(57)【要約】【課題】フィルターを用いることなく、簡易に塵埃などが電子部品に与える影響を低減する冷却器を得る。【解決手段】電子部品２に熱的に接続されたヒートパイプ４と、このヒートパイプで輸送した熱を拡散するフィン５と、このフィンに冷却風を送るファン６と、このファンの風路を形成すると共に、風路の入口側に設けられた吸気口７と風路の出口側に設けられた排気口８を有するダクト９とを備え、吸気口７の開き目の最小寸法ｔ１が、フィン５の間隔ｔ２よりも小さく、排気口８の開き目の最小寸法ｔ３が、フィン５の間隔ｔ２よりも大きくすることにより、吸気口７から入った塵埃を、可能な限り排気口８から排出することができるので、塵埃の目詰まりを低減し、冷却器の性能低下を低減することができる。【選択図】図３
2013168596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクトにより形成される風路の入口側に設けられた吸気口、前記風路の出口側に設けられた排気口、前記吸気口と前記排気口の間に設けられたフィン、および前記フィンに風を送るファンを備え、前記吸気口の開き目の最小寸法が、前記フィンの間隔よりも小さく、前記排気口の開き目の最小寸法が、前記フィンの間隔よりも大きいことを特徴とする換気装置。
【請求項２】
電子部品に熱的に接続されたヒートパイプと、このヒートパイプで輸送した熱を拡散するフィンと、このフィンに冷却風を送るファンと、このファンの風路を形成すると共に、前記風路の入口側に設けられた吸気口と前記風路の出口側に設けられた排気口を有するダクトとを備え、前記吸気口の開き目の最小寸法が、前記フィンの間隔よりも小さく、前記排気口の開き目の最小寸法が、前記フィンの間隔よりも大きいことを特徴とする冷却器。
【請求項３】
前記電子部品は密閉筐体の内部に配置し、前記吸気口と排気口を有するダクトは前記密閉筐体に外部に配置し、前記ファンの風路には前記電子部品が存在しないことを特徴とする請求項２に記載の冷却器。
【請求項４】
前記吸気口の開き目が長方形であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の冷却器。
【請求項５】
前記吸気口の開き目の長方形の長手方向と、前記フィンとが平行になるように、前記吸気口を配置したことを特徴とする請求項４に記載の冷却器。
【請求項６】
電子部品の熱を伝達するヒートシンクと、このヒートシンクに伝達された熱を拡散するフィンと、このフィンに冷却風を送るファンと、このファンの風路を形成すると共に、前記風路の入口側に設けられた吸気口と前記風路の出口側に設けられた排気口を有するダクトとを備え、前記吸気口の開き目の最小寸法が、前記フィンの間隔よりも小さく、前記排気口の開き目の最小寸法が、前記フィンの間隔よりも大きいことを特徴とする冷却器。
【請求項７】
前記電子部品がレーザ素子、もしくは発光ダイオードであることを特徴とする請求項２〜６のいずれか1項に記載の冷却器。
【請求項８】
請求項２から請求項７のいずれか１項に記載された冷却器を筐体の内部に備えたことを特徴とするディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、塵埃などの影響を低減した換気装置、この換気装置を用いた冷却器および冷却器を備えたディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器を塵埃や大気中の有害な物質が含まれる悪い環境下で長時間使用する場合、電子機器を構成する電子部品への塵埃などの付着による性能劣化や、電子部品を冷却する冷却器の性能低下により電子部品の温度上昇が発生し、電子機器が誤作動する場合がある。特に強制空冷を利用した冷却器を使用する際にはこの影響が顕著である。
【０００３】
塵埃や大気中の有害な物質が含まれる悪い環境下で使用される電子機器や電気機器の冷却器として、受熱部を電子部品が収納された密閉筐体の内側に、放熱部を密閉筐体の外側に配置したヒートパイプを設け、このヒートパイプの放熱部をファンで冷却するようにして電子部品を冷却するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１においては、外気吸気口の前面に吸気用ダクトを、外気排気口に排気用ダクトを設け、さらに外気吸気口にフィルターを設けることにより、空気中の塵埃、亜硫酸ガス、水分などの有害成分の進入を防止している。
このように発熱密度の高い電子部品、特にレーザ素子や発光ダイオードなどの冷却には、ヒートパイプを用いた冷却器が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１３５８８号公報（段落００１１、００１２、図２〜図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１にも記載されているように、従来の冷却器は塵埃の影響を低減するために、冷却器の吸気口にフィルターが取付けられている。これは、塵埃が電子機器の内部に侵入することを防ぎ、電子部品への付着や、冷却器の性能低下を低減するためである。しかしフィルターに目詰まりが頻繁に発生するため交換が必要となり、コスト高になる課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、フィルターを用いることなく吸排気口の形状を工夫することにより、簡易に塵埃の影響を低減するようにした換気装置、この換気装置を用いた冷却器および冷却器を備えたディスプレイ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る換気装置は、ダクトにより形成される風路の入口側に設けられた吸気口、風路の出口側に設けられた排気口、吸気口と前記排気口の間に設けられたフィン、およびフィンに風を送るファンを備え、吸気口の開き目の最小寸法が、フィンの間隔よりも小さく、排気口の開き目の最小寸法が、フィンの間隔よりも大きくしたものである。
【０００９】
この発明に係る冷却器は、電子部品に熱的に接続されたヒートパイプと、このヒートパイプで輸送した熱を拡散するフィンと、このフィンに冷却風を送るファンと、このファンの風路を形成すると共に、風路の入口側に設けられた吸気口と風路の出口側に設けられた排気口を有するダクトとを備え、吸気口の開き目の最小寸法が、フィンの間隔よりも小さく、排気口の開き目の最小寸法が、フィンの間隔よりも大きくしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、吸気口の開き目の寸法、フィンの間隔、排気口の開き目の寸法を、順に大きくすることにより、吸気口から入った塵埃を、可能な限り排気口から排出することができるので、塵埃による目詰まりを低減し、換気装置または冷却器の性能低下を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷却器の概略正面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る冷却器の概略側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る冷却器の換気機構部を構成する吸気口、フィン、排気口の形状の例を示す図である。
【図４】検証実験に使用した吸気口、排気口の形状一覧を示す図である。
【図５】検証実験を行った塵埃実験室の概略構成図である。
【図６】検証実験の結果を示す図である。
【図７】図４の組合せＢと組合せＣのフィンに付着した塵埃の状態を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る冷却器の概略正面図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る冷却器の概略側面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る冷却器の換気機構部を構成する吸気口、フィン、排気口の形状の例を示す図である。
【図１１】この発明の冷却器を備えたディスプレイ装置の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る冷却器について、図１〜図７に基づいて説明する。
図１は実施の形態１に係る冷却器の概略正面図であり、図２は冷却器の概略側面図である。図３は冷却器の換気機構部を構成する吸気口、フィン、排気口の形状の例を示す図である。図４はこの発明の効果を確認するために行った効果検証実験で使用した吸気口、排気口の形状一覧を示す図である。図５は検証実験の塵埃実験室の概略構成図である。図６および図７は検証実験の結果を示す図である。
【００１３】
実施の形態１に係る冷却器は、図１および図２に示すように、密閉筐体１の内部に収納配置されたレーザ光源などの発熱電子部品２に熱的に接続されたヒートブロック３と、ヒートブロック３に受熱部が接続され、放熱部が密閉筐体１の外部に延び、電子部品２で発生した熱をヒートブロック３を介して輸送するヒートパイプ４と、ヒートパイプ４の放熱部に熱的に接続されて取り付けられ、ヒートパイプ４で輸送した熱を拡散するフィン５と、フィン５に冷却風を送るファン６と、ファン６の風路を形成すると共に、風路の入口側に設けられた吸気口７と風路の出口側に設けられた排気口８を有するダクト９と、ファン６で発生したダクト９内を流れる風が、フィン５以外の箇所を通らないように配置されたクッション１０とで構成されている。
なお、ヒートブロック３は必須のものでなく、電子部品２の熱をヒートパイプ４の受熱部に伝達するファンなどの手段を用いてもよく、要するにヒートパイプ４が電子部品２に熱的に接続されたものであればよい。
【００１４】
フィン５およびファン６は吸気口７と排気口８の間に設けられ、すべてダクト９の中に配置されている。これら吸気口７と排気口８を有するダクト９、フィン５およびファン６は冷却器の換気機構部を構成し、密閉筐体１の外側に配置されている。この結果、レーザ光源などの電子部品２への塵埃などの付着が低減されるため、電子機器の誤作動を防止することができる。
また密閉筐体１にレーザ光源などの電子部品２に付随する光学系を内蔵することで、光学系への塵埃の付着を低減できるため、塵埃による光量低下を低減できるという利点もある。
【００１５】
次に図１、図２で示したダクト９の吸気口７と排気口８およびフィン５の形状について、図３に基づいて説明する。
図３に示すように、吸気口７は格子状に形成され、その開き目（桟と桟で囲まれた空間）の最小寸法ｔ１が、フィン５の間隔ｔ２の最小寸法よりも小さくされている。また排気口８は吸気口７と同様に格子状に形成され、その開き目の最小寸法ｔ３が、フィン５の間隔ｔ２の最小寸法よりも大きくされている。
【００１６】
また、吸気口７の開き目は長方形の形状にされ、その長方形の長手方向と、フィン５を平行に配置した。このように、吸気口７の開き目の最小寸法ｔ１よりも、フィン５の間隔ｔ２の最小寸法を大きくし、さらにフィン５の間隔ｔ２の最小寸法よりも、排気口８の開き目の最小寸法ｔ３を大きくすることで、吸気口７から進入した塵埃を、可能な限りフィン５、排気口８を通過して、外部に排出することができる。
【００１７】
吸気口７および排気口８は、開き目および桟（縦、横方向にある骨組み又は支柱）から構成されており、開き目は長方形の形状にした。開き目を正方形にするよりも長方形にすることで、開口率を維持した状態で、桟を太く（支柱の幅を太く）できるためである。この結果、吸気口７を通過する風量を維持しつつ、吸気口７の成形性を向上することができる。
【００１８】
上記した吸気口７と排気口８とフィン５の形状およびサイズの効果を確認するために、検証実験を行った。その結果を図４〜図７に基づいて説明する。
図４は、検証実験に用いた吸気口７と排気口８の形状を一覧にしたものである。図４より、組合せＡ、Ｂ、Ｃ（組合せＣが本願発明）の３種類の条件で実験した。フィン５は、図３に示した形状のものを用いて実験した。
【００１９】
吸気口７は、（１）（２）（３）の３種類の形状を用いた。（１）は開き目が正方形の形状であり、開き目の最小寸法ｔ１はフィンの間隔ｔ２の最小寸法よりも小さくした。（２）は開き目が長方形の形状であり、開き目の最小寸法ｔ１はフィン間隔ｔ２の最小寸法よりも大きくした。（３）は開き目が長方形の形状であり、開き目の最小寸法ｔ１はフィン間隔ｔ２の最小寸法よりも小さくした。
排気口８は、（１）の１種類の形状を用いた。（１）は開き目が正方形の形状であり、開き目の最小寸法ｔ３はフィン間隔ｔ２の最小寸法よりも大きくした。
【００２０】
図５は検証実験を行った塵埃実験室の構成図を示し、密閉された塵埃実験室１１には、塵埃を塵埃実験室１１内に供給する塵埃投入穴１２を設けた。塵埃実験室１１内に置いたテーブル１３には、図４に示した組合せＡ、Ｂ、Ｃの３種類の評価サンプル１４をそれぞれ２個の合計６個を、ファンを駆動した状態で配置した。
検証実験では、塵埃投入穴１２から、数ミクロンから１０ｍｍ程度までの様々な大きさの塵埃をある一定時間供給し続け、実験前と実験後のダクトを通過する風量の減少率を測定した。
【００２１】
図６は組合せＡ、Ｂ、Ｃの３種類の効果検証実験の結果を示す。
組合せＡの実験前の風量の減少率は７７％、組合せＢの実験前の風量の減少率は９０％、組合せＣの実験前の風量の減少率は７２％となり、これらの結果から、実験前の風量の減少率は、組合せＢが最も大きく、組合せＣ（本願発明）が最も小さい結果となった。
【００２２】
次に上記結果について、図４に示した組合せＢと組合せＣの吸気口７、排気口８の構成と、塵埃の関係を記載した図７で説明する。
図７（ａ）は組合せＢの吸気口７、排気口８の構成と、塵埃１５の関係を示し、吸気口７から進入した塵埃１５が、フィン５で目詰まりしている。なお、１６は風の流れを示す。これは吸気口７の最小寸法ｔ１が、フィン５の間隔ｔ２の最小寸法よりも大きくなっているため、フィン５で目詰まりする塵埃１５が多く進入したためと考えられる。このため組合せＢは、風量の減少率が９０％と大きくなったと考えることができる。
【００２３】
図７（ｂ）は組合せＣの吸気口７、排気口８の構成と、塵埃１５の関係を示し、吸気口７から進入した塵埃１５が、フィン５で目詰まりせず、排気口８から多く排出されている。これは、吸気口７の最小寸法ｔ１＜フィン５の間隔ｔ２の最小寸法＜排気口８の最小寸法ｔ３、という関係があるため、吸気口７から進入した塵埃１５が、フィン５、排気口８を通過して、外部に多く排出されたためである。このため、組合せＡ、Ｃは、風量の減少率が７７％、７２％と、組合せＢと比較して小さくなったと考えることができる。
【００２４】
図７（ｃ）は、組合せＢと組合せＣの、実験後のフィン５に詰まった実際の塵埃の写真を示す図である。図７（ｃ）から明らかなように、組合せＢは組合せＣに比較して、フィン５に大量の塵埃が付着し、目詰まりしていることがわかる。
これらの結果から、吸気口７の開き目の最小寸法ｔ１が、フィン５の間隔ｔ２よりも大きい組合せＢは、塵埃の影響を受けやすく、冷却器の性能を低下させることがわかった。
【００２５】
次に、組合せＡと組合せＣの結果を比較する。
組合せＡの風量の減少率は７７％、組合せＣの風量の減少率は７２％であり、ほぼ同じであった。この結果から、組合せＡと組合せＣの、冷却器に及ぼす塵埃の影響も、ほぼ同じと考えることができる。
【００２６】
しかし組合せＡは、吸気口７の開き目の形状が正方形であり、桟の太さが細くなる。一方、組合せＣのように吸気口７の開き目を長方形にすることで、開口率を維持した状態で、桟を太くできる。この結果、吸気口７を通過する風量を維持しつつ、吸気口７の成形性を向上することができる。なお、吸気口７の開き目を長方形にする場合、長辺の長さは短辺の長さの２倍以下にする方が塵埃などの影響を低減するのに好ましい。
これらの結果から、組合せＣを用いることが塵埃などの影響を低減し、成形性を向上した形状であることがわかった。
【００２７】
図４から図７に示した効果確認実験の結果から、吸気口７の開き目の最小寸法ｔ１が、フィン５の間隔ｔ２よりも小さく、排気口８の開き目の最小寸法ｔ３が、フィン５の間隔ｔ２よりも大きいことを特長とする冷却器を用いることで、吸気口７から入った塵埃を、可能な限り排気口８から排出することができるので、塵埃の目詰まりを低減し、冷却器の性能低下を低減することが確認できた。
また、吸気口７の開き目の形状を、正方形より長方形にすることにより、吸気口７の桟を太くできるので、成形性が向上する。
【００２８】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る冷却器の構成について図８〜図１０に基づいて説明する。
図８は実施の形態２に係る冷却器の概略正面図、図９は冷却器の概略側面図であり、図１０は冷却器の換気機構部を構成する吸気口、フィン、排気口の形状の例を示す図である。実施の形態２の発明は、実施の形態１のヒートブロック及びヒートパイプに代えてヒートシンクにしたものである。
【００２９】
図８、図９に示すように、実施の形態２に係る冷却器は、レーザ光源などの電子部品２に熱的に接続したヒートシンク１７と、ヒートシンク１７に熱的に接続されて取り付けられ、ヒートシンク１７に伝達された熱を拡散するフィン５と、このフィン５に冷却風を送るファン６と、ファン６の風路を形成すると共に、風路の入口側に設けられた１つの吸気口７と風路の出口側に設けられた２つの排気口８を有するダクト９とで構成されている。その他の構成は実施の形態１の図１および図２と同じにつき、相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３０】
レーザ光源などの電子部品２は密閉筐体１の内部に配置されており、ダクト９は密閉筐体１の外側に配置されている。この結果、レーザ光源などの電子部品２に塵埃などの付着が低減されるため、電子機器が誤作動を防止することができる。
【００３１】
次に図８、図９で示したダクト９の吸気口７と排気口８およびフィン５の形状について、図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、実施の形態２の発明においても、実施の形態１と同様に、吸気口７と排気口８およびフィン５の寸法は、吸気口７の開き目の寸法ｔ１、フィン５の間隔ｔ２、排気口８の開き目の寸法ｔ３を、順に大きくするようにしている。
即ち、吸気口７は格子状に形成され、その開き目の最小寸法ｔ１が、フィン５の間隔ｔ２の最小寸法よりも小さくされている。また排気口８は吸気口７と同様に格子状に形成され、その開き目の最小寸法ｔ３が、フィン５の間隔ｔ２の最小寸法よりも大きくされている。
【００３２】
また、吸気口７の開き目は長方形の形状にされ、その長方形の長手方向と、フィン５を平行に配置した。このように、吸気口７の開き目の最小寸法ｔ１よりも、フィン５の間隔ｔ２の最小寸法を大きくし、さらにフィン５の間隔ｔ２の最小寸法よりも、排気口８の開き目の最小寸法ｔ３を大きくすることで、吸気口７から進入した塵埃を、可能な限りフィン５、排気口８を通過して、外部に排出することができる。
【００３３】
実施の形態２に係る冷却器によれば、吸気口の開き目の最小寸法が、フィンの間隔よりも小さく、排気口の開き目の最小寸法が、フィンの間隔よりも大きいことを特長とする冷却器を用いることで、吸気口から入った塵埃を、可能な限り排気口から排出することができるので、塵埃の目詰まりを低減し、冷却器の性能低下を低減することできるという効果がある。
また、実施の形態２では、ヒートパイプを用いず、レーザ光源などの電子部品２に直接ヒートシンク１７が取り付けられているので、冷却器がコンパクトになる利点もある。
【００３４】
なお、上記実施の形態に係る電子部品２の説明では、レーザ光源に適用する場合について説明したが、電子部品２として発光ダイオードなどの発光素子に適用する場合であってもよく、同様の効果を奏することはいうまでもない。
【００３５】
実施の形態３．
以上はこの発明を電子部品の冷却器として説明したが、この発明は電子部品やヒートパイプまたはヒートシンクを省略して、ダクトの中にファンを有した換気装置に用いても適用できるものである。
即ち、ダクト９により形成される風路の入口側に設けられた吸気口７、風路の出口側に設けられた排気口８、吸気口７と排気口８の間に設けられたフィン５、およびフィン５に風を送るファン６を備えた換気装置において、吸気口７の開き目の最小寸法ｔ１が、フィン５の間隔ｔ２よりも小さく、排気口８の開き目の最小寸法ｔ３が、フィン５の間隔ｔ２よりも大きくすることで、吸気口７から入った塵埃を、可能な限り排気口８から排出することができるので、塵埃の目詰まりを低減し、換気装置の性能低下を低減することできるという効果がある。
【００３６】
実施の形態４．
また、上記実施の形態の電子部品の冷却器の用途として、ディスプレイ装置に使用される発光素子の冷却が挙げられる。この実施の形態４の発明を図１１に示す。
図１１はこの発明の冷却器を備えたディスプレイ装置の概略側面図を示し、実施の形態１または２で説明した冷却器２０を有する光源装置２１と、この光源装置２１からの画像のレーザ光を反射するミラー２２と、このミラー２２で反射された画像のレーザ光を投写するスクリーン２３と、上記光源装置２１とミラー２２とスクリーン２３を収納する筐体２４とで構成されている。
【００３７】
冷却器２０は発光素子などの光源装置２１に接触して配置し、冷却器２０の左右（紙面の奥側と手前側）に配置した吸気口７、排気口８により、外気を吸排気する。光源装置２１は密閉筐体内に配置され、冷却器２０を構成する換気機構部による外気の影響を受けないため、密閉筐体に内蔵した光学系への塵埃の付着を低減できる。このため、塵埃によるディスプレイ装置の輝度低下を抑制できるという利点もある。
【００３８】
以上のようにディスプレイ装置、特に、塵埃の影響による光量低下の抑制が要求される画像投写型のディスプレイ装置においては、光源装置２１に使用される発光素子の冷却が必要である。
この場合、光源装置２１の密閉筐体１に内蔵した光学系への塵埃の付着を低減できるため、塵埃にディスプレイ装置の輝度低下を抑制できるという利点もある。もちろん、ディスプレイ装置以外の装置に使用される発光素子の冷却器に適用しても効果を奏する。
【００３９】
この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１：密閉筐体                        ２：レーザ光源などの電子部品
３：ヒートブロック                  ４：ヒートパイプ
５：フィン                          ６：ファン
７：吸気口                          ８：排気口
９：ダクト                          １０：クッション
１５：塵埃                          １６：風の流れ
１７：ヒートシンク
２０：冷却器                        ２１：光源装置
２２：ミラー                        ２３：スクリーン
２４：筐体
【図１】
2013168596.tif 000003
【図２】
2013168596.tif 000004
【図３】
2013168596.tif 000005
【図４】
2013168596.tif 000006
【図５】
2013168596.tif 000007
【図６】
2013168596.tif 000008
【図７】
2013168596.tif 000009
【図８】
2013168596.tif 000010
【図９】
2013168596.tif 000011
【図１０】
2013168596.tif 000012
【図１１】
2013168596.tif 000013