JP4053016B2 - ランプユニット - Google Patents

Description

本発明は、ランプユニットに係り、特にプロジェクター装置などの映像表示装置に用いるランプユニットに関するものである。

プロジェクター装置は、光源から得られる光を光学系に導いて映像光を生成し、該映像光をスクリーンに拡大投射するものであって、光源としては、図８に示すランプユニット５０が用いられる。

ランプユニット５０は、光源ユニット５２が収容されるハウジング５１と、光源ユニット５２の後部に配置される排気ファン５６とから構成される。

ハウジング５１には、ランプ冷却用の空気を取り入れるための複数の空気取り入れ口５４が開設されている。ハウジング５１の後方には空気排出口５７が開設されており、該空気排出口５７には、排気ファン５６が取り付けられている。

光源ユニット５２は、リフレクター５５の焦点位置に発光部５３を配置し、リフレクター５５の開口部５５ａに透光プレート５８を配置して構成され、前方へ向けて高輝度の白色光を放射する。

上記の光源ユニット５２の発光部５３に超高圧水銀ランプ等の高輝度ランプを採用した場合、発光部５３は非常に高温になる。このため、リフレクター５５はその首状部５５ｂに排気孔６０を設け、リフレクター５５前面の開口５５ａの下側に送風孔６１を設けている。そして、上記の排気ファン５６により光源ユニット５２を冷却すると共に、送風孔６１から排気孔６０に冷却風を送り、光源ユニット５２内部を冷却している。そしてこのとき、送風孔６１を発光部５３に向けて開設し、発光部５３を冷却している（例えば特許文献１参照。）。

また、発光部５３の特に上部の温度が９００℃前後にもなるため、発光部５３上部を冷却するため冷却風の流路を工夫し、発光部５３上部を集中的に冷却する技術も知られている（例えば特許文献２参照。）。
特許第３４６２８６３号 公報 特開平１１―３５３９３３号 公報

上記の技術は、いずれもリフレクター５５の開口部５５ａ下方の吸気孔６１から、冷却風を内部に送風して発光部５３を冷却する、あるいは非常に高温となる発光部５３の上部を冷却風が通過するようにし、発光部５３上部を集中的に冷却する技術である。

しかし吸気孔はリフレクター５５内においては発光部５３から最も遠い位置にある。しかも、発光部５３の上部は下部よりも常に高温となる上、所定の発光効率を得るためには発光部５３全体を７５０℃〜９００℃程度に維持する必要がある。すなわち、冷却風の流路を工夫しても遠方からの送風ではそのコントロールは困難であり、発光部の直接的な冷却という点では不十分であった。

例えば、発光部の上下の温度差が大きくなると温度むらによるランプの破損の要因となり、また冷却風が効率的に利用されないと、送風のファンの付加が増大し、騒音につながる問題となる。

本発明はかかる課題に鑑みてなされ、第１に、開口部および首状部を有する凹面反射鏡と、前記首状部の中心付近に貫通させた封止部と該封止部に接続する発光部とからなる光源と、前記開口部を覆う透光プレートと、前記首状部に設けた上部吸気孔および下部吸気孔とを有する光源ユニットと、前記光源ユニットの首状部を覆って設けられた送風ダクトと、前記光源ユニットの後方から前記送風ダクトを介して送風する吸気ファンとを具備することにより解決するものである。

また、前記上部吸気孔への前記送風ダクトからの送風量は、前記下部吸気孔よりも多いことを特徴とするものである。

また、前記吸気ファンは、前記発光部に対して上方に送風口を設けたファンケースに収納されることにより解決するものである。

また、前記送風ダクトは、開口端を前記光源ユニットの中心部に対して上方に偏らせて該光源ユニットと接続することを特徴とするものである。

また、前記上部吸気孔側の前記開口部の周縁部に排気孔を設けることを特徴とするものである。

また、前記上部および下部吸気孔側の前記開口部の周縁部に排気孔を設けることを特徴とするものである。

また、前記凹面反射鏡に対して前記送風ダクトおよび吸気ファンが回転可能であることを特徴とするものである。

また、前記開口部の上側周縁部および下側周縁部にそれぞれ排気孔を設け、前記排気孔に重力による開閉自在な蓋を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１に、リフレクターの首状部に設けた上部吸気孔および下部吸気孔から発光部の上部および下部に直接冷却風を送風する。これにより上部吸気孔および下部吸気孔を通過する冷却風はほぼ直接的に発光部に送風されるので、発光部の冷却効率を高めることができる。また、冷却風がほぼ直接的に発光部を冷却するので、最適な発光効率を得るための発光部の温度調節が容易となる。

第２に、上部吸気孔への送風ダクトからの送風量を下部吸気孔より多くすることにより、発光部の上部を集中的に冷却できる。また同時に発光部下部も適度に冷却することができるので、発光部の上下における温度差を小さくし、発光部全体を冷却することができる。

第３に、吸気ファンの送風口を発光部に対して上方に設けることで、送風量を偏らせ、上部吸気孔への送風量を多くできるので発光部の上部を集中的に冷却することができる。

第４に、送風ダクトの開口端を、光源ユニットの中心部に対して上方に偏らせて接続することにより、上部吸気孔側の送風ダクトの流路幅を下部吸気孔側の流路幅より大きくできる。これにより発光部の上部を集中的に冷却することができる。

第５に、上部吸気孔側の開口部周縁部に排気孔を設けることにより、発光部上部をより効率的に冷却することができる。

第６に、上部および下部開口部の上側周縁部および下側周縁部に排気孔を設けることにより、発光部全体を効率的に冷却することができる。

第７に、送風ダクトは凹面反射鏡に対して１８０度回転可能であるので、当該ランプユニットの天地を逆転して使用する場合でも常に高温となる発光部上部を効率的に冷却することができる。例えば当該ランプユニットをプロジェクター装置などに適用する場合、天吊り式・机上置載式の利用形態を問わず、常に発光部の上部側の冷却風を多くでき、発光部上部を集中的に冷却できる。

第８に、排気孔に重力により開閉自在な蓋を備え、常に上方が開口するようなストッパーを設けることにより、ランプユニットの天地を逆にする場合でも常に上方の排気孔を開口させることができ、発光部の上方（上方となる発光部）を集中的に冷却できる。

図１から図７を参照して本発明の実施の形態のランプユニットについて説明する。まず、図１から図４には本発明の第1の実施形態を示す。

図１は本実施形態のランプユニットを示す図である。図１（Ａ）は外観の斜視図であり、図１（Ｂ）はハウジングを除いた斜視図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。

ランプユニット２０は、ハウジング１１と、光源ユニット１０と、送風ダクト１２と、送風ファン１４とから構成される。

ハウジング１１には、例えば光源ユニット１０の上方に複数の空気排出口２１が開設されると共に、光源ユニット１０の後方に空気取り入れ口２２が開設される。ハウジング１１内には光源ユニット１０および送風ダクト１２が収容され、ハウジング１１の外部に吸気ファンケース１９が配置される。

光源ユニット１０は、凹面反射鏡１と、発光部２と、封止部３と、透光プレート４と、上部吸気孔５と，下部吸気孔６と、排気孔８とを有する。

凹面反射鏡（以下リフレクターと称する）１は、光が放出する前方（図１（Ｃ）において左側）に開口部１ａを有し、開口部１ａに対向する後方に首状部１ｂを有する。首状部１ｂは開口部１ａに対して小径で例えば筒状である。

光源は、例えば超高圧水銀ランプであり、発光部２の中に一対の電極を有し、発光部２の両端には封止部３が形成される。封止部３の中には金属箔が埋設されるなどし、金属箔の一端には電極が接続されるとともに、他端には外部リードが接続される。そして、首状部１ｂ側の封止部３は、首状部１ｂの中心付近を貫通し、封止部３先端に設けられたキャップ７により固定される。これにより、封止部３は、リフレクター１の首状部１ｂに略水平に支持され、リフレクター１と発光部２は光軸が一致している。

そして、首状部１ｂには、上部吸気孔５と下部吸気孔６とを設ける。これらは、首状部１ｂの吸気流路を、封止部３より上方の吸気流路と封止部３より下方の吸気流路とに分岐したものであり、実際には環状に連続した吸気孔であるが、本実施形態では封止部３の中心より上方の吸気流路を上部吸気孔５とし、下方を下部吸気孔６とする。

また詳細については後述するが、本実施形態の上部吸気孔５は、ランプユニット２０の天地を逆転して使用する場合でも、使用者からみて常に上方になる吸気孔であり、下部吸気孔６は常に下方になる吸気孔をいうとする。

そして、キャップ７と首状部１ｂの間は、冷却風の通気孔９が設けられる。通気孔９は、それぞれ上部吸気孔５、下部吸気孔６に連通し、リフレクター１内部に繋がっている。

透光プレート４は、リフレクター１の開口部１ｂを覆って設けられる。そして、上部吸気孔５側のリフレクター１の開口部１ｂの周縁部には、透光プレート４の幅方向に広がる細長い排気孔８が開設されている。

送風ダクト１２は、光源ユニット１０の首状部１ｂを覆って設けられる。

吸気ファンケース１９には、吸気ファン１４が収容されている。吸気ファンケース１９は、送風ダクト１２の内部へ向けて開口する送風口１６と、吸気ファンケース１９の側面より空気を取り込む吸込口１５とを有する。そしてファンケース１９の送風口１６は、発光部２に対して上方となるように、図においては円形の吸気ファン１４の円心部より上方に開口しており、吸気ファン１４からの冷却風が、上部吸気孔５により多く送風される構造となっている。

また、送風ダクト１２は、その開口端を光源ユニット１０の中心部に対して上方に偏らせて光源ユニット１０と接続する。これによっても、上部吸気孔５への送風ダクト１２からの送風量を、下部吸気孔６より多くすることができる。

図２は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ’線断面図であり、送風ダクト１２の取り付け位置を吸気ファン１４方向（図１（Ｃ）Ｘ方向）から見た概要図である。

例えば図２（Ａ）は、送風ダクト１２の光源ユニット１０側の開口端が円形の場合である。このように、送風ダクト１２の開口端の中心Ｃ２を、首状部１ｂの中心Ｃ１に対して上方にずらして光源ユニット１０と接続する。

また、図２（Ｂ）のごとく送風ダクト１２の開口端が矩形の場合には、対角線の中心Ｃ２が首状部１ｂの中心Ｃ１に対して上方となるようにずらして光源ユニット１０と接続する。このようにすることで、光源ユニット１０の上部吸気孔５への送風量を下部吸気口６への送風量より多くすることができる。

次に、図３を参照して、吸気フローについて説明する。

吸気ファン１４が、例えば図３では反時計回りに回転すると、外気が吸込口１５から吸込まれるとともに送風口１６から送風ダクト１２内にはき出され、その空気は送風ダクト１２を経て、光源ユニット１０の通気孔９へと導かれる。そして、冷却風は光源ユニット１０の上部吸気孔５および下部吸気孔６を通過し、発光部２に対して直接的に吹き付けられる。

そして、冷却風は、発光部２と高い熱伝達率で熱交換を行い、発光部２を強制空冷したのち、リフレクター１の内側に導入される。そして、リフレクター１内も冷却した後、排気孔８から外部へ放出される。

このとき、前述のごとく、上部吸気孔５を通過する冷却風の流量は下部吸気孔６より多いため、発光部２の上部が集中的に冷却される。また発光部２下部も適度に冷却され、発光部２の温度分布が均一になるような冷却が可能となる。

そしてリフレクター１内に導入された空気は排気孔８からリフレクター１の外部へ導出される。排気孔８はハウジング１１も貫通して外部と繋がる。

前述の如く、発光部２は下方よりも上方の温度上昇が激しく、温度むらは発光部を劣化させる要因となる。また、冷却効率の点からも、発光部全体を７５０℃から９００℃程度に保持する必要があり、遠方からの冷却風のコントロールは困難である。

しかし、本実施形態では、発光部２に直接的に冷却風が吹き込む構造であり、さらに冷却風を上部吸気孔５および下部吸気孔６に分流し、上部吸気孔５への送風ダクトからの送風量を多くすることにより、より確実に発光部２上方を下方より冷却することができる。また、同時に発光部２下方も適度に冷却されるので、温度むらを抑制し、発光部全体の温度分布を均一にしやすくなる。さらに、上部吸気孔５および下部吸気孔６を通過する冷却風は実質的に直接発光部２の冷却に寄与すると考えることができるので、風量のコントロールによる発光部２の温度コントロールが容易となる。

また、光源ユニット１０の最も高温となる発光部２上部が効率的に冷却されるので、吸気ファン１４の風量を少なく設定することが可能であり、これによって吸気ファン１４から発生する騒音を大幅に低減することができる。

なお、排気孔８は、１カ所に設ける場合には、上部吸気孔５側の、開口部１ａ周縁部に設けると発光部２上部がより効率的に冷却できる。また、２カ所設ける場合には、上側周縁部および下側周縁部に設けると、発光部２全体をより効率的に冷却することができる。更にこのとき、発光部２上下の冷却バランスが最もよくなるように、上下の排気孔８の開口面積を異ならせてもよい。

さらに、図４を参照して、本実施形態のランプユニット２０をプロジェクター装置３０に採用した場合の一例を示す。

図１は、プロジェクター装置３０の全体を示す斜視図である。図４（Ａ）は外観図であり、図４（Ｂ）は、内部構造を示す斜視図である。

プロジェクター装置３０は図のごとく上半ケース３１ａおよび下半ケース３１ｂからなる扁平なケーシング３１を備え、ケーシング３１の前面には投射窓３２が開設されると共に、内蔵するランプユニット２０から排出される温風の側面排出口３３が設けられる。

また、ケーシング３１内部は、ランプユニット２０の他にカラー映像を生成するための光学ユニット３４が設けられる。光学ユニット３４は冷却用の冷却ユニット（不図示）を含んでいる。

また、ケーシング３１の上面には、上面排出口３５が設けられ、これは、光源ユニット１０の排気孔８と直結している。

ランプユニット２０の吸気ファン１４は、ケーシング３１の側面排出口３３の近傍に配置される。あるいは、吸気ファンケース１９と、近傍の側面排出口３３とをダクトで接続しても良い。

また、上面排出口３５を設けず、光源ユニット１０の排気孔８をダクトにより側面排出口３３に接続しても良い。

このような配置により、外気を吸気ファン１４が吸込み、送風ダクト１２を介して、光源ユニット１０の発光部１２を直接的に冷却できる。この際、上部吸気孔５が下部吸気孔６より送風量が多いため、発光部２の上部を集中的に冷却できる。そして冷却後の温風は、排気孔８および上面排出口３５を介して（あるいはダクトと側面排出口３３を介して）外部に排出することができる。

次に、図５、図６を参照して本発明の第２の実施形態を示す。

図４のごときプロジェクター装置３０は、例えば天井からつり下げる天吊り型と、机上に設置する机上設置型がある。第２の実施形態は、どちらの利用形態であっても、発光部２の上部側を集中的に冷却することができる。

すなわち、図５のごとく、送風ダクト１２と光源ユニット１０とは一体的に接続せず、光源ユニット１０に対して送風ダクト１２を回転可能とするものである。回転角度は１８０度または、３６０度回転自在とする。

これにより、ランプユニット２０の天地を逆転した場合には送風ダクト１２は吸気ファン１４と共に上下反転する。すなわち机上設置時（図５（Ａ））と天吊り時（図５（Ｂ））では、光源ユニット１０の天地は逆転するが、送風ダクト１２と吸気ファン１４（ファンケース１９）は常に上下（天地）が変わらず、使用者にとって上方となる吸気孔（上部吸気孔５）に、多くの冷却風を送風することができる。

つまり、この構造により、プロジェクター装置３０が何れの状態においても、高温となる発光部２上部が積極的に冷却されるものである。

なお、図５では光源ランプ１０と送風ダクト１２の天地が明確となるように、１つの排気孔８を設ける場合を例に説明したが、既述のごとく排気孔８は上部吸気孔５側かあるいは上下両方に設けると冷却効率がよいため、送風ダクト１２を回転可能にする第２実施形態においては、排気孔８は上下に設けるとよい。

また、図６のごとく、送風ダクト１２が回転可能な場合には、上側周縁部および下側周縁部にそれぞれ排気孔８を設け、排気孔８に重力による開閉自在な蓋４０を備えてもよい。蓋４０は例えば支点４１により開閉自在であり、図６（Ａ）の如く、排気孔８内部にストッパー４２を設ける。これにより、下側となった蓋４０はストッパー４２により閉まった状態となり、上側となった蓋４０は重力により開いた状態となる。すなわち、常に機器の上部となる排気孔８が開いた状態となり、発光部２上部の冷却効率を向上させることができる。

また、図６（Ｂ）のごとく、下側となる排気孔８が完全に閉じないような位置にストッパー４２を設けてもよい。上下に排気孔８を設ける場合、これらの排気孔８の大きさの違いにより発光部２の上下の冷却バランスも変化するので、この冷却バランスが最もよくなるように、下側の排気孔８の大きさを調整するとよく、このような場合に、蓋４０の開閉状態すなわちストッパー４２の位置を最適な位置にし、排気可能にすることにより、効果的な冷却が可能となる。

更に、図７を参照して回転可能な場合の光源ユニット１０および送風ダクト１２の固定の一例を示す。

図７（Ａ）の如く、光源ユニット１０は、リフレクター１の外側端部の例えば４カ所の固定位置Ｆにてハウジング１１内に固定される。そして、送風ダクト１２は、例えば図４（Ｂ）の如きレイアウトの場合であれば、図７（Ｂ）の如く吸気ファンケース１９に固定軸４５を設け、これをケーシング３１の内側に固定する。そして送風ダクト１２および吸気ファンケース１９は、固定軸４５を中心に回転可能に支持される。

また、図７（Ｃ）の如く、レール４６と円盤４７により固定してもよい。レール４６はハウジング１１内面に固定され、レール４６にはめ込まれた円盤４７の内周に送風ダクト１２を配置する。これにより、送風ダクト１２および吸気ファンケース１９は、円盤４７によって回転可能に支持される。

更に図示は省略するが、リフレクター１の外側面にレールをつくり、送風ダクト１２の端部を円形にして嵌め込んでもよい。

本発明に係るランプユニットを示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）斜視図、（Ｃ）断面図である。 上実施例を説明する断面図である。 上実施例を説明する断面図である。 本発明に係るランプユニットの配置例を示す斜視図である。 本発明に係るランプユニットの第２実施例を示す断面図である。 本発明に係るランプユニットの第２実施例を示す断面図である。 本発明に係るランプユニットを示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）側面図である。 従来のランプユニットを示す断面図である。

符号の説明

１ リフレクター
１ａ 開口部
１ｂ 首状部
２ 発光部
３ 封止部
４ 透光プレート
５ 上部吸気孔
６ 下部吸気孔
７ キャップ
８ 排気孔
９ 通気孔
１０ 光源ユニット
１１ ハウジング
１２ 送風ダクト
１４ 吸気ファン
１５ 吸込口
１６ 送風口
１９ 吸気ファンケース
２０ ランプユニット
２１ 空気排出口
２２ 空気取り入れ口
３０ プロジェクター装置
３１ ケーシング
３２ 投射窓
３３ 側面排出口
３４ 光学ユニット
３５ 上面排出口
４０ 蓋
４１ 支点
４２ ストッパー
４５ 固定軸
４６ レール
４７ 円盤

Claims (7)

1. 開口部および首状部を有する凹面反射鏡と、前記首状部の中心付近に貫通させた封止部と該封止部に接続する発光部とからなる光源と、前記開口部を覆う透光プレートと、前記首状部に設けた上部吸気孔および下部吸気孔とを有する光源ユニットと、
   前記光源ユニットの首状部を覆って設けられた送風ダクトと、
   前記光源ユニットの後方から前記送風ダクトを介して送風する吸気ファンとを具備し、
   前記凹面反射鏡に対して前記送風ダクトおよび前記吸気ファンが回転可能であることを特徴とするランプユニット。
2. 前記上部吸気孔への前記送風ダクトからの送風量は、前記下部吸気孔よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のランプユニット。
3. 前記吸気ファンは、前記発光部に対して上方に送風口を設けたファンケースに収納されることを特徴とする請求項１に記載のランプユニット。
4. 前記送風ダクトは、開口端を前記光源ユニットの中心部に対して上方に偏らせて該光源ユニットと接続することを特徴とする請求項１に記載のランプユニット。
5. 前記上部吸気孔側の前記開口部の周縁部に排気孔を設けることを特徴とする請求項１に記載のランプユニット。
6. 前記上部および下部吸気孔側の前記開口部の周縁部に排気孔を設けることを特徴とする請求項１に記載のランプユニット。
7. 前記開口部の上側周縁部および下側周縁部にそれぞれ排気孔を設け、前記排気孔に重力による開閉自在な蓋を備えることを特徴とする請求項１に記載のランプユニット。

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