JP2007293194A - 軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造とプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ランプユニットの側面に近接して軸流ファンを設置した場合に、光源から軸流ファンへの熱伝達を抑制し、かつ軸流ファンの自己冷却を助勢することができる軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造を提供する。
【解決手段】軸流ファン２１を用いたランプユニット冷却構造２０において、軸流ファン２１の吐出口とランプユニット２３の側面との間に、軸流ファン２１側に凹面を有する椀状遮光板２２が軸流ファン２１の軸線上に軸線が配置されるように配設され、椀状遮光板２２の外径は、軸流ファン２１のファンブレードの外径と内径との間の所定の直径で形成されている。これによって、ランプリフレクタ２３からの透過光や輻射熱が椀状遮光板２２で遮蔽され、また、内径側の一部の冷却風は、椀状遮光板２２で反射されて軸流ファン２１のモータの端部近傍に接触してこれを冷却するので、ファンおよびファンモータの温度上昇が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造とプロジェクタとに関し、特に軸流ファンとランプユニットとの間に遮光板を有する冷却構造に関する。

従来、プロジェクタにおいては発熱量の大きい光源のランプユニットや電源の冷却に空冷方式が多く用いられ、それぞれの発熱部を冷却するために複数の送風機が用いられることが多かった。

特許文献１には、電源とバラスト電源を冷却するための電源冷却ファンと、ランプユニットを冷却するためのランプ冷却ファンとを有する投写表示装置が開示されている。ここではランプ輻射熱による周辺部材の高熱化に対応するため光源ランプとランプケースとの間に熱シールド板が設けられており、熱シールド板を冷却ファンによる冷却風の排気流路にまで伸ばすことによって周辺部材の高熱化に対応している。

特許文献２には、発熱体が収納され吸気口と排気口とを有する本体と、光源ランプを内蔵し空気取入口と本体の排気口に連通する空気吐出口とを備えたハウジングを有するランプユニットと、発熱体に熱的に接続される放熱部を有し一端が吸気口に近接し他端がファンに接続するダクトと、吐出口がランプユニットの空気取入口に連通するファンとを有する投射型画像表示装置が開示されている。さらに、空気吐出口と排気口側との間にメイン回路ブロック用排気ファンが設けられている。
特開２００５−２８３８４１号公報 特開２００５−３４５５６９号公報

近年、プロジェクタの小型、薄型、軽量化が強く要求されることから、小型で大きい風量の得られる軸流ファン１台で全体の冷却を行うこととして、静音化のために筐体の中央部に光源のランプリフレクタに近接して軸流ファンを配置し、吸気側の空気の流れでプロジェクタ電源やランプ点灯用電源などを冷却し、排気側の空気の流れをランプリフレクタへ吹き付けるレイアウトが多くなっている。

冷却の対象となるランプリフレクタは、成形されたガラスの表面に反射膜を蒸着させたものであり、赤外線などはランプリフレクタで反射されずに透過していることが多い。また、反射率が１００％ではないことから可視光や光源からの熱線の一部もランプリフレクタに吸収されランプリフレクタの温度も高温となっている。

特許文献１では、上述のようにランプ輻射熱による周辺部材の高熱化に対応するため、リフレクタとケーシング部材との間に熱シールド板を設け、熱シールド板を冷却ファンによる冷却風の排気流路にまで伸ばして周辺部材の高熱化に対応しているが、ランプ冷却ファン自体に対しては特別の対策はとられていない。特許文献２では、ファンからダクトを経由して光源ランプのハウジング内に冷風を誘導しリフレクタの内部を経由してリフレクタの外面を冷却して排出される構成となっているので、ファンはランプリフレクタからの透過光や輻射熱の影響を直接受けない構成となっているが構造が複雑になり小型化の要求には適合しない。

小型化のためには、軸流ファンをランプリフレクタの側面に近接して設け、冷却風を直接ランプリフレクタに吹きつけることが望ましい。しかし、その場合ランプリフレクタからの赤外線などの透過光やランプリフレクタの昇温による輻射熱により、ファンおよびファンモータの温度が上昇して軸流ファンの寿命が短命化するという問題がある。

本発明の目的は、ランプユニットの側面に近接して軸流ファンを設置した場合に、光源から軸流ファンへの熱伝達を抑制し、かつ軸流ファンの自己冷却を助勢する軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造を提供することにある。

本発明の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造は、
光源を備えた装置における軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造であって、光源ランプとランプリフレクタとからなるランプユニットと、ランプユニットの側面に吐出口が対向するように配置された軸流ファンと、軸流ファンの吐出口とランプユニットの側面との間のその軸流ファンの軸線上に軸線が位置するとともに、その軸流ファン側に凹面が向くように配設された椀状の遮光板とを備え、遮光板の外径は、軸流ファンのファンブレードの外径と内径との間の所定の直径で形成されていることを特徴とする。

軸流ファンによるランプユニットの冷却構造は装置の筐体内部に収納されており、ランプユニットの軸流ファンと反対側の側面に対向する筐体の側面には、外部と連通する排気口が設けられていてもよく、遮光板の外径は、ファンブレードの外径の９５％以下で内径の１０５％以上であってもよく、遮光板の外縁と、軸流ファンの吐出口側の側面との間の吐出方向の間隔は、軸流ファンのファンブレードの高さの２０％以上で２００％以下であってもよく、遮光板の曲率半径は、ファンブレードの外径以下で内径以上であってもよく、光源を備えた装置がプロジェクタであってもよい。

本発明のプロジェクタは、上述の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造を備えたことを特徴とする。

ランプユニットの側面にその吐出口が対向するように軸流ファンが配置され、軸流ファンの吐出口とランプユニットの側面との間に、軸流ファン側に凹面を有する椀状の遮光板が軸流ファンの軸線上に軸線が位置するように配設され、遮光板の外径は、軸流ファンのファンブレードの外径と内径との間の所定の直径で形成されている。従って、ランプリフレクタからの赤外線などの透過光や輻射熱が遮光板で遮蔽されるので、軸流ファンへの到達が抑制され、軸流ファンの温度上昇が抑制される。

椀状の遮光板の外径は、軸流ファンのファンブレードの外径と内径との間の所定の直径で形成されているので、軸流ファンの内径側の一部の冷却風は遮光板で反射される。一方外径側の冷却風は遮光板の外縁を越えてランプユニットの外部に回りこんでランプユニットを冷却して筐体の側面に設けられた排気口から外部に排出される。

内径側の一部の冷却風は、遮光板で反射されて軸流ファンのモータの端部側のケーシングに接触してこれを冷却した後拡散して、外径側の冷却風と混合してランプユニットを冷却する。

本発明では、ランプユニットの側面に吐出口が対向するように軸流ファンが配置されたランプユニットの冷却構造において、軸流ファンの吐出口とランプユニットの側面との間に、軸流ファン側に凹面を有する椀状の遮光板が軸流ファンの軸線上に軸線が位置するように配設されている。遮光板の外径は、軸流ファンのファンブレードの外径と内径との間の所定の直径で形成されている。従って、赤外線などのランプリフレクタからの透過光やランプリフレクタからの輻射熱が遮光板で遮蔽されるので、軸流ファンのモータ部近傍に到達せず、軸流ファンの温度上昇が抑制される。また、内径側の一部の冷却風は遮光板で反射されて軸流ファンのモータの端部側のケーシングに接触してこれを冷却する。このようにファンおよびファンモータの温度上昇が抑制されるので、軸流ファンの長寿命化が期待でき、長期に亘る性能の安定性が向上するという効果がある。

本発明は、吐出口がランプユニットの側面に対向するように軸流ファンが配置されたランプユニットの冷却構造において、軸流ファンの吐出口とランプユニットの側面との間に、軸流ファン側に凹面を有する椀状の遮光板が軸流ファンの軸線上に軸線が位置するように配設され、遮光板の外径は、軸流ファンのファンブレードの外径と内径との間の所定の直径で形成されていることに特徴がある。これによって、ランプリフレクタからの透過光や輻射熱が遮光板で遮蔽され、また、内径側の一部の冷却風は遮光板で反射されて軸流ファンのモータの端部側のケーシングに接触してこれを冷却するので、ファンおよびファンモータの温度上昇が抑制される。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態のランプユニット冷却構造は、光源を備えた装置に対して広く適用できるが、ここでは最も適用の範囲の広いプロジェクタを光源を備えた装置として説明する。

図１は本発明の実施の形態の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造を備えたプロジェクタのケースカバーを外し、ランプユニットを除く光学系を取り除いた状態を示す模式的斜視図である。図２は図１の模式的上面図であり、図３は本発明の実施の形態の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造の模式的斜視図であり、図４は図３の模式的上面図である。

本発明の実施の形態のプロジェクタ１は、本発明の実施の形態のランプユニット冷却構造２０を構成する軸流ファン２１、椀状遮光板２２、およびランプユニット２３と、ランプユニット２３の投写光を受けて画像形成素子で形成された画像を投写レンズから映像として投射する不図示の光学系と、プロジェクタ電源３１やランプ点灯用電源３２などの付帯する構成要素と、それらを格納する筐体１０とを有する。

筐体１０のランプユニット２３に近接する面には発熱体やランプユニット２３を冷却した空気を排出する排気口１１が設けられており、筐体１０の排気口１１と反対の面には不図示の吸気口が設けられている。吸気口から筐体１０内に吸入された空気は、プロジェクタ電源３１やランプ点灯用電源３２などプロジェクタ１の構成要素の発熱体を冷却して、軸流ファン２１の吸入口から回転しているファンブレードで吸引され、加速されて排出口から排出されてランプユニット２３に向かい、ランプユニット２３をケーシングの外部から冷却して排気口１１から外部に排出される。

本発明の実施の形態のランプユニット冷却構造２０について説明する。ランプユニット冷却構造２０は、冷却用の空気を送出する軸流ファン２１、椀状遮光板２２、およびランプユニット２３から構成され、椀状遮光板２２は軸流ファン２１とランプユニット２３との間に軸流ファン２１の軸線上に軸線が位置するように配置され、椀状遮光板２２は軸流ファン２１のファンケーシングに固定されている。

軸流ファン２１はモータとモータの回転軸に固定された複数のファンブレードからなる動翼と、動翼から送出された空気の流れを整流する静翼と、それらを取り囲む円筒部を有するファンケーシングとから構成されている。風向を整流する必要がなければ静翼はなくてもよい。

ランプユニット２３は、プロジェクタ１の光学系を構成する要素であり、発光体で構成される光源ランプと、その光源が第１の焦点に配置されておりランプを囲んで光源ランプの光を反射して所定の方向に投光するランプリフレクタとから構成されている。光源としては最近半導体発光素子も用いられてきているが、殆どが高圧水銀ランプやメタルハライドランプである。ランプリフレクタは、殆どが成形されたガラスの表面に反射膜を蒸着させたものであり、光源ランプからの放射光の多くはランプリフレクタで所定の方向に反射される。しかし、一部の赤外線などはランプリフレクタで反射されずに透過または吸収される。そのため、外部に赤外線などが投射されるとともに吸収された光エネルギーによりランプリフレクタは高熱となり、輻射熱として外部に放散されることが多い。

本発明の特徴である椀状遮光板２２は、軸流ファン２１の吐出口とランプユニット２３の側面との間の軸流ファン２１の軸線上に軸線が位置するように配設され、軸流ファン２１側に凹面を有している。椀状遮光板２２はランプユニット２３からの透過光と輻射熱とを反射および吸収するためのものであり、通常金属板を成形して作られるが、光や熱を反射および吸収できる性質の材料であれば金属でなくてもよい。

椀状遮光板２２は、凸面側から入射する光線と熱線とを反射および吸収して、軸流ファン２１への影響を防止する役割と、軸流ファン２１のファンブレードの内径側の送風を凹面で受けて軸流ファン２１のファンモータの端部側のケーシングに向けて流すことによって、ファンモータとファンとケーシングの温度上昇を抑制する役割とを有している。

この役割を果たすため、椀状遮光板２２の外径は、ファンブレードの外径の９５％以下で内径の１０５％以上であり、椀状遮光板２２の外縁と、軸流ファン２１の吐出口側の側面との間の吐出方向の間隔は、軸流ファンのファンブレードの高さの２０％以上で２００％以下であり、椀状遮光板２２の曲率半径は、ファンブレードの外径以下で内径以上であることが望ましい。椀状遮光板２２の外径がファンブレードの外径の９５％を超える場合はランプユニット２３への直接の送風が減少して冷却効率が低下する。椀状遮光板２２の外径がファンブレードの内径の１０５％未満の場合は、ファンモータ部近傍への送風が減少し軸流ファン２１の冷却効果が低下する。椀状遮光板２２の外縁と、軸流ファン２１の吐出口側の側面との吐出方向の間隔が、軸流ファン２１のファンブレードの高さの２０％未満の場合は、椀状遮光板２２による送風の抵抗が増加し、ファンブレードの高さの２００％を超える場合はファンモータを冷却する冷風の量と速度が低下する。椀状遮光板２２の曲率半径が、ファンブレードの外径を超える場合はファンモータを冷却する冷風の風向が拡散し、椀状遮光板２２の曲率半径が、ファンブレードの内径未満の場合は、椀状遮光板２２の中心部とファンモータ近傍のケーシングとの距離が離れてファンモータを冷却する冷風の量と速度が低下する。

好ましい標準的な寸法としては、遮光板の外径はファンブレードの内径の１６０％であり、遮光板の外縁と、軸流ファンの吐出口側の側面との間の吐出方向の間隔は、軸流ファンのファンブレードの高さの４０％であり、遮光板の曲率半径は、ファンブレードの外径の７５％であるがこれに限定されるものではない。

次に、本発明の実施の形態の軸流ファンを用いたランプユニット冷却構造の動作について説明する。このような椀状遮光板２２を設けたことによって、ランプユニット２３から投射される赤外線などの透過光線と輻射熱の熱線とは椀状遮光板２２で反射および吸収されるので、軸流ファン２１の中心側にあるファンモータ側のケーシングに直接入射することがなくなり軸流ファン２１の昇温が抑制される。

さらに軸流ファン２１のファンブレードの内径側からの送風は、椀状遮光板２２の凹面に衝突して方向を変換して軸流ファン２１の中央部のファンモータ側のケーシングに当たってケーシングを介してファンモータを冷却し、それによって軸流ファン２１の昇温が抑制され、熱伝導によりファンブレードやファンケーシングの温度上昇も抑制される。この二つの昇温抑制効果によって軸流ファンの寿命が高温によって短命化するという問題が解決される。

椀状遮光板２２の外径は、軸流ファン２１のファンブレードの外径と内径との間の所定の直径で形成されているので、内径側の一部の冷却風は椀状遮光板２２で反射されるが、外径側の冷却風は椀状遮光板２２の外縁を越えてランプユニット２３の外部に回りこんでランプユニット２３を冷却して筐体１０の側面に設けられた排気口１１から外部に排出される。冷却風は椀状遮光板２２の外径を内径とする円筒状の流れとなるので、椀状遮光板２２のない場合のファンブレードの内径を内径とする円筒状の流れと大きな違いはなく椀状遮光板２２を離れてからはすぐ拡散するので、椀状遮光板２２を設けたことによるランプユニット２３の冷却効果に対する影響は殆どない。内径側の一部の冷却風も椀状遮光板２２で反射されて軸流ファン２１のファンモータの端部近傍に接触してこれを冷却した後拡散して外径側の冷却風と混合してランプユニットを冷却する。

本発明の実施の形態のランプユニット冷却構造の作用・効果を実施例を参照して説明する。図５は本発明の実施の形態の軸流ファンを用いたランプユニット冷却構造のシミュレーションのための実施例の模式的斜視図であり、図６は図５の模式的上面図である。図７は従来の構成における軸流ファンによる空気の流れの向きと流速とを計算したシミュレーション結果であり、図８は本発明の構成における軸流ファンによる空気の流れの向きと流速とを計算したシミュレーション結果である。

本実施の形態のランプユニット冷却構造２０の風の流れを解析するために、シミュレーション用の軸流ファン４１と椀状遮光板４２とランプユニット４３とを備えたランプユニット冷却構造４０を製作して椀状遮光板４２のない場合とある場合について風の流れのシミュレーションを行った。

図５、６に示すように、ファンブレード外径６５ｍｍ、内径３７ｍｍの軸流ファン４１の前方１０ｍｍの位置に、曲率半径５０ｍｍ、断面外径６０ｍｍの椀状の遮光板４２を配置し、軸流ファン４１の風量０．５ｍ³ ／ｍｉｎ、回転数４０００ｒｐｍでシミュレーションを行った。

椀状遮光板４２のない従来の構成における軸流ファン４１による空気の流れの向きと流速を計算したシミュレーション結果は図７に示すとおりであり、椀状遮光板４２を有する本実施の形態の構成における軸流ファンによる空気の流れの向きと流速を計算したシミュレーション結果は図８に示すとおりである。ここで、矢印の方向は空気の流れの方向、矢部の大きさは流速を示す。椀状遮光板４２のない従来の構成と、椀状遮光板４２を有する本実施の形態の構成とにおける軸流ファン４１による空気の流速分布を計算したシミュレーション結果を比較すると、ランプユニット４３のドーム部の軸流ファン４１と反対側の流速が図８のほうが少し少ない以外は殆ど違いがなく、椀状遮光板４２を設けてもランプユニット４３の冷却効果には殆ど問題がないことがわかる。

椀状遮光板４２のない従来の構成と、椀状遮光板４２を有する本実施の形態の構成とにおける軸流ファン４１による吐出側の空気の流速分布を計算した不図示のシミュレーション結果を比較すると、軸流ファン４１の吐出側中央部では明らかに椀状遮光板４２を有する方の流速が上がっており、ファンモータ冷却の効果が現れていることがわかった。

さらに、椀状遮光板４２のない従来の構成と、椀状遮光板４２を有する本実施の形態の構成とにおける軸流ファン４１の軸部分の風量および平均流速をシミュレーションした結果では椀状の遮光板４２によって、軸流ファン４１の軸部分の風量及び平均流速はそれぞれおよそ４倍になっていることがわかった。

このように、椀状遮光板４２によるランプユニット４３の冷却効率の低下は殆ど見られなく、軸流ファン４１においてはランプユニット４３からの透過光や輻射熱が遮断され、かつ軸流ファン４１の冷却効率が向上できるというシミュレーション結果となった。

本発明の実施の形態の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造を備えたプロジェクタのケースカバーを外し、ランプユニットを除く光学系を取り除いた状態を示す模式的斜視図である。 図１の模式的上面図である。 本発明の実施の形態の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造の模式的斜視図である。 図３の模式的上面図である。 本発明の実施の形態の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造のシミュレーションのための実施例の模式的斜視図である。 図５の模式的上面図である。 従来の構成における軸流ファンによる空気の流れの向きと流速とを計算したシミュレーション結果である。 本発明の構成における軸流ファンによる空気の流れの向きと流速とを計算したシミュレーション結果である。

符号の説明

１ プロジェクタ
１０ 筐体
１１ 排気口
２０、４０ ランプユニット冷却構造
２１、４１ 軸流ファン
２２、４２ 椀状遮光板
２３、２４ ランプユニット
３１ プロジェクタ電源
３２ ランプ点灯用電源

Claims (7)

1. 光源を備えた装置における軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造であって、
   光源ランプとランプリフレクタとからなるランプユニットと、
   前記ランプユニットの側面に吐出口が対向するように配置された軸流ファンと、
   前記軸流ファンの前記吐出口と前記ランプユニットの前記側面との間の該軸流ファンの軸線上に軸線が位置するとともに、該軸流ファン側に凹面が向くように配設された椀状の遮光板とを備え、
   前記遮光板の外径は、前記軸流ファンのファンブレードの外径と内径との間の所定の直径で形成されていることを特徴とする、軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造。
2. 前記軸流ファンによるランプユニットの冷却構造は前記装置の筐体内部に収納されており、前記ランプユニットの前記軸流ファンと反対側の側面に対向する前記筐体の側面には、外部と連通する排気口が設けられている、請求項１に記載の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造。
3. 前記遮光板の外径は、前記ファンブレードの外径の９５％以下で内径の１０５％以上である、請求項１または請求項２に記載の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造。
4. 前記遮光板の外縁と、前記軸流ファンの吐出口側の側面との間の吐出方向の間隔は、前記軸流ファンの前記ファンブレードの高さの２０％以上で２００％以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造。
5. 前記遮光板の曲率半径は、前記ファンブレードの外径以下で内径以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造。
6. 前記光源を備えた装置がプロジェクタである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造。
7. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の軸流ファンを用いたランプユニットの冷却構造を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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