JP4606465B2 - 消音器及びこれを有する電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、騒音源からの騒音を低減する消音器及びこれを有する電子機器に関する。本発明は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの電子機器においてＣＰＵを冷却するための冷却ファンの騒音を低減する消音器に好適である。

技術背景

近年の電子機器の普及に伴い、高性能で環境性に優れた小型のＰＣが益々要求されている。高性能な動作を実現するためにプリント基板に搭載されるＣＰＵなどの発熱性回路素子（以下、単に「発熱素子」という。）の数は増加すると共に各発熱素子からの発熱量は増加する傾向にある。かかる発熱は当該発熱素子及び周囲の回路素子を動作不良にするなど損傷を与えるおそれがあるために、冷却ファンによって冷却する冷却システムが従来から提案されている。なお、本明細書では「冷却」は放熱を包含する概念である。

しかし、このような冷却ファンは騒音源となり環境性を悪化させる。このため、騒音を低減する消音器を備えたＰＣも提案されている。例えば、冷却ファンをダクトに収納し、ダクト下流の発熱素子に送風してこれを冷却する冷却システムにおいて、ダクト内に消音器を設けるなどである（例えば、特許文献１を参照のこと）。ここで、ダクトは、騒音源（即ち、冷却ファン）を囲う空間を規定する筐体であり、消音器はその空間又はその空間の出口の騒音を低減する機能を有する。

図１０に代表的な消音理論を説明するための消音器の概略斜視図を示す。また、図１１に消音器の消音量の周波数特性を示す（非特許文献１の図１を参照のこと）。

その他の従来技術としては、例えば、特許文献２がある。
国際公開第ＷＯ０４／０６１８１７号パンフレット 特開２００１−２２２０６５号公報 中野 有朋著、「超低音（聞えない音）―基礎・測定・評価・低減対策」、技術書院、１９９４年６月２０日出版、９８頁

非特許文献１によれば、消音対象の周波数ｆ_０は理論的に以下の式で与えられる。

ここで、Ｓ_１は管の断面積（ｍ^２）、Ｖは空洞の容積（ｍ^３）、ｃ_０は導電率（ｍ）、Ｓ_０は孔面積（ｍ^２）、ｃ_０＝Ｓ_０／ｌ_ｅ、ｌ_ｅは管端補正長さ（ｍ）、ｎは孔数、ｄは孔の直径（ｍ）、ｃ_０＝ｎＳ_０／（ｔ＋０．８√Ｓ_０）、ｔが十分薄い場合はｃ_０≒ｄである。

また、消音量（透過損失）の理論式は以下で与えられる。

数式１及び２から消音器の空気層の容積Ｖが大きいほど低周波音を消音することができると共に消音量が大きくなる。冷却ファンの騒音は低周波音（約５００Ｈｚ乃至約１０００Ｈｚ）であるために効果的な消音のためにはダクトに収納する消音器の容積を大きくする必要がある。しかし、消音器の容積を大きくするとダクトも大きくなり、結局、ＰＣの筐体の大型化をもたらし、小型化の要請に反する。

そこで、本発明は、低騒音で小型の電子機器を実現する消音器及びそれを有する電子機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての消音器は、騒音源と、当該騒音源を第１の内部空間に収納する第１の筐体の前記騒音源からの騒音を低減する消音器であって、前記騒音源を第２の内部空間に収納し、前記第１の筐体の前記第１の内部空間に設けられた第２の筐体と、前記第２の筐体に設けられ、当該第１の内部空間と前記第２の内部空間とを接続する接続部とを有することを特徴とする。かかる消音器によれば、接続部を複数の孔として構成すれば、第２の筐体（例えば、ダクト）と第１の筐体（例えば、ＰＣの筐体）との間の空間を消音器の空気層（空洞）として使用することができ、共鳴により騒音を低減することができる。かかる消音器は、第１の筐体に本来備わっている空間を有効利用し、追加の空間を必要とせず、接続部の構成も簡単である。従来のように空気層を第２の筐体内に設けると第２の筐体が大型になり、ひいては第１の筐体が大型化になるため好ましくない。また、空気層を第２の筐体の大きさを維持するように小さな領域とすると、消音対象となる周波数が所望の周波数（例えば、約５００Ｈｚ乃至約１０００Ｈｚ）よりも高くなって（例えば、２ｋＨｚ）十分な消音効果が得られないかったり、消音量自体が減少して消音効率が低下したりする。本発明の消音器はこのような問題を簡単な構成で解決している。代替的に、接続部を第２の筐体に設けられた切抜部として構成すれば、騒音を第２の筐体と第１の筐体との間の空間で反射させて打ち消したり減衰させたりすることができる。

消音器は、前記第１の筐体の前記第１の内部空間において前記第２の筐体の外側に設けられた反射部を更に有してもよい。これにより、第１の筐体が吸気口などの開口を有する場合に、そこから騒音が漏れることを防止することができる。このような反射部の一例は、第２の筐体の周囲に設けられた仕切りである。あるいは、前記第１の筐体は前記第１の内部空間と外気との接続部としての開口を有してもよい。また、前記開口は、前記第１の筐体の前記第１の内部空間において前記第２の筐体の外側に設けられた反射部により覆われていてもよい。更に、前記反射部は、前記第１の内部空間に配置され、前記第２の筐体に取り付けられ、前記接続部を覆う袋であってもよい。前記反射部は金属でコートすれば、反射部の外側に漏れる騒音を低減することができる。また、反射部は、空気層の容積を調整する場合にも有効である。

また、消音器は、前記接続部を覆い、前記騒音を透過する遮蔽部を更に有してもよい。このような遮蔽部は空気、特に、風を通しにくい。これにより、接続部が複数の孔として構成された場合に、接続部を介して第２の筐体から第１の内部空間に空気が移動する際の騒音を防止することができる。また、接続部が切抜部として構成された場合に第２の内部空間内の空気の流れを確保することができる。

本発明の別の側面としての電子機器は、騒音源を第１の内部空間に収納する第１の筐体と、前記騒音源からの騒音を低減する上述の消音器とを有することを特徴とする。前記電子機器はＣＰＵなどの発熱性回路素子を更に有し、前記騒音源は前記発熱性回路素子を冷却するための冷却ファンであってもよい。かかる電子機器は高性能なＣＰＵを使用した場合にそのＣＰＵを放熱する冷却ファンの騒音を電子機器の大型化をもたらさずに低減することができる。また、本発明の別の側面としての１乃至複数のユニットを搭載する電子機器は、前記ユニットを収納する第一の筐体と、前記第一の筐体内に収納され、その内部に騒音源が収納される第二の筐体とを有し、消音器の空洞部を前記第一の筐体と前記第二の筐体との間の空間により構成したことを特徴とする。

本発明の他の目的と更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施例において明らかになるであろう。

本発明の一実施例としてのデスクトップＰＣ（電子機器）の概略部分斜視図である。 図１に示すデスクトップＰＣのブロック図である。 消音用の複数の孔を二面に有する図１及び図２に示すデスクトップＰＣのダクトの概略斜視図である。 図１に示すダクトの周囲に配置された第１の実施例の反射部（仕切り）を概略斜視図である。 第２の実施例の反射部（反射板）を有する図２に示すデスクトップＰＣのブロック図である。 第３の実施例の反射部（袋）を取り付けた図１に示すダクトの概略斜視図である。 遮蔽部（シート）を図２に示す消音用の複数の孔に貼り付けたダクトの概略断面図である。 遮蔽部（シート）を切抜部に貼り付けたダクトの概略斜視図である。 図２及び図７に示すダクトを有するデスクトップＰＣの消音効果を示すグラフである。 消音理論を説明するための概略斜視図である。 消音器の消音量の周波数特性例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としてのデスクトップＰＣ（電子機器）１００について説明する。ここで、図１は、デスクトップＰＣ１００の概略部分斜視図であり、図２は、デスクトップＰＣ１００のブロック図である。図１及び図２に示すように、デスクトップＰＣ１００は、筐体１１０に、電源ユニット１２０と、各種ドライブ１２２と、ＦＤＤ１２４と、ＣＰＵ１２６と、ヒートシンク１２８と、冷却ファン１３０と、ダクト１４０をその内部空間Ｓ_１に収納している。

筐体１１０は略直方体形状を有し、図２にハッチングで示すように、部材の配置されていない空間Ｓ_２を有している。本実施例では、後述するように、この空間Ｓ_２を消音器の空気層（空洞）として使用する。筐体１１０は、外気を内部空間Ｓ_１に取り込むための吸気口１１２及び１１４を有する。吸気口１１２は筐体１１０の背面に設けられ、吸気口１１４は筐体１１０の底面に設けられる。

電源ユニット１２０は、図示しない外部電源から電力を供給され、各部に電力を供給する。電源ユニット１２０内には冷却用のファンが設けられており、かかるファンは騒音源である。各種ドライブ１２２は、ＨＤＤ、ＣＤ-ＲＯＭドライブ、光磁気ディスクドライブ、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤ−ＲＡＭドライブ、ＤＶＤ−ＲＷドライブなど各種のドライブを含む。各種ドライブにはディスク駆動用のモータが設けられており、かかるモータは騒音源である。ＦＤＤ１２４は、周知のフロピーディスク用のドライブである。ＦＤＤ１２４にもディスク駆動用のモータが設けられており、かかるモータは騒音源である。

ＣＰＵ１２６は各部を制御する発熱素子であるが、筐体１１０内の発熱素子はＣＰＵ１２６に限定されず、チップセットなども含む。

ヒートシンク１２８と冷却ファン１３０は、いわゆるファン付きヒートシンクとして機能する。ヒートシンク１２８は典型的に多数の高伝熱性材料からなる冷却フィンを有し、自然空冷によって発熱素子を冷却する。しかし、近年の発熱素子の発熱量は自然空冷では対応できなくなる傾向にあるため、ヒートシンク１２８の冷却効果を高めるために冷却ファン１３０を更に有するファン付ヒートシンクが提案されている。ファン付ヒートシンクは冷却ファン１３０が発生する空気流によってヒートシンク１１２を強制的に冷却する。冷却ファン１３０は、吸気と排気の方向が一直線のものや吸気と排気が直交するものがあるが、本発明は両方に適用することができる。また、冷却ファン１３０は図示しない基板に対して平行に配置される種類と垂直に配置される種類があるが、本発明は両方に適用することができる。冷却ファン１３０はデスクトップＰＣ１００において騒音源である。本実施例では、冷却ファン１３０は図１に示す点線の矢印で示す方向に空気を吸気し、ヒートシンク１２８の方向に排気する。

ダクト１４０は冷却用の風の通り道であり、外気を冷却ファン１３０に供給する。ダクト１４０を配置することによってＣＰＵ１２６の周囲の電子回路の熱を含んだ暖かい空気ではなく、外気の冷たい空気を冷却ファン１３０からヒートシンク１２８に供給することができる。また、本実施例のダクト１４０は消音器の一部を構成する。ダクト１４０は内部空間Ｓ_３を規定する直方体形状を有し、冷却ファン１３０を内部空間Ｓ_３に収納する。ダクト１４０は、例えば、樹脂成形や板金を折り曲げ加工することによって構成される。ダクト１４０の直方体は冷却ファン１３０の直下（ヒートシンク１２８側）は開口している。ダクト１４０は、吸気口１４１と複数の孔１４３とを有する。

吸気口１４１は、ダクト１４０の背面に形成され、筐体１１０の吸気口１１２に連通する。吸気口１４１は、吸気口１１２を介して、外気を冷却ファン１３０に供給し、冷却用の風の供給口として機能する。

複数の孔１４３は、ダクト１４０の底面に形成され、共鳴を利用した消音に使用される。複数の孔１４３が設けられる面はダクト１４０の吸気口１４１が形成される面を除くいずれの面であってもよいし、図３に示すように、ダクト１４０の複数の面に複数の孔１４３が形成されてもよい。ここで、図３は、複数の孔１４３が二面に形成されているダクト１４０の概略斜視図である。複数の孔１４３は、内部空間Ｓ_１（の空間Ｓ_２）と内部空間Ｓ_３とを接続する接続部として機能する。

従来は、ダクト内に更に別の筐体を設けていた。また、かかる筐体の上面に複数の孔を形成し、それ以外の面は密閉し、筐体の内部を空気層として使用していた。このため、大きな空気層の容積を確保しようとすればダクトの大型化、ひいては筐体１１０の大型化をもたらし、筐体１１０の小型化の要請に反する。一方、空気層の容積を小さくすれば数式１から周波数が大きくなり低周波音である冷却ファン１３０の騒音を消音できないと共に数式２から消音効率も低下する。

これに対して、本実施例では複数の孔１４３がダクト１４０に設けられて空間Ｓ_２に接続されているので、空間Ｓ_２を消音器の空気層（空洞）として使用し、共鳴により騒音を低減することができる。空間Ｓ_２は電子部品の存在しない、空間Ｓ_１に本来備わっている空間である。即ち、空間Ｓ_２は追加の空間ではないために筐体１１０の大型化をもたらさない。また、空間Ｓ_２は空間Ｓ_３などよりも広いため数式１から低周波音である冷却ファン１３０の騒音を効果的に消音できると共に数式２から消音効率も高い。

消音原理としては様々な式が従来から提案されており、それらは数式１及び２に限定されない（例えば、特許文献１を参照のこと）。数式１及び２では、孔１４３の間隔はパラメータ、孔１４３が形成される面の方位や数、ダクト１４０の板厚についても規定していない。しかし、本発明は、消音原理に関する別の理論式に基づいてこれらのパラメータを調整することを妨げるものではない。

消音器は、筐体１１０の内部空間Ｓ_１内においてダクト１４０外側に反射部を更に有してもよい。筐体１１０には吸気口１１４が設けられて音が漏れるので、反射部は冷却ファン１３０からの騒音が吸気口１１４から漏れないように吸気口１１４とダクト１４０との間に配置される。即ち、筐体１１０には吸気口や隙間などの開口があるために空気層の密閉が不完全となり消音周波数が理論と異なるという問題が発生するが、かかる反射部はかかる問題を解決することができる。また、内部空間Ｓ_２が目的とする周波数よりも広すぎる場合など空気層の容積を調整する場合にも反射部は有効である。

反射部の第１の実施例は図４に示す仕切り１５０である。ここで、図４は、仕切り１５０の概略斜視図である。仕切り１５０は、ダクト１４０の周囲に設けられるＬ字形状の部材である。仕切り１５０の材質は、ＰＥＴ、ポリエチレンなどの板状部材、フィルムなどにより形成される。仕切り１５０が、図２において、吸気口１１４とダクト１４０との間（例えば、中間）に配置されると、空気層として使用できる範囲はダクト１４０と仕切り１５０との間となる。このため、空気層の体積が減少するために消音効率が多少減少するが、吸気口１１４から漏れる騒音も減少する。

反射部の第２の実施例は図５に示す反射板１５０Ａである。ここで、図５は、反射板１５０Ａを有するデスクトップＰＣ１００の概略平面図である。反射板１５０Ａは、吸気口１１４以上の広さを持ち、吸気口１１４を塞がないで吸気は確保したまま冷却ファン１３０からの騒音が外部に漏れないように音を反射する。反射板１５０Ａの位置は、ダクト１４０と反射板１５０Ａとの間の空間Ｓ_２を殆ど減少しないので空気層の体積は維持される。このため、騒音低減効果は維持しつつ、吸気口１１４から漏れる騒音も減少する。本実施例では反射板１５０Ａを吸気口１１４に設けているが、筐体１１０が有する全ての開口部（吸気口、排気口）に設けてもよい。

反射部の第３の実施例は図６に示す袋１５０Ｂである。ここで、図６は、袋１５０Ｂを取り付けたダクト１４０の概略斜視図である。袋１５０Ｂは、空気を遮断することができ、消音器の空気層に使用することができる。筐体１１０の内部空間Ｓ_１は追加ユニット（ＰＣＩカードやセカンドＨＤＤなど）により狭くなる場合があり、仕切り１５０を設けにくい場合がある。袋１５０Ｂは柔軟であり、設置を容易にしている。また、袋１５０Ｂ内は音の反射率を高めるために金属コートがなされている。金属コーティングは反射部１５０Ａ及び１５０Ｂに適用されてもよい。袋１５０Ｂの容積を一定以上に確保すれば、図２に示す空気層の容積をあまり減少しない。また、吸気口１１４から漏れる騒音も減少する。

消音器は、孔１４３を覆い、音は通すが空気、特に、風は通しにくい遮蔽部１６０を更に有してもよい。上述のように、ダクト１４０内は風の通り道であるが、風が孔１４３から漏れると風切り音などの騒音の原因となる。第１の実施例の遮蔽部１６０はかかる風の漏れを防止して騒音を低減すると共に、冷却ファン１３０からの騒音は図２に示す空気層（空間Ｓ_２）に導入されて低減されることを可能にしている。遮蔽部１６０は、例えば、不織布、フェルト、紙、布、スポンジ、ウレタン、吸音材、発泡材などから構成されるシートであり、ダクト１４０の内側において孔１４３の上にのみ貼り付けられてもよいしダクト１４０内全面に貼り付けられてもよい。図７に、かかる遮蔽部（シート）１６０を貼り付けたダクト１４０の概略断面図を示す。

第２の実施例の遮蔽部１６０Ａは、ダクト１４０の幾つかの部分を切り抜いてその切抜き部に貼り付けられる。ダクト１４０が上述のように樹脂などから構成されると音をあまり透過せず、代わりに吸引口１４２における騒音が大きくなる。そこで、ダクト１４０を樹脂などで構成して剛性を維持しつつ、部分的に切り抜いて音が内部空間Ｓ_２に漏れるようにしている。冷却ファン１３０からの音が内部空間Ｓ_２に漏れると幾つかの音の成分はそこで反射して打ち消し合ったり減衰させたりすることができるので消音効果を有する。図８は、かかる切抜部１４６と切抜部１４６に遮蔽部１６０を貼り付けたダクト１４０Ａの概略斜視図である。切抜部１４６は、内部空間Ｓ_１（の空間Ｓ_２）と内部空間Ｓ_３とを接続する接続部として機能するものの孔１４３と異なり数式１の孔としての機能はない。切抜部１４６が設けられる面、大きさ、形状は問わず、吸引口１４２における騒音を低減するためにはできるだけ切抜部１４６の領域を大きくする必要がある。遮蔽部１６０をダクト１４０Ａに貼り付けているために吸気口１４２を介して吸気した筐体１１０内の空気よりも冷たい外気の流れを確保することができる。

図９に、図２に示すダクト１４０に遮蔽部１６０として不織布を貼り付けた（図７参照）構造の消音効果を示す。ダクト１４０に孔１４３を設ける前（騒音対策前）の筐体１１０における騒音は５０．２ｄＢであったのに対してダクト１４０に孔１４３を設けた後（騒音対策後）の筐体１１０における騒音は４８．７ｄＢとなり、１．５ｄＢの騒音低減効果が認められた。

周波数成分としては、主に１／３オクターブバンド中心周波数で６３０Ｈｚ付近の騒音が消音器（不織布を使用）により低減された。使用した電子機器は富士通製の省スペースＰＣである。測定位置は、ＪＩＳ Ｘ ７７７９：２００１規定のオペレータ位置である。作動状態は、冷却ファン１３０が１００％ＤＵＴＹ、電源ファン６Ｖ、ＨＤＤが待機（スピンドル回転時）である。

以上、本発明の好ましい実施態様を説明してきたが、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではなく、様々な変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態はデスクトップＰＣについて説明したが、本発明の電子機器はサーバーやノート型ＰＣなどを広く含む。また、本実施例の消音器はＣＰＵ１２６用の冷却ファン１３０からの騒音を消音しているが、電源ユニット１２０やドライブ１２２及び１２４のモータを更に消音してもよい。更に、消音器自体は冷蔵庫、バイク、飛行機、換気扇など広く適用が可能である。

産業上の利用の可能性

本発明によれば、低騒音で小型な電子機器を実現する消音器及びそれを有する電子機器を提供することができる。

Claims (8)

1. 一以上のユニットと騒音源を第１の内部空間に収納する第１の筐体と、前記騒音源からの騒音を空洞により低減する消音器と、を有する電子機器であって、
   前記消音器は、
   前記騒音源を第２の内部空間に収納し、前記第１の筐体の前記第１の内部空間に設けられた第２の筐体と、
   前記第２の筐体に設けられ、前記第１の内部空間と前記第２の内部空間とを接続する接続部と、を有し、
   前記空洞は、前記第１の内部空間の内部であって前記第２の内部空間の外部である空間であり、前記第２の内部空間よりも大きいことを特徴とする電子機器。
2. 前記第１の筐体の前記第１の内部空間において前記第２の筐体の外側に設けられた反射部を更に有することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記第１の筐体は前記第１の内部空間と外気との接続部としての開口を有することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
4. 前記開口は、前記第１の筐体の前記第１の内部空間において前記第２の筐体の外側に設けられた反射部により覆われていることを特徴とする請求項３記載の電子機器。
5. 前記反射部は、前記第２の筐体に取り付けられ、前記接続部を覆う袋であることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
6. 前記反射部は金属でコートされていることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
7. 前記第２の筺体の前記接続部を覆い、前記騒音を透過する遮蔽部を更に有することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
8. 前記電子機器は発熱性回路素子を更に有し、
   前記騒音源は前記発熱性回路素子を冷却するための冷却ファンであることを特徴とする請求項１記載の電子機器。