JP2011037081A - 消音装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、装置の小型化を図れ、しかもデッドスペースが生じることを防止できる構造を実現する。
【解決手段】ダクト２８内の長手方向中間部に、音経路変更手段２９を内嵌する。音経路変更手段２９は、ダクト２８の中心をダクト２８の長手方向と平行に貫通する第１の穴３３と、ダクト２８の長手方向に対して空気の流れ方向下流に向かう程ダクト２８の壁面２８ａに向かう方向に傾斜するように貫通する第２の穴３４とを有する。そして、第１の穴３３と第２の穴３４とにより、互いに経路長が異なる１対の経路Ｍ、Ｎを形成する。これら両経路Ｍ、Ｎの経路長の差を排気ファン３０から発生する音の波長の１／２にする。これにより、音の干渉現象を利用して消音を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば、スキャナ、複写機、プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの、原稿の画像を読み取り、記録材上に画像を形成する、画像読取装置や画像形成装置内の熱を機外へ排出する際の騒音を防止する消音装置に関する。

従来から、電子機器やＯＡ機器などでは、機器内部の電子部品などから発生する熱を機器筐体の外装に配置されたファンにより、機器外部に排気することで機器内部に熱がこもってしまうのを防止することが行われている。一方、近年、電子部品の高密度化により、機器内に発生する熱が大きくなり、排気する熱が大きくなっている。このため、ファンとして大きなもの使用したり、ファンの回転数を上げる必要があり、機器が大型化したり騒音が増加するといった問題がある。

このような問題に鑑みて、いわゆるサイドブランチ型の消音装置を用いてファン音を静音化する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなサイドブランチ型の消音装置の構成について、図１４を用いて説明する。プリンタなどのＯＡ機器の筐体に取り付けられるダクト１の端部に、軸流ファン２が固定されている。そして、軸流ファン２により図の矢印方向に空気を流して筐体内の熱を機外に排出する。またダクト１の途中には、筐体内部部品から発生するオゾンなどを除去する触媒から構成されているフィルター３を配置している。そして、このフィルター３を通して空気を流すことによって、オゾンなどを筐体外へ排出することを防いでいる。

また、ダクト１のフィルター３よりも空気の流れ方向下流には、このダクト１の側面から突出するようにサイドブランチ４を設けている。このため、軸流ファン２から発生した音は点Ａ−Ｂ間を通過するものと点Ａ−Ｃ−Ｂ間を通過するものに分けられる。サイドブランチ４の長さＬは、経路Ａ−Ｂ間を通過する音と経路Ａ−Ｃ−Ｂ間を通過する音との位相が１８０°ずれように設定されている。このようなサイドブランチ型の消音装置を設けることによりファンから発生する騒音を筐体外へ出す量を減らして騒音を低減できる。

特開平８−１５６３６７号公報

しかしながら、近年、機器の小型化や機器内部の部品構成により、ファンを設置する場所が制限される場合があり、上述のようにサイドブランチ型の消音装置を設ける構造を採用しにくい。例えば、空気中の音速は約３３１０００ｍｍ／ｓなので、ファン騒音の周波数が仮に２０００Ｈｚとすると、音が１周期で進む距離λは、３３１０００／２０００＝１６５．５ｍｍになる。したがって、サイドブランチ４によって音を干渉させるには、このサイドブランチ４により位相をλ／２ずらせば良いため、単純に計算しても、２Ｌ＝λ／２、Ｌ＝λ／４＝４１．４ｍｍにする必要がある。このスペースを確保するためには、機器の構想段階から考慮する必要があり、しかも、サイドブランチ４によりデッドスペースが生じ易い。一方、ダクト内に吸音材を設けてファン音の消音を図ることが考えられるが、吸音材は高価なためコストが高くなる。

本発明は、このような事情に鑑み、低コストで、装置の小型化を図れ、しかもデッドスペースが生じることを防止できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の消音装置は、空気が流れるダクトと、該ダクト内に空気の流れを遮蔽する方向に設置され、且つ、貫通する複数の経路を有し、空気の流れ方向上流から空気伝播している音の伝播経路を、該複数の経路により互いに経路長が異なる少なくとも１対の経路に変更する音経路変更手段と、を備え、該１対の経路は、該音経路変更手段よりも空気の流れ方向下流で収束し、この収束する点を収束点、音の伝播経路が変更される点を始点とした場合に、これら始点から収束点までの前記１対の経路の経路長をそれぞれＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ、前記ダクト内の空気伝播音速をＳ、該ダクト内を空気伝播する音の周波数をｆ、Ｋを奇数とすると、｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ｜＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）の関係式を満たすことを特徴とするものである。

本発明によれば、音の伝播経路を変更する音経路変更手段をダクト内に設けることにより消音効果を得られるため、低コストで、装置の小型化を図れ、しかもデッドスペースが生じることを防止できる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図。 画像形成装置の正面側の一部を切断して概略構成を示す斜視図。 同じく背面側の一部を切断して概略構成を示す斜視図。 同じく背面側の概略構成を示す斜視図。 排気ファンの１例を示す（ａ）は正面図で、（ｂ）は側面図。 第１の実施形態に係る音経路変更手段を示す（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）のイ−イ断面図。 第１の実施形態に係る消音装置を設けた送風装置を模式的に示す断面図。 音の干渉により消音できることを説明するために示す図。 第２の実施形態に係る消音装置を設けた送風装置を模式的に示す断面図。 第３の実施形態に係る消音装置を設けた送風装置を模式的に示す断面図。 第３の実施形態の効果を確認するための実験装置の断面図。 実験で対比するために使用したフィルターを示す（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）のロ−ロ断面図。 実験結果を示すグラフ。 サイドブランチ型の消音装置を設けた送風装置を模式的に示す断面図。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図８を用いて説明する。まず、本実施形態の消音装置を組み込む画像形成装置について図１により簡単に説明する。画像形成装置１０は、原稿を読み取る原稿読み取り部１１と、原稿読み取り部１１の画像情報に基づいて画像を形成する画像形成部１２と、画像形成部１２に記録材Ｐを搬送する搬送部１３と、記録材Ｐにトナー像を定着させる定着装置１４などを備える。また、画像形成部１２は、像担持体である感光ドラム１５と、コロナ帯電器などの帯電手段１６と、レーザなどの露光手段と、現像手段１７と、帯電器などの転写手段１８及び分離手段１９と、クリーニング手段２０などを備える。

画像形成プロセスは、感光ドラム１５の表面を帯電手段１６により帯電し、原稿読み取り手段１１の画像情報に基づいて露光手段がレーザ光を照射することにより感光ドラム表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は現像手段１７により現像され、トナー像として顕在化する。その後、転写部Ｔで、転写手段１８により所定の静電的負荷バイアスが与えられ、トナー像が記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、搬送部１２を構成する給紙カセット２１から搬送パス２２を介して、又は、外部から手差しで挿入されることにより、転写部Ｔに搬送される。転写部Ｔでトナー像を転写された記録材Ｐは、分離手段１９により分離され、搬送ベルト２３により定着装置１４に搬送される。そして、定着装置１４により記録材Ｐに転写されたトナー像を記録材Ｐに加熱定着させる。その後、トナー像を定着させた記録材Ｐを、排紙手段である排紙ローラ２４により排紙トレイ２５に排紙する。

このような画像形成装置１０の前面（正面）側には、図２に示すように、画像形成装置１０の筐体１０ａ内（図２に矢印方向）に空気を送り込む給気ファン２６を設けている。一方、画像形成装置１０の後面（背面）側には、図３に示すように、筐体１０ａ内で発生する熱やオゾンなどを筐体１０ａ外（図３の矢印方向）に排出するための送風装置（排気装置）２７を設けている。送風装置２７は、空気が流れるダクト２８と、ダクト２８内の長手方向中間部に設置された音経路変更手段２９と、ダクト２８の基端部に固定された送風機である排気ファン３０とを備える。このうちのダクト２８及び音経路変更手段２９により消音装置３１を構成する。言い換えれば、送風装置２７は、装置内の空気を外部に排出する排気ファン３０と、排気ファン３０により排出される空気が流れる消音装置３１とを備える。

また、ダクト２８の先端部で筐体１０ａの外カバー１０ｂに開口する部分には、図４に示すように、ルーバー３２を固定している。ルーバー３２は、ユーザーの指などが画像形成装置１０内部に入ることを防止するために設けている。なお、上述のような給気ファン２６及び送風装置２７は、上述の場所以外に筐体１０ａの何れかの面に設置することができる。例えば、給気ファン２６を筐体１０ａの側面又は背面に設置したり、送風装置２７を側面に設置することもできる。

送風装置２７について、図３に加えて図５ないし図７を用いて詳しく説明する。ダクト２８は、筐体１０ａの後側板１０ｃの開口部に取り付けられ、排気ファン３０を介して筐体１０ａ内と連通している。そして、画像形成装置１内部の空気を機外へ排出可能としている。また、ダクト２８は、ＡＢＳなどの樹脂により略直方体の筒状に形成されたもので、内側面を平滑面とすると共に、板厚を排気ファン３０の振動が伝わらない程度の厚み、例えば３ｍｍ以上としている。このようなダクト２８は、空気の流れ方向に亙って段差がなく、且つ、ダクトの中心軸に対して点対称となる外形を有する。即ち、前述の図１４に示したようなサイドブランチを有さない形状としている。

また、排気ファン３０は、図５に示すように、動力源であるＤＣブラシレスモータなどのモータ３０ａ、モータ３０ａの回転軸に固定されモータ３０ａの回転と同期して回転する複数（例えば７枚）の羽３０ｂなどを備えた軸流ファンである。また、モータ３０ａは、樹脂製のファンケース３０ｃにより支持され、画像形成装置１０の不図示の電圧発生装置に接続されたケーブルコネクター３０ｄを介してＤＣ電圧を印加されることにより駆動する。また、ファンケース３０ｃの各羽３０ｂに対向する部分には、各羽３０ｂと同数のファンスポーク３０ｅを形成し、空気を流すための開口部を確保すると共に、モータ３０ａをファンケース３０ｃに支持可能としている。また、ファンケース５２の４角には丸穴３０ｆを形成し、丸穴３０ｆを介してネジにより、例えばダクト２８内に突出するように設けた突片に締結する。図示の例の場合、排気ファン３０は、図５（ａ）の矢印で示す方向に回転して、図５（ｂ）の矢印で示す方向に空気を流す。

本実施形態では、主として排気ファン３０の各羽３０ｂがファンスポーク３０ｅを通過する時に発生する風切り音が、排気ファン３０から生じる騒音となる。即ち、各羽３０ｂが回転してファンスポーク３０ｅに接近する時に圧力変動が生じ、その結果、風切り音が発生する。したがって、排気ファン３０から生じる騒音は、モータ３０ａ（排気ファン３０）の回転数と羽３０ｂの数によってその周波数が決まる。具体的には、排気ファン３０の１秒あたりの回転数をＮ（ｒｐｓ）、各羽３０ｂの数をＺとすると、その風切り音の周波数ｆはＮ×Ｚ（Ｈｚ）になる。また、排気ファン３０の風切り音は各羽３０ｂの振動モードで発生するので、Ｎ×Ｚの次数成分が放射されることもある。即ち、Ｊを自然数とすると、周波数ｆ＝Ｎ×Ｚ×Ｊとなる。例えばモータ３０ａの回転数が５０ｒｐｓ、各羽３０ｂの数が７枚とすると、５０×７＝３５０Ｈｚ、７００Ｈｚ、１０５０Ｈｚ・・・の周波数の音が発生することになる。

また、音経路変更手段２９は、図６、７に示すように、ＡＢＳ樹脂製で、所定の厚さ（例えば１０ｍｍ以上）を有し全体を直方体状とした板状部材で、ダクト２８内に空気の流れを遮蔽する方向に設置される。具体的には、ダクト２８の長手方向中間部を塞ぐように内嵌固定される。また、音経路変更手段２９は、貫通する複数の経路となる、第１の穴３３と第２の穴３４とを有する。このうちの第１の穴３３は、ダクト２８の中心をダクト２８の長手方向と平行に貫通する。また、第２の穴３４は、第１の穴３３の周囲を、ダクト２８の長手方向に対して空気の流れ方向（図７の右から左方向）下流に向かう程ダクト２８の壁面２８ａに向かう方向に傾斜するように貫通する。図示の例の場合、第２の穴３４は、第１の穴３３の周囲に４個に分かれて設けられている。これら第１の穴３３及び第２の穴３４には、それぞれオゾンなどの空気中の揮発性有機化合物を吸着する（触媒を有する）フィルター３５ａ、３５ｂを設けている。そして、フィルター３５ａ、３５ｂを介して画像形成装置１０内の空気を外部に排気するようにし、フィルター内部の触媒によりオゾンなどを除去している。言い換えれば、音経路変更手段２９は、オゾンなどを除去するフィルター部材を兼ねている。

本実施形態では、音経路変更手段２９に第１の穴３３及び第２の穴３４を設けることにより、上述のように排気ファン３０で発生し、空気の流れ方向上流から空気伝播している音の伝播経路が、音経路変更手段２９を通過する時に２経路に分かれるようにしている。即ち、音経路変更手段２９の第１の穴３３と第２の穴３４とに、それぞれ図６（ｂ）に示すように、矢印αと矢印βの方向に空気と音とが流れるように構成されている。また、第１の穴３３と第２の穴３４とにそれぞれ配置されるフィルター３５ａ、３５ｂは、矢印α、β方向に空気が流れるように、複数の断面正６角形の筒状の触媒を、それぞれが設置される穴の方向に合わせて配列してなる。即ち、第１の穴３３に配置されるフィルター３５ａはダクト２８の長手方向と平行に、第２の穴３４に配置されるフィルター３５ｂはダクト２８の長手方向に対して傾斜した方向に、それぞれ配置する。

また、各触媒の正６角形の一辺は、例えば約１ｍｍ程度のものであり、各触媒の孔を通過した音が干渉しないように、フィルター３５ａ、３５ｂの厚さを１０ｍｍ以上とすることが好ましい。また、音経路変更手段２９で２経路に分けた音のエネルギーを同等にするために（即ち、２経路の音量が同じになるように）、第１の穴３３の開口面積と第２の穴３４の開口面積（４個所全てを合わせた面積）が同等になるように構成している。

また、上述のように、第１の穴３３及び第２の穴３４により分かれる音の伝播経路は、互いに経路長が異なる。言い換えれば、第１の穴と第２の穴とにより、互いに経路長が異なる１対の経路を形成する。即ち、第１の穴３３を通過する音の経路長と、第２の穴３４を構成する各穴部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを通過する音の経路長とは、互いに異なる。ここで、第１の穴３３を通過する経路と穴部３４ａを通過する経路とが、互いに経路長が異なる１対の経路を構成する。同様に、第１の穴３３を通過する経路と穴部３４ｂを通過する経路とが、第１の穴３３を通過する経路と穴部３４ｃを通過する経路とが、第１の穴３３を通過する経路と穴部３４ｄを通過する経路とが、それぞれ互いに経路長が異なる１対の経路を構成する。本実施形態では、このような各１対の経路長の長さの違いの関係は同じとしている。したがって、以下の説明では、各穴部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを通過する経路を、単に第２の穴３４を通過する経路と呼ぶ。

まず、図７に示すように、第１の穴３３を通過する経路を、ダクト２８の中心を長手方向に通る経路Ｍとする。また、第２の穴３４を通過する経路を、音経路変更手段２９によってダクト２８の壁面２８ａに向かう方向に変更され、更に壁面２８ａで反射する経路Ｎとする。経路Ｍ及び経路Ｎは、音経路変更手段２９よりも空気の流れ方向下流で収束する。本実施形態では、経路Ｍと経路Ｎとが、前述の図４に示す画像形成装置１０の外カバー１０ｂに固定したルーバー３２を通過して、画像形成装置１０の外部で収束する。前述したように、排気ファン３０の騒音発生源はファンの風切り音であり、ファンが空気と接触することによって摩擦音が発生する。したがって、ファンの風切り音の発生位置を点Ａ、点Ｃ、点Ｅ、経路Ｍと経路Ｎとが収束する収束点を点Ｂ、経路Ｎが壁面２８ａで反射する位置を点Ｄ、点Ｆとすると、経路ＭはＡ‐Ｂ、経路ＮはＣ‐Ｄ‐Ｂ、Ｅ‐Ｆ‐Ｂでそれぞれ表せる。

ここで、Ａ‐Ｂの経路長をＬ_Ａ（ｍｍ）、Ｃ‐Ｄ‐Ｂ（Ｅ‐Ｆ‐Ｂ）の経路長をＬ_Ｂ（ｍｍ）とする。また、ダクト２８内の空気伝播音速をＳ（ｍｍ／ｓ）、ダクト２８内を空気伝播する音（排気ファン３０の音）の周波数をｆ（Ｈｚ）、Ｋを奇数（１、３、５、７・・・）とする。この場合に、上述の１対の経路Ｍ、Ｎは、
｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ｜＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）
の関係式を満たすようにしている。この関係式について説明する。

図８に示すように、音の干渉は、横軸に時間（ｓ）、縦軸に音圧（Ｐａ）をとった時に、実線で示す音に対して位相が１８０°ずれている破線で示す音を当てると、理論的には干渉して音圧は０になることが知られている。このため、経路Ｍと経路Ｎとの経路長が半波長ずれていれば、ダクト２８内を通過する音が消音されることになる。したがって、消音効果を得るためには、この経路長の差｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ｜が、半波長となるような関係にすれば良い。即ち、音の波長をλとすると、｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ｜がλ／２となれば良い。λは、Ｓ／ｆで表せるため、｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ｜は、Ｓ／（２×ｆ）で表せる。また、経路Ｍと経路Ｎとの経路長が半波長ずれていれば良いため、Ｋが奇数であれば、｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ｜がＫ×λ／２であっても良い。この結果、上述の関係式が導き出される。本実施形態の場合、経路Ｍ、Ｎが上述の関係式を満たすように、第２の穴３４及びこの第２の穴３４に設置されるフィルター３５ｂの傾斜角度を、ダクト２８の大きさとの関係で規制している。

また、第２の穴３４を通過する経路は、Ｃ‐Ｄ‐Ｂ、Ｅ‐Ｆ‐Ｂ以外にも存在するが、他の経路も第１の穴３３を通過する経路上の何れかの点で収束すると共に、互いの経路長の関係も上述の式を満たす。例えば、図７に示す、Ｃ´‐Ｄ´‐Ｂ´、Ｅ´‐Ｆ´‐Ｂ´の経路長をＬ_Ｂ´とした場合、｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ´｜＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）を満たす。

なお、上述の説明では点Ａ、点Ｃ（Ｃ´）、点Ｅ（Ｅ´）を始点として上述の関係式を導いているが、音の伝播経路が変更される点は、第１の穴３３と第２の穴３４との上流の開口部であるため、この点を基準として上述の関係式を導いても同じである。即ち、経路Ｍと経路Ｎとの経路長は、これら第１の穴３３及び第２の穴３４の上流では変わらないため、第１の穴３３と第２の穴３４との上流の開口部を始点とした場合に、始点から収束点Ｂまでのそれぞれの経路長の差は、｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ（Ｌ_Ｂ´）｜と同じとなる。

また、ダクト２８の外部側の開口部に設けたルーバー３２は、図７に示すように、経路Ａ‐Ｂ、Ｃ‐Ｄ‐Ｂ、Ｅ‐Ｆ‐Ｂに沿って配置しており、排気ファン３０からダクト２８内を通過して排出される空気と音の経路を遮断しないようにしている。具体的には、ルーバー３２の各羽の角度を、第１の穴３３と長手方向に重畳する部分は長手方向と平行に、この周囲部分は経路Ｎがダクト２８の壁面２８ａと反射する方向と平行に、それぞれ調整している。

本実施形態では、前述のように、第１の穴３３を通過する音と第２の穴３４を通過する音とのエネルギーが同じとなるように、第１の穴３３と第２の穴３４との面積の関係を規制している。このため、上述のように第２の３４を通過する経路が第１の穴３３を通過する経路上の何れかの点でそれぞれ収束し、経路長が異なる音が干渉することにより、高い消音効果を得られる。

このような本実施形態によれば、上述のように、音の伝播経路を変更する音経路変更手段２９をダクト２８内に設けることにより消音効果を得られるため、低コストで、装置の小型化を図れ、しかもデッドスペースが生じることを防止できる。即ち、消音効果を得るために、前述の図１４に示したように、サイドブランチ４を設ける必要がなく、これにより装置の大型化及びデッドスペースの発生を防止できる。また、高価な吸音材を設ける必要がないため、低コスト化を図れる。

また、本実施形態によれば、排気ファン３０の回転数と羽３０ｂの数により、ファン騒音の周波数が特定されるため、この周波数に合わせて音経路変更手段２９を設計することにより、ターゲットとする音を確実に消音することができる。この場合に、音経路変更手段２９の第２の穴３４の傾斜角度を変えるなど、第１の穴３３と第２の穴３４との関係を適切に規制すれば良いだけであるため、設計の自由度が高い。なお、ファン騒音は、定常的な音であるため、本実施形態のようにターゲットする音を確実に消音することにより、消音効果は高くなる。そして、ダクト２８を通過して生じる不快な音を低減することができる。

なお、上述の説明では、断面形状が四角形のダクト２８を用いた構造について説明したが、円形もしくは楕円形、更には、六角形などの多角形であっても良い。この場合、排気ファン３０、音経路変更手段２９の形状をダクト２８に合わせる。また、音経路変更手段２９は、傾斜角度が異なる複数（偶数）種類の穴を形成し、各穴を通過する経路が互いに経路長が異なり、上述のような関係式を満たすような複数組の１対の経路を構成するようにしても良い。例えば、傾斜角度が異なる４種類の穴を形成し、このうちの何れか１組の経路同士が上述の関係式を満たし、他の１組も上述の関係式を満たすようにしても良い。即ち、音経路変更手段２９は、音の伝播経路を互いに経路長が異なる少なくとも１対の経路に変更するものであれば良い。また、第１の穴３３と第２の穴３４との音経路変更手段２９での位置は、上述の実施形態に限らない。例えば、第２の穴３４を音経路変更手段２９の中央部に、第１の穴３３を第２の穴３４の周囲にそれぞれ形成しても良い。更に、上述の実施形態では、音経路変更手段２９の第１の穴３３、第２の穴３４にフィルター３５ａ、３５ｂを設けているが、このフィルターは、音経路変更手段２９とは別に設けても良い。即ち、音経路変更手段２９の各穴３３、３４にはフィルターを設けず、ダクト２８の音経路変更手段２９からずれた部分にフィルターを設けても良い。また、音経路変更手段は、上述のような板状の部材に複数の穴を形成した構造以外でも、音の経路を変更できるものであれば良い。例えば、ダクト内にルーバーなどの空気の流れに向きを変える複数の羽を配置し、中心部の羽の角度と周囲の羽の角度とを変える構造としても良い。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図９を用いて説明する。本実施形態の場合、ダクト２８Ａ、音経路変更手段２９Ａ及び排気ファン３０Ａを断面円形としている。また、ダクト２８Ａは、音経路変更手段２９Ａよりも空気の流れ方向下流で一度直径を大きくし、更に下流で、下流に向かう程直径を徐々に小さくなる方向に傾斜させている。このような直径の変化は、音経路変更手段より下流から直径が大きくなる拡径部３６よりも、直径が大きくなった部分から下流に向かう程直径が小さくなる縮径部３７の方が緩やかにしている。そして、音経路変更手段２９Ａの第２の穴３４Ａを通過する音の全ての経路が、ダクト２８Ａの壁面２８ａに反射してダクト２８Ａの中心軸上の１点（点Ｈ）で収束するようにしている。即ち、縮径部３７の壁面２８ａの傾斜角度と、第２の穴３４Ａ（及びフィルター３５ｂ）の傾斜角度との関係を規制して、第２の穴３４Ａを通過する音の経路を点Ｈで収束させている。なお、第１の穴３３Ａは、音経路変更手段２９Ａの中央部に形成され、ダクト２８Ａの長手方向に貫通する円形の穴としている。また、第２の穴３４Ａは、第１の穴３３Ａの周囲に円輪状に形成され、ダクト２８Ａの長手方向に対して下流に向かう程壁面２８ａに向かう方向に傾斜するように貫通している。したがって、第２の穴３４Ａは、部分円錐状に形成される。

本実施形態で、音経路変更手段２９Ａにより変更される音の経路について、詳しく説明する。まず、第１の穴３３Ａを通過する経路を、ダクト２８Ａの中心を長手方向に通る経路Ｍとする。また、第２の穴３４Ａを通過する経路を、音経路変更手段２９Ａによってダクト２８Ａの壁面２８ａに向かう方向に変更され、更に壁面２８ａで反射する経路Ｎとする。これら経路Ｍ、Ｎが、互いに経路長が異なる１対の経路となる。また、ファンの風切り音の発生位置を点Ｇ、点Ｉ、点Ｏ、経路Ｍと経路Ｎとが収束する収束点を点Ｈ、経路Ｎが壁面２８ａで反射する位置を点Ｋ、点Ｑとすると、経路ＭはＧ‐Ｈ、経路ＮはＩ‐Ｊ‐Ｋ‐Ｈ、Ｏ‐Ｐ‐Ｑ‐Ｈでそれぞれ表せる。

ここで、Ｇ‐Ｈの経路長をＬ_Ａ（ｍｍ）、Ｉ‐Ｊ‐Ｋ‐Ｈ（Ｏ‐Ｐ‐Ｑ‐Ｈ）の経路長をＬ_Ｂ（Ｌ_Ｃ）（ｍｍ）とする。また、ダクト２８Ａ内の空気伝播音速をＳ（ｍｍ／ｓ）、ダクト２８Ａ内を空気伝播する音の周波数をｆ（Ｈｚ）、Ｋを奇数（１、３、５、７・・・）とする。この場合に、上述の１対の経路Ｍ、Ｎは、
｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ（Ｌ_Ｃ）｜＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）
の関係式を満たすようにしている。なお、経路Ｉ−Ｊ−Ｋ−ＨとＯ‐Ｐ‐Ｑ‐Ｈとは、互いに同じ距離となる。その他の構造及び作用は、上述の第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図１０を用いて説明する。本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態とほぼ同じであるが、音経路変更手段２９の第２の穴３４を通過する音の経路を、ダクト２８の出口（空気の流れ方向下流の開口部）近傍で収束させている点が第１の実施形態と異なる。具体的には、第２の穴３４の厚さ方向（図１０の上下方向）中央部を通る経路Ｎと、第１の穴３３の中央部を通る経路Ｍとが、ダクト２８の出口側の端部で収束するように、第２の穴３４（フィルター３５ｂ）の傾斜角度を規制している。これによりダクト２８の出口から外に放射される音をより小さくしている。

また、本実施形態の場合も、第１の穴３３を通る経路Ｍと第２の穴３４を通る経路Ｎとの経路長の差が半波長ずれるようにしているが、この関係式を次のように表すこともできる。まず、ダクト２８の対向する面同士の距離をＸ、ダクト２８の長手方向の音経路変更手段２９により音の伝播経路が変更される始点から、経路Ｍ、Ｎが収束する収束点Ｂまでの距離をＹとする。図示の例では、Ｙを、音経路変更手段２９の上流端面からダクト２８の出口側端部までの距離としている。また、第１の穴３３を通過する音の経路Ｍと第２の穴３４を通過する音の経路Ｎとの始点同士の距離をＷとする。図示の例では、Ｗを、第１の穴３３の中心軸上の最上流の点と、第２の穴３４の厚さ方向（図１０の上下方向）中央部の最上流の点との距離としている。更に、第２の穴３４のダクト２８の長手方向に対する傾斜角度をθとする。この場合に、
（Ｘ−Ｗ）／ｓｉｎθ−Ｙ＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）
の関係式を満たすように、傾斜角度θを、距離Ｄ、Ｈ、Ｌとの関係で規制する。

この関係式について説明する。図９に示すように、経路ＭをＡ‐Ｂ、経路ＮをＣ‐Ｄ‐Ｂ（Ｅ‐Ｆ‐Ｂ）とする。また、経路Ｎは、Ｃ‐Ｄ（Ｅ‐Ｆ）とＤ‐Ｂ（Ｆ‐Ｂ）とに分けられる。すると、
Ｃ‐Ｄ＝（Ｘ／２−Ｗ）／ｓｉｎθ、Ｄ‐Ｂ＝Ｘ／２ｓｉｎθ
となる。
したがって、経路Ｎは、Ｃ‐Ｄ＋Ｄ‐Ｂ＝（Ｘ−Ｗ）／ｓｉｎθとなる。

経路Ｍ（Ａ‐Ｂ）は距離Ｙであるため、経路Ｍと経路Ｎとの差分は、
（Ｘ−Ｗ）／ｓｉｎθ−Ｙ
となり、これが音の周波数ｆの半波長になるようにすれば良い。したがって、
（Ｘ−Ｗ）／ｓｉｎθ‐Ｙ＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）
（Ｓ：ダクト２８内の空気伝播音速、ｆ：音の周波数、Ｋ：奇数）

この関係式を満たせば、音は出口近傍で干渉して消音する。また、排気ファン３０の風切り音を消音する場合は、ｆ＝Ｎ×Ｚ（Ｎ（ｒｐｓ）：排気ファン３０の回転数、Ｚ：羽の数）にあわせるように設計すれば良い。このように、ダクト２８の出口近傍で音の干渉を利用して消音する場合は、騒音源である排気ファン３０の特性がわかっていれば、ダクト２８及び音経路変更手段２９の諸元を適切に規制することによって、ダクト２８の出口近傍で音を消すことができる。即ち、ダクト２８の寸法、音経路変更手段２９の設置位置、第１、第２の穴３３、３４位置関係及び第２の穴３４の傾斜角度を、排気ファン３０の特性との関係で適切に規制する。

なお、上述のＸ、Ｙ、Ｗ、θを適宜変更することにより、消音する点をダクト内或はダクト外の任意の点に設定できる。また、上述の説明は、ダクト２８の断面形状が矩形の場合について行ったが、ダクトの断面形状がその他の多角形或は円形の場合でも本実施形態を適用可能である。ここで、ダクトの中心軸に直交する断面が多角形の場合には、Ｘを中心軸を挟んで対向する面同士の距離とする。また、同じく断面が円形の場合には、Ｘをダクトの内径とする。その他の構成及び作用は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明者が上述の第３の実施形態の効果を検証するために行った実験について説明する。図１１は、この実験で使用した装置を示している。この装置では、ダクト２８の所定位置に音経路変更手段２９を配置し、このダクト２８の上流端部に排気ファンに代えてスピーカー３８を配置した。このスピーカー３８は、パルスジェネレータ３９から特定周波数のｓｉｎ波（正弦波）を出力する。この正弦波の周波数ｆは、前述した（Ｘ−Ｗ）／ｓｉｎθ‐Ｙ＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）の関係から算出した。実験では、計算の結果４１４Ｈｚの周波数を有する正弦波を出力した。また、ダクト２８の出口近傍には、マイク４０を配置してダクト２８から出てくる音を採取し、ＦＦＴ分析装置４１により高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することによりこの音を周波数分析した。

また、比較例として、図１２に示すフィルター部材４２を音経路変更手段２９に代えて配置した場合についても、ダクト２８から出る音の周波数を分析した。このフィルター部材４２は、音経路変更手段２９と第２の穴に相当する部分以外は同様の形状を有する。即ち、フィルター部材４２の第２の穴４３は音経路変更手段２９の第２の穴３４のように傾斜させず、ダクト２８の長手方向と平行に、即ち、第１の穴３３と平行に形成している。なお、第１の穴３３及び第２の穴４３には、それぞれの穴と平行に空気を流すフィルター３５ａ、３５ｃを配置している。

このように条件で行った実験結果を図１３に示す。図１３（ａ）は、フィルター部材４２を使用した場合を、図１３（ｂ）は、第３の実施形態の場合をそれぞれ示している。また、グラフの横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧レベル（ｄＢ）を示している。この実験で、４１４Ｈｚの１次成分の音圧レベルは、図１３（ａ）が６８．４ｄＢであるのに対して、図１３（ｂ）では６５．３４ｄＢと約３ｄＢ程低減していることが確認できた。また、３次成分１２４２Ｈｚにおいても３８．４ｄＢから３７．４ｄＢに騒音を低減できることが確認できた。これにより、音の伝播経路を２系統に分岐してダクト２８の出口近傍で収束させることにより、音の干渉現象を利用して音が低減することを確認できた。

２７・・・送風装置、２８、２８Ａ・・・ダクト、２８ａ・・・壁面、２９、２９Ａ・・・音経路変更手段、３０、３０Ａ・・・排気ファン、３０ｂ・・・羽、３１・・・消音装置、３３、３３Ａ・・・第１の穴、３４、３４Ａ・・・第２の穴、３５ａ、３５ｂ・・・フィルター

Claims (6)

1. 空気が流れるダクトと、該ダクト内に空気の流れを遮蔽する方向に設置され、且つ、貫通する複数の経路を有し、空気の流れ方向上流から空気伝播している音の伝播経路を、該複数の経路により互いに経路長が異なる少なくとも１対の経路に変更する音経路変更手段と、を備え、
   該１対の経路は、該音経路変更手段よりも空気の流れ方向下流で収束し、この収束する点を収束点、音の伝播経路が変更される点を始点とした場合に、
   これら始点から収束点までの前記１対の経路の経路長をそれぞれＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ、前記ダクト内の空気伝播音速をＳ、該ダクト内を空気伝播する音の周波数をｆ、Ｋを奇数とすると、
   ｜Ｌ_Ａ−Ｌ_Ｂ｜＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）
   の関係式を満たすことを特徴とする消音装置。
2. 前記音経路変更手段は、該ダクトの長手方向中間部を塞ぐように内嵌され所定の厚さを有する板状部材で、該ダクトの中心を該ダクトの長手方向と平行に貫通する第１の穴と、該ダクトの長手方向に対して空気の流れ方向下流に向かう程ダクトの壁面に向かう方向に傾斜するように貫通する第２の穴とを有し、
   前記第１の穴と該第２の穴とにより前記複数の経路を形成することを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
3. 前記第１の穴の周囲に前記第２の穴を設け、該第２の穴を通過する音の経路は前記ダクトの壁面に反射し、該ダクトの中心軸に直交する断面が多角形の場合に該中心軸を挟んで対向する面同士の距離、或は、同じく断面が円形の場合の内径をＸ、該ダクトの長手方向の前記始点から前記収束点までの距離をＹ、前記第１の穴を通過する音の経路と前記第２の穴を通過する音の経路との始点同士の距離をＷ、該第２の穴の前記ダクトの長手方向に対する傾斜角度をθとした場合に、
   （Ｘ−Ｗ）／ｓｉｎθ−Ｙ＝Ｓ×Ｋ／（２×ｆ）
   の関係式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の消音装置。
4. 前記音の周波数ｆは、複数の羽を有し、前記ダクト内に空気の流れを形成するファンの羽の風きり音に基づき、該ファンの１秒あたりの回転数をＮ、前記各羽の数をＺ、Ｊを自然数とすると、
   ｆ＝Ｎ×Ｚ×Ｊ
   であることを特徴とする請求項１ないし３のうちの何れか１項に記載の消音装置。
5. 前記第１の穴及び第２の穴に、空気中の揮発性有機化合物を吸着するフィルターを設けたことを特徴とする請求項２ないし４のうちの何れか１項に記載の消音装置。
6. 装置内の空気を外部に排出するファンと、該ファンにより排出される空気が流れる消音装置とを備えた画像形成装置において、該消音装置が請求項１ないし５のうちの何れか１項に記載の消音装置であることを特徴とする画像形成装置。

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