JP4893806B2 - 発光素子光源ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子などの発光素子からなる発光部を複数備えた発光素子光源ユニットに関し、更に詳しくは、光硬化型インクジェットプリンタ装置における定着用光照射器として好適に用いることができる発光素子光源ユニットに関する。

最近、光硬化型インクジェットプリンタ装置においては、定着用光照射器として、ＬＥＤ素子などの発光素子を発光源とするものが用いられており（例えば、特許文献１参照。）、このＬＥＤ素子を発光源とする定着用光照射器は、所期の発光強度を得るために、通常、多数のＬＥＤ素子が高密度に配置されて構成されている。
然るに、このような定着用光照射器においては、ＬＥＤ素子が発光することに伴って熱を発生し、投入電力の８０〜９０％が熱に変換されるものであることから、多数のＬＥＤ素子の各々が自らの発熱あるいは周囲からの受熱によって温度上昇して高温となりやすく、それに起因して当該ＬＥＤ素子自体の発光効率が低下してしまうために、下記のような弊害が生じる。
すなわち、定着用光照射器を構成する多数のＬＥＤ素子のうちの一部のＬＥＤ素子に発光効率の低下が生じた場合においては、被光照射面において照度むらが生じるため、得られる印刷画像には局部的に定着不良が発生する。また、定着用光照射器を構成する多数のＬＥＤ素子のすべてに発光効率の低下が生じた場合においては、得られる印刷画像全体にわたって定着不良が発生してしまう。

一方、ＬＥＤ素子から発生する熱を放熱するために、ＬＥＤ素子を、その内部に冷却媒体を流通させるための流通流路が形成されたヒートシンク上に配置することによってＬＥＤ素子を冷却することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２においては、図１１に示すように、流通流路６５は、複数（図１１においては５個）のＬＥＤ素子６６の各々に近接するよう、具体的には、ヒートシンク６７上に配置された複数のＬＥＤ素子６６のすべての直下領域を通過するよう、蛇行して形成されている。

しかしながら、冷却媒体の流通流路を備えたヒートシンクによってＬＥＤ素子を高い効率で冷却するためには、流通流路をＬＥＤ素子の近傍に設けることによって熱抵抗を小さくすると共に、ヒートシンクの冷却媒体との間における熱伝導の高効率化を図るためにヒートシンクの冷却媒体との接触面積を大きくする必要があるため、多数のＬＥＤ素子を冷却しようとする場合には、下記のような問題が生じる。
すなわち、流通流路の流路長が長くなると共に、冷却媒体の必要流量も大きくなることに伴って圧力損失が大きくなることから、流通流路に必要とされる量の冷却媒体を流通させることが困難となるため、冷却媒体の流量が少なくなり、これに伴って冷却媒体とヒートシンクとの接触面積が小さくなってＬＥＤ素子を十分に冷却することができなくなる。
その上、流通流路においては、上流側と下流側とにおいて冷却媒体に大きな温度差が生じる、すなわち大きな温度勾配が生じることから、多数のＬＥＤ素子を均一に冷却することができなくなる。

特開２００７−２１０１６７号公報 特開２００５−３３８２５１号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発光源を構成する複数の発光素子を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができ、これにより、発光強度の低下および被光照射面における照度むらの発生を抑制することのできる発光素子光源ユニットを提供することにある。

本発明の発光素子光源ユニットは、各々１つ以上の発光素子からなる発光部の複数が上面上に位置されるヒートシンクを備えた発光素子光源ユニットにおいて、
前記ヒートシンクは、その内部に、冷却媒体の冷却流路、供給流路および排出流路を備え、上面側レベルに、１つまたは複数の発光部に対応して冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、当該冷却流路における冷却媒体の流入口および流出口が、それぞれ当該冷却流路よりも下面側レベルに形成された冷却媒体の供給流路および冷却媒体の排出流路に接続されていることを特徴とする。

本発明の発光素子光源ユニットにおいては、ヒートシンクに複数の冷却流路が設けられており、当該複数の冷却流路の各々の流入口および流出口が共通の供給流路および共通の排出流路に接続されていることが好ましい。
このような構成の発光素子光源ユニットにおいては、供給流路の最上流位置から冷却流路を介して排出流路の最下流位置に至るまでの経路の長さが、冷却流路の各々について同一であることが好ましい。

本発明の発光素子光源ユニットにおいては、冷却流路が環状であり、冷却媒体の流入口および流出口が互いに対称位置に設けられていることが好ましい。

本発明の発光素子光源ユニットにおいては、複数の発光部を構成するすべての発光素子が冷却流路の直上領域に配置されていることが好ましい。

本発明の発光素子光源ユニットは、光硬化型インクジェットプリンタ装置の定着用光照射器として用いられることを特徴とする。

本発明の発光素子光源ユニットにおいては、ヒートシンク内に設けられている冷却媒体の流通流路が、冷却流路と、供給流路および排出流路とを備え、当該供給流路および排出流路が、冷却流路よりも下面側レベル、すなわち発光素子が配置されている上面から離れた位置レベルに配設されていることから、供給流路を流通する冷却媒体が発光素子からの受熱によって温度上昇することが抑制されるため、供給流路に大きな温度勾配が生じることがない。しかも、その構造上、供給流路および排出流路によって複数の冷却流路を並列に接続することができ、これにより、大きな圧力損失を生じることなく、発光部に対応して冷却媒体を流通させるための冷却流路の総流路長を長くすることができることから、必要とされる量の冷却媒体を流通させ、この冷却媒体とヒートシンクとの接触面積を大きくすることができ、その上複数の冷却流路の各々に対して、供給流路の上流側と同等温度の冷却媒体を流入させることができるため、冷却媒体による発光素子の冷却を高い効率で行うことができる。
従って、本発明の発光素子光源ユニットによれば、発光源を構成する複数の発光素子を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができ、これにより、発光強度の低下および被光照射面における照度むらの発生を抑制することができる。

本発明の発光素子光源ユニットの構成の一例を示す説明用斜視図である。 図１の発光素子光源ユニットの説明用拡大断面図である。 図１の発光素子光源ユニットを構成する光源モジュールの正面側を示す説明用拡大斜視図である。 図１の発光素子光源ユニットを構成する光源モジュールの裏面側を示す説明用斜視図である。 図１の発光素子光源ユニットを構成する光源モジュールの正面を上方から見た状態を示す説明図である。 図１の発光素子光源ユニットを構成するヒートシンクを模式的に示す説明図であり、（ア）はヒートシンクに形成されている冷却媒体の流通流路を上方から見た状態を示す説明図であり、（イ）はヒートシンクに形成されている冷却媒体の流通流路を一の側面側から見た状態を示す説明図である。 本発明の発光素子光源ユニットを定着用光照射器として用いた光硬化型インクジェットプリンタ装置の要部の構成の一例を示す説明図である。 本発明の発光素子光源ユニットの他の構成に係るヒートシンクを模式的に示す説明図であり、（ア）はヒートシンクに形成されている冷却媒体の流通流路を上方から見た状態を示す説明図であり、（イ）はヒートシンクに形成されている冷却媒体の流通流路を一の側面側から見た状態を示す説明図である。 比較実験例１において用いた発光素子光源ユニットを構成するヒートシンクを模式的に示す説明図であり、（ア）はヒートシンクに形成されている冷却媒体の流通流路を上方から見た状態を示す説明図であり、（イ）はヒートシンクに形成されている冷却媒体の流通流路を一の側面側から見た状態を示す説明図である。 実験例１および比較実験例における冷却媒体の流量と圧力損失との関係を示すグラフである。 従来において用いられている、その上面に配置されたＬＥＤ素子を冷却するためのヒートシンクの構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の発光素子光源ユニットの構成の一例を示す説明用斜視図であり、図２は、図１の発光素子光源ユニットの説明用拡大断面図であり、図３は、図１の発光素子光源ユニットを構成する光源モジュールの正面（発光面）側を示す説明用拡大斜視図であり、図４は、図１の発光素子光源ユニットを構成する光源モジュールの裏面側を示す説明用斜視図であり、図５は、図１の発光素子光源ユニットを構成する光源モジュールの正面を上方から見た状態を示す説明図である。
この発光素子光源ユニット１０は、発光素子２３を発光源とし、例えば光硬化型インクジェットプリンタ装置における定着用光照射器として用いられるものであり、発光素子２３からなる発光部２２の複数が表面上に配列された矩形状の基板２１が、略コ字状の外観形状を有するヒートシンク３０の上面（図３における上面）に位置されてなる構成の光源モジュール１１を備えており、当該光源モジュール１１が、アルミニウム製のカバー部材１３によって覆われてなる構成を有するものである。このカバー部材１３には、外部電源に接続するための電源供給コネクタ１８と、基板２１上に設けられた発光素子２３を保護するためのホウケイ酸ガラス製の光照射窓１７が設けられている。またカバー部材１３の外表面には、光の散乱を防止する観点から、黒アルマイト処理が施されていると共に、内表面における、基板２１から光照射窓１７までの領域、すなわち基板２１に設けられた複数の発光素子２３からの光が光照射窓１７に至るまでの光路が形成される空間を囲繞する領域１３Ａには、当該複数の発光素子２３からの光を高い効率で光照射窓１７から放射させる観点から、鏡面加工が施されている。
この図の例において、基板２１は、ビス１９によってヒートシンク３０の上面に固定されており、この基板２１とヒートシンク３０との間には、熱伝導性の観点から伝熱グリースが塗布されている。

基板２１の表面には、複数（図の例においては４８個）の発光部２２が、等間隔（図の例においては４．６ｍｍのピッチ）で２列に配置されており、当該基板２１の裏面には、発光部２２を構成する発光素子２３に電力を供給するための複数（図の例においては６個）のコネクタ２４が設けられている。
この図の例において、複数の発光部２２は、各々、１個の発光素子２３から構成されており、これらの発光部２２を構成する発光素子２３は、８個ずつが電気的に直列接続され、この直列接続された８個の発光素子２３が一のコネクタ２４に電気的に接続されている。

発光素子２３としては、ＬＥＤ素子およびＬＤ素子（レーザーダイオード素子）などが用いられ、ＬＥＤ素子としては、具体的に、例えばピーク発光波長が３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍおよび４５０ｎｍのものが用いられる。
この図の例においては、発光素子２３として、ＬＥＤ素子が用いられている。

基板２１を構成する基材としては、発光素子２３の種類などに応じた適宜のものが用いられ、例えば窒化アルミニウム製のものなどを用いることができる。
この図の例においては、基材として、横１６ｍｍ、縦１１３ｍｍ、厚み０．６ｍｍの
窒化アルミニウム製のものが用いられている。

ヒートシンク３０は、上面上に位置される発光部２２を構成する発光素子２３を冷却するためのものであり、例えば銅製の略コ字状の外観形状を有するヒートシンク本体３１の内部に、例えば冷却水などの冷却媒体を流通させるための流通流路が形成されており、この流通流路に対して冷却媒体を供給するための供給部３４と、当該流通流路から冷却媒体を排出するための排出部３５とが、ヒートシンク本体３１の外表面における基板２１が位置されている領域以外の領域に設けられてなるものである。
この図の例においては、ヒートシンク本体３１における一方（図３における左方）の突起部の端部に供給部３４が形成され、他方の突起部の端部に排出部３５が形成されている。

そして、ヒートシンク３０において、冷却媒体の流通流路は、図６に示すように、当該ヒートシンク３０の上面側部分３２における上面側レベルに、ヒートシンク３０の上面に平行に設けられた冷却流路４５と、この冷却流路４５よりも下面側に位置する下面側部分３３における下面側レベルに、ヒートシンク３０の上面に平行に設けられた供給流路４３および排出流路４４とを備えてなるものである。このように、ヒートシンク３０の厚み方向において異なる位置レベルに形成されている冷却流路４５と、供給流路４３および排出流路４４とが、冷却流路４５に形成されている冷却媒体の流入口４６および流出口４７により、各々、流入口４６がヒートシンク３０の厚み方向に伸びる流入路４８を介して供給流路４３に連通し、一方、流出口４７がヒートシンク３０の厚み方向に伸びる流出路４９を介して排出流路４４に連通することによって接続されている。
この図の例において、供給流路４３は、その一端に形成された供給用開口４３Ａにおいてヒートシンク３０の厚み方向に伸びる供給路４１を介して供給部３４に接続されており、また、排出流路４４は、その一端に形成された排出用開口４４Ａにおいてヒートシンク３０の厚み方向に伸びる排出路４２を介して排出部３５に接続されている。

冷却流路４５は、基板２１上における発光部２２に対応して冷却媒体を流通させるためのものであり、この冷却流路４５において、発光部２２を構成する発光素子２３の熱が基板２１およびヒートシンク本体３０を介して冷却媒体に受熱され、これにより、当該発光素子２３が冷却されることとなる。
この図の例において、冷却流路４５は、その断面形状が、幅３ｍｍ、高さ１ｍｍの矩形状のものである。

また、冷却流路４５は、ヒートシンク３０の冷却効率の高効率化を図る観点から、例えば基板２１上における複数の発光部２２を構成する発光素子２３の数および配置状態などに応じて、複数設けられていていることが好ましい。
複数の冷却流路４５が設けられている場合においては、これらの複数の冷却流路４５は、同一の形状（具体的には、全体形状および断面形状）を有することが好ましい。
この図の例においては、３個の冷却流路４５が、各々、２列にわたって配置されている合計１６個の発光素子２３に対応するように設けられており、これらの３個の冷却流路４５は、同一の形状を有している。

冷却流路４５は、発光素子２３との間における熱抵抗を小さくすることによって冷却効率の高効率化を図る観点から、ヒートシンク３０の上面側部分３２における上面に近接した位置レベルに設けられていることが好ましい。
この図の例においては、複数の冷却流路４５は、各々、ヒートシンク３０の上面からの深さが１ｍｍの位置レベルに、すなわち上面との離間距離が１ｍｍとなるように形成されている。

また、冷却流路４５は、基板２１における複数の発光部２２を構成する発光素子２３のすべてが当該冷却流路４５の直上領域に配置されることとなるように設けられていることが好ましい。
複数の発光部２２を構成するすべての発光素子２３が冷却流路４５の直上領域に配置されることにより、複数の発光素子２３の各々において、冷却流路４５との間の熱抵抗の均一化を図ることができる。

冷却流路４５は、その形状（全体形状）が限定されるものではないが、環状であることが好ましく、また環状である場合には、流入口４６および流出口４７が、冷却流路４５に係る環の中心点に対して互いに対称位置に設けられていることが好ましい。
冷却流路４５の全体形状が環状であることにより、流入口４６から流入された冷却媒体が流出口４７に向かう経路が２つ、すなわち冷却流路４５には２つの分岐路が形成されることとなり、その上、流入口４６および流出口４７が互いに対称位置にあることにより、当該２つの分岐路の各々における流入口４６から流出口４７に至るまでの経路の長さが同一となるため、冷却媒体による複数の発光素子２３の各々に対する冷却効率の高効率化および均一化を図ることができる。
この図の例においては、冷却流路４５は、全体形状が矩形環状であって、流入口４６と流出口４７とが矩形における長尺な２辺上の各々の中点に対応する対称な位置に形成されている。

冷却流路の全体形状および流入口と流出口との形成位置の具体例としては、この図の例の他、例えば、全体形状が矩形環状であって、流入口および流出口が対角線上における対称な位置に形成されているもの、全体形状が円環状であって、流入口および流出口が互いに対称な位置に形成されているもの、および全体形状がコ字状であって、一端部に流入口が形成され、他端に流出口が形成されているものなどが挙げられる。

また、冷却流路４５には、冷却媒体の流動方向に垂直な方向に伸びる柱状部が多数設けられていることが好ましい。
冷却流路４５に多数の柱状部が設けられていることにより、冷却流路４５内におけるヒートシンク３０と冷却媒体との接触面積を大きくすることができると共に、この冷却流路４５内における冷却媒体の流れを乱流とすることができるため、ヒートシンク３０の冷却媒体との間における熱伝達を大きくすることができる。
この図の例においては、冷却流路４５には、ヒートシンク３０の厚み方向（図３における上下方向）に伸び、その両端部の各々が冷却流路４５の互いに対向する壁面に接合されてなる構成の柱状部が多数形成されている。

供給流路４３および排出流路４４は、各々、供給流路４３が冷却流路４５の流入口４６に向かって冷却媒体を流通させ、一方、排出流路４４が冷却流路４５の流出口４７に向かって冷却媒体を流通させるものであり、また複数の冷却流路４５が設けられている場合においては、これらの複数の冷却流路４５に共通、すなわち複数の冷却流路４５を共通の供給流路４３および共通の排出流路４４に接続することにより、これらの複数の冷却流路４５を並列に接続することができる。
これらの供給流路４３および排出流路４４は、同一の形状（具体的には、全体形状および断面形状）を有すると共に、平行に設けられていることが好ましい。
この図の例において、供給流路４３および排出流路４４は、各々、全体形状が直線状であり、断面形状が、幅２．５ｍｍ、高さ５ｍｍの矩形状のものである。

複数の冷却流路４５が供給流路４３および排出流路４４によって並列に接続されている構成の冷却媒体の流通流路においては、供給部３４から供給された冷却媒体が排出部３５に至るまでの経路が、供給流路４３および排出流路４４によって並列接続されている冷却流路４５の数分だけ形成されることとなるが、これらの複数の経路については、供給流路４３の最上流位置である供給用開口４３Ａから、冷却流路４５を介して、排出流路４４の最下流位置である排出用開口４４Ａに至るまでの経路の長さが、複数の冷却流路４５の各々について、同一であることが好ましい。
この図の例においては、供給用開口４３Ａと排出用開口４４Ａとの間に、供給流路４３の最も上流側に位置する冷却流路４５Ａと、供給流路４３の最も下流側に位置する冷却流路４５Ｃと、これらの冷却流路４５Ａおよび冷却流路４５Ｃの間に位置する冷却流路４５Ｂとの３個の冷却流路４５によって、供給流路４３と排出流路４４との間に３つの分岐路が形成されおり、これにより、冷却流路４５Ａを通過する経路と、冷却流路４５Ｂを通過する経路と、冷却流路４５Ｃを通過する経路との長さの等しい３つの経路が形成されている。

供給用開口４３Ａから、複数の冷却流路４５の各々を介して、排出用開口４４Ａに至るまでの経路のすべての長さが同一であることにより、各経路における流路抵抗が同等となることから、複数の冷却流路４５の各々に対して同等量の冷却媒体を流入、すわなち供給路４１から供給流路４３に供給された冷却媒体を、複数の冷却流路４５の各々に対して均一に配分して流入させることができる。

以上のような発光素子光源ユニット１０においては、発光源を構成する発光素子２３が発光されている状態においては、ヒートシンク３０に対して供給部３４から冷却媒体が供給され、この供給部３４から供給された冷却媒体が、供給路４１および供給流路４３を介して複数の冷却流路４５の各々に分配して流入され、この複数の冷却流路４５の各々を通過した後、排出流路４４および共通の流出路４２を介して排出部３５からヒートシンク３０外に排出され、このようにして冷却媒体がヒートシンク３０内を流通することにより、ヒートシンク本体３１および冷却流路４５を流通する冷却媒体によって発光素子２３の各々が冷却されることとなる。

而して、発光素子光源ユニット１０を構成するヒートシンク３０に設けられている冷却媒体の流通流路が、冷却流路４５と、供給流路４３および排出流路４４とを備え、当該供給流路４３および排出流路４４が、冷却流路４５よりも下面側の発光素子２３が配置されている上面から離れた位置レベルに配設されていることから、供給流路４３を流通する冷却媒体が発光素子２３からの受熱によって温度上昇することが抑制されるため、供給流路４３に大きな温度勾配が生じることがない。
しかも、ヒートシンク３０が、その構造上、例えば発光源を構成する発光素子２３の数および配置状態などに応じて、供給流路４３および排出流路４４によって複数の冷却流路４５を並列に接続することができ、これにより、大きな圧力損失を生じることなく、発光部２２に対応して冷却媒体を流通させるための冷却流路の総流路長を長くすることができることから、流通流路に必要とされる量の冷却媒体を流通させ、この冷却媒体とヒートシンク３０との接触面積を大きくすることができ、その上複数の冷却流路４５の各々に対して、供給流路４３の上流側と同等温度の冷却媒体を流入させることができるため、冷却媒体による発光素子２３の冷却を高い効率で行うことができる。
従って、発光素子光源ユニット１０によれば、発光源を構成する複数の発光素子２３を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができ、これにより、発光強度の低下および被光照射面における照度むらの発生を抑制することができる。
ここに、図の例の発光素子光源ユニット１０によれば、後述する実験例からも明らかなように、基板２１上に接合されている発光素子２３のすべてにおいて、そのジャンクション部（半導体の接合部）の温度を６０℃以下であって、±１℃の温度範囲内とすることができる。

また、発光素子光源ユニット１０においては、供給流路４３の供給用開口４３Ａから、複数の冷却流路４５の各々を介して、排出流路４４の排出用開口４４Ａに至るまでの経路の長さをすべて同一とすることにより、供給流路４３および排出流路４４によって並列に接続されている複数の冷却流路４５の各々に対して、同等量の冷却媒体を流入させることができることから、冷却媒体による複数の発光素子２３の各々に対する冷却効率のより一層の均一化を図ることができる。

この発光素子光源ユニット１０は、図７に示すようにして、光硬化型インクジェットプリンタ装置における定着用光照射器として好適に用いられる。
光硬化型インクジェットプリンタ装置においては、例えば発光素子光源ユニット１０よりなる定着用光照射器は、光硬化型のインクを吐出させるインクジェットのヘッド５１に隣接して一体的に配設されており、当該ヘッド５１から紙などの印刷媒体５２に対して光硬化型のインクが吐出されると、その吐出されたインクの付着した印刷媒体５２に対して光を照射し、これにより、印刷媒体５２にインクが定着あるいは仮定着される。
このような光硬化型インクジェットプリンタ装置による印刷媒体５２に対するインクの定着あるいは仮定着の工程は、ヘッド５１および印刷媒体５２の一方あるいは両方を移動させ、これによってヘッド５１と印刷媒体５２とを、図７において矢印によって示すように、相対的に移動させることによって行われる。

このような光硬化型インクジェットプリンタ装置によれば、定着用光照射器から、十分な発光強度の光を、インクの付着した印刷媒体５２に対して、照射むらなく照射することができるため、最終的に得られる印刷画像を良好な画質のものとすることができる。

本発明の発光素子光源ユニットにおいては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、発光素子光源ユニットにおいては、発光部を構成する発光素子がヒートシンクの上面に直接配置されており、当該ヒートシンクの上面に配線パターンが施されてなる構成、すなわちヒートシンクが基板としての機能を兼ね備えた構成のものであってもよい。
このような場合においては、発光素子がヒートシンクによって直接冷却されることとなるため、より効果的に発光素子を冷却することができる。

また、ヒートシンクは、供給流路と、排出流路との間に、スリットなどよりなる熱授受抑制部が設けられてなる構成のものであってもよい。
このような場合においては、熱授受抑制部によって、供給流路と排出流路との間において熱の授受が行われることを抑制することができるため、排出流路を流動する冷却媒体からの受熱に起因して供給流路において冷却媒体の温度が上昇し、温度勾配が生じることを抑制することができることから、より効率的に発光素子を冷却することができる。

また、ヒートシンクにおいては、ヒートシンク本体が、冷却流路が設けられる上面側部分と、供給流路および排出流路が設けられる下面側部分において異なる材質を有しており、下面側部分が上面側部分に比して熱伝導率の小さい材質よりなるものであってもよい。
このような場合においては、下面側部分の材質を熱伝導率の小さいものとすることにより、供給流路と排出流路との間において熱の授受が行われることを抑制することができるため、排出流路を流動する冷却媒体からの受熱に起因して供給流路において冷却媒体の温度が上昇し、温度勾配が生じることを抑制することができることから、より効率的に発光素子を冷却することができる。
また、このような場合においても、供給流路と、排出流路との間に、スリットなどよりなる熱授受抑制部を設けることにより、より一層効率的に発光素子を冷却することができる。

更に、発光素子光源ユニットは、図８に示すように、ヒートシンク３０における冷却媒体の流通流路が、発光源を構成する発光素子２３の数あるいは配置状態に応じて、複数（図８の例においては３個）の冷却流路４５が一の供給流路４３および一の排出流路４４によって並列に接続されてなる冷却流路並列接続流路４０の複数（図８の例においては３個）が、共通供給流路５５と共通排出流路５６とによって並列に接続されてなる構成のものであってもよい。この共通供給流路５５は、供給部に連通する供給路４１に接続されており、また共通排出流路５６は、排出部に連通する排出路４２に接続されている。
このような構成の発光素子光源ユニットによれば、より多数の発光素子２３を発光源と
することができる。
このような場合においても、供給流路４３と、排出流路４４との間に、スリット３７などよりなる熱授受抑制部を設けることにより、より一層効率的に発光素子を冷却することができる。
この図の例においては、互いに隣接する冷却流路並列接続流路４０間における供給流路４３と排出流路４４との間に、５ｍｍ幅のスリット３７が形成されている。

以下、本発明における作用効果を確認するために行った実験例を示す。

〔実験例１〕
図１の構成を有する発光素子光源ユニット（以下、「発光素子光源ユニット（１）」ともいう。）を作製した。
この発光素子光源ユニット（１）を構成する基板は、ピーク発光波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子１個よりなる発光部４８個が、４．６ｍｍのピッチで２列に配置されてなる、横１６ｍｍ、縦１１３ｍｍ、厚み０．６ｍｍの窒化アルミニウム製のものである。
また、ヒートシンクは、銅製のヒートシンク本体を備え、断面形状が円状（断面積１２ｍｍ^２）の供給路と、断面形状が幅２．５ｍｍ、高さ５ｍｍの矩形状である供給流路と、
断面形状が円状（断面積３ｍｍ^２）の流入路と、断面形状が幅３ｍｍ、高さ１ｍｍの矩形状の冷却流路と、断面形状が円状（断面積３ｍｍ^２）の流出路と、断面形状が幅２．５ｍｍ、高さ５ｍｍの矩形状である排出流路と、断面形状が円状（断面積１２ｍｍ^２）の排出路とよりなり、供給用開口から冷却流路を介して排出用開口に至るまで３つの経路の長さが１６４ｍｍである流通流路が形成されたものである。

作製した発光素子光源ユニット（１）について、ヒートシンク内に対して温度２５℃の冷却水よりなる冷却媒体を種々の条件（総冷却水量）によって供給し、ヒートシンク内に形成されている冷却媒体の流通流路における圧力損失を確認した。結果を図１０において曲線（Ａ）によって示す。
また、供給用開口から冷却流路を介して排出用開口に至るまでの３つの経路の各々について、ヒートシンクに対して冷却媒体を１リットル／分の条件（各冷却流路における冷却媒体の流入条件は１／３リットル／分）で供給した場合の圧力損失を確認したところ、各々、１４．５ｋＰａであった。

また、発光素子光源ユニット（１）について、ヒートシンクに対して冷却媒体を１リットル／分の条件（各冷却流路における冷却媒体の流入条件は１／３リットル／分）で供給し、この場合において、供給用開口における冷却媒体の温度と、供給流路の最も下流側に位置する冷却流路の流入口における冷却媒体の温度との温度差から供給流路における上昇温度を確認したところ、２．５℃であった。また、発熱量１７０Ｗの条件で発光されている発光素子の各々におけるジャンクション部（半導体の接合部）の温度を確認したところ、６０℃以下であって、その温度範囲は±１℃の以内であった。

〔比較実験例１〕
図９に示すように、冷却流路４５が直列に接続されてなる構成の発光素子光源ユニット（以下、「比較用発光素子光源ユニット（１）」ともいう。）を作製した。
この比較用発光素子光源ユニット（１）は、ヒートシンク６０における冷却媒体の流通流路において、３個の冷却流路４５が、断面形状が矩形状の流路６１（幅２．５、高さ５ｍｍ）によって直列に接続されていること以外は発光素子光源ユニット（１）と同様の構成を有するものである。

比較用発光素子光源ユニット（１）について、実験例１と同様にしてヒートシンク内に形成されている冷却媒体の流通流路における圧力損失を確認した。結果を図１０において曲線（Ｂ）によって示す。

図１０の結果から、発光素子光源ユニット（１）においては、冷却媒体の供給量が大きくなるに従って圧力損失が若干大きくなるが、その増加割合が比較用発光素子光源ユニット（１）に比して極めて小さいことが明らかである。
具体的には、例えば１リットル／分の条件で冷却媒体を供給した場合において比較すると、発光素子光源ユニット（１）における一の冷却流路に係る経路の圧力損失が０．０１４５ＭＰａであるのに対して、比較用発光素子光源ユニット（１）における圧力損失は１．２ＭＰａであることから、比較用発光素子光源ユニット（１）においては、発光素子光源ユニット（１）の８０倍以上の圧力によって冷却媒体を供給する必要があることが理解される。

以上の実験例の結果から、本発明に係る発光素子光源ユニット（１）によれば、大きな圧力損失を生じることなく、発光部に対応して冷却媒体を流通させるための流路の総流路長を長くすることができ、また、発光源を構成する複数の発光素子を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができることが確認された。

１０ 発光素子光源ユニット
１１ 光源モジュール
１３ カバー部材
１３Ａ 領域
１７ 光照射窓
１８ 電源供給コネクタ
１９ ビス
２１ 基板
２２ 発光部
２３ 発光素子
２４ コネクタ
３０ ヒートシンク
３１ ヒートシンク本体
３２ 上面側部分
３３ 下面側部分
３４ 供給部
３５ 排出部
３７ スリット
４０ 冷却流路並列接続流路
４１ 供給路
４２ 排出路
４３ 供給流路
４３Ａ 供給用開口
４４ 排出流路
４４Ａ 排出用開口
４５、４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ 冷却流路
４６ 流入口
４７ 流出口
４８ 流入路
４９ 流出路
５１ ヘッド
５２ 印刷媒体
５５ 共通供給流路
５６ 共通排出流路
６０ ヒートシンク
６１ 流路
６５ 流通流路
６６ ＬＥＤ素子
６７ ヒートシンク

Claims (6)

1. 各々１つ以上の発光素子からなる発光部の複数が上面上に位置されるヒートシンクを備えた発光素子光源ユニットにおいて、
   前記ヒートシンクは、その内部に、冷却媒体の冷却流路、供給流路および排出流路を備え、上面側レベルに、１つまたは複数の発光部に対応して冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、当該冷却流路における冷却媒体の流入口および流出口が、それぞれ当該冷却流路よりも下面側レベルに形成された冷却媒体の供給流路および冷却媒体の排出流路に接続されていることを特徴とする発光素子光源ユニット。
2. 前記ヒートシンクに複数の冷却流路が設けられており、当該複数の冷却流路の各々の流入口および流出口が共通の供給流路および共通の排出流路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子光源ユニット。
3. 前記供給流路の最上流位置から冷却流路を介して排出流路の最下流位置に至るまでの経路の長さが、冷却流路の各々について同一であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子光源ユニット。
4. 前記冷却流路が環状であり、冷却媒体の流入口および流出口が互いに対称位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光素子光源ユニット。
5. 前記複数の発光部を構成するすべての発光素子が冷却流路の直上領域に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光素子光源ユニット。
6. 光硬化型インクジェットプリンタ装置の定着用光照射器として用いられることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発光素子光源ユニット。