JP2013503448A - 複数列拡張可能ｌｅｄ−ｕｖモジュール - Google Patents

Abstract

いずれのＵＶ硬化応用例にも容易にカスタマイズ可能なように、ＵＶ硬化プロセス内で容易に交換可能で、高い分解能で長さが拡大縮小可能であるＬＥＤ−ＵＶランプである。このＬＥＤ−ＵＶランプは、ＬＥＤの複数の列を組み込むことができ、数インチの距離で基板に放射強度を効果的に供給する、対応する光学系を含むことができる。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２００９年８月２７日に出願の米国仮出願番号６１／２３７，４５５、２００９年１２月５日に出願の米国仮出願番号６１／２６７，０２１、及び２００９年８月２７日に出願の米国仮出願番号６１／２３７，４３６に、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）による優先権を主張し、これらの出願を参考として本願明細書に組み込む。

本発明は、ＬＥＤ−ＵＶランプに関する。より詳しくは、この発明は、ＵＶ光開始剤を有するインク、コーティング、及び接着剤のＵＶ硬化の応用例に適切に使用される。

ＵＶ ＬＥＤランプは、ＵＶ硬化プロセス内に恒久的に取り付けられる。用いられる光学系によって、ＵＶ ＬＥＤランプは、均一性と強度とが最適化されるように、基板から特定距離に位置することが要求される。いくつかのＵＶ ＬＥＤランプは、粗い分解能とともに長さの拡張性を有する。

ＵＶ ＬＥＤランプは、クリーニング、メンテナンスなどに関して取り外すのが困難で時間を要する形でＵＶ硬化プロセスへ取り付けられる。ＵＶ ＬＥＤランプは、ＵＶ硬化プロセス内の固定位置に取り付けられ、その位置内の場所は、ＵＶ硬化ＬＥＤランプが一体化されている加工機械によってしばしば決定される。

ＵＶ硬化プロセス内での異なる位置は、基板に対して異なる場所に存在するようにＵＶ ＬＥＤランプに求めることができる。ランプの光学系によって要求される場所と、ＵＶ硬化プロセスの機械によって決定される場所との間で干渉が発生することがあり、どちらかの状況は、ＵＶ硬化プロセス内の特定位置へのＬＥＤランプの配置を不適切にする。

ランプが代わりの場所への配置を求められる場合には、既存のランプが存在場所から取り外され求められる場所に再装着されねばならず、この選択肢は、ＵＶ ＬＥＤランプの光学系によって要求される場所が、所望位置において利用可能な場所と互換性を有する場合にのみ適切であり、あるいはまた、恐らく再設計された光学系とともに新たなランプが購入されねばならない。異なる波長のＵＶ ＬＥＤランプは、また容易には交換可能ではないであろう。

長さの拡張性における粗い分解能は、いくつかのＵＶ硬化応用例へのＵＶ ＬＥＤランプの装着を困難あるいは不可能にすることがある特定の応用例に関して、利用可能なランプ長の選択が短すぎるか、長すぎるという状況に帰着することがある。例えば、ＵＶ ＬＥＤランプの長さが３インチの増加量で拡張可能で、４０インチのランプが必要な場合、選択肢は、３９インチ（１３×３インチ）、あるいは４２インチ（１４×３インチ）になるだろう。３９インチのランプは短すぎ、ランプの端では硬化されない製品となることがある。４２インチのランプは長すぎることがあり、ＵＶ硬化プロセス内で利用可能な枠内にフィットすることができない。

ＬＥＤは、種々の長さで製造可能な短いサブアセンブリー・セグメントに装着され、このセグメントは、ＬＥＤ−ＵＶモジュールの長さに沿った列においてＬＥＤ−ＵＶモジュールへ容易に取り付けられる。

ＬＥＤ−ＵＶモジュールへ容易に取り付けられるセグメントにおいてＬＥＤを組み立てることは、ＬＥＤ置換のプロセスを単純化し、恐らくプロセスを安価にするだろう。ＬＥＤが機能しない場合、機能しないＬＥＤが組み立てられたセグメントは、接続が切られ、除去され、その後、新しいセグメントをその場所に設置可能である。

ＬＥＤが古くなって劣化し、その出力がＬＥＤの応用例で許容可能なレベルよりも低下することがある。この場合、ＬＥＤ−ＵＶランプの所有者は、モジュール全体を交換するのに対して、新しいランプを有するセグメントを交換する選択肢を有するだろう。

ＬＥＤは、固体半導体装置である。科学の飛躍的進歩がなされ、製造工程が改善されたとき、ＬＥＤの効率及び出力は、１世代から次世代へ増大可能である。ＬＥＤ−ＵＶモジュールの所有者は、古いセグメントを、改善された動作特性を有する新しいものと交換することにより、容易にモジュールを改良する選択を有するだろう。

各種の長さのセグメントを提供することは、同じ長さの全てのセグメントが可能となることよりも高い分解能でセグメントの列の長さを拡大縮小可能とし、同時にＬＥＤ列を組み立てるのに必要な全ての部品数を減じることができるだろう。例えば、セグメントは、３インチ型、４インチ型、及び６インチ型で構成可能であろう。そして、１２インチのセグメント列は、６インチのセグメントを２つ接続することによって組み立てることができるだろう。１３インチのセグメント列は、一つの６インチ型のセグメント、一つの４インチ型のセグメント、及び一つの３インチ型のセグメントを接続することによって組み立てることができるだろう。１４インチのセグメント列は、一つの６インチ型のセグメント、及び２つの４インチ型のセグメントを接続することによって組み立てることができるだろう。ＬＥＤ列は、１インチの分解能で様々な長さにて組み立てることができるだろう。一方、例えば３インチ型における一つだけのセグメントが作製された場合には、可能なＬＥＤ列の長さの分解能は３インチであり、カスタマイズ可能に利用可能な長さの選択肢は、数少なくなってしまう。１インチの分解能を達成するために１インチ型のセグメントが作製可能であるが、そうすることは、列を構成するのに必要な部品数を増加させることにより、組立体の複雑さを増加させることがある。

主たるモジュール本体は、モジュールの長さに延在する表面を含み、ここにはＬＥＤセグメントが取り付け可能である。

この表面は、ＬＥＤセグメントの正確な位置決め及び容易な装着を提供する。

主たるモジュール本体は、モジュールの長さに伸びる冷却液通路を有する一体的なヒートシンク機構を含み、ＬＥＤセグメントが装着された表面の近くを通過するように、それらは位置決めされる。

ヒートシンク機構は、ＬＥＤから有効に熱を取り出す単純な手段を提供する。これは、ＬＥＤ接合部温度を許容可能な低レベルに維持し、よって、ＬＥＤの寿命を最大にする。

そのモジュールは、交換可能であり、よって、ＵＶ硬化プロセスに強固に結合されたドッキングポートに対して、工具を使用することなく、迅速かつ容易に装着可能あるいは除去可能である。

互換性は、クリーニング、修理、メンテナンスなどのＵＶ硬化プロセスからモジュールが容易に取り除かれることを可能にする。異なる波長のＬＥＤ−ＵＶモジュールがＵＶ硬化プロセスへ取り付け可能であり、モジュールは、利用可能なドッキングポートが存在する限り、ＵＶ硬化プロセス内の異なる場所間を移動させることができる。ＵＶ硬化プロセス内の関連するドッキングポートからのＬＥＤ−ＵＶモジュールの除去及び取り付けは、工具なしの手順であり、特別の技術のない人によって実行可能である。

必要な全ての接続（例えば電力、伝達物、液体冷却）は、ドッキングポートへのＬＥＤ−ＵＶモジュールの取り付けで自動的に行われ、ドッキングポートからのＬＥＤ−ＵＶの除去の間に自動的に切断される。

ＬＥＤ−ＵＶモジュールの挿入及び除去によるＬＥＤ−ＵＶモジュールとドッキングポートとの間の接続の自動的な係合及び非係合は、接続が適切になされ、時間を節約し、ＵＶ硬化プロセス全体の操作を、ユーザーに、より便利にすることを保証する。

全ての接続装置（例えば、電気的なピン、冷却液バルブ）は、それらがＬＥＤ−ＵＶモジュールの外側表面を越えて突出しないように位置決めされる。

接続部がモジュールの外側表面を越えて突出しないように接続を設計することは、それらを損傷から保護する。モジュールがＵＶ硬化プロセスから容易に除去可能な方法でＬＥＤ−ＵＶモジュールが設計されていることで、モジュールの扱いに起因する接続部への損傷の可能性は、著しく縮小されるだろう。

ＬＥＤ−ＵＶモジュールは、均一性または光学的（光り輝く）強度の著しい損失がなく、硬化される基板に対して距離及び取付位置を変更可能とする放物型のあるいは楕円型のトラフ反射器を用いた一般的な光学設計を組み込むことができる。

ＬＥＤは、それら自身によって、ＬＥＤチップによって出力された光の強度が観察点とＬＥＤチップの面法線との間の角度の余弦に正比例するランバート放射パターンを一般的に示す。楕円型か放物型のトラフ反射器は、効果的に光を集め、強度において及び非常に均一な方法において最小の損失でＬＥＤ−ＵＶモジュールのベースからの種々の距離（つまり１インチの分数から数インチまで）に位置決めされた基板に、集めた光を投射することができる。

反射器を使用することなく、ＬＥＤ−ＵＶモジュールは、基板からの固定された、光学系に依存する距離で、又は、いくつかのＵＶ硬化プロセスあるいはＵＶ硬化プロセス内でのいくつかの位置によって許容可能であるものよりも基板に非常に近い位置に、配置されることが必要であってもよい。一つの例は、枚葉給紙印刷におけるものである。枚葉給紙印刷において、パイルへのシートの配送の前に、プレス機の終端でＵＶ硬化可能なコーティングの適用前に、ＵＶ硬化可能なインクを「固定する」あるいは「乾燥する」ために、あるいは光沢塗装膜（varnishes）を付けるため、印刷機のインキ装置に続く一もしくは複数のＵＶ硬化可能なインクの適用直後に一もしくは複数のＬＥＤ−ＵＶモジュールを設置することが一般的に望ましい。インキ装置硬化場所（インキ装置の直後）に関して、印刷機の様々な型及びモデルによって提供されるスペースの制約に適合するため、より容易な機械的装着のためにＬＥＤ−ＵＶモジュールを基板により近く（一般的に１〜３インチ）設置するのが望ましいであろう。しかしながら、プレス終端硬化場所で、ほとんどの印刷機によって提供されるシート移動方法は、プレス終端シート配送領域を通るより近い機械的な場所を禁止し、基板から３〜５インチ離れてＬＥＤ−ＵＶモジュールを取り付けることを求めるだろう。ＬＥＤ−ＵＶモジュールが基板に非常に接近して設けられた場合には、印刷機の移動機構と干渉するだろう。反射器型の光学系の使用は、本発明のＬＥＤ−ＵＶモジュールの単一で交換可能な設計を、ＵＶ硬化プロセス内で光学的均一性あるいは放射強度が著しく損失することなく、複数のドッキングあるいは基板への異なる距離での装着位置において行うことを可能にし、そうでなければ、ＵＶ硬化プロセスは、アクセス不能か非実用的な取付位置を有し、及び／又は、プロセスの様々な位置間のＬＥＤ−ＵＶモジュールの複数の、非交換可能な光学設計を必要とするであろう。

ＬＥＤ−ＵＶモジュールは、様々なＵＶ波長において利用可能だろう。それぞれの波長のモジュールは、他のものと交換可能であり、従って、ＵＶ硬化プロセス内でいずれのドッキングポートにも適用することができる。

異なるタイプのＵＶ硬化可能製品は、異なる波長のＵＶ光によって照射されたときに最も有効に硬化可能である。例えば、透明な製品は、より長い波長のＵＶ光で最も有効に硬化することがあり、一方、暗くより濃密に着色された製品は、より短い波長のＵＶ光でより有効に硬化することがある。概して、システム・パフォーマンスは、硬化されるＵＶ硬化可能製品が好む波長に依存して、ＵＶ硬化プロセス内の異なる波長のＬＥＤ−ＵＶモジュールを交換できることによって最大にされるであろう。

ＬＥＤ−ＵＶモジュールは、複数の隣接する平行のＬＥＤ列を組み込むことができ、各列は、対応するトラフ反射器へ光を照射する。

それぞれのＬＥＤ列が対応するトラフ反射器へ光を射し込む複数の隣接する平行のＬＥＤ列を組み込むことは、ＬＥＤ−ＵＶモジュールによる放射強度出力をＬＥＤ列の数と等しいファクターにより増加させるだろう。この実施態様の単一のランプは、単一列の複数ランプの態様と比較してより低コスト及びより小型形状という追加の利点とともに、単一列の複数ランプの態様と同じ放射強度出力を有することができる。

本発明のＬＥＤ−ＵＶモジュールの一つの実施形態の等角図である。 図１の実施形態の平面図である。 図１の実施形態の側面図である。 図１の実施形態の端面図である。 図２ｂのＡ−Ａ線に沿った図１及び図２に示されるＬＥＤ−ＵＶモジュールの実施形態の断面図である。 本発明のＬＥＤセグメント組立体の一つの実施形態の斜視図である。 ＬＥＤから基板へのＵＶ光の移動を支援するトラフ反射器の応用例の一つの実施形態の断面図である。 複数の隣接した平行のＬＥＤ列及び複数のトラフ反射器を組み込んだ、本発明のＬＥＤ−ＵＶモジュールの別の実施形態の等角図である。 図６に示されるＬＥＤ−ＵＶモジュールの平面図である。 図６のＬＥＤ−ＵＶの側面図である。 図６に示されるＬＥＤ−ＵＶモジュールの端面図である。 図７ｂのＡ−Ａ線に沿った、図６及び図７ａから図７ｃに示されるＬＥＤ−ＵＶモジュールの実施形態における断面図である。 ＬＥＤから基板へのＵＶ光の移動を支援し、及び利用可能な放射強度を増加させる複数のトラフ反射器の応用例の一つの実施形態の図である。 上述の各図は本発明の単に例示であり、それらの権利範囲を制限するように考えられないことが理解される。

以下には、本発明のＬＥＤ−ＵＶモジュールの可能な実施形態の説明を示す。以下の実施形態及び図は、当業者に対して、どのように本発明を効果的に設計し実行するかを教示することを意図するものであり、発明の範囲を制限するように意図するものではない。詳細な説明に開示した特徴及び方法は、別々に使用されてもよく、あるいは、本発明の改良された装置及びそれを作製する方法を提供するために他の特徴及び方法と共に使用されてもよい。この詳述に示された特徴及び方法は、最も広い意味（sense）において本発明を実施するのに必要ではないかもしれないが、当業者が本発明の詳細をさらに理解可能なように提供される。

この発明のＬＥＤ−ＵＶランプの別の説明は、そのようなランプを提供するドッキング・システムとともに、Interchangeable UV LED Curing System の名称で、この出願と同時に出願された、代理人明細書No.1013.09US02の米国特許出願XX/XXX,XXXにあり、その出願の全開示内容は、参考として本明細書に組み込まれる。

図１、図２ａから図２ｃ、及び図３を参照して、電気接続１０２、冷却液バルブ１０４、モジュール本体１０６、モジュール・カバー１０８、接続端キャップ１１０、クロスオーバー端キャップ１１２、アラインメント・ピン１１４、透明カバー１１６、トラフ反射器１１８、冷却液通路１２０、ＬＥＤセグメント１２２、及びＬＥＤセグメント１２２を取り付けるためのモジュール本体１０６の表面１２４を有する、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００が示されている。

電気接続１０２は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００の接続端１２６に設置され、接続端キャップ１１０に取り付けられてもよいだろう。ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００を扱う間における電気的なピン１０２の損傷を保護するため、電気接続１０２は、それらが接続端キャップ１１０の外側表面を越えて突出しないように、接続端キャップ１１０に埋め込まれた形態で取り付けることができる。電気接続１０２は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００から、ＵＶ硬化プロセス内のドッキングポートに存在するであろう嵌め合いの電気接続まで、電力及び恐らく伝達物（communications）を転送するために用いられるだろう。この電気接続は、ピン及びソケットタイプの接続とすることができる。

冷却液バルブ１０４は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００の接続端１２６に設置され、接続端キャップ１１０に取り付けられてもよい。ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００の取り扱い中における冷却液バルブ１０４の損傷を保護するため、冷却液バルブ１０４は、それらが接続端キャップ１１０の外側表面を越えて突出しないように、接続端キャップ１１０に設置することができる。冷却液バルブ１０４は、ドッキングポートに存在するであろう、嵌め合いの冷却液バルブに接続され、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００を通って流れるように冷却液の供給及び戻りを提供するだろう。冷却液バルブ１０４及びドッキングポートにおける嵌合する冷却液バルブは、それらが係合したときに自動的に押圧されて開き、非係合とされたときに自動的にバネ閉される、バネ作動のポペット式バルブとすることができる。

モジュール本体１０６は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００の主たる支持部品になるだろう。モジュール本体１０６における２つの重要な特徴は、ＬＥＤセグメント１２２を設置する表面１２４、及び、冷却液通路１２０である。モジュール本体ｌ０６は、透明カバー１１６の一端を支持することができる。モジュール本体ｌ０６は、アルミニウムのような良好な熱導体である材料の押し出しで作製することができる。

モジュール・カバー１０８は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００の組立体の最終部品としての役目を果たし、全ての内部部品をカバーするだろう。モジュール・カバー１０８は、トラフ反射器１１８を正確な位置及び形状にて保持する特徴を含むことができる。モジュール・カバー１０８は、透明カバー１１６の一端を支持することができる。モジュール・カバー１０８は、押し出しで作製可能であり、その材料は、モジュール本体１０６の材料と同じとすることができる。

接続端キャップ１１０は、電気接続１０２、冷却水バルブ１０４、及びアラインメント・ピン１１４用の取付構造としての機能を果たすだろう。接続端キャップ１１０は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００の接続端１２６を形成するモジュール本体１０６の適切な端部に取り付けられるだろう。電力及び伝達物は、電気接続１０２を通してＬＥＤ−ＵＶモジュール１００の内側へ接続ブロック１１０を通過するだろう。液体冷却剤は、接続ブロック１１０がモジュール本体１０６に取り付けられるところのインタフェース１２８で冷却液バルブ１０４と冷却液通路１２０との間を流れるだろう。このインタフェースは、液体冷却剤がインタフェース１２８で漏れるのを防ぐために、Ｏ−リングのようなガスケットによってシールされてもよい。

クロスオーバー端キャップ１１２は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００のクロスオーバー端１３０を形成する接続ブロック１１０に対向する、モジュール本体１０６の端部に取り付けられるだろう。クロスオーバー端キャップは、冷却液通路１２０の一方を他方に接続して、これにより、冷却液バルブ１０４の一方を通って、水通路１２０の一方を通って、水通路１２０の他方を通りクロスオーバー端キャップにおける通路を通ってＬＥＤ−ＵＶモジュール１００へ流れ、及び、冷却液バルブ１０４の他方を通ってＬＥＤ−ＵＶモジュール１００から出る液体冷却剤用の回路を形成する通路を含むであろう。クロスオーバー端キャップ１１２とモジュール本体１０６との間のインタフェース１３２は、液体冷却剤がインタフェース１３２で漏れるのを防ぐために、Ｏ−リングのようなガスケットで密閉することができる。

アラインメント・ピン１１４は、ＬＥＤ−ＵＶモジュールの接続端に設置され、接続ブロック１１０に取り付けられてもよい。このアラインメント・ピン１１４は、ドッキングポートにある嵌合する接続部と係合する前に、接続１０２及び１０４を整列させる役目を果たすことができる。

透明カバー１１６は、石英、ガラス、アクリル樹脂などのような高いＵＶ透過性である耐久性のある材料で最も適切に作製されるだろう。透明カバー１１６は、ＬＥＤによって発生した光が透明カバーを通過することを可能にしながら、ＬＥＤ−ＵＶモジュールの内部部品を保護する保護窓として役立つだろう。透明カバーは、モジュール本体１０６によって一端が支持され、モジュール・カバー１０８によって反対端が支持可能である。透明カバー１１６の両端１３４は、一端が接続端キャップ１１０によって、他端がクロスオーバー端キャップ１１２によって閉じ込めることができる。

反射器１１８は、アクリルのミラー、磨かれた金属等のような高いＵＶ反射する材料で作製され、ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００内へ装着される前に形を整えることができる。反射器１１８は、モジュール・カバー１０８において嵌合機構によって位置及び形状を保持することができる。反射器は、トラフ形状とでき、ＬＥＤによって発せられたＵＶ光を基板に転送するであろう放物線状あるいは楕円状の幾何学的形状を組み込んでもよい。

冷却液通路１２０は、モジュール本体１０６の長さに延在し、ＬＥＤセグメント１２２が取り付けられた表面１２４の近くを通過するように位置決めされるだろう。冷却液通路１２０は、ＬＥＤによって生じた熱の除去を容易にし、モジュール本体１０６の温度が当該モジュールの長さに渡り本質的に均一であるようにサイズが決められ設置されてもよい。ＬＥＤのＰ／Ｎ接合部で生じた熱は、ＬＥＤセグメント１２２から、冷却液通路１２０の表面で対流によって液体冷却剤へ熱が転送されるところのモジュール本体１０６へ、伝導される。冷却液通路は、液体冷却剤へ突出するフィン機構１３６を含むことができる。フィン機構１３６は、関連する対流係数を増加させるだろう、液体冷却剤内に乱流を発生するとともに、冷却液通路１２０の対流表面面積を増加させる役目をするだろう。フィン機構は、また、モジュール本体を通る熱伝導の速度を増加させることができる。冷却液通路１２０におけるフィン機構１３６の存在は、モジュール本体１０６から液体冷却剤への熱対流の速度を増加する役目を果たし、最終的に、低い接合部温度に帰着するだろう。より低いＬＥＤ接合部温度は、より長いＬＥＤ寿命を可能にすることがある。

ＬＥＤセグメント１２２の一つの実施形態が図４に示される。ＬＥＤセグメント１２２は、熱伝達板１３８、複数のＬＥＤパッケージつまりセグメント１４０、熱インタフェース材料１４２、及び、ＬＥＤパッケージ１４０を熱伝達板１３８に付けるためのファスナー１４４から成ることができる。ＬＥＤパッケージ１４０は、既製のパッケージとすることができ、あるいは、それらは特注設計することもできる。ＬＥＤパッケージ１４０の仕様は、適切に、低い熱抵抗、強力なＵＶ出力、及び迅速切断の電力端子１４６とすることができる。ＬＥＤセグメント１２２は、ＬＥＤセグメント１２２からモジュール本体１０６への熱伝達を最大にする方法でモジュール本体１０６への締結を可能にするためのボルト穴１４８のような取り付け機構を含むことができる。複数のＬＥＤセグメント１２２が、長いＬＥＤ列を形成するために、モジュール本体に、縦に、端から端まで、適切に取り付けることができる。ＬＥＤセグメント１４０は、ＬＥＤ線密度（つまり１インチ当たりのＬＥＤの数）を最大にする方法で設計されるだろうし、また、ＬＥＤセグメント１４０は、長いＬＥＤ列を形成するために、縦に、端から端まで、ＬＥＤセグメント１４０を組み立てるとき、より細かい長さの分解能を可能にするであろう、長さの各種の取り合わせ（assortment）に設計することができる。より細かい長さの分解能は、様々な異なった長さのＵＶ硬化応用例に関するカスタマイズを容易にするだろう。各種の取り合わせ長さにおけるセグメント１４０を提供することは、セグメント１４０の列の長さを、全てのセグメント１４０が同じ長さである場合に可能であるかもしれないものよりもより細かい分解能で拡張可能であることを可能にできるであろうし、同時に、ＬＥＤ列を組み立てるのに必要な全部品数を減じることができる。例えば、セグメント１４０は、３インチ型、４インチ型、及び６インチ型で構成することができるであろう。よって、セグメント１４０の１２インチの列は、２つの６インチのセグメントを接続することによって組み立てることができる。セグメント１４０の１３インチの列は、一つの６インチのセグメント、一つの４インチのセグメント、及び一つの３インチのセグメントを接続することによって組み立てることができる。セグメント１４０の１４インチの列は、一つの６インチのセグメント及び２つの４インチのセグメントを接続することによって組み立てることができる。ＬＥＤセグメント１４０の列は、１インチの分解能で様々な長さに組み立てることができるであろう。一方、もし、例えば３インチ型において、一つのセグメント１４０のみが作製されたならば、可能なＬＥＤ列長さの分解能は、３インチになるであろう。その結果、カスタマイズのために利用可能な長さの選択肢は、より少なくなる。セグメント１４０は、１インチの分解能を達成するために１インチ型で作製することができるが、しかし、そうすることは、列を構成するのに必要な部品数を増加させることにより、組立体の複雑さを増加させることがある。

図５は、トラフ反射器１１８の実施が数インチの距離１５４でＬＥＤから基板１５２にどのように有効に光１５０を転送することができるかを示している。この種の光学的構成は、基板のすぐ近くにＬＥＤ−ＵＶモジュールを設けることができない、ＵＶ硬化応用例に非常に適しているだろう。

いくつかのＵＶ硬化応用例は、ＬＥＤセグメント１２２の単一列を有するＬＥＤ−ＵＶモジュール１００が提供可能なものよりも、より多くのＵＶパワーを必要とするかもしれない。本発明のＬＥＤ−ＵＶモジュール１００の別の実施形態は、別個のトラフ反射器１１８へ照射する、２以上の、隣接した平行のＬＥＤセグメント１２２の列から成ることができる。

図６、図７ａから図７ｃ、及び図８を参照して、電気接続２０２、冷却液バルブ２０４、第１のモジュール・カバー２０６、第２のモジュール・カバー２０８、接続端キャップ２１０、クロスオーバー端キャップ２１２、アラインメント・ピン２１４、透明カバー２１６、複数のトラフ反射器２１８、冷却液通路２２０、ＬＥＤセグメント１２２、ヒートシンク２２４、及び、ＬＥＤセグメント１２２を取り付けるヒートシンク２２４上の表面２２６を有するＬＥＤ−ＵＶモジュール２００が示されている。

電気接続２０２は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００の接続端２２８に設置され、接続端キャップ２１０に取り付けられてもよいだろう。電気接続２０２は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００から、ＵＶ硬化プロセス内のドッキングポートにある嵌合する電気接続まで、電力及び恐らく伝達物を転送するために用いられるだろう。電気接続は、ピン及びソケットタイプの接続とすることができる。

冷却液バルブ２０４は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００の接続端２２８に設置され、接続端キャップ２１０上に取り付けられてもよいだろう。ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００を扱う間、冷却液バルブ２０４を損傷から保護するため、冷却液バルブ２０４は、それらが接続端キャップ２１０の外側表面を越えて突出しないように、接続端キャップ２１０に設置することができる。冷却液バルブ２０４は、ドッキングポートにある、嵌め合いの冷却液バルブに接続し、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００を通り流れるように冷却液の供給及び戻りを提供するであろう。冷却液バルブ２０４、及びドッキングポートにおける嵌合する冷却液バルブは、それらが係合したときに自動的に押圧されて開き、非係合とされたときに自動的にバネ閉される、バネ作動のポペット式バルブとすることができる。

第１のモジュール・カバー２０６は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００の一方側をカバーするだろう。第１のモジュール・カバー２０６は、トラフ反射器２１８の一つを正確な位置及び形状で保持する機構を含むことができ、また、第１のモジュール・カバー２０６は、透明カバー２１６の一端を支持することができる。第１のモジュール・カバー２０６は、アルミニウム又はプラスチックのような材料の押し出しで作製することができる。

第２のモジュール・カバー２０８は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００の他方側をカバーするだろう。第２のモジュール・カバー２０８は、別のトラフ反射器２１８を正確な位置及び形状で保持する機構を含むことができ、また、第２のモジュール・カバー２０８は、透明カバー２１６の他端を支持することができる。第２のモジュール・カバー２０８は、アルミニウム又はプラスチックのような材料の押し出しで作製することができる。

接続端キャップ２１０は、電気接続２０２、冷却水バルブ２０４、及びアラインメント・ピン２１４用の取付構造として機能するだろう。接続端キャップ２１０は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００の接続端２２８を形成する、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００の適切な端部に取り付けられるだろう。電力及び伝達物は、電気接続２０２を通りＬＥＤ−ＵＶモジュール２００の内側へ接続ブロック２１０を通り抜けるだろう。液体冷却剤は、接続ブロック２１０がヒートシンク２２４に取り付けられるところのインタフェース２３０で冷却液バルブ２０４と冷却液通路２２０との間を流れるだろう。液体冷却剤がインタフェース２３０で漏れるのを防ぐために、このインタフェースは、Ｏ−リングのようなガスケットによって密閉されてもよい。

クロスオーバー端キャップ２１２は、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００のクロスオーバー端２３２を形成する、接続ブロック２１０の反対側にある、ＬＥＤ−ＵＶモジュール２００の端部に取り付けられるだろう。クロスオーバー端キャップ２１２は、冷却液通路２２０の一端を他端に接続し、それにより、冷却水バルブ２０４の一方を通り、水通路２２０の一方を通り、水通路２２０の他方を通ってクロスオーバー端キャップ２１２における通路を通り、そして冷却水バルブ２０４の他方を通ってＬＥＤ−ＵＶモジュール２００から外へ出る液体冷却用回路を形成するだろう。液体冷却剤がインタフェース２３４で漏れるのを防ぐために、Ｏ−リングのようなガスケットで、クロスオーバー端キャップ２１２とモジュール本体２０６との間のインタフェース２３４を密閉することができるだろう。

アラインメント・ピン２１４は、ＬＥＤ−ＵＶモジュールの接続端に設置され、接続ブロック２１０に取り付けられてもよい。アラインメント・ピン２１４は、ドッキングポートにある嵌合する接続部との係合の前に接続２０２、２０４を整列させる役目をすることができる。

透明カバー２１６は、高いＵＶ透明性である丈夫な材料で最も適切に作製されるだろう。透明カバー２１６は、ＬＥＤによって発生した光が透明カバー２１６を通過することを可能にしながら、ＬＥＤ−ＵＶモジュールの内部部品を保護する保護ウィンドウとして機能するだろう。透明カバー２１６は、第１のモジュール・カバー２０６によって一端が支持され、第２のモジュール・カバー２０８によって反対端が支持可能である。透明カバー２１６の両端２３４は、一端が接続端キャップ２１０によって、他端がクロスオーバー端キャップ２１２によってトラップ可能である。

反射器２１８は、高いＵＶ反射材料で作製されるだろう、そしてＬＥＤ−ＵＶモジュール２００へ装着される前に、成形可能である。反射器２１８は、第１及び第２のモジュール・カバー２０６，２０８において、嵌合機構によって適切な位置及び形状で保持可能である。反射器２１８は、トラフ型形状とでき、ＬＥＤによって発せられたＵＶ光を基板に転送する放物線か楕円の幾何学的形状を具体化してもよい。

冷却液通路２２０は、ヒートシンク２２４の長さわたり延在し、ＬＥＤセグメント１２２が取り付けられる表面２２６の近くを通過するように位置決めされるだろう。冷却液通路２２０は、ＬＥＤによって生じた熱の除去を容易にする。ＬＥＤのＰ／Ｎ接続部で生じた熱は、ＬＥＤセグメント１２２から、冷却液通路２２０の表面で対流によって液体冷却剤へ熱が転送されるところのヒートシンク２２４へ伝導される。冷却液通路は、液体冷却剤内へ突出するフィン機構２３８を含むことができる。フィン機構２３８は、関連する対流係数を増加させる液体冷却剤における乱流を発生するとともに、冷却液通路２２０の対流表面積を増加するように機能するだろう。フィン機構２３８は、また、モジュール本体を通る熱伝導の速度を増加させることがある。冷却液通路２２０におけるフィン機構２３８の存在は、ヒートシンク２２４から液体冷却剤への熱対流の速度を増加する機能し、その結果、究極的には、より低いＬＥＤ接合部温度に帰着するだろう。より低いＬＥＤ接合部温度は、より長いＬＥＤ寿命を可能にすることができる。

図９は、複数で、隣接した、平行なＬＥＤ列から数インチの距離２４４で基板２４２へ、複数のトラフ反射器２１８の実施がどのように有効に光２４０を転送することができるかを示している。この種の光学構成は、基板のすぐ近くにＬＥＤ−ＵＶモジュールを設けることが可能でなく、及び複数のＬＥＤ−ＵＶランプ１００の出力が一つの場所で必要であるところのＵＶ硬化応用例に非常に適しているだろう。

本発明のＬＥＤ−ＵＶモジュール１００、２００は、ＬＥＤセグメント１２２で用いられるＬＥＤに依存するそのスペクトル出力において、それぞれが異なったピーク波長を有するだろう、あるいは複数のピーク波長を有することができる各モデルの取り合わせにて製造することもできる。ＬＥＤ−ＵＶモジュール１００，２００のスペクトル出力において複数のピークを達成するために、異なったＵＶ波長のＬＥＤの混合物が各ＬＥＤセグメント１２２内で、交互のパターンにて、使用可能である。スペクトル出力において単一のピーク波長を有する単一のＬＥＤ−ＵＶモジュール１００，２００は、この発明の趣旨及び範囲内にあるように考えられる。したがって、スペクトル出力において複数のピーク波長を有する単一のＬＥＤ−ＵＶモジュール１００，２００は、この発明の趣旨及び範囲内にあるように考えられる。

それぞれが異なったピーク波長出力を有し、つまり複数のピーク波長を放射し、及び、ＵＶ硬化プロセス内でＬＥＤ−ＵＶモジュール１００，２００が交換可能である、利用可能な異なるモデルのＬＥＤ−ＵＶモジュール１００，２００を有することは、ＵＶ硬化システムの柔軟性を高めるだろう。多くのＬＥＤ−ＵＶランプ、及びそれらのスペクトル出力において複数のピークを選択した幾つかのものが、ＵＶ波長の取り合わせにおいて利用可能である。この発明のＬＥＤ−ＵＶモジュール１００，２００は、関連するドッキングポートがＵＶ硬化プロセスへ取り付けられるという条件で、工具を使用することなくＵＶ硬化プロセスに対して迅速に挿入されかつ取り除くことができるように設計されるだろう。特別な技能を有しない作業者によってほんの数分で、一つのＵＶスペクトル出力のＬＥＤ−ＵＶモジュール１００，２００のモデルが除去可能であり、異なるＵＶスペクトル出力のモデルが挿入可能である。

当業者は、本発明の様々な実施形態に示された個々の構成要素がある程度交換可能であり、及び、この発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、他の実施形態に加えられ、あるいは交換されてもよいことを容易に認識するであろう。

この発明の多くの変更が発明の精神から逸脱せずになされてもよいことから、発明の範囲は、図示され記述された実施形態に限定されない。むしろ、発明の範囲は、添付の請求項及びそれらの等価物によって決定されるべきである。

Claims (20)

1. 電気的な及び流体の接続、並びにアラインメント・ピンを有する接続端キャップと、
   クロスオーバー端キャップと、
   接続端キャップ及びクロスオーバー端キャップの間に配置され、ＵＶ放射を発する第１の複数のＬＥＤ、この第１の複数のＬＥＤからの放射を反射し基板に焦点を合わせるように位置決めされた第１反射器、並びに、上記ＬＥＤによって発生した熱を吸収するヒートシンクを有するランプボディと、
   を備えたＵＶ ＬＥＤランプ。
2. 第２の複数のＬＥＤと、この第２の複数のＬＥＤからの放射を反射し基板に焦点を合わせるように位置決めされた第２反射器と、をさらに備えた、請求項１に記載のＵＶ ＬＥＤランプ。
3. 一対の端キャップと、
   端キャップ間に取り付けられたヒートシンクと、
   上記ヒートシンクの第１表面に取り付けられた第１の複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントと、
   ＬＥＤサブアセンブリー・セグメントの放射を反射し基板に焦点を合わせるように位置決めされた反射器と、を備え、
   上記第１の複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントは、上記基板の可変な幅あるいは長さに適応するように数を変更可能である、
   ＵＶ ＬＥＤランプ。
4. 上記ヒートシンクの第２の表面に取り付けられる、第２の複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントをさらに備え、この第２の複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントは、上記基板の可変な幅あるいは長さに適応するように数を変更可能である、
   請求項３に記載のＵＶ ＬＥＤランプ。
5. 上記第２の複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントは、上記第１の複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントの放射波長とは異なる放射波長を放射する、請求項４に記載のＵＶ ＬＥＤランプ。
6. 上記端キャップの一つから延在する複数のアラインメント・ピンをさらに備える、請求項３に記載のＵＶ ＬＥＤランプ。
7. 上記ヒートシンクへの冷却剤の進入及び退出を許可する一対の流体バルブをさらに備える、請求項３に記載のＵＶ ＬＥＤランプ。
8. 上記ヒートシンクは一対の冷却液通路を形成し、この冷却液通路の一方は、冷却剤が上記ヒートシンクに進入するのを許容し、冷却液通路の他方は、冷却剤が上記ヒートシンクから出るのを許容する、請求項７に記載のＵＶ ＬＥＤ。
9. それぞれの上記冷却液通路は、上記液体冷却剤内へ突出するフィン機構によって囲まれる、請求項７に記載のＵＶ ＬＥＤ。
10. 基板表面のＵＶ硬化用のＵＶ ＬＥＤランプを形成する方法であって、該方法は、
    上記基板表面の長さあるいは幅に適応するように第１の複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントを選択し、
    上記ＵＶ ＬＥＤランプ内に、選択された複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントを設置する、
    ことを備えた方法。
11. 上記基板表面の長さあるいは幅に適応するように第２の複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントを選択し、
    上記ＵＶ ＬＥＤランプ内に、選択された複数のＬＥＤサブアセンブリー・セグメントを設置する、
    ことをさらに備えた、請求項１０に記載の方法。
12. 上記ＬＥＤサブアセンブリー・セグメントから上記基板表面へ放射されたＵＶ放射を反射する反射器を位置決めすることをさらに備えた、請求項１０に記載の方法。
13. 上記ＬＥＤサブアセンブリー・セグメントは、一対の冷却液通路を有するヒートシンクに取り付けられている、請求項１２に記載の方法。
14. 上記反射器及びＬＥＤサブアセンブリー・セグメントを一対の端キャップ間に配置することをさらに備えた、請求項１２に記載の方法。
15. 基板に設置された材料を硬化する方法であって、上記材料はＵＶ光開始剤を有し、上記方法は、ＵＶ放射を上記基板に向けることを備え、上記ＵＶ放射は、請求項１のＵＶ ＬＥＤランプから発生する、方法。
16. 基板に設置された材料を硬化する方法であって、上記材料はＵＶ光開始剤を有し、上記方法は、ＵＶ放射を上記基板に向けることを備え、上記ＵＶ放射は、請求項３のＵＶ ＬＥＤランプから発生する、方法。
17. 基板に設置された材料を硬化する方法であって、上記材料はＵＶ光開始剤を有し、上記方法は、ＵＶ放射を上記基板に向けることを備え、上記ＵＶ放射は、請求項４のＵＶ ＬＥＤランプから発生する、方法。
18. それぞれのサブアセンブリーによって異なった材料が硬化され、そのようなサブアセンブリーは、ＵＶ放射の異なった波長を発する、請求項１７に記載の方法。
19. 上記ＵＶサブアセンブリー・セグメントを冷却することをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
20. 上記ＵＶサブアセンブリー・セグメントは、上記シートシンクに位置する一対の冷却液通路を通り冷却液を循環させることにより冷却される、請求項１９に記載の方法。

Images