JP2009014800A - 騒音制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、装置本体が大型化することなく、騒音を抑えることができる画像形成装置の騒音制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る画像形成装置の騒音制御装置の代表的な構成は、画像形成装置内部の騒音が画像形成装置外部へ伝わる排気ダクト15と、排気ダクト15の入口に設けられ、騒音を集音するコントロールマイク18と、排気ダクト15の出口に設けられ、騒音と逆位相の音を出力するスピーカーと、を有する画像形成装置の騒音制御装置であって、排気ダクト15は、入口と出口を結ぶ直線距離に対して排気ダクト15の長さが長くなる形状であり、コントロールマイク18から2次音源スピーカー24までの経路の長さをL、コントロールマイク18で騒音を集音してから2次音源スピーカー24で音を出力するまでの時間をT、音速をS、とすると、L≧S×Tの関係を満たす形状であることを特徴とする。
【選択図】図4

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置から発生する騒音を低減する画像形成装置の騒音制御装置に関する。
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、スキャナ等の画像形成及び画像読取りを行う装置では、装置内部の温度上昇を防止するため、または装置内部で発生するオゾンを機外に排出するため、冷却ファンが用いられている。
内部の高温発生部位として定着器やスキャナを有する複写機は、これら高温発生部位からの熱を本体開口部に設けた冷却ファンにより排気流を装置外部に排出している。また、装置内部でオゾンが発生する転写部・分離部の近傍にオゾン排熱ファンを設け、装置外部にオゾンを排出している。また、高温発生部位もしくはオゾン発生部位から装置外部へ排気経路を形成するためのダクトが配置されている。
しかし、冷却ファン、オゾン排熱ファンは、複写機の本体表面近傍に設置されている。このため、冷却ファン、オゾン排熱ファンの動作時に発生する騒音がそのまま装置から機外へ放射されてしまい、装置本体近辺にいる人の不快感を招くことがあった。
また、複数の高温発生部位の温度状況が一様であるとは限らず、さらに複写機本体形状の制約から、それぞれの高温発生部位に対する排気ダクトの排気流路の形状を一定の形状にできるとは限らない。このため、それぞれの高温発生部位における冷却効率に差が生じる。冷却ファンの風量は、装置内部で最高温度を示す測定点を基準にして決定する必要がある。このため、高温発生部位によっては必要以上の冷却が施されていることになり、冷却ファンの騒音増大の原因となっていた。オゾン排熱ファンにおいても同様の問題点が生じていた。
そこで、冷却ファン、オゾン排熱ファンの騒音を防止するために、排気ダクトを介して、装置内部の音(駆動音など)を装置外部へ伝達する構成が提案されている。この構成において、排気ダクト内の音を検知し、その音に対して逆位相の音を排気ダクト内において出力することによって、排気ダクト内の音を低減させる技術(アクテイブノイズコントロール)が用いられている。このアクテイブノイズコントロール(以下ANC)を使えばダクト内において冷却ファン、オゾン排気ファンの音を小さくすることができるため、結果として複写機から機外へ放射される音を小さくすることができる(特許文献1参照)。
なお、排気ダクトを介して、画像形成装置内部の音(駆動音など)が装置外部に伝達される構成を例示して説明した。しかし画像形成装置内部と外部とが連通した構成であれば装置内部の音が外部に伝達される恐れがあることはいうまでもない。
特開2002−311763公報
しかし、ANCは検知した音をデジタルシグナルプロセッサー(以降DSP)で演算処理し、逆位相の音を計算し、排気ダクト内にスピーカーによって出力する必要があるため、以下の問題点が生じていた。
ダクト内の音を検知する個所から逆位相の音を出力するスピーカー位置までの距離を長くする必要がある。例えば、演算処理をする時間が1ms、アナログ音をDSPに取り込む際にデジタル音に変換する処理が0.5ms、DSPのデジタル音をスピーカーに出力するためにアナログ音に変換する処理が0.5msとする。すると、音を検知してからスピーカーで出力するまでに少なくともトータル2ms必要になる。これに対して、25℃の環境において音速は約346×10(mm/s)であるので、音を検知してからスピーカーで出力するまでには約346×10(mm/s)×0.002(s)=692mmの経路が必要になる。
音の検知位置からスピーカーの出力位置までの経路長が上記692mmよりも短いと検知した音の方がスピーカーに到達するまでに逆位相の音をスピーカーから出力できないので、検知した音を低減させることは困難になる。音の検知位置からスピーカーの出力位置までの経路長さが短い構成において音を低減させようとすると、演算処理が高速な高価な演算装置を用いる必要がある。
上記問題の対策として、ダクト経路を長くする対策が考えられるが、ダクト経路を長くすると複写機本体のサイズが大きくなる欠点がある。
そこで本発明は、画像形成装置本体が大型化することなく、騒音を抑えることができる画像形成装置の騒音制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の騒音制御装置の代表的な構成は、画像形成装置内部の騒音が装置外部へ伝わる騒音伝達経路と、前記騒音伝達経路に設けられ、騒音を集音する集音手段と、前記騒音伝達経路における前記集音手段よりも前記装置外部側に設けられ、前記騒音と逆位相の音を出力するスピーカーと、を有し、前記集音手段から前記スピーカーまでの直線距離よりも前記騒音伝達経路における前記集音手段から前記スピーカーまでの経路の長さが長いことを特徴とする。
また、本発明の騒音制御装置は、画像形成装置内部の騒音が画像形成装置外部へ伝わる騒音伝達経路と、前記騒音伝達経路の入口に設けられ、前記騒音を集音する集音手段と、前記騒音伝達経路の出口に設けられ、前記騒音と逆位相の音を出力するスピーカーと、を有する画像形成装置の騒音制御装置であって、前記騒音伝達経路は、前記入口と前記出口を結ぶ直線距離に対して前記騒音伝達経路の長さが長くなる形状であり、前記集音手段から前記スピーカーまでの経路の長さをL、前記集音手段で前記騒音を集音してから前記スピーカーで音を出力するまでの時間をT、音速をS、とすると、L≧S×Tの関係を満たす形状であることを特徴とする。
本発明によれば、装置本体が大型化することなく、騒音を抑えることができる。
[第一実施形態]
本発明に係る画像形成装置の騒音制御装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。
(画像形成装置1)
図1は本実施形態に係る騒音制御装置を搭載した画像形成装置1の断面図である。図1に示すように、圧板2に載置された原稿は、原稿読取部3によって読み取られ、感光ドラム4上に潜像が形成される。潜像は現像部5によってトナー像に画像形成される。カセット6に載置された転写材Pは、搬送パス7を経由して転写・分離部8へと搬送され、トナー像を転写される。トナー像を転写された転写材Pは、搬送部9にて定着装置10へ搬送され、トナー像を定着された後、画像形成装置1の外部へ排出される。
画像形成装置1は、エアフロー系統、ANCシステム17からなる騒音制御装置を有している。
(エアフロー系統)
図2、図3はエアフロー系統を示した画像形成装置1の斜視図である。図2、図3に示すように、画像形成装置1のエアフロー系統は、吸引ファン11、12、オゾンをオゾン排熱ファン13、定着排熱ファン14、排気ダクト15から構成されている。
吸引ファン11、12は、画像形成装置1の上部かつ前面に配置されている。
オゾン排熱ファン13は、画像形成装置1内部で発生するオゾンなどをオゾン分解フィルタ(不図示)を介して画像形成装置1外部へ排出する役割を持つ。
定着排熱ファン14は、定着装置10周辺の熱を画像形成装置1の外部に排出して内部の温度を下げる役割を持つ。
排気ダクト15は画像形成装置1の後側板16に取り付けられる。オゾン排熱ファン13、定着排熱ファン14は、排気ダクト15の入口に設けられている。排気ダクト15の開口部(出口)15dは、画像形成装置1の後方かつ下面に配置されている。
図2に示すように、吸引ファン11、12によって、エアが画像形成装置1の内部へ吸引される。図3に示すように、吸引されたエアは、オゾン排熱ファン13、定着排熱ファン14によって、排気ダクト15を通して開口部15dから画像形成装置1の外部へ排出される。
ファン11、12とファン13、14との間には、熱およびオゾンの発生源があり、エアフロー系統により、画像形成装置1の内部で発生している熱およびオゾンを画像形成装置1の外部へ排出している。
図4(a)は排気ダクト15の内部を表した断面図である。図4(b)は図4(a)のA−A断面図である。
図4に示すように、排気ダクト15は、ダクト15a、15bの2経路を有している。ダクト15aは、定着排熱ファン14から開口部15dに直線距離で形成されたストレート形状(直線経路)である。ダクト15bは、オゾン排熱ファン13から開口部15dの間に仕切り板15cを左右交互に張り出して形成されたジグザグ形状である。
排気ダクト15は、画像形成装置内部の騒音が画像形成装置外部へ伝わる騒音伝達経路である。排気ダクト15は、L≧S×Tの関係を満たす形状である。この式において、Lは、排気ダクト15は、入口と出口を結ぶ直線距離に対して経路の長さが長くなる形状であり、コントロールマイク18から2次音源スピーカー24までの経路の長さである。Tは、コントロールマイク18で騒音を集音してから2次音源スピーカー24で音を出力するまでの時間である。Sは、音速である。
定着排熱ファン14より排気ダクト15に流入した空気は、ダクト15aの内部を通り、開口部15dより空気が排熱される。
オゾン排熱ファン13より排気ダクト15に流入した空気は、ダクト15bの内部に配置された仕切り板15cによって、矢印方向に経路が変更され、最後には開口部15dより空気が排出される。
排気ダクト15の材料として、ABSなどの樹脂が用いられる。排気ダクト15の厚みは、定着排熱ファン14、オゾン排熱ファン13の振動が伝わらない程度(例えば最低5mm)は必要である。
排気ダクト15の内部(ダクト15a、15b)には、音を吸音する吸音材(吸音手段)が配置(不図示)され、排気ダクト15内部を通る音を消音している。吸音材は、周波数2kHz以上の高周波の音の消音に有効である。
(ANCシステム17)
ダクト15bの内部には、ANCシステム(能動消音システム)17が配置されている。ANCシステム17は、ダクト15bの内部を伝わって画像形成装置1の外部へ放射されるオゾン排熱ファン13から発生する音、画像形成装置1内部で発生する駆動音などの騒音を消音する。
図5は排気ダクト15の断面図およびANCシステム17の電気ブロック図である。図5に示すように、ANCシステム17は、コントロールマイク18、電圧増幅器19、AD変換器20、適応フィルタ21、DA変換器22、電圧増幅器23、2次音源スピーカー24、エラーマイク25を有している。
コントロールマイク18は、排気ダクト15の入口に設けられ、騒音を集音する集音手段である。コントロールマイク18は、ダクト15bの内壁面にコントロールマイク18の音検知面が沿うように配置されている。
2次音源スピーカー24は、排気ダクト15の出口に設けられ、騒音と逆位相の音を出力する。2次音源スピーカー24の周囲にはスピーカー24を取り囲んでスピーカーカバー24aが設けられている。スピーカーカバー24aは、2次音源スピーカー24の出力がダクト15b内に向かうようにする。
エラーマイク25は、騒音伝達経路内の2次音源スピーカー24に対して画像形成装置外部側に設けられ、騒音を検知する検知手段である。エラーマイク25は、ダクト15bの内壁面に音の検知面がくるように配置されている。
ANCシステム17のの動作について説明する。まず、ダクト15b内部の音をコントロールマイク18によって検出する。その音を電圧増幅器(AMP)19によって増幅し、AD変換器(A.D.C)20によってデジタル信号化する。そして、適応フィルタ:W(21)によって信号の位相を反転し、DA変換器(D.A.C)22によってアナログ化して音にし、AMP23によって増幅する。増幅した音を2次音源スピーカー24によってダクト15bの中へ付加している。
つまり、コントロールマイク18で検知した音と逆位相の音を2次音源スピーカー24によってダクト15b内に放射し、ダクト15b内の音を音の干渉によって消音している。
2次音源スピーカー24から放射された音(騒音と逆位相の音)は、元の音(騒音)と重なって、エラーマイク25によって検出される。エラーマイク25によって検出された音は、AMP26によって増幅後、AD変換器(A.D.C)27によってデジタル信号化され、LMS演算部28に入る。
LMS演算部28では、エラーマイク25で検出された音が最小化するように演算処理がされ、その結果を適応フィルタ:W(21)に入力し、2次音源スピーカー24から放射する音を決める。つまり、エラーマイク25で検出される音が最小化するようにフードバック制御を行っている。
誤差経路補償フィルタ:C(29)は2次音源スピーカー24からエラーマイク25に至る伝達特性である。誤差経路補償フィルタ29は、コントロールマイク18の検出信号とエラーマイク25での検出信号のタイミングを合わせるために、LMS演算部28において演算を行い、2次音源スピーカー24から放出する音の調整を行っている。
ハウリング補償フィルタ30に示す経路は、2次音源スピーカー24からの音がコントロールマイク18にフィードバックする経路であるため、ハウリングの原因となる。これを防止するためにハウリング補償フィルタ30を配置し、ハウリングを防止している。
次にコントロールマイク18の位置について説明する。コントロールマイク18はダクト15b内で音圧の高い部分に配置するのが好ましい。図6はダクト15bの内部の音圧レベルを模式的に示した音響モードの模式図である。図6に示すように、ダクト15b内の音圧レベルは場所によって異なる。腹の位置は音圧レベルが大きくなり、節の部分は音圧レベルが小さくなる。この音響モードは音の周波数によっても異なるが、この場合は例えば、500Hz〜3000Hzまでの音圧レベルのオーバーオールで音響モードが形成されていると考えて良い。
次にANCシステム17での騒音低減フローについて説明する。図7はANCシステム17で騒音低減時のフローチャートである。
図7に示すように、まずコントロールマイク(Cマイク)18とエラーマイク(Eマイク)25でダクト15b内の音を検出する(S40)。この時、採取した音は高速フーリエ変換アルゴリズム(以降FFT)をかけて音圧レベルの計算をする(S41)。
次にコントロールマイク18、エラーマイク25で採取した音圧レベルの最大値が現在のAMP19、26のレベルで検知できているかを判断する(S42)。
検知できていなければ、検知できるようにAMP19、AMP26を調整し(S43)、S40に戻る。
検知できていれば、2次音源スピーカー24より全周波数帯の音がすべて入っている音(いわゆるホワイトノイズ)を出力し、エラーマイク25で検知した音の最大値が適正位置で、とらえられるように2次音源スピーカー24のAMP23を調整する。その状態で、ホワイトノイズを2次音源スピーカー24より出力する(同定開始、S44)。
同定終了後(S45)、誤差経路補償フィルタ29に同定値Cを入れ、保存する(S46)。上記動作終了後、ANCシステム17の適応を開始する(S47)。
コントロールマイク18とエラーマイク25とのダクト15b内経路は、音速(約346×10(mm/s))×音を検知してからスピーカーで出力するまでの時間(2ms)=692mm以上設ける必要がある。
また2次音源スピーカー24とエラーマイク25間の距離は近い方が好ましいが、近すぎると2次音源スピーカー24とエラーマイク25間においてハウリングが発生しやすくなる。このため、2次音源スピーカー24の中心とエラーマイク25の中心を70mm程度離す。
(騒音低減の結果)
図8、図9はANCシステム17を作動させることにより得られる騒音低減の結果を示した図である。図8は横軸に時間(S)、縦軸に騒音波形(V)を示している。騒音波形は、エラーマイク25で検出した電圧波形を示している。図9は図8の騒音波形をFFT処理して、横軸に周波数(Hz)、縦軸に音圧レベルSPL(dBA)を示したグラフである。
図8に示すように、ANCシステム17を作動させると、時間経過とともに騒音波形(V)は小さくなる。また図9に示すように10〜1000Hzの間で最大約10dBAもの騒音低減効果が得られる。
(効果)
本実施形態によれば、排気ダクト15の大型化をせずにANCシステム17の経路を確保できる。このため、画像形成装置1のサイズを大型化することなく、ANCシステム17を適用させ、排気ダクト15を介して機外へ放射される定着排熱ファン(冷却ファン)14、オゾン排熱ファン13の騒音を抑えることができる。これにより、画像形成装置1の使用環境の静粛化(低騒音化)を図ることができる。
ANCシステム17を適用する経路長さを長く確保できるので、ANCシステム17の効果を大きく引きだすことが可能になる。
ANCシステム17により低周波の音を低減でき、吸音材により高周波の音を低減でき、効率良く低騒音化でき、省電力の効果もある。
高周波の耳触りな音を低減できるので静粛なオフィース環境を維持しつつ、ユーザークレームの少ない、画像形成装置1を提供できる。
1つの排気ダクト15を2系統(ダクト15a、15b)に分けて、1つ経路(ダクト15b)は音を低減させる消音経路、もう1つの経路(ダクト15a)を消音はさせずに排気のみ行う排気経路に分けている。このような構成にすることによって、消音効率と排気効率のバランスをとることができる。
[第二実施形態]
次に本発明に係る画像形成装置の騒音制御装置の第二実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
図10は本実施形態に係る排気ダクト50の断面図である。図10に示すように、本実施形態の騒音制御装置は、上記第一実施形態の騒音制御装置の排気ダクト15を排気ダクト50に変えたものである。
排気ダクト50は、上記第一実施形態の仕切り板15cの配置を変え、エアの流れを左右から上下に変えたものである。
排気ダクト50は、ダクト50a、50bの2経路を有している。ダクト50aは、定着排熱ファン14から開口部50dに直線距離で形成されたストレート形状(直線経路)である。ダクト50bは、オゾン排熱ファン13から開口部50dの間に仕切り板50cを上下交互に張り出して形成されたジグザグ形状である。
定着排熱ファン14より排気ダクト50に流入した空気は、ダクト50aの内部を通り、開口部50dより空気が排熱される。
オゾン排熱ファン13より排気ダクト50に流入した空気は、ダクト50bの内部に配置された仕切り板50cによって、矢印方向に経路が変更され、最後には開口部50dより空気が排出される。
排気ダクト50の材料として、ABSなどの樹脂が用いられる。排気ダクト50の厚みは、定着排熱ファン14、オゾン排熱ファン13の振動が伝わらない程度(例えば最低5mm)は必要である。
排気ダクト50の内部(ダクト50a、50b)には、音を吸音する吸音材が配置(不図示)され、排気ダクト50内部を通る音を消音している。吸音材は、周波数2kHz以上の高周波の音の消音に有効である。
なお、排気ダクトの形状は、上記第一、第二実施形態のジグザグ形状に限定されるものではなく、上記L≧S×Tの関係を満たす形状であればよい。例えば、入口から出口まで螺旋形状(渦巻き形状)等としてもよい。
第一実施形態に係る騒音制御装置を搭載した画像形成装置の断面図である。 エアフロー系統を示した画像形成装置の斜視図である。 エアフロー系統を示した画像形成装置の斜視図である。 (a)は排気ダクト15の内部を表した断面図である。(b)は(a)のA−A断面図である。 排気ダクトの断面図およびANCシステムの電気ブロック図である。 ダクトの内部の音圧レベルを模式的に示した音響モードの模式図である。 実施例1におけるANCシステム17の動作手順を示したフロー系統図 実施例1で排気ダクト内部の音を検知した騒音波形 実施例1で排気ダクト内部の音をFFT処理した結果でANC不作動と作動時の結果を示したグラフ 実施例2における排気ダクト内部の断面図
符号の説明
P …転写材
1 …画像形成装置
2 …圧板
3 …原稿読取部
4 …感光ドラム
5 …現像部
6 …カセット
7 …搬送パス
8 …転写・分離部
9 …搬送部
10 …定着装置
11、12 …吸引ファン
13 …オゾン排熱ファン
14 …定着排熱ファン
15、50 …排気ダクト
15a、15b、50a、50b …ダクト
15c、50c …仕切り板
15d、50d …開口部
16 …後側板
17 …ANCシステム
18 …コントロールマイク
19、23、26 …電圧増幅器
20、27 …AD変換器
21 …適応フィルタ
22 …DA変換器
24 …2次音源スピーカー
24a …スピーカーカバー
25 …エラーマイク
28 …LMS演算部
29 …誤差経路補償フィルタ
30 …ハウリング補償フィルタ

Claims (7)

  1. 画像形成装置内部の騒音が装置外部へ伝わる騒音伝達経路と、
    前記騒音伝達経路に設けられ、騒音を集音する集音手段と、
    前記騒音伝達経路における前記集音手段よりも前記装置外部側に設けられ、前記騒音と逆位相の音を出力するスピーカーと、を有し、
    前記集音手段から前記スピーカーまでの直線距離よりも前記騒音伝達経路における前記集音手段から前記スピーカーまでの経路の長さが長いことを特徴とする画像形成装置の騒音制御装置。
  2. 画像形成装置内部の騒音が画像形成装置外部へ伝わる騒音伝達経路と、
    前記騒音伝達経路に設けられ、前記騒音を集音する集音手段と、
    前記騒音伝達経路に設けられ、前記騒音と逆位相の音を出力するスピーカーと、を有する画像形成装置の騒音制御装置であって、
    前記騒音伝達経路は、前記集音手段と前記スピーカーとを結ぶ直線距離に対して前記騒音伝達経路における前記集音手段と前記スピーカーと間の経路長さが長くなる形状であり、前記集音手段から前記スピーカーまでの経路の長さをL、前記集音手段で前記騒音を集音してから前記スピーカーで音を出力するまでの時間をT、音速をS、とすると、L≧S×Tの関係を満たす形状であることを特徴とする画像形成装置の騒音制御装置。
  3. 前記騒音伝達経路の形状は、ジグザグ形状又は螺旋形状であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置の騒音制御装置。
  4. 前記騒音伝達経路内の前記スピーカーに対して前記装置外部側に前記騒音を検知する検知手段を有することを特徴とする請求項2または3に記載の画像形成装置の騒音制御装置。
  5. 前記騒音伝達経路を少なくとも2つの経路を有し、
    前記2つの経路のうち少なくとも1つの経路は、騒音源と前記騒音伝達経路の出口を直線で結ぶ直線経路で構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置の騒音制御装置。
  6. 前記騒音伝達経路内に前記騒音を吸音する吸音手段を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置の騒音制御装置。
  7. 前記騒音伝達経路における前記集音手段から前記スピーカーまでの経路の長さが長くなるように前記騒音伝達経路は、複数の仕切り板を備えることを特徴とする請求項1に記載の騒音制御装置。
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