(57)【要約】【課題】簡単かつ省スペースな構成でありながら高い放熱性能が得られる光源ランプを提供する。【解決手段】凹状の反射面で囲まれた放電空間を内部に有し非導電部材からなる胴体部と、胴体部の前後に設けた導電部材と、該前後の導電部材を介して給電され上記放電空間で放電発光を生じさせる電極とを備え、胴体部前方の出射部から光を出射させる光源ランプにおいて、胴体部の外周面から外径方向に向けて突出する放熱フィンを設けたこと。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状の反射面で囲まれた放電空間を内部に有し非導電部材からなる胴体部と、該胴体部の前後に設けた導電部材と、該前後の導電部材を介して給電され上記放電空間で放電発光を生じさせる電極とを備え、上記胴体部前方の出射部から光を出射させる光源ランプにおいて、胴体部の外周面から外径方向に向けて突出する放熱フィンを設けたことを特徴とする光源ランプ。
【請求項２】
請求項１の光源ランプにおいて、上記放熱フィンは、光源ランプからの出射光の光軸と略直交する方向に突出された複数の環状体からなる光源ランプ。
【請求項３】
請求項１または２記載の光源ランプにおいて、上記放熱フィンは上記胴体部と一体に成形されている光源ランプ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の光源ランプを備えた光源装置であって、
上記光源ランプの出射部の外側にヒートシンクを備え、
光源ランプからの出射光の光軸と略直交する方向に向く回転軸を中心に回転され、光源ランプに側方から冷却風を当てる冷却ファンを備え、この冷却ファンは、回転軸位置よりも半径方向外側の位置に冷却風の最大強度部分が存在すること、
上記冷却ファンを、上記ヒートシンクに冷却風の最大強度部分を対向させ、上記胴体部の放熱フィンに回転軸部分を対向させて配置した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、内視鏡システムなどに用いられる光源装置に関し、特に光源装置に内蔵される光源ランプの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光源装置として、特許文献１に記載されたショートアークランプのような反射鏡内蔵型ランプを筺体内に内蔵し、このランプを許容温度以下に保つための冷却手段を設けたものがある。冷却手段の一例として、ランプの外側に放熱用のヒートシンクを取り付け、ランプの側方からプロペラファン（軸流ファン）で冷却風を送るものが知られている。
【特許文献１】特許第３１８３１４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロペラファンは、その構造上、半径方向のいずれの位置でも一様な強さの冷却風を送るのではなく、半径方向位置によって冷却風の強度が異なっている。具体的には個々のファンの形状によるが、回転軸に近い中心部分では風速が小さく、中心部から外径方向に進むにつれて徐々に風速が大きくなる傾向にある。例えば、代表的なプロペラファンでは、回転軸を中心としたファン半径の８０パーセント程度の径方向位置で風速が最大となり、これよりファンの中心部側（回転軸側）または外縁側に進むと風速が漸減していくような風速分布になっている。
【０００４】
一方、光源となる反射鏡内蔵型ランプでは、放電空間を囲む反射鏡を内部に有する円柱状の胴体部を有し、この胴体部の前部に、放電発光された光を出射させる出射部が設けられている。出射部には、放電空間内を密閉すると共に出射光を透過させる手段として透明部材が嵌められている。また、放電空間内における出射部付近には、放電用の電極（陰極）が、ロウ付け溶接された導電性の支持部材を介して支持されている。ランプの作動時には電極付近で発熱するが、出射部付近が過度の高温にさらされると、透明部材による放電空間の密閉性が損なわれたり、電極のロウ付け部分が熱で破損したりするおそれがある。そのため、光源ランプにおいては、特に出射部付近を確実に冷却する必要がある。
【０００５】
ところで、プロペラファンは前述したような不均一な風速分布特性を有するため、プロペラファンの位置を、光源ランプの出射部に対して最も効率的に冷却風を送る位置に設定すると、ランプの胴体部中央付近で冷却風が弱くなる。通常、胴体部はセラミックスなどの高い耐熱性を有する非導電材質で形成されているが、ある程度の冷却性能は要求される。これを解消するためにランプの胴体部中央に強い冷却風が当たるようにプロペラファンを配置すると、こんどは出射部に対する風量が弱くなり、出射部の温度を、設計上の許容温度に対して十分なマージンを持った値に維持することが難しくなってしまう。
【０００６】
光源ランプに対して位置を異ならせて複数のプロペラファンを設ければ、光源ランプの全体に亘り必要十分な冷却風を送ることは可能であるが、複数のプロペラファンを設けると、装置の大型化やコストアップを招いてしまう。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単かつ省スペースな構成でありながら高い放熱性能が得られる光源ランプ、及び該光源ランプを備えた光源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】
本発明は、凹状の反射面で囲まれた放電空間を内部に有し非導電部材からなる胴体部と、胴体部の前後に設けた導電部材と、該前後の導電部材を介して給電され上記放電空間で放電発光を生じさせる電極とを備え、胴体部前方の出射部から光を出射させる光源ランプにおいて、上記胴体部の外周面から外径方向に向けて突出する放熱フィンを設けたことを特徴としている。
【０００９】
放熱フィンは、光源ランプからの出射光の光軸と略直交する方向に突出された複数の環状体からなることが好ましい。また、放熱フィンは胴体部と一体に成形されることが好ましい。
【００１０】
本発明はまた、以上の光源ランプの出射部の外側にヒートシンクを備え、光源ランプに側方から冷却風を当てる冷却ファンを備えた光源装置に関する。この光源装置において、冷却ファンは、光源ランプからの出射光の光軸と略直交する方向に向く回転軸を中心に回転され、当該回転軸位置よりも半径方向外側の位置に冷却風の最大強度部分が存在している。そして、この冷却ファンを、光源ランプの出射部側のヒートシンクに冷却風の最大強度部分を対向させ、胴体部の放熱フィンに回転軸部分を対向させて配置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
以上の本発明の光源ランプによれば、放熱フィンを設けた胴体部中央の放熱（冷却）効率を高めることができ、出射部のみならず胴体部中央も確実に冷却することができる。また、この光源ランプを備えた光源装置において、出射部側のヒートシンクに冷却風の最大強度部分を対向させ、胴体部の放熱フィンに回転軸部分を対向させて冷却ファンを配置することにより、光源ランプの出射部と胴体部中央のいずれも確実に冷却させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２に光源装置１０の全体構造を示す。本実施形態の光源装置１０は、内視鏡の光源装置として適用したものである。光源装置１０の筺体１１の内部には、電源部１２、イグナイタ１３、風洞１４、集光レンズ部１５、スコープ差し込み部１６、冷却ファン１７などが配設され、風洞１４内には光源ランプ２０が設けられている。電源部１２からは光源ランプ２０に給電するためのマイナス側配線１８とプラス側配線１９が延設されており、これらマイナス側配線１８とプラス側配線１９は、風洞１４上の端子部１８ａ、１９ａに接続されている。イグナイタ１３は、マイナス側配線１８とプラス側配線１９の途中に設けられ、光源ランプ２０の始動用の高圧パルスを発生する。スコープ差し込み部１６には、筺体１１の外部と内部を貫通する筒状の差し込み孔が形成されている。図示しない内視鏡は、光源装置１０に接続されるコネクタ部を有し、このコネクタ部にライドガイドの端部を内挿した光源差し込み突起が突設されている。光源差し込み突起はスコープ差し込み部１６の差し込み孔に挿入され、集光レンズ部１５は光源ランプ２０から出射された光を集光して、ライドガイドに入射させる。ライトガイドは、内視鏡の挿入部先端に設けた照明用光学系まで延設されており、光源ランプ２０で発した光は、ライトガイド及び照明用光学系を介して照明光として配光される。
【００１３】
図３及び図４に光源ランプ２０の詳細構造を示す。光源ランプ２０は反射鏡内蔵型の放電発光ランプである。円筒状外面部２１ａを有する胴体部２１はセラミックス等の非導電材（絶縁部材）からなっており、内部に反射面（反射鏡）２２が形成されている。反射面２２は、胴体部２１の前端開口部２３に向けて徐々に開口径を大きくする凹状楕円面であり、反射面２２に囲まれる放電空間２４内で発した光を前端開口部２３側に向けて反射する。反射面２２には、反射率を高めるための表面加工がなされている。表面加工は任意のものでよいが、一例としてアルミニウムなどの金属の蒸着が挙げられる。放電空間２４内には、陰極（電極）２５と陽極（電極）２６の先端部が、互いに間隔を空けて対向配置されている。
【００１４】
胴体部２１の前端開口部２３の前部にはセラミックリング２７が当接し、セラミックリング２７の前部には給電リング（導電部材）２８が取り付けられている。図３に示すように、給電リング２８の内周面から内径方向に向けて３本の導電性支持部材２９が延出されており、それぞれの導電性支持部材２９の内径側端部が陰極２５に対して溶接固定されている。この３本の導電性支持部材２９によって、陰極２５は放電空間２４内の半径方向の略中心位置に支持される。セラミックリング２７と給電リング２８は、胴体部２１の円筒状外面部２１ａと略同径であり、その外側に取り付けられた前方金属環（導電部材）３０によって胴体部２１（円筒状外面部２１ａ）と相対的に固定される。この固定状態において、前方金属管３０、給電リング２８、導電性支持部材２９及び陰極２５は導通関係にある。
【００１５】
給電リング２８の前端部付近の内周面には、環状の内径フランジ３１が固定され、内径フランジ３１の内側には透明な窓部材３２が嵌っている。給電リング２８と内径フランジ３１の間、内径フランジ３１と窓部材３２の間はそれぞれ密閉されており、かつ窓部材３２によって放電空間２４の前方開口が塞がれることにより、放電空間２４内が密封状態に保たれている。密封された放電空間２４内には、キセノンなどの不活性ガスが高圧充填されている。
【００１６】
胴体部２１の後部には、胴体部２１の円筒状外面部２１ａと略同径の金属ブロック（導電部材）３３が固定されている。金属ブロック３３は中心に形成した軸方向孔３４によって陽極２６を支持しており、金属ブロック３３は、その外側に取り付けられた後方金属環３５によって胴体部２１（円筒状外面部２１ａ）に固定される。この固定状態において、後方金属環３５、金属ブロック３３及び陽極２６は導通関係にある。
【００１７】
以上の構造の光源ランプ２０は、前方金属環３０と後方金属環３５の外側に金属部材からなるヒートシンク４０、４１が取り付けられ、この前後のヒートシンク４０とヒートシンク４１を介して、光源ランプ２０が風洞１４内に支持固定される。ヒートシンク４０とヒートシンク４１はそれぞれ、光源ランプ２０の前後方向と平行な方向（ランプ光軸Ｚと平行な方向）に突出する複数のフィンを有する櫛歯形状をなしている。
【００１８】
ヒートシンク４０とヒートシンク４１を介した光源ランプ２０の支持状態において、マイナス側配線１８の端子部１８ａを経由して前方金属環３０に電流（マイナス電流）が供給される。給電リング２８、導電性支持部材（導電部材）２９及び前方金属環３０はいずれも導電性部材であり、前方金属環３０に入った電流は、給電リング２８と導電性支持部材２９を経由して陰極２５に流れる。なお、前方金属環３０は胴体部２１の円筒状外面部２１ａとセラミックリング２７にも接しているが、セラミックリング２７と胴体部２１はいずれも非導電部材であって電流を通さない。また、プラス側配線１９の端子部１９ａを経由して後方金属環３５に電流（プラス電流）が供給される。後方金属環３５に入った電流は、導電性部材である金属ブロック３３を経由して陽極２６に流れる。なお、後方金属環３５は胴体部２１の円筒状外面部２１ａにも接しているが、前述の通り胴体部２１は非導電部材であって、後方金属環３５側からの電流も通さない。そして、それぞれの給電経路を通して陰極２５と陽極２６に所定の電圧がかけられると、放電空間２４内で放電発光が起こる。放電空間２４内で生じた光は、直接に、あるいは反射面２２によって反射されて、窓部材３２を通してランプ光軸Ｚに沿って光源ランプ２０の前方に出射される。すなわち、窓部材３２が設けられた光源ランプ２０の前端部側が光出射部となっている。
【００１９】
光源ランプ２０の作動中には陰極２５と陽極２６付近を中心として高温が生じるため、光源ランプ２０の過度な温度上昇を防ぐべく冷却ファン１７を用いた冷却構造が備えられている。図１及び図２に示すように、冷却ファン１７は、風洞１４の側方に設けられており、ランプ光軸Ｚと略直交する方向に軸線を向けた回転軸４３を中心として回転することによって、ランプ側方からの送風を行うものである。冷却ファン１７は、外枠４２の内側に位置する回転軸４３を中心として略対称形状をなす一対の羽根４４を半径方向に延設した構造であり、一方の羽根４４の先端部から他方の羽根４４の先端部までのファン直径は、ランプ光軸Ｚ方向における光源ランプ２０の長さよりも若干大きい。
【００２０】
図１には冷却ファン１７の半径方向における風速分布特性（冷却風の強弱特性）Ｐを概念的に示している。同図から分かるように、冷却ファン１７は、回転軸４３付近では風速が最も小さく、各羽根４４の先端部方向へ向けて外径側に進むにつれて徐々に風速が大きくなる。風速は、回転軸４３を中心として羽根４４の先端部方向へ向けて８０パーセント程度進んだ位置付近で最大になり、それよりも羽根４４の先端部側に進むと再び風速が弱くなる。このような風速分布特性を持つ冷却ファン１７によって効率的な冷却効果を得るべく、光源装置１０では、最も冷却風が強く冷却効果が高い部分がヒートシンク４０とヒートシンク４１に対向するように冷却ファン１７が配置されている。これにより、熱伝導性の高い金属材料で構成された光源ランプ２０の前端部や後端部付近を効率的に冷却することができる。特に、光源ランプ２０のうちでも許容温度が制約されやすい出射部付近を確実に冷却できる。但し、このように光源ランプ２０の前後端部の冷却効果を重視して冷却ファン１７を配置すると、図１及び図２に示すように、光源ランプ２０の中央部は冷却ファン１７の冷却風が弱いエリアとなる。光源ランプ２０の中央部を構成する胴体部２１は、セラミックスのように高い耐熱性を有する部材からなっているが、過度な温度上昇は好ましくないため、冷却風が弱い条件下でも十分な放熱性が得られることが要求される。
【００２１】
そこで本実施形態の光源ランプ２０では、ランプ光軸Ｚと略直交する外径方向に向けて円筒状外面部２１ａから突出する放熱フィン４５を、胴体部２１に設けている。ランプ光軸Ｚ方向に位置を異ならせて５枚の放熱フィン４５が設けられており、それぞれの放熱フィン４５は円筒状外面部２１ａを囲む環状をなすように、胴体部２１と一体に形成されている。冷却ファン１７は、冷却風が弱くなる回転軸４３付近を放熱フィン４５の形成領域に対向させて配置されているが、放熱フィン４５を設けたことにより胴体部２１の放熱効率が高まり、冷却ファン１７による送風が弱い光源ランプ２０の中央部においても十分な冷却効果が得られるようになった。言い換えれば、放熱フィン４５を設けたことにより、光源ランプ２０の中央部を外して光源ランプ２０の前後のヒートシンク部分の冷却を重視した冷却ファン１７の配置が可能となった。なお、冷却ファン１７からの送風は、風洞１４内で反射や攪拌されるため、図１に示す風速分布通りに光源ランプ２０に届くのではなく、放熱フィン４５がある胴体部２１の中央部に対してもある程度の強さの冷却風が当たるようになっている。
【００２２】
本実施形態との比較例として、放熱フィン４５を備えない光源ランプ２０′に対する冷却ファン１７′の配置を図５及び図６に示した。この場合、光源ランプ２０′の中央部において胴体部２１′単体では十分な放熱効率が得にくいため、冷却ファン１７′は、冷却風の強い部分が光源ランプ２０′の胴体部２１′の中央部に対向するように位置をずらして配置されている。その結果、光源ランプ２０′の前後端部側のヒートシンク４０、４１に対する送風量が小さくなってしまい、特に、光源ランプ２０′の出射部側のヒートシンク４０に対する送風が不足するおそれがある。
【００２３】
これに対し、光源ランプ２０に放熱フィン４５を設けた本実施形態の光源装置１０では、前述の通り、光源ランプ２０の中央部は放熱フィン４５によって十分な放熱効率を得ることができるので、光源ランプ２０の前部と後部に接続したヒートシンク４０、４１に冷却風の強い部分を対向させるように冷却ファン１７を配置することが可能になり、単一の冷却ファン１７でありながら、光源ランプ２０の全体を効率よく冷却することができる。
【００２４】
以上、図示実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、図示実施形態の光源ランプ２０では、放熱フィン４５は胴体部２１と一体に形成されているが、放熱フィン４５に相当する部分を別に形成してから胴体部２１に取り付ける態様も選択可能である。この場合、胴体部２１前後の導電部である前方金属環３０や後方金属環３５との間でスパークが生じないようにするため、別体の放熱フィンは胴体部２１と同様の非導電部材で形成することが好ましい。
【００２５】
また、図示実施形態の光源装置１０は内視鏡用の光源装置であるが、本発明の光源ランプ及び光源装置の適用対象は、内視鏡の光源に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を適用した光源ランプを備えた光源装置の筺体内部構造を平面視した図である。
【図２】図１の光源装置の筺体内部構造を側面視した図である。
【図３】図１及び図２の光源装置に搭載される光源ランプの正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う光源ランプの断面図である。
【図５】本発明との比較例としての光源装置の筺体内部構造を平面視した図である。
【図６】図５の光源装置の筺体内部構造を側面視した図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  光源装置
１１  筺体
１２  電源部
１３  イグナイタ
１４  風洞
１５  集光レンズ部
１６  スコープ差し込み部
１７  冷却ファン
１８  マイナス側配線
１９  プラス側配線
２０  光源ランプ
２１  胴体部
２２  反射面
２３  前端開口部
２４  放電空間
２５  陰極（電極）
２６  陽極（電極）
２７  セラミックリング
２８  給電リング（導電部材）
２９  導電性支持部材（導電部材）
３０  前方金属環（導電部材）
３１  内径フランジ
３２  窓部材
３３  金属ブロック（導電部材）
３４  軸方向孔
３５  後方金属環
４０  ４１  ヒートシンク
４２  冷却ファンの外枠
４３  冷却ファンの回転軸
４４  冷却ファンの羽根
４５  放熱フィン
Ｐ  冷却ファンの風速分布特性
Ｚ  ランプ光軸
【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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