(57)【要約】【課題】  固体光源が固着される冷却ケース内の冷却液体を羽根部材によって強制対流させることで、効率よく固体光源を冷却し、固体光源の輝度をあげ、長期にわたって性能を維持できる光源装置を提供する。【解決手段】  光源装置１は、固体光源であるＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１を固着する金属基板２１と、金属基板２１が固着され、内部に冷却液体９０が密閉される冷却ケース３１と、冷却ケース３１の内部に駆動可能に設けられた羽根部材５１とが備えられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体光源と、該固体光源を固着する基板と、
前記基板が固着され、内部に冷却液体が密閉される筐体と、
前記筐体の内部に駆動可能に設けられた羽根部材と、
が備えられていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記羽根部材は、回転軸と、この回転軸に設けられた複数の羽根部と、が備えられ、
前記回転軸の一端が前記筐体に挿通され、その端部に固着された磁石と、
前記磁石の端面方向に空隙を有して対向する位置に固定子が備えられ、
前記磁石と前記固定子の間にあって、前記磁石とは空隙を有する位置に、前記筐体が密閉される密閉板と、
が備えられていることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
前記羽根部の外径が、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光源装置において、
前記密閉板が、非磁性、かつ高比抵抗材料で形成されていることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項２に記載の光源装置において、
前記固定子が、コイルコアとコイルとから構成され、その外周が樹脂封止され、
前記筐体が、前記固定子が装着されることで密閉されることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光源装置において、
前記羽根部材は、回転軸と、この回転軸に設けられた複数の羽根と前記磁石と、を備え、
前記磁石の外周に設けられたリング状の固定子とをさらに備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光源装置において、
前記羽根部材が、一方の端部が前記筐体の前記固体光源が固着される側に対して反対側に支持され、他方の端部が往復振動される板状部材であることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項１または請求項７に記載の光源装置において、
前記羽根部材の両面に圧電素子が固着され、この圧電素子の屈曲振動によって、前記羽根部材が往復振動されることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項１、請求項７または請求項８のいずれかに記載の光源装置において、
前記羽根部材の振動部長さが、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
請求項１または請求項７に記載の光源装置において、
前記羽根部材は板状部材であって、前記羽根部材が前記筐体の外部に挿通された端部に備えられた磁極片と、
前記羽根部材の長手方向途中を支持し、前記筐体に固着されるヒンジと、
前記磁極片の外縁と空隙を有して前記磁極片の磁極と対向する位置に一対の固定磁極と、を備え、
前記羽根部材が往復振動されることを特徴とする光源装置。
【請求項１１】
請求項１または請求項１０に記載の光源装置において、
前記筐体の一部が、前記羽根部材に備えられた磁極片を覆うように凹部が形成され、
前記筐体が密閉されていることを特徴とする光源装置。
【請求項１２】
固体光源と、該固体光源を固着する基板と、
前記基板が固着され、内部に冷却液体が流動される筐体と、
前記筐体の内部に駆動可能に設けられた羽根部材と、
前記筐体に設けられた液体流入口と液体流出口と、
が備えられていることを特徴とする光源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光源装置において、
前記羽根部材が、放射状に形成された複数の羽根を有し、
前記羽根部材が、複数備えられていることを特徴とする光源装置。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の光源装置において、
前記複数の羽根部材の回転方向がそれぞれ異なることを特徴とする光源装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の光源装置において、
前記羽根部材が、一方の端部が前記筐体の封止部材に固着され、他方の端部が往復振動される板状部材であることを特徴とする光源装置。
【請求項１６】
請求項１または請求項１２に記載の光源装置において、
前記基板と前記筐体が一体的に構成されていることを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体光源等が発生する熱を筐体内の冷却液体を強制対流させることで、効率よく冷却する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を照明に用いるプロジェクタ等の電子機器の小型化、高輝度化が促進されて装置内の熱密度が従来に比べて上昇してきたために、電子機器、特に発熱源である光源装置の冷却性能の一層の向上が必要とされてきている。
【０００３】
このことから、ＬＥＤのような発光素子が配線基板上に実装され、発光素子の周囲に穴が空いた枠体が配線基板に固着され、この枠体の穴に不活性で透光性がある液体が入れられた後に、透明な樹脂で形成された蓋体であるレンズ板が液体を密閉するように固着され、この液体の自然対流によって発光素子や配線基板からの熱輸送が促進される光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＬＥＤが、筐体内に密閉された絶縁性かつ不活性で透光性を有する液体中に浸漬され、この液体に接する部分に筐体に形成された放熱用のフィンが設けられているか、または、筐体を密閉するレンズ部分に金属枠が設けられ、これらのフィンや金属枠に熱を伝導して冷却を促進するという光源装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、発熱部品を筐体である冷却体に固着し、冷却体内の冷媒に気泡を発生させ、この気泡によって冷媒を循環させるという冷却体構造が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−３６１４８号公報（第３〜第４頁、図１、図２）
【特許文献２】特開２００１−３６１５３号公報（第３頁、図１、図２）
【特許文献３】特開平８−１５３８３９号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような特許文献１では、冷却用液体は枠体内において自然体対流で循環されるため、循環スピードが遅く、充分な冷却が行えないので、ＬＥＤの温度が上昇し輝度を高めることができない。
また、枠体外部への放熱部であるレンズ部は、合成樹脂やガラスで構成されているために、熱伝導率の高い金属に比較し、熱伝導率が低く熱抵抗となるという課題がある。
【０００７】
また、特許文献２では、筐体内に放熱用のフィンを設けてあるか、または筐体を密閉するレンズ部に金属枠を設け、これらのフィンや金属枠にＬＥＤが発生する熱を伝導させるので筐体外部への熱抵抗は小さくなるが、冷却用の液体は自然対流とされる。自然対流では、対流スピードが遅く、充分な冷却は行えないという課題がある。
【０００８】
また、特許文献３では、発熱部品を冷却体に固着し、冷却体内の冷媒に気泡を発生させ、この気泡によって冷媒を循環させる。気泡が存在する冷媒は比重が低くなり、気泡が混在された冷媒は比重が軽い方へと移動する。
この移動によって冷媒が循環するが、比重が小さい循環の上部と比重が大きい下流部との温度差が大きくなり、発熱部品を均一に冷却ができないという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、固体光源が固着される筐体内の冷却液体を強制対流させることで、効率よく固体光源を冷却し、固体光源の輝度をあげ、長期にわたって性能を維持できる光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光源装置は、固体光源と、該固体光源を固着する基板と、前記基板が固着され、内部に冷却液体が密閉される筐体と、前記筐体の内部に駆動可能に設けられた羽根部材と、が備えられていることを特徴とする。
ここで、固体光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザーダイオード、ＥＬ(エレクトロルミネッセンス)等を採用することができる。
また、冷却液体は、特に限定されるものではないが、水や、流動性がよいシリコン系オイルなどが採用される。
【００１１】
この発明によれば、固体光源が、基板を介して筐体に固着されており、この筐体は密閉された容器であり、内部に冷却液体が収納されている。筐体内部には、回転駆動や往復駆動される羽根部材等が設けられ、例えば、筐体外部の制御回路等によって駆動されるので、冷却液体が筐体内部で強制対流される。このことにより、固体光源から発生される熱が伝導される筐体内面に沿って冷却液体が対流し、高効率の冷却ができる。
また、固体光源から熱が伝達された冷却用の液体は、強制対流される過程で筐体にも伝達されるが、筐体に設けられた例えば、冷却フィンから空気中に放熱されるので、より一層冷却効果が高められる。
このように、効率的な冷却ができるので、固体光源の輝度を高めることができ、また、
温度上昇による、固体光源の劣化を防止することができる。
【００１２】
本発明では、前記羽根部材は、回転軸と、この回転軸に設けられた複数の羽根と、が備えられ、前記回転軸の一端が前記筐体に挿通され、その端部に固着された磁石と、前記磁石の端面方向に空隙を有して対向する位置に固定子が備えられ、前記磁石と前記固定子の間にあって、前記磁石とは空隙を有する位置に、前記筐体が密閉される密閉板と、が備えられていることが好ましい。
この発明によれば、回転軸には、複数の羽根部が設けられ、この回転軸は、磁石と、この磁石の端面に対向して備えられた固定子（このような磁石と固定子の構成は、アキシャルギャップモータと呼ばれる）によって回転されるため、効率よく羽根部が回転され、冷却効果を高めることができる。
【００１３】
また、磁石と固定子の間には、密閉板が設けられ、この密閉板は、例えば、筐体に圧入、接着、溶接溶着等の手段で固着されるので、冷却用の液体が、筐体から漏れ出すことを防止し、長期間にわたって光源装置の冷却性能を維持することができる。
【００１４】
また、本発明では、前記羽根部の直径が、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。
このような構造では、固体光源がＬＥＤである場合、ＬＥＤの底辺の一辺は、１ｍｍ〜２ｍｍで、ＬＥＤが固着される基板は直径８ｍｍ、もしくは一辺８ｍｍ〜１０ｍｍ程度の方形であることが多いので、羽根部の直径は２ｍｍ以上１０ｍｍとされることで、ＬＥＤ光源の冷却が効率よく行われる。
この際、筐体内の液体の対流を効率よく行うためには、筐体内辺の大きさにも影響されるが、羽根部の外径は、筐体内辺の１/３〜２/３の大きさの範囲に設定されることが好ましい。
【００１５】
本発明では、前記密閉板が、非磁性、かつ高比抵抗材料で形成されていることが好ましい。
本発明の構造では、羽根部材を回転する手段としては、アキシャルギャップモータが採用されている。このアキシャルギャップモータを構成する磁石と固定子の間に密閉板が設けられている。従って、磁石の漏れ磁界や固定子の磁界の影響を受けない非磁性材料が採用されることで、羽根部材が効率よく回転される。
また、密閉板は、高比抵抗材料で構成されるため、アキシャルギャップモータが駆動される際に渦電流が発生しにくいため、渦電流により発生される熱を低減させることができる。
密閉板の材料としては、セラミック材料、硬質合成樹脂や、金属としては非磁性ステンレス鋼や銅系材料を採用することができる。
【００１６】
本発明では、前記固定子が、コイルコアとコイルとから構成され、その外周が樹脂封止され、前記筐体が、前記固定子が装着されることで密閉されることが好ましい。
【００１７】
本発明の構造では、羽根部材の回転は、アキシャルギャップモータで行われる。このアキシャルギャップモータを構成する固定子は、例えば、中心部に磁性材料で形成されるコイルコアと、コイルコアの周囲に巻回されたコイルで構成され、このコイルの外周は樹脂封止されている。従って、この樹脂封止された固定子が筐体に圧入や接着固定されることで、液体の漏れを防止することができる。
また、この構造によれば、筐体を密閉するための部材を用いることなく、筐体を密閉し、液体の漏れを防止することができる。
【００１８】
また、本発明では、前記羽根部材は、回転軸と、この回転軸に設けられた複数の羽根と磁石と、前記磁石の外周にリング状の固定子と、が備えられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の構造では、羽根部材を回転させる手段として、磁石の外周にリング状の固定子が設けられている。このような構造は、ラジアルギャップモータと呼ばれる。ラジアルギャップモータでは、回転軸の軸方向にスラスト加重がかからないため、軸受の磨耗が少なく、耐久性が向上するという効果もある。
【００２０】
本発明によれば、前記羽根部材が、一方の端部が前記筐体の前記固体光源が固着される側に対して反対側に固着され、他方の端部が往復振動される板状部材であることを特徴とする。
【００２１】
このような構造では、羽根部材は、例えば、扇型や短冊状の板部材とされ、他方の端部が往復振動されるため、固体光源が固着されている筐体が強制対流された冷却用の液体によって効率よく冷却することができる。
また、羽根部材が往復振動されるので、簡単な構造でコンパクトな冷却装置が構成できる。
【００２２】
本発明では、前記羽根部材の両面に圧電素子が固着され、この圧電素子の屈曲振動によって、前記羽根部材が往復振動されることが好ましい。
【００２３】
このような構造では、羽根部材の両面に圧電素子、例えばＰＺＴ（チタン酸―ジルコン酸―鉛）が固着されているので、光源装置外部からの電流印加によって圧電素子が屈曲振動される。圧電素子の屈曲振動によって、羽根部材が圧電素子の振動に倣って振幅が拡大されて往復振動される。このことから、簡単な構造で、光源装置の効率的な冷却ができる。
【００２４】
本発明の光源装置は、前記羽根部材の振動部長さが、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが望ましい。
また、本発明によれば、羽根部材の往復振動によって液体が強制対流されるが、筐体内で、効率よく液体を対流させるためには、少なくともＬＥＤの一辺の長さよりも大きい振動部の長さが必要であり、また、基板の一辺の長さ、または直径よりも大きく、筐体内部の高さの１/２より大きいことが好ましい。このことによって、コンパクトで効率がよい冷却ができる光源装置を提供できる。
【００２５】
本発明では、前記羽根部材は板状部材であって、前記羽根部材が前記筐体の外部に挿通された端部に備えられた磁極片と、前記羽根部材の長手方向途中を支持し、前記筐体に固着されるヒンジと、前記磁極片の外縁と空隙を有して前記磁極片の磁極と対向する位置に一対の固定磁極と、を備え、前記羽根部材が往復振動されることが好ましい。
【００２６】
このような構造では、固定磁極は、例えば、軟鉄にコイルを巻回された電磁石であり、羽根部材は、筐体外部から駆動電流が印加されることで、磁極片が吸引または反発されて
ヒンジを支点として往復振動され、その往復振動によって冷却液体が強制対流され光源装置の冷却が効率よくできる。
この往復振動手段では、駆動制御回路が簡素にできるという効果もある。
【００２７】
また、本発明では、前記筐体の一部が、前記羽根部材に備えられた磁極片を覆うように凹部が形成され、前記筐体が密閉されていることが望ましい。
【００２８】
このような構造では、筐体の一部が磁極片を覆うように延出されているため、羽根部材全体を含んで密閉構造が構成されているので、可動部分が筐体内に装着されていることになり、一層、冷却液体の漏れを防止することができ、長期間にわたって安定した冷却性能を維持することができる。
この際、後述するが、筐体に、前述の凹部に該当する別体の密閉枠を形成し、磁極片を覆うように筐体に固着し、筐体を密閉することができる。
【００２９】
本発明の光源装置は、固体光源と、該固体光源を固着する基板と、前記基板が固着され、内部に液体が流動される筐体と、前記筐体の内部に駆動可能に設けられた羽根部材と、前記筐体に設けられた液体流入口と液体流出口とが備えられていることを特徴とする。
【００３０】
このような構造では、筐体には、冷却液体が筐体内部を流動させるための液体流入口と液体流出口が設けられ、冷却液体は、液体流入口近傍の筐体外部に、例えばポンプが設けられ、強制流動されている。
筐体内部には、羽根部材が設けられて、この流動された冷却液体を強制撹拌するので、液体は、強制流動されて冷却をすることができるので、冷却液体の流入口付近と流出口付近の温度を均一化することができ、筐体のすべての部分が均一に冷却することができる。
この際、羽根部材としては、例えば遠心ファンや軸流ファンを採用することができる。
【００３１】
本発明によれば、前記羽根部材が、放射状に形成された複数の羽根を有し、前記羽根部材が複数備えられていることが好ましい。
このような構造では、流入口から流入された冷却液体は、複数の羽根部材が強制的に回転され、より早い流れの撹拌が行われるため、筐体全体が均一に冷却されるという効果がある。
【００３２】
本発明の光源装置では、前記複数の羽根部材の回転方向が異なることが好ましい。
このように、複数の羽根部材が、特に、隣接される羽根部材が、相互に回転方向が異なるために、羽根部材の周囲の液体がより強く撹拌されるので、液体の温度が均一化され、筐体全体の温度が均一化されて、冷却効果が一層高められる。
【００３３】
本発明では、前記羽根部材が、一方の端部が前記筐体の封止部材に固着され、他方の端部が往復振動される板状部材であることを特徴とする。
【００３４】
このような構造では、冷却用の液体は、流入口から流出口に向かって強制流動されるが、筐体内に設けられた羽根部材が往復振動されるため、液体は強制撹拌されるので、液体の温度が均一化され、筐体全体の冷却を効率的に行うことができる。
【００３５】
本発明では、前記基板と前記筐体が一体的に構成されていることが考えられる。
このような構造では、光源が筐体に直接固着されているので、簡素な構造が実現できる。また、冷却効果を一層高めることができる。冷却効果を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図１２は本実施形態の光源装置の冷却構造が示されている。
【実施例１】
【００３７】
本発明の実施例１を図１、図２を用いて説明する。
図１は実施例１の光源装置の断面図を示す。図１において、光源装置１は、固体光源であるＬＥＤ（発光ダイオード）１１、ＬＥＤ１１が固着され、内部に冷却液体９０が充填されている筐体としての冷却ケース３１、冷却ケース３１内に設けられた羽根部材５１で構成され一体化されている。
【００３８】
冷却ケース３１は、内部に冷却液体９０が収納できるような容器状であり、ＬＥＤ１１が固着される側（図中、上方）に、冷却ケース蓋２２が、冷却ケース３１の上部開口部に密着固定されている。また、冷却ケース蓋２２とは反対側の冷却ケース３１の外周部には、空気冷却のための櫛歯状のフィン３５が形成される。冷却ケース３１の内部は、冷却液体９０が流動しやすいようになだらかな円弧状に連続した形状に形成されている。
冷却ケース３１は、熱伝導率が高いアルミニウム合金やマグネシウム合金や銅合金が採用されるが、液体が収納されるので、ステンレス鋼なども採用することができる。
冷却ケース３１の内部略中央には、略台形状の凸部３１Ｂが形成されている。
【００３９】
この凸部３１Ｂの中央部には、冷却ケース３１の内側から外側に貫通する孔を有する軸受４２が挿着され、また、凸部３１Ｂの冷却ケース３１の外部は、段上に形成された凹部が設けられている。この凹部の外側の段部に、密閉板６５が密着固着され、前述の冷却ケース蓋２２と密閉板６５によって冷却ケース３１に密閉空間が形成される。
この密閉板６５は、合成樹脂や、セラミック、非磁性ステンレス鋼、銅系金属などの非磁性材料が採用される。
冷却ケース３１の密閉板６５が固着されている凹部内に、密閉板３１の外側の面（図中、下面）に、固定子６１が固着されている。
【００４０】
固定子６１は、図示しないが、コイルが巻回されて表面が合成樹脂で被服されており、密閉板６５と平面形状が略同じとされる。コイルは、外部の制御回路に接続されている。
【００４１】
ＬＥＤ１１は、金属基板２１に接着等の手段で固着され、冷却ケース蓋２２に密着固定される。この際、ＬＥＤ１１が固着される基板は金属基板としたが、金属基板に限定されるものではなく、耐熱性、熱伝導率が高い合成樹脂等を採用できる。
金属板２１は、ＬＥＤ１１の下側に冷却ケース３１の内側から厚み方向途中まで穴が穿設され、この穴にセラミック等で形成された軸受４１が挿着されている。
【００４２】
次に、羽根部材５１の構造について説明する。図１において、羽根部材５１は、回転軸４３の長手方向略中央部に回転羽根４４が備えられている。また、回転軸４３は、軸受４２を貫通し、端部には磁石４５が、回転軸４３の回転中心と磁石４５の回転中心を一致させて固着されている。
回転軸４３の磁石４５とは反対側の端部は、軸受４１に挿入される。
この磁石４５と固定子６１とでアキシャルギャップモータが構成され、磁石４５は、２極、４極、６極など偶数極に着磁された永久磁石であり、その極数は、羽根部材５１の設定回転スピード、固定子も含めたサイズから適宜選択することができる。
【００４３】
図２は、羽根部材５１を構成する回転羽根４４の概略形状を示す正面図である。図２において、回転羽根４４は、中心に回転軸４３に装着するための貫通孔４６が穿設され、中心から放射状に５枚の羽根４７が延出されている。この羽根４７は、金属で形成され、その断面は略長方形に形成される。
【００４４】
このような光源装置１では、ＬＥＤ１１の底辺の一辺は、１ｍｍ〜２ｍｍで、ＬＥＤ１１が固着される基板は直径８ｍｍ、もしくは一辺８ｍｍ〜１０ｍｍ程度の方形であることが多いので、回転羽根４４の直径は２ｍｍ以上１０ｍｍとされる。この際、冷却ケース３１内の液体９０の対流を効率よく行うためには、冷却ケース３１の内辺の大きさにも影響されるが、回転羽根４４の直径は、筐体内辺の１/３〜２/３の大きさの範囲に設定されることが好ましい。
【００４５】
回転羽根４４は、回転軸４３に軸止され、回転軸４３の回転とともに回転される。回転軸４３の軸受４１，４２に挿入される部分の大きさは、摩擦低減のために１ｍｍ以下で、回転時の構造的強度が保持される程度の大きさに設定されることが好ましい。
【００４６】
固定子６１が、外部の駆動制御回路（図示せず）から電流印加されると、それに同期して磁石４５、回転軸４３、回転羽根４４が一体で回転され、回転羽根４４の回転による遠心力で、回転羽根４４の中心部から外周方向に向かって、冷却液体９０が図中矢印に示されるように強制対流され、ＬＥＤ１１の熱が冷却ケース蓋２２を介して冷却液体９０に伝導されて冷却される。
冷却液体９０は、冷却ケース蓋２２、冷却ケース３１の内面に沿って流れ、冷却ケース３１に設けられたフィン３５に熱が伝導され、このフィン３５から空気中に放熱される。
【００４７】
このフィン３５に外部から冷却ファン（図示せず）で空気を当てることで放熱を促進することがきる。
【００４８】
従って、実施例１によれば、ＬＥＤ１１から発生される熱が伝導される冷却ケース３１内面に沿って冷却液体が強制対流されるので高効率の冷却ができる。
また、ＬＥＤ１１から熱が伝導された冷却液体９０は、強制対流される過程で冷却ケース３１にも伝達され放熱されるが、冷却ケース３１に設けられたフィン３５から空気中に放熱されるので、より一層冷却効果が高められる。
このように、効率的な冷却ができるので、ＬＥＤ１１の輝度を高めることができ、また、温度上昇による、固体光源の劣化を防止することができる。
この発明によれば、回転軸４３には、複数の羽根４７が設けられ、この回転軸４３は、磁石４５と、この磁石４５の端面に対向して備えられた固定子６１（このような磁石と固定子の構成は、アキシャルギャップモータと呼ばれる）によって回転されるため、効率よく羽根部材５１が回転され、冷却効果を高めることができる。
【００４９】
また、磁石４５と固定子６１の間には、密閉板６５が設けられているので、冷却液体９０が、冷却ケース３１から漏れ出すことを防止し、長期間にわたって光源装置１の冷却性能を維持することができる。密閉板６５は、非磁性材料で形成されているため、固定子６１からの回転磁界を妨げることなく磁石４５に伝達されるため、効率よく回転羽根４４を回転させることができることから冷却効果を高めることができる。
【実施例２】
【００５０】
本発明の実施例２を、図３を用いて説明する。
図３は、本発明の光源装置１の断面を示し、特に、固定子６１による冷却ケース３１の密閉構造に係わり、それ以外の構造は、実施例１と同じ構造であるので説明は省略し、図中の符号も同じに付与されている。図３において、固定子６１は、図示しないが、コイルが巻回されて表面が合成樹脂で被服され、外形が冷却ケース３１の穿設された外側段部の内面形状と略同じに形成されている。
この固定子６１を冷却ケース３１に圧入、または、接着固定されることで冷却ケース３１が密閉される。
【００５１】
従って、実施例２によれば、固定子６１により、冷却ケース３１が密閉されるので、密閉のための密閉板等を設けなくても冷却液体９０が漏出することを防止することができる。また、磁石４５と固定子６１の距離を近づけることができるので、固定子６１の回転磁界をロスが少なく磁石４５に伝えることができるため、効率よく羽根部材５１を回転することができ、冷却効果を高めることができる。
【実施例３】
【００５２】
本発明の実施例３を図４を用いて説明する。
図４は、本発明の実施例３の光源装置１の断面を示す。実施例３は、羽根部材５２を回転させる手段としてラジアルギャップモータを採用した光源装置であり、このラジアルギャップモータ周辺以外の構造は、実施例１と同じであり、同じ機能、形状の部材は、図１と同じ符号を付与している。
【００５３】
図４において、ＬＥＤ１１は金属基板２１に固着され、金属基板２１は冷却ケース蓋２２の上面に固着されている。冷却ケース３２は、この冷却ケース蓋２２によって冷却液体９０が充填された後、密閉封止されるのである。冷却ケース３２のＬＥＤ１１とは反対側の背面には、放熱のためのフィン３５が設けられている。
冷却ケース３２の内面は、液体９０が流動しやすいように滑らかな円弧で連続された形状に形成されている。
【００５４】
冷却ケース３２の底部略中央には、この底部を貫通しない穴が穿設され、この穴にセラミックで形成された軸受４２が挿着され、軸受４２の中心と略同心円となるように、軸受４２の周囲を取り囲むリング状の固定子６２が冷却ケース３２の底部表面に固着されている。
冷却ケース蓋２２の略中央部には、冷却ケース蓋２２を貫通しない穴が穿設され、セラミックで形成された軸受４１が挿着されている。これらの軸受４１，４２の軸穴部に羽根部材５２の回転軸４３の端部が挿入され、回転自在に支持されている。
【００５５】
羽根部材５２は、回転軸４３、回転羽根４４、磁石４８から構成されている。回転羽根４４は、回転軸４３の軸方向で冷却ケース蓋２２の近傍に軸受４１に接触しない範囲の位置挿着され、磁石４８は固定子６２のリング空間内で軸受４２に接触しない位置に挿着されている。
固定子６２は、図示しないコイルがリング状に巻回され、周囲が合成樹脂でやはりリング状に封止されている。コイルからは、冷却ケース３２外に設けられている駆動制御回路（図示しない）に接続される端子が設けられている。この固定子６２の外形は、図４を視認して断面が略台形状とされ、冷却液体９０が流動しやすく冷却ケース３２の底部から連続した形状に設定される。
【００５６】
これらの磁石４８と固定子６２とでラジアルギャップモータが構成されて、図示しない外部駆動制御回路からの駆動電流で固定子６２に発生する回転磁界によって、磁石４８、回転軸４３、回転羽根４４が一体となって回転され、冷却用の液体９０を強制対流する。冷却液体９０は、図中矢印方向に流動され、ＬＥＤ１１が発生した熱を冷却液体９０、冷却ケース３２、フィン３５に順次伝導されて空気中に放熱される。
【００５７】
従って、実施例３によれば、磁石４８と固定子６２とで構成されるラジアルギャップモータで回転羽根４４が回転されるので、回転軸４３に軸方向の加重がかからないため軸受の磨耗が減ぜられ長期間にわたって安定して冷却液体９０の強制対流がなされ冷却効果を持続させることができる。
また、密閉部が冷却ケース蓋２２の接合部だけになるため、液体９０の漏液を防止することができる。
【実施例４】
【００５８】
次に、本発明の光源装置１の実施例４を図５、図６を用いて説明する。実施例４は、冷却液体９０の強制対流の手段として往復振動をする羽根部材７０を採用した光源装置で、羽根部材７０とその固定部構造以外は実施例１と同じであり、同じ機能、形状の構成部材は符号も同じに付与されている。
図５は、実施例４の光源装置１の断面を示し、図６は、羽根部材７０の要部拡大断面を示す。
【００５９】
図５において、冷却ケース３３内部のＬＥＤ１１が設けられた面と対向する底部には、略中央部に封止部材７５が挿着されている。この封止部材７５の略中央部に羽根部材７０が固着されている。羽根部材７０の構成は、図６において詳しく説明する。
圧電素子であるＰＺＴ７２，７３は、図示しないが、表面に電極が形成され、外部の駆動制御回路に接続されている。
外部駆動制御回路から電位が印加されることによって、ＰＺＴ７２、７３が交互に伸縮され屈曲振動する。このことによって、羽根７１が同様に矢印Ａ方向に往復振動される。羽根７１が往復振動され、冷却液体９０が図中矢印方向に強制対流されて、ＬＥＤ１１から伝導される熱が冷却ケース３３、冷却用のフィン３５を介して空気中に放熱される。
【００６０】
図６（ａ）は、羽根部材７０と、その固定構造を示す要部拡大断面を示し、図６（ｂ）は、固定構造の他の変形例を示す要部拡大断面を示す。図６（ａ）において、羽根７１は、金属で形成された板状部材であって、短冊状、または振動される側が扇状に広がった形状に形成されている。この羽根７１の両面には、封止部材７５とは接触しない範囲の近傍にＰＺＴ７２、７３が貼付けられ、封止部材７５に設けられた羽根部材７１の固定部断面形状と略同じ形状の貫通孔に挿着され密着されている。
封止部材７５は、冷却ケース３３の外側背面から挿入、固定され、冷却ケース蓋２２（図５，参照）と封止部材７５によって冷却ケース３３は密閉空間が形成されている。
【００６１】
図６（ｂ）において、封止部材７５に設けられた羽根７１の挿入穴７６は、封止部材７５を貫通しない範囲に穿設され、この挿入穴７６にＰＺＴ７２，７３が貼付けられた羽根７１が装着されている。
【００６２】
前述した羽根７１は、振動部の長さは３ｍｍから２０ｍｍの範囲に設定されるが、冷却ケース３３の内部空間の大きさ、形状によって調整されるが、内部空間の厚みの概ね２/３程度に設定されることが好ましい。
【００６３】
従って、実施例４によれば、冷却ケース３３の冷却液体９０は、この羽根７１の往復振動によって、撹拌され、強制対流されるため実施例１と同様の効果が得られる。
また、羽根７１は、ＰＺＴ７２，７３によって駆動される構造のため、前述の実施例１、実施例３に示したアキシャルギャップモータやラジアルギャップモータによる羽根部材５１，５２の駆動に比べ、構造が簡素で、光源装置１の小型化ができるという効果がある。
また、図６（ｂ）で示した構造では、羽根部材７１は封止部材７５を貫通していないため、液体９０の漏液可能個所が減り、長期間にわたって冷却性能を維持することができる。
【実施例５】
【００６４】
次に、本発明の光源装置１の実施例５を図７、図８を用いて説明する。実施例５は、羽根部材８１の支持構造および駆動構造に係わり、実施例４と共通部分は説明を省略し、同じ機能、同じ形状の部材は、符号も同じに付与されている。
図７は、実施例５の光源装置１の断面図、図８は、羽根部材８１の支持構造の変形例を示す要部断面図である。
【００６５】
図７において、冷却ケース３３内部のＬＥＤ１１が設けられた面と対向する底部には、略中央部に封止部材８８が挿着されている。この封止部材８８の略中央部に羽根部材８１が支持されるベローズ等のヒンジ８２の外周部が固着されて冷却ケース３３が密閉されている。
ヒンジ８２は、羽根部材８１が支持される支持部８２Ａと冷却ケース３３に固定される固定部８２Ｂとから構成され断面略Ｕ字状に形成され、固定部８２Ｂで接着、または溶接等の固定手段で冷却ケース３３に密閉固定される。ヒンジ８２は、高弾性、非磁性の材料で形成されることが好ましい。
【００６６】
また、封止部材８８が固着されている冷却ケース３３の外側に形成された凹部には、空隙を有して平面方向に対向する一対の固定磁極８４，８６の端部が固着されている。これら固定磁極８４、８６には、コイル８５，８７が巻回されており、固定磁極８４，８６とコイル８６，８７とで一対の電磁石が構成されている。コイル８５、８７の端末は図示しないが、外部の駆動制御回路に接続されている。
【００６７】
羽根部材８０は、短冊状または扇型の板状の羽根７１と羽根７１の冷却ケース３３の外側先端に固着された軟磁性材料の磁極片８３から構成されている。
羽根７１は、ヒンジ８２に中心部に挿入され、ヒンジの揺動中心を支点にして支持される。この際、羽根７１とヒンジ８２の支持部とは密着されている。
羽根７１の端部に固着された磁極片８３は、前述の固定磁極８４，８６の間にそれぞれ空隙を有した位置に配置されている。
羽根部材８１の長さは、特に限定されるものではないが、ヒンジ８２の支点から磁極片８３までの長さと、支点から磁極片側とは反対側先端までの長さの比が１：５程度に設定されることが好ましい。
【００６８】
図８（ａ）において、羽根部材８１が冷却ケース３３の底部に挿入され、磁極片８３が覆われるように突出された凹部３１Ａが形成されている。この凹部３１Ａの外縁に隣接して固定磁極８４、８６がコイル８５，８７を巻回され、冷却ケース３３に固着されている。
図８（ｂ）は、図８（ａ）を矢印Ｂ方向から視認した断面図である。図８（ｂ）において、羽根７１の揺動支点部には、両側に一対の突起部７７が形成され、冷却ケース３３の凹部３１Ａ内には、突起部７７の形状に対応して、羽根部材８１が揺動できるような大きさの一対の支持部が穿設されている。
この際、冷却ケース３３の凹部３１Ａは、対向する固定磁極８４，８６方向が羽根部材８１が揺動できる範囲で、またその幅方向は羽根７１および磁極片８３が接触しない範囲の大きさとされる。
【００６９】
このような実施例５では、冷却ケース３３は、熱伝導率が高く、非磁性材料が採用され、例えばアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、非磁性ステンレス鋼等が好ましい。
【００７０】
次に、この羽根部材８１の駆動について説明する。駆動制御回路（図示せず）から駆動電流が固定磁極８４，８６に交互に印加されると、固定磁極８４，８５は電磁石であるので、磁極片８３を交互に吸引、反発を繰り返し磁極片８３が、ヒンジ８２の支持部８２Ａ，または支持部７７を支点に揺動される。すると、冷却ケース３３内の羽根７１が、振幅が拡大されて矢印Ａ方向に揺動され、冷却液体９０が撹拌され、冷却液体９０の温度が均一化されることで光源装置１は冷却される。
【００７１】
従って、実施例５によれば、冷却ケース３３の冷却液体９０は、この羽根７１の揺動（往復振動）によって、撹拌され、強制対流されるため実施例４と同様の効果が得られる。
また、羽根部材８１は、固定磁極８４、８６が電磁石であるので、外部の駆動制御回路が簡素化できるという効果もある。
前述の図８（ｂ）のような構造では、羽根部材８１を支持するためのヒンジ等を必要とせず、構造が簡単であり、冷却ケース３３が凹部３１Ａで連続して形成されているため、この部分からの冷却液体９０の漏れはない。
また、凹部３１Ａの代わりに、凹部３１Ａの形状に相当する専用の封止枠を別に設けて、溶接等の手段で冷却ケース３３を密閉することができる。この際、この封止枠は非磁性材料が採用されることが好ましい。
【実施例６】
【００７２】
次に、本発明の光源装置１の実施例６を図９を用いて説明する。
図９は、実施例６の光源装置１の断面を示す。図９において、冷却ケース３４は、一方の側面に冷却液体９０が流入される流入口３６が設けられ、流入口３６に対向する側面に冷却液体９０が冷却ケース３４から排出される流出口３７が設けられている。
また、冷却ケース３４のＬＥＤ１１が固着される面と対向する底部には、セラミックで形成された軸受４２、密閉板６５、固定子６１が設けられているが、これらの構造は実施例１（図１、参照）と同じため説明は省略する。
【００７３】
羽根部材５３は、回転軸４３と、プロペラ状の羽根４９と、磁石４５とから構成されている。この羽根部材５３は軸流ファンである。羽根部材５３は、冷却ケース蓋２２に固着されたセラミック製の軸受４１と冷却ケース３４の底部に固着された軸受４２に回転軸４３が回転可能に挿入されている。
回転軸４３の端部に固着された磁石４５と、固定子６１とで前述したようにアキシャルギャップモータが構成されている。
なお、アキシャルギャップモータの他に実施例３（図４、参照）で説明したラジアルギャップモータを採用してもよい。
【００７４】
冷却ケース３４の外部の流入口３６の近傍には、図示しないがポンプが設けられ、冷却された冷却液体９０が、冷却ケース３４内に送り込まれる。冷却液体９０は、磁石４５、回転軸４３、羽根４９が一体で回転され冷却ケース蓋２２に直接吹き付けられる。羽根４９によって撹拌された冷却液体９０は、流出口３７に排出され、冷却され、ポンプに送られて循環される。
冷却ケース３４内での冷却液体９０は、図中、矢印方向に強制撹拌される。
【００７５】
従って、実施例６によれば、羽根４９が強制的に回転されるので、冷却ケース３４内で冷却液体９０が速い流れの撹拌が行われる。また、羽根４９は軸流ファンであるため、冷却液体９０が直接被冷却部材である冷却ケース蓋２２に直接当てられる。これらのことにより、ＬＥＤが冷却されるとともに冷却ケース３４内の温度が均一に冷却され、一層冷却効果が高められる。
【実施例７】
【００７６】
次に、本発明の光源装置１の実施例７について図１０を用いて説明する。
図１０は、実施例７の光源装置１の断面を示す。図１０において、冷却ケース３４の一方の側面に冷却用の冷却液体９０が流入される流入口３８が設けられ、流入口３８に対向する側面に冷却液体が排出される流出口３９が設けられている。
冷却ケース３４の内部の高さ方向略中央部には、冷却ケース３４の内部を横断して回転可能に支持される２本の回転軸８９が設けられ、これら回転軸８９の略中央部には、羽根８１が固着されている。
【００７７】
これらの羽根８１は、図示しないが、前述した実施例１（図１，参照）、実施例３（図４、参照）のようなアキシャルギャップモータやラジアルギャップモータを備え、２本の回転軸８９と羽根８１とがそれぞれ一体で回転される。この際、隣り合う羽根８１は、相互に逆回転される。
【００７８】
冷却ケース３４の外部で流入口３８の近傍には、図示しないがポンプが設けられ、冷却液体９０が、冷却ケース３４内に送り込まれる。冷却液体９０は、羽根８１で強制的に撹拌され、流出口３９に排出され、冷却され、ポンプに送られて循環される。
【００７９】
従って、実施例７によれば、冷却液体９０は、二つの羽根８１によって強制撹拌され、しかも、これらの羽根８１は相互に逆回転されるため、より強力に撹拌されるので、冷却ケース３４内の温度が早く均一になり冷却効果が高められる。
【００８０】
なお、実施例６、実施例７の冷却ケース３４には、冷却用のフィンが設けられていないが、冷却用のフィンを設ければ、一層冷却効果が高められる。
【実施例８】
【００８１】
次に、本発明の光源装置１の実施例８について、図１１を用いて説明する。
図１１は、実施例８の光源装置１の断面を示す。図１１において、冷却ケース３３は、冷却ケース蓋２２で密閉空間が形成されている。冷却ケース３３には、実施例７において説明したように、冷却ケース３３の内部の高さ方向略中央部には、冷却ケース３３の内部を横断して回転可能に支持される２本の回転軸８９が設けられ、回転軸８９の略中央部には、それぞれ羽根８１が固着されている。
【００８２】
これらの羽根８１は、図示しないが、前述した実施例１（図１，参照）、実施例３（図４、参照）のようなアキシャルギャップモータやラジアルギャップモータを備え、回転軸８９と羽根８１とがそれぞれ一体で回転される。この際、隣り合う羽根８１は、相互に逆回転される。
【００８３】
従って、実施例８によれば、液体９０は、二つの羽根８１によって強制撹拌され、しかも、これらの羽根８１は相互に逆回転されるため、より強力に撹拌されるので、冷却ケース３４内の温度が早く均一になり冷却効果が高められる。
なお、冷却ケース３３には、冷却用のフィン３５が設けられているので、冷却ケース３３内熱が，フィン３５を介して空気中に放熱されるため、一層冷却効果が高められる。
また、図示しないが、フィン３５を別のファンで送風冷却すれば、なお冷却効果が高められる。
【実施例９】
【００８４】
次に、本発明の光源装置１の実施例９について図１２を用いて説明する。実施例９は実施例４の冷却ケース３３に冷却液体９０の流入口、流出口を設けた光源装置１である。
図１２は、実施例９の光源装置１の断面を示す。図１２において、冷却ケース３３の一方の側面には、冷却液体９０の流入口３６が設けられ、対向する他方の側面には、冷却液体の流出口が設けられている。羽根部材７０の構成、取り付け部構造は実施例４と同じため説明は省略する。
【００８５】
このような実施例９では、冷却液体９０は、冷却されて流入口３６から冷却ケース３３内に送り込まれ、羽根部材７０の往復振動によって強制撹拌されるので、冷却効果が一層高められる。
【００８６】
本発明の光源装置１では、前述した実施例は、ＬＥＤ１１が固着された金属基板２１が冷却ケース蓋２２に固着され、冷却ケース３１の上部開口部に冷却ケース蓋２２が密着固定されているが、ＬＥＤ１１を直接筐体を密閉する冷却ケース蓋２２に接着等の手段で固着することができる。
このような構造では、ＬＥＤ１１が筐体に直接固着されているので、簡素な構造が実現できる。また、冷却効果を一層高めることができる。
固着された金属基板２１が冷却ケース蓋２２に固着され、冷却ケース３１の上部開口部に冷却ケース蓋２２が密着固定されているが、ＬＥＤ１１を直接筐体を密閉する冷却ケース蓋２２に接着等の手段で固着することができる。
このような構造では、ＬＥＤ１１が筐体に直接固着されているので、簡素な構造が実現できる。また、冷却効果を一層高めることができる。
【００８７】
なお、本発明は前述の実施例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。
例えば、前期実施例１から実施例８では、固体光源としてのＬＥＤ１１がひとつであったが、ＬＥＤ１１は複数であってもよく、この場合、前述した各実施例の羽根部材の種類、数量、駆動手段を適宜選択することで、本発明の目的を達成することができる。
【００８８】
本発明は、前述したように、固体光源が固着される冷却ケース内の冷却液体を羽根部材によって強制対流させることで、効率よく固体光源を冷却し、固体光源の輝度をあげ、長期にわたって性能を維持できる光源装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の活用例としてプロジェクタなどの投写表示装置に活用することができる。また、本発明の光源装置の冷却構造は、半導体装置などように、光源以外の発熱源を備える電子機器にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例１にかかる光源装置を示す断面図。
【図２】本発明の実施例１の羽根部材を示す正面図。
【図３】本発明の実施例２にかかる光源装置を示す断面図。
【図４】本発明の実施例３にかかる光源装置を示す断面図。
【図５】本発明の実施例４にかかる光源装置を示す断面図。
【図６】実施例４の羽根部材を示す要部断面図。
【図７】本発明の実施例５にかかる光源装置を示す断面図。
【図８】実施例５の変形例を示す要部断面図。
【図９】本発明の実施例６にかかる光源装置を示す断面図。
【図１０】本発明の実施例７にかかる光源装置を示す断面図。
【図１１】本発明の実施例８にかかる光源装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００９１】
１…光源装置
１１…固体光源（ＬＥＤ）
２１…金属基板
２２…冷却ケース蓋
３１…冷却ケース
５１…羽根部材
９０…冷却液体
【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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