JP2016026929A - Light radiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源としてLED(Light Emitting Diode)を備え、ライン状の光を照射する光照射装置に関し、特に、LEDから発せられる熱を放熱する冷却装置を備えた光照射装置に関する。 The present invention relates to a light irradiation device that includes an LED (Light Emitting Diode) as a light source and emits line-shaped light, and more particularly to a light irradiation device that includes a cooling device that dissipates heat generated from the LED.
従来、紫外光の照射によって硬化するUVインクを用いて印刷を行なう印刷装置が知られている。このような印刷装置では、ヘッドのノズルから媒体にインクを吐出した後、媒体に形成されたドットに紫外光を照射する。紫外光の照射により、ドットが硬化して媒体に定着するので、液体を吸収しにくい媒体に対しても良好な印刷を行うことができる。このような印刷装置は、例えば、特許文献1に記載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, printing apparatuses that perform printing using UV ink that is cured by irradiation with ultraviolet light are known. In such a printing apparatus, after ejecting ink from the nozzles of the head onto the medium, the dots formed on the medium are irradiated with ultraviolet light. Since the dots are cured and fixed on the medium by irradiation with ultraviolet light, good printing can be performed even on a medium that hardly absorbs liquid. Such a printing apparatus is described in
特許文献1には、印刷媒体を搬送する搬送ユニットと、搬送方向に並び、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック、オレンジ、グリーンのカラーインクをそれぞれ吐出する6つのヘッドと、各ヘッド間の搬送方向下流側に配置され、各ヘッドから印刷媒体上に吐出されたドットインクを仮硬化(ピニング)させる6つの仮硬化用照射部と、ドットインクを本硬化させて印刷媒体に定着させる本硬化用照射部とを備えた印刷装置が記載されている。特許文献1に記載の印刷装置は、ドットインクを仮硬化、本硬化の2段階で硬化させることにより、カラーインク間の滲みやドットの広がりを抑制している。
特許文献1に記載の仮硬化用照射部は、印刷媒体の上方に配置されて印刷媒体に紫外光を照射する、いわゆる紫外光照射装置であり、印刷媒体の幅方向にライン状の紫外光を照射する。仮硬化用照射部には、印刷装置自体の軽量化、及びコンパクト化の要請から、光源としてLEDが用いられており、印刷媒体の幅方向沿って複数のLEDが並んで配置されている。
The pre-curing irradiation unit described in
しかしながら、光源としてLEDを用いると、投入した電力の大半が熱となるため、LED自身が発生する熱によって発光効率と寿命が低下するといった問題があり、熱の処理が問題となる。このため、LEDを光源として利用した光照射装置においては、LEDで発生する熱を強制的に放熱する構成が採られている。 However, when an LED is used as the light source, most of the input electric power becomes heat, so that there is a problem that the light emission efficiency and life are reduced by the heat generated by the LED itself, and heat treatment becomes a problem. For this reason, in the light irradiation apparatus using LED as a light source, the structure which forcibly radiates the heat which generate | occur | produces with LED is taken.
例えば、特許文献2に記載の光照射装置(光源装置)は、複数のLEDと、複数のLEDが載置された基板と、基板の裏面に当接して配置された放熱フィンとを備え、基板からの熱が放熱フィンを介して空気中に放熱されるように構成されている。 For example, a light irradiation device (light source device) described in Patent Document 2 includes a plurality of LEDs, a substrate on which the plurality of LEDs are mounted, and a heat radiation fin disposed in contact with the back surface of the substrate. The heat from the heat is dissipated into the air through the radiation fins.
また、特許文献3には、基台(ヘッダ)と、基台上に直線状に並べて配置された複数のLEDとを備えた光照射装置(光源ユニット)が開示されている。基台には、冷却水を流すための流路がLEDの並び方向に沿って複数形成されており、この流路に冷却水を流すことで、各LEDが冷却されるようになっている。また、冷却水をLEDの並び方向(つまり、一方向)にのみ流すと、冷却水の上流側と下流側とで温度差ができ、LED間にも温度差が発生し、LEDの照射強度にバラツキが生じるため、特許文献3に記載の光照射装置においては、LEDの並び方向と、LEDの並び方向とは逆向きの方向とに冷却水を流し、LED間の温度差を低減させている。 Patent Document 3 discloses a light irradiation device (light source unit) including a base (header) and a plurality of LEDs arranged in a straight line on the base. A plurality of flow paths for flowing cooling water are formed in the base along the LED arrangement direction, and each LED is cooled by flowing cooling water through the flow paths. Moreover, if the cooling water is allowed to flow only in the LED alignment direction (that is, in one direction), a temperature difference is generated between the upstream side and the downstream side of the cooling water, and a temperature difference is generated between the LEDs. Since variations occur, in the light irradiation device described in Patent Document 3, cooling water is allowed to flow in the LED alignment direction and the direction opposite to the LED alignment direction to reduce the temperature difference between the LEDs. .
特許文献2及び特許文献3に開示された光照射装置によれば、空気又は冷却水でLEDが効率よく冷却されるため、LEDの性能の低下や損傷を防止することができると共に、高輝度の発光が可能となる。 According to the light irradiation devices disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, since the LED is efficiently cooled with air or cooling water, it is possible to prevent degradation and damage of the LED, and to achieve high brightness. Light emission is possible.
しかしながら、特許文献2の光照射装置は、LEDを放熱フィンによって空冷する構成であるため、冷却能力は、放熱フィンの熱伝導率及びサイズによって定まり、大きな冷却能力を得ようとすれば、熱伝導率の高い素材で放熱フィンを形成したり、放熱フィンのサイズを大きくしなければならず、光照射装置自体が大型化してしまうといった問題がある。 However, since the light irradiation device of Patent Document 2 has a configuration in which the LED is air-cooled by the radiation fins, the cooling capacity is determined by the thermal conductivity and size of the radiation fins. There is a problem in that the heat radiation fins must be formed of a high-rate material or the size of the heat radiation fins must be increased, and the light irradiation device itself is increased in size.
また、特許文献3の光照射装置は、LEDを基台によって水冷する構成であるため、特許文献2の光照射装置のような空冷の構成と比較して、冷却能力自体は高められるものの、設置に手間やコストがかかるといった問題がある。また、冷却水の供給手段として、例えば、冷却水を掛け流す構成(つまり、流路を流れた冷却水をそのまま棄てる構成)を採った場合には、冷却水の消費量が大きいといった問題があり、また、冷却水を循環させて使用する構成を採った場合には、冷却水自体を冷却する装置が別途必要となり装置自体が大きくなるといった問題がある。 Moreover, since the light irradiation apparatus of patent document 3 is a structure which water-cools LED by a base, compared with the structure of air cooling like the light irradiation apparatus of patent document 2, although cooling capability itself is improved, it is installed. There is a problem that it takes time and cost. In addition, for example, when the cooling water supply means adopts a configuration in which the cooling water is circulated (that is, a configuration in which the cooling water flowing through the flow path is discarded as it is), there is a problem that the consumption amount of the cooling water is large. In addition, when the configuration in which the cooling water is circulated is used, there is a problem that a device for cooling the cooling water itself is required and the device itself becomes large.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型軽量でありながらも、LED間の照射強度バラツキが少ない光照射装置を提供することである。 This invention is made | formed in view of such a situation, The place made into the objective is providing the light irradiation apparatus with few irradiation intensity variations between LED, although it is small and lightweight.
上記目的を達成するため、本発明の光照射装置は、照射面上に、第1方向に延び、かつ、第1方向と直交する第2方向に所定の線幅を有するライン状の光を照射する光照射装置であって、第1方向及び第2方向に略平行な基板と、基板の表面上に第1方向に沿って第1の間隔毎に並べて配置され、基板の表面と直交する第3方向に光を出射する複数の発光素子と、基板の裏面に密着するように設けられ、複数の発光素子で発生した熱を空気中に放熱する冷却装置と、を備え、冷却装置は、基板の裏面上に第1方向に沿って第2の間隔毎に並べて配置された複数のヒートパイプと、複数のヒートパイプが貫通する板状の複数の放熱フィンと、を備え、複数のヒートパイプのそれぞれは、第2方向に延び基板と熱的に結合された底部と、該底部から所定の方向に突出し複数の放熱フィンのそれぞれと熱的に結合されたアーム部とを有し、基板から複数の放熱フィンに熱を輸送することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the light irradiation apparatus of the present invention irradiates a line-shaped light extending in the first direction and having a predetermined line width in the second direction orthogonal to the first direction on the irradiation surface. A light irradiation device that is arranged in parallel with the first direction and the second direction, and arranged on the surface of the substrate at a first interval along the first direction and orthogonal to the surface of the substrate. A plurality of light emitting elements that emit light in three directions, and a cooling device that is provided in close contact with the back surface of the substrate and that radiates heat generated by the plurality of light emitting elements into the air. A plurality of heat pipes arranged side by side along the first direction on the back surface of the plate, and a plurality of plate-like heat radiation fins through which the plurality of heat pipes penetrate, Each includes a bottom extending in the second direction and thermally coupled to the substrate, and the bottom Projecting in a predetermined direction and an arm portion which is respectively thermally coupled to the plurality of heat radiating fins, characterized in that transport heat from the substrate into a plurality of heat radiation fins.
このような構成によれば、各発光素子で発生した熱が、基板及びヒートパイプを介して速やかに放熱フィンに移動し、放熱フィンから空気中に効率よく放熱される。このため、各発光素子の温度が過度に上昇することはなく、発光効率が著しく低下するといった問題も発生しない。また、各ヒートパイプは、その底部が第2方向に延びるように配置され、また、第1方向に沿って等間隔に配置されている。このため、第2方向及び第1方向において、冷却能力のバラツキが少なく、基板を一様に(均一に)冷却することができ、基板上に配置された複数の発光素子も均一に冷却される。従って、各発光素子間において温度差が発生することもなく、温度特性に起因する照射強度のバラツキが生じることもない。また、板状の複数の放熱フィンを第3方向に沿って並べる構成であるため、放熱フィンは十分な表面積を有するものとなる。また、冷却装置をヒートパイプと放熱フィンで構成したため、従来のような冷却水を用いた冷却装置と比較して、小型、軽量のものとなる。 According to such a configuration, the heat generated in each light emitting element quickly moves to the radiation fin via the substrate and the heat pipe, and is efficiently radiated from the radiation fin to the air. For this reason, the temperature of each light emitting element does not rise excessively, and the problem that the light emission efficiency decreases remarkably does not occur. Moreover, each heat pipe is arrange | positioned so that the bottom part may extend in a 2nd direction, and is arrange | positioned at equal intervals along a 1st direction. For this reason, there is little variation in the cooling capacity in the second direction and the first direction, the substrate can be uniformly (uniformly) cooled, and the plurality of light emitting elements arranged on the substrate are also uniformly cooled. . Accordingly, there is no temperature difference between the light emitting elements, and there is no variation in irradiation intensity due to temperature characteristics. Moreover, since it is the structure which arranges a several plate-shaped heat radiation fin along a 3rd direction, a heat radiation fin has sufficient surface area. Moreover, since the cooling device is constituted by the heat pipe and the heat radiating fins, it is smaller and lighter than a conventional cooling device using cooling water.
また、複数のヒートパイプのそれぞれは、第1方向から見たときに、U字状又はL字状の形状を有するように構成することができる。 Each of the plurality of heat pipes can be configured to have a U-shape or an L-shape when viewed from the first direction.
また、複数の放熱フィンのそれぞれは、基板と略平行に配置されていることが望ましい。 In addition, each of the plurality of radiating fins is preferably disposed substantially parallel to the substrate.
また、複数のヒートパイプは、第2方向において第1の位置に位置する第1ヒートパイプと、第2方向において第2の位置に位置する第2ヒートパイプと、からなり、第1ヒートパイプと第2ヒートパイプとが、第1方向に沿って交互に配置されていることが望ましい。また、この場合、第1ヒートパイプと第2ヒートパイプとが、第1方向に密着するように配置されていることが望ましい。 The plurality of heat pipes includes a first heat pipe located at a first position in the second direction and a second heat pipe located at a second position in the second direction. It is desirable that the second heat pipes are alternately arranged along the first direction. In this case, it is desirable that the first heat pipe and the second heat pipe are arranged so as to be in close contact with each other in the first direction.
また、放熱フィンに対して第1方向又は第2方向に気流を生成するファンを備えることが望ましい。また、この場合、複数のヒートパイプのそれぞれは、第1方向から見たときに、L字状の形状を有し、光照射装置は、L字状に囲まれた空間内に配置され、複数の発光素子を駆動する駆動回路を備え、ファンは、駆動回路及び複数のヒートパイプの第3方向反対側に配置され、駆動回路及び放熱フィンを冷却するように第2方向に気流を生成することが望ましい。 Moreover, it is desirable to provide the fan which produces an airflow in a 1st direction or a 2nd direction with respect to a radiation fin. In this case, each of the plurality of heat pipes has an L-shape when viewed from the first direction, and the light irradiation device is disposed in a space surrounded by the L-shape. The fan is disposed on the opposite side of the drive circuit and the plurality of heat pipes in the third direction, and generates an air flow in the second direction so as to cool the drive circuit and the heat radiating fins. Is desirable.
また、複数のヒートパイプのそれぞれは、第1方向から見たときに、L字状の形状を有し、ファンは、L字状に囲まれた空間内に配置され、放熱フィンを冷却するように第2方向に気流を生成することが望ましい。 Each of the plurality of heat pipes has an L-shape when viewed from the first direction, and the fan is disposed in a space surrounded by the L-shape so as to cool the radiation fins. It is desirable to generate airflow in the second direction.
また、複数のヒートパイプのそれぞれは、第1方向から見たときに、コの字状の形状を有するように構成することができる。また、アーム部の先端部は、底部と略平行となるように屈曲され、複数の放熱フィンのそれぞれは、基板に対して略垂直になるようにアーム部の先端部に配置されていることが望ましい。 Each of the plurality of heat pipes can be configured to have a U-shape when viewed from the first direction. The tip of the arm is bent so as to be substantially parallel to the bottom, and each of the plurality of radiating fins is disposed at the tip of the arm so as to be substantially perpendicular to the substrate. desirable.
また、複数のヒートパイプは、第3方向において長さの異なる第1ヒートパイプと第2ヒートパイプと、からなり、第1ヒートパイプと第2ヒートパイプとが、第1方向に沿って交互に配置されていることが望ましい。また、この場合、第1ヒートパイプと第2ヒートパイプとが、第1方向に密着するように配置されていることが望ましい。 The plurality of heat pipes include a first heat pipe and a second heat pipe having different lengths in the third direction, and the first heat pipe and the second heat pipe are alternately arranged along the first direction. It is desirable that they are arranged. In this case, it is desirable that the first heat pipe and the second heat pipe are arranged so as to be in close contact with each other in the first direction.
また、放熱フィンに対して第1方向又は第3方向に気流を生成するファンを備えることが望ましい。また、この場合、ファンは、コの字状に囲まれた空間内に配置され、放熱フィンを冷却するように第3方向に気流を生成することが望ましい。 Moreover, it is desirable to provide the fan which produces an airflow in a 1st direction or a 3rd direction with respect to a radiation fin. In this case, it is desirable that the fan be disposed in a space surrounded by a U-shape and generate an airflow in the third direction so as to cool the heat radiating fins.
また、ファンは、複数のヒートパイプの第3方向反対側に配置され、放熱フィンを冷却するように第3方向に気流を生成することが望ましい。 In addition, the fan is preferably disposed on the opposite side of the plurality of heat pipes in the third direction, and generates airflow in the third direction so as to cool the radiation fins.
また、複数のヒートパイプのそれぞれが、第2方向に扁平していることが望ましい。 Moreover, it is desirable that each of the plurality of heat pipes is flat in the second direction.
また、アーム部と底部とのなす角が略90°であることが望ましい。 Further, it is desirable that the angle formed by the arm portion and the bottom portion is approximately 90 °.
また、光照射装置が、第1方向に沿って連結された複数の冷却装置を備えることができる。 In addition, the light irradiation device may include a plurality of cooling devices connected along the first direction.
また、発光素子が、紫外線硬化樹脂に作用する波長の光を発することが望ましい。 Further, it is desirable that the light emitting element emit light having a wavelength that acts on the ultraviolet curable resin.
また、発光素子が、LED(Light Emitting Diode)であることが望ましい。 The light emitting element is preferably an LED (Light Emitting Diode).
以上のように、本発明によれば、小型軽量でありながらも、LED間の照射強度バラツキが少ない光照射装置が実現される。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a light irradiation device that is small and light and has little variation in irradiation intensity between LEDs.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part in a figure, and the description is not repeated.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光照射装置1の正面図である。また、図2は、図1の光照射装置1の上面図であり、図3は、図1の光照射装置1の背面図であり、図4は、図1の光照射装置1の右側面図である。本実施形態の光照射装置1は、紫外光の照射によって硬化するUVインクを用いて印刷を行なう印刷装置に搭載される装置であり、不図示の印刷媒体に対向して配置され、印刷媒体の幅方向(つまり、印刷媒体が搬送される方向と直交する方向)にライン状の紫外光を照射する。なお、本明細書においては、説明の便宜のため、光照射装置1から出射されるライン状の紫外光の長手(線長)方向をX軸方向、短手方向(つまり、図1の上下方向)をY軸方向、X軸及びY軸と直交する方向(つまり、紫外光の出射方向)をZ軸方向と定義して、以下説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a front view of a
図1から図4に示すように、本実施形態の光照射装置1は、X軸方向及びY軸方向に平行な矩形状の基板101と、基板101上に配置された複数のLED(Light Emitting Diode)素子103(発光素子)と、冷却装置200と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
基板101は、熱伝導率の高い材料(例えば、銅、アルミニウム、窒化アルミニウム)で形成された矩形状配線基板であり、その表面には、X軸方向及びY軸方向に所定の間隔を空けて、40個(X軸方向)×5個(Y軸方向)のLED素子103が搭載されている。また、基板101上には、各LED素子103に電力を供給するためのアノードパターン(不図示)及びカソードパターン(不図示)が形成されており、各LED素子103は、アノードパターン及びカソードパターンにそれぞれハンダ付けされ、電気的に接続されている。アノードパターン及びカソードパターンは、不図示のLED駆動回路と電気的に接続されており、各LED素子103には、アノードパターン及びカソードパターンを介してLED駆動回路からの駆動電流が供給されるようになっている。
The
LED素子103は、略正方形の発光面を備えたLEDチップ(不図示)を備え、LED駆動回路から駆動電流の供給を受けて、波長385nmの紫外光を出射する半導体素子である。各LED素子103に駆動電流が供給されると、各LED素子103からは駆動電流に応じた光量の紫外光が出射され、光照射装置1からはX軸方向に略平行なライン状の紫外光が出射される。なお、本実施形態の各LED素子103は、略一様な光量の紫外光を出射するように各LED素子103に供給される駆動電流が調整されており、光照射装置1から出射されるライン状の紫外光は、X軸方向及びY軸方向において略均一な光量分布を有している。
The
冷却装置200は、基板101の裏面(LED素子103が搭載される面と反対側の面)に密着するように配置され、各LED素子103で発生した熱を放熱する装置であり、複数のヒートパイプ201と、複数の放熱フィン203とで構成されている。各LED素子103に駆動電流が流れ、各LED素子103から紫外光が出射されると、LED素子103の自己発熱により温度が上昇し、発光効率が著しく低下するといった問題が発生するため、本実施形態においては、基板101の裏面に密着するように冷却装置200を設け、LED素子103で発生する熱を、基板101を介して冷却装置200に伝導し、強制的に放熱している。
The
ヒートパイプ201は、作動液(例えば、水、アルコール、アンモニア等)が減圧封入された、断面略円形の中空の金属(例えば、銅、アルミニウム、鉄、マグネシウム等の金属やこれらを含む合金等)の密閉管である。図4に示すように、本実施形態の各ヒートパイプ201は、X軸方向から見たときに、略U字状の形状を有しており、基板101の裏面と密着する底部201aと、底部201aからZ軸方向負側(つまり、紫外光の出射方向とは反対の方向)に突出する一対のアーム部201bとから構成されている。本実施形態においては、20個のヒートパイプ201が、X軸方向に沿って所定の間隔を空けて一列に並べて配置されており(図2、図3)、各ヒートパイプ201の底部201aが、不図示の固定具又は接着剤によって基板101の裏面と密着した状態で固定され、基板101と熱的に結合している(図4)。
The
放熱フィン203は、矩形板状の金属(例えば、銅、アルミニウム、鉄、マグネシウム等の金属やこれらを含む合金等)の部材である。図3に示すように、本実施形態の各放熱フィン203には、各ヒートパイプ201の一対のアーム部201bが挿入される40個の貫通孔203aが形成されており、本実施形態においては、15枚の放熱フィン203が、各ヒートパイプ201の一対のアーム部201bに順に挿入され、Z軸方向に沿って(つまり、基板101と平行に)所定の間隔を空けて並べて配置されている(図2、図4)。なお、各放熱フィン203は、各貫通孔203aにおいて、各アーム部201bと溶接や接着等によって機械的及び熱的に結合している。
The
各LED素子103に駆動電流が流れ、各LED素子103から紫外光が出射されると、LED素子103の自己発熱により温度が上昇するが、各LED素子103で発生した熱は、基板101を介して各ヒートパイプ201の底部201aに速やかに伝導(移動)する。そして、各ヒートパイプ201の底部201aに熱が移動すると、各ヒートパイプ201内の作動液が熱を吸収して蒸発し、作動液の蒸気が一対のアーム部201b内の空洞を通って移動するため、底部201aの熱は一対のアーム部201bに移動する。そして、一対のアーム部201bに移動した熱は、さらに一対のアーム部201bに結合している複数の放熱フィン203に移動し、各放熱フィン203から空気中に放熱される。各放熱フィン203から放熱されると、一対のアーム部201bの温度も低下するため、一対のアーム部201b内の作動液の蒸気も冷却されて液体に戻り、底部201aに移動する。そして、底部201aに移動した作動液は、新たに基板101を介して伝導される熱を吸収するために用いられる。
When a drive current flows through each
このように、本実施形態においては、各ヒートパイプ201内の作動液が底部201aと一対のアーム部201bとの間を循環することにより、各LED素子103で発生した熱が速やかに放熱フィン203に移動し、放熱フィン203から空気中に効率よく放熱されるようになっている。このため、LED素子103の温度が過度に上昇することはなく、発光効率が著しく低下するといった問題も発生しない。
As described above, in the present embodiment, the operating fluid in each
なお、冷却装置200の冷却能力は、ヒートパイプ201の熱輸送量と、放熱フィン203の放熱量によって決定されるため、冷却能力の観点からは、ヒートパイプ201及び放熱フィン203の数が多い方が好ましい。また、基板101上に二次元に配置された各LED素子103間に温度差が発生すると、温度特性に起因する照射強度のバラツキが生じるため、照射強度の観点からは、基板101をY軸方向及びX軸方向に沿って均一に冷却することが求められる。
In addition, since the cooling capacity of the
そこで、本実施形態の冷却装置200においては、各ヒートパイプ201の底部201aが基板101の短手方向を向くように(つまり、Y軸方向に沿って延びるように)配置することで、基板101をY軸方向に沿って均一に冷却すると共に、ヒートパイプ201を長手方向(つまり、X軸方向)に沿って数多く並べられるように構成している。また、各ヒートパイプ201をX軸方向に等間隔に配置することで、基板101をX軸方向に沿って均一に冷却している。
Therefore, in the
このように、本実施形態の構成によれば、Y軸方向及びX軸方向において、冷却能力のバラツキが少なく、基板101を一様に(均一に)冷却することができ、基板101上に配置された200個のLED素子103も均一に冷却される。従って、各LED素子103間において温度差が発生することもなく、温度特性に起因する照射強度のバラツキが生じることもない。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, there is little variation in the cooling capacity in the Y-axis direction and the X-axis direction, and the
以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。 The above is the description of the present embodiment, but the present invention is not limited to the above configuration, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
例えば、本実施形態の冷却装置200は、X軸方向に沿って所定の間隔を空けて一列に並ぶ20個のヒートパイプ201と、各ヒートパイプ201の一対のアーム部201bに接合する15枚の放熱フィン203とを備える構成としたが、ヒートパイプ201及び放熱フィン203の数はこれに限定されるものではない。放熱フィン203の数は、LED素子103の発熱量や放熱フィン203の周囲の空気の温度等の関係で定まり、LED素子103で発生した熱を放熱することができる、いわゆるフィン面積に応じて、適宜選択される。また、ヒートパイプ201の数は、LED素子103の発熱量や各ヒートパイプ201の熱輸送量等との関係で定まり、LED素子103で発生した熱を十分に輸送することができるように適宜選択される。しかしながら、ヒートパイプ201の数を増やすと、隣接するヒートパイプ201のアーム部201bの間隔が狭くなって、Y軸方向の空気の流れが阻害され、冷却能力が低下するといった問題が発生する。そこで、ヒートパイプ201の数を増やす場合には、図5に示すように、X軸方向に薄い扁平型の(つまり、Y軸方向に扁平な)ヒートパイプ201´を用い、ヒートパイプ201間の間隔が狭くなりすぎないように構成するのが好ましい。なお、この場合、ヒートパイプ201´の扁平率(つまり、長半径(Y軸方向の半径)に対する短半径(X軸方向の半径)は、0.5以下であることが望ましい。また、この場合、底部201aと基板101との接触面積が小さくならないように、ヒートパイプ201´の底部201aについては、扁平とならないように構成することがより好ましい。
For example, the
また、本実施形態の冷却装置200においては、各ヒートパイプ201の底部201aが、不図示の固定具又は接着剤によって基板101の裏面と密着した状態で固定されるものとして説明したが、このような構成に限定されるものではない。例えば、冷却装置200は、各ヒートパイプ201の底部201aが接合された金属製の基台を備え、該基台が基板101の裏面と密着した状態で固定される構成とすることもできる。また、例えば、冷却装置200を、5個のヒートパイプ201と、該5個のヒートパイプ201の底部201aが接合された基台と、5個のヒートパイプ201のそれぞれに接合された複数(例えば、15枚)の放熱フィン203とで構成し、該冷却装置200を、X軸方向に沿って4個連結することで、本実施形態の冷却装置200と同サイズの冷却装置を構成することもできる。なお、この場合、基板101をX軸方向に沿って均一に冷却するため、連結した4個の冷却装置200において、各ヒートパイプ201の間隔(つまり、X軸方向に並ぶ20個のヒートパイプ201の間隔)が、等間隔となるように構成することが望ましい。
Further, in the
また、本実施形態の冷却装置200は、自然空冷されるものとして説明したが、さらに冷却装置200に冷却風を供給するファンやダクトを設け、冷却装置200を強制空冷することも可能である。
Moreover, although the
また、本実施形態のLED素子103は、波長385nmの紫外光を出射するものとして説明したが、他の波長の紫外光を出射するものであってもよく、また可視光や赤外光を出射するものであってもよく、光照射装置1の用途は、UVインクを用いて印刷を行なう印刷装置に限定されるものでもない。
Moreover, although the
また、本実施形態のヒートパイプ201においては、アーム部201bが底部201aからZ軸方向負側に突出するものとして説明したが、アーム部201bと底部201aとのなす角は、必ずしも90°である必要はない。
Further, in the
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係る光照射装置1Aの右側面図である。図6に示すように、本実施形態の光照射装置1Aは、各ヒートパイプ201Aが、略L字状の形状を有しており、基板101の裏面と密着する底部201Aaと、底部201AaからZ軸方向負側に突出する一本のアーム部201Abとから構成されており、各ヒートパイプ201Aのアーム部201Abが、各放熱フィン203Aに形成された20個の貫通孔203Aaに挿通されて各放熱フィン203Aと機械的及び熱的に結合している点で、第1の実施形態の光照射装置1のヒートパイプ201と異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a right side view of the
このように、本実施形態においては、各ヒートパイプ201Aと各放熱フィン203Aとが一本のアーム部201Abによって結合する構成のため、各ヒートパイプ201Aから各放熱フィン203Aへの熱輸送量は、第1の実施形態の構成と比較して1/2となるが、放熱フィン203Aの放熱量が、LED素子103の発熱量よりも十分に大きければ、第1の実施形態と同様、各LED素子103で発生した熱を空気中に効率よく放熱することができる。
Thus, in this embodiment, since each
なお、本実施形態のヒートパイプ201Aにおいても、第1の実施形態のヒートパイプ201と同様、アーム部201Abは、底部201AaからZ軸方向負側に(つまり、底部201Aaに対して直角に)突出するものとしたが、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。例えば、アーム部201Abは、底部201Aaに対して所定の角度(例えば、60度で)で傾斜するように設けられてもよい。なお、この場合、各ヒートパイプ201Aのアーム部201Abと結合している各放熱フィン203Aも基板101に対して傾くこととなるが、放熱フィン203Aの放熱量自体に影響はなく、同様の効果が得られる。
In the
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態に係る光照射装置1Bの右側面図である。図7に示すように、本実施形態の光照射装置1Bは、各ヒートパイプ201Bが、略コの字状の形状を有しており、基板101の裏面と密着する底部201Baと、底部201BaからZ軸方向負側に突出し、さらにY軸方向負側に屈曲した一本のアーム部201Bbとから構成されており、各ヒートパイプ201Bのアーム部201Bbの先端部が、各放熱フィン203Bに形成された20個の貫通孔203Baに挿通されて各放熱フィン203Bと機械的及び熱的に結合している点で、第1の実施形態の光照射装置1のヒートパイプ201と異なる。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a right side view of a
本実施形態においても、第2の実施形態のヒートパイプ201Aと同様、各ヒートパイプ201Bと各放熱フィン203Bとが一本のアーム部201Bbによって結合する構成のため、各ヒートパイプ201Bから各放熱フィン203Bへの熱輸送量は、第1の実施形態の構成と比較して1/2となるが、放熱フィン203Bの放熱量が、LED素子103の発熱量よりも十分に大きければ、第1及び第2の実施形態と同様、各LED素子103で発生した熱を空気中に効率よく放熱することができる。
Also in this embodiment, since each
(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態に係る光照射装置1Cの背面図であり、図9は、光照射装置1Cの右側面図である。図8及び図9に示すように、本実施形態の光照射装置1Cは、Y軸方向の位置が異なる2種類のヒートパイプ201C1、201C2が、X軸方向に沿って交互に密着して配置されている点で、第1の実施形態の光照射装置1のヒートパイプ201と異なる。なお、図8においては、説明の便宜のため、X軸方向に長く延びる基板101及び放熱フィン203の一部を省略して示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a rear view of the light irradiation apparatus 1C according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a right side view of the light irradiation apparatus 1C. As shown in FIGS. 8 and 9, in the
このように、2種類のヒートパイプ201C1、201C2を互い違いに配置すると、隣接するヒートパイプ201C1のアーム部201C1bとヒートパイプ201C2のアーム部201C2bとの間にY軸方向のスペースができる。このため、数多くのヒートパイプ201C1、201C2をX軸方向に密着するように配置したとしても、Y軸方向の空気の流れを阻害することが殆どない。つまり、このような構成によれば、第1の実施形態に比較して、より多くのヒートパイプ201C1、201C2をX軸方向に配置することが可能となり、冷却能力をさらに向上させることが可能となる。なお、放熱フィン203に対してX軸方向に気流を生成するファン(不図示)又はY軸方向に気流を生成するファン(不図示)のいずれかをさらに備える構成とし、冷却能力をさらに向上させることもできる。なお、本実施形態においては、第1方向から見たときに、ヒートパイプ201C1の底部201C1aとヒートパイプ201C2の底部201C2aとが重なる領域と、重ならない領域とができるところ、ヒートパイプ201C1の底部201C1aとヒートパイプ201C2の底部201C2aとが重ならない領域においては、温度ムラができるため、ヒートパイプ201C1の底部201C1aとヒートパイプ201C2の底部201C2aとが重なる領域に(つまり、基板101の中心部に)LED素子103を配置するのが好ましい。
Thus, when the two types of heat pipes 201C1 and 201C2 are arranged alternately, a space in the Y-axis direction is formed between the arm portion 201C1b of the adjacent heat pipe 201C1 and the arm portion 201C2b of the heat pipe 201C2. For this reason, even if many heat pipes 201C1 and 201C2 are arranged so as to be in close contact with each other in the X-axis direction, the air flow in the Y-axis direction is hardly obstructed. That is, according to such a configuration, more heat pipes 201C1 and 201C2 can be arranged in the X-axis direction than in the first embodiment, and the cooling capacity can be further improved. Become. In addition, it is set as the structure further provided with either the fan (not shown) which produces | generates an airflow in a X-axis direction with respect to the
(第5の実施形態)
図10は、本発明の第5の実施形態に係る光照射装置1Dの背面図であり、図11は、光照射装置1Dの右側面図である。図10及び図11に示すように、本実施形態の光照射装置1Dは、Y軸方向の位置が異なる(つまり、底部201D1a、201D2aの長さが異なる)2種類のヒートパイプ201D1、201D2が、X軸方向に沿って交互に配置されている点で、第2の実施形態の光照射装置1Aのヒートパイプ201Aと異なる。なお、図10においては、説明の便宜のため、X軸方向に長く延びる基板101及び放熱フィン203の一部を省略して示している。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 is a rear view of the
このように、2種類のヒートパイプ201D1、201D2を互い違いに配置すると、隣接するヒートパイプ201D1のアーム部201D1bとヒートパイプ201D2のアーム部201D2bとの間にY軸方向にスペースができる。このため、数多くのヒートパイプ201D1、201D2をX軸方向に密着するように配置したとしても、Y軸方向の空気の流れを阻害することが殆どない。つまり、このような構成によれば、第2の実施形態に比較して、より多くのヒートパイプ201D1、201D2をX軸方向に配置することが可能となり、冷却能力をさらに向上させることが可能となる。なお、放熱フィン203に対してX軸方向に気流を生成するファン(不図示)又はY軸方向に気流を生成するファン(不図示)のいずれかをさらに備える構成とし、冷却能力をさらに向上させることもできる。なお、本実施形態においては、第1方向から見たときに、ヒートパイプ201D1の底部201D1aとヒートパイプ201D2の底部201D2aとが重なる領域と、重ならない領域とができるところ、ヒートパイプ201D1の底部201D1aとヒートパイプ201D2の底部201D2aとが重ならない領域においては、温度ムラができるため、ヒートパイプ201D1の底部201D1aとヒートパイプ201D2の底部201D2aとが重なる領域に(つまり、基板101のY軸方向正側(図11の右側)に)LED素子103を配置するのがより好ましい。
As described above, when the two types of heat pipes 201D1 and 201D2 are alternately arranged, a space is formed in the Y-axis direction between the arm portion 201D1b of the adjacent heat pipe 201D1 and the arm portion 201D2b of the heat pipe 201D2. For this reason, even if many heat pipes 201D1 and 201D2 are arranged so as to be in close contact with each other in the X-axis direction, the air flow in the Y-axis direction is hardly obstructed. That is, according to such a configuration, more heat pipes 201D1 and 201D2 can be arranged in the X-axis direction than in the second embodiment, and the cooling capacity can be further improved. Become. In addition, it is set as the structure further provided with either the fan (not shown) which produces | generates an airflow in a X-axis direction with respect to the
(第6の実施形態)
図12は、本発明の第6の実施形態に係る光照射装置1Eの右側面図である。図12に示すように、本実施形態の光照射装置1Eは、第5の実施形態に係る光照射装置1Dの放熱フィン203のY軸方向の幅を狭くし、これによって空いた空間にLED素子103を駆動するLED駆動回路401を配置したものである。また、光照射装置1Eは、ヒートパイプ201D1、201D2、放熱フィン203を覆うケース501を有し、ケース501のZ軸方向端部(ヒートパイプ201D1、201D2及びLED駆動回路401に対してZ軸方向負側)には、ファン301を備えている。
(Sixth embodiment)
FIG. 12 is a right side view of a
ファン301は、ケース501の上面に形成された開口501aから外部の空気を取り込み、ケース501内の空気を排気するファンである。ファン301が回転すると、図12の点線の矢印のように、ケース501内にY軸方向及びZ軸方向の気流が発生し、放熱フィン203が冷却されると共に、LED駆動回路401も冷却される。このように、本実施形態においては、略L字上のヒートパイプ201D1、201D2のアーム部201D1b、201D2bと底部201D1a、201D2a(不図示)に囲まれた空間にLED駆動回路401を配置することにより、ケース501のY軸方向の寸法を抑えつつ、放熱フィン203及びLED駆動回路401を効率よく冷却している。なお、本実施形態の光照射装置1Eは、気流に影響しないケース501の底面501bが固定、支持されることによって印刷装置(不図示)内の所定の位置に固定される。
The
(第7の実施形態)
図13は、本発明の第7の実施形態に係る光照射装置1Fの右側面図である。図13に示すように、本実施形態の光照射装置1Fは、第6の実施形態に係る光照射装置1EのLED駆動回路401に代えて、ファン301Fを配置したものである。
(Seventh embodiment)
FIG. 13 is a right side view of the
ファン301Fは、ケース501の上面に形成された開口501aから外部の空気を取り込み、ケース501の底面501bに形成された開口501cからケース501内の空気を排気するファンである。ファン301Fが回転すると、図13の点線の矢印のように、ケース501内にY軸方向の気流が発生し、放熱フィン203が冷却される。このように、本実施形態においては、略L字状のヒートパイプ201D1、201D2のアーム部201D1b、201D2bと底部201D1a、201D2a(不図示)に囲まれた空間にファン301Fを配置することにより、ケース501のY軸方向の寸法を抑えつつ、放熱フィン203を効率よく冷却している。
The
(第8の実施形態)
図14は、本発明の第8の実施形態に係る光照射装置1Gの上面図であり、図15は、光照射装置1Gの右側面図である。図14及び図15に示すように、本実施形態の光照射装置1Gは、Z軸方向の長さが異なる2種類のヒートパイプ201G1、201G2が、X軸方向に沿って交互に密着して配置されている点で、第3の実施形態の光照射装置1Bのヒートパイプ201Bと異なる。なお、図14においては、説明の便宜のため、X軸方向に長く延びる基板101及び放熱フィン203Bの一部を省略して示している。
(Eighth embodiment)
FIG. 14 is a top view of the
このように、2種類のヒートパイプ201G1、201G2を互い違いに配置すると、隣接するヒートパイプ201G1のアーム部201G1bの先端部(放熱フィン203Bが取付けられる部分)とヒートパイプ201G2のアーム部201G2bの先端部(放熱フィン203Bが取付けられる部分)との間にZ軸方向のスペースができる。このため、数多くのヒートパイプ201G1、201G2をX軸方向に密着するように配置したとしても、Z軸方向の空気の流れを阻害することが殆どない。つまり、このような構成によれば、第3の実施形態に比較して、より多くのヒートパイプ201G1、201G2をX軸方向に配置することが可能となり、冷却能力をさらに向上させることが可能となる。なお、放熱フィン203Bに対してX軸方向に気流を生成するファン(不図示)又はZ軸方向に気流を生成するファン(不図示)のいずれかをさらに備える構成とし、冷却能力をさらに向上させることもできる。
As described above, when the two types of heat pipes 201G1 and 201G2 are arranged alternately, the distal end portion of the arm portion 201G1b of the adjacent heat pipe 201G1 (the portion to which the
(第9の実施形態)
図16は、本発明の第9の実施形態に係る光照射装置1Hの右側面図である。図16に示すように、本実施形態の光照射装置1Hは、第8の実施形態に係る光照射装置1Gのヒートパイプ201G1、201G2のアーム部201G1b、201G2bと底部201G1a、201G2a(不図示)とで囲まれる空間内にファン301Gを追加したものである。
(Ninth embodiment)
FIG. 16 is a right side view of the
ファン301Gは、外部の空気を取り込み、Z軸方向の気流を発生させ、放熱フィン203Bを冷却する。このように、本実施形態においては、略コ字状のヒートパイプ201G1、201G2のアーム部201G1b、アーム部201G2bと底部201G1a、201G2a(不図示)とで囲まれる空間内にファン301Gを配置することにより、光照射装置1HのY軸方向の寸法を抑えつつ、放熱フィン203Bを効率よく冷却している。
The
(第10の実施形態)
図17は、本発明の第10の実施形態に係る光照射装置1Jの右側面図である。図17に示すように、本実施形態の光照射装置1Jは、第8の実施形態に係る光照射装置1Gのヒートパイプ201G1、201G2及び放熱フィン203BのZ軸方向外側にファン301Jを追加したものである。
(Tenth embodiment)
FIG. 17 is a right side view of the
ファン301Jは、外部の空気を取り込み、Z軸方向の気流を発生させ、放熱フィン203Bを冷却する。このように、本実施形態においては、放熱フィン203BのZ軸方向外側にファン301Jを配置することにより、光照射装置1JのY軸方向の寸法を抑えつつ、放熱フィン203Bを効率よく冷却している。
The
なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H、1J 光照射装置
101 基板
103 LED素子
200 冷却装置
201、201´、201A、201B、201C1、201C2、201D1、201D2、201G1、201G2 ヒートパイプ
201a、201Aa、201Ba、201D1a、201D2a、201G1a、201G2a 底部
201b、201Ab、201Bb、201C1b、201C2b、201D1b、201D2b、201G1b、201G2b アーム部
203、203A、203B、203E 放熱フィン
203a、203Aa、203Ba 貫通孔
301、301F、301G、301J ファン
401 LED駆動回路
501 ケース
501a、501c 開口
501b 底面
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1J
Claims (20)
前記第1方向及び前記第2方向に略平行な基板と、
前記基板の表面上に前記第1方向に沿って第1の間隔毎に並べて配置され、前記基板の表面と直交する第3方向に前記光を出射する複数の発光素子と、
前記基板の裏面に密着するように設けられ、前記複数の発光素子で発生した熱を空気中に放熱する冷却装置と、
を備え、
前記冷却装置は、
前記基板の裏面上に前記第1方向に沿って第2の間隔毎に並べて配置された複数のヒートパイプと、
前記複数のヒートパイプが貫通する板状の複数の放熱フィンと、
を備え、
前記複数のヒートパイプのそれぞれは、前記第2方向に延び前記基板と熱的に結合された底部と、該底部から所定の方向に突出し前記複数の放熱フィンのそれぞれと熱的に結合されたアーム部とを有し、前記基板から前記複数の放熱フィンに熱を輸送する
ことを特徴とする光照射装置。 A light irradiation apparatus that irradiates a line-shaped light having a predetermined line width in a second direction that extends in a first direction and is orthogonal to the first direction on an irradiation surface,
A substrate substantially parallel to the first direction and the second direction;
A plurality of light emitting elements arranged on the surface of the substrate at a first interval along the first direction and emitting the light in a third direction orthogonal to the surface of the substrate;
A cooling device that is provided in close contact with the back surface of the substrate and radiates heat generated in the plurality of light emitting elements into the air;
With
The cooling device is
A plurality of heat pipes arranged on the back surface of the substrate in a second interval along the first direction;
A plurality of plate-like heat radiating fins through which the plurality of heat pipes penetrate;
With
Each of the plurality of heat pipes includes a bottom portion extending in the second direction and thermally coupled to the substrate, and an arm projecting from the bottom portion in a predetermined direction and thermally coupled to each of the plurality of radiation fins. And a heat radiating device for transporting heat from the substrate to the plurality of radiating fins.
前記第1ヒートパイプと前記第2ヒートパイプとが、前記第1方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の光照射装置。 The plurality of heat pipes includes a first heat pipe located at a first position in the second direction and a second heat pipe located at a second position in the second direction,
The light irradiation apparatus according to claim 2, wherein the first heat pipe and the second heat pipe are alternately arranged along the first direction.
前記光照射装置は、前記L字状に囲まれた空間内に配置され、前記複数の発光素子を駆動する駆動回路を備え、
前記ファンは、前記駆動回路及び前記複数のヒートパイプの前記第3方向反対側に配置され、前記駆動回路及び前記放熱フィンを冷却するように前記第2方向に気流を生成することを特徴とする請求項6に記載の光照射装置。 Each of the plurality of heat pipes has an L-shape when viewed from the first direction,
The light irradiation device includes a drive circuit that is disposed in a space surrounded by the L-shape and drives the plurality of light emitting elements.
The fan is disposed on the opposite side in the third direction of the drive circuit and the plurality of heat pipes, and generates an air flow in the second direction so as to cool the drive circuit and the heat radiating fins. The light irradiation apparatus according to claim 6.
前記ファンは、前記L字状に囲まれた空間内に配置され、前記放熱フィンを冷却するように前記第2方向に気流を生成することを特徴とする請求項6に記載の光照射装置。 Each of the plurality of heat pipes has an L-shape when viewed from the first direction,
The light irradiation apparatus according to claim 6, wherein the fan is disposed in a space surrounded by the L-shape and generates an air flow in the second direction so as to cool the radiation fin.
前記第1ヒートパイプと前記第2ヒートパイプとが、前記第1方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の光照射装置。 The plurality of heat pipes includes a first heat pipe and a second heat pipe having different lengths in the third direction,
The light irradiation apparatus according to claim 9 or 10, wherein the first heat pipe and the second heat pipe are alternately arranged along the first direction.
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