JP2008257000A - 音抑制装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複写機などの画像形成装置に装備され、その機体内で発生した各種の機械騒音や異音を低く抑制することで快適な使用環境を維持するための音抑制装置を提供する。
【解決手段】音抑制装置１７は、排気ダクト１５ｃの途中に組み込まれ、排気ダクト１５ｃ内を伝播して機外に放出される機械音などの騒音や異音を消音する。排気ダクト１５ｃから分岐した反応音生成部３１はシリンダ機能を果たす反応ダクト部３１ａを有し、この反応ダクト部３１ａの内部では天板部３１ｂはピストンのごとき機能して矢印Ａ，Ｂ方向に往復動してダクトの長さが可変である。また、反応ダクト部３１ａよりも下流側には干渉音源スピーカ２４が配置され、発生音とは逆位相の干渉音を排気ダクト１５ｃ内に向けて出力する。排気ダクト１５ｃの下流側にある音検出マイク２５で検出した音に基づいて反応ダクト部３１ａの長さを変える。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ装置、プリンタおよび複合機、そして画像読取装置（スキャナ）などの画像形成装置において、その画像形成装置本体に装備されて装置内で発生した騒音を低減化する音抑制装置に関するものである。

複写機やスキャナなどのように画像情報を読み取って画像を形成する画像形成装置では、画像形成装置本体内の温度が上昇するのを防止し、また発生したオゾンを装置外に排出するために冷却ファンが用いられている。特に、複写機では画像形成ステーションに高温を発生する定着器やスキャナを装備しているため、機体ケースに設けた開口部から発生熱を装置外に排出している。また、転写部や分離部で発生したオゾンについては、近傍に配置した排気ファンによって装置外に排気している。冷却ファンおよび排気ファンから装置外に通ずる排気通路にはダクトが設けられている。

ところで、冷却ファンや排気ファンは装置外に臨む比較的に機体表面側に設けられることから、冷却ファンや排気ファンの回転音とか回転駆動源のモータ音など機械音がそのまま騒音として放出される。そのため、設置された機体の近辺に所在する人にとっては耳障りで不快である。また、定着器やスキャナなど複数の機器から発生する温度は一様ではなく、また機種が違えばダクトの形状も一様には設定できないために、熱を発生する複数の機器ごとに冷却効率の差が生じる。それに対処するには、発生する熱が最高温度を示すものを目安に冷却ファンの効率として風量などの性能を決めている。したがって、発生する熱が低い機器や部位に対しては冷却ファンの性能が過度となって必要以上の冷却が実行される不都合があり、それが騒音増大の一因ともなっている。オゾン排気用のファンについても同様の問題点が生じていた。なお、騒音の問題はファンの駆動音に限られるものではない。

かかる騒音問題の対策として、騒音を検出してその検出音とは逆位相の音を出力し、騒音を干渉させて低騒音化を目標とした技術（アクテイブノイズコントロール）が知られている（特許文献１および２参照）。このアクテイブノイズコントロールの採用は、例えば、複写機などにおいて機外に放出される騒音や異音を低減して快適な環境を維持するためのものである。

特開平05-142887号公報 特開2004-219783号公報

しかしながら、アクテイブノイズコントロール技術の場合、騒音を検出した最大の音圧部の周波数を探索してその最大音圧部の音だけを低減している。したがって、最大音圧部の周波数以外にも高い音圧域が存在しているような場合、その音圧域の音を低減させることはできない。特に、高周波数音に高い音圧部が存在しているような場合は耳障りな周波数の音も含まれるので、使用環境下で不快音として放出されたり、静粛な環境が保てない。

以上から、本発明の目的は装置本体に装備され、その本体内で発生した各種の機械騒音や異音を低く抑制することで快適な使用環境を維持するための音抑制装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の代表的な音抑制装置は、装置本体内で発生した発生音が経路を通じて装置外に放出されることを抑制する音抑制装置であって、前記発生音と逆位相の干渉音を前記通路内に出力する干渉音発生手段と、前記排気通路から分岐した、前記発生音を取り込んで前記発生音とは逆位相の反応音として生成して再び前記通路に戻す反応音生成部と、前記反応音生成部内の長さを変化させるためのアクチュエータと、前記発生音に前記干渉音発生手段によって出力された干渉音を干渉させた後の音を検出する音検出手段と、前記音検出装置の検出信号に基づいて前記アクチュエータに作動信号を送出する制御手段と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の音抑制装置は、装置本体内で発生した発生音が経路を通じて装置外に伝わることを抑制する音抑制装置であって、前記通路から分岐し、前記発生音を取り込んで干渉させた後に前記発生音とは逆位相の反応音として生成して再び前記通路に戻す反応音生成部と、前記反応音生成部内の長さを変化させるためのアクチュエータと、前記経路内の音を検出する音検出手段と、前記音検出装置の検出信号に基づいて前記アクチュエータに作動信号を送出する制御手段と、を有することを特徴とするものである。

本発明の音抑制装置によれば、装置本体に装着され、装置本体内で発生した音が通路を経て装置外に耳障りな不快音として排出されるのを有効に抑制し、低騒音化による静粛な使用環境を実現できる。

以下、本発明に係る音抑制装置と画像形成装置の好適な実施形態として複写機を具体例に、図を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、画像形成装置の装置本体１には音抑制装置が装備され、圧板２上に載置された原稿は原稿読取部３によって読み取られる。原稿読取部３で読み取った画像情報に基づいて像担持体である感光体ドラム４上に潜像が形成され、この潜像は現像剤（以下、「トナー」という）を用いて現像部５でトナー像として顕像化される。給紙カセット６に積載して収納された転写紙などのシートＰは搬送パス７を経由して転写分離部８へと搬送される。この転写分離部８では上記トナー像がシートＰ上に転写される。搬送部９を経てシートＰは定着装置１０に送られ、ここで加熱と加圧を受けて画像を永久定着する。永久定着を終えたシートＰは装置本体１から排紙される。

また、図２に示すように、外部エアが装置本体１の機体前面に配置した吸気ファン１１，１２の回転駆動による吸引で機体内に取り込まれる。装置本体１内で発生した熱およびオゾンは、図３に示すように、排気ファン１３，１４の回転駆動によって排気ダクト（排気通路）１５を経て機体開口部１５ｄから機体外に排気される。

上記排気ダクト１５は装置本体１の後側板１６に取り付けられ、排気ダクト１５ａ，１５ｂが合流して二方向からのエアが合流し、排気ダクト１５ｃによって装置本体１の下方へとエアを流している。そうした排気ダクト１５ａ〜１５ｃの材料にはＡＢＳ樹脂など使われている。また、排気ダクト１５ａ〜１５ｃの板厚は排気ファン１３，１４の振動が伝播されない程度のたとえば最低５ｍｍ程度の厚さを有していることが好ましい。

（音抑制装置−第１実施形態）
ここで、図４は、本実施形態の要部をなす音抑制装置１７の構成を示す機能ブロック図である。音抑制装置１７は、図３に示す排気ダクト（通路）１５ｃの途中から分岐して連通する反応音生成部３１に組み込まれ、排気ダクト１５ｃ内を伝播して装置本体１の装置外に放出されるファンによる回転駆動音などの騒音や異音を消音するための装置である。

反応音生成部３１は、図３および図４に示すように、排気ダクト１５ｃから突出した筐体で恰もシリンダ機能を果たすシリンダ状の反応ダクト部３１ａを有し、この反応ダクト３１ａの内部は図５に示す構造となっている。反応ダクト部３１ａの天板部（可動部材）３１ｂは恰もピストン状のごとき機能して図４中の矢印Ａ，Ｂ方向への往復動が可能となっている。その往復動の駆動源にはたとえばステッピングモータ（アクチュエータ）３３が使用されている。断面構造を示す図５において、図中斜線部で示す天板部３１ｂはガイド部３２に支持されて、このガイド部３２と一緒に移動が可能となっている。図４に示すように、天板部３１ｂの移動によって反応ダクト部３１ａの内部空間長さＬと内部容積を変化させる。そのように反応ダクト部３１ａの内部容積を変化させることで取り込んだ音を反応させて波長を変えることができる。

図５においてさらに、ステッピングモータ３３の出力軸に同じくアクチュエータを構成するピニオンギア３４が結合され、反応ダクト部３１ａの壁面３１ｃの全域全長にわたって形成したラック部３５のギア３５ａにそのピニオンギア３４が噛合してモータ回転を減速伝達して天板部３１ｂを往復動させる。また、天板部３１ｂは図示のようにコ字形状に形成され、その下部と上部は反応ダクト壁部３１ｄで仕切られている。すなわち、ピストン移動する天板部３１ｂで仕切られた反応ダクト部３１内に取り込んだ音が機外に漏出しない遮音構造となっている。

再び図３および図４において、排気ダクト１５ｃから分岐した上記反応ダクト３１ａよりも上流側に発生音検出マイク（発生音検出手段）１８が配置されている。装置本体内で発生した機械音などの音は排気ダクト１５ｃ内を通過して機外に排音されるが、その発生音を発生音検出マイク１８で集音して検出するようになっている。検出された発生音の信号に基づいて制御手段は以下各種の作動制御を行うべく作動信号を送出する。発生音信号は電圧増幅器であるＡＭＰ１９で増幅され、ＡＤ変換器（Ａ．Ｄ．Ｃ）２０でもってデジタル信号化される。そして、反応フィルタ２１によって信号の位相を反転し、ＤＡ変換器（Ｄ.Ａ.Ｃ）２２によってアナログ化した信号をＡＭＰ２３によって増幅する。

また、反応ダクト部３１ａよりも下流側には、排気ダクト１５ｃの内部に臨んで干渉音源スピーカ（干渉音発生手段）２４が配置され、この干渉音源スピーカ２４から出力した上記発生音とは逆位相の干渉音を排気ダクト１５ｃ内に向けて放つようになっている。干渉音源スピーカ２４の周囲にこれを取り囲んでスピーカカバー２４ａが取り付けられ、出力された干渉音を排気ダクト１５ｃ内に有効に放たれるようにしている。すなわち、上記発生音検出マイク１８で検出した発生音とは逆位相の干渉音が干渉音源スピーカ２４から排気ダクト１５ｃの通路内に出力されることで、発生音と干渉音とを重ね、音の干渉作用で相殺することで消音する。

前述のように、反応ダクト部３１ａには発生音と干渉音が取り込まれて音の干渉作用によって反応音が生成され、この生成された反応音は再び反応ダクト部３１ａ内からリターンして排気ダクト１５ｃに戻される。なお、反応ダクト部３１ａ内からリターンして排気ダクト１５ｃに戻された反応音（反射音）は発生音とは逆位相となっている。さらに、干渉音源スピーカ２４よりも下流側の排気ダクト１５ｃに音検出マイク（音検出手段）２５が配置されている。音検出マイク２５は、発生音に干渉音源スピーカ２４によって出力された干渉音が干渉した後の音を拾って検出する

そこで、図４の機能ブロック図と図６の動作フローチャートを参照して上記音検出マイク２５が検出した逆位相の反応音の信号に基づき、以下の消音制御が行われる。

ファン回転による機械騒音として発生した音は排気ダクト内１５ｃの上流側で発生音検出マイク１８によって検出され、その発生音は音抑制装置の反応ダクト部３１ａ内に取り込まれる。その一方で、発生音とは逆位相の干渉音が干渉音源スピーカ２４から排気ダクト１５ｃ内へ出力される。排気ダクト１５ｃ内では、発生音と干渉音が重なって反応して干渉する。

反応ダクト部３１ａで生成された反応音は再び排気ダクト１５ｃに戻される。排気ダクト１５ｃ内音を下流側に位置する音検出マイク２５で拾って検出する。検出された音はＡＭＰ２６によって増幅され、増幅後にＡＤ変換器２７でデジタル信号化してＬＭＳ演算部２８に入力される。ＬＭＳ演算部２８では音検出マイク２５で検出した音が最小化するように演算処理される。その演算処理された最小化反応音を反応フィルタ２１に入力し、干渉音源スピーカ２４から出力する逆位相の干渉音に反映させるべくフィードバックさせる。つまり、制御手段は音検出マイク２５で拾った反応音が最小化するようにフードバック制御を行い、制御結果として最小化の音を決定する。

また、誤差経路補償フィルタ２９を有しており、ここでは上記発生音検出マイク１８で拾って検出した排気ダクト１５ｃ内の発生音の検出信号と、音検出マイク２５で拾って検出した反応音の検出信号との検出タイミングを合わせるためにＬＭＳ演算部２８にて演算を行う。その演算結果から干渉音源スピーカ２４から出力する干渉音を調整するのである。結果的に、そうした調整を繰り返すことで発生音に干渉させてその発生音を消音し、発生音がそのまま機外に放音されないように制御する。

また、ハウリング補償フィルタ３０を有し、干渉音源スピーカ２４から出力した干渉音が発生音検出マイク１８にフィードバックする経路であるためにハウリングの原因となる。このハウリング防止にハウリング補償フィルタ３０が装備されている。

それを考慮して発生音検出マイク１８はつぎの好適位置に配置される。発生音検出マイク１８としては排気ダクト１５ｃ内で音圧の高い部分にセットされるのが好ましい。図７は、排気ダクト１５ｃの内部の音圧レベルを模式的な音響モードで示している。排気ダクト１５ｃ内の音圧レベルは場所によって異なり、腹の位置は音圧レベルが大きくなり、節の部分は音圧レベルが小さくなる。この音響モードは音の周波数によっても異なるが、この場合はたとえば５００Ｈｚ〜３０００Ｈｚまでの音圧レベルのオーバオールで音響モードが形成されていると考えられる。

以上の動作および作用が図６の動作フローチャートの各ステップに示す手順で実行される。

音検出マイク２５で排気ダクト１５ｃ内の音が検出される（ステップ：Ｓ４０）。その際、検出によって採取されたダクト内発生音はＦＦＴ変換をかけて（ステップ：Ｓ４１）、図８に示す周波数特性のデータとして保存する。Ｓ４０で音検出マイク２５が検出する排気ダクト１５ｃ内の音は、装置本体での発生音に干渉音源スピーカ２４によって出力された干渉音を干渉させた後の音であってよい。続いて、たとえば音の周波数が２ｋＨｚ以上の周波数特性で図８中で音圧レベルの最大個所を探索し、このときの周波数をａｋＨｚとする。反応音生成部３１における反応ダクト部３１ａの天板部３１ｂの高さ寸法（反応音生成部３１の長さ）Ｌは次式で算出することができる。

Ｌ（ｍｍ）＝３４６×１０^３/（４×ａ） ・・・（１）
この（１）式で３４６×１０^３は音速（ｍｍ/ｓ）、ａ（Ｈｚ）は前述した低減を望むべき周波数である。反応音生成部３１による消音原理は、反応ダクト部３１ａからの反応音（反射音）が発生音を逆位相となっていることで発生音を消音化することにある。よって排気ダクト１５ｃ内を下流側に進行する発生音が反応ダクト部３１ａに入り、天板部３１ｂに反射した反射音が逆位相になっている必要がある。したがって、天板部３１ｂの高さ寸法Ｌは排気ダクト１５ｃ内を下方に進行する音の１/４波長の長さに同等とすれば、反射音は１/２波長になる。

天板部３１ｂをステッピングモータ３３の回転駆動によって高さ寸法Ｌの長さ距離を移動させる（ステップ：Ｓ４２）。つぎに、発生音検出マイク１８と音検出マイク２５で採取した音の最大部分（図８中の符号ｂで示す部分）の音をすべて検出できるよう、図４中のＡＭＰ１９，２６を調整する。さらに、図４中の干渉音源スピーカ２４によって全周波数帯の音がすべて入っている音（いわゆるホワイトノイズ）を出力し、音検出マイク２５の検出が最大になるように干渉音源スピーカ２４のＡＭＰ２３を調整する（ステップ：Ｓ４３）。その状態で、ホワイトノイズを干渉音源スピーカ２４からいわゆる同定４４として出力する（ステップ：Ｓ４４）。同定終了後（ステップ：Ｓ４５）、前述の誤差経路補償フィルタ２９に同定値Ｃを入れて保存する（ステップ：Ｓ４６）。以上、一連の動作終了後、音抑制装置（ＡＮＣ）１７の適応を開始する（ステップ：Ｓ４７）。

以上のように音抑制装置１７を作動させることにより、図８および図９に示す騒音低減特性による効果が得られる。図９は、横軸に時間（Ｓ）、縦軸に騒音波形（図４の音検出マイク２５で検出した電圧波形（Ｖ））を示す。また、図８は、前述した図９の騒音波形を高速フーリエ変換アルゴリズム（以降ＦＦＴ）処理して、横軸に周波数（Ｈｚ）縦軸に音圧レベル（ｄＢ）を示したグラフである。

以上から明らかなように、画像形成装置本体１に備わる第１実施形態の音抑制装置１７によれば、図９に示すように、本装置の作動後、時間の経過とともに騒音波形（Ｖ）は小さくなる。また、図８に示すように、反応音生成部３１を設けることでａｋＨｚの音を低減に有効であり、ｂ部に示すような騒音低減の効果も得ることができる。このように高周波数の音は反応音生成部３１で消音するとともに、低周波の音は音抑制装置１７で消音させることで、周波数全域の音の騒音低減に有効である。すなわち、排気ダクト１５ｃを伝播されて画像形成装置本体１の機外に放射される吸引ファン１１，１２および排気ファン１３，１４から発生する回転音および画像形成装置本体１内で発生する駆動音などを有効に消音することで、使用環境の静寂性が保たれる。

（第２実施形態−音抑制装置）
つぎに、第２実施形態について説明をする。この第２実施形態を示す動作フローチャートの図１０は、上記第１実施形態で示された図７の動作フローチャートを基本にしており、異なる部分の動作制御を説明し、共通するステップの説明は省く。

すなわち、音検出マイク２５によって反応ダクト部３１ａから出た反応音を採取し（ステップ：Ｓ４０）、周波数を算出するステップまでは図７と同一である。その後、天板部３１ｂを所定位置まで移動させて（ステップ：Ｓ４２）、さらにもう一回音検出マイク２５で音の採取を行うことで周波数の演算を実施する。このルーチンを繰り返すことでにより高精度の目標とする周波数の音を低減させること可能となる。加えて、排気ダクト１５ｃ内を通過する音は時間の経過とともに変化している可能性があるため、定期的に図１０のステップＳ４０〜Ｓ４２を繰り返すことで、さらに一層高精度の騒音低減を実現できる。

以上、本発明について数例の実施形態が説明されたが、それら実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内でその他の実施形態、応用例および変形例、そしてそれらの組み合わせも可能である。

本発明による音抑制装置が装備された画像形成装置の具体例である複写機を示す図。 画像形成装置本体に設けられた冷却ファンおよび排気ファンの外観を示す斜視図。 同冷却ファンと排気ファンに設けられたダクト構造を示す斜視図。 第１実施形態による音抑制装置の構成ならびに電気回路を示す機能ブロック図。 第１実施形態において排気ダクト内の音圧レベルを模式的に示す音響モード図。 第１実施形態において天井部の移動機構の説明図。 第１実施形態の音抑制装置においてその動作を示すフローチャート。 第１実施形態における合成音検出マイクの騒音波形をＦＦＴ処理して横軸に周波数（Ｈｚ）縦軸に音圧レベル（ｄＢ）を示すグラフ。 第１実施形態における合成音検出マイクで検出した騒音波形と電圧波形との相関を示すグラフ。 本発明による第２実施形態の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１ 画像形成装置本体
４ 感光体ドラム
１０ 定着装置
１５ａ，１５ｂ 排気ダクト（排気通路）
１５ｃ 排気ダクト
１７ 音抑制装置
１８ 発生音検出マイク（発生音検出手段）
２１ 反応フィルタ
２４ 干渉音源スピーカ（干渉音発生手段）
２５ 音検出マイク（音検出手段）
−以下、音抑制装置−
３１ 反応音生成部
３１ａ シリンダ状の反応ダクト部
３１ｂ ピストン状の天板部（可動部材）

Claims (7)

1. 装置本体内で発生した発生音が通路を通じて装置外に放出されることを抑制する音抑制装置であって、
   前記発生音と逆位相の干渉音を前記通路内に出力する干渉音発生手段と、
   前記排気通路から分岐した、前記発生音を取り込んで前記発生音とは逆位相の反応音として生成して再び前記通路に戻す反応音生成部と、
   前記反応音生成部の内部の長さを変化させるためのアクチュエータと、
   前記発生音に前記干渉音発生手段によって出力された干渉音を干渉させた後の音を検出する音検出手段と、
   前記音検出手段の検出信号に基づいて前記アクチュエータに作動信号を送出する制御手段と、
   を有することを特徴とする音抑制装置。
2. 前記発生音を検出する発生音検出手段を更に有し、
   前記干渉音発生手段は、前記発生音検出手段が検出した結果に基づいて干渉音を発生することを特徴とする請求項１に記載の音抑制装置。
3. 前記通路において上流側から下流側へ順に前記発生音検出手段、前記反応音生成部、前記干渉音発生手段および前記音検出手段が配置されてなっていることを特徴とする請求項２に記載の音抑制装置。
4. 前記反応音生成部は、
   前記通路に分岐して連通するシリンダ状の反応ダクト部と、
   前記アクチュエータの作動で前記反応ダクト部内を移動してダクトの長さを変えることによって、前記反応ダクト部の内部で前記反応音の波長を変化させるピストン状の可動部材と、
   を含んでなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の音抑制装置。
5. 前記通路および前記反応音生成部のそれぞれ内面に遮音手段を施してなっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の音抑制装置。
6. 装置本体内で発生した発生音が経路を通じて装置外に伝わることを抑制する音抑制装置であって、
   前記通路から分岐し、前記発生音を取り込んで干渉させた後に前記発生音とは逆位相の反応音として生成して再び前記通路に戻す反応音生成部と、
   前記反応音生成部の内部の長さを変化させるためのアクチュエータと、
   前記経路の内部の音を検出する音検出手段と、
   前記音検出装置の検出信号に基づいて前記アクチュエータに作動信号を送出する制御手段と、を有することを特徴とする音抑制装置。
7. 画像形成ステーションで発生した熱を装置外に排出する通路を形成する排気ダクトと、前記請求項１乃至６のいずれか１項に記載の音抑制装置と、を有する画像形成装置であって、
   画像形成装置本体内の吸気ファンおよび排気ファンから発生した回転駆動音が前記排気ダクトに伝播されて装置外に放出されるのを前記音抑制装置によって抑制することを特徴とする画像形成装置。

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