JP2007226970A - 光源の冷却装置および光源の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、空気膨張を利用して、発熱する光源や電子部品等を冷却する方法およびその方法に使用する冷却装置に関する。
【解決手段】本課題は、光源と、空気を圧縮して圧縮空気を放出する圧縮機と、円形状の放熱板と、を備えた光源の冷却装置であって、放熱板は、中心部から外側へ向けて下方に伸びる複数の傾斜面部を有しており、圧縮機から放出された圧縮空気は、放熱板に吹き付けられることにより膨張冷却しながら複数の傾斜面部に沿って、放熱板の外側へ放射状に膨張冷却した空気を対流させることにより光源を冷却することを特徴とする光源の冷却装置および冷却方法によって解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮空気の膨張冷却を利用して、発熱する光源や電子部品等を冷却する装置およびその装置を使用した冷却方法に関する。

ＬＥＤやＬＤ等の光源は、長時間使用すると光源が高温となり、光源が破損しやすくなる。また、家電製品等の電子機器においては小型化が要請されているが、発熱する電子部品や光源等の近傍にある電子部品等の温度上昇が大きくなり、故障の原因となる。

したがって、光源や発熱する電子部品を冷却する必要がある。光源および電子機器の冷却に関する技術として、例えば、マイクロファンを設置して光源等を冷却する方法やペルチェ素子を用いて光源等を冷却する方法が採用されている。

しかし、マイクロファンの冷却効果は低く、光源等を保護するためにサーミスタを設置し、光源等が一定温度に達すると光源の電源を切るようにしなければならない。したがって、長時間使用し続けることができないといった問題があった。また、ペルチェ素子を用いて冷却する方法は、騒音を発生しないという利点があるが、高価であり光源等を含む製品のコストがかかるといった問題がある。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１では、液状媒体を用いて光源等を冷却する装置について提案している。

しかしながら、事故等の要因で液状媒体の液漏れが発生する可能性があり、品質管理上に問題があった。
特開平１１−１１９２０２号公報

本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、本発明は、空気膨張を利用した光源等を冷却する装置および冷却方法を提供することを目的とする。

本発明は、空気膨張を利用し、光源等を冷却する装置に関するものであり、本発明の上記目的は、光源と、空気を圧縮して圧縮空気を放出する圧縮機と、円形状の放熱板と、を備えた光源の冷却装置であって、放熱板は、中心部から外側へ向けて下方に伸びる複数の傾斜面部を有しており、圧縮機から放出された圧縮空気は、放熱板に吹き付けられることにより膨張冷却しながら複数の傾斜面部に沿って、放熱板の外側へ放射状に膨張冷却した空気を対流させることにより光源を冷却することによって、或いは複数の傾斜面部は、４個以上有することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、光源と、空気を圧縮して圧縮空気を放出する圧縮機と、円形状の放熱板と、を備えた光源の冷却装置であって、放熱板は、外側から中心部へ向けてテーパー状に伸びる複数の凸部を有しており、圧縮機から放出された圧縮空気は、放熱板に吹き付けられることにより膨張冷却しながら複数の凸部の間の隙間に沿って、放熱板の外側へ放射状に膨張冷却した空気を対流させることにより光源を冷却することによって、或いは複数の凸部は、４個以上有することによって効果的に達成される。

本発明の上記目的は、圧力が０．１〜４ｋｇ／ｍ^２（０．９８×１０^４〜３９．２３×１０^４Ｐａ）の圧縮空気を放熱板に吹き付けることによって、より効果的に達成される。

さらに、本発明の目的は、上述した光源の冷却装置を使用した光源の冷却方法によっても効果的に達成される。

本発明の空気膨張を利用した光源の冷却装置およびその冷却装置を使用した光源の冷却方法によれば、放熱板に圧縮空気を高速に吹き付けることにより、圧縮空気が膨張し、急速に空気自体の温度が低下する（膨張冷却）。

このような温度が低下した空気（膨張冷却した空気）は、放熱板の傾斜面部に沿って、膨張冷却した空気が放熱板の外側に放射状に広がり対流するため、光源全体を冷却することができるようになり、光源を高速冷却することができるようになった。これにより、サーミスタ等を設置する必要がなくなり、冷却装置を小型化することができ、かつ、光源等を長時間使用し続けることができるようになった。

本発明は、圧縮機から放出された圧縮空気を放熱板に吹き付け、光源を冷却する冷却装置および冷却方法に関し、放熱板には、中心部から外側へ向けて複数の傾斜面部または凸部を有していることを特徴とする。

以下、本発明について、図面を参照にしながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明の光源の冷却装置の概略図である。図１中の矢印は、光源４が照射する方向である。

冷却装置１は、エアーホース２１およびノズル２２とからなる圧縮機２と、放熱板３および光源４とを備えている。

圧縮空気を放出する圧縮機２は、エアーホース２１とノズル２２からなり、エアーホース２１により取り込まれた空気は圧縮され、放熱板３の方向へノズル２２から圧縮空気が放出される。放出された圧縮空気は、放熱板３に吹き付けられると同時に圧縮空気が膨張することにより冷却し、冷却した空気の対流を利用して光源４を冷却する。すなわち、圧縮空気の膨張冷却を利用して光源４を冷却する。

光源４は、例えばＬＥＤやＬＤ等公知の種々の光源を使用することができ、大きさ等は特に限定されない。また、光源４以外に発熱する電子部品等であってもよい。

エアーホース２１は、外部から空気を取り入れるために設置されており、大きさや材質等は特に限定されず、使用目的等に応じて適宜変更することができる。なお、図１では、エアーホース２１は１本のみであるが、複数設置してもよい。

エアーホース２１にて取り込まれた空気を圧縮する際、圧縮空気の圧力は、０．１〜４ｋｇ／ｍ^２（０．９８×１０^４〜３９．２３×１０^４Ｐａ）となるようにエアーホース２１から取り入れた空気を圧縮することが好ましい。圧力が０．１ｋｇ／ｍ^２（０．９８×１０^４Ｐａ）未満であると、後述する放熱板３に圧縮空気を吹き付けても十分に対流を起こすことができず、光源４を効率よく冷却をすることができない。一方、圧力が４ｋｇ／ｍ^２（３９．２３×１０^４Ｐａ）を超えても、光源４の冷却する効果は特に変化せず、コストの面で好ましくない。

ノズル２２は、エアーホース２１によって取り入れられ、圧縮された空気を放熱板３に吹き付けるために設置されており、大きさや材質等は特に限定されず、使用目的等に応じて適宜変更することができる。なお、図１では、ノズル２２は１本のみであるが、複数設置してもよい。

放熱板３は、圧縮機２と光源４との間に設置されている。放熱板３は、図２に示すように、放熱板３の中心部から外側へむけて下方に伸びる複数の傾斜面部３１を有している。

放熱板３は、円形であれば大きさや材質等は特に限定されず、使用目的等に応じて適宜変更することができる。

傾斜面部３１は、複数設置することができるが、４個以上設置することが好ましい。放熱板３に設置されている傾斜面部３１が４個以下であると、ノズル２２から吹き付けられ、膨張冷却した空気を放熱板３の外側へ放射状に対流させることができず、急速に光源４を冷却することができなくなる。なお、４個以上であれば、傾斜面部３１の個数は特に限定されない。

また、傾斜面部３１の傾斜は、特に限定されず、冷却しようとする光源４の大きさ、熱量等に応じて適宜変更することができる。また、傾斜面部３１の形状は、特に限定されないが、効率よく光源４を冷却するために、三角形状であることが好ましい。

ノズル２２から放出された圧縮空気は、図２に示した放熱板３に吹き付けられる。放熱板３に吹き付けられた圧縮空気は、膨張冷却により、空気自体の温度が低下する。ノズル２２から放出された圧縮空気は、傾斜面部３１に沿って放熱板３の外側へ放射状に流れ、温度が低下した空気は、放熱板３の外側で放射状に対流する。この対流している膨張冷却した空気により、光源４全体を冷却することができる。

また、図２に示した放熱板３の代わりに、図３に示すような放熱板３を使用してもよい。図３に示した放熱板３は、凸部３２が一定間隔で複数個設置されており、凸部３２の間には隙間３３が存在している。

凸部３１は、複数設置することができるが、４個以上設置することが好ましい。放熱板３に設置されている凸部３２が４個以下であると、ノズル２２から吹き付けられ、膨張冷却した空気を放熱板３の外側へ放射状に対流させることができず、急速に光源４を冷却することができなくなる。なお、４個以上であれば、凸部３２の個数は特に限定されない。

また、凸部３２の高さは、特に限定されず、冷却しようとする光源４の大きさ、熱量等に応じて適宜変更することができる。

ノズル２２から放出された圧縮空気は、図３に示した放熱板３に吹き付けられる。放熱板３に吹き付けられた圧縮空気は、膨張冷却により、空気自体の温度が低下する。ノズル２２から放出された圧縮空気は、各凸部３２の間の隙間３３に沿って放熱板３の外側へ放射状に流れ、温度が低下した空気は、放熱板３の外側で放射状に対流する。この対流している膨張冷却した空気により、光源４全体を冷却することができる。

本発明の光源の冷却装置および光源の冷却方法は、例えば、ＵＶ硬化装置等光源を使用する装置や、発熱する電子部品を有する電子機器等に使用することができる。

図１、図２および図３では、放熱板３と光源４は密着しているが、放熱板３と光源４とを密着させなくても十分に光源４を冷却することができる。なお、放熱板に吹き付ける圧縮空気は、気体であれば空気以外であってもよい。

以下、本発明について、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明の冷却装置をＵＶ硬化装置として使用した。ＵＶ硬化装置は、図１に示した概略図と同様の構成をとっており、光源４には、ＵＶ硬化用のＬＥＤを使用した。放熱板３は、図２に示した放熱板３を使用し、放熱板３の傾斜面部３１は、１２個あった。

ＵＶ硬化用ＬＥＤを使用し、ＵＶ硬化用ＬＥＤの温度が１５０℃に達したとき、圧縮空気が３ｋｇ／ｍ^２（２９．４２×１０^４Ｐａ）となるようにノズル２２にてエアーホース２１より取り入れた空気を圧縮し、直径が５ｍｍのノズル２２から放熱板３へ圧縮空気を吹き付けたところ、圧縮空気を放熱板３に吹き付けてから１０秒後にＵＶ硬化用ＬＥＤの温度は、４０℃に下がった。

本発明の冷却装置をＵＶ硬化装置として使用した。ＵＶ硬化装置は、図１に示した概略図と同様の構成をとっており、光源４には、ＵＶ硬化用のＬＥＤを使用した。放熱板３は、図３に示した放熱板３を使用し、放熱板３の凸部３２は、１２個あった。

ＵＶ硬化用ＬＥＤを使用し、ＵＶ硬化用ＬＥＤの温度が１５０℃に達したとき、圧縮空気が３ｋｇ／ｍ^２（２９．４２×１０^４Ｐａ）となるようにノズル２２にてエアーホース２１より取り入れた空気を圧縮し、直径が５ｍｍのノズル２２から放熱板３へ圧縮空気を吹き付けたところ、圧縮空気を放熱板３に吹き付けてから１０秒後にＵＶ硬化用ＬＥＤの温度は、４０℃に下がった。

比較例

本発明との比較例として、冷却手段としてマイクロファンを使用した従来から使用されているＵＶ硬化装置を使用した。ＵＶ硬化用ＬＥＤが１５０℃に達したときにマイクロファンを作動させてもＵＶ硬化用ＬＥＤの温度が下がらず、ＵＶ硬化用ＬＥＤが破損してしまった。

このことから、本発明の光源の冷却装置および光源の冷却方法は、短時間で急速に光源等を冷却することができ、光源等の破損等を確実に防止することができることがわかる。

本発明の光源の冷却装置を示した概略図である。 傾斜面部を有する放熱板および光源の立体図である。 凸部を有する放熱板および光源の立体図である。

符号の説明

１ 冷却装置
２ 圧縮機
２１ エアーホース
２２ ノズル
３ 放熱板
３１ 傾斜面部
３２ 凸部
３３ 隙間
４ 光源

Claims (6)

1. 光源と、空気を圧縮して圧縮空気を放出する圧縮機と、円形状の放熱板と、を備えた光源の冷却装置であって、前記放熱板は、中心部から外側へ向けて下方に伸びる複数の傾斜面部を有しており、前記圧縮機から放出された前記圧縮空気は、前記放熱板に吹き付けられることにより膨張冷却しながら複数の前記傾斜面部に沿って、前記放熱板の外側へ放射状に前記膨張冷却した空気を対流させることにより前記光源を冷却することを特徴とする光源の冷却装置。
2. 複数の前記傾斜面部は、４個以上有する請求項１に記載の光源の冷却装置。
3. 光源と、空気を圧縮して圧縮空気を放出する圧縮機と、円形状の放熱板と、を備えた光源の冷却装置であって、前記放熱板は、外側から中心部へ向けてテーパー状に伸びる複数の凸部を有しており、前記圧縮機から放出された前記圧縮空気は、前記放熱板に吹き付けられることにより膨張冷却しながら複数の前記凸部の間の隙間に沿って、前記放熱板の外側へ放射状に前記膨張冷却した空気を対流させることにより前記光源を冷却することを特徴とする光源の冷却装置。
4. 複数の前記凸部は、４個以上有する請求項３に記載の光源の冷却装置。
5. 圧力が０．１〜４ｋｇ／ｍ^２の前記圧縮空気を前記放熱板に吹き付ける請求項１または４に記載の光源の冷却装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の光源の冷却装置を使用した光源の冷却方法。

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