JP2007252938A - 騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の騒音低減装置は、２枚のフィルターと２つの共鳴室とが必要であるため、装置形状が大きく且つ複雑になった。そのため、家電製品への組込みが難しいといった課題があった。
【解決手段】 騒音源５の近傍に設けられ、騒音源５に対向して配置された騒音低減板１１と、騒音低減板１１に形成され、音響エネルギーを熱エネルギーに変換する複数の音熱変換孔１２とを備え、各音熱変換孔１２は、騒音源５側に設けられ、第１の孔幅を有する収縮室１３と、騒音源５側の反対側に設けられ、第１の孔幅より広い第２の孔幅を有する膨張室１４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、騒音の出力音圧レベルを低減させる騒音低減装置に関する。

従来の騒音低減装置においては、騒音源であるモータの後方に第１及び第２のフィルターを間隔を空けて配置し、モータと第１のフィルターとの間に形成された第１の共鳴室と、第１のフィルタと第２のフィルタとの間に形成された第２の共鳴室とを備えている。そして、モータから発生する騒音は、第１及び第２の共鳴室と、第１及び第２のフィルタとで低減させることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−３３４１６３号公報（第４−６頁、図１）

しかしながら、従来の騒音低減装置は、２枚のフィルターと２つの共鳴室とが必要であるため、装置形状が大きく且つ複雑になった。そのため、家電製品への組込みが難しく問題であった。また、多くの部材が必要であるため、生産コストが高く問題であった。

本発明は、このような問題を解決し、簡単な構成で効果的に騒音を低減できる騒音低減装置を提供することを目的とする。

本発明の騒音低減装置は、騒音源の近傍に設けられ、騒音源に対向して配置された騒音低減板と、騒音低減板に形成され、音響エネルギーを熱エネルギーに変換する複数の音熱変換孔とを備え、各音熱変換孔は、騒音源側に設けられ、第１の孔幅を有する収縮室と、騒音源側の反対側に設けられ、第１の孔幅より広い第２の孔幅を有する膨張室とを備えることを特徴とする。

本発明に係る騒音低減装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
即ち、騒音低減板と音熱変換孔とで騒音低減装置が構成されるので、装置構成が簡単になり、装置の小型軽量化が実現される。その結果、掃除機のような家電製品への組込みが容易となり、騒音の少ない優れた家電製品を低コストで提供することが可能となる。

実施の形態１．
以下、本発明に係る騒音低減装置の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る騒音低減装置１０を適用した掃除機を示す側部断面図である。同図に示すように、掃除機１は、ごみを吸引するためのホース２が取り付けられた吸気口３と、吸気口３の後方に設けられ、ごみを集塵する集塵室４と、集塵室４の後方に設けられ、ごみを吸引するための空気流を生成するモータ５と、モータ５の後方に配置され、モータ５で発生する騒音を低減させる騒音低減装置１０と、騒音低減装置１０の後方に配置され、騒音低減装置１０を通過した空気流を排出する排気口６とを備えている。

集塵室４には、紙パック７が取り付けられており、吸気口３を通して吸引されたごみは紙バック７に集塵される。また、モータ５は、掃除機１の吸い込み動作を行わせるために３〜４万回転という超高速回転を行っており、モータ５の回転動作は、ホース２に設けられた動作スイッチ部（図示せず）の運転モードに合わせて動くようにコントロールされている。

騒音低減装置１０は、モータ５に対向して配置された騒音低減板１１と、騒音低減板１１に形成され、音響エネルギーを熱エネルギーに変換する複数の音熱変換孔１２とを備えている。これらの音熱変換孔１２は、貫通孔であるため、モータ５の駆動で発生する空気流は、音熱変換孔１２を通って、排気口６に到達する。また、各音熱変換孔１２は、モータ５側に設けられた円柱状の収縮室１３と、排気口６側（モータ５側の反対側）に設けられた円柱状の膨張室１４とを備えている。ここで、収縮室１３の孔幅（第１の孔幅）に比べて、膨張室１４の孔幅（第２の孔幅）の方が広くなるように構成されている。
なお、収縮室１３および膨張室１４は、円柱状に限定されることなく、角柱状、円錐台状、角錐台状であってもよい。

次に、本実施の形態の動作について説明する。利用者がホース２に設けられた動作スイッチ部（図示せず）をオンにして、モータ５を駆動させると、モータ５に取り付けられたファンが回転して、掃除機１の内部に空気流が発生する。ホース２で吸引されたごみは、この空気流に乗って集塵室４に到達し、集塵室４に取り付けられた紙バック７に集塵される。紙バック７の微細な隙間を通り抜けた空気流は、騒音低減装置１０の騒音低減板１１に到達する。また、モータ５で発生した騒音も音波として騒音低減板１１に到達する。騒音の音響エネルギーは、騒音低減板１１に形成された音熱変換孔１２で熱エネルギーに変換され、騒音の出力音圧レベルが低減する。また、騒音低減板１１に到達した空気流は音熱変換孔１２を通り抜けて、排気口６から排出される。

音熱変換孔１２で、騒音の音響エネルギーを熱エネルギーに変換できるのは以下の原理による。即ち、騒音の音波が音熱変換孔１２に進入した場合、まず収縮室１３で音波が絞り込まれる。その後、音波は膨張室１４に進入するが、収縮室１３の孔幅に比べて膨張室１４の孔幅が広いために、一旦絞り込まれた音波は、一気に膨張する。この膨張によって、騒音の音響エネルギーが熱エネルギーに変換される。その結果、騒音の出力音圧レベルを効果的に低減させることができる。ここで、音熱変換孔１２で低減できる雑音は、所定の周波数帯域の音に限られる。低減できる周波数帯域は、音熱変換孔１２の形状によって特定される。

図２に示すように、音熱変換孔１２の開口面積をＳ_０、収縮室１３の孔幅をｄ_０、収縮室１３の深さをＬ_０、膨張室１４の容積をＶ_１、光速をｃとすると、低減できる周波数ｆ_０は、

ｆ_０＝（ｃ／２π）（Ｓ_０／（Ｖ_１（Ｌ_０＋０．８２／ｄ_０）））^１／２

となる。
ここで、モータ５などの騒音源から発生する騒音は、ランダム音とピーク音とから構成されており、聴感上もピーク音からランダム音が分離して、耳障りな騒音として聞こえる。そこで、騒音に含まれるピーク音の周波数をターゲットとして、上式から導かれる寸法で音熱変換孔１２を構成することにより、雑音からピーク音を取り除くことができ、騒音の音質が効果的に改善される。

モータ５のピーク音は、回転するファンの羽通過周波数音である。その周波数ｆは、ｆ＝ｎｚで求められる（ｎ：モータ回転数、ｚ：羽枚数）。モータ５の仕様として、モータ回転数が６００Ｈｚ、羽枚数が８枚と仮定すると、羽通過周波数音（即ちピーク音）は、４８００Ｈｚである。また、４８００Ｈｚの２倍の周波数である９６００Ｈｚでも、ピーク音が発生する。図３（ａ）は、モータ５の騒音を実測した結果である。この実測値でも、４８００Ｈｚと９６００Ｈｚにピーク音があることが判る。

これら２つのピーク音を低減させるために、本実施の形態では、図４及び図５に示すように、孔幅が異なる２種類の音熱変換孔１２ａ，１２ｂを設けている。音熱変換孔１２ａは、収縮室１３ａの孔幅が３．１ｍｍ、収縮室１３ａの深さが２．１ｍｍ、膨張室１４ａの孔幅が１２．０ｍｍ、膨張室１４ａの深さが２．１ｍｍである。これらの寸法を上式に当て嵌めると、ｆ_０は約４８００Ｈｚとなる。従って、４８００Ｈｚのピーク音の音響エネルギーは、音熱変換孔１２ａによって熱エネルギーに変換され、４８００Ｈｚのピーク音が効果的に取り除かれる。

また、音熱変換孔１２ｂは、収縮室１３ｂの孔幅が３．２ｍｍ、収縮室１３ｂの深さが２．１ｍｍ、膨張室１４ｂの孔幅が６．０ｍｍ、膨張室１４ｂの深さが２．１ｍｍである。これらの寸法を上式に当て嵌めると、ｆ_０は約９６００Ｈｚとなる。従って、９６００Ｈｚのピーク音の音響エネルギーは、音熱変換孔１２ｂによって熱エネルギーに変換され、９６００Ｈｚのピーク音が効果的に取り除かれる。

以上のように、騒音低減板１１に設けられた２種類の音熱変換孔１２ａ，１２ｂによって、４８００Ｈｚと９６００Ｈｚの２つのピーク音を取り除くことができる。その結果、図３（ｂ）の実測値に示すように、ピーク音のないなだらかの騒音特性が得られ、騒音の音質は大きく改善された。
なお、孔幅が異なる音熱変換孔１２は、２種類に限定されることなく、３種類以上であってもよい。この場合には、３つ以上のピーク音を取り除くことができる。

以上、詳細に説明したように、本実施の形態においては、騒音低減板１１と音熱変換孔１２とで騒音低減装置１０が構成されるので、装置構成が簡単になり、装置の小型軽量化が実現される。その結果、掃除機のような家電製品への組込みが容易となり、騒音の少ない優れた家電製品を低コストで提供することが可能となる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る騒音低減装置を説明する。図６は、実施の形態２に係る騒音低減装置２０を適用した掃除機を示す側部断面図である。この実施の形態２が図１に示す実施の形態１と異なるのは、騒音低減板１１がモータ５を取り囲んでボックス状に配置されている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態の騒音低減装置２０は、モータ５の周囲（上方・下方・左側方・右側方・後方）に配置された５枚の騒音低減板１１でモータ５を取り囲んでいる。このため、騒音低減板１１とモータ５との間に減音室が構成され、モータ５で発生した騒音は、減音室内を伝播して、騒音低減板１１に形成された複数の音熱変換孔１２で騒音のピーク音が取り除かれる（即ち、ピーク音の音響エネルギーが熱エネルギーに変換される）。また、モータ５で発生した空気流は、音熱変換孔１２を通り抜けて、排気口６から排出される。

その結果、モータ５で発生した騒音の音質が改善され、騒音の出力音圧レベルを効果的に低減させることができる。特に、本実施の形態では、騒音低減板１１とモータ５との間に密空間である減音室が形成されているので、モータ５から発生する騒音の音波は、外に漏れることなく、減音室内を伝播し、騒音低減板１１に設けられた複数の音熱変換孔１２のいずれかで確実にピーク音を取り除くことができる。

以上のように、本実施の形態においては、モータ５の周囲を騒音低減板１１で取り囲む簡単な構成を有しているので、モータ５より一回り大きなスペースさえあれば、騒音低減装置２０を組み込むことができる。その結果、掃除機のような家電製品への騒音低減装置２０の組込みが容易となり、騒音の少ない優れた家電製品を低コストで提供することが可能となる。

なお、複数の騒音低減板１１で形成するボックス形状は、直方体形状に限定されることなく、円柱形状や半球形状であってもよい。また、モータ５の前面にも騒音低減板１１を配置してもよい。この場合には、モータ５の周囲６面が騒音低減板１１で覆われることになり、騒音低減効果は一層向上する。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る騒音低減装置を説明する。図７は、実施の形態３に係る騒音低減装置３０を適用した掃除機を示す側部断面図である。この実施の形態３が図１に示す実施の形態１と異なるのは、騒音低減板１１がモータ５を取り囲んでボックス状に配置されている点、騒音低減板１１に形成された音熱変換孔１２が有底孔である点、騒音低減板１１の外面にスポンジ状の吸振層３１が設けられている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態の騒音低減装置３０は、モータ５の周囲（上方・下方・左側方・右側方・後方）に配置された５枚の騒音低減板１１でモータ５を取り囲んでいる。このため、騒音低減板１１とモータ５との間に減音室が構成され、モータ５で発生した騒音の音波は、減音室内を伝播して、音熱変換孔１２に進入する。
また、モータ５の下方に配置された騒音低減板１１には通風口３２が設けられ、モータ５で発生した空気流は、通風口３２を通り抜けて、排気口６から排出される。

図８及び図９に示すように、騒音低減板１１に形成された複数の音熱変換孔１２には、孔幅が異なる２種類の音熱変換孔１２ａ，１２ｂが存在する。上述したように、音熱変換孔１２ａは４８００Ｈｚのピーク音を取り除くことができ、音熱変換孔１２ｂは９６００Ｈｚのピーク音を取り除くことができる。従って、減音室内を伝播する騒音の音波は、音熱変換孔１２ａ，１２ｂに進入することによって、２種類のピーク音が確実に取り除かれる（即ち、ピーク音の音響エネルギーが熱エネルギーに変換される）。その結果、モータ５で発生した騒音の音質が改善され、騒音の出力音圧レベルを効果的に低減させることができる。

特に、本実施の形態では、騒音低減板１１とモータ５との間に密空間である減音室が形成されるので、モータ５から発生する騒音の音波は、外に漏れることなく、減音室内を伝播し、騒音低減板１１に設けられた複数の音熱変換孔１２のいずれかで確実にピーク音を取り除くことができる。また、騒音の音波が減音室内を伝播される際に発生する騒音低減板１１の振動は、スポンジ状の吸振層３１で確実に吸収される。このため、騒音低減板１１の振動によって外部に音が放射するのを効果的に抑制することができる。

以上のように、本実施の形態においては、モータ５の周囲を騒音低減板１１で取り囲む簡単な構成を有しているので、モータ５より一回り大きなスペースさえあれば、騒音低減装置２０を組み込むことができる。その結果、掃除機のような家電製品への騒音低減装置２０の組込みが容易となり、騒音の少ない優れた家電製品を低コストで提供することが可能となる。
なお、複数の騒音低減板１１で形成するボックス形状は、直方体形状に限定されることなく、円柱形状や半球形状であってもよい。また、モータ５の前面にも騒音低減板１１を配置してもよい。この場合には、モータ５の周囲６面が騒音低減板１１で覆われることになり、騒音低減効果は一層向上する。

実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る騒音低減装置を説明する。図１０は、実施の形態４に係る騒音低減装置４０を空気流の風路４１上に配置した例を示す断面図である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。

同図に示すように、騒音低減装置４０は、空気流に対向して配置された騒音低減板１１と、騒音低減板１１に形成され、音響エネルギーを熱エネルギーに変換する複数の音熱変換孔１２とを備えている。各音熱変換孔１２は、空気流の入射側に設けられた収縮室１３と、空気流の出射側に設けられた膨張室１４とを備えている。ここで、各音熱変換孔１２は貫通孔であると共に、収縮室１３の孔幅に比べて、膨張室１４の孔幅の方が広くなるように構成されている。

騒音低減装置４０は以上のように構成されているので、空気流に重畳された騒音の音波は、騒音低減板１１に形成された各音熱変換孔１２に進入し、騒音のピーク音が取り除かれる（即ち、ピーク音の音響エネルギーが熱エネルギーに変換される）。その結果、空気流に重畳された騒音の音質が改善され、騒音の出力音圧レベルを効果的に低減させることができる。

以上のように、本実施の形態においては、騒音低減板１１と音熱変換孔１２とで騒音低減装置４０が構成されるので、装置構成が簡単になり、装置の小型軽量化が実現される。その結果、掃除機のホースなどへの本装置の組込みが容易となり、騒音の少ない優れた家電製品を低コストで提供することが可能となる。

実施の形態５．
次に、実施の形態５に係る騒音低減装置を説明する。図１１は、実施の形態５に係る騒音低減装置５０を空気流の風路５１に組み込んだ例を示す断面図である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。

同図に示すように、騒音低減装置５０は、空気流の風路５１の少なくとも一部を構成する騒音低減壁５２と、騒音低減壁５２に形成され、音響エネルギーを熱エネルギーに変換する複数の音熱変換孔１２とを備えている。各音熱変換孔１２は、空気流の入射側に設けられた収縮室１３と、空気流の出射側に設けられた膨張室１４とを備えている。ここで、各音熱変換孔１２は有底孔であると共に、収縮室１３の孔幅に比べて、膨張室１４の孔幅の方が広くなるように構成されている。

騒音低減装置５０は以上のように構成されているので、空気流に重畳された騒音の音波は、騒音低減壁５２に形成された各音熱変換孔１２に進入し、騒音のピーク音が取り除かれる（即ち、ピーク音の音響エネルギーが熱エネルギーに変換される）。その結果、空気流に重畳された騒音の音質が改善され、騒音の出力音圧レベルを効果的に低減させることができる。

以上のように、本実施の形態においては、騒音低減壁５２と音熱変換孔１２とで騒音低減装置５０が構成されるので、装置構成が簡単になり、装置の小型軽量化が実現される。その結果、掃除機のホースなどへの本装置の組込みが容易となり、騒音の少ない優れた家電製品を低コストで提供することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内において、各種の変更が可能である。また、上記実施の形態では、本発明を掃除機に適用する例を示したが、掃除機に限定されることなく、例えば、換気扇や掃除機など音を発生する全ての機器に適用可能である。

実施の形態１に係る騒音低減装置を適用した掃除機を示す側部断面図である。 音熱変換孔の形状を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）は、モータの騒音の実測結果を示すグラフである。 騒音低減板の外観を示す正面図である。 （ａ）は、図４のＡ−Ａ線における横断面図である。（ｂ）は、図４のＢ−Ｂ線における横断面図である。 実施の形態２に係る騒音低減装置を適用した掃除機を示す側部断面図である。 実施の形態３に係る騒音低減装置を適用した掃除機を示す側部断面図である。 騒音低減板の外観を示す正面図である。 （ａ）は、図８のＣ−Ｃ線における横断面図である。（ｂ）は、図８のＤ−Ｄ線における横断面図である。 実施の形態４に係る騒音低減装置を空気流の風路上に配置した例を示す断面図である。 実施の形態５に係る騒音低減装置を空気流の風路に組み込んだ例を示す断面図である。

符号の説明

１…掃除機、２…ホース、３…吸気口、４…集塵室、５…モータ、６…排気口、７…紙パック、１０，２０，３０，４０，５０…騒音低減装置、１１…騒音低減板、１２，１２ａ，１２ｂ…音熱変換孔、１３…収縮室、１４…膨張室、３１…吸振層、３２…通風口、４１，５１…風路、５２…騒音低減壁。

Claims (8)

1. 騒音源の近傍に設けられ、前記騒音源に対向して配置された騒音低減板と、
   前記騒音低減板に形成され、音響エネルギーを熱エネルギーに変換する複数の音熱変換孔とを備え、
   前記各音熱変換孔は、前記騒音源側に設けられ、第１の孔幅を有する収縮室と、前記騒音源側の反対側に設けられ、前記第１の孔幅より広い第２の孔幅を有する膨張室とを備えることを特徴とする騒音低減装置。
2. 前記各音熱変換孔は、前記騒音源で発生する空気流を通過させる貫通孔であることを特徴とする請求項１記載の騒音低減装置。
3. 前記複数の音熱変換孔は、孔幅が異なる少なくとも２種類のグループに分類され、各グループの音熱変換孔は、前記騒音源で発生する騒音に含まれた夫々異なる周波数帯域のピーク音の音響エネルギーを熱エネルギーに変換することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の騒音低減装置。
4. 前記各音熱変換孔の形状は、開口面積をＳ_０、前記収縮室の孔幅をｄ_０、前記収縮室の深さをＬ_０、前記膨張室の容積をＶ_１、光速をｃ、前記ピーク音の周波数をｆ_０とした場合、
   ｆ_０＝（ｃ／２π）（Ｓ_０／（Ｖ_１（Ｌ_０＋０．８２／ｄ_０）））^１／２
   の関係を有することを特徴とする請求項３記載の騒音低減装置。
5. 前記騒音低減板は、前記騒音源を取り囲んでボックス状に配置したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の騒音低減装置。
6. 前記各音熱変換孔は有底孔であり、前記騒音低減板の外面にスポンジ状の吸音層を設けたことを特徴とする請求項５記載の騒音低減装置。
7. 空気流の風路上に設けられ、前記空気流に対向して配置された騒音低減板と、
   前記騒音低減板に形成され、音響エネルギーを熱エネルギーに変換する複数の音熱変換孔とを備え、
   前記各音熱変換孔は、前記空気流の入射側に設けられ、第１の孔幅を有する収縮室と、前記空気流の出射側に設けられ、前記第１の孔幅より広い第２の孔幅を有する膨張室とを備えることを特徴とする騒音低減装置。
8. 空気流の風路の少なくとも一部を構成する騒音低減壁と、
   前記騒音低減壁に形成され、音響エネルギーを熱エネルギーに変換する複数の音熱変換孔とを備え、
   前記各音熱変換孔は、前記空気流側に設けられ、第１の孔幅を有する収縮室と、前記空気流側の反対側に設けられ、前記第１の孔幅より広い第２の孔幅を有する膨張室とを備えることを特徴とする騒音低減装置。

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