JP6484451B2 - 換気扇及びその製造方法並びに換気扇用支持材 - Google Patents

Description

本発明は、換気扇及びその製造方法並びに換気扇用支持材に関する。

換気扇は、一般に、羽根車を駆動する電動機を支持材により複数箇所で支持して構成されている。支持材としては、板材のほか、パイプアームが使用されている。パイプアームは内部に空洞を有して構成されており、剛性が大きく振動を小さくすることができ、しかも軽量で安価であることに加え、曲げ方向を任意に選べる利点がある。換気扇の支持材にパイプアームを採用した構成例として、例えば特許文献１がある。

特開昭５９−１４７９４１号公報

しかしながら、支持材としてパイプアームを用いた場合、板材を用いた場合と比較して換気扇の羽根による風切り面積が大きくなり、低騒音化の観点からは不利な構造である。

そこで、本発明の目的は、支持材としての剛性、加工性に優れ、かつ低騒音化された換気扇、及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る換気扇は、支持板に一端側が固定された中空状の支持材の他端側に、羽根車を駆動する電動機が取り付けられており、前記支持材がヘルムホルツ共鳴体を構成する。

また、本発明に係る支持材は、換気扇の羽根車を駆動する電動機に取り付けられる支持材であって、前記支持材は、ヘルムホルツ共鳴体を構成する中空体として構成される。

また、本発明に係る換気扇の製造方法は、中空状の支持材の一側面に孔部を形成し、前記支持材の一端側を羽根車を駆動する電動機に取り付け、該支持材の他端側を支持板に固定する。

本発明によれば、支持材としての剛性、加工性に優れ、かつ低騒音化された換気扇、及びその製造方法を実現することができる。

実施形態に係る換気扇の正面図である。 図１に示す換気扇のＡ−Ａ線矢視図である。 図１及び図２に示す換気扇の支持材近傍を拡大して示す図である。 図３に示す支持材３を矢印Ｂ方向から見た図である。 支持材３を拡大して示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る換気扇の正面図であり、図２は、図１に示す換気扇のＡ−Ａ線矢視図である。

図１において、換気扇１０の中央部には、羽根車１を駆動する電動機２が設けられている。羽根車１は、電動機２の回転軸に固定されている。電動機２には、そのフランジ部において、中空状の支持材３（パイプアーム）の端部が４ヶ所固定されている。中空状の支持材３（パイプアーム）の他端側は、ほぼ逆Ｔ字型の支持板４が溶接されて固定されている。

支持板４が取り付けられる取付枠５には、プレス成型によって、電動機２の取付け側が開口するように切り起こし成形した切り起こし片５ａが、それぞれの支持材４に対応して形成されている。この切り起こし片５ａに、逆Ｔ字型の支持板４の凸部が嵌入されることで、支持材３は、各羽根車１を跨ぐように電動機２と支持板４間に張設され、取付枠５に固定される。

電動機２の駆動により羽根車１が回転すると風が発生し、図２中矢印で示す方向に風が通風する。

図３は、図１及び図２に示す換気扇の支持材３の近傍を拡大して示す図であり、図４は、図３に示す支持材３を矢印Ｂ方向から見た図であり、図５は、支持材３を拡大して示す図である。支持材３は、上記したように、空洞部を有する中空形状を有しており、図４及び図５に示すように、支持材３の一側面には、これと対向する側の側面には貫通しないように、孔部３１が形成されている。孔部３１は、羽根車１の回転により発生する風の通風方向に対して垂直方向に支持材３の一側面を貫通するように設けられている（図３、５参照。）。このように側面に孔部３１が形成された支持材３は、孔部３１と内部の空洞により、ヘルムホルツ共鳴体を構成している。

ヘルムホルツ共鳴は、開口部を有する容器の空洞内で、特定の周波数の音を共鳴させるものである。以下、ヘルムホルツ共鳴により空洞内で共鳴する周波数を、共鳴周波数と示す。この共鳴により、特定周波数（共鳴周波数）の音の運動エネルギーが小さくなることで、騒音の低減が図られる。すなわち、ヘルムホルツ共鳴体は、特定の周波数（共鳴周波数）に共鳴して、その周波数の騒音を低減する。

共鳴周波数は容器の開口部面積、空洞の容積、及び開口部の長さにより決定される。ヘルムホルツ共鳴周波数fは、具体的には、下記式（１）により表される。

f ＝ c／２π × √（Ａ／ＶＬ） ・・・（１）
ｃ ： 音速（ｍ／ｓ）
Ａ ： 開口部面積（ｍ^２）
Ｌ ： 開口部長さ（ｍ）
Ｖ ： 空洞部容積（ｍ^３）

支持材３のヘルムホルツ共鳴により優れた騒音低減効果を得るため、孔部３１は、上記式（１）の共鳴周波数ｆが、各々の換気扇における卓越周波数と一致するように、各々の支持材３の空洞容積及び開口部長さでの、開口部面積が適宜設定されて形成されている。これらの調整は、例えば各孔部３１の開口部の面積や、孔部３１の数を適宜変更することで、行うことができる。

ここで、卓越周波数とは、支持材３に孔部３１が形成されていない状態で羽根車を駆動して周波数分析を行い、この周波数分析において他の値よりも卓越した周波数成分に対応する周波数である。

具体的には、卓越周波数は、以下のようにして決定される。すなわち、各々の換気扇において、支持材３に孔部３１を形成せず、その他の構成は、全て同じ構成で作成した換気扇の羽根車１を回転させて、このときに発生する風による騒音周波数分析を実施する。この騒音周波数分析により、各々の換気扇の卓越周波数を決定する。

このようにして決定された卓越周波数が、上記式（１）の共鳴周波数ｆとなるように、各支持材３の開口部長さＬ及び空洞部容積Ｖでの、開口部面積Ａを適宜設定して、支持材３の側面に孔部３１を形成する。

なお、上記式（１）において、開口部面積Ａは、一本の支持材３に形成される各孔部３１の開口部の総面積である。例えば図３に示す支持材３に形成される孔部３１が、図４に示す孔部３１ａ及び３１ｂからなる場合には、この支持材３の開口部面積Ａは、孔部３１ａの開口部面積と孔部３１ｂの開口部面積の和である。また、空洞部容積Ｖは、一本の支持材３内の空洞部の容積である。また、開口部長さＬは、孔部３１の開口端部から、孔部３１と空洞部との境界までの距離であり、図５（ａ）、（ｂ）中ｔで示す長さである。例えば図５（ａ）の構成では、開口部長さＬは、支持材３を形成する板の板厚に相当する。

このようにして決定された開口部面積Ａ、開口部長さＬを有する孔部３１を支持材３に形成することで、ヘルムホルツ共鳴により、換気扇の騒音となる卓越周波数の周波数成分が打ち消され、騒音値を低減することが可能となる。

また、式（１）の卓越周波数ｆとしては、上記した騒音周波数分析により、使用者が耳障りに感じる周波数成分を特定し、この周波数を卓越周波数ｆとして、孔部３１の設置形態を決定することも可能である。これにより、耳障りに感じる騒音値が低減された換気扇を提供することが可能となる。

孔部３１の設置形態は、主にその開口部面積Ａを調整することにより、式（１）を満足できる形態が決定される。また、例えば図５（ｂ）に示すように、支持材３の厚さが、孔部３１の周辺領域において厚く形成されている場合には、開口部長さＬは、図５（ｂ）中ｔで示す長さとなる。このため、図５（ｂ）に示す形態の場合には、式（１）を満足できる孔部３１の設置形態は、開口部面積Ａの調整に加え、開口部長さＬの調整により行うことが可能である。

なお、孔部３１としては、その開口部面積Ａや開口部長さＬが上記式（１）を満たすように形成されていればよく、一本の支持材３に形成する孔部３１の数や、個々の孔部３１の大きさは特に限定されず、換気扇１０や支持材３自体の大きさに応じて、適宜調整して形成することが可能である。また、孔部３１の形状は特に限定されないが、孔部３１の形成し易さや支持材３全体としての強度の面からは、孔部３１の形状は円形であることが好ましい。

なお、本実施例は、断面形状が円形のパイプアームを支持材に用いた例について説明したが、本発明は、支持材３がパイプアームの場合に限られず、内部に空洞を有する支持材３を用いていればよい。

以上説明したように、本実施例に係る換気扇では、支持材３がヘルムホルツ共鳴体として機能することで、羽根車１の回転で発生する風による騒音を、特定周波数において低減し、低騒音化を図ることが可能である。

１…羽根車、２…電動機、３…支持材（パイプアーム）、３１、３１ａ、３１ｂ…孔部、４…支持板、５…取付枠、５ａ…切り起こし片、１０…換気扇、ｔ…孔部３１の開口端部から孔部３１と空洞部との境界までの距離

Claims (5)

1. 支持板に一端側が固定された中空状の支持材の他端側に、羽根車を駆動する電動機が取
   り付けられており、
   前記支持材は、その一側面に、前記羽根車の回転により発生する風の通風方向に対して垂直方向に貫設され、該側面と対向する側の側面には貫通しない孔部を有することにより前記ヘルムホルツ共鳴体を構成し、
   かつ前記ヘルムホルツ共鳴体は、共鳴による運動エネルギーが小さくなる特定の周波数（共鳴周波数）に共鳴するものであり、
   前記共鳴周波数が換気扇における卓越周波数と一致するように、前記支持材の空洞容積及び開口部長さでの開口部面積が形成される
   ことを特徴とする換気扇。
   
2. 支持板に一端側が固定された中空状の支持材の他端側に、羽根車を駆動する電動機が取り付けられており、
   前記支持材がヘルムホルツ共鳴体を構成し、
   前記支持材は、その一側面に、前記羽根車の回転により発生する風の通風方向に対して垂直方向に貫設され、該側面と対向する側の側面には貫通しない孔部を有することにより前記ヘルムホルツ共鳴体を構成し、
   前記孔部は、該孔部の開口部面積Ａ、開口部長さＬ、及び空洞部容積Ｖが、下記式（１）を満たすように形成されていることを特徴とする換気扇。
   f ＝ c／２π × √（Ａ／ＶＬ） ・・・（１）
   （但し、上記式（１）中ｆは、各々の換気扇において前記支持材に前記孔部が形成されていない状態として前記羽根車を駆動して行った周波数分析において、他の値よりも卓越した周波数成分に対応する卓越周波数を示す）。
   ｃ ： 音速（ｍ／ｓ）
   Ａ ： 開口部面積（ｍ ^２ ）
   Ｌ ： 開口部長さ（ｍ）
   Ｖ ： 空洞部容積（ｍ ^３ ）
3. 換気扇の羽根車を駆動する電動機に取り付けられる換気扇用支持材であって、
   前記支持材は、ヘルムホルツ共鳴体を構成する中空体であり、
   前記支持材は、その一側面に、前記羽根車の回転により発生する風の通風方向に対して垂直方向に貫設され、該側面と対向する側の側面には貫通しない孔部を有することにより前記ヘルムホルツ共鳴体を構成し、
   かつ前記ヘルムホルツ共鳴体は、共鳴による運動エネルギーが小さくなる特定の周波数（共鳴周波数）に共鳴するものであり、
   前記共鳴周波数が換気扇における卓越周波数と一致するように、前記支持材の空洞容積及び開口部長さでの開口部面積が形成される
   ことを特徴とする換気扇用支持材。
4. 中空状の支持材の一側面に孔部を形成し、
   前記支持材の一端側を羽根車を駆動する電動機に取り付け、該支持材の他端側を支持板に固定し、
   かつ前記ヘルムホルツ共鳴体は、共鳴による運動エネルギーが小さくなる特定の周波数（共鳴周波数）に共鳴するものであり、
   前記共鳴周波数が換気扇における卓越周波数と一致するように、前記支持材の空洞容積及び開口部長さでの開口部面積を形成する
   ことを特徴とする換気扇の製造方法。
5. 中空状の支持材の一側面に孔部を形成し、
   前記支持材の一端側を羽根車を駆動する電動機に取り付け、該支持材の他端側を支持板に固定し、
   各々の換気扇の卓越周波数ｆを決定し、前記孔部の開口部面積Ａ、開口部長さＬ、及び空洞部容積Ｖが、前記卓越周波数ｆとの関係で下記式（１）を満たすように、前記支持材の一側面に前記孔部を形成することを特徴とする換気扇の製造方法。
   f ＝ c／２π × √（Ａ／ＶＬ） ・・・（１）
   （但し、上記式（１）中ｆは、各々の換気扇において前記支持材に前記孔部が形成されていない状態として前記羽根車を駆動して行った周波数分析において、他の値よりも卓越した周波数成分に対応する卓越周波数を示す。）
   ｃ ： 音速（ｍ／ｓ）
   Ａ ： 開口部面積（ｍ^２）
   Ｌ ： 開口部長さ（ｍ）
   Ｖ ： 空洞部容積（ｍ^３）

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