(57)【要約】【課題】熱源の冷却性能を向上させることができる冷却装置及び投影表示装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様にかかる冷却装置１は、一端５１と他端５２が開口したダクト５０と、ダクト５０の内部に配置され、ダクト５０の内部の空気を一端５１と他端５２とを結ぶ送風方向に送風するファン２０と、ダクト５０の外部であって、他端５２の開口に対向する対向面を有する基部１０ａと、送風方向に沿って対向面から延出する複数の薄板がそれぞれ所定の距離だけ離間するヒートシンクフィン１５と、を有するヒートシンク１０と、基部１０ａに接する熱源６０と、熱源６０またはヒートシンク１０に接続されるヒートパイプ３０と、ダクト５０の内部で、ファン２０よりも一端５１側に配置され、送風方向に沿ってヒートパイプ３０から延出する複数の薄板がそれぞれ所定の距離だけ離間するヒートパイプフィン３５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端と他端が開口したダクトと、
前記ダクトの内部に配置され、前記ダクトの前記内部の空気を前記一端と前記他端とを結ぶ送風方向に送風するファンと、
前記ダクトの外部であって、前記他端の開口に対向する対向面を有する基部と、前記送風方向に沿って前記対向面から延出する複数の薄板がそれぞれ所定の距離だけ離間するヒートシンクフィンと、を有するヒートシンクと、
前記基部に接する熱源と、
前記熱源または前記ヒートシンクに接続されるヒートパイプと、
前記ダクトの前記内部で、前記ファンよりも前記一端側に配置され、前記送風方向に沿って前記ヒートパイプから延出する複数の薄板がそれぞれ所定の距離だけ離間するヒートパイプフィンと、
を備える冷却装置。
【請求項２】
前記送風方向は、前記一端から前記他端へ向かう方向である、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記ヒートパイプの一部は、前記ダクトの前記外部に配置される請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記基部は、長手方向を有する形状であり、
前記ヒートパイプは、前記基部の前記長手方向の両端に接続された請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記ヒートシンクフィンの板面方向は、前記基部の前記長手方向である請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却装置を含む投影表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置及び投影表示装置に関し、例えば、プロジェクタの光源を冷却する冷却装置及び投影表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ用の光源として、レーザ及び発光ダイオード（light emitting diode : LED）等の半導体光源の採用が進んでいる。半導体光源は、発熱密度が高いため、放熱器を利用した冷却が行われる。冷却には、熱源にヒートシンク等の放熱器を接続して放熱器に送風する構造や、ヒートパイプを用いた光源ランプ冷却構造の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０７５０８１号公報
【特許文献２】特開２００９−２３８９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、熱源であるランプ５、熱源が接合された受熱ブロック４２、複数の放熱フィン４８が設けられたヒートシンク４７、ヒートシンク４７に送風して熱を放散させる排気ファン４９を備えた投影表示装置４が開示されている。特許文献１の投影表示装置４は、熱源の熱を受熱ブロック４２及びヒートパイプ４３を介してヒートシンク４７に移動させ、排気ファン４９により、ヒートシンク４７から熱を外部に放散させている。
【０００５】
また、特許文献２には、空気取り入れ口および空気排出口を備えた軸流ファンと、空気取り入れ口に設けられた第１の放熱フィンと、空気排出口に設けられた第２の放熱フィンと、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとを接続するヒートパイプと、ヒートパイプに接合された受熱ブロックとを備えたフィン付ヒートシンクが開示されている。熱源の熱を、ヒートパイプを介して第１の放熱フィン及び第２の放熱フィンに移動させ、排気ファン４９により、第１の放熱フィン及び第２の放熱フィンから熱を外部に放散させている。
【０００６】
ここで、ヒートシンクやヒートパイプの放熱フィンの冷却効率を高めるために放熱フィンの面積を大きくすると、ある面積以上では放熱効率が向上せず、放熱効率が飽和する。また、放熱フィンの面積を大きくしたときに、送風量を上げても空気抵抗が増えるため、放熱フィンの面積に応じた放熱ができないということが課題であった。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、熱源の冷却性能を向上させることができる冷却装置及び投影表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、一端と他端が開口したダクトと、前記ダクトの内部に配置され、前記ダクトの前記内部の空気を前記一端と前記他端とを結ぶ送風方向に送風するファンと、前記ダクトの外部であって、前記他端の開口に対向する対向面を有する基部と、前記送風方向に沿って前記対向面から延出する複数の薄板がそれぞれ所定の距離だけ離間するヒートシンクフィンと、を有するヒートシンクと、前記基部に接する熱源と、前記熱源または前記ヒートシンクに接続されるヒートパイプと、前記ダクトの前記内部で、前記ファンよりも前記一端側に配置され、前記送風方向に沿って前記ヒートパイプから延出する複数の薄板がそれぞれ所定の距離だけ離間するヒートパイプフィンと、を備える冷却装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、熱源の冷却性能を向上させることができる冷却装置及び投影表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る冷却装置を例示した斜視図である。
【図２】実施形態に係る冷却装置を例示した斜視図である。
【図３】実施形態に係る冷却装置を例示した断面図である。
【図４】実施形態に係る冷却装置の側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係るヒートシンク、ファン、ヒートパイプフィンの配置パターンと、風量及び熱抵抗との関係のシミュレーション結果を例示した図である。
【図６】比較例１に係る冷却装置を例示した斜視図である。
【図７】比較例２に係る冷却装置を例示した斜視図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、従来例の投影表示装置を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態）
実施形態に係る冷却装置を説明する。実施形態に係る冷却装置は、例えば、プロジェクタの光源を冷却する冷却装置である。まず、実施形態に係る冷却装置の構成について説明する。
【００１２】
図１及び図２は、実施形態に係る冷却装置を例示した斜視図である。図３は、実施形態に係る冷却装置を例示した断面図である。図４は、実施形態に係る冷却装置の側面図である。図２では、図１のダクト５０を外した内部を示している。
【００１３】
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る冷却装置１は、ヒートシンク１０、ファン２０、ファン取付部２５、ヒートパイプ３０、ヒートパイプフィン３５、ダクト５０を備えている。冷却装置１は、ヒートシンク１０に接触させた熱源６０、例えば、熱密度が高い光源を冷却する装置である。ヒートシンク１０およびヒートパイプフィン３５の材質は、アルミ・銅などが用いられる。
【００１４】
ダクト５０は、両端が開口した角筒状の部材である。例えば、ダクト５０は、開口が長方形状となった四角筒状である。ダクト５０の開口した両端部のうち、一方の端部を一端５１、他方の端部を他端５２とする。
【００１５】
ファン２０は、ダクト５０の内部に配置されている。ファン２０は、ダクト５０の内部の空気を送風する。例えば、ファン２０は、ダクト５０の一端５１と他端５２とを結ぶ送風方向に送風する。例えば、送風方向は、一端５１から他端５２へ向かう方向である。ファン２０は、ダクト５０の内部に、一つまたは複数個設けられている。ファン２０は、例えば、複数のプロペラが回転軸に取り付けられたものである。ファン２０は、回転軸に沿った方向に送風する。ファン２０は、回転軸を一端５１から他端５２に沿った方向に位置するようにダクト５０内に配置されている。
【００１６】
ここで、図１〜図４において、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を導入する。ダクト５０の内部に設けられたファン２０における送風の方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に直交する面内における一方向、例えば、鉛直方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。
【００１７】
ファン取付部２５は、ファン２０の回転軸を囲むようにファン２０の周囲に設けられている。ファン２０は、ファン取付部２５で囲まれた内部で回転する。ファン取付部２５は、ダクト５０の内周面に取付けられている。ファン取付部２５は、ダクト５０内の空気の流れを遮断する。よって、ダクト５０の一端５１から他端５２に送風される空気は、ファン２０が回転する部分を通る。すなわち、ダクト５０の一端５１からダクト５０内に流れ込んだ空気は、ファン取付部２５によって遮断されていないファン２０が回転する部分を通って、ダクト５０の他端５２側に流れていく。よって、送風の方向から見たファン２０が回転する部分の面積は、ダクト５０の送風方向に直交する断面積よりも小さくなっている。
【００１８】
ヒートシンク１０は、第１面１１及び第２面１２を有する基部１０ａを有している。ヒートシンク１０の第２面１２は、第１面１１の反対側の面である。ヒートシンク１０の長手方向は、例えば、Ｙ軸方向となっている。この場合には、基部１０ａはＹ軸方向の長手方向を有する。ヒートシンク１０のＹ軸方向の長さ及びＺ軸方向の長さは、ダクト５０の他端５２の開口におけるＹ軸方向の長さ及びＺ軸方向の長さと略同一となっている。ヒートシンク１０の第１面１１は、ダクト５０の他端５２の開口に対向している。よって、基部１０ａは、ダクト５０の外部であって、他端５２の開口に対向する対向面を有している。ヒートシンク１０は、基部１０ａの他にヒートシンクフィン１５を含んでいる。
【００１９】
ヒートシンクフィン１５は、複数の薄板を有している。ヒートシンクフィン１５の薄板は、ヒートシンク１０の基部１０ａの第１面１１から他端５２の開口側に延出している。ヒートシンクフィン１５の各薄板は、例えば、Ｚ軸方向を長手方向とした板面を有する薄板状である。ヒートシンクフィン１５の各薄板は略同一形状をしている。ヒートシンクフィン１５のＺ軸方向の長さは、ヒートシンク１０のＺ軸方向の長さと略一致している。ヒートシンク１０の基部１０ａの第１面１１とダクト５０の他端５２側の開口に交差する面で定義される第１の基準面に沿って、ヒートシンクフィン１５の薄板それぞれが配置されている。ヒートシンクフィン１５において、送風方向に沿って対抗面から延出する複数の薄板がそれぞれ所定の距離だけ離間している。第１の基準面は平面に限らず、ダクト５０の形状によって決められる送風の方向に対して連続になるようにダクト５０の他端５２側の開口に交差している。よって、第１の基準面は、送風方向に沿っている。
【００２０】
ヒートシンクフィン１５の各薄板の板面に直交する方向はＹ軸方向である。板面に直交する方向を板面方向とよぶ。ヒートシンクフィン１５の板面方向は、ヒートシンク１０の長手方向となっている。ヒートシンクフィン１５の複数の薄板は、板面方向に間隔を空けて配置している。したがって、ヒートシンクフィン１５の薄板間の溝は、Ｚ軸方向に延びている。ヒートシンクフィン１５の薄板間の隙間は、ファン２０における送風の方向に沿っている。つまり、ヒートシンクフィン１５の板面方向と、送風の方向とは略直交している。
【００２１】
熱源６０は、ヒートシンク１０の基部１０ａの第２面１２に配置され、基部１０ａに接している。熱源６０は、例えば、ヒートシンク１０の基部１０ａの第２面１２に密着するように取り付けられている。熱源６０は、例えば、光源である。さらに、詳しく言えば、熱源６０は、例えば、レーザ光源や、半導体光源である。熱源６０は、一つまたは複数個取付けられている。熱源６０は、基部１０ａの第２面１２における中央部分に配置されている。なお、熱源６０は、光源に限らず、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等、熱を発生する電子機器でもよい。
【００２２】
ヒートパイプフィン３５は、ダクト５０の内部に設けられている。ヒートパイプフィン３５は、ファン２０よりもダクト５０の一端５１側に設けられている。ヒートパイプフィン３５は、複数の薄板を有している。ヒートパイプフィン３５の各薄板は、例えば、Ｚ軸方向を長手方向とした板面を有する薄板状である。ヒートシンクフィン１５の各薄板は略同一形状をしている。ヒートパイプフィン３５のＺ軸方向の長さは、ヒートシンク１０のＺ軸方向の長さと略一致している。
【００２３】
ヒートパイプフィン３５の板面方向はＹ軸方向であり、ヒートシンク１０の長手方向となっている。ヒートパイプフィン３５の各薄板は、板面方向に間隔を空けて配置している。ヒートパイプフィン３５の薄板間の隙間は、ファン２０における送風の方向に沿っている。つまり、ヒートパイプフィン３５の板面方向と、送風の方向とは略直交している。また、ヒートシンクフィン１５の板面方向と、ヒートパイプフィン３５の板面方向と、は略同一方向である。
【００２４】
ヒートパイプ３０は、曲がった部分を有している。例えば、ヒートパイプ３０は、湾曲した部分を有している。ヒートパイプ３０は複数本、設けられている。ヒートパイプ３０は、熱源６０またはヒートシンク１０に接続している。ヒートパイプ３０は、ヒートシンク１０または熱源６０の長手方向の両端に接続されている。例えば、ヒートパイプ３０は、基部１０ａの長手方向の両端に接続されている。ヒートパイプは、ヒートシンク１０の側面１３及び１４に接合し、ヒートシンク１０の基部１０ａの内部に埋設されている。
【００２５】
ヒートパイプ３０は、側面１３及び１４のＺ軸方向における中央部に接続している。また、熱源６０は、ヒートシンク１０の第２面１２の中央部に配置されている。よって、ヒートパイプ３０がヒートシンク１０に接続した位置と、熱源６０がヒートシンク１０に配置された位置とは、Ｚ軸方向において一致している。
【００２６】
ヒートシンク１０の＋Ｙ軸方向側の側面１３から＋Ｙ軸方向に突出したヒートパイプ３０は湾曲し、−Ｘ軸方向側に延びている。そして、ヒートパイプ３０は、−Ｙ軸方向側に湾曲し、ダクト５０の内部に挿入されている。また、ヒートシンク１０の−Ｙ軸方向側の側面１４から−Ｙ軸方向に突出したヒートパイプ３０は湾曲し、−Ｘ軸方向側に延びている。そして、ヒートパイプ３０は、＋Ｙ軸方向側に湾曲し、ダクト５０の内部に挿入されている。ダクト５０の内部に挿入されたヒートパイプ３０は、ダクト５０の内部に設けられたヒートパイプフィン３５に接続されている。ヒートパイプ３０は、ヒートパイプフィン３５の複数の薄板を、板面方向から貫いている。ヒートパイプフィン３５を貫いている部分以外のヒートパイプ３０は、ダクト５０の外側に配置されている。したがって、ヒートパイプ３０の一部は、ダクト５０の外側に配置されている。ヒートシンクパイプ３０とダクト５０の一端５１側の開口に交差する面で定義される第２の基準面に沿って、ヒートパイプフィン３５の各薄板それぞれが配置されている。ヒートパイプフィン３５において、送風方向に沿ってヒートパイプ３０から延出する複数の薄板がそれぞれ所定の距離だけ離間している。第２の基準面は平面に限らず、ダクト５０の形状によって決められる送風の方向に対して連続になるようにダクト５０の一端５１側の開口に交差している。よって、第２の基準面は、送風方向に沿っている。
【００２７】
熱源６０が投影表示装置の光源であり、光源が冷却装置１によって冷却される場合には、投影表示装置は、冷却装置１を含んでいる。
【００２８】
次に、冷却装置１の動作を説明する。まず、ヒートシンク１０の基部１０ａの第２面１２上に配置された熱源６０を起動させる。熱源６０から発生する熱は、熱伝導により、熱源６０が接触しているヒートシンク１０に伝わる。熱源６０からヒートシンク１０に伝わった熱の一部は、ヒートシンク１０自体から放散される。また、熱源６０からヒートシンク１０に伝わった熱の一部は、ヒートシンク１０に設けられたヒートシンクフィン１５から放散される。さらに、熱源６０からヒートシンク１０に伝わった熱の一部は、熱伝導により、ヒートパイプ３０に伝わる。
【００２９】
熱源６０からヒートシンク１０を経て、ヒートパイプ３０に伝わった熱の一部は、ヒートパイプ３０自体から放散される。また、熱源６０からヒートシンク１０を経て、ヒートパイプ３０に伝わった熱の一部は、熱伝導により、ヒートパイプフィン３５に伝わる。そして、ヒートパイプフィン３５から放散される。
【００３０】
一方、熱源６０の起動の前後または熱源６０の起動と同時に、ファン２０を起動させる。これにより、ダクト５０内において、一端５１から他端５２の方向へ送風される。すなわち、図３及び図４に示すように、一端５１から他端５２に沿った方向へ空気の流れ７１が発生する。
【００３１】
一端５１の開口から取り込まれた空気は、ヒートパイプフィン３５の薄板間の隙間を通る。ヒートパイプフィン３５の各薄板は、板面方向に間隔を空けて配置されている。そして、板面方向は、送風の方向に直交している。すなわち、ヒートパイプフィン３５の薄板間の隙間は、送風の方向に沿っている。よって、ヒートパイプフィン３５に到達した空気は、ヒートパイプフィン３５の薄板間の隙間を通る。ヒートパイプフィン３５の薄板間の隙間を空気が通る間に、ヒートパイプフィン３５から空気へ熱が伝達される。これにより、ヒートパイプフィン３５が有していた熱が放散される。
【００３２】
ヒートパイプフィン３５の薄板間の隙間を通り抜けた空気は、ファン２０が回転している部分を通る。ダクト５０におけるファン２０が回転している部分以外の部分は、ファン取付部２５により空気の流れが遮断されている。
【００３３】
ファン２０が回転している部分を通り抜けた空気は、ダクト５０の内部をさらに進む。そして、ダクト５０の他端５２の開口から出る流れ７２となる。他端５２の開口に対向するようにヒートシンク１０の基部１０ａが配置されており、ヒートシンクフィン１５の薄板が開口側に向かって延出している。よって、ダクト５０の他端５２の開口から出た空気は、ヒートシンクフィン１５の薄板間の隙間を通る。ヒートシンクフィン１５の薄板は、板面方向に間隔を空けて配置されている。そして、板面方向は、送風の方向に直交している。すなわち、ヒートシンクフィン１５の薄板間の隙間は、送風の方向に沿っている。よって、ヒートシンクフィン１５に到達した空気は、ヒートシンクフィン１５の薄板間の隙間を通る。ヒートシンクフィン１５の薄板間の隙間を空気が通る間に、ヒートシンクフィン１５から空気へ熱が伝達される。これにより、ヒートシンクフィン１５が有していた熱が放散される。
【００３４】
ヒートシンクフィン１５の薄板間の隙間を通り抜けた空気は、ヒートシンク１０の基部１０ａの第１面１１に当たる。そして、ヒートシンク１０の基部１０ａの第１面１１において、ヒートシンクフィン１５の薄板間の隙間を通り抜けた空気の一部は、ヒートシンクフィン１５の薄板間の溝が延びた方向、すなわち、＋Ｚ軸方向の流れ７３となり、一部は−Ｚ軸方向の流れ７４となる。そして、＋Ｚ軸方向及び−Ｚ軸方向に向かって空気が通る間に、ヒートシンク１０の第１面１１から空気へ熱が伝達される。これにより、ヒートシンク１０が有していた熱が放散される。
【００３５】
このように、ヒートシンク１０、シートシンクフィン１５、ヒートパイプ３０、ヒートパイプフィン３５は、それ自体でも熱を放散するが、空気の流れがある場合には、冷却効率を向上させることができ、より効果的に熱を放散させることができる。
【００３６】
次に、ヒートシンク１０、ファン２０、ヒートパイプフィン３５の配置についてＡ〜Ｉの配置パターンを想定し、各配置パターンにおける風量及び熱抵抗との関係のシミュレーション結果を説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係るヒートシンク１０、ファン２０、ヒートパイプフィン３５の配置パターンと、風量及び熱抵抗との関係のシミュレーション結果を例示した図である。ここで、風量とは、各配置パターンにおける単位時間当たりに移動する空気量を示し、熱抵抗とは、ヒートシンク１０の熱抵抗のことであり、熱抵抗は大きくなるほど冷却効率が小さくなることを意味する。
【００３７】
図５（ａ）の配置パターンＡは、ダクト５０内にファン２０だけを配置した場合であり、ダクト５０の送風の方向に直交する断面積（以下、単に断面積という。）に対するファン２０の断面積の比を1としている。この場合の風量を100%として、配置パターンＡ〜Ｃで比較する。
【００３８】
図５（ａ）の配置パターンＢは、ダクト５０内にファン２０を配置し、ファン２０の排気側にヒートパイプフィン３５を配置した場合であり、ダクト５０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比を１としている。この場合の風量は89%である。
【００３９】
図５（ａ）の配置パターンＣは、ダクト５０内にファン２０を配置し、ファン２０の吸気側にヒートパイプフィン３５を配置した場合であり、ダクト５０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比を１としている。この場合の風量は87%である。
【００４０】
図５（ａ）の配置パターンＡ〜Ｃに示すように、ファン２０とヒートパイプフィン３５との関係からすると、ヒートパイプフィン３５をファン２０の吸気側及び排気側のどちらに配置しても、風量は減少する。そして、ヒートパイプフィン３５を排気側に配置した方が、吸気側に配置するよりも風量の減少量は小さい。
【００４１】
図５（ｂ）の配置パターンＤは、ダクト５０内にファン２０だけを配置した場合であるが、ダクト５０の断面積に対するファン２０の断面積の比を0.60としている。この場合の風量を100%として、配置パターンＤ〜Ｆで比較する。
【００４２】
図５（ｂ）の配置パターンＥは、ダクト５０内にファン２０を配置し、ファン２０の排気側にヒートパイプフィン３５を配置した場合であり、ダクト５０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比を１としている。よって、ファン２０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比は、1.65である。この場合の風量は94%である。
【００４３】
図５（ｂ）の配置パターンＦは、ダクト５０内にファン２０を配置し、ファン２０の吸気側にヒートパイプフィン３５を配置した場合であり、ダクト５０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比を１としている。よって、ファン２０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比は、1.65である。この場合の風量は92%である。
【００４４】
図５（ｂ）の配置パターンＤ〜Ｆに示すように、ダクト５０の断面積を拡大させた場合は、配置パターンＡ〜Ｃに対して、風量の減少が抑えられる。また、ヒートパイプフィン３５をファン２０の吸気側及び排気側のどちらに配置しても風量が減少する傾向と、ヒートパイプフィン３５を排気側に配置した方が、吸気側に配置するよりも風量の減少量が小さくなる傾向は同じである。
【００４５】
図５（ｃ）の配置パターンＧは、ダクト５０内にファン２０を配置し、ダクト５０の他端５２の開口に対向するようにヒートシンク１０を配置した場合であり、ダクト５０の断面積に対するファン２０の断面積の比を0.60としている。この場合の風量を100%とする。また、この場合の熱抵抗を100%として、配置パターンＧ〜Ｉで比較する。
【００４６】
図５（ｃ）の配置パターンＨは、ダクト５０内にファン２０を配置し、ファン２０の排気側にヒートパイプフィン３５を配置し、ダクト５０の他端５２の開口に対向するようにヒートシンク１０を配置した場合であり、ダクト５０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比を１としている。ファン２０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比は、1.65である。この場合の風量は92%である。また、この場合の熱抵抗は109%である。
【００４７】
図５（ｃ）の配置パターンＩは、ダクト５０内にファン２０を配置し、ファン２０の吸気側にヒートパイプフィン３５を配置し、ダクト５０の他端５２の開口に対向するようにヒートシンク１０を配置した場合である。ダクト５０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比を１としている。ファン２０の断面積に対するヒートパイプフィン３５の断面積の比は、1.65である。この場合の風量は94%である。また、この場合の熱抵抗は、104%である。
【００４８】
図５（ｃ）の配置パターンＧ〜Ｉに示すように、ダクト５０の他端５２の開口に対向するようにヒートシンク１０を配置した場合では、ヒートパイプフィン３５をファン２０の吸気側及び排気側のどちらに配置しても、風量は減少するものの、ヒートパイプフィン３５を吸気側に配置した方が、排気側に配置するよりも風量の減少量は小さくなる。
【００４９】
ここで、配置パターンＧ〜Ｉの比較において、ヒートシンク１０の熱抵抗を比較する理由を説明する。一般的に、ヒートパイプ３０は、ヒートシンク１０の熱抵抗に対して十分に小さく、ヒートパイプフィン３５への熱移動は効率良く行われるため、ヒートパイプフィン３５の熱抵抗は、それほど変化しない。その一方で、ヒートシンク１０の熱抵抗は、ヒートパイプフィン３５の薄板の間隙で構成される流路を移動する際に発生する流路抵抗によるヒートシンク１０への空気の流れの変化によって変化する。このため、ヒートシンク１０の熱抵抗を比較している。
【００５０】
ここで、配置パターンＩにおける風量と熱抵抗の変化が少ない理由について、説明する。まず、配置パターンＧ〜Ｉと配置パターンＡ〜Ｆでは、ヒートシンク１０の有無の点で異なる。次に、配置パターンＧ〜Ｉのうち、ファン２０の排気側に流路抵抗となるヒートシンク１０が配置された配置パターンＩは、ヒートシンク１０の流路抵抗とヒートパイプフィン３５の流路抵抗とがファン２０を挟む配置になっている。一般に、ファン２０の排気側に流路抵抗がある場合には風量が落ちやすいが、配置パターンＩは、ファン２０の吸気側と排気側の両側に流路抵抗がある唯一の配置パターンとなる。つまり、配置パターンＩでは、ファン２０の吸気側のヒートパイプフィン３５の流路抵抗に加えて、排気側のヒートシンク１０の流路抵抗が追加されることで、ファン２０の吸気側と排気側のバランスが良くなる。その結果、風量の減少を抑えることができ、さらに、熱抵抗の増加も抑えることができることを示している。ここで、配置パターンＡ〜Ｉのうちで、吸気側と排気側の流路抵抗のバランスがよい配置パターンはＡとＩのみであることから、配置パターンＩは、配置パターンＢ〜Ｉの中でもっとも配置パターンＡに近い空気の移動を実現できる配置である。
【００５１】
よって、本実施形態のように、排気側にヒートシンク１０のような流路抵抗となるものが配置された場合には、ヒートパイプフィン３５を吸気側に配置することにより、冷却効率を向上させることができる。
【００５２】
さらに、本実施形態では、ヒートパイプ３０によって、ヒートシンク１０の熱の一部をヒートパイプフィン３５に分割させている。そして、ヒートシンク１０及びヒートパイプフィン３５の両方で熱を放散させている。これにより、風量を減少させることなく、冷却効率を向上させることができる。
【００５３】
次に、本実施形態の効果を説明するが、その前に、比較例を説明し、その後で、比較例と対比させて、本実施形態の効果を説明する。
【００５４】
図６は、比較例１に係る冷却装置を例示した斜視図である。図６に示すように、比較例１に係る冷却装置１０１は、ヒートシンク１０、ファン２０、ヒートパイプ３０及びヒートパイプフィン３５を有している。しかしながら、ヒートシンク１０は、ヒートシンクフィン１５を有していない。また、ヒートパイプフィン３５がファン２０よりも排気側に配置されている。
【００５５】
比較例１の冷却装置１０１では、図５で示したように、ヒートパイプフィン３５がファン２０の吸気側に配置されていないので、風量が減少し、冷却効率を向上させることができない。また、熱抵抗の増加を抑制することができない。ヒートシンクフィン１５による熱の放散もないため、本実施形態における配置パターンＩと比較して、冷却性能は劣るものとなる。
【００５６】
図７は、比較例２に係る冷却装置を例示した斜視図である。図７に示すように、比較例２に係る冷却装置１０２は、ヒートシンク１０、ヒートシンクフィン１５、ファン２０を有している。しなしながら、比較例２に係る冷却装置１０２は、ヒートパイプ３０及びヒートパイプフィン３５を有していない。したがって、ヒートシンク１０に伝達した熱を、他の放熱部に分割することができない。よって、ヒートシンク１０の面積を大きくしてもある面積以上では放熱効率が向上せず、放熱効率が飽和する。よって、冷却効率を向上させることができない。
【００５７】
次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態の冷却装置１は、熱源６０から発生した熱の放熱部を、熱源６０に接続されたヒートシンク１０と、熱源６０にヒートシンク１０及びヒートパイプ３０を介して接続されたヒートパイプフィン３５とに分割させている。よって、ヒートシンク１０を大きくしなくても、冷却効率を向上させることができる。これにより、放熱効率が飽和することを抑制することができる。
【００５８】
また、冷却装置１は、吸気側から、ヒートパイプフィン３５、ファン２０、ヒートシンク１０の順に配置している。図５（ａ）〜（ｃ）で示したように、ダクト５０の排気側の開口の近傍にヒートシンクフィン１５のような空気の流れの妨げとなるような構造物（流路抵抗）がある場合には、ファン２０の排気側にヒートパイプフィン３５を配置するよりも、ファン２０の吸気側にヒートパイプフィン３５を配置した方が、風量の減少を抑えつつ、熱抵抗の増加を抑制することができる。また、ファン２０の排気側に流路抵抗がある場合には、ファン２０がヒートシンクフィン１５に近い方が、流速を減ずることなく効率の良い送風を行うことができる。このように、冷却装置１は、ヒートパイプフィン３５と、ヒートシンク１０との間にファン２０を挟み、吸気側から、ヒートパイプフィン３５、ファン２０、ヒートシンク１０の順に配置することが好ましい。
【００５９】
ヒートシンクフィン１５の板面方向と、ヒートパイプフィン３５の板面方向を略同一方向とし、これらの方向を送風の方向に直交させている。よって、ヒートシンクフィン１５及びヒートパイプフィン３５と空気との接触を促進させ、風量の減少を抑えつつ、冷却能力を向上させることができる。
【００６０】
ヒートパイプ３０を複数、例えば、３本用いて、ヒートシンク１０に接続している。これにより、ヒートシンク１０の熱をヒートパイプフィン３５に伝達する量を大きくすることができる。
【００６１】
また、ヒートパイプ３０を、ヒートシンク１０の長手方向または短手方向の両端部に接続している。より好ましくは、短手方向よりも長手方向の両端部に接続している。これにより、ヒートシンク１０の熱を均一にヒートパイプ３０に伝達することができる。よって、特に、熱密度が大きい光源のような場合には、ヒートシンク１０の長手方向の一端５１にヒートパイプ３０を接続するよりも熱源６０の冷却の偏りを抑制することができる。
【００６２】
本実施形態では、ヒートシンクフィン１５及びヒートパイプフィン３５の板面方向を、ヒートシンク１０の長手方向としている。よって、ダクト５０の他端５２の開口から出た空気は、ヒートシンク１０の短手方向に沿って流れる。これにより、風量の減衰を抑制することができる。
【００６３】
なお、ヒートシンクフィン１５の板面方向をＺ軸方向とし、ヒートパイプフィン３５の板面方向をＹ軸方向としてもよい。そして、ヒートパイプ３０をヒートシンク１０のＹ軸方向の両端に接続してもよい。この場合には、ダクト５０の他端５２の開口から出た空気は、ヒートシンク１０により送風の方向がＹ軸方向に代わる。そして、ヒートシンクフィン１５の隙間を通って、ヒートシンク１０のＹ軸方向の両端から出ていくことになる。このとき、ヒートパイプ３０をヒートシンク１０のＹ軸方向の両端に接続しているので、ヒートシンク１０のＹ軸方向の両端から出た空気は、ヒートパイプ３０に接触する。これにより、ヒートパイプ３０に接触した空気は、ヒートパイプ３０から熱を放散させる。よって、冷却効率をさらに向上させることができる。
【００６４】
なお、ダクト５０をＸ軸方向に延びた角筒状としたが、これに限らない。Ｘ軸方向に延びた円筒としてもよいし、一端５１側の開口の形状を任意の形状としてもよい。その場合には、開口の形状に合わせて、ヒートシンク１０の形状及びヒートパイプフィン３５の形状を成形する。また、ダクト５０を一方向に延びた筒状としたが、湾曲するように延びた筒状としてもよい。その場合には、ファン２０は、ダクト５０の形状に沿った送風の方向となるように送風する。
【００６５】
なお、ヒートシンクフィン１５の面形状と、ヒートパイプフィン３５の面形状とをそれぞれ決める第１の基準面および第２の基準面は、ダクト５０の形状に対して連続的に接続される形状であってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１、１０１、１０２  冷却装置
１０  ヒートシンク
１０ａ  基部
１１  第１面
１２  第２面
１３  側面
１４  側面
１５  ヒートシンクフィン
２０  ファン
２５  ファン取付部
３０  ヒートパイプ
３５  ヒートパイプフィン
５０  ダクト
５１  一端
５２  他端
６０  熱源
７１、７２、７３、７４  流れ
【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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