JP5906573B2

JP5906573B2 - ダクト

Info

Publication number: JP5906573B2
Application number: JP2011069789A
Authority: JP
Inventors: 慶詞大野
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: JP2012201072A

Description

本発明は、プロジェクタ等の冷却ファンと併用する排気ダクトとして用いられる熱可塑性樹脂製のダクトに関し、特に、ブロー成形により樹脂を発泡させ所望の形状を得たダクトに関する。

現在、光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調させて画像光を形成し、該画像光を拡大投射するプロジェクタが利用されている。このようなプロジェクタは、投影の際、光源装置等が発熱することになる。このため、筐体外部から取り入れた空気を利用し、光源装置等を冷却し、ファンを用いて排気ダクトを介して光源装置等の熱を奪い、高温となった空気をプロジェクタ外部へ放出する手法が採用されている。

しかし、上記の冷却ファンを使用する排気系では、ファンモータの発する音もプロジェクタの外部へ放出される。プロジェクタは、暗騒音の小さい場所で使用される機会が多いため、ファンの音は利用者の集中を妨げたり不快感を招いたりする要因となり得る。

なお、これまで排気ダクト出口から放出される騒音を低減するため、例えば、特許文献１ではダクト内部に吸音材を配する手法を提案しており、また、特許文献２ではレーザを用いダクト壁に細孔を設ける手法を提案している。

一方、光源装置等の冷却後に排気される空気は高温となっており、排気ダクトや筐体が熱を帯びる問題も生じている。

特開平１１−１１７７６１号公報特開２００９−２８１１６６号公報

しかし、特許文献１では吸音材を接着させてダクトを作成しており、特許文献２ではレーザによる開孔を成形後に行っているため、いずれの手法においても工程数が増加し、多種の材料を用意する必要があると共に、形状の規制が大きい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、工数を増やすことなく、所望の形状が得られると共に、ファンの作動音を低減させ、ダクトの過剰加熱を抑制することが可能なダクトを提供する。

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。
本発明にかかるダクトは、
熱可塑性樹脂に発泡剤を添加して成形されたダクトであって、
前記ダクトの内側から見て凸形状、前記ダクトの外側から見て凹形状となる突起部を有し、
前記ダクトの流路方向と平行をなす面の断面において、前記突起部の前記ダクトの流路における上流側の傾斜面と前記突起部に対して前記ダクトの流路における上流側の前記ダクトの内壁面とのなす角度は、１０°〜４５°の範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、工数を増やすことなく、所望の形状が得られると共に、ファンの作動音を低減させ、ダクトの過剰加熱を抑制することができる。

本実施形態のダクトの概略図である。図１に示すダクトにおける排気流体の流動方向と平行をなす面の断面概略図である。図１に示すダクトにおける排気流体の流動方向と垂直をなす面の断面概略図である。図２に示すリブ断面の拡大模式図である。ピン型リブを配した例を示す概略図であり、（ａ）は、リブを通るダクト流路と垂直な断面図であり、（ｂ）は、ＰＬを通るダクト流路と平行な断面図である。衝立型リブを配した例を示す概略図であり、（ａ）は、リブを通るダクト流路と垂直な断面図であり、（ｂ）は、ＰＬを通るダクト流路と平行な断面図である。ダクト出口の音圧測定結果を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本実施形態の排気ダクト１について詳細に説明する。

本実施形態の排気ダクト１は、図１に示すように、壁面に螺旋状のリブ２を有しており、図２、図３に示すように、該リブ２は、ダクト外壁が凹形状を、ダクト内壁が凸形状をしている。

ファンモータの騒音は、排気ダクト１を介して筐体外部へ誘導される。その際、排気ダクト１が有する図２のダクト内壁リブ表面２ａと音波が接触することで、音波の反射頻度が増加すると共に音圧の減衰が行われる。さらにリブ２と接触し、屈折した音波が、他の音波と干渉し、打ち消し合うことでも減音効果が得られる。

リブ２を螺旋状に延びるように形成することは、ダクト内流路４を通過する排気流体の急激な方向転換を防止し、通気抵抗の増大を抑制する効果がある。

排気流体の流れ方向について、図４に示すダクト内壁リブ表面２ａの接線とダクト内壁面３ａがなすリブ取付角度５が一定以上であると、空気の流動を妨げるおそれがあるため、リブ取付角度５は４５°以下が好ましく４０°以下がさらに好ましい。反面、リブ取付角度５が過剰に小である時、流路内における音波の反射回数が十分に発生しないため、リブ取付角度５は１０°以上が好ましく２０°以上がさらに好ましい。なお、図４に示すように、リブ取付角度５は傾斜が最大となる部分で測定する。

図２に示すリブ高さ６も通気抵抗と音圧低減効果とに多大な影響を与える。要求される排気流量及びダクト流路の断面積に依存してリブ高さ６の制限は変動するが、リブ２を除外した流路の幅を１としたとき、リブ高さ６は１／２０〜１／３の範囲であることが好ましく、１／７〜１／４の範囲であることがさらに好ましい。リブ高さ６が大となると通気抵抗が増大し、小となると十分な減音効果が得られない。

ファンにより排気ダクトを介して筐体外部へ誘導される高温空気は、ダクト内壁と接触する際に熱を伝導するため、プロジェクタを長時間使用するとダクトが高温となるおそれがある。ダクト外壁面３ｂに形成された凹形状リブ２ｂは、ダクト流路外の空気７とダクト壁の接触面積を増大させ、ダクト外壁での放熱を促進する効果を有する。

ポリオレフィンを主原料とする樹脂に発泡剤を添加し、押出機にて混練した後、アキュームレータに樹脂を貯蔵し、続いて所定の樹脂量が貯留された後、ピストンを押出し形成されたパリソンを分割金型に附形することで所望の形状を得る発泡ブロー成形法が一般的に知られている。上記発泡剤には空気や窒素ガス、炭酸ガス、水等の無機系物理発泡剤か、ブタンやヘキサン等の有機系有機系物理発泡剤か、重炭酸ナトリウムに代表される無機系化学発泡剤か、アゾジカルボンアミドやジニトロソペンタメチレンテトラミン等の有機系化学発泡剤かのいずれかが使用される。

本実施形態の排気ダクト１は、発泡ブロー成形で作成されている。ブロー成形で製造したダクトの壁は金型形状を転写され、内外壁に類似した凹凸形状をもたらすため、ダクトの内外壁に容易に螺旋状のリブを形成することが可能であり、成形後にリブを作成する工程を必要としない。

さらにブロー成形を用いることで直管形状のみならず、屈曲形状を有するダクトを容易に表現できる。なお、屈曲部では排気流体の方向転換が生じるため、通気抵抗は増加するが減音効果も増加する。

また、発泡ブロー成形では附形の圧力が低いため、射出成形に比べて高い発泡倍率を得ることが出来る。排気ダクト１の壁面を発泡体とすることで、壁内に含まれる気泡の振動により高い吸音効果を得ることができる。

さらにダクト壁内に微細な気泡を配することで、多数の空気層が形成され、温度境界層が増加するため、壁全体での熱伝導率が小さくなり、ダクトの温度上昇抑制効果を有することができる。

上記の騒音抑制効果ならびに温度上昇抑制効果を得るために、ダクトの発泡倍率は１．５倍以上が好ましく、２倍以上がさらに好ましい。

ここで述べた発泡倍率とは、基材となる樹脂ペレットの見掛け比重を成形品の見掛け比重で除したものを表す。例えば、基材樹脂の見掛け比重が１であり、成形品の見掛け比重が０．５であれば発泡倍率は２倍となる。

発泡倍率が同一である樹脂においては、ダクト壁内部に散在する気泡の平均径縮小に従い断熱効果が単調増加するが、気泡径を抑制すると発泡倍率の高い製品を得難くなる。この点を鑑み、製品の平均気泡径は２０μｍから１３０μｍが好ましく、３０から１１０μｍがさらに好ましい。

ダクト壁内で生じる吸音において、径の小さい気泡は高周波音のサウンドパワーレベル低減に効果を発揮し、径の大きい気泡は低周波音のサウンドパワーレベル低減に有効である。発泡ブロー成形では樹脂のドローダウンやプリブロー等の影響を受け、不均一な気泡を形成するため、広い周波数領域に対しての減音に効果が期待できる。

特にブロー成形では溶融樹脂を金型に附形する際、ブローエアーをパリソン内に吹込む方法が一般的であり、ダクト壁の断面には、エアーの圧力により潰され楕円形状を呈した気泡が多数存在する。

発泡ブロー成形ではパリソンを分割金型に附形する際、パリソン内部にブローエアーを吹込み、パリソン内部の圧力により樹脂が圧されるため、ダクト壁内に存在する気泡は、壁面の厚み方向に短径を有しており、また、一般的にパリソンは自重により引き伸ばされるため、パリソンが重力加速度を被る方向に長径を有する傾向がある。

そのため上記の気泡径は、ダクト両端部と排気流路中央部の互いに向き合う２つの壁面６箇所について、ダクト内部の排気流体が移動する方向と垂直をなす面を鋭利な刃物で切断し、現れた断面についてダクト壁厚みを示す線分を引き、この線分と交差する全ての気泡について、セルの壁により分断された気泡内に存在する該線分の長さを測定し、その平均値より求める。なお、平均値は上記の分断された線分長の総和を気泡数で除し算出する。

図３に示すように、排気ダクト１は、排気流体が流動する方向と直交するダクトの断面が形成する四角形の、辺部１０ではなく、向き合う角部９にパーティングライン（ＰＬ）１１が形成されている。

この形状により、パーティングライン１１を除くほぼ全てのダクト壁面に螺旋状リブを配置しても、金型から製品を抜くことが可能となる。

樹脂の種類としては、ダクト形状の自由度と発泡性が高いことから、ポリプロピレンやポリエチレンもしくはポリスチレン樹脂が好ましいが、排気が特に高温となることが予想される用途においては耐熱性能に優れるポリプロピレンまたはポリスチレンを使用することが望ましい。

また、先述した原料には発泡倍率を著しく低下させない範囲で、所望の機能に併せ着色材や抗菌材、難燃材等の配合剤を添加しても良い。

なお、螺旋以外のリブ形状を採用することもできる。例えば、図５のようなピン型のリブ８１（ダクト内側に突出する複数の棒状の突起）や図６のような衝立型のリブ８２（ダクト内側に突出する複数の板状の突起）を採用することもできる。

次に、上述した実施形態の実施例について説明する。但し、以下の実施例は、一部の実施例であり、以下の実施例に限定するものではない。

＜ダクトを用いた騒音測定＞
ダクトの一端にスピーカを取付け、ランダムノイズを発生させ、他端にマイクを配し、ダクト出口部の音圧測定を行った。試験ではスピーカの音圧を４２ｄＢもしくは６２ｄＢに固定し、ダクトを交換することでそれぞれの吸音性能を比較した。なお、排気流路の長さは１２５ｍｍ、壁厚みは平均１．５ｍｍ、排気方向と直交する断面は長方形を呈しており、該断面の長手は８０ｍｍ該断面の短手は５０ｍｍであるダクトを試験片として使用した。

（実施例１）
ポリプロピレンを主原料とする、リブ高さ約２０ｍｍ、リブ取付角度４０°螺旋状リブ（ダクトの一端から他端まで形成されダクト周りに１周しているリブ）を有する、発泡倍率２．７倍であるダクトを、発泡ブロー成形により作成した。なお、本ダクトはＢＯＲＥＡＬＩＳ社製ＷＢ１４０を主成分とするＰＰ系樹脂を主原料としている。本ダクトを使用した音圧測定試験では、音源音圧４２ｄＢ設定時におけるダクト出口のオーバーオール値は３５．１ｄＢであり、音源音圧６２ｄＢ設定時におけるダクト出口のオーバーオール値は５６．２ｄＢであった。

（比較例１）
ポリプロピレンを主原料とする、リブ高さ約２０ｍｍ、リブ取付角度４０°の実施例１と同形状の螺旋状リブを有する非発泡ダクトをブロー成形により作成した。なお、本ダクトはＢＯＲＥＡＬＩＳ社製ＷＢ１４０を主成分とするＰＰ系樹脂を主原料としている。本ダクトを使用した音圧測定試験では、音源音圧４２ｄＢ設定時におけるダクト出口のオーバーオール値は３９．３ｄＢであり、音源音圧６２ｄＢ設定時におけるダクト出口のオーバーオール値は５９．１ｄＢであった。

（比較例２）
ポリプロピレンを主原料とするリブを持たない発泡倍率２．７倍であるダクトを、発泡ブロー成形により作成した。なお、本ダクトはＢＯＲＥＡＬＩＳ社製ＷＢ１４０を主成分とするＰＰ系樹脂を主原料としている。本ダクトを使用した音圧測定試験では、音源音圧４２ｄＢ設定時におけるダクト出口のオーバーオール値は４０．３ｄＢであり、音源音圧６２ｄＢ設定時におけるダクト出口のオーバーオール値は６０．０ｄＢであった。

（比較例３）
ポリプロピレンを主原料とするリブを持たない非発泡ダクトをブロー成形により作成した。なお、本ダクトはＢＯＲＥＡＬＩＳ社製ＷＢ１４０を主成分とするＰＰ系樹脂を主原料としている。本ダクトを使用した音圧測定試験では、音源音圧４２ｄＢ設定時におけるダクト出口のオーバーオール値は４０．９ｄＢであり、音源音圧６２ｄＢ設定時におけるダクト出口のオーバーオール値は６０．７ｄＢであった。

樹脂を発泡化させリブを配することでオーバーオール値が減衰したことが確認された。また、音源音圧を変化させても各ダクト間での音圧減衰傾向は同一であることが判明した。

図７に、音源音圧を４２ｄＢに設定したときの試験結果を示す。図７より、８００Ｈｚ以下の周波数領域では発泡化による音圧低下が顕著に現れたことが確認できる。例えば、周波数５００Ｈｚでは、発泡樹脂を使用している実施例１が７．９ｄＢ、非発泡樹脂を使用している比較例１が２１．１ｄＢである。発泡化により１３．２ｄＢの音圧低減が確認された。

発泡させることでダクト壁内に無数のセルが生じ、音圧の影響を受けセル壁が振動する。この際、セル壁の内部摩擦や、セル壁が有する弾性により音のエネルギーは吸収され、低周波領域での音圧低減が生じたものと予想される。

また、図７に示すように、５０００Ｈｚ以上の周波数領域では螺旋リブを配置することによる音圧低減が顕著に確認された。例えば、周波数５０００Ｈｚについてリブの有無を比べると、リブを有する実施例１が２９．５ｄＢ、リブを持たない比較例２は３７．２ｄＢで、リブを配することにより７．７ｄＢの音圧低減が確認された。

これはリブの背後に空気層が存在していることで壁全体が振動しやすい状態になっており、音波がリブに衝突する際、リブを含む壁全体が振動することで、内部エネルギーが損失し、音圧が減衰するためと考えられる。

高周波数領域では、セル壁の質量が音のエネルギーに対して優勢となるため、セル壁の振動が生じなくなり、発泡化による音圧低減は生じにくいものと予想される。

なお、上述した実施形態及び実施例は、本発明の好適な実施形態及び実施例であり、上記実施形態及び実施例のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

１排気ダクト
２リブ
２ａダクト内壁リブ表面
２ｂダクト外壁リブ表面
３ダクト壁面
３ａダクト内壁面
３ｂダクト外壁面
４ダクト内流路
５リブ取付角度
６リブ高さ
７ダクト流路外空気
８螺旋以外のリブ形状
８１ピン型リブ
８２衝立型リブ
９角部
１０辺部
１１パーティングライン

Claims

熱可塑性樹脂に発泡剤を添加して成形されたダクトであって、
前記ダクトの内側から見て凸形状、前記ダクトの外側から見て凹形状となる突起部を有し、
前記ダクトの流路方向と平行をなす面の断面において、前記突起部の前記ダクトの流路における上流側の傾斜面と前記突起部に対して前記ダクトの流路における上流側の前記ダクトの内壁面とのなす角度は、１０°〜４５°の範囲であることを特徴とするダクト。
前記ダクトの流路方向と平行をなす面の断面において、前記突起部を有する前記ダクトの内壁面と該内壁面と対向する内壁面との前記突起部を除いた距離である前記ダクトの流路の幅を１としたとき、前記ダクトの内壁面からの前記突起部の高さは、１／２０〜１／３の範囲であることを特徴とする請求項１記載のダクト。
前記ダクトの流路方向に延びる螺旋形状の前記突起部を有することを特徴とする請求項１または２記載のダクト。
熱可塑性樹脂に発泡剤を添加して成形されたダクトであって、
前記ダクトの内側から見て凸形状、前記ダクトの外側から見て凹形状となる突起部を有し、
前記ダクトの流路と垂直なダクト断面において、対向する角部にパーティングラインが形成されており、前記ダクトの全ての壁面に前記ダクトの内側に突出する棒形状の前記突起部を有することを特徴とするダクト。
熱可塑性樹脂に発泡剤を添加して成形されたダクトであって、
前記ダクトの内側から見て凸形状、前記ダクトの外側から見て凹形状となる突起部を有し、
前記ダクトの流路と垂直なダクト断面において、対向する角部にパーティングラインが形成されており、前記ダクトの全ての壁面に前記ダクトの内側に突出する板形状の前記突起部を有することを特徴とするダクト。