JP5361878B2 - ファン及びそれを備えた電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器の筐体内部に配置され、その内部の空気をその外部に排出するファン及びそれを搭載した電子機器に関する。
種々の電子機器の中で、その内部の発熱量の大きい機器においては、一般に内部の冷却用に、内部の空気を外部に排出するファンが搭載されている。それらのファンの多くは、電子機器の外壁の内面の近傍に、当該内面と平行に配置されている。近年、ファンを有する電子機器の多くは、小型化又は薄型化される傾向にある。このため、ファンが配置される空間も減少傾向にある。すなわち、ファンの吸気側の部分と、電子機器に内蔵された部品、回路基板、及びシャーシ等との隙間が小さくなる傾向にある。
しかしながら、これらの隙間が小さくなるにつれて、従来のファンでは、騒音の増大、及び風量の低下という問題が発生する。すなわち、従来のファンにおいては、ファンの吸気側の部分が、部品、回路基板、及びシャーシ等に近づきすぎると、排気流量が急激に減少してしまうという問題がある。
以下、前記従来のファンと、当該ファンを搭載した電子機器の構成について、図24A〜図26Cを用いて説明する。
図24Aは、従来のファンを吸気側から見た斜視図あり、図24Bは、従来のファンを排気側から見た斜視図である。図25Aは、従来のファンを吸気側から見た平面図であり、図25Bは、従来のファンを排気側から見た平面図である。図25Cは、図25Aに示すファンのAa−Aa線における一部断面図であり、図25Dは、図25Aに示すファンのB−B線における一部断面図である。図26Aは、従来のファンを備える電子機器を背面側から見た平面図である。図26Bは、図26AのAb−Ab線における一部断面図であり、図26Cは、図26Bの一部拡大断面図である。ここで、図25C、図25D、図26B、及び図26Cに示す羽根105の輪郭は、羽根105が回転したときの回転軌跡を示している。
まず、従来のファンの構成について説明する。
図24A〜図25Dにおいて、従来のファン101は、一般に軸流ファンと呼ばれるものであり、主に、羽根車102と、略矩形のケーシング部103とを備えている。羽根車102は、プロペラ形状の複数の羽根105と、それらが取り付けられた円筒形のハブ104とを有している。ハブ104には、羽根車102の回転軸106を中心として回転するモータ部110が内蔵されている。
モータ部110は、モータベース112に支持されている。モータベース112は、4本の連結片119a〜119dにより、ケーシング部103に連結され固定されている。
ケーシング部103は、羽根105の周囲を囲み、風洞の役割をする内壁部を備えている。ケーシング部103の内壁部には、図25C及び図25Dに示すように、回転軸106との距離が吸気側に向かうに従い漸次拡大するように傾斜するテーパー部107a,107bが形成されている。テーパー部107aとテーパー部107bとはそれぞれ、図25Aに示すように、前記内壁部の4箇所に交互に設けられている。また、テーパー部107aは、テーパー部107bよりも回転軸106に対する傾斜角度が大きくなるように形成されている。また、ケーシング部103の内壁部には、図25C及び図25Dに示すように、回転軸106との距離が排気側に向かうに従い漸次拡大するテーパー部106a,106bが形成されている。テーパー部106aとテーパー部106bとはそれぞれ、図25Bに示すように、前記内壁部の4箇所に交互に設けられている。また、テーパー部106aは、テーパー部106bよりも回転軸106に対する傾斜角度が大きくなるように形成されている。テーパー部107aとテーパー部106a、及びテーパー部107bとテーパー部106bとの間にはそれぞれ、円筒形状のストレート部108が設けられている。各ストレート部108は、羽根105の回転軌跡の外周を形成する外縁部109との間に、僅かな隙間を有するように配置されている。また、ファン101には、その四隅に、他の部材に取り付けるための取付孔150a〜150dが設けられている。
次に、従来のファンを備えた電子機器の構成について説明する。
図26A〜図26Cに示すように、電子機器124は、シャーシ126と、回路基板127と、ファン101とを備えている。シャーシ126には、背面蓋130が嵌合されビス(図示せず)で固定されている。回路基板127は、シャーシ126に立設されたボス(図示せず)に固定されている。回路基板127上の実装領域131には、電子部品(図示せず)が実装されている。ファン101は、シャーシ126に立設された4つのボス(図示せず)が取付孔150a〜150dに挿入され、その吸気側の部分がシャーシ126と平行に対面するようにビス止めされている。
ファン101のケーシング部103の排気側外周部と背面蓋130との隙間には、排気した空気がその隙間から電子機器124の内部に戻らないように、スポンジ134が取り付けられている。背面蓋130には、吸気孔132と排気孔133とが、円状の小孔形状で多数設けられている。
前記のように構成される電子機器124においては、回路基板127の実装領域131上の電子部品が熱源となって発熱する。その熱は、電子部品の表面及び回路基板127の表面から、電子機器124の内部の空気に伝達される。
次に、電子機器124に搭載されたファン101による空気の流れについて説明をする。ここでは、図26Cに示すように、シャーシ126の内面とケーシング部103の吸気側の端部との高さ方向における距離を吸気距離h3と定義し、シャーシ126の内面から背面蓋130の内面までの高さ方向における距離を内部高さh4と定義する。
まず、前記吸気距離h3が十分大きい場合における空気の流れを説明する。
ファン101が図24Aに示す矢印111方向に回転すると、空気は、図26A及び図26Bに示す吸気孔132から吸い込まれる。当該吸い込まれた空気は、回路基板127上の電子部品の間、又は回路基板127とシャーシ126との隙間を通って、ケーシング部103の吸気側の部分の近傍まで流れ、その後、ケーシング部103の内壁部とハブ104との間を通って、排気孔133から排気される。
しかしながら、前記従来のファン101を備える電子機器124においては、ファン101の排気流量が、吸気距離h3が小さくなるに従い、図27のグラフの破線で示すように減少してしまう。なお、図27のグラフの破線は、回路基板127の影響を除外するために、図26Aに示す電子機器12から回路基板127を外した試験器を用いて図26Cに示す吸気距離h3を変化させたときの、排気流量を示している。
従来のファン101では、図27のグラフの破線で示すように、吸気距離h3が小さくなるに従い、排気流量は減少する。吸気距離h3が約6mmであるとき、排気流量はゼロになる。この現象は、吸気距離h3が小さくなるに従い、図26Cに矢印で示すように、背面蓋130の排気孔133から空気が逆流し、再び外へ出て行く旋回流136が増加するために起きる。従って、従来のファン101においては、前記排気流量の減少により、吸気側の部分に、シャーシ126、部品、基板などの障害物をあまり近づけられないという課題がある。
また、その他の従来例としては、前記ファンの風量を改善する技術が、例えば、特許文献1(実開平06−004399号公報)に開示されている。特許文献1には、ファンの排気側のテーパー部の傾斜角度を、排気側に向けてさらに拡大することにより、風量の増大を図るファンが開示されている。
また、さらに他の従来例としては、ファンを薄型に改良する技術が、例えば、特許文献2(特開平05−044697号公報)に開示されている。特許文献2には、羽根車のプロペラ形状の羽根が取り付けられたハブの外周面半径を排気側に行くに従い拡大した、円錐形状の斜流ファンが開示されている。
また、さらにその他の従来例としては、例えば、特許文献3(特開2003−269393号公報)に、遠心式の多翼ファンを用い、吸気口と排気口とを表裏の関係に配置した遠心式の羽根形状を用いたファンが開示されている。
実開平06−004399号公報 特開平05−044697号公報 特開2003−269393号公報
しかしながら、前記特許文献1のファンにおいては、吸気距離h3が羽根105の半径よりも小さくなる領域では、従来のファン101より風量がわずかに大きくなる程度であり、従来のファン101と同様な前記現象が生じて風量が減少してしまうという課題がある。
また、前記特許文献2のファンにおいては、吸気距離h3が小さい領域でも、ある程度の排気流量を確保することができる。しかしながら、羽根が取り付けられたハブの形状が円錐形状をしているため、一組の簡単な構成の金型を用いて羽根とハブとを一体的に樹脂成型する場合、羽根とハブとの間にアンダーカットが生じる恐れがある。このため、前記特許文献2のファンにおいては、樹脂成型が難しく、羽根を別部材としてハブに取り付ける必要があり、コストが高くなるという課題がある。
また、前記特許文献3のファンにおいては、遠心式の羽根を使用しているため、プロペラ形状の羽根を有する他の同サイズのファンに比べて風量が少ない。このため、通風抵抗があまり大きくない電子機器に使用する場合には、必ずしも有効ではないという課題がある。
本発明の目的は、前記従来の課題を解決することにあって、電子機器のシャーシ、部品、基板などの障害物がファンの吸気側の部分に接近して配置された場合でも、風量の低下を抑えて必要な排気流量を確保することができるファン及び当該ファンを備えた電子機器を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第1態様によれば、回転軸を中心とする略円筒形のハブの側面に、プロペラ形状の複数の羽根が取り付けられた羽根車と、
前記ハブの内側に配置され、前記回転軸を中心に前記羽根車を回転駆動させるモータ部と、
前記羽根車の前記羽根と前記回転軸の周囲に通風路を形成する筒状の風洞部であって、前記風洞部の内側を前記回転軸が貫通し、回転軸方向における一端部に、前記羽根車の外径よりも大きい排気口が形成された風洞部と、
前記風洞部の前記回転軸方向における他端部の開口を塞ぐように設けられ、前記回転軸が通る吸気口がほぼ中心部に形成された気流誘導板と、
前記羽根又は前記ハブの前記回転軸方向の前記排気口側の部分に、前記回転軸を中心として取り付けられた円盤と、
を備え、
前記羽根は、前記風洞部よりも前記気流誘導板に近接し
前記円盤の直径は、前記ハブの外径よりも大きく、前記羽根の前記回転軌跡の最外径よりも小さい、ファンを提供する。
ここで、プロペラ形状とは、前記羽根が前記回転軸と直交する平面に対して所定の傾きを持つ形状を意味する。また、ここで、吸気口とは、気流誘導板の中央部に形成された、空気が入り込む開口部を意味する。また、ここで、排気口と吸気口とは、前記回転軸がそれらの内側を通るように形成されているため、いわゆる表裏の関係になっている。また、ここで、前記ハブの内側に配置されたモータ部とは、必ずしもモータ部の全てがハブの内側に配置されるものに限定されるものではない。すなわち、モータ部の一部がハブの内側に構成されていればよい。
なお、ここで、前記ハブの形状を略円筒形状と表現した理由は、当該ハブを樹脂成形する際に、金型からハブを外すのを容易にするために、ハブの側面に0.5°〜4°の抜き勾配を付けても良いことと、ハブの形状が回転バランスの取れた多角柱の形状であっても良いためである。
本構成によれば、プロペラ形状の羽根により、空気に対して、回転軸方向に押し出す流れに加えて、回転軸方向と直交する方向である遠心方向にも押し出す流れを作ることができる。これにより、従来のファンに比べて大幅に静圧を高めることができる。また、電子機器の内部のシャーシ、部品、基板などの障害物がファンの吸気側の部分に接近して配置された場合でも、排気流量の低下を抑えることができ、必要な排気流量を確保することができる。また、本構成によれば、ファンの吸気側の部分と、シャーシ、部品、基板などの障害物との距離が小さくても、ファンが排気した空気が羽根の根元近傍へ逆流することを、前記円盤により抑えることができる。これにより、ファンの風量を増加することができる。
また、本発明の第2態様によれば、ファンを外壁に配置して内蔵する電子機器であって、
前記ファンは、
回転軸を中心とする略円筒形のハブの側面に、プロペラ形状の複数の羽根が取り付けられた羽根車と、
前記ハブの内側に配置され、前記回転軸を中心に前記羽根車を回転駆動させるモータ部と、
前記羽根車の前記羽根と前記回転軸の周囲に通風路を形成する筒状の風洞部であって、前記風洞部の内側を前記回転軸が貫通し、回転軸方向における一端部に、前記羽根の回転軌跡の外径よりも大きい排気口が形成された風洞部と、
前記風洞部の前記回転軸方向における他端部の開口を塞ぐように設けられ、前記回転軸が通る吸気口がほぼ中心部に形成された気流誘導板と、
前記羽根又は前記ハブの前記回転軸方向の前記排気口側の部分に、前記回転軸を中心として取り付けられた円盤と、
を備え、
前記羽根は、前記風洞部よりも前記気流誘導板に近接し、
前記円盤の直径は、前記ハブの外径よりも大きく、且つ前記羽根の前記回転軌跡の最外径よりも小さく、
前記外壁には、前記ファンの前記排気口と対向する領域に、前記ファンからの空気を排気する排気孔が形成されている、電子機器を提供する
前記構成によれば、前記ファンが、前記羽根又は前記ハブの排気口側の部分に前記円盤を備えているので、ファンの吸気側の部分と、シャーシ、部品、基板などの障害物との距離が小さくても、ファンが排気した空気が前記羽根の根元近傍へ逆流することを抑えることができる。これにより、前記電子機器の排気孔からの空気の逆流を抑えることができるため、その分、ファンの風量を増加することができる。
また、本発明の第態様によれば、ファンを外壁の近傍に配置して内蔵する電子機器であって、
前記ファンは、
回転軸を中心とする略円筒形のハブの側面に、プロペラ形状の複数の羽根が取り付けられた羽根車と、
前記ハブの内側に配置され、前記回転軸を中心に前記羽根車を回転駆動させるモータ部と、
前記羽根車の前記羽根と前記回転軸の周囲に通風路を形成する筒状の風洞部であって、前記風洞部の内側を前記回転軸が貫通し、回転軸方向における一端部に、前記羽根の回転軌跡の外径よりも大きい排気口が形成された風洞部と、
前記風洞部の前記回転軸方向における他端部の開口を塞ぐように設けられ、前記回転軸が通る吸気口がほぼ中心部に形成された気流誘導板と、
を備え、
前記羽根は、前記風洞部よりも前記気流誘導板に近接し、
前記外壁には、前記ファンの前記回転軸に対応する位置を中心として、前記ハブの外径よりも大きく、前記排気口よりも小さい直径を有する規制円の外側の領域に、前記ファンからの空気を排気する排気孔が形成されている、電子機器を提供する。
前記構成によれば、ファンの吸気側の部分と、シャーシ、部品、基板などの障害物との距離が小さくても、前記排気孔が前記規制円の内側に設けられていないことにより、ファンが排気した空気が羽根の根元近傍へ逆流することを抑えることができる。これにより、ファンの風量を増加することができる。
また、本発明の第態様によれば、ファンを外壁の近傍に配置して内蔵する電子機器であって、
前記ファンは、
回転軸を中心とする略円筒形のハブの側面に、プロペラ形状の複数の羽根が取り付けられた羽根車と、
前記ハブの内側に配置され、前記回転軸を中心に前記羽根車を回転駆動させるモータ部と、
前記羽根車の前記羽根と前記回転軸の周囲に通風路を形成する筒状の風洞部であって、前記風洞部の内側を前記回転軸が貫通し、回転軸方向における一端部に、前記羽根の回転軌跡の外径よりも大きい排気口が形成された風洞部と、
前記風洞部の前記回転軸方向における他端部の開口を塞ぐように設けられ、前記回転軸が通る吸気口がほぼ中心部に形成された気流誘導板と、
を備え、
前記羽根は、前記風洞部よりも前記気流誘導板に近接し、
前記外壁には、前記ファンの前記排気口と対向する領域に、前記ファンからの空気を排気する排気孔が形成されている、電子機器を提供する。
前記構成によれば、プロペラ形状の羽根により、空気に対して、回転軸方向に押し出す流れに加えて、回転軸方向と直交する方向である遠心方向にも押し出す流れを作ることができる。これにより、従来のファンに比べて大幅に静圧を高めることができる。また、電子機器の内部のシャーシ、部品、基板などの障害物がファンの吸気側の部分に接近して配置された場合でも、排気流量の低下を抑えることができ、必要な排気流量を確保することができる。
本発明にかかるファンによれば、羽根と風洞部との隙間が、気流誘導板の隙間よりも大きくなるように構成されているので、プロペラ形状の羽根により、空気に対して、軸方向に押し出す流れに加えて、遠心方向にも押し出す流れを、羽根と風洞部との隙間に作ることができる。これにより、従来のファンに比べて大幅に静圧を高くすることができる。また、電子機器の内部のシャーシ、部品、基板などの障害物がファンの吸気側の部分に接近して配置された場合でも、排気流量の低下を抑えて、必要な排気流量を確保することができる。また、排気口と吸気口とは、前記回転軸が内側に通るように形成されているため、すなわち、排気口と吸気口とは表裏の関係にあるので、吸気口から吸った空気を裏側の排気口に排出することができる。
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図1Aは、本発明の第1実施形態にかかるファンを排気側から見た斜視図であり、 図1Bは、本発明の第1実施形態にかかるファンを吸気側から見た斜視図であり、 図2Aは、本発明の第1実施形態にかかるファンを排気側から見た平面図であり、 図2Bは、図2Aに示すファンの右側面図であり、 図2Cは、図2Aに示すファンの下側面図であり、 図2Dは、図2Aに示すファンのA1−A1線における一部断面図であり、 図2Eは、図2Dの一部拡大断面図であり、 図2Fは、図2Aに示すファンのB1−B1線における一部断面図であり、 図3は、本発明の第1実施形態にかかるファンを吸気側から見た平面図であり、 図4Aは、本発明の第1実施形態にかかるファンを備えた電子機器の平面図であり、 図4Bは、図4Aに示す電子機器のA2−A2線における一部断面図であり、 図4Cは、図4Aに示す電子機器のB2−B2線における一部断面図であり、 図5Aは、図4Aに示す電子機器の比較例にかかる電子機器を示す平面図であり、 図5Bは、図5Aに示す電子機器の一部断面図であり、 図6は、吸気距離と排気流量との関係を示すグラフであり、 図7は、内部高さと排気流量との関係を示すグラフであり、 図8Aは、本発明の第1実施形態にかかるファンを搭載する電子機器の一部拡大断面図であり、 図8Bは、図8Aに示す電子機器の比較例にかかる電子機器を示す一部拡大断面図であり、 図9Aは、本発明の第1実施形態の変形例にかかるファンを排気側から見た平面図であり、 図9Bは、図9Aに示すファンの右側面図であり、 図9Cは、図9Aに示すファンの下側面図であり、 図9Dは、図9Aに示すファンを吸気側から見た平面図であり、 図9Eは、図9Aに示すファンのA4−A4線における一部断面図であり、 図9Fは、図9Aに示すファンのB4−B4線における一部断面図であり、 図10は、本発明の第1実施形態にかかるファンの羽根の変形例を示す図であり、 図11は、本発明の第1実施形態にかかるファンの連結片の変形例を示す図であり、 図12は、図11に示すファンを搭載した電子機器の一部断面を示す図であり、 図13Aは、本発明の第2実施形態にかかるファンを排気側から見た斜視図であり、 図13Bは、図13Aに示すファンを吸気側から見た斜視図であり、 図14Aは、本発明の第2実施形態にかかるファンを排気側から見た平面図であり、 図14Bは、図14Aに示すファンを吸気側から見た平面図であり、 図14Cは、図14Aに示すファンの下側面図であり、 図14Dは、図14Aに示すファンのA5−A5線における一部断面図であり、 図14Eは、図14Aに示すファンのB5−B5線における一部断面図であり、 図14Fは、図14Eの部分拡大断面図であり、 図15は、本発明の第2実施形態にかかるファンの羽根の変形例を示す図であり、 図16Aは、図14Dに示すファンの変形例を示す図であり、 図16Bは、図14Eに示すファンの変形例を示す図であり、 図17Aは、本発明の第3実施形態にかかるファンを排気側から見た平面図であり、 図17Bは、図17Aに示すファンのA6−A6線における一部断面図であり、 図18は、図17Aに示すファンを搭載した電子機器の一部断面図であり、 図19Aは、本発明の第4実施形態にかかるファンを排気側から見た斜視図であり、 図19Bは、図19Aに示すファンを吸気側から見た斜視図であり、 図20Aは、本発明の第4実施形態にかかるファンを排気側から見た平面図であり、 図20Bは、図20Aに示すファンを吸気側から見た平面図であり、 図20Cは、図20Aに示すファンの下側面図であり、 図20Dは、図20Aに示すファンのA7−A7線における一部断面図であり、 図20Eは、図20Aに示すファンのB7−B7線における一部断面図であり、 図21は、本発明の第4実施形態にかかるファンの変形例を示す図であり、 図22は、本発明の第4実施形態にかかるファンの、図21とは別の変形例を示す図であり、 図23は、本発明の第4実施形態にかかるファンの、図21及び図22とは別の変形例を示す図であり、 図24Aは、従来のファンを排気側から見た斜視図であり、 図24Bは、従来のファンを吸気側から見た斜視図であり、 図25Aは、従来のファンを排気側から見た平面図であり、 図25Bは、従来のファンを吸気側から見た平面図であり、 図25Cは、図25Aに示すファンのAa−Aa線における一部断面図であり、 図25Dは、図25に示すファンのB−B線における一部断面図であり、 図26Aは、従来のファンを備えた電子機器を背面側から見た平面図であり、 図26Bは、図26Aに示す電子機器のAb−Ab線における一部断面図であり、 図26Cは、図26Bの一部拡大断面図であり、 図27は、従来のファンの吸気距離と排気流量との関係を示すグラフであり、 図28は、本発明の第1実施形態にかかるファンを搭載した電子機器の、ファンの吸気口の半径と排気流量との関係を示すグラフであり、 図29は、本発明の第1実施形態にかかるファンを搭載した電子機器において、排気孔の形成領域の内側の境界である規制円の直径と排気流量との関係を示すグラフである。
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
以下、本発明の実施形態については、図面を参照しながら説明する。
《第1実施形態》
本発明の第1実施形態にかかるファン及び当該ファンを備えた電子機器について、図1A〜図12を用いて説明する。
図1Aは、本発明の第1実施形態にかかるファンを排気側から見た斜視図であり、図1Bは、当該ファンを吸気側から見た斜視図である。図2Aは、本発明の第1実施形態にかかるファンを排気側から見た平面図であり、図2Bは、図2Aに示すファンの右側面図であり、図2Cは、図2Aに示すファンの下側面図であり、図2Dは、図2Aに示すファンのA1−A1線における一部断面図であり、図2Eは、図2Dの部分拡大断面図であり、図2Fは、図2Aに示すファンのB1−B1線における一部断面図である。ここで、図2D、図2E、及び図2Fに示す羽根5の輪郭は、羽根5を回転したときの回転軌跡を示している。図3は、本発明の第1実施形態にかかるファンを吸気側から見た平面図である。図4Aは、本発明の第1実施形態にかかるファンを備えた電子機器の平面図である。図4Bは、図4AのA2−A2線における断面図であり、図4Cは、図4AのB2−B2線における一部拡大断面図である。
以下に、本発明の第1実施形態にかかるファン1の構成について説明する。
図1〜図3において、ファン1は、主に、羽根車2と略矩形のケーシング部3とを備えている。
羽根車2は、プロペラ形状の複数の羽根5と、当該各羽根5が側面に取り付けられた略円筒形状のハブ4とを有している。ハブ4の中心は、ファン1の回転軸6上に位置している。ここで、プロペラ形状の羽根5は、羽根車2の回転軸6と直交する平面に対して回転軸6の排気側方向に15°〜70°の範囲で傾きを有するように取り付けられている。好ましくは、羽根5の前記傾き角度は、風量が最大になるように最適値に設定されている。また、羽根5は、回転軸6の方向から見たときに、互いに重ならないように配置されている。これにより、金型を用いて羽根車2を作製する際に、当該金型を回転軸6と平行な方向に抜くだけの簡単な作業で、羽根車2を作製できるようになっている。また、ハブ4の側面には、前記金型が容易に取り外せるように、0.5°〜4.0°程度の抜き勾配が設けられている。
ハブ4の内側には、羽根車2の回転軸6と同軸にモータ部10が収納されている。モータ部10は、図1A及び図2Aの矢印11で示す方向に、羽根車2を回転駆動する。
モータ部10は、モータベース12に支持されている。モータ部10の内部には、ハブ4に回転力を伝達するモータ軸と、当該モータ軸を回転自在に保持する、オイルを含んだ滑り軸受け(図示せず)が内蔵されている。モータベース12とモータ部10との間には、羽根5の回転を制御する回路基板(図示せず)が配置されている。
図2Aに示すように、羽根車2の羽根5は、回転方向11の前側を形成し吸気側に位置する前縁部7と、回転方向11の後側を形成し排気側に位置する後縁部8と、前縁部7と後縁部8の間に位置し羽根5の回転軌跡の外形(外周)を形成する外縁部9とを有している。
羽根5の前縁部7と後縁部8とは、図2Dに示すように、回転軸6と直交する平面に対して略平行に形成されている。羽根5の外縁部9は、回転軸6と略平行になるように形成されている。
ケーシング部3は、図1Aに示すように、気流誘導板81と、風洞部82と、フランジ部15と、固定腕16a,16b,16cとを有している。
風洞部82は、正四角錐台の四隅にフィレットがつけられた筒状の部材であり、羽根車2の羽根5と回転軸6の周囲を囲み、通風路を形成する。風洞部82の排気側の端部には、羽根5の回転軌跡の外径よりも大きい排気口18が形成されている。排気口18は、その内側を回転軸6が通るように形成されている。また、風洞部82は、吸気側の端部に吸気側周端部93を有する。
また、風洞部82は、吸気側から排気側に向かうに従い、回転軸6との距離が徐々に拡大するように形成されている。風洞部82の排気口18の周囲には、回転軸6と直交する平面と平行なフランジ部15が形成されている。フランジ部15の外側には、ファン1を他の部材に固定するための固定腕16a〜16cが形成されている。
風洞部82の吸気側周端部93には、風洞部82の吸気側の端部の開口を塞ぐように平板形状の気流誘導板81が設けられている。気流誘導板81は、回転軸6と直交する平面と平行に配置されている。気流誘導板81のほぼ中央部には、円形状の吸気口17が設けられている。吸気口17の中心は回転軸6上に位置している。
また、気流誘導板81は、図2D及び図2Eに示すように、羽根5の前縁部7と対向するように形成されている。羽根5は、風洞部82よりも気流誘導板81に近接している。すなわち、羽根5の前縁部7と、気流誘導板81の吸気口近傍部分との隙間である隙間h1が、羽根5の外縁部9と風洞部82との隙間よりも小さく形成されている。これにより、排気口18から吸気口17への空気の逆流を防止することができる。
ここで、隙間h1は、羽根車2の回転振れ、部品組み立て公差、熱膨張による変形、空気中の埃の付着による羽根車2の回転のロック、量産マージン等を考慮して、気流誘導板81と羽根5の前縁部7とが接触しない最小の値に設定することが好ましい。
吸気口17と排気口18とは、回転軸6と直交する平面と平行に形成されている。吸気口17と排気口18とは表裏の関係にある。なお、ここでは排気口18を、回転軸6と直交する平面に対して略平行としたが、回転軸6と直交する平面に対して傾きを有しても良い。
吸気口17の半径Rkは、小さ過ぎると吸気口17の開口面積が小さくなるため風量が低下する。一方、吸気口17の半径Rkは、大き過ぎると、吸気口17に障害物が近づいたときに、ファン1の内部の空気の遠心成分を多く発生できないため排気流量が低下する。従って、吸気口17の半径Rkが、小さ過ぎず、且つ、大き過ぎない範囲内に、最大風量を発生するポイントがある。具体的には、吸気口17の内径の最適値は、羽根5の回転軌跡の外径よりも小さく、羽根5の回転軌跡の外径とハブ4の外径との中間の直径よりも大きい範囲内にあると考えられる。
このため、図2D及び図2Eに示すように、吸気口17の半径Rkは、羽根5の回転軌跡の半径RBよりも小さく、羽根5の回転軌跡の半径RBとハブ4の半径RHとの中間の半径(RB+RH)/2よりも大きい半径に設定されている。関係式に表すと、下記式(1)になる。
(RB+RH)/2<Rk<RB ・・・(1)
ファン1を電子機器24に内蔵する場合には、この範囲内において、電子機器の通風抵抗に応じて吸気口17の内径の半径Rkを最適値に調整することが好ましい。
モータベース12は、ファン1の回転軸方向の吸気口17側の部分に配置されている。モータベース12は、4本の連結片19a〜19dにより、気流誘導部81に連結固定されている。モータベース12と連結片19a〜19dとは、図2Cに示すように、気流誘導板81から距離h2だけ、回転軸方向に羽根5から離れて配置されている。ここで、距離h2の下限値は、ゼロよりも大きく設定される。一方、距離h2の上限値は、ファン1を電子機器24に内蔵した時に、ファン1が必要排気流量を発生する空間をファン1の吸気側に設けたときに、モータベース12と連結片19a〜19dとが電子機器24の内部の部材に当たらないように設定される。距離h2は、この下限値から上限値までの範囲内において、騒音と通風抵抗とを低減させるために、できるだけ大きくなるように設定することが好ましい。なお、ここでは、連結片を4本設けているが、強度と空気抵抗が要求性能を満たせば、2本であってもよい。すなわち、連結片は2本以上であれば良い。
風洞部82は、正四角錐台の斜面部分の内面が、羽根5の外縁部9と接近している。回転軸6と直交し且つ羽根5の回転軌跡の外周を横切るように切った風洞部82の断面には、羽根5の外縁部9と接近する第1の領域と、当該第1の領域に比べて羽根5の外縁部9から離れた第2の領域とが含まれる。第1の領域と羽根5の外縁部9との間には、図1A及び図2Dに示すように空間95a〜95dが形成されている。
排気口18は、四隅にフィレット22a〜22dを有する略正方形に形成されている。それらのフィレット22a〜22dの近傍には、図1A及び図2Fに示すように、空間35a〜35dが形成されている。これらの空間35a〜35dはそれぞれ、風洞部82の前記第2の領域と羽根5の外縁部9との間に形成されている。回転軸6と直交する方向における風洞部82と気流誘導板81との接点と羽根5の外縁部9との間の距離hKは、例えば、回転軸6と直交する方向における吸気口17の半径Rkとハブ4の半径RHとを差分した距離の1/3以上になるように設定されている。すなわち、回転軸6と直交する方向における空間35a〜35dの幅は、吸気口17の半径Rkとハブ4の半径RHとを差分した距離の1/3以上である。これにより、吸気口17からファン1の内部に吸気した空気を、排気口18から効率よくファン1の外部に排気することができる。
各フィレット22a〜22dの近傍の風洞部82の内面にはそれぞれ、保護ボス23a〜23dが立設されている。保護ボス23a〜23dは、羽根車2よりも回転軸方向の排気側(図2Fでは上側)に突出するように形成されている。これにより、ファン1を、排気側部分を下にして机等の平面に置いたときに、羽根5が当該平面に当たらないようになっている。従って、羽根5の破損を防止することができる。
次に、図4A〜図4Cを用いて、本発明の第1実施形態にかかるファン1を備えた電子機器24の構成について説明する。
図4Aは、本発明の第1実施形態にかかるファンを備えた電子機器の平面図である。図4Bは、図4Aに示す電子機器のA2−A2線における一部断面図であり、図4Cは、図4Aに示す電子機器のB2−B2線における一部断面図である。
図4A〜図4Cに示すように、電子機器24は、ファン1と、シャーシ26と、背面蓋30と、回路基板27とを備えている。シャーシ26には、背面蓋30が嵌合されビスで固定されている。このシャーシ26と背面蓋30とにより、電子機器24の筐体が構成されている。すなわち、背面蓋30は、電子機器24の外壁の一部を構成している。回路基板27は、シャーシ26に立設されたボス(図示せず)に固定されている。回路基板27上の実装領域31には、電子部品が実装されている。
ファン1は、固定腕16a〜16cがそれぞれ、シャーシ26に立設されたボス(図示せず)に取り付けられることで、ファン1の吸気側の部分がシャーシ26と略平行に対向するように、電子機器24の内部に取り付けられている。以下、シャーシ26とファン1の気流誘導板81との距離を吸気距離h3と定義し、シャーシ26と背面蓋30の内面までの距離を内部高さh4と定義する。
ファン1は、排気口18が、背面蓋30の近傍に位置し且つ背面蓋30と平行となるように配置されている。ファン1のフランジ部15と背面蓋30との隙間には、環状のスポンジ34が取り付けられている。このスポンジ34により、電子機器24の外部に排気した空気が前記隙間から電子機器24の内部に戻ることが防止されている。
背面蓋30には、吸気孔32と排気孔33とが、円状の小孔形状で多数開けられている。それらの排気孔33は、図4Aに示すように、規制円86と、ファン1の排気口18と対向する領域との間に配置されている。規制円86は、図4Bに示すように、回転軸6を中心として、ハブ4の外径DHよりも大きく、排気口18よりも小さい直径で形成されている。つまり、図4Bにおいて、規制円86は、排気口18の回転軸6に対する直交方向の最小幅DFよりも小さい直径で形成されている。これにより、電子機器24の外部から、ハブ4の側面近傍で且つ互いに隣接する羽根5,5間に流入する空気の流れを防止でき、排気流量の低下を防止できる。
この規制円86の直径DAは、電子機器24の内部の通風抵抗が大きい場合には、大きく設定し、前記通風抵抗が小さい場合には、小さく設定することが好ましい。このように設定することにより、風量がその分増加するため、前記通風抵抗により最適値が調整され設定される。
なお、前記のように構成される電子機器24の比較例として、背面蓋30に代えて背面蓋230を備える電子機器を、図5A及び図5Bに示している。背面蓋230が背面蓋30と異なる点は、排気孔33を規制円86の内側にも設けている点である。この部分に排気孔33があると、図5Bに示すように、旋廻流36が発生して、排気流量が低下する恐れがある。ここで、旋廻流36とは、電子機器の筐体外部から排気孔33を通って羽根5の根元であるハブ4の側面近傍に流れ込んだ後、再び排気孔33を通って前記筐体外部に出て行く空気の流れをいう。この旋廻流36は、吸気距離h3が小さく、電子機器24の内部の通風抵抗が大きい場合に、特に発生しやすい。従って、本発明の第1実施形態においては、この旋廻流36の発生を防止するために、規制円86の内側に排気孔33を設けていない背面蓋30を使用している。
なお、図5Aの背面蓋230の排気孔33でも旋廻流36の発生はあるものの、ファン1によりある程度の排気が可能なため、規制円86の内側にも排気孔33を設けても良い。特に電子機器の内部の通風抵抗が小さい場合には、規制円86の内側に排気孔33を設けないことによる効果が小さい。従って、規制円86の内側にも排気孔33を設けても良く、規制円86と関係のないファン1の排気口18に対応した排気孔33でも排気が可能である。
次に、この電子機器24の空気の流れ(気流)を説明する。
まず、ファン1が回転駆動すると、図4B及び図4Cの矢印に示すように、電子機器24の外部の空気が、吸気孔32から電子機器24の内部に吸い込まれる。当該吸い込まれた空気は、電子部品の間、又は回路基板27とシャーシ26との隙間を通って、ファン1の気流誘導板81の周囲に流れる。当該気流誘導板81の周囲に流れた空気は、気流誘導板81に誘導されて吸気口17を通り、風洞部82の内側を通って排気孔33から排気される。この空気の流れを利用して、電子部品で発生した熱が電子機器24の外部へ排熱される。
次に、図6を用いて、本発明の第1実施形態にかかるファン1と従来のファン101について、それぞれ排気流量を測定した試験結果について説明する。図6は、吸気距離h3と排気流量との関係を示すグラフである。図6において、実線は、ファン1の排気流量を示し、破線は、従来のファン101の排気流量を示す。
なお、ここで、ファン1の試験は、図4A〜図4Cに示すように、電子機器24の内部にファン1を配置した状態で行った。また、従来のファン101の試験は、図26A〜図26Cに示すように、電子機器124の内部にファン101を配置した状態で行った。各電子機器24,124の内部は、電子部品と回路基板27とを配置しない空の状態とした。また、各電子機器24,124の縦横の外形サイズは同一とした。各背面蓋30,130と各ファン1,101のケーシング部3,103の排気側部分との距離は、同一且つ一定とした。また、各ファン1,101において、羽根車2,102の羽根5,105の、回転軸方向の幅、外径、枚数、回転数は、同一且つ一定とした。また、各背面蓋30,130において、吸気孔32,132は同一形状とし、排気孔33,133は、それぞれ図4A,図26Aに示す孔形状とした。また、吸気距離h3を変えたときの排気流量を測定するために、それぞれ背面蓋30,130とシャーシ26,126との距離である内部高さh4を変えて前記測定を行った。
図6に示すように、吸気距離h3が約33mm以下の場合には、従来のファン101の排気流量と比較して、ファン1の排気流量を大きくすることができた。また、従来のファン101では、吸気距離h3が約6mmのとき、排気流量はゼロになった。これに対して、ファン1では、吸気距離が6mmのときでも、従来のファン101において吸気距離h3が14mmのときの排気流量に相当する排気流量を発生することができた。
このように、本発明の第1実施形態にかかるファン1は、従来のファン101と比べて、吸気距離h3が約33mm以下のときには、排気流量を増加することができる。例えば、ファン1の吸気距離h3が10mmのときには、従来のファン101の吸気距離h3が20mmのときと同等の排気流量を発生させることができる。
次に、図7を用いて、シャーシ26から背面蓋30の内面までの距離である内部高さh4と排気流量との関係を説明する。図7は、内部高さh4と排気流量の関係を示すグラフである。図7において、実線は、本発明の第1実施形態にかかるファン1の排気流量を示し、破線は、従来のファン101の排気流量を示す。なお、測定条件は、前記と同様である。
図7において、ファン1と従来のファン101とを同一の内部高さh4で比較した場合、図6に比べて、ファン1と従来のファン101との排気流量の差が大きくなっている。例えば、ファン1の内部高さh4が20mmのときには、従来のファン101の内部高さh4が33mmのときと同等の排気流量を発生することができる。
この理由は、以下のように考えられる。すなわち、ファン1においては、モータベース12及び連結片19a〜19dを、従来のファン101のモータベース112及び連結片119a〜19dよりも吸気側に配置しているので、各ファン1,101において内部高さh4を同じにした場合、羽根5は、羽根105よりも排気側に位置することとなる。すなわち、従来のファン101に比べて、連結片19a〜19dの厚みと、連結片19a〜19dと羽根5との隙間との合計距離分だけ、羽根5を背面蓋30の内面に近づけることができる。これにより、ファン1では、従来のファン101に比べて、ほぼ前記合計距離分だけ、吸気距離h3を大きくでき、排気流量を大きくすることができる。
従って、例えば、電子機器の冷却に必要な排気流量が0.1m/minである場合、従来のファン101では、内部高さh4を約33mmにする必要があるが、ファン1では、内部高さh4を約20mmにすればよい。すなわち、内部高さh4を約13mm(=33mm−20mm)小さくすることできる。従って、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、電子機器の大幅な薄型化が可能となる。
次に、図28を用いて、本発明の第1実施形態にかかるファン1の吸気口の半径を変化させたときの排気流量を測定した試験結果について説明する。図28は、図1Aに示すファン1を搭載した図4Aに示す電子機器24において、図2Dに示すファン1の吸気口の半径Rkと排気孔33から排出される排気流量との関係を示すグラフである。
なお、ここで、上記の試験は、図4A〜図4Cに示すように電子機器24の内部に、ファン1以外の部品(例えば、電子部品、回路基板27など)を配置しない状態で行った。また、内部高さh4は20mmとし、吸気口の半径Rkのみを変えて排気流量の測定をした。
図28より、排気流量の最大値は、吸気口17の半径Rkが、羽根5xの回転軌跡の最大半径RBよりも小さく、羽根5xの回転軌跡の最大半径RBとハブ4の半径RHとの中間の半径(RB+RH)/2よりも大きい範囲で発生していることがわかる。
次に、図29を用いて、本発明の第1実施形態にかかる電子機器24において、排気孔33の形成領域の内側の境界である規制円86の直径DAを変化させたときの排気流量を測定した試験結果について説明する。図29は、規制円86の直径DAと排気流量との関係を示すグラフである。
なお、ここで、上記の試験は、図4A〜図4Cに示すように電子機器24の内部にファン1を配置し、ファン1の吸気口の半径Rkを25mmとし、電子機器24の内部高さh4を20mmとした状態で行った。図29中の実線は、電子機器24の内部に、ファン1以外の部品を配置していない状態、つまり電子機器の筐体の通風抵抗が小さい時のファン1の排気流量を示している。図29中の破線は、電子機器24の内部に、電子部品と回路基板27とを、空気の流れる隙間が僅かに残る程度に、密集して配置した状態、つまり電子機器筐体の通風抵抗が大きい時のファン1の排気流量を示している。図29中のDH、DB、DFは、図4Bの、ハブ4の外径DH、羽根5の回転軌跡の外径DB、排気口18の回転軸6に対する垂直方向の最小幅DFを示している。
図29より、電子機器筐体の通風抵抗が小さい場合には、規制円86の直径DAが大きくなるに従い排気流量が減少する一方、電子機器の筐体の通風抵抗が大きい場合には、規制円86の直径DAが大きくなるに従い排気流量が増大することが分かる。また、電子機器の筐体の通風抵抗が大きい場合には、規制円86の直径DAを、羽根5の回転軌跡の外径DBの近傍の値に設定することが、排気流量を増大させるのに有効であることが分かる。なお、通常、電子機器の筐体内には、排気流量が図29中の実線と破線の間になる程度に、電子部品と回路基板27が配置される。
以上のように、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、羽根5が風洞部82よりも気流誘導板81に近接して配置されている。また、吸気口17の内径が、羽根5の回転軌跡の外径よりも小さく、羽根5の回転軌跡の外径とハブ4の外径との中間の直径よりも大きくなるように形成されている。これにより、図4Bに示すように、吸気口17から排気口18へ流れる空気に対して、回転軸方向の成分に加えて、回転軸方向と直交する方向の成分である遠心成分を大きく発生させることができる。よって、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、吸気口17と、部品、基板、シャーシ等との距離が小さい場合でも、従来のファン101に比べて排気流量を大きく発生させることができる。
また、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、風洞部82は、回転軸6と直交し且つ羽根5の回転軌跡の外周を横切る断面において、羽根5の外縁部9と接近する第1の領域と、当該第1の領域に比べて羽根5の外縁部9から離れた第2の領域とを有し、第1の領域と外縁部9との間に空間95a〜95dが形成され、第2の領域と外縁部9との間に空間35a〜35dが形成されている。これにより、図4Cに示すように、空間35a〜35dに空気を流すことができるので、図4Bに示す風洞部82の形状による空気の流れに比べて、排気抵抗が減る分、回転軸6と直交する方向の遠心成分をより大きくすることができる。従って、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、排気流量を更に増加することができる。
また、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、モータベース12及び連結片19a〜19dを、従来のファン101のモータベース112及び連結片119a〜119dに比べて、吸気側に配置している。これにより、吸気距離h3を大きくすることができるため、排気流量を増加することができる。
この理由について、図8を用いてさらに詳しく説明する。図8Aは、本発明の第1実施形態にかかるファン1を搭載した電子機器24の一部拡大断面図である。図8Aにおいて、モータベース12と連結片19(19a〜19d)とは、ファン1の吸気側の部分に配置されている。図8Bは、図8Aに示す電子機器24の比較例にかかる電子機器を示す一部拡大断面図である。図8Bにおいて、モータベース12と連結片19とは、ファン1aの排気側の部分に配置されている。図8A及び図8Bにおいて、内部高さh4と、羽根5、モータベース12、及び連結片19の厚みは、同一にしている。
図8Aに示す吸気距離h3と、図8Bに示す吸気距離h3とを比べると、図8Bに示す吸気距離h3の方が図8Aに示す吸気距離h3よりも小さいことが分かる。具体的には、連結片19の厚みと、連結片19と羽根5との隙間との合計距離分だけ、図8Bに示す吸気距離h3が図8Aに示す吸気距離h3より小さくなっている。すなわち、モータベース12と連結片19とを、ファン1aの排気側の部分に配置した場合には、吸気距離h3が小さくなり、排気流量が減少する。一方、本発明の第1実施形態にかかるファン1のように、モータベース12と連結片19とを吸気側の部分に配置した場合には、吸気距離h3を大きくできるため、排気流量を増加することができる。
また、図8Aに示すように、モータベース12と連結片19とをファン1の吸気側の部分に配置した場合には、風洞部82と気流誘導板81とモータベース12と連結片19とを一体成型できるため、製造コストを低減することができる。なお、図8Bに示すように、モータベース12と連結片19とをファン1aの排気側の部分に配置した場合には、風洞部82と連結片19との間でアンダーカットが発生する恐れがある。
また、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、図2Cに示すように、連結片19が、気流誘導板81から距離h2だけ、羽根5から離れるように配置されている。これにより、図8Aに示すように、連結片19と羽根5との距離h8を大きくすることができるため、連結片19が羽根5に接近することによる通風抵抗と吸気騒音とを低減することができる。従って、排気流量を増加することができる。
また、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、図2Cに示すように、モータベース12が、気流誘導板81から距離h2だけ、羽根5から離れるように配置されている。これにより、ハブ4の内側に配置されるモータ部10を、距離h2だけ長く形成することができる。これにより、モータ部10に内蔵された滑り軸受けを長くできるため、当該滑り軸受けの寿命を延ばすことができる。また、モータ部10の内蔵部品を大きくできるため、モータのトルクを大きくすることができる。これにより、羽根5と、気流誘導板81又は風洞部82との間に埃が詰まった場合に、当該埃を除去する力を大きくすることができ、ファン1が回転不可の状態になることを抑えることができる。
また、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、0.5°〜4.0°の勾配を有する略円筒形のハブ4の側面に、回転軸6から見たときに互いに重ならないように複数の羽根5を取り付けて羽根車2を構成している。これにより、ハブ4と羽根5とを容易に(例えば、金型を一方向に抜くだけで)一体成型することができ、羽根車2を低コストで作成することができる。
また、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、図4Aに示すように、背面蓋30の排気孔33を、規制円86と、ファン1の排気口18と対向する領域との間に配置している。ここで、規制円86は、回転軸6を中心として、吸気口17の内径Dkからハブ4の外径DHを差分した値の1/4の長さをハブ4の外径に加算した直径よりも大きく、羽根5の回転軌跡の外径DBよりも小さい直径で形成されている。これにより、図5Bに示す旋回流36の発生を防止でき、その分、排気流量の低下を防止できる。
また、本発明の第1実施形態にかかるファン1によれば、電子機器24の全体の通風抵抗がそれほど大きくない場合には、回転軸方向の軸流成分を有する空気を送ることができる。このため、回転軸方向と直交する方向の遠心成分しか空気を送れない遠心式の羽根と比べて、ファンの騒音レベルが同じとしたときの風量を大きくすることができる。
なお、本発明の第1実施形態においては、ハブ4の形状を略円筒形としたが、回転バランスの取れた多角柱としても良い。
なお、本発明の第1実施形態において、風洞部82は、図1に示すように、吸気側から排気側に向かうに従い、回転軸6との距離が徐々に拡大するように構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図9E及び図9Fに示すように、風洞部82に代えて、曲面85と、回転軸6と略直交する壁面87とで風洞部を構成してもよい。
ここで、図9Aは、風洞部を曲面85と壁面87とで構成したファンを排気側から見た平面図である。図9Bは、図9Aに示すファンの右側面図であり、図9Cは、図9Aに示すファンの下側面図であり、図9Dは、図9Aに示すファンを吸気側から見た平面図である。図9Eは、図9Aに示すファンのA4−A4線における一部断面図であり、図9Fは、図9Aに示すファンのB4−B4線における一部断面図である。
また、本発明の第1実施形態においては、羽根5の外縁部9を、図2Dに示すように、回転軸6と略平行になるように形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図10に示すように、羽根5の外縁部9が、吸気側から排気側に向かうに従い、回転軸6との距離が拡大するように形成されても良い。この場合、羽根5の外縁部9を回転軸6と略平行とした場合に比べて、排気流量を増加することができる。
また、本発明の第1実施形態においては、連結片19を回転軸6と直交する方向に配置したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図11に示すように、気流誘導板81とモータベース12とを斜めに連結するように、回転軸6と直交する方向に対して傾斜して連結片19を配置してもよい。このように連結片19を配置したファン1cは、図12に示すような背面蓋30cを有する電子機器24cに搭載されるときに、特に有用である。すなわち、連結片19が斜めになっているため、ファン1cをシャーシ26に対して傾けて取り付けた場合に、シャーシ26又は実装領域31の電子部品に接近してファン1cを配置することができるため、電子機器の小型化に有効である。
《第2実施形態》
次に、図13A〜図16Bを用いて、本発明の第2実施形態にかかるファンについて説明する。図13Aは、本発明の第2実施形態にかかるファンを排気側から見た斜視図であり、図13Bは、図13Aに示すファンを吸気側から見た斜視図である。図14Aは、本発明の第2実施形態にかかるファンを排気側から見た平面図であり、図14Bは、図14Aに示すファンを吸気側から見た平面図である。図14Cは、図14Aに示すファンの下側面図である。図14Dは、図14Aに示すファンのA5−A5線における一部断面図であり、図14Eは、図14Aに示すファンのB5−B5線における一部断面図である。図14Fは、図14Eの部分拡大断面図である。ここで、図14Dと図14Eの羽根5の輪郭は、羽根5を回転したときの回転軌跡を示している。
以下に、本発明の第2実施形態にかかるファンの構成について説明する。
本発明の第2実施形態にかかるファンであるファン1xが、前記第1実施形態のファン1と異なる点は、風洞部82の吸気側の長さを短くし、それに伴い、気流誘導板81及び羽根5の形状を変更した点である。それ以外の点については、同様であるので、重複する説明は省略しながら説明する。
気流誘導板81xは、環状の傾斜内縁部88と、傾斜内縁部88の周囲を取り囲む環状の平板部94xとを有している。平板部94xの周囲は、筒状の風洞部82xの吸気側周端部93xと接続されている。
傾斜内縁部88は、回転軸6側の内周部が吸気口17を形成し、回転軸6を中心とする円錐台の側面形状をしている。また、傾斜内縁部88は、吸気側から排気側に向かうに従い、回転軸6との距離が拡大するように形成されている。平板部94xは、回転軸6と直交する平面と略平行に配置されている。風洞部82xの排気側の端部には、排気口18が形成されている。ここで、吸気口17と排気口18とは、回転軸6と直交する平面に対して略平行に形成されている。吸気口17と排気口18とは、いわゆる表裏の関係にある。
モータベース12は、ファン1xの吸気側の部分に配置されている。モータベース12は、4本の連結片19a〜19dにより、傾斜内縁部88に連結固定されている。羽根車2xの羽根5xは、図14Aに示すように、前縁部7と、後縁部8と、回転軌跡の外周を形成する外縁部9とを有している。前縁部7と外縁部9との間には、断面直線状の面取り部89が設けられている。
羽根5xの外縁部9は、図14D及び図14Eに示すように、吸気側から排気側に向かうに従い、回転軸6との距離が拡大するように形成されている。
図14D及び図14Fに示すように、気流誘導板81xと羽根5xの隙間は、羽根5xと風洞部82xとの隙間よりも小さく形成されている。また、気流誘導板81xと羽根5xとの隙間は、羽根5xの面取り部89と傾斜内縁部88の内面88iとの間で最小になるように形成されている。これにより、排気口18から吸気口17への空気の逆流を防止することができる。
以下、この面取り部89と傾斜内縁部88の内面88iとの隙間を、隙間h1xと定義する。この隙間h1xは、羽根車2xの回転振れ、部品組み立て公差、熱膨張による変形、空気中の埃の付着による羽根車2xの回転のロック、量産マージン等を考慮して、内壁88iと羽根車2xとが接触しない最小の値に設定されることが好ましい。
吸気口17の半径Rkは、羽根5xの回転軌跡の最大半径RBよりも小さく、羽根5xの回転軌跡の最大半径RBとハブ4の半径RHとの中間の半径(RB+RH)/2よりも大きい半径に設定されている。
風洞部82xは、吸気口17から排気口18に向かうに従い、回転軸6と直交する方向に、回転軸6との距離が拡大するように形成されている。
排気口18は、四隅にフィレット22a〜22dを有する略正方形に形成されている。それらのフィレット22a〜22dの近傍には、図13A及び図14Eに示すように、空間部35a〜35dが形成されている。空間部35a〜35dは、風洞部82xの内面と羽根5xの外縁部9との間に位置している。回転軸6と直交する方向における風洞部82xと気流誘導板81xとの接点と羽根5xの外縁部との距離hkは、回転軸6と直交する方向における吸気口17の半径Rkとハブ4の半径RHとを差分した距離の1/3以上になるように設定されている。すなわち、回転軸6と直交する方向における空間35a〜35dの幅は、吸気口17の半径Rkとハブ4の半径RHとを差分した距離の1/3以上である。これにより、吸気口17からファン1xの内部に吸気した空気を、排気口18から効率よくファン1xの外部に排気することができる。
本発明の第2実施形態にかかるファン1xによれば、羽根5が風洞部82xよりも気流誘導板81xに近接して配置されている。また、気流誘導板81xと羽根5xとの隙間が、羽根5xの面取り部89と傾斜内縁部88の内面88iとの隙間h1xで最小になるように形成されている。さらに、吸気口17の半径Rkは、羽根5の回転軌跡の最大半径RBよりも小さく、羽根車2xの最大半径RBとハブ4の半径RHとの中間の半径よりも大きい半径に設定されている。これにより、吸気口17から排気口18に流れる空気を、羽根5xと風洞部82xとの隙間に流すことができるため、回転軸方向の成分に加え、回転軸6と直交する方向の成分である遠心成分を大きく発生させることができる。よって、本発明の第2実施形態にかかるファン1xによれば、吸気口17と、部品、基板、シャーシ等との距離が小さい場合でも、従来のファン101に比べて排気流量を大きく発生させることができる。
また、本発明の第2実施形態にかかるファン1xによれば、排気口18の四隅に、吸気口17の半径Rkとハブ4の半径RHとを差分した距離の1/3以上の幅を有する空間35a〜35dを設けている。これにより、空間35a〜35dに空気を流すことができるので、排気抵抗が減らすことができ、回転軸6と直交する方向の遠心成分をより大きくすることができる。従って、本発明の第2実施形態にかかるファン1xによれば、排気流量を更に増加することができる。
なお、本発明の第2実施形態においては、図14Fに示すように、羽根5xの外縁部9を、吸気側から排気側に向かうに従い、回転軸6との距離が拡大するように形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図15に示すように、外縁部9の排気側部分を回転軸6と略平行に形成してもよい。
また、本発明の第2実施形態においては、図14D及び図14Eに示すように、羽根5xに断面直線状の面取り部89を設けたが、当該面取り部89は、図16A及び図16Bに示すように、断面曲線状に形成されてもよい。また、羽根5xの外縁部9も断面曲線状に形成されもよい。また、この場合、気流誘導部81xは、断面直線状の傾斜内縁部88に代えて、図16A及び図16Bに示すように、前記断面曲線状の外縁部9に対応して断面曲線状の傾斜内縁部288を有してもよい。
《第3実施形態》
次に、図17を用いて、本発明の第3実施形態にかかるファンについて説明する。
図17Aは、本発明の第3実施形態にかかるファン1yを排気側から見た平面図である。図17Bは、図17Aに示すファン1yのA6−A6線における一部断面図である。ここで、図17Bの羽根5xの輪郭は、羽根5xを回転したときの回転軌跡を示している。図18は、図17Aに示すファン1yを搭載した電子機器の一部断面図である。
本発明の第3実施形態にかかるファン1yが、前記第2実施形態にかかるファン1xと異なる点は、円盤90を新たに設けている点である。それ以外の点については同様であるので、重複する説明は省略しながら、以下、本発明の第3実施形態にかかるファン1yの構成について説明する。
円盤90は、回転軸6を中心として、羽根5x又はハブ4の排気側部分に固定されている。円盤90の半径は、ハブ4の外径DHよりも大きく、羽根5xの外縁部9の最外径DBよりも小さく設定されている。なお、図17A〜図18では、円盤90を環状の板状部材として示している。ここでは、円盤とは、この環状の板状部材も含むものである。
次に、ファン1yを電子機器24yに搭載した構成について説明する。
図18において、ファン1yを備えた電子機器24yは、図5Aに示す電子機器とファン以外の構成については同様の構成を有している。なお、図18は、図5AのA3−A3線における断面に相当する断面を示している。
図5Aを用いて上述したのと同様に、背面蓋230には、ファン1yの排気口18と対向する領域の内側に、多数の円状の排気孔33が均等に設けられている。
このような構成によれば、背面蓋230の排気孔33が、ハブ4の外径DHの内側と対応する領域に設けられていても、円盤90により、図5Bを用いて上述した旋回流36の発生を防止することができる。これにより、排気流量の低下を防止することができる。
なお、円盤90の半径は、電子機器の筐体内部の通風抵抗に応じて最適値に調整する、すなわち、その通風抵抗が大きいときは大きい半径に設定し、その通風抵抗が小さいときは小さい半径に設定すると、排気流量をその分増加させることができる。
また、本発明の第3実施形態によれば、羽根5x又はハブ4の排気側部分に円盤90を固定しているので、ファン1yと背面蓋230との隙間が大きくなるように、ファン1yが配置された場合でも、当該隙間からハブ4の側壁近傍に空気が回り込むことを防止することができる。これにより、排気流量の低下をさらに防止することができる。
《第4実施形態》
次に、図19〜図23を用いて、本発明の第4実施形態にかかるファンについて説明する。
図19Aは、本発明の第4実施形態にかかるファンを排気側から見た斜視図であり、図19Bは、図19Aに示すファンを吸気側から見た斜視図である。図20Aは、本発明の第4実施形態にかかるファンを排気側から見た平面図であり、図20Bは、図20Aに示すファンを吸気側から見た平面図である。図20Cは、図20Aに示すファンの下側面図である。図20Dは、図20Aに示すファンのA7−A7線における一部断面図であり、図20Eは、図20Aに示すファンのB7−B7線における一部断面図である。ここで、図20D及び図20Eに示す羽根5の輪郭は、羽根5を回転したときの回転軌跡を示している。
本発明の第4実施形態にかかるファン1zが、前記第1実施形態にかかるファン1と異なる点は、ケーシング部3と形状が異なるケーシング部3zを有している点である。それ以外の点については同様であるので、重複する説明は省略しながら、以下、本発明の第4実施形態にかかるファン1zの構成について説明する。
ケーシング部3zは、気流誘導板81zと、風洞部82zと、フランジ部15zと、固定腕91a〜91dと有している。固定腕91a〜91dには、ビス止め用の孔が開けられている。
風洞部82zと気流誘導板81zとは、図20Dに示す断面形状を、回転軸6を中心に360度回転させた形状に形成されている。すなわち、風洞部82zと気流誘導板81zとが、図2Aに示すファン1の風洞部82と気流誘導板81と異なる点は、空間35a〜35dを無くしている点である。
風洞部82zの吸気側周端部には、風洞部82zの吸気側の端部の開口を塞ぐように、平板形状の気流誘導板81zが設けられている。気流誘導板81zは、回転軸6と直交する平面と平行に配置されている。気流誘導板81zの中央部には、吸気口17が形成されている。吸気口17の中心は、回転軸6上に位置している。
風洞部82zの排気側の端部には、排気口18zが形成されている。排気口18zの外周には、回転軸6と直交する平面と平行なフランジ部15zが形成されている。フランジ部15zの外周には、ファン1zを他の部材に固定するための固定腕91a〜91dが形成されている。ここで、吸気口17と排気口18zとは、回転軸6と直交する平面と平行に形成されている。吸気口17と排気口18zとは、いわゆる表裏の関係にある。
モータベース12は、ファン1zの吸気側の部分に配置されている。モータベース12は、4本の連結片19a〜19dにより、気流誘導部81zと連結固定されている。吸気口17は、図20Dに示すように、羽根5の前縁部7と対向するように形成されている。
吸気口17の半径Rkは、小さ過ぎると吸気口17の開口面積が小さくなるため風量が低下する。一方、吸気口17の半径Rkは、大き過ぎると、吸気口に障害物が近づいたときに、ファン1zの内部の空気の遠心成分を多く発生できないため排気流量が低下する。従って、吸気口17の半径Rkが、小さ過ぎず、且つ、大き過ぎない範囲内に、最大風量を発生するポイントがある。具体的には、吸気口17の半径Rkの最適値は、羽根5の回転軌跡の最大半径RBよりも小さく、羽根5の回転軌跡の最大半径RBとハブ4の半径RHとの中間の半径(RB+RH)/2よりも大きい範囲内にあると考えられる。このため、吸気口17の半径Rkは、羽根5の回転軌跡の最大半径RBよりも小さく、羽根5の回転軌跡の最大半径RBとハブ4の半径RHとの中間の半径(RB+RH)/2よりも大きい半径に設定されている。
風洞部82zは、風洞部82zの内面と羽根5との隙間が吸気口17の近傍で最小になるように、羽根5の前縁部7に向けて傾斜するように配置されている。
羽根5は、風洞部82zよりも気流誘導板81zに近接している。すなわち、羽根5の前縁部7と気流誘導板81zとの吸気口17の近傍の隙間が、羽根5の外縁部9と風洞部82zの内面との隙間よりも小さく形成されている。これにより、排気口18から吸気口17への空気の逆流を防止することができる。
ここで、前記羽根5と気流誘導部81zとの隙間は、羽根車2の回転振れ、部品組み立て公差、熱膨張による変形、空気中の埃の付着による羽根車の回転のロック、量産マージン等を考慮して、気流誘導板81zと羽根5の前縁部7とが接触しない最小の値に設定されることが好ましい。
また、風洞部82zは、吸気口17から排気口18に向かうに従い、回転軸6との距離が拡大するように形成されている。
本発明の第4実施形態にかかるファン1zによれば、羽根5が風洞部82zよりも気流誘導板81zに近接して配置されている。また、吸気口17の内径は、羽根5の回転軌跡の外径よりも小さく、羽根5の回転軌跡の外径とハブ4の外径との中間の直径よりも大きい直径に設定されている。これにより、吸気口17から排気口18に流れる空気を、羽根5と風洞部82zとの隙間に流すことができるため、回転軸6の方向の成分に加えて、回転軸6に対する半径方向の成分である遠心成分を大きく発生させることができる。よって、本発明の第4実施形態にかかるファン1zによれば、吸気口17と、部品、基板、シャーシ等との距離が小さい場合でも、従来のファン101に比べて排気流量を大きく発生させることができる。
なお、本発明の第4実施形態においては、風洞部82z及び気流誘導板81zの断面形状を、図20Dに示すように形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図21に示すように、風洞部82zの断面形状を回転軸6と平行とし、気流誘導板81zの断面形状を回転軸6と直交する面と平行とし、風洞部82zと気流誘導板81xとの間にフィレット部92を設けてもよい。また、図22に示すように、気流誘導板81zの断面形状を、回転軸6に対して傾斜した形状とし、羽根5の外縁部9と前縁部7の間に面取り部89を設けても良い。また、図23に示すように、気流誘導板81zと羽根5の前縁部7とを、回転軸6と直交する略同一平面上に配置し、羽根5の外縁部9を吸気側から排気側に向けて回転軸6との距離が拡大するように形成してもよい。この場合、気流誘導板81xと羽根5との隙間は、羽根5の外縁部5の前縁部7の近傍部分で最小になり、吸気口17の直径が、羽根の外縁部9の最外径より小さくなる。
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本発明にかかるファン及び当該ファンを搭載した電子機器は、電子機器のシャーシ、部品、基板などの障害物がファンの吸気側の部分に接近して配置された場合でも、風量の低下を抑えて必要な排気流量を確保することができるので、小型化又は薄型化を求められる電子機器(例えば、プラズマディスプレイパネル、液晶表示パネル等)、及び当該電子機器に搭載され、電子機器の内部の空気の排気を行うファンとして有用である。

Claims (4)

  1. 回転軸を中心とする略円筒形のハブの側面に、プロペラ形状の複数の羽根が取り付けられた羽根車と、
    前記ハブの内側に配置され、前記回転軸を中心に前記羽根車を回転駆動させるモータ部と、
    前記羽根車の前記羽根と前記回転軸の周囲に通風路を形成する筒状の風洞部であって、前記風洞部の内側を前記回転軸が貫通し、回転軸方向における一端部に、前記羽根の回転軌跡の外径よりも大きい排気口が形成された風洞部と、
    前記風洞部の前記回転軸方向における他端部の開口を塞ぐように設けられ、前記回転軸が通る吸気口がほぼ中心部に形成された気流誘導板と、
    前記羽根又は前記ハブの前記回転軸方向の前記排気口側の部分に、前記回転軸を中心として取り付けられた円盤
    を備え、
    前記羽根は、前記風洞部よりも前記気流誘導板に近接し、
    前記円盤の直径は、前記ハブの外径よりも大きく、前記羽根の前記回転軌跡の最外径よりも小さい、ファン。
  2. ァンを外壁に配置して内蔵する電子機器であって、
    前記ファンは、
    回転軸を中心とする略円筒形のハブの側面に、プロペラ形状の複数の羽根が取り付けられた羽根車と、
    前記ハブの内側に配置され、前記回転軸を中心に前記羽根車を回転駆動させるモータ部と、
    前記羽根車の前記羽根と前記回転軸の周囲に通風路を形成する筒状の風洞部であって、前記風洞部の内側を前記回転軸が貫通し、回転軸方向における一端部に、前記羽根の回転軌跡の外径よりも大きい排気口が形成された風洞部と、
    前記風洞部の前記回転軸方向における他端部の開口を塞ぐように設けられ、前記回転軸が通る吸気口がほぼ中心部に形成された気流誘導板と、
    前記羽根又は前記ハブの前記回転軸方向の前記排気口側の部分に、前記回転軸を中心として取り付けられた円盤と、
    を備え、
    前記羽根は、前記風洞部よりも前記気流誘導板に近接し、
    前記円盤の直径は、前記ハブの外径よりも大きく、且つ前記羽根の前記回転軌跡の最外径よりも小さく、
    前記外壁には、前記ファンの前記排気口と対向する領域に、前記ファンからの空気を排気する排気孔が形成されている、電子機器。
  3. ァンを外壁の近傍に配置して内蔵する電子機器であって、
    前記ファンは、
    回転軸を中心とする略円筒形のハブの側面に、プロペラ形状の複数の羽根が取り付けられた羽根車と、
    前記ハブの内側に配置され、前記回転軸を中心に前記羽根車を回転駆動させるモータ部と、
    前記羽根車の前記羽根と前記回転軸の周囲に通風路を形成する筒状の風洞部であって、前記風洞部の内側を前記回転軸が貫通し、回転軸方向における一端部に、前記羽根の回転軌跡の外径よりも大きい排気口が形成された風洞部と、
    前記風洞部の前記回転軸方向における他端部の開口を塞ぐように設けられ、前記回転軸が通る吸気口がほぼ中心部に形成された気流誘導板と、
    を備え、
    前記羽根は、前記風洞部よりも前記気流誘導板に近接し、
    前記外壁には、前記ファンの前記回転軸に対応する位置を中心として、前記ハブの外径よりも大きく、前記排気口よりも小さい直径を有する規制円の外側の領域に、前記ファンからの空気を排気する排気孔が形成されている、電子機器。
  4. ァンを外壁の近傍に配置して内蔵する電子機器であって、
    前記ファンは、
    回転軸を中心とする略円筒形のハブの側面に、プロペラ形状の複数の羽根が取り付けられた羽根車と、
    前記ハブの内側に配置され、前記回転軸を中心に前記羽根車を回転駆動させるモータ部と、
    前記羽根車の前記羽根と前記回転軸の周囲に通風路を形成する筒状の風洞部であって、前記風洞部の内側を前記回転軸が貫通し、回転軸方向における一端部に、前記羽根の回転軌跡の外径よりも大きい排気口が形成された風洞部と、
    前記風洞部の前記回転軸方向における他端部の開口を塞ぐように設けられ、前記回転軸が通る吸気口がほぼ中心部に形成された気流誘導板と、
    を備え、
    前記羽根は、前記風洞部よりも前記気流誘導板に近接し、
    前記外壁には、前記ファンの前記排気口と対向する領域に、前記ファンからの空気を排気する排気孔が形成されている、電子機器。
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