JP7281380B2 - 光照射装置 - Google Patents
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Description
図5に示すように、第2実施形態の光照射装置1Aは、筐体10Aと、回路ユニット20と、光照射ユニット30Aと、を有する。第2実施形態の光照射装置1Aは、照射領域の長さが第1実施形態の光照射装置1よりも長い。従って、第2実施形態の冷却部50Aが冷却すべき領域は、第1実施形態の冷却部50より拡大される。そこで、第2実施形態の冷却部50Aは、拡大された冷却対象領域において、温度差を低減するための構成を採用する。つまり、光照射装置1Aは、冷却部50Aが第1実施形態の光照射装置1の冷却部50と相違する。以下、冷却部50Aについて詳細に説明する。その他の筐体10A及び回路ユニット20は、必要に応じて説明し、詳細な説明は省略する。
図8は、変形例1の光照射装置1Bを示す。光照射装置1Bが有する流通部60Bは、管部材によって構成されてもよい。流通部60Bは、ひとつの入口から気体を受け入れて、ふたつの出口から気体を熱交換部70Bに提供する。
図9は、変形例2の光照射装置1Cを示す図である。変形例2の光照射装置1Cは、変形例1の光照射装置1Bと同様に、筐体10Cの内部に配置された流通部60Cを管状部材によって構成する。一方、変形例1では、ひとつの入口から気体を受け入れて、ふたつの出口から気体を熱交換部70Bに提供した。変形例2では、ひとつの入口から気体を受け入れて、ひとつの出口から気体を熱交換部70Cに提供する構成を二組有する。流通部60Bは、受入管63aと、接続管63dと、供給管63cと、を有する。1個の受入管63a、1個の接続管63d及び1個の供給管63cは、直列に接続されて、1個の経路を構成する。
図10は、変形例3の光照射装置1Dを示す図である。変形例1の光照射装置1Bにおいて、受入管63a、分岐管63b及び供給管63cは、互いに流路面積が同じであった。変形例3の光照射装置1Dは、筐体10Dの内部に配置された分岐管63b及び供給管63eを有している。これらの受入管63a、分岐管63b及び供給管63eは、互いに流路面積が異なってもよい。受入管63aの流路面積と分岐管63bの流路面積は同じである。換言すると、受入管63aの入口から分岐管63bの出口までは、流路面積が一定である。一方、供給管63eの流路面積は、流れの方向に沿って連続的に変化する。
図11は、変形例4の光照射装置1Eを示す図である。第1実施形態の光照射装置1は、一つの入口から気体を受け入れて、二つの出口から気体を熱交換部70に提供した。変形例4の光照射装置1Eは、二つの入口から気体を受け入れて、一つの出口から気体を熱交換部70Eに提供する。変形例4の光照射装置1Eの冷却部50Eは、第1実施形態の光照射装置1と同様に、冷却ブロック52Eに設けられた溝と、溝を塞ぐカバーと、によって構成される。
図12は、変形例5の光照射装置1Fを示す図である。上述のとおり第1実施形態の光照射装置1は、流通部60が筐体10の内部に設けられていた。ここで、光出力を均一に近づけるための冷却効果を得る点からすると、熱交換部へ供給されるまでに気体の流体エネルギが低減されていればよく、流体エネルギの低減は、導入部から熱交換部へ至る流路構成によってなされる。つまり、このような流路構成を備えていれば、良好な冷却特性を得ることができる。その際に、流路構成が筐体の内部に配置されているか、筐体の外部に配置されているかは、光照射装置の組み立ての側面や光照射装置の大きさといった側面にとって重要であるが、光出力を均一に近づけるという効果には影響しない。
比較例1として、本実施形態の冷却部50とは異なる構成の冷却構造について、気体の流れを数値計算によって確認した。比較例の冷却構造は、高圧の気体が直接にヒートシンクに提供される。図13に示すように、比較例の冷却構造では、導入部151から流出した気体の流れる方向の延長線上にヒートシンク154が配置されている。そして、導入部151とヒートシンク154との間に気体の流れを妨げるいかなる部材も配置されていない。
比較例1において、本実施形態の冷却部50とは異なる構成の冷却構造では、光源部における高温部と低温部との温度差が大きくなることを予測した。比較例2では、この予測について確認を行った。
実施例1では、第2実施形態の冷却部50Aの効果を確認した。図15は、第2実施形態の冷却部50Eにおける中央部分を解析モデルとして採用し、第1流路61Aから第3流路71Aに移動する気体の流れを解析した結果を示す。図15では、気体の流速を濃淡で示す。図15を参照すると、流路穴61aと連結穴61bとの接続部分と、連結穴61bと流路溝62aとの接続部分と、流路溝62aと連結溝62bとの接続部分と、のそれぞれにおいて、気体の流速が低減していることがわかった。さらに、気体の主流は、第3流路71Aにおける下側、つまり、ヒートシンク54の下方に形成されることもわかった。この結果より、連結穴61b及び連結溝62bのように風量のための構造によれば、乱流の発生を抑制し、層流の状態でヒートシンク54に気体を提供できることがわかった。その結果、無駄のない気体の流れが形成されるので、ヒートシンク54からの熱排気効率が改善されることが確認できた。
実施例2では、第2実施形態の冷却部50Aの効果を確認した。図16は、第2実施形態の冷却部50Aを解析モデルとして採用し、第2流路62から第3流路71に移動する気体の流れを解析した結果を示す。図16では、気体の流速を濃淡で示す。図16を参照すると、流路溝62aおよび連結溝62bの角部より上流側では、気体の流速は比較的大きいことがわかった。一方、連結溝62bの角部より下流側および特に第3流路71Aの受入口71aより下流側では、気体の流速が大きく低減していることがわかった。さらに、気体の主流は、第3流路71Aにおける下側、つまり、ヒートシンク54の底部側に形成されることもわかった。この結果より、第2実施形態の冷却部50Aによっても、第1実施形態の冷却部50と同様に、ヒートシンク54からの熱排気効率が改善されることが確認できた。
実施例3では、比較例2と同様の確認を行った。つまり、光照射装置の長手方向における光源部の温度分布を確認した。解析の条件(例えば高圧エアの圧力:0.3MPa)は、比較例2と同様である。実施例3では、第2実施形態の光照射装置1Aが有する冷却部50Aと同じ構成を解析モデルとして採用した。図17は、その確認結果を示すグラフである。
Claims (13)
- 筐体と、
前記筐体に収容されて、前記筐体の光出射窓から光を照射する光源部と、
前記筐体に設けられて、前記光源部が発する熱を気体によって前記筐体の外に排出する冷却部と、を備え、
前記冷却部は、
圧縮された前記気体の提供を受ける導入部と、
前記光源部が発した熱を前記気体に受け取らせる熱交換部と、
前記導入部から前記熱交換部に前記気体を導く流通部と、を有し、
前記流通部は、
前記導入部に接続されると共に、第1の方向に沿って延びる第1流路と、
前記第1流路に接続されると共に、前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って延び、前記熱交換部に接続される第2流路と、を含み、
前記第1流路は、流路面積が前記導入部の流路面積よりも大きい部分を含む、光照射装置。 - 前記導入部は、前記出射窓が設けられた前記筐体の主面とは逆側の前記筐体の裏面側に配置されている、請求項1に記載の光照射装置。
- 前記熱交換部は、
前記流通部に接続される受入口と、
前記光源部が発した熱を前記気体に受け取らせる放熱部材と、
前記光源部が発した熱を受け取った前記気体を排出する排気口と、を有する、請求項1又は2に記載の光照射装置。 - 前記熱交換部が有する前記受入口の数は、2以上である、請求項3に記載の光照射装置。
- 前記光源部は、前記光を発する発光素子が配置された発光面と、前記発光面とは逆側の接続面と、を有し、
前記放熱部材は、前記接続面側に配置されている、請求項3または4に記載の光照射装置。 - 前記流通部は、前記筐体の内部に配置されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の光照射装置。
- 前記流通部は、前記筐体の外部に配置されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の光照射装置。
- 前記冷却部は、前記熱交換部及び前記流通部が形成された冷却ブロックを有し、
前記流通部は、前記冷却ブロックの一部を削り取って形成された空間である、請求項6に記載の光照射装置。 - 前記流通部は、前記筐体に配置された管部材である、請求項6又は7に記載の光照射装置。
- 前記冷却部が有する前記導入部の数は、2以上である、請求項1~9のいずれか一項に記載の光照射装置。
- 前記気体は、空気または窒素である、請求項1~10のいずれか一項に記載の光照射装置。
- 前記放熱部材は、複数のフィンを含むヒートシンクである、請求項3に記載の光照射装置。
- 前記筐体は、前記排気口から排出された前記気体を外部にさらに排出する排気窓を有し、
前記排気窓は、前記筐体の中央部に設けられる、請求項3に記載の光照射装置。
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