(57)【要約】【課題】優れた送風特性を有するダブルファンモータとそれにより一層高い冷却性能を有する冷却装置を提供することにある。【解決手段】互いに回転軸の異なる同一形状の二つの軸流インペラを軸中心線が一致するように且つ一方のインペラを他方のそれに対して反転させて軸方向に直列に配置し、回転方向を逆に且つ吸気側のインペラの回転数が排気側のそれよりも大きくなるように設定したことを特徴とするダブルファンモータ、又は互いに回転軸の異なる同一形状の二つの軸流インペラを軸中心線が一致するように且つ同一の軸方向に直列に配置し、回転方向を同一に且つ吸気側のインペラの回転数が排気側のそれよりも大きくなるように設定したことを特徴とするダブルファンモータ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに回転軸の異なる同一形状の二つの軸流インペラを軸中心線が一致するように且つ一方のインペラを他方のそれに対して反転させて軸方向に直列に配置し、回転方向を逆に且つ吸気側のインペラの回転数が排気側のそれよりも大きくなるように設定したことを特徴とするダブルファンモータ。
【請求項２】
互いに回転軸の異なる同一形状の二つの軸流インペラを軸中心線が一致するように且つ同一の軸方向に直列に配置し、回転方向を同一に且つ吸気側のインペラの回転数が排気側のそれよりも大きくなるように設定したことを特徴とするダブルファンモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のダブルファンモータと、
前記ダブルファンモータの軸に対して垂直方向に配列した複数のフィン及びそれらのフィンの下端を連結するベースを有するヒートシンクとを備え、
前記ダブルファンモータがヒートシンクの上方に且つ軸中心線がフィンと平行になるように固定されていることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二つのインペラを有するダブルファンモータとそれにヒートシンクを組み合わせた冷却装置に属し、特にパソコンのＣＰＵの冷却に好適に用いられる冷却装置に属する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】米国特許第６３４３０１４号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０７１４５６号公報
ＣＰＵなどのある種の電子部品は、使用中に発熱し、異常高温になると動作に支障が生じることから、冷却装置と一体となって用いられる。ＣＰＵ用の従来の冷却装置は、例えば、図６に縦断面図として示すように、板状の複数のフィン１２１の群及びそれらのフィン１２１の下端部を連結する矩形のベース１２２からなるヒートシンクＨと、そのヒートシンクＨの上に設けられた軸流ファンＦとを備え、ヒートシンクＨの下面に電子部品が当接して配設され、電子部品の熱をヒートシンクＨ側に吸熱しファンＦによる送風にてヒートシンクＨの熱を放熱させるものである。ヒートシンクＨは、熱伝導性が良好な材料（例えばアルミニウム）にて一体的に形成されている。
【０００３】
ファンＦは、回転部材とこれを軸受け手段を介して回転可能に保持する静止部材とからなる。回転部材は通常、中央に一つの回転軸Ｒ、その周囲に配された複数の羽根Ｔ及び羽根の内側に設けられた駆動用マグネットＭを有する。静止部材は通常、回転軸Ｒと同心の円筒状軸受けホルダー１８ａ、軸受けホルダー１８ａ上端より水平に各方面に延びる複数本のリブ１８ｂ、各側のリブ１８ｂの先端を互いに連結するとともに羽根Ｔを取り込む枠１８ｃ及び枠１８ｃの四隅から下方に延びる四本の脚１８ｄからなるハウジング１８を有し、脚１８ｄの下端には爪状に突出したフックＰが形成され、ヒートシンクＨの所定部を係止している。ハウジング１８は、合成樹脂により一体成形されている。そして、回転軸Ｒの外周面と軸受けホルダー１８ａの内周面とに軸受けＫが固定されている。ホルダー１８ａの外周面にはステータＳが固定されている。羽根Ｔは、回転するときに風が回転軸Ｒに沿って下方に向かうように、回転軸Ｒに対して傾斜して形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでパソコンの高性能化に伴って電子部品の発熱量は増加する一方であり、冷却装置には高い冷却性能が要求されている。そこで、二つのファンを軸方向に直列に配置させて送風させるダブルファンモータが案されているが（例えば特許文献１）、期待したほどの効果は認められなかった。
それ故、この発明の課題は、優れた送風特性を有するダブルファンモータとそれにより一層高い冷却性能を有する冷却装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するために、この発明のダブルファンモータは、
互いに回転軸の異なる同一形状の二つの軸流インペラを軸中心線が一致するように且つ一方のインペラを他方のそれに対して反転させて軸方向に直列に配置し、回転方向を逆に且つ吸気側のインペラの回転数が排気側のそれよりも大きくなるように設定したことを特徴とする。
【０００６】
図１（ａ）及び図６のように１つの軸流ファンをヒートシンク上に取り付けた構成では、発明者が測定したところ、羽根の回転方向の位置によってヒートシンク上で風の強弱の偏りが生じることが判明した。即ち、図６の冷却装置を図７に示すようにファンＦの上方から平面視したとき、インペラＴが時計回りに回転しフィン１２１が図面の上下方向に並んでいるとすると、Ａ部及びＣ部では風が弱く、Ｂ部及びＤ部で風が強く矢印方向に抜け、このことからＡ部及びＣ部では十分に放熱していないことがわかった。
それに対して、この発明のダブルファンモータでは図１（ｂ）のように回転方向の異なる二つのインペラを吸気側のインペラの回転数が排気側のそれよりも大きくなるように設定して組み合わせているので、一方の（おそらく排気側の）インペラから送られる風の弱い所に他方の（おそらく吸気側の）インペラから強い風が送られ、併せてヒートシンク全体に均等に風が行き渡る。そのため、ヒートシンク全体が効率よく冷やされる。
【０００７】
ダブルファンモータの場合、図１（ｃ）に示すように互いに回転軸の異なる同一形状の二つの軸流インペラを軸中心線が一致するように且つ同一の軸方向に直列に配置し、回転方向を同一に且つ吸気側のインペラの回転数が排気側のそれよりも大きくなるように設定しても、上記と同じ効果が得られる。即ち、同一の軸方向に直列に配置し、回転方向も同一にしているが、吸気側のインペラの回転数が排気側のそれよりも大きくなるように設定しているので、排気側のインペラから送られる風の弱い所に吸気側のインペラから強い風が送られ、併せてヒートシンク全体に均等に風が行き渡るからである。そのため、ヒートシンク全体が効率よく冷やされる。
このように、本発明のダブルファンモータによれば、排気される風が均等に行き渡ることから良好な送風特性が得られる。
【０００８】
この発明のダブルファンモータを有する適切な冷却装置は、上記のダブルファンモータと、
このダブルファンモータの軸に対して垂直方向に配列した複数のフィン及びそれらのフィンの下端を連結するベースを有するヒートシンクとを備え、
前記ダブルファンモータがヒートシンクの上方に且つ軸中心線がフィンと平行になるように固定されていることを特徴とする。
この構成により、上記の通りヒートシンク全体が均等に冷やされることから、冷却性能が高まる。
【０００９】
【実施例】
実施例１〜３において、本発明に属するダブルファンモータについて説明する。個々のファンモータの構成は、従来と同様であるために詳説は省略する。
−実施例１−
ハウジングの縦横の外形寸法が縦７０ｍｍ×横７０ｍｍ×高さ１５ｍｍで、インペラの羽根枚数が１１枚の同型のファンモータを２個準備した。これらのファンモータは、図１（ｂ）に示すように一方を他方に対して反転させて軸方向に直列に連結したうえで回転方向が互いに逆になるように駆動回路を設計することにより、ダブルファンモータを構成した（つまり、個々のファンモータの回転方向は、互いに逆であっても二つのファンモータの正面同士もしくは背面同士が向き合うように配置されるため、何れのファンモータから排気される風の流れも同じ方向となる）。また、ヒートシンクは、アルミニウムからなり、厚さ７ｍｍのベース上に厚さ１．２〜１．５ｍｍ、面積約２７００ｍｍ２のフィンが一体化されたものである。
【００１０】
そして、ダブルファンモータにおける吸気側及び排気側のインペラの回転数をともに２０００ｒｐｍとし（以下、この実施例でパターンＡとする。）、排気口側で風量と静圧を測定した。次に、吸気側のインペラの回転数を２５００ｒｐｍ、排気側のインペラの回転数を１５００ｒｐｍとし（以下、この実施例でパターンＢとする。）、同様に風量と静圧を測定した。尚、測定時間中の騒音値はいずれも約３０ｄＢＡであった。比較のために、上記ダブルファンモータに代えてハウジングの縦横の外形寸法が縦７０ｍｍ×横７０ｍｍ×高さ３０ｍｍで、インペラの羽根枚数が１１枚の１個のファンモータ（以下、シングルファンモータという。）を用い、騒音値が３０ｄＢＡとなる回転数で回転させた（以下、この実施例の比較品とする。）以外はパターンＡ又はパターンＢと同一条件で測定した。尚、パターンＡ及びＢにおけるダブルファンモータの高さ寸法がシングルファンモータのそれの２倍であるため、比較品は、パターンＡ及びＢにおけるインペラのほぼ２倍の高さのインペラを有する。これら３つについて測定して得られた風量と静圧の関係を図２に示す。
【００１１】
図２に見られるように、本発明に属するパターンＢは、全ての範囲でパターンＡよりも優れた特性を示している。また、パターンＢは風量が約０．２５ｍ３／ｍｉｎ以下の範囲で最も静圧が高かった。そして、騒音値が３０ｄＢＡ程度の環境下で風量が０．２５ｍ３／ｍｉｎを超えることはないから、パターンＢは優れた特性を示していると認められる。
【００１２】
−実施例２−
実施例１と同じダブルファンモータを用いて、吸気側のインペラの回転数を２０００ｒｐｍ、排気側のインペラの回転数を２０００ｒｐｍとし（以下、この実施例でパターンＡとする。）、実施例１と同様に風量と静圧を測定した。次に、吸気側のインペラの回転数を３０００ｒｐｍ、排気側のインペラの回転数を１５００ｒｐｍとし（以下、この実施例でパターンＢとする。）、同様に風量と静圧を測定した。尚、測定時間中の騒音値はいずれも約３５ｄＢＡであった。比較のために、上記シングルファンモータを用い、騒音値が３５ｄＢＡとなる回転数で回転させた（以下、この実施例の比較品とする。）以外はパターンＡ又はパターンＢと同一条件で測定した。測定して得られた風量と静圧の関係を図３に示す。図３において、パターンＢが、パターンＡより全ての範囲で特性が優れており、また比較品よりも風量が約０．３０ｍ３／ｍｉｎ以下の範囲で静圧が高くなっていることから、ダブルファンモータでは吸気側の回転数が大きいほど、あるいは排気側の回転数が小さいほど優れた特性を示すことが判った。
【００１３】
−実施例３−
実施例１と同じダブルファンモータを用いて、吸気側のインペラの回転数／排気側のインペラの回転数を２０００ｒｐｍ／３０００ｒｐｍ（以下、この実施例でパターンＡとする。）、３０００ｒｐｍ／２５００ｒｐｍ（以下、この実施例でパターンＢとする。）、３５００ｒｐｍ／２０００ｒｐｍ（以下、この実施例でパターンＣとする。）または４０００ｒｐｍ／１５００ｒｐｍ（以下、この実施例でパターンＤとする。）とし、実施例１と同様に風量と静圧を測定した。尚、測定時間中の騒音値はいずれも約４０ｄＢＡであった。比較のために、上記シングルファンモータを用い、騒音値が４０ｄＢＡとなる回転数で回転させた（以下、この実施例の比較品とする。）以外はパターンＡ〜Ｄと同一条件で測定した。測定して得られた風量と静圧の関係を図４に示す。
図４に見られるように、本発明に属するパターンＤは風量が約０．６ｍ３／ｍｉｎ以下の範囲で静圧が高かった。同様にパターンＢ及びＣは、風量が約０．３５ｍ３／ｍｉｎ以下の範囲で静圧が高かった。反対に、本発明に属さないパターンＡは比較品よりも特性は良くなかった。これにより、吸気側の回転数が排気側のそれよりも大きく、且つその差も大きいほど、特性が改善されることがわかった。
【００１４】
−実施例４−
実施例４では、実施例１〜３のダブルファンモータをヒートシンクに搭載した冷却装置について説明する。
実施例１と同じダブルファンモータ、ヒートシンク及び被冷却体としてのテスト用ＣＰＵを準備した。そして、ＣＰＵの上にベースがＣＰＵと接するようにヒートシンクを固定し、その上に上記ダブルファンモータを排気側が下向きになるように固定した（つまり、図６のシングルファンモータを実施例１〜３のダブルファンモータに置き換えて配置し、ダブルファンモータから排気される風がヒートシンクに流れる。）。但し、フィンの上端とダブルファンモータの下端との間には通常の使用時と同程度の間隙を設けた。そして、ＣＰＵに所定の電力をかけて発熱させた状態で排気側のインペラの回転数を１５００ｒｐｍの一定に保ち、吸気側のインペラの回転数を２５００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ又は４０００ｒｐｍのいずれかとし、ヒートシンクに向けて送風した。
【００１５】
騒音値は、吸気側のインペラの回転数に応じて増加し、順に３０．０２ｄＢＡ、３４．２７ｄＢＡ及び４０．６７ｄＢＡであった。そして、吸気側の回転数毎にＣＰＵ自体の温度とダブルファンモータの上端面すなわち吸気側インペラの吸気口付近の風の温度とを測定し、それらの温度差を供給電力にて除すことにより熱抵抗値を求めた。騒音値と熱抵抗値との関係を図５に実線グラフで示す。なお、熱抵抗値が大きいということは、それだけ温度差があることを示し、例えば、吸気前の風は低温であるが、ＣＰＵの温度が大きいと、これはそれだけＣＰＵが放熱されていないことを意味する。
比較のために、上記ダブルファンモータに代えてシングルファンモータを用いて様々な回転数でヒートシンクに向けて送風した。上記と同様にして騒音値と熱抵抗値との関係を求め図５に破線グラフで併記する。
図５に見られるように、騒音値が３６ｄＢＡ以下の範囲でシングルファンモータよりもダブルファンモータのほうが低い熱抵抗値を示した。従って、騒音値が３６ｄＢＡ以下の環境下ではダブルファンモータが優れた冷却性能を発揮することが明らかである。
【００１６】
これは、従来のようなシングルファンモータでは、図７で示すＡ部及びＣ部における送風量がＢ部及びＤ部に比べて少なかったが、上記ダブルファンモータでは、そのＡ部及びＣ部にＢ部及びＤ部と同等に送風されたことから特性が向上している。つまり、シングルファンモータでは、軸流インペラから排気された風がスパイラル状に流れるため、この排気流を任意の位置でその軸方向に垂直な平面で切断したときに現れる風量の分布は、強弱の偏りが出てしまう。ところが、本発明に属するダブルファンモータでは、吸気側及び排気側のそれぞれのインペラから排気される風は、一方のインペラでは十分に行き渡らなかった領域には他方のインペラの風が流れるように互いに協同して、従来の風が弱かった領域にも十分に風が流れる。こうしてダブルファンモータでは、排気流の分布が従来の風の強弱の偏りが排除され、ほぼ均等に分布する。
【００１７】
−実施例５−
実施例５では、実施例１〜３と同じ２個のファンモータからなるが、図１（ｃ）に示すようにともに同じ軸方向に直列に配置し、しかも同じ回転方向になるように駆動回路が設計されることによりダブルファンモータを構成した。そして、吸気側及び排気側のインペラの回転数は、上記実施例１〜３と同様で吸気側が排気側よりも大きくなるように設定した。このようなダブルファンモータにおいても、上記実施例１〜３とほぼ同様の特性を示した。
また、実施例４と同様にこのダブルファンモータにヒートシンクに搭載した冷却装置においても、風量の分布に強弱の偏りがなくなり、特性改善につながる。以上、本発明に係る実施例について説明したが、本発明の範囲はこれらに限定するものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記ヒートシンクは、個々のフィンが板状であるが針状のものでもよい。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、ファンモータの高さを変えることなく優れた冷却性能を発揮することができるので、小型機器の冷却に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は１つのファンモータの回転方向と送風方向との関係を示す概念図、（ｂ）は本発明に係る実施例１として２つのファンモータを互いに逆向きに組み合わせてなるダブルファンモータを示す概念図、（ｃ）は本発明に係る実施例５として２つのファンモータを同方向に組み合わせてなるダブルファンモータを示す概念図である。
【図２】実施例１のダブルファンモータにおける風量と静圧との関係を示すグラフである。
【図３】実施例２のダブルファンモータにおける風量と静圧との関係を示すグラフである。
【図４】実施例３のダブルファンモータにおける風量と静圧との関係を示すグラフである。
【図５】実施例４のダブルファンモータの騒音値と熱抵抗値との関係を示すグラフである。
【図６】従来の冷却装置を示す縦断面図である。
【図７】従来の冷却装置におけるファンモータからヒートシンクに向かう風の挙動を示す模式図である。
【符号の説明】
１２１  フィン
１２２  ベース
Ｈ  ヒートシンク
Ｆ  軸流ファン
Ｒ  回転軸
Ｔ  インペラ
Ｍ  駆動用マグネット
１８ａ  軸受けホルダー
１８ｂ  リブ
１８ｃ  枠
１８ｄ  脚
１８  ハウジング
Ｋ  軸受け
Ｓ  ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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