JP2012074422A

JP2012074422A - Ｌｅｄユニット

Info

Publication number: JP2012074422A
Application number: JP2010216188A
Authority: JP
Inventors: Sachio Higuchi; 佐智男樋口; Takashi Tanaka; 隆田中; Mitsunori Mizoguchi; 光則溝口; Goji Inui; 剛司乾; Atsuo Fukuda; 敦男福田
Original assignee: Panasonic Electric Works SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: TWI451039B; TW201213720A; WO2012042337A1; JP5677795B2

Abstract

【課題】ＬＥＤユニット中央付近に設けられる使用頻度の高いＬＥＤの放熱性を向上させ、このＬＥＤを長寿命化させると共に、ＬＥＤ全体の寿命を均一化することができるＬＥＤユニットを提供する。
【解決手段】複数のＬＥＤ１と、長尺状に形成され、ＬＥＤ１が実装される実装面を有し、左右方向に沿って冷媒を流す流路３１，３２を内部に有する放熱部材２とを備え、流路３１，３２は、放熱部材２の左右方向における中央に冷媒の流入口５１，５２が形成され、放熱部材２の左右方向における中央に冷媒の流入口５１，５２が形成され、放熱部材２の左端と右端とに冷媒の流出口６１，６２が形成される
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤユニットに関するものである。

従来、放電ランプやレーザ発振器などを光源として用いた光源装置が提供されているが、近年、低消費電力化や長寿命化などを目的として、放電ランプなどの代わりにＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として用いたＬＥＤユニットが提案されている。

光源装置では、放電ランプなどを用いた従来の光源装置と同程度の光量が得られるように、複数のＬＥＤを用いている。そして、ＬＥＤに通電してＬＥＤを発光させると、ＬＥＤが発熱する。このとき、ＬＥＤの数が少なければ問題ないが、上記光源装置のように、複数のＬＥＤを用いたものでは、ＬＥＤによる発熱量が増大する。そして、ＬＥＤの寿命は負の温度係数を有しているため、発熱量が増えると、ＬＥＤの寿命が短くなってしまう。そこで、上記のような光源装置では、放熱部材上に複数のＬＥＤを実装し、放熱部材内に冷却水などの冷媒を流してＬＥＤを冷却することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＬＥＤユニットの用途としては、例えば、紫外線を放射するＬＥＤを用いた光源装置（紫外線硬化装置）が挙げられる。このような光源装置は、紫外線を受光することによって硬化する紫外線硬化材、例えば紫外線硬化型インクに対して、紫外線を照射し紫外線硬化型インクを硬化（乾燥）させる印刷を行う印刷システムなどに利用される。

図７に、上記印刷システムに用いられる従来のＬＥＤユニットの概略構成図を示す。なお、図７の上下左右を上下左右方向と規定して、以下説明する。

従来のＬＥＤユニットは、紫外線を照射する複数のＬＥＤ１と、左右方向の長さがＬ１の長尺状に形成され、上面においてＬＥＤ１が左右方向に並んで実装される放熱部材１０２とで構成されている。

また、放熱部材１０２は、ＬＥＤ１の冷却に用いる冷媒（冷却水）を流すための流路１０３を内部に備えている。流路１０３は、放熱部材１０２の左右方向に沿って設けられている。すなわち、流路１０３の左右方向の長さもＬ１となる。また、放熱部材２は、右面に流路１０３に冷媒を流入させるための流入口１０５が設けられ、左面に冷媒を流路１０３から流出させるための流出口１０６が設けられている。

また、冷媒を流路１０３に流入させるポンプ機能を有し、冷媒を冷却するチラー４が、流入口１０５，流出口１０６に接続されている。そして、図７の矢印に示すように、チラー４より吐出された冷媒が、流入口１０５を介して流路１０３に流入し、流路１０３を通過して流出口１０６を介して流出し、再びチラー４に流入して冷媒を冷却する、冷媒の循環路が構成される。

そして、ＬＥＤ１が点灯することによって発生した熱は、放熱部材１０２を介して流路１０３に流れる冷媒に伝熱される。暖められた冷媒はチラー４によって冷却され、再び流路１０３に流れる。それによって、ＬＥＤ１から発生する熱を放熱している。

特開２００８−６６３８７号公報

図８に、流路１０３内における冷媒温度の分布を示す。流路１０３を通過する前後で冷媒の温度を比較した場合、冷媒は、流路１０３を通過する際にＬＥＤ１の点灯によって発生する熱を吸収するため、流路１０３を通過後のほうが冷媒の温度が高くなる。すなわち、冷媒が流入口１０５から流出口１０６に向かうにつれて冷媒温度が上昇するので、流出口１０６に近付くにつれてＬＥＤ１の放熱性が低下する。

また、図９（ａ）に、放熱部材１０２に実装された各ＬＥＤ１の照射エリアＡ１における照射強度の分布を示す。図９（ａ）に示すように、照射エリアＡ１の両端付近は、照射強度が不十分であり、印刷に使用することができないため、無効照射エリアＡ２となる。したがって、照射エリアＡ１から両端の無効照射エリアＡ２を除いた照射エリアが、印刷に使用することができる有効照射エリアＡ３となる。

図９（ｂ）に、各ＬＥＤ１によって紫外線が照射される印刷原反７１〜７３の概略図を示す。図９（ｂ）は、各印刷原反７１〜７３の幅を示す断面図である。印刷原反７１〜７３は、互いに幅が異なっており、印刷原反７１、７２、７３の順に幅が広くなる。なお、印刷原反７３は、有効照射エリアＡ３に収まる幅寸法である。

また、上記のＬＥＤユニットを備える光源装置を用いた印刷システムは、印刷原反７１〜７３に紫外線を照射して印刷を行う際、印刷原反７１〜７３の幅に応じてＬＥＤ１の照射範囲を可変とする構成を備えている。また、印刷原反７１〜７３を印刷システムにセットする際、各印刷原反７１〜７３の幅方向の中心Ｐ１が、放熱部材１０２（ＬＥＤユニット）の左右方向の中心Ｐ２に対向するように、印刷原反７１〜７３を印刷システムにセットする。

そのため、幅の広い印刷原反７３に印刷する場合、放熱部材１０２上の全てのＬＥＤ１を点灯させ、幅の狭い印刷原反７１に印刷する場合、放熱部材１０２の左右方向の中央付近に実装されたＬＥＤ１（以下、ＬＥＤ１［中央部］と称す）を点灯させる。

したがって、幅の異なるいずれの印刷原反７１〜７３に対して紫外線を照射して印刷を行う場合であっても、ＬＥＤ１［中央部］を点灯させる必要がある。そのため、ＬＥＤ１［中央部］の使用頻度が高くなるのでＬＥＤ１［中央部］が高温になり、ＬＥＤ１［中央部］の寿命が短くなるという問題があった。したがって、ＬＥＤ１０１［中央部］の放熱性を向上させる必要があった。

しかし、放熱部材１０２の両端に冷媒の流入口１０５，流出口１０６が設けられているため、冷媒がＬＥＤ１［中央部］の直下に到達した時点で、冷媒の温度が上昇しているので、ＬＥＤ１［中央部］は十分な放熱性を得ることができなかった。

さらに、流入口１０５，流出口１０６付近に実装されたＬＥＤ１は、使用頻度が低いので寿命が長く、特に流入口１０５付近に実装されたＬＥＤ１は、冷媒温度が低いのでさらに寿命が長くなっていた。そのため、ＬＥＤ１［中央部］と、流入口１０５，流出口１０６付近に実装されたＬＥＤ１とで寿命のバラツキが大きくなるという問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤユニット中央付近に設けられる使用頻度の高いＬＥＤの放熱性を向上させ、このＬＥＤを長寿命化させると共に、ＬＥＤ全体の寿命を均一化することができるＬＥＤユニットを提供することにある。

本発明のＬＥＤユニットは、１乃至複数のＬＥＤと、長尺状に形成され、前記ＬＥＤが実装される実装面を有し、長手方向に沿って冷媒を流す流路を内部に有する放熱部材とを備え、前記流路は、前記放熱部材の長手方向における略中央に前記冷媒の流入口が形成され、前記放熱部材の長手方向における一端側と他端側とに前記冷媒の流出口が形成されることを特徴とする。

このＬＥＤユニットにおいて、前記放熱部材は、前記実装面を有し、前記流路を内部に有する複数の放熱ユニットが互いに前記長手方向に沿って連結されることで構成されることが好ましい。

以上説明したように、本発明では、ＬＥＤユニット中央付近に設けられる使用頻度の高いＬＥＤの放熱性を向上させ、このＬＥＤを長寿命化させると共に、ＬＥＤ全体の寿命を均一化することができるという効果がある。

本発明の実施形態のＬＥＤユニットの概略構成図である。同上の放熱部材２の上面を示す図である。同上の放熱ユニット２１の上面を示す図である。同上の放熱ユニット２１の断面を示す図である。同上の冷媒温度の変化を示す図である。同上の放熱ユニット２１の概略構成図である。従来のＬＥＤユニットの概略構成図である。同上の冷媒温度の変化を示す図である。（ａ）同上の照射エリアにおける照射強度を示す図である（ｂ）印刷原反の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態のＬＥＤユニットは、例えば、紫外線を照射するＬＥＤ１を備える光源装置（紫外線硬化装置）に用いられる。このような光源装置は、紫外線を受光することによって硬化する紫外線硬化材、例えば紫外線硬化型インクに対して、紫外線を照射し紫外線硬化型インクを硬化（乾燥）させる印刷を行う印刷システムなどに利用される。

本実施形態のＬＥＤユニットの概略構成図を図１に示す。なお、図１の上下左右を上下左右方向と規定して、以下説明する。

図１に示すように、本実施形態のＬＥＤユニットは、紫外線を照射する複数のＬＥＤ１と、左右方向の長さがＬ１の長尺状に形成され、ＬＥＤ１が実装される実装面を有し、左右方向に沿って冷媒を流す流路３１，３２を内部に有する放熱部材２とで構成されている。

ＬＥＤ１は、紫外領域にピーク波長を有する紫外線発光ダイオードである。そして、図２に示すように、放熱部材２の上面に実装面が形成され、複数のＬＥＤ１が左右方向１列に並べて実装されている。

放熱部材２は、６個の放熱ユニット２１が左右方向において互いに連結されることで構成されている。

図３に放熱ユニット２１の上面図を示す。放熱ユニット２１は、熱伝導性が高い銅等の金属で矩形板状に形成されており、複数のＬＥＤ１が左右方向１列に並べて実装される実装面を上面に備えている。また、放熱ユニット２１は、ＬＥＤ１の冷却に用いる冷媒（冷却水）を流すための流路３を内部に備えている。図４に示すように、流路３は、円筒状に形成されており、放熱ユニット２１の左右方向に沿って設けられている。

なお、放熱ユニット２１同士を連結し、さらに流路３同士を連結する場合、配管連結部材８を用いて流路３同士を連結する。それによって、流路３同士を確実に連結することができ、連結箇所において冷媒が漏れるのを防止することができる。

そして、６個の放熱ユニット２１を左右方向に連結して、放熱部材２を構成する。なお、放熱ユニット２１を個別に識別するために、図１における左から順に放熱ユニット２１１〜２１６と称す。

また、本実施形態では、放熱ユニット２１１〜２１３に設けられた各流路３を配管連結部材８を用いて連結して、左右方向の長さＬ２の流路３１を構成する。同様に、放熱ユニット２１４〜２１６に設けられた各流路３を配管連結部材８を用いて連結して、左右方向の長さＬ２の流路３２を構成する。なお、流路３１と流路３２とは接続されておらず、流路３１と流路３２との間には、隔壁２２が設けられている。すなわち、放熱部材２は、左右方向の中央において、左右に分割した２つの流路３１，３２を備えている。

また、流路３１，３２には、冷媒を流入させるための流入口５１，５２と、冷媒を流出させるための流出口６１，６２が接続されている。

流入口５１，５２は、冷媒を下方向から流路３１，３２に流入させるための流路を内部に有する筒状の部材である。流入口５１は、上面が、流路３１の右端に位置する放熱ユニット２１３下面の右端に接するように設けられている。また、流入口５２は、上面が、流路３２の左端に位置する放熱ユニット２１４下面の左端に接するように設けられている。すなわち、放熱ユニット２１の両端からＬ２（Ｌ１／２）に位置する箇所を挟んで左右に流入口５１，５２が隣接して設けられている。なお、本実施形態では、流入口５１，５２が上記位置に設けられている状態を、放熱部材２の左右方向の中央に流入口５１，５２が設けられているとする。

また、流出口６１，６２は、流路３１，３２を通過した冷媒を下方向に流出させるための流路を内部に有する筒状の部材である。流出口６１は、右面の上部が、流路３１の左端に位置する放熱ユニット２１１の左面に接するように設けられている。また、流出口６２は、左面の上部が、流路３２の右端に位置する放熱ユニット２１６の右面に接するように設けられている。

そして、流入口５１，５２および流出口６１，６２に、チラー４が図示しない流路を介して接続されている。チラー４は、流入口５１，５２の両方に冷媒を流入させるポンプ機能を有しており、流出口６１，６２から流出された冷媒を冷却し、再び流入口５１，５２を介して流路３１，３２に冷媒を流入させる。すなわち、図１の矢印に示すように、冷媒の循環路は、循環路「チラー４→流入口５１→流路３１→流出口６１→チラー４」と、循環路「チラー４→流入口５２→流路３２→流出口６２→チラー４」との２つで構成される。

本実施形態の流路３１，３２内における冷媒の温度分布を図５に示す。本実施形態では、放熱部材２の左右方向の中央に流入口５１，５２が設けられているため、流入口５１，５２付近における冷媒温度が最も低くなる。そのため、放熱部材２の中央付近に実装されたＬＥＤ１［中央部］の放熱性を向上させることができる。

また、本実施形態のＬＥＤユニットが用いられる印刷ユニットは、印刷原反の幅に応じてＬＥＤ１の照射範囲を可変とする構成を備えている。幅の広い印刷原反に印刷する場合、放熱部材２上の全てのＬＥＤ１を点灯させ、幅の狭い印刷原反に印刷する場合、ＬＥＤ１［中央部］を点灯させる。すなわち、使用頻度が高いＬＥＤ１［中央部］の放熱性を向上させることによって、ＬＥＤ１［中央部］を長寿命化することができる。

また、流出口６１，６２付近における冷媒温度は、流入口５１，５２付近の冷媒温度に対して上昇しているが、本実施形態の流出口６１，６２付近の冷媒温度は、従来の流出口１０６付近の冷媒温度よりも低い。従来のＬＥＤユニットは、放熱部材１０２の両端に流入口１０５，流出口１０６が設けられるので、流路１０３の左右方向の長さがＬ１となる（図７参照）。一方、本実施形態のＬＥＤユニットは、放熱部材２の左右方向の中央に流入口５１，５２が設けられ、放熱部材２の両端に流出口６１，６２が設けられるので、流路３１，３２の左右方向の長さＬ２＝Ｌ１／２となる。

したがって、長さＬ２の流路３１を通過する際に冷媒が吸収する総熱量は、長さＬ１の流路１０３を通過する場合よりも少なくなるので、流出口６１付近の冷媒温度は、従来の流出口１０６付近の冷媒温度よりも低くなる。同様に、長さＬ２の流路３２を通過する際に冷媒が吸収する総熱量は、長さＬ１の流路１０３を通過する場合よりも少なくなるので、流出口６１付近の冷媒温度は、従来の流出口１０６付近の冷媒温度よりも低くなる。そのため、放熱部材２の両端付近に実装されたＬＥＤ１の放熱性も従来より向上する。

さらに、放熱部材２の両端付近に実装されたＬＥＤ１は、幅が広い印刷原反に印刷する場合にのみ点灯させるので使用頻度が低く、照射エリアが無効照射エリアＡ２に含まれるので、冷媒温度上昇による影響は少ない（図９（ａ）（ｂ）参照）。

従来のＬＥＤユニットは、使用頻度が低く、照射エリアが無効照射エリアＡ２に該当する、放熱部材１０２の右端に実装されていたＬＥＤ１が最も放熱性が高かった。しかし、本実施形態のＬＥＤユニットは、放熱部材２の中央付近に実装され、使用頻度が高いＬＥＤ１［中央部］の放熱性が最も高い。そのため、本実施形態のＬＥＤユニットは、ＬＥＤ１全体の寿命のバラツキが低減され、寿命が均一化される。

なお、本実施形態では、放熱部材２（放熱ユニット２１３，２１４）の下面に流入口５１，５２が設けられ、放熱部材２の両端（放熱ユニット２１１左面，放熱ユニット２１６右面）に流出口６１，６２が設けられている。しかし、流入口５１，５２および流出口６１，６２が設けられる位置は、上記に限定するものではなく、流路３１，３２の各両端に接続することができる位置であればよい。

なお、本実施形態では、放熱部材２の左右方向の中央に流入口５１，５２が設けられているが、本実施形態の上記効果が得られるのであれば、放熱部材２の左右方向の中央から、左右方向にずれた略中央に流入口５１，５２が設けられていてもよい。

また、本実施形態の放熱部材２は、６個の放熱ユニット２１が連結されることで構成されている。そのため、放熱ユニット２１に実装されたＬＥＤ１の寿命や故障等によって交換する必要がある場合、その放熱ユニット２１のみを交換することができるので、放熱部材２全体を交換する必要がなく、作業が容易となり、コストを低減させることができる。

また、本実施形態の放熱部材２は、６個の放熱ユニット２１が連結されており、放熱ユニット２１３の右端に流入口５１が設けられ、放熱ユニット２１４の左端に流入口５２が設けられている。

しかし、放熱部材２が奇数個の放熱ユニット２１が連結して構成されている場合、図６に示すように、左右方向の中央に位置する放熱ユニット２１に対して、左右方向の中央に流入口５１，５２を設ける。また、この放熱ユニット２１の流路３を左右方向に分割する隔壁２３を設け、流路３１，３２を構成する。このような構成によって、放熱部材２の左右方向の中央に流入口５１，５２を設けることができ、使用頻度が高いＬＥＤ１［中央部］の放熱性が向上し、ＬＥＤ１［中央部］を長寿命化させ、ＬＥＤ１全体の寿命を均一化することができる。

１ＬＥＤ
２放熱部材
４チラー
８配管連結部材
２１（２１１〜２１６）放熱ユニット
２２隔壁
３１，３２流路
５１，５２流入口
６１，６２流出口

Claims

１乃至複数のＬＥＤと、
長尺状に形成され、前記ＬＥＤが実装される実装面を有し、長手方向に沿って冷媒を流す流路を内部に有する放熱部材とを備え、
前記流路は、前記放熱部材の長手方向における略中央に前記冷媒の流入口が形成され、前記放熱部材の長手方向における一端側と他端側とに前記冷媒の流出口が形成されることを特徴とするＬＥＤユニット。
前記放熱部材は、前記実装面を有し、前記流路を内部に有する複数の放熱ユニットが互いに前記長手方向に沿って連結されることで構成されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤユニット。