JP2015141785A

JP2015141785A - 光照射装置

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Publication number: JP2015141785A
Application number: JP2014013151A
Authority: JP
Inventors: 大輔岡本; Daisuke Okamoto; 昌之礒谷; Masayuki Isotani
Original assignee: CCS Inc
Current assignee: CCS Inc
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-08-03
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: WO2015115393A1; JP6295455B2

Abstract

【課題】高出力のＬＥＤ等の光源に生じる熱を十分に放熱して当該光源を冷却できる光照射装置を提供する。
【解決手段】ケーシング２と、ＬＥＤ３ａと、ＬＥＤ３ａで発生する熱を放熱する放熱手段４とを備え、放熱手段４が、端部側にＬＥＤ３ａが設けられるベーパーチャンバ５と、その表面に設けられたヒートシンク６とを備えているので、ＬＥＤ３ａで発生した熱は、平板型ヒートパイプの端部から面方向に素早く伝導していき、ヒートシンク６によって効率的に放熱される。したがって、高出力のＬＥＤ３ａに生じる熱を十分に放熱して当該ＬＥＤ３ａを冷却できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源と、光源で生じた熱を放熱する放熱手段とを備えた光照射装置に関する。

前記光照射装置の一例として、例えば、特許文献１に示すライン光照射装置が知られている。
このライン光照射装置は、複数のＬＥＤを搭載した長尺状のＬＥＤ基板と、このＬＥＤ基板を収容するケーシングと、当該ケーシングに固定されて前記複数のＬＥＤからの光をライン状に集光させるロッドレンズとを有している。
また、前記ＬＥＤ基板が設けられるケーシングの底壁部の裏面には、ＬＥＤで発生する熱を外部に放出するための放熱フィンが長手方向に沿って複数枚設けられている。

特開２０１２−１８６０１４号公報

ところが、特許文献１に記載のライン光照射装置では、ＬＥＤの出力が比較的低く、ＬＥＤの発熱量が小さい場合には、ＬＥＤに生じる熱を放熱フィンによって十分に放熱できるものの、例えば、紫外線を射出するＬＥＤのようにＬＥＤの出力が高い場合には、当該ＬＥＤの発熱量が大きく、十分な放熱量を確保し難いという問題があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光源に生じた熱を十分に放熱して当該光源を冷却できる放熱特性に優れた光照射装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の光照射装置は、
光源と、
前記光源で生じた熱を放熱する放熱手段とを備えた光照射装置であって、
前記放熱手段は、端部側に前記光源が設けられる平板型ヒートパイプと、
前記平板型ヒートパイプの表面に設けられたヒートシンクとを備えていることを特徴とする。

ここで、前記平板型ヒートパイプとしては、例えばベーパーチャンバと称される薄板状のものが使用される。このベーパーチャンバは、密閉された内部空間に少量の作動液が封入され、作動液の気化熱と凝縮熱を利用して熱を輸送するデバイスである。また、本発明では、平板型ヒートパイプとして、並設された複数の管状体（ヒートパイプ）を備える板状体も含む。

本発明においては、光源で発生した熱は、平板型ヒートパイプの端部から面方向に素早く伝導していき、ヒートシンクによって効率的に放熱される。したがって、高出力のＬＥＤ等の光源に生じる熱を十分に放熱して当該光源を冷却できる。

本発明の前記構成において、前記平板型ヒートパイプの前記光源が設けられた端部側の表面に接触して、当該平板型ヒートパイプを厚さ方向において挟み込む熱伝導部材を備え、
この熱伝導部材に前記光源が接触していることが好ましい。

ここで、熱伝導部材は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた材料で形成される。
また、熱伝導部材に光源が接触しているとは、光源が熱伝導部材に直接接触している場合は勿論のこと、例えば光源がＬＥＤである場合等は、当該ＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板を介してＬＥＤが熱伝導部材に間接的に接触する場合も含む。

このような構成によれば、光源で発生する熱を熱伝導部材によってより効果的に平板型ヒートパイプに伝えることができる。
また、熱伝導部材が平板型ヒートパイプを厚さ方向において挟み込むので、薄い平板型ヒートパイプを安定的に保持できる。
さらに、熱伝導部材に光源が接触しているので、薄い平板型ヒートパイプの端部側に直接光源を配置する場合に比して、光源の配置の自由度が高まるとともに、当該光源を安定して配置できる。

また、前記本願発明の前記構成において、前記光源、平板型ヒートパイプ及びヒートシンクが収容されるケーシングを備え、
前記ケーシングには、前記平板型ヒートパイプの前記光源側とは逆側に送風ファンが設けられ、
前記ヒートシンクは、円柱状、楕円柱状若しくは多角柱状をした複数の放熱フィン、または、前記送風ファンによって生じる空気流に沿うように形成される薄板状をした複数の放熱フィンを備えることが好ましい。

このような構成によれば、送風ファンから送り込まれる風（空気）または送風ファンに吸い込まれる空気が複数の放熱フィン間を通るので、より効果的にヒートシンクによって熱を放熱できる。

また、前記本願発明の前記構成において、前記ケーシングは、前記ヒートシンクに臨む開口部を備えていることが好ましい。

このような構成によれば、送風ファンから送り込まれてヒートシンクを通った空気が開口部からケーシングの外部に排出されたり、外部の空気が開口部から入り込んでヒートシンクを通って、当該送風ファンによって外部に排出される。したがって、ケーシング内に熱を籠らせることなく、ヒートシンクから外部に熱を放熱できる。

また、本発明の前記構成において、前記光源が、複数の発光素子を列状に配置したライン型光源であってもよい。

このような構成によれば、ライン型光源に生じる熱を十分に放熱して当該ライン型光源を冷却しつつ、ライン状の高出力の光を照射できる。

本発明によれば、高出力のＬＥＤ等の光源に生じる熱を十分に放熱して当該光源を冷却できる。

本発明の実施の形態に係る光照射装置を示すもので、内部構造を見せた光照射装置の斜視図である。同、正面図である。同、底面図である。同、縦断面図である。同、放熱手段を示す縦断面図である。同、放熱手段を示す底面図である。同、放熱手段を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１〜図４は、本発明の実施の形態に係る光照射装置の一例を示すもので、図１は光照射装置の内部構造を見せた斜視図、図２は光照射装置の正面図、図３は同底面図、図４は同縦断面図である。

本実施の形態に示す光照射装置は、例えば樹脂を硬化させるために当該樹脂に紫外線を照射することができるライン光照射装置である。
このライン光照射装置１は、ケーシング２と、光源３と、放熱手段４とを備えている。
ケーシング２は、左右の側板２ａ,２ｂ、正面板２ｃ、背面板２ｄ、上面板２ｅ及び下面板２ｆによって、直方体箱状に形成されている。なお、図１においては、正面板２ｃ及び下面板２ｆを外した状態を示している。

ケーシング２においては、左右の側板２ａ,２ｂと背面板２ｄとが一体的に形成され、上面板２ｅは、側板２ａ,２ｂ及び背面板２ｄに固定されている。また、正面板２ｃと下面板２ｆは取り外し可能となっている。また、上面板２ｅは、後述する送風ファン１２を取り付けるために、左右の側板２ａ,２ｂ、正面板２ｃ、背面板２ｄ、下面板２ｆより厚くなっている。

正面板２ｃ及び背面板２ｄの下端部近傍には、図１、図２及び図４に示すように、横長の矩形の開口部２ｇ,２ｇが対向して形成されている。なお、この開口部２ｇの機能については後述する。
また、前記下面板２ｆには、図３に示すように、その略中央部に横長の矩形の開口部２ｈが形成されている。この開口部２ｈは後述する光源３に臨んで形成されたものであり、当該開口部２ｈから光（紫外線）を外部に向けて照射するようになっている。

前記光源３は、図６に示すように、複数のＬＥＤ３ａを列状に配置したライン型光源であり、これらＬＥＤ３ａ…は横長矩形のＬＥＤ基板３ｂの短辺方向における略中央部表面に、横一列にほぼ隙間なく並設されて固定されている。なお、ＬＥＤ３ａは、一列ではなく、複数列で設けてもよい。

前記放熱手段４は、前記光源３で発生する熱を放熱するものであり、図４及び図５に示すように、ベーパーチャンバ（平板型ヒートパイプ）５と、ヒートシンク６とから構成されている。
ベーパーチャンバ５は、密閉された内部空間に少量の作動液が封入され、作動液の気化熱と凝縮熱を利用して熱を輸送するデバイスであり、全体的に矩形薄板状に形成されている。なお、本実施の形態で使用されるベーパーチャンバ５は１枚ものであるが、複数のベーパーチャンバを面方向に接合して構成してもよい。

ベーパーチャンバ５は、その下端部が一対の熱伝導部材７,７により挟持された状態でケーシング２内に設けられている。また、ベーパーチャンバ５はその表面がケーシング２の正面板２ｃ及び背面板２ｄと平行になるようにして、これらの間の略中央でかつケーシング２内の略下半分側に配置されている。

熱伝導部材７は、熱伝導性に優れた銅等の金属で形成された、断面略三角形状の長尺状のものであり、その長さはベーパーチャンバ５の長辺方向の長さより長く、図１に示すように、ケーシング２の左右の側板２ａ,２ｂ間に延在している。また、図５に示すように、熱伝導部材７の断面における頂部には、平面部７ａが、当該熱伝導部材７の下面７ｂと平行に設けられている。なお、この平面部７ａの幅（図５における左右方向の長さ）は下面７ｂの幅より小さく、かつヒートシンク６の基板６ａの板厚より大きくなっている。

熱伝導部材７,７の対向する側面７ｃ,７ｃは平行に離間して設けられ、この側面７ｃ,７ｃ間にベーパーチャンバ５の下端部が配置され、当該側面７ｃ,７ｃによって挟持されるとともに、当該ベーパーチャンバ５の下端部の両表面が側面７ｃ,７ｃに密接されている。
ベーパーチャンバ５の下端面は熱伝導部材７,７の下面７ｂ,７ｂと面一になっており、当該下面７ｂ,７ｂにＬＥＤ基板３ｂが密接されている。また、ＬＥＤ基板３ａの幅方向（図５における左右方向）の中央部の裏面にベーパーチャンバ５の下端面が密接されている。
また、図１に示すように、熱伝導部材７は、その長手方向を左右方向に向けて、ケーシング２内の下端部に配設されており、当該熱伝導部材７の左右両端面がそれぞれケーシング２の左右の側板２ａ,２ｂに固定されている。

前記ヒートシンク６は、矩形板状の基板６ａと、この基板６ａに設けられた多数の薄板状の放熱フィン６ｂ…とによって構成され、前記ベーパーチャンバ５を挟み込むようにして一対設けられている。
すなわち、基板６ａ,６ａの対向する裏面６ｃ,６ｃは平行に離間して設けられ、この裏面６ｃ,６ｃ間にベーパーチャンバ５の下端部より上側全部が配置され、当該裏面６ｃ,６ｃによって挟持されるとともに、当該ベーパーチャンバ５の両表面が基板６ａ,６ａの裏面６ｃ,６ｃに密接されている。

多数の放熱フィン６ｂ…はそれぞれ矩形板状に形成され、基板６ａの表面にほぼ直角に立設した状態で上下方向に沿うように固定されている。また、図１、図２及び図７に示すように、放熱フィン６ｂ…は、その表面を対向させて横方向に並設されており、その並設方向は、ＬＥＤ３ａの並設方向と同方向（図５において紙面と直交する方向）である。

横方向（左右方向）に並設された放熱フィン６ｂ…は、図４及び図５に示すように、上下方向に所定の隙間をもって複数列（本実施の形態では６列）配置されている。これら複数列の放熱フィン６ｂ…においては、上下に隣り合う放熱フィン６ｂ,６ｂどうしが左右の位置を同位置にして配置されている。したがって、左右に隣り合う放熱フィン６ｂ,６ｂどうしの間は、上下方向において連続し、その間を空気がスムーズに通り抜けることができるようになっている。

このようなヒートシンク６,６は、図１及び図７に示すように、支持部材１０に固定されており、この支持部材１０を介してケーシング２の左右の側板２ａ,２ｂの裏面に固定され、ケーシング２内に配置される。

図２及び図４に示すように、前記ケーシング２の正面板２ｃ及び背面板２ｄにそれぞれ形成されている開口部２ｇは、熱伝導部材７と最下段の放熱フィン６ｂの列を臨む位置に配置されている。
また、前記ＬＥＤ３ａの前方（下方）には、円柱状のロッドレンズ１１が支持部１１ａ,１１ａによって支持されて設けられている。このロッドレンズ１１の前方（下方）に、前記下面板２ｆに形成された開口部２ｈが配置されている。したがって、ＬＥＤ３ａからの光（紫外線）は、ロッドレンズ１１により集光されたうえで、開口部２ｈから外部に照射されるようになっている。

また、ケーシング２は複数の送風ファン１２を備えている。この送風ファン１２は、前記ヒートシンク６の放熱フィン６ｂの並設方向と直交する方向において、ＬＥＤ３ａと逆側に配置されている。
具体的には、ケーシング２の上面板２ｃに、複数（４個）の送風ファン１２が上面板２ｃの長手方向に沿って一列に設けられている。上面板２ｃには送風ファン１２の送風口に対向して図示しない貫通孔が形成されており、この貫通孔から送風ファン１２による風（空気）がケーシング１内に送り込まれるようになっている。

また、図１及び図２に示すように、前記ケーシング２内には、２枚の風向制御板１３,１３が設けられている。すなわち、風向制御板１３,１３は矩形板状のものであり、その上端縁部が前記上面板２ｅの下面の左右両縁部にそれぞれ固定されている。風向制御板１３,１３は下方に向かうにしたがって、内側に向かうように傾斜しており、その下端部は最上段の放熱フィン６ｂの列の左右端近傍にそれぞれ位置している。また、風向制御板１３の幅は、一方のヒートシンク６の放熱フィン６ｂの先端から他方のヒートシンク６の放熱フィン６の先端までの長さとほぼ等しくなっている。

したがって、送風ファン１２から送り込まれた風（空気）は風向制御板１３,１３によって内側に案内されて、ヒートシンク６に向けて流れ、ヒートシンク６の放熱フィン６ｂ,６ｂ間を通り抜けた空気は、前記開口部２ｇから外部に排出される。
また、図４に示すように、開口部２ｇに臨んでいる熱伝導部材７の側面７ｄは、ケーシング２の下端に向かうにしたがって、開口部２ｇに近付くように傾斜しているので、この傾斜している側面７ｄ上を空気が流れて、開口部２ｇからスムーズに排出される。

以上のように、本実施の形態のライン光照射装置１では、ベーパーチャンバ５の下端部側にＬＥＤ３ａが設けられているので、当該ＬＥＤ３ａで発生した熱は、ベーパーチャンバ５の下端部から面方向に素早く伝導していく。その際、このベーパーチャンバ５の両表面にはヒートシンク６,６が設けられているので、ベーパーチャンバ５に伝わった熱がヒートシンク６,６によって効率的に放熱される。
したがって、高出力のＬＥＤ３ａで生じる熱を十分に放熱して当該ＬＥＤ３ａを冷却できる。

また、一対の熱伝導部材７,７の側面７ｃ,７ｃが、ベーパーチャンバ５のＬＥＤ３ａが設けられた下端部側の表面に接触して、当該ベーパーチャンバ５を厚さ方向において挟み込んでいるので、ＬＥＤ３ａで発生する熱の大部分が熱伝導部材７,７を介してベーパーチャンバ５に伝わる。したがって、ＬＥＤ３ａで発生する熱を、より効果的にベーパーチャンバ５の端部から面方向に伝導して、ヒートシンク６,６によって放熱できる。
また、一対の熱伝導部材７,７がベーパーチャンバ５を厚さ方向において挟み込むので、薄いベーパーチャンバ５を安定的に保持できる。
加えて、熱伝導部材７,７の下面７ｂ,７ｂにＬＥＤ基板３ｂが接触しているので、薄いベーパーチャンバ５の端部側に直接ＬＥＤ３ａを配置する場合に比して、ＬＥＤ基板３ｂを安定的に配置できるとともに、ＬＥＤ基板３ｂの配置の自由度が高まる。

また、送風ファン１２が、ヒートシンク６の放熱フィン６ｂの並設方向と直交する方向において、ＬＥＤ３ａと逆側に配置されているので、送風ファン１２から送り込まれる風（空気）または送風ファン１２に吸い込まれる空気が、並設された放熱フィン６ｂ,６ｂ間を通るので、より効果的にヒートシンク６,６から熱を放熱できる。

また、開口部２ｇ,２ｇがヒートシンク６の最下段の放熱フィン６ｂの列及び熱伝導部材７に臨んでいるので、送風ファン１２を正方向に回転させることによって、当該送風ファン１２から送り込まれてヒートシンク６を通った空気が開口部２ｇからケーシング２の外部に排出される。また、送風ファン１２を逆方向に回転させることによって、外部の空気が開口部２ｇから入り込んでヒートシンク６を通って、当該送風ファン１２によって外部に排出される。
したがって、ケーシング２内に熱を籠らせることなく、ヒートシンク６から外部に熱を放熱できる。
さらに、この際、熱伝導部材７の側面７ｄ上を空気が流れるので、この空気によって熱伝導部材７を伝わる熱の一部を外部に放熱できる。

さらに、光源が、複数のＬＥＤ３ａを列状に配置したライン型光源であるので、ライン型光源に生じる熱を十分に放熱して当該ライン型光源を冷却しつつ、ライン状の高出力の光を照射できる。
また、ヒートシンク６と送風ファン１２との間に、ＬＥＤ３ａや送風ファン１２を制御する制御基板を設ければ、この制御基板で発生する熱を放熱することもできる。

なお、本実施の形態では、本発明を、樹脂硬化用の紫外線を照射するライン光照射装置に適用した場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限ることなく、各種光源を備えた光照射装置に適用することができる。
また、本例では、ヒートシンク６として、薄板状の放熱フィン６ｂを備えたものを一例に挙げたが、円柱状、楕円柱状若しくは多角柱状の放熱フィンを備えた剣山型のヒートシンクとすることもできる。
さらに、熱伝導部材７はベーパーチャンバ５の表裏両面に接触させるのではなく、ベーパーチャンバ５のいずれか一方の面にのみ接触させるようにしても良い。

１ライン光照射装置
２ケーシング
２ｇ開口部
３ａＬＥＤ（光源）
４放熱手段
５ベーパーチャンバ（平板型ヒートパイプ）
６ヒートシンク
６ｂ放熱フィン
７熱伝導部材
１２送風ファン

Claims

光源と、
前記光源で生じた熱を放熱する放熱手段とを備えた光照射装置であって、
前記放熱手段は、端部側に前記光源が設けられる平板型ヒートパイプと、
前記平板型ヒートパイプの表面に設けられたヒートシンクとを備えていることを特徴とする光照射装置。
前記平板型ヒートパイプの前記光源が設けられた端部側の表面に接触して、当該平板型ヒートパイプを厚さ方向において挟み込む熱伝導部材を備え、
この熱伝導部材に前記光源が接触していることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
前記光源、平板型ヒートパイプ及びヒートシンクが収容されるケーシングを備え、
前記ケーシングには、前記平板型ヒートパイプの前記光源側とは逆側に送風ファンが設けられ、
前記ヒートシンクは、円柱状、楕円柱状若しくは多角柱状をした複数の放熱フィン、または、前記送風ファンによって生じる空気流に沿うように形成される薄板状をした複数の放熱フィンを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光照射装置。
前記ケーシングは、前記ヒートシンクに臨む開口部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
前記光源が、複数の発光素子を列状に配置したライン型光源であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射装置。