(57)【要約】【課題】作動流体の循環効率の低下を抑制できる冷却装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】冷却装置は、作動流体を気相に変化させる蒸発部と、作動流体を液相に変化させる凝縮部と、気相の作動流体を凝縮部に流通させる蒸気管と、液相の作動流体を蒸発部に流通させる液管とを備え、蒸発部は、筐体と、筐体内に設けられ、流入された液相の作動流体を貯留するリザーバーと、筐体内に設けられ、液相の作動流体が浸み込む第１ウィックと、筐体に設けられ、気相に変化した作動流体が流通する複数の流路を有し、第１ウィックと接続されるグルーブと、リザーバー内の液相の作動流体を、接続される第１ウィックに輸送する第２ウィックとを備え、第２ウィックは、第１ウィックをグルーブに向けて押圧する弾性体であり、筐体において第１ウィックに対してグルーブが位置する方向とは反対方向にて第１ウィックと対向する第１内壁と第１ウィックとの間に位置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象から伝達される熱によって液相の作動流体を蒸発させて、気相の前記作動流体に変化させる蒸発部と、
気相の前記作動流体を凝縮させて、液相の前記作動流体に変化させる凝縮部と、
前記蒸発部において気相に変化した前記作動流体を前記凝縮部に流通させる蒸気管と、
前記凝縮部において液相に変化した前記作動流体を前記蒸発部に流通させる液管と、を備え、
前記蒸発部は、
前記液管が接続され、前記液管から液相の前記作動流体が流入する筐体と、
前記筐体内に設けられ、流入された液相の前記作動流体を貯留するリザーバーと、
前記筐体内に設けられ、液相の前記作動流体が浸み込む第１ウィックと、
前記筐体に設けられ、液相から気相に変化した前記作動流体が流通する複数の流路を有し、前記第１ウィックに接続されるグルーブと、
前記リザーバー内に設けられ、前記第１ウィックに接続され、前記リザーバー内の液相の前記作動流体を前記第１ウィックに輸送する第２ウィックと、を備え、
前記第２ウィックは、前記第１ウィックを前記グルーブに向けて押圧する弾性体であり、前記筐体の内壁のうち、前記第１ウィックに対して前記グルーブが位置する方向とは反対方向にて前記第１ウィックと対向する第１内壁と、前記第１ウィックとの間に位置することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置において、
前記第２ウィックは、前記第１ウィックと直接接続されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の冷却装置において、
前記第２ウィックの形状は、筒状であることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却装置において、
前記蒸発部は、前記筐体の内壁のうち前記第１ウィックに対して前記グルーブが位置する方向から見て前記第１ウィックを囲む第２内壁と、前記第１ウィックとの間を封止する封止部材を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
光を出射する光源を有する光源装置と、
前記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷却装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
【請求項６】
請求項５に記載のプロジェクターにおいて、
前記冷却対象は、前記光源であることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子装置等の冷却に用いられる冷却装置として、内部に封入された作動流体の相変化を利用して熱を輸送するループ型ヒートパイプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のループ型ヒートパイプは、蒸発部、凝縮部、蒸気管及び液管を備える。蒸発部は、発熱体から受熱して液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させる。蒸気管は、蒸発部にて気相に変化した作動流体を凝縮部に流通させる。凝縮部は、気相の作動流体を放熱により凝縮させて液相の作動流体に相変化させる。液管は、凝縮部にて液相に変化した作動流体を蒸発部へ流通させる。
このように、作動流体がループ型ヒートパイプ内を循環し、発熱体の熱が、蒸発部から凝縮部に輸送されて凝縮部にて放出されることによって、発熱体が冷却される。
【０００３】
なお、特許文献１に記載のループ型ヒートパイプでは、蒸発部は、平板型のウィックと、ウィックの下側に配置されて蒸気流路を形成するグルーブと、ウィック及びグルーブを収納する筐体とを有し、発熱体は、筐体に接続される。
ウィックは、多孔質の材料によって形成されており、ウィックには、液相の作動流体が筐体内の液溜め部から毛細管現象によって浸み込む。ウィックに浸み込んだ液相の作動流体は、発熱体から伝達される熱によって蒸発して気相の作動流体に変化し、気相の作動流体は、グルーブの蒸気流路を流通して、蒸気管内に流通する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８３０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のループ型ヒートパイプでは、蒸発部の姿勢によっては、作動流体の循環効率が低下し、発熱体の冷却効率が低下するという問題がある。
詳述すると、ウィックの毛細管現象による液相の作動流体の引込力は、ループ型ヒートパイプ内の作動流体の駆動力を作り出す。このことから、ウィックは、液溜め部内の液相の作動流体と接触している必要がある。しかしながら、蒸発部の姿勢が変化して、ウィックが液溜め部内の液相の作動流体と接触しなくなると、ウィックが液相の作動流体を引き込めず、作動流体が循環しなくなる。
【０００６】
一方、液相から気相への作動流体の相変化は、グルーブ又はウィックにて生じる。
グルーブにて相変化を生じさせるためには、ウィックによって液溜め部からグルーブに液相の作動流体を輸送する必要がある。しかしながら、ウィックとグルーブとが接触せずに離れてしまうと、ウィックがグルーブに液相の作動流体を輸送できなくなる。この場合、液相から気相への作動流体の相変化を生じさせることができなくなり、作動流体が循環しなくなる。
ウィックにて相変化を生じさせるためには、グルーブ又は筐体を介して発熱体の熱をウィックに伝達する必要がある。しかしながら、ウィックとグルーブとが離れてしまうと、グルーブを介してウィックに発熱体の熱を伝達することができず、また、筐体を介した熱伝達によってウィックにて相変化が生じた場合でも、気相の作動流体をグルーブの蒸気流路に流通させづらくなり、作動流体を循環させづらいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様に係る冷却装置は、冷却対象から伝達される熱によって液相の作動流体を蒸発させて、気相の前記作動流体に変化させる蒸発部と、気相の前記作動流体を凝縮させて、液相の前記作動流体に変化させる凝縮部と、前記蒸発部において気相に変化した前記作動流体を前記凝縮部に流通させる蒸気管と、前記凝縮部において液相に変化した前記作動流体を前記蒸発部に流通させる液管と、を備え、前記蒸発部は、前記液管が接続され、前記液管から液相の前記作動流体が流入する筐体と、前記筐体内に設けられ、流入された液相の前記作動流体を貯留するリザーバーと、前記筐体内に設けられ、液相の前記作動流体が浸み込む第１ウィックと、前記筐体に設けられ、液相から気相に変化した前記作動流体が流通する複数の流路を有し、前記第１ウィックに接続されるグルーブと、前記リザーバー内に設けられ、前記第１ウィックに接続され、前記リザーバー内の液相の前記作動流体を前記第１ウィックに輸送する第２ウィックと、を備え、前記第２ウィックは、前記第１ウィックを前記グルーブに向けて押圧する弾性体であり、前記筐体の内壁のうち、前記第１ウィックに対して前記グルーブが位置する方向とは反対方向にて前記第１ウィックと対向する第１内壁と、前記第１ウィックとの間に位置することを特徴とする。
【０００８】
上記第１態様では、前記第２ウィックは、前記第１ウィックと直接接続されていることが好ましい。
【０００９】
上記第１態様では、前記第２ウィックの形状は、筒状であることが好ましい。
【００１０】
上記第１態様では、前記蒸発部は、前記筐体の内壁のうち前記第１ウィックに対して前記グルーブが位置する方向から見て前記第１ウィックを囲む第２内壁と、前記第１ウィックとの間を封止する封止部材を備えることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２態様に係るプロジェクターは、光を出射する光源を有する光源装置と、前記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、上記冷却装置と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記第２態様では、前記冷却対象は、前記光源であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプロジェクターの外観を示す斜視図。
【図２】上記実施形態におけるプロジェクターの内部構成を示す模式図。
【図３】上記実施形態における光源装置の構成を示す模式図。
【図４】上記実施形態における蒸発部の内部構造を示す断面図。
【図５】上記実施形態における姿勢が変更された蒸発部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の外観を示す斜視図である。
本実施形態に係るプロジェクター１は、後述する光源装置４から出射された光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、形成された画像をスクリーン等の被投射面上に拡大投射する画像表示装置である。プロジェクター１は、図１に示すように、プロジェクター１の外装を構成する外装筐体２を備える。
【００１５】
［外装筐体の構成］
外装筐体２は、天面部２１、底面部２２、正面部２３、背面部２４、左側面部２５及び右側面部２６を有し、略直方体形状に形成されている。
底面部２２は、プロジェクター１が載置される設置面と接する複数の脚部２２１を有する。
正面部２３は、外装筐体２において画像の投射側に位置する。正面部２３は、後述する投射光学装置３６の一部を露出させる開口部２３１を有し、投射光学装置３６によって投射される画像は、開口部２３１を通過する。また、正面部２３は、プロジェクター１内の冷却対象を冷却した冷却気体が外装筐体２の外部に排出される排気口２３２を有する。
右側面部２６は、外装筐体２外の空気等の気体を冷却気体として内部に導入する導入口２６１を有する。
【００１６】
［プロジェクターの内部構成］
図２は、プロジェクター１の内部構成を示す模式図である。
プロジェクター１は、図２に示すように、外装筐体２内にそれぞれ収容される画像投射装置３及び冷却装置５を更に備える。この他、図示を省略するが、プロジェクター１は、プロジェクター１の動作を制御する制御装置、及び、プロジェクター１の電子部品に電力を供給する電源装置を備える。
【００１７】
［画像投射装置の構成］
画像投射装置３は、制御装置から入力される画像情報に応じた画像を形成及び投射する。画像投射装置３は、光源装置４、均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３、画像形成装置３４、光学部品用筐体３５及び投射光学装置３６を備える。
光源装置４は、照明光を出射する。光源装置４の構成については、後に詳述する。
【００１８】
均一化装置３１は、光源装置４から出射された照明光を均一化する。この均一化された照明光は、色分離装置３２及びリレー装置３３を経て、画像形成装置３４の後述する光変調装置３４３の変調領域を照明する。均一化装置３１は、２つのレンズアレイ３１１，３１２、偏光変換素子３１３及び重畳レンズ３１４を備える。
色分離装置３２は、均一化装置３１から入射される光を赤、緑及び青の各色光に分離する。色分離装置３２は、２つのダイクロイックミラー３２１，３２２と、ダイクロイックミラー３２１によって分離された青色光を反射させる反射ミラー３２３と、を備える。
【００１９】
リレー装置３３は、他の色光の光路より長い赤色光の光路に設けられ、赤色光の損失を抑制する。リレー装置３３は、入射側レンズ３３１、リレーレンズ３３３、反射ミラー３３２，３３４を備える。なお、本実施形態では、他の色光より光路が長い色光を赤色光とし、赤色光の光路上にリレー装置３３を設けることとした。しかしながら、これに限らず、例えば他の色光より光路が長い色光を青色光とし、青色光の光路上にリレー装置３３を設ける構成としてもよい。
【００２０】
画像形成装置３４は、入射される赤、緑及び青の各色光を変調し、変調された各色光を合成して、画像を形成する。画像形成装置３４は、それぞれ入射される色光に応じて設けられる３つのフィールドレンズ３４１、３つの入射側偏光板３４２、３つの光変調装置３４３、３つの視野角補償板３４４及び３つの出射側偏光板３４５と、１つの色合成装置３４６と、を備える。
光変調装置３４３は、光源装置４から出射された光を画像情報に応じて変調する。光変調装置３４３は、赤色光用の光変調装置３４３Ｒ、緑色光用の光変調装置３４３Ｇ及び青色光用の光変調装置３４３Ｂを含む。本実施形態では、光変調装置３４３は、透過型の液晶パネルによって構成されており、入射側偏光板３４２、光変調装置３４３、出射側偏光板３４５によって液晶ライトバルブが構成される。
色合成装置３４６は、光変調装置３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒによって変調された各色光を合成して画像を形成する。本実施形態では、色合成装置３４６は、クロスダイクロイックプリズムによって構成されているが、これに限らず、例えば複数のダイクロイックミラーによって構成することも可能である。
【００２１】
光学部品用筐体３５は、上記した各装置３１〜３４を内部に収容する。なお、画像投射装置３には、設計上の光軸である照明光軸Ａｘが設定されており、光学部品用筐体３５は、照明光軸Ａｘにおける所定位置に各装置３１〜３４を保持する。なお、光源装置４及び投射光学装置３６は、照明光軸Ａｘにおける所定位置に配置される。
投射光学装置３６は、画像形成装置３４から入射される画像を被投射面上に拡大投射する。すなわち、投射光学装置３６は、光変調装置３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒによって変調された光を投射する。投射光学装置３６は、例えば筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成される。
【００２２】
［光源装置の構成］
図３は、光源装置４の構成を示す模式図である。
光源装置４は、照明光を均一化装置３１に出射する。光源装置４は、図３に示すように、光源用筐体ＣＡと、光源用筐体ＣＡ内にそれぞれ収容される光源部４１、アフォーカル光学素子４２、ホモジナイザー光学素子４３、偏光分離素子４４、第１集光素子４５、波長変換素子４６、第１位相差素子４７、第２集光素子４８、拡散反射装置４９及び第２位相差素子ＲＰと、を備える。
光源用筐体ＣＡは、塵埃等が内部に侵入しづらい密閉筐体として構成されている。
【００２３】
光源部４１、アフォーカル光学素子４２、ホモジナイザー光学素子４３、偏光分離素子４４と、第１位相差素子４７、第２集光素子４８及び拡散反射装置４９は、光源装置４に設定された照明光軸Ａｘ１上に配置されている。
波長変換素子４６、第１集光素子４５、偏光分離素子４４及び第２位相差素子ＲＰは、光源装置４に設定され、かつ、照明光軸Ａｘ１に直交する照明光軸Ａｘ２上に配置されている。
【００２４】
［光源部の構成］
光源部４１は、光を出射する光源４１１及びコリメーターレンズ４１５を備える。
光源４１１は、複数の第１半導体レーザー４１２及び複数の第２半導体レーザー４１３と、支持部材４１４と、を備える。
第１半導体レーザー４１２は、励起光であるｓ偏光の青色光Ｌ１ｓを出射する。青色光Ｌ１ｓは、例えば、ピーク波長が４４０ｎｍのレーザー光である。第１半導体レーザー４１２から出射された青色光Ｌ１ｓは、波長変換素子４６に入射される。
第２半導体レーザー４１３は、ｐ偏光の青色光Ｌ２ｐを出射する。青色光Ｌ２ｐは、例えば、ピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光である。第２半導体レーザー４１３から出射された青色光Ｌ２ｐは、拡散反射装置４９に入射される。
【００２５】
支持部材４１４は、照明光軸Ａｘ１と直交する平面にそれぞれアレイ状に配置された複数の第１半導体レーザー４１２及び複数の第２半導体レーザー４１３を支持する。支持部材４１４は、熱伝導性を有する金属製部材であり、後述する蒸発部６に接続され、熱源である各半導体レーザー４１２，４１３、すなわち、光源４１１の熱は、蒸発部６に伝達される。
【００２６】
第１半導体レーザー４１２から出射された青色光Ｌ１ｓ及び第２半導体レーザー４１３から出射された青色光Ｌ２ｐは、コリメーターレンズ４１５によって平行光束に変換され、アフォーカル光学素子４２に入射される。
なお、本実施形態では、光源４１１は、ｓ偏光の青色光Ｌ１ｓと、ｐ偏光の青色光Ｌ２ｐとを出射する構成である。しかしながら、これに限らず、光源４１１は、偏光方向が同じ直線偏光光である青色光を出射する構成としてもよい。この場合、入射された１種類の直線偏光をｓ偏光及びｐ偏光が含まれる光とする位相差素子を、光源部４１と偏光分離素子４４との間に配置すればよい。
【００２７】
［アフォーカル光学素子及びホモジナイザー光学素子の構成］
アフォーカル光学素子４２は、光源部４１から入射される青色光Ｌ１ｓ，Ｌ２ｐの光束径を調整して、ホモジナイザー光学素子４３に入射させる。アフォーカル光学素子４２は、入射される光を集光するレンズ４２１と、レンズ４２１によって集光された光束を平行化するレンズ４２２とにより構成されている。
ホモジナイザー光学素子４３は、青色光Ｌ１ｓ，Ｌ２ｐの照度分布を均一化する。ホモジナイザー光学素子４３は、一対のマルチレンズアレイ４３１，４３２により構成されている。
【００２８】
［偏光分離素子の構成］
ホモジナイザー光学素子４３を通過した青色光Ｌ１ｓ，Ｌ２ｐは、偏光分離素子４４に入射する。
偏光分離素子４４は、プリズム型の偏光ビームスプリッターであり、入射される光に含まれるｓ偏光成分とｐ偏光成分とを分離する。具体的に、偏光分離素子４４は、ｓ偏光成分を反射させ、ｐ偏光成分を透過させる。また、偏光分離素子４４は、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分のいずれの偏光成分であっても、所定波長以上の光を透過させる色分離特性を有する。従って、ｓ偏光の青色光Ｌ１ｓは、偏光分離素子４４にて反射され、第１集光素子４５に入射する。一方、ｐ偏光の青色光Ｌ２ｐは、偏光分離素子４４を透過して、第１位相差素子４７に入射する。
【００２９】
［第１集光素子の構成］
第１集光素子４５は、偏光分離素子４４にて反射された青色光Ｌ１ｓを波長変換素子４６に集光する。また、第１集光素子４５は、波長変換素子４６から入射される蛍光光ＹＬを平行化する。図３の例では、第１集光素子４５は、２つのレンズ４５１，４５２によって構成されているが、第１集光素子４５を構成するレンズの数は問わない。
【００３０】
［波長変換素子の構成］
波長変換素子４６は、入射された光によって励起されて、入射された光より波長が長い蛍光光ＹＬを生成し、蛍光光ＹＬを第１集光素子４５に出射する。換言すると、波長変換素子４６は、入射された光の波長を変換し、変換された光を出射する。波長変換素子４６によって生成された蛍光光ＹＬは、例えば、ピーク波長が５００〜７００ｎｍの光である。波長変換素子４６は、波長変換部４６１及び放熱部４６２を備える。
波長変換部４６１は、図示を省略するが、波長変換層及び反射層を有する。波長変換層は、入射される青色光Ｌ１ｓを波長変換した非偏光光である蛍光光ＹＬを拡散出射する蛍光体を含む。反射層は、波長変換層から入射される蛍光光ＹＬを第１集光素子４５側に反射させる。
放熱部４６２は、波長変換部４６１における光入射側とは反対側の面に設けられ、波長変換部４６１にて生じた熱を放出する。
【００３１】
波長変換素子４６から出射された蛍光光ＹＬは、照明光軸Ａｘ２に沿って第１集光素子４５を通過した後、上記色分離特性を有する偏光分離素子４４に入射される。そして、蛍光光ＹＬは、偏光分離素子４４を照明光軸Ａｘ２に沿って通過し、第２位相差素子ＲＰに入射する。
なお、波長変換素子４６は、モーター等の回転装置によって、照明光軸Ａｘ２と平行な回転軸を中心として回転される構成であってもよい。
【００３２】
［第１位相差素子及び第２集光素子の構成］
第１位相差素子４７は、偏光分離素子４４と第２集光素子４８との間に配置されている。第１位相差素子４７は、偏光分離素子４４を通過した青色光Ｌ２ｐを円偏光の青色光Ｌ２ｃに変換する。青色光Ｌ２ｃは、第２集光素子４８に入射される。
第２集光素子４８は、第１位相差素子４７から入射される青色光Ｌ２ｃを拡散反射装置４９に集光する。また、第２集光素子４８は、拡散反射装置４９から入射される青色光Ｌ２ｃを平行化する。なお、第２集光素子４８を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。
【００３３】
［拡散反射装置の構成］
拡散反射装置４９は、波長変換素子４６にて生成及び出射される蛍光光ＹＬと同様の拡散角で、入射された青色光Ｌ２ｃを拡散反射させる。拡散反射装置４９の構成として、入射された青色光Ｌ２ｃをランバート反射させる反射板と、反射板を照明光軸Ａｘ１と平行な回転軸を中心として回転させる回転装置とを備える構成を例示できる。
拡散反射装置４９にて拡散反射された青色光Ｌ２ｃは、第２集光素子４８を通過した後、第１位相差素子４７に入射される。青色光Ｌ２ｃは、拡散反射装置４９にて反射される際に、回転方向が反対方向の円偏光に変換される。このため、第２集光素子４８を介して第１位相差素子４７に入射された青色光Ｌ２ｃは、偏光分離素子４４から第１位相差素子４７に入射された際のｐ偏光の青色光Ｌ２ｃではなく、ｓ偏光の青色光Ｌ２ｓに変換される。そして、青色光Ｌ２ｓは、偏光分離素子４４にて反射されて、第２位相差素子ＲＰに入射される。すなわち、偏光分離素子４４から第２位相差素子ＲＰに入射される光は、青色光Ｌ２ｓ及び蛍光光ＹＬが混在した白色光である。
【００３４】
［第２位相差素子の構成］
第２位相差素子ＲＰは、偏光分離素子４４から入射される白色光をｓ偏光及びｐ偏光が混在する光に変換する。このように変換された白色の照明光ＷＬは、上記した均一化装置３１に入射される。
【００３５】
［冷却装置の構成］
冷却装置５は、プロジェクター１を構成する冷却対象を冷却する。本実施形態において、冷却対象は、光源装置４の光源４１１である。冷却装置５は、図２に示すように、ループ型ヒートパイプ５１及び冷却ファン５５を備える。
冷却ファン５５は、外装筐体２内の空間において排気口２３２とループ型ヒートパイプ５１の後述する凝縮部５３との間に設けられている。冷却ファン５５は、外装筐体２内の冷却気体を吸引して排気口２３２から排出する過程にて、凝縮部５３に冷却気体を流通させ、これにより、凝縮部５３を冷却する。なお、冷却ファン５５は、例えば、外装筐体２内の空間において導入口２６１と後述する凝縮部５３との間に設けられ、外装筐体２外の冷却気体を吸引して凝縮部５３に冷却気体を送出する構成であってもよい。
【００３６】
ループ型ヒートパイプ５１は、減圧状態で封入されることによって比較的低温で相状態が変化する作動流体が循環する循環流路を有する。詳述すると、ループ型ヒートパイプ５１は、冷却対象から伝達される熱によって、減圧状態で内部に封入された作動流体の相状態を液相から気相に相変化させ、作動流体が液相から気相へ相変化した部位以外の部位にて気相の作動流体から熱を奪って、作動流体の相状態を気相から液相に変化させるとともに、奪った熱を放出することによって、冷却対象を冷却する。
このようなループ型ヒートパイプ５１は、蒸発部６、蒸気管５２、凝縮部５３及び液管５４を備える。なお、蒸発部６の構成は、後に詳述する。
【００３７】
［蒸気管の構成］
蒸気管５２は、作動流体の循環流路において、気相の作動流体が流通可能に蒸発部６と凝縮部５３とを接続する管状部材である。蒸気管５２は、蒸発部６において気相に変化して蒸発部６から蒸気管５２に流入される気相の作動流体を、凝縮部５３に流通させる。
【００３８】
［凝縮部の構成］
凝縮部５３は、気相の作動流体の熱を奪って放熱し、作動流体を気相から液相に相変化させ、液相の作動流体を液管５４に流出させる。すなわち、凝縮部５３は、気相の作動流体を凝縮させて、液相の作動流体に変化させる。凝縮部５３は、図示を省略するが、蒸気管５２及び液管５４が接続される本体部と、本体部に接続される放熱部と、を有する。
本体部は、蒸気管５２から流入される気相の作動流体が流通し、液管５４と連通する相変化流路を内部に有する。気相の作動流体は、相変化流路を流通する過程にて本体部に受熱されて冷却され、これにより液相の作動流体に変化される。そして、液相に変化された作動流体は、相変化流路内を更に流通して、本体部に受熱されて冷却された後、液管５４に流出される。
放熱部は、本体部に伝達された作動流体の熱を放出する部材であり、いわゆるヒートシンクである。放熱部には、冷却ファン５５の駆動によって冷却気体が流通し、これにより、凝縮部５３が冷却される。
【００３９】
［液管の構成］
液管５４は、作動流体の循環流路において、液相の作動流体が流通可能に凝縮部５３と蒸発部６とを接続する管状部材である。液管５４は、凝縮部５３において液相に変化した作動流体を、蒸発部６に流通させる。
【００４０】
［蒸発部の構成］
図４は、蒸発部６の内部構造を示す断面図である。
蒸発部６は、図２に示されるように、冷却対象としての光源４１１と接続され、光源４１１から伝達される熱によって液相の作動流体を蒸発させて、気相の作動流体に変化させる蒸発器である。具体的に、蒸発部６は、光源４１１の支持部材４１４に接続され、支持部材４１４を介して伝達される半導体レーザー４１２，４１３の熱によって液相の作動流体を蒸発させることにより、半導体レーザー４１２，４１３を冷却する。
蒸発部６は、図４に示すように、筐体６１、リザーバー６２、第１ウィック６３、グルーブ６４、受熱部材６５、第２ウィック６６及び封止部材６７を備える。
【００４１】
筐体６１は、金属製の筐体であり、蒸気管５２が接続される蒸気管接続部６１１と、蒸気管接続部６１１とは反対側に位置し、液管５４が接続される液管接続部６１２とを有する。この他、筐体６１は、グルーブ６４と組み合わされることによって内部に形成された空間６１３を有する。空間６１３は、蒸気管接続部６１１を介して蒸気管５２と連通し、また、液管接続部６１２を介して液管５４と連通する。すなわち、筐体６１は、液管５４が接続されており、液管５４から液相の作動流体が内部の空間６１３に流入する。
【００４２】
空間６１３は、蒸気管接続部６１１側の端部に開口する凹部６１４がグルーブ６４によって閉塞されることにより形成され、液相の作動流体を貯留するリザーバー６２を構成する。空間６１３内には、第１ウィック６３、第２ウィック６６及び封止部材６７が配置される。このような空間６１３を構成する凹部６１４は、筐体６１の内壁を構成する第１内壁６１５及び第２内壁６１６により形成される。
第１内壁６１５は、略円形の平面状に形成されている。第１内壁６１５には、液管接続部６１２に接続された液管５４と連通する開口部６１５１が形成されている。
第２内壁６１６は、第１内壁６１５の外縁から垂直に垂下又は起立している。第２内壁６１６には、第２内壁６１６の周方向に沿って配置される封止部材６７を挟持して保持する保持部６１７が設けられている。
なお、以下の説明において、グルーブ６４から第１内壁６１５に向かう方向であり、凹部６１４の深さ方向を−Ｄ方向とし、−Ｄ方向とは反対方向を＋Ｄ方向とする。すなわち、＋Ｄ方向は、第１ウィック６３に対してグルーブ６４が位置する方向であり、−Ｄ方向は、第１ウィック６３に対してグルーブ６４が位置する方向とは反対方向である。また、＋Ｄ方向は、第１内壁６１５に位置する開口部６１５１から液管５４を介して液相の作動流体が空間６１３内に流入する方向でもある。
【００４３】
リザーバー６２は、筐体６１内に設けられ、液管５４を介して空間６１３に流入される液相の作動流体ＷＦを貯留する。換言すると、リザーバー６２は、空間６１３において、第１ウィック６３及び第２ウィック６６によって吸引されなかった液相の作動流体ＷＦが貯留される部位である。
第１ウィック６３は、筐体６１内に設けられ、液相の作動流体が浸み込む平板状の多孔質体である。第１ウィック６３は、リザーバー６２に貯留されている液相の作動流体ＷＦのうち接触する液相の作動流体、又は、第２ウィック６６によって第１ウィック６３へ輸送された液相の作動流体を、毛管力によってグルーブ６４側に輸送する。第１ウィック６３は、例えば、銅やステンレス等の金属繊維、或いは、ガラス等の材料によって形成される。
【００４４】
グルーブ６４は、熱伝導性を有する金属によって構成されている。グルーブ６４は、筐体６１に設けられ、第１ウィック６３に接続されている。グルーブ６４は、受熱部材６５を介して冷却対象から伝達される熱により、すなわち、支持部材４１４及び受熱部材６５を介して光源４１１から伝熱される熱により、第１ウィック６３によって輸送された液相の作動流体を蒸発させる。グルーブ６４は、液相から気相に変化した作動流体が流通する複数の流路６４１を有し、複数の流路６４１は、蒸気管５２と連通している。液相から気相に変化された作動流体は、複数の流路６４１を通って蒸気管５２に流出される。
なお、図４では詳しい図示を省略しているが、複数の流路６４１は、＋Ｄ方向に垂直な方向、例えば図４の紙面に垂直な方向に延出しており、各流路６４１の一端と蒸気管５２とが連通している。このため、複数の流路６４１を流通する気相の作動流体は、蒸気管５２へ流出する。なお、複数の流路６４１と蒸気管５２とが連通していることについては、後述する図５においても同様である。
【００４５】
受熱部材６５は、ループ型ヒートパイプ５１の冷却対象である光源４１１の支持部材４１４と接続され、半導体レーザー４１２，４１３にて生じた熱を、グルーブ６４に伝達する。
【００４６】
第２ウィック６６は、リザーバー６２内に設けられ、液相の作動流体が浸み込む多孔質体である。第２ウィック６６は、第１ウィック６３に接続されている。詳述すると、第２ウィック６６は、筐体６１の内壁のうち、第１ウィック６３に対してグルーブ６４が位置する方向とは反対方向（−Ｄ方向）にて第１ウィック６３と対向する第１内壁６１５と、第１ウィック６３との間に配置される。第２ウィック６６は、リザーバー６２に貯留された液相の作動流体ＷＦを、接続された第１ウィック６３に輸送する。また、第２ウィック６６は、第１ウィック６３をグルーブ６４に向けて押圧する。このため、第２ウィック６６は、リザーバー６２に貯留された液相の作動流体ＷＦを毛管力によって吸い込んで第１ウィック６３に輸送可能であり、かつ、第１ウィック６３を押圧可能な弾性体である。
このような第２ウィック６６は、円筒状等の筒状に形成されており、第１ウィック６３と直接接続されている。詳述すると、第２ウィック６６は、−Ｄ方向の端部が第１内壁６１５と接触し、＋Ｄ方向の端部が第１ウィック６３における−Ｄ方向の面６３１と接触している。なお、第２ウィック６６は、例えば銅やステンレス等の金属繊維によって構成される。
【００４７】
封止部材６７は、筐体６１の内壁のうち第１ウィック６３に対してグルーブ６４が位置する方向である＋Ｄ方向から見て第１ウィック６３を囲む第２内壁６１６と、第１ウィック６３との間に設けられ、第２内壁６１６と第１ウィック６３との間を封止する。換言すると、封止部材６７は、筐体６１の内壁のうち第１ウィック６３に接続される第２内壁６１６と、第１ウィック６３との間を封止する。
具体的に、封止部材６７は、＋Ｄ方向から見て第１ウィック６３を囲む第２内壁６１６に位置する保持部６１７によって保持され、＋Ｄ方向から見て第１ウィック６３の外縁を形成する周面６３２と接触する。封止部材６７は、第２内壁６１６と周面６３２との間を封止して、第１ウィック６３を介さずに、リザーバー６２内の液相の作動流体ＷＦが第２内壁６１６を伝って流路６４１に流通してしまうことを抑制する。このような封止部材６７は、例えばＯリングによって構成できる。
【００４８】
ここで、封止部材６７は、保持部６１７によって、＋Ｄ方向及び−Ｄ方向から挟持されて保持される。このため、封止部材６７と接触する第１ウィック６３が第２ウィック６６により＋Ｄ方向に押圧された場合でも、封止部材６７には、第２ウィック６６による＋Ｄ方向への押圧力が直接作用されない。すなわち、第２ウィック６６は、封止部材６７と接触しない。これにより、封止部材６７の位置がずれる等して、第２内壁６１６と第１ウィック６３との間を液相の作動流体ＷＦがグルーブ６４側に流通してしまうことを抑制できる。
【００４９】
［蒸発部の作用］
第１ウィック６３には、リザーバー６２又は第２ウィック６６から毛細管現象によって引き込んだ液相の作動流体ＷＦが浸み込んでいる。一方、グルーブ６４には、冷却対象の熱が受熱部材６５を介して伝達される。そして、第２ウィック６６は、第１ウィック６３をグルーブ６４に向けて押圧するので、第１ウィック６３とグルーブ６４とは密着している。
第１ウィック６３の熱伝導率が比較的大きい場合、グルーブ６４に伝達された熱は、第１ウィック６３に伝達され、第１ウィック６３の内部にて液相の作動流体が蒸発する。
第１ウィック６３の熱伝導率が比較的小さい場合、グルーブ６４に伝達された熱は、第１ウィック６３に伝達されにくい。この場合には、第１ウィック６３によって輸送された液相の作動流体は、グルーブ６４へ流通し、グルーブ６４における流路６４１の表面にて蒸発する。
このように、冷却対象から伝達される熱によって、液相の作動流体は、第１ウィック６３の内部及びグルーブ６４の表面のうち少なくともいずれかの部位にて、気相の作動流体に変化する。気相に変化した作動流体は、複数の流路６４１を流通して蒸気管５２内に流入し、蒸気管５２を介して凝縮部５３に到達する。
【００５０】
［蒸発部の上下が逆転された場合］
図５は、蒸発部６の他の姿勢を示す断面図である。すなわち、図５は、図４に示した状態から姿勢が変更された蒸発部６の内部構成を示す断面図である。
プロジェクター１は、例えば、天面部２１が鉛直方向における上側を向く正置き姿勢と、底面部２２が鉛直方向における上側を向く逆置き姿勢とのいずれかの姿勢に配置可能である。そして例えば、プロジェクター１の姿勢が正置き姿勢であるときに、蒸発部６が図４に示した状態となる場合、プロジェクター１の姿勢が逆置き姿勢に変更されると、蒸発部６は、図５に示す状態となる。図５に示す姿勢では、第１ウィック６３はグルーブ６４に対して鉛直方向における下側となり、第２ウィック６６は、第１ウィック６３に対して鉛直方向における下側となる。換言すると、図４では、＋Ｄ方向が鉛直方向下方を示すのに対し、図５では、−Ｄ方向が鉛直方向下方を示す。
【００５１】
このような図５に示す姿勢では、第１ウィック６３は、リザーバー６２に貯留された液相の作動流体ＷＦと接触しない。このため、第２ウィック６６が無い場合には、第１ウィック６３に液相の作動流体が浸み込まないため、ループ型ヒートパイプ５１内を作動流体が循環せず、冷却対象の熱を凝縮部５３にて放熱できない。すなわち、このような場合には、冷却対象を効果的に冷却できない。
これに対し、リザーバー６２内には、液相の作動流体ＷＦを輸送可能に第１ウィック６３と接触する第２ウィック６６が設けられ、第２ウィック６６は、第１ウィック６３をグルーブ６４に向けて押圧している。このため、リザーバー６２に貯留された液相の作動流体ＷＦは、第２ウィック６６の毛管力によって第２ウィック６６に浸み込み、第２ウィックを介して、第１ウィック６３に輸送される。
【００５２】
これにより、第１ウィック６３は、液相の作動流体が浸み込んだ状態となるので、上記のように、グルーブ６４に伝達される冷却対象の熱によって液相の作動流体が蒸発し、気相の作動流体が流路６４１を介して、蒸気管５２に流通する。
なお、図４に示した状態、或いは、図５に示した状態から蒸発部６が時計回り、或いは、反時計回りに９０°回動された状態では、リザーバー６２に貯留された液相の作動流体は、第１ウィック６３によって直接吸い込まれる他、第２ウィック６６によっても吸い込まれる。
このため、プロジェクター１の姿勢がどのような姿勢であっても、リザーバー６２に貯留された液相の作動流体ＷＦを、第１ウィック６３に浸み込ませることができ、冷却対象の熱によって、液相の作動流体を気相の作動流体に相変化させることができる。従って、ループ型ヒートパイプ５１において、第１ウィック６３に液相の作動流体が輸送されないことによる作動流体の循環効率の低下を抑制でき、冷却対象を効果的に冷却できる。
【００５３】
［実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１には、以下の効果がある。
冷却装置５を構成するループ型ヒートパイプ５１は、冷却対象である光源４１１から伝達される熱によって液相の作動流体を蒸発させて、気相の作動流体に変化させる蒸発部６と、気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体に変化させる凝縮部５３と、蒸発部６にて気相に変化した作動流体を凝縮部５３に流通させる蒸気管５２と、凝縮部５３において液相に変化した作動流体を蒸発部６に流通させる液管５４と、を備える。蒸発部６は、液管５４が接続され、液管５４から液相の作動流体が流入する筐体６１と、筐体６１内に設けられ、流入された液相の作動流体を貯留するリザーバー６２と、筐体６１内に設けられ、液相の作動流体が浸み込む第１ウィック６３と、筐体６１に設けられ、液相から気相に変化した作動流体が流通する複数の流路６４１を有し、第１ウィック６３と接続されるグルーブ６４と、リザーバー６２内に設けられ、第１ウィック６３と接続され、リザーバー６２内の液相の作動流体を第１ウィック６３に輸送する第２ウィック６６と、を備える。第２ウィック６６は、第１ウィック６３をグルーブ６４に向けて押圧する弾性体であり、筐体６１の内壁のうち、第１ウィック６３に対してグルーブ６４が位置する方向とは反対方向である−Ｄ方向にて第１ウィック６３と対向する第１内壁６１５と、第１ウィック６３との間に位置する。
【００５４】
これによれば、プロジェクター１の姿勢が変更されて、例えば図４に示した状態から図５に示した状態に蒸発部６の姿勢が変更された場合でも、第２ウィック６６を介して、リザーバー６２に貯留されている液相の作動流体ＷＦを、第１ウィック６３に輸送できる。また、他の姿勢では、リザーバー６２に貯留されている液相の作動流体ＷＦは、第１ウィック６３に直接吸い込まれる。このため、蒸発部６及びプロジェクター１の姿勢に依らずに、第１ウィック６３に液相の作動流体ＷＦを浸み込ませることができる。従って、冷却対象である光源４１１の熱によって、液相の作動流体を気相の作動流体に変化させることができ、これにより、ループ型ヒートパイプ５１において、第１ウィック６３に液相の作動流体が輸送されないことによる作動流体の循環効率の低下を抑制でき、冷却対象である光源４１１を効果的に冷却できる。
【００５５】
また、第２ウィック６６は、筐体６１の内壁のうち−Ｄ方向にて第１ウィック６３と対向する第１内壁６１５と、第１ウィック６３における−Ｄ方向の面６３１と接触し、第１ウィック６３をグルーブ６４に向けて押圧する弾性体である。これによれば、第１ウィック６３とグルーブ６４とを密着させることができる。
このため、第１ウィック６３からグルーブ６４に液相の作動流体を輸送できるので、液相から気相への作動流体の相変化をグルーブ６４の表面にて生じさせることができる。
また、第１ウィック６３とグルーブ６４とが密着することにより、第１ウィック６３内部にて作動流体の相変化が生じる場合でも、グルーブ６４に伝達された冷却対象の熱を、第１ウィック６３に伝達しやすくすることができる。
この他、グルーブ６４の表面又は第１ウィック６３内にて生じた気相の作動流体を、グルーブ６４の流路６４１に流通させやすくすることができる。
これにより、冷却対象の熱によって、液相から気相への作動流体の相変化を生じさせやすくすることができる他、生じた気相の作動流体を蒸気管５２に流通させやすくすることができるので、冷却対象の熱を速やかに凝縮部５３に輸送できる。従って、冷却対象である光源４１１の冷却効率を高めることができる。
【００５６】
第２ウィック６６は、第１ウィック６３の面６３１に直接接続されている。これによれば、第２ウィック６６と第１ウィック６３との間に、液相の作動流体が流通可能な部材が介在している場合に比べて、第２ウィック６６から第１ウィック６３に液相の作動流体を輸送しやすくすることができる。従って、第１ウィック６３に液相の作動流体を浸み込ませやすくすることができる。
【００５７】
第２ウィック６６の形状は、筒状である。これによれば、リザーバー６２における液相の作動流体の貯留容積を確保しつつ、リザーバー６２内に設けられた第２ウィック６６と第１ウィック６３との間に大きな接触面積を確保できる。従って、第２ウィック６６から第１ウィック６３に液相の作動流体を速やかに輸送できる他、第２ウィック６６による押圧力を第１ウィック６３に均等に作用させることができる。
【００５８】
蒸発部６は、筐体６１の内壁のうち、第１ウィック６３に対してグルーブ６４が位置する方向である＋Ｄ方向から見て第１ウィック６３を囲む第２内壁６１６と、第１ウィック６３の周面６３２との間を封止する封止部材６７を備える。これによれば、第２内壁６１６と第１ウィック６３との間を液相の作動流体がグルーブ６４側に流通してしまうことを抑制できる。従って、液相の作動流体が流路６４１を介して蒸気管５２に流通してしまうことを抑制できる他、第１ウィック６３からグルーブ６４へ液相の作動流体が過剰に供給されてしまうことを抑制できるので、冷却対象の熱によって気相に変化された作動流体を蒸気管５２に効率よく流通させることができる。
【００５９】
プロジェクター１は、光を出射する光源４１１を有する光源装置４と、光源装置４から出射された光を変調する光変調装置３４３と、光変調装置３４３によって変調された光を投射する投射光学装置３６と、上記冷却装置５と、を備える。そして、ループ型ヒートパイプ５１による冷却対象は、光源４１１である。これによれば、上記のように、作動流体の循環効率の低下を抑制できる他、光源４１１の冷却効率を高めることができるので、プロジェクター１を安定して動作させることができる。
【００６０】
［実施形態の変形］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、第２ウィック６６は、第１ウィック６３に直接接続されるとした。すなわち、第２ウィック６６は、第１ウィック６３に接触するとした。しかしながら、これに限らず、第２ウィック６６から第１ウィック６３への液相の作動流体の輸送を妨げない部材が、第２ウィック６６と第１ウィック６３との間に介在配置されていてもよい。例えば、第２ウィック６６と第１ウィック６３との接続は、第２ウィック６６と第１ウィック６３との間に、液相の作動流体の輸送を妨げない部材、換言すると、液相の作動流体が流通可能な部材が介在されている状態も含む。すなわち、第２ウィック６６は、液相の作動流体が輸送可能に第１ウィック６３と接続されていればよい。
【００６１】
上記実施形態では、第２ウィック６６は、筒状に形成されているとした。詳述すると、第２ウィック６６は、リザーバー６２の内縁形状、及び、第１ウィック６３の外縁形状に合わせた円筒状に形成されているとした。しかしながら、これに限らず、第２ウィック６６は、角筒状等の他の形状であってもよい。
また、半円筒状の多孔質体を複数組み合わせることによって、或いは、平板状の多孔質体を丸めて空間６１３内に配置することによって、円筒状の第２ウィック６６を構成してもよい。
更に、第２ウィック６６は、リザーバー６２に貯留された液相の作動流体を第１ウィック６３に輸送でき、かつ、第１ウィック６３をグルーブ６４に押圧できれば、棒状等の他の形状であってもよい。
【００６２】
上記実施形態では、第２ウィック６６は、−Ｄ方向の端部が、液管５４と連通する開口部６１５１が位置する第１内壁６１５と接触し、＋Ｄ方向の端部が第１ウィック６３における−Ｄ方向の面６３１と接触するとした。しかしながら、これに限らず、第２ウィック６６における−Ｄ方向の端部が接触する筐体６１の内壁は、−Ｄ方向にて第１ウィック６３と対向する内壁であればよく、第２ウィック６６は、少なくとも一部がリザーバー６２内に位置し、第１ウィック６３をグルーブ６４に押圧できればよい。
【００６３】
上記実施形態では、冷却対象である光源４１１の支持部材４１４とグルーブ６４との間に、光源４１１で発生した熱をグルーブ６４へ伝達させやすくするための受熱部材６５を配置するとした。しかしながら、これに限らず、受熱部材６５を介さずに、支持部材４１４とグルーブ６４とが、熱伝達可能に接続されていてもよい。
【００６４】
上記実施形態では、蒸発部６は、＋Ｄ方向から見て第１ウィック６３を囲む第２内壁６１６と第１ウィック６３の周面６３２との間には、グルーブ６４側への液相の作動流体の流通を抑制する封止部材６７を有するとした。しかしながら、これに限らず、封止部材６７は無くてもよい。また、封止部材６７は、Ｏリングに限らず、上記機能を実現できれば、他の構成を有するものでもよい。
【００６５】
上記実施形態では、光源装置４の光源４１１は、半導体レーザー４１２，４１３を有するものとした。しかしながら、これに限らず、光源装置は、超高圧水銀ランプ等の光源ランプや、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の固体光源を、光源として有するものであってもよい。この場合、ループ型ヒートパイプ５１による冷却対象は、光源ランプや他の固体光源であってもよい。
【００６６】
上記実施形態では、プロジェクター１は、３つの光変調装置３４３（３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒ）を備えるとした。しかしながら、これに限らず、２つ以下、あるいは、４つ以上の光変調装置を備えるプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
上記実施形態では、光変調装置３４３は、光入射面と光出射面とが異なる透過型の液晶パネルであるとした。しかしながら、これに限らず、光変調装置として、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。また、入射光束を変調して画像情報に応じた画像を形成可能な光変調装置であれば、マイクロミラーを用いたデバイス、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
【００６７】
上記実施形態では、ループ型ヒートパイプ５１を備える冷却装置５をプロジェクター１に適用した例を挙げた。しかしながら、これに限らず、本発明の冷却装置は、プロジェクター以外の装置及び機器に適用可能である他、単体で利用することも可能である。すなわち、本発明の冷却装置の用途は、プロジェクターの構成部品を冷却するものに限定されない。
【符号の説明】
【００６８】
１…プロジェクター、４…光源装置、４１１…光源、３４３（３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒ）…光変調装置、３６…投射光学装置、５…冷却装置、５２…蒸気管、５３…凝縮部、５４…液管、６…蒸発部、６１…筐体、６１１…蒸気管接続部、６１２…液管接続部、６１３…空間、６１４…凹部、６１５…第１内壁、６１５１…開口部、６１６…第２内壁、６１７…保持部、６２…リザーバー、６３…第１ウィック、６３１…面、６３２…周面、６４…グルーブ、６４１…流路、６５…受熱部材、６６…第２ウィック、６７…封止部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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