JP5610054B1 - 冷却装置、画像投射装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ、効率的に冷却対象を冷却可能な冷却装置を提供する。【解決手段】冷却対象と接触して熱を放熱する放熱部と、前記放熱部に対して、空気を取り込み送風する送風部と、を備える冷却装置であって、前記放熱部は、互いの間に段差が存在する第１段部、及び第２段部とを有し、前記送風部は、空気を外部から取り込む第１吸い込み口、及び取り込んだ前記空気を排出する吐き出し口を備え、前記第１吸い込み口は、前記第１段部と対向し、前記吐き出し口は、前記第２段部と対向する。【選択図】図９−１

Description

本発明は、冷却装置、画像投射装置、電子機器に関する。

発熱源を冷却する手法として、発熱源に放熱板を押し付け放熱面積を拡大し、拡大放熱部に冷却空気を吹き付ける方法が既に知られている。さらに冷却効率を高める手法として、例えば熱伝導率の高い素材で放熱板を成形するといったことが実施されている。熱伝導率の高い素材で放熱板を成形することで、発熱源との接触部から伝わってきた熱を放熱板全体に均一に広げることが可能となる。その結果、放熱面積を大きくすることができるため、効率良く発熱源を冷却することが可能となるのである。

また、冷却空気と放熱板との接触面積を大きくすることも有効である。発熱源から熱を受け取ることで熱せられた放熱板は、冷却空気との接触箇所において冷却される。そのため、冷却空気との接触面積を拡大することによって、冷却効率を高めることが可能となるのである。なお、接触面積を拡大する方法として、放熱板にフィンを立てる方法が既に知られている。細かいピッチでフィンを立て、各ピッチ間に冷却空気を吹き付けることにより、冷却空気との接触面積が拡大し、冷却効率が高められる。

さらには、ファンを用いて放熱板を冷却する強制空冷方式も採用されている。冷却能力はフィンのピッチ間を通過する空気の風速に依存している。そのため、冷却能力を高めるためには、ピッチ間を通過する風速を高める必要があり、自然空冷ではなく強制空冷の方がより高い冷却効果を得ることができる。なお、強制空冷としてはファンを用いる方法が一般的であり、特に静圧の高いシロッコファンの吐き出し口を方版のフィンに対向するように配置し、シロッコファンから吐き出された空気を直接フィンに吹き付ける冷却構造が一般的であると言える。

しかしながら、上記従来の冷却方法では、構造的に冷却効率を高めようとした場合に、冷却効率向上には放熱板の表面積を大きくしたり、より強力な大型のファンが求められたりと、構造が大型化するという問題があった。そのため、いずれの場合も構造が大型かつ重量化してしまい、小型軽量な電気装置内に収納することが困難になるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を図りつつ、効率的に冷却対象を冷却可能な冷却装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、冷却対象の熱を放熱するための放熱部と、前記放熱部に対して送風するためのシロッコファンと、を備える冷却装置であって、前記放熱部は、前記シロッコファンの空気の吸い込みによって冷却される第１の部分と、前記シロッコファンの空気の吐き出しによって冷却される第２の部分とを備え、前記シロッコファンの第１吸い込み口が、前記第１の部分に対向し、前記シロッコファンの吐き出し口が、前記第２の部分に対向し、前記シロッコファンは、前記第１吸い込み口の反対面に第２吸い込み口を備え、前記第２吸い込み口は、前記放熱部に対向せず、前記第１の部分は、複数のフィンが設けられた底面部を備え、前記底面部は、前記第１吸い込み口に対向する面の反対面側から前記第１吸い込み口に対向する面側に空気が通過するための隙間が前記複数のフィンの間に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、小型化を図りつつ、効率的に冷却対象を冷却可能となるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態の画像投射装置の使用態様を示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態の光学エンジン部、及び光源装置を示す斜視図である。 図３は、第１の実施形態の光学エンジン部を示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態の照明光学部と、画像処理部を示す斜視図である。 図５は、第１の実施形態の画像処理部を示す斜視図である。 図６は、第１の実施形態の投射光学部を示す斜視図である。 図７は、第１の実施形態の投射光学部を示す斜視図である。 図８は、第１の実施形態の投射光学部を示す側面図である。 図９−１は、第１の実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。 図９−２は、第１の実施形態のヒートシンクを示す側面図である。 図１０は、第１の実施形態のシロッコファンを示す側面図である。 図１１は、第２の実施形態のヒートシンクを示す側面図である。 図１２は、第２の実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる画像投射装置１を斜めから見て示した外観斜視図である。画像投射装置１は、パソコンやビデオカメラ等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像をスクリーン２等に投影表示する。画像投射装置１として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投射装置が利用されるようになってきている。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。

図２は、図１における画像投射装置１の外層カバー３を取りはずした状態を示す斜視図である。図２に示されるように、画像投射装置１は、大きく分けて光学エンジン部３０と、光源装置２０とを備えている。光源装置２０は、例えば高圧水銀ランプなどの光源を制御して、画像の投射に必要な光を光学エンジン部３０へと白色光を供給する。

光源装置２０は、光源２１を保持する保持部材である光源ブラケット２２を有しており、光源ブラケット２２の上部にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの光源２１が装着されている。

また、光源ブラケット２２の上部の光源２１の光出射側には、不図示のリフレクタなどが保持されたホルダ２４がネジ止めされている。ホルダ２４の光源２１配置側と反対側の面には、出射窓２３（図３参照）が設けられている。光源２１から出射した光は、ホルダ２４に保持された不図示のリフレクタにより出射窓２３に集光され、出射窓２３から出射する。

また、ホルダ２４の側面には、光源２１を冷却するための空気が流入する光源給気口２４ｂが設けられており、ホルダ２４の上面には、光源２１の熱により加熱された空気が排気される光源排気口２４ｃが設けられている。

光学エンジン部３０は、光源装置２０から供給された光を用いて、入力された画像データを処理して投射する制御を行う。図３は、光学エンジン部３０の詳細な構成を示す斜視図である。光学エンジン部３０は、照明光学部３１、投射光学部３３、及び画像処理部３２を備えている。上述した光源装置２０からの白色光は、まず照明光学部３１に照射される。照明光学部３１は、光源装置２０からの白色光をＲＧＢのそれぞれの成分へと分光し、画像処理部３２へと導光する。画像処理部３２は、変調信号に応じて画像形成を行う。投射光学部３３は、画像処理部３２で生成された画像を拡大投射する。

図４は照明光学部３１と画像処理部３２の配置構成図である。照明光学部３１は、カラーホイル３８、ライトトンネル３７、リレーレンズ３６、シリンダミラー３５、凹面ミラー３４を備えている。カラーホイル３８は、円盤状のカラーフィルタにより上記光源装置２０から出射した白色光を単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換して出射する。ライトトンネル３７は、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されており、カラーホイル３８から出射する光を導く。リレーレンズ３６は、２枚のレンズを組み合わせて構成されており、ライトトンネル３７より出射される光の軸上色収差を補正しつつ集光する。

シリンダミラー３５、および凹面ミラー３４は、リレーレンズ３６より出射される光を反射する。反射された光は、画像処理部３２へと入光され、画像処理部３２は、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有し、映像や画像のデータに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の映像を形成するように投射光を加工して反射するＤＭＤ素子４１を備えている。そして、画像処理部３２において、ＤＭＤ素子４１により時分割で映像データに基づいて複数のマイクロミラーが使用する光は図中で矢印Ｂで示される投射レンズ５１の方向へ反射し、捨てる光は矢印Ｃで示されるＯＦＦ光板へと反射される。

図５は画像処理部３２の構成を示す斜視図である。画像処理部３２はＤＭＤ素子４１とＤＭＤ素子４１を制御するＤＭＤプリント基板４２とＤＭＤ素子４１を冷却するヒートシンク４３とヒートシンク４３をＤＭＤ素子４１に押し付ける固定板４４とを備える。本実施形態において、ヒートシンク４３が放熱部に相当する。ヒートシンク４３は、冷却対象のＤＭＤ素子４１と接触することで、ＤＭＤ素子４１の熱を放熱する。また、図６は、投射光学部３３の詳細な構成を示す斜視図である。画像処理部３２を通過した光は図６の投射レンズ５１へ反射され、捨てられる光は図６のＯｆｆ光板５３へと反射される。

図７と、図８は、投射光学部３３の構成を示す斜視図、および側面図である。投射レンズ５１を通過し、拡大された映像光は折り返しミラー５４によって光路が折り返され、自由曲面ミラー５５によってスクリーン２上へ拡大投影される。以上の構成によって、光学エンジン部３０はスクリーン２に近接して配置でき、縦型で設置面積が小さく、立体的にコンパクトに設計することができる。

図９−１、及び図９−２は、本実施形態で用いられるヒートシンク４３の構成を示す図である。ヒートシンク４３は互いの間に段差が存在する第１段部６２、及び第２段部６３を有する２段構成となっている。第２段部６３は、第１段部６２よりも装置内で低い位置に位置する。なお、ヒートシンク４３の画像投射装置１内における配設の仕方によっては、第１段部６２、及び第２段部６３それぞれの位置関係は変化し、いずれかがより高い位置にあったり、水平方向に並んだりすることもあるが、このような場合であっても、全て段差であるものとみなす。第２段部６３は、第１段部６２よりも底面積が小さく形成されており、第２段部６３と第１段部６２との間には段差が存在している。底面積とは、第１段部６２と第２段部６３との間で段差が生じる方向と垂直な方向における面を底面とした際の面積である。また、ヒートシンク４３には、シロッコファン６１が設けられており、シロッコファン６１は上述した段差内に配置される。シロッコファン６１は、ヒートシンク４３に対して、空気を取り込み送風する送風部に相当する。シロッコファン６１は、多数の小型の前向き羽根をもった筒と整風器をくみ合わせた構造であり、静圧効率が６０％程度の一般的なものが用いられる。また、シロッコファン６１は、図１０に示すように第１吸い込み口７１、第２吸い込み口７２、及び吐き出し口７３を有している。第２吸い込み口７２は、第１吸い込み口７１の反対面側に設けてられており、シロッコファン６１は、両面吸い込み式のファンとなっている。吐き出し口７３は、シロッコファン６１が吸気した空気を排出する。すなわち、本実施形態では、第１吸い込み口７１は、シロッコファン６１の上面側、第２吸い込み口７２はシロッコファン６１の底面側に設けられている。

また、図９−２に示すようにシロッコファン６１の第１吸い込み口７１の一部がヒートシンク４３の第１段部６２と対向しており、シロッコファン６１の吐き出し口７３がヒートシンク４３の第２段部６３と対向している。この場合、シロッコファン６１の第２吸い込み口７２は筐体に設けた吸気口に対向した構成とし、筐体の外部から冷却空気を取り込めるようにすることが望ましい。

以上のように構成すると、ヒートシンク４３の第１段部６２と対向する第１吸い込み口７１側から矢印Ｅで示されるように、冷却用の空気を吸気する際にも、ヒートシンク４３のフィンの間を冷却空気が通過するため、ヒートシンク４３を冷却することが可能となる。この時、吸気側において冷却空気がヒートシンク４３から熱を奪うため、吐出側の冷却空気は冷却側に比べて温度が上昇することが予想される。しかしながら、ヒートシンク４３の温度に比べて吐出側の冷却空気の温度の方が低ければ、ヒートシンク４３の冷却は可能となる。また、シロッコファン６１には第２吸い込み口７２があり、第２吸い込み口７２からは矢印Ｄで示すように、筐体外部の新鮮な空気が吸い込める。そのため、ヒートシンク４３の第１段部６２と対向する第１吸い込み口７１から吸気される冷却空気の温度がヒートシンク４３の冷却に伴い多少上昇したとしても吐き出し口７３に対向するヒートシンク４３の第２段部６３を冷却することは十分に可能となる。

一方、従来の構成であれば、シロッコファン６１の吐き出し口７３に対向するようにヒートシンク４３を配置し、シロッコファン６１の吐出側に生じる冷却空気の流れのみでヒートシンク４３の冷却を行っていた。しかしながら、本構成のように、ヒートシンク４３に段差を設け、シロッコファン６１の２つの第１吸い込み口７１と吐き出し口７３がそれぞれヒートシンク４３の第１段部６２と第２段部６３に対向するようにシロッコファン６１を配置することで、シロッコファン６１の吐出側に生じる冷却空気の流れだけでなく、吸気側に生じる冷却空気の流れも利用してヒートシンク４３の冷却が可能となる。そのため、１つのファンで重複的にヒートシンク４３の冷却が可能となり、冷却効率を向上させることが可能となる。

また、上記構成ではヒートシンク４３の一部を切り欠くことで段差を設け、その段差部分にシロッコファン６１を配置しているため、冷却構造の省スペース化も併せて可能となる。また、本構成では吐き出し口７３が幅広、すなわち厚みよりも横幅のほうが大きい吐き出し口７３を有するシロッコファン６１を使用しているが、これは冷却効率をさらに高めるためである。吐き出し口７３が幅広なシロッコファン６１の方が冷却空気の吐出される面積を大きくすることが可能となり、冷却空気とヒートシンク４３との接触面積を大きくすることが可能となるのである。そして、冷却用の空気とヒートシンク４３との接触面積を増大させることにより冷却効率を向上させることができるようになる。

また、幅広なシロッコファン６１の場合、ファン自体の厚みを薄くできるようにもなる。そのため、冷却効率が高まるだけでなく、省スペース化にも寄与する。なお、吐き出し口７３が正方形の形状をした一般的なシロッコファン６１でも上記構成を実現することは可能である。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１はヒートシンクの側面視図、図１２はヒートシンクの斜視図である。第２の実施形態にあっては、第１の実施形態とはヒートシンク１４３の形状が異なり、第１段部１６２がシロッコファン６１の上面全域を覆う位置まで延設されている。したがって、シロッコファン６１の第１吸い込み口７１の全部がヒートシンク１４３の第１段部１６２と対向しており、シロッコファン６１の吐き出し口７３がヒートシンク１４３の第２段部１６３と対向している。

また、本構成の場合、ヒートシンク１４３の第１段部１６２の表面積が大きくなるため、必然的に吸気側の冷却空気との接触面積も大きくなる。その結果、吸気側での冷却能力は高まる。一方で、シロッコファン６１の第１吸い込み口７１をヒートシンク１４３の第１段部１６２で完全に覆う構成となるため、通風抵抗が増すことが予想される。そのため、第１吸い込み口７１から吸気される吸気風量が低下するため、結果として吐き出し口７３から吐出される排気風量も低下する可能性がある。すなわち、ヒートシンク１４３の第２段部１６３を冷却する能力が低下する可能性がある。そのため、ヒートシンク１４３の第１段部１６２の長さを長くする場合には、吸気風量を落とさないための工夫が必要であるといえる。

そこで図１２に示されるように、ヒートシンク１４３の第１段部１６２のうち、第１吸い込み口７１と対向する領域には放熱用の複数のフィンの間に隙間１６２ａを設け、吸気用の冷却空気の通過する経路を設けることで、吸気側の通風抵抗の増加を防ぐことができるようになる。その結果、シロッコファン６１の第１吸い込み口７１の全部がヒートシンク１４３の第１段部と対向する本構成においても、吸排気の風量を落とすことなく、冷却効率を高めることが可能になるのである。

以上に示したように、上記実施形態の構成にあっては、シロッコファン６１の吸気面側において生成される空気の流れも放熱板であるヒートシンクの冷却に利用することができる。このような構成とすることで、シロッコファン６１を大型化しなくともシロッコファン６１が生み出す風量を増大させることが可能となり、結果として同一サイズのファンにおいても冷却能力を高めることが可能となる。

また、一般的な構成では、シロッコファンの吐出面側に放熱板のフィンが立っている構成であるが、本構成のようにシロッコファン６１の吸気面側において生成される空気も冷却に利用する場合、吸気面に対向する位置にもヒートシンクのフィンが必要である。そのため、放熱板の形状としてはＬ字のように段差を設けた形状とし、Ｌ字の段差の部分にシロッコファンを収納する構成が望ましい。このような構成とすることで、シロッコファンの吸気面および吐出面の両面に対向するように放熱板を配置することが可能となり、吸排気のどちらの空気も冷却に利用することが可能となり、冷却効率を高めることが可能となる。

なお、以上で示した冷却装置は画像投射装置以外にも、冷却対象の装置として、例えばプロセッサや、演算回路等を有する電子機器などに設けることもできる。また、放熱部としてはヒートシンク以外のほかの接触型の部材を用いるようにしてもよい。

１ 画像投射装置
２ スクリーン
３ 外層カバー
２０ 光源装置
２１ 光源
２２ 光源ブラケット
２３ 出射窓
２４ ホルダ
３０ 光学エンジン部
３１ 照明光学部
３２ 画像処理部
３３ 投射光学部
３４ 凹面ミラー
３５ シリンダミラー
３６ リレーレンズ
３７ ライトトンネル
３８ カラーホイル
４１ ＤＭＤ素子
４２ ＤＭＤプリント基板
４３ ヒートシンク
４４ 固定板
５１ 投射レンズ
５３ Ｏｆｆ光板
５４ 折り返しミラー
５５ 自由曲面ミラー
６１ シロッコファン
６２ 第１段部
６３ 第２段部
７１ 第１吸い込み口
７２ 第２吸い込み口
７３ 吐き出し口
１４３ ヒートシンク
１６２ａ 隙間
１６２ 第１段部
１６３ 第２段部

特開２００１−２１０７６６号公報 特開２０００−２６９６７４号公報

Claims (5)

1. 冷却対象の熱を放熱するための放熱部と、
   前記放熱部に対して送風するためのシロッコファンと、
   を備える冷却装置であって、
   前記放熱部は、前記シロッコファンの空気の吸い込みによって冷却される第１の部分と、前記シロッコファンの空気の吐き出しによって冷却される第２の部分とを備え、
   前記シロッコファンの第１吸い込み口が、前記第１の部分に対向し、
   前記シロッコファンの吐き出し口が、前記第２の部分に対向し、
   前記シロッコファンは、前記第１吸い込み口の反対面に第２吸い込み口を備え、
   前記第２吸い込み口は、前記放熱部に対向せず、
   前記第１の部分は、複数のフィンが設けられた底面部を備え、前記底面部は、前記第１吸い込み口に対向する面の反対面側から前記第１吸い込み口に対向する面側に空気が通過するための隙間が前記複数のフィンの間に設けられていることを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷却対象は、前記底面部の前記第１吸い込み口に対向する面の反対面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 画像を表示するための画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された前記画像を投射するための投射光学部と、請求項１または２に記載の冷却装置を備える画像投射装置であって、
   前記冷却対象は、前記画像表示素子であり、
   前記第２吸い込み口は、前記画像表示素子と前記投射光学部と前記冷却装置とを収納する筐体に設けた吸気口に対向していることを特徴とする画像投射装置。
4. 冷却対象と、前記冷却対象を冷却するための冷却装置とを備えた電子機器であって、
   前記冷却装置は、前記冷却対象の熱を放熱するための放熱部と、
   前記放熱部に対して送風するためのシロッコファンと、を備え、
   前記放熱部は、前記シロッコファンの空気の吸い込みによって冷却される第１の部分と、前記シロッコファンの空気の吐き出しによって冷却される第２の部分とを備え、
   前記シロッコファンの第１吸い込み口が、前記第１の部分に対向し、
   前記シロッコファンの吐き出し口が、前記第２の部分に対向し、
   前記シロッコファンは、前記第１吸い込み口の反対面に第２吸い込み口を備え、
   前記第２吸い込み口は、前記放熱部に対向せず、
   前記第１の部分は、複数のフィンが設けられた底面部を備え、前記底面部は、前記第１吸い込み口に対向する面の反対面側から前記第１吸い込み口に対向する面側に空気が通過するための隙間が前記複数のフィンの間に設けられていることを特徴とする電子機器。
5. 前記第２吸い込み口は、前記冷却対象と前記冷却装置を収納する筐体に設けた吸気口に対向していることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。

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