(57)【要約】【課題】冷却ファンとして使用可能な横流ファン及びこの横流ファンを備えた電子機器を提供する。【解決手段】円筒状に形成した羽根車と、この羽根車の中心軸部分に回転軸を連動連結して中心軸回りに羽根車を回転駆動させる駆動モータと、羽根車に対向させて配置して、羽根車の回転にともなって空気を吸引する吸引口を構成する吸引ガイド体と、羽根車に対向させて配置して、羽根車の回転にともなって空気を送出する送出口を構成する送出ガイド体とを有する横流ファン及びこの横流ファンを備えた電子機器において、送出ガイド体は、羽根車との対向面を、羽根車の周面に沿った周面状湾曲面とするとともに、この周面状湾曲面と羽根車との間隔寸法を羽根車の直径寸法の５％以下とする。【選択図】図２
2009085037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成した羽根車と、
この羽根車の中心軸部分に回転軸を連動連結して前記中心軸回りに前記羽根車を回転駆動させる駆動モータと、
前記羽根車に対向させて配置して、前記羽根車の回転にともなって空気を吸引する吸引口を構成する吸引ガイド体と、
前記羽根車に対向させて配置して、前記羽根車の回転にともなって空気を送出する送出口を構成する送出ガイド体と
を有する横流ファンにおいて、
前記送出ガイド体は、前記羽根車との対向面を、前記羽根車の周面に沿った周面状湾曲面とするとともに、この周面状湾曲面と前記羽根車との間隔寸法を前記羽根車の直径寸法の５％以下としていることを特徴とする横流ファン。
【請求項２】
前記駆動モータは、コイル部分を収納した本体部の左右両側にそれぞれ前記回転軸を突出させ、それぞれ前記羽根車を連動連結していることを特徴とする請求項１に記載の横流ファン。
【請求項３】
前記送出ガイド体と前記羽根車との間隔寸法を、前記駆動モータから離れるにつれて漸次拡開させていることを特徴とする請求項２に記載の横流ファン。
【請求項４】
前記送出ガイド体と前記羽根車との間隔寸法を、前記駆動モータ側において前記羽根車の直径寸法の２％としていることを特徴とする請求項３に記載の横流ファン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載された横流ファンを筐体内に内蔵して、この筐体内の空気を筐体外に送り出すことにより前記筐体内部を冷却する横流ファンを備えた電子機器。
【請求項６】
前記送出ガイド体を、前記筐体に一体的に形成したことを特徴とする請求項５に記載の横流ファンを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横流ファン及び横流ファンを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パーソナルコンピュータをはじめとする電子機器等では、筐体内部に設けた電気回路あるいは電子回路で消費された電力の一部が熱エネルギーとして放出されることにより、電気回路あるいは電子回路において温度上昇が生じ、熱暴走や熱による故障発生などの不具合を生じさせるおそれがあることが知られている。
【０００３】
そこで、筐体内部には、筐体内部の空気を筐体外に排気する排気手段を設けて、この排気手段によって筐体内に空気の流通を生じさせるとともに、筐体内部に温度の低い外気を取り込ませて筐体内部を空冷することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、例えばノートパソコンのように筐体が極めて小さい電子機器では、大きなファンを筐体内部に配設することが困難であるため、十分な冷却効果が得られないことがあり、筐体内部に配設するファンで得られる冷却効果を考慮しながら筐体内部に配設する電子部品を選別することが行われている。
【０００５】
このような現状に鑑み、本発明者らは、筐体が小さい小型の電子機器の能力向上を図るために、より高効率な冷却効果を有する冷却方法の研究開発を行っており、各種ファンにおける冷却能力の検証をあらためて行ってみた。
【０００６】
具体的には、本発明者らは、冷却用のファンとして一般的に用いられている軸流ファン及び遠心ファンとともに、エアコンの室内機内に設けられている送風用の横流ファンの３種類に対して圧力と流量の計測を行ってみた。なお、横流ファンはクロスフローファンとも呼ばれている。
【０００７】
その結果、軸流ファンは、圧力と風量とのバランスには優れているものの、所望の性能を得るためには大型化及び高回転化が必要であって、小さい筐体内への配設には不適切であり、さらに高回転化によって騒音が著しく増大するおそれがあることが確認された。
【０００８】
また、一般的に最も利用されている遠心ファンは、流量は小さいものの大きい圧力を得ることができるという特徴を有しており、筐体内部の空気を吸い出す目的に適していることが確認されたが、所望の性能を得るためには大型化または高回転化の少なくともいずれか一方が必要であって、ノートパソコンなどのように小型であること、及び低騒音であることが要求される場合には適していなかった。
【０００９】
また、一般的に冷却用としてはあまり用いられていない横流ファンは、遠心ファンほどの圧力は得られないが、流量特性が他のファンと比較して極めて良好であることがあらためて確認され、しかも、軸方向の長さを伸ばすことにより流量を更に増大させることが可能であることが確認された。特に、比較的低回転でも十分な流量が得られる可能性があり、低騒音で大流量のファンとして期待できるものであった。
【特許文献１】特開２００１−１９５１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、圧力特性及び流量特性のバランスの面だけから鑑みれば、筐体内部の冷却には遠心ファンが適しているが、筐体の小型化にともなうファンの小型化の影響を受けやすく、しかも、昨今では低騒音であることの要求も高いため、比較的低回転で利用することを考慮した場合、必ずしも遠心ファンが最適であるとは言えなかった。
【００１１】
本発明者らは、前述した検証結果から、圧力特性さえ向上させることができれば横流ファンが利用可能であると考え、横流ファンの圧力特性を向上させるべく研究開発を行って本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の横流ファンでは、円筒状に形成した羽根車と、この羽根車の中心軸部分に回転軸を連動連結して中心軸回りに羽根車を回転駆動させる駆動モータと、羽根車に対向させて配置して、羽根車の回転にともなって空気を吸引する吸引口を構成する吸引ガイド体と、羽根車に対向させて配置して、羽根車の回転にともなって空気を送出する送出口を構成する送出ガイド体とを有する横流ファンにおいて、送出ガイド体は、羽根車との対向面を、羽根車の周面に沿った周面状湾曲面とするとともに、この周面状湾曲面と羽根車との間隔寸法を羽根車の直径寸法の５％以下とした。
【００１３】
さらに、本発明の横流ファンでは、駆動モータにおいて、コイル部分を収納した本体部の左右両側にそれぞれ回転軸を突出させ、それぞれ羽根車を連動連結していること、送出ガイド体と羽根車との間隔寸法を、駆動モータから離れるにつれて漸次拡開させていること、特に、駆動モータ側において羽根車の直径寸法の２％としていることにも特徴を有するものである。
【００１４】
また、本発明の横流ファンを備えた電子機器は、上記の横流ファンを筐体内に内蔵して、この筐体内の空気を筐体外に送り出すことにより筐体内部を冷却するものであり、送出ガイド体を筐体に一体的に形成したことにも特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の横流ファンでは、吸引ガイド体における羽根車との対向面を、羽根車の周面に沿った周面状湾曲面とするとともに、この周面状湾曲面と羽根車との間隔寸法を羽根車の直径寸法の５％以下としたことにより、圧力特性の良好な横流ファンを提供できる。
【００１６】
したがって、この横流ファンを筐体内に内蔵した電子機器では、筐体内部を効果的に冷却できる。なお、電子機器は、ノートパソコンに限定されるものではなく、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ、サーバ装置、ＤＶＤプレーヤなどの電子機器、あるいは薄型テレビなどの電子機器などのように、筐体内部の冷却を必要とする電子機器であれば何であってもよい。
【００１７】
さらに、送出ガイド体を筐体に一体的に形成した場合には、送出ガイド体自体を筐体の補強構造体として利用できるので、例えばノートパソコンのような薄型の筐体の剛性向上にも貢献でき、冷却効率が高いことにより処理速度を向上させて高性能化するとともに、高剛性としたノートパソコンなどの電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の横流ファン及び横流ファンを備えた電子機器では、横流ファンにおける圧力特性を向上させることにより、冷却ファンとして利用可能としているものである。特に、横流ファンは、軸流ファンや遠心ファンと比較して大きな流量が得られやすく、横流ファンの羽根車を比較的低速で回転させても十分な流速が得られやすいため、低騒音で高効率の冷却ファンとすることができる。
【００１９】
横流ファンは、遠心ファンと比較して圧力特性が低く、従来であれば筐体内部の空気の吸引効率が低いものであったが、羽根車の回転にともなって空気を送出する送出口を構成する送出ガイド体の羽根車との対向面に、羽根車の周面に沿った周面状湾曲面を設けるとともに、この周面状湾曲面と羽根車との間隔寸法を羽根車の直径寸法の５％以下とすることにより、十分な圧力が得られることを本発明者らは知見し、冷却ファンとしての利用が可能となっている。
【００２０】
以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図１は、本実施形態の横流ファンＡを内蔵したノートパソコンの概略模式図であり、図２は、要部縦断面図である。なお、本実施形態では、横流ファンＡをノートパソコンの筐体Ｂ内に内蔵しているが、本発明の横流ファンは、ノートパソコンの筐体だけでなく、デスクトップ型のパーソナルコンピュータやサーバ装置における矩形箱状の筐体、ＤＶＤプレーヤなどの電子機器における矩形箱状の筐体、あるいは液晶テレビなどの薄型テレビまたは液晶ディスプレイなどの電子機器の筐体など、冷却ファンによる冷却が必要である様々な電子機器の筐体に内蔵させて使用することができる。図１中、Ｄはノートパソコンにおけるディスプレイであり、図１及び図２中、d1はディスプレイＤを筐体Ｂに回動自在に連結するヒンジ部である。
【００２１】
横流ファンＡは、図１に示すように、円筒状に形成した羽根車10と、この羽根車10の中心軸部分に回転軸21を連動連結して中心軸回りに羽根車10を回転駆動させる駆動モータ20と、羽根車10に対向させて配置して、羽根車10の回転にともなって空気を吸引する吸引口31を構成する吸引ガイド体30と、羽根車10に対向させて配置して、羽根車の回転にともなって空気を送出する送出口41を構成する送出ガイド体40とを備えている。
【００２２】
羽根車10は、回転軸方向に沿って所定間隔で配置した複数の円形の仕切り板11と、隣り合った仕切り板11の間に仕切り板11の周方向に沿って架設した複数の羽根12とによって形成している。
【００２３】
羽根車10の両端にそれぞれ位置する仕切り板11は円板状であって、中心部分に中心軸13を突設している。それ以外の仕切り板11は、中心部に孔を有する円形状として、軽量化を図っている。図１及び図２中、14は羽根車10の中心軸13を回転自在に枢支する軸受けである。
【００２４】
羽根12は、それぞれ細幅の板体であって、図２に示すように仕切り板11の中心方向に対して湾曲させるとともに、所定の角度として隣り合った仕切り板11の間に架設し、羽根車10の回転にともなって空気流を生成可能としている。
【００２５】
羽根車10を回転駆動させる駆動モータ20には、本実施形態では、コイル部分を収納した本体部の左右両側にそれぞれ回転軸21,21を突出させており、各回転軸21にそれぞれ羽根車10の中心軸（図示せず）を連動連結している。
【００２６】
すなわち、本実施形態の横流ファンＡでは、１つの駆動モータ20で２つの羽根車10,10を回転駆動させており、２つの羽根車10,10の間に駆動モータ20を設けているものである。
【００２７】
このように、駆動モータ20を中央に配置した横流ファンＡとすることにより、それぞれの羽根車10で生成した気流が駆動モータ20の両側に生じることによって、この気流により駆動モータ20部分で発生した熱を筐体Ｂの外部に送り出しやすくすることができ、駆動モータ20によって筐体Ｂ内部に温度上昇が生じることを抑制できる。
【００２８】
さらに、駆動モータ20の回転軸21に作用する応力に偏りが生じるおそれがなく、スムーズに駆動モータ20を駆動させて、羽根車10を回転させることができる。また、横流ファンＡの重心位置を横流ファンＡの中央部近傍とすることができ、重量バランスのよい横流ファンＡとすることができる。
【００２９】
しかも、各羽根車10を短尺化できるので、羽根車10の剛性を向上させることができ、羽根車10に余計な振動などを生じさせずに安定的に回転駆動させることができる。したがって、後述するように送出ガイド体40との間に設ける隙間の精度を向上させることができる。
【００３０】
本実施形態では、１つの駆動モータ20の左右に回転軸21を突出させてそれぞれ羽根車10を装着しているが、重量的に問題ないのであれば、それぞれ１つの回転軸を有する２つの駆動モータを中央に配置し、その左右に羽根車を配設して、１つの駆動モータが１つの羽根車を回転駆動させるように構成してもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、本体部の左右両側にそれぞれ回転軸21,21を突出させた駆動モータ20に、それぞれ同一の羽根車10,10を装着しているが、駆動モータ20には必ずしも同一の羽根車10を装着する必要はなく、駆動モータ20の左側に装着する羽根車と、駆動モータ20の右側に装着する羽根車の形状をそれぞれ異ならせ、駆動モータ20を横流ファンＡの中央から変位させた位置に配置しもよい。
【００３２】
図２に示すように、吸引ガイド体30は羽根車10に対向させて配置している。吸引ガイド体30には、羽根車10との間に狭小な隙間を形成して吸引口31とする吸引口縁32を設け、吸引口縁32から下流側を所要の湾曲面33とし、この湾曲面33では羽根車10との隙間の寸法を漸次拡開させることにより拡開状の空気の流通路34を形成している。
【００３３】
特に、本実施形態では、吸引ガイド体30は、吸引口31側において上方に膨出させた膨出部35を設けて、吸引口縁32の位置を筐体Ｂの厚み方向における中央近傍に位置させている。このように、吸引口縁32の位置を筐体Ｂの厚み方向における中央近傍とすることにより、吸引口31の位置を筐体Ｂの厚み方向における中央近傍とすることができるので、筐体Ｂ内の空気を略均等に吸引可能として、筐体Ｂ内に空気の停留を生じさせることなく効果的に吸引可能としている。
【００３４】
また、図２に示すように、送出ガイド体40も羽根車10に対向させて配置している。特に、送出ガイド体40には、羽根車10の周面に沿って膨出状とした膨出部42を設けており、この膨出部42の羽根車10と対向した対向面に、羽根車10の周面に沿わせた周面状の周面状湾曲面43を設けている。
【００３５】
周面状湾曲面43は、羽根車10との間隔寸法をできるだけ小さくした方が望ましい。すなわち、羽根車の外径を20mm、羽根車の内径を15mm、羽根車の長さを30mm、羽根の枚数を２４枚、内周羽根角を９０°、外周羽根角を２５°３６’、翼弦長2.93mmとした羽根車10を4000rpmで回転させながら、周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法を、3.0mm、2.0mm、1.0mmとした場合の静圧上昇−流量特性グラフを示した図３から明らかなように、周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法を羽根車10の直径寸法の５％以下とすることにより、極めて顕著な特性向上が見られることがわかる。
【００３６】
なお、図３のグラフにおける横軸は、無次元化した流量係数φであり、縦軸は無次元化した静圧係数ψであって、体積流量Ｑ[m3/s]、静圧上昇Ps、回転数Ｎ[１/s]、空気密度ρ[kg/m3]、羽根径Dl[m]、羽根車の長さLb[m]とした際に、次式により無次元化しているものである。
【００３７】
【数１】
2009085037.tif 000003
【００３８】
【数２】
2009085037.tif 000004
周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法は、狭ければ狭いほどよいことが確認されたが、周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法を狭くすると、騒音が大きくなる傾向があり、好適には羽根車10の直径寸法の２〜５％であった。
【００３９】
ここで、周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法は、羽根車10の回転軸方向に沿って必ずしも一定である必要はなく、例えば、図１に示すように、筐体Ｂの左右方向に沿って設けた横流ファンＡにおいて、駆動モータ20から離れるにつれて周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法を漸次拡開させてもよい。
【００４０】
このように、駆動モータ20から離れるにつれて周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法を漸次拡開させて、駆動モータ20の近傍では、羽根車10との間隔寸法をできるだけ小さくすることにより、筐体Ｂの中央領域に、筐体Ｂの左右領域よりも大きい流速の気流を生じさせることができ、筐体Ｂ内の冷却効率を向上させることができる。
【００４１】
具体的には、駆動モータ20側では、周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法を羽根車10の直径寸法の２％程度とし、駆動モータ20から離れるにつれて羽根車10との間隔寸法を漸次拡開して最終的に約５％とすることが望ましい。
【００４２】
駆動モータ20側において、羽根車10は駆動モータ20によって強固に支持されるので、羽根車10の回転駆動時の位置変動を生じにくくすることができ、周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法を小さくしても、所望の特性を得られやすくすることができる。したがって、周面状湾曲面43と羽根車10との間隔寸法を羽根車10の直径寸法の２〜５％に確実に合わせることができる。
【００４３】
吸引ガイド体30は、図２に示すように筐体Ｂにおける下部カバー体b1に一体的に形成し、送出ガイド体40は、図２に示すように筐体Ｂにおける上部カバー体b2に一体的に形成している。
【００４４】
このように、吸引ガイド体30及び送出ガイド体40は、下部カバー体b1及び上部カバー体b2と一体的に形成することにより、吸引ガイド体30及び送出ガイド体40を筐体Ｂにおける補強構造体として機能させることができ、後退Ｂの剛性を向上させることができる。
【００４５】
特に、本実施形態では、図１に示すように、ディスプレイＤを支持したヒンジ部d1の近傍に横流ファンＡを設けているので、ディスプレイＤの開閉操作の際に撓みやすい筐体Ｂの変形を吸引ガイド体30及び送出ガイド体40により抑制できるので、破損を生じにくくすることができる。
【００４６】
また、吸引ガイド体30及び送出ガイド体40を筐体Ｂとともに構成した場合には、一般的に吸引ガイド体30及び送出ガイド体40を有するケースに収容された横流ファンを筐体Ｂ内に収容するよりもケースが不要となっている分だけ筐体Ｂを小型化・薄型化しやすくすることができる。
【００４７】
あるいは、筐体Ｂを小型化・薄型化するのではなく、吸引ガイド体30及び送出ガイド体40を、下部カバー体b1及び上部カバー体b2と一体的に形成したことによって得られるスペースを、羽根車10の大径化に利用することにより、羽根車10の羽根周速度を向上させることができるので、大幅な圧力上昇を生じさせることができる。したがって、羽根車10をより低速で回転させることができるので、騒音の低減を図ることができる。このように、冷却効率、騒音、コンパクト性の兼ね合いから、羽根車10の大きさ及び筐体Ｂの大きさを任意に設定することができる。
【００４８】
しかも、本実施形態では、図２に示すように、羽根車10と吸引ガイド体30とで吸引口31の下流側に拡開状の空気の流通路34を形成するために、下部カバー体b1の羽根車10の近傍に、下方に向けて湾曲状に膨出させた湾曲膨出部b3を設けている。このように、湾曲膨出部b3を設けることによって、内蔵した羽根車10によって筐体Ｂの厚み寸法が大きくなることを抑制できる。特に、本実施形態のようにノートパソコンの場合には、湾曲膨出部b3をスタンドとして利用できることにより、利便性の向上に寄与させることもできる。
【００４９】
横流ファンＡの配設位置は、筐体Ｂの奥側の側縁に設ける場合に限定するものではなく、可能であれば筐体Ｂの左右側の少なくとも何れか一方としてもよい。なお、図１に示すように、横流ファンＡを筐体Ｂの奥側の側縁に設けた場合には、横流ファンＡによって一様に形成された気流によって筐体Ｂ内部をムラなく一様に冷却でき、特にノートパソコンのキーボード部分やハンドレスト部分も効果的に冷却できるので、使用中に過度に加熱することを抑制して、使用感を向上させることができる。
【００５０】
また、図２では、吸引ガイド体30における湾曲面33の裏面側、及び送出ガイド体40における周面状湾曲面43の裏面側に空間がないかのように描画しているが、吸引ガイド体30の湾曲面33、及び送出ガイド体40の周面状湾曲面43をそれぞれ所定形状に湾曲させた平板体で構成するとともに、この平板体を下部カバー体b1及び上部カバー体b2のそれぞれ所定位置に設けたリブに固定装着して、できるだけ軽量化を図ってもよい。
【００５１】
上述した実施形態では、ノートパソコンにおける筐体Ｂについて説明したが、それ以外の電子部品の筐体についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る横流ファンの配設状態の説明図である。
【図２】図１の要部縦断面図である。
【図３】周面状湾曲面と羽根車との間隔寸法の違いによる有効性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ  横流ファン
Ｂ  筐体
b1  下部カバー体
b2  上部カバー体
b3  湾曲膨出部
Ｄ  ディスプレイ
d1  ヒンジ部
10  羽根車
11  仕切り板
12  羽根
13  中心軸
14  軸受け
20  駆動モータ
21  回転軸
30  吸引ガイド体
31  吸引口
32  吸引口縁
33  湾曲面
34  流通路
35  膨出部
40  送出ガイド体
41  送出口
42  膨出部
43  周面状湾曲面
【図１】
2009085037.tif 000005
【図２】
2009085037.tif 000006
【図３】
2009085037.tif 000007