JP6599379B2 - 放熱装置及びそれを備える光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光照射装置の光源等を冷却するための放熱装置に関し、特に、複数枚の放熱フィンを挿通するヒートパイプを備えたヒートパイプ式の放熱装置と、該放熱装置を備える光照射装置に関する。

従来、オフセット枚葉印刷用のインキとして、紫外光の照射により硬化する紫外線硬化型インキが用いられている。また、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等、ＦＰＤ（Flat Panel Display）回りの接着剤として、紫外線硬化樹脂が用いられている。このような紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂の硬化には、一般に、紫外光を照射する紫外光照射装置が用いられる。

紫外光照射装置としては、従来から高圧水銀ランプや水銀キセノンランプ等を光源とするランプ型照射装置が知られているが、近年、消費電力の削減、長寿命化、装置サイズのコンパクト化の要請から、従来の放電ランプに替えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源として利用した紫外光照射装置が開発されている。

このようなＬＥＤを光源として利用した紫外光照射装置は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の紫外光照射装置は、複数の発光素子（ＬＥＤ）が搭載された光照射デバイス等を有する光照射モジュールを複数備えている。複数の光照射モジュールは、一列に並べて配置されており、複数の光照射モジュールに対向して配置された照射対象物の所定領域に対してライン状の紫外光が照射されるようになっている。

このように、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。そこで、特許文献１に記載の紫外光照射装置においては、各光照射デバイスの裏面に放熱用部材を配置し、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。

特許文献１に記載の放熱用部材は、冷媒を流すことによって冷却する、いわゆる水冷方式のものであるが、冷媒用の配管等が必要になるため、装置自体が大きくなるといった問題や、漏水の対策を行う必要がある等の問題がある。そこで、空冷でありながらも、高い放熱効率を有する方式として、ヒートパイプを用いた構成も提案されている（例えば、特許文献２）。

特許文献２に記載の光照射装置は、複数の発光素子（ＬＥＤ）が搭載された発光モジュールの裏面側に、ヒートパイプと、ヒートパイプに嵌挿接続されてなる複数の放熱フィンとを有しており、ＬＥＤで発生する熱をヒートパイプで輸送し、放熱フィンから空気中に放熱する構成を採っている。

特開２０１５−１５３７７１号公報 特開２０１４−０３８８６６号公報

特許文献２に開示された光照射装置の放熱装置によれば、ＬＥＤによって発生した熱がヒートパイプによって速やかに輸送され、多数の放熱フィンから放熱されるため、ＬＥＤが効率よく冷却される。このため、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。また、特許文献２に記載の放熱装置は、ヒートパイプをコの字状に折り曲げて、ＬＥＤの出射方向と相反する方向に熱を輸送する構成であるため、ＬＥＤの出射方向に対して垂直な方向の光照射装置のサイズをコンパクトなものにできる。

しかしながら、特許文献２の放熱装置のように、ヒートパイプをコの字状に折り曲げる構成の場合、ヒートパイプの湾曲部が発光モジュールのベースプレート（支持部材）から浮いてしまうと、当該浮いた部分の冷却能力が著しく低下してしまうため、ベースプレート全体を確実に冷却しようとすれば、ヒートパイプの直線部をベースプレートの裏面全体に亘って密着するように配置しなければならず、ヒートパイプの湾曲部がベースプレートの外側（つまり、発光モジュールの外形よりも外側）に突出してしまうといった問題がある。そして、ヒートパイプの湾曲部がベースプレートの外側に突出してしまうと、ＬＥＤの並び方向（つまり、ヒートパイプの直線部が延びる方向）に近接して配置することができず、特許文献１に記載されている構成のように、光照射デバイスをライン状に連結配置することができない。

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、ヒートパイプを用いてベースプレート（支持部材）全体を確実に冷却しつつも、ライン状に連結配置可能な放熱装置を提供し、さらにはこの放熱装置を備えた光照射装置をすることである。

上記目的を達成するため、本発明の光照射装置は、基板と、基板の表面上に配置された複数のＬＥＤ素子と、板状の形状を呈し、第１主面側が基板の裏面に密着するように配置される支持部材と、支持部材に支持されると共に、支持部材と熱的に接合し、複数のＬＥＤ素子からの熱を輸送するヒートパイプと、第１主面と対向する第２主面に面する空間内に配置され、ヒートパイプと熱的に接合し、ヒートパイプによって輸送された熱を放熱する複数の放熱フィンと、を有する放熱装置と、を備える光照射装置であって、ヒートパイプは、支持部材と熱的に接合される第１直線部と、複数の放熱フィンと熱的に接合される第２直線部と、第１直線部と第２直線部が連続するように、第１直線部の一端部と第２直線部の一端部とを接続する接続部と、を有し、第１直線部が延びる方向のヒートパイプの長さは、第１直線部が延びる方向の支持部材の長さと同一か、または僅かに短く、接続部は、第１直線部の一端部近傍に支持部材と熱的に接合される湾曲部を有し、複数のＬＥＤ素子は、第１直線部が延びる方向に所定のピッチで配置され、第１直線部が延びる方向の両端に位置するＬＥＤ素子は、支持部材の一端及び他端から所定のピッチの１／２の位置にそれぞれ配置され、第１直線部が延びる方向において、第１直線部から支持部材の一端までの距離、及び接続部から支持部材の他端までの距離が所定のピッチの１／２以下であり、複数の光照射装置を第１直線部が延びる方向に並べたときに、第１主面が連続するように連結可能であることを特徴とする。

このような構成によれば、第１直線部が延びる方向において、冷却能力のバラツキが少なく、基板を一様に（略均一に）冷却することができ、基板上に配置されたＬＥＤ素子も略均一に冷却される。従って、各ＬＥＤ素子間における温度差も少なく、温度特性に起因する照射強度のバラツキも少なくなる。また、ヒートパイプ及び放熱フィンは、支持部材の第２主面に面する空間から逸脱しないように構成されているため、第１直線部が延びる方向においても複数の放熱装置を連結することができる。

また、ヒートパイプを複数備え、複数のヒートパイプの第１直線部は、第１直線部が延びる方向と略直交する方向に第１の所定の間隔をおいて配置されていることが望ましい。

また、複数のヒートパイプの第２直線部は、第２主面に略平行で、かつ第１直線部が延びる方向と略直交する方向に第１の所定の間隔をおいて配置されていることが望ましい。

また、複数のヒートパイプの第２直線部は、第２主面に略平行で、かつ第１直線部が延びる方向と略直交する方向に第１の所定の間隔よりも長い第２の所定の間隔をおいて配置されていることが望ましい。

また、第２主面に面する空間内に配置され、第２主面に対して略垂直な方向に気流を生成するファンを備える構成とすることもできる。

また、第１直線部が延びる方向から見たときに、各ヒートパイプの第２直線部の位置が、第２主面に略垂直な方向及び略平行な方向において異なることが望ましい。また、この場合、第２主面に面する空間内に配置され、第２主面に対して略平行な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、複数の放熱フィンは、複数のヒートパイプの第１直線部と第２直線部とで囲まれた空間内に切欠部を有し、切欠部で形成された空間内に配置され、第２主面に対して斜め方向に気流を生成するファンを備える構成とすることもできる。

また、第２直線部が、第２主面に対して略平行であることが望ましい。

また、支持部材は、第２主面側に、第１直線部と湾曲部に応じた形状の溝部を有しており、第１直線部と湾曲部が、溝部に嵌まり込むように配置されることが望ましい。

また、複数のＬＥＤ素子が、第１直線部が延びる方向と略直交する方向に複数列に配置されることが望ましい。

また、複数のＬＥＤ素子が、基板を挟んで第１直線部と相対する位置に配置されていることが望ましい。

また、ＬＥＤ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。

以上のように、本発明によれば、ヒートパイプを用いてベースプレート（支持部材）全体を確実に冷却しつつも、ライン状に連結配置可能な放熱装置と、当該放熱装置を備えた光照射装置が実現される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る放熱装置を備えた光照射装置の概略構成を説明する外観図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る放熱装置を備えた光照射装置に備わるＬＥＤユニットの構成を説明する図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係る放熱装置の構成を説明する図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係る放熱装置を備えた光照射装置をＸ軸方向に連結した状態を示す図である。 図５は、本発明の第１の実施形態に係る放熱装置を備えた光照射装置をＸ軸方向及びＹ軸方向に連結した状態を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施形態に係る放熱装置の変形例の構成を示す図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る放熱装置を備えた光照射装置の概略構成を説明する外観図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る放熱装置を連結した状態を示す図である。 図９は、本発明の第２の実施形態に係る放熱装置の変形例の構成を示す図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態に係る放熱装置を備えた光照射装置の概略構成を説明する外観図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態に係る放熱装置を連結した状態を示す図である。 図１２は、本発明の第３の実施形態に係る放熱装置の変形例の構成を示す図である。 図１３は、本発明の第４の実施形態に係る放熱装置を備えた光照射装置の概略構成を説明する外観図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態に係る放熱装置を連結した状態を示す図である。 図１５は、本発明の第４の実施形態に係る放熱装置の変形例の構成を示す図である。

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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放熱装置２００を備えた光照射装置１０の概略構成を説明する外観図である。本実施形態の光照射装置１０は、オフセット枚葉印刷用のインキとして用いられる紫外線硬化型インキや、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等で接着剤として用いられる紫外線硬化樹脂を硬化させる光源装置に搭載される装置であり、照射対象物に対向して配置され、照射対象物の所定のエリアに紫外光を出射する。本明細書においては、放熱装置２００のヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａが延びる方向をＸ軸方向、ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａが並ぶ方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向をＺ軸方向と定義して説明する。なお、光照射装置１０が搭載される光源装置の用途や仕様によって、求められる照射エリアが異なるため、本実施形態の光照射装置１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に連結可能に構成されている（詳細は後述）。

（光照射装置１０の構成）
図１に示すように、本実施形態の光照射装置１０は、ＬＥＤユニット１００と、放熱装置２００と、を備えている。なお、図１（ａ）は、本実施形態の光照射装置１０の正面図（Ｚ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図１（ｂ）は、平面図（Ｙ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図１（ｃ）は、右側面図（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図１（ｄ）は、左側面図（Ｘ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）であり、図１（ｅ）は、背面図（Ｚ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）である。

（ＬＥＤユニット１００の構成）
図２は、本実施形態のＬＥＤユニット１００の構成を説明する図であり、図１のＢ部拡大図である。図１（ａ）及び図２に示すように、ＬＥＤユニット１００は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に略平行な矩形板状の基板１０５と、基板１０５上に配置された複数のＬＥＤ素子１１０と、を備えている。

基板１０５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の配線基板であり、図１（ａ）に示すように、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、２０個（Ｘ軸方向）×１０列（Ｙ軸方向）の態様で、２００個のＬＥＤ素子１１０がＣＯＢ（Chip On Board）実装されている。基板１０５上には、各ＬＥＤ素子１１０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１１０は、アノードパターン及びカソードパターンにそれぞれ電気的に接続されている。また、基板１０５は、不図示の配線ケーブルによってＬＥＤ駆動回路（不図示）と電気的に接続されており、各ＬＥＤ素子１１０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。

ＬＥＤ素子１１０は、ＬＥＤ駆動回路から駆動電流の供給を受けて、紫外光（例えば、波長３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、３９５ｎｍ、４０５ｎｍ）を出射する半導体素子である。本実施形態においては、２０個のＬＥＤ素子１１０がＸ軸方向に所定の行ピッチＰＸで配置され、これを一列としてＹ軸方向に１０列のＬＥＤ素子１１０が所定の列ピッチＰＹで配置されている（図２）。従って、各ＬＥＤ素子１１０に駆動電流が供給されると、ＬＥＤユニット１００からはＸ軸方向に略平行な１０本の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１１０は、略一様な光量の紫外光を出射するように各ＬＥＤ素子１１０に供給される駆動電流が調整されており、ＬＥＤユニット１００から出射される紫外光は、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。また、本実施形態の光照射装置１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に連結可能することにより照射エリアを変更することができるように構成されており、光照射装置１０が連結されたときに、隣接する光照射装置１０との間でＬＥＤ素子１１０の配置が連続するように、Ｘ軸方向の両端部に位置するＬＥＤ素子１１０は、放熱装置２００の支持部材２０１の縁から１／２ＰＸの位置に配置され、Ｙ軸方向の両端部に位置するＬＥＤ素子１１０は、放熱装置２００の支持部材２０１の縁から１／２ＰＹの位置に配置されている（図２）。

（放熱装置２００の構成）

図３は、本実施形態の放熱装置２００の構成を説明する図である。図３（ａ）は、図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ部拡大図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＤ部拡大図である。放熱装置２００は、ＬＥＤユニット１００の基板１０５の裏面（ＬＥＤ素子１１０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１１０で発生した熱を放熱する装置であり、支持部材２０１と、複数のヒートパイプ２０３と、複数の放熱フィン２０５とで構成されている。各ＬＥＤ素子１１０に駆動電流が流れ、各ＬＥＤ素子１１０から紫外光が出射されると、ＬＥＤ素子１１０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。このため、本実施形態においては、基板１０５の裏面に密着するように放熱装置２００を設け、ＬＥＤ素子１１０で発生する熱を、基板１０５を介して放熱装置２００に伝導し、強制的に放熱している。

支持部材２０１は、熱伝導率の高い金属（例えば、銅、アルミニウム）で形成された矩形板状の部材である。支持部材２０１は、第１主面２０１ａがグリス等の熱伝導部材を介して基板１０５の裏面に密着するように取り付けられ、熱源となるＬＥＤユニット１００が発する熱を受熱する。本実施形態の支持部材２０１の第２主面２０１ｂ（第１主面２０１ａと対向する面）には、後述するヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａと湾曲部２０３ｃａの形状に応じた溝部２０１ｃが形成されており（図１（ｄ）、図３）、支持部材２０１によってヒートパイプ２０３が支持されるようになっている。このように、本実施形態の支持部材２０１は、ヒートパイプ２０３を支持すると共に、ＬＥＤユニット１００からの熱を受熱する受熱部として機能するようになっている。

ヒートパイプ２０３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３に示すように、本実施形態の各ヒートパイプ２０３は、Ｙ軸方向から見たときに、略逆コの字状の形状を有しており、Ｘ軸方向に延びる第１直線部２０３ａと、第１直線部２０３ａと略平行にＸ軸方向に延びる第２直線部２０３ｂと、第１直線部２０３ａと第２直線部２０３ｂが連続するように第１直線部２０３ａの一端（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）の一端）と第２直線部２０３ｂの一端（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）の一端）とを接続する接続部２０３ｃとから構成されている。なお、本実施形態のヒートパイプ２０３は、光照射装置１０が連結したときに互いに干渉することがないように、支持部材２０１の第２主面２０１ｂに面する空間から逸脱しないように配置されている。

各ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａは、支持部材２０１からの熱を受け取る部分であり、各ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａが支持部材２０１の溝部２０１ｃに嵌まり込んだ状態で不図示の固定具又は接着剤によって固定され、支持部材２０１と熱的に結合している（図３）。本実施形態においては、５個のヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａが、Ｙ軸方向に所定の間隔をおいて均等に配置されている（図１（ｃ）、図１（ｄ））。

各ヒートパイプ２０３の第２直線部２０３ｂは、第１直線部２０３ａによって受け取った熱を放熱する部分であり、各ヒートパイプ２０３の第２直線部２０３ｂが放熱フィン２０５の貫通孔２０５ａに挿通され、放熱フィン２０５と機械的及び熱的に結合している（図３）。本実施形態においては、５個のヒートパイプ２０３の第２直線部２０３ｂが、Ｙ軸方向に所定の間隔をおいて並べて配置されている（図１（ｃ）、図１（ｄ））。なお、本実施形態の各ヒートパイプ２０３の第２直線部２０３ｂの長さは、第１直線部２０３ａの長さと略等しい。

各ヒートパイプ２０３の接続部２０３ｃは、支持部材２０１の第２主面２０１ｂから突出するように第１直線部２０３ａの一端からＺ軸方向上流側（負の方向側）に延び、第２直線部２０３ｂの一端に接続されている。つまり、接続部２０３ｃは、第２直線部２０３ｂが第１直線部２０３ａと略平行となるように、第２直線部２０３ｂを折り返している。各ヒートパイプ２０３の接続部２０３ｃの第１直線部２０３ａの近傍及び第２直線部２０３ｂの近傍には、接続部２０３ｃが座屈しないように、湾曲部２０３ｃａ、２０３ｃｂが形成されている。なお、本実施形態においては、湾曲部２０３ｃａも溝部２０１ｃに嵌まり込んだ状態で固定され、支持部材２０１と熱的に結合するようになっている。

放熱フィン２０５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２０５には、各ヒートパイプ２０３の第２直線部２０３ｂが挿入される貫通孔２０５ａが形成されている。本実施形態においては、５０枚の放熱フィン２０５が、各ヒートパイプ２０３の第２直線部２０３ｂに順に挿入され、Ｘ軸方向に所定の間隔を空けて並べて配置されている。なお、各放熱フィン２０５は、各貫通孔２０５ａにおいて、各ヒートパイプ２０３の第２直線部２０３ｂと溶接やはんだ付け等によって機械的及び熱的に結合している。なお、本実施形態の放熱フィン２０５は、光照射装置１０が連結したときに互いに干渉することがないように、支持部材２０１の第２主面２０１ｂに面する空間から逸脱しないように配置されている。

各ＬＥＤ素子１１０に駆動電流が流れ、各ＬＥＤ素子１１０から紫外光が出射されると、ＬＥＤ素子１１０の自己発熱により温度が上昇するが、各ＬＥＤ素子１１０で発生した熱は、基板１０５、支持部材２０１を介して各ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａに速やかに伝導（移動）する。そして、各ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａに熱が移動すると、各ヒートパイプ２０３内の作動液が熱を吸収して蒸発し、作動液の蒸気が接続部２０３ｃ、第２直線部２０３ｂ内の空洞を通って移動するため、第１直線部２０３ａの熱は第２直線部２０３ｂに移動する。そして、第２直線部２０３ｂに移動した熱は、さらに第２直線部２０３ｂに結合している複数の放熱フィン２０５に移動し、各放熱フィン２０５から空気中に放熱される。各放熱フィン２０５から放熱されると、第２直線部２０３ｂの温度も低下するため、第２直線部２０３ｂ内の作動液の蒸気も冷却されて液体に戻り、第１直線部２０３ａに移動する。そして、第１直線部２０３ａに移動した作動液は、新たに基板１０５、支持部材２０１を介して伝導される熱を吸収するために用いられる。

このように、本実施形態においては、各ヒートパイプ２０３内の作動液が第１直線部２０３ａと第２直線部２０３ｂとの間を循環することにより、各ＬＥＤ素子１１０で発生した熱が速やかに放熱フィン２０５に移動し、放熱フィン２０５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１１０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。

なお、放熱装置２００の冷却能力は、ヒートパイプ２０３の熱輸送量と、放熱フィン２０５の放熱量によって決定される。また、基板１０５上に二次元に配置された各ＬＥＤ素子１１０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１０５をＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って均一に冷却することが求められるところ、特に本実施形態の光照射装置１０においては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に連結可能に構成されており、支持部材２０１の端部周辺にまでＬＥＤ素子１１０が配置されているため、支持部材２０１の端部周辺まで均一に冷却しなければならないといった問題がある。

そこで、本実施形態の放熱装置２００においては、各ヒートパイプ２０３のＸ軸方向の長さを、支持部材２０１のＸ軸方向の長さと同一か、または僅かに短くなるように構成すると共に、各ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａと湾曲部２０３ｃａが支持部材２０１と熱的に接合するように構成することで、Ｘ軸方向に沿って均一に冷却している。つまり、各ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａと湾曲部２０３ｃａを用いて支持部材２０１からの熱を受け取る構成とすることで、各ヒートパイプ２０３がＸ軸方向に突出することなく、かつ支持部材２０１のＸ軸方向の両端部に亘って均一に冷却されるようになっている。また、Ｙ軸方向については、複数のヒートパイプ２０３をＹ軸方向に均等に配置することでＹ軸方向に沿っても均一に冷却している。なお、図３（ｂ）に示すとおり、各ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａの先端から支持部材２０１の縁までの距離ｄ１は、（図２に示す）ＬＥＤ素子１１０のＸ軸方向のサイズＬｘの１／２以下であることが好ましい。また同様に、図３（ｃ）に示すとおり、各ヒートパイプ２０３の湾曲部２０３ｃａから支持部材２０１の縁までの距離ｄ２は、ＬＥＤ素子１１０のＸ軸方向のサイズＬｘの１／２以下であることが好ましい。

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１０５を一様に（略均一に）冷却することができ、基板１０５上に配置された２００個のＬＥＤ素子１１０も略均一に冷却される。従って、各ＬＥＤ素子１１０間における温度差も少なく、温度特性に起因する照射強度のバラツキも少ない。また、図１及び図３に示すように、本実施形態のヒートパイプ２０３及び放熱フィン２０５は、支持部材２０１の第２主面２０１ｂに面する空間から逸脱しないように構成されているため、光照射装置１０を連結しても互いに干渉することがない。

図４は、本実施形態の光照射装置１０をＸ軸方向に連結した状態を示す図であり、図４（ａ）は、平面図（Ｙ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図４（ｂ）は、正面図（Ｚ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）である。図４（ａ）に示すように、本実施形態の光照射装置１０は、ヒートパイプ２０３及び放熱フィン２０５が、支持部材２０１の第２主面２０１ｂに面する空間から逸脱しないように構成されているため、支持部材２０１を接合して、支持部材２０１の第１主面２０１ａが連続するように（つまり、隣接する光照射装置１０との間でＬＥＤ素子１１０の配置が連続するように）連結配置することが可能である。従って、仕様や用途に応じて、様々なサイズのライン状の照射エリアを形成することが可能となる。

図５は、本実施形態の光照射装置１０をＸ軸方向及びＹ軸方向に連結した状態を示す図であり、図５（ａ）は、平面図（Ｙ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図５（ｂ）は、正面図（Ｚ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）である。図５に示すように、本実施形態の光照射装置１０は、ヒートパイプ２０３及び放熱フィン２０５が、支持部材２０１の第２主面２０１ｂに面する空間から逸脱しないように構成されているため、支持部材２０１を接合して、支持部材２０１の第１主面２０１ａが連続するように（つまり、隣接する光照射装置１０との間でＬＥＤ素子１１０の配置が連続するように）、マトリックス配置することが可能である。従って、仕様や用途に応じて、様々なサイズの照射エリアを形成することが可能となる。

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。

例えば、本実施形態の放熱装置２００においては、図１に示すように、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて並ぶ５個のヒートパイプ２０３と、５０枚の放熱フィン２０５を備える構成としたが、ヒートパイプ２０３及び放熱フィン２０５の数はこれに限定されるものではない。放熱フィン２０５の数は、ＬＥＤ素子１１０の発熱量や放熱フィン２０５の周囲の空気の温度等の関係で定まり、ＬＥＤ素子１１０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２０３の数は、ＬＥＤ素子１１０の発熱量や各ヒートパイプ２０３の熱輸送量等との関係で定まり、ＬＥＤ素子１１０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。

また、本実施形態においては、基板１０５上に２０個（Ｘ軸方向）×１０列（Ｙ軸方向）の態様で、ＬＥＤ素子１１０が配置され、基板１０５の裏面側に５個のヒートパイプ２０３を配置する構成としたが、冷却効率の観点からは、基板１０５上の各ＬＥＤ素子１１０が、各ヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａと相対する位置に配置されることが望ましい。

また、本実施形態においては、５個のヒートパイプ２０３の第１直線部２０３ａ及び第２直線部２０３ｂが、Ｙ軸方向に所定の間隔をおいて均等に配置されているものとして説明したが（図１（ｃ）、図１（ｄ））、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。第１直線部２０３ａ及び第２直線部２０３ｂの間隔は、ＬＥＤ素子１１０の配置に応じて、徐々に拡がる（又は狭まる）ように構成してもよい。

また、本実施形態の放熱装置２００は、自然空冷されるものとして説明したが、さらに放熱装置２００に冷却風を供給するファンを設け、放熱装置２００を強制空冷することも可能である。

（変形例１）
図６は、本実施形態の放熱装置２００の変形例に係る放熱装置２００Ｍを備えた光照射装置１０Ｍを示す図である。図６（ａ）は、本変形例の光照射装置１０Ｍの平面図（Ｙ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図６（ｂ）は、右側面図（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）である。図６に示すように、本変形例の光照射装置１０Ｍは、放熱装置２００Ｍが冷却ファン２１０を備えている点で、本実施形態の光照射装置１０と異なる。

冷却ファン２１０は、放熱装置２００ＭのＺ軸方向上流側（負の方向側）に配置され、放熱装置２００Ｍに冷却風を供給する装置である。図６（ｂ）に示すように、冷却ファン２１０は、支持部材２０１の第２主面２０１ｂに対して垂直な方向（つまり、Ｚ軸方向又はＺ軸方向と相反する方向）に気流Ｗを生成する。冷却ファン２１０によって生成された気流Ｗは、各放熱フィン２０５の間を流れ、各放熱フィン２０５を冷却すると共に、各放熱フィン２０５に挿通された各ヒートパイプ２０３の第２直線部２０３ｂ、及び支持部材２０１の第２主面２０１ｂを冷却する。従って、本変形例の構成によれば、放熱装置２００Ｍの冷却能力を格段に向上させることができる。なお、冷却ファン２１０は、図４及び図５に示すような、光照射装置１０Ｍを連結した構成においても適用することができ、この場合、各放熱装置２００Ｍに対して１つの冷却ファン２１０を設けてもよく、また複数の放熱装置２００Ｍに対して１つの冷却ファン２１０を設けてもよい。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る放熱装置２００Ａを備えた光照射装置２０の概略構成を説明する外観図である。図７（ａ）は、本実施形態の光照射装置２０の平面図（Ｙ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図７（ｂ）は、背面図（Ｚ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）であり、図７（ｃ）は、右側面図（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図７（ｄ）は、左側面図（Ｘ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）である。本実施形態の光照射装置２０は、ヒートパイプ２０３Ａの第１直線部２０３Ａａの配置間隔が狭く、また第２直線部２０３Ａｂの配置間隔が広くなっている点で、第１の実施形態の放熱装置２００と異なる。つまり、本実施形態の放熱装置２００Ａにおいては、各ヒートパイプ２０３Ａの第１直線部２０３Ａａは、Ｘ軸方向から見たときに、支持部材２０１Ａの中央部に近接してＹ軸方向に略平行に配置されており、各ヒートパイプ２０３Ａの第２直線部２０３Ａｂは、Ｘ軸方向から見たときに、第１直線部２０３Ａａの間隔よりも広い間隔をおいてＹ軸方向に略平行に配置されている。このような構成によれば、支持部材２０１Ａの中央部の冷却能力を高めることができるため、例えば、ＬＥＤユニット１００のＬＥＤ素子１１０が基板１０５のＹ軸方向略中央部に集中して配置されている場合に有効である。なお、本実施形態の光照射装置２０も第１の実施形態の光照射装置１０と同様、ヒートパイプ２０３Ａ及び放熱フィン２０５Ａが、支持部材２０１Ａの第２主面２０１Ａｂに面する空間から逸脱しないように構成されているため、図８に示すように、支持部材２０１Ａを接合して、支持部材２０１Ａの第１主面２０１Ａａが連続するように連結配置することが可能である。

（変形例２）
図９は、本実施形態の放熱装置２００Ａの変形例に係る放熱装置２００ＡＭを備えた光照射装置２０Ｍの右側面図（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）である。図９に示すように、本変形例の光照射装置２０Ｍは、放熱装置２００ＡＭが冷却ファン２１０Ａを備えている点で、本実施形態の光照射装置２０と異なる。

冷却ファン２１０Ａは、変形例１の冷却ファン２１０と同様、放熱装置２００ＡＭのＺ軸方向上流側（負の方向側）に配置され、放熱装置２００ＡＭに冷却風を供給する装置である。図７及び図９に示すように、本変形例においては、第２直線部２０３Ａｂ（図９において不図示）のＹ軸方向の間隔が拡がっているため、変形例１と比較して、より多くの気流Ｗが支持部材２０１Ａの第２主面２０１Ａｂに到達する。従って、本変形例の構成によれば、放熱装置２００ＡＭの冷却能力をさらに向上させることができる。なお、冷却ファン２１０Ａは、図８に示すような、光照射装置２０Ｍを連結した構成においても適用することができ、この場合、各放熱装置２００ＡＭに対して１つの冷却ファン２１０Ａを設けてもよく、また複数の放熱装置２００ＡＭに対して１つの冷却ファン２１０Ａを設けてもよい。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る放熱装置２００Ｂを備えた光照射装置３０の概略構成を説明する外観図である。図１０（ａ）は、本実施形態の光照射装置３０の平面図（Ｙ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図１０（ｂ）は、背面図（Ｚ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）であり、図１０（ｃ）は、右側面図（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図１０（ｄ）は、左側面図（Ｘ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）である。本実施形態の光照射装置３０は、Ｘ軸方向から見たときに、各ヒートパイプ２０３Ｂの第２直線部２０３Ｂｂの位置がＹ軸方向及びＺ軸方向において異なり（図１０（ｄ））、各ヒートパイプ２０３Ｂの接続部２０３Ｂｃ（図１０（ａ）、図１０（ｃ））の長さがそれぞれ異なっている点、また放熱フィン２０５Ｂが、支持部材２０１Ｂの第２主面２０１ＢｂのＹ軸方向上流側（負の方向側）に形成されており、支持部材２０１Ｂの第２主面２０１ＢｂのＹ軸方向下流側（正の方向側）に空間Ｐ（図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ））が形成されている点で第１の実施形態の放熱装置２００と異なる。従って、このような構成によれば、空間Ｐに他の部品（例えば、冷却ファン、ＬＥＤ駆動回路等）を配置することができる。なお、本実施形態の各ヒートパイプ２０３Ｂの第１直線部２０３Ｂａは、第２の実施形態の放熱装置２００Ａと同様、Ｘ軸方向から見たときに、支持部材２０１Ｂの中央部に近接してＹ軸方向に略平行に配置されている。従って、支持部材２０１Ｂの中央部の冷却能力を高めることができるため、例えば、ＬＥＤユニット１００のＬＥＤ素子１１０が基板１０５のＹ軸方向略中央部に集中して配置されている場合に有効である。また、本実施形態の光照射装置３０も第１の実施形態の光照射装置１０と同様、ヒートパイプ２０３Ｂ及び放熱フィン２０５Ｂが、支持部材２０１Ｂの第２主面２０１Ｂｂに面する空間から逸脱しないように構成されているため、図１１に示すように、支持部材２０１Ｂを接合して、支持部材２０１Ｂの第１主面２０１Ｂａが連続するように連結配置することが可能である。

（変形例３）
図１２は、本実施形態の放熱装置２００Ｂの変形例に係る放熱装置２００ＢＭを備えた光照射装置３０Ｍの右側面図（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）である。図１２に示すように、本変形例の光照射装置３０Ｍは、放熱装置２００ＢＭが冷却ファン２１０Ｂを備えている点で、本実施形態の光照射装置３０と異なる。

冷却ファン２１０Ｂは、支持部材２０１Ｂの第２主面２０１Ｂｂ上の空間Ｐ内に配置され、放熱装置２００ＢＭに冷却風を供給する装置である。図１２に示すように、本変形例の冷却ファン２１０Ｂは、支持部材２０１Ｂの第２主面２０１Ｂｂに対して略平行な方向（つまり、Ｙ軸方向又はＹ軸方向と相反する方向）に気流Ｗを生成する。冷却ファン２１０Ｂによって生成された気流Ｗは、各放熱フィン２０５Ｂの間を流れ、各放熱フィン２０５Ｂを冷却すると共に、各放熱フィン２０５Ｂに挿通された各ヒートパイプ２０３Ｂの第２直線部２０３Ｂｂ（図１０）を冷却する。本変形においては、各ヒートパイプ２０３Ｂの第２直線部２０３Ｂｂ（図１０）の位置がＺ軸方向に異なっているため、冷却ファン２１０Ｂによって生成された気流Ｗが各第２直線部２０３Ｂｂ（図１０）に確実にあたることとなる。従って、本変形例の構成によれば、放熱装置２００ＢＭの冷却能力を格段に向上させることができる。なお、冷却ファン２１０Ｂは、図１１に示すような、光照射装置３０Ｍを連結した構成においても適用することができ、この場合、各放熱装置２００ＢＭに対して１つの冷却ファン２１０Ｂを設けてもよく、また複数の放熱装置２００ＢＭに対して１つの冷却ファン２１０Ｂを設けてもよい。

（第４の実施形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る放熱装置２００Ｃを備えた光照射装置４０の概略構成を説明する外観図である。図１３（ａ）は、本実施形態の光照射装置４０の平面図（Ｙ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図１３（ｂ）は、背面図（Ｚ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）であり、図１３（ｃ）は、右側面図（Ｘ軸方向下流側（正の方向側）から見た図）であり、図１３（ｄ）は、左側面図（Ｘ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）である。本実施形態の光照射装置４０は、Ｘ軸方向から見たときに、各ヒートパイプ２０３Ｃの第２直線部２０３Ｃｂの位置がＹ軸方向及びＺ軸方向において異なっている（図１３（ｄ））。具体的には、Ｙ軸方向下流側（正の方向側）に位置するヒートパイプ２０３Ｃの第２直線部２０３ＣｂのＺ軸方向の位置（つまり、第２主面２０１Ｃｂからの高さ）が、Ｙ軸方向上流側（負の方向側）に位置するヒートパイプ２０３Ｃの第２直線部２０３ＣｂのＺ軸方向の位置（つまり、第２主面２０１Ｃｂからの高さ）よりも高くなるように構成されており、各ヒートパイプ２０３Ｃの接続部２０３Ｃｃ（図１３（ａ）、図１３（ｃ））の長さがそれぞれ異なっている点、また放熱フィン２０５Ｃが、各第２直線部２０３Ｃｂよりも下側の位置で切欠いた切欠部２０５Ｃａを有しており、切欠部２０５Ｃａ、各ヒートパイプ２０３Ｃ、第２主面２０１Ｃｂで囲まれる空間Ｑ（図１３（ｃ）、図１３（ｄ））が形成されている点、で第１の実施形態の放熱装置２００と異なる。このような構成によれば、空間Ｑに他の部品（例えば、冷却ファン、ＬＥＤ駆動回路等）を配置することができる。なお、本実施形態の各ヒートパイプ２０３Ｃの第１直線部２０３Ｃａは、第２の実施形態の放熱装置２００Ａと同様、Ｘ軸方向から見たときに、支持部材２０１Ｃの中央部に近接してＹ軸方向に略平行に配置されている。従って、支持部材２０１Ｃの中央部の冷却能力を高めることができるため、例えば、ＬＥＤユニット１００のＬＥＤ素子１１０が基板１０５のＹ軸方向略中央部に集中して配置されている場合に有効である。また、本実施形態の光照射装置４０も第１の実施形態の光照射装置１０と同様、ヒートパイプ２０３Ｃ及び放熱フィン２０５Ｃが、支持部材２０１Ｃの第２主面２０１Ｃｂに面する空間から逸脱しないように構成されているため、図１４に示すように、支持部材２０１Ｃを接合して、支持部材２０１Ｃの第１主面２０１Ｃａが連続するように連結配置することが可能である。

（変形例４）
図１５は、本実施形態の放熱装置２００Ｃの変形例に係る放熱装置２００ＣＭを備えた光照射装置４０Ｍの左側面図（Ｘ軸方向上流側（負の方向側）から見た図）である。図１５に示すように、本変形例の光照射装置４０Ｍは、放熱装置２００ＣＭが冷却ファン２１０Ｃを備えている点で、本実施形態の光照射装置４０と異なる。

冷却ファン２１０Ｃは、切欠部２０５Ｃａ、各ヒートパイプ２０３Ｃ、第２主面２０１Ｃｂで囲まれる空間Ｑ内に配置され、放熱装置２００ＣＭに冷却風を供給する装置である。図１５に示すように、本変形例の冷却ファン２１０Ｃは、切欠部２０５Ｃａに対向して配置され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対して傾斜する方向に気流Ｗを生成する。冷却ファン２１０Ｃによって生成された気流Ｗは、各放熱フィン２０５Ｃの間を流れ、各放熱フィン２０５Ｃを冷却すると共に、各放熱フィン２０５Ｃに挿通された各ヒートパイプ２０３Ｃの第２直線部２０３Ｃｂを冷却する。本変形例においては、各ヒートパイプ２０３Ｃの第２直線部２０３Ｃｂが切欠部２０５Ｃａに沿うように（つまり、冷却ファン２１０Ｃと対向するように）配置されているため、冷却ファン２１０Ｃによって生成された気流Ｗが各第２直線部２０３Ｃｂに確実にあたることとなる。従って、本変形例の構成によれば、放熱装置２００ＣＭの冷却能力を格段に向上させることができる。なお、冷却ファン２１０Ｃは、図１４に示すような、光照射装置４０Ｍを連結した構成においても適用することができ、この場合、各放熱装置２００ＣＭに対して１つの冷却ファン２１０Ｃを設けてもよく、また複数の放熱装置２００ＣＭに対して１つの冷却ファン２１０Ｃを設けてもよい。

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。

１０、１０Ｍ、２０、２０Ｍ、３０、３０Ｍ、４０、４０Ｍ 光照射装置
１００ ＬＥＤユニット
１０５ 基板
１１０ ＬＥＤ素子
２００、２００Ｍ、２００Ａ、２００ＡＭ、２００Ｂ、２００ＢＭ、２００Ｃ、２００ＣＭ 放熱装置
２０１、２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ 支持部材
２０１ａ、２０１Ａａ、２０１Ｂａ、２０１Ｃａ 第１主面
２０１ｂ、２０１Ａｂ、２０１Ｂｂ、２０１Ｃｂ 第２主面
２０１ｃ 溝部
２０３、２０３Ａ、２０３Ｂ、２０３Ｃ ヒートパイプ
２０３ａ、２０３Ａａ、２０３Ｂａ、２０３Ｃａ 第１直線部
２０３ｂ、２０３Ａｂ、２０３Ｂｂ、２０３Ｃｂ 第２直線部
２０３ｃ、２０３Ｂｃ、２０３Ｃｃ 接続部
２０３ｃａ、２０３ｃｂ 湾曲部
２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０５Ｃ 放熱フィン
２０５ａ 貫通孔
２０５Ｃａ 切欠部
２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ 冷却ファン

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板の表面上に配置された複数のＬＥＤ素子と、
   板状の形状を呈し、第１主面側が前記基板の裏面に密着するように配置される支持部材と、前記支持部材に支持されると共に、前記支持部材と熱的に接合し、前記複数のＬＥＤ素子からの熱を輸送するヒートパイプと、前記第１主面と対向する第２主面に面する空間内に配置され、前記ヒートパイプと熱的に接合し、前記ヒートパイプによって輸送された熱を放熱する複数の放熱フィンと、を有する放熱装置と、
   を備える光照射装置であって、
   前記ヒートパイプは、
   前記支持部材と熱的に接合される第１直線部と、
   前記複数の放熱フィンと熱的に接合される第２直線部と、
   前記第１直線部と前記第２直線部が連続するように、前記第１直線部の一端部と前記第２直線部の一端部とを接続する接続部と、
   を有し、
   前記第１直線部が延びる方向の前記ヒートパイプの長さは、前記第１直線部が延びる方向の前記支持部材の長さと同一か、または僅かに短く、
   前記接続部は、前記第１直線部の一端部近傍に前記支持部材と熱的に接合される湾曲部を有し、
   前記複数のＬＥＤ素子は、前記第１直線部が延びる方向に所定のピッチで配置され、
   前記第１直線部が延びる方向の両端に位置する前記ＬＥＤ素子は、前記支持部材の一端及び他端から前記所定のピッチの１／２の位置にそれぞれ配置され、
   前記第１直線部が延びる方向において、前記第１直線部から前記支持部材の一端までの距離、及び前記接続部から前記支持部材の他端までの距離が前記所定のピッチの１／２以下であり、
   複数の光照射装置を前記第１直線部が延びる方向に並べたときに、前記第１主面が連続するように連結可能であることを特徴とする光照射装置。
2. 前記ヒートパイプを複数備え、
   前記複数のヒートパイプの前記第１直線部は、前記第１直線部が延びる方向と略直交する方向に第１の所定の間隔をおいて配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記複数のヒートパイプの前記第２直線部は、前記第２主面に略平行で、かつ前記第１直線部が延びる方向と略直交する方向に前記第１の所定の間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記複数のヒートパイプの前記第２直線部は、前記第２主面に略平行で、かつ前記第１直線部が延びる方向と略直交する方向に前記第１の所定の間隔よりも長い第２の所定の間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
5. 前記第２主面に面する空間内に配置され、前記第２主面に対して略垂直な方向に気流を生成するファンを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光照射装置。
6. 前記第１直線部が延びる方向から見たときに、前記各ヒートパイプの前記第２直線部の位置が、前記第２主面に略垂直な方向及び略平行な方向において異なることを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
7. 前記第２主面に面する空間内に配置され、前記第２主面に対して略平行な方向に気流を生成するファンを備えることを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
8. 前記複数の放熱フィンは、前記複数のヒートパイプの前記第１直線部と前記第２直線部とで囲まれた空間内に切欠部を有し、
   前記切欠部で形成された空間内に配置され、前記第２主面に対して斜め方向に気流を生成するファンを備えることを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
9. 前記第２直線部が、前記第２主面に対して略平行であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光照射装置。
10. 前記支持部材は、前記第２主面側に、前記第１直線部と前記湾曲部に応じた形状の溝部を有しており、
    前記第１直線部と前記湾曲部が、前記溝部に嵌まり込むように配置される
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光照射装置。
11. 前記複数のＬＥＤ素子が、前記第１直線部が延びる方向と略直交する方向に複数列に配置されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光照射装置。
12. 前記複数のＬＥＤ素子が、前記基板を挟んで前記第１直線部と相対する位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光照射装置。
13. 前記ＬＥＤ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を特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の光照射装置。

Images