JP4700734B2 - プロジェクタのための冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部分に従ったプロジェクタの冷却システムに関する。

国際公開第２００４／０２９５０７号（ＷＯ２００４／０２９５０１Ａ１）には、プロジェクタハウジングに配置された光源を有し、一端或いは両端で蓋が被され、ランプとリフレクタを有するプロジェクタが開示されている。このランプ或いはバーナーは、例えば、メタルハライドランプ形式の放電ランプである。リフレクタは、光源から放出された光をプロジェクタハウジングの正面開口部の方向に反射するものであり、このプロジェクタハウジングは透明なカバー要素、例えば保護ディスク或いはレンズディスクによって密閉され得るものである。

可視光ビームを放出することに加え、燃焼式光源はそのアークつまりフィラメントで不可視の熱放出を生成する。この熱放出は赤外線スペクトル領域にあり、次に示す三つのプロセスによってこの光源の周囲に放出される。
ａ）この熱放出はその一部が、リフレクタ、光源ベース及び光源への供給リード線のような光源を囲む部品により、及びプロジェクタハウジングにより吸収される。これによって、これらの部品は材料の特性に悪影響を受け、そしてそれら自身が二次的熱源として振舞う。
ｂ）電気接点を介すとともに光源ベースのセラミック体を介し、熱伝導が起こる。
ｃ）光源の周囲の空気が熱せられて上方に上がり、対流の冷却プロセスでより冷たい空気を下方から上方に運ぶ。

最後に述べられたプロセスを支援し、高出力のプロジェクタをコンパクトな設計にするために、国際公開第２００４／０２９５０７号で開示されているプロジェクタハウジングは、上方円筒形プロジェクタハウジング部と、下方プロジェクタハウジング部を有している。下方プロジェクタハウジング部は立方体の設計であり、互いに離れた換気ダクトを有する換気シャフトがこのハウジング部上に配置される。換気ダクトは、換気シャフト内に第一のフィン部と第二のフィン部とを有するフィンによって、互いに分離される。第一のフィンは空気出口開口部に隣接しており、第二のフィンは空気出口開口部に隣接するとともに第一のフィン部から離れて曲がっている。

米国特許第５，１７２，９７５号（ＵＳ５，１７２，９７５Ａ）には、円筒形プロジェクタハウジングに光源とリフレクタと照明出口開口部とを有するプロジェクタが開示されている。このハウジング上には換気ダクトが形成され、このダクトは、光源が放出する熱の周囲を対流冷却するために循環し、フィンによって限定される。フィンは、円筒形プロジェクタハウジングの外側に離れて曲がり、その端でフランジが付けられている。その結果、第一に、光がプロジェクタハウジングの内部から出るのを防止し、第二に、空気の流れがプロジェクタハウジングから垂直に導かれるようになっている。

米国特許第１，７５８，２９０号（ＵＳ１，７５８，２９０Ａ）には、換気シャフトを有するプロジェクタが開示されている。これらの換気シャフトは、ハウジングの壁に配置されており、互いに離れた換気ダクトを有しており、そしてフィンによって互いに離されている。その結果、均一な換気ダクトが形成され、これらのダクトを通して冷却空気がプロジェクタハウジングの内部へ流れるようになっている。プロジェクタの光軸の上側及び下側のフィンの端は、プロジェクタハウジングの内部に突き出ていて、それぞれ反対方向に再度曲げられており、その結果、光軸の上側に配置されたフィンの端はプロジェクタハウジングの下面方向に向けられる。他方、光軸の下側に配置されたフィンの端は、プロジェクタハウジングの上側に向けられる。中央の水平部の二つの部分は互いに接続され、その結果、プロジェクタ内部に設置されたフィンの端の異なる配列によって、プロジェクタハウジングを通る冷却空気の循環が改善される。

光源によって放出される熱放射に加えて、イグナイタおよび電源供給リード線のようなさらなる電気および電子部品からの熱も、プロジェクタハウジングの内部へ放出され、その熱は対流冷却プロセスによって同様に発散される。

プロジェクタハウジングからの熱の発散における別の問題は、プロジェクタが水平に対して傾いた場合に、空気の対流の流れがプロジェクタハウジングのより高い部分へと導かれて、その結果、過熱が発生しおよびその結果として部品への損害或いは部品の破壊が容易に発生するという事実にある。

空気の対流の流れのために十分なスペースを供給するとともに熱せられた空気をプロジェクタの周囲にもっと効率的に発散させるために、既知のプロジェクタのプロジェクタハウジングは、熱を放出するハウジング領域を増大させるためにより大きな体積を有するとともに外面を強力に補強されている。
国際公開第２００４／０２９５０７号明細書 米国特許第５，１７２，９７５号明細書 米国特許第１，７５８，２９０号明細書

本発明の目的は、初めに言及したタイプのプロジェクタの冷却システムを特定することである。この冷却システムは、光源によっておよびプロジェクタの他の部品によって放出される熱を、プロジェクタが水平に対して傾いた状態でも最小限のハウジング寸法で可能な限り効率的に発散させるものであり、プロジェクタハウジングの内部に置かれた部品を効率的に冷却するものである。

この目的は、請求項１の特徴による発明にしたがって達成される。

本発明の解決策は、プロジェクタハウジングの周りを循環する対流の流れだけでなく、プロジェクタハウジング内部の空気の対流の流れを利用しており、少なくともプロジェクタハウジングの周りを循環する対流の流れに垂直に或いは横方向に導かれる冷却空気の流れも利用している。内部の対流の流れは、光源および熱を発生する部品によって放出される熱を上に持ち上げ、上昇し、冷却空気を下方から上方に運ぶ一方、プロジェクタハウジングの周りを循環する対流の流れはプロジェクタハウジングを冷却する。これらの流れに対して横方向に流れる冷却空気の流れは、対流の流れ内の熱負荷を部分的に発散させ、特に、プロジェクタが水平に対して傾いているように操作された場合も同様である。

本発明のもう一つの利点は、空気の対流の流れを囲んでいる冷却空気の流れは、空気の対流の流れよりもかなり冷たいものであって、その結果、本発明による冷却システムは改善された接点保護も保証するという事実にある。

したがって、熱を発散するためのプロジェクタ用冷却システムは、第一の冷却デバイスと第二の冷却デバイスによって特徴付けられる。この熱は、光源、光学部品、および電気電子部品のうち、少なくとも光源によって放出されるものである。また、この第一の冷却デバイスは、ランプハウジングの周りであって少なくとも部分的に周方向に循環する第二の対流の流れのためのものである。そして、この第二の冷却デバイスは、第二の対流の流れにほぼ垂直に導かれるとともに、プロジェクタの光軸に平行に流れる冷却空気の流れのためのものである。

本発明の解決策の有利な改善点は、第一の冷却デバイスがランプハウジング内に配置されたジャケットフローガイド板を含んでいる一方、第二の冷却デバイスは冷却ダクトを有している点に特徴付けられる。第一の対流の流れは、ランプハウジングの内部空間へ導かれるとともに、第二の対流の流れはそのランプハウジングの周りを流れるものである。この冷却ダクトは、ランプハウジング内であって、ランプハウジングから離れて半径方向に離間したジャケットフローガイド板の周りに配置されており、その結果、冷却ダクトはプロジェクタの光軸に平行に延びている。この冷却ダクトはさらに、冷却空気の流れをプロジェクタハウジングの長手方向に導くものである。そして、冷却ダクトはジャケットフローガイド板から半径方向にわずかに離間して配置されるとともに、第二の対流の流れは、ジャケットフローガイド板と冷却ダクトとの間に形成されたギャップ間を流れる。

ジャケットフローガイド板の配列は、目標とするやり方で、対流の流れおよび冷却空気の流れを導くために使用される。ジャケットフローガイド板と冷却ダクトとの間のギャップは、ジャケットフローガイド板の周りに導かれた対流の流れを改善するとともに熱負荷の一部を冷却ダクトへ放出するために使用されるジャケットフローガイド板から半径方向にわずかに離間して配置され形成される。

好ましくは、第一の開口部は、重力の方向と反対にあるジャケットフローガイド板の上側部分に配置されるとともに、熱を内部の対流の流れから外部の対流の流れ或いは冷却ダクトおよび周囲へ発散するために使用される。

さらに可能なことは、対流の流れの通路用の第二の開口部を光軸にほぼ平行に延びる冷却ダクト間に用意することであり、第二の開口部は熱せられた空気を周囲へ発散させるのに役立つ。

熱せられた空気を周囲へプロジェクタの全長にわたって発散させることを保証するために、本発明のさらなる特徴にしたがって、第二の開口部は、プロジェクタの光軸に平行に延びるように、プロジェクタハウジングの正面から背面へ貫通するように設計される。

本発明の有利な発展は、プロジェクタハウジングの周囲にわたって分配された複数の第二の開口部が、対流の流れによって発散された熱が重力の方向と反対の、つまり下部から上のプロジェクタハウジングを過度に熱する結果をもたらさないように、提供されるという点に特徴付けられる。

第一および第二の開口部は、散乱光がプロジェクタハウジングから洩れるのを防止するために、プロジェクタハウジングの周囲方向に互いに対して位置ずれして配置される。

冷却空気の流れは、もしプロジェクタが一つの方向に或いは他の方向に傾いた場合に増大されて生成されるとともに、特にプロジェクタのこのような重大な操作状態において熱の有効な発散を保証するように、冷却ダクトは、プロジェクタハウジングの正面および背面に冷却ダクト開口部を形成することが好ましい。

熱の発散を増大させるために、ジャケットフローガイド板は、耐熱用黒ラッカーを塗布することができるとともに、アルミニウム鋳造合金或いは圧力ダイカスト合金からなることができる。

変形として、ジャケットフローガイド板は、低反射率を有するセラミックコートを備えることができる。このコートは、プラズマ−化学作用による仕上げ工程において施されるのが好ましい。

ジャケットフローガイド板にしっかりと付着する酸化物のセラミック／金属化合物を生成することによって、特にジャケットフローガイド板の着色において高い耐熱性をもたらすことができる。この着色は、熱の影響下において時間とともに剥がれることがなく、低い反射係数を有している。

本発明の解決策の一つの実施態様において、プロジェクタハウジングは、ほぼ円筒形のランプハウジングおよびほぼ立方形或いは多角形のベーストレイを有している。この円筒形のランプハウジング内には、光源およびリフレクタが配置される。このリフレクタは光源によって放出された光ビームをランプハウジングの光出口開口部へ反射させるものである。この光出口開口部は、透明プレートによって覆われている。ベーストレイは、重力の方向であってランプハウジングの下に配置されるとともに、このベーストレイ内には、イグナイタ、ケーブルリード線などのような電気電子部品が配置される。そして、ランプハウジングはジャケットフローガイド板および冷却ガイドを囲み、ベーストレイは冷却空気のための空気入口開口部を有し、ベーストレイにおいて熱せられた空気はベーストレイの上に配置されたランプハウジングのジャケットフローガイド板の内部空間へ導かれる。

本発明の解決策のこの実施態様は、プロジェクタが水平に対して傾いたやり方で操作された場合でも、ベーストレイ内の電気電子部品によって放出される熱およびランプハウジング内の光源によって放出される熱放射を発散させるための最小化された対流の流れを保証するとともに、最小の寸法を備えたプロジェクタハウジングを保証し、同時に、改善された接点保護を達成する。

本発明が基づいている考え方は、図において明らかにされる典型的な実施態様を参照して、より詳細に説明される。

図１は、正面斜視図において、ランプハウジング２およびベーストレイ３よりなるプロジェクタハウジング１を備えたプロジェクタを示している。ランプハウジング２は、通常アルミニウム圧力ダイカストから製造された正面部４および背面部５を有している。正面部４は、正面レンズ４０を含み、レンズマウント或いはアタッチメント６に接続される。アタッチメント６は、拡散板、フィルターディスク、保護ディスクなどのアタッチメント要素を受けるために、外周にわたって均等に配置された四つの保持用つめ６０を含んでいるとともに、クランプ装置（さらに詳細には記述されない）を通してランプハウジング２へ接続される。プロジェクタを構成してプロジェクタを立たせる或いは吊るすことができるように、プロジェクタハウジング１をスタンド或いはリングに接続するために、保持用ブラケットがブラケットリンケージを通してランプハウジング２に接続される。図３における断面表示に対応して、ランプハウジング２は、ランプ或いはバーナー８およびレフレクタ９を囲んでいる。リフレクタ９は、ランプ或いはバーナー８によって放出される光ビームを図１による正面レンズ４０の方向に反射するものである。

図１〜３、５および６にしたがい、ランプハウジング２は、ジャケットフローガイド板２０および複数の冷却ダクト２１〜２６を含んでいる。冷却ダクト２１〜２６は、ジャケットフローガイド板２０の周りに配置され、プロジェクタの光軸に平行に延び、ならびに、熱放出領域を増大させるために、変形されているが必ずしもうね模様のつかない外面を有している。冷却ダクト２１〜２６は、ギャップ１０がジャケットフローガイド板２０と冷却ダクト２１〜２６との間に形成されるように、ジャケットフローガイド板２０からわずかに離間して配置される。

熱の発散を増大させるために、ジャケットフローガイド板２０は耐熱用黒ラッカーを塗布されるとともに、アルミニ鋳造合金或いは圧力ダイカスト合金からなることが好ましい。変形として、ジャケットフローガイド板２０は、低反射率を有するしっかりと付着するセラミックコートを備えることができる。このコートは、耐熱性を増大させるため、プラズマ−化学作用による仕上げ工程において施される。このプラズマ−化学作用による工程は、特定の水性有機電解液内で行われる。この電解液の中で、ジャケットフローガイド板２０は、アノードとして接続され、その結果、電解液中で生成される酸素プラズマの影響下においてジャケットフローガイド板２０の表面上で金属が部分的に溶解して、良好な散乱特性を有するしっかりと付着する酸化セラミック／金属化合物がジャケットフローガイド板２０上に生成される。

ジャケットフローガイド板２０は、ベーストレイ３の方向に開いており、図３における断面表示にしたがい、オメガ型の断面形を有している。ジャケットフローガイド板２０は、ベーストレイ３の向かいに位置する表面において、複数の第一の開口部１１、１２、１３（図３の断面および図５にしたがった縦断面の双方から推測することができる）を有している。これらの開口部は、隣接して順にプロジェクタの光軸方向に配置されるとともに、ギャップ１０の間隔をあけて外側表面上に位置する冷却ダクト２２、２３、２４、２５に向かい合って配置される。

第二の開口部１４〜１９は、冷却ダクト２１〜２６間、および外周方向においては冷却ダクト２１〜２６とベーストレイ３との間に形成される。より冷たい周囲の空気は第二の開口部を通して流れ入り、熱せられた空気は流れ出る。

図３による断面表示において矢印が象徴的に描かれており、この矢印は、ジャケットフローガイド板２０の内部および外面における異なる空気の流れを特徴付けている。より冷たい外部の空気は、ベーストレイ３の空気入口開口部（より詳細には図示されない）を通してベーストレイ３を通るとともに、プロジェクタのイグナイタ、電気ケーブルおよび制御要素のようなベーストレイ３内に位置する電気電子部品によってそこに放出される熱を、例えば、ジャケットフローガイド板によって閉じられるランプハウジングの内部空間２００へと導く。ランプ或いはバーナー８によって放出される熱放射は、循環する内部の流れすなわち第一の対流の流れＫ１を、ランプハウジング２のジャケットフローガイド板２０の内部空間２００においてさらに加熱するとともに、熱の一部をジャケットフローガイド板２０へと、およびジャケットフローガイド板２０の上部領域において配置された第一の開口部１１、１２、１３を通して、ジャケットフローガイド２０と冷却ガイド２１〜２６との間に形成されたギャップ１０へと移動させる。

外側の対流の流れすなわち第二の対流の流れＫ２のための空気は、外周方向において、外側の冷却ダクト２１、２６とベーストレイ３との間に形成された開口部１４、１９を通して吸い込まれる。対流の流れＫ２は、ジャケットフローガイド板２０の周りに導かれて、熱負荷を部分的に冷却ダクト２１〜２６へ発散させるとともに、第二の開口部１５、１６、１７、１８を通して周囲へと発散させる。

冷却空気の流れＫ３は、ジャケットフローガイド板２０の内部におよびジャケットフローガイド板２０の周りに導かれる、内部および外部の対流の流れすなわち第一および第二の対流の流れＫ１およびＫ２に垂直に、冷却ダクト２１〜２６へと導く。これらの冷却ダクトは、図４にしたがい、冷却ダクト２１から２６の正面冷却ダクト開口部４１〜４６を通して導かれるとともに、図２にしたがい、背面冷却ダクト開口部５１〜５６を通して導かれる。冷却ダクト２１〜２６を通して導かれる冷却空気の流れＫ３は、プロジェクタが下方に傾いた場合は、入口開口部としての正面冷却ダクト開口部４１〜４６から、出口開口部としての背面冷却ダクト開口部５１〜５６へと方向付けられ、プロジェクタが上方に向けられた場合は、入口開口部としての背面冷却ダクト開口部５１〜５６から、出口開口部としての正面冷却ダクト開口部４１〜４５へと方向付けられる。

その上、ジャケットフローガイド板２０の外側に導かれる外側の対流の流れＫ２は開口部５０、５７、５８、５９を通して背面部５によって周囲に流され、プロジェクタが傾く場合は、開口部５０、５７、５８、５９はプロジェクタハウジング１の背面部５において背面部５の外周上に配置が可能である。

さらに、覆われた空気出口スリット５０１、５０２、５０３は、背面部５の中央部の領域に用意することができる。ランプハウジング２の内部空間２００、すなわちジャケットフローガイド板２０内部に位置する熱せられた空気は、これらのスリットを通して、特にプロジェクタが傾いたときに、発散させることができる。

上記に言及された国際公開第２００４／０２９５０７号にしたがって、ベーストレイ３上の側面に配置された冷却ダクトを提供するとともに、対流の流れのための目標とする空気の流れ導入用の直線的或いは曲面的フィンを提供することも、本発明の範囲内にある。
ここで、実施形態に記載された発明のうちで特許請求の範囲には記載されていない発明を以下に列挙する。
（１）請求項２に記載された発明において、
冷却ダクト（２１〜２６）はジャケットフローガイド板（２０）から半径方向にわずかに離間して配置され、
第二の対流の流れ（Ｋ２）は、ジャケットフローガイド板（２０）と冷却ダクト（２１〜２６）との間に形成されたギャップ（１０）を通して流れるように構成されている冷却システム。
（２）請求項２に記載された発明において、
第二の開口部（１４〜１９）は、ランプハウジング（２）の正面から背面へ貫通するように、光軸にほぼ平行に延びるように構成されている冷却システム。
（３）請求項２に記載された発明において、
第一および第二の開口部（１１〜１３；１４〜１９）は、ランプハウジング（２）の周方向において互いに位置ずれして配置されるように構成されている冷却システム。
（４）請求項２に記載された発明において、
冷却ダクト（２１〜２６）はランプハウジング（２）の正面および背面において冷却ダクト開口部（４１〜４６；５１〜５６）を形成するように構成されている冷却システム。

符号の一覧
１ プロジェクタハウジング
２ ランプハウジング
３ ベーストレイ
４ 正面部
５ 背面部
６ アタッチメント
７ 保持用ブラケット
８ ランプ或いはバーナー
９ リフレクタ
１０ ギャップ
１１−１３ 第一の開口部
１４−１９ 第二の開口部
２０ ジャケットフローガイド板
２１−２６ 冷却ダクト
４０ 正面レンズ
４１−４６ 正面開口部
５１−５９ 背面開口部
６０ 保持用つめ
２００ 内部空間
５０１−５０３ 空気出口スリット
Ｋ１ 第一の対流の流れ
Ｋ２ 第二の対流の流れ
Ｋ３ 冷却空気の流れ

本発明によるクロスフロー冷却システムを備えた、ステージ、スタジオ、映画のセット、ＴＶのセットおよびイベントの照明のためのプロジェクタの正面斜視図を示している。 図１によるプロジェクタの背面斜視図を示している。 図１および２によるプロジェクタを通る断面を示している。 図１から３によるプロジェクタハウジングの正面図を示している。 図４による線Ａ−Ａに沿ったプロジェクタハウジングを通る縦断面を示している。 図５による線Ｂ−Ｂに沿ったプロジェクタハウジングを通る断面を示している。

Claims (7)

1. 光源（８）、光学部品、およびそれを通して電流が流れる電気電子部品のうち、少なくとも光源（８）によって放出された熱をランプハウジング（２）およびベーストレイ（３）を備えたプロジェクタハウジング（１）内に発散させるためのプロジェクタ用冷却システムであって、
   第一の冷却デバイス（１１〜２０）と第二の冷却デバイス（２１から２６）とを有し、
   前記第一の冷却デバイス内には、第一の対流の流れ（Ｋ１）がベーストレイ（３）およびランプハウジング（２）の内部空間（２００）を通して導かれ、前記第一の冷却デバイスの周りでは、第二の対流の流れ（Ｋ２）が循環するとともにランプハウジング（２）の周りにおいて少なくとも部分的に周方向に循環し、
   前記第二の冷却デバイスは、前記第二の対流の流れ（Ｋ２）にほぼ垂直に導かれるとともにプロジェクタの光軸に平行に流れる冷却空気の流れ（Ｋ３）のためのものである冷却システム。
2. 第一の冷却デバイス（１１〜２０）はランプハウジング（２）に配置されたジャケットフローガイド板（２０）を有しており、このジャケットフローガイド板の上部に第一の開口部（１１〜１３）が配置され、この上部は重力方向と反対にあり、
   前記第二の冷却デバイスは冷却ダクト（２１〜２６）を有しており、この冷却ダクトは、冷却ダクトがプロジェクタの光軸と平行に延びるようにジャケットフローガイド板（２０）の周りにおいてこのジャケットフローガイド板から半径方向に離間してランプハウジング（２）内に配置されるとともに、冷却空気の流れ（Ｋ３）をプロジェクタハウジング（１）の長手方向に導くものであり、
   第一および第二の対流の流れ（Ｋ１、Ｋ２）の通路のための冷却ダクト（２１〜２６）の第二の開口部（１４〜１９）は、プロジェクタの光軸にほぼ平行に延びる冷却ダクト（２１〜２６）間に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
3. ジャケットフローガイド板（２０）は耐熱用黒ラッカーで塗装されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却システム。
4. ジャケットフローガイド板（２０）はアルミニウム鋳造合金又は圧力ダイカスト合金からなることを特徴とする請求項１から３の少なくとも一項に記載の冷却システム。
5. ジャッケトフローガイド板（２０）は低反射率を有するセラミックコートを有しており、このコートはプラズマ−化学作用による仕上げ工程において施されることを特徴とする請求項１から４の少なくとも一項に記載の冷却システム。
6. ジャケットフローガイド板（２０）および冷却ダクト（２１〜２６）からなるほぼ円筒形ランプハウジング（２）内に光源（８）およびリフレクタ（９）が配置され、
   前記リフレクタは、光源（８）によって放出された光ビームをランプハウジング（２）の光出口開口部へ反射させるものであり、この光出口開口部は透明プレート（４０）に覆われており、
   重力の方向であってランプハウジング（２）の下方に配置されるほぼ立方形又は多角形のベーストレイ（３）内に、イグナイタ、ケーブルリード線などのような電気電子部品が配置されていることを特徴とする請求項１から５の少なくとも一項に記載の冷却システム。
7. ベーストレイ（３）は冷却空気のための空気入口開口部を有し、
   ベーストレイ（３）内で前記機能要素によって熱せられた空気は、ベーストレイ（３）の上に配置されたランプハウジング（２）のジャケットフローガイド板（２０）の内部空間（２００）へ導かれることを特徴とする請求項６に記載の冷却システム。

Images