JP2004071544A

JP2004071544A - 光照射装置

Info

Publication number: JP2004071544A
Application number: JP2003164088A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yoneda; 米田　賢治
Original assignee: CCS Inc
Current assignee: CCS Inc
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】複数の発光体を湾曲面に配置した光照射装置において、製造容易性及び組立容易性を担保しつつ、大光量を得ることができ、しかも光度の安定性や長寿命性にも優れるものを得る。
【解決手段】切頭円錐形状の発光体装着面２ｃを有しその発光体装着面２ｃ上に複数の発光体１を装着してなる発光体装着部材２と、切頭円錐形状の支持面３１ａを有し前記発光体装着部材２を保持する保持枠３と、可撓性及び柔軟性を有し全体が同一素材により構成された平板状且つ円環状の放熱部材６とを備えてなり、平面状の前記放熱部材６を、前記発光体装着面２ｃの裏面２ｄ及びその裏面２ｄに対向する前記保持枠４の支持面３１ａに装着する際に、可撓性及び／又は柔軟性を利用して前記発光体装着面２ｃの裏面２ｄ及び前記保持枠３の支持面３１ａに沿うように立体形状に変形させ、前記裏面２ｄ及び前記支持面３１ａにそれぞれ密着させるようにした。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射照明によって製品検査をする場合等に好適に使用される光照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光照射装置において、ＬＥＤ等の発光体を複数配置し、照射対象部位に対して周囲方向から覆うように光を照射してその照射対象部位の照度をムラなく一定に保つようにしたものが開発されている。
【０００３】
しかして、照射対象部位を周囲方向から覆うためには、円筒内面や円錐凹面等のような湾曲凹面状をなす発光体装着面を形成し、その発光体装着面に複数のＬＥＤをくまなく装着することが望ましい。そこで従来は、保持枠そのものを円筒内面や円錐凹面形状に加工して穿孔し、発光体をその孔に各々直接埋設したうえで手配線を施すという複雑な工程を経てかかる光照射装置を製造していたところ、その手間やコストを大幅削減すべく本願発明者は、特開平１０−２１７２９号公報に示すように、湾曲可能なプリント基板を平面状に保った状態でＬＥＤを装着し、そのプリント基板を湾曲させてこの種の光照射装置を製造する方法を発明し、特許を取得している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の光照射装置において、湾曲する発光体装着面の裏面に放熱構造を設けることは極めて難しく、放熱を積極的に行うような工夫はほとんどなされていないのが実状である。具体的には、図１１に示すように、ＬＥＤ１００の裏側には何ら放熱部材は設けられておらず、空気層ＡＳが介在している。そしてその結果、ＬＥＤの温度を積極的に下げることができないことから大きな光量を得にくく、光度においても不安定で、またその寿命を延ばしにくいという点に改善の余地が残されていた。
【０００５】
さらに、プリント基板を湾曲させてその端部を単に保持枠に係止させただけであると、若干のがたつきや、湾曲面に若干のむらが生じるおそれもある。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、複数の発光体を湾曲面に配置した光照射装置において、製造容易性を担保しつつ、大光量を得ることができ、しかも光度の安定性や長寿命性にも優れる光照射装置を得ることをその主たる目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明にかかる光照射装置は、切頭円錐形状の発光体装着面を有しその発光体装着面上に複数の発光体を装着してなる発光体装着部材と、切頭円錐形状の支持面を有し前記発光体装着部材を保持する保持枠と、可撓性及び柔軟性を有し全体が同一素材により構成された平板状且つ円環状の放熱部材とを備えてなり、平面状の前記放熱部材を、前記発光体装着面の裏面及びその裏面に対向する前記保持枠の支持面に装着する際に、可撓性及び／又は柔軟性を利用して前記発光体装着面の裏面及び前記保持枠の支持面に沿うように立体形状に変形させ、前記裏面及び前記支持面にそれぞれ密着させていることを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、発光体装着部材の裏面と保持枠とを、放熱部材を介して面的に接合できるため、保持枠に発光体から発生する熱を効果的かつ速やかに伝導でき、保持枠全体を利用した発光体の積極的な放熱が可能となる。その結果、発光体に大電流を流して大きな光度を得ることができ、しかもその光度を安定させて寿命をも延ばすことが可能となる。ちなみに空気の熱伝導率は０．０２　ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、放熱部材にシリコ−ン、フロロシリコ−ン、ＳＥＰ等を主体材料とする部材を用いた場合にはその熱伝導率が１ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度以上となることから、放熱部材を用いずに空気層が介在した場合と、放熱部材を用いた場合とでは、その放熱性に極めて顕著な差が生じることがわかる。
【０００９】
また放熱部材が可撓性及び柔軟性を有し、前記湾曲する発光体装着面及び保持枠の支持面に容易に沿わせてこれら双方に密着させることできるため、製造、組み立てにも大きな負担をかけることがない。
【００１０】
加えて、この放熱部材が発光体装着部材及び保持枠に密着するため、発光体装着部材のがた等を軽減し、その装着状態を良好なものに保って、光照射の質の向上に寄与することとなる。
【００１１】
ここで、「平板状」とは、部分的に厚みの異なるものも含む意味である。
【００１２】
一方、発光体装着面の裏面からは通常リード線や抵抗等が突出し、放熱部材の前記裏面への密着を阻害するところ、前記放熱部材の少なくとも表面部における柔らかさを、発光体装着部材の裏面に突出する発光体のリード線や電子部品等を包み込むように凹んで前記発光体装着面の裏面に密着し得るものに設定しておけば、上述した不具合を解消して本発明の効果を十分に発揮させ得る。
【００１３】
また、放熱部材の柔軟性や可撓性があまりに大きいと、通常状態において放熱部材が定形を保てず組み立てに齟齬を生じるうえ、例えば発光体装着部材の交換に際して、放熱部材が千切れて剥がれない等の不具合も生じ得る。かかる不具合を防止するためには、前記放熱部材を平面に載置した状態で定形性を有する程度のものとすることが望ましく、また特に柔軟性において前記放熱部材を発光体装着部材及び保持枠から剥離可能なものとしておくことが望ましい。
【００１４】
上述した効果を得るための具体的な表面部の硬度としては、アスカーＣ硬度で１０度以上３０度以下が好ましい。
【００１５】
製造容易化に大きく寄与し得る具体的な実施態様としては、前記発光体装着部材が、厚み方向に湾曲可能であって一部に切り欠きを有した円環状のプリント基板であり、その一方の面に発光体装着面を設定してなるものであって、その発光体装着部材の一方の切り欠き辺と他方の切り欠き辺とを、前記発光体装着面が凹面側に位置するように接合または近接保持することにより、前記発光体装着面を切頭円錐凹面に形成しているものが好ましい。
【００１６】
特に、プリント基板の発光体のリード線に接続する配線幅を、電流量に応じて通常必要とされる太さよりも太いものとし、放熱効果をより高めた前記発光体装着面を切頭円錐凹面に形成しているものが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態に係る光照射装置４は、図１〜図４に示すように、複数の発光体たるＬＥＤ１と、厚み方向に湾曲可能なものであって一部に切り欠きを有した円環状をなすプリント基板２と、円環状をなす可撓性を有した放熱部材たる放熱板６と、目視あるいは撮影等のための中心孔３１ｂを有し前記プリント基板２を保持する保持枠たるケース３とを備えたものである。
【００１９】
各部を詳述すると、ＬＥＤ１は砲弾型ランプタイプのもので、素子本体をレンズ作用を有する砲弾型の透明樹脂モールドで覆ってなるものである。もちろんチップタイプのものでも構わない。
【００２０】
プリント基板２は、カバー材、銅箔材、ベース材等を階層構造にしてなるフレキシブルなものであり、予めＬＥＤ１の配線をプリントしてなるものである。
【００２１】
放熱板６は、例えばシリコ−ン、フロロシリコ−ン、ＳＥＰ等を主体材料として形成してなる電気的に絶縁性を持った熱伝導性、可撓性及び柔軟性に富む円環状をなすものである。そして、プリント基板２の裏面２ｄに密着させた状態では、その密着面６ｃが前記裏面２ｄに配設されている抵抗等の各部品や突出するＬＥＤ１の足等を包み込むように凹み変形する一方、平面に載置した状態で定形性を有するような素材を用いている。具体的には、放熱板６の素材にアスカーＣ硬度が１０度以上３０度以下のものを用いている。これは、あまりに硬いと抵抗等の凹凸を吸収できず基板裏面２ｄへの密着度が低下する一方、あまりに柔らかいと放熱板６が定形を保てず組み立てや交換に際して千切れたり剥がれないといった不具合を生じるためである。また、通常シリコーンゴム中（本実施形態で用いる放熱板６の材料）には低分子量シロキサン（低分子量のオイル状成分）が含まれており、基板２とケース３との間で長期間放熱板６を介在させておくと、低分子量シロキサン（即ちオイル状の成分）が放熱板６の表面にブリード（じわじわにじみ出てくる）してしまう。単に圧接しているだけでも低分子量シロキサンのブリードがあるが、通電してＬＥＤ１を発光させた状態では基板２等の温度上昇があり、このブリード現象がより加速される。そこで、本実施形態で用いる放熱板６はこの低分子量シロキサンの含有量を３００ｐｐｍ以下にしている。なお、通常のシリコーンゴムでは３０００ｐｐｍ程度含有しており、前記した問題点がある。
【００２２】
ケース３は、照射対象部位を反照射対象部位側から観察するための中心孔３１ｂを有したある程度厚みのある円柱状のケース本体３１と、このケース本体３１の外周に外嵌する円筒状の押さえ部材３２とを有するものである。ケース本体３１の一端面側には、中心部をもっとも窪ませた切頭円錐凹面３１ａが設けてあり、この切頭円錐凹面３１ａが前記プリント基板２の裏面２ｄに対向する支持面としての役割を担う。この切頭円錐凹面３１ａの傾斜角は、前記プリント基板２の切り欠き辺２ａ、２ｂ同士を接合又は近接させて切頭円錐形状とした際のプリント基板２の裏面２ｄの角度と略同一となるように構成している。
【００２３】
押さえ部材は３２の一端部には、内方に突出する突出部３２１が設けられており、この突出部３２１が、ケース本体３１に取り付けたプリント基板２の抜け止めを防止する役割を担う。なお、ケース本体３１に穿設されためねじ３３は、この光照射装置４を取着するためのものである。
【００２４】
このような構成において、本実施形態による光照射装置４の組立方法について説明する。まず前記プリント配線基板２を平面状態に保持した上で、該基板２の一方の面である発光体装着面２ｃに、複数のＬＥＤ１をはんだ付け等の方法でくまなく植設する。しかる後に、該基板２の一方の切り欠き辺２ａと他方の切り欠き辺２ｂとを前記発光体装着面２ｃが凹面側に位置するように接合または近接させて湾曲させる。このことにより、該プリント基板２は必然的に切頭円錐型となり、前記発光体装着面２ｃが切頭円錐凹面となって、そこにＬＥＤ１が配置されることとなる。このとき、電源ケーブル５も該基板２にはんだ付け等によって配線する。
【００２５】
次にケース本体３１の前記支持面３１ａに平面状の放熱板６を貼り付ける。このとき放熱板６は自身の可撓性により変形して、その一方の面を前記支持面３１ａに密着させる。
【００２６】
そして、前記プリント基板２の一方の切り欠き辺２ａと他方の切り欠き辺２ｂとを接合または近接させ切頭円錐形状にしつつ、その裏面２ｄを前記放熱板６の他方の面に密着させる。もちろん、切頭円錐形状にしたプリント基板２の裏面に先に平面状の放熱板６を貼り付け、その後、この放熱板６を貼り付けたプリント基板２を前記支持面３１ａに密着させても構わない。ここで「密着」とは、面同士の一部が密着することも含む。
【００２７】
なお、ケース本体３１の中心孔３１ｂにおける開口周縁部に設けた軸方向に突出する突起部３１１は、その外径が放熱板６の中心孔径及び切頭円錐形状にしたプリント基板２の中心孔径と略等しくなるように設定したもので、これら放熱板６及びプリント基板２をケース本体に装着する際の位置決め部としての役割を担う。
【００２８】
その後、押さえ部材３２を前記ケース本体３１に対しその切頭円錐凹面３１ａ側から嵌め込んで固定し、その突出部３２１をプリント基板２の外周端に当接させて当該プリント基板２の固定と抜け止めを図るようにしている。
【００２９】
したがってこのようなものであれば、ＬＥＤ１の熱が放熱板６を介してケース３に効率よく速やかに伝達され、ケース３全体で放熱させることが可能になるため、無理なくＬＥＤ１の放熱を行ってその温度を積極的に下げ、ＬＥＤ１の温度上昇を抑止することが可能になる。そしてその結果、大きい光度を得られ、製品の長寿命化も促進することができる。
【００３０】
さらに、放熱板６を介在させることで、プリント基板２のがたや変形等を抑止することができ、ＬＥＤ１の向きをより一定化して、集光度を高めたり、照射対象部位における照度むらを抑制することができるようになる。
【００３１】
加えて、全体が同一素材により構成された円環状の放熱部材６が可撓性及び柔軟性を有し、前記湾曲する発光体装着面２ｃの裏面２ｄ及びケース３の支持面３１ａに容易に沿わせてこれら双方に密着させることできるため、製造、組み立てにも大きな負担をかけることがない。特に本実施形態では、プリント基板２の切り欠き辺２ａ、２ｂ同士を接合または近接させるだけで、湾曲する発光体装着面２ｃを形成できるので、組立が簡単であり、製造工程を複雑化することもない。
【００３２】
具体的な効果を図５、図６、図７に示す。
【００３３】
まず図５、図６は温度上昇による短時間（２０分）での光量低下度を放熱板６の有無で比較した比較実験データである。図５は赤色ＬＥＤの実験データである。同図に示すように、放熱板６がある場合とない場合とでは、実験開始から２０分後におけるＬＥＤ１の半田部分温度が２５℃程度相違し、光量においては、放熱板６がある場合には、初期光量に比して略１０％程度しか落ち込まないのに対し、放熱板６がない場合には、初期光量に比して略２５％も落ち込むという顕著な相違が生じる。図６は白色ＬＥＤの実験データである。この実験において放熱板６がないものは、温度がＬＥＤの動作保証温度である１００℃にまで上昇している。これは、白色ＬＥＤや青色ＬＥＤあるいは緑色ＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）が３．５Ｖと高く、発熱量が大きくなる傾向があることに起因するものであるが、このように放熱板６がないと、使用条件によっては高温化を招いて劣化を惹起し、寿命や光度に極めて大きな影響を及ぼすと考えられる。これに比して放熱板６があるものは温度が４５℃前後に保たれ、温度差が実に５５℃も生じていることがわかる。
【００３４】
一方、図７は長期間に亘る使用の結果、白色ＬＥＤがどれだけ劣化したかを放熱板の有無で比較した比較実験データである。放熱板６がないものは、使用開始から１５００時間で光量が約半分にまで低下し、基板に焦げ付きが生じる等して、品質的に限界がくるのに対して、放熱板６のあるものは、使用開始から１５００時間では光量はわずか２０パーセント程度しか落ち込まず、その後少しずつ落ち込みながらも、さらに長時間十分使用に耐えうることがわかる。すなわち、このように放熱板６があると、放熱板６のないものに比して光量や寿命に格別顕著に好影響を及ぼすことがわかる。
【００３５】
なお、図５、図６の実験は温度による光量低下の比較実験であり、温度が下がれば再びＬＥＤ１は初期光量を取り戻すものである。一方、図７の実験は、劣化実験であり、このようにして光量が低下したＬＥＤ１は、再び初期光量に戻ることはない。
【００３６】
もちろん、その他に、ケース３側にＬＥＤ埋設保持用の孔を穿設するといった必要がなく、ＬＥＤ１を容易に切頭円錐凹面２ｃに配置し、しかも配線することが可能となるといった製造容易化という効果をも奏し得る。
【００３７】
さらに、図８〜図１０に示すように、放熱板６やプリント基板２の切り欠きの大きさや径寸法を適宣変更することにより、種々の切頭円錐凹面を形成することも容易に行える。
【００３８】
本発明は、その他に種々の変形が可能である。
【００３９】
なお、以下の説明において前記実施形態に対応するものには同様の符号を付すこととする。
【００４０】
前記実施形態ではケース本体３１の支持面３１ａと発光体装着面２ｃの裏面２ｄとが略平行な関係となるように設定していたため、放熱部材６を等厚のものとしていたが、支持面３１ａと発光体装着面２ｃの裏面２ｄとが平行でない場合や、各面の一部に凹部や凸部がある場合などに対応するためには、放熱部材６の厚みを部位によって異なるようにしたものが好ましい。
【００４１】
もちろん、発光体装着部材がフレキシブルプリント基板である必要はないし、この光照射装置を、検査照明用以外に用いても構わない。そしてその場合には、ケース本体に観察用中心孔を設けておく必要もない。
【００４２】
また、プリント基板を先に湾曲させて切頭円錐形状とし、その凹面にＬＥＤを装着してもよい。
【００４３】
さらに、プリント基板の外周から半径方向に内側に延びるスリットを複数間欠的に設けておいても構わない。このようなものであれば、プリント基板をより簡単に湾曲させることができるようになる。
【００４４】
加えて、プリント基板の配線を、電流量に応じて通常必要とされる太さよりも太いものとし、この配線そのものに放熱或いは電熱促進機能を有させるものとしてもよい。このようにすれば、放熱効果をさらに高めることができる。具体的には、ＬＥＤのリード線に接続する配線幅を大きくすることが、放熱を効率的に行う上で好ましい。
【００４５】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、発光体装着部材の裏面と保持枠とを、放熱部材を介して面的に接合できるため、保持枠に発光体から発生する熱を効果的かつ速やかに伝導でき、保持枠全体を利用した発光体の積極的な放熱が可能となる。その結果、発光体に大電流を流して大きな光度を得ることができ、しかもその光度を安定させて寿命をも延ばすことが可能となる。
【００４７】
また放熱部材が可撓性及び柔軟性を有し、前記切頭円錐形状の発光体装着面及び保持枠の支持面に容易に沿わせてこれら双方に密着させることできるため、製造、組み立てにも大きな負担をかけることがない。
【００４８】
加えて、この放熱部材が発光体装着部材及び保持枠に密着するため、発光体装着部材のがた等を軽減し、その装着状態を良好なものに保って、光照射の質の向上に寄与することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるＬＥＤを装着したプリント基板の平板状態を示す平面図。
【図２】同実施形態における放熱板の平板状態を示す平面図。
【図３】同実施形態における光照射装置の分解斜視図。
【図４】同実施形態における光照射装置の中央縦断面図。
【図５】本発明の効果を示す温度実験データ（赤色ＬＥＤ）。
【図６】本発明の効果を示す温度実験データ（白色ＬＥＤ）。
【図７】本発明の効果を示す劣化実験データ（白色ＬＥＤ）。
【図８】同実施形態の変形例におけるＬＥＤを装着したプリント基板の平板状態を示す平面図。
【図９】同変形例における放熱板の平板状態を示す平面図。
【図１０】同変形例における光照射装置の中央縦断面図。
【図１１】従来における光照射装置の中央縦断面図。
【符号の説明】
１・・・発光体（ＬＥＤ）
２・・・発光体装着部材（プリント基板）
２ａ・・・一方の切り欠き辺
２ｂ・・・他方の切り欠き辺
２ｃ・・・発光体装着面
２ｄ・・・裏面
３・・・保持枠（ケース）
３１ａ・・・支持面
６・・・放熱部材（放熱板）

Claims

切頭円錐形状の発光体装着面を有しその発光体装着面上に複数の発光体を装着してなる発光体装着部材と、切頭円錐形状の支持面を有し前記発光体装着部材を保持する保持枠と、可撓性及び柔軟性を有し全体が同一素材により構成された平板状且つ円環状の放熱部材とを備えてなり、平面状の前記放熱部材を、前記発光体装着面の裏面及びその裏面に対向する前記保持枠の支持面に装着する際に、可撓性及び／又は柔軟性を利用して前記発光体装着面の裏面及び前記保持枠の支持面に沿うように立体形状に変形させ、前記裏面及び前記支持面にそれぞれ密着させていることを特徴とする光照射装置。
前記放熱部材が、発光体装着部材の裏面に突出する発光体のリード線や電子部品等を包み込むように凹んで前記発光体装着面の裏面に密着し得る柔軟性を少なくともその表面部において有するものである請求項１記載の光照射装置。
前記放熱部材が、平面に載置した状態で定形性を有するものである請求項１又は２記載の光照射装置。
前記放熱部材の柔軟性を示すアスカーＣ硬度がその表面部において１０度以上３０度以下である請求項１、２又は３記載の光照射装置。
前記発光体装着部材が、厚み方向に湾曲可能であって一部に切り欠きを有した円環状のプリント基板であり、その一方の面に発光体装着面を設定してなるものであって、その発光体装着部材の一方の切り欠き辺と他方の切り欠き辺とを、前記発光体装着面が凹面側に位置するように接合または近接保持することにより、前記発光体装着面を切頭円錐凹面に形成している１、２、３又は４記載の光照射装置。
前記プリント基板の発光体のリード線に接続する配線幅を、電流量に応じて通常必要とされる太さよりも太いものとし、放熱効果をより高めた前記発光体装着面を切頭円錐凹面に形成している請求項１、２、３、４又は５記載の光照射装置。