JP5008882B2

JP5008882B2 - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP5008882B2
Application number: JP2006075849A
Authority: JP
Inventors: 弘小崎; 将裕鈴木; 春彦今泉
Original assignee: 扶桑電機工業株式会社
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: JP2007245102A

Description

本発明は、紫外線硬化型の樹脂の硬化、印刷インクの定着等に使用される紫外線照射装置に関するものであり、詳しくは、発熱した紫外線発光ダイオード（UV−LED）を冷却するための構成に関するものである。

従来より、紫外線発光ダイオード（以下、UV−LED）を採用した紫外線照射装置が存在し、紫外線硬化型の樹脂を硬化させる目的に用いられたり、印刷インクの定着に用いられたり、医療や食品の分野において殺菌処理に用いられたり、その他様々な分野で使用されている。このUV−LEDは、長寿命であるともに消費電力が少ないという優れた特性を持っており、また、素子自体が小型であるため、紫外線照射装置の小型化が実現可能であるという効果もある。

このようなUV−LEDを採用した紫外線照射装置として、例えば、特許文献１が既に提案されている。この特許文献１に記載の紫外線照射装置は、片手で保持した状態で使用可能なように細長いペン形状をしており、その先端部分にUV−LEDを配置して、先端から紫外線を照射可能としたものである。
特開２００５−１０３７８２号公報

UV−LEDを採用した紫外線照射装置においては、前記特許文献１のように、UV−LED素子自体が小型であるためペン形状の先端という狭いスペースに収納可能となった。しかし、UV−LEDは使用すると発熱するため、狭いスペースに収納された状態では熱がこもってしまう。このように熱がこもってUV−LEDが高温状態となると、UV−LEDの出力が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、UV−LEDの温度上昇を抑えて安定した出力を可能とした紫外線照射装置を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、片手で保持可能な細長のペン形状をした筒体内部を通して先端付近にUV−LEDを設け、このUV−LEDに筒体の他端から挿入接続されたケーブルからの電力を供給して筒体の先端から紫外線を照射する紫外線照射装置であって、前記筒体は、熱伝導性を有する材料で形成され、その内部に少なくとも２つの筒孔を有してなり、他端側に近い位置において各筒孔と外部との間をそれぞれ貫通させたエア流通孔を設け、先端のUV−LEDに近い位置にそれぞれの筒孔の間を連通させたエア流路を設け、前記エア流通孔のうち何れかのエア流通孔から流入してその他何れかのエア流通孔から流出するように強制的に筒体内部に冷却用気体を流通させることを特徴とする紫外線照射装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１に加えて、前記UV−LEDは、その一部を前記筒体内で筒体に密着させて設置されることを特徴とする紫外線照射装置である。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に加えて、前記エア流通孔に流入する冷却用気体は、冷却機構を用いて冷却された空気であることを特徴とする紫外線照射装置である。

請求項１記載の発明によれば、筒体は、熱伝導性を有する材料で形成され、その内部に少なくとも２つの筒孔を有してなり、他端側に近い位置において各筒孔と外部との間をそれぞれ貫通させたエア流通孔を設け、先端のUV−LEDに近い位置にそれぞれの筒孔の間を連通させたエア流路を設け、前記エア流通孔のうち何れかのエア流通孔から流入してその他何れかのエア流通孔から流出するように強制的に筒体内部に冷却用気体を流通させるようにしたので、他方のエア流通孔から流入した空気は一方の円筒孔内部を通ってUV−LED側に流れ、先端付近のエア流路で他方の円筒孔側に流れ、他方の円筒孔内部を流れた後に一方のエア流通孔から筒体外部に排出される。このように空気が筒体内部を流れ、その過程で筒体の熱を奪って筒体の温度を下げるため、結果として、UV−LEDの温度上昇を防止することが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、UV−LEDの一部を筒体に密着させて設置したので、熱伝導性の良い材料からなる筒体全体がヒートシンクとして機能し、さらに、内部に空気を流通させることで、効果的な放熱を行うことができ、UV−LEDの温度上昇を防止することが可能となる。また、ケーブルを他端から挿入して接続しているので、作業の邪魔になることがない。

請求項３記載の発明によれば、エア流通孔の他方側に冷却された空気が供給されるように構成したので、より一層効果的に放熱を行うことができ、UV−LEDの温度上昇を防止することが可能となる。

本発明による紫外線照射装置は、片手で保持可能な細長のペン形状をした筒体内部を通して先端付近にUV−LEDを設け、このUV−LEDに筒体の他端から挿入接続されたケーブルからの電力を供給して筒体の先端から紫外線を照射する紫外線照射装置であって、前記筒体は、熱伝導性を有する材料で形成され、その内部に少なくとも２つの筒孔を有してなり、他端側に近い位置において各筒孔と外部との間をそれぞれ貫通させたエア流通孔を設け、先端のUV−LEDに近い位置にそれぞれの筒孔の間を連通させたエア流路を設け、前記エア流通孔のうち何れかのエア流通孔から流入してその他何れかのエア流通孔から流出するように強制的に筒体内部に冷却用気体を流通させることを特徴とするものであり、さらに、前記UV−LEDは、その一部を前記筒体内で筒体に密着させて設置されることを特徴とするものである。以下、図面に基づいて詳細に説明を行う。

本発明による紫外線照射装置１０の構成を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による紫外線照射装置１０の全体の構成を説明したものである。この図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明による紫外線照射装置１０は片手で保持した状態で使用可能なペン型の形状をしたものであり、筒体１１の先端部分にUV−LED２４を設けるとともに焦点距離を定めるレンズを固定するＧ２ホルダ１７がスペーサ２０を介して接続され、他方端には筒体キャップ１２が接続されて、この筒体キャップ１２の先端にケーブル１３がケーブル固定部１４によって固定される。このとき、筒体キャップ１２とケーブル１３を固定する接続部分にＯリング３９を挟んで接続することで、内部のエアが漏れるのを防ぐ。

前記筒体１１は、熱伝導性の良い素材、例えば、白色アルマイト等を材料として円柱状に形成されたものである。図１（ｃ）は、同図（ｂ）のＡ−Ａ’線における筒体１１の断面構造を表したものであるが、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、筒体１１の内側には、中心から略同じ距離の位置に２つの円筒孔２６が貫通させて設けられている。また、筒体１１の筒体キャップ１２を接続する側の付近に、２つの円筒孔２６のそれぞれに対して、後述するエア継ぎ手１５を接続する部分であるエア流通孔３４を設ける。さらに、筒体１１のUV−LED２４を設ける側の付近に、２つの円筒孔２６の間をつなぐエア流路３２を設ける。このエア流路３２は、筒体１１の側面からドリル等によって２つの円筒孔２６の中心を通るように貫通させた後に、筒体１１の外側の部分を穴埋め部材３３によって穴埋め処理することで形成される。よって、図１（ｂ）におけるＢ線の視点で見ると、図１（ｄ）のように、穴埋め部材３３で塞がれた状態となる。

前記筒体キャップ１２は、図１及び図２に示すように、前記筒体１１の一端に対して接続されるが、例えば、前記筒体１１の端部の外周面と筒体キャップ１２の内周面とにそれぞれ対応するネジ山及びネジ溝を形成した状態で螺合によって接続される。このとき、筒体１１と筒体キャップ１２の間にＯリング３８を挟んだ状態で螺合することで、内部のエアが漏れるのを防ぐ。この筒体キャップ１２の内側には、ケーブル固定部１４によって固定されたケーブル１３が通されており、この筒体キャップ１２の内部ではケーブル１３の被覆が剥がされて２本のリード線３１が形成され、このリード線３１は、結束端子３７によって結束された後、筒体１１の円筒孔２６を通ってUV−LED２４に接続される。
このとき、図５に示すように、筒体１１の円筒孔２６の鏡筒キャップ１２接続側には、気密用シリコンゴム４０を設けて内部のエアが漏れるのを防いでいる。この気密用シリコンゴム４０は、密閉できればシリコンゴムに限らずどのようなものであってもよいが、例えば、リード線３１をUV−LED２４に接続して円筒孔２６の中を通した後に、シリコンゴムを後から注入して硬化させるような構成であってもよい。

エア継ぎ手１５は、前記筒体１１の内部に空気を供給するためのものであり、エア流通管１６を通じて筒体１１内に空気を供給する。図示は省略したが、一方のエア継ぎ手１５に接続されたエア流通管１６の先に強制吸気のための機構として、例えば、吸気用のポンプを接続して強制的に吸気することで筒体１１内部のエアを循環させる。循環させる空気は、常温の空気又は冷気を用いるものとし、冷気を用いる場合には、他方のエア流通管１６の先に冷却機構として、例えば、ペルチェ素子等で冷却した空気を供給する構成（図示省略）を設ける。

本発明で使用するUV−LED２４は、例えば、図４（ａ）〜（ｄ）に示すような形状のものとする。図４（ａ）に示すように、正面中央に紫外線を発するLED素子３５が配置され、その周囲にアノードとカソードが形成してある。このUV−LED２４は、図４（ｂ）及び（ｄ）に示すように、厚みをもって形成され、図４（ｃ）に示すように、裏面にもアノード端子とカソード端子が形成してあり、この裏面の端子にリード線３１が半田付け等により接続される。また、このUV−LED２４内部の回路構成は、図４（ｅ）に示すように、LED素子３５と保護回路３６の並列接続となっている。保護回路３６は、LED素子３５を静電気等から保護する働きをする。

次に、UV−LED２４を設ける先端部分の構成を図２及び図３を用いて説明する。
図２（ａ）に示すように、UV−LED２４を設ける先端部分は、２つのレンズとUV−LED２４を固定するための複数の部材からなり、これらは熱伝導性の良い材料、例えば白色アルマイトで構成し、これらは全て外周が円筒形状となっている。先ず、筒体１１の先端部分にUV−LED２４を固定するためのUV−LEDホルダ２５を設置する。ここで、図３（ａ）は、図２（ａ）におけるＣ−Ｃ’線の方向の視点から見た筒体１１であり、図３（ｂ）は、図２（ａ）におけるＤ−Ｄ’線の方向の視点から見たUV−LEDホルダ２５である。図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、筒体１１のUV−LED２４を設ける部分には、アノード端子及びカソード端子と接触を避けるために、接触回避溝２７がそれぞれの端子に対応させて設けてある。また、筒体１１には、UV−LEDホルダ２５をネジ止めするためのネジ受け孔２８が形成されており、図３（ｂ）に示すように、UV−LEDホルダ２５には対応するネジ穴２９が形成してある。UV−LEDホルダ２５の中央には、UV−LED２４が嵌め込まれる嵌めこみ部３０が形成してあり、この嵌めこみ部３０にUV−LED２４を嵌めこんだ状態で筒体１１にUV−LEDホルダ２５をネジ止めする。このように固定すると、UV−LED２４の裏面の中央部分が筒体１１に密着した状態で固定されることになる。

Ｇ１ホルダ２３はＧ１レンズ２２を固定するためのものであり、Ｇ１ホルダ２３の内周面とＧ１レンズ固定部材２１の外周面にそれぞれ対応するネジ山及びネジ溝が形成してある。このＧ１ホルダ２３の内側に設けたレンズ設置溝にＧ１レンズ２２を配置した状態で、Ｇ１レンズ固定部材２１を螺合接続することでＧ１レンズ２２を固定する。また、このＧ１ホルダ２３の外周面と筒体１１の内周面にはそれぞれ対応するネジ山及びネジ溝が形成してあり、Ｇ１レンズ２２を固定したＧ１ホルダ２３全体を螺合接続によって筒体１１に固定する。

Ｇ２ホルダ１７はＧ２レンズ１８を固定するためのものであり、Ｇ２ホルダ１７の内周面とＧ２レンズ固定部材１９の外周面にそれぞれ対応するネジ山及びネジ溝が形成してある。このＧ２ホルダ１７の内側に設けたレンズ設置溝にＧ２レンズ１８を配置した状態で、Ｇ２レンズ固定部材１９を螺合接続することでＧ２レンズ１８を固定する。また、このＧ２ホルダ１７の内周面に設けたネジ溝とＧ１ホルダ２３の外周面に設けたネジ山とは互いに対応しており、筒体１１に固定されたＧ１ホルダ２３に対してスペーサ２０を挟んだ状態で、Ｇ２レンズ１８を固定したＧ２ホルダ１７全体を螺合接続によって固定することで、図２（ｂ）に示すように、全体が一体に構成される。

なお、本発明の紫外線照射装置１０は、医療や食品の分野でも使用されることから、Ｇ２ホルダ１７、スペーサ２０及び筒体１１（さらに、筒体キャップ１２を含んでもよい）の表面を銀メッキ処理することで抗菌作用を持たせる。

以上のような構成における本発明の作用を説明する。
本発明の紫外線照射装置１０を使用する場合には、ケーブル１３で接続された本体装置（図示省略）において操作することで照射開始のためのスイッチをオンさせる。これによりUV−LED２４に電力が供給されて、中心のLED素子３５から紫外線が出力され、これをＧ１レンズ２２とＧ２レンズ１８によって予め設定した照射距離と照射面積で紫外線の照射が行われる。このときUV−LED２４は発熱するため、これを放置するとUV−LED２４自体と筒体１１内部が高温となってしまい、UV−LED２４の出力が低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明では、筒体１１内部の円筒孔２６に空気（又は冷気）を流通させて放熱を促すことでUV−LED２４の温度上昇を防止している。具体的には、図５に示すように、筒体１１の２つの円筒孔２６のエア流通孔３４部分にそれぞれ接続されたエア継ぎ手１５のうち、一方のエア継ぎ手１５（図５では下側）にエア流通管１６を介して接続された吸気用ポンプ（図示省略）を用いて強制吸気を行う。すると、他方のエア継ぎ手１５（図５では上側）から流入した空気は一方の円筒孔２６内部を通ってUV−LED２４側に流れ、先端付近のエア流路３２で他方の円筒孔２６側に流れ、他方の円筒孔２６内部を流れた後に筒体１１外部に排出される。結果、図５の矢印で示すような流れで空気が筒体１１内部を流れ、その過程で筒体１１の熱を奪って筒体１１の温度を下げる。

ここで、UV−LED２４の裏面は熱伝導の良い筒体１１に直接密着しており、また、表面においても一部分がＧ１ホルダ２３に接触しているため、UV−LED２４の発した熱はこの接触面から筒体１１に伝わって、筒体１１全体がヒートシンクとして機能することとなる。ここにさらに前述のように筒体１１内部に空気を流通させているため、効率的にUV−LED２４の発した熱を外部に放出することが可能となる。

このように、本発明による紫外線照射装置１０は、筒体１１全体を使ったヒートシンクによる放熱効果と、筒体１１内部に空気を流通させることによる空冷効果とが同時に働くことによって、UV−LED２４の温度上昇を効率良く抑えることができる。これにより、継続的に使用してもUV−LED２４の出力が低下することがなく、安定した出力で紫外線の照射を行うことが可能となる。

前記実施例では、一方のエア継ぎ手１５（図５では下側）にエア流通管１６を介して接続された吸気用ポンプ（図示省略）を用いて強制吸気を行う構成としたが、本発明はこれに限られるものではなく、何れか一方のエア継ぎ手１５にエア流通管１６を介して送風機構を設ける構成であってもよく、この場合であっても前記実施例と同様に、筒体１１内部の円筒孔２６に空気が流れて放熱効果を得ることができる。

前記実施例では、筒体１１内部に２つの円筒孔２６を設けた構成としたが、本発明はこれに限られるものではなく、筒体１１内部にリード線を通すことができ、かつ、内部に空気を流通させることが出来る構成であれば、円筒孔２６の個数は限定されるものではない。例えば、円筒孔２６を４つ形成して２つの円筒孔２６に同時に空気を流通させるような構成であってもよいし、リード線３１を通すための円筒孔２６と空気を流通させるための円筒孔２６を別個に設けてもよい。また、円筒形状であることに限定されず、多角形形状の筒孔であってもよい。よって、筒孔という場合には、これらの全てを含んだものとする。

前記実施例では、UV−LED２４から出力された紫外線を２つのレンズを用いて照射する構成となっていたためレンズホルダも２つ用いているが、本発明はこれに限られるものではなく、１つのレンズを１つのレンズホルダで固定するようなものであってもよい。
また、図４に示したUV−LED２４に限らず、他のUV−LEDであってもよく、そのような場合であっても、一部を筒体１１に密着させることによって、放熱効果を得ることができる。

前記実施例では、筒体１１は円筒形状に形成したものとして説明を行ったが、これはユーザの持ち易さを考慮したためであり、必ずしも円筒形状である必要はなく、例えば、８角形などの多角形形状をした筒状体で形成してもよい。

（ａ）は、本発明による紫外線照射装置１０の全体の構成を表した側面図、（ｂ）は、その断面図、（ｃ）は、Ａ−Ａ’線における断面図、（ｄ）は、Ｂ線の方向から見た筒体１１の上面図である。（ａ）は、図１の紫外線照射装置１０の先端部分の各部品を表した断面図、（ｂ）は、組立て後の紫外線照射装置１０の先端部分の詳細な構成を表した断面図である。（ａ）は、筒体１１の正面図、（ｂ）は、UV−LEDホルダ２５の正面図である。（ａ）乃至（ｄ）は、UV−LED２４の各方向の模式図、（ｅ）は、UV−LED２４の内部回路図である。本発明による紫外線照射装置１０の使用状態を表した模式図である。

符号の説明

１０…紫外線照射装置、１１…筒体、１２…筒体キャップ、１３…ケーブル、１４…ケーブル固定部、１５…エア継ぎ手、１６…エア流通管、１７…Ｇ２ホルダ、１８…Ｇ２レンズ、１９…Ｇ２レンズ固定部材、２０…スペーサ、２１…Ｇ１レンズ固定部材、２２…Ｇ１レンズ、２３…Ｇ１ホルダ、２４…UV−LED、２５…UV−LEDホルダ、２６…円筒孔、２７…接触回避溝、２８…ネジ受け孔、２９…ネジ穴、３０…嵌めこみ部、３１…リード線、３２…エア流路、３３…穴埋め部材、３４…エア流通孔、３５…LED素子、３６…保護回路、３７…結束端子、３８…Ｏリング、３９…Ｏリング、４０…気密用シリコンゴム。

Claims

片手で保持可能な細長のペン形状をした筒体内部を通して先端付近にUV−LEDを設け、このUV−LEDに筒体の他端から挿入接続されたケーブルからの電力を供給して筒体の先端から紫外線を照射する紫外線照射装置であって、前記筒体は、熱伝導性を有する材料で形成され、その内部に少なくとも２つの筒孔を有してなり、他端側に近い位置において各筒孔と外部との間をそれぞれ貫通させたエア流通孔を設け、先端のUV−LEDに近い位置にそれぞれの筒孔の間を連通させたエア流路を設け、前記エア流通孔のうち何れかのエア流通孔から流入してその他何れかのエア流通孔から流出するように強制的に筒体内部に冷却用気体を流通させることを特徴とする紫外線照射装置。
前記UV−LEDは、その一部を前記筒体内で筒体に密着させて設置されることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
前記エア流通孔に流入する冷却用気体は、冷却機構を用いて冷却された空気であることを特徴とする請求項１又は２記載の紫外線照射装置。