JP2008185014A - 機械の低騒音パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】
従来から機械のパッケージにおいては、コスト、重量などの問題と共に、騒音低減性能を上げようとすると、気流抵抗が増加し冷却性能が低下するという二律背反の問題を抱えており、放熱性能を実用的な範囲で確保した上で、大幅に騒音低減効果を改善した吸音構造を備えることにより、ケーシングの小型化、冷却ファン動力を低減した機械の低騒音パッケージを実現する。
【解決手段】
吸気口１１Ａ又は排気口１３Ａの少なくともどちらか一方に、円筒状に整形されたポリエステル繊維の母材４０ａの表面にポリエステル繊維系等の高分子不織布４０ｂを複合して覆った吸音筒４０をその長軸が吸気口１１Ａ又は排気口１３Ａを流れる空気の流れ方向に対しほぼ垂直に交差するように支持材に複数本配置した吸音構造を設けることにより、気流抵抗を最小限に抑えつつ、騒音を低減することを可能とし、冷却ファンの小型化、冷却ファン動力の低減を図る。
【選択図】図１２

Description

本発明は、吸気口や排気口を有する産業機械などの機械から発生する熱を冷却するために設けられた開口部から放射される騒音を低減するための吸音構造を有する機械のパッケージに関する。

従来の開口部の吸音構造としては、グラスウールなど多孔質材料を用いた内貼りダクト、スプリット型、セル型などが最も一般的であるが、それらの基本形は吸音材内貼りダクトである。

吸音材内貼りダクトは音の波長が断面の直径あるいは短辺よりも小さくなる高音の領域では、音波がビーム状をなして進行するために、減音量が低下する。この欠陥を少しでも防ぐため、ダクト断面を吸音材で格子状に分割して細い直路の並列型としたセル型とか、平板状の吸音材で流路を平行に分割したスプリッター型の吸音ダクトがよく用いられる。

しかし、これらも減音量は吸音材の吸音特性や吸音処理したダクト長に支配されるので、一般にスプリット型やセル型などにすることで、高音に対して有効にすると共に、さらに、低音域の吸音率を上げるには、吸音材の厚さを増さねばならず、そのために流体抵抗を増す結果となる。このように従来の吸音ダクト型の吸音構造は、最も適用対象の多い500〜2kHzの帯域の騒音に対しては、スペースが必要となり、コスト、重量などの問題と共に、騒音低減性能を上げようとすると気流抵抗が上がり冷却性能が低下するという二律背反の問題を抱えている。

他にも、ルーバーの設置やダクト形状を迷路状にすることで騒音低減を行うことは可能であるが、上記と同様の問題を抱えている。

これらの解決策として、特許文献１には、空気入口を横切って少なくとも２つの列に配置されかつ吸音材料から成るほぼ円柱状の吸音部材を有する減音アセンブリが記載されている。

また特許文献２には、吸音部材とこの吸音部材の一方側に設けられた断面が凹状の反射面を持つ音響反射部材により、反射面により吸音部材を透過して入射した音響を反射させて、吸音部材内の吸音距離を長くして吸音させた後に、音響Ｓの到来側へ放射するように構成した音響減衰体が記載されている。

また特許文献３には、イオン交換繊維を用いた吸音材を気体の流路に装着することにより、吸音効果に併せてイオン交換繊維の気体汚染物質除去作用を利用し気体を清浄化する吸音機能を有するエアダクトが記載されている。
また特許文献４には、無機質繊維パイプの表裏面が通気性のある無機質繊維、有機質繊維、ガラスクロス或いは不織布などからなる飛散防止材で被覆された円筒状の吸音エレメントを角筒形ケーシング内に挿入した吸音器が記載されている。

特開平９−１２６６６６号公報 特開２０００−８７７２５号公報 特開平９−２６１７７号公報 特開２００２−２６６７５６号公報

従来の吸音材内貼ダクトあるいはその応用としてのセル型やスプリッター型は最も低減ニーズの大きい500〜2kHzの帯域に対して、減音量を上げようとすると、ダクト長、内貼り吸音材の厚さ、開口部を狭くする必要があり、その結果、気流抵抗を増大させる結果となり、減音性能とスペース、重量、コストなど実用面から多くの課題を抱えている。

また、特許文献１や特許文献２に記載されている構成は、空気流に対し交差して筒状の吸音部材を配置しているため、気流抵抗を減少させる効果はあるが、吸音効果に対する吸音部材の材質に関し、吸音特性について十分考慮されていなかった。

更に特許文献３や特許文献４に記載の構成は、吸音材を空気流に対し平行に配置してあるため、上述したセル型やスプリッター型と同様な課題を有しおり、さらに吸音効果に対する吸音部材の材質に関し、吸音特性について十分考慮されていなかった。

上記課題を解決するため、本発明に係わる機械の低騒音パッケージは、
吸気口又は排気口の少なくともどちらか一方に、円筒状に加工したポリエステル繊維系吸音筒をその長軸が前記吸気口又は前記排気口を流れる空気の流れ方向に対しほぼ垂直に交差するように支持材に配置した吸音構造を設けたことを特徴とする。

また前記ポリエステル繊維系吸音筒は、ポリエステル繊維の母材の表面に高分子系不織布を円筒状に巻きつけ複合した吸音筒であることを特徴とする。

また前記ポリエステル繊維系吸音筒の円筒中心に、実軸又は中空軸を貫通させた構造であることを特徴とする。

また前記高分子系不織布の上に、金属あるいは樹脂系の網目構造体あるいは孔明き構造体を設けたことを特徴とする請求項２に記載の機械の低騒音パッケージ。

また前記支持材がポリエステル繊維系吸音材であることを特徴とする。

また前記ポリエステル繊維系吸音材が、ポリエステル繊維の母材の表面に高分子系不織布を複合した吸音構造としたことを特徴とする。

また前記母材が、グラスウール又は軟質ウレタンフォームであることを特徴とする。

また前記吸音構造が、取り外し自由なカセット式であることを特徴とする。

また前記支持材を前記ポリエステル繊維系吸音筒の両端部以外の箇所にも設けたことを特徴とする。

さらに前記支持材に半円の切欠部を複数設け、前記切欠部に前記ポリエステル繊維系吸音筒の両端部をはめ込み可能な吸音構造とし、前記支持材と前記ポリエステル繊維系吸音筒の両端部を交互に積み重ねて配列を構成したことを特徴とする。

本発明によれば、気流抵抗を低減しつつ低騒音化を実現することができるので冷却風量の低下を最小限に抑え、パッケージの放熱性を向上することが可能となる。また、放熱性能に余裕ができるので、冷却ファンの小型化が可能となり、冷却ファンから発生する騒音の低減、ファン動力の低減が可能となり、更に吸音構造を小さくすることが可能となるので、パッケージの小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図12は、本実施例の低騒音パッケージが適用される空気圧縮機ユニットの概略構造を表す縦断面図である。この図12において、空気圧縮機ユニット１は、その外郭及び骨格を形成する筐体２内のベース２ａ上に固定され、筐体２内において支柱１４に支持された支持部材２ｂに固定されたこの種のものとして公知のモータ３と、同様にして支持部材２ｂに固定された圧縮空気を生成する外周駆動形スクロール圧縮機４と、筐体２内に外気を誘引してモータ３及び外周駆動形スクロール圧縮機４等を空気冷却する冷却ファン５と、外周駆動形スクロール圧縮機４からの圧縮空気を適正温度まで冷却する熱交換器６と、この熱交換器６からの圧縮空気を適正湿度まで除湿するドライヤ７とを備えている。

外周駆動形スクロール圧縮機４はＶプーリ８を備えており、モータ３の回転駆動とともに、モータ３のモータ回転軸３ａの一方側（図12中右側）に設けたＶプーリ９及びこれらＶプーリ８、９に装架したＶベルト１０を介して回転動力が伝達されるようになっている。

冷却ファン５は、その回転軸がモータ回転軸３ａの他方側（図12中左側）に連結され、モータ３の駆動とともに駆動するようになっている。そして、この冷却ファン５の駆動により、図12中矢印Ａで示すように、後述する吸音筒４０を配置した吸気口１１Ａから筐体２内に外気を流入させ、冷却ファン５及びダクト１２を介して後述する吸音筒４０を配置した排気口１３Ａから排出している。

これにより、筐体２内のモータ３及びスクロール圧縮機４等が外気冷却されるようになっている。また、これと同時に、図12中矢印Ｂで示すように、吸気口１１Ａからの外気を冷却ファン５を介してダクト１２内に設けた熱交換器６に流出させ、その後排気口１３Ａから排出している。これにより、熱交換器６は、外周駆動形スクロール圧縮機４からの圧縮空気を適正温度まで冷却するようになっている。

ドライヤ７は、圧縮機、凝縮器、キャピラリ及び蒸発器（いずれも図示せず）とを備え、これにより熱交換器６からの圧縮空気を適正湿度まで除湿するようになっている。また、このとき、ドライヤ７には、凝縮器及び蒸発器を空気冷却するファン７ｅが備えられており、図12中矢印Ｃで示すように排気口１３Ｂから排気している。

図4は本実施例に示す空気圧縮機ユニット１の構造を、正面右斜め上からの鳥瞰図である。空気圧縮機ユニット１は、外周駆動形スクロール圧縮機４、冷却ファン５、モータ３が主な振動、騒音の発生源となっている。本実施例では、図4に示す空気圧縮機ユニット１の吸気口１１Ａと排気口１３Ａ部に吸音筒４０を吸気口１１Ａと排気口１３Ａの面に平行に、即ち吸音筒４０の長軸が空気の流れ方向に対しほぼ垂直に交差するように複数本配置した吸音構造を形成している。

ここで吸音構造について、詳細に説明する。図１は吸音構造の側面を示す側面図（ａ）と図１（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図（ｂ）である。吸音筒４０の間隔Ｗ１、Ｗ２は吸音筒４０の直径Ｄの50％〜150％の間で流れ抵抗との兼ね合いで決めている。また上述したように、図中に示すごとく吸音筒４０の長軸Ｌが空気の流れ方向Ｍに対しほぼ垂直に交差するように複数本配置した吸音構造を形成している。本構造とすることで、吸気口１１Ａ、排気口１３Ａからの騒音を冷却風Ａ，Ｂの流れ抵抗を増加させることなく効果的に低減できる構造になっている。本例では吸音筒４０の配列は千鳥配列としているが、配列は千鳥配列以外の配列としても構わない。

次に吸音筒４０の構造について説明する。図2は吸音筒４０の構造を示す直径方向の断面図である。図2に示すように、吸音筒４０は円筒状に整形されたポリエステル繊維の母材４０ａの表面をポリエステル繊維系等の高分子系不織布４０ｂを円筒状にまきつけ複合して覆った構造となっている。例えば、厚さ30mm、かさ密度44kg/m3のポリエステル繊維の母材の表面に、ポリエステル系不織布をパウダー状ホットメルトで熱融着して複合して吸音筒とする。

本実施例の効果を確認するために、図6に示すような実験ボックスＢの中にスピーカＳを入れて、ピンクノイズを発生させ、吸音筒Ａからなる吸音構造の有り無しでの１／３Oct.Band中心周波数に対する音圧レベルをマイクロフォンＭで測定し比較した。この結果を図7に示すが、ＣＡＳＥ１は吸音構造が全くない場合、ＣＡＳＥ２はポリエステル繊維(35kg/m³)の母材の表面にポリエステル繊維系不織布で複合した吸音筒を設置した場合、ＣＡＳＥ３はポリエステル繊維(35kg/m³)の母材のみで表面にポリエステル繊維系不織布で複合していない吸音筒を設置した場合である。ＣＡＳＥ３の場合でもＣＡＳＥ１に比べ、1.25kHzを中心に500〜4kHzの幅広い帯域で減音しているが、ＣＡＳＥ２の場合更に大幅に減音していることがわかる。

これは、ポリエステル繊維の母材の表面にポリエステル系不織布を複合し、吸音特性を改善したことにある。その根拠を図8に示す。図８は横軸に周波数、縦軸に垂直入射吸音率をとって、母材のみの吸音筒の場合（図中○印）と母材（ポリエステル繊維、厚さ：30mm、かさ密度：44kg/m3）の表面にポリエステル系不織布をパウダー状ホットメルトで熱融着して複合した吸音筒（図中●印）とを比較した図である。この図から明らかなように吸音筒が母材だけの場合に比べて、表面に不織布を熱融着パウダーで複合することにより、吸音特性が飛躍的に向上することがわかる。

一方、上述した実験ボックスＢにおいて、図10に示すように60mm×160mmに加工した32kg/m³のグラスウールＧを40mm間隔で配置した従来構造を設け、スピーカＳを入れてピンクノイズを発生させ、グラスウールＧからなる吸音構造の有り無しでの１／３Oct.Band中心周波数に対する音圧レベルをマイクロフォンＭで測定した結果を図11に示す。図11に示すように、従来構造のＣＡＳＥ４の場合、吸音構造が全くないＣＡＳＥ１の場合に比べ、吸音効果はあるが、特に高周波数帯域で本実施例より、かなり劣った結果となっており、本実施例の方が減音性能が優れているだけではなく、流れ抵抗の上でも有利な構造となっている。

このように、ポリエステル繊維の母材だけでなく、その表面にポリエステル繊維系等の高分子系不織布を複合しているために飛躍的に吸音性能が向上して大きな吸音効果が得られ、また、形状を円柱状にしたため、空気の流通を容易にし、行路の短いこともあって気流抵抗は大幅に改善されて、従来の吸音系ダクトの抱える吸音効果と気流抵抗の二律背反の課題を解決している。

なお、吸音筒４０は円筒状に整形されたポリエステル繊維の母材４０ａの表面を、ポリエステル繊維系等の高分子系不織布４０ｂで覆った構造となっているため、強度面で劣る場合があり、外力が作用した時に形状を維持できなくなる可能性がある。そこで、吸音筒４０の心材として補強取付けのための実軸又は中空軸を貫通させた構造としても良い。

また、吸音筒４０の表面を保護するため、金属あるいは樹脂系の網目構造体あるいは孔明き構造体を吸音筒４０の表面の高分子不織布４０ｂの上に設けても良い。

また、ポリエステル繊維の母材４０ａの換わりに、グラスウールや軟質ウレタンフォームの母材でも同様な機能を発揮する。

更に、図１において示すように、吸音筒４０を支持材３１、３２に差し込んで配列を構成する場合、例えば、まず吸音筒４０の一端を支持材３１に差し込んでから他端を支持材３２の孔に挿し込まなければならない。配列を構成する吸音筒４０が少ない場合は何とか支持材３２に吸音筒４０の他端を差し込むことが可能であるが、吸音筒４０の本数が増えるに従い、支持材３２の孔に吸音筒４０を差し込むのが困難になる場合がある。

そこで、図14に示すように、配列は吸音筒４０と吸音筒４０の固定部材である積層支持材４５により吸音構造を構成してもよい。この積層支持材４５の吸音筒取付け部には半円状の切欠が設けられている。配列の構成は、積層支持材４５の半円状の複数の切欠部に吸音筒４０をそれぞれはめ込み、その次に、はめ込まれた吸音筒４０を挟み込むように別の積層支持材４５を取付ける。これを繰返すことで配列を構成する。このように配列を構成することにより、吸音筒４０の本数が増えることによる取付けの困難さを解消することが出来、作業性が大幅に改善することができる。

また、吸音筒４０の圧縮機ユニット１への取付方法としては、図4に示すように圧縮機ユニット１の吸気口１１Ａと排気口１３Ａに直接固定しても良いが、メンテナンスし易いように図5に示すように吸音筒４０を組み合わせた部材をカセット４３，４４のように取り外し自由なカセット方式とすることもできる。カセット構造にすることで低騒音化のためのモジュールとして簡単に取付けが可能となるメリットがある。

次に本発明の実施例２について説明する。本実施例は、実施例１で述べたポリエステル繊維の母材の表面にポリエステル繊維系不織布で複合した吸音筒に加え、この吸音筒を支持する支持材にも吸音効果を持たせた構造にしている。即ち、図3に示すように、ポリエステル繊維を母材として、その表面にポリエステル繊維系等の高分子系不織布を複合したポリエステル繊維系吸音材に吸音筒を支持するための孔を設け、パッケージの開口部の両端に配し、吸音筒を差し込む構造にすることにより、総合的な騒音低減を実現したものである。本実施例の低騒音パッケージが適用される空気圧縮機ユニットの他の構造は図１２と同様であるので説明は省略する。

吸音筒４０の支持は、図3に示すように吸音筒４０の両端に配置した吸音材４１、４２に吸音筒４０を支持するための孔４１ｃ、４２ｃを設け、吸音筒の両端をそれぞれ吸音材４１、４２の孔４１ｃ、４２ｃに差し込むことにより支持する構造となっている。吸音材４１，４２はそれぞれポリエステル繊維の母材４１ａ、４２ａの表面にポリエステル繊維系等の高分子系不織布４１ｂ、４２ｂを複合した構成となっている。

ここで、吸音材４１、４２の吸音効果について図9により説明する。図９において、ＣＡＳＥ１は吸音構造が全くない場合、ＣＡＳＥ２はポリエステル繊維(35kg/m³)の母材の表面にポリエステル繊維系不織布で複合した吸音筒のみを設置した場合、ＣＡＳＥ３はポリエステル繊維(35kg/m³)の母材の表面にポリエステル繊維系不織布で複合した吸音筒と上述したポリエステル繊維系吸音材（35kg/m³、25mm厚さ）とを共に設置した場合である。図９から明らかなように、本構造とすることにより、吸音筒４０による減音効果に吸音材４１、４２の吸音効果も加わり、特に６３０Ｈｚ〜１ＫＨｚの範囲において、上述した実施例１の場合と比較しても、より効果的な減音効果を発揮することがわかる
更に、吸気口と排気口に軟質ウレタンフォームを用いた吸音ダクトとパッケージ内部の吸音処理の組み合わせ従来構造と、吸音筒４０と吸音材４１、４２を採用した本実施例の場合との減音量を実機により確認した結果を図13に示す。本実施例を適用したパッケージは従来構造に比較し、実機においても大幅な減音効果が得られていることがわかる。勿論、パッケージ内の各部の温度も従来構造の場合と同程度に抑えることができている。

また、ポリエステル繊維の母材４１ａ、４２ａの換わりに、グラスウールや軟質ウレタンフォームの母材でも同様な機能を発揮する。

また、吸音筒４０の支持は、吸音筒４０の支持をより安定にするため、吸音筒４０の両端以外の部分で行っても構わない。さらに、パッケージの吸音筒支持面以外の面にもポリエステル繊維系吸音材を配し、騒音低減性能を高めることができるのは、言うまでもない。

また、本実施例においても、実施例1で述べたような積層構造の吸音材により吸音筒４０の配列を構成すれば、吸音筒４０の本数が増えることによる取付けの困難さを解消することが出来、作業性が大幅に改善することができる。

また、本実施例における吸音筒４０の圧縮機ユニット１への取付方法についても、実施例１で述べたように吸気口１１Ａと排気口１３Ａに直接固定しても良いし、メンテナンスし易いように、取り外し自由なカセット方式とすることもできる。本実施例においても、カセット構造にすることで低騒音化のためのモジュールとして簡単に取付けが可能となるメリットがある。

以上のモデル実験と前記評価により、放熱性と低騒音性の二律背反を解決した本実施例の低騒音パッケージの優れた性能を実証している。特に、低騒音性は、吸音効果が大きく、その周波数帯域も他の方式に対して広く、優れたものとなっている。

実施例１に係わる吸音構造の側面図（ａ）及びＸ−Ｘ断面図（ｂ）。 実施例１に係わる吸音筒の構造を示す直径方向の断面図。 実施例２に係わる吸音構造を示す鳥瞰図。 実施例１又は実施例２に係わる吸音構造吸音構造を固定した低騒音パッケージの鳥瞰図。 実施例１又は実施例２に係わる吸音構造吸音構造をカセット式にした低騒音パッケージの鳥瞰図。 実施例１に係わる吸音構造の吸音効果を確認するための実験装置の断面図。 実施例１に係わる吸音構造の吸音効果を表す比較図。 ポリエステル繊維の母材の表面にポリエステル不織布を複合した場合の吸音特性を表す比較図。 実施例２に係わる吸音構造の吸音効果を表す比較図。 従来構造の吸音効果を確認するための実験装置の断面図。 従来構造の吸音効果を表す比較図。 実施例１又は実施例２に係わる吸音構造を備えた低騒音パッケージの構造を示す構成図。 実機での実施例２の低騒音パッケージと従来パッケージの吸音効果を比較した比較図。 実施例１又は実施例２に係わる吸音構造における積層支持材による吸音筒の支持構造を示す鳥瞰図。

符号の説明

１…空気圧縮機ユニット、２…筐体、２ａ…ベース、２ｂ…支持部材、３…モータ、３ａ…モータ回転軸、４…外周駆動形スクロール圧縮機、５…冷却ファン、６…熱交換器、７…ドライヤ、７ｅ…ファン、８、９…Ｖプーリ、１０…Ｖベルト、１１Ａ…吸気口、１２…ダクト、１３Ａ、１３Ｂ…排気口、１４…支柱、３１、３２…支持材、４０…吸音筒、４０ａ、４１ａ、４１ｂ…ポリエステル繊維の母材、４０ｂ、４１ｂ、４２ｂ…高分子系不織布、４１、４２…吸音材、４１ｃ、４２ｃ…孔、４３、４４…カセット、４５…積層支持材

Claims (10)

1. 吸気口又は排気口の少なくともどちらか一方に、円筒状に加工したポリエステル繊維系吸音筒をその長軸が前記吸気口又は前記排気口を流れる空気の流れ方向に対しほぼ垂直に交差するように支持材に複数本配置した吸音構造を設けたことを特徴とする機械の低騒音パッケージ。
2. 前記ポリエステル繊維系吸音筒は、ポリエステル繊維の母材の表面に高分子系不織布を円筒状に巻きつけ複合した吸音体であることを特徴とする請求項１に記載の機械の低騒音パッケージ。
3. 前記ポリエステル繊維系吸音筒の円筒中心に、実軸又は中空軸を貫通させた構造であることを特徴とする請求項２に記載の機械の低騒音パッケージ。
4. 前記高分子系不織布の上に、金属あるいは樹脂系の網目構造体あるいは孔明き構造体を設けたことを特徴とする請求項２に記載の機械の低騒音パッケージ。
5. 前記支持材がポリエステル繊維系吸音材であることを特徴とする請求項１に記載の機械の低騒音パッケージ。
6. 前記ポリエステル繊維系吸音材が、ポリエステル繊維の母材の表面に高分子系不織布を複合した吸音構造としたことを特徴とする請求項５に記載の機械の低騒音パッケージ。
7. 前記母材が、グラスウール又は軟質ウレタンフォームであることを特徴とする請求項２又は請求項６に記載の機械の低騒音パッケージ。
8. 前記吸音構造が、取り外し自由なカセット式であることを特徴とする請求項１に記載の機械の低騒音パッケージ。
9. 前記支持材を前記ポリエステル繊維系吸音筒の両端部以外の箇所にも設けたことを特徴とする請求項１に記載の機械の低騒音パッケージ。
10. 前記支持材に半円の切欠部を複数設け、前記切欠部に前記ポリエステル繊維系吸音筒の両端部をはめ込み可能な吸音構造とし、前記支持材と前記ポリエステル繊維系吸音筒の両端部を交互に積み重ねて配列を構成したことを特徴とする請求項１に記載の機械の低騒音パッケージ。

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