JP2008234839A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
放熱性に優れ、大光量化が可能で、なおかつ複雑な工程を必要とすることなく製造できる製品検査等用の環状光照射装置１を提供する。
【課題を解決するための手段】
環状をなす一対の筐体要素３１、３２を、互いの中心軸線Ｃを合致させながら近づけ、嵌め合わせて形成した筐体３と、一方の筐体要素３１に設けた光射出口６から前記中心軸線Ｃに向かう光を照射する、ほぼ等間隔で配置された複数の光源体２と、各光源体２を光射出端側から嵌め込んでラジアル方向にほぼがたなく収容するものであって前記一方の筐体要素に設けられ、底面に前記光射出口６が開口する収容凹部５と、他方の筐体要素の壁部における各光源体２の後方部位を貫通する貫通孔７と、その貫通孔７の内周面に形成しためねじ部７ａに螺入されて、各光源体２を直接又は熱伝導部材９を介して後方から押圧し筐体３に固定する熱伝導性に富むおねじ部材８と、を備えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、製品の表面検査等に用いられるリング型の光照射装置に関するものである。

この種の光照射装置において、従来知られているのは、特許文献１に示すように、扇形のフレキシブル配線基板に多数のＬＥＤを取り付けた後、その基板を端部同士が付き合うようにして丸め、筐体に保持させたものである。このような構成であると、円錐凹面にＬＥＤを配置してリング型の光照射装置を構成することが簡単にできる。

しかしながら、前述した構成の光照射装置では、ＬＥＤが熱伝導性のあまり良くない配線基板上に搭載されていることから、ＬＥＤで発生した熱を外部に効率よく逃がすことが難しい。そのため、大光量を必要とされる場合など、ＬＥＤでの発熱を無視できない場合は、放熱に難を生じる。そこで配線基板と筐体との間に熱伝導性に富むシリコーンなどの粘弾性素材を充填し、筐体にＬＥＤの熱を伝わりやすくして放熱効果を高める工夫もなされているが、飛躍的な効果を得るには至っていない。
特開平１０−２１７２９号公報

本発明は、かかる不具合を鑑みてなされたものであって、その主たる所期課題とするところは、放熱性に優れ、大光量化が可能で、なおかつ複雑な工程を必要とすることなく製造できる製品検査等用の環状光照射装置を提供することにある。

すなわち、本発明に係る光照射装置は、以下の構成要件（１）〜（５）を備えていることを特徴とする。
（１）筐体
筐体は、環状をなす一対の筐体要素を、互いの中心軸線を合致させながら近づけ、嵌め合わせることにより形成される。なお、ここでの環状とは円環状の他、多角環状なども含む意味である。
（２）光源体
光源体は、前記筐体内にほぼ等間隔で複数が配置されている。そして一方の筐体要素に設けた光射出口から前記中心軸線に向かう光を照射する
（３）収容凹部
収容凹部は、前記一方の筐体要素に設けられており、各光源体を光射出端側から嵌め込んでラジアル方向にほぼ（実用上問題にならない程度に）がたなく収容する。収容凹部は前記光射出口に対応する部位に設けられており、その底面には前記光射出口が開口する。
（４）貫通孔
貫通孔は、各光源体の後方部位における他方の筐体要素の壁部を貫通するものであり、その内周面の一部又は全部にめねじ部が形成してある。
（５）おねじ部材
おねじ部材は、前記貫通孔のめねじ部に螺入されて、各光源体を直接又は熱伝導部材を介して後方から押圧し筐体に固定するものである。このおねじ部材は、金属などの熱伝導性に富むもので形成される。

このようなものであれば、熱伝導性に富むおねじ部材を介して各光源体と筐体とが強く接続されて、その間の熱抵抗を非常に小さくできるため、光源体で発生する熱をおねじ部材から筐体に効率的に伝えてそこで放熱させることができる。したがって、大光量化して光源体での発熱量が増大しても、その熱を筐体で放熱して、光源体の温度を適正に保つことができる。
また、組み立ての途中段階では、光源体や筐体要素などの各部材を嵌合させるだけでよく、最後の組み立て段階でのみ、各光源体についてそれぞれ１回のねじ締めを行えばよいので、製造が簡単で複雑な工程を必要としない。
さらに筐体を２つの筐体要素に分割していることから、光源体を無理なく筐体内に収容できるという効果も奏し得る。

筐体への熱伝導効率を向上させて本発明の効果を特に顕著とするには、前記光源体を、ベースブロック及びそのベースブロック上に搭載したＬＥＤ素子からなるＬＥＤパッケージを主体として構成するとともに、そのＬＥＤパッケージのベースブロック底面を前記おねじ部材によって直接又は熱伝導部材を介して押圧するように構成しておくことが好ましい。

光源体から射出される光の指向特性を良好にするとともに、光源体の位置決めや押圧固定を容易にできるようにするには、前記光源体を、ＬＥＤパッケージの光照射側に配置される光学素子をさらに備えたものとし、その光学素子が、前記おねじ部材からＬＥＤパッケージを介して受ける押圧力によって、収容凹部の底面に押し付けられるように構成しておくことが望ましい。

熱伝導を阻害せず、しかも組み立ての簡単化に寄与するＬＥＤパッケージ用配線基板の一例としては、その配線基板が、ＬＥＤパッケージのベースブロック底面を露出させる露出用孔を有するとともに、当該ＬＥＤパッケージへの電気接続部材によってのみ支持されているものを挙げることができる。このようなものであれば、ＬＥＤパッケージがおねじ部材からの押圧力で多少移動しても、配線基板がＬＥＤパッケージに支持されているので、電気接続部材にストレスがほとんど作用せず、断線などの不具合を可及的に低減させることができる。

筐体の形状を複雑化することなく放熱効率を向上させるには、前記おねじ部材の外方端に連続して放熱フィンを設けておくことが好適である。

上述した構成の本発明によれば、放熱性に優れ、大光量化が可能で、なおかつ複雑な工程を必要とすることなく製造できる製品検査等用の環状光照射装置を提供することができるようになる。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態にかかる光照射装置１の全体を示す斜視図である。この光照射装置１は、検査対象物を照明して、その表面の欠陥検出やマーク読み取りを容易に行えるようにするためのものであり、複数の光源体２と、これら光源体２を保持する円環状をなす筐体３とを備え、その中心軸線Ｃを検査対象物に合致させて配置される。
各部を説明する。

光源体２は、図２等に示すように、ＬＥＤパッケージ２１と光学素子２２とからなる。ＬＥＤパッケージ２１は、連続して２００ｍＡ以上の電流を流すことのできるいわゆるパワーＬＥＤと称されるチップ型のものであり、金属製のベースブロック２１１と、そのベースブロック２１１上に配置した１又は複数のＬＥＤ素子２１２、そのＬＥＤ素子２１２を保護する半球状の透明モール２１３からなる一体製品である。光学素子２２は、透明中実の樹脂またはガラス製のもので、ＬＥＤパッケージ２１の光照射側に連設されている。具体的にこの光学素子２２は、基端から先端に向かって徐々に断面積の広がる切頭円錐形状をなし、その基端面に設けた嵌合凹部２２１を前記モール２１３にがたなく外嵌させながら、前記ＬＥＤパッケージ２１から射出される光の光軸とこの光学素子２２の軸線とを合致させて配置される。

この実施形態ではさらに、電気ケーブルからの電力を各光源体２に供給したり、制御素子を搭載したりするための帯状をなす部分円弧形のフレキシブル配線基板４を設けている。この配線基板４は、両端を突き合わせて円環状にし、後述する筐体３に収容される。また、この配線基板４には、ＬＥＤパッケージ２１の配設ピッチにあわせて複数の露出用孔４ａが貫通させてあり、各ＬＥＤパッケージ２１はその露出孔４ａ上に、底面を露出させるようにしてそれぞれ搭載される。配線基板４とＬＥＤパッケージ２１とは直接接しておらず、配線基板４は、電気接続部材たる屈曲させた配線用金属板４１によってのみ電気的かつ機械的にＬＥＤパッケージ２１と接続されている。

筐体３は、円環状をなす一対の筐体要素３１、３２を、互いの中心軸線を合致させながら近づけ、嵌合させることにより形成される。その嵌合のために、各筐体要素３１、３２には中心軸線方向に延びる凹凸部３１ａ、３２ａが設けてある。この筐体３は、例えばその断面輪郭形状が台形状をなし、頂面３ａ及び底面３ｂが中心軸線Ｃにほぼ垂直で、外周面３ｃは中心軸線Ｃにほぼ平行である。そして内周面３ｄのみが中心軸線Ｃに対して斜めに傾斜している。そしてこの内周面３ｄには、等間隔に複数（数十）の円形状の光射出口６が開口している。

一方の筐体要素３１は、筐体３の底面３ｂ及び内周面３ｄを形成するもので、前記光源体２を先端から嵌め込むための円柱状の収容凹部５が、放射状に複数設けてある。前記光射出口６は収容凹部５の底面に開口している。収容凹部５の軸線は、筐体３の内周面３ｄに垂直で、かつ当該筐体３の中心軸線Ｃに斜めに交わる。そしてこの収容凹部５に光学素子２２が、ラジアル方向にほぼがたなく嵌合する。なお、符号Ｒは、この光学素子２２の先端周縁部と収容凹部５の底面との間に介在させた弾性体であるＯリングである。

しかしてこの実施形態では、収容凹部５に嵌め込んだ光源体２を固定するための構造として、他方の筐体要素３２の壁部を貫通する貫通孔７を収容凹部５に対応する部位に設けるとともに、この貫通孔７にめねじ部７ａを設けておき、そのめねじ部７ａに押圧部材たるおねじ部材８を外側から螺入して前記光源体２の底面を熱伝導部材９を介して押圧できるようにしている。

より具体的に詳述する。

貫通孔７は、外側開口から所定深さまでを前述しためねじ部７ａ、その奥をこのめねじ部７ａよりも小径の中間部７ｂ、そこからさらに奥の内側開口までを中間部７ｂより小径の中間部７ｃとした３段形状をなすものである。

おねじ部材８は、頭部の無い等径円柱状をなす金属製のもので、これをレンチ等で外部から回転させることにより、めねじ部７ａに没入させて螺進退させることができる。

熱伝導部材９は、この図示例では、先端部９ａが小径、基端部９ｂが大径の２段円柱状をなす熱伝導性に富む金属製のものである。そして前記先端部９ａが前記貫通孔７の中間部７ｃに、また前記基端部９ｂが前記貫通孔７の中間部７ｂに、それぞれラジアル方向にほぼがたなく嵌合する。先端部９ａの長さは貫通孔７の中間部７ｃの長さより長く設定してある。

このように構成した光照射部材の組み立ての一例につき説明する。

まず、平面状にした配線基板４上に光源体２を複数搭載する。
その一方で、一方の筐体要素３１に設けた収容凹部５にＯリングＲを入れておく。

次に、配線基板４に搭載された各光源体２を、順次、一方の筐体要素３１に設けた収容凹部５に、先端から、すなわち光学素子２２側から嵌め入れていく。このとき、配線基板４を筐体要素３１に沿って曲げていく。
全ての光源体２を収容凹部５に嵌め入れ、配線基板４を円環状にした後、他方の筐体要素３２を、光源体２を収容している一方の筐体要素３１に嵌め合わせる。

そして、貫通孔７に、外方から熱伝導部材９を嵌め入れ、その後に、おねじ部材８を螺入する。このことにより、おねじ部材８が熱伝導部材９を押圧し、その押圧力を受圧した熱伝導部材９が、露出用孔４ａを貫通して、その先端面をＬＥＤパッケージ２１の底面に直接密着させながらこれを押圧する。おねじ部材８の螺入深度は、熱伝導部材９の基端部９ｂが、貫通孔中間部７ｂの底面に接触するまでである。この状態で、ＯリングＲが弾性変形し、光源体２は、収容凹部５の底面とおねじ部材８との間で狭圧固定されることとなる。

このように構成した光照射装置１において、各光源体２から射出された光は、光照射口６を通って中心軸線Ｃに向って照射される。より具体的に言えば、各光の光軸は中心軸線Ｃに対してやや斜めの角度で、かつ一点で交わる。その交点に検査対象物を配置することで、周囲からのローアングル照明ができる。

しかしてこのようなものであれば、配線基板４を孔空きのものとし、光源体２の本体である各ＬＥＤパッケージ２１の底面を露出させるとともに、その底面に熱伝導性の極めてよい熱伝導部材９を介して、やはり熱伝導性のよいおねじ部材８を密着させているため、これらを通じて筐体３に光源体２の熱を効率的に伝えることができる。したがって、大光量化して光源体２での発熱量が増大しても、その熱を筐体３に効率よく伝えて放熱させることができ、光源体２の温度を適正に保つことができる。

また、組み立ての途中段階では、光源体２や筐体要素３１、３２などの各部材を嵌合させるだけでよく、最後に各光源体２についてそれぞれ１回のねじ締めを行えば、組み立てが完成するので、製造が簡単で複雑な工程を必要としない。
特に、一方の筐体要素３１に嵌め込んだ光源体２を、他方の筐体要素３２に螺合するおねじ部材８によって、筐体要素３１、３２の嵌合方向（中心軸線Ｃ方向）とは異なる方向から押圧する構造であることから、おねじ部材８の締結により、筐体要素３１、３２同士の結合と、光源体２の固定とを同時に行うこともできる。
さらに筐体３を２つの筐体要素３１、３２に分割していることから、光源体２を無理なく筐体３内に収容できるという効果も奏し得る。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記おねじ部材の外方端に連続して放熱フィンを設けてもよい。このようにすれば、筐体のみならず、放熱フィンからも放熱させることができ、筐体に放熱用の特別な形状を付加しなくてもよくなる。また光源体には、ＬＥＤに限られず、半導体レーザなどを用いてもよいし、光学素子の形状は前述したものに限られない。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態にかかる光照射装置を示す全体斜視図。 同実施形態における光照射装置の内部構造を示す斜視部分断面図。 同実施形態における光照射装置の内部構造を示す部分断面図。 同実施形態における光照射装置の分解斜視図。

符号の説明

１・・・光照射装置
２・・・光源体
２１・・・ＬＥＤパッケージ
２２・・・光学素子
２１１・・・ベースブロック
２１２・・・ＬＥＤ素子
３・・・筐体
３１、３２・・・筐体要素
４・・・配線基板
４１・・・電気接続部材（配線用金属板）
５・・・収容凹部
６・・・光射出口
７・・・貫通孔
７ａ・・・めねじ部
８・・・おねじ部材
９・・・熱伝導部材
Ｃ・・・中心軸線

Claims (5)

1. 環状をなす一対の筐体要素を、互いの中心軸線を合致させながら近づけ、嵌め合わせて形成した筐体と、
   一方の筐体要素に設けた光射出口から前記中心軸線に向かう光を照射する、ほぼ等間隔で配置された複数の光源体と、
   各光源体を光射出端側から嵌め込んでラジアル方向にほぼがたなく収容するものであって前記一方の筐体要素に設けられ、底面に前記光射出口が開口する収容凹部と、
   他方の筐体要素の壁部における各光源体の後方部位を貫通する貫通孔と、
   その貫通孔の内周面に形成しためねじ部に螺入されて、各光源体を直接又は熱伝導部材を介して後方から押圧し筐体に固定する熱伝導性に富むおねじ部材と、を備えたものである光照射装置。
2. 前記光源体が、ベースブロック及びそのベースブロック上に搭載したＬＥＤ素子からなるＬＥＤパッケージを主体として構成されたものであり、そのＬＥＤパッケージのベースブロック底面を前記おねじ部材によって直接又は熱伝導部材を介して押圧するように構成している請求項１記載の光照射装置。
3. 前記光源体が、ＬＥＤパッケージの光照射側に配置される光学素子をさらに備えたものであり、その光学素子が、前記おねじ部材からＬＥＤパッケージを介して受ける押圧力によって、収容凹部の底面に押し付けられるように構成している請求項２記載の光照射装置。
4. 前記ＬＥＤパッケージに電気接続される配線基板をさらに備えたものであり、
   その配線基板が、ＬＥＤパッケージのベースブロック底面を露出させる露出用孔を有するとともに、当該ＬＥＤパッケージによって支持されているものである請求項２又は３記載の光照射装置。
5. 前記おねじ部材の外方端に連続して放熱フィンが設けられている請求項１乃至４いずれか記載の光照射装置。