットを提供する。 　本実施形態のファンユニットは、ファンを保持するファンケース２１と、ファンケース２１を保持し、当該ファンケース２１から外側に向かって傾斜面２７を構成する第１の面２２と、を有し、傾斜面２７に複数の孔を有し、傾斜面２７に弾性体２４が内接されていることを特徴とする。

Description

ファンユニット及びこれを含む電子機器

　本発明は、静粛性を有するファンユニット及び電子機器に関するものである。

　近年、インターネットなどデジタル通信技術の発展によりパーソナルコンピュータ、サーバなどの電子機器を通じて家庭や事務所などで高質な映像データや音楽データなどのアミューズメント情報、会計情報などが手軽に入手、加工ができるようになり、社会の変革をもたらしている。

　一方、電子機器の取り扱う情報量は年々増え続けており、電子機器内で情報処理の中核をなす中央演算装置、映像処理装置、および通信装置などの電子デバイスには、安定動作を維持した上でさらに処理能力の高速化が求められている。一方、それらの電子デバイスを動作させる上で必要な電力量が増大することにより、その消費電力も増加の一途をたどっている。

　電子デバイスの消費電力の増大に伴い、発熱による不安定動作を解消することが求められている。そのため、それらの電子デバイスを効率よく冷却するための送風ファンの冷却能力強化が不可欠な状況にある。電子デバイスの冷却に送風ファンを使用した本発明と関連する関連技術の電子機器を図１１～図１３に示す。

　図１１は、電子機器１０内に設置した電子回路基板３１上に搭載されている電子デバイス３２を冷却するために、電子機器１０内に設置したファンケース２１を用いて送風を行っている様子を示す。

　ファンケース２１は、電子機器１０の筐体１３に設けられた吸気口１２から電子機器１０の外部にある冷たい空気を取り込み、電子デバイス３２の発熱にともなう温かい空気を、冷却風の流れ４１に乗せ、さらに排気口１１を通じて排出している。なお、電子機器から排出された熱風の処理については、非特許文献１に開示されている。

　一方、送風ファンの冷却能力強化を図るために、ファンの大型化が行われ、さらに、ファンの動作にあたり高速回転が行われることから、電子機器の騒音が年々増加しており、使用静粛環境の悪化が著しい。そこで、ファンを使用する機器の静音化を目的として、様々な試みがなされてきた。

　例えば、特許文献１（特開２００４－０５４２１４号公報）は、表示装置内に設置されたファンケースの静音化について開示している。特許文献１では、ファンケースの枠部分とモータ部分とに弾性部材を配設し、さらに、この枠部分の弾性部材を表示装置のカバーに内接させることにより防振及び静音化を図っている。

　また、特許文献２（特開２００７－１１１３０８号公報）は、複数の連通開口穴を有する様々な厚さの面状体を用いた電気掃除機内の電動機の静音化について開示している。この静音化は、一端を閉じた開口穴内での音の共鳴効果によって、その開口穴の深さに対応する周波数の音波を減衰させることにより行われる。

　また、電子機器以外の装置についても、ファンの静音化を目的とする試みがなされている。
　例えば、特許文献３（特開２００２－１５６９７８号公報）は、航空機エンジンの静音化について開示している。特許文献３では、航空機エンジンに吸音板と可動式の音響反射板を設けるとともに、この音響反射板の位置および形態を変えることで幅広い周波数領域のエンジン騒音を能動的に最適吸音しようとする試みがなされている。

　また、特許文献４（特開平３－１６４６３８号公報）は、換気ダクトの中間に取り付ける換気装置についての静音化について開示している。特許文献４では、多孔質構造体製の本体によって内蔵ファンからの騒音を吸音することにより換気装置の静音化を図っている。

　一方、ファンの静音化以外にも、電子機器の静音化を目的とする試みがなされている。
　例えば、特許文献５（特開平１１－１８４４７３号公報）は、圧縮状態の弾性体を中空部材中に配置した構造を有する複写機用給紙扉を用いて、給紙の際に発生する騒音を抑えようとする試みについて開示している。
特開２００４－０５４２１４号公報 特開２００７－１１１３０８号公報 特開２００２－１５６９７８号公報 特開平３－１６４６３８号公報 特開平１１－１８４４７３号公報 伊藤謹司・国峰尚樹著「電子機器の熱対策設計」日刊工業新聞社、２００１年３月１３日、ｐｐ．２５１ 伊藤謹司・国峰尚樹著「電子機器の熱対策設計」日刊工業新聞社、２００１年３月１３日、ｐｐ．２４４ 一宮亮一著「わかりやすい静音化技術」工業調査会、１９９９年８月１０日、ｐｐ．２０５

　なお、電子機器内に設置されるファンの風量増大による冷却能力の向上に伴い、大きな騒音が発生しており、家庭や事務所などでの静粛環境が悪化している。またファンから発する冷却風が電子機器筐体に衝突し、その振動に起因して発生する音波が騒音を増大している。デジタル通信技術の恩恵により利便性が高まる一方で、人は電子機器を利用する時間が多くなっている。そのため、快適な静粛環境が求められており、その課題解決に多大な努力がなされている。

　本発明と関連する課題解決方法の１つとして、電子機器の吸排気口に、吸音材料を内張りしたダクトを設置することにより消音を行う方法が挙げられる（非特許文献２及び３）。例えば、図９に示す電子機器１０では、電子機器１０内に設置した電子回路基板３１上に搭載されている電子デバイス３２を冷却風の流れ４１によって冷却するために設けられたファンケース２１を静音化するために、電子機器１０の筐体１３表面のうち吸気口１２及び排気口１１をそれぞれ取り囲む部位に吸音材料内張りダクト１８ａ及び１８ｂをそれぞれ設置している。

　しかし、吸音材料内張りダクト１８ａ及び１８ｂの設置により電子機器の外形寸法が大きくなり、また吸音材料内張りダクト１８ａ及び１８ｂによる冷却風の圧力損失が生じて電子機器１０の冷却能力が低下する。このような冷却能力の低下を補うため、ファンの送風量が増大し、ひいては騒音の増大が生じる。

　さらに、吸音材料内張りダクト１８ａ及び１８ｂの設置により外観デザインが損なわれて電子機器１０の見栄えが悪くなる商業的課題がある。このような外観デザインの問題を解決する方法として、排気ダクト等を電子機器１０の本体の内側に設置する方法も考えられる（非特許文献２）が、電子機器１０の外形寸法が大きくなり且つ電子機器１０の冷却能力が低下するという問題は、依然として残っている。

　また、吸音材料内張りダクト１８ａ及び１８ｂを設置して消音する方法の場合、吸音材料の厚さ寸法にも留意する必要がある。これは、吸音材料の厚さ寸法が大きい場合、ダクトの有効断面積が減少するので、冷却風の圧力損失が大きくなり、さらに電子機器１０の冷却能力が低下する場合があるためである。特に、ダクトの内張りに用いる吸音材料として、上記特許文献２に記載の消音装置などのように一定の厚みを有することによって消音効果を発揮する吸音材料を用いる場合には、該吸音材料の薄型化が困難である場合もありうるので、このような問題が顕在化する可能性がある。

　これを解決する方法として、吸音材料を電子機器の筐体内側に設置して騒音を低減する方法が考えられる。例えば、図１２に示した電子機器１０では、吸気口１２及び排気口１１への吸音材料内張りダクト１８ａ及び１８ｂの設置を行わない代わりに、筐体１３に吸音材料１９を内張りし、電子機器１０内に設置した電子回路基板３１上に搭載されている電子デバイス３２を冷却するために設けられたファンケース２１から発せられる音を、筐体１３の内部全体に発散させた後、吸音材料１９で減衰させている。

　しかし、電子機器１０の低価格化が進む中、吸音材料１９を電子機器１０の筐体１３に設置する方法は、多量の材料を使用する必要があるとともに多くの設置時間をも要し、組み立て費用を増大させることになる。

　また、排気を円滑に行い且つ冷却能力を向上させるため、図１１に示す電子機器１０のようにファンケース２１を筐体１３に直接設置すると、ファンケース２１の振動が筐体１３に伝わり、さらに筐体１３から音波の放射がおこるという二次的な騒音発生の問題が生じる。

　一方、図１３に示す電子機器１０のようにファンケース２１を電子機器１０の内部に筐体１３から離して配置した場合、ファンケース２１が排気口１１から離れるため、冷却風の流れ４１の一部が筐体１３の内部に滞留し、電子機器１０の冷却効率が低下する。冷却効率低下によってファン送風量の増大が必要となることにより、騒音増大が生じる。さらに冷却風が筐体１３に衝突することにより、振動を生じさせて新たな騒音が発生する課題がある。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上述した課題である、静粛性を保ちつつ、高い冷却能力と組み立て容易性とを兼ね備えたファンユニット及びこれを有する電子機器を提供することを目的とする。

　かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。
　＜ファンユニット＞
　本発明にかかるファンユニットは、

　＜電子機器＞
　本発明にかかる電子機器は、
　上記記載のファンユニットを筐体内部に含むことを特徴とする。

　本発明によれば、静粛性を保ちつつ、高い冷却能力と組み立て容易性とを兼ね備えることができる。

　以下に、本実施形態の具体的内容を詳細に説明する。

　〔ファンユニット〕
　本実施形態のファンユニットは、中空部材、弾性体及びファンケースを含む。
　ここで、中空部材は、互いに対向する第１の面及び第２の面を有し、この第１の面にその外周部から中央部に向かうにつれて内側に凹むような傾斜面を有し、この傾斜面及び第２の面にそれぞれ複数の孔を有し、且つ該第１の面の中央部から第２の面の中央部にまたがる貫通孔を有している。

　また、弾性体は、少なくとも第１の面及び第２の面のそれぞれに内接する態様で中空部材の内部の空間を満たしている。

　さらに、ファンケースは、ファンと該ファンを保持するケースとを有し、中空部材の第２の面側から第１の面側に送風を行うよう、中空部材の貫通孔中に嵌め込まれている。

　なお、本実施形態に係るファンケースにおいて、中空部材は、第２の面に係る部分を構成する孔あき板とその他の部分を構成する孔あき外装ケースとから成るものであってもよい。

　このような本実施形態に係るファンユニットの一例を、図１に記載の斜視図及び図２に記載の断面図に示した。以下、本実施形態が容易に理解されるよう、図１及び図２を用いて本実施形態に係るファンユニットを説明する。

　図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るファンユニット２０は、ファンケース２１、孔あき外装ケース２２、孔あき板２３及び弾性体２４を組み合わせて一体化させた構造を有する。

　より具体的には、本実施形態に係るファンユニット２０は、中央部に貫通孔を有する孔あき外装ケース２２に、この孔あき外装ケース２２の内面に対応する形状を有する弾性体２４を嵌め込み、この状態で孔あき板２３で孔あき外装ケース２２に蓋をし、さらにこの孔あき外装ケース２２の中央部にある貫通孔にファンケース２１を嵌め込むことにより作成される。ここで、ファンケース２１が送風動作を行うことができるよう孔あき板２３の中央部にも貫通孔が設けられている。

　但し、孔あき板２３の中央部に設ける貫通孔は、ファンケース２１による送風動作の妨げにならない程度の大きさを有していれば充分であり、必ずしもファンケース２１が通り抜けることができる大きさを有している必要はない。ファンケース２１を中空部材２６に固定する観点からは、むしろ、孔あき板２３の中央部に設ける貫通孔の大きさが、ファンケース２１の大きさより小さいことが好ましい。

　なお、図１（ａ）において中空部材２６は、孔あき外装ケース２２と孔あき板２３とを組み合わせてなる部材を指す。すなわち、中空部材２６を基準として各部材の構成を述べると、中空部材２６の内部の空間には弾性体２４が配置されており、さらに、中空部材２６の中央部にある貫通孔には、ファンケース２１が嵌め込まれた状態で配置されている。

　図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）に示したように組み合わされて作製されたファンユニット２０を図１（ａ）におけるＡ方向およびＢ方向からそれぞれ見た斜視図であって、これらのファンユニットをそれぞれ２０ａおよび２０ｂとしている。

　なお、以下の記載において、本実施形態のファンユニット２０についての説明の都合上、図１（ａ）に示されるＡ方向からの視点を基準として手前側（すなわち、図１（ａ）で左下にある側）を「前」、およびその裏側（すなわち、図１（ａ）で右上にある側）を「後」と称する場合がある。

　次に、本実施形態に係るファンユニット２０における各部分の構造及び機能について説明する。

　＜中空部材２６＞
　本実施形態で用いられる中空部材２６は、互いに対向する第１の面及び第２の面を有し、この第１の面にその外周部から中央部に向かうにつれて内側に凹むような傾斜面２７を有し、この傾斜面２７及び第２の面にそれぞれ複数の孔を有し、且つ第１の面の中央部から第２の面の中央部にまたがる貫通孔を有している。また、この中空部材２６は、第２の面に係る部分を構成する孔あき板２３とその他の部分を構成する孔あき外装ケース２２とから成るものであってもよい。

　このような中空部材２６を含むファンユニット２０の例として、図１（ａ）に示したファンユニット２０が挙げられる。このファンユニット２０では、中空部材２６が孔あき外装ケース２２および孔あき板２３から構成されている。ここで、孔あき外装ケース２２の前面（すなわち、傾斜面２７を有する面）と孔あき板２３からなる面とが弾性体２４を介して互いに対向しているが、これらの２つの面がここにいう第１の面と第２の面とにそれぞれ該当する。

　ファンユニット２０は、第１の面に、外周部から貫通孔に向かうにつれて内側に凹むような傾斜面２７を有している。ここで、図２（ａ）に、図１（ａ）に示したファンユニット２０の前後方向における断面図を示す。ファンユニット２０は、ファンケース２１および弾性体２４を介して孔あき板２３と対向する面に、ファンケース２１に向かって内側に凹むような傾斜面２７を有している。

　この傾斜面２７は、本実施形態のファンユニット２０に組み込まれているファンケース２１の回転動作により生じた音波等の進行方向を拡散させる機能を有する。

　図２（ｂ）に示すように、本実施形態のファンユニット２０においてファンケース２１から発せられた音は、ファンユニット２０の外部に向けて進行する。その一方で、図２（ｃ）に示すように、ファンユニット２０の外部には電子機器１０の排気口１１が存在することから、ファンユニット２０の外部に向けて進行してきた音の一部が反射する。その結果として、図２（ｂ）に示すようにファンユニット２０の外部からファンケース２１に向けて進行する音の流れも存在する。

　ここで、本実施形態のファンユニット２０に存在する傾斜面２７によってその周辺での音波の向き４２が曲がることから、音波の進行方向が拡散するとともに、拡散した音波どうしが相互作用を起こし、また、その音波の一部が弾性体２４に吸収減衰される。

　図２（ａ）に示すように、傾斜面２７が第１の面の主面に対してθの傾斜角を有するとしたとき、例えばこのθが２０°であってもよいが、ファンユニット２０に組み込まれるファン、該ファンにより冷却される電子デバイス、及び該ファンユニット２０を組み込んでいる電子機器１０の筐体１３の形状および特性に応じて適宜この傾斜角を変えてもよい。

　さらに、傾斜面２７は、所望の大きさ及び個数の複数の孔を有している。この複数の孔は、ファンユニット２０において、傾斜面２７に向かってくる音を弾性体２４に伝搬する役割を有している。

　傾斜面２７は、例えば、内径３ｍｍの孔を５ｍｍ間隔で配置する態様でこのような複数の孔を有していてもよいが、このような複数の孔の形状、大きさ及び間隔は、ファンユニット２０に組み込まれるファン、該ファンにより冷却される電子デバイス３２、及び該ファンユニット２０を組み込んでいる筐体１３等の特性に応じて適宜変えてもよい。

　一方、本実施形態のファンユニット２０は、第２の面、すなわち、孔あき板２３からなる面にも、同様に所望の大きさ及び個数の複数の孔を有している。この複数の孔は、ファンユニット２０において、孔あき板２３の外部からの音を弾性体２４に伝搬する役割を有している。この複数の孔の形状、大きさ及び間隔は、傾斜面２７に配置される複数の孔の形状、大きさ及び間隔とそれぞれ同じでもよく、また、異なっていてもよい。

　また、本実施形態において用いられる中空部材２６は、２以上の部材から構成されていてもよい。ここで、中空部材２６を構成するにあたり、この２以上の部材をどの部位でどのような態様にて組み合わせるかについて特に制限はない。しかし、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、中空部材２６が、第２の面に係る部分を構成する孔あき板２３と、その他の部分を構成する孔あき外装ケース２２とから成ると、本実施形態に係るファンユニット２０を製造する上で都合がよい。

　この孔あき外装ケース２２と孔あき板２３とは同じ材料で作製してもよく、また、互いに異なる材料で作製してもよい。例えば、孔あき外装ケース２２を樹脂を用いて作製し、一方、孔あき板２３をＳＵＳ材料等の金属材料を用いて作製してもよい。このとき、孔あき外装ケース２２は、傾斜面２７を有する等複雑な形状を有することから、例えば、ＡＢＳ樹脂等の光硬化性樹脂を材料として光造形法により作製することができるが、所望の形状を得ることができる限りにおいて従来公知の他の成形方法により作製してもよい。

　＜弾性体２４＞
　本実施形態において用いられる弾性体２４は、少なくとも第１の面及び第２の面のそれぞれに内接する態様で中空部材２６の内部の空間を満たしている。図２（ａ）に示すように、弾性体２４は、ファンユニット２０で、孔あき外装ケース２２と孔あき板２３とから形成される中空部材２６の内部の空間を満たす態様で配置されている。

　本実施形態において、弾性体２４は、中空部材２６の外部から進入してくる音波を吸収減衰する役割を有する。図２（ｂ）に示すように、ファンユニット２０の近傍には、ファンから発生した音波およびその反射音波などが存在し、それらは音波の向き４２で示されるようにさまざまな向きを有している。このような音波の一部は、中空部材２６に設けられた複数の孔、より具体的には傾斜面２７および孔あき板２３に設けられた複数の孔を通じて、弾性体２４に伝搬し、その後弾性体２４により吸収減衰される。このような弾性体２４として、例えば、ウレタン発泡材料などが挙げられるが、音波を吸収減衰する性質を有する限りにおいて他の種類の弾性体２４を用いてもよい。

　＜ファンケース２１＞
　本実施形態において用いられるファンケース２１は、ファンとこのファンを保持するケースとを有する。典型的な実施態様では、このファンケース２１は、ファン、該ファンを制御する電子回路、及びそれらを保持するケースを含んでいる。ファンケース２１は、例えば、外部から印加された直流電圧に応じて、内蔵する電子回路によりファンの回転数を制御することができる仕様を有していてもよい。

　本実施形態において、ファンケース２１は、電子デバイス３２の冷却をおこなうための送風をおこなう役割を有する。図２（ｃ）に示す電子機器１０では、ファンケース２１は次のようにして電子デバイス３２の冷却を行う。ここで、電子デバイス３２は、電子回路基板３１上に搭載されている。電子機器１０で、電子デバイス３２から発生する熱は、放射または対流によりその周囲の空気を加熱する。ここで、ファンによる空気の積極的な移動がない場合には発生した熱の大部分が電子デバイス３２の周辺に留まるので、電子デバイス３２の冷却が充分に行われない場合がある。

　一方、ファンケース２１による送風を行うと、吸気口１２から電子デバイス３２の近傍を通過して排気口１１に至る冷却風の流れ４１が生じ、電子デバイス３２の周囲の空気の移動が促される。その結果、電子デバイス３２の周囲に蓄積している加熱された空気が排気口１１を介して速やかに除去されると共に、新たな冷たい空気が吸気口１２を介して該電子デバイス３２の周囲に供給されるので、電子デバイス３２の冷却が促進される。

　また、図１（ａ）に示すように、ファンケース２１は、第１の面（すなわち、孔あき外装ケース２２の傾斜面２７が存在する面）側から第２の面（すなわち、孔あき板２３が存在する面）側に向けて中空部材２６に挿入され、通常、孔あき板２３に接する部位で固定される。このとき、ファンケース２１のファンから発せられた音が、中空部材２６の傾斜面２７によって効率的にその方向の拡散を受け、かつその音が傾斜面２７に配置された複数の孔を通じて弾性体２４によってより効果的に吸収減衰されるよう、ファンケース２１は、第２の面側から第１の面側に送風を行う向きで本実施形態のファンユニット２０に組み込まれる。図２（ａ）を用いて言い換えると、ファンケース２１は、本実施形態のファンユニット２０において中空部材２６の貫通孔中に、ファンケース２１のファンによる送風が図の右から左に行われるよう、すなわち、傾斜面２７が位置する側がそのファンによる送風の出口となるよう組み込まれている。

　〔本実施形態のファンユニット２０を含む電子機器１０〕
　本実施形態に係る電子機器１０は、本実施形態に係る上記記載のファンユニット２０を筐体１３内部に含む。この電子機器１０において、本実施形態に係るファンユニット２０は、該電子機器１０の内部にある電子デバイス３２の冷却を行うために用いられる。

　図２（ｃ）に示すように、本実施形態に係るファンユニット２０は、電子機器１０の筐体１３の内部に配置され、電子デバイス３２の冷却を行うための送風を行うために用いられる。

　電子機器１０の筐体１３は、ファンユニット２０による送風を円滑に行うことができるよう、多くの場合、吸気口１２および排気口１１を兼ね備えている。このとき、本実施形態に係るファンユニット２０を吸気口１２側に設置して、吸気口１２から筐体１３内に外気を導入する態様で用いることも可能である。しかし、本実施形態に係るファンユニット２０を、図２（ｃ）に示すように排気口１１側に設置して、電子デバイス３２から発生する熱を冷却風の流れ４１に乗せて筐体１３内部の空気とともに吸い込み、次いで排気口１１を通じて筐体１３の外部に排出する態様で用いることが好ましい。かかる場合には、電子デバイス３２から生じた熱を、他の電子デバイス（図示せず）への影響を最小に抑えつつ速やかに筐体１３の外部に排出することができるからである。

　具体的には、図２（ｃ）に示すように、本実施形態に係るファンユニット２０の第１の面（すなわち、中空部材２６において孔あき外装ケース２２の傾斜面２７が存在する面）を排気口１１に向け、かつ、第２の面（すなわち、中空部材２６において孔あき板２３が存在する面）を電子デバイス３２に向けて配置された状態で用いることが好ましい。

　本実施形態に係るファンユニット２０は、かかる配置で用いられることにより、電子機器１０の筐体１３の排気口１１側において以下のような静音効果を発揮する。

　第１に、ファンユニット２０が筐体１３の内部にある電子デバイス３２の冷却をおこなうための送風を行うとき、ファンユニット２０は、内蔵ファンの回転動作に生じた音波を第１の面に存在する傾斜面２７に配置された複数の孔を介して弾性体２４に導き、さらに吸収減衰させる。

　一方、ファンユニット２０の内蔵ファンの回転動作により生じる音波の一部は、電子機器１０の筐体１３に設けられた排気口１１の近傍で反射し、反射音波としてファンユニット２０に向かう。ここで第２の効果として、ファンユニット２０は、この反射音波を、傾斜面２７により散乱させて打ち消すとともに、この傾斜面２７に配置された複数の孔を介して弾性体２４に導き、さらに吸収減衰させる。このように、本実施形態に係るファンユニット２０は、傾斜面２７によりファンの回転動作により生じた音波およびその一部が筐体１３により反射してきた反射音波の進行方向を拡散させ、この傾斜面２７に配置された複数の孔を介して効率よく減衰させる効果がある。

　次に、図２（ｃ）に示す電子機器１０における、本実施形態に係るファンユニット２０と電子デバイス３２との関係について説明する。

　ファンユニット２０は、消費電力の大きな電子デバイス３２を冷却するために用いられることがある。ここで、電子デバイス３２がそのようなデバイスであっても効率よく冷却することができるよう、ファンユニット２０を、通常電子デバイス３２を搭載した電子回路基板３１の近傍、好ましくは電子回路基板３１の直上、より好ましくは電子デバイス３２の直上に配置する。この場合、電子デバイス３２の直上中心にファンユニット２０の中心が一致するような位置でファンユニット２０を電子機器１０の筐体１３に取り付けることが特に好ましい。

　電子機器１０の設置面積を最小化するため、電子機器１０において、吸気口１２及び排気口１１を共に筐体１３の側面に設けるとともに、電子デバイス３２を搭載した電子回路基板３１を鉛直方向に立てた状態で筐体１３の内部に設置している場合が多い。かかる場合、ファンユニット２０を、電子デバイス３２を搭載した電子回路基板３１に対して水平かつ直上に配置することが好ましい。

　このように、本実施形態に係るファンユニット２０が電子回路基板３１の直上に配置されている場合、ファンユニット２０は、電子回路基板３１およびこれに装着されている電子デバイス３２との相互作用によって、以下のような静音効果を発揮する。

　本実施形態に係るファンユニット２０は、第１の面（すなわち、孔あき外装ケース２２の傾斜面２７が存在する面）に対向する第２の面（すなわち、孔あき板２３が存在する面）にも複数の孔が配置されており、その内部にはさらに弾性体２４が内接している。第１の効果として、ファンユニット２０は、第２の面に設けられた複数の孔を介して、ファンの回転動作により生じた音波とその一部が電子回路基板３１により反射されてきた反射音波とを内接する弾性体２４に導き、吸収減衰させる。

　一方、図２（ｃ）に示した電子機器１０において、ファンユニット２０に組み込まれたファンケース２１の内蔵ファンの回転運動にともない吸気口１２から排気口１１に向かう冷却風の流れ４１が生み出される。ここで、電子デバイス３２の電力消費により生じた熱は、その近傍の空気へ伝熱拡散し、その後、冷却風の流れ４１により電子機器１０の筐体１３の外部にすみやかに運搬される結果、電子デバイス３２の冷却が行われる。

　ここで、本実施形態に係るファンユニット２０による第２の効果として、ファンユニット２０の第２の面が電子回路基板３１から反射されてきた反射音波により振動することにより、電子デバイス３２と第２の面との間に介在する空気の揺動が生じ、さらにこの空気揺動により積極的な伝熱拡散がさらに引き起こされることから、電子デバイス３２の放熱効率が向上する。

　このようにして空気に伝わった熱は、ファンケース２１の送風効果によりすみやかに電子デバイス３２から除去され、その後、ファンの回転運動によって導かれる空気の流体移動により排気口１１を介して筐体１３の外部に速やかに運ばれることから、電子機器１０は冷却される。このようにして、電子デバイス３２から生じた熱を帯びた空気は、電子機器１０の筐体１３内に滞留することなく効率的に電子機器１０の外部に排気される。

　このように、本実施形態に係るファンユニット２０が図２（ｃ）に示される態様で用いられた場合、冷却能力が向上するためファンの回転量を低減させることができるので、ファンの運動にともなう騒音を低減させることが可能になる。

　電子機器１０における本実施形態に係るファンユニット２０によるこのような効果は、放熱フィンをもつヒートシンクを電子デバイス３２上に接合した場合においても同様に発揮することができる。図２（ｃ）に示す電子機器１０において、電子デバイス３２上に放熱フィンをもつヒートシンク（図示せず）を接合した場合、このヒートシンクによって、電子デバイス３２から発生した熱がその近傍の空気に伝熱拡散しやすくなるので、さらに冷却能力が向上する。したがって、このようなヒートシンクによる放熱効果と相まって、ファンの運動にともなう騒音をさらに低減させることが可能になる。

　図２（ｃ）に示した電子機器１０において、本実施形態に係るファンユニット２０を筐体１３に接合することが好ましい。本実施形態のファンユニット２０を吸気口１２及び排気口１１が設置された筐体１３に接合すると、ファンユニット２０の接合による補強効果が生じて筐体１３の剛性が向上するとともに、ファンユニット２０を構成する弾性体２４により送風や音波の衝突により生じた筐体１３の振動が抑制されるので騒音を低減することができる。

　言い換えると、電子機器１０において、ファンの排気口１１近傍への空気の衝突により筐体１３の振動が生じるが、ファンユニット２０が筐体１３に固定されている場合、ファンユニット２０による補強効果により筐体１３の機械的剛性が向上するので、この筐体１３の振動の抑制を図ることができる。また、ファンユニット２０を構成する弾性体２４の制振効果により筐体１３の防振がなされ、これにより筐体１３から放射される音波を抑制できる。このような効果が一層強化されるよう、電子機器１０において、本実施形態に係るファンユニット２０の第１の面が筐体１３に接合していることがさらに好ましい。

　本実施形態に係るファンユニット２０は、一体化されているためネジなどを利用して容易に電子機器１０の筐体１３へ取り付けることが可能であり、これにより、静粛性を有する電子機器１０を低費用で製造することが可能となる。

　［実施例１］
　（１）電子機器の筐体及び電子基板モデルの作製

　まず、図３（ａ）に示すように電子機器の筐体１３を作成した。材料として１ｍｍ厚の亜鉛めっき処理の鉄を用いた。長さ（Ｌ）４００ｍｍ、幅（Ｗ）２００ｍｍ、高さ（Ｔ）３５０ｍｍの寸法となるようにプレス加工を施すことによって成形を行い、さらに、吸気口１２および排気口１１として、幅（ＳＷ）５ｍｍ、長さ（ＳＬ）の１００ｍｍのスリット４個を５ｍｍ間隔で筐体１３の両主面に各々設けた。

　次に、図３（ｂ）に示すような電子基板モデル３０を作製した。すなわち、長さ６０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラスエポキシ製電子回路基板３１の表面中心に電子デバイスを模擬した長さ３０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ１ｍｍの発熱体３３を設置し、さらに発熱体３３の温度計測用に熱電対３４を発熱体３３に接合することにより電子基板モデル３０を作製した。

　（２）ファンユニットの作製

　次に、図３（ｃ）に示される本実施形態に係るファンユニット２０を作製した。このファンユニット２０は、ファンケース２１、孔あき外装ケース２２、孔あき板２３および弾性体２４を有する。

　ここで、ファンケース２１は、長さ４０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの寸法を有しており、且つプロペラを４翼有している。また、ファンケース２１は、外部から直流電圧を印加することによって、電圧に応じて内蔵する電子回路によりファンの回転数を変化させることができる。

　また、孔あき外装ケース２２を、厚さ５ｍｍのＡＢＳ樹脂を用いて長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの寸法に光造形法により作製した。この孔あき外装ケース２２について、傾斜面２７の角度を孔あき外装ケース２２の筐体主面に対して２０°（すなわち、図２（ａ）で定義される傾斜角θが２０°）とし、かつ、この傾斜面２７にφ３ｍｍの孔を５ｍｍ間隔で複数配置した。

　また、孔あき外装ケース２２に収まるように、発泡ウレタン材料に加工を施して弾性体２４を形成した。さらに、孔あき板２３を、１ｍｍ厚みのＳＵＳ材料を加工して孔あき外装ケース２２の開放面に合致する形状として作製し、さらに、φ３ｍｍの孔を５ｍｍ間隔で配置した。各々の部品を接着により一体化させて本実施形態に係るファンユニット２０を作製した。

　（３）電子機器の筐体へのファンユニットの設置

　図４（ａ）に示すように、ファンユニット２０を電子機器１０の筐体１３の排気口１１および筐体底面（紙面においてファンユニット２０の奥に位置する。以下、図４～７において同じ。）にネジで接合した。電子基板モデル３０、すなわち、発熱体３３を配置した電子回路基板３１を、ファンユニット２０の後方に、吸気口１２側の筐体１３主面より１０ｍｍ離れた位置に配置した。電子機器１０におけるこのようなファンユニット２０の設置態様を、以下設置態様ａとする。

　また、本実施形態に係るファンユニット２０の筐体１３への接合効果を明確にするため、図４（ｂ）に示すように、電子機器１０の筐体１３の排気口１１より１０ｍｍ筐体１３内部側に離れた位置に配置するようファンユニット２０を筐体１３底面に接合した。一方、電子回路基板３１を図４（ａ）と同様の位置に配置した。電子機器１０におけるこのようなファンユニット２０の設置態様を、以下設置態様ｂとする。

　さらに、本実施形態に係るファンユニット２０により、電子デバイス３２に付されたヒートシンクの放熱効果が向上するかどうかを明確にするため、図４（ｃ）に示すように、複数の放熱フィン（高さ５ｍｍ）を有するアルミ製ヒートシンク３５を作製して、発熱体３３にシリコングリースを界面に塗布して接着し、さらに、電子回路基板３１にネジをもちいて接合した。一方、電子回路基板３１およびファンユニット２０を、図４（ａ）と同様の位置に設置した。電子機器１０における、ヒートシンク３５存在下でのこのようなファンユニット２０の設置態様を、以下設置態様ｃとする。

　［比較例１］
　本実施形態の効果と比較するため、従来技術に係る電子機器１０として、本実施形態に係るファンユニット２０の代わりにファンケース２１のみを用いたことを除いては実施例１の電子機器１０と同様の構成を有する３つの電子機器１０をそれぞれ用意した。すなわち、筐体１３、ファンケース２１、発熱体３３を設置した電子回路基板３１およびヒートシンク３５を作製し、実施例１の場合と同様の方法により、各設置態様ａ～ｃを有する図５（ａ）～（ｃ）に示すような電子機器１０をそれぞれ用意した。ここで、電子回路基板３１、発熱体３３、筐体１３、ヒートシンク３５は、図４（ａ）～（ｃ）に示したものと同様のものである。

　［比較例２］
　弾性体２４を使用することなくファンユニット２０を組み立てたことを除いては、実施例１と同様の方法により３つの電子機器１０をそれぞれ用意した。すなわち、図６（ａ）～（ｃ）に示すように、各設置態様ａ～ｃを有する電子機器１０をそれぞれ用意した。ここで、電子回路基板３１、発熱体３３、筐体１３、ヒートシンク３５は、図４（ａ）～（ｃ）に示したものと同様のものである。

　［比較例３］
　図７（ａ）～（ｃ）に示すように、孔あき外装ケース２２を使用せず、かつ、弾性体２４として発泡ウレタン材料に代えて緻密ウレタン材料製の弾性体２５を配置した形態のファンユニット２０、すなわち、ファンケース２１、孔あき板２３、および緻密ウレタン材料製の弾性体２５から成るファンユニット２０を組み立てたことを除いては、実施例１と同様の方法により各設置態様ａ～ｃを有する電子機器１０をそれぞれ用意した。ここで、電子回路基板３１、発熱体３３、筐体１３、ヒートシンク３５は、図４（ａ）～（ｃ）に示したものと同様のものである。

　〔騒音レベルおよびファン回転数の測定〕
　実施例１および比較例１～３により用意された各電子機器１０において、発熱体３３に１００Ｗの電力をそれぞれ供給して、発熱体３３に接する熱電対３４による温度計測に従って発熱体が６０℃以下になるように外部から直流電圧を可変することによりファンの回転数を調整して冷却をおこなった。

　その際、冷却能力の変化を観察するため、ファン回転数も同時に計測した。さらに、各々の電子機器１０の筐体１３の排気口１１の中心から１ｍの距離にマイクロホンを設置し、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの音圧レベルをＡ特性補正した等価騒音レベルを精密騒音計を用いて計測して騒音低減効果を観察した。これらの結果を、表１および表２に示す。

　表１に、実施例１及び比較例１～３による各電子機器１０についての各設置態様における等価騒音レベル計測結果を示した。比較例１による電子機器１０では３７～４５ｄＢＡであるのに対して、本実施形態に係るファンユニット２０を用いた実施例１による電子機器１０では２０～２９ｄＢＡと大幅に騒音が低減している。

　また、表２に、実施例１による電子機器１０及び比較例１による電子機器１０についての、ファン回転数の計測結果を示した。表２から比較例１による電子機器１０でファン回転数が３５００～４０００ｒｐｍであるのに対して、本実施形態に係るファンユニット２０を用いた実施例１による電子機器１０ではファン回転数が１６００～２５００ｒｐｍに低減していることから、冷却能力が向上していることがわかる。

　例えば、表１に示されるように、設置態様ａについて実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１による電子機器では比較例１による電子機器より２０ｄＢＡ騒音が低減している。これは比較例１による電子機器１０ではファンの回転動作にともなうファンケース２１の振動が筐体１３に伝わり騒音の原因である音波が強く発生することに対して、本実施形態に係るファンユニット２０を用いた実施例１による電子機器１０ではファン回転数の抑制による振動低減とともにファンユニット２０による筐体１３の補強による振動抑制効果がともに現れている。

　表１の実施例１による電子機器１０において設置態様ａの場合と設置態様ｂの場合とを比較すると、設置態様ｂでの２９ｄＢＡに対して、設置態様ａでは２５ｄＢＡに騒音が低下している。このことから、ファンユニット２０を電子機器１０に接合することで、筐体１３の振動により発生する音波が補強により抑制される効果が生じることが説明される。

　また、表２から、実施例１による電子機器１０において設置態様ａの場合と設置態様ｂの場合とを比較すると、設置態様ａではファン回転数が２５００ｒｐｍから２０００ｒｐｍに低下しており、筐体１３への接合によって冷却風が電子機器１０の筐体１３内に滞留せず排出されるという冷却効率向上効果も観察される。

　表１及び表２において実施例１及び比較例１におけるそれぞれの設置態様ｂの場合と設置態様ｃの場合とを比較すると、設置態様ｃでの騒音レベルとファン回転数とは共に低下しており、且つ実施例１の場合においては比較例１の場合よりその低減量は大きく、ヒートシンク３５を用いた場合でも本実施形態に係るファンユニット２０の効果が確認された。

　また、ヒートシンク３５の配置を伴う本実施形態技術に基づく実施例（実施例１（ｃ））では、対応する各比較例と比較してその騒音低減効果、冷却効率が高くなっている。これは、孔あき板２３とシートシンクにおいて音波による材料の振動に伴う空気揺動が生じて、ヒートシンク３５から空気への伝熱効率が高まったためである。

　さらに、本実施形態に係るファンユニット２０について、その構成部品を変更した場合についても同様の騒音測定を行った。

　図６に示すように、孔あき外装ケース２２の弾性体２４が配置されておらず、代わりに当該部分が空気層となっているファンユニット２０を用いた場合には、冷却ファンにより筐体１３内の空気の流れが孔を通過して共鳴が生じ、騒音が増加した（表１、比較例２）。

　また、図７に示すように、孔あき外装ケース２２を用いず、さらに弾性体２４として発泡ウレタン材料製の弾性体２４に代えて緻密ウレタン材料製の弾性体２５を配置したファンユニット２０を用いた場合には、発泡材料と比較して材料の振動吸収が少ないため騒音はやや低下するもののその効果は小さいものであった（表１、比較例３）。

　以上の説明から、本実施形態に係るファンユニット２０は、図８に示すように、ファンを保持するファンケース２１と、ファンケース２１を保持し当該ファンケース２１から外側に向かって傾斜面２７を構成する第１の面２２と、を有し、傾斜面２７に複数の孔を有し、傾斜面２７に弾性体２４が内接されているように構成することが好ましい。これにより、本実施形態のファンユニット２０に存在する傾斜面２７によってその周辺での音波の向き４２が曲がることから、音波の進行方向が拡散するとともに、拡散した音波どうしが相互作用を起こし、また、その音波の一部が弾性体２４に吸収減衰されることになる。その結果、静粛性を保ちつつ、高い冷却能力を兼ね備えることができる。

　また、本実施形態に係るファンユニット２０は、図９に示すように、第１の面２２と対向する第２の面２３を少なくとも有し、第１の面２２と第２の面２３とで中空部材２６を構成すると共に、第１の面２２と第２の面２３とでファンケース２１を保持するように構成することが好ましい。これにより、本実施形態のファンユニット２０を図２（ｃ）に示すように、筐体１３に接合することができる。本実施形態のファンユニット２０を吸気口１２及び排気口１１が設置された筐体１３に接合すると、ファンユニット２０の接合による補強効果が生じて筐体１３の剛性が向上するとともに、ファンユニット２０を構成する弾性体２４により送風や音波の衝突により生じた筐体１３の振動が抑制されるので騒音を低減することができる。

　また、本実施形態に係るファンユニット２０は、図１０に示すように、第２の面２３に複数の孔を有して構成することが好ましい。これにより、第２の面２３に設けられた複数の孔を介して、ファンの回転動作により生じた音波とその一部が何かに反射されてきた反射音波とを弾性体２４に導き、吸収減衰させることが可能となる。その結果、静粛性を更に向上させることが可能となる。

　なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

　なお、この出願は、２００８年３月２１日に出願した、日本特許出願番号２００８－０７３５９３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本実施形態に係るファンユニットの斜視図である。 本実施形態に係るファンユニット及び該ファンユニットを有する電子機器のそれぞれの断面図である。 実施例で用いた電子機器の筐体及び電子基板モデル、並びに、本実施形態に係るファンユニットのそれぞれの斜視図である。 本実施形態に係るファンユニットを有する、実施例１に係る電子機器の断面図である。 本発明と関連する関連技術のファンを有する、比較例１に係る電子機器の断面図である。 弾性体を用いないファンユニットを有する、比較例２に係る電子機器の断面図である。 弾性体として緻密ウレタン材料を用い、且つ孔あき外装ケースを用いないファンユニットを有する、比較例３に係る電子機器の断面図である。 本実施形態に係るファンユニットの構成例を示す第１の図である。 本実施形態に係るファンユニットの構成例を示す第２の図である。 本実施形態に係るファンユニットの構成例を示す第３の図である。 本発明と関連する関連技術のファンを有する電子機器の断面図である。 本発明と関連する関連技術のファンを有する電子機器の断面図である。 本発明と関連する関連技術のファンを有する電子機器の断面図である。

符号の説明

　１０　　電子機器
　１１　　排気口
　１２　　吸気口
　１３　　筐体
　１８ａ，１８ｂ　　吸音材料内張りダクト
　１９　　吸音材料
　２０，２０ａ，２０ｂ　　ファンユニット
　２１　　ファンケース
　２２　　孔あき外装ケース
　２３　　孔あき板
　２４，２５　　弾性体
　２６　　中空部材
　２７　　傾斜面
　３０　　電子基板モデル
　３１　　電子回路基板
　３２　　電子デバイス
　３３　　発熱体
　３４　　熱電対
　３５　　ヒートシンク
　４１　　冷却風の流れ
　４２　　音波の向き

Claims (10)

1. 　ファンを保持するファンケースと、
   　前記ファンケースを保持し、当該ファンケースから外側に向かって傾斜面を構成する第１の面と、を有し、
   　前記傾斜面に複数の孔を有し、前記傾斜面に弾性体が内接されていることを特徴とするファンユニット。
2. 　前記第１の面と対向する第２の面を少なくとも有し、前記第１の面と第２の面とで中空部材を構成すると共に、前記第１の面と前記第２の面とで前記ファンケースを保持することを特徴とする請求項１記載のファンユニット。
3. 　前記第２の面に複数の孔を有して構成することを特徴とする請求項１または請求項２記載のファンユニット。
4. 　前記弾性体は、前記第１の面及び前記第２の面のそれぞれに内接し、前記中空部材の内部の空間を満たしていることを特徴とする請求項２または請求項３記載のファンユニット。
5. 　前記中空部材は、前記第１の面を構成する孔あき外装ケースと、前記第２の面を構成する孔あき板と、で構成することを特徴とする請求項２から請求項４の何れかの請求項に記載のファンユニット。
6. 　請求項１から請求項５の何れかの請求項に記載のファンユニットを筐体内部に含むことを特徴とする電子機器。
7. 　前記筐体に吸気口および排気口を有することを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
8. 　前記ファンユニットの前記第１の面を前記筐体に接合して構成することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の電子機器。
9. 　電子デバイスを搭載した電子回路基板を前記筐体内部に有し、かつ、前記ファンユニットを該電子回路基板に対して水平かつ直上に配置したことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の電子機器。
10. 　放熱フィンをもつヒートシンクを前記電子デバイス上に接合したことを特徴とする請求項９に記載の電子機器。

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