(57)【要約】【課題】従来の送風装置は、静圧が高い状態において正圧側から背圧側に向かう流れが渦を生じ、この渦により損失や乱流騒音のより低騒音化。【解決手段】ファンの翼先端から間隔を空けた位置に環状壁をもつハウジングと、ファンの中心部に配置された回転駆動部とハウジングを結合するスポークを有し、スポーク側が吸引側になるように配置されたファンの吸引側にリングが配設されており、このリングがスポークに固定されている。これによって、外形寸法を大きくすることなく、二次流れによる損失や乱流騒音を低減することができる送風装置を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンの翼先端から間隔を空けた位置に環状壁を有するハウジングと、このファンの中心部に配置された回転駆動部と前記ハウジングとを結合するスポークを有し、このスポーク側が吸引側になるように配置される構成において、前記ファンの吸引側にリングが配設されており、このリングが前記スポークに固定されていることを特徴とする送風装置。
【請求項２】
ファンの翼先端から間隔を空けた位置に環状壁を有するハウジングと、このファンの中心部に配置された回転駆動部と前記ハウジングとを結合するスポークを有し、このスポーク側が吸引側になるように配置されたファンの吸入側にリングが配設されており、このリングが前記スポークに固定されていると共に、前記リングと前記環状壁との間に整流板が配設されることを特徴とする送風装置。
【請求項３】
ファンの吸引側に配設されたリングの直径ｄがファン外径Ｄｏ及びボス径Ｄｉに対して、（Ｄｉ＋Ｄｏ）／２≦ｄ≦Ｄｏの関係式を満たす構成を有すること特徴とする請求項１又は請求項２記載の送風装置。
【請求項４】
ファンの吸引側に配置されたリングとハウジングとが一体成形されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の送風装置。
【請求項５】
ハウジングの環状壁は吐出側で途切れた状態の構成であり、前記環状壁と前記ハウジング外周部との間には、吐出し側に開放されたエアポケット部が形成される構成を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の送風装置。
【請求項６】
請求項５記載の送風装置の製造するときの送風装置の製造方法において、ハウジングの成形方法が上コアと下コアのみの構成の金型で成形されることを特徴とする送風装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の送風装置を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送風装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機器の小型化、電子化により、電気回路の高密度実装が盛んに使用されるようになってきた。これに伴い電子機器の発熱密度も増加するため、機器冷却用に送風装置が使用されている。
【０００３】
従来の送風装置は、図７に示すように複数の翼１を持つファン２が回転可能に配置され、そのファンの先端から間隔を空けて環状壁３が形成されており、モータ部に通電した送風状態では、軸流ファンが軸を中心に回転方向４の方向に回転し、吸引側から吐出側に向かう空気流５が発生する。
【０００４】
しかしながら、上記の送風状態では、翼先端の背圧側において空気流の速度が速くなり、これが圧力エネルギーに変換される翼後縁側に、翼間二次流れの影響による低エネルギー領域が発生する。この部分は損失も大きく流れの剥離が生じやすく、空気流がブレード面より離脱してしまい、その離脱領域には渦が生じ、これにより乱流騒音を増加させ、騒音レベルの悪化を招く問題がある。
【０００５】
この問題に対しては、翼先端正圧側からの逆流と吸引流れを分離して渦を抑制するために、ファンの吸引側にリングを設けるという手法が知られている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平０２−００５７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような方法は吸引側に充分なリング設置領域が必要であり、高さや幅などの外形寸法が制限される小型電子機器冷却用に使用される一般的な送風装置においては、リング設置領域を設けることにより送風装置の寸法が大きくなることは望ましくない。また、ハウジングとリングを一体成形することができないため、別途リングをハウジングに取り付けるなどハウジングの製造方法が複雑になり、生産性の悪化や製造コストの増加などの問題が生じるため、電子機器冷却用のファンに適用されていない。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ファンの高さや幅などの外形寸法を大きくすることなく、また低コストで、騒音が低く風量性能の高い送風装置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】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明は、ファンの翼先端から間隔を設けた位置に環状壁をもつハウジングと、ファンの中心部に配置された回転駆動部とハウジングを結合するスポークを有し、スポーク側をファンの吸引側になるように配置したファンの吸引側にリングが配設されており、このリングがスポークに固定されているものである。
【０００９】
上記手段によって、ファンに圧力が負荷された状態において翼先端の正圧側から背圧側に流れる漏れ流れを吸引流れと分離することにより、二次流れなどの渦流れによる損失や乱流騒音を低減することができる。また、電子機器として、例えばパーソナルコンピュータなどに上述の送風装置を備えた場合には、電子機器としての静音化、冷却効率の向上を図ることができる。
【００１０】
以下に、上記の課題を解決するための本件出願に係る発明について説明する。
【００１１】
本発明は、ファンの翼先端から間隔を空けた位置に環状壁を有するハウジングと、このファンの中心部に配置された回転駆動部と前記ハウジングとを結合するスポークを有し、このスポーク側が吸引側になるように配置される構成において、前記ファンの吸引側にリングが配設されており、このリングが前記スポークに固定されていることを特徴とする送風装置である。
【００１２】
また、本発明は、ファンの翼先端から間隔を空けた位置に環状壁を有するハウジングと、このファンの中心部に配置された回転駆動部と前記ハウジングとを結合するスポークを有し、このスポーク側が吸引側になるように配置されたファンの吸入側にリングが配設されており、このリングが前記スポークに固定されていると共に、前記リングと前記環状壁との間に整流板が配設されることを特徴とする送風装置である。
【００１３】
また、本発明は、ファンの吸引側に配設されたリングの直径ｄがファン外径Ｄｏ及びボス径Ｄｉに対して、（Ｄｉ＋Ｄｏ）／２≦ｄ≦Ｄｏの関係式を満たす構成を有する。
【００１４】
また、本発明は、ファンの吸引側に配置されたリングとハウジングとが一体成形されていることを特徴とする送風装置である。
【００１５】
また、本発明は、ハウジングの環状壁は吐出側で途切れた状態の構成であり、前記環状壁と前記ハウジング外周部との間には、吐出し側に開放されたエアポケット部が形成される構成を有することを特徴とする送風装置である。
【００１６】
また、本発明は、上記発明の送風装置の製造するときの送風装置の製造方法において、ハウジングの成形方法が上コアと下コアのみの構成の金型で成形されることを特徴とする送風装置の製造方法である。
【００１７】
また、本発明は、上記の発明の送風装置を有する電子機器である。
【発明の効果】
【００１８】
本件出願にかかる発明のうち、請求項１から５記載の発明によれば、翼先端において生じる逆流を吸引流れと分離し、翼端渦を抑制することにより、翼端渦による損失を低減し、ファンに圧力が負荷された場合に生じる損失を抑えることができる。その結果、風量−静圧特性の向上をもたらすことができる。
【００１９】
また、漏れ流れによる乱流渦を抑制することにより乱流騒音を低減することが出きる。
【００２０】
また、スポーク側が吸入側となるため異物混入の防止することができる。
【００２１】
また、請求項５記載の発明によれば、ハウジングを成形する場合、上下金型のみで成形が可能であるため、生産コストを抑えることができる。
【００２２】
さらに、請求項７記載の発明によれば、電子機器の冷却効率の向上、静音化に効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の送風機の構造図である。複数の翼１を持つファン２とファン２の翼先端と間隔を空けて環状壁３を含むハウジング６と、このファン２を回転駆動するモータ部７とハウジング６を結合するスポーク８を有し、ファン２はスポーク側がファンの吸引側になるように配置されている。ファン２の吸引側にリング９が設けられており、このリング９はスポーク８に固定されている。
【００２５】
図７に示すように、従来の送風装置においては、ファン２がモータ部７により回転方向４の方向に回転駆動されることにより吸引側から吐出側に向かう空気流５が発生する。しかし、ファン２に圧力が加わった状態で使用されると、吸引側から吐出し側に向かう流れが圧力により押し戻され、翼先端や翼間において正圧側から背圧側に向かう漏流れが発生する。この流れの一部は翼端とハウジング環状壁との隙間から背圧面に逆流し、吸引流れと干渉しあって翼端渦１０を形成する。また、図２の翼を横切る円筒断面を平面に展開した図が示すように、ファン２に圧力がかかると流量が低下し、これにより迎え角が１１大きくなり翼背圧面で流れの剥離が生じる。この剥離流れが回転方向後ろにある次の翼との間に翼間渦１３や乱流を発生させたり、吸引側に逆流して次の翼の背面側に流れ込んだりして、失速を生じる。このような翼間の流れの乱れは流速の速いファン外周側で生じやすく、失速によって乱流騒音が増加し、騒音レベルならびに風量−静圧特性が悪化する。
【００２６】
このような問題に対して、吸引側にサクションリングを設けて流量―静圧特性を改善し、騒音を低減させるという方法が良く知られているが、これは、円筒状で軸方向に長いハウジングを有するファンに適用されるのが一般的である。ハウジングとサクションリングの間に逆流を閉じ込めることにより、逆流流れと吸引流れが干渉して吸引側で渦が発生することを防ぐものであり、したがって、サクションリングは逆流が吸引流れに影響を与えないように、軸方向にある程度の長さが必要となる。このような構造であるため、外形寸法に制限のある電子機器冷却用の小型ファンには適用されていない。
【００２７】
図１に示す本発明の実施の形態においては、ファン２の吸引側をスポーク側と同一方向にすることにより、従来の送風機と同じサイズにおいて吸引側にリング９を設けることを可能とした。
【００２８】
本来、このような電子機器冷却用の小型ファンにおいては図７に示すようにスポーク８をファン２の吐出し側に配置するのが一般的である。これは、吸引側にスポークなどの障害物があると吸引流れがスポークに衝突し、流入速度にばらつきや乱れを生じるためである。吸引流れが乱れると、本来流れるべき角度とは異なる迎え角で空気が流入するので、翼面上での流れの挙動が違う個所が部分的に生じて流れが複雑に乱れる。さらに、ファン２が回転することにより、翼１とスポーク８の位置が相対的に変化するので、吸引流れの乱れも翼面上をファン２の回転方向４と反対方向に回転移動する。すなわち、ある翼面から見ると、スポークを横切るときに流れが乱れるという、時間的に非定常な乱れの影響を受ける。これが乱流騒音の原因となるためである。
【００２９】
しかしながら、本発明の実施の形態１に示すようなリング９を吸引側に配置すると、全周に渡って一定に流入速度を減少させることができるので、スポーク８による流入流れの乱れも流入速度の低下に比例して減少する。したがって、吸引流れの乱れによって生じる騒音は低く抑えられる。それに加えて、流速の早い吐出し流れがスポークに衝突して生じる騒音がなくなるために、トータルとしての騒音は同等以下に抑えられる。
【００３０】
このような理由により、本発明においてはファンの吸引側にスポークを配置することを可能とした。
【００３１】
図１に示すように吸引側で生じる吸引流れ１４がリング９に衝突するため、吸引流れの半径方向成分が減少し、それにより、リング９と環状壁３の間での吸引流れ１４の速度が低下する。その結果、正圧面から背圧面に押し戻された漏流れがリング９と環状壁３の間を通過しやすくなり、再び正圧側に押し戻された流れが正圧側で渦を生じることが抑制される。
【００３２】
また、翼背圧面で剥離した流れが渦を生じ翼前縁にまで成長した場合、この翼間渦の形成がリングに妨げられるため、渦の解消効果をもたらす。
【００３３】
また、本発明によるリングは軸方向に短いので、従来技術に示したようにリングとハウジングの間で逆流の速度を低下させることにより流入速度への影響をなくす効果は少ない。しかし、軸方向に短いリングで逆流と吸引流れを分離するために、前縁付近に成長した翼端渦１０をリング９を中心として安定させることができる。一般的に渦が存在すると、その部分ではエネルギーが停滞してしまうのでファンの特性を悪化させるものであるが、翼間流れと翼端渦が干渉し、複雑な乱流を生じる場合よりも、渦を安定して発生させることにより、流量−静圧特性の低下や乱流騒音を少なく抑えることができる。また、リングを中心とした渦を発生するに足らない逆流流れはリングが障害となり前縁側に成長することができなくなる。
【００３４】
このように、翼付近で生じる乱流を抑制することができるため、静圧が高い状態においても、流量−静圧特性を悪化させることなく、また、乱流騒音の低減が可能となる。
【００３５】
また、ファン２が回転することによって生じる流れは、ファンの中心部のボス１５の外径から環状壁３までの円筒状の領域を通過する。ファンの外径をＤｏ、ファン中心部のボス径をＤｉとすると、軸に垂直な断面から見た吸引流れは図７に示すように羽根の半径方向の中心（半径＝（Ｄｉ＋Ｄｏ）／４）に向かって流れる。また、羽根の内周側より外周側の方が周速、軸流速度ともに早く仕事率は外周側の方が高いので、
半径ｒが（Ｄｉ＋Ｄｏ）／４≦ｒ≦Ｄｏ／２の領域における流速の方が速くなる。この領域に生じる中心方向に向かう吸引流れの半径方向成分を抑制するためにはリング径ｄは、
（Ｄｉ＋Ｄｏ）／２≦ｄ≦Ｄを満たす領域に設置するとより効果的である。
【００３６】
これにより、吸引流れがスポーク８に衝突することによって生じる流れの乱れを抑制する効果が高くなり、翼端流れや翼間流れによって生じる乱流を抑制する効果も高くなる。
【００３７】
以上の構成により、翼先端部や翼間で生じる乱流渦が緩和され、騒音レベルの低減ならびに風量−静圧特性の向上をもたらすことができる。また、ファンの吸引側にリング９が配置されることにより、特にファンの外周側に対して異物混入を防止することができる。
【００３８】
また、従来例のようなファンの吸引側と反対側にスポークを設けた送風装置にリングを設置する場合は、スポークやモータ部を固定するベースを有するハウジング６とリング９を一体で成形することは不可能である。しかし、ファンの吸引側とスポークを同一方向に設けてリングをスポークに固定することにより、図３に示すような金型構造でハウジングとリングを一体成形することができるようになる。これにより、製造工程が容易になり、生産性の向上と製造コストの低減が可能となる。なお、図８は、実施の形態１の構造を示す斜視図である。同じく、図９は、実施の形態１の構造図（６面図）である。
【００３９】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の送風機のハウジングの構造図である。ファン２の翼先端と間隔を空けて環状壁３を含むハウジング６とファン２を回転駆動するモータ部７とハウジング６を結合するスポーク８を有し、ファン２の翼先端とハウジング環状壁３の間にリング９が設けられており、このリング９とハウジング環状壁３の間に整流板１６が設けられている。
【００４０】
上記の構成においては、吸引側で生じる吸引流れがリング９と整流板１６に衝突するため、吸引流れの半径方向成分と旋回成分が抑制される。すなわち、ファン外周部での吸引流れ１４の速度がリングのみの場合よりもさらに減少し、翼先端の正圧側から背圧側へ押し戻された漏れ流れ１４がリング９、整流板１６、環状壁３の間を通過することを促す。
【００４１】
また、図４に示すように正圧面から背圧面側に押し戻された流れが翼先端部分、すなわちファン外周とハウジング環状壁の間で生じる旋回成分の強い翼端渦１０を整流板１６により抑制することができる。
【００４２】
また、ファンに静圧がかかることによって翼の後縁部分で正圧面から背圧面に流れが押し戻されるために、また、流量の減少により迎角が増加することにより、背圧面で流れの剥離が生じ、その剥離した流れが翼前縁付近に及び渦を形成したり、回転方向後ろに位置する次の翼の背圧面に流れ込み失速を起こす。ある動作点においては、この失速がファンの回転に伴って翼列を移動するという旋回失速を生じるが、整流板を設けることにより翼間で生じる渦を防ぐだけでなく、剥離流が次の翼の背圧面に流れ込むのを防ぐことができるので、失速領域が翼列を移動するのを抑制することができるとともに旋回失速を抑制することができる。
【００４３】
これにより、翼付近で生じる乱流渦が緩和され、翼端渦の抑制効果がさらに高くなり、騒音レベルの低減ならびに風量−静圧特性の向上をもたらすことができる。
【００４４】
また、整流板１６を設けることによりリング９はスポーク８のみに固定されている場合と比較して強度が増加する。なお、図１０は、実施の形態２の構造図（６面図）である。
【００４５】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３の送風機の構造図である。ハウジングの環状壁３は吐出側で途切れた状態となっており、環状壁３とハウジング外周部の間には、吐出し側に開放されたエアポケット部１７が形成されている。
【００４６】
従来例における送風装置においては、ファンが回転方向の方向に回転駆動されることにより、吸引側から吐出し側に向かう空気流が発生するとともに、羽根先端部分からも空気流が吸込まれ、特に低圧状態において風量を増大させる効果がある。この部分は、翼先端とのクリアランスが広いため、空気の粘性の影響が少なく、効率的に風量を増大することができる。しかしながら、内径を拡大させた部分を設けると、低圧時には風量を増大できるものの、ある程度圧力が加わった状態で使用されると、図に示すように翼圧側から背圧側に流れる漏れ渦が大きく成長し、空気流がブレード面より離脱してしまい、その離脱領域には乱流渦が発生し、これにより乱流騒音を増加させ、騒音レベルならびに、風量−静圧特性が悪化する。
【００４７】
図５は本発明の実施の形態３の空気の流れを示した図である。図５において、本実施の形態ではこの環状壁３とハウジング外周部の間にエアポケット部１７を設けることにより、翼先端中間部以降で大きく成長した翼先端漏れ渦１８は、ファン吐出し側で一旦このエアポケット内である程度減衰させた上で、吐出し側に放出させることにより、騒音レベルならびに風量−静圧特性を良化させることができる。
【００４８】
また、この送風装置のハウジングは生産性を向上させることができる。一般的に、樹脂あるいは金属を素材とした射出成形などを行った場合、材料の収縮による形状の歪みを抑えるために、各部の肉厚がほぼ一定になるようにハウジングの形状を外周に凹部を設けた構造とする。図２に実施の形態１のハウジングを成形する場合の金型構造の概略図を示したように、上下コア１９，２０とそれらと垂直方向に正対してスライドする２つのスライドコア２１，２２より成形するという方法が一般的である。
【００４９】
図７は本実施の形態３の送風装置のハウジングを成形する金型構造を示している。本実施の形態３のハウジングはスライドコア２１，２２を有さない、上下２方向からの金型１９，２０のみで成形されている。これにより、金型が簡略化され、生産性の向上や低コスト化が可能となる。
【００５０】
ハウジングを本発明の実施の形態のような形状にすることにより、空気の吸い込み口となる部分、送風装置を取り付けるための取り付け穴、モータ部が固定されるボス部、ボス部を指示するスポーク部、ファン特性の向上を可能にするエアポケット部等が、従来よりはるかに簡単な構成の金型で成形可能になり、金型制作費の削減、あるいは、金型の小型化により従来より小型の設備で成形可能にあるなどの理由により、生産性の向上および低コスト化が可能になると同時に、金型の構造が簡単化し可動部も少なくなることにより、製品精度が安定すると共に金型のメンテナンスも容易になるといった効果が得られる。
【００５１】
さらに本実施の形態のハウジングはエアポケット部を設けることにより、全体の肉厚をほぼ一定に保つことにより、成形時のヒケを抑え、精度向上が可能になると同時に無駄な部分の材料を省くことにより軽量化および材料コストの削減をすることもできる。
【００５２】
なお、上記実施の形態の送風装置を機器に組み込んで使用することにより、ファン効率の向上により静圧が負荷された場合においても風量が増加し、機器の冷却能力の向上効果が得られる。なお、図１１は、実施の形態３の構造図（６面図）である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の送風装置、この送風装置の製造方法、及びこの送風装置を有する電子機器は、電子機器の冷却効率の向上、静音化、低消費電力化に効果を有し、機器の特性向上に有用なモータが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１の送風装置の説明図、（ａ）は本発明の実施の形態１による送風装置の正面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１による送風装置の断面図
【図２】円筒断面図
【図３】本発明の実施の形態１による金型の構造図
【図４】本発明の実施の形態２による送風装置の正面図
【図５】本発明の実施の形態３による送風装置の断面図
【図６】本発明の実施の形態３による金型の構造図
【図７】従来の送風装置の説明図、（ａ）は従来の送風装置の正面図、（ｂ）は従来の送風装置の断面図
【図８】実施の形態１の構造を示す斜視図
【図９】実施の形態１の構造図（６面図）
【図１０】実施の形態２の構造図（６面図）
【図１１】実施の形態３の構造図（６面図）
【符号の説明】
【００５５】
１  翼
２  ファン
３  環状壁
４  回転方向
５  空気流
６  ハウジング
７  モータ部
８  スポーク
９  リング
１０  翼端渦
１１  迎え角
１２  剥離流れ
１３  翼間渦
１４  吸引流れ
１５  ボス
１６  整流板
１７  エアポケット
１８  翼先端漏れ渦
１９  上コア
２０  下コア
２１  スライドコア
２２  スライドコア
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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