JP4823288B2

JP4823288B2 - 電子機器の消音装置

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Publication number: JP4823288B2
Application number: JP2008253674A
Authority: JP
Inventors: 洋祐田部; 眞徳渡部; 暁後藤; 裕椿繁; 正彦臼井; 昭男出居
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: US20110155504A1; JP2010087174A; US20100078258A1; US8485310B2

Description

本発明は、電子機器の消音装置に係り、空冷により発熱体の冷却をおこなう電子機器に取り付けて、簡易な構造により、送風による騒音を消音するのに用いて好適な電子機器の消音装置に関する。

近年、ブレードサーバと呼ばれる電子機器の形態が急速に普及しつつある。これは、ブレードと呼ばれる着脱可能なサーバを筐体内に複数搭載するもので、筐体内のサーバの実装密度を飛躍的に向上させることができる。実装密度の向上に伴い、サーバ中の発熱部(ＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等)を冷却するための送風機の数やその回転数が増加し、結果として電子機器の騒音も上昇している。

一方で、サーバの実装密度の向上により筐体の小型化が可能となったため、事務室に設置される頻度が高くなり、低騒音化の要望が強くなっている。こうした低騒音化の要望に応えるためには、送風機近傍や筐体等に、グラスウールやウレタン等の吸音材を用いた消音装置を設置することが多い。これにより、吸音材の吸音特性に応じた周波数帯域で消音効果が得られる。

ここで、図１６を用いて従来技術に係る電子機器の消音装置について説明する。
図１６は、従来技術に係る電子機器の消音装置の断面図である。

例えば、特許文献１には、このような構造を有する従来技術に係る電子機器の消音化構造が開示されている。

ブレードサーバ等の電子機器は、筐体１３、送風機１５、ＣＰＵ等の発熱部を有する複数のサーバ１６等からなり、冷却風は吸気口１４から流入し、排気口２０から流出する。また、送風機１５の騒音を低減化することを目的として、送風機の近傍、あるいは吸気口や排気口の近傍に、複数の吸音材１８、１９、２１、２２を用いて消音構造１７を形成している。

特開平５−２２６８６４号公報

ここでは、図１６と、さらに、図１７および図１８を用いて従来技術に係る電子機器の消音装置の問題点について説明する。
図１７は、送風による騒音の周波数と騒音レベルの関係を示すグラフである。
図１８は、一般的な吸音材の周波数と吸音率の関係を示すグラフである。

図１６に示された従来技術に係る電子機器の消音装置では、複数の吸音材１８、１９、２１、２２により消音構造１７を形成し、送風機１５から生じる騒音を低減している。送風機の騒音は、図１７に示すように、比較的低い特定の周波数に強いピークを持つことが多い。しかしながら、図１８に示すように、グラスウールやウレタン等の一般的な吸音材は高域ほど吸音特性が高いため、図１６に示された送風機１５の騒音を十分に低減するには、吸音材１８、１９、２１、２２の厚みや面積等を大きくする必要がある。そのため、消音構造１７の全体のサイズが大きくなってしまうという問題があった。また、消音構造の大型化によって流体抵抗が増加し、冷却風の通過が阻害されるという問題があった。また、サーバ１６の着脱が可能なブレードサーバ等の電子機器においては、サーバの搭載数を変えると、機器の発熱量が変化する。そのため、送風機１５の回転数等の仕様を変える必要があり、結果として騒音の周波数特性が変化する。このような場合、電子機器が設置される場所における騒音の許容値に基づいて、消音構造１７を再度構成する必要があるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、空冷による発熱体を冷却する電子機器の消音装置において、小型で簡易な構造でありながら、送風に対する消音効果の大きな電子機器の消音装置を提供することにある。

本発明の電子機器の消音装置は、送風機によって冷却風を流して発熱体を冷却するブレードサーバ等の電子機器に、送風機の騒音のピーク周波数を消音できるように、複数の共鳴型消音器を有する消音装置を、電子機器の筐体の内部あるいは外部に装着したものである。

すなわち、冷却風を流すための一つまたは複数の流路が設けられたその流路に消音器の構造を形成するものであって、冷却風を流すための流路を形成する流路形成部材と、この部材に固定した吸音材とを備え、吸音材の内部に共鳴型消音器の空洞部と、流路形成部材の一部に開口部とを設け、流路の壁面に共鳴型消音器を構成するようにしたものである。

また、本発明の電子機器の消音装置は、電子機器の仕様の変更や稼動状態の変化によって、送風機の騒音の周波数特性が変化する場合においても騒音を消音できるように、ターゲット周波数を自由に変えられる複数の共鳴型消音器を有する消音装置を、電子機器の筐体の内部あるいは外部に装着したものである。

すなわち、冷却風を流すための一つまたは複数の流路が設けられたその流路に消音器の構造を形成するものであって、冷却風を流すための流路を形成する流路形成部材と、この部材に固定した吸音材とを備え、吸音材の内部に共鳴型消音器の空洞部と、流路形成部材の一部に開口部とを設け、流路の壁面に共鳴型消音器を構成するるようにしたものであって、スライド機構により共鳴型消音器の開口部の面積を調節するスライド部材を設けるようにしたものである。

さらに、本発明の電子機器の別の消音装置は、送風機によって冷却風を流して発熱体を冷却するブレードサーバ等の電子機器に、送風機の騒音のピーク周波数を消音できるように、電子機器の筐体の内部あるいは外部の冷却風の流路の壁面に、膨張型消音器を構成したものである。

本発明によれば、空冷による発熱体を冷却する電子機器の消音装置において、小型で簡易な構造でありながら、送風に対する消音効果の大きな電子機器の消音装置を提供することができる。

以下、本発明に係る各実施形態を、図１ないし図２０を用いて説明する。

〔実施形態１〕
以下、本発明に係る第一の実施形態を、図１ないし図３、図１９および図２０を用いて説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る電子機器の消音装置の斜視図である。
図２は、本発明の第一の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。
図３は、本発明の第一の実施形態に係る電子機器の消音装置を、電子機器に取り付けたときの断面図である。
図１９は、共鳴型消音器における周波数と効果の関係を示すグラフである。
図２０は、一般的なヘルムホルツ型共鳴器の構造を模式的に示す図である。

本実施形態の消音装置は、ブレードサーバ等の電子機器の吸気側または排気側のドア部分における消音のための機構として用いることができるものである。本実施形態の消音装置は、図１に示されるように、本実施形態の冷却風の流路２を正面からみた場合に、騒音源が見えないように流路に傾斜を持たせた構造を有する。また、図２は、図１のＡ−Ａで切断した断面を示す図である。

本実施形態の消音装置は、冷却風の流路２を形成する流路形成部材１と、この部材に固定した吸音材５とで構成されている。ここで、吸音材５の内部には共鳴器型消音器の空洞部４が設けられており、また、流路形成部材１に穿たれた複数の穴３によって、面積６の共鳴型消音器の開口部が形成されている。空洞部４の少なくとも一個所以上の断面積を、開口部と空洞部４の接する面の断面積よりも大きくしている。

ここで、本実施形態の消音装置は、流路形成部材１の穿たれた穴３と、空洞部４により、いわゆるヘルムホルツ型共鳴器（Hermholtz resontor）を構成している。

ヘルムホルツ型共鳴器は、図２０に示されるような構造であり、ネック部分と空洞部分が連結している壷上の容器である。このような容器に共振周波数に相当する音波が入射すると、共振（共鳴）が生じてネック部分の空気は激しく振動する。そのときに、ネックから音が再放射されるが、管壁で粘性抵抗が働き、入射した音波のエネルギーの一部は熱に変換されて吸音効果が生じる。共振周波数ｆは、以下の（式１）で表される。

ただし、ｃは、音速であり、δは、ネック長に対する補正（管端補正）であり、直径ｄの断面の場合には、δ＝０．８ｄとなる。

本実施形態の消音装置は、図１８に示すような、吸音材による広帯域における消音効果と、図１９に示すような、共鳴型消音器による特定のターゲット周波数f_tにおける消音効果とを併せて得られる。ここで、ターゲット周波数f_tを決定する寸法は、空洞部４の体積および開口部の面積６である。したがって、対象となる騒音のピーク周波数と共鳴型消音器のターゲット周波数f_tとを一致させるように空洞部４の体積および開口部の面積６を設計することで、対象となる騒音のピーク周波数において消音効果を最大にする共鳴型消音器を構成することができる。これにより、吸音材の厚みや面積等を大きくすることなく消音効果を上げられ、消音構造を小型にすることができる。

また、本実施形態の消音装置は、冷却風の流路を形成する部材の一部に共鳴型消音器をもたせることにより、通風性能と消音性能とを併せて得られる。これにより、冷却風の通過を阻害することなく、消音性能を上げることができる。

なお、本実施形態の消音装置は、図に示されるように、冷却風の流路２は二つ存在するが、この数は一つまたは複数でもよい。また、共鳴型消音器の開口部を形成する穴３は円形を示しているが、この形状は長方形やその他の形状でもよく、穴の数は一つまたは複数でもよい。また、共鳴型消音器の空洞部４を有する吸音材５の材料は、共鳴型消音器の空洞部を構成可能な材料ならば任意で良い。また、冷却風の流路２の形状は直線的であるが、この形状は、流路２を正面からみた場合に騒音源が見えない形状ならば任意でよい。

図３に示されているのは、図２に示した消音装置を、ブレードサーバ等の電子機器の筐体１３に設置したものである。本実施形態の電子機器は、送風機１５、ＣＰＵ等の発熱部を有する複数のサーバ１６等からなり、冷却風は吸気口１４から流入し、冷却風の流路２から流出する。ここで、冷却風の排気側に設置された本発明の消音装置は、吸音材５による広帯域の消音効果に加えて、共鳴型消音器による送風機１５の騒音ピーク周波数における消音効果を併せ持つ。そのため、図１６に示された複数の吸音材１８、１９、２１、２２のみによる従来技術に係る消音装置に比べて、消音効果が高い。これにより、消音構造を小型化することができる。

なお、本実施形態の図３に示した構造では、冷却流体の排気側に図２に示した消音装置を設置したが、吸気側に消音構造を設置してもよい。

〔実施形態２〕
以下、本発明に係る第二の実施形態を、図４ないし図６を用いて説明する。
図４は、本発明の第二の実施形態に係る電子機器の消音装置の斜視図である。
図５は、本発明の第二の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。
図６は、本発明の第二の実施形態に係る電子機器の消音装置を、電子機器に取り付けたときの断面図である。

ここで、図５は、図４のＢ−Ｂで切断した断面を示す図である。

本実施形態の消音装置は、構成基本部材は第一の実施形態と同じである。しかしながら、本実施形態では、スライド機構８により共鳴型消音器の開口部の面積６を調節できるスライド部材７を設けた点が異なっている。共鳴型消音器のターゲット周波数を決定する寸法は、空洞部４の体積および開口部の面積６である。したがって、対象となる騒音のピーク周波数が変化する場合においても、開口部の面積６を変えて共鳴型消音器のターゲット周波数を変化させることより、消音効果を最大にする共鳴型消音器を構成することができる。

また、スライド部材７の寸法１０は、流路形成部材１の寸法９に比べて小さくすることで、スライド機構８によるスライド部材７の可動範囲は、流路形成部材１の寸法９に納まる。これにより、消音構造の全体の大きさを変えることなく、共鳴型消音器のターゲット周波数を変化させることができる。

本発明の消音装置は、電子機器の仕様の変更や稼動状態の変化等によって、送風機の騒音の周波数特性が変化する場合においても、送風機の騒音のピーク周波数に合わせて共鳴型消音器のターゲット周波数を変化させることで、消音効果を最大にすることができる。これにより、仕様や稼動状態の異なる電子機器に対して、消音構造を再度構成することなく、同一の消音構造を適用することができる。

なお、本実施形態の消音装置では、騒音のピーク周波数の検出ならびに共鳴型消音器の開口部面積の設定については、手動、自動いずれをも含めうる。例えば、冷却風の流路２の中にマイクロフォンを設置して、電子機器の稼動状態における騒音のピーク周波数を把握する。そして、自動化したスライド機構８により開口部の面積８を自動設定することにより、騒音のピーク周波数の変化に合わせて共鳴型消音器のターゲット周波数を自動的に変化させる消音構造を構成することができる。

図６に示されているのは、図５に示した消音装置を、ブレードサーバ等の電子機器の筐体１３に設置したものである。送風機１５、ＣＰＵ等の発熱部を有する複数のサーバ１６等からなり、冷却風は吸気口１４から流入し、冷却風の流路２から流出することは、第一の実施形態と同様である。

サーバの着脱が可能なブレードサーバ等の電子機器において、仕様の変更や稼動状態の変化によって、送風機の騒音の周波数特性が変化する場合がある。このような場合に、本実施形態では、スライド機構８により、共鳴型消音器のターゲット周波数を、消音構造の全体の大きさを変えることなく自由に変化させることができる。すなわち、本実施形態では、サーバ１６の搭載数の変更や機器の稼動状態の変化等によって送風機の騒音の周波数特性が変化する場合においても、スライド機構８によって面積６を変えて共鳴型消音器のターゲット周波数を送風機１５の騒音のピーク周波数に合わせることにより、最適な消音構造を構成することができる。これにより、送風機１５やサーバ１６の搭載数の変更等による仕様の変更や、稼動状態の変化に対して、消音構造を再度構成することなく、同一の消音構造を適用することができる。

〔実施形態３〕
以下、本発明に係る第三の実施形態を、図７および図８を用いて説明する。
図７は、本発明の第三の実施形態に係る電子機器の消音装置の斜視図である。
図８は、本発明の第三の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。

ここで、図８は、図５に示した消音装置のＣ−Ｃ断面図である。

本実施形態も、構成基本部材は、第二の実施形態のように、スライド機構８により共鳴型消音器の開口部の面積６を調節できるスライド部材７を設けたことは同様である。しかしながら、スライド部材７が複数分割されており、それぞれが独立にスライドできる点と、共鳴型消音器の開口部の構成方法とが異なっている。吸音材５の内部には共鳴型消音器の空洞部４が複数設けられている。また、スライド部材に穿たれた複数の穴１１と、流路形成部材１に穿たれた複数の穴３とで、面積６の共鳴型消音器の開口部が形成されている。開口部の面積６は、スライド機構８によって自由に調節ができるため、消音構造中の各共鳴型消音器のターゲット周波数を独立に設定することができる。
これにより、対象となる騒音に複数のピーク周波数が存在し、それらが変化する場合においても、各共鳴型消音器のターゲット周波数をそれらのピーク周波数に合わせることで、複数のピーク周波数において消音効果を最大にする共鳴型消音器を構成することができる。

〔実施形態４〕
以下、本発明に係る第四の実施形態を、図９を用いて説明する。
図９は、本発明の第四の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。

本実施形態も、構成基本部材は、第一の実施形態と同じである。しかしながら、共鳴型消音器の空洞部４と開口部との構成手法が異なっている。本実施形態における共鳴型消音器の空洞部４と開口部とは、流路形成部材１の曲げによって構成されている。共鳴型消音器は、壁面を剛な部材により構成した場合、図１９に示されたターゲット周波数f_tのバンド幅f_wが狭くなり、消音効果f_hが高くなる。通常、流路形成部材１は吸音材５に比べて剛な部材によって構成されているため、本実施形態では、図２に示された第一の実施形態の消音装置に比べて、ターゲット周波数をより強く消音する共鳴型消音器を構成することができる。これにより、対象となる騒音に非常に強いピーク周波数がある場合においても、有効な消音構造を構成することができる。

〔実施形態５〕
以下、本発明に係る第五の実施形態を、図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の第五の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。

本実施形態は、第四の実施形態と同様に、共鳴型消音器の空洞部４と開口部とは、流路形成部材１の曲げによって構成されていることは同様である。しかしながら、スライド機構８により共鳴型消音器の開口部の面積６を調節できるスライド部材７を設けたことが異なる。

これにより、対象となる騒音に非常に強いピーク周波数があり、これが機器の稼動状態の変化等で変動する場合においても、開口部の面積８を変えて共鳴型消音器のターゲット周波数を変化させることで、最適な共鳴型消音器を構成することができる。

また、図１０の断面図に示されるように、開口部の上部、下部のいずれの方向にもスライド部材を取り付けてもよい。

〔実施形態６〕
以下、本発明に係る第六の実施形態を、図１１および図１２を用いて説明する。
図１１は、本発明の第六の実施形態に係る電子機器の消音装置の正面図である。
図１２は、本発明の第六の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。

ここで、図１２は、図１１の消音装置のＤ−Ｄ断面図である。

本実施形態の基本的な構成は、第五の実施形態と同様である。しかしながら、スライド部材７に吸音材１２を固定したことが異なる。本実施形態では、スライド部材７に吸音材１２を固定することで、吸音材１２を接着していない場合に比べて、より消音効果を高めることができる。

〔実施形態７〕
以下、本発明に係る第七の実施形態を、図１３を用いて説明する。
図１３は、本発明の第七の実施形態に係る電子機器の断面図である。

これは、ブレードサーバ等の電子機器の筐体の内部に共鳴型消音器を設けたものである。本実施形態の電子機器は、送風機１５、ＣＰＵ等の発熱部を有する複数のサーバ１６等からなり、これらを消音構造の内部に設置している。また、冷却風は吸気口１４から流入し、流路２から流出する。このように、本実施形態では、通風性能と消音性能とを併せ持つ消音構造を形成することができる。

また、図１３に示した電子機器の冷却風の吸気側や排気側に、これまでに説明してきた実施形態の消音装置のいずれかを追加することにより、さらに、消音効果の電子機器の筐体を構成することができる。

〔実施形態８〕
以下、本発明に係る第八の実施形態を、図１４を用いて説明する。
図１４は、本発明の第八の実施形態に係る電子機器の断面図である。

本実施形態の消音装置は、第一の実施形態と同様、冷却風の流路２を形成する流路形成部材１と、この部材に固定した吸音材５とで構成されていることは、同様であり、電子機器に取り付けて使用することも同様である。しかしながら、開口部と空洞部４の構成が異なっている。本実施形態の消音装置では、開口部の面積６がすぼまらずに、空洞部４まで続いている。したがって、空洞部４により流路を流れる冷却風の流れが広がるようになる。これにより、流路形成部材１と吸音材５とで、いわゆる、膨張型消音器を構成している。

膨張型消音器は、ダクト系の断面積を急変させることによって音響インピーダンスの不連続部を作り、その部分で生じる反射によって伝播音を減衰させるリアクティブ消音器である。膨張型消音器の減音効果により、比較的広い周波数範囲をカバーすることができる。

〔実施形態９〕
以下、本発明に係る第九の実施形態を、図１５を用いて説明する。
図１５は、本発明の第九の実施形態に係る電子機器の断面図である。

本実施形態も、第八の実施形態と同様、消音装置に膨張型消音器を構成することは、同様であるが、膨張型消音器と空洞部４と開口部との構成手法が異なっている。本実施形態における共鳴型消音器の空洞部４と開口部とは、流路形成部材１の曲げによって構成されている。

本発明の第一の実施形態に係る電子機器の消音装置の斜視図である。本発明の第一の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。本発明の第一の実施形態に係る電子機器の消音装置を、電子機器に取り付けたときの断面図である。本発明の第二の実施形態に係る電子機器の消音装置の斜視図である。本発明の第二の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。本発明の第二の実施形態に係る電子機器の消音装置を、電子機器に取り付けたときの断面図である。本発明の第三の実施形態に係る電子機器の消音装置の斜視図である。本発明の第三の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。本発明の第四の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。本発明の第五の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。本発明の第六の実施形態に係る電子機器の消音装置の正面図である。本発明の第六の実施形態に係る電子機器の消音装置の断面図である。本発明の第七の実施形態に係る電子機器の断面図である。本発明の第八の実施形態に係る電子機器の断面図である。本発明の第九の実施形態に係る電子機器の断面図である。従来技術に係る電子機器の消音装置の断面図である。送風による騒音の周波数と騒音レベルの関係を示すグラフである。一般的な吸音材の周波数と吸音率の関係を示すグラフである。共鳴型消音器における周波数と効果の関係を示すグラフである。一般的なヘルムホルツ型共鳴器の構造を模式的に示す図である。

符号の説明

１…流路形成部材
２…流路
３…穴
４…空洞部
５…吸音材
６…開口部の面積
７…スライド部材
８…スライド機構
９…流路形成部材の寸法
１０…スライド部材の寸法
１１…開口部を形成する穴
１２…吸音材
１３…筐体
１４…通風口
１５…送風機
１６…サーバ
１７…従来の消音構造
１８、１９、２１、２２…吸音材
２０…通風口。

Claims

送風機によって冷却風を流して発熱体の冷却をする電子機器に取り付ける消音装置おいて、
前記冷却風を流すための流路を形成する流路形成部材を備え、
前記流路形成部材の一部に開口部と、
前記開口部につながる空洞部を設け、
前記開口部の入り口に、スライド機構によりスライドさせるスライド部材を設け、前記開口部の面積を調節するようにし、
前記流路形成部材と前記スライド部材とに吸音材を取り付け、
前記空洞部の少なくとも一個所以上の断面積を、前記開口部と前記空洞部の接する面の断面積よりも大きくして、前記開口部と前記空洞部により前記流路の壁面に共鳴型消音器を構成したことを特徴とする電子機器の消音装置。