WO2017149892A1

WO2017149892A1 - 冷却装置、電子機器及び投射型表示装置

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Publication number: WO2017149892A1
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Inventors: 基恭宇都宮
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Publication date: 2017-09-08
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Abstract

本発明の冷却装置（１１）は、電子機器内の発熱部を空冷するための冷却装置であって、冷却風（１２）を生成するファン（３）と、発熱部へ送風される冷却風に流体励起振動を発生させる振動発生手段（１９ａ）とを有する。本発明の電子機器は、上記冷却装置と、該冷却装置による冷却対象である発熱部とを有する。本発明の投写型表示装置は、画像を投影することで表示する投写型表示装置であって、上記冷却装置と、該冷却装置による冷却対象である発熱部となる投影する画像を形成する液晶ユニット（２）とを有する。

Description

冷却装置、電子機器及び投射型表示装置

　本発明は、発熱部を冷却するための冷却装置、該冷却装置を備えた電子機器及び投射型表示装置に関する。

　従来から電子機器が備える発熱部を冷却するために様々な方式の冷却装置が検討されている。特に空冷方式の冷却装置は、簡易かつ安価な冷却装置として、多くの電子機器で採用されている。例えば、業務用や一般家庭用として広く普及している投写型表示装置（プロジェクタ）では、強制空冷方式の冷却装置が用いられる。

　投写型表示装置は、映像形成素子で形成された画像や映像をスクリーン等へ投影することで表示する装置である。以下では、投写型表示装置のうち、映像形成素子として液晶パネルを用いる液晶プロジェクタ装置の構成及び動作について簡単に説明する。投写型表示装置には、映像形成素子として、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device：登録商標）を用いる構成もある。

　液晶プロジェクタ装置は、映像投影用の光源として、例えば高輝度な白色光を発光する超高圧水銀ランプを備えている。光源から発せられた白色光はリフレクタで反射され、ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter：偏光ビームスプリッタ）によって偏光変換された後、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の各色光に分離される。

　分離された各色光は、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）毎に用意された液晶パネルに入射され、映像信号に基づいてそれぞれ光変調される。光変調された各色光は、色合成プリズムによって合成され、投写光学系を介して投影される。ここではＲ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の色光毎に液晶パネルを備える構成例を示したが、液晶プロジェクタ装置にはＲ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の各色光で共通の液晶パネルを用いる構成もある。また、ここでは透過型の液晶パネルを用いて光変調する構成例を示したが、液晶プロジェクタ装置には反射型の液晶パネルを用いて光変調する構成もある。

　液晶パネルは、透明電極が形成された２枚の基板間に液晶分子が配置された構成であり、電極間に電圧を印加すると液晶分子の向きが変化する性質を利用して通過する光の状態を制御する。そのため、液晶分子の向きに対応する特定方向に振動する光（偏光）のみが液晶パネルへ入射されるように、該液晶パネルの光の入射側には該特定方向の偏光のみを通過させる偏光板が配置される。また、液晶パネルでは、電極間の電圧の有無により液晶分子の向きが変わることで、入射された偏光の振動方向が液晶分子の向きに沿って変化する。そのため、液晶パネルの光の出射側には、該液晶パネルから出射される振動方向が異なる偏光のうち、一方の偏光のみを通過させる偏光板が配置される。これら液晶パネルと、該液晶パネルの光の入射側及び出射側に配置される偏光板とは、一体化されて１つのユニット（液晶ユニット）を形成する構成が一般的である。以下では、液晶パネルの光の入射側に配置される偏光板を「入射側偏光板」と称し、光の出射側に配置される偏光板を「出射側偏光板」と称す。

　上述したように、入射側偏光板及び出射側偏光板は、それぞれ一方の偏光のみを通過させ、他方の偏光を遮蔽するため、入射側偏光板及び出射側偏光板によって遮蔽された光のエネルギーは熱に変換される。すなわち、液晶プロジェクタ装置の動作時、入射側偏光板及び出射側偏光板は発熱する。また、液晶パネルでは、各画素境界に設けられたブラックマトリクスによって入射光の一部が遮蔽されるため、遮蔽された光のエネルギーが熱に変換される。そのため、液晶プロジェクタ装置の動作時は液晶パネルも発熱する。したがって、液晶ユニットは液晶プロジェクタ装置の発熱部となる。

　一方、液晶パネルや偏光板には有機材料を用いることが多いため、発熱による高温下で長時間動作すると、液晶パネルが備える、液晶分子群を一定方向へ配列させるための配向膜が損傷したり、偏光板の偏光選択特性が低下したりする等、その機能が著しく損なわれてしまう。
　そこで、液晶プロジェクタ装置には、液晶ユニットを冷却するための冷却装置が設けられている。以下、液晶プロジェクタ装置が備える背景技術の冷却装置について説明する。

　図１は、液晶プロジェクタ装置の外観例を示す斜視図である。図２は、図１に示した液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す平面図である。
　図１に示すように、液晶プロジェクタ装置１は、操作のためのスイッチ群、並びに投影する画像や映像を示す映像信号や制御信号等を外部から入力するための端子群を備えた構成である。

　図２に示すように、液晶プロジェクタ装置１の筐体内には、液晶ユニット２を強制空冷するための冷却ファン３及び該冷却ファン３で生成された冷却風（以下、「ファン送風」と称す場合もある）を液晶ユニット２まで導く空冷ダクト４が設けられている。液晶ユニット２には、光変調された光を外部へ投影するための投写レンズ１０が固定されている。また、液晶プロジェクタ装置１の筐体内には、光源であるランプ５を強制空冷するためのランプ用冷却ファン６及び該冷却ファン６で生成された冷却風をランプ５まで導くランプ用空冷ダクト７が設けられている。さらに、液晶プロジェクタ装置１には、筐体内の空気を強制的に排気し、液晶プロジェクタ装置１の各構成部品に所要の電源電圧を供給する電源ユニット８を冷却するための排気ファン９も設けられている。

　次に、図２に示した液晶ユニット２の冷却装置について図３および図４を用いて説明する。
　図３は、図２に示した液晶プロジェクタ装置における液晶ユニットの冷却動作を示す模式図である。図４は、図３に示した液晶ユニットの冷却装置の構成例を示す斜視図である。

　図３に示すように、液晶ユニット２は、入射側偏光板１３、液晶パネル１４及び出射側偏光板１５を備えた構成である。液晶ユニット２は、白色光から分離されるＲ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の色光毎にそれぞれ設けられている。
　図３及び図４に示すように、液晶ユニット２の冷却装置１１は、冷却ファン３及び空冷ダクト４を備え、液晶ユニット２の下方にダクト吐出口１６が位置するように空冷ダクト４が配置される。
　冷却ファン３で生成された冷却風１２は、空冷ダクト４内を通過してダクト吐出口１６から排出される。ダクト吐出口１６から排出された冷却風１２は、液晶ユニット２の下方から液晶ユニット２へ送風される。液晶ユニット２に送風された冷却風１２は、液晶ユニット２の入射側偏光板１３と液晶パネル１４との隙間、並びに液晶パネル１４と出射側偏光板１５との隙間を通過して図の上方へ抜けていく。

　ところで、近年の投写型表示装置（プロジェクタ）は、その利用形態の多様化に伴って、小型化・高輝度化の要求が高まっている。このような要求に応えるため、投写型表示装置（プロジェクタ）では、光源の輝度の向上や映像形成素子（液晶ユニット２）の小型化が進められている。その結果、液晶ユニット２へ入射する光の光束密度が増大し、液晶ユニット２が備える液晶パネル１４、入射側偏光板１３及び出射側偏光板１５の熱負荷が上昇している。

　一方、環境負荷の低減とランニングコストの削減のために、投写型表示装置（プロジェクタ）の長寿命化の要求も高まりつつある。定期交換部品であるランプ５を除けば、液晶プロジェクタ装置１の製品寿命は、主として液晶ユニット２の部品寿命に依存する。そのため、冷却装置１１の冷却能力を高めて液晶ユニット２の部品寿命を延ばせば、液晶プロジェクタ装置１の製品寿命を延ばすことができる。

　一般に、冷却手段として強制空冷方式を採用する場合、その冷却能力を高めるためには、冷却ファン３による送風量を増大させればよい。このとき、冷却ファン３の回転速度を上げて冷却風１２を高速にすることで送風量を増大させると、冷却ファン３の動作騒音が増大する。一方、冷却ファン３を大径化することで送風量を増大させると、該冷却ファン３を備える電子機器が大型になる。

　また、図３で示したように、冷却風１２が冷却対象である液晶パネル１４のパネル面と平行に通過する（層流）構成では、冷却対象に対する平均熱伝達率が風速の平方根に比例し、冷却対象の温度上昇は風速の平方根に反比例する。そのため、冷却対象の温度がある程度まで低下すると、風速の上昇に対する冷却対象の温度低下が鈍くなる。したがって、液晶ユニット２の長寿命化のために該液晶ユニット２の動作温度（特に、液晶パネル１４の動作温度）をさらに低下させるには冷却風１２を極めて高速にする必要がある。

　しかしながら、冷却風１２を高速にすると、上述したように冷却ファン３の動作騒音の増大や液晶プロジェクタ装置１の大型化を招くおそれがある。また、仮に冷却ファン３の動作騒音の増大や液晶プロジェクタ装置１の大型化を許容できる場合でも、上述したように冷却能力の向上には限界（空冷限界）がある。
　さらに、近年では、光源として、上記超高圧水銀ランプに代えて半導体レーザを用いる液晶プロジェクタ装置が開発されている。半導体レーザを用いた光源は、（１）水銀の使用による環境負荷が無い、（２）瞬時に最大輝度で点灯できる、（３）部品寿命が長い、等の長所がある。

　したがって、半導体レーザを光源に用いる液晶プロジェクタ装置では、光源の長寿命化に伴って液晶ユニット２のさらなる長寿命化も要求される。そのため、半導体レーザを光源に用いる液晶プロジェクタ装置では、液晶パネル１４や入射側偏光板１３及び出射側偏光板１５の動作温度をより低くして部品寿命が延びるように、より効率的に冷却できる液晶ユニット２の冷却装置１１が必要となる。

　以上、投写型表示装置（プロジェクタ）、特に液晶プロジェクタ装置を例にして、背景技術の電子機器の冷却装置について説明した。しかしながら、投写型表示装置以外にも発熱部を有する電子機器は多数存在する。例えば、近年のパーソナルコンピュータは高性能な中央演算処理装置を内蔵しており、該中央演算処理装置も動作中に発熱する。一方、中央演算処理装置を安定して動作させるには、該中央演算処理装置の動作温度を所定の範囲内で維持する必要がある。そのため、電子機器の性能向上や使用形態の多様化に伴って、該電子機器が備える発熱部を効果的に冷却するための冷却装置が求められる。

　電子機器が備える発熱部を冷却するための冷却装置は、特許文献１及び２でも提案されている。
　特許文献１には、発熱デバイスの発熱面に噴流生成装置から冷却流体を噴流しつつ、該噴流生成装置を発熱面と平行に振動させて該発熱面に対する冷却流体の照射位置を移動させることで、冷却性能を向上させることが記載されている。
　特許文献２には、液晶ユニットが備える液晶パネルと入射側偏光板との隙間、並びに液晶パネルと出射側偏光板との隙間に乱流を発生させる乱流発生手段をそれぞれ設け、該隙間を流れる冷却風の乱流により冷却性能を向上させた投写型表示装置が開示されている。特許文献２に記載の発明では、乱流発生手段として、液晶パネルと入射側偏光板との隙間、並びに液晶パネルと出射側偏光板との隙間における送風の上流側に、板、圧電振動子、棒状の固体物等の、送風の一部を遮蔽する遮蔽物を配置している。

　なお、発熱部を冷却するための冷却装置に係る発明ではないが、空気の吹き出し方向を変更するための流体吹き出し口構造が特許文献３に記載されている。特許文献３には、流体素子振動器により流体の流れる方向を周期的に変動させると共に、該流体素子振動器が備えるループ管路内に管路抵抗可変手段を設けることで変動周期を変更できることが記載されている。

　上述した特許文献１に記載された発明のように、噴流生成装置から冷却流体を噴流しつつ該噴流生成装置を発熱面と平行な方向へ振動させるには、比較的大規模な噴流生成装置を用意する必要がある。さらに、特許文献１に記載された発明では、噴流生成装置を発熱面と平行に移動させるための駆動機構も必要となる。しかしながら、そのような駆動機構を追加すると、電子機器のさらなる大型化やコストの増大を招いてしまう。また、機械的な駆動機構を設けることで電子機器の信頼性が低下するおそれもある。

　特許文献２に記載された発明は、乱流を発生させるために液晶パネルと偏光板の隙間のような狭い空間に乱流発生手段（遮蔽物）を配置するため、通風抵抗が増大して冷却効率が低下してしまうおそれがある。理論的には、乱流発生手段の大きさ、形状、配置等を最適化することで上記通風抵抗の増大を回避できる可能性はあるが、そのような最適設計は非常に困難である。

　特許文献３に記載された吹き出し口構造を、例えば空冷ダクトの排出口に採用して発熱部に送風する場合、その振動原理から流路を絞って冷却風を噴流化する必要がある。そのような構造は特許文献２に記載された発明と同様に通風抵抗が非常に大きくなるため、冷却効率が低下してしまう可能性がある。

　なお、電子機器の冷却に空冷方式を採用する場合、冷却性能以外の重要な課題として塵埃の問題がある。
　具体的には、冷却対象に対するファン送風に塵埃が混入していると、その塵埃が冷却対象の表面に付着して故障や不良の要因となることがある。例えば、電子機器が液晶プロジェクタ装置である場合、ファン送風に塵埃が混入していると、混入した塵埃が液晶パネル１４の表面に付着する。図５で示すように、液晶パネル１４のパネル表面１７のうち、光透過領域１８に塵埃が付着すると、該塵埃の影がスクリーン上で結像してしまうため、投写画像の品質が著しく劣化してしまう。

　そこで、一般的な液晶プロジェクタ装置では、液晶ユニット２の冷却に用いる冷却ファン３の吸気部に、空冷ダクト４内に対する塵埃の混入を防止する防塵フィルタが設置されている。しかしながら、使用時間が経過して防塵フィルタに塵埃が詰まると、該防塵フィルタの通風抵抗が増大して通風量が低下する。このとき、通風抵抗の大きい防塵フィルタを避けて筐体の他の通気口や隙間等から塵埃が空冷ダクト４内に侵入することがあるため、液晶ユニット２の防塵が不十分となる。

特開２０００－２５２６６９号公報特開２００１－１２５０５７号公報特開平８－１４５４４９号公報

　本発明は、防塵性能及び冷却性能を向上させつつ小型化が可能な冷却装置、該冷却装置を備えた電子機器及び投射型表示装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため本発明の冷却装置は、電子機器内の発熱部を空冷するための冷却装置であって、
　冷却風を生成するファンと、
　前記発熱部へ送風される前記冷却風に流体励起振動を発生させる振動発生手段と、
を有する。

　本発明の電子機器は、上記冷却装置と、
　前記冷却装置による冷却対象である発熱部と、
を有する。

　また、本発明の投写型表示装置は、画像を投影することで表示する投写型表示装置であって、
　上記冷却装置と、
　前記冷却装置による冷却対象である発熱部となる、前記投影する画像を形成する液晶ユニットと、
を有する。

図１は、液晶プロジェクタ装置の外観例を示す斜視図である。図２は、図１に示した液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す平面図である。図３は、図２に示した液晶プロジェクタ装置における液晶ユニットの冷却動作を示す模式図である。図４は、図３に示した液晶ユニットの冷却装置の構成例を示す斜視図である。図５は、図４に示した液晶ユニットの構成例を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側断面図である。図６は、本発明の原理を説明するための構造振動系のモデルを示す模式図である。図７は、図６に示した構造振動系で得られる冷却風の動きを示す模式図である。図８は、第１の実施の形態の冷却装置の一構成例を示す図であり、同図（ａ）は液晶ユニット及び空冷ダクトの斜視図、同図（ｂ）は図８（ａ）に示した空冷ダクトの分解図、同図（ｃ）は図８（ａ）に示した空冷ダクトの要部を拡大した様子を示す斜視図である。図９は、第１の実施の形態の冷却装置の動作例を示す模式図である。図１０は、図９に示したダクト吐出口の構成例を示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面からみた断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１１は、図１０（ａ）に示したダクト吐出口における冷却風の動きを時系列に示す模式図である。図１２は、第２の実施の形態の冷却装置の一構成例を示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面から見た断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１３は、図１２（ａ）に示したダクト吐出口から排出される冷却風の動きの一例を示す模式図である。図１４は、第３の実施の形態の冷却装置の一構成例を示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面から見た断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１５は、図１４（ａ）に示したダクト吐出口から排出される冷却風の動きを示す模式図である。図１６は、第４の実施の形態の冷却装置の一構成例を示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面から見た断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１７は、図１６（ａ）に示したダクト吐出口から排出される冷却風の動きを示す模式図である。図１８は、第５の実施の形態の冷却装置の一構成例を模式的に示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面から見た断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１９は、図１８（ａ）に示したダクト吐出口から排出される冷却風の動きを示す模式図である。図２０は、第５の実施の形態の冷却装置で用いることができる柱状構造体の他の構成例を示す模式図である。

　まず、本発明の原理について説明する。
　本発明では、発熱部へ送風される冷却風に流体励起振動（渦励振）を発生させる振動発生手段を設ける。振動発生手段としては、ダクト吐出口に懸架された柱状構造体を用いる。冷却風がダクト吐出口の柱状構造体を通過するとき、該柱状構造体は、その下流側で発生する空気の渦の流体力によってわずかに振動する。柱状構造体が振動すると、該柱状構造体の下流側で発生する渦も変動し、変動した渦で励起された流体力が柱状構造体で形成される構造振動系にフィードバックされる。その結果、柱状構造体の振動が増幅されて構造振動系全体が自励振動を起こす。

　ここで、図６で示すように、柱状構造体として断面が円状の円柱状構造体１９を用い、該円柱状構造体の直径をＤ、単位長あたりの質量をｍ、対数減衰率をδ、固有振動数をｆｃとし、該円柱状構造体を通過するファン送風（冷却風）の平均流速をＵ、空気の密度をρ、空気の動粘度をνとすると、構造減衰を無次元化した換算減衰率Ｃｎ及び流速を無次元化した換算流速Ｖｒは以下の式で表される。

　例えば、換算減衰率Ｃｎ＝１．４２の場合、換算流速Ｖｒを上昇させると、ファン送風には、その流れる方向（In-Line Flow）と平行に振動する２つの励振域が発生する。さらに、換算流速Ｖｒを上昇させると、Ｖｒ≒６付近で、ファン送風に、その流れと直角な方向（Cross Flow）の振動が発生する。「渦励振」とは、通常、この領域で生じる直角方向の振動のことを指す。

　したがって、図７で示すように、ダクト吐出口１６から排出される冷却風１２の流速（Ｕ）に合わせて、換算減衰率Ｃｎに応じた換算流速Ｖｒで渦励振が最大となるように円柱状構造体１９の直径（Ｄ）、質量（ｍ）、剛性（すなわち、固有振動数ｆｃ)を設計し、該設計値に基づいて作成した円柱状構造体１９をダクト吐出口１６に配置すれば、ダクト吐出口１６から排出される冷却風１２を、その流れと直角な方向（Cross Flow）に周期的に自励振動させることができる。

　例えば、液晶パネル１４と入射側偏光板１３との隙間、並びに液晶パネル１４と出射側偏光板１５との隙間を通過する冷却風１２を、円柱状構造体１９を用いて渦励振させれば、液晶ユニット２の発熱面を広範囲に、かつ効率的に冷却することができる。また、冷却風１２に混入した塵埃が、冷却対象である液晶ユニット２に付着しても、冷却風１２の渦励振がワイパーのように作用することで、液晶ユニット２に付着した塵埃を効果的に除去できる。さらに、図７で示したように、振動発生手段は、ダクト吐出口１６に柱状構造体（円柱状構造体１９）を懸架するだけの単純な構造であるため、安価で小型化が容易な冷却装置を実現できる。

（第1の実施の形態）
　図８は、第１の実施の形態の冷却装置の一構成例を示す図であり、同図（ａ）は液晶ユニット及び空冷ダクトの斜視図、同図（ｂ）は図８（ａ）に示した空冷ダクトの分解図、同図（ｃ）は図８（ａ）に示した空冷ダクトの要部を拡大した様子を示す斜視図である。図９は、第１の実施の形態の冷却装置の動作例を示す模式図である。図１０は、図９に示したダクト吐出口の構成例を示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面からみた断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１０（ａ）及び（ｂ）は、図９に示した３つのダクト吐出口１６のうち、緑（Ｇ）色光を光変調する液晶ユニット２に対応したダクト吐出口１６の断面を示している。

　図８～図１０で示すように、第１の実施の形態の冷却装置は、空冷ファン３で生成した冷却風１２に上記流体励起振動（渦励振）を発生させる振動発生手段として、空冷ダクト４のダクト吐出口１６に、その開口を２分割するように円柱状構造体１９ａを懸架した構成である。
　ここで、上記式（２）で示した換算流速（Ｖｒ)が、ダクト吐出口１６における冷却風１２の速度（Ｕ）において、その流れと直角な方向の振動が発生するように円柱状構造体１９ａの直径（Ｄ）及び固有振動数（ｆｃ）を設定する。円柱状構造体１９ａの固有振動数（ｆｃ）は、円柱状構造体１９ａの直径（Ｄ）、長さ（Ｌ）、単位長当たりの質量（ｍ）、バネ定数（ｋ）、減衰定数（ｃ）等から決定する。

　なお、Ｒ／Ｇ／Ｂの各液晶ユニット２に対応して配置する３つのダクト吐出口１６から排出される実際の冷却風１２は、ダクト吐出口１６毎に異なるため、円柱状構造体１９ａもダクト吐出口１６毎に直径（Ｄ）や固有振動数（ｆｃ）を変える必要がある。ここでは説明を簡単にするため、Ｒ／Ｇ／Ｂの各液晶ユニット２に対応して配置する３つのダクト吐出口１６に同一の円柱状構造体１９ａを設けるものとする。

　次に、第１の実施の形態の冷却装置の動作について、図１１を用いて説明する。
　図１１は、図１０（ａ）に示したダクト吐出口における冷却風の動きを時系列に示す模式図である。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、その順にダクト吐出口１６における冷却風の動きを時系列に示している。なお、図１１の（ｂ）～（ｄ）では、液晶ユニット２を省略して示している。

　図１１（ａ）で示すように、冷却対象である液晶ユニット２の下方に配置された空冷ダクト４のダクト吐出口１６には、該液晶ユニット２の略中心線上に位置するように円柱状構造体１９ａが固定される。空冷ファン（不図示）３で生成された冷却風１２は、ダクト吐出口１６から液晶ユニット２へ送風される。
　冷却風１２が円柱状構造体１９ａを通過すると、図１１（ｂ）で示すように、該円柱状構造体１９ａの下流側に渦２０が発生する。このとき、渦２０による流体力が円柱状構造体１９ａをわずかに振動させ、該渦２０の発生源である円柱状構造体１９ａの振動に伴って、図１１（ｃ）で示すように渦２０も変動する。変動した渦２０により励起された流体力は、円柱状構造体１９ａから成る構造振動系にフィードバックされ、その流体力によって円柱状構造物１９ａの振動が増幅される。これにより、図１１（ｄ）で示すように、円柱状構造物１９ａとその下流側の渦２０から成る系全体が自励振動する。その結果、図１１（ｅ）で示すように、ダクト吐出口１６から排出される冷却風１２に、その流れと直角な方向（Cross Flow）の振動が発生し、かつ液晶ユニット２を通過する冷却風１２が、その流れと直角な方向に周期的に揺動する。そのため、ダクト吐出口１６から排出された冷却風１２は、自励振動（流体励起振動）により冷却対象である液晶ユニット２の発熱面を周期的に揺動しつつ通過する。

　第１の実施の形態によれば、発熱部（液晶ユニット２）へ送風される冷却風１２に流体励起振動（渦励振）を発生させる振動発生手段を備えることで、液晶ユニット２の発熱面を広範囲に、かつ高効率で冷却することができる。また、振動発生手段で発生した高乱流性の冷却風（流体励起振動流）により発熱面に対する平均熱伝達率が向上して冷却効果を高めることもできる。また、冷却風１２に混入した塵埃が液晶ユニット２に付着しても、冷却風１２の流れと直角な方向の振動によって該塵埃が効果的に除去されるため、冷却対象の防塵性を高めることもできる。さらに、振動発生手段は、ダクト吐出口１６の近傍に円柱状構造体１９ａを懸架するだけの単純な構造であるため、安価で小型化が容易な冷却装置を実現できる。

（第２の実施の形態）
　図１２は、第２の実施の形態の冷却装置の一構成例を示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面から見た断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１２（ａ）及び（ｂ）は、図９に示した３つのダクト吐出口１６のうち、緑（Ｇ）色光を光変調する液晶ユニット２に対応したダクト吐出口１６の断面を示している。図１３は、図１２（ａ）に示したダクト吐出口から排出される冷却風の動きの一例を示す模式図である。

　図１２（ａ）及び（ｂ）で示すように、第２の実施の形態の冷却装置は、ダクト吐出口１６に複数の円柱状構造体１９ｂ（図１２（ａ）では２本を例示）を懸架した構成である。複数の円柱状構造体１９ｂは、冷却対象である液晶ユニット２の中心軸に対して略対称に配置することが望ましい。複数の円柱状構造体１９ｂは、冷却対象の発熱部位の分布に応じて非対称に配置してもよい。

　第２の実施の形態によれば、ダクト吐出口１６に複数の円柱状構造体１９ｂを配置しているため、空冷ダクト４から排出される冷却風１２において、複数箇所で流体励起振動（渦励振）を発生させることができる。
　そのため、第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、図１３で示すように、冷却対象である発熱部（液晶ユニット２）に対して、より広範囲に冷却風１２を送風できる。

（第３の実施の形態）
　図１４は、第３の実施の形態の冷却装置の一構成例を示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面から見た断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１４（ａ）及び（ｂ）は、図９に示した３つのダクト吐出口１６のうち、緑（Ｇ）色光を光変調する液晶ユニット２に対応したダクト吐出口１６の断面を示している。図１５は、図１４（ａ）に示したダクト吐出口から排出される冷却風の動きを示す模式図である。図１５（ａ）は液晶プロジェクタ装置を後述する「ノーマルモード」で動作させる場合のダクト吐出口１６から排出される冷却風の動きを示し、図１５（ｂ）は液晶プロジェクタ装置を後述する「エコモード」で動作させる場合のダクト吐出口１６から排出される冷却風の動きを示している。

　図１４（ａ）及び（ｂ）で示すように、第３の実施の形態の冷却装置は、直径または固有振動数の少なくとも一方が異なる複数種類の円柱状構造体をダクト吐出口１６に懸架した構成である。図１４（ａ）及び（ｂ）は、２本の第１の円柱状構造体１９ｃと、１本の第２の円柱状構造体１９ｄとを、それぞれダクト吐出口１６に配置した構成例を示している。

　第１の円柱状構造体１９ｃ及び第２の円柱状構造体１９ｄは、電子機器の動作モードに応じて設定される異なる速度の冷却風１２ａ及び１２ｂに対応してそれぞれ設計される。例えば、液晶プロジェクタ装置の場合、投写映像が通常の明るさとなるように動作させる「ノーマルモード」では、光源の輝度が高く、液晶ユニット２へ入射する光の光束密度も比較的大きいため、液晶ユニット２の発熱量が大きくなる。その場合、冷却性能を高めるため、冷却ファン３で生成する冷却風１２ａの速度（Ｕ１）を速くする必要がある。

　一方、光源であるランプ５の製品寿命を延ばすために、該光源の輝度を低下させて動作させる「エコモード」では、「ノーマルモード」よりも液晶ユニット２へ入射する光の光束密度が低下するため、液晶ユニット２の発熱量も低下する。この場合、冷却性能を低下させることができるため、冷却ファン３で生成する冷却風１２ｂの速度（Ｕ２）を遅くしてファン騒音を低減すればよい。

　第１の円柱状構造体１９ｃは、例えば「ノーマルモード」における冷却風１２ａの速度（Ｕ１）において、その流れと直角な方向（Cross Flow）の振動が最大となる換算流速Ｖｒの値が得られるように、直径Ｄ１及び固有振動数ｆｃ１が設定される。
　一方、第２の円柱状構造体１９ｄは、例えば「エコモード」における冷却風１２ｂの速度（Ｕ２）において、その流れと直角な方向（Cross Flow）の振動が最大となる換算流速Ｖｒの値が得られるように、直径Ｄ２及び固有振動数ｆｃ２が設定される。

　第３の実施の形態によれば、電子機器の動作モードに応じて空冷ファン３による冷却風１２の速度を変更する場合でも、各速度の冷却風にそれぞれ流体励起振動（渦励振）を発生させることができる。したがって、冷却風１２の速度が異なる動作モード毎に、第１の実施の形態の冷却装置と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施の形態）
　図１６は、第４の実施の形態の冷却装置の一構成例を示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面から見た断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１６（ａ）及び（ｂ）は、図９に示した３つのダクト吐出口１６のうち、緑（Ｇ）色光を光変調する液晶ユニット２に対応したダクト吐出口１６の断面を示している。図１７は、図１６（ａ）に示したダクト吐出口から排出される冷却風の動きを示す模式図である。図１７（ａ）は液晶プロジェクタ装置を「ノーマルモード」で動作させる場合のダクト吐出口１６から排出される冷却風の動きを示し、図１７（ｂ）は液晶プロジェクタ装置を「エコモード」で動作させる場合のダクト吐出口１６から排出される冷却風の動きを示している。

　図１６（ａ）及び（ｂ）で示すように、第４の実施の形態の冷却装置は、第３の実施の形態で示した複数種類の円柱状構造体の外形寸法（直径Ｄ１、長さＬ）を同一とし、材料のみを変更して各円柱状構造体の固有振動数が異なるようにした構成である。

　すなわち、電子機器の動作モードに応じて設定される複数の冷却風１２の速度において、換算流速Ｖｒが以下の式（３）となるように第１の円柱状構造体１９ｅ及び第２の円柱状構造体１９ｆが設計される。

　ここで、ｆｃ１は第１の円柱状構造体１９ｅの固有振動数であり、ｆｃ２は第２の円柱状構造体１９ｆの固有振動数である。また、Ｕ１は液晶プロジェクタ装置を「ノーマルモード」で動作させる場合の冷却風１２ａの速度であり、Ｕ２は液晶プロジェクタ装置を「エコモード」で動作させる場合の冷却風１２ｂの速度である。このとき、式（３）の換算流速Ｖｒは、冷却風１２の流れと直角な方向（Cross Flow）の振動が最大となる値が得られるように設計される。

　第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様に、動作モードに応じて冷却風１２の速度を変更する場合でも、各動作モードで第１の実施の形態の冷却装置と同様の効果を得ることができる。
　さらに、第４の実施の形態によれば、複数の円柱状構造体が同一の外形寸法であるため、設計変更時の対応が容易になる。例えば、液晶プロジェクタ装置では「ノーマルモード」及び「エコモード」におけるランプ５の輝度の仕様が変更されることがある。その場合、液晶ユニット２の発熱量も変化するため、冷却ファン３の回転速度を変更して液晶ユニット２に対する冷却風１２の速度を変更することがある。このような場合でも、円柱状構造体の外形寸法を共通にしておけば、空冷ダクト４に円柱状構造体を固定するための穴形状等を変更する必要がない。そのため、設計変更時における製造コストや設計工数を低減できる。

（第５の実施の形態）
　図１８は、第５の実施の形態の冷却装置の一構成例を模式的に示す図であり、同図（ａ）はダクト吐出口を正面から見た断面図、同図（ｂ）はダクト吐出口を側面から見た断面図である。図１８（ａ）及び（ｂ）は、図９に示したダクト吐出口のうち、Ｇ光路用の吐出口の様子を示している。図１９は、図１８（ａ）に示したダクト吐出口から排出される冷却風の動きを示す模式図である。

　図１８（ａ）及び（ｂ）で示すように、第５の実施の形態では、第１の実施の形態～第４の実施の形態で示した円柱状構造体に代えて、断面が三角状の三角柱状構造体２１を用いる構成である。
　この場合も、図１９で示すように、ダクト吐出口１６に固定された三角柱状構造体２１の下流側で発生する渦励振の自励振動により、冷却風１２に、その流れと直角な方向（Cross Flow）の振動を発生させることができる。そのため、第１の実施の形態の冷却装置と同様の効果を得ることができる。

　一般に、流体中に置かれた構造物の周囲には、該流体の粘性により構造物表面と主流との間に速度せん断層または境界層と呼ばれる層が形成される。このとき、構造物の曲率変化（形状変化）によって表面から速度せん断層（または境界層）が剥離し、構造物背面では強い渦が成長し、主流によりこの渦が下流に流される。そのため、流体中に置かれた構造物の断面形状が変われば、下流にできる渦の様相も変化する。

　第５の実施の形態で示す三角柱状構造体２１は、冷却風１２の速度域において、第１の実施の形態で示した円柱状構造体１９ａでは、その流れと直角な方向（Cross Flow）に十分に大きな振動が発生しない場合に適用すればよい。すなわち、ダクト吐出口１６に配置する柱状構造体の断面形状を変えることで、自励振動の発生条件を変更して所望の速度の冷却風１２で流体励起振動（渦励振）が発生するようにする。

　なお、柱状構造体は、図１８（ａ）及び（ｂ）で示した断面が三角状の三角柱状構造体２１に限定されるものではなく、図２０で示すような断面形状の柱状構造体を用いてもよい。
　図２０は、第５の実施の形態の冷却装置で用いることができる柱状構造体の他の構成例を示す模式図である。
　図２０（ａ）は断面が楕円状の楕円柱状構造体２２の一例を示し、図２０（ｂ）は断面が多角形状（図２０（ｂ）は五角形状を例示）の多角柱状構造体２３の一例を示している。上記三角柱状構造体２１は、多角柱状構造体２３の一例である。

　上述したように、図２０(ａ)に示す楕円柱状構造体や図２０（ｂ）に示す多角柱状構造体は、冷却風１２の送風条件やダクト形状等に応じて適宜選択すればよい。また、図２０（ｃ）で示すように、柱状構造体には、断面が円状であり、直径が長手方向で変化するテーパ円柱状構造体２４を用いてもよい。テーパ円柱状構造体２４は、直径が連続的に変化するため、冷却風１２の速度が連続的に変化する場合にも適用できる。
　第３の実施の形態及び第４の実施の形態では、動作モードに応じて冷却風１２の速度が離散的に変化する場合に各速度に対応した複数種類の柱状構造体を設ける構成を示した。
　一方、図２０（ｃ）に示すテーパ円柱状構造体２４は、冷却風１２の速度が連続的に変化する場合に、その流れと直角な方向（Cross Flow）の振動を常に発生させたい場合に好適である。

　第５の実施の形態で示した三角柱状構造体２１、楕円柱状構造体２２、多角柱状構造体２３、テーパ円柱状構造体２４は、上述した第２の実施の形態～第４の実施の形態で示した円柱状構造体の代わりに用いてもよい。

　第５の実施の形態によれば、断面が円状ではない柱状構造体を用いることで、冷却風１２の送風条件やダクト形状等により円柱状構造体では、冷却風１２に、その流れと直角な方向に十分に大きな振動が発生しない場合でも、第１の実施の形態～第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

　なお、上述した第１の実施の形態から第５の実施の形態では、冷却対象として液晶プロジェクタ装置が備える液晶ユニット２を例にして説明した。本発明の冷却装置は、冷却対象が液晶ユニット２に限定されるものではなく、冷却が必要な発熱部であれば、電子機器のどのような部位を冷却対象としてもよい。

　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

　この出願は、２０１６年３月３日に出願された特願２０１６－０４１０１９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

　電子機器内の発熱部を空冷するための冷却装置であって、
　冷却風を生成するファンと、
　前記発熱部へ送風される前記冷却風に流体励起振動を発生させる振動発生手段と、
を有する冷却装置。
　請求項１に記載の冷却装置において、
　前記振動発生手段は、
　前記冷却風を前記発熱部に導くダクトの吐出口に懸架された柱状構造体である冷却装置。
　請求項１に記載の冷却装置において、
　前記振動発生手段は、
　前記冷却風を前記発熱部に導くダクトの吐出口に懸架された複数種類の柱状構造体である冷却装置。
　請求項３に記載の冷却装置において、
　前記複数種類の柱状構造体は、
　直径または固有振動数の少なくとも一方が異なる冷却装置。
　請求項３に記載の冷却装置において、
　前記複数種類の柱状構造体は、
　外形寸法が同一であり、材料が異なる冷却装置。
　請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置において、
　前記柱状構造体は、断面が円状である冷却装置。
　請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置において、
　前記柱状構造体は、断面が多角形状である冷却装置。
　請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置において、
　前記柱状構造体は、断面が楕円状である冷却装置。
　請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置において、
　前記柱状構造体は、断面が円状であり、直径が長手方向で変化するテーパ円柱状である冷却装置。
　請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却装置と、
　前記冷却装置による冷却対象である発熱部と、
を有する電子機器。
　画像を投影することで表示する投写型表示装置であって、
　請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却装置と、
　前記冷却装置による冷却対象である発熱部となる、前記投影する画像を形成する液晶ユニットと、
を有する投写型表示装置。