(57)【要約】【課題】パーソナルコンピュータなどの電子機器において、発熱部品を冷却する送風装置に備えられるブレードに関し、重量配分を調整してバランスを矯正する送風装置のバランス構造について提供することを目的とする。【解決手段】内側にファンを駆動するモータ部とマグネット１３を収納する円形のハブ部と、このハブ部の周囲から遠心方向外側へ伸びる樹脂のブレード部７と、前記ハブ部と前記マグネット１３との空隙に配置され、複数の凹部１１を有する樹脂リングと、を備え、前記樹脂リングの複数の凹部１１にバランサー１５を装着できることを特徴とするファンブレード。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側にファンを駆動するモータ部のマグネットを収納するハブ部と、
このハブ部の周囲を遠心方向外側へ伸びるブレード部と、
前記ハブ部と前記マグネットとの空隙に配置され、複数の凹部を有するリングと、を備え、前記リングの複数の凹部にバランサーを装着できることを特徴とするファンブレード。
【請求項２】
前記ハブ部は、前記モータ部のシャフトを支持する上面と、前記上面の外周から立ち上がる側壁部と、を備え、
前記リングは、前記ハブ部の前記上面と前記マグネットとの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のファンブレード。
【請求項３】
前記リングは、前記上面と略平行な面を備え、前記リングの前記上面と略平行な面に前記複数の凹部を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかひとつに記載のファンブレード。
【請求項４】
前記樹脂リングの複数の凹部は、前記樹脂リングの中心角が９０°間隔で、円周上に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかひとつに記載のファンブレード。
【請求項５】
前記樹脂リングの複数の凹部は、前記樹脂リングの任意の中心角の間隔で円周上に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかひとつに記載のファンブレード。
【請求項６】
前記バランサーは、重量を可変でき、前記樹脂リングの複数の凹部に着脱可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかひとつに記載のファンブレード。
【請求項７】
前記バランサーは、前記樹脂リングの凹部に装着される部分は、装着されない部分に比べて小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載のファンブレード。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかひとつに記載のファンブレードと、
前記ファンブレードを駆動するモータ部と、
前記ブレード及び前記モータ部を支持するファンフレームと、前記ファンフレームに少なくともその一部が形成された吸気口及び排気口と、を備えたことを特徴とする送風装置。
【請求項９】
請求項８に記載の送風装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばパーソナルコンピュータなどの電子機器において、発熱部品を冷却する送風装置に備えられるブレードに関し、特に薄型化されたブレード及びそれを用いた送風装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のコンピュータにおけるデータ処理の高速化の動きはきわめて急速であり、ＭＰＵのクロック周波数は、以前と比較して格段に高いものになってきている。
【０００３】
その結果、ＭＰＵの発熱量が増大し、従来のように放熱フィンを有するヒートシンクを発熱体に接触させて放熱する方法だけでなく、そのヒートシンクを送風装置であるファン装置で直接冷却する方法などが必要不可欠となっている。
【０００４】
一方、前述したファン装置の冷却性能の向上は、その高風量化、高静圧化などの送風性能の向上に大きく依存し、冷却性能を向上させようとするとファン装置は大型化する。しかしながら、コンピュータ自体の小型化、薄型化も求められており、ファン装置に対しては、冷却性能の維持もしくは向上した上での小型化、薄型化、軽量化が求められる。また、ファンの構造は、ファンのホイールから外方向に向かって翼を設けてなり、回転時に気流を形成するが、ファンの回転重心が偏奇している場合、回転時に揺動或いは振動が発生するので、ファンの回転のバランスが崩れ振動してしまう問題を矯正することが求められる。
【０００５】
そこで、ファン装置の機能を維持しつつファンの回転軸廻りの重量配分の不均衡に対して該当箇所のバランスウェイトの接続部を破壊して切り離すことにより、重量配分を調整してバランスを矯正することが出来る技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。すなわち、ホイール、及びホイールから外方に延長して配列形成された複数の翼を設け、ホイールは中空構造であって、内部収容空間内には内リングを設けて、内リングにはバランスウェイトをリング円周に沿って配列すると共に接続部により接続され、ファンの回転軸廻りの重量配分の不均衡に対して該当箇所のバランスウェイトの接続部を破壊して切り離すことにより、重量配分を調整してバランスを矯正することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３１２１９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、（特許文献１）の記載のバランス調整構造は、ファンの回転軸廻りの重量配分の不均衡に対して該当箇所のバランスウェイトの接続部を破壊して切り離すことにより、重量配分を調整してバランスを矯正する。そのため、バランスウェイトの接続部を破壊して切り離す際に、破壊くずが発生したり、破壊面にバリが発生したりすることでファンの動作に支障をきたしやすいという課題を備える。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、重量配分の不均衡に対して重量配分を調整してバランスを矯正するために必要な部分にのみバランスウェイトを装着することで、不必要なバランスウェイトを装着することがなくバランスを調整し、ファンの振動や音を軽減するとともに、ファンの寿命や効率を良くすることができるブレード及びそれを用いた送風装置及び電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内側にファンを駆動するモータ部のマグネットを収納するハブ部と、このハブ部の周囲から遠心方向外側へ伸びるブレード部と、前記ハブ部と前記マグネットとの空隙に配置され、複数の凹部を有する樹脂のリングと、を備え、前記樹脂のリングの複数の凹部にバランサーを装着できることを特徴とするファンブレード。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、重量配分の不均衡に対して重量配分を調整してバランスを矯正するために必要な部分にのみバランサーを装着することで、不必要なバランサーを装着することがなくバランスを調整し、ファンの振動や音を軽減するとともに、ファンの寿命や効率を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における送風装置の斜視図
【図２】本発明の実施の形態におけるファンブレードの斜視図
【図３】本発明の実施の形態におけるファンブレードを示す図
【図４】本発明の実施の形態におけるファンブレードの内部を示す図
【図５】本発明の実施の形態におけるファンブレードの分解図
【図６】本発明の実施の形態におけるプラスチックリングを示す図
【図７】本発明の実施の形態におけるバランサーの形状を示す図
【図８】本発明の実施の形態におけるプラスチックリングとバランサーブロックを組み合わせた状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における送風装置の斜視図である。図１（ａ）は、送風装置の斜視図、図１（ｂ）は、送風装置の上面図である。図１に示すように、送風装置１のファンケース２は、下部に位置するファンフレーム２ａとその上部に位置するファンカバー２ｂにより構成されている。ここで、ファンフレーム２ａは、樹脂成型やアルミニウム合金のダイカスト成型などにより底面と側面が一体的に形成される。もちろん、底面と側面が別々で形成されても良く、それぞれを組み立てて構成しても良い。その一方の側面に吸気した空気を排気する排気口３が配設されており、ファンフレーム２ａの底面には吸気口が配設されている。また、ファンカバー２ｂは、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料の打ち抜き成形や樹脂成形によりプレート状に成形されており、その中央部に空気を吸気する略円形状の吸気口４が配設されている。送風装置１の軽量化や低コスト化のためにファンフレーム２ａは樹脂成形で作られることが多い。吸気口４は、ファンフレーム２ａとファンカバー２ｂとのどちらか一方だけに設けてもよいし、両方に設けてもよい。
【００１４】
そして、そのファンフレーム２ａとファンカバー２ｂとに挟まれて収容されるようにファンブレード５が配置される。ファンブレード５が高速で回転すると、ファンカバー２ｂの中央部に配設された吸気口４と、ファンフレーム２ａの底面に配設された吸気口とから、空気が吸気される。吸気された空気がファンブレード５の回転運動によりファンケース２の内部でファンブレード５の遠心方向へと風向きが変えられる。従って、吸気された空気の大部分はファンフレーム２ａやファンカバー２ｂの内壁にぶつかりながら、その内壁に沿ってファンブレード５の回転方向と同一の方向へそれらの空気が送られて排気口３から排気される。送風装置１には必ずしもファンカバー２ｂを設ける必要はなく、送風装置１が搭載される電子機器などの筐体を利用しても良い。
【００１５】
次に、ファンブレード５について、図２〜４を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態におけるファンブレードの斜視図である。図３は、本発明の実施の形態におけるファンブレードを示す図である。図４は、本発明の実施の形態におけるファンブレードの内部を示す図である。
【００１６】
ファンブレード５は、内側にモータ部を収納するハブ部の少なくとも一部または全体を構成する円形のハブ金属部６と、ハブ金属部６の周囲から遠心方向外側へ伸びる樹脂のブレード部７を備える。本実施の形態においてはハブ金属部６を金属で構成するが、ハブ金属部６は樹脂であっても他の材料からなってもよい。すなわち、ブレード部７と同一の樹脂材料によって一体成形されてもよいし、異なる材料で形成されても良い。ハブ金属部６は、図３（ｃ）の通り、約２３ｍｍの円盤状の上面（略円形の平面状）と、この上面の外周端全周から図面下方向に伸びる側壁と、を備える。この側壁は、ハブ部６の上面に支持されるシャフト１０と同一方向に伸びる。シャフト１０を中心にブレード部７は回転し、シャフト部１０はモータ部の軸である。円盤状の上面の約中心に直径約２ｍｍの円形の凹部１１（深さ０．１ｍｍ）を備え、その凹部１１内に直径約１．２ｍｍの円形の貫通孔１２を備える。凹部１１及び貫通孔１２は円形に限定されないが、回転するシャフト１０が円形であることがこのましく、それに合わせて円形にするとよい。（シャフト１０の段権の直径）＜（貫通孔１２の直径）＜（凹部１１の直径）＜（ハブ金属部６の直径）である。凹部１１は、幅（円形であれば直径）が１〜４ｍｍ程度で、シャフト１０の断面の直径の１．１〜２倍程度であることが好ましい。このハブ金属部６の上面の最下面は、凹部１１が形成された部分は凹部１１の深さだけ図面下方へ突出している。このようにすることで、ハブ金属部６のうち凹部１１部分のみが薄くなることもなく、接合部分の強度を維持することができる。一方で、下方へ突出しないように形成することで、ハブのモータ部のための空間をより多く確保することができる。ブレード部７は、ハブ金属部６の周りに設けられる円環板と、円環板から伸びて空気を推進させる羽根部とを備る。すなわち、ブレード部７は、ファンブレード５の樹脂で構成された部分である。円環板は、ファンフレーム２ａとファンカバー２ｂとに設けられた上下の吸気口４から吸気された空気がお互いに衝突しないように整流する。もちろん、ブレード部７をハブ金属部６の外周から伸ばしてもよい。
【００１７】
本実施の形態のプラスチックリング１４は、ハブ金属部６の上面と略平行な面２面と、ハブ金属部６の側壁と略平行な面２面と、を備える。プラスチックリング１４に設けられる凹部１６は、ハブ金属部６の上面と略平行な面２面のうちの少なくとも１面に設けられる。このようにすることで、バランサーを一定以上大きく形成してもハブ金属部６内に収めやすい。また、ハブ金属部６の上面側の面に設けることで、バランサー１５を、ハブ金属部６の上面とプラスチックリング１４とで挟むことができ、抜け落ちることを防止することができる。また、プラスチックリング１４に設けられる凹部１６は、ハブ金属部６の側壁と略平行な面２面のうちの少なくとも１面に設けられてもよい。
【００１８】
円環板やブレード部７を構成する樹脂は、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などである。ハブ金属部６を構成する金属は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ）、ステンレス（ＳＵＳ４２０、マルテンサイト系）、ステンレス（ＳＵＳ４３０、フェライト系）などから、適宜選択すると良い。
【００１９】
また、ブレード部７の最上部は、ハブ金属部６の上面よりも更に上側に位置せず、ファンブレード５で最も厚みが厚い部分は、ハブ金属部６の部分である。
【００２０】
図４に示されるように、送風装置１には、ファンフレーム２ａに形成されたフレームハウジング８が設けられている。そのフレームハウジング８の外周に沿って、送風装置１を制御する回路基板が設けられ、その回路基板に接続するように上部には、モータ部の固定子を構成するステータ９が設けられている。一般的なモータ部の構成である。
【００２１】
そのステータ９の外周には、ステータ９を覆うようにファンブレード５を設けたロータが設けられている。
【００２２】
図４に示すように、フレームハウジング８に沿って、ファンフレーム２ａの底面側から、回路基板、ステータ９の順に配置される。シャフト１０を中心とするロータの内周にはマグネット１３と、バランサー１５が接続されたプラスチックリング１４が設けられ、ロータの回転軸は、フレームハウジング８によって軸支されている。ステータ９とマグネット１３とは対向している。ロータの回転によってファンブレード５が回転する。また、マグネット１３とプラスチックリング１４との外側端部は、ハブ金属部６の側壁の内側と接している。
【００２３】
ステータ９は、磁性材料からなる金属板を回転軸の軸方向に積層して形成されたもので、各ティース部には電着塗装などによって絶縁層が形成され、この絶縁層を介してコイルが巻装されている。もしくは、絶縁部材としては絶縁層の代わりに絶縁材で構成しても良いが、絶縁層のほうが上述した効果が得られる。
【００２４】
このとき、ハブ部の一部をハブ金属部６で構成することで、薄型化したとしてもファンブレード５の剛性を保つことができる。すなわち、シャフト１０は、ハブ金属部６の上面の略中心に形成された貫通孔１２内に挿入される。そして、ハブ金属部６とシャフト１０がレーザ溶接接合され、ハブ金属部６の周囲の少なくとも一部（好ましくは図３（ｃ）のように外周の全周）と樹脂とがインサート成形や接着などの方法によって接合される。この樹脂とは、円環板やブレード部７と一体であり、もちろん別体で形成して接合してもよい。
【００２５】
なお、シャフト１０の材料は、ステンレス（ＳＵＳ４２０、マルテンサイト系）などである。ハブ金属部６とシャフト１０との材料は同一材料である必要はないが、溶接の際の熱伝導率を考慮すると、同一系統の材料であるほうがより強固な接続が可能となる。
【００２６】
シャフト１０の断面積の径は１〜３ｍｍ、ハブ金属部６の厚みは０．３〜０．５ｍｍ、ハブ金属部６の外径は、１０〜３０ｍｍ程度である。
【００２７】
次に、プラスチックリング１４へのバランサー１５の装着について、本実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、プラスチックリング１４及びバランサー１５を樹脂によって構成するが、もちろん金属などの別の材料からなってもよい。
【００２８】
図５は、本発明の実施の形態におけるファンブレードの分解図である。図５に示すように、ハブ金属部６と同径のプラスチックリング１４には、ファンブレード５の重量アンバランスを修正し、送風装置１の振動、音、寿命、そして冷却効率を改善するためにバランサー１５が接続され、マグネット１３とハブ金属部６との間隙に装着される。
【００２９】
本実施の形態においては、ハブ金属部６の上面の形状とプラスチックリング１４との外形は略同一の円形状であり、ハブ金属部６の側壁内側の径とプラスチックリング１４の外径とは略同一のサイズである。ハブ金属部６の上面の形状がなんであっても、ハブ金属部６の上面の形状とプラスチックリング１４との形状を略同一とすることで、プラスチックリング１４の外径を最大とし、効果的にバランスを調整することができる。
【００３０】
シャフト１０の長手方向におけるプラスチックリング１４の高さは、マグネット１３の同一方向高さよりも小さい。それにより、モータ部を駆動するためのマグネット１３の影響力を大きくすることができる。
【００３１】
図６は、本発明の実施の形態におけるプラスチックリング１４を示す図である。図６（ａ）は、プラスチックリング１４の表面図、図６（ｂ）はプラスチックリング１４の裏面図である。図６（ｂ）のように裏面は、バランサー１５が接続されるために、任意の中心角の間隔でバランサー凹部１６が複数設けられている。ファンブレード５の重量アンバランスを修正するために必要な部分のバランサー凹部１６にバランサー１５を接続する。
【００３２】
なお、プラスチックリング１４の材料は、ブレード部７と同様に樹脂で構成され、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などである。ハブ金属部６を構成する金属は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ）、ステンレス（ＳＵＳ４２０、マルテンサイト系）、ステンレス（ＳＵＳ４３０、フェライト系）などから、適宜選択すると良い。
【００３３】
このように、樹脂で構成されていることで、ファンブレード５を軽量化することができ、マグネット１３とステータ９との間で形成される磁場の影響を考慮する必要がなくなる。
【００３４】
また、プラスチックリング１４の厚みは０．８ｍｍ、バランサー凹部１６の寸法は０．４ｍｍ程度である。
【００３５】
バランサー凹部１６の形状は、本発明の実施の形態ではコの字型を一例として記載しているが、必ずしもコの字型である必要はなく半円状やその他バランサー１５と接続する上で支障のない形状であれば、特に規定するものではない。
【００３６】
ただし、シャフト１０の長手方向におけるバランサー１５の最大高さ、すなわち本実施の形態ではバランサー質量部１８の高さは、バランサー質量部１８が、ステータ９のティース部に接触しないような高さとする。
【００３７】
また、ハブ金属部６の遠心方向におけるバランサー１５の最大幅は、バランサー質量部１８が、ステータ９のティース部に巻回されたコイルに接触しないような幅とする。
【００３８】
次に、バランサー１５について、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
図７は、本発明の実施の形態におけるバランサーの形状を示す図である。図８は、本発明の実施の形態におけるプラスチックリングとバランサーを組み合わせた状態を示す図である。図８に示すように、プラスチックリング１４の裏面に設けられるバランサー凹部１６にバランサー１５が接続され、重量アンバランスを修正する。
【００４０】
また図７に示すように、バランサー１５はバランサー凹部接続部１７と、バランサー質量部１８からなり、バランサー凹部接続部１７は、バランサー凹部１６の形状に従った形状で、バランサー凹部１６との接続は着脱可能とするために、はめ込み式が望ましいが脱落を防止するために接着剤による固定方式でも構わない。
【００４１】
また、バランサー質量部１８は、ファンブレード５の回転スピード、質量、半径と、ロータのタイプによりＩＳＯ１９４０−１の規格で規定されているグレードから算出する。本発明のファンブレード５の場合のグレードは、Ｇ６．３となり、バランサー質量部１８は以下算出式で算出することができる。
【００４２】
Ｕ＝Ｍ×ｅ＝ｍ×ｒ    ・・・（１）
Ｇ＝ｅ×ω            ・・・（２）
ここで、
Ｕ：回転体のアンバランス
Ｍ：回転体の質量
ｅ：重心から回転中心までの距離
ｍ：アンバランス質量
ｒ：回転中心からｍの中心までの距離
ω：角速度
本発明のバランサー１５は、プラスチックリング１４との接続により重量アンバランスを修正する。そのとき、ファンブレード５の質量や半径のバラつきによりバランサー１５の質量を変更する必要がある場合にも、容易に変更する事が可能である。さらに、精度の高い送風装置１の振動、音、寿命、そして冷却効率を改善するために好適である。
【００４３】
なお、バランサー１５の材料は、ブレード部７やプラスチックリング１４と同様に樹脂で構成され、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などである。ハブ金属部６を構成する金属は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ）、ステンレス（ＳＵＳ４２０、マルテンサイト系）、ステンレス（ＳＵＳ４３０、フェライト系）などから、適宜選択すると良い。
【００４４】
このように、樹脂で構成されていることで、ファンブレード５を軽量化することができ、マグネット１３とステータ９との間で形成される磁場の影響を考慮する必要がなくなる。
【００４５】
また、バランサー１５の厚みは０．８ｍｍ、バランサー凹部接続部１７の厚みは０．４ｍｍ程度である。
【００４６】
本実施の形態のファンブレードは、金属のシャフト１０と、ハブ金属部６と、ハブ金属部６の外周から遠心方向外側に形成される羽根部であるブレード部７と、バランサー１５が接続されたプラスチックリング１４と、このプラスチックリング１４をハブ金属部６とで挟み込むマグネット１３と、を備える。プラスチックリング１４は、バランサー１５が接続されるために、任意の中心角の間隔でバランサー凹部１６が複数設けられ、マグネット１３とハブ金属部６との間隙に位置することでバランサー１５の脱落を防止し、送風装置１の振動、音、寿命、そして冷却効率を改善する。ハブ金属部６は、略中央部に凹部１１と及び凹部１１内に貫通孔１２を有し、貫通孔１２内にシャフト１０の一部が位置するようにシャフト１０と溶接で接合される。シャフト１０の長手方向において、シャフト１０の上面は、ハブ金属部６に形成された凹部１１の上面とハブ金属部６の最上面との間に位置することで、溶接肉が金属部の上面よりも上部に飛び出さないようにしてファン装置の薄型化を達成しつつ、金属部とシャフトとの接合部分のクラック発生を抑え、強固に接合する。送風装置１はこのブレードを備え、さらに、駆動部であるモータ部やファンケース２などを備える。さらに、この送風装置１を備える電子機器は例えばパーソナルコンピュータなどであり、筐体内に送風装置１を備える。この筐体には一般的に開口が備えられ、送風装置が吸排気する風を筐体内外に流すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によるブレード及びそれを用いた送風装置及び電子機器は、筐体内部に実装されたＭＰＵやさまざまな発熱電子部品を冷却することが可能であり、特により小型化、薄型か求められるノートＰＣ、サーバー、音響機器、映像機器などの電子機器に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１    送風装置
２    ファンケース
２ａ    ファンフレーム
２ｂ    ファンカバー
３    排気口
４    吸気口
５    ファンブレード
６    ハブ金属部
７    ブレード部
８    フレームハウジング
９    ステータ
１０    シャフト
１１    凹部
１２    貫通孔
１３    マグネット
１４    プラスチックリング
１５    バランサー
１６    バランサー凹部
１７    バランサー凹部接続部
１８    バランサー質量部
【図１】
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【図２】
2014145295.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014145295.tif 000006
【図５】
2014145295.tif 000007
【図６】
2014145295.tif 000008
【図７】
2014145295.tif 000009
【図８】
2014145295.tif 000010