JP2006100287A - ランプ冷却装置、それを用いたプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】ランプの効率的な冷却を行うようにする。
【解決手段】ランプバルブ1とリフレクタ2とは、ランプベース5によって支持される。遮光板7は、リフレクタ2の外面側を覆い、リフレクタ2及びランプベース5に固着される。そして熱輸送平板8が、伝熱のために遮光板7に固定され、筐体の一部となるランプドア9に熱伝熱させるために、熱輸送平板8とランプドア9との間にクッション材10が配置される。そしてランプドア9には、放熱フィン9aが備えられ、自然対流により放熱する。
【選択図】図1
【解決手段】ランプバルブ1とリフレクタ2とは、ランプベース5によって支持される。遮光板7は、リフレクタ2の外面側を覆い、リフレクタ2及びランプベース5に固着される。そして熱輸送平板8が、伝熱のために遮光板7に固定され、筐体の一部となるランプドア9に熱伝熱させるために、熱輸送平板8とランプドア9との間にクッション材10が配置される。そしてランプドア9には、放熱フィン9aが備えられ、自然対流により放熱する。
【選択図】図1
Description
本発明は、ランプ冷却装置、それを用いたプロジェクタ、より詳細には、高圧放電ランプ等の光源ランプを備えた光学機器、映像機器(プロジェクタ装置)などの機器において、光源ランプ及び反射鏡などを冷却する冷却装置に関するものである。
照明光学系は、通常、光源ランプと、その光源ランプから放射された光を反射するための回転放物面、或いは回転楕円面を有する反射鏡とを含む光源装置を備えている。また、光源から放射された強い熱線に照射された電子部品や画像表示素子などを保護するため、反射鏡はコールドミラーになっている。光源ランプとして、プロジェクタ装置にはメタルハライドランプや高圧水銀ランプ、写真現像装置にはハロゲンランプ、映写機にはキセノンランプなどが利用されている。そしてそのほとんどの場合がファンによる強制対流冷却のみの方式を採用している。
それらについては、特許文献1の「プロジェクタ用冷却装置」や特許文献2の「光学装置及びその冷却方法」に記載されている。
それらについては、特許文献1の「プロジェクタ用冷却装置」や特許文献2の「光学装置及びその冷却方法」に記載されている。
近年、光源ランプの高輝度(高電力)化に伴う発熱量の増加と、製品の小型化に伴い冷却能力の低下(冷却ファンの小型化)に対応できる冷却効率の改善が求められている。
図3及び図4は、従来のプロジェクタ装置の高圧水銀ランプの冷却機構を示す図で、図3は、プロジェクタのランプ冷却装置の側断面概略図、図4は図3のランプユニットを後面からみた構成図である。
図3及び図4は、従来のプロジェクタ装置の高圧水銀ランプの冷却機構を示す図で、図3は、プロジェクタのランプ冷却装置の側断面概略図、図4は図3のランプユニットを後面からみた構成図である。
図3において、21は陰極−陽極間のアーク放電により封止された水銀原子を励起することにより発光させるランプバルブ、22は硬質ガラスや結晶化ガラスなどの耐熱ガラスの凹面に多重干渉膜が形成された反射鏡(リフレクタと称する)、23は防爆用の前面ガラス板、23aは前面ガラスに設けられた穴、24はリフレクタ22と前面ガラス板23とを固定するセラミック系の接着剤、25はランプバルブ21とリフレクタ22とを支持するランプベース、25aは空気排出用の穴、26aはリフレクタ22とランプベース25とを固定するセラミック系の接着剤、26bはランプバルブ21とランプベース25とを固定するセラミック系の接着剤、27はリフレクタ22を取付けるランプケース、27aはランプケースに設けられた格子、28はランプバルブ21を冷却(吹付け)するブローファン、29はブローファン28からの冷却風をランプバルブ21に注ぐためのファンダクト、30はリフレクタ22後方の熱を排出する排気ファンである。また図中の矢印は、空気の流れを模式的に示している。
図3及び図4の構成品の組立手順に従って、その構成を説明する。まずランプベース25とリフレクタ22の後方の穴にランプバルブ21を通し、接着剤26a,26bでこれらを固定する。そして、リフレクタ22の前方に前面ガラス板23を配置し、接着剤24にてその外周を接着固定する。これらランプバルブ21、ランプベース25、リフレクタ22、及び前面ガラス板23からなる構成品をランプユニットと称する。
前面ガラス板23の片隅には、空気を取り入れる穴23aが設けられていて、その穴23aにブローファン28とファンダクト29を取付ける。また、リフレクタ22の後方に固着したランプベース25には、図4に示すごとくの空気を排出する複数の穴25aが設けられている。そして上記のランプユニットをランプケース27に取付け、その後方に、ランプユニットを冷却する排気ファン30を配置する。またランプケース27の後方には、ランプバルブ21からの放射光(特に赤外光)を製品外部へ漏れないようするための斜めの格子27aが数枚設けられている。
ランプ入力電力に対するランプバルブ21の熱量のエネルギー変換配分は、可視光30%、赤外光50%、紫外光10%、その他電極、発光管などの損失が10%程度である。ランプバルブ21の発光による熱は、ブローファン28からの冷却風で強制対流冷却される。また、可視光と赤外光は、リフレクタ22の多重干渉膜により可視光と赤外光に分離され、可視光は反射してランプバルブ21の前方に照射され、赤外光はその一部がリフレクタ22に吸収されその他の一部が透過してそれぞれ熱に変換される。それらの変換された熱は、排気ファン30により強制対流冷却される。
ランプバルブ21の温度が均一化されないと、その中に封入されたガスがランプバルブ21の内壁において蒸着して白濁や黒化が誘発され輝度低下が発生し、さらにフリッカや破裂の原因にもなる。さらに、ランプバルブ21の先端シール部のモリブデンは、高温で酸化しやすく、これらを抑制するため冷却を行い、信頼性を保つ必要がある。
従って、ランプバルブ21やリフレクタ22の反射面を所定の温度に保つために、ブローファン28の冷却能力が非常に重要である。
従って、ランプバルブ21やリフレクタ22の反射面を所定の温度に保つために、ブローファン28の冷却能力が非常に重要である。
凹面反射鏡(リフレクタ)の鏡面を効率良く冷却する方法としては、例えば、特許文献3が開示されている。特開文献3においては、前面開口が光透過性ガラスで覆われた凹面反射鏡の首部に光軸が一致するように放電ランプが固定され、この放電ランプが略水平に配置される光源装置において、首部には冷却排風穴を有するとともに、前面開口の下側周縁部には冷却送風穴を有し、この冷却送風穴は、凹面反射鏡の鏡面に向かって形成されている。
また、反射鏡と同じガラス材で放熱フィンを一体で設け、冷却効率を向上させる技術が、特許文献4などに開示されている。このように、凹面反射鏡の前面開口を光透過性ガラスで覆う内部に放電ランプを有する光学装置において、放電ランプや凹面反射鏡の鏡面を効率良く冷却できる構造が提案されている。
さらに、特許文献5の「光源装置及びこれを用いたプロジェクタ」は、リフレクタそのものを熱伝導率0.005cal/cm・sec・deg以上のセラミックで形成し、光源ランプからの熱を、リフレクタを介して効果的に放出すると共に、リフレクタの背面に備えた排気ファンにより、熱気を筐体外部に排出しようとするものである。
また、特許文献6の「画像投映装置」では、筐体内の温度を各部品の耐熱温度以内に略均一に維持するために、筐体外部に配置されたファンにより外気を吹き込んで筐体内の空気を攪拌して冷却するようにしている。
特開平6−266008号公報
特開平8−22705号公報
特開2000−82321号公報
特開平9−55109号公報
特開2001−125194号公報
公報特開平2−130542号公報
図3及び図4に示した構成や、上記特許文献3に示す構成では、飛散防止ガラスの中央や、凹面反射鏡前面開口の下側周縁部に冷却送風用の小さな穴を設けるため、通風抵抗が大きく冷却効果が悪かった。このために大きな送風機が必要となり、セットのサイズが大きくなってしまうことや、ファンから発生する騒音も大きくなってしまうという問題が生じる。
また、特許文献5に記載の技術は、不透明な反射鏡のため、可視光と共に赤外光も反射され、照射物に大きな悪影響を与える。また反射鏡の温度が高温になり、リフレクタ背面に配置した排気ファンも高温になり、排気口からかなりの熱風が排出されることが予測できる。
また特許文献6に記載の技術は、放熱フィンを設けているがガラス材の熱伝導率が低くフィン先端に熱が伝わらないため、冷却効率が向上したとは言いがたい。また、放熱フィンは、できるだけ表面積を大きくすることが求められるが、粘性の高いガラス材の加工で薄肉の加工は困難である。
本発明は、従来技術における上述の課題を解決するために、光源ランプからの熱量を逸早くランプベースに伝えて強制対流冷却の促進を図るとともに、リフレクタを透過する赤外光による変換熱量を筐体に伝熱して放熱することにより、効率的な冷却を行うことができるようにしたランプ冷却装置を提供することを目的としている。
第1の技術手段は、ランプ冷却装置おいて、ランプバルブから射出された出射光を反射するリフレクタの外面側を覆い、前記リフレクタ及びランプバルブと前記リフレクタとを支持するランプベースに固着された遮光板と、該遮光板に固定された伝熱のための熱輸送平板と、筐体の一部となるランプドアと、該ランプドアに熱伝熱させるために前記熱輸送平板と前記ランプドアとの間に配置されたクッション材とを有し、前記ランプドア表面から筐体外へ放熱することを特徴としたものである。
第2の技術手段は、第1の技術手段において、遮光板及び熱輸送平板を形成する材料は、高熱伝導率の金属材料で形成されていることを特徴としたものである。
第3の技術手段は、第1又は第2の技術手段において、ランプドアは、クッション材に接触して熱輸送平板からの熱を奪い取る熱伝達面と、放熱のための放熱フィンとを有することを特徴としたものである。
第4の技術手段は、第1乃至第3のいずれか1の技術手段において、クッション材を形成する材料は、グラファイト、及びシリコンの高熱伝導率材料の中から選択されていることを特徴としたものである。
第5の技術手段は、第1乃至第3のいずれか1の技術手段において、熱輸送平板は、冷媒が封入された蛇行細管を内蔵した平板形状の熱輸送手段として構成されていることを特徴としたものである。
第6の技術手段は、第1又は第2の技術手段において、遮光板の内面に、赤外光を吸収するための黒色焼付塗装又は黒色亜鉛メッキが施されていることを特徴としたものである。
第7の技術手段は、第1乃至第6のいずれか1に記載のランプ冷却装置を用いたことを特徴としたものである。
本発明のランプ冷却装置によれば、送風ファンによる強制対流のみの従来の冷却方式に比べ、送風ファンによる強制対流を主体として、光源ランプからの熱量を迅速にランプベースに伝えて強制対流冷却の促進を図るとともに、リフレクタを透過する赤外光による変換熱量を筐体に伝熱させて放熱することにより、効率的な冷却を行うことができ、ランプ冷却装置を備える機器の送風ファンによる騒音を減少させることができる。
また、上記ランプ冷却装置を備えたプロジェクタ装置によれば、従来のような大きなファンを用いる必要がないため、ファンの騒音の少ないプロジェクタ装置を実現することができる。また、冷却効率が高いため、より高出力のランプが使用可能となり、高輝度のプロジェクタ装置を実現することができる。
また、上記ランプ冷却装置を備えたプロジェクタ装置によれば、従来のような大きなファンを用いる必要がないため、ファンの騒音の少ないプロジェクタ装置を実現することができる。また、冷却効率が高いため、より高出力のランプが使用可能となり、高輝度のプロジェクタ装置を実現することができる。
図1は、本発明のランプ冷却装置の側断面概略図で、図2は図1のランプユニットを後面から見た図である。図1及び図2において、1は陰極−陽極間のアーク放電により封止された水銀原子を励起することにより発光させるランプバルブ、2は硬質ガラスや結晶化ガラスなどの耐熱ガラスの凹面に多重干渉膜が形成された反射鏡(リフレクタと称する)、3は防爆用の前面ガラス板、3aは前面ガラス板3に設けられた穴、4はリフレクタ2と前面ガラス板3とを固定するセラミック系の接着剤、5はランプバルブ1とリフレクタ2を支持するとともにランプバルブ1の熱量を放熱する高熱伝導体の放熱フィン5aを有したランプベース、6はランプベース5とランプバルブ1の熱伝導及びランプバルブ1の電極とランプベース5の絶縁のためのバルブパイプ、7はリフレクタ2の外面側を覆う遮光板、8は遮光板7に固着した熱輸送平板、9は筐体の一部であるランプドア、9aはランプドア9に設けられた放熱フィン、10は熱輸送平板8とランプドア9とを接合するクッション材、11aはランプバルブ1とバルブパイプ6の間全周に配した高熱伝導率のセラミック接着剤、11bはバルブパイプ6とランプベース5の間全周に注入した高熱伝導率のセラミック接着剤、11cはリフレクタ2と遮光板7とランプベース5とを固定する高熱伝導率のセラミック接着剤、12はリフレクタ2を取付けるランプケース、13はランプバルブ1を冷却するブローファン、14はブローファン13からの冷却風をランプバルブに注ぐファンダクト、15は通気口、16はリフレクタ2後方の熱を排出する排気ファンである。また、図中の矢印は空気の流れを模式的に示している。
図1の構成品の組立手順に従って、その構成を説明する。まず遮光板7に、接着あるいは溶接などの一般的な手段で熱輸送平板8を固定し、この熱輸送平板8にグラファイト、シリコン等の高熱伝導率材料の中から選択したクッション材10を貼り付ける。そしてリフレクタ2に、上記の遮光板7,熱輸送平板8,及びクッション材10による組立品を接着剤により固着する。この接着剤は、高熱伝導率である必要はなく、一般的なセラミック接着剤でもよい。
また、遮光板7及び熱輸送平板8を形成する材料は、銅、アルミ、ステンレス等の高熱伝導率の金属材料から選択することが好ましい。さらに、クッション材10は、グラファイトやシリコン等の高熱伝導率の材料で形成することが好ましい。
そしてバルブパイプ6の内面全周にセラミック接着剤11aを塗布し、バルブパイプ6の中にランプバルブ1を通す。さらにバルブパイプ6の外面全周にセラミック接着剤11bを塗布し、リフレクタ2の後方の穴とランプベース5の中に通す。そして上述の遮光板7とリフレクタ2とを接着した箇所で、セラミック接着剤11cによりランプベース5と遮光板7とを固定する。上記セラミック接着剤11a,11b,11cは、熱伝導率4W/(m・K)以上の高熱伝導率の接着剤を好適に使用できる。
バルブパイプ6は、ランプベース5とランプバルブ1との間の熱伝導を促進し、かつランプバルブ1の電極とランプベースとを絶縁するものであって、17W/(m・K)以上の高熱伝導率材料で、薄肉に形成されている。特に高熱伝導材料のセラミック、特に窒化ホウ素、窒化アルミ、アルミナのいずれかを用いることが好適である。また、ランプベース5は、銅、アルミ、及びステンレス等の高熱伝導率の金属材料から選択された材料によって形成することが好ましい。
さらにリフレクタ2の前方には、前面ガラス板3を配置し、接着剤4にてその外周を接着固定する。上記の手順で作成された構成品をランプユニットと称する。
そして前面ガラス板3の片隅に設けられている空気取り入れるための穴3aに、ブローファン13とファンダクト14を取付ける。さらに、上記のランプユニットをランプケース12に取付け、その後方には、ランプユニットを冷却する排気ファン16を配置する。
また、ランプケース12の下面に形成された開口部においてクッション材10に接するようにランプドア9を形成する。ランプドア9のクッション材10との接触面は、熱輸送平板8からの熱を奪い取るための熱伝達面として機能する。
また、ランプケース12の下面に形成された開口部においてクッション材10に接するようにランプドア9を形成する。ランプドア9のクッション材10との接触面は、熱輸送平板8からの熱を奪い取るための熱伝達面として機能する。
ランプベース5には、ランプバルブ1から伝わった熱を逸早く広げるため、金属材料による数枚の放熱フィン5aが備えられている。隣接する放熱フィン5a間には、リフレクタ2の内部の空気を後方に排出する通気口15が形成されている。
また、ランプドア9には、リフレクタ2を透過した赤外光を受けた遮光板7の熱を自然対流で放熱させるために、複数枚の放熱フィン9aが備えられている。
また、ランプドア9には、リフレクタ2を透過した赤外光を受けた遮光板7の熱を自然対流で放熱させるために、複数枚の放熱フィン9aが備えられている。
また上記の熱輸送平板8は、冷媒が封入された蛇行配管を内蔵した平板形状の熱輸送手段として構成してもよい。また、遮光板7の内面に、さらなる赤外光を吸収するための黒色焼付塗装または黒色亜鉛メッキを施すようにしてもよい。
ランプ入力電力に対するランプバルブ1の熱量のエネルギー変換配分は、可視光30%、赤外光50%、紫外光10%、その他電極、発光管などの損失が10%程度である。ランプバルブ1の発光による熱は、ブローファン13からの冷却風によって、ランプベース5の放熱フィン5a間に設けられた通風口15から後方に排出されると同時に、ランプバルブ1からバルブパイプ6を介しランプベース5の放熱フィン5aに伝わり、排気ファン16の冷却風により強制対流冷却される。
また、可視光と赤外光は、リフレクタ2の多重干渉膜により、可視光と赤外光に分離され、可視光は反射してランプ前方に照射され、赤外光は一部がリフレクタに2吸収されその他の一部が透過して遮光板7で受けられる。遮光板7において赤外光で生じる熱は、熱輸送平板8に伝えられ、さらにクッション材10を介し、ランプドア9の放熱フィン9aにて放熱することによって自然対流冷却する。また、遮光板7は、赤外光を吸収すると同時に、筐体外部への光漏れを防ぐ機能を有している。
また、上記本発明に係わるランプ冷却装置をプロジェクタ装置に適用することにより、従来のような大きなファンを用いる必要がないため、ファンの騒音の少ないプロジェクタ装置を実現することができる。また、ランプ冷却装置による冷却効率が高いため、より高出力のランプが使用可能となり、高輝度のプロジェクタ装置を実現することができる。
本発明のランプ冷却装置は、高圧放電ランプ等の光源ランプを備えた光学機器、映像機器(プロジェクタ装置)などの機器において、光源ランプ及び反射鏡などを冷却する各種冷却装置に適用することができる。
1,21…ランプバルブ、2,22…反射鏡(リフレクタ)、3,23…前面ガラス板、3a,23a…穴、4,24…接着剤、5,25…ランプベース、5a…放熱フィン、6バルブパイプ、7…遮光板、8…熱輸送平板、9…ランプドア、9a…放熱フィン、10…クッション材、11a,11b,11c…セラミック接着剤、12…ランプケース、13ブローファン、14…ファンダクト、15…通気口、16…排気ファン、25a…空気排出用の穴、26a,26b…接着剤、27…ランプケース、27a…格子、28…ブローファン、29…ファンダクト、30…排気ファン。
Claims (7)
- ランプ冷却装置おいて、ランプバルブから射出された出射光を反射するリフレクタの外面側を覆い、前記リフレクタ及びランプバルブと前記リフレクタとを支持するランプベースに固着された遮光板と、該遮光板に固定された伝熱のための熱輸送平板と、筐体の一部となるランプドアと、該ランプドアに熱伝熱させるために前記熱輸送平板と前記ランプドアとの間に配置されたクッション材とを有し、前記ランプドア表面から筐体外へ放熱することを特徴とするランプ冷却装置。
- 請求項1に記載のランプ冷却装置において、前記遮光板及び前記熱輸送平板を形成する材料は、高熱伝導率の金属材料で形成されていることを特徴とするランプ冷却装置。
- 請求項1又は2に記載のランプ冷却装置において、前記ランプドアは、前記クッション材に接触して該熱輸送平板からの熱を奪い取る熱伝達面と、放熱のための放熱フィンとを有することを特徴とするランプ冷却装置。
- 請求項1乃至3のいずれか1に記載のランプ冷却装置において、前記クッション材を形成する材料は、グラファイト、及びシリコンの高熱伝導率材料の中から選択されていることを特徴とするランプ冷却装置。
- 請求項1乃至3のいずれか1に記載のランプ冷却装置において、前記熱輸送平板は、冷媒が封入された蛇行細管を内蔵した平板形状の熱輸送手段として構成されていることを特徴とするランプ冷却装置。
- 請求項1又は2に記載のランプ冷却装置において、前記遮光板の内面に、赤外光を吸収するための黒色焼付塗装又は黒色亜鉛メッキが施されていることを特徴とするランプ冷却装置。
- 請求項1乃至6のいずれか1に記載のランプ冷却装置を用いたことを特徴とするプロジェクタ。
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