JP3656573B2 - ダクトおよび、このダクトを備える電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダクトおよび、このダクトを備える電子機器に関する。
【0002】
【背景技術】
従来より、光源と、この光源から出射された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する電気光学装置と、この電気光学装置により形成された光学像を拡大投写する投写光学系と、これらを収納する筐体とを備えた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、会議や学会、展示会等におけるプレゼンテーションとしての利用に加えて、家庭でホームシアター用等としても利用されている。このため、プロジェクタによる投写画像の鮮明化を可能とするために、光源の高輝度化が促進されている。
【0003】
ここで、光源の高輝度化を促進する場合には、装置内部の過熱を防止するために、電気光学装置を含む光学部品の冷却効率を向上させる必要がある。このため、プロジェクタ内には、電気光学装置を含む光学部品の近傍に吸気ファンと、この吸気ファンに接続され、かつ筐体に形成された排気口に面するダクトとが設けられ、この際、吸気ファンを大型化することにより、冷却効率の向上を図っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように、単に、光源の高輝度化に伴って、ファンの大型化を図り、冷却効率の向上を図る方法では、次のような問題がある。すなわち、ファンを大型化すると、冷却空気の風量や風速が増し、ダクトに当たって風切音が発生し、プロジェクタの使用時において、騒音が発生し易くなるという問題がある。また、プロジェクタの筐体に沿って吸気ファンを設ける場合には、ファンの大型化に伴って、上記風切音に加えて、吸気ファン自体の動作音も大きくなるため、騒音がより一層大きくなるという問題も発生する。このような問題は、例えば、プロジェクタが家庭等で使用される場合には、プロジェクタと使用者との距離が近くなるので、より一層際だつことになる。
なお、このような問題は、プロジェクタに限らず、ゲーム機器等のその他の電子機器においても同様であった。
【0005】
本発明の目的は、十分な排気効率を確保しつつ、消音効果の高いダクトおよびこのダクトを備える電子機器を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1発明に係るダクトは、ファンが接続されるダクトにおいて、繊維シートに合成樹脂を含浸させた材料からなることを特徴とするものである。
ここで、ファンとしては、特に限定されないが、例えば、所定の回転数で十分な吐出圧を確保できるという利点からシロッコファンであることが好ましい。さらに、ファンは、ダクトの吸気口に接続される吸気用ファンとしてもよいし、ダクトの排気口に接続される排気用ファンとしてもよい。要するに、ダクトにファンが接続されればよい。
【0007】
また、繊維シートとしては、紙や不織布、耐熱シート等を含み、繊維を固めてシート状に形成した各種シートを採用できる。紙とは、植物繊維およびその他の繊維を絡み合わせ、膠着させて製造したものであり、この紙の原料としては、一般的に使用される植物繊維だけでなく、ビスコースレーヨンやセルロースアセテート、合成繊維、合成高分子などを採用できる。また、不織布としては、各種製造方法によって製造される一般的な不織布を採用できる。例えば、スパンボンド法不織布、メルトブロー法不織布、フラッシュ紡糸法不織布、トウ開繊法不織布、バーストファイバー法不織布等である。
【0008】
このようなダクトにおいて、例えば、ダクトの吸気口に吸気用のファンを接続し、ファン回転数を一定(例えば、2200rpm)とした条件下で排気口近傍における騒音レベル[dB(A)]を計測特性として測定すると、一般的な合成樹脂製のダクトに比べて、ダクトが真っ直ぐな形状である時には、排気口近傍における計測特性値が少なくとも約3dB(A)程度減少し、ダクトの中間に曲折部が設けられている時には、排気口近傍における計測特性値が少なくとも約11dB(A)程度減少する。ここで、騒音レベル[dB(A)]とは、騒音計で測定した聴感補正済み音圧レベルのうちのA特性を示す値であり、人間の聴感に最も対応した値である。このため、第1発明によれば、十分な排気効率を確保しつつ、ダクトの消音効果を向上させることができる。
【0009】
また、前記繊維シートは、紙であることが好ましい。
このようにすれば、シート部材を主に紙で構成することができるので、従来のように合成樹脂で構成する場合に比べて、製造コストを削減できる。また、シート部材における紙の割合を51%以上とすれば、ダクトを廃棄する際に、リサイクル性の高い紙として、ダクトをリサイクルすることができる。このため、ダクトのリサイクルが容易となる。さらに、繊維シートとして不織布や耐熱シートを採用する場合に比べて、原料コストを低減できる。また、十分な剛性も確保できる。
【0010】
ここで、シート部材の厚さは、2mm未満であることが好ましく、0.5mm以下であることがより好ましい。
例えば、シート部材の厚さを2mm以上としてダクトを形成した場合には、ダクトの消音効果が乏しい上、シート部材を構成する材料の使用量の増加により、ダクトの製造がコスト高になり、ダクトサイズも大きくなるという欠点がある。一方、シート部材の厚さを0.5mm以下とすれば、空気振動が発生した際に、ダクトを構成する面が変形することにより、騒音に伴う振動を吸収するので、吸音効果が向上する。
【0011】
前記合成樹脂は、ポリメチルペンテンであり、当該ダクトの流路の中間は、その送風断面が縮径された絞り加工が施されていることが好ましい。
ここで、絞り加工の程度としては、例えば、ダクトを電子機器の筐体内に設置する場合には、設置スペースを考慮して、ダクトにおけるテーパ角度が少なくとも6度程度までできればよい。
【0012】
このように合成樹脂としてポリメチルペンテンで構成すれば、ポリメチルペンテンは、ダクト内を流れる高温の空気の熱によっては溶けだし難いので、高温下でもダクトの保形性を十分に確保できる。この際、ポリメチルペンテンを含んだシート部材は前述した程度まで絞り加工が可能なので、電子機器内にダクトを配置する場合でも、電子機器内のスペース形状に合わせて簡単にダクトを形成でき、ダクトの設計の自由度を向上させることができる。
【0013】
本発明の第2発明に係るダクトは、吸気口または排気口のいずれか一方にファンが接続されるダクトにおいて、単一材料であって、厚さが2mm未満であり、かつ計測特性値を3dB以上低下可能な合成樹脂からなることを特徴とするものである。この際、厚さが0.5mm以下であることがより好ましい。ここで、計測特性としては、排気口近傍における騒音レベルを採用できる。
【0014】
また、合成樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂や、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂等を採用できる。なお、ポリオレフィン系樹脂としては、単独重合体としてのポリプロピレンやポリエチレン、共重合体としてのエチレン−α−オレフィン共重合体、プロピレン−α−オレフィン共重合体等を採用できる。ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート等のホモポリエステルや、これらのホモポリエステルを主成分単位として他の成分を共重合したコポリエステル、さらには、これらの混合ポリエステルを採用できる。ポリアミド系樹脂としては、ナイロン6(ポリカプロラクタミド)、ナイロン6,6(ポリヘキサメチレンアジポアミド)等が採用できる。
【0015】
例えば、合成樹脂の厚さを2mm以上としてダクトを形成した場合には、ダクトの消音効果が乏しい上、シート部材を構成する材料の使用量の増加により、ダクトの製造がコスト高になるという欠点がある。
一方、合成樹脂の厚さを0.5mm以下とすれば、空気振動が発生した際に、ダクトを構成する面が変形することにより、その振動を抑えるので、吸音効果が向上する。
【0016】
本発明の第3発明に係るダクトは、吸気口または排気口のいずれか一方にファンが接続されるダクトにおいて、繊維シートに合成樹脂を含浸させたシート部材からなり、流路の中間には、断面積が他の部分よりも大きな膨張部が設けられていることを特徴とするものである。この際、膨張部の断面積がダクト断面積の略1.5倍よりも大きいことが好ましい。
【0017】
ここで、ダクトの断面形状としては、長方形や正方形、三角形、円形等のいずれの形状であってもよい。この際、膨張部の断面形状としても、ダクトの断面形状にならって、長方形や正方形、三角形、円形等とすることが好ましい。ただし、電子機器を構成する筐体内にダクトを配置する場合において、ダクトおよび膨張部の断面形状を円形や楕円形等とすると、ダクトおよび膨張部と筐体との間にデッドスペースが発生してしまい、電子機器の小型化の点で好ましくない。このため、ダクトおよび膨張部の断面形状としては、長方形や正方形、三角形等の角部分を有する形状が好ましい。この中でも、筐体の曲折部分を効果的に利用して、筐体内を広くできる点で、ダクトおよび膨張部の断面形状は三角形であることがより好ましい。また、膨張部は、ダクトから一定方向側にのみ膨張するように構成してもよいし、ダクトから全方向へと膨張するように構成してもよい。
【0018】
また、前記膨張部は、当該ダクトにおける吸気口側に配置されることが好ましい。
ダクトにおける吸気口側とは、ダクトの吸気口部分に膨張部が取付られる場合も含むものであり、要するに、ダクトの中央よりも吸気口側に配置されればよいということである。
【0019】
さらに、当該ダクトおよび前記膨張部の内面には、多孔質材からなる吸音材が配置されることが好ましい。
多孔質材からなる吸音材とは、多孔質性の物質であって、その多孔質部分により吸音効果を有し、例えば、ゴムまたは合成樹脂製のスポンジや、グラスウール、ロックウール等を採用できる。
【0020】
ここで、ダクトにおける流路の中間に曲折部を有し、この曲折部を挟むダクト間のなす角度が135度未満であることが好ましい。この際、曲折部を設ける位置としては、ダクトの略中央であることがより好ましい。
【0021】
さらに、電子機器の筐体内にダクトを設置する場合には、ダクトと筐体との固定箇所をなるべく少なくして、筐体内にダクトを設置することが好ましい。例えば、ダクトと筐体との間に前記海綿状物質を配置する等して、ダクトと筐体との間で、部分的な固定が行われないように構成すればよい。
【0022】
このような第3発明によれば、例えば、ダクトの吸気口にファンを接続し、ファン回転数を一定とした条件下で排気口近傍における騒音レベル(騒音計が示す電流値)を計測特性として測定することにより、排気口部分における計測特性値(騒音レベル)が最も低いダクトを製造できる。また、計測特性として排気口近傍における風量を測定することにより、このようなダクトが十分な排気効率を有していることを確認できる。これらのことから、十分な排気効率を確保しつつ、ダクトの消音効果を向上させることができる。
【0023】
なお、家庭等の比較的狭くて静かな場所では、このようなダクトを有する電子機器等を使用する場合には、前述したように、騒音レベルが最も小さい設計とすることができる。しかしながら、例えば、パブリックスペース等の比較的広くて騒がしい場所で、このようなダクトを有する電子機器等を使用する場合には、騒音レベルが通常よりは低いものの最適設計よりはやや高いという設計にしたとしても、騒音が周囲の音や空間等で、マスキングされるので、冷却効率を向上させるために、やや騒音レベルを犠牲にして風量を高める設計としてもよい。また、両者のバランスを考えて、家庭でもパブリックスペース等でも対応できるような設計としてもよい。
【0024】
このような本発明のダクトは、実験計画法(品質工学の手法)を利用して求められたものである。この実験計画法(品質工学の手法)は、製品設計において高品質と高生産性を同時に実現するための具体的な技術的方法であり、田口玄一氏によって創始された、いわゆるタグチメソッドである。このような実験計画法(品質工学の手法)による評価は、JIS規格にも採用されており、一般的な評価方法として十分に信頼性のある方法である。なお、品質工学の手法が採用されたJIS規格としては、例えば、JIS Z 8403-1996:製品の品質特性−規格値の決め方通則や、JIS K 7109-1986:プラスチックの寸法許容差の決め方等がある。
【0025】
本発明の第4発明に係る電子機器は、以上に示したダクトを備えて構成されることを特徴とするものである。
このような第4発明によれば、前記ダクトにおける作用効果と同様の作用効果を奏することができて、仕様通り確実に電子機器を駆動できる。この際、例えば、家庭で使用する場合のように、電子機器と使用者との距離が比較的近い場合であっても、十分な静粛性を確保できて、使用者に不快感を与えないようにできる。
【0026】
【発明の実施の形態】
[1.ダクトの最適化設計]
(1)形状の最適化
本発明のダクトは、前述した田口氏の実験計画法による実験によって案出されたものである。以下、ダクトの形状に関する設計手順について説明する。
【0027】
(1.1)計測特性値
消音効果の高いダクトを設計するためには、ダクトの排気口の騒音レベルを測定すればよいが、排気口から出る風量が著しく小さくなっては、プロジェクタ等の電子機器内にダクトを設置して、光源等の光学機器を冷却しようとしても、効率的な冷却が行えない。そこで、計測特性値として、ダクトの排気口近傍における騒音レベル(dB(A))と風量(m3/min)とを採用した。
【0028】
ここで、これらの計測特性値の測定に当たり、以下に示すものを準備した。すなわち、吸気口に取付けるための吸気用ファンとしてのシロッコファン14(図5参照)を準備した。このシロッコファンは、東陶機器社製;TYF200を採用した。また、排気口の開口面中央部分から40mm離れた位置には、排気口近傍の空気振動(騒音)を検出するために、ウインドスクリーン付のマイクを準備した。さらに、このマイクで検出された空気振動(音)を計測特性としての騒音レベルに変換して出力させるために騒音計を接続した。
一方、排気口近傍における風量を測定するために、排気口の左側、真中、右側の近傍には風速計を設置した。この風速計としては、testoterm社製;風速計:testvento400、センサ:ベーン方式、品番06359540を採用した。
【0029】
(1.2)外側因子
ダクトがプロジェクタ等の光学機器に使用された場合、光源等の過熱の状態によっては、ファンの回転数を上げて冷却効率を高める必要がある。また、プロジェクタ等の光学機器の冷却後の空気を排出する排気口の前に物等が置かれて、排気口の妨げになることもある。そこで、外側因子として、ファンのモータの回転数(信号因子M)と、ダクトの排気口が塞がれるか否か(誤差因子)を採用した。
【0030】
具体的には、信号因子Mとしては、シロッコファンのモータの回転数を設定し、このモータの回転数の入力の程度を3水準(M1:1983rpm、M2:2200rpm、M3:2574rpm)設定した。また、誤差因子は、ダクトの排気口を半分塞ぐか否かの2水準とした。
【0031】
(1.3)制御因子および直交表
排気口近傍における騒音レベルを低減できる制御因子としては、スポンジの有無(A)、スポンジの厚さ(B)、ダクトの固定(C)、排気口側ダクト側の長さ寸法(出口長さ,D)、吸気口側ダクト側の長さ寸法(入口長さ,E)、曲折部におけるダクト間のなす角度(F)、ダクト本体に対する膨張部の面積比率(マフラー形状,G)、ダクト本体に対する膨張部の設置位置(マフラー位置,H)が予想される。
【0032】
ここで、これらの制御因子に対応する設計モデルとして、図1(A),(B)に示すようなモデルダクト1,101を検討した。
図1(A)に示すように、モデルダクト1としては、断面長方形状で内部が中空とされたダクト本体2と、ダクト本体2の流路の中間等に設けるための膨張部3と、これらのダクト本体2および膨張部3の内面側に貼付するための多孔質材からなる吸音材としてのスポンジ4とを想定した。
【0033】
ダクト本体2は、流路の中間に曲折部を想定して、開口部が吸気口2Aとなるダクト本体を吸気口側ダクト本体21とし、開口部が排気口2Bとなる排気口側ダクト本体22とした。また、曲折部において、吸排気口側ダクト本体21,22のなす角度θをθ度とした。
膨張部3は、ダクト本体2の断面にならった断面長方形状で内部が中空とした。
【0034】
モデルダクト1では、吸気口側ダクト本体21に膨張部3を設けたものを想定した。そして、排気口側ダクト本体22において、排気口2Bと吸排気口側ダクト本体21,22の曲折部との間の長さ寸法L1AをL1Ammとし、膨張部3の排気口側側面3Bと吸排気口側ダクト本体21,22の曲折部との間の長さ寸法L2AをL2Ammとした。
【0035】
一方、モデルダクト101では、図1(B)に示すような、排気口側ダクト本体22に膨張部3が設けられたものを想定した。図1(B)において、モデルダクト1と同一の構成品には、同じ符号を付して説明する。
図1(B)に示すように、モデルダクト101において、膨張部3の吸気口側側面3Aと吸排気口側ダクト本体21,22の曲折部との間の長さ寸法L1BをL1Bmmとし、吸気口2Aと吸排気口側ダクト本体21,22の曲折部との間の長さ寸法L2BをL2Bmmとした。
【0036】
すなわち、長さ寸法L1A,L1Bを長さ寸法L1としてまとめて表現すれば、長さ寸法L1は、排気口側ダクト本体22に膨張部3が設置されている場合には、吸排気口側ダクト本体21,22の曲折部と、膨張部3の吸気口側側面3Aとの間の長さ寸法L1Bを示す(図1(B))。一方、排気口側ダクト本体22に膨張部3が設置されていない場合には、吸排気口側ダクト本体21,22の曲折部と、排気口2Bとの間の長さ寸法L1Aを示す(図1(A))。
【0037】
また、長さ寸法L2A,L2Bも長さ寸法L2としてまとめて表現すれば、前記長さ寸法L1の場合と同様に、長さ寸法L2は、吸気口側ダクト本体21に膨張部3が設置されている場合には、吸排気口側ダクト本体21,22の曲折部と、膨張部3の排気口側側面3Bとの間の長さ寸法L2Aを示す(図1(A))。一方、吸気口側ダクト本体21に膨張部3が設置されていない場合には、吸排気口側ダクト本体21,22の曲折部と、吸気口2Bとの間の長さ寸法L2Bを示す(図1(B))。
【0038】
ここで、これらのうちでも、特に、排気口側ダクト側の長さ寸法(出口長さ)や、吸気口側ダクト側の長さ寸法(入口長さ)、曲折部におけるダクト間のなす角度、ダクト本体に対する膨張部の面積比率(マフラー形状)等については、制御因子の数値的変化に伴う計測特性値の変化についても確認したい。そこで、各因子を三水準採用できる図2に示されるL18直交表を採用した。
【0039】
ここで、先ほど選定した8つの制御因子(A〜H)のうち、制御因子A(スポンジの有無)と制御因子B(スポンジの厚さ)とは、L18直交表に単純に割りつけると、スポンジが「無し」で厚さが「厚い、薄い」となる等の矛盾が生じてしまう。そこで、L18直交表の第1列と第2列とを組み合わせて、制御因子AB(スポンジの使用)として6水準の列を作り、以下のような条件を割りつけた。
【0040】
<制御因子AB>
制御因子ABとして「スポンジの使用」を採用した。また、制御因子ABにおける6つの水準(AB1〜AB6)として、スポンジの有無、厚さ、貼付位置を採用した。これらをまとめると以下の通りとなる。なお、図3には、厚さの異なるスポンジ11,12が示されている。薄いスポンジ11の厚さは2mmであり、厚いスポンジ12の厚さは3mmである。
制御因子AB:スポンジの使用(スポンジ)
水準1(AB1):なし
水準2(AB2):モデルダクト1,101(図1参照)の内面全体に薄いスポンジ11を貼付
水準3(AB3):モデルダクト1,101(図1参照)の内面全体に厚いスポンジ12を貼付
水準4(AB4):膨張部3の内面にのみ、薄いスポンジ11を貼付
水準5(AB5):膨張部3の内面にのみ、厚いスポンジ12を貼付
水準6(AB6):なし(水準1と同じ)
【0041】
<制御因子C>
制御因子Cとして「ダクトの固定」を採用した。また、制御因子Cにおける3つの水準(C1〜C3)として、以下のように設定した。なお、図4に示すように、ダクトの固定を、モデルダクト1,101におもり13を配置することでモデル化した。図4には、モデルダクト1,101に対して、おもり13の配置位置を変えて配置した様子が示されている。
制御因子C:ダクトの固定(固定)
水準1(C1):なし(フリー)
水準2(C2):排気口側におもり13を設置(排気口側固定)
水準3(C3):吸気口側におもり13を設置(吸気口側固定)
【0042】
<制御因子D>
制御因子Dとして「排気口側ダクト側の長さ寸法(出口長さ)、つまり、図1(A),(B)における長さ寸法L1」を採用した。また、制御因子Dにおける3つの水準(D1〜D3)として、以下のように設定した。なお、図5には、中間に曲折部を有し、その曲折部から排気口までの長さ寸法が異なるモデルダクト1,101が示されている。
制御因子D:排気口側ダクト側の長さ寸法(出口長さ)
水準1(D1):短い(100mm)
水準2(D2):普通(150mm)
水準3(D3):長い(200mm)
【0043】
<制御因子E>
制御因子Eとして「吸気口側ダクト側の長さ寸法(入口長さ)、つまり、図1(A),(B)における長さ寸法L2」を採用した。また、制御因子Eにおける3つの水準(E1〜E3)として、以下のように設定した。なお、図6には、中間に曲折部を有し、その曲折部と、吸気口側に設けられた膨張部との間の長さ寸法が異なるモデルダクト1が示されている。
制御因子E:吸気口側ダクト側の長さ寸法(入口長さ)
水準1(E1):短い(100mm)
水準2(E2):普通(150mm)
水準3(E3):長い(200mm)
【0044】
<制御因子F>
制御因子Fとして「曲折部でのダクト間のなす角度、つまり、図1における角度θ」を採用した。また、制御因子Fにおける3つの水準(F1〜F3)は、以下のように設定した。図7には、ダクトの曲折部におけるダクト本体21,22のなす角度が異なるモデルダクト1,101が示されている。
制御因子F:曲折部でのダクト間のなす角度(角度)
水準1(F1):180度
水準2(F2):135度
水準3(F3): 90度
【0045】
<制御因子G>
制御因子Gとして「膨張部の面積比率」を採用した。また、制御因子Gにおける3つの水準(G1〜G3)は、以下のように設定した。図8には、ダクト本体2の断面積に対して断面積比率の異なる膨張部3が設けられたモデルダクト1,101が示されている。
制御因子G:ダクト本体に対する膨張部の面積比率(マフラー形状)
水準1(G1):ダクトの断面積の1.2倍
水準2(G2):ダクトの断面積の1.5倍
水準3(G3):ダクトの断面積の1.8倍
【0046】
<制御因子H>
制御因子Hとして「ダクト本体に対する膨張部の設置位置」を採用した。また、制御因子Hにおける3つの水準(H1〜H3)は、以下のように設定した。図9には、ダクト本体2に対して膨張部3の設置位置が異なるモデルダクト1,101が示されている。
制御因子H:ダクト本体に対する膨張部の設置位置(マフラー位置)
水準1(H1):ダクト本体の排気口部分
水準2(H2):ダクト本体の排気口側(排気口から100mmの位置)
水準3(H3):ダクト本体の吸気口側(吸気口から100mmの位置)
【0047】
以上、制御因子を割りつけてまとめた表を図10に示し、また、これらの制御因子が割りつけられた18種類の実験条件(L18−1〜L18−18)を示す表であるL18直交表を図11,12に示す。
【0048】
図12に示すL18直交表において、例えば、実験番号1(L18−1)は、次のように示すことができる。
L18−1:AB1C1D1E1F1G1H1
即ち、実験番号1(L18−1)のダクトは、各制御因子(AB、C〜H)が全て水準1として形成されたダクトであることを示している。なお、その他の17の実験条件(L18−2〜L18−18)も同様にして、図12に示すL18直交表を参照して、ABnCnDnEnFnGnHnのように示すことができる。これらの18種類の実験条件(L18−1〜L18−18)におけるダクトの構成を図13〜30に示す。なお、これらの図13〜30では、図中の左側もしくは下側が吸気口であり、図中の右側もしくは上側が排気口である。
【0049】
このような18種類の実験条件において、モータの回転数(信号因子M)を1983rpm、2200rpm、2574rpmと変化させ、各回転数における計測特性値としての騒音レベル(オーバーオール,dB(A))と、風量(単位:m3/min)とを測定した。これらの測定結果を図31に示す。
【0050】
(1.4)計測特性値の評価
この図31のデータを基に、各実験条件における3個ずつの測定データから、各制御因子(AB、C〜H)ごとに、得られた実験1〜18の測定結果をばらつきの少なさの程度(機能性)を示すSN比に変換し、各制御因子毎に図32,33に示す要因効果図を作成した。なお、図32には、計測特性を騒音レベルとした図(騒音が小さい条件)を示し、図33には、計測特性を風量(風量が多い条件)とした図を示す。また、SN比は、その値が大きいほど、測定結果のばらつきが少なくなることを示している。
【0051】
図32を参照しながら、消音効果を向上させるダクトについて考察する。
制御因子ABでは、水準2および水準3におけるSN比が、極端に大きくなっている。ここで、水準2,3は、どちらもダクト全体にスポンジを配置した場合であることから、ダクトの内側全面にスポンジを配置することが効果的であることが判明した。
【0052】
制御因子Cでは、各水準間においてあまり大きな差が見られないが、ダクトの一部を固定するよりは、固定しない方がよいことが判明した。ただし、消音効果への影響度としては小さいものであった。
【0053】
制御因子Dでは、水準1および水準2に比べて、水準3においてSN比が大きくなっている。このため、長さ寸法L1(出口長さ)が100mmよりも長い方が効果的であることが分かった。
【0054】
制御因子Eでも、水準1および水準2に比べて、水準3においてSN比が極端に大きくなっている。このため、長さ寸法L2(入口長さ)が100mmよりも長い方が、消音の点で効果的であることが分かった。
【0055】
制御因子Fでも、水準1および水準2に比べて、水準3においてSN比が極端に大きくなっている。このため、曲折部でのダクト間のなす角度θが135度よりも小さくなると極めて効果的であることが分かった。
【0056】
制御因子Gでも、水準1および水準2に比べて、水準3におけるSN比が極端に大きくなっている。このため、膨張部3がダクト本体2の断面積の1.5倍よりも大きくなると、消音の点で極めて効果的であることが分かった。
【0057】
一方、制御因子Hでは、水準1に比べて、水準2および水準3におけるSN比が極端に大きくなっている。このため、排気口部分に膨張部3を設けずに、ダクト本体2の流路の中間に膨張部3を設けると、消音の点で極めて効果的であることが分かった。
【0058】
これらの制御因子の中でも、特に、SN比の最大値と最小値との間で2dB程度と大きく変化している制御因子AB、制御因子F、および制御因子Hが、消音の点で最も大きく影響を及ぼしていることが判明した。
【0059】
以上より、図32から、各制御因子におけるSN比が高くなる水準を選択し、これを最適な条件とした。つまり、計測特性が騒音レベル(オーバーオール)の場合における最適な条件は、AB3C1D3E3F3G3H3であった。この最適条件におけるダクト形状を図34に示す。
【0060】
一方、図33においても、風量の増加に関し図32と同様の考察を行った。
図32の場合と比べて、各制御因子における水準間のSN比の変動幅が小さく、効果的な制御因子が少なかった。ただし、制御因子F、Hについては、比較的大きな変動が見られた。
【0061】
制御因子Fでは、水準1および水準2に比べて、水準3においてSN比が極端に小さくなっている。このため、なす角度θが135度よりも大きくなると、風量増加の点で効果的であることが分かった。
【0062】
一方、制御因子Hでは、水準1に比べて、水準2および水準3におけるSN比が極端に小さくなっている。このため、なるべく排気口側に膨張部3を設けると風量増加の点で極めて効果的であることが分かった。
【0063】
以上より、図33から、各制御因子におけるSN比が最も高くなる水準を選択し、これを最適な条件とした。つまり、計測特性が風量増加の場合における最適な条件は、AB5C2D2E2F2G3H1であった。この最適条件におけるダクト形状を図35に示す。
【0064】
次に、図32,33の要因効果図等を用いて、所定の風量を確保しつつ、十分に消音効果を有する条件、すなわち風速を安定させる条件を検討した。この結果を要因効果図として、図36に示す。なお、SN比が高い場合が風速の安定している場合である。
【0065】
ここで、図36から、各制御因子におけるSN比が最も高くなる水準を選択し、これを最適な条件とした。つまり、風速の安定する最適条件は、AB3C2D3E1F1G2H2であった。この最適条件におけるダクト形状を図37に示す。
【0066】
(1.5)確認実験
次に、騒音レベルが小さくなる最適条件と、風量が大きくなる最適条件と、風速が安定する最適条件と、初期条件(L18−1)とについて、誤差因子を付加した場合と付加しない場合とにおける騒音レベルおよび風量に関して、確認実験を行った。この結果を図38に示し、その際のまとめを図39に示す。
【0067】
(1.6)結論
以上の確認実験等をもとに以下のように結論づけた。
(1.6.1)消音効果の高いダクト
▲1▼内面全体にスポンジを設置すること。
▲2▼ダクトを部分的に固定しないこと。
▲3▼ダクトの長さをなるべく長くすること。
▲4▼ダクトの曲折部における角度を90度とすること。
▲5▼ダクトの流路の中間に、ダクトの断面積より大きな断面積を有する膨張部を設けること。
▲6▼膨張部の断面積は、ダクトの断面積の1.5倍より大きくすること。
▲7▼膨張部はダクトの排気口側に設けること。
【0068】
(1.6.2)風量を増加させるダクト
▲1▼膨張部にスポンジを設けること。
▲2▼曲折部の角度を90度より大きくすること。
▲3▼膨張部の断面積をなるべく大きくすること。
▲4▼膨張部を排気口に設けること。
【0069】
(1.6.3)風速を安定させる条件
▲1▼排気口を固定すること。
▲2▼排気口側ダクト本体の長さをなるべく長くすること。
▲3▼吸気口側ダクト本体の長さをなるべく短くすること。
▲4▼ダクトの曲折部の角度をなるべく180度に近づけること。
▲5▼排気口側に膨張部を設けること。
【0070】
(1.6.4)まとめ
以上のことから、家庭等の比較的狭い空間で使用される電子機器に組み込まれるダクトとしては、(1.6.1)に示す点を考慮した騒音レベルが極端に低い設計とすることが好ましい。
一方、会議室やホール等のパブリックスペースで使用される電子機器に組み込まれるダクトとしては、(1.6.2)に示す点を考慮し、騒音レベルを多少犠牲にしても、風量を高めることにより排気効率を高めて、内部機器の冷却効率を向上させる設計とすることが好ましい。
また、そのどちらにも対応できるように、風速を安定させることにより、騒音レベルと風量とをともに満足させる値となるダクトを設計してもよい。
【0071】
(2)材質の最適化
次に、消音効果を有するダクトの材質について検討した。
ダクトの形状として、前記実験におけるL18−3と、L18−13との2つの形状を選択し、ダクトの材質をアクリル板とシート部材とに変えて、それぞれ騒音レベルを測定した。その測定結果を図40に示す。なお、アクリル板は、厚さ3.0mmのものを使用した。また、シート部材としては、ポリメチルペンテンを主成分とする合成樹脂を繊維シートである紙の表面に含浸(コート)させたものを使用した。このシート部材は、紙の割合が51%以上であって、その厚さが0.25mmであり、ダクトを形成した場合に、絞り加工が可能なものである。
【0072】
図40の表に示す通り、各ダクト形状において、アクリル板を使用するよりもシート部材を使用する場合の方が、平均で10.8dB(A)以上の消音効果があることが分かった。
【0073】
結論として、消音効果を有する最適なダクトの材質は、プラスチックのような剛体よりも、紙様のシート部材の方であることである。
【0074】
(3)厚さの最適化
次に、消音効果を有するダクトの厚さについて検討した。
ダクトの形状として、全長300mmで断面積が前記ダクトと同じである真っ直ぐな形状のダクトを採用し、ダクトの厚さを2.0mm、0.5mm、0.25mmとした。厚さ2mmのものはアクリル板であり、厚さ0.25mmのものは前記シート部材であり、厚さ0.5mmのものは薄いプラスチック(ユーピロンシートN、三菱ガス化学社製)である。それぞれの場合について騒音レベルを測定した。その結果を図41に示す。
【0075】
図41の表に示す通り、厚さが2.0mmである場合には、消音効果があまり大きくないが、厚さが2.0mm未満、好ましくは厚さが0.5mm以下であれば、少なくとも3dB(A)以上の消音効果があることが分かった。
【0076】
結論として、消音効果を有する最適なダクトの厚さは、2.0mm未満であるということである。
【0077】
[2.消音効果の高いダクトを有するプロジェクタの形態]
以上の(1)〜(3)の知見に基づいて、消音効果の高いダクトの2つの実施形態を説明する。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係るダクト10は、図42に示すように、シロッコファン14(図43参照)が接続されるとともに、断面長方形状で内部が中空とされたダクト本体20と、ダクト本体20の流路の中間に設けられ、かつダクト本体20の断面積よりも大きな断面積を有する膨張部30と、これらのダクト本体20および膨張部30の内面側に貼付される多孔質材からなる吸音材としてのスポンジ40とを備える。
【0078】
ダクト本体20および膨張部30は、ポリオレフィン系樹脂のポリメチルペンテンを主成分とする合成樹脂を繊維シートである紙の表面に含浸(コート)させたシート部材で構成されている。このシート部材は、紙の割合が51%以上であって、その厚さが0.25mmであるとともに、ダクトを形成した場合に、ダクトの流路の中間においてその送風断面におけるテーパ角度が6度となるように縮径された絞り加工が可能な部材である。
【0079】
ダクト本体20は、開口部が吸気口20Aとされた吸気口側ダクト本体201と、開口部が排気口20Bとされた排気口側ダクト本体202とを備え、これらの吸排気口側ダクト本体201,202は、なす角度θが90度で互いに接続されている。なお、この吸気口20Aには、シロッコファン14(図43参照)が設置される。
【0080】
吸気口側ダクト本体201には、吸気口20A側に膨張部30が設けられている。吸気口20Aと膨張部30の吸気口側側面30Aとの間の長さ寸法Pは100mmとなっている。膨張部30の排気口側側面30Bと吸排気口側ダクト本体201,202の接続部分(曲折部)との間の長さ寸法Qは200mmとなっている。排気口側ダクト本体202において、吸排気口側ダクト本体201,202の接続部分(曲折部)と排気口20Bとの間の長さ寸法Rは200mmとなっている。
【0081】
従って、吸気口側ダクト本体201における長さ寸法Qと、排気口側ダクト本体202における長さ寸法Rとが同じ長さ寸法となっている。換言すれば、ダクト10において、膨張部30の排気口側側面30Bから排気口20Bまでの間で、その丁度真ん中の部分が90度折曲されていることになる。
【0082】
膨張部30は、ダクト本体20の形状に倣った断面長方形状で内部が中空とされ、その断面積はダクト本体20の断面積の1.8倍となっている。膨張部30の厚さ寸法Tは30mmとなっている。なお、この膨張部30を形成するにあたって、絞り加工が施されることになる。
スポンジ40は、一般的に食器洗い等に使用されるものと同じであって、合成樹脂製で多孔質であり、その厚さが3mmとなっている。
【0083】
従って、シロッコファン14(図43参照)を駆動させると、シロッコファン14から排出された空気は、吸気口20Aから吸気口側ダクト本体201の内部に入り込む。その後、膨張部30を通って排気口側ダクト本体202に入り、吸排気側ダクト201,202同士の接続部分である曲折部においてその方向が90度折曲されてから、排気口20Bから排気口側ダクト本体202の外部つまりダクト10の外部へと出ていく。
【0084】
次に、このようなダクト10をプロジェクタ100内に組み込む。
図43は、第1実施形態のダクト10を備えたプロジェクタ100を上方から見た模式図である。
プロジェクタ100は、前面に排出口200Aを有する外装ケース200と、外装ケース200内に収容された電源ユニット300と、外装ケース200内に配置された平面L字形の光学ユニット400と、外装ケース200内に配置されたダクト10と、外装ケース200内に配置されたシロッコファン14とを備え、全体略直方体形状となっている。
【0085】
光学ユニット400は、図44に示すように、光源ランプ411から出射された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成するユニットであり、インテグレータ照明光学系410、色分離光学系420、リレー光学系430、電気光学装置440、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム450、および投写光学系としての投写レンズ460を備える。
【0086】
光学ユニット400を構成し、かつ光源ランプ411を有する光源装置413の下側に、シロッコファン14は配置されている。このため、シロッコファン14は、光源装置413近傍の熱を吸入して、ダクト10の吸気口20Aにその熱風を送り込む。そして、ダクト10内に送り込まれた熱風は、膨張部30を通り、その向きを90度変えた後に、プロジェクタ100の前面側となる投写レンズ460の横の排出口200Aから排出される。
【0087】
このような第1実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)このようなダクト10によれば、十分な排気効率を確保しつつ、シロッコファン14による排気口20B近傍での騒音レベルを減少させることができる。これにより、ダクト10の消音効果を向上できる。このため、ダクト10をプロジェクタ100に用い、このプロジェクタ100を家庭で使用する場合でも、十分な静粛性を確保できて、使用者に不快感を与えないようにできる。
【0088】
(2)シート部材を構成する紙の割合を51%以上としたので、ダクト10を廃棄する際に、リサイクル性の高い紙として、ダクト10をリサイクルすることができる。このため、ダクト10のリサイクルを容易にできる。このように、シート部材を主に紙で構成したので、従来のように合成樹脂で構成する場合に比べて、製造コストを削減できる。
【0089】
(3)ポリメチルペンテンを含んでシート部材を構成し、このシート部材でダクト10を構成している。ポリメチルペンテンはダクト10内を流れる高温の空気の熱によって溶けだし難いので、高温下でもダクト10の保形性を十分に確保できる。この際、ポリメチルペンテンを含んだシート部材はテーパ角が6度となるような絞り加工が可能なので、例えば、プロジェクタ100内に設けられるスペースの形状に合わせて簡単に形成でき、ダクト10の設計の自由度を向上させることができる。
【0090】
(4)ダクト10の厚さを0.5mm以下としたので、空気振動が発生した際に、ダクト10を構成する面が変形することにより、騒音に伴う振動を吸収するので、吸音効果を向上させることができる。
【0091】
(5)ダクト10をシート部材で形成したので、一般的な合成樹脂(アクリル)製のダクトに比べて、排気口20B近傍における騒音レベルを約11dB(A)減少でき、ダクト10の消音効果を向上させることができる。
【0092】
(6)ダクト10を備えてプロジェクタ100を構成したので、光源ランプ411近傍における空気、つまり光源ランプ411自体を冷却できるともに、この冷却後の空気を確実にプロジェクタ100の外部へと排気できる。このため、プロジェクタ100内の光源ランプ411以外の場所に、熱がこもることを防止できる。
【0093】
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係るダクトは、前記第1実施形態におけるシート部材を、前記厚さ0.5mmの薄いプラスチック(ユーピロンシートN、三菱ガス化学社製)に変更したものである。なお、第1実施形態とはシート部材が異なるだけで、形状は全く同じである。また、このダクトを配置したプロジェクタも前記第1実施形態と同じである。
このような第2実施形態によれば、第1実施形態における効果(1),(4),(6)と同様の効果がある。
【0094】
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態において、ダクト本体20の断面形状を長方形状としたが、これに限らず、例えば、三角形や円形等のその他の形状としてもよい。ただし、円形とした場合には、デッドスペースが生じ易いという欠点があり、前記各実施形態の方が好ましい。なお、ダクト本体20の断面積の大きさについても特に限定されない。プロジェクタ100の配置スペース等に合わせて適宜設計変更すればよい。
【0095】
ここで、前記各実施形態において、膨張部30の断面積をダクト本体20の断面積の1.8倍としたが、これに限らず、例えば、2.0倍や3.0倍等のその他の倍率としてもよい。要するに、膨張部30の断面積がダクト本体20の断面積の略1.5倍よりも大きければよい。
【0096】
また、前記各実施形態において、膨張部30を吸気口20A側に設置したが、これに限らず、例えば、排気口20B側等のその他の場所に設置されてもよい。要するに、膨張部30がダクト本体20の流路の中間に設置されればよい。ただし、前記各実施形態の方が、消音効果が高いという利点がある。
【0097】
また、前記各実施形態において、ダクト本体20および膨張部30の内面に厚さ3mmのスポンジ40を設置したが、例えば、厚さ2mm等のその他の厚さのスポンジを設置してもよい。また、前記各実施形態において、ダクト本体20および膨張部30の内面にスポンジ40を設置したが、例えば、膨張部30にだけ設置してもよいし、ダクト本体20にだけ設置してもよい。要するに、ダクト本体20や膨張部30の内面にスポンジが貼付されればよいということである。なお、十分な消音効果を確保できていれば、スポンジ40を設置しなくてもよい。また、多孔質材からなる吸音材としてスポンジを採用したが、ロックウールやグラスウール等のその他の材料を採用してもよい。
【0098】
また、前記各実施形態において、曲折部を挟むダクト本体201,202のなす角度を90度としたが、これに限らず、例えば、120度や45度等の135度未満のその他の角度であってもよい。ただし、前記各実施形態の方が、プロジェクタ100の外装ケース200への収まり易さの点で有利である。
【0099】
前記第1実施形態において、ダクト本体20等を構成するシート部材として、紙にポリメチルペンテンをコートしたものを採用したが、紙の代わりに、例えば、不織布や耐熱シート等のその他のシートを採用できる。また、ポリメチルペンの代わりに耐熱性、加工適性等を有するその他の合成樹脂も採用できる。
【0100】
また、前記各実施形態において、シート部材の厚さを0.25mmとしたが、これに限らず、例えば0.5mmや1mm等のその他の厚さとしてもよい。ただし、消音効果の点で、厚さが2.0mm未満であることが好ましく、0.5mm以下がより好ましい。
【0101】
また、前記各実施形態において、シロッコファン14をダクト本体20の吸気口20Aに接続したが、排気口20Bに接続してもよい。ただし、排気口近傍における騒音レベルの点で前記各実施形態の方が有利である。なお、ファンとしてはシロッコファン14を採用したが、これに限らず、軸流ファン等のその他のファンであってもよい。要するに送風できればよい。
【0102】
前記各実施形態において、電子機器としてプロジェクタ100を採用したが、これに限らず、例えばゲーム機器等のその他の電子機器等であってもよい。
【0103】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明のダクトおよび電子機器によれば、十分な排気効率を確保しつつ、消音効果を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の各実施形態に係るモデルダクトを示す図である。
【図2】L18直交表を示す図である。
【図3】前記各実施形態における厚さの異なるスポンジを示す図である。
【図4】前記各実施形態において、前記モデルダクトに対して位置を変えておもりを配置する様子を示す図である。
【図5】前記各実施形態において、曲折部から排気口までの長さ寸法が異なる前記モデルダクトを示す図である。
【図6】前記各実施形態において、曲折部から膨張部までの長さ寸法が異なる前記モデルダクトを示す図である。
【図7】前記各実施形態において、曲折部におけるダクト本体間のなす角度が異なる前記モデルダクトを示す図である。
【図8】前記各実施形態において、ダクト本体の断面積に対して断面積比率の異なる膨張部が設けられたモデルダクトを示す図である。
【図9】前記各実施形態において、ダクト本体に対する膨張部の設置位置が異なる前記モデルダクトを示す図である。
【図10】前記各実施形態における制御因子をまとめた図である。
【図11】前記制御因子をL18直交表に割り付けた図である。
【図12】前記制御因子をL18直交表に割り付けた図である。
【図13】前記各実施形態において、実験番号L18−1のダクトを示す平面図である。
【図14】前記各実施形態において、実験番号L18−2のダクトを示す平面図である。
【図15】前記各実施形態において、実験番号L18−3のダクトを示す平面図である。
【図16】前記各実施形態において、実験番号L18−4のダクトを示す平面図である。
【図17】前記各実施形態において、実験番号L18−5のダクトを示す平面図である。
【図18】前記各実施形態において、実験番号L18−6のダクトを示す平面図である。
【図19】前記各実施形態において、実験番号L18−7のダクトを示す平面図である。
【図20】前記各実施形態において、実験番号L18−8のダクトを示す平面図である。
【図21】前記各実施形態において、実験番号L18−9のダクトを示す平面図である。
【図22】前記各実施形態において、実験番号L18−10のダクトを示す平面図である。
【図23】前記各実施形態において、実験番号L18−11のダクトを示す平面図である。
【図24】前記各実施形態において、実験番号L18−12のダクトを示す平面図である。
【図25】前記各実施形態において、実験番号L18−13のダクトを示す平面図である。
【図26】前記各実施形態において、実験番号L18−14のダクトを示す平面図である。
【図27】前記各実施形態において、実験番号L18−15のダクトを示す平面図である。
【図28】前記各実施形態において、実験番号L18−16のダクトを示す平面図である。
【図29】前記各実施形態において、実験番号L18−17のダクトを示す平面図である。
【図30】前記各実施形態において、実験番号L18−18のダクトを示す平面図である。
【図31】前記各実施形態において、前記18種類の実験条件において、モータの回転数を変化させた際の騒音レベルおよび風量を測定した結果を示す図である。
【図32】前記各実施形態において、計測特性を騒音レベルとした際の要因効果図である。
【図33】前記各実施形態において、計測特性を風量とした際の要因効果図である。
【図34】前記各実施形態において、騒音レベルを低下させる最適条件のダクトの形状を示す図である。
【図35】前記各実施形態において、風量を増加させる最適条件のダクトの形状を示す図である。
【図36】前記各実施形態において、計測特性を風速の安定とした際の要因効果図である。
【図37】前記各実施形態において、風速の安定する最適条件のダクトの形状を示す図である。
【図38】前記各最適条件において、風量および騒音レベルを測定した結果を示す図である。
【図39】図38をまとめた図である。
【図40】前記各実施形態において、ダクトの材質を変えた際の騒音レベルを測定した結果を示す図である。
【図41】前記各実施形態において、ダクトの厚さを変えた際の騒音レベルを測定した結果を示す図である。
【図42】本発明の第1実施形態に係るダクトを示す斜視図である。
【図43】本発明の第1実施形態に係るプロジェクタを示す模式図である。
【図44】前記プロジェクタの光学ユニットを示す模式図である。
【符号の説明】
10 ダクト
14 シロッコファン
20 ダクト本体
20A 吸気口
20B 排気口
30 膨張部
40 多孔質材からなる吸音材としてのスポンジ
100 電子機器としてのプロジェクタ
200 外装ケース
201 吸気口側ダクト本体
202 排気口側ダクト本体
300 電源ユニット
400 光学ユニット
411 光源ランプ
413 光源装置
Claims (13)
- 吸気口または排気口のいずれか一方にファンが接続されるダクトにおいて、
繊維シートに合成樹脂を含浸させたシート部材からなることを特徴とするダクト。 - 請求項1に記載のダクトにおいて、
前記繊維シートは、紙であることを特徴とするダクト。 - 請求項1または請求項2に記載のダクトにおいて、
前記シート部材の厚さは、2mm未満であることを特徴とするダクト。 - 請求項3に記載のダクトにおいて、
前記シート部材の厚さは、0.5mm以下であることを特徴とするダクト。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載のダクトにおいて、
前記合成樹脂は、ポリメチルペンテンであり、
当該ダクトの流路の中間には、その送風断面が縮径された絞り加工が施されていることを特徴とするダクト。 - 吸気口または排気口のいずれか一方にファンが接続されるダクトにおいて、
単一材料であって、厚さが2mm未満であり、かつ計測特性値を3dB以上低下可能な合成樹脂からなることを特徴とするダクト。 - 請求項6に記載のダクトにおいて、
前記合成樹脂の厚さは、0.5mm以下であることを特徴とするダクト。 - 吸気口または排気口のいずれか一方にファンが接続されるダクトにおいて、
繊維シートに合成樹脂を含浸させたシート部材からなり、
流路の中間には、断面積が他の部分よりも大きな膨張部が設けられていることを特徴とするダクト。 - 請求項8に記載のダクトにおいて、
前記膨張部の断面積は、当該ダクトの断面積の略1.5倍よりも大きいことを特徴とするダクト。 - 請求項8または請求項9に記載のダクトにおいて、
前記膨張部は、当該ダクトにおける吸気口側に配置されることを特徴とするダクト。 - 請求項8〜10のいずれかに記載のダクトにおいて、
当該ダクトおよび前記膨張部の内面には、多孔質材からなる吸音材が配置されることを特徴とするダクト。 - 請求項1〜11のいずれかに記載のダクトにおいて、
流路の中間に曲折部を有し、この曲折部を挟むダクト間のなす角度が135度未満であることを特徴とするダクト。 - 請求項1〜請求項12のいずれかに記載のダクトを備えて構成される電子機器。
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