JP2006220021A - 送風ファンおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】静圧および風量が大きい送風ファンを実現する。
【解決手段】送風ファン１は、回転することにより空気の流れを発生するインペラ２、インペラ２を中心軸１０回りに回転するモータ３、並びに、インペラ２およびモータ３を収納するハウジング４を備える。ハウジング４は、インペラ２の側方にてインペラ２の側面に対向して形成された送風口、並びに、インペラ２の上方向からインペラ２の側面に対向して形成された第１吸気口４１、および、インペラ２の開口端である補強リング２３に対向して形成された第２吸気口４２を備える。送風ファン１では、第１吸気口４１が実質的に貫流ファンの吸気口の役割を果たし、また、第２吸気口４２が実質的に遠心ファンの吸気口の役割を果たす。その結果、静圧が高い遠心ファンおよび風量が大きい貫流ファンの双方の特長を兼ね備えた静圧が高く風量が大きい送風ファン１を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動の送風ファン、および、送風ファンを備える電子機器に関する。

従来より、送風に用いられる送風ファンとして、複数の翼が回転軸に平行に略円筒形に配列されたインペラをハウジング内に収納する遠心ファンや貫流ファンが利用されている。遠心ファンおよび貫流ファンのハウジングでは、回転軸に平行なインペラの外周面（側面）に対向する位置に送風口が設けられ、回転軸に対して略垂直な方向に空気が送出される。

一方、吸気方向は互いに異なっており、遠心ファンでは、略円筒形のインペラの端部と対向する位置に吸気口が設けられ、回転軸に沿う方向に（すなわち、軸方向に）吸気が行われるのに対し、貫流ファンでは、インペラの外周面に対向するとともに送風口と略垂直な方向を向く位置に吸気口が設けられ、回転軸に対して略垂直な方向から吸気が行われる。一般的な特徴として、遠心ファンは静圧が高く、貫流ファンは風量が大きい。

上述のように、遠心ファンでは、インペラの軸方向の端部から吸気が行われるため、インペラの軸方向の長さが長くなると吸気不足により効率が低下してしまう。したがって、遠心ファンは通常、貫流ファンに比べて外径に対する軸方向の長さの割合が小さい。

特許文献１では、円筒形のロータ（インペラ）の軸方向の両側に２つの吸気口が設けられた多翼型ファン（遠心ファン）において、ファンハウジングのロータの外周面と対向する位置に補助空気吸込用の開口部を設けることにより、ロータの軸方向の長さを長くした場合であっても、吸込空気の不足をなくしてファンの効率を向上する技術が開示されている。特許文献１の多翼型ファンでは、ロータの軸方向の両端からロータ内部に吸引された空気がロータの外周面から送出され、ファンハウジングの内面とロータの外周面との間に設けられた空気流通路を通過して送風口から送出される。そして、空気流通路を流れる空気の動圧、および、吸気抵抗が大きい場合に生じる空気流通路の負圧により、ファンハウジングの開口部から補助空気が吸引されて空気流通路に流入する。

一方、特許文献２では、クロスフローファン（貫流ファン）を利用してヒートシンクファンの薄型化を実現する技術が開示されている。
実公昭５５−４８１５５号公報 特許第３３７８６３２号公報

ところで、特許文献１の多翼型ファンでは、補助空気吸込用の開口部からの補助空気は、ロータの外側に設けられた空気流通路に流入するのみであり、貫流ファンのようにロータの回転によりロータの側面から積極的に吸気が行われるわけではない。したがって、特許文献１の多翼型ファンでは、通常の遠心ファンに比べて効率が向上されるとしても、風量の増大に限界がある。また、ロータの吸気口から離れた位置における吸気不足の解消にも限界があり、ロータの軸方向の長さを大きく増大することは困難である。例えば、特許文献１の図３では、ロータの軸方向の長さは外径とほぼ等しくされているが、ロータの両側に吸気口が設けられていることを考慮すると、ロータの一端側にのみ吸気口が設けられるタイプの遠心ファンとして考えた場合には、軸方向の長さは外径の半分程度である。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、中心軸方向に長いインペラを備えるとともに静圧が高く風量が大きい送風ファンを実現することを主な目的としている。

請求項１に記載の発明は、送風ファンであって、所定の中心軸を中心とする略円筒状であるとともに前記中心軸方向の長さが外径よりも長いインペラと、前記インペラに接続されて前記インペラを前記中心軸回りに回転するモータと、前記インペラを収納するハウジングとを備え、前記インペラが、それぞれが前記中心軸に平行であるとともに前記中心軸の周囲に配列された複数の翼と、前記複数の翼の前記モータ側の端部が固定されるとともに前記モータに接続される接続端と、前記複数の翼の前記接続端とは反対側の端部が固定される開口端とを備え、前記ハウジングが、前記インペラの側面に対向して形成された送風口と、前記送風口とは異なる方向から前記インペラの側面に対向して形成された第１吸気口と、前記インペラの前記開口端側に形成された第２吸気口とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の送風ファンであって、前記中心軸方向に関して、前記第１吸気口の前記モータ側のエッジが、前記インペラの前記接続端と前記開口端との間に位置する。

請求項３に記載の発明は、送風ファンであって、所定の中心軸を中心とする略円筒状であるとともに前記中心軸方向の長さが外径よりも長いインペラと、前記インペラに接続されて前記インペラを前記中心軸回りに回転するモータと、前記インペラを収納するハウジングとを備え、前記インペラが、それぞれが前記中心軸に平行であるとともに前記中心軸の周囲に配列された複数の翼と、前記複数の翼の前記モータ側の端部が固定されるとともに前記モータに接続される接続端と、前記複数の翼の前記接続端とは反対側の端部が固定される開口端とを備え、前記ハウジングが、前記インペラの側面に対向して形成された送風口と、前記送風口とは異なる方向から前記インペラの側面に対向して形成された吸気口とを備え、前記中心軸方向に関して、前記吸気口の前記モータ側とは反対側のエッジが、前記インペラの前記開口端側において前記インペラから離れて位置し、前記吸気口の前記エッジと前記インペラの前記開口端との間の前記中心軸方向の距離が前記インペラの外径以下である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の送風ファンであって、前記中心軸方向に関して、前記吸気口の前記モータ側のもう１つのエッジが、前記インペラの前記接続端と前記開口端との間に位置する。

請求項５に記載の発明は、送風ファンであって、所定の中心軸を中心とする略円筒状であるとともに前記中心軸方向の長さが外径よりも長いインペラと、前記インペラに接続されて前記インペラを前記中心軸回りに回転するモータと、前記インペラを収納するハウジングとを備え、前記インペラが、それぞれが前記中心軸に平行であるとともに前記中心軸の周囲に配列された複数の翼と、前記複数の翼の前記モータ側の端部が固定されるとともに前記モータに接続される接続端と、前記複数の翼の前記接続端とは反対側の端部が固定される開口端とを備え、前記ハウジングが、前記インペラの側面に対向して形成された送風口と、前記インペラの前記開口端側に形成されるとともに前記開口端の全周において前記開口端との間で隙間が形成される吸気口とを備える。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の送風ファンであって、前記インペラの外径が２５ｍｍ以下であり、回転時において前記インペラの外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上である。

請求項７に記載の発明は、送風ファンであって、所定の中心軸を中心とする略円筒状であるとともに前記中心軸方向の長さが外径よりも長いインペラと、前記インペラに接続されて前記インペラを前記中心軸回りに回転するモータと、前記インペラを収納するハウジングとを備え、前記インペラが、それぞれが前記中心軸に平行であるとともに前記中心軸の周囲に配列された複数の翼と、前記複数の翼の前記モータ側の端部が固定されるとともに前記モータに接続される接続端と、前記複数の翼の前記接続端とは反対側の端部が固定される開口端とを備え、前記ハウジングが、前記インペラの側面に対向して形成された送風口と、前記送風口とは異なる方向から前記インペラの側面に対向して形成された吸気口とを備え、前記インペラの外径が２５ｍｍ以下であり、回転時において前記インペラの外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上である。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の送風ファンであって、前記モータの定格回転時における前記インペラの前記複数の翼の周速をｖ_θとし、前記インペラから送出される気体の動粘度をνとした場合、前記複数の翼の外周縁におけるピッチｗが、ｖ_θ×ｗ／ν＜１．０×１０^３、を満たす。

請求項９に記載の発明は、電子機器であって、請求項３または４に記載の送風ファンと、発熱する発熱体と、前記送風ファンの前記インペラおよび前記発熱体を収納する筐体とを備え、前記送風ファンの前記ハウジングが、前記筐体の一部であるハウジング部と、前記インペラから送出される気体を前記発熱体へと導くカバー部とにより形成され、前記ハウジングの前記送風口が、前記筐体の前記ハウジング部と前記カバー部との間の隙間、または、前記カバー部に設けられた隙間であり、前記ハウジングの前記吸気口が、前記筐体の前記ハウジング部に設けられた開口である。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の電子機器であって、前記送風ファンの前記インペラの外径が２５ｍｍ以下であり、回転時において前記インペラの外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上である。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の電子機器であって、前記送風ファンの前記モータの定格回転時における前記インペラの前記複数の翼の周速をｖ_θとし、前記インペラから送出される気体の動粘度をνとした場合、前記複数の翼の外周縁におけるピッチｗが、ｖ_θ×ｗ／ν＜１．０×１０^３、を満たす。

本発明では、インペラの中心軸方向の長さを外径よりも長くしつつ静圧が高く風量が大きい送風ファンを実現することができる。請求項２および４の発明では、送風ファンの風量の分布の均一性を高めることができる。

請求項３および５の発明では、送風ファンの構造を簡素化することができる。請求項８および１１の発明では、インペラの回転時の動作音を低減することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る送風ファン１の構成を示す図であり、中心軸１０を含む平面で切断した縦断面を示す。図２は、送風ファン１の正面図であり、図３は、図１中のＡ−Ａの位置における送風ファン１の横断面図である。

送風ファン１は、例えば電気製品や電子機器（特に、携帯型のもの）の内部の電子部品を空冷するために用いられる電動ファンであり、回転することにより空気の流れを発生するインペラ２、インペラ２に接続されてインペラ２を中心軸１０回りに回転するモータ３、並びに、インペラ２およびモータ３を収納するとともにインペラ２の回転により発生した空気の流れを制御して空気を送出するためのハウジング４を備える。

インペラ２は、中心軸１０を中心とする略円筒状であり、外径Ｄは２５ｍｍ以下とされる。インペラ２では、中心軸１０に沿う方向（以下、「軸方向」という。）の長さが外径よりも長くされる。なお、インペラ２の外径Ｄには、後述の補強リング２３の厚さは含まれないものとする。また、近年のノートブック型コンピュータの厚さを考慮した場合、インペラ２の外径Ｄは２０ｍｍ以下とされることがさらに好ましい。

インペラ２は、空気の流れを発生するための複数の翼２１、複数の翼２１のモータ３側の端部を連結固定するとともにモータ３に接続される端部である接続部２２、および、複数の翼２１の接続部２２とは反対側の端部を固定して翼２１の連結を補強する略円筒状の補強リング２３を備える。複数の翼２１、接続部２２および補強リング２３は、樹脂により一体的に成形されている。

複数の翼２１は、図３に示すように、中心軸１０から一定の距離にて中心軸１０の周囲に隙間を空けて一定ピッチで配列されており、図１に示すようにそれぞれ中心軸１０に平行に伸びている。インペラ２において、補強リング２３は、モータ３の回転時に複数の翼２１で囲まれた内部の空間９０へと空気を導く開口端となっている。また、空間９０の接続部２２側は、接続部２２がモータ３に接続されることにより閉塞されている。インペラ２では、補強リング２３を備えることにより、高速回転による翼２１の変形が抑制される。

モータ３は、ロータヨーク（継鉄）３１、シャフト３２およびロータマグネット３５により回転組立体が構成され、ベースプレート３６、スリーブ３４、ホルダ３３、シール３７およびステータ（固定子）３８により固定組立体が構成されている。モータ３は、電子部品３９１の駆動回路にてステータ３８のコイルに供給される電流が制御されることにより、ロータマグネット３５とステータ３８との間の磁気作用によってロータヨーク３１がシャフト３２を中心として回転駆動される。これにより、ロータヨーク３１に接続されているインペラ２が中心軸１０を中心として回転する。ロータヨーク３１の回転方向（すなわちインペラ２の回転方向）は、図３中に矢印ＡＲ１にて示す方向とされ、その回転数は、毎分１００００回転以上とされる。

ハウジング４は、図１および図２に示すように、外形が中心軸１０に平行に長い略直方体形状になっており、インペラ２およびモータ３の主要部分（ステータ３８付近まで）を収納するハウジング本体４５、並びに、ハウジング本体４５に嵌着されるキャップ４６を備える。ハウジング本体４５は、樹脂製であり、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）をベースとしたＦＲＰ（繊維強化プラスチック）とされる。キャップ４６は、アルミニウムにより形成される。

ハウジング４は、図２に示すように、インペラ２の側方にてインペラ２の側面（すなわち、外周面）に対向して中心軸１０に平行に長く形成された送風口４３、並びに、図１および図３に示すように、送風口４３とは異なる方向であるインペラ２の上方向からインペラ２の側面に対向して形成された第１吸気口４１、および、インペラ２の開口端である補強リング２３に対向して形成された第２吸気口４２を備える。

図１に示すように、第１吸気口４１は、軸方向においてインペラ２とほぼ同じ長さであり、第１吸気口４１軸方向の両側のエッジは、インペラ２の両側のエッジ（すなわち、補強リング２３の接続部２２側のエッジ、および、接続部２２の補強リング２３側のエッジ）とほぼ重なる。また、図３に示すように第１吸気口４１の軸方向に垂直な方向（以下、「幅方向」という。）の幅は、インペラ２の外径よりも小さくされる。第２吸気口４２は、図１に示すように、インペラ２の外径と略同じ大きさの円形に形成されている。送風口４３は、図３に示すように、ハウジング４の外側に向かって広がっており、インペラ２を囲む内面４９に繋がっている。また、送風口４３の軸方向の長さはインペラ２とおよそ等しく、軸方向において、送風口４３の両側のエッジはインペラ２の両側のエッジとほぼ重なる（図２参照）。

以上の構造を有する送風ファン１では、モータ３が駆動されてインペラ２が回転すると、空気が第１吸気口４１および第２吸気口４２から空間９０内に流入し、複数の翼２１の間からハウジング４の内面４９に向かって送出され、そして、ハウジング４の内面４９に沿って移動して送風口４３から送出される。

送風ファン１では、送風口４３と略垂直な方向を向く第１吸気口４１により、中心軸１０に対して略垂直な方向の吸気が行われ、また、インペラ２の開口端である補強リング２３と対向する第２吸気口４２により、中心軸１０に沿う方向の吸気が行われる。すなわち、第１吸気口４１は実質的に貫流ファンの吸気口の役割を果たし、また、第２吸気口４２は実質的に遠心ファンの吸気口の役割を果たす。その結果、静圧が高い遠心ファンおよび風量が大きい貫流ファンの双方の特長を兼ね備えた静圧が高く風量が大きい送風ファン１を実現することができる。

また、送風ファン１では、モータ３の定格回転時においてインペラ２の外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上とされる。その結果、外径が２５ｍｍ以下の小さいインペラ２であっても、第２吸気口４２からインペラ２の内部の空間９０に取り込まれた空気に十分な遠心力を与えることができ、さらに、第１吸気口４１からの吸気量を増大することもできるため、送風ファン１の静圧を高くし、風量を大きくすることができる。

送風ファン１のインペラ２は、モータ３の定格回転時におけるインペラ２の複数の翼２１の周速をｖ_θ（ｍ／ｓｅｃ）とし、インペラ２から送出される空気の動粘度をν（ｍ^２／ｓｅｃ）とした場合、図３に示す複数の翼２１の外周縁におけるピッチｗ（ｍ）が、ｖ_θ×ｗ／ν＜１．０×１０^３の関係を満たすように設計される。すなわち、インペラ２は、翼２１の外周縁のピッチｗを代表長さとして求めたインペラ２のレイノルズ数が、臨界値（層流と乱流との境界値）である１０００未満となるように設計される。なお、上記臨界値は送風ファンの構造により変動はするが、通常のものでは１０００以上である。

通常の送風ファンでは、インペラから送出される空気は乱流であり、この乱流域にある空気の流れがインペラの外周縁において騒音を発生する。これに対して、送風ファン１では、インペラ２の外周縁におけるレイノルズ数を臨界値以下とすることにより、インペラ２の外周縁における乱流の発生が抑制され、インペラ２の回転時の動作音を低減することができる。なお、インペラ２の回転時の動作音は、主にインペラ２の外周縁における空気の流れに起因するため、複数の翼２１の内周縁におけるピッチを代表長さとした場合のレイノルズ数が臨界値を超えている場合であっても、インペラ２の動作音への影響は特にない。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る送風ファン１ａについて説明する。図４は、送風ファン１ａの構成を示す縦断面図である。図４に示すように、送風ファン１ａは、図１に示す送風ファン１の第１吸気口４１に代えて、第１吸気口４１とは軸方向の長さが異なる第１吸気口４１ａを備える。その他の構成は図１ないし図３と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図４に示すように、送風ファン１ａは、第１の実施の形態と同様に、インペラ２、モータ３およびハウジング４を備え、ハウジング４が第１吸気口４１ａを備えるという点を除き、インペラ２、モータ３およびハウジング４の構成および形状は、図１ないし図３に示すものと同様である。すなわち、インペラ２は、図１に示すものと同様に、樹脂により一体的に成形された複数の翼２１、接続部２２および補強リング２３を備える。また、ハウジング４も、インペラ２の側方にてインペラ２の側面に対向して形成された送風口４３（図２参照）、および、インペラ２の開口端である補強リング２３に対向して形成された第２吸気口４２を備える。

送風ファン１ａでは、第１吸気口４１ａが、インペラ２の上方にて（すなわち、送風口４３とは異なる方向から）インペラ２の側面に対向して形成され、軸方向に関する第１吸気口４１ａのモータ３側のエッジが、インペラ２の接続部２２と補強リング２３との間に位置する。また、第１吸気口４１ａの補強リング２３側のエッジは、第１の実施の形態と同様に、軸方向に関して補強リング２３のモータ３側（すなわち、接続部２２側）のエッジとほぼ重なる。インペラ２では、第１吸気口４１ａのモータ３側のエッジと対応する位置よりもモータ３側の部位（すなわち、第１吸気口４１ａに対向しない部位であり、以下、「第１吸気口非対向部」という。）２４の周囲がハウジング４により覆われている。このため、インペラ２の第１吸気口非対向部２４では、通常の遠心ファン（すなわち、軸方向の端部にのみ吸気口が設けられる遠心ファン）とほぼ同様に、インペラ２の内部の空間９０に流入した空気が高い静圧にて送出される。換言すれば、インペラ２の第１吸気口非対向部２４は、実質的に遠心ファンとして働く。また、インペラ２の第１吸気口４１ａに対向する部位（以下、「第１吸気口対向部」という。）２５では、第１の実施の形態と同様に、第１吸気口４１ａおよび第２吸気口４２から空間９０内に流入した空気がハウジング４の内面４９に向かって送出される。

図５は、インペラ２と同様に外径よりも軸方向の長さが長いインペラ９２、および、インペラ９２の開口端側に開口とほぼ等しい径を有する吸気口９４１を１つだけ備える遠心ファン９１を比較例として示す図である。図６ではハウジングを太実線にて簡略化して示している。図６は、図５に示す比較例の遠心ファン９１において、インペラ９２から送風口９４３を介して送出される空気の軸方向の風量分布を示す図である。図６における横軸は、軸方向におけるインペラ９２上の位置を示し、各位置における（単位長さ当たりの）風量を示す線９０１の右端がインペラ９２の吸気口９４１側の端部に対応する。また、線９０１の左端はインペラ９２の吸気口９４１側とは反対側の端部（すなわち、モータ９３に接続される側の端部）に対応する。図６に示すように、比較例の遠心ファン９１においては、インペラ９２の吸気口９４１側とは反対側の部位からの風量が、吸気口９４１側の部位からの風量よりも大きい。

図４に示す送風ファン１ａでは、上述のように、インペラ２の第１吸気口非対向部２４（すなわち、仮に送風ファン１ａを比較例の遠心ファン９１とみなした場合、吸気口９４１側とは反対側の風量が大きい部位（図５および図６参照））が、実質的に遠心ファンとして高効率にて働く。また、比較例の遠心ファン９１において風量が小さくなる部位に対応する第１吸気口対向部２５には、比較例の遠心ファン９１の吸気口９４１に対応する第２吸気口４２からの吸気に加えて、貫流ファンの吸気口の役割を果たす第１吸気口４１ａから中心軸１０に垂直な方向の吸気が行われて風量が増大する。その結果、軸方向の風量の分布の均一性を高めつつ静圧が高く風量が大きい送風ファン１ａを実現することができる。

図６に示すように、比較例の遠心ファン９１では、軸方向の中央部よりも吸気口９４１側における風量は最大風量の約半分以下であるため、風量分布の均一性向上のためには、吸気口９４１側における風量を増大させる必要がある。このことから、図４に示す送風ファン１ａでは、少なくともインペラ２の軸方向の中央部よりも第２吸気口４２側の部位において、その上方に第１吸気口４１ａを設けて風量を増大させることが好ましい。換言すれば、送風ファン１ａでは、第１吸気口４１ａのモータ３側のエッジが、接続部２２（の補強リング２３側の端部）と補強リング２３（の接続部２２側の端部）との間の中央部よりも接続部２２側に設けられることがより好ましい。

図７は、送風ファン１ａから送出される空気の風量Ｑ（ｍ^３／ｍｉｎ）と静圧Ｐｓ（Ｐａ）との関係を示す図である。図７中の線９０２は、送風ファン１ａの各風量における静圧の高さ（すなわち、ＰＱ特性）を示し、線９０３は、図５に示す比較例の遠心ファン９１のＰＱ特性を示す。また、表１は、送風ファン１ａおよび比較例の遠心ファン９１の形状や性能を示す。図７に示すように、送風ファン１ａは、比較例の遠心ファン９１に比べて、より大きな風量（約０．０４ｍ^３／ｍｉｎ以上の風量）においてより高い静圧を実現することができる。

送風ファン１ａでは、第１の実施の形態と同様に、モータ３の定格回転時においてインペラ２の外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上とされることにより、外径が２５ｍｍ以下の小さいインペラ２を用いて静圧が高く風量が大きい送風ファン１ａを実現することができる（以下の実施の形態においても同様）。

また、送風ファン１ａのインペラ２は、第１の実施の形態と同様に、モータ３の定格回転時におけるインペラ２の複数の翼２１の周速をｖ_θ（ｍ／ｓｅｃ）とし、インペラ２から送出される空気の動粘度をν（ｍ^２／ｓｅｃ）とした場合、図３に示す複数の翼２１の外周縁におけるピッチｗ（ｍ）が、ｖ_θ×ｗ／ν＜１．０×１０^３の関係を満たすように設計される。その結果、送風ファン１ａでは、インペラ２の外周縁における乱流の発生が抑制され、インペラ２の回転時の動作音を低減することができる（以下の実施の形態においても同様）。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る送風ファン１ｂについて説明する。図８は、送風ファン１ｂの構成を示す縦断面図である。図８に示すように、送風ファン１ｂでは、図１に示す送風ファン１の第２吸気口４２が省略される。また、第１吸気口４１に代えて、第１吸気口４１とはインペラ２に対する軸方向における相対位置が異なる吸気口４１ｂが設けられる。その他の構成は、図１ないし図３とほぼ同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図８に示すように、送風ファン１ｂは、第１の実施の形態と同様に、インペラ２、モータ３およびハウジング４を備え、ハウジング４が吸気口４１ｂを備えるという点を除き、インペラ２、モータ３およびハウジング４の構成および形状は、図１ないし図３に示すものと同様である。すなわち、インペラ２は、図１に示すものと同様に、樹脂により一体的に成形された複数の翼２１、接続部２２および補強リング２３を備える。また、ハウジング４も、インペラ２の側方にてインペラ２の側面に対向して形成された送風口４３（図２参照）を備え、軸方向において、送風口４３の両側のエッジはインペラ２の両側のエッジとほぼ重なる。

図８に示すように、送風ファン１ｂでは、インペラ２の補強リング２３側（すなわち、開口端側）の端部から離間した位置にハウジング４の壁面が設けられる。また、インペラ２の上方にて（すなわち、送風口４３とは異なる方向から）インペラ２の側面に対向してハウジング４に形成される吸気口４１ｂでは、軸方向に関する吸気口４１ｂのモータ３側とは反対側のエッジが、インペラ２の補強リング２３側においてインペラ２から離れ、ハウジング４の補強リング２３に対向する壁面の上端近傍に位置する。吸気口４１ｂのモータ３側のエッジは、第２の実施の形態と同様に、インペラ２の接続部２２と補強リング２３との間（より好ましくは、接続部２２と補強リング２３との間の中央部よりも接続部２２側）に位置する。

すなわち、吸気口４１ｂでは、モータ３側のエッジと補強リング２３（すなわち、インペラ２の開口端）に対応する位置との間の部分がインペラ２に対向しており、補強リング２３に対応する位置とモータ３側とは反対側のエッジとの間の部分はインペラ２と非対向状態とされる。以下、吸気口４１ｂのインペラ２と対向している部分および対向していない部分をそれぞれ、「インペラ対向部４１１」および「インペラ非対向部４１２」という。インペラ非対向部４１２の軸方向の長さ（すなわち、吸気口４１ｂのモータ３側とは反対側のエッジと補強リング２３との間の軸方向の距離）はインペラ２の外径以下とされる。また、吸気口４１ｂは、送風ファン１ｂを上方から見た場合に略矩形状となるように形成されており、吸気口４１ｂの幅はインペラ２の外径よりも小さくされる。

送風ファン１ｂでは、インペラ２が回転することにより、主に吸気口４１ｂのインペラ対向部４１１を介してインペラ２の上方から複数の翼２１の内部の空間９０に空気が流入するとともに、主にインペラ非対向部４１２を介してインペラ２の補強リング２３側の開口から空間９０に空気が流入する。そして、複数の翼２１の間から送出された空気が送風口４３（図２参照）から送出される。

送風ファン１ｂでは、吸気口４１ｂの主にインペラ対向部４１１を介して中心軸１０に対して略垂直な方向の吸気が行われ、また、主にインペラ非対向部４１２を介して中心軸１０に沿う方向の吸気が行われる。すなわち、吸気口４１ｂのインペラ対向部４１１およびインペラ非対向部４１２は、実質的に貫流ファンおよび遠心ファンの吸気口の役割を果たす。その結果、静圧が高い遠心ファンおよび風量が大きい貫流ファンの双方の特長を兼ね備えた静圧が高く風量が大きい送風ファン１ｂを実現することができる。

送風ファン１ｂでは、特に、１つの吸気口４１ｂに貫流ファンおよび遠心ファンの吸気口の役割を兼ねさせることにより、送風ファン１ｂの構造を簡素化することができる。送風ファン１ｂの小型化の観点からは、吸気口４１ｂのインペラ非対向部４１２の長さは、インペラ２の外径以下とされることが好ましい。なお、送風ファン１ｂでは、吸気口４１ｂのインペラ対向部４１１を通過した空気の一部がインペラ２の補強リング２３側の開口から流入してもよく、インペラ非対向部４１２を通過した空気の一部もインペラ２の上方から流入してよい。

送風ファン１ｂでは、吸気口４１ｂのモータ３側のエッジはインペラ２の接続部２２と重なっていてもよいが、接続部２２と補強リング２３との間に位置することにより、第２の実施の形態と同様に、送風ファン１ｂの軸方向の風量の分布の均一性を高めることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態に係る送風ファン１ｃについて説明する。図９は、送風ファン１ｃの構成を示す縦断面図である。図９に示すように、送風ファン１ｃでは、図１に示す第１吸気口４１および第２吸気口４２に代えて、インペラ２の外径よりも大きい円形の吸気口４１ｃが、ハウジング４の補強リング２３に対向する壁面に形成される。吸気口４１ｃを中心軸１０に沿う方向から見た場合、吸気口４１ｃのエッジは、補強リング２３の全周において補強リング２３の外周縁との間に隙間をあけて補強リング２３の周囲を囲んでいる。その他の構成は、第１の実施の形態とほぼ同様である。

送風ファン１ｃでは、軸方向の長さが外径よりも長いインペラ２が回転することにより、吸気口４１ｃを介してハウジング４内に流入した空気が、インペラ２の補強リング２３側の開口からインペラ２の内部の空間９０に流入するとともに、補強リング２３の全周において吸気口４１ｃと補強リング２３との間に形成された隙間からインペラ２の側面へと回り込み、複数の翼２１の隙間（すなわち、インペラ２の側面）からも空間９０に流入する。このように、送風ファン１ｃでは、吸気口４１ｃを介して中心軸１０に対して略垂直な方向および中心軸１０に沿う方向の吸気が行われることにより、換言すれば、吸気口４１ｃが実質的に貫流ファンおよび遠心ファンの吸気口の役割を果たすことにより、静圧および風量が大きい送風ファン１ｃを実現することができる。

送風ファン１ｃでは、インペラ２の補強リング２３側の開口から内部の空間９０に流入した空気は、主にインペラ２のモータ３側の部位から送出され、吸気口４１ｃ側においてはモータ３側に比べて少量の空気が送出される（図６参照）。このため、インペラ２と吸気口４１ｃ（すなわち、ハウジング４）との間に形成される隙間が、インペラ２の補強リング２３側の開口から空間９０に流入した空気の送出に対して大きな影響を及ぼすことはない。さらに、インペラ２の側面に回り込んだ空気は、主にインペラ２の吸気口４１ｃ側の部位において翼２１により送出されるため、送風ファン１ｃの軸方向の風量の分布の均一性を高めることもできる。

次に、本発明の第５の実施の形態に係る送風ファン１ｄについて説明する。図１０は、送風ファン１ｄの構成を示す縦断面図である。図１０に示すように、送風ファン１ｄでは、図１に示す第２吸気口４２が省略され、空気は（第１）吸気口４１からインペラ２に流入する。その他の構成は、図１ないし図３と同様である。

送風ファン１ｄでは、第１の実施の形態と同様に、インペラ２の外径が２５ｍｍ以下とされ、インペラ２の軸方向の長さは外径よりも長くされる。そして、モータ３の定格回転時においてインペラ２の外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上とされることにより、外径が２５ｍｍ以下の小さいインペラ２を用いて静圧および風量が大きい送風ファン１ｄを実現することができる。また、送風ファン１ｄでは、モータ３の定格回転時におけるインペラ２の複数の翼の周速をｖ_θ（ｍ／ｓｅｃ）とし、インペラ２から送出される空気の動粘度をν（ｍ^２／ｓｅｃ）とした場合、複数の翼の外周縁におけるピッチｗ（ｍ）が、ｖ_θ×ｗ／ν＜１．０×１０^３の関係を満たすように設計される。その結果、インペラ２の外周縁における乱流の発生が抑制されてインペラ２の回転時の動作音を低減することができる。

次に、本発明の第６の実施の形態に係る送風ファン１ｅを備えるノートブック型コンピュータ等の電子機器５について説明する。なお、後述するように、電子機器５に設けられた送風ファン１ｅは、第３の実施の形態に係る送風ファン１ｂと実質的に同じである。図１１は、電子機器５の内部を部分的に示す斜視図である。図１１に示すように、電子機器５は、外径が２５ｍｍ以下である略円筒状のインペラ２、インペラ２を中心軸１０ａ回りに回転するモータ３、動作時に発熱する電子部品等の発熱体５１、インペラ２の一部を覆うカバー部５２、並びに、インペラ２、モータ３、発熱体５１およびカバー部５２を収納する筐体５３を備える。図１１では、電子機器５の内部を説明するために筐体５３の蓋部材の図示を省略しているが、実際の電子機器５では、インペラ２等を収納する箱状部材の開口（ただし、後述の吸気口４１ｄを除く。）が蓋部材に覆われる。また、中心軸１０ａはインペラ２の両側にて筐体５３およびモータ３に取り付けられているが、モータ３にのみ取り付けられていてもよい。

電子機器５では、インペラ２およびモータ３の周囲を囲む筐体５３の一部およびカバー部５２により、インペラ２から送出される空気が発熱体５１へと導かれる。すなわち、インペラ２、モータ３、カバー部５２および筐体５３の一部により送風ファン１ｅが構成され、カバー部５２および筐体５３の一部はインペラ２およびモータ３を収納するハウジングの役割を果たす。以下、筐体５３のインペラ２およびモータ３の周囲を囲む部位を、「ハウジング部５３１」という。

図１１に示すように、ハウジング部５３１のインペラ２の上方の部位には、インペラ２の側面に対向する開口４１ｄが設けられており、インペラ２の回転時には開口４１ｄを介してインペラ２に空気が流入する。また、筐体５３の底面（ハウジング部５３１の一部）とカバー部５２との間には、インペラ２の側方においてインペラ２の側面に対向する隙間４３ａが設けられており、開口４１ｄを介してインペラ２に流入した空気は隙間４３ａから送出される。すなわち、開口４１ｄおよび隙間４３ａは、送風ファン１ｅのハウジングに設けられた吸気口および送風口の役割を果たす。以下、開口４１ｄおよび隙間４３ａをそれぞれ、「吸気口４１ｄ」および「送風口４３ａ」という。なお、送風口４３ａは、カバー部５２に設けられた隙間（または、開口）であってもよい。

電子機器５の送風ファン１ｅでは、第３の実施の形態と同様に、軸方向に関する吸気口４１ｄのモータ３側とは反対側のエッジが、インペラ２の開口端側（すなわち、補強リング２３側）においてインペラ２から離れて位置し、また、吸気口４１ｄのモータ３側のエッジが、インペラ２の接続部２２と補強リング２３との間（より好ましくは、接続部２２と補強リング２３との間の中央部よりも接続部２２側）に位置する。吸気口４１ｄのモータ３側とは反対側のエッジと補強リング２３との間の軸方向の距離はインペラ２の外径以下とされる。また、吸気口４１ｄの幅は、インペラ２の外径よりも小さくされる。

電子機器５の送風ファン１ｅでは、モータ３によりインペラ２が回転することにより、吸気口４１ｄを介してインペラ２の上方、および、インペラ２の補強リング２３側の開口からインペラ２の内部に空気が流入し、インペラ２の複数の翼の間から送出される。インペラ２から送出された空気は、ハウジングの役割を果たすカバー部５２および筐体５３のハウジング部５３１に導かれ、図１１中に矢印ＡＲ２に示すように、送風口４３ａから発熱体５１に向けて送出される。これにより、発熱体５１が冷却される。

送風ファン１ｅでは、第３の実施の形態と同様に、吸気口４１ｄを介して中心軸１０ａに対して略垂直な方向、および、中心軸１０ａに沿う方向の吸気が行われる。すなわち、吸気口４１ｄは、実質的に貫流ファンおよび遠心ファンの吸気口の役割を兼ねる。その結果、静圧が高く風量が大きい送風ファン１ｅを実現することができるとともに、送風ファン１ｄの構造を簡素化することができる。また、吸気口４１ｄのモータ３側のエッジが、接続部２２と補強リング２３との間に位置することにより、送風ファン１ｅの軸方向の風量の分布の均一性を高めることができる。

このように、構造が簡素化されており、さらに、インペラ２の外径を小さくしつつ大きな静圧および風量を得ることができる送風ファン１ｅは、小型化（特に、薄型化）が要求される電子機器５の筐体５３内部の発熱体５１の冷却に特に適している。また、電子機器５では、筐体５３の一部であるハウジング部５３１を送風ファン１ｅのハウジングとして利用することにより、電子機器５の小型化を実現することができる。さらに、送風ファン１ｅに設けられる吸気口は１つだけであるため、電子機器５において、送風ファン１ｅの周囲の構造に対する制限を緩和することができる。

送風ファン１ｅでは、上述の実施の形態と同様に、モータ３の定格回転時においてインペラ２の外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上とされることにより、外径が２５ｍｍ以下の小さいインペラ２を用いて静圧および風量が大きい送風ファン１ｅを実現することができる。さらに、送風ファン１ｅのインペラ２は、モータ３の定格回転時におけるインペラ２の複数の翼の周速をｖ_θ（ｍ／ｓｅｃ）とし、インペラ２から送出される空気の動粘度をν（ｍ^２／ｓｅｃ）とした場合、複数の翼の外周縁におけるピッチｗ（ｍ）が、ｖ_θ×ｗ／ν＜１．０×１０^３の関係を満たすように設計されている。その結果、送風ファン１ｅでは、インペラ２の外周縁における乱流の発生が抑制され、インペラ２の回転時の動作音を低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、第１の実施の形態に係る送風ファン１では、第１吸気口４１に代えて第３の実施の形態に係る吸気口４１ｂが設けられてもよい。この場合、送風ファンの配置環境の制限から第２吸気口４２が閉塞された場合であっても、吸気口４１ｂを介してインペラ２の上側および補強リング２３側の開口へと空気が供給されるため、送風ファン１の静圧および風量の低下を抑制することができる。

第４の実施の形態に係る送風ファン１ｃでは、インペラ２の補強リング２３と吸気口４１ｃが形成される壁面とが、第３の実施の形態と同様に離間していてもよい。また、ハウジング４の補強リング２３に対向する壁面が省略され、インペラ２の側面と対向しつつインペラ２の全周を囲む壁面のエッジにより吸気口４１ｃが形成されてもよい。

上記実施の形態に係る送風ファンは、ノートブック型コンピュータやその他の様々な電気製品や電子機器（特に、携帯型のもの）において、内部の発熱体である電子部品やその他の装置の空冷に利用されてよい。また、ヒートシンクの冷却ファンとして利用されてもよい。

第１の実施の形態に係る送風ファンの縦断面図である。 送風ファンの正面図である。 送風ファンの横断面図である。 第２の実施の形態に係る送風ファンの縦断面図である。 比較例の遠心ファンを示す図である。 比較例の遠心ファンの軸方向の風量分布を示す図である。 送風ファンの風量と静圧との関係を示す図である。 第３の実施の形態に係る送風ファンの縦断面図である。 第４の実施の形態に係る送風ファンの縦断面図である。 第５の実施の形態に係る送風ファンの縦断面図である。 電子機器の内部を示す斜視図である。

符号の説明

１，１ａ〜１ｅ 送風ファン
２ インペラ
３ モータ
４ ハウジング
５ 電子機器
１０，１０ａ 中心軸
２１ 翼
２２ 接続部
２３ 補強リング
４１，４１ａ〜４１ｄ （第１）吸気口
４２ 第２吸気口
４３，４３ａ 送風口
５１ 発熱体
５２ カバー部
５３ 筐体
５３１ ハウジング部

Claims (11)

1. 送風ファンであって、
   所定の中心軸を中心とする略円筒状であるとともに前記中心軸方向の長さが外径よりも長いインペラと、
   前記インペラに接続されて前記インペラを前記中心軸回りに回転するモータと、
   前記インペラを収納するハウジングと、
   を備え、
   前記インペラが、
   それぞれが前記中心軸に平行であるとともに前記中心軸の周囲に配列された複数の翼と、
   前記複数の翼の前記モータ側の端部が固定されるとともに前記モータに接続される接続端と、
   前記複数の翼の前記接続端とは反対側の端部が固定される開口端と、
   を備え、
   前記ハウジングが、
   前記インペラの側面に対向して形成された送風口と、
   前記送風口とは異なる方向から前記インペラの側面に対向して形成された第１吸気口と、
   前記インペラの前記開口端側に形成された第２吸気口と、
   を備えることを特徴とする送風ファン。
2. 請求項１に記載の送風ファンであって、
   前記中心軸方向に関して、前記第１吸気口の前記モータ側のエッジが、前記インペラの前記接続端と前記開口端との間に位置することを特徴とする送風ファン。
3. 送風ファンであって、
   所定の中心軸を中心とする略円筒状であるとともに前記中心軸方向の長さが外径よりも長いインペラと、
   前記インペラに接続されて前記インペラを前記中心軸回りに回転するモータと、
   前記インペラを収納するハウジングと、
   を備え、
   前記インペラが、
   それぞれが前記中心軸に平行であるとともに前記中心軸の周囲に配列された複数の翼と、
   前記複数の翼の前記モータ側の端部が固定されるとともに前記モータに接続される接続端と、
   前記複数の翼の前記接続端とは反対側の端部が固定される開口端と、
   を備え、
   前記ハウジングが、
   前記インペラの側面に対向して形成された送風口と、
   前記送風口とは異なる方向から前記インペラの側面に対向して形成された吸気口と、
   を備え、
   前記中心軸方向に関して、前記吸気口の前記モータ側とは反対側のエッジが、前記インペラの前記開口端側において前記インペラから離れて位置し、
   前記吸気口の前記エッジと前記インペラの前記開口端との間の前記中心軸方向の距離が前記インペラの外径以下であることを特徴とする送風ファン。
4. 請求項３に記載の送風ファンであって、
   前記中心軸方向に関して、前記吸気口の前記モータ側のもう１つのエッジが、前記インペラの前記接続端と前記開口端との間に位置することを特徴とする送風ファン。
5. 送風ファンであって、
   所定の中心軸を中心とする略円筒状であるとともに前記中心軸方向の長さが外径よりも長いインペラと、
   前記インペラに接続されて前記インペラを前記中心軸回りに回転するモータと、
   前記インペラを収納するハウジングと、
   を備え、
   前記インペラが、
   それぞれが前記中心軸に平行であるとともに前記中心軸の周囲に配列された複数の翼と、
   前記複数の翼の前記モータ側の端部が固定されるとともに前記モータに接続される接続端と、
   前記複数の翼の前記接続端とは反対側の端部が固定される開口端と、
   を備え、
   前記ハウジングが、
   前記インペラの側面に対向して形成された送風口と、
   前記インペラの前記開口端側に形成されるとともに前記開口端の全周において前記開口端との間で隙間が形成される吸気口と、
   を備えることを特徴とする送風ファン。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の送風ファンであって、
   前記インペラの外径が２５ｍｍ以下であり、回転時において前記インペラの外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上であることを特徴とする送風ファン。
7. 送風ファンであって、
   所定の中心軸を中心とする略円筒状であるとともに前記中心軸方向の長さが外径よりも長いインペラと、
   前記インペラに接続されて前記インペラを前記中心軸回りに回転するモータと、
   前記インペラを収納するハウジングと、
   を備え、
   前記インペラが、
   それぞれが前記中心軸に平行であるとともに前記中心軸の周囲に配列された複数の翼と、
   前記複数の翼の前記モータ側の端部が固定されるとともに前記モータに接続される接続端と、
   前記複数の翼の前記接続端とは反対側の端部が固定される開口端と、
   を備え、
   前記ハウジングが、
   前記インペラの側面に対向して形成された送風口と、
   前記送風口とは異なる方向から前記インペラの側面に対向して形成された吸気口と、
   を備え、
   前記インペラの外径が２５ｍｍ以下であり、回転時において前記インペラの外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上であることを特徴とする送風ファン。
8. 請求項６または７に記載の送風ファンであって、
   前記モータの定格回転時における前記インペラの前記複数の翼の周速をｖ_θとし、前記インペラから送出される気体の動粘度をνとした場合、前記複数の翼の外周縁におけるピッチｗが、ｖ_θ×ｗ／ν＜１．０×１０^３、を満たすことを特徴とする送風ファン。
9. 電子機器であって、
   請求項３または４に記載の送風ファンと、
   発熱する発熱体と、
   前記送風ファンの前記インペラおよび前記発熱体を収納する筐体と、
   を備え、
   前記送風ファンの前記ハウジングが、前記筐体の一部であるハウジング部と、前記インペラから送出される気体を前記発熱体へと導くカバー部とにより形成され、
   前記ハウジングの前記送風口が、前記筐体の前記ハウジング部と前記カバー部との間の隙間、または、前記カバー部に設けられた隙間であり、
   前記ハウジングの前記吸気口が、前記筐体の前記ハウジング部に設けられた開口であることを特徴とする電子機器。
10. 請求項９に記載の電子機器であって、
    前記送風ファンの前記インペラの外径が２５ｍｍ以下であり、回転時において前記インペラの外周縁における向心加速度が１．０×１０^４ｍ／ｓｅｃ^２以上であることを特徴とする電子機器。
11. 請求項１０に記載の電子機器であって、
    前記送風ファンの前記モータの定格回転時における前記インペラの前記複数の翼の周速をｖ_θとし、前記インペラから送出される気体の動粘度をνとした場合、前記複数の翼の外周縁におけるピッチｗが、ｖ_θ×ｗ／ν＜１．０×１０^３、を満たすことを特徴とする電子機器。

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