JP4848703B2 - 映像投影装置における放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、映像をスクリーンに投射して表示する映像投影装置において、光源であるランプから発生する熱を効率的に放熱して冷却するための放熱構造に関する。

映像投影装置において、光源であるランプは最大の熱源であり、ここで上記ランプを冷却するためには、装置内部に効率的な放熱構造を設けることが必要である。この放熱構造としては金属製のヒートシンクを用いたものがあり、即ちこのヒートシンクをランプの表面に取り付けることにより、熱がランプからヒートシンクへと伝導して放熱されて、ランプ本体が冷却されるものである。

従来、このようにランプにヒートシンクを取り付けた放熱構造としては、例えば下記の特許文献１、２に開示されるようなものがある。
特許第２７２０２５３号 特開２００５−３１５４９号公報

これら従来の放熱構造では、ヒートシンクは熱源であるランプとの取り付け部分から放熱フィンまでが一体の構成となっているため、形状や出力仕様が異なる複数種類のランプを使用する場合、全てのランプに対して密着性を保ち放熱性能を維持することが困難であった。そのため、形状や出力仕様の異なるランプに対しては装置全体の設計のやり直し必要であるという問題があった。さらにこのヒートシンクは一体型であるために、成形・加工の制約から形状が制限されると共に、材料を統一する必要があるので、結果的にトータルコストが上がるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、形状や出力仕様が異なる複数種類のランプへの対応が可能で、かつトータルコストを下げることができる放熱構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、映像を投影する光源であるランプにヒートシンクを取り付けて構成される放熱構造において、ヒートシンクを、ランプと直接密着する伝熱手段と、この伝熱手段を通してランプから受けた熱を蓄熱する蓄熱手段と、この蓄熱手段で蓄えた熱を一気に放熱する放熱手段であるフィンと、で構成し、それらを互いに分割可能な構造としたことを特徴とするものである。

上記の目的を達成するために本発明は、映像を投影する光源であるランプにヒートシンクを取り付けて構成される放熱構造において、ヒートシンクを、ランプと直接密着する伝熱手段と、この伝熱手段を通してランプから受けた熱を蓄熱する蓄熱手段と、この蓄熱手段で蓄えた熱を一気に放熱する放熱手段であるフィンと、で構成し、それらを互いに分割可能な構造にしており、蓄熱手段は、伝熱手段を介してランプの電極に電圧を印加するための電極端子を有することを特徴とするものである。

本発明では、伝熱手段をランプの形状に合わせた形状とし、使用するランプに応じてこの伝熱手段を交換可能とすることにより、形状の異なる複数種類のランプに容易に対応することができ、また、ランプの発熱温度に応じて放熱面積や材料の異なる放熱手段を取り付けることにより、出力仕様の異なる複数種類のランプにも容易に対応できる放熱構造を実現することが可能となる。さらに本発明では、ヒートシンクを構成する伝熱手段、蓄熱手段、放熱手段を分割可能な構成としたことにより、高い放熱性能を維持しながら、構成部品の形状や材料にバリエーションを持たせることが可能となるので、トータルコストを大幅に下げることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。
図１は本発明が適用される映像投影装置(ビデオプロジェクタ)の外観を示す斜視図である。この映像投影装置１は、光源であるランプと、このランプから出射される光を変調する光学系と、上記ランプ及び光学系を冷却する冷却手段と、を装置本体２に内蔵し、上記光学系で変調された映像光を前面の投射レンズ３から前方のスクリーンに投影して表示するものである。

この映像投影装置１において、装置本体２の外装の上面部分は別体の天板(トップカバー)４で構成されている。この天板４は、装置本体２の上面の略全面を覆う形に形成されており、これが装置本体２に対し前後方向にスライドして開閉する構成となっている。

図２は天板４が閉じた状態、図３は天板４が前方にスライドして開いた状態を示す。この図３に示すように天板４が前方にスライドして開いた状態では、装置本体２の後部上面側から、光源であるランプ１６を内蔵したランプユニット１４を収容するランプユニット収容部１３が露出される。

この構成において、天板４を開閉するための開閉手段について説明する。この開閉手段は、天板４の裏面側に設けられた転がり機構５と、この転がり機構５に対応して装置本体２側に設けられ、この転がり機構５を案内する案内手段としてのガイドレール６と、により構成される。

転がり機構５は、天板４の裏面側の前方左右２個所と後方左右２箇所の計４箇所に設けられたローラによりなり、これが装置本体２の上面の左右において前後方向に設けられたガイドレール６に沿って転がり移動することで、装置本体２に対し天板４が前後方向にスライドして開閉される構造となっている。

さらにこの映像投影装置では、天板４が開いた状態と閉じた状態において、この天板４を軽い保持力でロックするための軽ロック機構が備えられている。この軽ロック機構は、天板４の裏面側に設けられる係合突起８と、この係合突起８に対応して装置本体２側に設けられる前後の係合フック９ａ，９ｂと、によりなり、天板４が開いた状態(図３)では前方の係合フック９ａに係合突起８が係合することによって天板４がその状態で軽くロックされると共に、天板４が閉じた状態(図２)では後方の係合フック９ｂに係合突起８が係合することにより天板４がその状態で軽くロックされる構造となっている。この軽ロックを解除するには、天板４を多少強い力で押してスライドさせることにより、その力で係合フック９ａ，９ｂを撓ませてこの係合フックから係合突起８を外すようにすればよい。

さらにこの映像投影装置では、天板４が閉じた状態において、この天板４を完全にロックするためのロック機構が設けられている。このロック機構は、天板４の裏面側に設けられたロック穴１０と、このロック穴１０に対応して装置本体２側から突出されるロックピン１１と、で構成されており、天板４が完全に閉じた状態でロックピン１１をロック穴１０に挿入係合させることにより天板４がスライド不能にロックされる。このロックを解除する場合は、装置本体２の底部に設けられているロック解除ボタン(図には表れていない)を押すことにより、ロックピン１１がロック孔１０から抜けるように引込んで天板４のロックが解除される。

そして、このようにロックを解除した状態で天板４を前方にスライドさせて開くことにより、図３に示す如く、装置本体２のランプユニット収容部１３に着脱可能に収容されているランプユニット１４が露出する。ここでランプユニット１４は、螺子１５によって装置本体２に取り付けられており、寿命の切れたランプの交換を行う際には、ドライバ等の工具を用いてこの螺子１５を取り外すことで、ランプユニット１４を上方から取り出して簡単に新しいランプユニットと交換することができる。このランプユニット１４の交換が終了したら、天板４を後方にスライドさせて閉じ、この天板４が完全に閉じられた状態で前述したロック機構によって天板４のロックを行うようにする。

このように本例の映像投影装置は、装置本体２の上面部分を構成する天板４を開いてランプユニット１４の交換を行う構造であるため、外観の美観性が損なわれることはなく、また装置を反転させてランプを交換するような重労働の必要もなくスムーズにランプの交換作業を行うことができる。

次に、この映像投影装置に用いられるランプ１６について説明する。このランプは、内部に高圧(２０〜２００気圧)のキセノンガスを封入して構成されるキセノンランプであり、その高圧ガスの中に電圧をかけて放電させることによって発光が行われるものである。

本例で用いられるランプ１６の外観構成を図４に示す。このランプ１６の外装は前部ケース１７Ａと後部ケース１７Ｂとを接合して構成されており、その内部に高圧のガスが封入されている。ここで前部ケース１７Ａと後部ケース１７Ｂは何れも金属製で、かつその間が絶縁されており、夫々が電極として構成されている。即ち本例のランプ１６では、前部ケース１７Ａの全体が負極側電極、後部ケース１７Ｂの全体が正極側電極となされており、この電極の間に駆動電圧を加えることで内部の高圧ガス中で放電が行われて発光し、その光が前部ケース１７Ａの前面のサファイアガラス製の出射口１８から出射される。

このランプ１６は発光に伴って高温となる発熱体であるため、ランプユニット１４の内部においては、このランプ１６の熱を効率的に放熱するための金属製ヒートシンクを用いた放熱構造が構成されている。

この放熱構造の構成を図５〜図１０に示す。図５はこの放熱構造を斜め前方から見た斜視図、図６は正面図、図７は背面図、図８は平面図、図９は側面図、図１０は縦断側面図である。ここでヒートシンクは、前側のヒートシンク２０と後側のヒートシンク３０とに分割して構成されており、夫々ランプの外装の前部ケース１７Ａと後部ケース１７Ｂに被さる形で取り付けられる。

このヒートシンク２０，３０は夫々、ランプ１６と直接密着する伝熱手段としてのアタッチメント２１，３１と、このアタッチメント２１，３１を通してランプ１６から受けた熱を蓄熱する蓄熱手段としてのベースブロック２２，３２と、このベースブロック２２，３２で蓄えた熱を一気に放熱する放熱手段であるフィン２３，３３と、を備え、それらを互いに分割可能に組み合わせて構成される。

この構成においてベースブロック２２，３２は、図６，図７及び図１０に示すように、夫々上端の接続部２２ａ，３２ａを残して中央の溝２２ｂ，３２ｂで左右に分割された構造を有し、その左右の分割部の内側には凹部２２ｃ，３２ｃが形成されており、この凹部２２ｃ，３２ｃにアタッチメント２１，３１を介してランプ１６を嵌め込んだ状態で、左右の分割部の下端にクランプばね２４，３４を取り付けることにより、左右の分割部でランプ２２を締め付けるように固定している。

ランプ１６とベースブロック２２，３２との間に介在されるアタッチメント２１，３１は、半割の円筒形状を有し、その内周側がランプ１６の前後ケース１７Ａ，１７Ｂの外形に合わせた形状に形成されていると共に、外周側がベースブロック２２，３２の凹部２２ｃ，３２ｃに合わせた形状に形成されており、これによってランプ１６とベースブロック２２，３２に対し密着性が充分に確保された状態で組み込まれるようになっている。このアタッチメント２１，３１は、使用するランプ１６に応じて容易に交換することができるものである。

放熱手段であるフィン２３，３３は、多数枚の放熱板を有して構成されており、これがランプ１６の光軸方向と直交する向きでベースブロック２２，３２の左右両側に対称的に配置され、螺子２５，３５によってベースブロック２２，３２に対し脱着可能に固定されている。

上記の如く構成されるヒートシンク２０，３０において、その構成部品であるアタッチメント２１，３１、ベースブロック２２，３２、フィン２３，３３は、何れも熱伝導性の良いアルミニウムや銅などの金属を材料として成形されている。そしてこのヒートシンク２０，３０では、熱源であるランプ１６からアタッチメント２１，３１を介して伝わった熱をベースブロック２２，３２が蓄熱し、ここで蓄熱された熱をフィン２３，３３で一気に放熱することにより、ランプ１６の効率的な冷却が行われる。さらにこのヒートシンク２０，３０に対しては、映像投影装置に内蔵される冷却手段としての冷却ファンから冷却風が送風されるようになっており、これによってランプからの熱をより効率的に放熱して冷却し、装置内部の温度上昇を抑制するようにしている。

このヒートシンク２０、３０においては、アタッチメント２１，３１をベースブロック２２，３２及びフィン２３，３３とは異なる材料を用いて成形し、即ちこの場合、例えばアタッチメント２１，３１を熱伝導性のよい銅で成形すると共に、ベースブロック２２，３２及びフィン２３，３３を安価なアルミニウムで成形することにより、低コストで放熱性の高い放熱構造を実現することができる。

さらにこのヒートシンク２０，３０では、ランプ１６とアタッチメント２１，３１との間に、シリコングリースや熱伝導シートなどの伝熱促進手段を介在させることにより、ランプ１６からベースブロック２２，３２への伝熱性が向上し、一段と効率的な放熱が可能となる。またこの伝熱促進手段は、アタッチメント２１，３１とベースブロック２２，３２との間に介在させるようにしても、同様の効果を得ることができる。

さらにこのヒートシンク２０，３０においては、図８に示すように、フィン２３，３３の表面にローレット状の溝４０を形成して微細な凹凸を設けることにより、フィン２３，３３が空気に触れる面積を大きくして放熱効果を一層高めることができる。

そして特にこのヒートシンク２０，３０の構成では、使用するランプ１６に応じてアタッチメント２１，３１を交換することにより、形状の異なる複数種類のランプに容易に対応することが可能である。即ちこの構成において、形状の異なる複数種類のランプを使用する場合、そのランプ１６の形状に合わせて作られたアタッチメント２１，３１に交換して使用することで、放熱構造の全体構成を変更することなくランプ１６に対する密着性を持たせ、冷却性能を維持することができる。

またこの構成では、放熱手段であるフィン２３，３３がベースブロック２２，３２に対し脱着可能であるため、ランプ１６の発熱温度に応じて放熱面積や材料の異なるフィン２３，３３を取り付けることにより、出力仕様の異なる複数種類のランプにも容易に対応することが可能である。即ちこの構成において、出力(発熱量)が大きいランプ１６を使用する場合には、フィン２３，３３を放熱面積が大きいものや、より放熱性の高い材料のものに変更して取り付けることにより、放熱構造の全体構成を維持しつつ、高い冷却性能を確保することができるものである。

本例の放熱構造では、放熱手段であるフィン２３，３３が左右方向に延びており、そのためこの放熱構造を内蔵するランプユニット１４の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。また上記のように形状や出力仕様の異なるランプ１６に対応する際も、アタッチメント２１，３１とフィン２３，３３の形状を変えることで、ランプユニットの厚さ方向の寸法等がそのまま維持でき、デザイン変更などの大掛かりな設計変更の必要なく複数種のランプに対応することができる。

そしてさらにこの構成においては、上記のようにアタッチメント２１，３１、ベースブロック２２，３２、フィン２３，３３を分割可能な構造にしたことで、一体構造の放熱構造に比べて夫々の部品の成形・加工の制約が大幅に軽減され、形状や材料にバリエーションを持たせることができるため、高い放熱性能を維持しながら、トータルコストを大幅に下げることが可能である。

図１１は、放熱手段であるフィン２３，３３の形状の変形例を示す。即ち、この図１１に示す如く、冷却ファンからの冷却風Ｗがヒートシンクに対し斜め方向から送風される場合、その風向に一致させるように、フィン２３，３３をベースブロックに対して角度を有する傾斜形状に形成する。こうすることにより、冷却ファンからの冷却風Ｗがフィン２３，３３の間をスムーズに流れるようになるので、より効率的な冷却が行われる。

さらにこのヒートシンク２０，３０においては、ランプ１６に駆動電圧を印加するための電圧印加手段として電極端子２７，３７がベースブロック２２，３２に設けられおり、即ちこの電極端子２７，３７に電源回路の出力端を接続して、この電極端子２７，３７からベースブロック２２，３２とアタッチメント２１，３１を介してランプ１６の電極である前後ケース１７Ａ，１７Ｂに駆動電圧を印加してランプ１６を発光(点灯)させる構成となっている。この場合、電極端子２７と３７は、ヒートシンク２０と３０の間の空気層によって必要な絶縁距離を確保している。

映像投影装置の外観を示す斜視図である。 映像投影装置の平面図である。 映像投影装置の天板が開いた状態の平面図である。 映像投影装置の光源であるランプの外観構成を示す斜視図である。 映像投影装置における放熱構造の斜視図である。 映像投影装置における放熱構造の正面図である。 映像投影装置における放熱構造の背面図である。 映像投影装置における放熱構造の平面図である。 映像投影装置における放熱構造の側面図である。 映像投影装置における放熱構造の縦断側面図である。 映像投影装置における放熱構造の他の例を示す側面図である。

符号の説明

１…映像投影装置、１６…ランプ、２０，３０…ヒートシンク、２１，３１…アタッチメント(伝熱手段)、２２，３２…ベースブロック(蓄熱手段)、２３，３３…フィン(放熱手段)、２７，３７…電極端子(電圧印加手段)

Claims (9)

1. 映像を投影する光源であるランプにヒートシンクを取り付けて構成される映像投影装置における放熱構造であって、
   上記ヒートシンクは、上記ランプと直接密着する伝熱手段と、この伝熱手段を通して上記ランプから受けた熱を蓄熱する蓄熱手段と、この蓄熱手段で蓄えた熱を放熱する放熱手段であるフィンと、を備え、それらを互いに分割可能に構成しており、
   上記蓄熱手段は、上記伝熱手段を介して上記ランプの電極に電圧を印加するための電極端子を有する映像投影装置における放熱構造。
2. 上記伝熱手段はランプの形状に合わせた形状であり、使用するランプに応じて交換可能である請求項１に記載の映像投影装置における放熱構造。
3. 上記放熱手段は、上記蓄熱手段に対して脱着可能であり、ランプの発熱温度に応じて放熱面積や材料の異なる放熱手段を取り付け可能である請求項１又は２に記載の映像投影装置における放熱構造。
4. 上記伝熱手段は、上記蓄熱手段及び上記放熱手段とは異なる材料を用いた請求項１〜３のいずれかに記載の映像投影装置における放熱構造。
5. 上記ランプと上記伝熱手段との間に、伝熱促進手段を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の映像投影装置における放熱構造。
6. 上記伝熱手段と上記蓄熱手段との間に、伝熱促進手段を備えた請求項１〜５のいずれかに記載の映像投影装置における放熱構造。
7. 上記放熱手段の表面に微細な凹凸を形成した請求項１〜６のいずれかに記載の映像投影装置における放熱構造。
8. 上記放熱手段は、上記蓄熱手段に対して角度を有する傾斜形状に形成されており、その方向は、冷却ファンからの風向と一致している請求項１〜７のいずれかに記載の映像投影装置における放熱構造。
9. 上記電極端子間は、空気層によって絶縁されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の映像投影装置における放熱構造。

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