遠心ファン装置用ブレード、遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器
【課題】ブレード部の先端に発生する空気の渦を分流して小さくし、それらの渦の流れる方向を分けることで分流した渦の再結合を防止して騒音を低減させ、広範囲の冷却を可能にする遠心ファン装置用ブレード、遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】遠心ファンのブレード部２２は、遠心ファンの厚み方向で途中から分割され、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６となり、その第１のブレード部２５と第２のブレード部２６は互いに遠心ファンの径方向で異なる方向に伸びることを特徴とする。
【解決手段】遠心ファンのブレード部２２は、遠心ファンの厚み方向で途中から分割され、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６となり、その第１のブレード部２５と第２のブレード部２６は互いに遠心ファンの径方向で異なる方向に伸びることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の筐体内部に実装された超小型演算処理装置（以下、ＭＰＵと称する）などの発熱体の冷却に用いる遠心ファン装置で、その発熱体と熱接続された受熱体から放熱体までの熱輸送をヒートパイプや液体冷媒の循環などの方式により効率的に行った後、その放熱体を強制的に送風冷却する遠心ファン装置用ブレード、遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のコンピュータにおけるデータ処理の高速化の動きはきわめて急速であり、ＭＰＵのクロック周波数は、以前と比較して格段に高いものになってきている。
【０００３】
その結果、ＭＰＵの発熱量が増大し、従来のように放熱フィンを有するヒートシンクを発熱体に接触させて放熱する方法だけでなく、そのヒートシンクをファンで直接冷却する方法、あるいはその発熱体と熱接続された受熱体から放熱体までをヒートパイプを用いて熱輸送したヒートシンクモジュールを構成して、その放熱体をファンの送風で強制冷却する方法、さらには、熱伝導性の高い液体冷媒をポンプによって強制循環させ受熱体と放熱体との間で熱輸送された放熱体を遠心ファン装置により強制的に送風して放熱する方法などが必要不可欠となっている。
【０００４】
一方、前述した遠心ファン装置の冷却性能の向上は、その高風量化、高静圧化などの送風性能の向上に大きく依存し、通常遠心ファン装置の送風性能は遠心ファンの回転速度を上昇させて改善することが可能である反面、その遠心ファンのブレード部の風きり音（以下、ファン騒音と称する）も増大する傾向を示すことから、そのファン騒音を低減するために色々なブレード部の形状やオリフィスの形状などが提案されている。
【０００５】
一般的に、そのようなファン騒音は離散周波数騒音と広帯域ランダム騒音に分類されているが、特に離散周波数騒音は、ブレード部（羽根板とも称する）の回転面（正圧面および負圧面）の空気が回転運動するブレード部が通過するたびに生じる空気の圧力変動に起因して発生する空気の渦によるものである。
【０００６】
つまり、離散周波数騒音はブレード部の通過に同期して発生するため、ブレード部の枚数とファン回転数の積を基本周波数とする高調波騒音であって、ファン騒音の大部分をこの離散周波数騒音が占めていることから、離散周波数騒音すなわち大きな空気の渦の発生を低減させることがファン騒音の低減に有効であることも知られている。
【０００７】
従来の離散周波数騒音を低減する方法として、ファンの対向する２つのブレード外周端に段差を有し、段差にブレードの回転軸を中心とした円環板を設けたものがあった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２５７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のようにブレード外周端に段差を有し、段差にブレードの回転軸を中心とした円環板を設けたものでは、ファン先端に発生する離散周波数騒音の元となる渦を分流し小さくすることができるが、遠心ファン装置の厚さが薄いために上下の先端で発生する渦同士の距離が近く、また渦の移動方向が同じなので、渦同士が再度合体しやすく分流前の渦に戻ることがある。その結果、騒音を大幅に低減することが困難であった。
【００１０】
また、回転するブレードからの風向きは一方向になってしまい、ファン装置から吹き出される風は偏ってしまい、狭い範囲の冷却には好適である一方、広範囲の冷却では課題があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記課題を鑑みて、ブレード部の先端に発生する空気の渦を分割分流して小さくし、それらの渦の流れる方向を分けることで分流した渦の再結合を防止して騒音を低減させ、広範囲の冷却を可能にする遠心ファン装置用ブレード、遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器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】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、径方向に伸びるブレード部を備える遠心ファン装置用ブレードであって、ブレード部は、径方向内側において遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側において遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、第２の領域において分割された複数の先端部は、遠心ファン装置用ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置用ブレードで、それを備えた遠心ファン装置及びその遠心ファン装置を備えた電子機器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ブレードの先端に発生する空気の渦を分割分流して小さくし、それらの渦の流れる方向を分けることで分割された渦の再結合を防止して騒音を低減させることができる。また、ブレードから押し出される風を分散させることで、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却を可能にすることができる。
【００１４】
また、ブレードの形状やブレードが途中から２つに分割させる位置を最適化することで、外気を吸入する能力や吹き出して冷却する能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例における遠心ファン装置の概観図
【図２】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの斜視図
【図３】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの拡大図
【図４】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの形状を示す図
【図５】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの補強板の他の形態の斜視図
【図６】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの動作を示す図
【図７】本発明の実施例における遠心ファン装置の他のブレードの形状を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、径方向に伸びるブレード部を備える遠心ファン装置用ブレードであって、ブレード部は、径方向内側において遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側において遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、第２の領域において分割された複数の先端部は、遠心ファン装置用ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置用ブレードであって、ブレード部の先端を途中から分割させブレード部の径方向で互いに異なる方向に伸びさせることにより、吸入された空気を分割しブレード部の先端で発生する騒音の原因となる空気の渦を小さくさせることができる。更に、渦の発生箇所を離すことができ、その分割された渦の再結合を防止し、遠心ファン装置の騒音を低減させることができる。また、ブレード部から押し出される風を分散させることができ、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、駆動部と、駆動部を収納するハブ部と、ハブ部を中心に伸びるブレード部を有するブレードと、ブレードを支持し、吸気口を備えるフレームと、を備え、ブレード部は、径方向内側においてブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側においてブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、第２の領域において分割された複数の先端部は、ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置であって、ブレード部の先端を途中から分割させブレードの径方向で互いに異なる方向に伸びさせることにより、吸入された空気を分割しブレードの先端で発生する騒音の原因となる空気の渦を小さくさせることができるとともに、渦の発生箇所を離すことができ、その分割された渦の再結合を防止し、遠心ファン装置の騒音を低減させることができる。また、ブレードから押し出される風を分散させることができ、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、ブレード部の複数の先端部は、互いに異なる方向に曲線を持って伸び、それぞれの曲線の中心はブレードに対して互いにその回転方向前後に位置することを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン装置であって、ブレード部の複数の先端部は互いに逆向きの曲率を有するので、空気の渦の発生箇所や吹き出し箇所を離すことができ、その分割した渦の再結合を防止し、遠心ファン装置の騒音を低減させることができる。さらに、外気は遠心ファン装置に吸い込まれた後、曲面に沿ってブレード部から滑らかに吹き出され、ブレードの送風効率を良くすることができる。また、ブレード部から押し出される風を分散させることができ、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、第１の領域と第２の領域との境界は、フレームに設けられた吸気口の外径よりも外側にあることを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン装置であって、ブレード部が分割されている部分と吸気口の面とをオーバーラップさせないことで、ブレード部の分割されていない部分で吸気口から大量に外気を吸気することができ、それを吹き出し冷却のための空気として利用することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の遠心ファン装置を備えたことを特徴とする電子機器であって、ブレード部はブレードの軸方向で分割され、遠心ファンの径方向で互いに異なる方向に伸びる遠心ファン装置を電子機器に備えたことにより、電子機器における遠心ファン装置による騒音を低減することができる。
【００２１】
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、各図面において、カバー側を上方、フレーム側を下方として説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施例における遠心ファン装置の概観図であり、（ａ）は上方からの斜視図であり、（ｂ）は下方からの斜視図である。
【００２３】
まず、図１（ａ）で示したように遠心ファン装置１１のファンケーシング１２は、下部に位置するフレーム１２ａと上部に位置するカバー１２ｂとにより構成されている。
【００２４】
ただし、カバー１２ｂは必ずしも必須ではなく、例えば他の部材の壁などで代用してもよい。
【００２５】
ここで、フレーム１２ａは、樹脂成型、アルミニウム合金のダイカスト成型、またはプレス成形などにより側壁１２ａａと底壁１２ａｂとが一体的に成形され、その２方向にファンケーシング１２内に吸入した空気を外部へ排気する排気口１３が配設されており、底壁１２ａｂには周囲から吸入する空気を通過させる略円形状の吸気口１４ａが配設されている（図１（ｂ）参照）。
【００２６】
一方、カバー１２ｂは、スチール、アルミニウム、銅などの金属材料の打ち抜き成形や樹脂成型によりプレート状に成形されており、その中央部に周囲から吸入する空気を通過させる略円形状の吸気口１４ｂが配設されている。
【００２７】
そして、ファンケーシング１２は回転駆動されるブレード１５を回転自在に収容するので、一対の吸気口１４ａと吸気口１４ｂはそのブレード１５を挟んで対向配置されている。
【００２８】
また、ハブ部２１内に収納、取り付けられている駆動部であるモータ（図示せず）はブレード１５のブレード部２２を回転させる。例えば、コイルを巻回したステータと、ステータの周囲に設けられ環状のマグネットをその内側に備えるロータと、を備え、ステータのコイルに電流を流すなどしてモータを構成する。
【００２９】
ここで、ブレード１５の素材としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂材料を用いた一体成形により形成されている。
【００３０】
以上のような構成により、吸気口１４ａと吸気口１４ｂとの両方から吸入されるそれぞれの空気は、ブレード１５のハブ部２１の内側中央に固定された回転軸１８方向において相互に反対方向（ぶつかりあう方向）となって吸入される。
【００３１】
図２は、本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの斜視図であり、（ａ）は上方からの斜視図であり、（ｂ）は下方からの斜視図である。
【００３２】
図２に示すようにブレード１５は、ハブ部２１とハブ部２１から伸びる複数のブレード部２２、そしてハブ部２１の外周にはブレード部２２の強度を補強する環状の補強板３０により構成され、ブレード１５は、時計周りのＲ方向に回転するようになっている。
【００３３】
ここで、ハブ部２１からの伸びたブレード部２２は、径方向内側においてブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側においてブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域とを備える。第２の領域では、第１のブレード部２５あるいは第２のブレード部２６に分割される。すなわち、補強板３０がある所を過ぎてから分割され、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とに分かれる（詳細は後述する）。
【００３４】
また、ハブ部２１の外周に設けられた環状の補強板３０はハブ部２１より外側に伸びているブレード部２２の根元の強度をアップさせることができる。すなわち、補強板３０の平面部にブレード部２２の一部の面を一体化（Ｂの太線部）で構成することで、ブレード部２２はハブ部２１と補強板３０の両者により固定することができる。こうすることで、ブレード１５の性能向上のためにブレード部２２のブレード枚数を多くし各ブレードのブレード厚が薄くせざるおえなくなった場合でもブレード１５の回転力にブレード部２２は耐えうることができる。なお、風の整流効果もある。
【００３５】
この補強板３０の外径は、吸気口１４ａや吸気口１４ｂ（図１参照）の外径と同一かやや小さくするのが好ましい。すなわち、補強板３０の外径≦吸気口１４ａや吸気口１４ｂの外径の関係とする。この構成にすることで、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの上下方向から吸入した空気を衝突させないで第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とに分割されていないブレード部２２の広い側面で空気を効果的に抱き込むことができ、ブレード部２２の曲面に沿ってブレード部２２の外周側へ送り出すことができる。
【００３６】
この補強板３０が無い場合もあるが、前述したようにブレード部２２の強度に課題を残してしまう。また、補強板３０の外径が吸気口１４ａや吸気口１４ｂの外径より大きい場合もあるが、補強板３０の外径を大きくすればそれにつれてブレード１５の大きさも大きくなってしまう恐れがある。
【００３７】
なお、第１のブレード部２５及び第２のブレード部２６は本実施例では、第１のブレード部２５がハブ部２１からの距離が長くブレードの長さが長くなっているが、この場合ブレードが長いほう、つまり第１のブレード部２５は吸気口の開口部の大きな吸気口１４ｂ側に配置されるほうが好ましい。
【００３８】
第１のブレード部２５あるいは第２のブレード部２６のハブ部２１からの距離を両者同じ長さにしてもよいが、ブレードが長いほう、つまり第１のブレード部２５を吸気口の開口部の大きな吸気口１４ｂ側に配置することで、多く吸入できた空気をブレード１５の外側に容易に運び出すことができる。
【００３９】
この際、ブレード部２２すなわち第１のブレード部２５や第２のブレード部２６の先端は吸気口１４ａ、１４ｂ（図１参照）から見て隠れるように吸気口の外径より外側に位置していることが望ましく、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６との長さの比率に応じて、吸気口の大きさを変えることが好ましい。
【００４０】
すなわち、ブレード１５の厚み方向におけるブレード部２２の上端及び下端はファンケーシング１２のカバー１２ｂ及び底壁１２ａｂ（図１参照）との隙間が狭くなり、ブレード部２２の先端で気圧の差により発生する騒音の原因となる空気の渦が、ブレード部２２の面を乗り越えて隣のブレードに移動して隣の空気の渦と合体するのを防止することができる。
【００４１】
また、第１のブレード部２５は、回転方向前側に湾曲する、いわゆる前進翼であり、第２のブレード部２６は、回転方向後側に湾曲する、いわゆる後進翼である。
【００４２】
このようにブレード部２２を湾曲させることで、ブレード部２２はその径方向に流線型の面になっているので遠心ファン装置１１の軸方向から吸い込んだ空気を抵抗なく滑らかに吐き出すことができ、遠心ファン装置１１のブレード部２２の送風効率を良化させることができる。
【００４３】
図３を用いて、ブレード１５のブレード部２２の形状について説明する。図３は、本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの拡大図であり、（ａ）は遠心ファンの上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向から見た遠心ファンの側面図である。
【００４４】
図３において、上述したように、第１のブレード部２５は回転方向前側に湾曲しており、第２のブレード部２６は回転方向後側に湾曲している。そして、第１のブレード部２５の端部間のピッチＰの間に第２のブレード部２６の端部Ｑが位置する（詳細は後述する）。
【００４５】
好ましくは、第１のブレード部２５の端部間のピッチＰの中間に第２のブレード部２６の端部Ｑが位置するのがよい。このように配置することで、第１のブレード部２５で発生する空気の渦と第２のブレード部２６で発生する空気の渦との距離（ブレード１５の周方向の距離）を最も離すことができる（詳細は後述する）。
【００４６】
また、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とに分割され始める境界である位置Ｃ点は、ブレード１５の径方向で吸気口１４ａや吸気口１４ｂ（図１参照）の外径よりも外側に位置する。
【００４７】
このように構成することで、ブレード部２２が分割され始める分岐点Ｃ点と吸気口１４ａや吸気口１４ｂ（図１参照）の面から外しオーバーラップさせないことで、ブレード部２２がまだ分割されていない広い側面部分で吸気口１４ａや吸気口１４ｂ（図１参照）から大量に外気を吸気することができ、それを吹き出し冷却のための空気として利用することができる。
【００４８】
なお、ブレード１５の大きさに応じて、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６は第１のブレード部２５と第２のブレード部２６で発生した空気の渦が再結合しない程度の長さ（分岐点Ｃ点からブレード１５の外周までの長さ）と曲面があればよい。
【００４９】
ここで、補強板３０の外径、吸気口１４ａや吸気口１４ｂの外径、ブレード部２２の分岐点であるＣ点の位置そしてブレード１５の外径についてまとめておく。ここでは、ブレード１５の中心からの半径と距離の大きさで示す。すなわち、補強板３０の外径≦吸気口１４ａや吸気口１４ｂの外径＜ブレード部２２の分岐点であるＣ点までの距離＜ブレード１５の外径である。
【００５０】
前述したように第１のブレード部２５及び第２のブレード部２６において、第１のブレード部２５のほうが第２のブレード部２６に比べハブ部２１からの距離が長くしているので、図３（ｂ）に示すように第１のブレード部２５と第２のブレード部２６との境目で段差が形成されている。この段差を設けることで、第１のブレード部２５で発生する空気の渦と第２のブレード部２６で発生する空気の渦との距離（ブレード１５の軸方向の距離）を離すことができ、第１のブレード部２５で発生する空気の渦と第２のブレード部２６で発生する空気の渦との距離を三次元的（斜め上下方向）に離すことができる。
【００５１】
また、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の長さ（径でもある）に関しては第１のブレード部２５のほうが長くなっている。これにより遠心ファン装置の冷却性能を向上させることができる。
【００５２】
本実施例では、第１のブレード部２５の外径が４４ｍｍφ、第２のブレード部２６の外径は４２ｍｍφ、補強板３０の外径は３２ｍｍφ、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの外径は３２ｍｍφ、分岐点を結んだ径は３３．５ｍｍφであり、この時に静音と風量のバランスがよく、同一騒音の条件下で冷却性能がベストとなる。
【００５３】
なお、第１のブレード部２５及び第２のブレード部２６の長さはこれに限定されるわけではないが、ファンの騒音の原因となる空気の渦の発生場所を考慮すると本実施例の形態が適切である。
【００５４】
また、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６のブレード１５の回転軸方向の各々のブレードの幅は、第２のブレード部２６側すなわち回転軸受を受ける部分を備えている側の幅を製造上大きくしたほうがブレード１５の強度のためには良好である。
【００５５】
ここで、図４を用いてブレード部２２の先端部の形状について詳細に説明する。図４は本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの形状を示す図である。
【００５６】
ブレード部２２はハブ部２１から伸びており（図２参照）、補強板３０に接合または一体的に構成されておりブレード部２２の強度アップが図られている。
【００５７】
そして、図４に示すように補強板３０より径方向外側に伸びていくブレード部２２は、Ｃ点において２つのブレード部に分割される。Ｃ点の位置はブレード１５の外径と吸気口１４ａと吸気口１４ｂの外径及び要望されるファン性能により決定される。
【００５８】
第１のブレード部２５は回転方向前側に湾曲しており、第２のブレード部２６は回転方向後側に湾曲している。それぞれのブレード部は、緩やかな曲率をもって湾曲している。第１のブレード部２５は円Ｍの円周の一部に沿って湾曲し、第２のブレード部２６は円Ｎの円周の一部に沿って湾曲している。
【００５９】
なお、本実施例ではそれぞれのブレード部が円の円周に沿って湾曲する場合について説明しているが、他に双曲線など滑らかに湾曲するのであれば円に限らなくともよい。
【００６０】
それぞれのブレード部の終端である第１のブレード部２５の終端をＸ、Ｙそして第２のブレード部２６の終端をＺ、ブレード１５の中心をＯとしたときに、線分ＯＺは角度ＸＯＹを二等分する線分になる点をＺとした。これにより、上下のブレードで発生した空気の渦が最も離れた位置で吐き出され、それらの渦が再結合しない効果を特に発揮することができる。
【００６１】
なお、本実施例では線分ＯＺは角度ＸＯＹを二等分した線にしているが、線分ＯＺが角度ＸＯＹ内にあって、（１／３）×∠ＸＯＹ＜∠ＸＯＺ＜（２／３）×∠ＸＯＹの関係にあれば、上下のブレードで発生した空気の渦が再結合しない効果を発揮することができ、さらに隣り合った第１のブレード部２５と第２のブレード部２６のブレードが重なり合わずブレードの送風性能を妨げることがない。
【００６２】
すなわち、ブレード部２２は径方向においてブレード１５の厚み方向に一体である第１の領域（Ｃ点より内側）とブレード１５の厚み方向に２つに分割された第２の領域（Ｃ点より外側）とを備え、第２の領域において分割された２つの先端部は、ブレード１５の周方向において互いに異なる方向に伸びている。
【００６３】
そして、第１のブレード部２５が沿う円Ｍの中心は回転方向前側にあり、第２のブレード部２６が沿う円Ｎの中心は回転方向後側にある。
【００６４】
本実施例では、ブレード１５の外径は４４ｍｍφ、補強板３０の外径は３２ｍｍφ、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの外径は３２ｍｍφであって、その時の円Ｍ及び円Ｎの直径は３３ｍｍφである。
【００６５】
ただし、円Ｍと円Ｎの直径は必ずしも等しい必要はない。遠心ファン装置１１上方から見て、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とが交互になるように適宜直径の値を決めればよい。
【００６６】
また、これらの数値に限られるわけではなく、遠心ファン装置１１の大きさや風路抵抗により、ブレード１５の外径は４０〜６０ｍｍφ、補強板３０の外径は２６〜４５ｍｍφ、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの外径は３０〜４５ｍｍφ内で適宜設定される。
【００６７】
図５を用いて、補強板３０の他の形態について説明する。図５は、本発明の実施例の遠心ファン装置のブレードの補強板の他の形態の斜視図で、図５（ａ）は補強板３０がリング状になっている補強板であり、図５（ｂ）は補強板３０が取り付いていない場合である。
【００６８】
図５（ａ）に示すように、補強板３０はリング状になっているためにハブ部２１と補強板３０の間にあるブレード部２２の側面でも吸気口１４ａや吸気口１４ｂから吸入した外気を抱き込みやすくでき、取り込む外気の量を増加させることができる。
【００６９】
なお、補強板３０の補強リングはブレード１５の先端近いほうに設けられたほうがブレード部２２の強度アップに寄与するが、ブレード１５の先端に近すぎるとブレード部２２の送風効率が低下するとともに、分岐した第１のブレード部２５及び第２のブレード部２６の長さが確保できなくなる恐れがある。したがって、上述した補強板３０の外径の関係式を満足する大きさに設定すればよい。この時の補強板３０の内径、すなわち補強板３０のリング幅はブレード部２２のブレードを強化できる幅に適宜設定すればよい。
【００７０】
また、ブレード部２２のブレード枚数が少なく各ブレードの厚みを十分大きくでき、ブレード部２２の強度が十分な場合には、図５（ｂ）に示すように補強板３０を取り付けなくてもよい。
【００７１】
このように補強板３０をリング状にすることや補強板３０を設けないことで、ブレード１５の重量をさらに軽量化させることができる。
【００７２】
図６を用いて、ブレード１５の動作、特にファンでの空気の流れについて説明する。図６は、本発明の実施例の遠心ファン装置のブレードの動作を示す図である。
【００７３】
図６において、ブレード１５は時計周りのＲ方向に回転しており、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの両方向から吸気された外気は、その途中から分割されているブレード部２２に沿って第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の先端部付近において、太い矢印で示したように渦Ａと渦Ｂとが形成される。
【００７４】
そして、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の先端部付近で発生した渦が再度結合することなく、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６のブレードの先端部から外部に排気される。すなわち、ブレード面の曲線に沿う方向とブレード１５の回転方向の合力方向に渦は押し出される。
【００７５】
つまり、前進翼である第１のブレード部２５から押し出された渦Ａは、ブレード１５の回転方向寄りに押し出されて渦Ｃとなり、後進翼である第２のブレード部２６から押し出された渦Ｂは、ブレード１５の回転方向後側へ押し出された渦Ｄとなる。
【００７６】
さらに、ブレード１５の回転力により押し出された渦Ｃの移動速度（空気の流れ）は渦Ｄの移動速度より速い。
【００７７】
なお、図６では説明しやすいように渦Ａと渦Ｂを離れた位置に記載しているが、実際はブレード部２２の上下の第１のブレード部２５と第２のブレード部２６でも同様なことが言える。
【００７８】
これにより、ブレード部２２を分割した第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とで分流された渦は外部へ押し出される方向が異なりかつ速度も異なるので、分流後の渦が容易に再結合することを防止することができる。
【００７９】
したがって、形状が異なりその伸びる方向が異なる２つに分割されたブレードをもつことで、大きな１つの渦になるはずだった空気を２つの小さな渦に分割させることができる。このようにして空気の渦を小さくすることで騒音を低減させることができ、遠心ファン装置１１の騒音を低減させることができる。
【００８０】
すなわち、ブレード部２２は互いに異なる方向に曲線を持って伸びる第１のブレード部２５と第２のブレード部２６を設けることにより、渦の流れる方向を異ならせながら分流し、分流した渦が結合しにくくしているため、ブレード部２２の先端に発生する渦が小さくなり、この渦を小さくさせることによって発生する騒音を低減させることができ、遠心ファン装置１１の騒音を低減させることができる。
【００８１】
また、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の異なる向きでブレード部２２から押し出される風を分散させることができ、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００８２】
また、広範囲に冷却風を吹き出すことができるので、遠心ファン装置１１の周辺に発熱部材やヒートパイプなどの放熱部分を広く配置させ冷却させることができ、それらの放熱や冷却を高めることができる。
【００８３】
なお、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の回転軸方向における高さつまりブレードの幅は同じ幅であることが望ましく、同じ幅であるほうが発生する空気の渦が等分され、大きな騒音の原因となる大きな渦が発生しないので、幅が異なる場合と比較して騒音が小さくなるので同じ幅であるほうが好ましい。
【００８４】
また、本実施例では分岐点Ｃ点（図３参照）から伸びる方向の異なる第１、第２のブレード部により空気の渦が発生する場所を分割しているが、さらに伸びる方向の異なる第３のブレード部を設けてもよい。
【００８５】
また、上述した遠心ファン装置をノートＰＣなどの電子機器に搭載することで、空冷性能を満足させながら、十分な静音性を確保した電子機器を提供することができる。
【００８６】
ここで、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の他の形状について図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施例における遠心ファン装置の他のブレードの形状を示す図である。
【００８７】
図７（ａ）は、第１のブレード部２５のブレード形状が平板で、第２のブレード部２６のブレード形状が後進翼である。図７（ｂ）は、第１のブレード部２５のブレード形状が前進翼で、第２のブレード部２６のブレード形状が平板である。
【００８８】
両者とも、先に説明した本実施例の場合と空気の流れや機能に関しては同じで、同様な効果を得ることができる。ただし、本実施例のほうが風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００８９】
以下の検討結果に述べるように、吸気口１４ａと吸気口１４ｂから吸気された外気が抵抗なく滑らかに送風されやすいのは、平板を使用したブレードの遠心ファンよりも前進翼と後進翼を組み合わせたブレードの遠心ファンのほうが空冷の冷却性能やファンの騒音値に関して良いという結果を得ている。
【００９０】
すなわち、発明者が鋭意検討した結果、従来例と比較して同一回転数時の騒音値においては第１のブレード部２５が前進翼で第２のブレード部２６が後進翼であるブレードの場合では３ｄＢの改善させることが、第１のブレード部２５のブレード形状が平板で第２のブレード部２６のブレード形状が後進翼であるブレードの場合では２ｄＢの改善させることができた。
【００９１】
また、従来例と比較してファンの同一騒音時の冷却性能においては第１のブレード部２５が前進翼で第２のブレード部２６が後進翼であるブレードの場合では４．５℃低下させることが、第１のブレード部２５のブレード形状が平板で第２のブレード部２６のブレード形状が後進翼であるブレードの場合では２．５℃低下させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明による遠心ファン装置用ブレード、遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器は、筐体内部に実装されたＭＰＵやさまざまな発熱電子部品を冷却することが可能で、より静音性の求められるノートＰＣ、ＰＣサーバー、音響機器、映像機器などに有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１１ 遠心ファン装置
１２ ファンケーシング
１２ａ フレーム
１２ｂ カバー
１２ａａ 側壁
１２ａｂ 底壁
１３ 排気口
１４ａ 吸気口
１４ｂ 吸気口
１５ ブレード
２１ ハブ部
２２ ブレード部
２５ 第１のブレード部
２６ 第２のブレード部
３０ 補強板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の筐体内部に実装された超小型演算処理装置（以下、ＭＰＵと称する）などの発熱体の冷却に用いる遠心ファン装置で、その発熱体と熱接続された受熱体から放熱体までの熱輸送をヒートパイプや液体冷媒の循環などの方式により効率的に行った後、その放熱体を強制的に送風冷却する遠心ファン装置用ブレード、遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のコンピュータにおけるデータ処理の高速化の動きはきわめて急速であり、ＭＰＵのクロック周波数は、以前と比較して格段に高いものになってきている。
【０００３】
その結果、ＭＰＵの発熱量が増大し、従来のように放熱フィンを有するヒートシンクを発熱体に接触させて放熱する方法だけでなく、そのヒートシンクをファンで直接冷却する方法、あるいはその発熱体と熱接続された受熱体から放熱体までをヒートパイプを用いて熱輸送したヒートシンクモジュールを構成して、その放熱体をファンの送風で強制冷却する方法、さらには、熱伝導性の高い液体冷媒をポンプによって強制循環させ受熱体と放熱体との間で熱輸送された放熱体を遠心ファン装置により強制的に送風して放熱する方法などが必要不可欠となっている。
【０００４】
一方、前述した遠心ファン装置の冷却性能の向上は、その高風量化、高静圧化などの送風性能の向上に大きく依存し、通常遠心ファン装置の送風性能は遠心ファンの回転速度を上昇させて改善することが可能である反面、その遠心ファンのブレード部の風きり音（以下、ファン騒音と称する）も増大する傾向を示すことから、そのファン騒音を低減するために色々なブレード部の形状やオリフィスの形状などが提案されている。
【０００５】
一般的に、そのようなファン騒音は離散周波数騒音と広帯域ランダム騒音に分類されているが、特に離散周波数騒音は、ブレード部（羽根板とも称する）の回転面（正圧面および負圧面）の空気が回転運動するブレード部が通過するたびに生じる空気の圧力変動に起因して発生する空気の渦によるものである。
【０００６】
つまり、離散周波数騒音はブレード部の通過に同期して発生するため、ブレード部の枚数とファン回転数の積を基本周波数とする高調波騒音であって、ファン騒音の大部分をこの離散周波数騒音が占めていることから、離散周波数騒音すなわち大きな空気の渦の発生を低減させることがファン騒音の低減に有効であることも知られている。
【０００７】
従来の離散周波数騒音を低減する方法として、ファンの対向する２つのブレード外周端に段差を有し、段差にブレードの回転軸を中心とした円環板を設けたものがあった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２５７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のようにブレード外周端に段差を有し、段差にブレードの回転軸を中心とした円環板を設けたものでは、ファン先端に発生する離散周波数騒音の元となる渦を分流し小さくすることができるが、遠心ファン装置の厚さが薄いために上下の先端で発生する渦同士の距離が近く、また渦の移動方向が同じなので、渦同士が再度合体しやすく分流前の渦に戻ることがある。その結果、騒音を大幅に低減することが困難であった。
【００１０】
また、回転するブレードからの風向きは一方向になってしまい、ファン装置から吹き出される風は偏ってしまい、狭い範囲の冷却には好適である一方、広範囲の冷却では課題があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記課題を鑑みて、ブレード部の先端に発生する空気の渦を分割分流して小さくし、それらの渦の流れる方向を分けることで分流した渦の再結合を防止して騒音を低減させ、広範囲の冷却を可能にする遠心ファン装置用ブレード、遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器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】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、径方向に伸びるブレード部を備える遠心ファン装置用ブレードであって、ブレード部は、径方向内側において遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側において遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、第２の領域において分割された複数の先端部は、遠心ファン装置用ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置用ブレードで、それを備えた遠心ファン装置及びその遠心ファン装置を備えた電子機器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ブレードの先端に発生する空気の渦を分割分流して小さくし、それらの渦の流れる方向を分けることで分割された渦の再結合を防止して騒音を低減させることができる。また、ブレードから押し出される風を分散させることで、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却を可能にすることができる。
【００１４】
また、ブレードの形状やブレードが途中から２つに分割させる位置を最適化することで、外気を吸入する能力や吹き出して冷却する能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例における遠心ファン装置の概観図
【図２】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの斜視図
【図３】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの拡大図
【図４】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの形状を示す図
【図５】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの補強板の他の形態の斜視図
【図６】本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの動作を示す図
【図７】本発明の実施例における遠心ファン装置の他のブレードの形状を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、径方向に伸びるブレード部を備える遠心ファン装置用ブレードであって、ブレード部は、径方向内側において遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側において遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、第２の領域において分割された複数の先端部は、遠心ファン装置用ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置用ブレードであって、ブレード部の先端を途中から分割させブレード部の径方向で互いに異なる方向に伸びさせることにより、吸入された空気を分割しブレード部の先端で発生する騒音の原因となる空気の渦を小さくさせることができる。更に、渦の発生箇所を離すことができ、その分割された渦の再結合を防止し、遠心ファン装置の騒音を低減させることができる。また、ブレード部から押し出される風を分散させることができ、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、駆動部と、駆動部を収納するハブ部と、ハブ部を中心に伸びるブレード部を有するブレードと、ブレードを支持し、吸気口を備えるフレームと、を備え、ブレード部は、径方向内側においてブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側においてブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、第２の領域において分割された複数の先端部は、ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置であって、ブレード部の先端を途中から分割させブレードの径方向で互いに異なる方向に伸びさせることにより、吸入された空気を分割しブレードの先端で発生する騒音の原因となる空気の渦を小さくさせることができるとともに、渦の発生箇所を離すことができ、その分割された渦の再結合を防止し、遠心ファン装置の騒音を低減させることができる。また、ブレードから押し出される風を分散させることができ、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、ブレード部の複数の先端部は、互いに異なる方向に曲線を持って伸び、それぞれの曲線の中心はブレードに対して互いにその回転方向前後に位置することを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン装置であって、ブレード部の複数の先端部は互いに逆向きの曲率を有するので、空気の渦の発生箇所や吹き出し箇所を離すことができ、その分割した渦の再結合を防止し、遠心ファン装置の騒音を低減させることができる。さらに、外気は遠心ファン装置に吸い込まれた後、曲面に沿ってブレード部から滑らかに吹き出され、ブレードの送風効率を良くすることができる。また、ブレード部から押し出される風を分散させることができ、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、第１の領域と第２の領域との境界は、フレームに設けられた吸気口の外径よりも外側にあることを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン装置であって、ブレード部が分割されている部分と吸気口の面とをオーバーラップさせないことで、ブレード部の分割されていない部分で吸気口から大量に外気を吸気することができ、それを吹き出し冷却のための空気として利用することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の遠心ファン装置を備えたことを特徴とする電子機器であって、ブレード部はブレードの軸方向で分割され、遠心ファンの径方向で互いに異なる方向に伸びる遠心ファン装置を電子機器に備えたことにより、電子機器における遠心ファン装置による騒音を低減することができる。
【００２１】
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、各図面において、カバー側を上方、フレーム側を下方として説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施例における遠心ファン装置の概観図であり、（ａ）は上方からの斜視図であり、（ｂ）は下方からの斜視図である。
【００２３】
まず、図１（ａ）で示したように遠心ファン装置１１のファンケーシング１２は、下部に位置するフレーム１２ａと上部に位置するカバー１２ｂとにより構成されている。
【００２４】
ただし、カバー１２ｂは必ずしも必須ではなく、例えば他の部材の壁などで代用してもよい。
【００２５】
ここで、フレーム１２ａは、樹脂成型、アルミニウム合金のダイカスト成型、またはプレス成形などにより側壁１２ａａと底壁１２ａｂとが一体的に成形され、その２方向にファンケーシング１２内に吸入した空気を外部へ排気する排気口１３が配設されており、底壁１２ａｂには周囲から吸入する空気を通過させる略円形状の吸気口１４ａが配設されている（図１（ｂ）参照）。
【００２６】
一方、カバー１２ｂは、スチール、アルミニウム、銅などの金属材料の打ち抜き成形や樹脂成型によりプレート状に成形されており、その中央部に周囲から吸入する空気を通過させる略円形状の吸気口１４ｂが配設されている。
【００２７】
そして、ファンケーシング１２は回転駆動されるブレード１５を回転自在に収容するので、一対の吸気口１４ａと吸気口１４ｂはそのブレード１５を挟んで対向配置されている。
【００２８】
また、ハブ部２１内に収納、取り付けられている駆動部であるモータ（図示せず）はブレード１５のブレード部２２を回転させる。例えば、コイルを巻回したステータと、ステータの周囲に設けられ環状のマグネットをその内側に備えるロータと、を備え、ステータのコイルに電流を流すなどしてモータを構成する。
【００２９】
ここで、ブレード１５の素材としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂材料を用いた一体成形により形成されている。
【００３０】
以上のような構成により、吸気口１４ａと吸気口１４ｂとの両方から吸入されるそれぞれの空気は、ブレード１５のハブ部２１の内側中央に固定された回転軸１８方向において相互に反対方向（ぶつかりあう方向）となって吸入される。
【００３１】
図２は、本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの斜視図であり、（ａ）は上方からの斜視図であり、（ｂ）は下方からの斜視図である。
【００３２】
図２に示すようにブレード１５は、ハブ部２１とハブ部２１から伸びる複数のブレード部２２、そしてハブ部２１の外周にはブレード部２２の強度を補強する環状の補強板３０により構成され、ブレード１５は、時計周りのＲ方向に回転するようになっている。
【００３３】
ここで、ハブ部２１からの伸びたブレード部２２は、径方向内側においてブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側においてブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域とを備える。第２の領域では、第１のブレード部２５あるいは第２のブレード部２６に分割される。すなわち、補強板３０がある所を過ぎてから分割され、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とに分かれる（詳細は後述する）。
【００３４】
また、ハブ部２１の外周に設けられた環状の補強板３０はハブ部２１より外側に伸びているブレード部２２の根元の強度をアップさせることができる。すなわち、補強板３０の平面部にブレード部２２の一部の面を一体化（Ｂの太線部）で構成することで、ブレード部２２はハブ部２１と補強板３０の両者により固定することができる。こうすることで、ブレード１５の性能向上のためにブレード部２２のブレード枚数を多くし各ブレードのブレード厚が薄くせざるおえなくなった場合でもブレード１５の回転力にブレード部２２は耐えうることができる。なお、風の整流効果もある。
【００３５】
この補強板３０の外径は、吸気口１４ａや吸気口１４ｂ（図１参照）の外径と同一かやや小さくするのが好ましい。すなわち、補強板３０の外径≦吸気口１４ａや吸気口１４ｂの外径の関係とする。この構成にすることで、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの上下方向から吸入した空気を衝突させないで第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とに分割されていないブレード部２２の広い側面で空気を効果的に抱き込むことができ、ブレード部２２の曲面に沿ってブレード部２２の外周側へ送り出すことができる。
【００３６】
この補強板３０が無い場合もあるが、前述したようにブレード部２２の強度に課題を残してしまう。また、補強板３０の外径が吸気口１４ａや吸気口１４ｂの外径より大きい場合もあるが、補強板３０の外径を大きくすればそれにつれてブレード１５の大きさも大きくなってしまう恐れがある。
【００３７】
なお、第１のブレード部２５及び第２のブレード部２６は本実施例では、第１のブレード部２５がハブ部２１からの距離が長くブレードの長さが長くなっているが、この場合ブレードが長いほう、つまり第１のブレード部２５は吸気口の開口部の大きな吸気口１４ｂ側に配置されるほうが好ましい。
【００３８】
第１のブレード部２５あるいは第２のブレード部２６のハブ部２１からの距離を両者同じ長さにしてもよいが、ブレードが長いほう、つまり第１のブレード部２５を吸気口の開口部の大きな吸気口１４ｂ側に配置することで、多く吸入できた空気をブレード１５の外側に容易に運び出すことができる。
【００３９】
この際、ブレード部２２すなわち第１のブレード部２５や第２のブレード部２６の先端は吸気口１４ａ、１４ｂ（図１参照）から見て隠れるように吸気口の外径より外側に位置していることが望ましく、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６との長さの比率に応じて、吸気口の大きさを変えることが好ましい。
【００４０】
すなわち、ブレード１５の厚み方向におけるブレード部２２の上端及び下端はファンケーシング１２のカバー１２ｂ及び底壁１２ａｂ（図１参照）との隙間が狭くなり、ブレード部２２の先端で気圧の差により発生する騒音の原因となる空気の渦が、ブレード部２２の面を乗り越えて隣のブレードに移動して隣の空気の渦と合体するのを防止することができる。
【００４１】
また、第１のブレード部２５は、回転方向前側に湾曲する、いわゆる前進翼であり、第２のブレード部２６は、回転方向後側に湾曲する、いわゆる後進翼である。
【００４２】
このようにブレード部２２を湾曲させることで、ブレード部２２はその径方向に流線型の面になっているので遠心ファン装置１１の軸方向から吸い込んだ空気を抵抗なく滑らかに吐き出すことができ、遠心ファン装置１１のブレード部２２の送風効率を良化させることができる。
【００４３】
図３を用いて、ブレード１５のブレード部２２の形状について説明する。図３は、本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの拡大図であり、（ａ）は遠心ファンの上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向から見た遠心ファンの側面図である。
【００４４】
図３において、上述したように、第１のブレード部２５は回転方向前側に湾曲しており、第２のブレード部２６は回転方向後側に湾曲している。そして、第１のブレード部２５の端部間のピッチＰの間に第２のブレード部２６の端部Ｑが位置する（詳細は後述する）。
【００４５】
好ましくは、第１のブレード部２５の端部間のピッチＰの中間に第２のブレード部２６の端部Ｑが位置するのがよい。このように配置することで、第１のブレード部２５で発生する空気の渦と第２のブレード部２６で発生する空気の渦との距離（ブレード１５の周方向の距離）を最も離すことができる（詳細は後述する）。
【００４６】
また、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とに分割され始める境界である位置Ｃ点は、ブレード１５の径方向で吸気口１４ａや吸気口１４ｂ（図１参照）の外径よりも外側に位置する。
【００４７】
このように構成することで、ブレード部２２が分割され始める分岐点Ｃ点と吸気口１４ａや吸気口１４ｂ（図１参照）の面から外しオーバーラップさせないことで、ブレード部２２がまだ分割されていない広い側面部分で吸気口１４ａや吸気口１４ｂ（図１参照）から大量に外気を吸気することができ、それを吹き出し冷却のための空気として利用することができる。
【００４８】
なお、ブレード１５の大きさに応じて、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６は第１のブレード部２５と第２のブレード部２６で発生した空気の渦が再結合しない程度の長さ（分岐点Ｃ点からブレード１５の外周までの長さ）と曲面があればよい。
【００４９】
ここで、補強板３０の外径、吸気口１４ａや吸気口１４ｂの外径、ブレード部２２の分岐点であるＣ点の位置そしてブレード１５の外径についてまとめておく。ここでは、ブレード１５の中心からの半径と距離の大きさで示す。すなわち、補強板３０の外径≦吸気口１４ａや吸気口１４ｂの外径＜ブレード部２２の分岐点であるＣ点までの距離＜ブレード１５の外径である。
【００５０】
前述したように第１のブレード部２５及び第２のブレード部２６において、第１のブレード部２５のほうが第２のブレード部２６に比べハブ部２１からの距離が長くしているので、図３（ｂ）に示すように第１のブレード部２５と第２のブレード部２６との境目で段差が形成されている。この段差を設けることで、第１のブレード部２５で発生する空気の渦と第２のブレード部２６で発生する空気の渦との距離（ブレード１５の軸方向の距離）を離すことができ、第１のブレード部２５で発生する空気の渦と第２のブレード部２６で発生する空気の渦との距離を三次元的（斜め上下方向）に離すことができる。
【００５１】
また、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の長さ（径でもある）に関しては第１のブレード部２５のほうが長くなっている。これにより遠心ファン装置の冷却性能を向上させることができる。
【００５２】
本実施例では、第１のブレード部２５の外径が４４ｍｍφ、第２のブレード部２６の外径は４２ｍｍφ、補強板３０の外径は３２ｍｍφ、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの外径は３２ｍｍφ、分岐点を結んだ径は３３．５ｍｍφであり、この時に静音と風量のバランスがよく、同一騒音の条件下で冷却性能がベストとなる。
【００５３】
なお、第１のブレード部２５及び第２のブレード部２６の長さはこれに限定されるわけではないが、ファンの騒音の原因となる空気の渦の発生場所を考慮すると本実施例の形態が適切である。
【００５４】
また、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６のブレード１５の回転軸方向の各々のブレードの幅は、第２のブレード部２６側すなわち回転軸受を受ける部分を備えている側の幅を製造上大きくしたほうがブレード１５の強度のためには良好である。
【００５５】
ここで、図４を用いてブレード部２２の先端部の形状について詳細に説明する。図４は本発明の実施例における遠心ファン装置のブレードの形状を示す図である。
【００５６】
ブレード部２２はハブ部２１から伸びており（図２参照）、補強板３０に接合または一体的に構成されておりブレード部２２の強度アップが図られている。
【００５７】
そして、図４に示すように補強板３０より径方向外側に伸びていくブレード部２２は、Ｃ点において２つのブレード部に分割される。Ｃ点の位置はブレード１５の外径と吸気口１４ａと吸気口１４ｂの外径及び要望されるファン性能により決定される。
【００５８】
第１のブレード部２５は回転方向前側に湾曲しており、第２のブレード部２６は回転方向後側に湾曲している。それぞれのブレード部は、緩やかな曲率をもって湾曲している。第１のブレード部２５は円Ｍの円周の一部に沿って湾曲し、第２のブレード部２６は円Ｎの円周の一部に沿って湾曲している。
【００５９】
なお、本実施例ではそれぞれのブレード部が円の円周に沿って湾曲する場合について説明しているが、他に双曲線など滑らかに湾曲するのであれば円に限らなくともよい。
【００６０】
それぞれのブレード部の終端である第１のブレード部２５の終端をＸ、Ｙそして第２のブレード部２６の終端をＺ、ブレード１５の中心をＯとしたときに、線分ＯＺは角度ＸＯＹを二等分する線分になる点をＺとした。これにより、上下のブレードで発生した空気の渦が最も離れた位置で吐き出され、それらの渦が再結合しない効果を特に発揮することができる。
【００６１】
なお、本実施例では線分ＯＺは角度ＸＯＹを二等分した線にしているが、線分ＯＺが角度ＸＯＹ内にあって、（１／３）×∠ＸＯＹ＜∠ＸＯＺ＜（２／３）×∠ＸＯＹの関係にあれば、上下のブレードで発生した空気の渦が再結合しない効果を発揮することができ、さらに隣り合った第１のブレード部２５と第２のブレード部２６のブレードが重なり合わずブレードの送風性能を妨げることがない。
【００６２】
すなわち、ブレード部２２は径方向においてブレード１５の厚み方向に一体である第１の領域（Ｃ点より内側）とブレード１５の厚み方向に２つに分割された第２の領域（Ｃ点より外側）とを備え、第２の領域において分割された２つの先端部は、ブレード１５の周方向において互いに異なる方向に伸びている。
【００６３】
そして、第１のブレード部２５が沿う円Ｍの中心は回転方向前側にあり、第２のブレード部２６が沿う円Ｎの中心は回転方向後側にある。
【００６４】
本実施例では、ブレード１５の外径は４４ｍｍφ、補強板３０の外径は３２ｍｍφ、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの外径は３２ｍｍφであって、その時の円Ｍ及び円Ｎの直径は３３ｍｍφである。
【００６５】
ただし、円Ｍと円Ｎの直径は必ずしも等しい必要はない。遠心ファン装置１１上方から見て、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とが交互になるように適宜直径の値を決めればよい。
【００６６】
また、これらの数値に限られるわけではなく、遠心ファン装置１１の大きさや風路抵抗により、ブレード１５の外径は４０〜６０ｍｍφ、補強板３０の外径は２６〜４５ｍｍφ、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの外径は３０〜４５ｍｍφ内で適宜設定される。
【００６７】
図５を用いて、補強板３０の他の形態について説明する。図５は、本発明の実施例の遠心ファン装置のブレードの補強板の他の形態の斜視図で、図５（ａ）は補強板３０がリング状になっている補強板であり、図５（ｂ）は補強板３０が取り付いていない場合である。
【００６８】
図５（ａ）に示すように、補強板３０はリング状になっているためにハブ部２１と補強板３０の間にあるブレード部２２の側面でも吸気口１４ａや吸気口１４ｂから吸入した外気を抱き込みやすくでき、取り込む外気の量を増加させることができる。
【００６９】
なお、補強板３０の補強リングはブレード１５の先端近いほうに設けられたほうがブレード部２２の強度アップに寄与するが、ブレード１５の先端に近すぎるとブレード部２２の送風効率が低下するとともに、分岐した第１のブレード部２５及び第２のブレード部２６の長さが確保できなくなる恐れがある。したがって、上述した補強板３０の外径の関係式を満足する大きさに設定すればよい。この時の補強板３０の内径、すなわち補強板３０のリング幅はブレード部２２のブレードを強化できる幅に適宜設定すればよい。
【００７０】
また、ブレード部２２のブレード枚数が少なく各ブレードの厚みを十分大きくでき、ブレード部２２の強度が十分な場合には、図５（ｂ）に示すように補強板３０を取り付けなくてもよい。
【００７１】
このように補強板３０をリング状にすることや補強板３０を設けないことで、ブレード１５の重量をさらに軽量化させることができる。
【００７２】
図６を用いて、ブレード１５の動作、特にファンでの空気の流れについて説明する。図６は、本発明の実施例の遠心ファン装置のブレードの動作を示す図である。
【００７３】
図６において、ブレード１５は時計周りのＲ方向に回転しており、吸気口１４ａと吸気口１４ｂの両方向から吸気された外気は、その途中から分割されているブレード部２２に沿って第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の先端部付近において、太い矢印で示したように渦Ａと渦Ｂとが形成される。
【００７４】
そして、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の先端部付近で発生した渦が再度結合することなく、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６のブレードの先端部から外部に排気される。すなわち、ブレード面の曲線に沿う方向とブレード１５の回転方向の合力方向に渦は押し出される。
【００７５】
つまり、前進翼である第１のブレード部２５から押し出された渦Ａは、ブレード１５の回転方向寄りに押し出されて渦Ｃとなり、後進翼である第２のブレード部２６から押し出された渦Ｂは、ブレード１５の回転方向後側へ押し出された渦Ｄとなる。
【００７６】
さらに、ブレード１５の回転力により押し出された渦Ｃの移動速度（空気の流れ）は渦Ｄの移動速度より速い。
【００７７】
なお、図６では説明しやすいように渦Ａと渦Ｂを離れた位置に記載しているが、実際はブレード部２２の上下の第１のブレード部２５と第２のブレード部２６でも同様なことが言える。
【００７８】
これにより、ブレード部２２を分割した第１のブレード部２５と第２のブレード部２６とで分流された渦は外部へ押し出される方向が異なりかつ速度も異なるので、分流後の渦が容易に再結合することを防止することができる。
【００７９】
したがって、形状が異なりその伸びる方向が異なる２つに分割されたブレードをもつことで、大きな１つの渦になるはずだった空気を２つの小さな渦に分割させることができる。このようにして空気の渦を小さくすることで騒音を低減させることができ、遠心ファン装置１１の騒音を低減させることができる。
【００８０】
すなわち、ブレード部２２は互いに異なる方向に曲線を持って伸びる第１のブレード部２５と第２のブレード部２６を設けることにより、渦の流れる方向を異ならせながら分流し、分流した渦が結合しにくくしているため、ブレード部２２の先端に発生する渦が小さくなり、この渦を小さくさせることによって発生する騒音を低減させることができ、遠心ファン装置１１の騒音を低減させることができる。
【００８１】
また、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の異なる向きでブレード部２２から押し出される風を分散させることができ、吹き出す風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００８２】
また、広範囲に冷却風を吹き出すことができるので、遠心ファン装置１１の周辺に発熱部材やヒートパイプなどの放熱部分を広く配置させ冷却させることができ、それらの放熱や冷却を高めることができる。
【００８３】
なお、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の回転軸方向における高さつまりブレードの幅は同じ幅であることが望ましく、同じ幅であるほうが発生する空気の渦が等分され、大きな騒音の原因となる大きな渦が発生しないので、幅が異なる場合と比較して騒音が小さくなるので同じ幅であるほうが好ましい。
【００８４】
また、本実施例では分岐点Ｃ点（図３参照）から伸びる方向の異なる第１、第２のブレード部により空気の渦が発生する場所を分割しているが、さらに伸びる方向の異なる第３のブレード部を設けてもよい。
【００８５】
また、上述した遠心ファン装置をノートＰＣなどの電子機器に搭載することで、空冷性能を満足させながら、十分な静音性を確保した電子機器を提供することができる。
【００８６】
ここで、第１のブレード部２５と第２のブレード部２６の他の形状について図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施例における遠心ファン装置の他のブレードの形状を示す図である。
【００８７】
図７（ａ）は、第１のブレード部２５のブレード形状が平板で、第２のブレード部２６のブレード形状が後進翼である。図７（ｂ）は、第１のブレード部２５のブレード形状が前進翼で、第２のブレード部２６のブレード形状が平板である。
【００８８】
両者とも、先に説明した本実施例の場合と空気の流れや機能に関しては同じで、同様な効果を得ることができる。ただし、本実施例のほうが風を広範囲に送り出すことができ、広範囲の冷却が可能となる。
【００８９】
以下の検討結果に述べるように、吸気口１４ａと吸気口１４ｂから吸気された外気が抵抗なく滑らかに送風されやすいのは、平板を使用したブレードの遠心ファンよりも前進翼と後進翼を組み合わせたブレードの遠心ファンのほうが空冷の冷却性能やファンの騒音値に関して良いという結果を得ている。
【００９０】
すなわち、発明者が鋭意検討した結果、従来例と比較して同一回転数時の騒音値においては第１のブレード部２５が前進翼で第２のブレード部２６が後進翼であるブレードの場合では３ｄＢの改善させることが、第１のブレード部２５のブレード形状が平板で第２のブレード部２６のブレード形状が後進翼であるブレードの場合では２ｄＢの改善させることができた。
【００９１】
また、従来例と比較してファンの同一騒音時の冷却性能においては第１のブレード部２５が前進翼で第２のブレード部２６が後進翼であるブレードの場合では４．５℃低下させることが、第１のブレード部２５のブレード形状が平板で第２のブレード部２６のブレード形状が後進翼であるブレードの場合では２．５℃低下させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明による遠心ファン装置用ブレード、遠心ファン装置及びそれを備えた電子機器は、筐体内部に実装されたＭＰＵやさまざまな発熱電子部品を冷却することが可能で、より静音性の求められるノートＰＣ、ＰＣサーバー、音響機器、映像機器などに有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１１ 遠心ファン装置
１２ ファンケーシング
１２ａ フレーム
１２ｂ カバー
１２ａａ 側壁
１２ａｂ 底壁
１３ 排気口
１４ａ 吸気口
１４ｂ 吸気口
１５ ブレード
２１ ハブ部
２２ ブレード部
２５ 第１のブレード部
２６ 第２のブレード部
３０ 補強板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に伸びるブレード部を備える遠心ファン装置用ブレードであって、
前記ブレード部は、径方向内側において前記遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側において前記遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、
前記第２の領域において分割された複数の先端部は、前記遠心ファン装置用ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置用ブレード。
【請求項２】
駆動部と、
前記駆動部を収納するハブ部と、
前記ハブ部を中心に伸びるブレード部を有するブレードと、
前記ブレードを支持し、吸気口を備えるフレームと、を備え、
前記ブレード部は、径方向内側において前記ブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側において前記ブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、
前記第２の領域において分割された複数の先端部は、前記ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置。
【請求項３】
前記ブレード部の複数の先端部は、互いに異なる方向に曲線を持って伸び、それぞれの曲線の中心は前記ブレードに対して互いにその回転方向前後に位置することを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン装置。
【請求項４】
前記第１の領域と前記第２の領域との境界は、前記フレームに設けられた吸気口の外径よりも外側にあることを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン装置。
【請求項５】
請求項２に記載の遠心ファン装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
径方向に伸びるブレード部を備える遠心ファン装置用ブレードであって、
前記ブレード部は、径方向内側において前記遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側において前記遠心ファン装置用ブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、
前記第２の領域において分割された複数の先端部は、前記遠心ファン装置用ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置用ブレード。
【請求項２】
駆動部と、
前記駆動部を収納するハブ部と、
前記ハブ部を中心に伸びるブレード部を有するブレードと、
前記ブレードを支持し、吸気口を備えるフレームと、を備え、
前記ブレード部は、径方向内側において前記ブレードの厚み方向に一体である第１の領域と、径方向外側において前記ブレードの厚み方向に複数に分割された第２の領域と、を備え、
前記第２の領域において分割された複数の先端部は、前記ブレードの周方向において、互いに異なる方向に伸びることを特徴とする遠心ファン装置。
【請求項３】
前記ブレード部の複数の先端部は、互いに異なる方向に曲線を持って伸び、それぞれの曲線の中心は前記ブレードに対して互いにその回転方向前後に位置することを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン装置。
【請求項４】
前記第１の領域と前記第２の領域との境界は、前記フレームに設けられた吸気口の外径よりも外側にあることを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン装置。
【請求項５】
請求項２に記載の遠心ファン装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５３５６３（Ｐ２０１３−５３５６３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２６６６（Ｐ２０１１−１９２６６６）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【特許番号】特許第５１４１８０８号（Ｐ５１４１８０８）
【特許公報発行日】平成２５年２月１３日（２０１３．２．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【特許番号】特許第５１４１８０８号（Ｐ５１４１８０８）
【特許公報発行日】平成２５年２月１３日（２０１３．２．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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