JP2002070799A - 回転騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送風機の回転羽根車や推進装置のスクリュー
やプロペラなどが回転時発生する騒音、特に低い周波数
の騒音を低減する装置を提供する。 【構成】 数枚の羽根車から成る羽根車が回転すること
で流体を動かす回転装置において、回転羽根車の外周部
近傍の上流側に第１音波反射板を、下流側に第２音波反
射板を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、送風機の回転羽根車や
推進装置のスクリューやプロペラなどが回転時発生する
騒音、特に低い周波数の騒音を低減する装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】換気送風機やエヤコン室外機の騒音、Ｏ
Ａ機器の冷却用の送風機から出るブーンという低い周波
数の騒音など、換気や廃熱のために空気を強制的に送り
出す機器は、空気を送り出すファンやモータの騒音が問
題になることがある。これらの機器は、一般的に小型
化、軽量化が求められている場合が多く、限られたスペ
ースの中に納められているため、コンパクト性を損なわ
ずかつ空気送出時に圧力損失を生じさせないようにする
などの各種の条件を満たしながら対策するとなると、簡
単にはいかないという場合が多い。また、水中における
スクリューや航空機におけるプロペラ音を低減したい場
合も同様である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】送風機の送風時に発生
する騒音を低減する方法としては、送風ファンの形状を
工夫するなど、いろいろなものが考案されているが、特
に低い周波数の騒音を除去することが難しく、問題が残
されている場合が多い。一般的に低い周波数の騒音を低
減するためには、騒音を低減するための装置の構造を大
きくしたり、吸音材の厚みを厚くしたりしなければなら
ない。したがって上述なような各種民生機器に用いられ
ている送風騒音を低減するためには、小型化、軽量化な
どの商品としての魅力を低下させることなく対策しなけ
ればならないため有効な解決策が乏しいというのが現状
であるといえる。また、船舶のスクリューや航空機のプ
ロペラなどにおいても推力を低下させずに騒音を低減し
ようとすると、なかなか有効な手段が見当たらない。

【０００４】本発明は、上述の問題点を鑑みて成された
もので、送風機など流体を動かす回転羽根車や推力を得
るために回転するスクリューやプロペラなどによって発
生される騒音を、大げさな装置を用いることなく低減対
策の特に難しい低い周波数の騒音を効果的に低減する回
転騒音低減装置を提供することを目的としたものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】数枚の羽根車から成る羽
根車が回転することで流体流を動かす回転装置におい
て、回転羽根車の外周部近傍上流側に第１の音波反射板
を、下流側に第２の音波反射板を設けることによって、
回転羽根車の外周近傍上流側および下流側の流体の振動
を、上流側の振動は下流側へ、下流側の振動は上流側へ
それぞれ送ることによって回転羽根車の振動を抑制し、
回転羽根車から発生される騒音を低減する。

【０００６】

【作用】ここで、流体を空気として、送風機の回転羽根
車による空気流について考察する。静止している空気に
動く物体が接触すると、物体の表面近傍を流れる空気流
の流層間に速度勾配が生じ、空気の流層間の粘性抵抗や
送風機が気流に与える圧力上昇などによって摩擦音が生
ずるが、このとき生ずる空力音は、一般的に、音の周波
数は流速に比例し、音の大きさは流速との４〜８乗に比
例するといわれている。

【０００７】羽根車が回転すると羽根車の中心からの外
周部へ向けて距離が大きくなるほど周速度は大きくな
る。羽根車回転時に羽根車の先端部から出力される騒音
は、先端部から中心部に向かう他の部分が出力する騒音
の大きさより中心からの距離の比の４〜８乗則で大きく
なるものであるから、騒音の低減対策を考慮する場合
は、羽根車の外周部以外の部分から出力される騒音は無
視して取り扱うことができる。

【０００８】小型の軸流送風機の回転羽根車を面音源と
するとき、面音源から放射される音波の波面は、線音源
を回転羽根車外周部にリング状にして置いた場合と同様
であると考えることができる。リング状の線音源から放
射された音波の波面は筒状に広がり、音波のエネルギー
流の方向は波面の広がりと同様に分布していると考えら
れる。

【０００９】送風機の回転羽根車から放射された音波の
筒状に広がるエネルギー流のうち、回転羽根車面外周部
より外側へ向けて放射される上流側のエネルギー流は、
回転羽根車外周部に沿って設けられた第１音波反射板の
方向へ進み、下流側のエネルギー流は、回転羽根車外周
部に沿って設けられた第２音波反射板の方向へ進む。第
１及び第２のそれぞれの音波反射板の反射面は、たとえ
ば回転楕円面や回転放物面のような形状とし、第１音波
反射板の第１の焦点は回転羽根車面外周部にリング状に
した線音源の上流側と一致する位置とし、第２音波反射
板の第１の焦点は回転羽根車面外周部にリング状にした
線音源の下流側と一致する位置とする。回転羽根車面外
周部より外側へ向けて放射された上流側のエネルギー流
は、第１音波反射板によって反射されるが、さらに第２
音波反射板で反射されて回転羽根車面外周部の下流側リ
ング状の線音源の方向へ進む。同様に、下流側のエネル
ギー流は、第２音波反射板によって反射され、第１音波
反射板で反射され回転羽根車面外周部の上流側リング状
の線音源の方向へ進む。

【００１０】送風機の回転時に発生する騒音は、上述の
空気流の速度勾配や気流に与えられる圧力上昇に依存す
るものと考えられるが、複数の羽根から構成される羽根
車が回転することで気流を動かし、羽根の上流側および
下流側の表面近傍で周囲より圧力の高い部分と圧力の低
い部分が交互にくり返し発生し、これが騒音発生源の主
たるメカニズムとなっていると考えられる。任意の回転
羽根車の上流側の表面近傍が圧力の高い部分となってい
るときは、当然、回転羽根車の下流側の表面近傍の圧力
は低い部分となっている。回転羽根車の上流側の表面お
よび回転羽根車の下流側の表面は、それぞれ第１および
第２の反射板の作用で下流側および上流側の音波の圧力
のエネルギー、すなわち逆位相の音波による干渉作用を
受けるため、その位置にある回転羽根車は回転運動によ
って騒音を発生する音響的な大きな振動を維持できなく
なる。この作用は周波数が低くなればなるほどその波長
が長く１周期に要する時間も長くなり、回転羽根車の上
流側および下流側の表面近傍の圧力が下流側および上流
側の表面近傍の圧力へ影響を与えるまでの音波伝播の過
程で加えられる誤差の割合が小さくなるため、逆相関係
での干渉作用は顕著に現れることになる。このようにし
て、大きな装置を用いないで、特に低域の周波数帯域の
騒音の波動としての伝播エネルギーを効果的に低減し、
回転騒音の発生を軽減するものであるが、音を伝播する
流体がたとえば水のような場合であっても同様である。

【００１１】

【実施例】実施例１ 本発明の回転騒音低減装置の１実施例を、図１によって
説明する。図１は、本発明による回転騒音低減装置の実
施例１の構成および作用を示す図である。実施例１は、
本装置を換気用送風機として用いたものである。図１に
おいて、１は羽根車、２はモータ、３は羽根車１の外
枠、４は反射板カバー、５は羽根車１の上流側先端部、
６は第１音波反射板、７は第１の焦点、８は第２の焦
点、１５は羽根車１の下流側先端部、１６は第２音波反
射板、１７は第１の焦点、１８は第２の焦点である。羽
根車１、モータ２、羽根車１の外枠３は換気用送風機を
構成する。第１音波反射板６は、第１の焦点７および第
２の焦点８を有する反射板で音の反射率の高い部材から
成り、回転羽根車１をカバーする羽根車１の外枠３の内
径と等しい内径を有するリング状の反射板で、羽根車１
の外周部近傍上流側に設けられ、反射面の形状を回転楕
円面とする音波反射板である。第１の焦点７は、羽根車
１の上流側先端部５の位置に合わせて設定する。第２音
波反射板１６は、第１の焦点１７および第２の焦点１８
を有する反射板で音の反射率の高い部材から成り、回転
羽根車１をカバーする羽根車１の外枠３の内径と等しい
内径を有するリング状の反射板で、羽根車１の外周部近
傍下流側に設けられ、反射面の形状を回転楕円面とする
音波反射板である。第１の焦点１７は、羽根車１の下流
側先端部１５の位置に合わせて設定する。第１音波反射
板６と第２音波反射板１６は、反射板カバー４内に収納
され、第１音波反射板６の第２の焦点８と第２音波反射
板１６の第２の焦点１８は同一位置に設定する。

【００１２】以下、その動作について図１に示した図と
共に説明する。モータ２に通電されると、モータ２と一
体となっている羽根車１は回転し、羽根車１の周辺の空
気は図１の左側から右側へ向かって流れる。羽根車１の
騒音は羽根車１によって送り出される空気流の流れの向
きには関係なく羽根車１の各部から放射される。羽根車
１が回転すると羽根車１の中心から先端部に向かう距離
が大きくなるほど周速度は大きくなる。羽根車１が回転
時に出力する騒音の大きさは、羽根車１の先端部へ近づ
くにしたがって中心からの距離の比の４〜８乗則で大き
くなることを考えると、羽根車１の外周部以外の部分か
ら出力される騒音は無視して取り扱うことができる。し
たがって、羽根車１から出力される騒音の音波の波面
は、羽根車１の上流側先端部５および下流側先端部１５
をリング状の線音源として各部から放射状に拡散する。
リング状の線音源部を中心にして放射状に広がる音のエ
ネルギー流の一部は、第１音波反射板６および第２音波
反射板１６の方向に進み、それぞれ反射されることによ
ってそのエネルギー流の大部分が第２の焦点８および第
２の焦点１８に集められる。第２の焦点８および第２の
焦点１８に集められた音波のエネルギーは、波動運動の
独立性によって更に直進し、それぞれ第２音波反射板１
６および第１音波反射板６で反射され、羽根車１の下流
側先端部１５および羽根車１の上流側先端部５へ集めら
れる。

【００１３】任意の回転羽根車１の上流側先端部５の表
面近傍が圧力の高い部分となっているときは、回転羽根
車１の下流側先端部１５の表面近傍の圧力は低い部分と
なっているため、回転羽根車１の上流側先端部５の表面
および回転羽根車１の下流側先端部１５の表面は、それ
ぞれ第１音波反射板６および第２音波反射板１６の作用
で下流側および上流側の音圧のエネルギー、すなわち逆
位相の音波による干渉作用を受けることとなり、騒音の
発生源としての反復する圧力変化が得られなくなり、羽
根車１は騒音源としての振動を維持できない状態とな
る。この作用は周波数が低くなればなるほどその波長が
長く１周期に要する時間も長くなり、回転羽根車１の上
流側先端部５および下流側先端部１５の表面近傍の圧力
が下流側先端部１５および上流側先端部５の表面近傍の
圧力へ影響を与えるまでの音波伝播の過程で加えられる
誤差の割合が小さくなるため、逆相関係での干渉作用は
顕著に現れることになり、回転騒音の発生を効果的に低
減する。

【００１４】実施例２ 本発明の回転騒音低減装置の実施例２を、図２、図３に
よって説明する。図２、図３は、本発明による回転騒音
低減装置の実施例２の構成および作用を示す図である。
実施例２は、本装置を換気用送風機として用いたもので
ある。図１と共通の部分は、同一符号を付してある。９
は換気用送風機取付板である。図２において、第１音波
反射板６は、音の反射率の高い部材から成り、回転羽根
車１をカバーする羽根車１の外枠３の内径と等しい内径
を有するリング状の反射板で、羽根車１の外周部近傍上
流側に設けられ、反射面の形状を回転放物面とする音波
反射板である。第１の焦点７は、羽根車１の上流側先端
部５の位置に合わせて設定する。第２音波反射板１６
は、反射率の高い部材から成り、回転羽根車１をカバー
する羽根車１の外枠３の内径と等しい内径を有するリン
グ状の反射板で、羽根車１の外周部近傍下流側に設けら
れ、反射面の形状を回転放物面とする音波反射板であ
る。第１の焦点１７は、羽根車１の下流側先端部１５の
位置に合わせて設定する。第１音波反射板６と第２音波
反射板１６は、反射板カバー４内に収納され、第１音波
反射板６と第２音波反射板１６は、互いに対向する位置
に設定されていて、羽根車１の上流側先端部５から放射
された音波が第１音波反射板６と第２音波反射板１６で
反射されて羽根車１の下流側先端部１５の位置へ進むよ
うな位置関係になっている。

【００１５】その動作について図２に示した図と共に説
明する。図２に示す実施例２は、図１で示す実施例１の
第１音波反射板６と第２音波反射板１６のリング状の反
射面を回転楕円面とする形状を、回転放物面とする形状
としたものである。羽根車１から出力される騒音の音波
の波面は、羽根車１の上流側先端部５および下流側先端
部１５をリング状の線音源として放射状に広がり、その
音のエネルギー流の一部は、第１音波反射板６および第
２音波反射板１６の方向に進み、それぞれ反射されるこ
とによってそのエネルギー流の大部分が、それぞれ第２
音波反射板１６および第１音波反射板６で再び反射さ
れ、羽根車１の下流側先端部１５および羽根車１の上流
側先端部５へ集められる。以下、回転羽根車１の上流側
先端部５の表面近傍および下流側先端部１５の表面近傍
で、騒音の音圧のエネルギーが逆位相関係で干渉作用を
受け、羽根車１が騒音の発生源としての反復する圧力変
化が得られなくなり、騒音源としての振動を維持できな
くなるまでの各部の動作は、上述の実施例１の場合と同
様である。図２は、第１音波反射板６と第２音波反射板
１６のリング状の反射面を回転放物面とする形状とした
ものであるが、図３は、円錐の頭を切り取ったようなリ
ング状の反射板としたものであり、各部の動作は図２の
場合とほぼ同様である。なお、換気用送風機取付板９は
音の透過損失の小さな部材で、音響的な作用としての影
響は無視できる程度のものである。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、構造が単純で装置の大
きさもそれほど大きくすることなく、特に低い周波数の
音まで低減効果が得られるため、一般のＯＡ機器の廃熱
用の冷却ファンの騒音の低減対策用としてはもちろんの
こと、たとえば厨房用の換気扇などに利用した場合であ
っても、簡単に分解して水洗いをすることができるな
ど、極めて実用性が高いものである。また、圧力損失が
ほとんどないことも大きな特徴の１つであり、船舶のス
クリューや航空機のプロペラなどに利用しても推力を低
下させないため、船舶や航空機の騒音の低減化対策の手
法としても有効なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の構成および作用を示す図である。

【図２】実施例１の構成および作用を示す図である。

【図３】実施例２の構成および作用を示す図である。

【符号の説明】

１、 羽根車 ２、 モータ ３、 羽根車の外枠 ４ 反射板カバー ５ 羽根車の上流側先端部 ６ 第１音波反射板 ７、１７ 第１の焦点 ８、１８ 第２の焦点 ９、 換気用送風機取付板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 数枚の羽根車から成る羽根車が回転する
   ことで流体を動かす回転装置において、回転羽根車の外
   周部近傍の上流側に第１音波反射板を、下流側に第２音
   波反射板を設けたことを特徴とする回転騒音低減装置。