(57)【要約】【課題】  磁性流体熱機関の動力変換効率を高めるための構成を提供する。【解決手段】  磁性流体と、前記磁性流体の循環流路と、前記循環流路の途中に配置される磁場印加部と、前記磁場印加部内に配置される受熱部及び非受熱部と、前記受熱部に接続される熱源と、前記磁場印加部に磁場を印加する磁場印加手段を備え、前記受熱部内の磁性流体に作用する重力及び慣性力の合力ベクトルに対して、ベクトルの内積の値が少なくとも負となるような方向に駆動力を発生させるように前記受熱部と非受熱部及び磁場印加手段を配置することを特徴とする磁性流体熱機関を構成する。【選択図】  図２
2019071706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性流体と、
前記磁性流体の循環流路と、
前記循環流路の一部に配置される磁場印加部と、
前記磁場印加部内に配置される受熱部及び非受熱部と、
前記受熱部に接続される熱源と、
前記磁場印加部に磁場を印加する磁場印加手段
を備え、
前記受熱部内の磁性流体に作用する重力及び慣性力の合力ベクトルに対して、
ベクトルの内積の値が負となるような方向に駆動力を発生させるように前記受熱部と非受熱部及び磁場印加手段を配置する
ことを特徴とする磁性流体熱機関。
【請求項２】
前記受熱部を非受熱部よりも重力上方に配置する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁性流体熱機関。
【請求項３】
所定の公転軌道上に配置され、
前記受熱部を非受熱部よりも公転中心に近い側に配置する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁性流体熱機関。
【請求項４】
前期磁場印加部において循環流路が折り返し形状を有しており、
前記折り返し形状により生じる往復の流路のうち、一方に受熱部を、もう一方に非受熱部を配置し、
前記折り返し形状の頂部を重力下方に向けるように配置する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁性流体熱機関。
【請求項５】
複数の使用姿勢を有し、
前記複数の使用姿勢の全ての場合における重力及び慣性力の合力ベクトルに対して、
ベクトルの内積の値が負となるような方向に駆動力を発生させるように前記受熱部及び非受熱部を配置する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁性流体熱機関。
【請求項６】
複数の使用姿勢と、
前記複数の使用姿勢の各々に対応する重み係数
を有し、
前記重み係数を勘案して合成される、前記複数の使用姿勢の重力及び慣性力の代表合力ベクトルに対して、
ベクトルの内積の値が負となるような方向に駆動力を発生させるように前記受熱部及び非受熱部を配置する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁性流体熱機関。
【請求項７】
複数の使用姿勢を有し、
前記循環流路の磁場印加部の流路方向に対して磁場印加手段が移動可能に保持されており、
前記各々の使用姿勢時に受熱部が非受熱部よりも重力上方に位置するように磁場印加手段を移動する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁性流体熱機関。
【請求項８】
磁性流体と、
前記磁性流体の循環流路と、
前記循環流路の一部に配置される磁場印加部と、
前記磁場印加部内に配置される複数の受熱可能部と、
熱源と、
前記熱源を前記複数の受熱可能部に対して切替可能に接続する熱伝導方向の切替手段と、
前記磁場印加部に磁場を印加する磁場印加手段
を備え、
前記各々の使用姿勢時に重力上方に位置する側の受熱可能部に熱源の熱を伝導するように熱伝導方向を切り替える
ことを特徴とする磁性流体熱機関。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁性流体熱機関を搭載する機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性流体熱機関及び磁性流体熱機関を搭載する機器に関し、特に磁性流体熱機関の動力変換部の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーにより循環流路中の磁性流体を循環させる磁性流体熱機関が提案されている。例えば特許文献１では、循環流路の一部分において磁場印加手段により磁場を発生させたうえで、加熱手段により磁場中の磁性流体に温度勾配を発生させることで、この部分を動力変換部として磁性流体を循環させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０１−０１２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、上記の磁性流体熱機関の動力変換効率に及ぼす重力の影響は言及されていなかった。ゆえに、機器内で磁性流体熱機関を配置する際の指針が明らかではないという課題があった。
【０００５】
そこで本発明では、磁性流体熱機関の動力変換効率に及ぼす重力の影響を明らかにし、動力変換効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、磁性流体と、前記磁性流体の循環流路と、前記循環流路の途中に配置される磁場印加部と、前記磁場印加部内に配置される受熱部及び非受熱部と、前記受熱部に接続される熱源と、前記磁場印加部に磁場を印加する磁場印加手段を備え、前記受熱部内の磁性流体に作用する重力及び慣性力の合力ベクトルに対して、ベクトルの内積の値が負となるような方向に駆動力を発生させるように前記受熱部と非受熱部及び磁場印加手段を配置することを特徴とする磁性流体熱機関を構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、磁性流体熱機関の動力変換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】磁性流体熱機関の概念的な構成を示す模式図。
【図２】磁性流体熱機関の動力変換部の模式図。
【図３】磁性流体熱機関の動力変換部の応用例を示す模式図。
【図４】第一の実施例におけるレンズ交換式デジタルカメラの模式図。
【図５】第一の実施例におけるレンズ交換式デジタルカメラ内の座標定義を示す模式図。
【図６】第一の実施例における駆動力ベクトルがとるべき範囲を示す模式図。
【図７】第一の実施例における代表重力ベクトルの決定方法を示す模式図。
【図８】第二の実施例における液晶プロジェクタの模式図。
【図９】第二の実施例における液晶プロジェクタの代表的な使用姿勢を示す模式図。
【図１０】第二の実施例における液晶プロジェクタ内の磁性流体熱機関の動力変換部の構成の第一例を示す模式図。
【図１１】第二の実施例における液晶プロジェクタ内の磁性流体熱機関の動力変換部の構成の第二例を示す模式図。
【図１２】第二の実施例における熱伝導方向の切替手段の構成例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、磁性流体熱機関の概念的な構成を示す模式図である。図１において、１００は磁性流体熱機関を、１０１は磁性流体を、１０２は磁性流体１０１の循環流路を、１０３は磁場印加手段を、１０４は熱源を、１０５は仕事手段を、１０６は放熱手段をそれぞれ示す。更に、１０２ａは循環流路１０２中の磁場印加部を、１０２ｂは磁場印加部１０２ａ中の受熱部を、１０２ｃは磁場印加部１０２ａ中の非受熱部をそれぞれ示す。また、点線で囲った１０７は磁場印加手段１０３、熱源１０４、循環流路１０２の磁場印加部１０２ａを含んだ部分の総称として、磁性流体熱機関１００の動力変換部を示す。
【００１０】
また、１０８ｂ、１０８ｃの矢印は循環流路１０２の受熱部１０２ｂ及び非受熱部１０２ｃ内の磁性流体１０１に作用する磁気体積力の代表的な向きと大きさを示し、１０８の矢印はそれらの力の合力としての駆動力を示す。その他の矢印は磁性流体１０１が循環流路１０２内を流れる方向を示す。以降も同様の矢印は磁性流体の流れる方向を示すものとする。
【００１１】
磁性流体熱機関は、動力変換部において熱源の熱エネルギーを磁性流体の運動エネルギーに変換する機関である。磁性流体熱機関には様々な用途がある。例えば、熱源に加熱手段を用いると、仕事手段で仕事を行う液送装置（ポンプ）として利用することができる。このポンプは可動部が存在しないため、騒音や振動を発生せず、またメカニカルシールも存在しないため、耐久性や漏れ、異物の混入等の問題が無いといった優れた特徴を有している。
【００１２】
また、熱源に放熱対象の電子部品を用いると、その熱により磁性流体を循環させ、放熱手段へ熱を輸送し放熱する自己循環式の液冷システムとして利用することができる。この液冷システムは別途電源を必要としないため省電力であり、余分な熱を発生しないという優れた特徴を有している。
【００１３】
磁性流体熱機関における動力変換の原理は、先行文献にて開示されているため、詳しい図示を省略し簡潔に説明する。まず、磁性流体１０１を満たした循環流路１０２の一部分に磁場印加部１０２ａを設けて、その内部に対して磁場印加手段１０３により磁場を発生させる。この際、磁場印加部のおよそ半分の領域を受熱部１０２ｂ、もう一方の領域を非受熱部１０２ｃとして、これらの領域で専ら流路方向に沿い、互いに対向する向きの磁場が発生するようにする。
【００１４】
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１０１がもう一方の領域の方に引き付けられる力（流路方向の磁気体積力１０８ｂ及び１０８ｃ）を受ける向きになるようにする。
【００１５】
次に、受熱部１０２ｂに対して熱源１０４により熱を印加し、内部の磁性流体１０１の温度を上昇させる。すると、磁性流体１０１は感温性により磁性が弱まるため、磁場から受ける磁気体積力１０８ｂも弱まる。これにより、磁場印加部１０２ａ中で受熱部１０２ｂ内の磁性流体と、非受熱部１０２ｃ内の磁性流体の間の磁気体積力の平衡が崩れるため、非受熱部から受熱部に向かって磁性流体が移動する力（駆動力１０８）が発生する。以上の原理により動力変換がなされ、これが磁性流体１０１中で連続的に伝搬することにより、磁性流体１０１が循環流路１０２内を循環する。
【００１６】
上記の原理に基づけば、磁性流体熱機関１００の動力変換効率に及ぼす重力の影響は次のように考えることができる。
【００１７】
図２は、磁性流体熱機関１００の動力変換部１０７の詳細な構成を示す模式図である。図２において、１０３ａ、１０３ｂはそれぞれ組み合わさることで磁場印加手段１０３を構成する磁石とヨークを示す。また、１０９の矢印は受熱部１０２ｂ中の磁性流体１０１に作用する浮力を示す。
【００１８】
磁性流体熱機関１００において、受熱部１０２ｂ内の磁性流体１０１の温度を上昇させると、前述の原理により駆動力１０８が発生する傍らで、受熱部１０２ｂ中では局所的に磁性流体の密度が減少するため、重力と逆方向の浮力１０９が発生する。仮にこの浮力１０９が、循環流路１０２方向において駆動力１０８と逆方向であった場合、駆動力は減衰するため、磁性流体熱機関１００の動力変換効率は低くなる。
【００１９】
一方で、駆動力と同方向であった場合は、両者が加わることで見かけ上の駆動力が増すため、磁性流体熱機関１００の動力変換効率を高めることができる。よって、発生する浮力１０９の向きが駆動力１０８の向きとなるべく揃うように動力変換部１０７を構成すると良い。
【００２０】
図２に示す動力変換部１０７は上記のことを鑑みて構成されたものである。すなわち、磁性流体熱機関１００の使用時の姿勢において、受熱部１０２ｂが非受熱部１０２ｃよりも重力上方に位置するように配置している。このような配置をとることで、浮力１０９の循環流路方向の成分１０９ａの向きが駆動力１０８の向きと揃うようになる。よって、動力変換効率を高めることができる。
【００２１】
本発明の実施形態の定義をより厳密に述べるとすれば、磁性流体熱機関の受熱部における駆動力ベクトル（駆動力の向き）と、磁性流体に作用する重力と慣性力の合力ベクトルとの内積が少なくとも負で、かつ絶対値が大きくなるように動力変換部を配置すると良い。
【００２２】
図３にいくつか応用例を示す。図３（ａ）は小型化及び磁場印加手段１０３の簡略化のために、動力変換部１０７において循環流路１０２を折り返した構成を有する磁性流体熱機関の模式図である。この熱機関においても、磁性流体は非受熱部１０２ｃから受熱部１０２ｂに向かって流れるような駆動力が発生する。よって、受熱部１０２ｂ内における駆動力ベクトルＦＤは矢印１０８に示すようになる。よって、重力ベクトルＦＧ（矢印１０９）がそれと反対方向を向くようにするために、折り返しの頂部１１０を重力下方に向けて配置している。
【００２３】
また、図３（ｂ）は特定の円軌道１２１で公転する機械１２０内の磁性流体熱機関の例を示している。重力ベクトルＦＧ（矢印１０９）と遠心力ベクトルＦＩ（矢印１１１）の合成ベクトルＦＧ＋Ｉ（矢印１１２）に対して、反対の方向に駆動力ベクトルＦＤ（矢印１０８）が発生するように動力変換部を配置している。
【００２４】
続いて、磁性流体熱機関１００の各部の詳細な構成について説明する。磁性流体１０１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といった強磁性微粒子を分散させた、一般的な物を利用することができる。
【００２５】
循環流路に相当するチューブ又はパイプ部材１０２は、内部に磁場が作用するように、樹脂やゴム、銅やアルミ等の非磁性の材料を用いることが望ましい。また、動力変換の効率を高めるにあたっては、受熱部１０２ｂにおいては内部の磁性流体によく熱を伝えることが重要であり、一方非受熱部１０２ｃにおいては磁性流体になるべく熱を伝えないことが重要である。よって、循環流路１０２は部分的に材質を変えて複数の部品で形成してもよい（例えば受熱部は熱伝導率が高い銅製、非受熱部は熱伝導率が低いナイロン製にする等）。
【００２６】
磁場印加手段１０３は、例えば高い磁束密度を有するネオジム磁石を用いた上で、循環流路方向の磁場が強くなるように鉄等のヨークを組み合わせるとよい。又は、磁場の強さやオン、オフを制御しやすい電磁石を用いてもよい。
【００２７】
熱源１０４は、例えば電熱線等の線状発熱体や、ラバーヒーター等の柔軟性を有する面状発熱体を、チューブ又はパイプ部材１０２の受熱部１０２ｂに巻き付けて使用するとよい。または、液冷用途で放熱対象の電子部品を用いる場合は、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又はパイプを囲むように接続したうえで、他端を放熱対象の電子部品と接続して、間接的に熱を伝えるような構成としてもよい。仕事手段１０５は、目的に応じて適宜組み込むものである。液冷用途の場合は省略しても構わない。
【００２８】
放熱手段１０６は、熱源１０４により加熱されて高温となり受熱部１０２ｂから流れてくる磁性流体１０１の温度を下げて、非受熱部１０２ｃへ戻すために必要である。仮にこれを省略した場合、次第に受熱部１０２ｂと非受熱部１０２ｃ内の磁性流体の温度差が減少するため、動力変換効率が下がり、やがて循環は止まってしまう。放熱手段としては、例えば循環流路１０２の途中にラジエータを組み込んで放熱させたり、循環流路１０２の一部に対して放熱フィンを取り付けて放熱させたりするとよい。又は、循環流路１０２自体をファンの風や他の冷媒中に晒して放熱させてもよい。
【００２９】
以上説明した構成により本発明は完成するが、本発明はこの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形を施しても構わない。
【００３０】
続いて磁性流体熱機関を利用した機器の実施例を説明する。
［実施例１］
以下、図４から図７を参照して、本発明の第１の実施例による、磁性流体熱機関を備えたレンズ交換式デジタルカメラ（以降、単にカメラと呼称する）について説明する。なお、説明の簡潔化のため、ここでは慣性力の影響は考えないものとする。
【００３１】
図４は本実施例におけるカメラの模式図である。図４において、１００は磁性流体熱機関を、２００はカメラ本体を、２０１はカメラ２００の筐体を、２０２は別途不図示のレンズを接続するマウント部を、２０３は撮像素子を、２０４は撮像素子の撮像面の中心に直交する撮像光軸を、２０５は画像処理ＩＣ２０５ａを始めとする各種ＩＣを有するメイン基板をそれぞれ示す。
【００３２】
また、２０６は各種操作用のボタン及びダイヤル群を、２０７はファインダを、２０８はストロボキャパシタを、２０９は放熱フィンを、２１０は熱伝導部材をそれぞれ示す。加えて、以降の説明の便宜を図るために、図中に記すようにカメラ２００の方向を定義する。カメラ２００はその他にも様々な部材を有するが、本実施例の要部ではないため図示及び説明を省略する。
【００３３】
カメラ２００を用いた撮影動作について簡潔に説明する。まず、ユーザーはカメラ２００に適当なレンズを取り付けた状態でカメラを把持し、撮影したい対象に向ける。その後、ファインダ２０７を覗き込みつつ構図を決定し、ボタン群２０６中のレリーズボタンを押下してカメラ２００に対して撮影を指示する。カメラ２００は撮影指示を受けると、撮像素子２０３上にレンズの像を結像させ、所定時間露光させる。露光中、撮像素子２０３においては光電変換がなされ、撮影対象の像に応じた電気信号が蓄積される。露光が終了すると、画像処理ＩＣ２０５ａを主とするメイン基板２０５上の各ＩＣが撮像素子２０３の信号を読み出し、画像情報を作成する。
【００３４】
得られた画像情報は適宜加工がなされた後、不図示の記録メディアに保存される。以上で画像ファイルが得られ、撮影動作が完了する。以上は主に静止画を撮影する際の動作であるが、動画を撮影する場合もこれらと同様の動作を高速かつ連続的に行うことで動画ファイルを得ることができる。
【００３５】
一般に、デジタルカメラで長時間の動画撮影を行うと、上述の動作により、撮像素子２０３や画像処理ＩＣ２０５ａを始めとする各種電子部品が大きな電力を消費するため、熱が発生し、筐体の温度が上昇する。この際特に、上記の電子部品に近い部分の筐体２０１の表面等はいわゆるヒートスポットと呼ばれる、局所的に温度が高い部分となりやすい。よって、筐体内で発生した熱をよく拡散することで、ヒートスポットの発生を防ぎ、放熱を促進するための放熱対策をとることが好ましく、そのための放熱手段として本実施例のカメラ２００は磁性流体熱機関１００を備えている。
【００３６】
すなわち、撮像素子２０３や画像処理ＩＣ２０５ａ等の電子部品が熱源１０４に相当し、熱伝導部材２１０ａを経由して磁性流体熱機関１００の受熱部１０２ｂと間接的に接続されている。これにより磁性流体が循環し、熱が運ばれて拡散される。拡散された熱は、例えば熱伝導部材２１０ｂによりマウント部２０２を経由してレンズに伝えられる。更に、熱伝導部材２１０ｃを経由してストロボキャパシタ２０８に伝えられる。また、カメラ底部に埋め込まれた放熱フィン２０９中を通る際に外部へと放出される。以上より、カメラシステムの各部に熱が拡散され、また、カメラ外へと放出されることで放熱がなされる。
【００３７】
ここで、一般にカメラは被写体との位置関係や構図の工夫のために、横位置（上面側を鉛直上方とする姿勢）や縦位置（グリップ側を鉛直上方とする姿勢）、仰角（正面側を鉛直上方とする姿勢）、俯角（背面側を鉛直上方とする姿勢）、また、チルト（鉛直方向の回転）やロール（光軸周りの回転）等、様々な姿勢で撮影がなされる。ゆえに、磁性流体熱機関の効率を高めるための動力変換部の配置は一意には定まらないことが多い。
【００３８】
よって、このような場合は、例えば想定されるどの撮影姿勢においても、少なくとも駆動力が減衰しないように（駆動力ベクトルと各重力ベクトルとの組合せの内積が、いずれも少なくとも負になるように）動力変換部を配置するとよい。又は、各撮影姿勢について、想定される使用頻度や、（要求される画質等の）重要性等のパラメータに応じた重み付けを行い、これらを加味して代表姿勢を決定するとよい。その際の重力ベクトル（以降、代表重力ベクトルと呼称する）に対して反対方向に駆動力が発生するように動力変換部を配置する。続いてこれらの手法の詳細を説明する。
【００３９】
以降の説明の便宜を図るために、カメラ２００に対して直交及び球の三次元座標系を導入する。図５は本実施例におけるカメラ２００内の座標定義を示す模式図である。図５において、不図示の撮像素子２０３の撮像面上の中心に座標系の原点Ｏを設定し、カメラ２００の正面側の光軸方向にｘ軸を、カメラ２００の上面側の光軸直交方向にｚ軸を、カメラ２００のグリップ側と反対側の光軸直交方向にｙ軸をそれぞれ設定する。また、ｚ軸正方向からなす角度にθを、ｘｙ平面内におけるｘ軸正方向からｙ軸正方向に向かってなす角度にΦをそれぞれ設定する。
【００４０】
以上の設定によれば、図５におけるカメラ２００に作用する重力ベクトルＦＧ（矢印２２０。単位ベクトルとする。以降も同様に単位ベクトルを扱うものとする）は直交座標系にて（０，０，−１）、又は球座標系にて（１，π，０）とそれぞれ表現することができる。
【００４１】
まず、前者の手法について説明する。ある撮影姿勢ｎにおける重力ベクトルをＦＧｎ（１，θＧｎ，ΦＧｎ）とすると、それとの内積が少なくとも負になるような駆動力ベクトルＦＤｎ（１，θＤｎ，ΦＤｎ）が取るべき範囲が決まる。更に、想定される撮影姿勢の数の分だけ同様の範囲が決まるため、それらを重ね合わせ、共通する部分を求めることで、最終的に駆動力ベクトルＦＤが取るべき範囲を決定することができる。よって、その方向に駆動力が発生するように磁性流体熱機関の動力変換部を配置すればよい。
【００４２】
図６は以上の手法の原理を示す模式図である。図６（ａ）から（ｃ）は各々の撮影姿勢（参考として模式図を付記している）における重力ベクトル２２１から２２３、及びそれらに応じた駆動力ベクトル２２５ａから２２５ｃが取るべき値の範囲を示している。２２４ａから２２４ｃに示す網かけ領域が駆動力ベクトルが取るべき範囲である。更に、これらを重ね合わせ、共通する部分を示したものが図６（ｄ）である。これより、２２４に示す網かけ領域の範囲内に駆動力ベクトル２２５を発生するように、カメラ２００内における磁性流体熱機関１００の動力変換部１０７を配置するとよい。
【００４３】
以上の手法を取ることで、どのような撮影姿勢においても磁性流体熱機関の駆動力が減衰することがないため、動力変換効率を高めることができる。一方、撮影姿勢の種類によっては、上記の手法では解が存在せず、駆動力ベクトルが取り得る範囲が無い場合がある。そのような場合には後者の手法を取るとよい。
【００４４】
重み付けにより代表重力ベクトルを決める手法の模式図を図７に示す。図７（ａ）はカメラ２００が仮に想定する６種類の撮影姿勢を示す模式図であり、各々の撮影姿勢には想定される使用頻度や重要性に応じた重み係数がそれぞれ割り振られている。例えば、２３１に示す正立姿勢は使用頻度も重要性も最も高いと考えられるため、重み係数が最も大きく設定されている。
【００４５】
また、２３３に示すグリップ側を上とする撮影姿勢は、２３４に示すその反対側を上とする姿勢よりも使用頻度が高いと考えられるため、重み付け係数がより大きく設定されている。なお、これらの係数は本実施例の説明の便宜を図るために仮定した物であり、実際のデジタルカメラの使用実績に基づくものではない。
【００４６】
重み係数を割り振ったら、図７（ｂ）に示すようにそれを考慮しつつ重力ベクトルの合成を行い、代表姿勢時の代表重力ベクトルＦＧＣ（矢印２３７）を求める。これより、その反対方向を駆動力ベクトルＦＤ（矢印２３８）の方向として決定することができる。よって、その方向に駆動力を発生するように磁性流体熱機関の動力変換部を配置することで、多くの撮影シーンや重要度に応じて動力変換効率を高めることができる、バランスの良い構成を提供することができる。
【００４７】
以上説明したように、磁性流体熱機関を搭載する機器が複数の使用姿勢を有する場合には、いずれの姿勢時も効率を高められるようにするか、又は使用頻度や重要性に応じた重み付けにより代表姿勢を決めた上で、その姿勢で効率が最大になるようにするとよい。
【００４８】
［実施例２］
以下、図８から図１１を参照して、本発明の第２の実施例による磁性流体熱機関を備えた液晶プロジェクタ（以降、単にプロジェクタと呼称する）について説明する。
【００４９】
図８は本実施例におけるプロジェクタの模式図である。図８において、３００は磁性流体熱機関１００を備えるプロジェクタ本体を、３０１はプロジェクタ３００の筐体を、３０１ａ及び３０１ｂはフィルタを備える通風用の開口部をそれぞれ示す。また、３０２は光源３０２ａを含む照明光学系を、３０３は反射ミラーを、３０４は不図示の反射型液晶パネル（いわゆるＬＣＯＳ）やダイクロイックミラー及びプリズム等を含む色分離合成光学系を、３０５は投影光学系をそれぞれ示す。
【００５０】
また、３０６は電源系を、３０７は制御系を、３０８は脚部材をそれぞれ示す。更に、磁性流体熱機関は放熱手段としてラジエータ１０６ａ及びファン１０６ｂを備えている。その他にもプロジェクタ３００は様々な部材を有するが、本実施例の要部ではないため図示及び説明を省略する。
【００５１】
プロジェクタ３００による投影動作を簡潔に説明する。不図示の入力インターフェースより、投影するべき映像信号が入力されると、制御系３０７を通じて色分離合成光学系３０４内のＬＣＯＳ上に対応する表示状態が形成される。また、光源３０２ａは電源系３０６より供給される電気を光に変換し、ミラー３０３を経由して色分離合成光学系３０４に供給する。色分離合成光学系３０４は、供給された光を３原色であるＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに分離し、各々をＬＣＯＳに反射させて像を得た後に合成して、投影すべき像を形成し投影光学系３０５へと導く。最後に投影光学系３０５でズームやフォーカス、チルト、シフト等、所望の投影状態を得るための調整がなされた後、スクリーン等に映像が投影される。
【００５２】
上記の動作時、プロジェクタ３００は特に光源３０２ａで多くの電力を消費し、熱を発生する。よって、この熱による光源３０２ａや周囲の部材の故障や寿命の低下を抑制するために、プロジェクタ３００は放熱手段として磁性流体熱機関１００を備えている。すなわち、光源３０２ａが熱源１０４に相当し、不図示の熱伝導部材により、磁性流体熱機関１００の受熱部に対して直接又は間接的に接続されている。これにより磁性流体が流路を循環し、光源３０２ａの熱を運び去る。運ばれた熱はラジエータ１０６ａよりプロジェクタ３００の外に放出されるため、放熱がなされる。
【００５３】
プロジェクタ３００は実施例１におけるカメラ２００と同様に、動作時の姿勢が１種類とは限らず、複数の姿勢で使用される。プロジェクタ３００の代表的な設置方法を図９に示す。図９（ａ）はいわゆる据置による設置方法であり、脚部材３０８を有する底面を重力下側に向けて基準面３２１ａ上に置かれる。また、図９（ｂ）はいわゆる天吊りによる設置方法であり、底面を重力上側に向けて天井３２１ｂに対して固定される。前者はオフィスのミーティングスペースや小規模の会議室等、後者は大規模の会議室やホール等でそれぞれ利用頻度が高い。
【００５４】
ここで、図９（ａ）に示す据置時のプロジェクタ３００の姿勢を正立状態とすると、図９（ｂ）に示す天吊り時の姿勢は倒立状態となり、両者は互いに反対方向に重力を受けることになる。これより、先に説明した実施形態では、両方の姿勢時で磁性流体熱機関の動力変換効率を高めることはできない。また、重み付けを行っても結局どちらかの姿勢を無視する結果としかならず、十分であるとはいえない。よって、このような互いに反対方向の使用姿勢を有する機器のための動力変換部の構成が求められる。
【００５５】
このような場合は、機器の姿勢変化に応じて磁性流体熱機関の動力変換部の構成を可変とし、発生する駆動力の方向を変えられるようにするとよい。それにより、どの姿勢においても磁性流体熱機関の動力変換効率を高めることができるようになる。続いてそれを実現するための構成を説明する。
【００５６】
図１０はプロジェクタ３００における磁性流体熱機関１００の動力変換部１０７の構成の第一例を示す模式図である。図１０（ａ）はプロジェクタ３００の正立状態を、図１０（ｂ）はプロジェクタ３００の倒立状態をそれぞれ示している。図１０において、１０２ａは磁場印加部を、１０２ｂは受熱部を、１０２ｃは非受熱部を、１０３は磁場印加手段に相当する磁石ユニットを、１０４は熱源に相当する、他端をプロジェクタ３００の光源３０２ａと接続した熱伝導部材をそれぞれ示す。
【００５７】
更に、３３１はスライドレールを、３３２はバラストを、３３３はクッション部材をそれぞれ示す。また、３３４ａ及び３３４ｂ（ＦＧ１及びＦＧ２）は受熱部１０２ｂ内の磁性流体に作用する重力ベクトルを、３３５ａ及び３３５ｂ（ＦＤ１及びＦＤ２）は受熱部１０２ｂ内の磁性流体に作用する駆動力ベクトルをそれぞれ示す。
【００５８】
受熱部１０２ｂ及び２箇所の非受熱部１０２ｃは皆同一の形状を有している。更に、磁石ユニット１０３は、バラスト３３２を介してスライドレール３３１に対して相対移動可能に接続されている。これより、プロジェクタ３００の正立、倒立どちらの姿勢時にも、磁石ユニット１０３は重力の影響により重力下方に移動し、磁石ユニットから見た受熱部１０２ｂが有効な方（磁場印加部１０２ａ内に位置する方）の非受熱部１０２ｃよりも上方に位置するようになる。
【００５９】
よって、駆動力は重力上方に発生し、重力と反対方向を向くようになるため、正立、倒立どちらの姿勢時にも磁性流体熱機関の動力変換効率を高めることができるようになる。なお、この際磁性流体熱機関１００における磁性流体の循環方向はそれぞれ逆向きになるが、本実施例における放熱用途としては問題無く使用することができる。
【００６０】
本実施例においてバラスト３３２は、磁性流体熱機関１００の動作時の反力により、磁石ユニット１０３が浮き出さないようするために追加している。該反力に対して磁石ユニット１０３が十分に重い場合は省略しても構わない。また、クッション部材３３３は磁石ユニット１０３の移動時の突き当たりの衝撃を和らげるために追加している。代わりにダンパー機構等を用いてもよい。
【００６１】
また、これまで説明したような、重力によって磁石ユニット１０３を動かす構成ではなく、モータ等の外部制御手段や、ユーザーが手動で磁石ユニットを動かすような構成としてもよい。この場合は、例えばプロジェクタ３００が姿勢検出手段を備え、その出力に応じてモータを駆動したり、ユーザーに磁石ユニット１０３の移動を促したりするような構成とすると良い。又は、プロジェクタの姿勢を変更する際に必要となる、画面の反転操作等に連動して磁石ユニット１０３を動かすように設定しても良い。
【００６２】
続いて、図１１はプロジェクタ３００における磁性流体熱機関１００の動力変換部１０７の構成の第二例を示す模式図である。図１１はプロジェクタ３００の正立状態を示している。１０２ｄ及び１０２ｅは共に受熱部又は非受熱部のどちらかとなりうる受熱可能部を、３４１は板バネによる熱伝導部材を、３４２は熱伝導方向の切替手段に相当する、熱伝導部材３４１における切替機構部を、３４２ａ及び３４２ｂは熱伝導方向の切替機構３４２の熱接点を、３４３は磁石ユニット１０３を固定する内壁を、３４４は直動モータを、３４５はプロジェクタ３００の姿勢検出手段をそれぞれ示す。
【００６３】
本構成においては、受熱可能部１０２ｄと１０２ｅの両方に対して熱伝導部材１０４が接続されており、共に熱伝導方向の切替機構３４２を介して光源３０２ａと接続されている。これより、切替機構３４２を用いて、一方の領域には光源３０２ａの熱を伝え、もう一方の領域には熱を伝えないように制御することで、磁性流体が流れる方向を自由に切り替えることが可能となる。
【００６４】
すなわち、図１１においては熱接点３４２ａがオン、３４２ｂがオフとなっているため、受熱可能部１０２ｄが受熱部、受熱可能部１０２ｅが非受熱部となるため、重力上方に駆動力が発生する。よって動力変換効率を高めることができる。一方、プロジェクタ３００を倒立させる場合は、逆に熱接点３４２ａをオフ、３４２ｂをオンとすることで同様に効率を高めることができる。
【００６５】
なお、熱伝導方向の切替機構３４２において、熱接点のオン、オフは板バネ同士の弾性接触及び非接触により実現している。すなわち、熱接点をオンとする際は、直動モータ３４４により板バネ同士が密着する方向に変形するように力を加えている。これにより、この部分における熱抵抗の増加は最小限に留められる。
【００６６】
なお、熱伝導方向の切替手段は別の構成をとってもよい。切替手段の構成例を図１２に示す。例えば、図１２（ａ）に示すように、熱接点３４２ａと３４２ｂは隙間を有しており、そのどちらか一方に対して熱伝導部材３４２ｃを挿入することで熱伝導をオンとしてもよい。
【００６７】
この構成の場合は、より広く、剛性が高い接触部を得やすいため、熱抵抗の増加を低く留めやすいという利点がある。接触また、図１２（ｂ）に示すように、断熱容器３４２ｅ内に伝熱液３４２ｄを封入した構成において、どちらか一方の熱接点間に伝熱液が満たされ、熱伝導がオンとなるようにしてもよい。この構成の場合は、伝熱液は重力に従って自動的に移動するため、姿勢制御手段が不要となるという利点がある。
【００６８】
以上説明した二種類の動力変換部１０７の構成は、どちらも駆動力の発生方向を逆転可能にする点で共通であるが、それぞれ異なる特徴があり、適宜選定して用いるとよい。例えば、磁石ユニット１０３を動かす前者の手法は、光源３０２ａと受熱部１０２ｂ間に熱接点が存在しないため、熱抵抗を小さくすることができ、より効率を高めやすいという利点がある。一方、熱伝導方向の切替機構３４２を用いる後者の手法は、熱接点が介在することにより熱抵抗が大きくなりやすいという場合があるものの、磁石ユニット１０３を動かす必要がないため、プロジェクタ３００の高さ方向に小型化しやすいという利点がある。
【００６９】
以上説明したように、本実施例によれば、互いに反対方向に重力を受ける複数の使用姿勢を有する機器においても、磁性流体熱機関の動力変換部の構成を可変とすることで、いずれの姿勢においても動力変換効率を高めるための構成を提供することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１００．磁性流体熱機関
１０１．磁性流体
１０２．循環流路
１０２ａ．磁場印加部
１０２ｂ．受熱部
１０２ｃ．非受熱部
１０３．磁場印加手段
１０４．熱源
１０７．動力変換部
１０８．駆動力ベクトル
１０９．浮力ベクトル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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