JP5834989B2 - 光照射装置、及び光照射システム - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた光照射装置、及び光照射システムに関する。

ＬＥＤを光源とする装置としては種々のものが提案されている。例えば、特許文献１に開示された光照射装置では、水冷ジャケットを設けることで、複数のＬＥＤを冷却している。

特開２００９−１２９６４２号公報

ところで、光の照射面積を大きくするためには、上記のような装置を複数組み合わせる必要がある。しかしながら、複数の装置を用いると、各装置に対して冷媒を供給する必要があり、配管等の冷媒の供給経路が複雑になるという問題がある。本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、複数の光照射装置を組み合わせる場合でも、冷媒の供給経路を簡素化することができる光照射装置及び光照射システムを提供することを目的とする。

本発明に係る光照射装置は、第１の方向に延び冷媒が供給される少なくとも１つの第１流路及び少なくとも１つの第２流路を有する第１の面、及び当該第１の面の反対側に形成された第２の面を有し、熱伝導性を有する冷却部材であって、前記両流路が前記第１の方向の両端部で外部に開放する開口を有するとともに、一端部において前記両流路を連通する連通路を有する、冷却部材と、前記第２の面側に配置される、複数の発光ダイオードと、前記第１の方向の一端部に配置され、前記連通路を開放するとともに当該一端部に形成された前記各流路の開口を塞ぐ第１の態様と、前記連通路を塞ぐとともに当該一端部に形成された前記各流路の開口を開放する第２の態様と、をとりうる流路切換機構と、を備えている。

この構成によれば、流路切換機構が第１の態様にあるときは、この光照射装置を単体で用いることができ、第２の態様にあるときは複数の光照射装置を連結して用いることができる。すなわち、切換機構が第１の態様にあるときは、第１の流路を第１の方向の他端部側から一端部側へ向かって流れる冷媒が、連通路を介して第２の流路に流れた後、一端部側へ流れるように構成される。一方、第２の態様にあるときは、例えば、第１の流路を流れる冷媒を開口を介して外部へ排出するとともに、外部から開口を介して第２の流路に冷媒を流すことができる。したがって、第２の態様にあるときに、他の光照射装置を連結すれば、この装置に冷媒を流すことができる。このとき、他の光照射装置の流路切換機構を第１の態様にしておけば、２つの光照射装置の間で冷媒を流通させることができる。その結果、第２の態様の光照射装置に冷媒を流せば、第１の態様の光照射装置にも冷媒を供給でき、さらにこの光照射装置から冷媒が戻ってくるため、冷媒の供給源を一つにすることができ、冷媒の供給経路を簡素化することができる。なお、第１の流路及び第２の流路は冷却部材の第１の面の表面に形成されていてもよいし、第１の面の内部に形成されていてもよい。

上記光照射装置の第１の面側には、第１の流路へ冷媒を供給する供給部と、前記第２の流路から冷媒を排出する排出部と、を設けることができる。

本発明に係る光照射システムは、前記流路切換機構が前記第１の態様となっている、上述した第１の光照射装置と、前記流路切換機構が前記第２の態様となっている、少なくとも一つの上述した第２の光照射装置と、を備え、前記第１の光照射装置の前記他端部側の開口と、前記第２の照射装置の前記一端部側の開口とが連通する。

上記第２の照射装置に設けられる流路切換機構に、冷却部材の一端部側の開口に挿入される中空の筒状に形成された連結部材を設け、この連結部材において、一端部側に挿入される部分に上記連通路を塞ぐ閉鎖部を設けることができる。そして、一端部側の開口から外部へ突出する部分が、第１または第２の照射装置の他端部の開口に挿入されるように構成することができる。このようにすると、連結部材によって隣接する光照射装置を連結することができるとともに、連結部材を介して、連結される光照射装置間に冷媒を流すことができる。

上記光照射システムにおいて、光の照射面積を大きくするには、所望の数の第２の光照射装置を設ければよい。そのとき、第２の光照射装置同士は、一方の第２の光照射装置の一端部側の開口と、他方の第２の照射装置の他端部側の開口とを連通させればよい。

上記各光照射装置に配置される複数の発光ダイオードを、第１の方向に沿って第１の間隔で配置し、隣接する光照射装置の境界を挟んで隣接する発光ダイオード間の第２の間隔を、第１の間隔と同じにすることができる。この構成により、複数の光照射装置を連結しても、装置間の境界で発光ダイオードからの光の照度が低下するのを防止することができる。したがって、照度のムラが発生するのを防止することができる。なお、第１の間隔と第２の間隔とは同じであることが好ましいが、光の照度の低下を防止できる限りにおいては、厳密な同一を意味するものではない。

本発明の光照射装置によれば、装置内部を効率的に冷却することができる。

本発明の一実施形態に係る光照射装置の透視斜視図である。 図１の光照射装置を他の方向から見た透視斜視図である。 図１の光照射装置を下方から見た斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態に係る光照射装置において制御部を取り外した状態を示す斜視図である。 冷却ブロックを第１端部側から見た斜視図である。 連結部材の斜視図である。 連結部材の取り付けを示す斜視図である。 ２つの光照射装置を並べた斜視図である。 取り付けられた連結部材を冷却ブロックの内部から見た斜視図である。 ２つの光照射装置を連結した斜視図である。 ２つの光照射装置を連結した下面図である。 連通路の閉鎖のための他の例を示す図である。

以下、本発明に係る光照射装置及び光照射システムの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光照射装置の透視斜視図、図２は図１の光照射装置を他の方向から見た透視斜視図、図３は図１の光照射装置を下方から見た斜視図、図４は図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、上記透視図では筐体が透明になっているが、説明の便宜のためである。

（１）光照射装置の構造
図１〜図４に示すように、この光照射装置１は、直方体状に形成された筐体１を有しており、筐体１の下面から紫外線が照射される。以下では、筐体１の延びる方向を長手方向（第１の方向）、それと直交する方向を幅方向（図４の左右方向）、長手方向における図１の左側を第１端部、右側を第２端部、さらに図４の上下方向を上下方向と称することとするが、この方向の定義は説明の便宜のためであり、発明を限定するものではない。筐体１の内部には、紫外線を照射する複数の紫外線発光ダイオード（紫外線ＬＥＤ）、及びこの紫外線ＬＥＤの駆動を制御する制御基板などが配置されている。

まず、筐体１の内部構造について説明する。図４に示すように、筐体１の内部は、下方から上方に向かって概ね３つの領域に分かれており、各領域には、下から紫外線照射部３、冷却部４、及び制御部５が配置されている。

まず、紫外線照射部３から説明する。この紫外線照射部３は、後述する冷却部４の冷却ブロック４１の下面に当接する支持基板３１を有し、この支持基板３１の下面に複数の紫外線ＬＥＤ３２が実装されている。複数の紫外線ＬＥＤ３２は、長手方向に延びる４列に分けて配置されるとともに、２列を一組とした２つのＬＥＤユニット３３で構成されている。両ＬＥＤユニット３３は幅方向に所定間隔をおいて配置されており、各ＬＥＤユニット３３の下方の照射空間Ｓには、照射された紫外線が下方に向かうように反射するリフレクタが配置されており、このリフレクタは冷却部４の両側から下方に延びる連結部材４８によって支持されている。本実施形態のリフレクタは、４つの部品から形成されている。すなわち、上述した連結部材４８に固定される一対の第１反射部材６１と、両ＬＥＤユニット３３の間に配置される一対の第２反射部材６２とで構成されている。そして、各ＬＥＤユニット３３から照射される紫外線を幅方向に挟むように各第１及び第２反射部材６１，６２を配置することで、紫外線が下方に向くように反射される。

各第１反射部材６１は、断面Ｌ字型の板材で形成されており、連結部材４８の下面に当接する第１反射部６１１と、この第１反射部６１１の端部から支持基板３１に向かって照射空間Ｓを上方に延びる第２反射部６１２とで構成されている。一方、各第２反射部材６２も断面Ｌ字型の板材で形成されており、第１反射部材６１の第１反射部６１２と平行に延びる第１反射部６２１と、この第１反射部６２１の端部から支持基板３１に向かって照射空間Ｓを上方に延びる第２反射部６２２とで構成されている。

上述したように、各照射空間Ｓでは、照射された紫外線を挟むように、第１反射部材６１と第２反射部材６２が配置されているが、各反射部材６１，６２の第２反射部６１２，６２２は、２箇所で照射空間Ｓ内に向かって若干折り曲げられて傾斜している。これにより、第２反射部６１２，６２２は、擬似的に円弧を形成するため、完全な円弧を形成することなく、簡易な加工で紫外線を下方に向けて反射することができる。また、各第２反射部材６２には、長手方向の全長に渡って第１反射部６２１が設けられているのではなく、図３に示すように、長手方向の半分にそれぞれ設けられている。したがって、対向する２つの第２反射部材６２は、第１反射部６２１が互い違いに噛み合うように配置され、これにより、第１反射部６２１が長手方向に連続して延びるようになる。

図４に示すように、紫外線照射部３の最下部、つまり筐体１の底面には、両照射空間Ｓを覆う汚れ防止板３７が設けられている。この汚れ防止板３７は、紫外線が透過可能な透明な材料であり、石英ガラス等で形成される。

次に、冷却部４について、図５も参照しつつ説明する。図５は、本実施形態に係る光照射装置において制御部を取り外した状態を示す斜視図である。図１〜図５に示すように、冷却部４は、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料で形成された扁平状の冷却ブロック４１を有している。上述したように、冷却ブロック４１の下面（第２の面）には、紫外線ＬＥＤ３２の支持基板３１が取り付けられているが、熱伝導性を高めるため、冷却ブロック４１の下面と支持基板３１との間には公知の放熱グリスが塗布されている。これにより、冷却ブロック４１及び支持基板３１の接触部分の凹凸を埋めることができ、熱伝導効果を向上させている。一方、冷却ブロック４１の上面（第１の面）には、水冷用の水が供給される一対の溝、つまり第１溝４１１及び第２溝４１２が形成されている。両溝４１１，４１２は、幅方向に沿って平行に配置され、長手方向に沿って延びている。両溝４１１，４１２は、長手方向の全体に亘って形成されているのではなく、冷却ブロック４１の両端部との間に所定の隙間を残している。そして、この部分には、冷却ブロック４１の長手方向の端面に開放する円筒状の貫通孔（開口）４１３が形成されており、各溝４１１，４１２の両端部と連通している。また、各端面には、貫通孔４１３から幅方向の外側に位置決めピン４０を取り付けるための取付孔４１４がそれぞれ形成されている。さらに、両溝４１１，４１２の長手方向の一端部には、制御部５を貫通して上方に向かって延びるノズルがそれぞれ設けられている。すなわち、第１溝４１１には水が供給される供給ノズル（供給部）７１が連結され、第２溝４１２には水を排出する排出ノズル（排出部）７２が連結されている。一方、両溝４１１，４１２の長手方向の他端部には、これらを幅方向に連通する連通路４１５が形成されている。そして、上記のように構成された冷却ブロック４１の上面には、両溝を覆う蓋部材４９配置されている。

次に、各溝４１１，４１２において、水の流れを規制する構造について、図６も参照しつつ説明する。図６は、冷却ブロックを第１端部側から見た斜視図である。図６（ａ）に示すように、冷却ブロック４１の長手方向の両端部において、各溝４１１，４１２に連通する貫通４１３には、それぞれ閉鎖キャップ７３が取り付けられている（図６（ａ）は説明のため、一方の貫通孔４１３にのみ閉鎖キャップ７３を取り付けている）。図６（ｂ）に示すように、この閉鎖キャップ７３は、円筒状に形成され、外周面にＯリング７３１が配置されている。この閉鎖キャップ７３を４箇所、つまり両溝４１１，４１２の両端部の貫通孔４１３にそれぞれ取り付けることで、冷却ブロック４１にはＵ字型の流路が形成される。すなわち、図５に示すように、供給ノズル７１から第１溝４１１の供給された水は、第２端部に向かって流れ、連通路４１５を通過して第２溝４１２に流れ込んだ後、ここから第１端部側へ向かって流れ、排出ノズル７２から外部へ排出される。

続いて、制御部５について説明する。冷却部４の上部には、直方体上の空間が形成されており、この空間内に、紫外線ＬＥＤ３２の駆動を制御する制御基板（図示省略）が配置されている。制御基板には、定電流回路が配置されており、電源端子から供給される電力を設定された電流値で各紫外線ＬＥＤ３２に供給する。その他、ＣＰＵ，通信回路、紫外線ＬＥＤ３２の照射時間等の記録を行う回路などが配置されており、紫外線ＬＥＤ３２の駆動を制御するようになっている。なお、制御基板を、この光照射装置の外部の外部に配置することもでき、その場合には、制御部は空洞となる。制御基板が配置される外部の装置は、例えばコントロールボックスとすることができ、制御基板、電源などが配置される。

（２）光照射装置の連結構造
次に、上記のように構成された光照射装置同士を連結する連結構造について、図７から図１０も参照しつつ説明する。図７は連結部材の斜視図、図８は連結部材の取り付けを示す斜視図、図９は２つの光照射装置を並べた斜視図、図１０は取り付けられた連結部材を冷却ブロックの内部から見た斜視図である。光照射装置同士を連結するには、図７に示すような連結部材８を用いる。この連結部材８は、全体として円筒状に形成され、上述した冷却ブロック４１の貫通孔４１３に挿入される。より詳細には、円筒状の本体部８１と、この本体部８１の軸方向の端部から延びる一対の閉鎖部８２とで構成されている。本体部８１の内部には、軸方向に延びる貫通孔８３が形成されており、外周面には、２箇所において環状溝８４が形成されている。図８に示すように、各環状溝８４にはＯリング８５が取り付けられ、各Ｏリング８５が、連結される光照射装置の冷却ブロック４１内にそれぞれ配置される。これにより、連結部材８と各貫通孔４１３とが液密に連結される。各閉鎖部８２は貫通孔８３を挟んで対向するように配置され、断面が円弧状に形成されている。そして、その外周面の円弧の曲面が本体部８１の外周面と連続するように形成されている。

次に、光照射装置の連結方法について説明する。まず、図９に示すように、２つの光照射装置を準備する。ここでは、説明の便宜上、図９の左側にある光照射装置を第１光照射装置１０、右側にある装置を第２光照射装置２０と称することとする。はじめに、第１光照射装置１０の各ノズル７１，７２に水が流通するパイプを連結するための連結管９をそれぞれ取り付ける。一方、第２光照射装置２０の各ノズル７１，７２には蓋部材（図示省略）を取り付け、ここから水が流出しないようにする。次に、第１光照射装置１０の第１端部側の貫通孔４１３、及び第２光照射装置２０の第２端部の貫通孔４１３に、それぞれ閉鎖キャップ７３を取り付ける。続いて、第１光照射装置１０の第２端部の貫通孔４１３に上述した連結部材８を取り付ける。この点について、図１０を参照して説明する。

図１０に示すように、第１光照射装置１０の貫通孔４１３には、連結部材８の閉鎖部８２側を挿入する。このとき、連結部材８の本体部８１において閉鎖部側にあるＯリング８５が貫通孔４１３の壁面と当接する位置まで連結部材８を貫通孔４１３に押し込む。このとき、本体部８１において、貫通孔４１３から突出する部分に、もう一方のＯリング８５が取り付けられている。この状態で、連結部材８を軸周りに回しながら、周方向の位置決めを行う。すなわち、図１０に示すように、冷却ブロック４１において両溝４１１、４１２を連通する連通路４１５が、連結部材８の閉鎖部８２によって塞がれるように、連結部材８を軸周りに回転して位置決めを行う。こうして、両連結部材８の閉鎖部８２が連通路４１５を塞ぐと、第１溝４１１を流れる水は、連結部材８を介して外部に流れ出るようになる。なお、冷却ブロック４１の連通路４１５には、閉鎖部８２の軸方向端部に当接するストッパ４１９が設けられており（図８参照）、所定の長さ以上に連結部材８が冷却ブロック４１に入り込むのを制限している。また、連結部材８の取り付けとともに、冷却ブロック４１の端面の取付孔４１４に位置決めピン４０を取り付ける。位置決めピン４０は、図８に示すように、一端部が冷却ブロック４１に挿入され、他端部は冷却ブロック４１から突出した状態となる。これに続いて、第２光照射装置２０を第１光照射装置１０に連結する。すなわち、第１光照射装置１０から突出した連結部材８の端部を、第２光照射装置２０の第１端部側の貫通孔４１３に挿入する。同時に、第１光照射装置１０から突出する位置決めピン４０を第２光照射装置２０の取付孔４１４に挿入する。こうして、図１１に示すように、両光照射装置１０，２０が連結される。

また、図１２に示すように、連結された光照射装置の下面では、ＬＥＤユニットが長手方向に連続した状態になっており、各光照射装置１０，２０において隣接する紫外線ＬＥＤ３２間の長手方向の間隔（第１の間隔）と、両光照射装置１０、２０の境界を挟んで配置される紫外線ＬＥＤ３２間の間隔（第２の間隔）とが、ほぼ同じ長さになっている。これにより、境界における照度の低下を防止し、紫外線の照射ムラが生じるのを防止している。

（４）光照射装置による効果
以上のように構成された光照射装置によれば、冷却ブロック４１に形成されたすべての貫通孔４１３に閉鎖キャップ７３を取り付ければ（第１の態様）、この光照射装置を単体で用いることができ、第２端部の貫通孔４１３に連結部材８を取り付ければ（第２の態様）、複数の光照射装置を連結して用いることができる。すなわち、第１の態様にあるときは、第１溝４１１を長手方向の第１端部側から第２端部側へ向かって流れる水が、連通路４１５を介して第２溝４１２に流れた後、第１端部側へ流れるように構成される。一方、第２の態様にあるときは、例えば、第１溝４１１を流れる水を貫通孔４１３を介して外部へ排出するとともに、外部から貫通孔４１３を介して第２溝４１２に水を流すことができる。したがって、第２の態様にあるときに、他の光照射装置を連結すれば、この装置に水を流すことができる。このとき、他の光照射装置を第１の態様にしておけば、２つの光照射装置の間で水を流通させることができる。したがって、光照射装置を、所望の照射面積に応じて連結することができ、且つ連結したすべての光照射装置に水を供給してＬＥＤを冷却することができる。このとき、各光照射装置に外部から水を供給するのではなく、第１端部に配置される光照射装置にのみ水を供給すれば、すべての光照射装置に水が供給されるため、装置を簡素化することができる。

（５）変形例
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。

例えば、上記光照射装置を第１の態様と第２の態様に切り替える際には、閉鎖キャップ７３及び連結部材８を利用しているが、これに限定されるものではなく、種々の態様が可能である。例えば、図１３に示すように、バタフライバルブのような回転可能なバルブ９５を設け、図１３（ａ）に示すように、連通路４１５を開放する態様と、図１３（ｂ）に示すように、回転により連通路４１５を塞ぐ態様とを、とりうるように構成することもできる。バルブ９５の軸は、筐体１の上面から突出させ、これにハンドルを取り付け、筐体１の外部からバルブ９５の操作を行うようにすることができる。また、図１３（ａ）に示すように、連通路４１５を塞ぐ場合には、貫通孔４１３に閉鎖キャップ７３を取り付ける。一方、図１３（ｂ）に示すように、連通路４１５を塞ぐ場合には、貫通孔４１３には連結部材８０を取り付ける。但し、この連結部材８０は図８に示すような閉鎖部８２を設ける必要はなく、単に本体部８１のみを備えた連結部材８０であればよい。

また、水を供給する場合には、上記ノズル７１，７２からではなく、長手方向の最端部に配置された第１の態様にある光照射装置の貫通孔４１３から供給することもできる。

上記実施形態では、冷媒として水を利用しているが、空気を流すこともできる。但し、この場合には、冷却効果を高めるため、溝４１１，４１２にはフィンなどの熱交換器を設けることが好ましい。また、水を流すために、冷却ブロック４１に溝４１１，４１２を形成しているが、冷却ブロック４２を貫通する貫通孔であってもよい。また、溝、貫通孔は、複数設けてもよい。

また、本発明に係る光照射装置は、例えば、印刷物のインクを乾燥させるための紫外線の照射装置として用いることができるが、これ以外の用途でも使用可能である。さらに、上記実施形態では、紫外線を照射する紫外線ＬＥＤを用いていたが、この構成に限定されず、紫外線ＬＥＤに替えて、他の波長域の光を発する発光ダイオードを用いることもできる。例えば、可視光を発光する発光ダイオードを、紫外線ＬＥＤに替えて使用することができる。

１０，２０ 光照射装置
３１ ＬＥＤ基板（基板）
３２ 紫外線ＬＥＤ（発光ダイオード）
４１ 冷却ブロック（冷却部材）
４１１ 第１溝（第１流路）
４１２ 第２溝（第２流路）
４１３ 貫通孔（開口）
４１５ 連通路
７１ 供給ノズル（供給部）
７２ 排出ノズル（排出部）
８ 連結部材

Claims (7)

1. 第１の方向に延び冷媒が供給される少なくとも１つの第１流路及び少なくとも１つの第２流路を有する第１の面、及び当該第１の面の反対側に形成された第２の面を有し、熱伝導性を有する冷却部材であって、前記両流路が前記第１の方向の両端部で外部に開放する開口を有するとともに、一端部において前記両流路を連通する連通路を有する、冷却部材と、
   前記第２の面側に配置される、複数の発光ダイオードと、
   前記第１の方向の一端部に配置され、前記連通路を開放するとともに当該一端部に形成された前記各流路の開口を塞ぐ第１の態様と、前記連通路を塞ぐとともに当該一端部に形成された前記各流路の開口を開放する第２の態様と、をとりうる流路切換機構と、
   を備えている、光照射装置。
2. 前記流路切換機構が第１の態様にあるとき、前記第１の流路を前記第１の方向の他端部側から一端部側へ向かって流れる冷媒が、前記連通路を介して前記第２の流路に流れた後、前記他端部側へ流れるように構成されている、請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記第１の面側に、前記第１の流路へ冷媒を供給する供給部と、前記第２の流路から冷媒を排出する排出部と、が設けられている、請求項１または２に記載の第１の光照射装置。
4. 前記流路切換機構が前記第１の態様となっている、請求項１に記載の第１の光照射装置と、
   前記流路切換機構が前記第２の態様となっている、少なくとも一つの請求項１に記載の第２の光照射装置と、
   を備え、
   前記第１の光照射装置の前記他端部側の開口と、前記第２の照射装置の前記一端部側の開口とが連通する、光照射モジュール。
5. 前記第２の照射装置に設けられる前記流路切換機構は、前記一端部側の開口に挿入される中空の筒状に形成された連結部材を備えており、
   当該連結部材において、前記一端部側に挿入される部分が前記連通路を塞ぐ閉鎖部を有し、当該一端部側の開口から外部へ突出する部分が、前記第１または第２の照射装置の他端部の開口に挿入される、請求項４に記載の光照射モジュール。
6. 複数の前記第２の光照射装置を備え、
   前記第２の光照射装置同士は、一方の当該第２の光照射装置の前記一端部側の開口と、他方の前記第２の照射装置の前記他端部側の開口とが連通する、請求項４または５に記載の光照射モジュール。
7. 前記各光照射装置に配置される前記複数の発光ダイオードは、前記第１の方向に沿って第１の間隔で配置されており、
   隣接する前記光照射装置の境界を挟んで隣接する前記発光ダイオード間の第２の間隔は、前記第１の間隔と同じである、請求項４から６のいずれかに記載の光照射モジュール。