JP6859814B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光照射装置に関する。

紫外線等の光を照射して、印刷、または、樹脂もしくは接着剤の硬化等の処理を行う光照射装置において、半導体発光素子等の発光素子を光源に用いたものが知られている。そして、特許文献１には、冷却ディスクで冷却されるガス流がＬＥＤ加熱デバイスを通ってウェーハに供給され、ウェーハを冷却する装置が開示されている。

特表２０１６−５０７７６３号公報

ここで、発光素子の照射対象物は、発光素子からの光照射にともなって加熱するため、当該照射対象物も冷却する必要がある。しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、照射対象物（ウェーハ）を効率良く冷却することが難しいという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発光素子の照射対象物を効率良く冷却することができる光照射装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光照射装置は、発光素子が配置される発光素子部と、前記発光素子の照射対象物が通過する通過孔を有するワーク部と、前記通過孔から前記ワーク部内に気体を吸気する吸気機構とを備える。

本発明によれば、発光素子の照射対象物を効率良く冷却することができる光照射装置が提供される。

実施形態に係る光照射装置が照射対象物に光を照射する構成を概念的に示す斜視図である。 図１の光照射装置の構成を概念的に示す斜視図である。 図２の光照射装置の照射器具の構成を概念的に示す斜視図である。 図２の光照射装置において吸気機構が吸気する気体の流れを説明する概念図である。 実施形態の変形例に係る光照射装置の構成を概念的に示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態及びその変形例に係る光照射装置について説明する。なお、以下で説明する実施形態及びその変形例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態及びその変形例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態及びその変形例における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、以下の各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

本発明者は、上記特許文献１に記載の装置では、照射対象物を冷却するための気体が、ＬＥＤ加熱デバイスを通るものであるため、当該加熱デバイスによって熱せられた気体が照射対象物に供給される点に着目した。このため、本発明者は、照射対象物を冷却するための気体は、ＬＥＤ加熱デバイスを通さないことで、上記懸念を払拭できると考えた。

すなわち、発光素子が配置される発光素子部と、前記発光素子の照射対象物が通過するワーク部とを別に設け、当該ワーク部に照射対象物が通過する通過孔を設け、かつ、前記通過孔から前記ワーク部内に気体を吸気する吸気機構を設けることで、照射対象物を冷却するための気体を、ＬＥＤ加熱デバイスを通ること無しに照射対象物に供給することができるため、当該照射対象物を効率良く冷却することができることを見出した。

このようなことを実現する構成について、以下に具体的に説明する。

まず、本実施形態に係る光照射装置１の全体的な構成について、説明する。図１は、本実施形態に係る光照射装置１が照射対象物２に光を照射する構成を概念的に示す斜視図である。図２は、図１の光照射装置１の構成を概念的に示す斜視図である。なお、説明の便宜のため、図２は、図１と上下を逆にして図示している。

図１に示すように、光照射装置１は、紫外線等の光を照射対象物（ワークともいう）２に照射して、印刷、または、樹脂もしくは接着剤の硬化等の処理を照射対象物２に施す装置である。つまり、光照射装置１は、発光素子が配置される発光素子部１０と、発光素子の照射対象物２が通過する通過孔を有するワーク部１１とを備える。このワーク部１１内を照射対象物２が通過することで、照射対象物２に対して紫外線等の光が照射される。

具体的には、図２に示すように、光照射装置１は、発光素子が配置される発光素子部１０と、発光素子部１０の光照射方向に着脱可能に配置され、発光素子の照射対象物２が通過する通過孔を有するワーク部１１とを備える。また、発光素子部１０内には、複数（本実施形態では８つ）の直方体形状の照射器具３０とを備えている。また、それぞれの照射器具３０は、矩形状の基板３１と、放熱機構３２と、送風機構３３とを有している。

また、発光素子部１０には、前記照射器具３０が配置される第１空間のＹ軸方向の両端に、吸気機構２０が配置されている。この吸気機構２０は各々円形状の第一排気口１２が形成されている。さらに、発光素子部１０には、複数（８つ）の照射器具３０に対応して、複数（８つ）のスリット状の第二排気口１３が形成されている。なお、第一排気口１２及び第二排気口１３の形状は、特に限定されない。

また、この吸気機構２０は、ワーク部１１の通過孔から（すなわち、光照射装置１の外部から）前記ワーク部１１内に気体を吸気する。従って、当該吸気された気体は、照射器具３０を通過することはない。

つまり、照射器具３０の基板３１上には後述の発光素子３１ａ（図３参照）が配置されており、発光素子３１ａが照射対象物２に向けて光を発することで照射対象物２が発熱する。一方、吸気機構２０によって、照射器具３０を通過することなく、ワーク部１１の通過孔から（すなわち、光照射装置１の外部から）前記ワーク部１１内に気体が吸気され照射対象物２が冷却される。照射対象物２を冷却することで熱せられた気体は、第一排気口１２から排気される。また、送風機構３３によって、気体（空気（外気））が放熱機構３２に吸気されて放熱機構３２を冷却し、放熱機構３２を冷却することで熱せられた気体は、第二排気口１３から排気される。以下、これらの構成について、詳細に説明する。

なお、図２以降の図面中及びその説明において、光照射装置１の奥行方向（短手方向）、照射対象物２の送り方向、発光素子３１ａと配線３１ｂとコネクタ３１ｃとの並び方向、放熱機構３２及び送風機構３３の並び方向、吸気機構２０が気体を排気する方向、または、送風機構３３が気体を送風する方向を、Ｘ軸方向と定義する。また、光照射装置１の幅方向（長手方向）、照射器具３０の配列方向、または、吸気機構２０の並び方向を、Ｙ軸方向と定義する。また、光照射装置１の高さ方向、基板３１及び放熱機構３２の並び方向、発光素子３１ａの光照射方向、または、上下方向を、Ｚ軸方向と定義する。これらＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（本実施形態では直交）する方向である。なお、使用態様によってはＺ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明する。また、以下の説明において、例えば、Ｘ軸方向プラス側とは、Ｘ軸の矢印方向側を示し、Ｘ軸方向マイナス側とは、Ｘ軸方向プラス側とは反対側を示す。Ｙ軸方向やＺ軸方向についても同様である。

次に、照射器具３０の構成について、詳細に説明する。図３は、図２の光照射装置１の照射器具３０の構成を概念的に示す斜視図である。

図３に示すように、照射器具３０において、基板３１の表面側（Ｚ軸方向プラス側）には、複数の発光素子３１ａと、当該複数の発光素子３１ａの周辺に設けられ当該複数の発光素子３１ａに接続された複数の配線３１ｂと、当該複数の配線３１ｂに接続されたコネクタ３１ｃとが設けられている。本実施形態では、基板３１は、Ｘ軸方向に長尺の３枚の基板がＹ軸方向に配列されて構成されており、それぞれの基板について、複数の発光素子３１ａが配置され、かつ、複数の発光素子３１ａのＸ軸方向両側に、複数の配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃが配置されている。

また、本実施形態では、発光素子３１ａは、紫外線を照射する半導体発光素子（ＵＶ−ＬＥＤ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ−Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））である。なお、発光素子３１ａの形状及び個数は特に限定されないが、複数の発光素子３１ａで矩形状の発光領域を形成している。また、配線３１ｂの材質は特に限定されないが、例えば、白金、銅、アルミニウム等の素材で形成されている。また、コネクタ３１ｃには、外部配線が接続されるが、当該外部配線の図示は省略する。

また、基板３１の裏面側（Ｚ軸方向マイナス側）には、放熱機構３２と、放熱機構３２に対して基板３１の裏面側の側方から気体（外気）を送風する送風機構３３とが設けられている。

放熱機構３２は、放熱機能を有するヒートシンク３２ａと、ヒートシンク３２ａの両側方（Ｙ軸方向両側）に配置されて気体の流路を仕切る仕切板３２ｂと、ヒートシンク３２ａの底面側（Ｚ軸方向マイナス側）に配置される底板３２ｃとを有している。ヒートシンク３２ａは、ヒートパイプやフィン（ともに図示せず）等を有しており、基板３１上の発光素子３１ａが発した熱を放熱する。また、仕切板３２ｂは、気体の流路において、基板３１と直交し、かつ、気体の流れ方向（Ｘ軸方向）に平行に配置された板状部材である。底板３２ｃは、気体の流路において、基板３１と平行、かつ、気体の流れ方向（Ｘ軸方向）に平行に配置された板状部材である。

送風機構３３は、Ｘ軸方向に向けて気体を送風するファンであり、放熱機構３２のＸ軸方向マイナス側に、Ｚ軸方向に並んだ２つの送風機構３３が設けられている。つまり、送風機構３３は、放熱機構３２（ヒートシンク３２ａ）のＸ軸方向マイナス側から気体（外気）を吸気し、放熱機構３２のＸ軸方向プラス側から気体を排気する。また、放熱機構３２から排気された気体は、第二排気口１３から光照射装置１の外方に排気される。

次に、吸気機構２０が吸気する気体の流れについて、詳細に説明する。図４は、図２の光照射装置１において吸気機構２０が吸気する気体の流れを説明する概念図である。

吸気機構２０は、ワーク部１１の照射対象物２が通過する通過孔から前記ワーク部１１内に気体を吸気するファンであり、発光素子部１０のＸ軸方向プラス側かつＹ軸方向両側に、ワーク部１１を挟んで２つの吸気機構２０が設けられている。つまり、発光素子部１０のＸ軸方向プラス側の壁面のＹ軸方向両端に第一排気口１２が形成されており、それぞれの第一排気口１２内に吸気機構２０が配置されている。ここで、ワーク部１１の通過孔１１ａは、ワーク部１１のＸ軸方向両側の壁面に形成されている。

また、ワーク部１１は、上述の通り、発光素子３１ａの光照射側（Ｚ軸方向プラス側）に配置され、発光素子３１ａの照射対象物である照射対象物２が通過する空間である。

具体的には、図４に示すように、吸気機構２０は、ワーク部１１に形成された通過孔１１ａから気体（外気）を吸気し、第一排気口１２から気体を排気する。

さらに具体的には、吸気機構２０は、ワーク部１１のＸ軸方向プラス側の通過孔１１ａから、Ｘ軸方向マイナス側に気体を吸気するとともに（図４の気体の流れＡ１）、ワーク部１１のＸ軸方向マイナス側の通過孔１１ａから、Ｘ軸方向プラス側に気体を吸気する（図４の気体の流れＡ２）。これにより、吸気機構２０は、気体をワーク部１１内に流入させる。

そして、吸気機構２０は、当該気体にワーク部１１の上方を通過させて、第一排気口１２に向かわせる（図４の気体の流れＡ３）。そして、吸気機構２０は、第一排気口１２から当該気体を排気する（図４の気体の流れＡ４）。

これにより、吸気機構２０は、照射器具３０を通過することなく、照射対象物２に気体を送風することができる。

このように、吸気機構２０によって、気体（外気）を、照射器具３０を通過させずに照射対象物２に送風されるため、照射対象物２を効率良く冷却することができる。また、照射器具３０（放熱機構３２）を通過した熱せられた気体を冷却する冷却部等も不要となるため、光照射装置１としての煩雑化も抑制することができる。

また、本実施形態では、照射器具３０の基板３１上にカバー部材４０が配置されており、照射器具３０が配置される空間は、カバー部材４０によってワーク部１１の空間と区画されている。このため、吸気機構２０によってワーク部１１に流入した気体は、照射器具３０が配置される空間と区画された流路を流れるため、当該気体が照射器具３０が配置される空間を通過するのをさらに防止することができる構成となっている。

また、前記発光素子部１０は、発光素子３１ａ（照射器具３０）が配置される第１空間と、前記第１空間と空間的に分離する第２空間とを有し、前記第２空間は前記ワーク部１１内と空間的に連結され、吸気機構２０は前記第２空間に配置されている。

ここでいう第１空間とは、発光素子３１ａ（照射器具３０）が配置される空間であり、具体的には、図４に示すＹ軸方向に延びる矩形状の空間である。また、第２空間とは前記第１空間とは空間的に分離された（不図示）、前記第１空間のＹ軸方向の両端に配置された矩形状の空間である。

このような空間配置とすることで、ワーク部１１内に吸気し、照射対象物２を冷却した気体を発光素子３１ａ（照射器具３０）が配置される第１空間内に入りにくくすることができるため、発光素子３１ａ（照射器具３０）の冷却効果の低減を抑制することができる。

また、吸気機構２０を発光素子部１０に設けた第２空間に配置することで、ワーク部１１内（詳しくは、ワーク部１１のＹ軸方向の両端）には別の装置（例えば、ワーク部１１内を通過する照射対象物２を位置決め又は通過補助をする搬送装置）を配置することができるため、光照射装置として汎用性を向上させることができる。

前記第１空間と前記ワーク部１１内とは空間的に分離されていることが好ましい。

前記第１空間と前記ワーク部１１内との空間的な分離は、周知の方法（例えば、第１空間を外装体で覆う等）ですることができる。

このような構成とすることで、より確実に、ワーク部１１内に吸気し、照射対象物２を冷却した気体を発光素子３１ａ（照射器具３０）が配置される第１空間内に入りにくくすることができるため、発光素子３１ａ（照射器具３０）の冷却効果の低減を抑制することができる。

なお、上記の通り、本実施形態では、発光素子３１ａは、紫外線を照射する半導体発光素子（ＵＶ−ＬＥＤ素子）であるが、ＵＶ−ＬＥＤ素子は、発熱しやすい。そのため、上述の照射対象物２を効率良く冷却することによる効果は大きい。つまり、照射対象物２は、当該ＵＶ−ＬＥＤ素子からの発熱の影響を受けやすいが、本願によって照射対象物２を効率良く冷却することで、照射対象物２を当該発熱から保護することができる。

また、上述の通り、吸気機構２０は、前記照射器具３０が配置される第１空間のＹ軸方向の両端に、吸気機構２０が配置されているため、気体をワーク部１１に、バランス良く吸気及び排気することができる。これにより、気体がワーク部１１内をバランス良く流れることができるため、照射対象物２をさらに効率良く冷却することができる。また、吸気機構２０が２つになることで、吸気する気体の流量及び流速も大きくすることができる。

また、第一排気口１２は、通過孔１１ａと異なる高さ（Ｚ軸方向において異なる位置）に配置されている。つまり、吸気機構２０は、発光素子３１ａの光照射方向（Ｚ軸方向）において、通過孔１１ａと異なる位置に配置された第一排気口１２から、気体を排気する。

これにより、吸気機構２０によって第一排気口１２から排気された気体（熱せられた空気）が、通過孔１１ａから再度吸気されるのを抑制することができ、ワーク部１１に熱せられた空気が流入するのを抑制することができる。このため、照射対象物２の冷却効率が低下するのを抑制することができる。

なお、本実施形態において、図１に示すように光照射装置１を配置することで、第一排気口１２は、通過孔１１ａよりも高い位置に配置される。このため、吸気機構２０によって、通過孔１１ａよりも高い位置の第一排気口１２から気体を排気することで、熱せられた気体は第一排気口１２を出た後上昇するため、当該熱せられた気体が通過孔１１ａから吸気されるのをさらに抑制することができる。

また、第一排気口１２及び吸気機構２０は、図４等に示した位置に配置されることには限定されない。図５は、本実施形態の変形例に係る光照射装置１ａの構成を概念的に示す斜視図である。具体的には、図５は、図４に対応する図であり、光照射装置１ａにおける第一排気口１２ａ及び吸気機構２０ａの配置位置、並びに、吸気機構２０ａが送風する気体の流れを示している。

図５に示すように、発光素子部１０のＹ軸方向マイナス側の壁面に第一排気口１２ａが形成されており、第一排気口１２ａ内に吸気機構２０ａが配置されている。ここで、ワーク部１１の通過孔１１ａは、発光素子部１０のＸ軸方向両側の壁面に形成されているため、第一排気口１２ａは、通過孔１１ａが形成されている側とは異なる側に配置されている。このため、吸気機構２０ａは、通過孔１１ａが形成されている側とは異なる側に配置された第一排気口１２ａから、気体を排気する。

これにより、吸気機構２０ａは、ワーク部１１のＸ軸方向両側の通過孔１１ａから気体を吸気して（図５の気体の流れＡ１及びＡ２）、当該気体をワーク部１１に流入させる。そして、吸気機構２０ａは、当該気体に発光素子部１０の上方を通過させて第一排気口１２ａに向かわせ（図５の気体の流れＡ３）、第一排気口１２ａから当該気体を排気する（図５の気体の流れＡ５）。

なお、発光素子部１０のＹ軸方向プラス側の壁面にも第一排気口１２ａが形成され、当該第一排気口１２ａ内にも吸気機構２０ａが配置されており、上述と同様の流れで気体を送風する。

このように、吸気機構２０ａによって、通過孔１１ａと異なる側の第一排気口１２ａから気体を排気することで、第一排気口１２ａから排気された気体（熱せられた空気）が通過孔１１ａから再度吸気されるのをより抑制することができる。このため、ワーク部１１に熱せられた空気が流入するのを抑制することができ、照射対象物２の冷却効率が低下するのをより抑制することができる。

なお、上記実施形態及びその変形例において、吸気機構２０、２０ａは、ファンには限定されず、気体を吸気できるものであればどのような構造を有していてもよい。

また、吸気機構２０、２０ａは、発光素子部１０のＸ軸方向プラス側またはＹ軸方向両側の壁面のＺ軸方向マイナス側の位置など、当該壁面のどの位置に配置されていてもよい。また、吸気機構２０、２０ａは、発光素子部１０のＸ軸方向マイナス側の壁面、底壁面（Ｚ軸方向マイナス側の壁面）、または、上壁面（Ｚ軸方向プラス側の壁面）に配置されていてもよい。

また、吸気機構２０、２０ａは、３つ以上配置されていてもよいし、ワーク部１１の両側ではなく片側のみに配置されていてもよい。また、吸気機構２０、２０ａは、ワーク部１１のＸ軸方向両側の通過孔１１ａのうちのいずれか一方の通過孔１１ａから気体を吸気して、ワーク部１１に流入させる（図４または図５の気体の流れＡ１及びＡ２のうちのいずれか一方の流れ）ことにしてもよい。

上記実施形態及びその変形例では、第一排気口１２、１２ａは、通過孔１１ａと異なる高さに配置されていることとしたが、第一排気口１２、１２ａは、通過孔１１ａと同じ高さに配置されていてもよい。特に、図５に示した第一排気口１２ａであれば、通過孔１１ａと同じ高さに配置されていても、第一排気口１２ａから排気された気体が通過孔１１ａから吸気されるのを抑制することができる。

また、上記実施形態及びその変形例では、発光素子３１ａは、紫外線を照射する半導体発光素子（ＵＶ−ＬＥＤ）であることとしたが、発光素子３１ａが照射する光は、紫外線でなくてもよく、他の波長の光、例えば可視光線等であることにしてもよい。また、発光素子３１ａは、光を照射して発熱する光源であれば、半導体発光素子（ＬＥＤ）でなくてもかまわない。

また、上記実施形態及びその変形例では、光照射装置１、１ａは、直方体形状の発光素子部１０と、円形状の吸気機構２０または２０ａと、直方体形状の照射器具３０とを備えていることとした。しかし、発光素子部１０、吸気機構２０または２０ａ、及び、照射器具３０は、どのような形状であってもよい。

１、１ａ 光照射装置
２ 照射対象物
１０ 発光素子部
１１ ワーク部
１１ａ 通過孔
１２、１２ａ 第一排気口
１３ 第二排気口
２０、２０ａ 吸気機構
３０ 照射器具
３１ 基板
３１ａ 発光素子
３１ｂ 配線
３１ｃ コネクタ
３２ 放熱機構
３２ａ ヒートシンク
３２ｂ 仕切板
３２ｃ 底板
３３ 送風機構
４０ カバー部材

Claims (3)

1. 発光素子が配置される発光素子部と、
   前記発光素子の照射対象物が通過する通過孔を有するワーク部と、
   前記通過孔から前記ワーク部内に気体を吸気する吸気機構と、を備え、
   前記発光素子部は、前記ワーク部内における前記照射対象物が通過する空間であるワーク部内空間と空間的に分離された状態で配置され、前記発光素子が配置される第１空間を有し、
   前記吸気機構は、前記気体を、前記第１空間を通過させることなく前記ワーク部内空間を通過させて、前記ワーク部内空間に配置される前記照射対象物を冷却する
   光照射装置。
2. 前記発光素子部は、前記第１空間と、前記第１空間と空間的に分離する第２空間とを有し、前記第２空間は前記ワーク部内空間と空間的に連結され、前記吸気機構は前記第２空間に配置されている
   請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記ワーク部を挟んで複数の前記吸気機構が設けられている
   請求項１又は２に記載の光照射装置。

Images