(57)【要約】【課題】ファン部の左右で異なる空気の流れる方向に合わせてフィン部の形状を変更することにより、空気をフィン部に沿って流すことができ、排気口から効果的に排気を行うことができ信頼性、実用性、生産性に優れ、風路の半径を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加するように形成することにより、送風下流部における風路抵抗を減少させることができ、大きな風量の冷却風を送風することができ、スムーズな排気を行うことができる放熱効率に優れた冷却ファンの提供を目的とする。【解決手段】一側面に形成された排気口３を有するケーシング部２と、排気口３と連通して略優弧状に形成された風路と、風路内に配設されたファン部５と、カバー部９と、カバー部９に穿設された吸気口９ａと、少なくとも排気口３側の端部の間隔が送風上流側から送風下流側に向かって徐々に増加するように並設された複数のフィン部８と、を備えている。【選択図】図１
2005337118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部と、前記基板部の外周を囲繞し前記基板部表面に立設された周壁部と、前記周壁部の一側面に形成された排気口と、を有するケーシング部と、前記ケーシング部の内部で前記排気口と連通して略優弧状に形成された風路と、前記風路内に配設されたモータ部と、前記モータ部の外周に放射状に配設された複数の羽根と、を有するファン部と、前記ケーシング部の内側前面部の前記基板部表面に立設され前記ファン部と前記排気口の間に並設された複数の板状のフィン部と、前記ケーシング部の前記周壁部の上面に覆設されたカバー部と、前記ファン部に対向し前記カバー部に貫通して穿設された吸気口と、を有し、前記並設された複数のフィン部の少なくとも前記排気口側の端部の間隔が、送風上流側から送風下流側に向かって徐々に増加するように形成されていることを特徴とする冷却ファン。
【請求項２】
前記並設された送風上流側の第１番目から送風下流側の第ｎ番目までの複数のフィン部について、第ｉ番目のフィン部の前記排気口側の端部と前記排気口の開口端面とのなす角度をθiとしたときに、
θi+1＝θ1−ｉ×ｋ
（ただし、ｉは１以上（ｎ−１）以下の整数、ｎは２以上の整数、ｋは角度定数とする）
であり、角度定数ｋの範囲が１°〜６°であることを特徴とする請求項１に記載の冷却ファン。
【請求項３】
前記ファン部の外周と前記風路の内周壁面までの距離が、送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却ファン。
【請求項４】
前記風路の送風上流側の下端部である空気流入開始点から送風下流側の前記ファン部の中心を通る水平軸までの前記風路の内壁面半径をＲ0、前記ファン部の回転中心を基準として送風下流側へ４５°回転毎の前記風路の内壁面半径をＲj、４５°回転毎の半径増加量をΔＲとしたときに
Ｒj＝Ｒ0＋ｊ×ΔＲ
（ただし、ｊは１から４までの整数とする）
であることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の冷却ファン。
【請求項５】
前記風路の内壁面の最小半径の中心と前記ファン部の回転中心が一致するように前記ファン部が配設されていることを特徴とする請求項４に記載の冷却ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーソナルコンピュータ等の電子機器の筐体内のマイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵと略す）などの発熱素子を冷却する冷却ファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータや情報端末などＭＰＵ及び周辺ＩＣを応用した商品は、ユーザーにより使いやすい環境を提供するために、その情報処理速度や演算処理速度が年々、高速化し、それに伴いＭＰＵや周辺ＩＣもより高速なクロックで動作する大規模かつ高速なものになってきている。そして、このＭＰＵの高速化に比例してその発熱量も増大している。
【０００３】
現在では、ＭＰＵの動作を安定させるために、ＭＰＵが動作することによって発生する熱をヒートシンク、ヒートシンク付きファン、ヒートパイプといった放熱部品を組み合わせて放熱冷却するのが一般的であり、これらの放熱部品に関してさまざまな発明がなされている。
【０００４】
実用の冷却ファンは、ＭＰＵと熱的に接合されたヒートシンク部と、このヒートシンク部に風を送って冷却するファンモータから構成されている。このヒートシンク部には熱伝導性のよい材料が使われており、一般的にアルミニウムやアルミニウム合金あるいは銅などの材料が好適に用いられている。熱伝導性の良いこれらの材料で作られたヒートシンク部によってＭＰＵによる発熱を拡散し、ファンモータで送風した冷却空気で放熱して、ＭＰＵの発熱を強制的に空冷するようなシステムとなっている。
【０００５】
しかしながら、ノートブックパソコンや携帯端末などは年々省スペース化が進んでいるため、限られた狭い空間の中に部品を配置しなければならず、放熱ユニットのコンパクト化のために、ＭＰＵの発熱をより効果的に放熱できる放熱効率に優れたフィン形状が求められている。
【０００６】
例えば、特許文献１には「フィンの断面形状を送風通路内を流通する空気の流れの方向に沿って延びる翼形状とした発熱素子の冷却装置」が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には「ＭＰＵ冷却用のファンモータ一体型のヒートシンク装置の空気を一方向に吹き出すようにし、筐体より排気させることにより、ＭＰＵ冷却と筐体の排気用ファンモータを兼ねるようにしたヒートシンク装置」が開示されている。
【０００８】
特許文献３には「インペラーの外周とファン収納凹部の内周面間のギャップが送風下流部に向かって次第に大きくなるようにし、ケーシングカバーの空気吸い込み口の内周とインペラーボス部の外周間のギャップが送風下流部に向かって次第に小さくなるようにし、ファンケーシングの吹き出し口と送風上流部間に還流防止リブを形成したファン一体型冷却装置」が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３３２１７７号公報
【特許文献２】特開平８−３２１５７１号公報
【特許文献３】特開２０００−１０４６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
【００１０】
従来のこの種の冷却ファンは、フィンの断面形状を空気の流れの方向に沿って延びる翼形状とすることにより、フィンに向けて空気を送風するときの空気抵抗を小さくし、風量の低下を防いで放熱効率を高め、また乱流の発生を抑えて騒音の小さな静かな環境を保つようにしようとするものであるが、フィンが一直線状に平行配置されているために、ファンの左右で異なる空気の流れに対処することができず、排気口から効果的に排気を行うことができず、放熱の効率性、実用性に欠けるという課題を有していた。
【００１１】
従来のこの種の冷却ファンは、外壁部を渦巻型のケーシング構成として渦巻型の巻き始め部分からファンの回転方向に従い開口部に向かうに従って風路を大きくすると共に、風路上に位置により異なった円弧状のフィンを配列して効率的に風を導くようにしているが、排気口付近のフィンが排気口に対して垂直で平行配置されているため、ファンの左右で流れる方向が異なる空気をスムーズに排気することができず、放熱効率が低下するという課題を有していた。
【００１２】
また、排気口が狭いため十分な排熱ができず、年々速度の進化するＭＰＵの発熱に対応できないという課題を有していた。
【００１３】
従来のこの種の冷却ファンは、インペラーの外周とファン収納凹部の内周面間のギャップが送風下流部に向かって次第に大きくなるようにファン収納凹部に偏心させて配置することにより、十分な通風量を得られるようにし、また、ファン効率を高めたものであるが、フィンの形状、特に取付け角度に関して十分な検討がなされていないため、ファンの左右で異なる空気の流れをスムーズに排気口に案内することができず、通風量や放熱効率が低下するという課題を有していた。
【００１４】
また、排気口付近に配置されたフィンが小さいために十分な放熱効果が得られないという課題を有していた。
【００１５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ファン部の左右で異なる空気の流れる方向に合わせてフィン部の形状を変更することにより、空気をフィン部に沿って流すことができ、排気口から効果的に排気を行うことができ信頼性、実用性、生産性に優れ、風路の半径を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加するように形成することにより、送風下流部における風路抵抗を減少させることができ、大きな風量の冷却風を送風することができ、スムーズな排気を行うことができる放熱効率に優れた冷却ファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の冷却ファンは、基板部と、前記基板部の外周を囲繞し前記基板部表面に立設された周壁部と、前記周壁部の一側面に形成された排気口と、を有するケーシング部と、前記ケーシング部の内部で前記排気口と連通して略優弧状に形成された風路と、前記風路内に配設されたモータ部と、前記モータ部の外周に放射状に配設された複数の羽根と、を有するファン部と、前記ケーシング部の内側前面部の前記基板部表面に立設され前記ファン部と前記排気口の間に並設された複数の板状のフィン部と、前記ケーシング部の前記周壁部の上面に覆設されたカバー部と、前記ファン部に対向し前記カバー部に貫通して穿設された吸気口と、を有し、前記並設された複数のフィン部の少なくとも前記排気口側の端部の間隔が、送風上流側から送風下流側に向かって徐々に増加するように形成されている構成を有している。
【００１７】
これにより、ファン部によって送風されフィン部を通過する空気の流れがスムーズにな
り、放熱効果を高めることができ、かつ場所によって角度の異なる空気の流れを確実に排気口に向かって案内することができ、効果的な排気を行うことができる放熱効率に優れ、実用性、信頼性に優れた冷却ファンを提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明の冷却ファンによれば、以下のような有利な効果が得られる。
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、並設された複数のフィン部の少なくとも排気口側の端部の間隔が、送風上流側から送風下流側に向かって徐々に増加するように形成されていることにより、フィン部と排気口の開口端面とのなす角を送風上流側から送風下流側に向かって徐々に減少させることができ、ファン部の回転に伴って送風される角度が変化する空気をフィン部に沿ってスムーズに流すことができ、ＭＰＵ等の発熱素子からフィン部に伝熱した熱と効率的に熱交換することができ、排気口から排熱することができる放熱効率に優れた冷却ファンを提供することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、並設された送風上流側の第１番目から送風下流側の第ｎ番目までの複数のフィン部の排気口側の端部と排気口の開口端面とのなす角度が、送風上流側から送風下流側に向かって徐々に一定角度ずつ減少するように形成されているので、ファン部の回転に伴って送風される角度が変化する空気をフィン部に沿ってスムーズに流すことができ、ＭＰＵ等の発熱素子からフィン部に伝熱した熱と効率的に熱交換することができ、排気口から排熱することができる放熱効率に優れた冷却ファンを提供することができる。
【００２１】
並設された送風上流側の第１番目から送風下流側の第ｎ番目までの複数のフィン部の排気口側の端部と排気口の開口端面とのなす角度が定義されているので、ケーシング部やファン部、フィン部等の大きさが異なる場合でも、容易にフィン部の数や形状を設計することができる設計作業性、生産性に優れた冷却ファンを提供することができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、ファン部の外周と風路の内周壁面までの距離を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加させることにより、送風下流部における風路抵抗が少なく、大きな風量の冷却風を送風することができ、ＭＰＵ等の発熱素子からフィン部に伝熱した熱をファン部からの冷却空気と効率的に熱交換することができ、排気口から排熱することができる放熱効率に優れた冷却ファンを提供することができる。
【００２３】
ファン部の外周と風路の内周壁面までの距離を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加させることにより、風路の内部で圧力変動が発生することがなく、スムーズに冷却風を送風することができ、渦流や乱流の発生を防ぐことができ、騒音を低減させることができる低騒音性に優れた冷却ファンを提供することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１項の効果に加え、風路の送風上流側の下端部である空気流入開始点から送風下流側のファン部の中心を通る水平軸までの風路の内壁面半径Ｒ0に対し、ファン部の回転中心を基準として送風下流側へ４５°回転毎の風路の内壁面半径Ｒjが、４５°回転毎に半径増加量ΔＲで増加し、Ｒj＝Ｒ0＋ｊ×ΔＲ（ただし、ｊは１から４までの整数とする）の関係を有するので、一定角度毎に風路の内壁面半径Ｒjを増加させるだけで、送風上流側から送風下流側に向かって確実に風路の幅を増加させることができ加工性、生産性に優れ、送風下流部における風路抵抗を減少させることができ、フィン部に対して大きな風量の冷却風を送風することができ、ＭＰＵ等の発熱素子からフィン部に伝熱した熱と冷却風との間で効率的に熱交換するこ
とができる放熱効率に優れた冷却ファンを提供することができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加え、風路の内壁面の最小半径の中心とファン部の回転中心が一致するようにファン部が配設されているので、ファン部の羽根が風路の内壁面に干渉することがなく、ファン部の破損を防止することができ信頼性に優れ、送風上流側から送風下流側に向かって確実に風路の幅を増加させることができ、送風下流部における風路抵抗を減少させることができ、大きな風量の冷却風を送風することができる放熱効率に優れた冷却ファンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、冷却ファンにおいて、簡単な設計変更で部品点数を増やすことなく、風路及びフィン部における空気の流れをスムーズにすることができ、風路抵抗の増加を防止することができ、冷却風の風量を確保することができ、確実に放熱効率を改善できる信頼性、実用性、生産性に優れた冷却ファンを提供するという目的を、風路の形状及びフィン部の配置を最適化することにより実現した。
【００２７】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、基板部と、基板部の外周を囲繞し基板部表面に立設された周壁部と、周壁部の一側面に形成された排気口と、を有するケーシング部と、ケーシング部の内部で排気口と連通して略優弧状に形成された風路と、風路内に配設されたモータ部と、モータ部の外周に放射状に配設された複数の羽根と、を有するファン部と、ケーシング部の内側前面部の基板部表面に立設されファン部と排気口の間に並設された複数の板状のフィン部と、ケーシング部の周壁部の上面に覆設されたカバー部と、ファン部に対向しカバー部に貫通して穿設された吸気口と、を有し、並設された複数のフィン部の少なくとも排気口側の端部の間隔が、送風上流側から送風下流側に向かって徐々に増加するように形成されている構成を有している。
【００２８】
この構成により、以下の作用を有する。
【００２９】
並設された複数のフィン部の少なくとも排気口側の端部の間隔が、送風上流側から送風下流側に向かって徐々に増加するように形成されていることにより、フィン部と排気口の開口面とのなす角を送風上流側から送風下流側に向かって徐々に減少させることができ、ファン部の回転に伴って送風される角度が変化する空気をフィン部に沿ってスムーズに流すことができ、ＭＰＵ等の発熱素子からフィン部に伝熱した熱と効率的に熱交換することができ、排気口から排熱することができる。
【００３０】
ケーシング部の内部で基板部の表面に立設されファン部と排気口の間に並設された複数の板状のフィン部を有することにより、放熱面積を拡大することができ、受熱部から伝熱された熱を効率よく放熱させることができる。
【００３１】
カバー部にファン部に対向して略同心円状に配置された吸気口を有することにより、ファン部に空気を取り入れることができ、冷却風として送風することができる。
【００３２】
ここで、ケーシング部及びカバー部の材質としては、熱伝導性および放熱性のよいアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などが好適に用いられる。
【００３３】
ケーシング部は偏平な略長方形状に形成され、基板部の外周を囲繞する周壁部の一側面に排気口が形成される。また、ケーシング部の内部には排気口に連通するように略優弧状の風路が形成され、風路内にファン部が配設される。
【００３４】
ファン部は風路内の略中央に配設されたモータ部とモータ部の外周に放射状に配設され
た複数の羽根とを有するが、ファン部の回転方向によって羽根の取付け方向が異なる。ファン部の回転方向が上面の吸気口側から見て半時計回り（左回り）の場合、羽根はモータ部の外周の接線方向右側に配設され、ファン部の回転方向が上面の吸気口側から見て時計回り（右回り）の場合、羽根はモータ部の外周の接線方向左側に配設される。
【００３５】
また、ファン部の回転方向が上面の吸気口側から見て半時計回り（左回り）の場合、風路の右下にある空気流入開始点が送風上流側となり、そこから半時計回りに回転して左端のフィン部が送風上流側、右側のフィン部が送風下流側となる。ファン部の回転方向が上面の吸気口側から見て時計回り（右回り）の場合、風路の左下にある空気流入開始点が送風上流側となり、そこから時計回りに回転して右端のフィン部が送風上流側、左側のフィン部が送風下流側となる。
【００３６】
ファン部の外形及び厚さはケーシング部の内部で風路内に収まるように偏平な略円形に形成されている。ファン部の材質としては、冷却ファン全体の軽量化を図るために軽量な合成樹脂が好適に用いられる。
【００３７】
尚、ケーシング部にはコンピュータ機器や情報機器等への取付けのためにネジ孔が穿設される。
【００３８】
また、ケーシング部の基板部裏面でフィン部に対向する位置には、ＭＰＵ等の発熱素子と密着し、発熱素子が発する熱を効率よく吸熱できるように平坦で発熱素子の外形よりも広い面積をもつ受熱部が形成されている。
【００３９】
ケーシング部の内部で基板部表面に立設されファン部と排気口の間に並設された複数の板状のフィン部を有することにより、放熱面積を拡大することができ、受熱部から伝熱された熱を効率よく放熱させることができる。
【００４０】
隣接するフィン部の排気口側の端部の間隔は２ｍｍ〜４ｍｍが好ましい。フィン部の間隔が２ｍｍより狭くなるにつれ、製造が困難になると共に排気口が詰まり易くなる傾向があり、フィン部の間隔が４ｍｍより広くなるにつれ、フィン部の要素数が減少し表面積が不足して放熱効果が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
【００４１】
カバー部に形成される吸気口は、ファン部に空気を取り入れるためにファン部に対向して略同心円状に配置される。
【００４２】
上記課題を解決するためになされた第２の発明は、第１の発明に記載の冷却ファンであって、並設された送風上流側の第１番目から送風下流側の第ｎ番目までの複数のフィン部について、第ｉ番目のフィン部の排気口側の端部と排気口の開口端面とのなす角度をθiとしたときに、θi+1＝θ1−ｉ×ｋ（ただし、ｉは１以上（ｎ−１）以下の整数、ｎは２以上の整数、ｋは角度定数とする）であり、角度定数ｋの範囲が１°〜６°である構成を有している。
【００４３】
この構成により、第１の発明の作用に加え、以下の作用を有する。
【００４４】
並設された送風上流側の第１番目から送風下流側の第ｎ番目までの複数のフィン部の排気口側の端部と排気口の開口端面とのなす角度が、送風上流側から送風下流側に向かって徐々に一定角度ずつ減少するように形成されているので、ファン部の回転に伴って送風される角度が変化する空気をフィン部に沿ってスムーズに流すことができ、ＭＰＵ等の発熱素子からフィン部に伝熱した熱と効率的に熱交換することができ、排気口から排熱することができる。
【００４５】
並設された送風上流側の第１番目から送風下流側の第ｎ番目までの複数のフィン部の排気口側の端部と排気口の開口端面とのなす角度が定義されているので、ケーシング部やファン部、フィン部等の大きさが異なる場合でも、容易にフィン部の数や形状を設計することができる。
【００４６】
ここで、ファン部の回転方向が上面の吸気口側から見て半時計回り（左回り）の場合、送風上流側の第１番目のフィン部は左端となり、ファン部の回転方向が上面の吸気口側から見て時計回り（右回り）の場合、送風上流側の第１番目のフィン部は右端となる。
【００４７】
第１番目のフィン部の排気口側の端部と排気口の開口端面とのなす角度θ1は略直角に形成される。
【００４８】
角度定数ｋは１°〜６°が好ましく、より好ましくは３°〜４°が望ましい。角度定数ｋが３°より小さくなるか、４°より大きくなるにつれ、いずれも排気口から排気される風量が減少する傾向があり、角度定数ｋが１°より小さくなるか、６°より大きくなるにつれ、その傾向が顕著になっていずれも好ましくない。
【００４９】
また、フィン部の要素の数ｎはケーシング部の排気口の幅と角度定数ｋとの関係で決まる。尚、角度定数ｋの値によらず、隣接するフィン部の排気口側の端部の間隔は前述の通り、２ｍｍ〜４ｍｍに形成することが好ましい。
【００５０】
上記課題を解決するためになされた第３の発明は、第１又は第２の発明に記載の冷却ファンであって、ファン部の外周と風路の内周壁面までの距離が、送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加する構成を有している。
【００５１】
ファン部の外周と風路の内周壁面までの距離を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加させることにより、送風下流部における風路抵抗が少なく、大きな風量の冷却風を送風することができ、ＭＰＵ等の発熱素子からフィン部に伝熱した熱をファン部からの冷却空気と効率的に熱交換することができ、排気口から排熱することができる。
【００５２】
ファン部の外周と風路の内周壁面までの距離を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加させることにより、風路の内部で圧力変動が発生することがなく、スムーズに冷却風を送風することができ、渦流や乱流の発生を防ぐことができ、騒音を低減させることができる。
【００５３】
ここで、ファン部の外周と風路の内周壁面までの距離を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加させるためには、風路の内壁面の半径をファン部の送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加させるように形成してもよいし、一定の半径で形成された風路に対してファン部の回転中心が送風上流下端側へずれるようにファン部の取付け位置をずらして配設してもよい。風路の内壁面の半径を変化させる代りに、ファン部の取付け位置をずらす場合、風路の形成が容易で組立て時にファン部の取付け位置を調整するだけでよく、生産性に優れる。
【００５４】
風路の送風上流側の端部にある空気流入開始点での内壁面とファン部の外径との最小ギャップは１ｍｍ〜３ｍｍに形成される。最小ギャップが１ｍｍより小さくなるにつれ、ファン部の組上げ精度や熱変形等の影響によりファン部とケーシング部が接触し易くなり、生産性、信頼性に欠ける傾向があり、最小ギャップが３ｍｍより大きくなるにつれ、ファン部の寸法が小さくなって風量、静圧が低下し易くなり、放熱効率が低下する傾向があり
、いずれも好ましくない。
【００５５】
上記課題を解決するためになされた第４の発明は、第１乃至第３の発明の内いずれか１項の発明に記載の冷却ファンであって、風路の送風上流側の下端部である空気流入開始点から送風下流側のファン部の中心を通る水平軸までの風路の内壁面半径をＲ0、ファン部の回転中心を基準として送風下流側へ４５°回転毎の風路の内壁面半径をＲj、４５°回転毎の半径増加量をΔＲとしたときにＲj＝Ｒ0＋ｊ×ΔＲ（ただし、ｊは１から４までの整数とする）である構成を有している。
【００５６】
風路の送風上流側の下端部である空気流入開始点から送風下流側のファン部の中心を通る水平軸までの風路の内壁面半径Ｒ0に対し、ファン部の回転中心を基準として送風下流側へ４５°回転毎の風路の内壁面半径Ｒjが、４５°回転毎に半径増加量ΔＲで増加し、Ｒj＝Ｒ0＋ｊ×ΔＲ（ただし、ｊは１から４までの整数とする）の関係を有するので、一定角度毎に風路の内壁面半径Ｒjを増加させるだけで、送風上流側から送風下流側に向かって確実に風路の幅を増加させることができ加工性、生産性に優れ、送風下流部における風路抵抗を減少させることができ、フィン部に対して大きな風量の冷却風を送風することができ、ＭＰＵ等の発熱素子からフィン部に伝熱した熱と冷却風との間で効率的に熱交換することができる。
【００５７】
ここで、風路の送風上流側の下端部である空気流入開始点から送風下流側のファン部の中心を通る水平軸までの風路の内壁面半径Ｒ0が風路の最小半径であり、ファン部の外半径に前述のファン部と風路の内壁面との最小ギャップを加えたものに等しく形成されている。
【００５８】
ファン部の回転中心を基準として４５°回転毎に風路の内壁面半径ＲjをΔＲずつ増加させることにより、風路の分割数を極端に増やすことなく送風上流側から送風下流側に向かって確実に風路の幅を増加させることができ、放熱効果の改善に十分な効果を有する風路の加工性、生産性を向上させることができる。
【００５９】
半径増加量ΔＲは１ｍｍ〜４ｍｍが好ましい。半径増加量ΔＲが１ｍｍより小さくなるにつれ、風路内の静圧が高くなり、吐出する風量が不足して冷却効率が低下し易くなる傾向があり、半径増加量ΔＲが４ｍｍより大きくなるにつれ、風路が大きくなり過ぎて限られたスペースにケーシング部を収容できなくなると共に、風路とファン部の羽根によって生成される圧力が有効に作用せず、ファン部の圧力ロスが増大し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
【００６０】
上記課題を解決するためになされた第５の発明は、第４の発明に記載の冷却ファンであって、風路の内壁面の最小半径の中心とファン部の回転中心が一致するようにファン部が配設されている構成を有している。
【００６１】
風路の内壁面の最小半径の中心とファン部の回転中心が一致するようにファン部が配設されているので、ファン部の羽根が風路の内壁面に干渉することがなく、ファン部の破損を防止することができると共に、送風上流側から送風下流側に向かって確実に風路の幅を増加させることができ、送風下流部における風路抵抗を減少させることができ、大きな風量の冷却風を送風することができる。
【００６２】
ここで、ファン部の中心を通る水平軸上で見ると、風路の送風上流側の内壁面半径Ｒ0が風路の最小半径、風路の送風下流側の内壁面半径Ｒ4が風路の最大半径であり、ケーシング部の幅方向の中心位置に対し、ファン部の中心位置が風路の送風上流側にオフセットされて配置されている。
【００６３】
ファン部の外半径が風路の内壁面の最小半径よりも小さく、風路の内壁面の最小半径の中心とファン部の回転中心が一致するようにファン部が配設されているので、ファン部の羽根を風路の内壁面に干渉させることなく、風路内に配設することができる。
【００６４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、各図に基づいて説明する。
【００６５】
図１は本発明の実施の形態１における冷却ファンを示す全体斜視図であり、図２は本発明の実施の形態１における冷却ファンを示す分解斜視図であり、図３は本発明の実施の形態１における冷却ファンを示す背面側斜視図ある。
【００６６】
図１中、１は本発明の実施の形態１における冷却ファン、２は熱伝導性および放熱性のよいアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属で偏平な略長方形状に形成された冷却ファン１のケーシング部、２ａは平板状に形成されたケーシング部２の基板部、２ｂは基板部２ａの外周を囲繞し基板部２ａの表面に立設して形成されたケーシング部２の周壁部、３は周壁部２ｂの一側面に形成されたケーシング部２の長方形状の排気口、４はケーシング部２の内部で排気口３と連通して略優弧状に形成された風路、４ａは風路４の右下で送風上流側にある空気流入開始点、５は風路４内に配設されたモータ部６とモータ部６の外周に放射状に配設された複数の羽根７とを有するファン部、８はケーシング部２の内部で基板部２ａ表面に立設されファン部５と排気口３の間に並設された複数の板状のフィン部、９はケーシング部２の周壁部２ｂの上面に覆設されケーシング部２と同様の材質で形成されたカバー部、９ａはファン部５に対向しカバー部９に貫通して穿設された略円形の吸気口、１０は基板部２ａの裏面でフィン部８に対向する位置に平坦に形成された受熱部２ｃと密着して配設されたＭＰＵ等の発熱素子である。
【００６７】
ケーシング部２の基板部２ａの裏面に形成された受熱部２ｃが、平坦で発熱素子１０の外形よりも広い面積をもつことにより、発熱素子１０が発する熱を効率よく吸熱することができる。
【００６８】
また、ケーシング部２の内部で基板部２ａの表面に立設されファン部５と排気口３の間に並設された複数の板状のフィン部８を有することにより、ケーシング部２の放熱面積を拡大することができ、受熱部２ｃから伝熱された熱を効率よく放熱させることができる。
【００６９】
尚、本実施の形態ではファン部５の回転方向は上面の吸気口９ａ側から見て半時計回り（左回り）であり、羽根７はモータ部６の外周の接線方向右側に配設されている。
【００７０】
また、風路４の右下にある送風上流側の空気流入開始点４ａから半時計回りに回転して左端のフィン部８が送風上流側、右側のフィン部８が送風下流側となる。
【００７１】
ファン部５は複数枚の羽根７を有し、ファン部５の中心にある回転軸（図示せず）を中心として回転することによって風を発生させる。
【００７２】
カバー部９に形成された吸気口９ａは、ファン部５に空気を取り入れるためにファン部５に対向して略同心円状に配置した。
【００７３】
次に、フィン部の詳細について説明する。
【００７４】
図４は本発明の実施の形態１における冷却ファンのフィン部を示す要部平面図である。
【００７５】
図４中、３ａはケーシング部２の排気口３の開口端面であり、θ1乃至θnは並設された送風上流側（左側）の第１番目から送風下流側（右側）の第ｎ番目までの複数のフィン部８の排気口３側の端部と排気口３の開口端面３ａとのなす角度である。
【００７６】
ここで、第ｉ番目のフィン部８の排気口３側の端部と排気口３の開口端面３ａとのなす角度をθiとしたときに、
θi+1＝θ1−ｉ×ｋ・・・（数１）
（ただし、ｉは１以上（ｎ−１）以下の整数、ｎは２以上の整数、ｋは角度定数とする）とした。
【００７７】
（数１）の関係に従ってフィン部８を形成することにより、並設された複数のフィン部８の排気口３側の端部の間隔を送風上流側（左側）から送風下流側（右側）に向かって徐々に増加させている。
【００７８】
角度定数ｋの範囲は１°〜６°とした。角度定数ｋが１°より小さくなるか、６°より大きくなるにつれ、いずれも排気口から排気される風量が極端に減少し好ましくないことがわかった。
【００７９】
また、隣接するフィン部８の排気口３側の端部の間隔は２ｍｍ〜４ｍｍに形成した。フィン部８の間隔が２ｍｍより狭くなるにつれ、製造が困難になると共に排気口３が詰まり易くなる傾向があり、フィン部８の間隔が４ｍｍより広くなるにつれ、フィン部８の要素数が減少し表面積が不足して放熱効果が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくないことがわかった。
【００８０】
尚、第１番目のフィン部８の排気口３側の端部と排気口３の開口端面３ａとのなす角度θ1は略直角に形成し、フィン部８のファン部５側の端部の間隔は場所によらず一定に形成した。
【００８１】
次に、風路の詳細について説明する。
【００８２】
図５は本発明の実施の形態１における冷却ファンの風路を示す要部平面図である。
【００８３】
図５中、φＡはファン部５の外径、Ｇは風路４の送風上流側の端部にある空気流入開始点４ａでの周壁部２ｂの内壁面とファン部５の外径との最小ギャップ、Ｒ0は風路４の送風上流側の下端部である空気流入開始点４ａから送風下流側に４５°回転したファン部５の中心を通る水平軸までの風路４の内壁面半径、Ｒ1乃至Ｒ4はファン部５の回転中心を基準として送風下流側へ４５°回転毎の風路４の内壁面半径である。
【００８４】
ここで、４５°回転毎の半径増加量をΔＲとしたときに、
Ｒj＝Ｒ0＋ｊ×ΔＲ・・・（数２）
（ただし、ｊは１から４までの整数とする）
とした。
【００８５】
（数２）の関係に従って風路４を形成することにより、ファン部５の外周と風路４の内周壁面までの距離を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加させている。
【００８６】
これにより、風路４中のファン部５の外周と風路４の内周壁面までの距離が、送風上流側の端部にある空気流入開始点４ａから送風下流側の排気口３にかけて途中で狭くなることや、急激に広くなることを防止できるので、風路４の内部に圧力変動が発生するのを防
ぎ、渦流や乱流の発生を防止してスムーズに冷却風（空気）を流すことができ、騒音を低減することができる。
【００８７】
ファン部５の中心を通る水平軸上で見ると、風路４の送風上流側の内壁面半径Ｒ0が風路４の最小半径、風路４の送風下流側の内壁面半径Ｒ4が風路４の最大半径であり、ケーシング部２の幅方向の中心位置に対し、ファン部５の中心位置が風路４の右側にオフセットされて配置されている。
【００８８】
また、ファン部５の外半径が風路４の内壁面の最小半径Ｒ0よりも小さく、風路４の内壁面の最小半径Ｒ0の中心とファン部５の回転中心が一致するようにファン部５が配設されているので、ファン部５の羽根７を風路４の内壁面に干渉させることなく、風路４内に配設することができる。
【００８９】
風路４の送風上流側の端部にある空気流入開始点４ａでの内壁面とファン部５の外径との最小ギャップＧは１ｍｍ〜３ｍｍに形成した。最小ギャップＧが１ｍｍより小さくなるにつれ、ファン部５の組上げ精度や熱変形等の影響によりファン部５とケーシング部２の周壁部２ｂの内壁面が接触し易くなり、生産性、信頼性に欠ける傾向があり、最小ギャップＧが３ｍｍより大きくなるにつれ、ファン部５の寸法が小さくなって風量、静圧が低下し易くなり、放熱効率が低下する傾向があり、いずれも好ましくないことがわかった。
【００９０】
また、半径増加量ΔＲは１ｍｍ〜４ｍｍに形成した。半径増加量ΔＲが１ｍｍより小さくなるにつれ、風路４内の静圧が高くなり、吐出する風量が不足して冷却効率が低下し易くなる傾向があり、半径増加量ΔＲが４ｍｍより大きくなるにつれ、風路４が大きくなり過ぎて限られたスペースにケーシング部２を収容できなくなると共に、風路４とファン部５の羽根７によって生成される圧力が有効に作用せず、ファン部５の圧力ロスが増大し易くなる傾向があり、いずれも好ましくないことがわかった。
【００９１】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における冷却装置の動作について説明する。
【００９２】
ＭＰＵ等の発熱素子１０が演算等をする際に発生した熱は、ケーシング部２の裏面に形成された受熱部２ｃから基板部２ａの表面側に伝わり、さらに基板部２ａの表面に立設されファン部５と排気口３の間に並設された複数の板状のフィン部８に伝わる。
【００９３】
フィン部８とフィン部８に接する空気との間で熱交換が行われることにより、フィン部８に伝えられた熱が空気中に放熱される。フィン部８が複数の板状の要素を有することにより、表面積を拡大させ空気との接触面積を増加させて効率的に放熱を行っている。
【００９４】
ここで、ファン部５がケーシング部２の上面の吸気口９ａ側から見て半時計回り（左回り）に回転することにより吸気口９ａから空気が取り入れられ、ファン部５の回転に伴って発生する遠心力によりフィン部８の方向に強制的に冷却風として送風される。
【００９５】
並設された複数の板状のフィン部８同士の間を冷却風が通過することにより、空気中へ放熱された熱を排気口３から排熱させることができる。
【００９６】
ファン部５が回転することにより発生する圧力の大きさは、ファン部５とケーシング部２の周壁部２ｂの内壁との距離が大きくなるに従ってある程度までは変化せず蓄えられていくが、ケーシング部２の周壁部２ｂの内壁形状が円弧状から直線状に変わって風路４が閉空間的な円形から開放された左端付近からは、ファン部５の羽根７がフィン部８のファン部５側（フィン部８の上端側）を送風上流側（左側）から送風下流側（右側）に向かっ
て移動するにつれ、圧力の大きさが次第に小さくなり、それに伴って流速が大きくなる。
【００９７】
ファン部５から送風される冷却風は、送風上流側（左側）の第１番目のフィン部８のファン部５側（フィン部８の上端側）の位置にファン部５の羽根７がかかったとき、遠心力によってほぼ羽根７の表面と垂直方向に向かって流れる。従って、左端のフィン部８の排気口３側（フィン部８の下端側）の端部と排気口３の開口端面３ａとのなす角θ1を略直角としている。
【００９８】
ファン部５の羽根７がフィン部８のファン部５側（上端側）を送風上流側（左側）から送風下流側（右側）に向かって移動するにつれ、前述のように圧力が低くなるので、羽根７の表面と垂直な方向よりも圧力が高い送風上流側（左側）に引張られるようにしてフィン部８を通って排気口３から放出される。
【００９９】
従って、図４に示すようにフィン部８の排気口３側の端部と排気口３の開口端面３ａがなす角を送風上流側（左側）から送風下流側（右側）に向かって徐々に減少させることにより、フィン部８をファン部５によって発生する風の流れに沿った配置とすることができ、ファン部５によって送風されフィン部８を通過する冷却風の流れがスムーズになり、放熱効果を高めることができ、かつ場所によって角度の異なる冷却風の流れを確実に排気口３に向かって案内することができ、効果的な排気を行うことができる。
【０１００】
以上のように本発明の実施の形態１における冷却ファンは構成されているので、以下のような作用を有する。
【０１０１】
並設された送風上流側の第１番目から送風下流側の第ｎ番目までの複数のフィン部８の排気口３側の端部と排気口３の開口端面３ａとのなす角が、送風上流側から送風下流側に向かって徐々に一定角度ずつ減少するように形成されているので、ファン部５の回転に伴って送風される角度が変化する空気をフィン部８に沿ってスムーズに流すことができ、ＭＰＵ等の発熱素子１０からフィン部８に伝熱した熱と効率的に熱交換することができ、排気口から排熱することができる。
【０１０２】
並設された送風上流側の第１番目から送風下流側の第ｎ番目までの複数のフィン部８の排気口３側の端部と排気口３の開口端面３ａとのなす角が定義されているので、ケーシング部２やファン部５、フィン部８等の大きさが異なる場合でも、容易にフィン部８の数や形状を設計することができる。
【０１０３】
風路４の送風上流側の下端部である空気流入開始点４ａから送風下流側のファン部５の中心を通る水平軸までの風路４の内壁面半径Ｒ0に対し、ファン部５の回転中心を基準として送風下流側へ４５°回転毎の風路４の内壁面半径Ｒjが、４５°回転毎に半径増加量ΔＲで増加し、Ｒj＝Ｒ0＋ｊ×ΔＲ（ただし、ｊは１から４までの整数とする）の関係を有するので、一定角度毎に風路４の内壁面半径Ｒjを増加させるだけで、送風上流側から送風下流側に向かって確実に風路４の幅を増加させることができ加工性、生産性に優れ、送風下流部における風路抵抗を減少させることができ、フィン部８に対して大きな風量の冷却風を送風することができ、ＭＰＵ等の発熱素子１０からフィン部８に伝熱した熱と冷却風との間で効率的に熱交換することができる。
【０１０４】
ファン部５の外周と風路４の内周壁面までの距離を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加させることにより、風路４の内部で圧力変動が発生することがなく、スムーズに冷却風を送風することができ、渦流や乱流の発生を防ぐことができ、騒音を低減させることができる。
【０１０５】
ケーシング部２の基板部２ａの裏面でフィン部８に対向する位置に平坦で発熱素子１０の外形よりも広い面積をもつ受熱部２ｃが形成されていることにより、受熱部２ｃと発熱素子１０を密着させることができ、発熱素子１０が発する熱を効率よく吸熱できる。
【０１０６】
ケーシング部２の内部で基板部２ａの表面に立設されファン部５と排気口３の間に並設された複数の板状のフィン部８を有することにより、放熱面積を拡大することができ、受熱部２ｃから伝熱された熱を効率よく放熱させることができる。
【０１０７】
カバー部９にファン部５に対向して略同心円状に配置された吸気口９ａを有することにより、ファン部５に空気を取り入れることができ、冷却風として送風することができる。
【０１０８】
風路４の内壁面の最小半径Ｒ0の中心とファン部５の回転中心が一致するようにファン部５が配設されているので、ファン部５の羽根７が風路４の内壁面に干渉することがなく、ファン部５の破損を防止することができると共に、送風上流側から送風下流側に向かって確実に風路４の幅を増加させることができ、送風下流部における風路抵抗を減少させることができ、大きな風量の冷却風を送風することができる。
【０１０９】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【０１１０】
（実施例１）
実施の形態１で説明した冷却ファンの角度定数をｋ＝０°〜７°の範囲で変化させ、それぞれの角度定数における排気口３での風量を測定した。
【０１１１】
このとき、ケーシング部２の幅は６５ｍｍ、フィン部８の平均ピッチは３．５ｍｍ、フィン部８の要素数であるｎ＝１６とした。
【０１１２】
図６は角度定数と風量の関係を示した図である。
【０１１３】
図６より、角度定数ｋ＝０°よりも角度定数ｋ＝１°〜６°において風量が増加し、冷却効果を向上できることがわかった。
【０１１４】
また、角度定数ｋ＝３°〜４°において風量が最大となり、最も冷却効果を高めることができることがわかった。
【０１１５】
本実施例によれば、実用的な角度定数ｋの範囲は、角度定数ｋ＝１°〜６°の範囲であり、より好ましくは角度定数ｋ＝３°〜４°が望ましいことが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、ファン部の左右で異なる空気の流れる方向に合わせてフィン部の形状を変更することにより、空気をフィン部に沿って流すことができ、排気口から効果的に排気を行うことができ信頼性、実用性、生産性に優れ、風路の半径を送風上流側から送風下流側に回転方向に向かって徐々に増加するように形成することにより、送風下流側における風路抵抗を減少させることができ、大きな風量の冷却風を送風することができ、スムーズな排気を行うことができる放熱効率に優れた冷却ファンを提供することができ、パーソナルコンピュータ等の電子機器の筐体内のＭＰＵなどの発熱素子を冷却する冷却ファンとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の実施の形態１における冷却ファンを示す全体斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における冷却ファンを示す分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における冷却ファンを示す背面側斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における冷却ファンのフィン部を示す要部平面図
【図５】本発明の実施の形態１における冷却ファンの風路を示す要部平面図
【図６】角度定数と風量の関係を示した図
【符号の説明】
【０１１８】
１    冷却ファン
２    ケーシング部
２ａ    基板部
２ｂ    周壁部
２ｃ    受熱部
３    排気口
３ａ    開口端面
４    風路
４ａ    空気流入開始点
５    ファン部
６    モータ部
７    羽根
８    フィン部
９    カバー部
９ａ    吸気口
１０    発熱素子
【図１】
2005337118.tif 000003
【図２】
2005337118.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005337118.tif 000006
【図５】
2005337118.tif 000007
【図６】
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