JP6140672B2 - 絶縁ｌｅｄ装置 - Google Patents

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Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国特許法第119条（e）項に基づいて、2010年8月9日出願の米国仮特許出願第
61/372,060号の優先権を主張するものであり、該米国仮特許出願は、引用により本明細書
中に組み込まれるものとする。
（発明の背景）
（1.発明の分野）
本発明は、発光ダイオードに関し、詳細には、本発明は、放射線を発生させて案内する
ために使用される発光ダイオード使用装置を冷却するための方法に関する。
（2.背景）
LEDは、工業用、例えば、UV重合印刷インキ及びコーティング用の放射線発生において
著しい改善を示すが、このような装置は、かなりの熱量を発生する。この熱は、LEDを利
用する装置から散逸させるか又は除去しないと、どんな反射面も変形させることがあり、
LED自体を著しく損傷させることがある。したがって、LEDを利用する装置から不所望の熱
を除去するための効率的で構造的に簡単なデザインが要望されている。
（発明の概要）
本発明は、動作中のLED装置から熱を除去する簡単であるが効率的な構造を有するLED装
置を提供することによって産業界の上述の要望を実質的に満たす。
LEDアセンブリ、複数の冷却ブリッジ、ヒートシンク、リフレクタカバー、サイドカバ
ー、リフレクタ、並びに連結端部キャップ及び交差端部キャップを備えるLED装置を提供
する。LEDアセンブリは、複数のLEDチップを含むことができる。冷却ブリッジは、ヒート
シンクに取り付けるか又は当接させることができる。リフレクタは、LEDアセンブリから
の放射線を案内するようにリフレクタカバーによって配置することができる。連結端部キ
ャップ及び交差端部キャップは、電気又は熱絶縁材料を含むことができる。
LED装置を製造する方法も提供し、この方法は、（1）複数の冷却ブリッジを水レールに
取り付ける工程であって、該水レールが、一対の軸方向に形成された通路を有する、該工
程；（2）LEDチップから放射される放射線を案内するためにリフレクタを配置する工程；
及び（4）流体回路が形成されるように連結端部キャップ及び交差端部キャップを水レー
ルに取り付ける工程を含む。
LED装置を冷却する方法もさらに提供し、該LED装置は、LEDアレイ、該LEDアレイから放
射される放射線を案内するリフレクタ、該LEDアレイに取り付けられるか又は当接する水
レールを備え、該水レールはまた、冷却ブリッジに取り付けられるか又は当接し、該方法
は、クーラントを、水レール内に形成された軸方向の通路内を循環させる工程を含む。
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、添付の図面を見て考えれば、以下の説明から明
らかになるであろう。
図1は、本発明の絶縁LED装置の一実施形態の斜視図である。 図2は、図1の絶縁LED装置の組立分解図である。 図3は、図1の絶縁LED装置の側面図である。 図4は、図3の線A-Aに沿って切り取った断面図である。
上記の図面は、本発明の単なる例示であり、本発明の範囲を限定することを企図するの
もではないことを理解されたい。
（詳細な説明）
特段の記載がない限り、本明細書で使用される全ての科学技術用語は、本発明が属する
技術分野の一般的な技術者が通常理解する意味と同じ意味を有する。本明細書で説明され
るものと同様又は同等の方法及び材料を使用して本発明を実施することができるが、適切
な方法及び材料を以下に説明する。本明細書で述べる全ての刊行物、特許出願、特許、及
び他の参考文献は、引用により本明細書中に組み込まれている。対立する場合には、定義
を含む本願が優越するものとする。加えて、材料、方法、及び例は、単なる例示であり、
限定することを意図するものではない。
相対的な用語、例えば、前と後、右と左、上と下、上側と下側、又は水平と垂直などの
どの言及も、説明を容易にするためのものであり、本発明又はその構成要素を何れか1つ
の位置定位又は空間的定位に限定することを意図するものではない。添付の図面における
構成要素の寸法は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の実施形態の可能な設計
及び意図する用途によって異なり得る。
本明細書に開示されるさらなる特徴及び方法のそれぞれは、他の特徴及び方法と別個に
又は併せて使用して、本発明の改善された装置、並びにこの装置の製造方法及び使用を提
供することができる。ここで、これらのさらなる特徴及び方法の多くを同時に利用する本
発明の教示の代表的な例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。この詳細な説明は、
本開示の好ましい態様の実施についてのさらなる詳細を単に当業者に教示することを意図
するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。したがって、以
下の詳細な説明で開示される特徴及び方法の組み合わせのみが、広い意味で本発明の実施
に必要というわけではなく、これらの組み合わせはむしろ、特に本発明の代表的な実施形
態及び好ましい実施形態を説明するために単に示される。
本発明の絶縁LED装置の一実施形態が、図面に100として示されており、この実施形態は
、光源、例えば、LEDアセンブリ102、複数の冷却ブリッジ104、ヒートシンク、例えば、
水レール106、リフレクタカバー108、サイドカバー110、連結端部キャップアセンブリ112
、及び交差端部キャップアセンブリ114を備えている。当業者であれば、LEDアセンブリ10
2が、銅版124に支持された複数のLEDチップ122を含むことを容易に理解できよう。LEDア
センブリ102用のいくつかの構造及び材料が、企図される本発明中に存在しても良い。
図示されている実施形態では、水レール106は、熱伝導材料、例えば、アルミニウムか
ら形成することができる。しかしながら、当業者であれば、この水レールを製造するため
の他の許容される材料が容易に分かるであろう。複数の冷却ブリッジ104は、LEDアセンブ
リ102及び水レール106に連結されると、LEDアセンブリ102から熱を逃がし、かつLEDアセ
ンブリ102から放射される放射線を案内するようにこのLEDアセンブリを配置する役割を果
たす。複数のフィン付き通路132、134が、水レール106内に軸方向に画定されている。通
路132、134のそれぞれに形成されたフィン136、138が、該通路132、134に近接した水レー
ル106の表面積を増大させるため、クーラントが該通路132、134を通って循環するときに
熱が水レール106からより効率的に除去される。したがって、循環されるクーラントは、
液体又は気体とすることができる。適切な液体は、水、ポリエチレングリコール水溶液、
及び液化窒素などを含む。適切な気体は、冷却された大気を含む。
末端ブロック144を使用して、各光源セグメントを一緒にジャンパー線でつなぐ、又は1
つ以上の光源を他の光源とは別個に制御できるように光源をグループ分けして、冷却ブリ
ッジの下側及び/又はリフレクタカバーに取り付けることができる。末端ブロックは、光
源と外部電源との間の熱絶縁及び電気絶縁接続を可能にする。
リフレクタカバー108は、外側部分150、及び該外側部分150から延びた内部ローブ152を
有する。外側部分150は、溝153において、軸方向スロット155を形成するリップ構造154に
取り付けられる。スロット156が、外側部分150の下部に形成されている。別のスロット16
0が、外側部分150の下側位置において内側に開口して形成されている。スロット155、156
は、リフレクタ162を受容するように配置されている。リフレクタ162は、スロット155、1
56内に限界一杯に配設され、ローブ152に当接することによって所望の位置及び構造に維
持される。
サイドカバー110は、溝170において、水レール106に取り付けられるか又は接触する。
サイドカバー110は、上側が延長部172で終端し、下側がスロット174で終端している。延
長部172は、リフレクタカバー108のスロット158内に配設される。しかしながら、当業者
であれば、延長部172及びスロット158をそれぞれ、リフレクタカバー108及びサイドカバ
ー110に設けることができることを容易に理解できよう。サイドカバー110のスロット174
及びリフレクタカバー108のスロット160は、協働して窓180を受容して配置する。
窓180は、所望の放射波長の該窓180の通過を許容する材料、例えば、アクリル樹脂材料
、又は当業者に良く知られている材料から選択することができる。
連結端部キャップアセンブリ112は、連結端部キャップ190及び連結絶縁体ブロック192
を有する。連結端部キャップ190は、リフレクタカバー108及びサイドカバー110に固定さ
れて該リフレクタカバー108及びサイドカバー110を配置する。連結絶縁体ブロック192は
、電気絶縁材料、例えば、1つの適切な材料であるアセチルポリマー、Delran（商標）か
ら形成される。しかしながら、当業者であれば、他の適切な材料も使用できることを容易
に理解できよう。クーラントの供給源に連結してクーラントが水レール106に対して出入
りできるように、取り付け具194を、連結絶縁体ブロック192に取り付けることができる。
取り付け具194は、使用されるクーラント、及び水レール106が冷却されて維持される条件
によって異なることを理解されたい。
交差端部キャップアセンブリ114は、交差端部キャップ200及び連結絶縁体ブロック202
を含む。交差端部キャップ200は、連結絶縁体ブロック202を受容して配置するスロット20
4を画定している。連結絶縁体ブロックは、絶縁体ブロック192について説明したように、
Delran（商標）又は別の適切な絶縁材料から形成することができる。連結絶縁体ブロック
202は、通路132、134の一方から出るクーラントを他方の通路に案内するような大きさ及
び位置にスロット206を画定し、これにより本発明のLED装置100のクーラントの循環が形
成されて確立されている。通路132、134の各開口におけるOリング（不図示）の存在によ
り、流体密封シールが容易になり得る。絶縁体ブロックの1つの機能は、LEDアセンブリ10
2、冷却ブリッジ104、水レール106、リフレクタカバー108、及びサイドカバー110は別と
して、本LED装置の残りが冷却されないことであり、これにより、所望の温度に維持する
必要がある本発明の構成要素が、より効率的に冷却される。
任意選択である導管206は、LEDアセンブリ102に電気を供給する電線を収容することが
できる。導管206はまた、存在する場合は、LED装置100を支持して固定することができる
。図示されていないが、当業者であれば、クーラント供給装置が、水レール106に出入り
して循環するクーラントを供給し、かつ受け取るように動作可能に存在できることを理解
できよう。クーラント供給装置は、例えば、使用されるクーラント、並びに所望のクーラ
ントの温度及び流量によって異なる。
リフレクタカバー108、サイドカバー110、及び水レール106のそれぞれとの熱接触220、
222、224が、これらの機能構造と冷却ブリッジ104との間の接合接触によって達成される
。放射エネルギー、例えば、熱の一定のパーセンテージが、照射突出部（カバー106、108
）及びリフレクタ162によって吸収され、結果としてこれらの外側突出部の不所望の加熱
となる。したがって、本発明の冷却ブリッジ104が、不所望の熱をリフレクタカバー108及
びサイドカバー110から冷却ブリッジ106を介して、ヒートシンクである水レール106に伝
達する経路を提供し、これにより外側突出部の温度が低下する。
冷却ブリッジ104は、リフレクタ162を支持する突出部を、本発明のLED装置100の長さに
沿っていくつかの位置で水レール106に正確に結合することによって、放射線源（LEDチッ
プ122）とリフレクタ162との間の均一な光学的アライメントも提供する。
1つの適切なLEDアセンブリは、耐熱性の電気絶縁樹脂、例えば、非晶質熱可塑性ポリエ
ーテルミド（polyethermide）に取り付けられた複数のLEDチップ102を有する。1つの適切
なこのようなポリエーテルミド（polyethermide）は、Ultem（登録商標）（SABIC Innova
tive Plastics）である。この耐熱性樹脂は、熱伝導性であるが電気絶縁性である樹脂、
例えば、SARCON（登録商標）に取り付けられるか又は接着され、この電気絶縁性樹脂は、
熱伝導性かつ導電性プレート124、例えば、銅又はアルミニウムに接着されるか又は結合
される。
上記開示されたものに加えて、他の適切なポリマー又は合成樹脂が、引用により全容が
本明細書中に組み込まれている「プラスチック、エラストマー、及び複合材のハンドブッ
ク（Handbook of Plastics, Elastomers, and Composites）」、第3版、編集主任Charles
a Harper、McGraw-Hill New York (1996)に開示され、説明されている。
当業者であれば、本発明の様々な実施形態で示された個々の構成要素が、ある程度は互
換性があり、これらの構成要素を、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の実施
形態において追加又は交換できることを理解できよう。
本発明の趣旨から逸脱することなく本発明の多数の変更を行うことができるため、本発
明の範囲は、例示され説明された実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の
範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によって決定される。

Claims (19)

  1. ＬＥＤ装置であって：
    カバー；
    該カバーの内側に配置されたＬＥＤアセンブリ；
    該カバーの内側に配置され、かつ該ＬＥＤアセンブリに熱的に連結された複数の熱伝導冷却ブリッジ；
    該カバーの内側に配置され、かつ該複数の冷却ブリッジに取り付けられたヒートシンク；
    該カバーの内側に配置され、かつ該ＬＥＤアセンブリからの放射線を案内するために配置されたリフレクタ；
    該カバーの第一末端を覆って配置された連結端部キャップアセンブリ；
    該カバーの第二末端を覆って配置された交差端部キャップアセンブリ；及び
    連結絶縁体ブロックを備え、
    該連結絶縁体ブロックが該ＬＥＤ装置の各端部に配置されている、前記ＬＥＤ装置。
  2. クーラントを出入りさせるための手段をさらに備える、請求項１記載のＬＥＤ装置。
  3. 前記ヒートシンクが、水レールを備え、該水レールが、クーラントが流れる複数の通路を画定している、請求項１記載のＬＥＤ装置。
  4. 前記冷却ブリッジが金属を含む、請求項１記載のＬＥＤ装置。
  5. 前記冷却ブリッジの金属がアルミニウムを含む、請求項１記載のＬＥＤ装置。
  6. 前記連結端部キャップアセンブリ及び前記交差端部キャップアセンブリが、アルミニウム及び熱絶縁材料をさらに含む、請求項１記載のＬＥＤ装置。
  7. 前記熱絶縁材料がアセチルポリマーを含む、請求項６記載のLED装置。
  8. 前記ヒートシンクが、軸方向に画定された複数の水レール通路を有する水レールを備える、請求項１記載のＬＥＤ装置。
  9. 前記交差端部キャップアセンブリが、前記水レール通路間に交差端部キャップ通路を画定している、請求項８記載のＬＥＤ装置。
  10. 前記連結端部キャップアセンブリ及び前記交差端部キャップアセンブリの熱絶縁材料が前記ヒートシンクに接触している、請求項１記載のＬＥＤ装置。
  11. 前記カバーが、前記連結端部キャップアセンブリ及び前記交差端部キャップアセンブリに取り付けられるリフレクタカバー部位及びサイドカバー部位を備える、請求項１記載のＬＥＤ装置。
  12. 前記リフレクタカバー部位と前記サイドカバー部位との間に延在する窓をさらに備える、請求項１１記載のＬＥＤ装置。
  13. ＬＥＤ装置を製造する方法であって：
    複数のＬＥＤチップを有するＬＥＤアセンブリをヒートシンクに取り付ける工程、ここで該ＬＥＤアセンブリ及び該ヒートシンクは囲いの内に配置される；
    複数の冷却ブリッジを該ヒートシンクに取り付ける工程であって、該ヒートシンクが、一対の軸方向に形成された通路を有する、前記工程；
    該ＬＥＤチップから放射される放射線を案内するためにリフレクタを配置する工程；
    連結端部キャップアセンブリ及び交差端部キャップアセンブリを該囲いに装着する工程；及び
    該連結端部キャップアセンブリ及び該交差端部キャップアセンブリを該一対の軸方向に形成された通路に取り付けて流体回路を形成する工程を含む、前記方法。
  14. リフレクタカバー部位をサイドカバー部位に装置し、前記囲いを形成する工程をさらに含む、請求項１３記載の方法。
  15. 前記リフレクタからの放射線が窓を通過するように前記囲いに該窓を配置する工程をさらに含む、請求項１４記載の方法。
  16. 前記リフレクタが前記囲いの内に配置される、請求項１４記載の方法。
  17. 前記冷却ブリッジと前記リフレクタカバー部位との間、前記冷却ブリッジと前記サイドカバー部位の間、及び前記冷却ブリッジと前記一対の軸方向に形成された通路との間に、熱的な接触を確立する工程をさらに含む、請求項１４記載の方法。
  18. ＬＥＤ装置を冷却する方法であって、該ＬＥＤ装置が、ＬＥＤアレイ、該ＬＥＤアレイから放出された放射線を案内するリフレクタ、該ＬＥＤアレイ装置に装着された水レール、及び接触する冷却ブリッジを備え、各ＬＥＤ装置が囲いの中に配置されており、該水レール内に形成されている軸通路内のクーラントを循環させる工程を含み、該クーラントが、１つの前記軸通路から他方の前記軸通路へ、前記囲いに連結した交差端部キャップアセンブリを介して導かれる、前記方法。
  19. 前記クーラントが、前記囲いに連結した連結端部キャップアセンブリから前記水レールに供給される、請求項１８記載の方法。
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