JP2005214107A - ファン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
騒音を低減させることができるファン装置を提供すること。
【解決手段】
本発明では、羽根車５の回転方向で互いにずれて上部羽根６と下部羽根７とが配置されている。これにより、舌部３ｃで周期的に発生する音と、舌部４ｃで周期的に発生する音とが打ち消し合う。その結果、ファン装置１から発生する騒音を低減させることができる。しかも、上部羽根６と下部羽根７とが一体的に設けられているため、モータ１０を１つ用意すれば足り、２つのモータで独立して駆動する場合に比べて騒音を低減させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器を冷却するためのファン装置に関する。

従来から、ＰＣ（Personal Computer）等の発熱機器には、その熱を排熱するためのファンが搭載されている。例えば、発熱源としてＰＣに搭載されたＣＰＵ（Central Processing Unit）がある。一般的なファンとしては、例えば吸気口及び排気口が設けられたケース内に、モータによって回転する羽根車が収容されたものがある。これは羽根車がケース内で回転することにより、吸気口から吸入した空気を排気口から排出する。

ところで、このようなファンは羽根車を回転するためにモータを用いているため、その騒音が問題となる。また、羽根車が回転するときの風切り音も回転数が増せばその分大きくなり騒音となる。かかる騒音を低減するために、ファンを２つ用意し、ファンの騒音の波形の時間経過を正弦波に近似して当該騒音波形を合成するという技術がある。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−８５８８１号公報（段落[００１６]、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の技術においてファンの回転数の位相を調整するのみでは、騒音の低減化が困難である。ファンを作動させるとき、実際にはファンによる風切り音、モータ音、その他の雑音等が混在しているからである。また、上記特許文献１の図３には、マイクロフォンでファンの音を収集し、その音を周波数解析して合成波を生成して騒音を低減する技術が開示されているが、これでは機器が複雑化する。

また、最近では、ＣＰＵの周波数の高クロック化がよりいっそう顕著となってきているため、発熱量も増大しつつある。したがって、今後はさらにＣＰＵの冷却効率を高める必要がある。冷却効率を高めるためには、羽根車を大きくし、かつ、回転数を上げて風量を増すことが考えられるが、その反面、モータ音や羽根車の風切り音も大きくなってしまい、また、薄型化及び小型化には適さない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、騒音を低減させることができるファン装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、冷却効率を向上させるとともに、薄型化または小型化されたファン装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るファン装置は、内部に第１の舌部を有する第１のケースと、前記第１のケース内で回転可能に設けられ、回転することで周期的に前記第１の舌部に接近するように設けられた第１のブレードと、前記第１のケースに隣接して設けられ、内部に第２の舌部を有する第２のケースと、前記第２のケース内に設けられ、前記第１のブレードが前記第１の舌部に接近するときに発生する音を打ち消すような周期で前記第２の舌部に接近するように、前記第１のブレードと同軸で一体的に回転する第２のブレードとを具備する。

本発明では、第１の舌部で周期的に発生する音と、第２の舌部で周期的に発生する音とを打ち消し合うようにしている。これにより、ファン装置から発生する騒音を低減させることができる。しかも、第１のブレードと第２のブレードとが一体的に回転させられるので、例えばモータ等の駆動部が１つで足りる。したがって、第１のブレードと第２のブレードとをそれぞれ別の駆動部で駆動させる場合に比べ、騒音を低減できる。その上、第１のブレード及び第２のブレードの両方が備えられているのでファン装置による気体の供給量が増加し、冷却効率を向上させることができる。

本発明は、ファン装置の騒音の主要因がケースの舌部にブレードが接近することにより発生する音にあるということに着目してなされたものである。したがって、発生する音を打ち消し合うようにするためには、例えば、第１及び第２のブレードがそれぞれ第１及び第２の舌部に接近するタイミングを最適化することで、舌部のみに起因する騒音を最小にすることができる。

本発明において、第１の舌部とは、第１のケースの内部において、第１のブレードの回転により圧力が高められる部位であり、第１のブレードと第１のケースの内壁（気体の流路を形成する壁）とが最も近接する部位である。第２の舌部についても、第１の舌部と同様である。

音を打ち消すような、とは、第１の舌部と第２の舌部とで発生する音の合成量が弱められるような、という意味である。つまり、第１の舌部のみから発生する音（または第２の舌部のみから発生する音）より上記合成音の音圧レベルが小さくなるような、という意味である。また、第１の舌部（または第２の舌部）から発生する音波が伝播される空間中の領域の一部またはすべてにおいて、当該音波が互いに打ち消されるようにすること、あるいは互いに弱め合うようにすることを含む意味である。２つの音源の距離によっては強めあう箇所もあるからである。音波の波長をλとした場合、２つの音源の距離、すなわち、第１の舌部と第２の舌部との距離を例えば２／λ以下とすれば、２つの音波のほぼ最大振幅同士で強め合う箇所はなくなり、打ち消し合う。

本発明の一の形態によれば、前記第１のブレードと第２のブレードとは、それぞれ複数設けられるとともに当該第１及び第２のブレードの回転方向で互いにずれて配置されている。これにより、第１及び第２の舌部で発生するそれぞれの音波の位相を好適に制御することができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１の舌部と第２の舌部とが前記回転方向でほぼ同じ位置に配置され、前記第１のブレードと第２のブレードとは、前記回転方向でほぼ同じ間隔で交互に配置されている。これにより、２つの音の位相をほぼ１８０度ずらすことができるので騒音を低減することができる。回転方向でほぼ同じ位置とは、第１及び第２のブレードの回転軸にほぼ平行な方向に、第１のブレードと第２のブレードとが並列していることを示す。

本発明の一の形態によれば、前記第１の舌部と第２の舌部とは、前記第１及び第２のブレードの回転方向で互いにずれて配置されている。このように第１及び第２の舌部の相対的な位置を好適にすることで騒音を低減することができる。この場合、第１及び第２のブレードの、回転方向での相対的な位置も適宜設定することができる。例えば、第１と第２のブレードとが回転方向でほぼ同じ位置にしてもよいし、異なる位置にしてもよい。

本発明の一の形態によれば、前記第１のケースは第１の開口部を有し、前記第２のケースは前記第１の開口部に対向する第２の開口部を有し、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に設けられ、前記第１及び第２のブレードを一体的に連結する連結板をさらに具備する。これにより、第１と第２のブレードとを一体成形が可能となるとともに、連結板を、第１のケースの内部と第２のケースの内部とを仕切る仕切り板としても用いることができ、簡単な構造でファン装置を構成することができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１のケース及び前記第２のケースは、それぞれ第１の排気口及び第２の排気口を有し、前記第１の排気口と前記第２の排気口とは、前記回転方向で互いにずれて配置されている。第１の舌部と第２の舌部との相対的な位置に応じて第１の排気口と第２の排気口との相対的な位置をずらせばよいだけなのでファン装置の設計が容易となる。

本発明の一の形態によれば、前記第１の排気口付近に設けられた第１の放熱部材と、前記第２の排気口付近に設けられた第２の放熱部材とをさらに具備する。第１及び第２の排気口を介して２方向に排気されることとなるので、これらの排気口それぞれに第１及び第２の放熱部材を設けることにより放熱効率を高めることができる。

本発明の他の観点に係るファン装置は、互いに隣接して設けられ、内部に舌部をそれぞれ有する複数のケースと、回転することで周期的に前記舌部に接近するときに発生する音を互いに打ち消し合うように、それぞれ前記各ケース内で同軸で一体的に回転する複数のブレードとを具備する。

本発明では、周期的に舌部に接近するときに発生する音を互いに打ち消し合うように、それぞれ各ケース内で同軸で一体的に回転する複数のブレードが備えられているため、ファン装置から発生する騒音を低減させることができる。ケースの数は３以上であってもよい。例えばケースの数が３つならば、３つのブレードをその回転方向で互いにほぼ同じピッチとなるようにずらせば好適に騒音を低減させることができる。すなわち、３つの音波の位相を１２０度ずつずらせばよい。しかしながら１２０度は最適な配置であってこれに限られない。

以上のように、本発明によれば、ファン装置の騒音を低減させることができ、冷却効率を向上させるとともに、ファン装置を薄型化または小型化することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るファン装置を示す斜視図である。図２は図１に示すファン装置の分解斜視図であり、図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。

このファン装置１は、第１のケースとしての上部ケース３及び第２のケースとしての下部ケース４に羽根車５が収容されて構成されている。上部ケース３には吸気口２ａが設けられたカバー２が装着されている。羽根車５は、図２に示すように、第１のブレードとしての上部羽根６と、第２のブレードとしての下部羽根７とを有している。上部羽根６及び下部羽根７はそれぞれ複数設けられ、各々の羽根６，７の表面は羽根車５の回転方向に垂直に設けられている。すなわち遠心羽根と同様な形状を有している。これら羽根６，７は連結板８によって連結され、一体的に形成されている。

羽根車５の中央には、図３に示すようにモータ１０を収容するためのモータ収容部９が形成されている。モータ１０は、シャフト１１、軸受け１２、コイル１４、マグネット１３等で構成されている。マグネット１３は例えば羽根車５のモータ収容部９の内側に固定されている。シャフト１１は上部で羽根車５に固定されている。このように構成されたモータ１０が駆動することで、羽根車５が回転する。すなわち、上部羽根６と下部羽根７とは同軸で一体的に回転するようになっている。

図２に示すように、上部ケース３には舌部３ｃが形成され、上面部３ｆが開口されて気体のスクロール部３ｇが設けられている。また、上部ケース３の側部には気体の排気口３ａが設けられている。下部ケース４も同様に舌部４ｃが形成され、上面部４ｆが開口されて気体のスクロール部４ｇが設けられている。また、下部ケース４の底部４ｅには吸気口４ｂが設けられ、側部には排気口４ａが設けられている。舌部３ｃと舌部４ｃとは、図４に示すように、羽根車５の回転方向Ｒで同じ位置に配置されている。また、上部羽根６と下部羽根７とは羽根車５の回転方向Ｒで、ほぼ同じ間隔Ｐで互いにずれて配置されている。

図２及び図３に示すように、上部ケースの底部３ｅには開口部３ｂが設けられている。開口部３ｂと、下部ケース４における上面部４ｆのスクロール部４ｇを形成するための開口（開口部）とが対向するように、上部ケース３と下部ケース４とが隣接して配置されている。これにより、上部ケース３の内部と下部ケース４の内部とが連通している。図３に示すように、羽根車５は、開口部３ｂの高さ位置に連結板８が位置するように、上部及び下部ケース３，４内に収容される。これにより、連結板８が上部ケース３の内部と、下部ケース４の内部との仕切りの機能を果たすことになる。このように、本実施の形態に係る羽根車５は一体的に形成され、しかも、連結板８を仕切り板として用いることにより、簡単な構造でファン装置１を構成することができる。

以上のように構成されたファン装置１の作用を説明する。モータ１０が駆動することで羽根車５が回転し、吸気口２ａ及び４ｂからそれぞれ上部ケース３及び下部ケース４内に空気が取り込まれる。取り込まれた空気は羽根車５の回転によって排気口３ａ及び４ａより排出される。排出された空気が、例えば図示しない放熱フィンに吹き付けられることにより、当該放熱フィンから熱が放出される作用を促進させる。

上部羽根６及び下部羽根７はそれぞれ同じ間隔で交互に配置されているため、羽根車５の回転によって、上部羽根６と下部羽根７とが交互に同じ時間間隔で舌部３ｃと舌部４ｃとに接近する。これにより、ファン装置１の騒音を低減させることができる。

図５（ａ）は、舌部３ｃ及び４ｃに空気が当ることによって発生する騒音の波形を示す概念図である。縦軸は騒音の振幅（空気の圧力変化）、横軸は時間経過である。この波形は、舌部３ｃ及び４ｃに空気が当ることによって発生する騒音成分のみに着目したものであって、モータの騒音や舌部以外の部位における空気流の騒音等は考慮していない。また、騒音の大きさ（レベル）はこのように振幅の大きさで表現され、振幅が小さい程、騒音が小さいことになる。図中、波形Ｅは上部ケース３の舌部３ｃから発生する騒音であり、波形Ｆは下部ケース４の舌部４ｃから発生する騒音である。このように位相が１８０度ずれた波形Ｅ及びＦの合成波である本実施の形態に係る波形Ｕは、その振幅がゼロまたはゼロに近くなる。すなわち、打ち消されまたは弱められる。このため、図５（ｂ）に示すように、例えば従来のファン装置において同位相で音が強めあった波形Ｔに比べ、騒音が低減される。

以上のように、本実施の形態では、舌部３ｃで周期的に発生する音と、舌部４ｃで周期的に発生する音とを打ち消し合うようにしている。これにより、ファン装置１から発生する騒音を低減させることができる。しかも、上部羽根６と下部羽根７とが一体的に設けられているため、モータ１０を１つ用意すれば足り、２つのモータで独立して駆動する場合に比べて騒音を低減させることができる。その上、上部羽根６と下部羽根７の両方が備えられているのでファン装置１による気体の供給量が増加し、例えば電子部品等の冷却効率を向上させることができる。

図６は本発明の第２の実施の形態に係るファン装置を示す斜視図であり、図７はその分解斜視図である。以降に説明する実施の形態では、上記第１の実施の形態に係るファン装置１と同様な箇所は説明を簡略または省略し、異なる箇所または機能を中心に説明する。

ファン装置２１は、カバー２２、上部ケース２３及び下部ケース２４を有している。図７に示すように、舌部２３ｃが設けられた上部ケース２３内には上部羽根車２５Ａが収容される。また、舌部２４ｃが設けられた下部ケース２４内には下部羽根車２５Ｂが収容される。羽根車２５Ａ及び２５Ｂのそれぞれのほぼ中央には、孔３９及び２９が形成されており、上部ケース２３の底面部２３ｅのほぼ中央には孔２３ｂが形成されている。孔２９、２３ｂ及び２９にモータ１０の回転軸となるシャフト１１が挿通されて、シャフト１１が上部羽根車２５Ａ及び下部羽根車２５Ｂに固定される。モータ１０の駆動により、上部羽根車２５Ａ及び下部羽根車２５Ｂは、一体的に、それぞれケース２３及び２４の内部で回転する。すなわち、羽根車２５（図６参照）として一体的に回転するようになっている。

舌部２３ｃと舌部２４ｃとが羽根車２５の回転方向でほぼ同じ位置に配置されるように、上部ケース２３に下部ケース２４が取り付けられる。また、羽根車２５Ａの羽根２６と羽根車２５Ｂの羽根２７とは、図４に示すように、羽根車２５の回転方向Ｒで、ほぼ同じ間隔で互いにずれて配置されるように、シャフト１１にそれぞれ固定される。

本実施の形態においても、羽根２６及び羽根２７はそれぞれ同じ間隔で交互に配置されているため、羽根車２５の回転によって、羽根２６と羽根２７とが交互に同じ時間間隔で舌部２３ｃと舌部２４ｃとに接近する。これにより、舌部２３ｃで発生する音と舌部２４ｃで発生する音とが打ち消し合い、ファン装置２１の騒音を低減させることができる。

図８は、本発明の第３の実施の形態に係るファン装置の斜視図である。図９はその分解斜視図であり、図１０は図８に示すファン装置の平面図である。

このファン装置４１は、カバー４２、上部ケース４３及び下部ケース４４を有している。下部ケース４４におけるモータ１０のコイル１４等が取り付けられる取り付け部５５を除いては、上部ケース４３と下部ケース４４とがほぼ同一の形状をなしている。図１０に示すように、それぞれの舌部４３ｃと４４ｃとが羽根車４５の回転方向で互いにずれるように、上部ケース４３及び下部ケース４４とが取り付けられる。羽根車４５は、上部羽根４６と下部羽根４７とが連結板４８によって連結され一体的に形成されている。図３で示した例と同様に、羽根車４５は、その連結板４８と上部ケースの底面部４３ｅとがほぼ同一面となるように上部ケース４３及び下部ケース４４に収容される。

図１０に示すように、上部羽根４６と下部羽根４７とは、それぞれが舌部４３ｃと舌部４４ｃとに接近するタイミングがほぼ等間隔となるように配置されている。すなわち、上部羽根４６が舌部４３ｃに接近し、次に、下部羽根４７が舌部４４ｃに接近し、・・・というように互いに等間隔に接近するように上部羽根４６及び下部羽根４７が配置されている。これにより、舌部４３ｃと４４ｃとで発生する音を互いに打ち消し合うようにすることができ、ファン装置４１の騒音を低減することができる。羽根４６と４７との相対的な配置は、モータ１０の回転数、羽根車５の大きさ（連結板４８の径等）等によって適宜設定可能である。モータ１０の回転数、羽根車５の大きさ、あるいは両舌部の相対的な配置によっては、必ずしも上部羽根４６と下部羽根４７とを回転方向Ｒで互いにずらして配置する必要はない。

本実施の形態では、舌部４３ｃと４４ｃとの相対的な位置に応じて排気口４３ａと排気口４４ａとの相対的な位置をずらせばよいだけなので、ファン装置４１の設計が容易となる。

図１１は、上記ファン装置４１に放熱フィンを装着した例を示す図である。具体的には、ファン装置４１の排気口４３ａ及び４４ａにそれぞれ放熱フィン５３及び５４が装着されている。このように、排気口が２つ設けられることにより、排気効率を向上させることができる。それぞれの排気口４３ａ及び４４ａに放熱フィン５３及び５４が装着されていることにより、排出された空気が放熱フィン５３及び５４に吹き付けられて放熱作用が促進され、放熱効率を高めることができる。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば図２に示した羽根車５が、上部羽根、中部羽根、下部羽根及び２つの連結板で構成されてもよい。この場合、ケースも３つ必要となる。

また、ケース、羽根車の形状等は上記の実施の形態に限られるものではない。

本発明の第１の実施の形態に係るファン装置を示す斜視図である。 図１に示すファン装置の分解斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すファン装置の平面図である。 両舌部に空気が当ることによって発生する騒音の波形を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態に係るファン装置を示す斜視図である。 図６に示すファン装置の分解斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係るファン装置の斜視図である。 図８に示すファン装置の分解斜視図である。 図８に示すファン装置の平面図である。 図８に示すファン装置に放熱フィンを装着した例を示す斜視図である。

符号の説明

Ｒ…回転方向
Ｐ…間隔
１，２１，４１…ファン装置
３，２３，４３…上部ケース
３ｃ，２３ｃ，４３ｃ…舌部
３ａ，２３ａ，４３ａ…排気口
３ｂ…開口部
４，２４，４４…下部ケース
４ｃ，２４ｃ，４４ｃ…舌部
４ｂ…吸気口
６，２６，４６…上部羽根
７，２７，４７…下部羽根
８，４８…連結板
２５Ａ…上部羽根車
２５Ｂ…下部羽根車

Claims (8)

1. 内部に第１の舌部を有する第１のケースと、
   前記第１のケース内で回転可能に設けられ、回転することで周期的に前記第１の舌部に接近するように設けられた第１のブレードと、
   前記第１のケースに隣接して設けられ、内部に第２の舌部を有する第２のケースと、
   前記第２のケース内に設けられ、前記第１のブレードが前記第１の舌部に接近するときに発生する音を打ち消すような周期で前記第２の舌部に接近するように、前記第１のブレードと同軸で一体的に回転する第２のブレードと
   を具備することを特徴とするファン装置。
2. 請求項１に記載のファン装置であって、
   前記第１のブレードと第２のブレードとは、それぞれ複数設けられるとともに当該第１及び第２のブレードの回転方向で互いにずれて配置されていることを特徴とするファン装置。
3. 請求項２に記載のファン装置であって、
   前記第１の舌部と第２の舌部とが、前記第１及び第２のブレードの回転方向でほぼ同じ位置に配置され、
   前記第１のブレードと第２のブレードとは、前記回転方向でほぼ同じ間隔で交互に配置されていることを特徴とするファン装置。
4. 請求項１に記載のファン装置であって、
   前記第１の舌部と第２の舌部とは、前記第１及び第２のブレードの回転方向で互いにずれて配置されていることを特徴とするファン装置。
5. 請求項１に記載のファン装置であって、
   前記第１のケースは第１の開口部を有し、
   前記第２のケースは前記第１の開口部に対向する第２の開口部を有し、
   前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に設けられ、前記第１及び第２のブレードを一体的に連結する連結板をさらに具備することを特徴とするファン装置。
6. 請求項４に記載のファン装置であって、
   前記第１のケース及び前記第２のケースは、それぞれ第１の排気口及び第２の排気口を有し、
   前記第１の排気口と前記第２の排気口とは、前記回転方向で互いにずれて配置されていることを特徴とするファン装置。
7. 請求項６に記載のファン装置であって、
   前記第１の排気口付近に設けられた第１の放熱部材と、
   前記第２の排気口付近に設けられた第２の放熱部材と
   をさらに具備することを特徴とするファン装置。
8. 互いに隣接して設けられ、内部に舌部をそれぞれ有する複数のケースと、
   回転することで周期的に前記舌部に接近するときに発生する音を互いに打ち消し合うように、それぞれ前記各ケース内で同軸で一体的に回転する複数のブレードと
   を具備することを特徴とするファン装置。

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