JP2009064987A - Light source unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、良熱伝導性材料からなる基板と、基板の一表面に設けられた複数の発光ダイオードチップとを有する発光モジュールと、発光モジュールを結合可能であって発光モジュールを冷却するための冷却用流体を流す流路を有するヘッダとを備えた光源ユニットに関するものである。 The present invention relates to a light emitting module having a substrate made of a highly heat conductive material, a plurality of light emitting diode chips provided on one surface of the substrate, and cooling for cooling the light emitting module to which the light emitting module can be coupled. The present invention relates to a light source unit including a header having a flow path for flowing a working fluid.
近年、低消費電力化や長寿命化などを目的として、従来から使用されている放電ランプ等に代えて発光ダイオード(以下、LEDという)チップを用いた光源ユニットが種々提案されている。このような光源ユニットは、たとえば紫外線を放射するLEDチップを用いることにより、紫外線を受けて硬化する紫外線硬化型のインク等を硬化させる印刷システムなどに使用される。 In recent years, various light source units using light emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) chips have been proposed for the purpose of reducing power consumption and extending the service life, instead of conventionally used discharge lamps and the like. Such a light source unit is used, for example, in a printing system that cures ultraviolet-curable ink that is cured by receiving ultraviolet rays by using an LED chip that emits ultraviolet rays.
この種の光源ユニットとしては、放電ランプ等の従来の光源ユニットと同程度の光量を得るために、複数のLEDチップを1枚の基板の一表面上に搭載して成る発光モジュールを備えたものが知られている。また、この種の光源ユニットにおいて、光の照射範囲の拡大や光量の増大を図るため、発光モジュールを複数備え、これら複数の発光モジュールのLEDチップを同時に発光させる場合もある。 This type of light source unit includes a light emitting module in which a plurality of LED chips are mounted on one surface of a single substrate in order to obtain the same amount of light as a conventional light source unit such as a discharge lamp. It has been known. Further, in this type of light source unit, there are cases where a plurality of light emitting modules are provided and the LED chips of the plurality of light emitting modules emit light at the same time in order to expand the light irradiation range and increase the amount of light.
ただし、複数のLEDチップを1枚の基板に搭載した構成を採用する場合、LEDチップの発光時に発生する熱の処理が問題となる。すなわち、LEDチップに通電してLEDチップを発光させると、周知のようにLEDチップ自体が発熱するが、上述のように複数のLEDチップを1枚の基板に搭載した発光モジュールでは、発熱量は1個のLEDチップの数倍となる。ここにおいて、LEDチップの発光効率は負の温度係数を持つので、LEDチップは温度が上昇すると発光効率が著しく低下する。そのため、上記光源ユニットでは、発光モジュールで発生する熱を強制的に放熱する構成を適用する必要がある(たとえば、特許文献1参照)。 However, when adopting a configuration in which a plurality of LED chips are mounted on a single substrate, there is a problem with the treatment of heat generated when the LED chips emit light. That is, when an LED chip is energized to emit light, the LED chip itself generates heat as is well known. However, in a light emitting module in which a plurality of LED chips are mounted on a single substrate as described above, the amount of heat generated is This is several times as large as one LED chip. Here, since the luminous efficiency of the LED chip has a negative temperature coefficient, the luminous efficiency of the LED chip significantly decreases as the temperature rises. Therefore, in the light source unit, it is necessary to apply a configuration in which heat generated in the light emitting module is forcibly radiated (see, for example, Patent Document 1).
発光モジュールの熱を強制的に放熱する構成としては、たとえば図7に示すように、発光モジュールM’を結合可能なヘッダ4を備えたものが知られている(たとえば特許文献2参照)。特許文献2に記載の発明では、発光モジュール(ここでは、レーザダイオードアレイ)M’を冷却するための冷却水(冷却用流体)を流す流路15をヘッダ4に形成し、発光モジュールM’で発生した熱を冷却水によって放熱することで発光モジュールM’を冷却する水冷構造を採用している。特許文献2では、図7のように冷却水を流す流路15は、ヘッダ4に設けた給水口23からヘッダ4内に取り込まれた冷却水がヘッダ4に設けた排水口24からヘッダ4外に排水されるように、1つのヘッダ4に対して1本のみ形成される。この光源ユニット1においては、流路15の断面積を大きくすることで冷却水の流量を増やし、冷却水による発光モジュールM’の冷却効率を向上させることができる。
ところで、上記構成の光源ユニット1では、ヘッダ4は冷却水と流路15の内周面でのみ接触し、ヘッダ4と冷却水との間の熱交換は流路15の内周面で行われるから、流路15の内周面の面積が大きいほどヘッダ4と冷却水との熱的な結合度が高くなって発光モジュールM’の冷却効率が高くなる。しかし、上記光源ユニット1では、流路15は1つのヘッダ4に対して1本のみ形成されているので、たとえ流路15の断面積を大きくしたとしても、流路15の内周面の面積はヘッダ4のサイズによって制限され、ヘッダ4と冷却水との熱的な結合度が制限されてしまう。
By the way, in the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、ヘッダと冷却水との熱的な結合度を従来構成よりも向上させることができる光源ユニットを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said reason, Comprising: It aims at providing the light source unit which can improve the thermal coupling degree of a header and cooling water from a conventional structure.
請求項1の発明は、良熱伝導性材料からなる基板と、基板の一表面の発光領域に設けられた複数の発光ダイオードチップとを有する発光モジュールと、良熱伝導性材料からなり複数の発光モジュールが基板の他表面を当接させる形で結合可能なヘッダとを備え、ヘッダが、発光モジュールを冷却するための冷却用流体を流す流路を有し、前記流路が、1つのヘッダに対して複数本形成されており、各流路が、ヘッダの外部から冷却用流体が流入する流入口と、ヘッダの外部に冷却用流体を流出する流出口との両方をそれぞれに具備することを特徴とする。
The invention of
この構成によれば、冷却用流体を流す流路が1つのヘッダに対し複数本形成されているので、1つのヘッダに対し流路が1本のみ形成されている従来構成に比べて、流路の内周面の面積を大きくとることができ、したがって、ヘッダにおける冷却用流体との接触面積を従来構成よりも大きくとることができる。これにより、ヘッダと冷却用流体との熱的な結合度が向上し、ヘッダと冷却用流体との間の熱交換の効率が向上して、発光ダイオードチップで発生した熱が冷却用流体に伝達されやすくなり、発光モジュールの冷却効率が向上するという利点がある。しかも、各流路は、ヘッダの外部から冷却用流体が流入する流入口と、ヘッダの外部に冷却用流体を流出する流出口との両方をそれぞれに具備することで、ヘッダ内に冷却用流体を流す経路を個別に形成するから、全ての流路に対してそれぞれの流入口から低温の冷却用流体を供給することができ、発光モジュールの冷却効率の向上を図ることができる。 According to this configuration, since a plurality of flow paths for flowing the cooling fluid are formed for one header, the flow path is compared with the conventional configuration in which only one flow path is formed for one header. The area of the inner peripheral surface of the header can be increased, and therefore, the contact area of the header with the cooling fluid can be increased as compared with the conventional configuration. This improves the thermal coupling between the header and the cooling fluid, improves the efficiency of heat exchange between the header and the cooling fluid, and transfers the heat generated in the light emitting diode chip to the cooling fluid. This is advantageous in that the cooling efficiency of the light emitting module is improved. In addition, each flow path includes both an inflow port through which the cooling fluid flows from the outside of the header and an outflow port through which the cooling fluid flows out of the header, so that the cooling fluid is contained in the header. Therefore, the cooling fluid of a low temperature can be supplied from each inflow port to all the flow paths, and the cooling efficiency of the light emitting module can be improved.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、複数本の前記流路が、複数の前記発光モジュールの前記発光領域が並ぶ方向に沿って前記冷却用流体を流す第1流路と、第1流路に冷却用流体を流したときに前記発光モジュール間に生じる発光領域の温度差を低減するように冷却用流体を流す第2流路との組み合わせを少なくとも1組含むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the plurality of flow paths includes a first flow path for flowing the cooling fluid along a direction in which the light emitting regions of the plurality of light emitting modules are arranged, and It includes at least one combination with the second flow path for flowing the cooling fluid so as to reduce the temperature difference between the light emitting regions generated between the light emitting modules when the cooling fluid is flowed to the one flow path. .
この構成によれば、第1流路に冷却用流体を流したときに前記発光モジュール間に生じる発光領域の温度差は、第2流路に冷却用流体を流すことで低減されるので、第1流路の上流側に配設した発光モジュールと第1流路の下流側に配設した発光モジュールとで発光領域の発光ダイオードチップの温度上昇に起因した発光効率のばらつきを抑制することができ、輝度むらの少ない発光面を実現することができる。 According to this configuration, the temperature difference between the light emitting regions generated between the light emitting modules when the cooling fluid is supplied to the first flow path is reduced by flowing the cooling fluid to the second flow path. Variations in luminous efficiency due to the temperature rise of the light emitting diode chip in the light emitting region can be suppressed between the light emitting module disposed on the upstream side of one flow path and the light emitting module disposed on the downstream side of the first flow path. In addition, it is possible to realize a light emitting surface with less luminance unevenness.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、複数の前記発光モジュールが、前記発光領域が一直線上に並ぶように前記ヘッダに対して結合され、前記第2流路が、前記一直線に対して前記第1流路と対称に配設され、第1流路とは逆向きに前記冷却用流体を流すことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the plurality of light emitting modules are coupled to the header such that the light emitting areas are aligned, and the second flow path is defined relative to the straight line. The cooling fluid is made to flow in a direction opposite to the first flow path.
この構成によれば、発光領域が並ぶ一直線に対して、第1流路と第2流路とを対称に配設するだけの簡単な構成でありながらも、第1流路と第2流路とに冷却用流体を互いに逆向きに流すことにより、発光モジュール間に生じる発光領域の温度差を低減することができる。 According to this configuration, the first flow path and the second flow path are simple in that the first flow path and the second flow path are arranged symmetrically with respect to the straight line in which the light emitting regions are arranged. In addition, by causing the cooling fluids to flow in opposite directions, the temperature difference between the light emitting regions generated between the light emitting modules can be reduced.
請求項4の発明は、請求項2または請求項3の発明において、前記第1流路の前記流出口と、前記第2流路の前記流入口とが、前記ヘッダの外側において連絡管により結合されており、ヘッダの外側には、連絡管内を流れる冷却用流体を強制的に冷却する冷却装置が設けられていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the present invention, the outflow port of the first flow path and the inflow port of the second flow path are coupled to each other outside the header by a connecting pipe. And a cooling device for forcibly cooling the cooling fluid flowing in the connecting pipe is provided outside the header.
この構成によれば、第1流路に流した冷却用流体を、連絡管内において冷却してから第2流路に流すので、第1流路に流す冷却用流体と第2流路に流す冷却用流体とを共用することで、第1流路と第2流路とにそれぞれ冷却用流体を個別に流す場合に比べて冷却用流体の流量を低減しながらも、第1流路と第2流路との両方に対して低温の冷却用流体を流すことができる。 According to this configuration, since the cooling fluid that has flowed through the first flow path is cooled in the connecting pipe and then flows into the second flow path, the cooling fluid that flows through the first flow path and the cooling that flows through the second flow path By sharing the cooling fluid, the flow rate of the cooling fluid is reduced compared to the case where the cooling fluid is individually flowed through the first flow path and the second flow path, but the first flow path and the second flow path are reduced. A low-temperature cooling fluid can be supplied to both of the flow paths.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかの発明において、前記ヘッダが窒化アルミニウムから形成されており、前記流路の内周面の全面に亘って前記冷却用流体による腐食を防止する薄肉の非反応層を有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the header is made of aluminum nitride, and the corrosion by the cooling fluid is performed over the entire inner peripheral surface of the flow path. It is characterized by having a thin non-reactive layer for preventing the above.
この構成によれば、流路の内周面には冷却用流体による腐食を防止する非反応層を有するので、流路に冷却用流体を流すことでヘッダにおける流路の周辺が腐食することを回避できる。 According to this configuration, since the inner peripheral surface of the flow path has the non-reactive layer that prevents corrosion due to the cooling fluid, the periphery of the flow path in the header is corroded by flowing the cooling fluid through the flow path. Can be avoided.
本発明は、冷却用流体を流す流路が1つのヘッダに対し複数本形成されているので、従来構成に比べて流路の内周面の面積を大きくとることができる。したがって、ヘッダにおける冷却用流体との接触面積を従来構成よりも大きくとることができ、ヘッダと冷却用流体との熱的な結合度が向上する。しかも、各流路は、流入口と流出口との両方をそれぞれに具備することで、全ての流路に対してそれぞれの流入口から低温の冷却用流体を供給することができ、発光モジュールの冷却効率の向上を図ることができる。 In the present invention, since a plurality of flow paths for flowing the cooling fluid are formed for one header, the area of the inner peripheral surface of the flow path can be increased as compared with the conventional configuration. Therefore, the contact area of the header with the cooling fluid can be made larger than in the conventional configuration, and the degree of thermal coupling between the header and the cooling fluid is improved. In addition, each channel has both an inlet and an outlet, so that a low-temperature cooling fluid can be supplied from each inlet to all the channels. The cooling efficiency can be improved.
(実施形態1)
本実施形態の光源ユニット1は、図1に示すように基板2と、基板2の一表面(以下、前面という)に設けられた複数の発光ダイオード(以下、LEDという)チップ3とを有する発光モジュールMと、複数の発光モジュールMを結合可能なヘッダ4とを備える。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
基板2は、前面が一方向に長い長方形状(いわゆる短冊状)に形成されており、複数のLEDチップ3は図2に示すようにこの基板2の前面の縦横にそれぞれ複数個(ここでは4個)ずつ並ぶように格子点状に配列されている。これらLEDチップ3は、基板2の前面の中央部に設定された発光領域(図示せず)に配置される。基板2は、熱伝導性に優れた良熱伝導性材料(たとえば銅)からなる。しかして、LEDチップ3の発光時にはLEDチップ3で発生した熱が基板2に伝わり、さらに熱伝導により基板2内を移動して基板2の背面側に伝達される。ここでは、基板2に導電性材料を用い、LEDチップ3を基板2にダイボンド接続することによって、基板2をLEDチップ3の一方の電極(アノード)と電気的に接続してある。
The
さらに、発光モジュールMは、基板2の前面に取着される板状のカバー6を有している。カバー6には、複数個のLEDチップ3を前方に露出させるように基板2の発光領域に対応する位置に円形状に開口した露出孔7が貫設されている。露出孔7の内周面は基板2からの距離が大きくなるほど露出孔7の内径を広げるように傾斜している。露出孔7には外周面が凸曲面(たとえば球面の一部)であるレンズ8が装着され、基板2とカバー6とレンズ8とでLEDチップ3が実装された空間を包囲している。これにより、LEDチップ3が実装された空間は湿度などの周囲環境の影響から遮断される。ここで、カバー6は導電性材料(たとえば銅)からなり、LEDチップ3の他方の電極(カソード)をワイヤボンディングによりカバー6に接続してある。しかして、各発光モジュールMにおける複数個のLEDチップ3は、基板2とカバー6とのそれぞれを電極とするように並列に接続される。なお、基板2とカバー6との間には絶縁材料からなる絶縁シート9が介在し、基板2とカバー6とを絶縁している。
Further, the light emitting module M has a plate-
ここにおいて、基板2とカバー6とは、図3に示すように正面から見ていずれも長方形状であって、幅寸法が略同一寸法に形成されている。また、基板2とカバー6とでは長手方向の寸法が異なっており、基板2のほうがカバー6よりも長手方向の寸法が大きく形成されている。さらにまた、基板2の長手方向の中心とカバー6の長手方向の中心とは位置が異なっており、基板2の長手方向の中心よりも長手方向の一端寄りにカバー6の長手方向の中心が位置するようにカバー6が基板2に取着される。基板2の長手方向の両端部には、ヘッダ4に基板2を結合する際に使用する取付孔10がそれぞれ貫設されている。さらに、基板2とカバー6とのそれぞれには接続用ねじ孔11,12が形成されている。各接続用ねじ孔11,12は、基板2の長手方向の中心と各取付孔10との間にそれぞれ位置しており、基板2の長手方向の中心から各接続用ねじ孔11,12までの距離は等距離になっている。この接続用ねじ孔11,12は、LEDチップ3を電気的に接続するために使用される。
Here, as shown in FIG. 3, the
上記構成により、両取付孔10と両接続用ねじ孔11,12とは、それぞれ正面から見て基板2の幅方向に沿った中心線に対して対称に位置する。一方、カバー6は、基板2の幅方向に沿った中心線に対して非対称となるように当該中心線を跨ぐ形に配置されており、当該中心線から基板2の一方の端部までの距離と他方の端部までの距離とが異なっている。さらに、カバー6は基板2に対して絶縁シート9を介して積層されているのであって、一方の接続用ねじ孔11は基板2に形成され、他方の接続用ねじ孔12はカバー6に形成されているから、接続用ねじ孔11と他方の接続用ねじ孔12とでは基板2の厚み方向における開口面の位置が異なっている。
With the above configuration, the mounting
一方、ヘッダ4は、直方体状であって、長手方向に沿った一面(以下、前面という)に対して前記長手方向に沿って複数の発光モジュールMが並設される。このヘッダ4は、良熱伝導性材料からなり、LEDチップ3の発光時にLEDチップ3で発生する熱を基板2から吸収し強制的に放熱するものであって、発光モジュールMは、基板2の他表面(以下、背面という)をヘッダ4の前面に当接させる形でヘッダ4に取り付けられる。発光モジュールMをヘッダ4に取り付けるには、基板2の取付孔10を通して取付ねじ13をヘッダ4に螺合させる。なお、ヘッダ4を導電性材料で形成する場合には、ヘッダ4と基板2との間には絶縁部材(図示せず)を介在させることで、ヘッダ4と発光モジュールMとを電気的に絶縁する。
On the other hand, the
ここにおいて、本実施形態では、光源ユニット1を構成する複数の発光モジュールMを直列に接続するように、以下の構成を採用する。
Here, in the present embodiment, the following configuration is adopted so that the plurality of light emitting modules M configuring the
すなわち、図1および図4に示すように、基板2の幅方向に沿った中心線を一致させるように複数の発光モジュールMをヘッダ4の長手方向に並べてヘッダ4に結合し、且つ基板2の幅方向において隣接する発光モジュールMを前記中心線に対してカバー6の位置が交互に入れ替わるように配置する。また、隣接する一対の発光モジュールMの一方の基板2と他方のカバー6とを金属板からなる接続板5を介して電気的に接続する。
That is, as shown in FIGS. 1 and 4, a plurality of light emitting modules M are arranged in the longitudinal direction of the
接続板5は、図1のように基板2の前面に重なる基板接続片5aと、カバー6の前面に重なるカバー接続片5bと、基板2とカバー6との前面の段差に相当する長さ寸法を有し基板接続片5aとカバー接続片5bとを連結する連結片5cとを連続一体に備えるものであって、銅あるいは銅系合金により短冊状に形成された金属板を折曲することで形成される。基板接続片5aとカバー接続片5bとにはそれぞれ貫通孔5dが形成される。隣接する発光モジュールM間において基板2とカバー6とを電気的に接続するには、上記接続板5の基板接続片5aを一方の発光モジュールMの基板2の前面に重ねると共に、カバー接続片6を他方の発光モジュールMのカバー6の前面に重ね、各貫通孔5dを通して接続用ねじ孔11,12にそれぞれ接続用ねじ14を螺合させる。
As shown in FIG. 1, the connecting
上述のように接続板5を用いて隣接する発光モジュールM同士を接続することにより、隣接する発光モジュールMの基板2とカバー6とが互いに電気的に接続され、複数の発光モジュールMのLEDチップ3を直列に接続することができる。しかも、発光モジュールMを配列している方向に沿った基板2の中心線に対して、カバー6の位置が(図1、図4の上下方向に)交互に入れ替わるように発光モジュールMを配置しているので、発光モジュールMの配列方向に隣接する接続用ねじ孔11,12間を接続する程度の簡単な形状の接続板5を用いるだけで、複数の発光モジュールMを直列接続することができる。さらに、カバー6の位置関係により一見して誤った配置を見極めることができるので、誤接続の可能性を低減できる。
By connecting the adjacent light emitting modules M using the
なお、本実施形態では、光源ユニット1を構成する複数の発光モジュールMを直列に接続する例を示しているが、複数の発光モジュールMを並列に接続してもよく、この場合、基板2の幅方向に沿った中心線に対して各発光モジュールMにおけるカバーの位置を揃え、配列した発光モジュールMの全体に跨る接続用導体(帯状の金属板)により発光モジュールMの幅方向に隣接する接続用ねじ孔11,12間を接続すればよい。
In the present embodiment, an example in which a plurality of light emitting modules M constituting the
ところで、ヘッダ4は、基板2の背面側に移動したLEDチップ3の熱を基板2から吸収して放熱するように、発光モジュールMを冷却するための冷却用流体を流す流路15を有する。冷却用流体としては基板2の背面よりも低温の冷却水(図示せず)を用いる。つまり、冷却水は基板2の熱を移動させるための熱媒として用いられる。
By the way, the
具体的には、ヘッダ4は、図2に示すように一方向(発光モジュールMが並ぶ方向)に長い長方形状の前壁16と、前壁16の幅方向の両端部からそれぞれ後方に立設された側壁17と、前壁16の背面における両側壁17で囲まれた領域に立設され、前壁16および両側壁17で囲まれた空間を前壁16の幅方向において複数(ここでは4つ)に分割する分割壁18とを具備するダクト本体19を備え、ダクト本体19の背面(図2の上面)に板状の蓋体20を覆着した構成を有する。発光モジュールMはダクト本体19の前壁16の前面側に取り付けられる。ここで、ダクト本体19の前壁16と両側壁17と各分割壁18と蓋体20とで囲まれた各空間がそれぞれ前記流路15として機能する。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
つまり、1つのヘッダ4に対して、それぞれ断面が矩形状の流路15が発光モジュールMの並ぶ方向に沿って複数本(ここでは4本)形成されることになる。ここに、複数の発光モジュールMは、発光領域がヘッダ4の長手方向に沿った一直線上に並ぶようヘッダ4に結合されており、各流路15は当該一直線に沿ってそれぞれ冷却水を流す。各流路15は、ヘッダ4の外部から冷却水が流入する流入口(図示せず)と、ヘッダ4の外部に冷却水を流出する流出口(図示せず)との両方をそれぞれに具備するものであって、冷却水を流す経路を個別に形成する。これら複数本の流路15は、発光モジュールMで発生した熱が流路15を流れる冷却水に伝達され易くなるように、ヘッダ4において発光モジュールMが取り付けられる前面寄りの位置に、当該前面に沿って等間隔で並設されている。
That is, a plurality of (here, four)
蓋体20とダクト本体19との継目には冷却水の漏洩を防止するパッキン21が装着される。ここでは、ダクト本体19の各側壁17の後端面にダクト本体19の長手方向に沿って凹溝22が形成されており、凹溝22の内周面と蓋体20の前面との間にパッキン21を挟持する形で蓋体20がダクト本体19に取り付けられる。蓋体20はダクト本体19に対してたとえばねじ(図示せず)を用いて結合される。
A packing 21 for preventing leakage of cooling water is attached to the joint between the
しかして、ヘッダ4の各流路15に冷却水を流すことにより、LEDチップ3で発生して基板2に伝わった熱は、良熱伝導性材料からなる基板2内を熱伝導により伝達し、さらに基板2の背面側からヘッダ4を介して冷却水に吸収されることで強制的に放熱される。これにより、LEDチップ3の温度上昇を防止することができ、温度上昇に起因したLEDチップ3の発光効率の低下を抑制することができる。
Thus, by flowing cooling water through each
ここにおいて、本実施形態では、上述したように1つのヘッダ4に対して複数本(4本)の流路15を形成した構成を採用しているから、1つのヘッダ4に対して流路15を1本のみ形成した従来構成に比べて、流路15の内周面の面積を大きくすることができ、流路15を流れる冷却水とヘッダ4との接触面積を大きくすることができる。つまり、本実施形態のダクト本体19は、複数の分割壁18を有し、前壁16および側壁17だけでなく各分割壁18にも冷却水を接触させるので、放熱フィンを有することで空気との接触面積を増やして放熱効率を向上させたヒートシンクと同様に、冷却水との接触面積を増やして放熱効率を向上させることができる。言い換えれば、発光モジュールMで発生した熱は、ダクト本体19における前壁16と側壁17と分割壁18および蓋体20のそれぞれから冷却水に伝達されることとなり、その結果、ヘッダ4と冷却水との熱的な結合度が向上し、ヘッダ4と冷却水との間の熱交換の効率が向上して、発光モジュールMで発生した熱が冷却水に伝達されやすくなり、発光モジュールMの冷却効率が向上するという効果がある。
Here, in the present embodiment, a configuration in which a plurality of (four)
ところで、4本の流路15のうち、ヘッダ4の幅方向の中心に対して、幅方向の一端側(図1の上端側)に配置された2本の流路15は、ヘッダ4の長手方向に平行する一方向に沿って冷却水を図1における左側から右側に流す第1流路15aを構成し、一方、幅方向の他端側(図1の下端側)に配置された2本の流路は、冷却水を第1流路15aとは逆向きに(図1における右側から左側に)流す第2流路15bを構成する。ここに、複数の発光モジュールMは発光領域が一直線上に並ぶようヘッダ4に結合されているから、第1流路15aと第2流路15bとは、前記一直線に対して対称となるものを1組として、ここでは2組形成されることとなる。
By the way, of the four
ここで、ヘッダ4には、図5に示すように各第1流路15aの流入口に冷却水を供給する給水口23a、および各第1流路15aの流出口から冷却水を排出する排水口24aが設けられ、さらに、各第2流路15bの流入口に冷却水を給水する給水口23b、および各第2流路15bの流出口から冷却水を排水する排水口24bが設けられている。
Here, in the
つまり、2本の第1流路15aにおける流入口は互いにヘッダ4内で接続されることで1つの給水口23aを共用し、2本の第1流路15aの流出口は互いにヘッダ4内で接続されることで1つの排水口24aを共用する。同様に、2本の第2流路15bの流入口は互いにヘッダ4内で接続されることで1つの給水口23bを共用し、2本の第2流路15bの流出口は互いにヘッダ4内で接続されることで1つの排水口24bを共用する。これにより、図5のように流路15に冷却水を供給する供給装置25にヘッダ4の各給水口23a,23bを接続し、且つ流路15の冷却水を排出する排出装置26にヘッダ4の各排水口24a,24bを接続することで、ヘッダ4内の各流路15に対して冷却水を流すことができる。供給装置25は、発光モジュールMにおける基板2の背面よりも低温の冷却水を各流路15に供給する。
That is, the inflow ports in the two
この構成によれば、第1流路15aにおいては図1における左側から右側に冷却水が流れるものの、第2流路15bにおいては図1における右側から左側に冷却水が流れるので、ヘッダ4に結合された複数の発光モジュールM間に生じる発光領域の温度差を低減することができる。しかも、第1流路15aと第2流路15bとのそれぞれは、個別に流入口および流出口を具備しているから、第1流路15aと第2流路15bとのそれぞれに対しては、熱的に独立した冷却水を供給することができ、第1流路15aに流入する冷却水と第2流路15bに流入する冷却水とは略同一温度となる。したがって、第1流路15aの上流側に配設した発光モジュールMと第1流路15aの下流側に配設した発光モジュールMとで発光領域のLEDチップ3の温度上昇に起因した発光効率のばらつきを抑制することができ、輝度むらの少ない発光面を実現することができる。
According to this configuration, although the cooling water flows from the left side to the right side in FIG. 1 in the
なお、ヘッダ4に形成された各流路15に対して冷却水を流す向きは、上述した例に限るものではなく、たとえば隣接する流路15において冷却水を流す向きが交互に入れ替わるように(つまり、第1流路15aと第2流路15bとが交互に位置するように)流路15を配置したり、全ての流路15において冷却水を流す向きが揃うように、全ての流路15を第1流路15a(あるいは第2流路15b)としたりすることも考えられる。また、ヘッダ4に形成する流路15の本数は4本に限るものではなく、複数本であればよい。ヘッダ4において、各流路15ごとにそれぞれ個別の給水口および排水口を設けるようにしてもよい。
Note that the direction in which the cooling water flows to each
また、ヘッダ4は、各流路15の内周面の全面に冷却水による腐食を防止する薄肉の非反応層(図示せず)をそれぞれ有している。
Further, the
本実施形態では、ヘッダ4の材料として絶縁材料であって比較的高い熱伝導率を持つ窒化アルミニウム(AlN)を用いている。ただし、窒化アルミニウムは、アルカリ性の水と反応し易く、光源ユニット1を長時間使用した場合、流路15内を流れる冷却水により腐食する可能性がある。そこで、流路15の内周面に熱処理を施すことでアルミナ(Al2O3)からなり水と反応し難い非反応層を形成し、流路15内を流れる冷却水によりヘッダ4が腐食することを防止している。アルミナは窒化アルミニウムに比べて熱伝導率は低いものの、非反応層は薄肉であるから、流路15内の冷却水への熱の伝達率が大きく低下することはない。なお、非反応層はアルミナからなるものに限らず、流路15の内周面の全面に対してたとえば合成樹脂等のコーティングを施すことにより形成されるものであってもよい。
In this embodiment, aluminum nitride (AlN) which is an insulating material and has a relatively high thermal conductivity is used as the material of the
ところで、本実施形態で例示する光源ユニット1は、紫外線を放射するLEDチップ3を採用しており、たとえば紫外線硬化型のインクを硬化させる印刷システムなどに使用される。すなわち、光源ユニット1は、光照射対象(たとえば印刷物)を搬送する搬送手段(たとえばベルトコンベア)の上方に設置され、下方を通過する光照射対象に略均一に光を照射する。この種の光源ユニット1には、従来、キセノンランプが主に用いられており、本実施形態では、複数のLEDチップ3を設けた発光モジュールMをさらに複数並べて配置した状態で使用することにより、キセノンランプに近い光の照射範囲や光量を実現している。ここでは、複数の発光モジュールMは、発光領域がヘッダ4の長手方向に沿った一直線上に並ぶようヘッダ4に結合されるので、各発光モジュールMに設けられたLEDチップ3を発光させることで線光源を形成することができる。ここに、光源ユニット1は線光源の長手方向が光照射対象の搬送方向と交わるように配置される。線光源の長さ寸法は、ヘッダ4に結合させる発光モジュールMの個数によって調節することができるので、光照射対象の大きさに合わせて線光源の長さを調節する(たとえば30〜70cm程度)ことができる。
By the way, the
しかも、本実施形態の光源ユニット1は、1つのヘッダ4に対して複数の発光モジュールMが結合された状態で使用されるので、複数の発光モジュールMの熱を1つのヘッダ4で放熱することが可能となる。言い換えれば、ヘッダ4は複数の発光モジュールMに共用されることとなる。したがって、複数の発光モジュールMを用いる場合でもヘッダ4は1つでよく、ヘッダ4のメンテナンスが面倒になることがない。特に本実施形態では、蓋体20をダクト本体19から取り外せば、冷却水の流路15が露出した状態となるから、当該流路15の清掃などのメンテナンスも容易に行うことができる。
Moreover, since the
また、各発光モジュールMはヘッダ4に結合されるものであるから、LEDチップ3が断線等により発光不能となった場合、該当する発光モジュールMのみをヘッダ4から取り外して交換することで対処でき、ヘッダ4については交換する必要がない。そのため、発光モジュールMの交換に伴ってヘッダ4も交換せざるを得ない構成に比べて、光源ユニット1の修理に掛かるコストを低く抑えることができる。
Since each light emitting module M is coupled to the
ところで、本実施形態では、光源ユニット1の一例として、紫外線を放射するLEDチップ3を採用し、紫外線硬化型のインク等を硬化させる印刷システムに使用される光源ユニット1について説明したが、この例に限るものではなく、LEDチップ3を用いた種々の光源ユニット1に本発明を適用することができる。たとえば可視光を放射するLEDチップ3を用いれば、文字や映像を表示する表示装置用の光源ユニット1を構成することもできる。
By the way, in this embodiment, although the LED chip 3 which radiates | emits an ultraviolet-ray as an example of the
なお、流路15に流す冷却用流体は冷却水に限るものではなく、その他の液体あるいは冷却用のガス等であってもよい。また、各流路15は断面が矩形状のものに限らず、たとえば三角形状や円形状の断面を有するものでもよい。さらに、各流路15は、流入口と流出口との間で一直線状に延長されたものに限らず、たとえば流入口と流出口との間で蛇行する形のものであってもよい。ヘッダ4は、ダクト本体19と蓋体20とに分離可能なものに限らず、一体に形成されたダクト本体19に流路15を複数本貫設したものであってもよい。
The cooling fluid flowing through the
(実施形態2)
本実施形態の光源ユニット1は、ヘッダ4に設けた流路15への冷却水の流し方が実施形態1の光源ユニット1と相違する。
(Embodiment 2)
The
すなわち、ここでは図6に示すように、第1流路15aの給水口23aが供給装置25に接続され、第2流路15bの排水口24bが排出装置26に接続されるとともに、第1流路15aの排水口24aと第2流路15bの給水口23bとは、ヘッダ4の外側において連絡管27によって結合されている。さらに、ヘッダ4の外部には、連結管27内を流れる冷却水を強制的に冷却する冷却装置28を設けてある。冷却装置28としては、たとえば連絡管27の一部に冷却風を吹き付ける構造のものが用いられる。
That is, here, as shown in FIG. 6, the
上述した構成の光源ユニット1によれば、第1流路15aに流した冷却水を、連絡管27を通して第2流路15bに流すので、第1流路15aに流す冷却水と第2流路15bに流す冷却水とを共用することで、実施形態1のように第1流路15aと第2流路15bとにそれぞれ個別に冷却水を流す場合に比較して冷却水の流量を低減することができる。しかも、冷却水は、第1流路15aと第2流路15bとの間の連絡管27を通る際に冷却装置28によって冷却されるので、第1流路15aにおいて発光モジュールMの熱を吸収して冷却水の温度が上昇しても、第2流路15bに対しては低温の冷却水を流すことができる。したがって、第1流路15aと第2流路15bとのそれぞれに対しては、熱的に独立した冷却水を供給することができ、第1流路15aに流入する冷却水と第2流路15bに流入する冷却水とを略同一温度とすることができる。結果的に、ヘッダ4に結合された複数の発光モジュールM間に生じる発光領域の温度差はほとんど生じず、第1流路15aの上流側に配設した発光モジュールMと第1流路15aの下流側に配設した発光モジュールMとで発光領域のLEDチップ3の温度上昇に起因した発光効率のばらつきを抑制することができ、輝度むらの少ない発光面を実現することができる。
According to the
その他の構成および機能は実施形態1と同様である。 Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.
1 光源ユニット
2 基板
3 発光ダイオード(LED)チップ
4 ヘッダ
15 流路
15a 第1流路
15b 第2流路
27 連絡管
28 冷却装置
M 発光モジュール
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