JP4826956B2 - 冷却装置、冷却装置を備えた電子機器及び投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器内にある発熱部の冷却に関するものである。

従来から電子機器の発熱部を冷却するための手段が多数開発され、そのうちのいくつかは実用化されている。それら冷却手段の一つである空冷方式の冷却手段は、簡易かつ安価な冷却手段として、多くの電子機器に採用されている。例えば、業務用および一般家庭用に広く普及している投写型表示装置（プロジェクタ）においても、空冷方式、特に強制空冷方式の冷却手段が採用されている。

投写型表示装置は、画像表示素子上に生成された画像をスクリーンに拡大投影する表示装置である。かかる投写型表示装置のうち、画像表示素子に液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置は、次のような構成と動作によってスクリーン上に画像を拡大投影する。

液晶プロジェクタ装置は、光源を備えている。該光源から発せられた白色光は、リフレクタで反射され、ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter：偏光ビームスプリッタ）により偏光変換された後に、Ｒ／Ｇ／Ｂの各色光に分離される。分離された各色光は、各色ごとに用意された液晶パネルに導かれ、対応する液晶パネルに入射する。液晶パネルに入射した各色光は、液晶パネルによってビデオ信号に従った光変調を受ける。光変調された各色光は、色合成プリズムにより合成され、投写光学系を介してスクリーン上に投写される。

ここで、ＴＮ（Twisted Nematic）モードで動作する液晶パネルは、特定の直線偏光成分しか扱えない。そこで、各液晶パネルの入射側には偏光板が配置され、液晶パネルに入射する色光の偏光方向が所定方向に統一される（ここでは、Ｓ偏光に統一されるものとする。）。さらに、液晶パネルの出射側にも偏光板が配置され、液晶パネルで光変調を受けた光のＳ偏光成分が該偏光板によってカットされ、Ｐ偏光成分のみが抽出される。ここで、液晶パネル及びその前後に配置される偏光板は、一体化されてユニット（液晶ユニット）を形成しているのが通常である。また、以下の説明では、液晶パネルの入射側に配置された偏光板を「入射側偏光板」、出射側に配置された偏光板を「出射側偏光板」と呼ぶ場合がある。

このように、液晶パネルの前後に、光軸に沿って配置される入射側偏光板及び出射側偏光板は、各々１軸方向の偏光光のみを通過させ、他の偏光光を遮蔽する。入射側偏光板及び出射側偏光板によって遮蔽された光は熱に変換される。すなわち、入射側偏光板及び出射側偏光板は発熱する。また、液晶パネルにおいても、各画素境界にあるブラックマトリクスによって入射光の一部が遮蔽され、遮蔽された光は熱に変換される。従って、液晶パネルも入射側偏光板及び出射側偏光板と同様に発熱する。換言すれば、液晶ユニットは、プロジェクタという電子機器内の発熱部である。

一方で、液晶パネルや偏光板には有機材料が用いられることが多い。従って、長時間にわたって波長の短い光が照射されたり、高温に曝されたりすると、液晶パネルの配向膜がダメージを受けたり、偏光板の偏光選択特性が低下したりするなど、その機能が著しく損なわれてしまう。そこで、液晶プロジェクタには、液晶ユニットを冷却するための冷却手段が設けられている。以下、液晶プロジェクタに設けられている冷却手段について詳しく説明する。

図２０（ａ）は、一般的な液晶プロジェクタ１の外観斜視図であり、（ｂ）は内部構造を示す斜視図である。また、図２１は、図２０（ｂ）に示す内部構造を模式的に示した平面図である。

図２１に示すように、液晶プロジェクタ１の筐体内には、液晶ユニット２を強制空冷するための冷却ファン３と空冷ダクト４とが設けられている。また、光源５を強制冷却するための冷却ファン７が設けられている。さらに、筐体内の空気を強制的に排気して電源ユニット６等を冷却するための排気ファン８も設けられている。

図２２を参照して、冷却ファン３及び空冷ダクト４による液晶ユニット２の冷却方法について具体的に説明する。図２２（ａ）は、冷却ファン３及び空冷ダクト４の分解斜視図、同図（ｂ）は冷却風の流れを示す模式図である。

図２２（ａ）（ｂ）に示すように、入射側偏光板１１、液晶パネル１２及び出射側偏光板１３から構成される液晶ユニット２は、Ｒ/Ｇ/Ｂの色光ごとに設けられており、それら液晶ユニット群の下方に、空冷ダクト４の吐出口１６が配置されている。

主に図２２（ｂ）に示すように、冷却ファン３によって生み出されたファン送風（冷却風）１５は、空冷ダクト４を通って該空冷ダクト４の吐出口１６から吹き出す。吐出口１６から吹き出した冷却風１５は、各液晶ユニット２の下方から各液晶ユニット２に供給される。各液晶ユニット２に供給された冷却風１５は、各ユニット２の入射側偏光板１１、液晶パネル１２及び出射側偏光板１３の間の空間を通過して上方に抜ける。

ここで、近年のプロジェクタの利用形態の多様化に応じて、小型化・高輝度化の要求が高まっている。このような要求に応えるために、ランプ出力の向上と表示デバイス（液晶ユニット）の小型化が進められている。その結果、液晶ユニットへ入射する光の光束密度が増大し、液晶ユニットを構成する液晶パネル、入射側偏光板及び出射側偏光板の熱負荷は上昇の一途をたどっている。

一方で、環境負荷の低減とランニングコストの削減を目的に、プロジェクタの長寿命化の要求も次第に高まりつつある。ランプ交換部品を除けば、液晶プロジェクタの寿命は、主に液晶ユニットの寿命に依存する。液晶ユニットの冷却手段の冷却能力を高めて液晶ユニットの寿命を延ばすことができれば、液晶プロジェクタ自体の寿命を延ばすことができる。

一般に、液晶ユニットの冷却手段として空冷方式を採用する場合、その冷却能力を高めるためには、冷却ファンの送風量を増加させて、冷却風の風速を上げる必要がある。しかしながら、冷却ファンの回転数を上昇させて送風量を増加させると、冷却ファンの動作騒音も増加する。また、冷却ファンを大径化して送風量を増加させると、装置が大型化してしまう。

また、冷却風が冷却対象に沿って平行に流れる場合（層流）、平均熱伝達率は風速の平方根に比例し、冷却対象の温度上昇は風速の平方根に反比例する。従って、冷却対象の温度がある程度まで低下すると、風速増加に対する冷却対象の温度低下の感度が鈍くなる。

図２３に、0.8"サイズの液晶パネル（5000lm-25℃環境）の動作温度の風速依存曲線の一例を示す。図２３より、液晶パネル動作温度を70℃から60℃まで下げる場合には、冷却風の風速を4.5m/sから8m/sへ増速させるだけでよいが、60℃から50℃まで下げる場合には、冷却風の風速を8m/sから18m/sまで増速させなければならないことがわかる。

従って、液晶ユニットの長寿命化を図るために、液晶ユニットの動作温度（特に液晶パネルの動作温度）のさらなる低減を目指す場合、冷却風の風速を極めて高速化しなければならない。しかし、冷却風の風速を高速化すると、冷却ファンの動作騒音の増大や装置の大型化を招く虞があることは上述のとおりである。さらには、冷却ファンの動作騒音の増大や装置の大型化を許容したとしても、冷却能力の向上には限界（空冷限界）がある。

これまでは、プロジェクタ、特に液晶プロジェクタを例にとって電子機器の冷却に関して説明してきた。しかし、プロジェクタ以外にも発熱部を持った電子機器は多数存在しており、当該電子機器の性能向上や使用態様の多様化に伴って効率的な冷却手段が求められている。例えば、近年のパーソナルコンピュータは高性能な中央演算処理装置を内蔵しており、その中央演算処理装置は、その動作中に熱を発する。一方、中央演算処理装置の安定した動作を確保するためには、該処理装置を冷却して動作温度を所定範囲内に維持する必要がある。

以上のような状況の下、電子機器を高効率で冷却するための手段の開発が急務となっている。そこで、特許文献１には、発熱デバイスの発熱面に冷却流体を供給する手段を振動させることによって、冷却流体の噴流を上記発熱面に供給する冷却装置が記載されている。

また、特許文献２には、液晶ユニットを構成するパネル間の隙間に乱流発生手段を設け、該隙間を流れる冷却風に乱流を発生させて冷却効率の向上を図ることが記載されている。

また、特許文献３には、電子機器を冷却するための冷却風の発生源として、容積変化型のポンプが示されている。さらに、同文献３には、容積変化型ポンプの駆動周波数を最適化することによって放熱効率を向上させることが指摘されている。
特開２０００−２５２６６９号公報 特開２００１−１２５０５７号公報 特開２００６−２９９９６２号公報

冷却流体の供給手段を振動させて冷却風を噴流とするためには、供給手段を振動させる駆動機構が必要となる。しかし、新たな駆動機構を追加すれば、装置の大型化や高コスト化を招く。また、メカニカルな駆動機構を追加することによって、装置全体の信頼性が低下する虞もある。

液晶ユニットを構成するパネル間の隙間に乱流発生手段を設けると、通風抵抗が増加し、冷却効率が低下する虞がある。理論的には、乱流発生手段の大きさ、形状、配置などを最適化することによって、上記冷却効率の低下を回避できる可能性はある。しかし、上記のような最適設計は実際には非常に困難であり、非現実的である。

冷却風の発生源としての容積変化型ポンプは、ファンに比べて静圧が大きいというメリットがある一方で、送風量が少なく、騒音が大きいというデメリットがある。また、多くの電子機器では、冷却風の発生源として従来からファンが多用されている。よって、冷却風の発生源をファンからポンプに変更するには、抜本的な設計変更が必要になる場合が多いと予想される。

電子機器の冷却に空冷方式を採用する場合、冷却能力や冷却効率以外の重要な課題の１つに塵埃の問題がある。具体的には、冷却対象に吹き付けられる冷却風に塵埃が混入していると、その塵埃が冷却対象の表面に付着する。電気機器が液晶プロジェクタである場合を例によって具体的に説明すれば、次のとおりである。冷却風に塵埃が混入していると、混入した塵埃が液晶パネルの表面に付着する。特に、図２４に示すように、液晶パネル１２の表面１７のうち、光透過領域１８に塵埃が付着すると、塵埃の影がスクリーン上に結象されてしまい画像品質を著しく劣化させる虞がある。

そこで、通常の液晶プロジェクタでは、液晶ユニットの冷却に用いる冷却ファンの吸気部に、空冷ダクト内へ塵埃の混入を回避するための防塵フィルタが設置されている。しかしながら、筐体の他の通気口や隙間などから塵埃が空冷ダクト内に侵入する場合も多々あり、使用環境によっては防塵が不十分なケースも予想される。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、冷却風の発生源として汎用のファンを用いつつ、冷却効率のさらなる向上を図ることである。目的の他の一つは、冷却対象の表面に付着した塵埃を冷却風によって効果的に除去することである。

上記目的を達成する本発明は、冷却対象に対して脈動成分が付与された冷却風を供給することを課題解決手段の基本原理とするものである。空気噴流（冷却送風）に脈動成分を与えた脈動噴流により生成される周期的な流れが流体中を通過すると、その周囲流体に高周波の小スケールの乱れ（乱流渦）が誘起されるため、脈動周波数や振幅によって独特の熱伝達特性を示し、広い領域で熱伝達効率が増進する。また、脈動成分が付与された、すなわち、周期的な速度変動と圧力変動とが与えられた冷却風を冷却対象に供給することで、冷却対象の表面に付着した塵埃が効果的に除去される。

そこで、本発明の冷却装置は、電子機器内の発熱部を空冷する冷却装置であって、冷却風を発生させるファンと、前記ファンが発生させた前記冷却風に脈動成分を付与する手段とを有する。

本発明によれば、電子機器内の発熱部に脈動噴流化された冷却風が供給されるので、熱伝達効率が向上し、冷却効果が高まる。また、冷却風を脈動噴流化するために、メカニカルな可動部や摺動部を必要としないので、信頼性の高い安価な冷却装置を提供することができる。さらに、脈動噴流化された冷却風が発熱部に供給される結果、冷却風によって、発熱部に付着している塵埃を除去することもできる。

（実施形態１）
次に本発明の冷却装置の実施形態の一例について説明する。本実施形態の冷却装置は、冷却風を発生させるファンと、ファンによって生み出された冷却風を電子機器内の発熱部またはその近傍に導くダクトとを少なくとも有する。そして、上記ダクトに、該ダクト内を通過する冷却風（以下「ファン送風」と呼ぶ場合もある。）に脈動を与えて脈動噴流（Pulsed Jet flow）とする手段が設けられていることを特徴とする。

本実施形態では、ファン送風に脈動成分を付与する第１の手段として、ダクトの出口に共鳴ノズルが設けられている。共鳴ノズルは、特定の周波数でファン送風を共振させることにより、攪乱成分が増幅した共鳴噴流を生成する。図１、図２を参照して上記共鳴ノズルについて詳細に説明する。

図１は、共鳴ノズル１９ａの構成を示す模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視断面図である。また、図２は、共鳴ノズル１９ａの作用を示す模式図であり、（ａ）は比較のために用意した通常のノズルの断面図、（ｂ）は共鳴ノズル１９ａの断面図である。

共鳴ノズル１９ａは、ダクト３１ａの出口内部に設けられた第１のオリフィスプレート２０ａと、第１のオリフィスプレート２０ａよりも下流側に設けられた第２のオリフィスプレート２１ａと、対向する２枚のオリフィスプレート２０ａ、２１ａの間に設けられた共鳴室（空洞容積）２２ａとから構成されている。尚、共鳴室２２ａの直径及び高さ（２枚のオリフィスプレート２０ａ、２１ａの間隔）は、共鳴室２２ａの容積が所定容積となるように設定されている。

共鳴ノズル１９ａにファン送風１５を流入させると、図２（ｂ）に示すように、風速や第1のオリフィスプレート２０aおよび第２のオリフィスプレート２１aの開口径、あるいは共鳴室２２ａの空洞容積により規定される周波数で送風が共振（共鳴）し、第２のオリフィスプレート２１ａの下流側で、攪乱成分が増幅された間欠的な共鳴噴流２３a（resonance jet flow)が生成される。このような脈動噴流（＝共鳴噴流２３a）は、周囲流体との混合・拡散特性を改善・促進するため、熱伝達効率を改善する。
（実施形態２）
以下、本発明の冷却装置の実施形態の他例について説明する。本実施形態の冷却装置も、冷却風を発生させるファンと、ファンによって生み出された冷却風を電子機器内の発熱部またはその近傍に導くダクトとを少なくとも有する。そして、上記ダクトに、該ダクト内を通過する冷却風（ファン送風）に脈動成分を付与して脈動噴流とする手段が設けられていることを特徴とする。

本実施形態では、ファン送風に脈動成分を付与する第２の手段として、ファン送風を自励振動させる流体素子振動器がダクトに設けられている。図３、図４を参照して上記流体素子振動器について詳細に説明する。

図３は、流体素子振動器２４ａの構成を示す模式図であり、（ａ）は斜視断面図、（ｂ）は横断面図である。また図４は、流体素子振動器２４ａの作用を示す模式的断面図である。

流体素子振動器２４ａは、ファン送風１５の下流側に向けて次第に開口径が縮小するダクトの出口部と、該出口部に連設され、下流側に向けて次第に開口径が拡大するノズル部と、出口部とノズル部との連設部分を取り囲むように形成された矩形のダクトとによって構成されている。以下の説明では、上記出口部を「ダクト排気口２５ａ」、ノズル部を「吐出ノズル２７ａ」、矩形のダクトを「連結ダクト２６ａ」と呼ぶ。

ダクト排気口２５ａは、ダクト３１ｂの一部であって、下流側に向けて次第に開口径が縮小するように、少なくとも対向する２つの内壁が下流側に向けて次第に近接するように傾斜している。吐出ノズル２７ａは、下流側に向けて次第に開口径が拡大するように、少なくとも対向する２つの内壁が下流側に向けて次第に離間するように傾斜している。吐出ノズル２７ａは、ダクト３１ｂの一部であっても、ダクト３１ｂと別部材であってもよい。連結ダクト２６ａと、ダクト排気口２５ａ及び吐出ノズル２７ａとの間には、２つの制御口２８ａ、２８bが用意されている。連結ダクト２６ａは、制御口２８ａ、２８ｂを介してダクト排気口２５ａ及び吐出ノズル２７ａと連通している。

このとき、後述する流体自励振動が発生するためには、図３（ｂ）に示すダクト排気口２５aの射出開口幅ａと、吐出ノズル２７ａの喉部開口幅ｂとの寸法比がｂ＞３ａとなることが条件となる。

次に図４を参照して、流体素子振動器２４ａの作用（流体自励振動の発生メカニズム）について説明する。
（１）ダクト排気口２５ａから流出した噴流（ファン送風１５）は、コアンダ効果によって、吐出ノズル２７ａの傾斜した内壁の一方に沿って屈曲する（図４（ａ））。ここで、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置くと、流体と物体の壁面との間の圧力が低下し、流体が壁面に吸い寄せられ、その物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質をいう。
（２）このときファン送風１５が屈曲した側に、エントレインメント（巻き込み）が発生し、ファン送風１５の屈曲起点（制御口２８ａ）に近い連結ダクト２６ａの左半分の圧力が低下する（図４（ｂ））。以下の説明では、図４に示す連結ダクト２６ａの左半分を「左側領域Ａ」、右半分を「右側領域Ｂ」と呼ぶ。
（３）連結ダクト２６ａの左右で圧力差が発生すると、連結ダクト２６ａ内の空気は、正圧側（右側領域Ｂ）から負圧側（左側領域Ａ)へ流れ込む（図４（ｃ））。
（４）空気が右側領域Ｂから左側領域Ａへ流入すると、これまで負圧であった左側領域Ａが正圧となる。すると、コアンダ効果により屈曲していたファン送風１５の流れが吐出ノズル２７ａの内壁から引き剥がされる（図４（ｄ））。
（５）次に、連結ダクト２６ａの右側領域Ｂが低圧になっているので、ファン送風１５が吸引され、同じくコアンダ効果により、ファン送風１５が吐出ノズル２７ａの反対側の内壁に沿って屈曲する（図４（ｅ））。
（６）以後、上記現象の繰り返しにより、ファン送風１５は振り子のように揺動し、ファン送風１５の供給が継続する限り自励振動が持続される（図４（ｆ））。

このような動作原理に基づいて、流体素子振動器２４ａを通過するファン送風１５には、流体自励振動が発生し、これによりファン送風１５に脈動成分が付与される。

尚、連結ダクト２６ａの形状は、連結ダクト２６ａ内の空気が該ダクト２６ａ内の圧力差に起因して移動可能な形状であればよく、矩形に限定されない。例えば、連結ダクト２６ａは、円弧状その他の形状であってもよい。

ところで、図５に示すように、図３などに示す連結ダクト２６ａの代わりに、圧電素子２９を用いて左右の制御口の気圧を制御する流体素子振動器２４ｂが知られている。このような流体素子振動器２４ｂは、図３などに示す流体素子振動器２４ａよりもコスト高になるというデメリットがあるが、小型化が可能であるというメリットもある。

このように流体素子振動器を用いて流体自励振動を発生させる機構は、フリップフロップノズルとして知られており、クリーンルームのエアシャワーなどとして実用化されている。
（実施形態３）
以下、本発明の冷却装置の実施形態の他例について説明する。本実施形態の冷却装置も、冷却風を発生させるファンと、ファンによって生み出された冷却風を電子機器内の発熱部またはその近傍に導くダクトとを少なくとも有する。そして、上記ダクトに、該ダクト内を通過する冷却風（ファン送風）に脈動成分を付与して脈動噴流とする手段が設けられていることを特徴とする。

本実施形態では、ファン送風に脈動成分を付与する第３の手段として、ファン送風の流路上に、エッジトーン現象を発生させる断面形状楔形（三角形）のブロックが配置されている。ここで、エッジトーン現象とは、流体が鋭い角部に衝突するときに流体がその流れと直交する方向に周期的に変動する現象をいう。尚、ブロックはファン送風の流路上に配置されていればよく、ダクトの内外は問わない。

図６、図７を参照してエッジトーン現象を利用したファン送風の脈動化について説明する。図６に示すように、断面形状楔形のブロック３０ａをダクト３１ｃの開口中心軸上に、エッジ（頂点）をダクト３１ｃ側に向けて配置する。また、ダクト３１ｃの開口面とブロック３０ａの頂点とを距離Ｌだけ離間させる。すると、ダクト３１ｃの開口面から射出されるファン送風１５は、ブロック３０ａの頂点に衝突する。

次に、図７を参照して、エッジトーン現象の発生メカニズムについて説明する。
（１）ダクト３１ｃの開口面から、噴流として射出されたファン送風１５は、ブロック３０ａの頂点に衝突する（図７（ａ））。
（２）ファン送風１５がブロック３０ａの頂点に衝突すると、擾乱（圧力変動）が発生し、それが距離Ｌを上流側へ伝播していく（図７（ｂ））。
（３）上記擾乱の伝播が、ブロック３０ａとダクト３１ｃとの間の離間した空間内において、局所的な渦変動を励起／増幅させる（図７（ｃ））。
（４）このようにして、ブロック３０ａとダクト３１との間の衝突領域間において、周期的な擾乱が形成されるため、ダクト３１ｃから出射されるファン送風１５（噴流）は、ダクト３１ｃの開口面を節とし、ブロック３０ａを間に挟んで、うねくるように発振する（図７（ｄ））。

このようなエッジトーン現象による噴流の発振により、ファン送風１５に脈動成分が付与される。この場合の噴流の振動モードは、噴流の速度（レイノルズ数）や距離Ｌに依存することが知られている。
（実施形態４）
以下、本発明の電子機器の実施形態の一例について説明する。本実施形態における電子機器は、液晶プロジェクタであって、上記実施形態１〜３のいずれかに係る冷却装置を備えていることを特徴とする。

具体的には、液晶ユニットの下方にファンとダクトとが配置され、液晶ユニットに、脈動成分が付与された冷却風（ファン送風）が供給される。換言すれば、周期的な速度変動と圧力変動とが与えられたファン送風が冷却風として液晶ユニットに供給される。この結果、液晶ユニットにおける熱伝達が促進され、冷却効率が改善される。また、液晶パネルの表面に付着した塵埃が効果的に除去される。

次に、実施例を挙げて本発明についてさらに詳しく説明する。ここでは、実施形態１に係る冷却装置を備えた液晶プロジェクタの一例について説明する。図８は、本例の液晶プロジェクタの冷却装置３２ａ及びその近傍の構成を示す模式的断面図である。

本例の液晶プロジェクタの基本構成は、背景技術の欄で既に説明した一般的な液晶プロジェクタと同一である。すなわち、Ｒ／Ｇ／Ｂの色光ごとに用意された液晶ユニット２を備え、各液晶ユニット２は、入射側偏光板１１、液晶パネル１２及び出射側偏光板１３から構成されている。

本例の液晶プロジェクタが備える冷却装置３２ａは、冷却ファン３と、空冷ダクト４と、共鳴ノズル１９ｂとから形成され、液晶ユニット２の下方に設置されている。共鳴ノズル１９ｂは、図１に基づいて既に説明したように、上流側の第１のオリフィスプレート２０ｂと、下流側の第２のオリフィスプレート２１ｂと、その間に形成された共鳴室（空洞容積）２２ｂとを有する。冷却ファン３及び共鳴ノズル１９ｂは、空冷ダクト４の内部に配置されている。また、共鳴ノズル１９ｂは、冷却ファン３よりも下流側に配置されている。より具体的には、冷却ファン３がファン送風１５を送り出す吐出口の近傍に共鳴ノズル１９ｂが設置されている。

次に、本例の液晶プロジェクタにおける液晶ユニット２の冷却動作について説明する。冷却ファン３によって生み出されたファン送風１５は、空冷ダクト４内に設置された共鳴ノズル１９ｂの、第1のオリフィスプレート２０bを通過して、共鳴室２２ｂに流入する。ファン送風１５が共鳴室２２ｂに流入すると、ファン送風１５の風速と共鳴室２２ｂの空洞容積、および第1のオリフィスプレート２０bと第２のオリフィスプレート２１bの開口径に応じた特定の周波数で共振（共鳴）し、下流側に配置された第２のオリフィスプレート２１bから、攪乱成分が増幅された共鳴噴流として射出される。例えば、ファン風速２０ｍ／ｓ、空洞容積（共鳴室）８ｃｍ³の場合、送風は約４ｋHzの卓越周波数（共鳴周波数）で速度変動を発生させる。

以上のようにして共鳴室２２ｂ内で共振が生じると、第２のオリフィスプレート２１ｂよりも下流側のファン送風１５に共鳴噴流が形成され、ファン送風１５に大きな脈動成分が付与される。

次に、図９を参照して冷却装置３２ａによる冷却効果について説明する。図９は、図８に図示されている３つの液晶ユニット２のうちの１つを抽出した模式図である。より具体的には、図９（ａ）は、入射側偏光板１１と液晶パネル１２との間におけるファン送風１５の様相を示した模式的正面図である。図９（ｂ）は、入射側偏光板１１と液晶パネル１２との間、および液晶パネル１２と出射側偏光板１３との間のファン送風１５の様相を示した模式的側面図である。

上述のように、空冷ダクト４内の共鳴ノズル１９ｂによって脈動成分が付与されたファン送風１５は、卓越周波数で速度変動する脈動噴流（共鳴噴流２３ｂ）となって、ダクト吐出口１６から液晶ユニット２の各板間へ供給される。

この場合、板間を通過するファン送風１５は、高い乱流性（キャビテーション渦）を保持しつつ、共鳴周波数で間欠的にダクト吐出口１６から高速で噴射される。従って、入射側偏光板１１、液晶パネル１２及び出射側偏光板１３といった発熱部の発熱面上に形成される温度境界層の発達を抑制、あるいは破壊（剥離）しながら進行する。これにより、従来の平行平板流れ（層流）による空冷に比べて、熱伝達率が大幅に改善され、各液晶ユニット２が高効率で冷却される。

次に、本発明の実施例の他例について説明する。ここでは、実施形態１に係る冷却装置を備えた液晶プロジェクタの他例について説明する。図１０は、本例の液晶プロジェクタの冷却装置３２ｂ及びその近傍の構成を示す模式的断面図である。

本例の液晶プロジェクタの基本構成は、実施例１の液晶プロジェクタと同一であり、相違点は冷却装置の構成のみである。よって、実施例１の液晶プロジェクタと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本例の冷却装置３２ｂでは、Ｒ／Ｇ／Ｂの各液晶ユニット２ごとに共鳴ノズルが設けられている点が実施例１と異なる。より具体的には、ファン送風１５を各液晶ユニット２に分配すべく、各液晶ユニット２ごとに設けられたダクト吐出口１６に、共鳴ノズル１９ｃが設けられている。

冷却ファン３によって生み出されたファン送風１５は、空冷ダクト４内で分岐され、各ダクト吐出口１６から対応する液晶ユニット２に向けて噴射される。このとき各ダクト吐出口１６に共鳴ノズル１９ｃが用意されているので、各液晶ユニット２を構成する入射側偏光板１１と液晶パネル１２の間、および液晶パネル１２と出射側偏光板１３の間に供給されるファン送風１５は、卓越周波数で速度変動する脈動噴流（共鳴噴流２３ｃ）となる（図１１参照）。

従って、実施例１と同様に、従来の平行平板流れ（層流）による空冷に比べて、熱伝達率が大幅に改善され、各液晶ユニット２が高効率で冷却される。

次に、本発明の実施例のさらに他例について説明する。ここでは、実施形態２に係る冷却装置を備えた液晶プロジェクタの一例について説明する。図１２は、本例の液晶プロジェクタの冷却装置３２ｃ及びその近傍の構成を示す模式的平面断面図である。

本例の液晶プロジェクタの基本構成は、実施例１の液晶プロジェクタと同一であり、相違点は冷却装置の構成のみである。よって、実施例１の液晶プロジェクタと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本例の冷却装置３２ｃは、上記冷却装置３２ａ、３２ｂと同様に、液晶ユニット２の下方に配置されており、冷却ファン３、空冷ダクト４及び流体素子振動器２４ｂから構成されている。図示されている流体素子振動器２４ｂでは、連結ダクト２６ｂ及び吐出ノズル２７ｃが空冷ダクト４と一体に形成されている。また、流体素子振動器２４ｂは、空冷ダクト４内に設けられた冷却ファン３の吐出口の近傍に配置されている。

次に、図１２、図１３を参照して冷却装置３２ｃによる液晶ユニット２の冷却動作について説明する。図１３に示すように、液晶ユニット２の下方に冷却装置３２ｃが設けられており、冷却ファン３によって生み出されたファン送風１５は、空冷ダクト４内に設けられた流体素子振動器２４ｂを通過する。このとき、下流側に向かって拡大傾斜する吐出ノズル２７ｃと、連結ダクト２６ｂ内を移動する空気の作用とにより、ファン送風１５に流体自励振動が発生する。流体自励振動を発生させる具体的メカニズムについては、実施形態２において詳細に説明したので、ここでの説明は省略する。

ファン送風１５に流体自励振動が発生する結果、ファン送風１５は、流体素子振動器２４ｂの下流側において周期的（１０〜２０Hz)な揺動を示し、空冷ダクト４の各ダクト吐出口１６へのファン送風１５の供給が時間的に切り替えられる。

このようにして発生した流体自励振動は、空冷ダクト４内において、ファン送風１５を高速で左右にスイングさせるため、その下流側に位置する各ダクト吐出口１６からは、一定の時間周期でファン送風１５が断続的に射出される。

例えば、ファン送風１５の風速が５〜２０ｍ／ｓ、スイング角を１２度前後に設定した場合、自励振動数は５〜３０Hz程度になる。仮に、自励振動数が２０Hzとなるように、風速及びスイング角を設定した場合、往路と復路の折り返し点に位置するダクト吐出口（本例では、Ｒ用の液晶ユニット及びＢ用の液晶ユニットに対応するダクト吐出口)では、ファン送風１５の吐出周期は５０ｍｓ間隔となる。一方、その中間に位置するダクト吐出口（本例では、Ｇ用の液晶ユニットに対応するダクト吐出口）では、その半分の２５ｍｓ間隔でファン送風１５が射出される。

このようにしてダクト吐出口１６から射出されるファン送風１５は、時間周期による間欠送風となるため、ファン送風１５に大きな脈動成分が付与される。

また、本例の冷却装置は、空冷ダクトの内部空間を分離して、各ダクト吐出口へファン送風を分配する従来の冷却方法に対し、空冷ダクトの内部空間を分離するのではなく、ファン送風を時間的に分割し、各ダクト吐出口から順次射出させる。従って、液晶ユニットの各板間を通過する送風（冷却風）は、高い乱流エネルギーを保持しつつ、間欠的に高速で噴射される。よって、熱伝達率が大幅に改善され、液晶ユニットが効率良く冷却される。

次に、本発明の実施例のさらに他例について説明する。ここでは、実施形態２に係る冷却装置を備えた液晶プロジェクタの他例について説明する。図１４は、本例の液晶プロジェクタの冷却装置３２ｄ及びその近傍の構成を示す模式的断面図である。

本例の液晶プロジェクタの基本構成は、実施例１の液晶プロジェクタと同一であり、相違点は冷却装置の構成のみである。よって、実施例１の液晶プロジェクタと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本例の冷却装置３２ｄでは、Ｒ／Ｇ／Ｂの各液晶ユニット２ごとに流体素子振動器が設けられている点が実施例３と異なる。より具体的には、ファン送風１５を各液晶ユニット２に分配すべく、各液晶ユニット２ごとに設けられたダクト吐出口１６に、流体素子振動器２４ｃが設けられている。

冷却ファン３によって生み出されたファン送風１５は、空冷ダクト４内で分岐され、各ダクト吐出口１６から対応する液晶ユニット２に向けて噴射される。このとき各ダクト吐出口１６に流体素子振動器２４ｃが設けられているので、各液晶ユニット２を構成する入射側偏光板１１と液晶パネル１２との間、および液晶パネル１２と出射側偏光板１３との間で、ファン送風１５に流体自励振動を発生させ、固有の自励振動数で送風を左右に揺動させることができる（図１５参照）。

上記のように、狭い板間内において送風を周期的に左右へ揺動させる場合、そのスイング角領域において、送風に高い乱流成分（送風ベクトルの転回による撹拌作用）が発生する。従って、ファン送風１５は、入射側偏光板１１、液晶パネル１２及び出射側偏光板１３といった発熱部の発熱面上に形成される温度境界層の発達を抑制し、あるいは破壊（剥離）しながら、放熱を行うことになる。この結果、従来の平行平板流れ（層流）による空冷方法に比べ、冷却効率が大幅に改善される。

ところで、本例及び実施例３の流体素子振動器を、圧電素子を用いて連結ダクト内の気圧を制御するタイプの流体素子振動器（図５参照）で置換可能なことは既述のとおりであり、また、その際のメリット及びデメリットも既述のとおりである。

次に、本発明の実施例のさらに他例について説明する。ここでは、実施形態３に係る冷却装置を備えた液晶プロジェクタの一例について説明する。図１６は、本例の液晶プロジェクタの冷却装置３２ｅ及びその近傍の構成を示す模式的断面図である。

本例の液晶プロジェクタの基本構成は、実施例１の液晶プロジェクタと同一であり、相違点は冷却装置の構成のみである。よって、実施例１の液晶プロジェクタと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本例の冷却装置３２ｅは、液晶ユニット２の下方に配置されており、冷却ファン３と、空冷ダクト４と、断面形状が楔形（三角形）のブロック３０ｂとから構成されている。ブロック３０ｂは、空冷ダクト４内であって、かつ、冷却ファン３よりも下流側に配置されている。さらに、ブロック３０ｂは、冷却ファン３の吐出口にその頂点を向け、かつ、その頂点が吐出口から所定の距離だけ離れた位置に配置されている。

次に、図１６、図１７を参照して冷却装置３２ｅによる液晶ユニット２の冷却動作について説明する。図１７に示すように、冷却装置３２ｅは液晶ユニット２の下方に配置されている。冷却ファン３によって生み出されたファン送風１５は、空冷ダクト４内に配置されたブロック３０ｂに衝突する。すると、衝突部（ブロック３０ｂの頂点）で発生した擾乱が上流側に伝播し、局所的な渦変動が励起される。励起された渦変動は、冷却ファン３とブロック３０ｂとの間の衝突空間において増幅され、周期的な圧力変動を形成するエッジトーン現象を発生させる。より厳密に言えば、冷却ダクト４は、冷却ファン３とブロック３０ｂとの間の領域でその径が絞られて細くなっており、この径が絞られた部位とブロック３０bの頂点との間の空間領域において渦変動が増幅される。

これにより、ファン送風１５は、ブロック３０ｂよりも下流側において周期振動を示す（図１６参照）。この結果、各Ｒ／Ｇ／Ｂごとに設けられたダクト吐出口１６へのファン送風１５の供給が時間的に切り替えられる。

以上のようにして発生した流体自励振動によって、ファン送風１５が各ダクト吐出口１６から一定の時間周期で断続的に射出され、ファン送風１５に大きな脈動成分が付与される。

実施例３と同様に、冷却風は、空間的に分離されるのではなく、時間的に分割され、各ダクト吐出口から順次射出される。従って、各液晶ユニットの各板間を通過する冷却風は、高い乱流エネルギーを保持しつつ、間欠的に高速で噴射される。よって、熱伝達率が大幅に改善され、液晶ユニットが効率良く冷却される。

次に、本発明の実施例のさらに他例について説明する。ここでは、実施形態３に係る冷却装置を備えた液晶プロジェクタの他例について説明する。図１８は、本例の液晶プロジェクタの冷却装置３２ｆ及びその近傍の構成を示す模式的断面図である。

本例の液晶プロジェクタの基本構成は、実施例１の液晶プロジェクタと同一であり、相違点は冷却装置の構成のみである。よって、実施例１の液晶プロジェクタと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本例の冷却装置３２ｆでは、Ｒ／Ｇ／Ｂの各液晶ユニットごとにブロックが設けられている点が実施例５と異なる。より具体的には、各液晶ユニット２を間に挟んで、各ダクト吐出口１６と反対側にブロック３０ｃが配置されている。

冷却ファン３によって生み出されたファン送風１５は、空冷ダクト４内で分岐され、Ｒ／Ｇ／Ｂの各液晶ユニット２ごとに設けられた各ダクト吐出口１６から射出される。このとき、各液晶ユニット２を挟んで各ダクト吐出口１６の反対側にブロック３０ｃが用意されていることによって、液晶ユニット２を構成する入射側偏光板１１と液晶パネル１２の間、および液晶パネル１２と出射側偏光板１３の間で、ファン送風１５がエッジトーン現象により自励振動し、送風が左右に周期的に揺動される（図１９参照）。

この場合も、実施例４と同様に、狭い板間内において送風が周期的に左右に揺動することによって、送風に高い乱流成分（送風ベクトルの転回による撹拌作用）が付与され、冷却効率が大幅に改善される。

ところで、本例及び他の実施例の冷却装置では、液晶ユニットを構成する入射側偏光板と液晶パネルの間、および液晶パネルと出射側偏光板の間に供給される冷却風に、各々の手段によって脈動成分を付与することで、熱伝達率を改善し、冷却性能の向上を図っている。この場合、冷却風の脈動は速度変動とともに圧力変動を伴うため、送風による「はたき」の効果も、副次的に得ることができる。

従って、冷却ファンによる外気導入の際に、フィルタを通過して空冷ダクト内に侵入した塵埃が、仮に液晶パネルの表面に付着した場合でも、脈動する冷却風によって、塵埃を液晶パネルの表面からはたいて除去することが可能である。この結果、液晶パネルの光透過面を常にクリーンに保ち、投写画像品質を保証することができる。

実施形態１に係る冷却装置の模式的断面図である。 （ａ）は通常のダクトの模式的断面図、（ｂ）は図１に示す共鳴ノズルの模式的断面図である。 実施形態２に係る冷却装置の模式的断面図である。 実施形態２に係る冷却装置の動作原理を示す模式的断面図である。 実施形態２に係る冷却装置の他例を示す模式的断面図である。 実施形態３に係る冷却装置の模式的断面図である。 実施形態３に係る冷却装置の動作原理を示す模式的断面図である。 実施例１に係る液晶プロジェクタの冷却装置及びその近傍の構成を示す模式的縦断面図である。 図８に示す液晶ユニットに供給された冷却風の挙動を示す模式図である。 実施例２に係る液晶プロジェクタの冷却装置及びその近傍の構成を示す模式的縦断面図である。 図１０に示す液晶ユニットに供給された冷却風の挙動を示す模式図である。 実施例３に係る液晶プロジェクタの冷却装置及びその近傍の構成を示す模式的横断面図である。 実施例３に係る液晶プロジェクタの冷却装置及びその近傍の構成を示す模式的縦断面図である。 実施例４に係る液晶プロジェクタの冷却装置及びその近傍の構成を示す模式的縦断面図である。 図１４に示す液晶ユニットに供給された冷却風の挙動を示す模式図である。 実施例５に係る液晶プロジェクタの冷却装置及びその近傍の構成を示す模式的横断面図である。 実施例５に係る液晶プロジェクタの冷却装置及びその近傍の構成を示す模式的縦断面図である。 実施例６に係る液晶プロジェクタの冷却装置及びその近傍の構成を示す模式的縦断面図である。 図１８に示す液晶ユニットに供給された冷却風の挙動を示す模式図である。 一般的な液晶プロジェクタの外観及び内部構造を示す斜視図である。 一般的な液晶プロジェクタの内部構造を示す模式図である。 従来の液晶プロジェクタが備える冷却装置を示す模式図である。 液晶パネルに供給される冷却風の風速と動作温度との関係を示す図である。 液晶パネル及び偏光板の光透過面を示す模式図である。

符号の説明

１ 液晶プロジェクタ
２ 液晶ユニット
３ 冷却ファン
４ 空冷ダクト
１１ 入射側偏光板
１２ 液晶パネル
１３ 出射側偏光板
１５ ファン送風
１６ 吐出口
１９ａ、１９ｂ 共鳴ノズル
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 第１のオリフィスプレート
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 第２のオリフィスプレート
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 共鳴室
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 脈動噴流（共鳴噴流）
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 流体素子振動器
２５ａ、２５ｂ ダクト排気口
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 連結ダクト
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 吐出ノズル
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ 制御口
２９ 圧電素子
３０ａ、３０ｂ ブロック
３１ ダクト
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ 冷却装置

Claims (9)

1. 電子機器内の発熱部を空冷する冷却装置であって、
   冷却風を発生させるファンと、前記ファンが発生させた冷却風を前記発熱部に導くダクトと、前記ダクトによって導かれる冷却風に脈動成分を付与して脈動噴流とする手段とを有し、
   冷却風に脈動成分を付与する前記手段の前記ダクトに対する位置が不変であることを特徴とする冷却装置。
2. 冷却風に脈動成分を付与する前記手段が、前記冷却風を共振させる共鳴ノズルであって、
   前記共鳴ノズルは、前記ダクト内に対向配置された第１のオリフィスプレート及び第２のオリフィスプレートと、それらプレートの間に形成された共鳴室と、から構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記共鳴ノズルが、前記ダクトの吐出口に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 冷却風に脈動成分を付与する前記手段が、冷却風の流路上に設けられた断面形状楔形のブロックであって、
   前記ブロックは、その頂点の少なくとも一つが冷却風の上流側を向くように前記流路上に配置され、該ブロックに当たった冷却風にエッジトーン現象を発生させて、冷却風に脈動成分を付与することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
5. 前記ブロックが、前記ダクト内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記ブロックが、前記発熱部を挟んで、前記ダクトの吐出口と反対側に配置されることを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
7. 冷却風に脈動成分を付与する前記手段が複数の前記発熱部ごとに設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の冷却装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の冷却装置を備えた電子機器。
9. 入射側偏光板、液晶パネル及び出射側偏光板から構成される液晶ユニットによって形成された画像を拡大投写する投写型表示装置であって、
   請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の冷却装置を備え、該冷却装置によって前記液晶ユニットが冷却されることを特徴とする投写型表示装置。

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