JP2022123972A - 磁性流体熱輸送システムを有する装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性流体の粘度と重力を考慮した管路によって磁性流体の循環効率を向上させる。【解決手段】装置１００は、発熱部１２６と、冷却部１０１と、発熱部と冷却部との間で磁性流体を循環させる管路４０２と、磁性流体に磁場を印加する磁場発生部材３１６ａとを有する。管路は、磁性流体が発熱部からの熱を受ける第１管路領域４１１、該第１管路領域から冷却部へ向かう第２管路領域４１２、磁性流体が冷却部により冷却される第３管路領域４１３および冷却部から発熱部へ向かう第４管路領域４１４を有する。第１から第４管路領域のうち磁性流体の流れ方向が重力方向に一致する管路領域内の磁性流体の体積が、流れ方向が重力方向に一致しない管路領域内の磁性流体の体積より大きい。【選択図】図８

Description

本発明は、磁性流体を用いた熱輸送システムに関する。

循環管路において温度勾配と磁場を利用して磁性流体を循環させるシステムとして、特許文献１には、循環管路の加熱部よりも冷却部の管路内径を大きくしたものが開示されている。このシステム構造では、温度によって変化する磁性流体の粘度が循環抵抗に与える影響を少なくして、磁性流体の循環効率を向上させることが可能である。また、特許文献２には、回転する磁石によって磁性流体を駆動することで熱を輸送するシステムが開示されている。

特開平１－１２８５３号公報 特許第４３３６９０２号公報

しかしながら、特許文献１、２には、磁性流体の循環効率に重力が与える影響について言及されていない。また、回転する磁石で磁性流体を駆動する場合に、磁石の回転が止まると磁性流体の循環を阻害するおそれがある。

本発明は、磁性流体の粘度だけでなく重力を考慮した管路によって磁性流体の循環効率（熱輸送効率）を向上させることができるようにした装置と、磁石の回転が停止しても磁性流体を円滑に循環させることが可能な装置を提供する。

本発明の一側面としての装置は、発熱部と、冷却部と、発熱部と冷却部との間で磁性流体を循環させる管路と、磁性流体に磁場を印加する磁場発生部材とを有する。管路は、磁性流体が発熱部からの熱を受ける第１管路領域、該第１管路領域から前記冷却部へ向かう第２管路領域、磁性流体が冷却部により冷却される第３管路領域および冷却部から発熱部へ向かう第４管路領域を有する。第１から第４管路領域のうち磁性流体の流れ方向が重力方向に一致する管路領域内の磁性流体の体積が、流れ方向が重力方向に一致しない管路領域内の磁性流体の体積より大きいことを特徴とする。

また本発明の他の一側面としての装置は、発熱部と、冷却部と、発熱部と冷却部との間で磁性流体を循環させる管路と、磁性流体に磁場を印加する第１磁場発生部材と、磁性流体に磁場を印加し回転可能な第２磁場発生部材とを有する。第１磁場発生部材は、管路のうち冷却部よりも下流側かつ発熱部よりも上流側であって磁性流体の温度勾配が正の勾配となる管路領域で磁性流体に磁場を印加する。第２磁場発生部材は、管路のうち発熱部よりも下流側かつ冷却部よりも上流であって磁性流体の温度勾配の絶対値が上記正の勾配より小さい管路領域で磁性流体に磁場を印加することを特徴とする。なお、上記各装置は、撮像素子を発熱部に含む撮像装置であってもよい。

本発明によれば、磁性流体の粘度だけでなく重力を考慮した管路によって熱輸送効率を向上させることができる。また、磁石の回転が停止しても磁性流体を円滑に循環させることができる。

実施例のカメラと交換レンズを示す斜視図。 実施例のカメラと交換レンズの構成を示すブロック図。 実施例のカメラにおけるセンサ防振ユニットの構成を示す図。 実施例のカメラにおけるベースユニット、センサ防振ユニットおよびシャッタユニットの構成を示す図。 実施例のシャッタユニットの構成を示す図。 実施例のカメラにおける磁性流体熱輸送システムを示す図。 実施例１である磁性流体熱輸送システムを搭載したカメラを示す背面図。 実施例１である磁性流体熱輸送システムを搭載したカメラの斜視図および分解斜視図。 実施例１の変形例である磁性流体熱輸送システムを搭載したカメラを示す背面図。 実施例１の別の変形例である磁性流体熱輸送システムを搭載したカメラを示す背面図。 実施例２である磁性流体熱輸送システムを搭載したカメラおよび交換レンズの外観を示す図。 実施例２である磁性流体熱輸送システムの斜視図および部分拡大図。 実施例２の磁性流体熱輸送システムにおける冷却部の断面図および模式図。 実施例３である磁性流体熱輸送システムの斜視図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）～（ｃ）は、交換レンズ１０２を着脱可能に装着可能な撮像装置としてのレンズ交換式デジタルカメラ（以下、単にカメラという）を示している。図１（ａ）は斜め前側（被写体側）から見たカメラ１００と交換レンズ１０２を、図１（ｂ）は斜め後側（背面側）から見たカメラ１００を、図１（ｃ）は交換レンズ１０２が取り外された状態のカメラ１００を示している。

カメラ１００の前面には、ユーザがカメラ１００を把持するために前方に突出したフロントグリップ１０１が設けられている。カメラ１００の前面中央には、交換レンズ１０２を着脱可能とするマウント部１０７が設けられている。

交換レンズ１０２の外周には、回転操作リング１０３が設けられている。回転操作リング１０３は、ユーザが交換レンズ１０２の光軸回りで回転操作可能である。ユーザは、回転操作リング１０３に焦点位置や露出値等の撮像条件を変更する機能を割り当てることができる。カメラ１００の上面には、電源レバー１０４、モードダイアル１０５、レリーズボタン１０６が設けられている。電源レバー１０４は、ユーザの操作によってカメラ１００の電源のオン／オフを切り替える操作部材である。モードダイアル１０５は、ユーザの回転操作によって撮像モードを切り替える操作部材である。撮像モードには、シャッタ速度や絞り値等の撮像条件をユーザが任意に設定可能なマニュアル静止画撮像モード、自動で適正な露光量が得られるオート静止画撮像モードおよび動画撮像を行うための動画撮像モード等がある。レリーズボタン１０６は、ユーザの押圧操作により撮像を指示する操作部材である。

カメラ１００の背面には、背面操作部１１０と表示部１１１とが設けられている。カメラ１００の電源がオンにされると、表示部１１１には、交換レンズ１０２により形成された被写体像を撮像（光電変換）した不図示の撮像素子からの撮像信号に対応するライブビュー画像が表示される。また、表示部１１１には、シャッタ速度や絞り値等の撮像パラメータが表示される。ユーザは、表示部１１１の表示を見ながら背面操作部１１０を操作することによって、撮像パラメータの設定値を変更することができる。また、背面操作部１１０は、記録された撮像画像の再生を指示するための再生ボタンやカメラ１００の詳細設定画面へ移行するためのメニューボタンを含む。

カメラ１００のマウント部１０７には、電気接点群１０８が設けられている。カメラ１００は、電気接点群１０８を介して、マウント部１０７に装着された交換レンズ１０２と通信を行ったり交換レンズ１０２に電源供給を行ったりする。

図２は、カメラ１００と交換レンズ１０２の電気的および光学的構成を示している。カメラ１００は、カメラ１００内の各部に電源を供給する電源部１１３を有し、また前述した電源レバー１０４、モードダイアル１０５、レリーズボタン１０６および背面操作部１１０を含む操作部１１４を有する。カメラ１００および交換レンズ１０２からなるカメラシステム全体の制御は制御部１１５が行う。交換レンズ１０２は、前述した電気接点群１０８を介して制御部１１５と通信を行う。制御部１１５は、不図示のメモリに格納されている制御プログラムを読み出して実行することで、カメラシステム全体を制御する。

交換レンズ１０２は、光軸方向に移動して変倍を行うズームレンズを含むズームユニット１１６と、シフトレンズを含むレンズ防振ユニット１１８とを有する。シフトレンズは、光軸に直交する２方向（図１（ａ）、（ｂ）中のＸ方向とＹ方向）に移動（シフト）して像振れを低減（補正）する。また、交換レンズ１０２は、光量調節機能を有する絞りユニット１２２と、光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズを含むフォーカスユニット１２４とを有する。

さらに、交換レンズ１０２は、回転操作リング１０３の回転を検出する回転検出部１３３を有する。制御部１１５は、回転操作リング１０３が操作されて回転検出部１３３を介して変倍の指示が入力されると、交換レンズ１０２に設けられたズーム駆動部１１７を介してズームユニット１１６の駆動を制御することで変倍を行わせる。

また、制御部１１５は、操作部１１４から受けた絞り値の設定値または画像処理部１３１から取得した輝度信号に応じて交換レンズ１０２に設けられた絞り駆動部１２３を介して絞りユニット１２２の駆動を制御する。さらに制御部１１５は、画像処理部１３１から取得した焦点信号に応じて交換レンズ１０２に設けられたフォーカス駆動部１２５を介してフォーカスユニット１２４の駆動を制御することでオートフォーカスを行う。

カメラ１００には、ピッチ防振演算部１２１ａとヨー防振演算部１２１ｂが設けられている。ピッチ防振演算部１２１ａは、ピッチ振れ検出部１２０ａからの振れ信号を用いてレンズ防振ユニット１１８（シフトレンズ）とセンサ防振ユニット１３０（撮像素子１２６）のＹ方向でのシフト位置を算出する。ヨー防振演算部１２１ｂは、ヨー振れ検出部１２０ｂからの振れ信号を用いてレンズ防振ユニット１１８とセンサ防振ユニット１３０のＸ方向でのシフト位置を算出する。カメラ１００には、センサ防振ユニット１３０を駆動するセンサ駆動部１２７が設けられている。交換レンズ１０２には、レンズ防振ユニット１１８を駆動する防振駆動部１１９が設けられている。制御部１１５は、ピッチおよびヨー防振演算部１２１ａ，１２１ｂが算出したピッチ／ヨー方向のシフト位置に応じて、防振駆動部１１９とセンサ駆動部１２７を介してレンズ防振ユニット１１８とセンサ防振ユニット１３０のシフト位置を制御する。これにより、像振れを補正する防振動作が行われる。

カメラ１００には、フォーカルプレーンシャッタユニット（以下、単にシャッタユニットという）３００と、これを駆動するシャッタ駆動部３０１とを有する。制御部１１５は、レリーズボタン１０６おける撮像指示操作に応じて、シャッタ駆動部３０１を介してシャッタユニット３００の駆動を制御する。これにより、交換レンズ１０２により形成された被写体像が撮像素子１２６上に形成され、撮像素子１２６はその光電変換機能により撮像信号を生成して出力する。画像処理部１３１は、撮像信号に対して各種画像処理を行って画像データを生成する。画像データのうち記録用の撮像画像のデータは、半導体メモリ等により構成される記憶部１３２に記憶される。また、表示部１１１は、画像信号に対応するライブビュー画像を表示したり、記憶部１３２にデータとして記録された撮像画像を再生表示したりする。

図３（ａ）～（ｃ）は、センサ防振ユニット１３０の構成を示している。図３（ａ）は前側から見たセンサ防振ユニット１３０を示している。センサ防振ユニット１３０は、固定部２００と可動部２５０を有する。図３（ｂ）はセンサ防振ユニット１３０の固定部２００を分解して示す。図３（ｃ）は、センサ防振ユニット１３０の可動部２５０を分解して示している。

固定部２００はベースプレート２０１を有し、ベースプレート２０１には磁石２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃが固定されている。ベースプレート２０１と後述する可動部２５０の保持枠２５１との間には、これらの間に挟持されるボール２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃが配置されている。固定部２００は、後述するベースユニット１４０（図４参照）に固定される。

ベースプレート２０１は、スペーサ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃを取り付けるための取り付け穴部を備えている。スペーサ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃは、その一方の端部にフロントヨーク２０５が固定され、他方の端部にリアヨーク２０６が固定される。ベースプレート２０１とフロントヨーク２０５の間にできる空間には、可動部２５０が図中のＸＹ平面内で移動（シフト）可能に保持されている。

磁石２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃはそれぞれ、光軸方向（Ｚ方向）に磁束密度が生じるように着磁されており、フロントヨーク２０５とリアヨーク２０６の間でそれぞれに対向する位置に配置される。したがって、フロントヨーク２０５と磁石２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃとリアヨーク２０６は磁気回路（閉磁路）を形成している。フロントヨーク２０５とリアヨーク２０６は、磁石２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの磁力によって吸引されている。

可動部２５０は、保持枠２５１を有する。保持枠２５１は、撮像素子１２６、コイル２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃおよび光学フィルタ２５３を保持する。コイル２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃはそれぞれ、固定部２００の磁石２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃと対向する位置に配置される。コイル２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃには、コイル用基板２５４が電気的に接続されている。

コイル用基板２５４は、不図示の位置検出素子を備えている。位置検出素子としては、前述した磁気回路を利用して可動部２５０の位置を検出するホール素子が用いられている。また、コイル用基板２５４は、不図示の主基板に接続されている。

コイル２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃとコイル用基板２５４と位置検出素子（ホール素子）は前述したセンサ駆動部１２７に含まれており、主基板には前述した制御部１１５を構成するＣＰＵ等のチップが実装されている。制御部１１５からの制御信号を受けたセンサ駆動部１２７がコイル２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃに通電すると、フレミングの左手の法則に従う力が発生して、可動部２５０がＸＹ面内でシフト駆動され、防振動作が行われる。

撮像素子１２６は、不図示のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を介して主基板と接続されている。

光学フィルタ２５３は、フィルタ保持枠２５５に保持されている。光学フィルタ２５３は、撮像素子１２６の有効画素領域よりも広い範囲を覆う矩形の形状を有する。フィルタ保持枠２５５は、保持枠２５１に固定されている。

図４は、カメラ１００を構成するベースユニット１４０、センサ防振ユニット１３０およびシャッタユニット３００を示す。センサ防振ユニット１３０の固定部２００は、ベースユニット１４０に固定される。

シャッタユニット３００は、ベースユニット１４０とセンサ防振ユニット１３０との間にＺ方向にて重なり合うように配置される。ベースユニット１４０は、不図示の外装カバーを固定するベース部材を備える。ベース部材の正面部から側面部にかけて、表層に弾性を有しユーザが把持するためのフロントグリップ１０１が両面テープ等で固定されている。

次に、シャッタユニット３００について説明する。シャッタユニット３００は、羽根部、羽根駆動部およびシャッタ制御部を有する。

まず、羽根部について説明する。図５（ａ）は、前側から見たシャッタユニット３００を分解して示している。３０２はシャッタ地板、３０３は仕切り板、３０４はカバー板、３０７a～３０７ｃはスペーサである。シャッタ地板３０２、仕切り板３０３およびカバー板３０４には、交換レンズ１０２からの光束が通過するアパーチャ３０２ａ、３０３ａ、３０４ａが形成されている。

３０５は先羽根群、３０６は後羽根群であり、それぞれ複数の遮光羽根と、これら遮光羽根を回転可能に支持する２つの回動アーム等により構成される。シャッタ地板３０２とカバー板３０４との間には、仕切り板３０３とスペーサ３０７ａ～３０７ｃにより２つの羽根室が形成され、一方の羽根室内に先羽根群３０５が、他方の羽根室内に後羽根群３０６が配置される。撮像素子１２６の露光時には、先羽根群３０５はアパーチャを閉じる位置から開く方向に走行し、後羽根群３０６はアパーチャを開く位置から閉じる方向に走行する。

羽根駆動部について説明する。図５（ｂ）は、撮像素子側から見たシャッタユニット３００を分解して示している。３０８は上地板、３０９はシャッタ制御部、３１０は先羽根駆動レバーユニット、３１１は後羽根駆動レバーユニットである。露光時には、不図示のコンデンサからシャッタ制御部３０９のコイルに電流が流れる。これにより、先羽根駆動レバーユニット３１０と後羽根駆動レバーユニット３１１が駆動され、先羽根群３０５と後羽根群３０６が走行駆動される。

シャッタ制御部３０９について説明する。図５（ｃ）は、前側から見たシャッタ制御部３０９を分解して示している。３１２はＭＧ地板である。

３１３は先ＭＧカムユニットであり、先マグネット３１３ａ、先カラー３１３ｂ、先ＭＧ戻しばね３１３ｃおよび先ＭＧカム３１３ｄで構成されている。先マグネット３１３ａは、円形の永久磁石である。先ＭＧ戻しばね３１３ｃは、先ＭＧカム３１３ｄの外周に組み付けられる。この後、先ＭＧ戻しばね３１３ｃが先マグネット３１３ａと接触することを避けるために、フランジ部が設けられた先カラー３１３ｂが先ＭＧカム３１３ｄに組み付けられる。さらに、先マグネット３１３ａが先ＭＧカム３１３ｄの外周に圧入接着される。このように組み立てられた先ＭＧカムユニット３１３は、ＭＧ地板３１２の第１軸部に回転可能に取り付けられる。

３１４は先ヨークであり、先マグネット３１３ａの直径より大きい内径の穴部３１４ａを有する。３１５は先コイルであり、先ヨーク３１４に取り付けられる。ＭＧ地板３１２に組み付けられたとき、先マグネット３１３ａは先ヨーク３１４の穴部３１４ａ内に配置される。

先ＭＧカムユニット３１３は、先ＭＧ戻しばね３１３ｃによって前側から見て時計回り方向に付勢されている。先ＭＧカム３１３ｄが上地板３０８の第１ストッパ部に当接することで、先ＭＧカムユニット３１３はセット位置に停止する。

３１６は後ＭＧカムユニットであり、後マグネット３１６ａ、後カラー３１６ｂ、後ＭＧ戻しばね３１６ｃおよび後ＭＧカム３１６ｄにより構成されている。後マグネット３１６ａは、円形の永久磁石である。後ＭＧ戻しばね３１６ｃは、後ＭＧカム３１６ｄの外周に組み付けられる。この後、後ＭＧ戻しばね３１６ｃが後マグネット３１６ａと接触することを避けるために、フランジ部が設けられた後カラー３１６ｂが後ＭＧカム３１６ｄに組み付けられる。さらに、後マグネット３１６ａが後ＭＧカム３１６ｄの外周に圧入接着される。このように組み立てられた後ＭＧカムユニット３１６は、ＭＧ地板３１２の第２軸部に回転可能に取り付けられる。

３１７は後ヨークであり、後マグネット３１６ａの直径より大きい内径の穴部３１７aを有する。３１８は後コイルであり、後ヨーク３１７に取り付けられる。ＭＧ地板３１２に組み付けられたとき、後マグネット３１６ａは後ヨーク３１７の穴部３１７a内に配置される。

後ＭＧカムユニット３１６は、後ＭＧ戻しばね３１６ｃによって前側から見て時計回り方向に付勢されている。後ＭＧカム３１６ｄが上地板３０８の第２ストッパ部に当接することで、後ＭＧカムユニット３１６はセット位置に停止する。

コイル３１５とコイル３１８は、不図示のフレキシブル基板を介して主基板に接続されている。前述したように不図示のコンデンサからコイル３１５とコイル３１８に電流が流れると、先羽根駆動レバーユニット３１０と後羽根駆動レバーユニット３１１が駆動され、先羽根群３０５と後羽根群３０６が走行駆動される。

次に、図６を用いて、カメラ１００に設けられる磁性流体熱輸送システム４００について説明する。図６は、磁性流体熱輸送システム４００の構成を模式的に示している。図６において、４０１は磁性流体、４０２は内部を磁性流体４０１が循環するように流れる循環管路、４０３は磁石等の磁場発生部材、４０４は発熱部、４０５は冷却部をそれぞれ示す。また、４０２ａは循環管路４０２のうち磁場発生部材４０３により発生した磁場が印加される磁場作用部、４０２ｂは磁場作用部４０２ａ内において発熱部４０４からの熱を受ける受熱部をそれぞれ示す。４０２ｃは磁場作用部４０２ａ内において発熱部４０４からの熱を受けない非受熱部を示す。さらに、点線で囲まれた４０７は、磁場発生部材４０３、発熱部４０４および磁場作用部４０２ａを含む動力変換部を示す。

矢印４０８ａ、４０８ｂは、循環管路４０２の受熱部４０２ｂと非受熱部４０２ｃ内の磁性流体４０１に作用する磁気体積力の代表的な向きと大きさを示す。矢印４０８は、それらの力の合力としての駆動力を示す。他の矢印は、循環管路４０２内における磁性流体４０１の流れの方向を示す。

磁性流体熱輸送システム４００は、動力変換部４０７において発熱部４０４の熱エネルギを磁性流体の運動エネルギに変換する。発熱部４０４に冷却対象となる電子部品（例えば、カメラ１００の撮像素子１２６）を用いると、その熱によって磁性流体を循環させ、冷却部４０５に熱を輸送して冷却する、自己循環式の液冷システムとなる。この液冷システムは、磁場発生部材４０３として永久磁石を用いれば電源を必要としないために省電力であり、余分な熱を発生しないという特徴を有する。

磁性流体熱輸送システム４００の原理は、以下の通りである。磁性流体４０１を満たした循環管路４０２の一部に磁場作用部４０２ａを設け、その内部の磁性流体４０１に磁場発生部材４０３により発生した磁場を印加する。この際、磁場作用部４０２ａのおよそ半々の２つの領域の一方を受熱部４０２ｂとし、他方を非受熱部４０２ｃとして、これらの領域で管路方向に沿って互いに対向する向きの磁場が発生するようにする。すなわち、それぞれの領域における磁場の向きが、内部の磁性流体４０１が他方の領域の側に引き付けられる力（管路方向の磁気体積力４０８ａ、４０８ｂ）を受ける向きになるようにする。

このような構成において、受熱部４０２ｂに対して発熱部４０４により熱を印加し、内部の磁性流体４０１の温度を上昇させると、磁性流体４０１の磁性がその感温性により弱まるため、磁場から受ける磁気体積力４０８ａも弱まる。これにより、受熱部４０２ｂ内の磁性流体４０１と非受熱部４０２ｃ内の磁性流体４０１との間の磁気体積力の平衡が崩れるため、非受熱部４０２ｃから受熱部４０２ｂに向かって磁性流体４０１が移動する力（駆動力４０８）が発生する。以上の原理によって磁性流体４０１が循環管路４０２内を循環するように流れ、受熱部４０２ｂで受けた熱を冷却部４０５に輸送する。

磁性流体４０１としては、水や油等の母液中にマグネタイトやマンガン亜鉛フェライト等の強磁性微粒子を分散させたものを用いることができる。

循環管路４０２を構成するチューブまたはパイプは、内部に磁場が作用するように、樹脂、ゴム、銅、アルミ等の非磁性材料を用いて形成することが望ましい。また、動力変換効率を高めるためには、受熱部４０２ｂにおいて磁性流体４０１にできるだけ熱を伝え、非受熱部４０２ｃにおいて磁性流体４０１になるべく熱を伝えないことが望ましい。このため、循環管路４０２を部分的に材質を変えて複数の部品で構成してもよい。例えば、受熱部４０２ｂを熱伝導率が高い銅製とし、非受熱部４０２ｃを熱伝導率が低いナイロン製にしてもよい。

磁場発生部材４０３としては、永久磁石が好ましく、例えば、高い密度の磁束を発生するネオジム磁石を用いることが好ましい。この場合、管路方向（流れ方向）の磁場が強くなるように鉄等により形成されたヨークを組み合わせてもよし、複数の磁場発生部材４０３を設けてもよい。また、磁場発生部材４０３として、通電により磁場を発生し、磁場の強さやオン／オフを制御し易い電磁石を用いてもよい。さらに、磁場発生部材４０３として、通電により磁場を発生するコイルを用いてもよい。

発熱部４０４は、前述したように電子部品等の冷却対象そのものである。ただし、例えば、金属製のスリーブやグラファイトシートのような熱伝導部材の一端をチューブまたはパイプを囲むように接続したうえで、他端を冷却対象と接続して、冷却対象の熱を間接的に受熱部４０２ｃに伝える構成としてもよい。

冷却部４０５は、発熱部４０４からの熱で高温となって受熱部４０２ｂから流れてくる磁性流体４０１の温度を下げて、非受熱部４０２ｃへ戻すために設けられている。冷却部４０５としては、例えば、循環管路４０２の途中に組み込んだラジエータや、循環管路４０２の一部に取り付けた冷却フィンを用いることができる。また、循環管路４０２自体をファンからの冷却風や他の冷媒中に配置して冷却部４０５を構成してもよい。

図７および図８は、カメラ１００への磁性流体熱輸送システム４００の搭載例としての実施例１を示している。図７はＺ方向から見た、磁性流体熱輸送システム４００を搭載したカメラ１００を示している。図８（ａ）は斜め後側から見た同カメラ１００を示しており、図８（ｂ）は同カメラ１００を分解して示している。

本実施例では、図６中の発熱部４０４は撮像素子１２６、冷却部４０５はフロントグリップ１０１、磁場発生部材４０３はシャッタユニット３００の後マグネット３１６ａである。循環管路４０２は、磁場発生部材４０３（後マグネット３１６ａ）に対してＺ方向にて互いに重畳するように設けられている。

循環管路４０２のうち、撮像素子１２６に熱的に接続された（発熱部４０４からの熱を受ける）領域を第１管路領域４１１とし、撮像素子１２６から冷却部４０５へ向かう領域を第２管路領域４１２とする。また、冷却部４０５に熱的に接続された（冷却部４０５により冷却される）領域を第３管路領域４１３とし、冷却部４０５から撮像素子１２６へ向かう領域を第４管路領域４１４とする。

図７において、カメラ１００に重力が作用する方向（重力方向）を－Ｙ方向とするとき、矢印で示すように、第１管路領域４１１内の磁性流体は－Ｙ方向に流れ、第２管路領域４１２内の磁性流体は－Ｘ方向に流れる。また、第３管路領域４１３内の磁性流体は＋Ｙ方向に流れ、第４管路領域４１４内の磁性流体は＋Ｘ方向に流れる。

第１管路領域４１１を流れる磁性流体は、その流れ方向が重力方向に一致している。そして、第１管路領域４１１の管路内体積（つまりは第１管路領域４１１内の磁性流体の体積）は、第２管路領域４１２、第３管路領域４１３および第４管路領域４１４のいずれの管路領域の管路内体積よりも大きい。このため、磁性流体４０１に対して重力が与える影響は、循環に抵抗する成分より循環を補助する成分の方が大きい。このように本実施例では、磁性流体の流れ方向が重力方向に一致する第１管路領域４１１内における磁性流体の体積を、重力方向と流れ方向とが一致しない他の管路領域４１２～４１４内の磁性流体の体積より大きくしている。

また、磁性流体は温度が高くなるほど粘度が低下し、温度が低くなるほど粘度が増す特性を有する。このため、第４管路領域４１４を流れる磁性流体の粘度は第２管路領域４１２を流れる磁性流体の粘度よりも大きく、同様に流動抵抗が大きい。このため、第４管路領域４１４の磁性流体の流れ方向に直交する断面積を、第２管路領域４１２の同流れ方向に直交する断面積より大きくしている。これにより、第４管路領域４１４の管路内体積が第２管路領域４１２の管路内体積より大きくなり、第４管路領域４１４を流れる磁性流体の体積が第２管路領域４１２を流れる磁性流体の体積よりも大きくなる。このため、磁性流体の流動抵抗が相殺され、磁性流体を円滑に循環させることができる。

さらに、第１から第４管路領域４１１～４１４のそれぞれにおいて、途中で管路断面積を変化させてもよい。この場合、各管路領域内の磁性流体の温度分布に応じて、管路断面積、すなわち流れている磁性流体の体積を変化させることで、循環管路４０２の全体の流量と流速を良好に調整することが可能となる。例えば、第２管路領域４１２内では、第１管路領域４１１近傍の磁性流体の温度が第３管路領域４１３近傍の磁性流体の温度より高いため、第１管路領域４１１から第３管路領域４１３へ向かって徐々に管路断面積を大きくすることが好ましい。

また、第４管路領域４１４と後マグネット３１６ａとが重なる方向（Ｚ方向）から見たときの第４管路領域４１４の管路幅（磁性流体の流れ方向に直交する方向の幅）Ｈは、後マグネット３１６ａの同方向での幅（直径）Ｄ以上であること、すなわち、
Ｈ≧Ｄ
であることが好ましい。これは、後マグネット３１６ａが発生する磁場の影響を受ける磁性流体の体積がＨ＜Ｄの場合に比べて大きく、磁性流体の循環効率が高くなるためである。

さらに、第１管路領域４１１と第３管路領域４１３は、それぞれのＸＹ面への投影面積が第２管路領域４１２と第４管路領域４１４のいずれのＸＹ面への投影面積よりも大きく、広範囲で発熱部４０４と冷却部４０５に接触している。このため、循環管路４０２の外部から循環管路４０２への熱輸送効率が高い。すなわち、磁性流体への熱輸送効率が高い。しかも、循環管路４０２の外部との熱輸送効率が高いため、第１管路領域４１１と第４管路領域４１４の温度差が大きくなり、磁性流体の循環効率が高くなる。

（変形例１）
図９は、実施例１の変形例としての磁性流体熱輸送システムを搭載したカメラを示している。この変形例では、第２管路領域４１２と第４管路領域４１４がそれぞれ、それらの内部での磁性流体の流れ方向が重力方向成分を含むように、すなわち下流側ほど－Ｙ方向に位置するようにＸ方向に対して傾斜している。このとき、第２管路領域４１２内と第４管路領域４１４内を流れる磁性流体の流れが重力によって補助されるため、磁性流体の循環効率が高くなる。

（変形例２）
図１０は、実施例１の別の変形例としての磁性流体熱輸送システムを搭載したカメラを示している。この変形例では、第２管路領域４１２の上流側部分が変形例１と同様に下流側ほど－Ｙ方向に位置するようにＸ方向に対して傾斜しており、さらに下流側部分が＋Ｙ方向に延びている。また、第３管路領域４１３が－Ｙ方向に延びており、第４管路領域４１４の上流側部分が下流側ほど＋Ｙ方向に位置するようにＸ方向に対して傾斜している。第４管路領域４１４の下流側部分は、＋Ｘ方向に延びている。このとき、循環管路４０２のうち最も管路内体積が大きい第１管路領域４１１内と次に管路内体積が大きい第３管路領域４１３内での磁性流体の流れ方向が重力方向に一致する。このため、磁性流体が重力による循環補助を高効率で受けることができ、循環効率が高くなる。

さらに、カメラ１００の姿勢が＋Ｘ方向が重力方向となるように変更された場合には、第４管路領域４１４の上流側部分での流れ方向が重力方向成分を含み、下流側部分での流れ方向が重力方向に一致する。第４管路領域４１４の管路内体積は第２管路領域４１２の管路内体積より大きいため、循環管路４０２内での重力の影響の和は磁性流体の循環方向に正となる。この結果、磁性流体の循環効率を高めることができる。

実施例１および変形例１、２のいずれにおいても、第１から第４管路領域４１１～４１４のＸＹ面への投影面積は、第２管路領域４１２が最も小さく、第４管路領域４１４は第２管路領域４１２より大きい。また、上記投影面積は、第３管路領域４１３は第４管路領域４１４より大きく、第１管路領域４１１が最も大きい。また、管路内体積についても同様の順で大きい。

なお、第１から第４管路領域４１１～４１４はそれぞれ、複数の管路により構成されてもよいし、循環管路４０２内での磁性流体の流れ方向は、上述した流れ方向と逆であってもよい。

図１１は、実施例２である磁性流体熱輸送システムを搭載したカメラ６００を示している。カメラ６００は、ユーザが把持するフロントグリップ６０１を有し、その側面には吸気口としての側面スリット部６００ａが設けられている。また、カメラ６００の不図示の底面には、排気口としての底面スリット部が設けられている。側面スリット部６００ａから吸い込まれた空気は、カメラ６００内の不図示の流路を通って冷却部に到達し、その後、底面スリット部から排出される。

図１２（ａ）は、カメラ６００内に配置された磁性流体熱輸送システム６０２を示している。磁性流体熱輸送システム６０２は、磁性流体が内部を循環する循環管路６０３と、第１磁場発生部材である第１磁石６０５と、第２磁場発生部材である第２磁石６０６と、発熱部６０７と、冷却部６０８とを有する。

発熱部６０７は、図３（ａ）～（ｃ）を用いて説明した、撮像素子１２６を搭載したセンサ防振ユニット１３０である。熱源は撮像素子１２６であるが、撮像素子１２６から発せられた熱はセンサ防振ユニット１３０全体に伝達し、センサ防振ユニット１３０のベースプレート２０１も熱を蓄える。このため、センサ防振ユニット１３０全体が発熱部６０７となる。循環管路６０３は、不図示の熱伝導部材を介してベースプレート２０１と熱的に接続されることで、センサ防振ユニット１３０（撮像素子１２６）の熱を磁性流体に伝達することができる。循環管路６０３は、非磁性であって、流路抵抗が低く、熱伝導率が高い材料により形成されることが望ましい。

本実施例では、第１磁石６０５として、センサ防振ユニット１３０に搭載された磁石２０２ａを用いている。循環管路６０３のうち第１磁石６０５に近接（対向）する部分は、第１磁石６０５とリアヨーク２０６に設けられた凹部との間を通っている。図１２（ｂ）は、第１磁石６０５と循環管路６０３の一部を拡大して示している。なお、図１２（ｂ）ではリアヨーク２０６の図示を省略している。

第２磁石６０６は、Ｙ方向に延びる軸回りで回転可能に保持されている。冷却部６０８は、フロントグリップ６０１の内側に配置されている。
図１２（ａ）において、第１磁石６０５は、発熱部６０７と冷却部６０８の間、すなわち発熱部６０７よりも上流側において循環管路６０３に対向するように配置されている。第１磁石６０５が発生する磁場によって、循環管路６０３内の磁性流体は、図１２（ａ）に示す矢印Ａ方向(＋Ｘ方向から－Ｘ方向）に循環管路６０３内を循環するように流れる。循環管路６０３は、第１磁石６０５、発熱部６０７、第２磁石６０６、冷却部６０８および第１磁石６０５の位置をこの順で磁性流体が辿るように配置されている。

循環管路６０３内の磁性流体は、第１磁石６０５の位置を基準として下流側である発熱部６０７側で発熱部６０７からの熱により温められるために高い温度となり、上流側である冷却部６０８側で冷却部６０８により冷却されるために低い温度となる。つまり、第１磁石６０５付近の循環管路６０３内の磁性流体の温度勾配は、磁性流体の流れ方向において正の（下流側に向かって温度が高くなる）勾配となる。

なお、本実施例では、第１磁石６０５はセンサ防振ユニット１３０の固定部２００に搭載される磁石２０２ａであるが、他の磁石や電磁石等を磁場発生部材として用いてもよい。

前述したように、循環管路６０３のうち第１磁石６０５と対向する部分は、第１磁石６０５とリアヨーク２０６との間に配置されている。第１磁石６０５とリアヨーク２０６とが対向する範囲では、リアヨーク２０６が第１磁石６０５の磁場をより集めるために磁束密度が上がる。このため、この範囲を流れる磁性流体への引力が強くなり、磁性流体の流動効率が良くなる。

図１３（ａ）は、冷却部６０８のＸＹ断面を示している。冷却部６０８は、フィン６０８ｂと、フィン６０８ｂ内に配置されたファン６０８ａとを備えている。ファン６０８ａは、フィン６０８ｂに固定されたモータ６０４によって回転駆動され、前述した側面スリット部６００ａから図中に破線矢印で示すように外部の空気をフィン６０８ｂ内に流入させ、前述した底面スリット部から流出させる。フィン６０８ｂは、不図示の熱伝導部材を介して循環管路６０３と熱的に接続されている。このため、フィン６０８ｂ内を通過する空気によって循環管路６０３内の磁性流体の熱が吸収され、磁性流体が冷却される。なお、図１３（ａ）の図中の破線矢印は空気の経路を示している。

モータ６０４の回転軸のうちファン６０８ａが固定された側とは反対側の部分には、第２磁石６０６が固定されている。第２磁石６０６は、第２磁石６０６から発生する磁場の方向が循環管路６０３へ向くように配置されている。モータ６０４は、ブラシレスモータであってもよく、この場合、ブラシレスモータの回転子である磁石を外部に延出させて第２磁石６０６として用いてもよい。

図１３（ｂ）、（ｃ）は、循環管路６０３とこれに近接する第２磁石６０６を拡大して示している。第２磁石６０６は、そこから発生する磁場の方向Ｊが図１３（ｂ）に示すように循環管路６０３の上流側を向く状態から図１３（ｃ）に示すように下流側を向く状態へと回転する。このとき、第２磁石６０６側に引き付けられている磁性流体は、第２磁石６０６の回転によって矢印Ａ方向に流れる力を受ける。つまり、第２磁石６０６の回転方向を、磁性流体に矢印Ａ方向（循環管路内を循環する方向）に流れる力を与える方向とすることで、磁性流体４０１の流動を補助することができる。

また、図１３（ｂ）、（ｃ）には、循環管路６０３を挟んで第２磁石６０６とは反対側にヨーク６０９を設けている。ヨーク６０９を設けることで、第２磁石６０６からの磁場をより効率良く集めて、第２磁石６０６の回転による磁性流体の流動補助効果を高めることができる。

循環管路６０３は、第２磁石６０６の回転により磁性流体の流動が補助される区間を通り過ぎた後、前述したように冷却部６０８のフィン６０８ｂと熱的に接続される。つまり、第２磁石６０６付近の磁性流体の温度勾配は、その流れ方向（矢印Ａ方向）においてほぼ０となっている。すなわち、温度勾配の絶対値が前述した正の勾配より小さくなっている。また、循環管路６０３と冷却部６０８が熱的に接続される箇所は、ヨーク６０９が循環管路６０３と対向する範囲よりも下流側である。このため、第２磁石６０６の回転が磁性流体の流動を補助する区間においては、磁性流体がほとんど冷却されない構成となっている。

第１磁石６０５と第２磁石６０６が発生する磁束の密度は、第１磁石６０５の方が高いことが望ましい。これにより、カメラ６００の電源がオフされる等して第２磁石６０６の回転が停止しても、第１磁石６０５が発生する磁場により磁性流体に与えられる流れの力が第２磁石６０６による流れを阻害する力より強い関係として、磁性流体を円滑に循環させることができる。

以上説明したように、回転可能な第２磁石６０６を循環管路６０３のうち磁性流体の温度勾配がほぼ０となる位置に配置することで、ファン６０８ａと第２磁石６０６の回転が停止しても効率良く発熱部６０７の熱を冷却部６０８に輸送することが可能となる。また、撮像素子１２６を磁性流体を用いた熱輸送システムによって冷却することで、撮像素子１２６の温度上昇による撮像の制限を緩和することができる。

なお、発熱部６０７と冷却部６０８の温度差を利用してペルチェ素子により発電を行い、その電力で冷却部６０８のファン６０８ａを回転駆動してもよい。また、カメラ６００の電源がオフされた後も、発熱部６０７と冷却部６０８に温度差がある間はペルチェ素子による発電によってファン６０８ａによる冷却を継続させてもよい。

図１４は、実施例３である磁性流体熱輸送システム７００を示している。本実施例の磁性流体熱輸送システム７００も、図６に示したカメラ６００に搭載されている。本実施例において、実施例２と同じ構成要素には実施例２と同符号を付している。

磁性流体熱輸送システム７００は、磁性流体が内部を循環する循環管路７０１と、第１磁石６０５と、第２磁石６０６と、発熱部６０７と、冷却部６０８とを有する。本実施例でも、発熱部６０７は、撮像素子１２６を搭載したセンサ防振ユニット１３０である。また、第１磁石６０５として、センサ防振ユニット１３０に搭載された磁石２０２ａを用いている。第２磁石６０６は、Ｙ方向に延びる軸回りで回転可能に保持されている。冷却部６０８は、図６に示したフロントグリップ６０１の内側に配置されている。

図１４において、第１磁石６０５は、発熱部６０７と冷却部６０８の間に配置されている。第１磁石６０５が発生する磁場によって、循環管路７０１内の磁性流体は、矢印Ａ方向(＋Ｘ方向から－Ｘ方向）に循環管路７０１内を循環するように流れる。循環管路７０１は、第１磁石６０５、発熱部６０７、第２磁石６０６、冷却部６０８および第１磁石６０５の位置をこの順で磁性流体が辿るように配置されている。

循環管路７０１は、発熱部６０７に熱的に接続された（発熱部６０７からの熱を受ける）第１管路領域７０１ａと、発熱部６０７から冷却部６０８へ向かう第２管路領域７０１ｂとを有する。さらに循環管路７０１は、冷却部６０８に熱的に接続された（冷却部６０８により冷却される）第３管路領域７０１ｃと、冷却部６０８から発熱部６０７へ向かう第４管路領域７０１ｄとを有する。

第１磁石６０５は、第４管路領域７０１ｄのうち第１管路領域７０１ａの直前の部分に近接（対向）するように配置されている。このため、磁性流体は、第１磁石６０５が発生する磁場により、第４管路領域７０１ｄ内を＋Ｘ方向に流れる力を受ける。

カメラを正姿勢とすると、第３管路領域７０１ｃ内での磁性流体の流れ方向である－Ｙ方向と重力方向Ｇとが一致する。また、第３管路領域７０１ｃの管路内体積は、他の管路領域７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｄの管路内体積より大きい。このため、第３管路領域７０１ｃにおいて重力が磁性流体の流動を補助する作用が、他の管路領域７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｄにおいて重力が磁性流体の流動の抵抗となる作用より大きい。また、低温で粘度が高い磁性流体が流れる第４管路領域７０１ｄの管路内体積は、高温で粘度の低い磁性流体が流れる第２管路領域７０１ｂの管路内体積よりも大きい。より粘度が高い磁性流体が流れる第４管路領域７０１ｄの管路内体積がより大きいことで、磁性流体の粘度による流動抵抗を緩和することができる。

第２磁石６０６は、第２管路領域７０１ｂのうち第３管路領域７０１ｃの直前の部分に近接（対向）するように配置されている。実施例２で説明したように、第２磁石６０６は回転することで磁性流体の流動を補助しており、第２磁石６０６の回転が停止すると磁性流体の流動を阻害する要因となる。第２磁石６０６が対向する第２管路領域７０１ｂの管路内体積は、第１磁石６０５が対向する第４管路領域７０１ｄの管路内体積よりも小さい。また、第２磁石６０６が発生する磁束の密度は、第１磁石６０５が発生する磁束の密度よりも低い。これにより、第１磁石６０５が発生する磁場によって磁性流体を流動させる力の方が、回転を停止した第２磁石６０６によって磁性流体の流動を阻害する力よりも強くなる。このため、カメラの電源のオフ等で第２磁石６０６の回転が停止しても、磁性流体を円滑に流動させることができる。

さらに本実施例でも、実施例２と同様に、回転可能な第２磁石６０６を循環管路６０３のうち磁性流体の温度勾配がほぼ０となる位置に配置している。これにより、第２磁石６０６の回転が停止しても効率良く発熱部６０７の熱を冷却部６０８に輸送することが可能となる。

なお、上記各実施例では、カメラに搭載される磁性流体熱輸送システムについて説明したが、各実施例と同様の構成を有する磁性流体熱輸送システムをカメラ以外の電子機器その他の装置に搭載してもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１００、６００ カメラ
１２６ 撮像素子
１３０ センサ防振ユニット
２０２ａ（６０５） 磁石（第１磁石）
３００ シャッタユニット
３１６ａ 後マグネット
４００、６０２、７００ 磁性流体熱輸送システム
４０１ 磁性流体
４０２、６０３、７０１ 循環管路
４０２ｂ 受熱部
４０２ｃ 非受熱部
４０３ 磁場発生部材
４０４，６０７ 発熱部
４０５，６０８ 冷却部
４１１，７０１ａ 第１管路領域
４１２，７０１ｂ 第２管路領域
４１３，７０１ｃ 第３管路領域
４１４，７０１ｄ 第４管路領域
６０６ 第２磁石

Claims (14)

1. 発熱部と、冷却部と、前記発熱部と前記冷却部との間で磁性流体を循環させる管路と、前記磁性流体に磁場を印加する磁場発生部材とを有する装置であって、
   前記管路は、前記磁性流体が前記発熱部からの熱を受ける第１管路領域、該第１管路領域から前記冷却部へ向かう第２管路領域、前記磁性流体が前記冷却部により冷却される第３管路領域および前記冷却部から前記発熱部へ向かう第４管路領域を有し、
   前記第１から第４管路領域のうち前記磁性流体の流れ方向が重力方向に一致する管路領域内の前記磁性流体の体積が、前記流れ方向が前記重力方向に一致しない管路領域内の前記磁性流体の体積より大きいことを特徴とする装置。
2. 前記第４管路領域の前記流れ方向に直交する断面積が、前記第２管路領域の前記流れ方向に直交する断面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第４管路領域を前記磁場発生部材と重なる方向から見たときの該第４管路領域の前記流れ方向に直交する方向の幅が、前記磁場発生部材の同方向の幅以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第１管路領域および前記第３管路領域のうち少なくとも一方の前記流れ方向に直交する方向での幅が、前記第２管路領域および前記第４管路領域のうち少なくとも一方の同方向での幅よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記第２管路領域および前記第４管路領域のうち少なくとも一方における少なくとも一部が、下流側ほど前記重力方向に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第１管路領域および前記第３管路領域における前記流れ方向が、前記重力方向に一致することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 発熱部と、冷却部と、前記発熱部と前記冷却部との間で磁性流体を循環させる管路と、 前記磁性流体に磁場を印加する第１磁場発生部材と、前記磁性流体に磁場を印加し回転可能な第２磁場発生部材とを有する装置であって、
   前記第１磁場発生部材は、前記管路のうち前記冷却部よりも下流側かつ前記発熱部よりも上流側であって前記磁性流体の温度勾配が正の勾配となる管路領域で前記磁性流体に磁場を印加し、
   前記第２磁場発生部材は、前記管路のうち前記発熱部よりも下流側かつ前記冷却部よりも上流であって前記磁性流体の温度勾配の絶対値が前記正の勾配より小さい管路領域で前記磁性流体に磁場を印加することを特徴とする装置。
8. 前記第１磁場発生部材が発生する磁束の密度は、前記第２磁場発生部材が発生する磁束の密度よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記第２磁場発生部材は、前記磁性流体に前記管路内を循環する方向に流れる力を与える方向に回転することを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
10. 前記冷却部は、ファンの回転によって流れる空気により前記磁性流体を冷却し、
    前記第２磁場発生部材は、前記ファンを駆動するモータにより回転駆動されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記モータは、ブラシレスモータであり、
    前記第２磁場発生部材は、前記ブラシレスモータの回転子であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記管路は、前記磁性流体が前記発熱部からの熱を受ける第１管路領域、該第１管路領域から前記冷却部へ向かう第２管路領域、前記磁性流体が前記冷却部により冷却される第３管路領域および前記冷却部から前記発熱部へ向かう第４管路領域を有し、
    前記第１磁場発生部材は、前記第４管路領域で前記磁性流体に磁場を印加し、
    前記第２磁場発生部材は、前記第２管路領域で前記磁性流体に磁場を印加し、
    前記第１から第４管路領域のうち前記磁性流体の流れ方向が重力方向に一致する管路領域内における前記磁性流体の体積が、前記流れ方向が前記重力方向に一致しない管路領域内における前記磁性流体の体積より大きいことを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記発熱部は、被写体像を撮像する撮像素子を含むことを特徴とする撮像装置。
14. 前記第１磁場発生部材は、前記撮像素子を移動させて防振を行うために設けられた磁石であることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。

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