特許 6769724 ファン装置、及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6769724

(24)【登録日】2020年9月28日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】ファン装置、及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 25/10 20060101AFI20201005BHJP

   G03G 21/00 20060101ALI20201005BHJP

   F04D 29/70 20060101ALN20201005BHJP

   H05K 7/20 20060101ALN20201005BHJP

【ＦＩ】

   F04D25/10 301E

   G03G21/00 530

   !F04D29/70 N

   !H05K7/20 K

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-70801(P2016-70801)

(22)【出願日】2016年3月31日

(65)【公開番号】特開2017-180368(P2017-180368A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2019年2月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227205

【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124154

【弁理士】

【氏名又は名称】下坂 直樹

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 誠一郎

【審査官】 大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−１５２３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２１１１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−１４９０９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平７−２０８８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５７１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１７６６５４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２５／１０

Ｆ０４Ｄ ２９／７０

Ｇ０３Ｇ ２１／００

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸気又は排気するファンと、前記ファンに対向するように配置された複数のフィンであって、前記ファンの回転に伴ってそれぞれ回転する複数のフィンと、前記複数のフィンのそれぞれのフィンの間に位置する複数の歯車とを含み、
前記複数のフィンは、前記複数の歯車の回転に連動して配列されている方向の中心を境に反対方向へ回転する、ファン装置。

【請求項2】

前記複数のフィンは、回転軸を中心に３６０度以上回転する、請求項１に記載のファン装置。

【請求項3】

前記ファンを制御する制御回路は、前記３６０度以上の回転を、装着される装置の起動時、停止時、或いは一定時間間隔で実行する、請求項１又は請求項２に記載のファン装置。

【請求項4】

前記複数のフィンは、前記ファンに対向する領域の一部には配置されていない、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のファン装置。

【請求項5】

前記複数のフィンは、前記ファンが引き起こす風の流れの方向に対して、実質的に平行な配置、傾斜した配置、実質的に垂直な配置の間で順番に遷移するように、配置角度が変化するように制御される、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のファン装置。

【請求項6】

吸気又は排気するファンと、前記ファンに対向するように配置された複数のフィンと、前記複数のフィンのそれぞれのフィンの間に位置する複数の歯車とを含むファン装置の制御方法であって、
前記ファンの回転に伴って前記複数のフィンをそれぞれ回転させるものであり、
前記複数のフィンは、前記複数の歯車の回転に連動して配列されている方向の中心を境に反対方向へ回転させられる、ファン装置の制御方法。

【請求項7】

前記複数のフィンを、回転軸を中心に３６０度以上回転させる、請求項６に記載のファン装置の制御方法。

【請求項8】

前記３６０度以上の回転を、装着される装置の起動時、停止時、或いは一定時間間隔で実行させる、請求項７に記載のファン装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ファン装置、及びその制御方法に関し、特に装置内部のエアーフローに用いられるファン装置、及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器、産業機器やコンピュータ機器では、装置内部の発熱部分の冷却及び装置内部の冷却を目的として、エアーフロー制御が行なわれる。

【0003】

図１１は背景技術の装置構成例を示し、装置筐体１０１には吸気ファン１０２、排気ファン１０３、予備ファン１０４の構成で、装置内のエアーフロー制御を行っている。

【0004】

特許文献１は、画像形成装置の装置内の冷却に関するものであり、冷却用空気を供給するファンに、角度変更自在な複数の規制板を対向配置することが提案されている。特許文献１では、角度制御装置によって規制板の角度を制御することにより、異なる複数の被冷却部に冷却用空気を供給することが提案されている。また特許文献１では、規制板に防塵フィルムを貼着すること、防塵フィルムに冷却用空気が接触もしくは衝突すると、冷却用空気中に含まれる塵埃等が吸着され、空気が浄化されることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−１２６６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した背景技術の電子機器の装置内部のエアーフロー制御では、以下のような課題がある。

【0007】

通常装置内の空気の流れは、内部の熱を逃がすため、ファン装置の強弱の制御のみであり、ほぼ定常的な空気の流れに等しい。同じ方向からの空気の流れは、空気に含まれる塵や埃等が内部の構造物に付着することや渦が発生する部分に埃が集まり溜まりやすい。塵・埃が溜まることで、冷却効果の低下等や埃と湿度により電気が流れる所ではトラッキング現象の可能性等の問題が生じる。

【0008】

特に産業用の電子機器は、使用期間が長いことから、吸入口に防塵フィルタを取り付けていない装置に関しては、内部に埃が溜まっている場合がありトラッキング現象の懸念がある。仮に防塵フィルタを付けていても、フィルタに付着した塵・埃によりふさがられ、著しく吸入量が減った場合は装置の隙間から埃が入り、同様な状態となる場合がある。特許文献１のように規制板に防塵フィルムを貼着したとしても、装置の隙間から埃が入った場合には、装置内の塵埃の問題は解決されない。

【0009】

本発明の目的は、取り付けられる装置内部の塵埃堆積や塵埃付着を抑制するファン装置、及びその制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記目的を達成するため、本発明に係るファン装置は、吸気又は排気するファンと、上記ファンに対向するように配置された複数のフィンであって、上記ファンの回転に伴ってそれぞれ回転する複数のフィンと、を含む。

【0011】

本発明に係るファン装置の制御方法は、吸気又は排気するファンと、上記ファンに対向するように配置された複数のフィンとを含むファン装置の制御方法であって、上記ファンの回転に伴って上記複数のフィンをそれぞれ回転させる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ファンの回転に伴って複数のフィンがそれぞれ回転するので、取り付けられる装置内部の塵埃堆積や塵埃付着を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態のファン装置を説明するための概略図である。

【図2】本発明の第１実施形態のファン装置の具体的な構成を説明するための構成図である。

【図3】攪拌用可動フィン・ユニットのフィンの可動方法を説明するための概念図である。

【図4】（ａ）乃至（ｄ）は、攪拌用可動フィン・ユニットのフィンの可動方法及び風向きサイクルを説明するための概念図である。

【図5】本発明の実施形態のファン装置の取り付け例を説明するための断面図である。

【図6】本発明の実施形態のファン装置の他の取り付け例を説明するための断面図である。

【図7】本発明の実施形態のファン装置のさらに他の取り付け例を説明するための断面図である。

【図8】本発明の実施形態のファン制御システムを説明するためのブロック図である。

【図9】本発明の実施形態のファン装置のさらに他の取り付け例を説明するための断面図である。

【図10】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の実施形態のファン装置の応用例を説明するための概念図である。

【図11】背景技術の電子機器内部のファン装置を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0015】

〔第１実施形態〕
初めに、本発明の第１実施形態によるファン装置、及びその制御方法について、説明する。図１は、本発明の第１実施形態のファン装置を説明するための概略図である。図２は、本発明の第１実施形態のファン装置の具体的な構成を説明するための構成図である。図３は、攪拌用可動フィン・ユニットのフィンの可動方法を説明するための概念図である。図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、攪拌用可動フィン・ユニットのフィンの可動方法及び風向きサイクルを説明するための概念図である。

【0016】

ファン装置の一例として、攪拌用可動フィン・ユニットを説明する。図１の攪拌用可動フィン・ユニット５は、ファン６と、複数のフィン７を含む。複数のフィン７は、ファン６に対向するように配置され、ファン６の回転に伴ってそれぞれ回転する。攪拌用可動フィン・ユニット５のより具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２の攪拌用可動フィン・ユニット５は、吸気ファン２の機能も兼ねているものとして説明する。図２の攪拌用可動フィン・ユニット５は、ファン６、フィン７、平歯車８、ウォーム歯車９、すぐばかさ歯車１０、軸１１、軸１２、軸１３、ユニット・ケース１４、平歯車１５などを含む。

【0017】

ファン６のモータを回転することで、ファン６は外部から空気を吸入する。同モータの回転力を用いて軸１１に取り付けられた、すぐばかさ歯車１０の４つの歯車及び軸１２、軸１３の構成でウォーム歯車９を回転させる。ウォーム歯車９が回転することで、同歯車にかみ合っている平歯車８及び平歯車１５が回転し、同軸上に取り付けられたフィン７が回転する。このフィン７が回転することで、ファン６から取り入れた空気の流れを変える。

【0018】

本実施形態では、ウォーム歯車９を用いることでファン６の回転数を減速し、フィン７の回転を遅くさせることで装置内部の広い範囲に空気を送り込むことができる。また、フィン７に当たる風力が逆にファン６の方に逆回転力を与えることを防止するためにも、ウォーム歯車９が有効である。

【0019】

図３は、フィン７の可動方法を示しており、中心を境に左右対称に複数のフィン７がそれぞれ回転する。各フィン７は例えば、その長手方向と平行な回転軸を中心として回転する。フィン７が回転することで、図４（ａ）のような直線配置、図４（ｂ）のような拡散配置、図４（ｃ）のような直角配置、図４（ｄ）のような風量絞込み配置のように、フィン７の状態が遷移する。図４（ａ）の直線配置とは、ファン６が引き起こす風の流れの方向に対して、複数のフィン７が実質的に平行な配置である。る。図４（ｂ）の拡散配置とは、ファン６が引き起こす風の流れの方向に対して、複数のフィン７が傾斜した配置である。図４（ｃ）の直角配置とは、ファン６が引き起こす風の流れの方向に対して、複数のフィン７が実質的に垂直な配置である。図４（ｂ）の風量絞込み配置とは、ファン６が引き起こす風の流れの方向に対して、複数のフィン７が傾斜した配置である。これにより、空気の流れが［直線］→［拡散］→［直角］→［風量絞込み（増加）］の繰り返しを行い、攪拌用可動フィン・ユニット５を取り付けた装置内部の攪拌を行う。複数のフィン７は、フィン７の長手方向と平行な回転軸を中心として、３６０度回転する。

【0020】

また、ウォーム歯車９及び平歯車８の形状（直径、ピッチ、歯数）の組み合わせによりフィン７の回転数の調整も可能とする。

【0021】

本実施形態の説明図（図２）では、基本原理がわかりやすい図になっているが、選定したファンの風量、モータの回転数によっては、稼動フィンの動きの調整が必要になる。歯車の歯数・大きさ及び減速用の歯車の構成は複雑になる場合を考慮して攪拌用可動フィン・ユニットの設計が必要であることを、付け加えておく。

【0022】

（実施形態の動作の説明）
本実施形態の動作実行は、装置の起動時と停止直前時、及び連続稼働している場合は一定時間の間隔で実行することが考えられる。

【0023】

装置内部の攪拌動作を行うには、開始時は、攪拌用可動フィン・ユニット５のファン６を一定時間、高速回転させ内部の塵・埃を攪拌する。この場合、攪拌用可動フィン・ユニット５のフィン７が３６０度以上回転する必要がある。フィン７が１回転以上回転したらファン６の回転を通常回転に戻す。排気ファンは通常回転のままとする。

【0024】

次に攪拌された塵・埃を排出するため、排気ファン３を一定時間、高速回転させる。一定時間が経過後、ファン回転を通常回転に戻す。

【0025】

この繰り返し動作を一定時間間隔に繰り返すことで、装置内部の塵・埃の付着や堆積を抑制する。

【0026】

本実施形態で使用する装置において、吸排気ファン以外からも塵埃が入り込むような隙間等がある場合は、装置内部の圧力を上げるように吸排気ファンの制御を行う。仮に装置内部の圧力が上げられず隙間から塵埃が入り込むような場合は、装置内部の攪拌時間や排気の強弱及び変動時間を調節することで溜まりにくい状態に制御する機能も持っているものとする。

【0027】

（効果の説明）
背景技術のエアーフロー制御では、吸入口から入り込んだすべての塵・埃は排気口からは全て排出されず、装置内部に残る場合がある。装置の内部構造により、塵・埃は、吸気ファンの風の流れにより風量が弱いところ、渦が発生するところに導かれ埃は装置内部に留まる。また、装置が停止した場合にも排出されなかった塵・埃は装置内部に留まる。

【0028】

本実施形態による効果は、この悪循環を改善する方法として、吸入口から入り込んだすべての塵・埃を装置内部で攪拌し、通常の冷却ファンでは、風量が弱いところや渦が発生するところにも本ユニットの風の流れを変えることである。これにより、塵埃堆積・付着を抑制することができる。

【0029】

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態によるファン装置、及びその制御方法について、説明する。図５は、本発明の実施形態のファン装置の取り付け例を説明するための断面図である。図５は、図１１の吸気ファン１０２を本発明の実施形態の攪拌用可動フィン・ユニット５に置き換えて取り付けた状態を示す。図５の装置筐体１には、排気ファン３、攪拌用可動フィン・ユニット５が取り付けられており、装置内のエアーフロー制御を行っている。

【0030】

図５において、本実施形態の攪拌用可動フィン・ユニット５は、吸気及び装置内の攪拌を行う。排気ファン３で装置内部の塵・埃の排出を行う。装置内に搭載している回路基板には、図８の構成でファンを制御する制御回路を設けており（もしくは後付でファン制御回路基板を取り付けることも可能であり）、各ファン制御を行う。図８は、本発明の実施形態のファン制御システムを説明するためのブロック図である。図８のファン制御システムは、ファン制御回路２０と、センサ部２６などを含む。ファン制御回路２０は、ファン電源制御部２１と、監視制御回路２２と、温度センサ入力回路２３を含む。センサ部２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのための高温デバイス温度センサ、装置内温度センサ、や予備センサを含む。監視制御回路２２には、予備情報２５が供給されている。予備情報２５は、装置の負荷情報などを含む情報であり、ＣＰＵの負荷状態、ディスク装置へのアクセス状況、や拡張ボードの有無などを含む。

【0031】

攪拌用可動フィン・ユニット５を含む各ファンの制御方法には、装置の温度状態を確認するセンサ部２６からの信号入力と、予備情報２５を用いる。入力された情報を基に、各ファンの電源制御を行い、ファン毎にモータの回転数の調整を行う。

【0032】

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態によるファン装置、及びその制御方法について、説明する。図６は、本発明の実施形態の他のファン装置の取り付け例を説明するための断面図である。図６は予備ファン４に本発明の実施形態の攪拌用可動フィン・ユニット５に置き換えて取り付けた状態を示す。吸気ファン２に攪拌用可動フィン・ユニット５に置き換えが出来ない場合、予備ファンを設けている装置に設置した場合の構成である。

【0033】

この場合両ファン（吸気ファン２及び攪拌用可動フィン・ユニット５）の制御の変更が必要となるが、装置内部塵埃の攪拌が実施できる。

【0034】

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態によるファン装置、及びその制御方法について、説明する。図７は、本発明の実施形態の他のファン装置の取り付け例を説明するための断面図である。図７は、吸気ファン２と置き換えが出来ない場合の構成例である。例えば、ファンのサイズやタイプ（ブロアタイプ等）が異なり、設置が困難な場合、吸気ファン２の風力を用いて本実施形態の攪拌用可動フィン・ユニット５のファン６を回転する事で装置内部塵埃の攪拌が実施できる。

【0035】

〔その他の実施形態〕
本発明の実施形態の攪拌用可動フィン・ユニットの応用例として、以下の場合でも実施可能と考える。

【0036】

図９のように、図１１の背景技術の装置において吸気ファン２及び予備ファン４の両方に、本実施形態の攪拌用可動フィン・ユニット５を取り付けることである。吸気ファン２及び予備ファン４の両方に取り付けた場合、両方のファン制御の強弱により複雑な装置内部の攪拌方法ができ更に塵埃堆積・付着の進行を遅らせることが可能となる。

【0037】

また図１０（ａ）のように、本実施形態の攪拌用可動フィン・ユニット５のフィンの取り外しや固定することで、装置にあわせた風の流れを設けることが可能となる。例えば、攪拌用可動フィン・ユニット５のフィン７の中央部分のフィンを１枚或いは２枚外すことで、フィンのない領域７ａや領域７ｂを設けることができる。攪拌用可動フィン・ユニット５のフィン７の中央部分のフィンを外すことで、常に直線的な風の流れが発生させることができ、発熱部分への冷却を行いつつも装置内部の塵埃攪拌を行うことができる。

【0038】

また図１０（ｂ）のように、直角方向に吹き出す脇にダクト３０を取り付けることである。攪拌用可動フィン・ユニット５の設置場所によっては、直線方向にしか風を送ることができず、そのままでは風は装置内の壁３１に衝突してしまい、円滑な風の流れを作ることができない。この場合には、吸気ファン２のサイズより小さい攪拌用可動フィン・ユニット５を用いて直角方向に吹き出す両脇にダクト３０を取り付けることで風向きを変えて装置内部の攪拌を実施することも可能とする。

【0039】

図１０（ｃ）のように、吸気ファン２の様な薄型のプロペラファンでない場合、例えばブロアファンやラインフローファン等、形状の異なるファンでは置き換えが出来ない場合がある。或いはファンへの電源供給ができない場合などがある。この場合には、例えばブロアファン４０から拌用可動フィン・ユニット５のファン６に風を当てることで、ファン６を回転させフィン７を可動することができ、装置内部の空気を攪拌することも可能である。

【0040】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

【0041】

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）吸気又は排気するファンと、前記ファンに対向するように配置された複数のフィンであって、前記ファンの回転に伴ってそれぞれ回転する複数のフィンとを含む、ファン装置。
（付記２）前記複数のフィンは、配列されている方向の中心を境に反対方向へ回転する、付記１に記載のファン装置。
（付記３）前記複数のフィンは、回転軸を中心に３６０度以上回転する、付記１又は付記２に記載のファン装置。
（付記４）前記３６０度以上の回転を、装着される装置の起動時、停止時、或いは一定時間間隔で実行する、付記３に記載のファン装置。
（付記５）前記複数のフィンは、前記ファンに対向する領域の一部には配置されていない、付記１乃至付記４のいずれか一つに記載のファン装置。
（付記６）前記複数のフィンは、前記ファンが引き起こす風の流れの方向に対して、実質的に平行な配置、傾斜した配置、実質的に垂直な配置の間で順番に遷移するように、配置角度が変化するように制御される、付記１乃至付記５のいずれか一つに記載のファン装置。
（付記７）吸気又は排気するファンと、前記ファンに対向するように配置された複数のフィンとを含むファン装置の制御方法であって、
前記ファンの回転に伴って前記複数のフィンをそれぞれ回転させる、ファン装置の制御方法。
（付記８）前記複数のフィンは、配列されている方向の中心を境に反対方向へ回転させられる、付記７に記載のファン装置の制御方法。
（付記９）前記複数のフィンを、回転軸を中心に３６０度以上回転させる、付記７又は付記８に記載のファン装置の制御方法。
（付記１０）前記３６０度以上の回転を、装着される装置の起動時、停止時、或いは一定時間間隔で実行させる、付記９に記載のファン装置の制御方法。
（付記１１）前記ファン装置の前記複数のフィンは、前記ファンに対向する領域の一部には配置されていない、付記７乃至付記１１のいずれか一つに記載のファン装置の制御方法。
（付記１２）前記複数のフィンを、前記ファンが引き起こす風の流れの方向に対して、実質的に平行な配置、傾斜した配置、実質的に垂直な配置の間で順番に遷移するように、配置角度が変化するよう制御する、付記７乃至付記１１のいずれか一つに記載のファン装置の制御方法。

【符号の説明】

【0042】

１ 装置筐体
２ 吸気ファン
３ 排気ファン
４ 予備ファン
５ 攪拌用可動フィン・ユニット
６ ファン
７ フィン
８ 平歯車
９ ウォーム歯車
１０ すぐばかさ歯車
１１、１２、１３ 軸
１４ ユニット・ケース
１５ 平歯車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】