JP2014207209A - 光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子が実装された発光素子基板がヒートシンクに装着されてなる光源ユニットにおいて、照射領域が変化したとき、容易に対応できる構造を提供する。
【解決手段】ヒートシンク２は、一列に並設され、互いに当接して連結された複数のヒートシンクブロック２１〜２３からなり、各々のヒートシンクブロック上には、複数の発光素子４が実装された発光素子基板３が装着されており、複数のヒートシンクブロックの表面に装着された発光素子基板同士が同一平面上に配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は光源ユニットに関するものであり、特に、基板上に複数の光源素子を備えた光源ユニットに係わるものである。

従来から、印刷業界や電子工業界などにおいては、被処理対象物である保護膜、接着剤、塗料、インキ、フォトレジスト、樹脂、配向膜等に対して、硬化、乾燥、溶融、あるいは軟化、改質処理などを行う光源として紫外線を放射する光源が多用されているが、近年においては、この紫外線領域の光を発光するＬＥＤ素子が利用されてきており、このような紫外線領域の光を放射するＬＥＤ素子を用いた紫外線光源ユニットが開発されている。
上記ＬＥＤ素子を用いた光源ユニットをインクジェットプリンターのインクジェットヘッドと組み合わせた構成が、特開２００４−３５８７６９号公報（特許文献１）に開示されている。

図４にその構成が示されている。
インクジェットプリンター５０は、紙などのプリントメディアＭにインクを噴出するインクジェットヘッド５１と、その片側、若しくは、両側に備えられた紫外線光源ユニット５２とを有している。これらのインクジェットヘッド５１および光源ユニット５２は、プリントメディアＭより所定間隔だけ上方に配置され、ガイドレール５３に懸架されてプリントメディアＭに対して横断方向Ｙに走査される。
前記インクジェットヘッド５１から噴射されてプリントメディアＭの表面に付着したＵＶインク滴は、光源ユニット５２から照射される紫外線により硬化される。これにより、インクジェットヘッド５１の走査方向Ｙにおいて、プリントメディアＭ表面にＵＶインクが着色される。
上記のＵＶインク滴の硬化後に、プリントメディアＭは長さ方向Ｘに、決められた距離だけ移動し、上記印刷動作が繰り返される。これにより、プリントメディア表面に絵図又は文字を形成できるものである。

ところで、前記特許文献１においては、インクジェットプリンターに備え付けられる紫外線光源ユニットについて、発光素子（ＬＥＤ素子）が実装された複数の発光素子基板が共通する単一のヒートシンクの表面に装着された配置構造が示されている。
図５（Ａ）（Ｂ）にその配置構造が示されていて、紫外線光源ユニット５２の光照射面には、ＬＥＤ素子５２２が実装された複数の発光素子基板５２１が設けられており、これら複数の基板５２１は、同一平面上においてＸ方向およびＹ方向に整列してアレイ状態に配置され、共通するヒートシンク５２３の表面に装着されている。この配置構造によりＬＥＤ素子５２２からの発熱はヒートシンク５２３から放熱される。

ところで、この種のＵＶ光照射によるインク硬化型のインクジェットプリンターが印刷する対象物は、表示ラベルや名刺などの小さなものから、ポスターなどの大きなものまで多様な寸法のものに用いられる。そのため、用途に合った製品開発がなされており、光源ユニットにも同様に多様な照射幅に対応したものが求められる。 照射幅、照射領域を変更するには、配置される発光素子基板を増加させて同じように配列することが考えられる。しかしながら、上記従来技術のように各発光素子基板が装着されるヒートシンクが共通のものになっていると、発光素子基板の数を増加するたびに、その発光素子基板の数に合った熱容量の専用のヒートシンクをそれぞれ用意する必要があり、煩雑な管理を要し、極めて不経済である。

そこで、この課題を解決すべく、本発明者らは、ヒートシンクブロックと発光素子基板をセットの単位部品として用意し、この単位部品を連結して増加させていくだけで所望の照射幅と所望のヒートシンクが得られる発光モジュールを創作することを検討した。
しかし、複数のヒートシンクを連結することにより以下のような新たな問題が発生することが判明した。 一般的にヒートシンクはアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属材料によって構成されている。これは、発光素子からの発熱を効率よく受けとるためである。一方で受け取った熱を効率よく空気中へ伝達するためには放射率を高める必要があり、表面をいわゆるアルマイト処理することにより通常のアルミニウムより放射率を高めている。この技術は、特表２００８−５１８３８４など多数の文献に開示されている。

アルマイト処理は、アルミニウムの表面に陽極酸化皮膜を電気分解により形成する処理であり、基本的に処理表面全体に酸化膜が形成される。 ただし、アルマイト処理されたアルミニウムは、熱放射率は通常のアルミニウムよりも高いものの、熱伝達率はおよそ１／３まで低下してしまう。 一般的なヒートシンクに求められる機能は空気中への熱の放射のみであるから問題は生じないが、複数のヒートシンクブロックを物理的に連結し、ヒートシンクブロック間で熱交換を行う態様では、熱伝達効率の低下が結果として熱放射率の低下を招いてしまうという事態が生じた。 すなわち、表面全体にアルマイト処理されたヒートシンクブロックを物理的に接触させた状態ではヒートシンクブロック間での熱伝達効率が低下し、ヒートシンク全体の熱容量を効率よく活用できないという問題が生じている。

特開２００４−３５８７６９号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光素子が実装された発光素子基板がヒートシンクに装着されてなる光源ユニットにおいて、発光素子基板の数が増減しても、それぞれに対応した専用のヒートシンクを用意することなく、また、複数のヒートシンクブロックから構成したヒートシンクにあっても、熱放射率が高く、かつヒートシンクブロック間での熱交換効率を高くして、ヒートシンクの熱容量を有効に活用した構造を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、この発明の光源ユニットは、前記ヒートシンクは、一列に並設され、互いに当接して連結された複数のヒートシンクブロックからなり、前記各々のヒートシンクブロック上には、複数の発光素子が実装された発光素子基板が装着されており、前記複数のヒートシンクブロックの表面に装着された発光素子基板同士が同一平面上に配置されていることを特徴とする。
また、前記ヒートシンクブロックの表面が、高熱放射率化処理が施されているとともに、隣接する前記ヒートシンクブロックの当接する表面には、高熱放射率化処理が施されていないことを特徴とする。
また、前記発光素子基板が取り付けられる表面には、高熱放射率化処理が施されていないことを特徴とする。
また、前記ヒートシンクブロックはアルミニウムからなり、前記高熱放射率化処理がアルマイト処理であることを特徴とする。
また、前記複数のヒートシンクブロックの両端には、発光素子基板が実装されていないヒートシンクブロックが当接して連結していることを特徴とする。

この発明の光源ユニットによれば、ヒートシンクを複数のヒートシンクブロックから構成し、各ヒートシンクブロック上に、複数の発光素子が実装された発光素子基板を装着したことにより、必要とされる発光素子基板の数が増減しても、同一構造のヒートシンクブロックの数を増減することで容易に対応することができ、極めて効率的かつ低コストな光源ユニットを提供することができる。
また、ヒートシンクブロックの表面を高熱放射率化処理することにより、熱放射が効果的になされて、発光素子の冷却が有効に行なわれる。
また、隣接するヒートシンクブロック同士の当接する表面や、ヒートシンクブロックの発光素子基板が取り付けられ表面には、高熱放射化処理が施されていないことにより、ヒートシンクブロック間での熱伝達や、発光素子基板からヒートシンクへの熱伝達が有効に行なわれる。

本発明の光源ユニットの断面図（Ａ）と正面図（Ｂ）。 他の実施例の平面図。 他の実施例の断面図（Ａ）と正面図（Ｂ）。 インクジェットプリンターの説明図。 従来の光源ユニット側面図（Ａ）と下面図（Ｂ）。

図１において、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は正面図である。
図１（Ａ）に示されるように、本発明の光源ユニット１は、複数のヒートシンクブロック２１、２２、２３…からなるヒートシンク２を有している。
各ヒートシンクブロック２１、２２、２３上には、例えば窒化アルミニウム等の絶縁性かつ熱伝導率の高い物質からなる発光素子基板３が装着されていて、その上には複数のＬＥＤ素子などの発光素子から構成される発光素子群４が実装されている。
前記各ヒートシンクブロック２１〜２３は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料からなり、このアルミニウム以外にも熱伝導率の高いセラミック、例えば窒化アルミニウムや、熱伝導率の高い金属、例えば銅を用いることができる。

そして、各ヒートシンクブロック２１〜２３は、その外形形状が同一構造であって、一列に並設されるとともに、互いに当接して連結されている。
その連結構造は、例えば、各ヒートシンクブロック２１〜２３をロッドによって貫通し、両端部をネジ止めすることで固定するなどの手法が採られる。
このとき、各ヒートシンクブロック２１〜２３の発光素子基板３の取り付け面は同一平面となるように位置合わせがなされており、従ってそこに装着された発光素子群４、４、４も同一平面上に位置するようになる。これにより、被照射面での照射照度の均一化が図られる。
なお、この例では３つのヒートシンクブロックが示されているが、その数はこれに限られるものではなく、必要な照射領域によって決定される。

図２に他の実施例が示されていて、各ヒートシンクブロック２１〜２３の表面、とりわけ、放熱フィン２１１の表面には、高熱放射率化処理が施されている。具体的には、ヒートシンクブロック２１〜２３の材料がアルミニウムであるときは、いわゆるアルマイト処理であり、表面が酸化アルミニウムとなっている。
アルマイト処理以外でも、窒化アルミニウムを含む塗料をスプレーで噴霧し、加熱処理を施して塗料中に含まれた樹脂を除去する処理を用いることもできる。
この高熱放射率化処理により、ヒートシンク２の熱放射率を高めることができる。

隣接する各ヒートシンクブロック２１、２２同士の当接表面２１３、２２３には、高熱放射率化処理が施されていない。これは、高熱放射率化処理が施された表面は、例えば微小な凹凸が形成されるなどの理由により、熱伝達率が低下するため、隣接するヒートシンクブロック２１、２２間での熱伝達性が悪くなり、ヒートシンクの冷却能力が低下することがあり、これを回避するためである。勿論、他のヒートシンクブロック２２、２３においても同様である。
同様の理由により、各ヒートシンクブロック２１〜２３の高熱放射率化処理は、発光素子基板３を装着する面２１２〜２３２には施されていない。
主な熱源である発光素子基板３からヒートシンクブロック２１〜２３への熱伝達性が悪くなり、ヒートシンク２による冷却機能が低下して発光素子が高温になることを回避するためである。

図３には他の実施例が示されている。
発光素子基板３が取り付けられたヒートシンクブロック２１〜２３の両端側には、発光素子基板が取り付けられていないヒートシンクブロック２４、２５が連結されている。
この構造により、発光素子からの熱を受けない両側のヒートシンクブロック２４、２５は更に冷却効果があり、ヒートシンク２全体としての冷却能力を向上させることができる。
この実施例においても、ヒートシンクブロックの表面に高熱放射率化処理を施す場合、前記両側のヒートシンクブロックと隣接するヒートシンクブロックの当接表面にはこの高熱放射率化処理を施さないことが好ましい。

以上説明したように、本発明の発光素子を用いた光源ユニットでは、ヒートシンクを連結された複数のヒートシンクブロックから構成し、各ヒートシンクブロックに発光素子が実装された発光素子基板を取り付けるようにしたので、被照射対象が変わって照射領域が変化しても、連結するヒートシンクブロックの数を変えることによって容易に対応することができるという効果を奏するものである。
また、ヒートシンクブロックの表面、とりわけ、放熱フィンの表面に高熱放射率化処理を施すとともに、隣接するヒートシンクブロックの当接表面には該高熱放射率化処理を施さないことにより、放熱フィン表面からの熱放射機能が向上するとともに、隣接するヒートシンクブロック間の熱伝達機能を低下させることがない。
更には、発光素子基板が取り付けられる表面には、高熱放射率化処理を施さないことにより、主たる熱源である発光素子基板からヒートシンクブロックへの熱伝達性が維持され、ヒートシンクによる冷却機能が有効に発揮されて、発光素子の冷却効果が十分に達成される。

１ 光源ユニット
２ ヒートシンク
２１〜２３ ヒートシンクブロック
２１１ 放熱フィン
２１２〜２３２ 発光素子基板装着面
２１３、２２３ 当接表面
３ 発光素子基板
４ 発光素子群

Claims (5)

1. 発光素子が実装された発光素子基板がヒートシンクに装着されてなる光源ユニットにおいて、
   前記ヒートシンクは、一列に並設され、互いに当接して連結された複数のヒートシンクブロックからなり、
   前記各々のヒートシンクブロック上には、複数の発光素子が実装された発光素子基板が装着されており、
   前記複数のヒートシンクブロックの表面に装着された発光素子基板同士が同一平面上に配置されていることを特徴とする光源ユニット。
2. 前記ヒートシンクブロックの表面が、高熱放射率化処理が施されているとともに、隣接する前記ヒートシンクブロックの当接する表面には、高熱放射率化処理が施されていないことを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 前記発光素子基板が取り付けられる表面には、高熱放射率化処理が施されていないことを特徴とする請求項１または２に記載の光源ユニット。
4. 前記ヒートシンクブロックはアルミニウムからなり、前記高熱放射率化処理がアルマイト処理であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源ユニット。
5. 前記複数のヒートシンクブロックの両端には、発光素子基板が実装されていないヒートシンクブロックが当接して連結していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光源ユニット。
   
   
   

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