JP7621623B2

JP7621623B2 - Ｕｖｌｅｄ硬化器用ヒートシンク

Info

Publication number: JP7621623B2
Application number: JP2023128615A
Authority: JP
Inventors: サンヒチャ
Original assignee: Cha Sang Hee
Current assignee: Cha Sang Hee
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2023-08-07
Publication date: 2025-01-27
Anticipated expiration: 2043-08-07
Also published as: JP2024049332A; KR102539956B1

Description

本発明は空冷式のＵＶＬＥＤ硬化器用ヒートシンクに関し、より詳細に説明すると、ＵＶＬＥＤが付着される放熱板と、多数個のヒートパイプと、前記ヒートパイプを放熱板に固定結合させる固定部材と、そして前記ヒートパイプに並んで積層支持される多数枚の積層フィンを含んで構成される、ＵＶＬＥＤ硬化器用ヒートシンクに関する。

ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）硬化器は光開始剤が含まれている紫外線硬化型樹脂を硬化させる機器であって、各種産業分野で接着、塗布、印刷工程などを遂行するのに広く使われている。ＵＶＬＥＤ硬化器は紫外線光源としてＬＥＤを使うものであって、通常のＵＶランプを使う場合に比べて装備の規模を縮小し、電力消費量を削減できる長所がある。

ＵＶＬＥＤ硬化器において光源であるＬＥＤで発生する熱は、ＵＶＬＥＤの寿命と光量を低下させる否定的な影響を及ぼす。そのため、従来にもＵＶＬＥＤで発生する熱を効率的に冷却させる冷却装置、すなわちヒートシンク（ｈｅａｔｓｉｎｋ）が備えられたＵＶＬＥＤ硬化器が多様に提案されている。

例えば、韓国登録特許第１０－１６２３２９９号（２０１６年０５月１６日）には、紫外線硬化型樹脂でコーティングされた製品をＵＶＬＥＤで硬化する大面積コーティング用ＵＶＬＥＤ硬化装置において、ＬＥＤモジュールが設置されたヒートシンクと、前記ヒートシンクを囲む水冷ジャケット、そして冷却水循環経路が備えられた放熱器からなる冷却手段が開示されている。

そして、韓国登録特許第１０－１７２３１３０号（２０１７年０３月２９日）には、ディスプレイパネルの合着工程に利用される紫外線硬化装置において、多数のＬＥＤを有する発光部の後面に付着される金属ブロックと、前記金属ブロックに沿って冷媒を循環させる冷却管を含んで構成される冷却モジュールが開示されている。

また、韓国登録特許第１０－２０１６２８８号（２０１９年０８月２３日）には、ＵＶ
ＬＥＤを利用した印刷用ＵＶインク硬化装置において、印刷物が通過する第１ケースおよび第２ケースと、前記第１ケース内で印刷物に向かってＵＶ光を照射するＵＶＬＥＤ基板と、前記ＵＶＬＥＤ基板で発生する熱を放出させる放熱板と、前記放熱板を通じて空気を循環させる放熱冷却ファンを含んで構成されるＵＶインク硬化装置が開示されている。

最後に、韓国登録特許第１０－２４０２０２７号（２０２２年０５月２０日）には、通常のＵＶ印刷装置に装着されて放熱構造を改善することによって、印刷物の変形と印刷品質の低下を防止できるＬＥＤＵＶ硬化器が開示されている。添付図１は、前記ＬＥＤＵＶ硬化器の硬化モジュールを示したものであり、印刷物の上部に配置される第１モジュールＡと、印刷物の下部に配置される第２モジュールＢを含む。

前記第１モジュールＡは印刷物の表面にＵＶ光を照射するもので、ハウジングＡ１、光照射ユニットＡ２、反射板Ａ３、拡散板Ａ４および放熱部Ａ５で構成される。前記放熱部Ａ５はヒートシンクＡ５１、放熱ファンＡ５２およびヒートパイプＡ５３を含み、前記ヒートシンクＡ５１は放熱プレートＡ５１１と放熱フィンＡ５１２を含んで構成される。

本発明に係るヒートシンクは、添付図１のＬＥＤＵＶ硬化器で放熱部Ａ５に対応し得る。図１でその他の未説明図面符号に対する説明は省略する。

韓国登録特許第１０－１６２３２９９号（２０１６年０５月１６日）韓国登録特許第１０－１７２３１３０号（２０１７年０３月２９日）韓国登録特許第１０－２０１６２８８号（２０１９年０８月２３日）韓国登録特許第１０－２４０２０２７号（２０２２年０５月２０日）

一般的にＵＶＬＥＤ硬化器に使われるヒートシンクは空冷式と水冷式に区分することができる。空冷式は水冷式に比べて構造が簡便で製造原価が安い長所があるが、相対的に冷却効果が低い短所がある。

したがって、本発明の目的は、ＵＶＬＥＤ硬化器用冷却装置で使うのに非常に適合であり、特に空冷式でありながらも水冷式と略類似する冷却効果を示すほど冷却効率が優秀な空冷式ヒートシンクを提供することである。

また、本発明の目的は、ＵＶＬＥＤ硬化器の使用目的に応じて冷却効率を容易に調節でき、ひいては組立工程と維持および保守が迅速容易な空冷式ヒートシンクを提供することである。

本発明に係るＵＶＬＥＤ硬化器用ヒートシンクは、

一面にＵＶＬＥＤ１１が並んで付着され、他面には所定の長さＬ１に拡張された円弧状上向きアーク溝１２が並んで配置されている金属材質の放熱板１０と；

両側端部が密封された円筒状金属管の内部に液体が満たされものであって、前記放熱板１０の上向きアーク溝１２内に密着挿入される横支持部２１と、前記横支持部２１の両側端部からそれぞれ放熱板１０に対して垂直方向に折り曲げられた縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂを有する多数個のヒートパイプ２０と；

前記ヒートパイプ２０の横支持部２１を覆って前記ヒートパイプ２０をそれぞれ放熱板１０に固定結合させるものであって、一面には長さ方向に沿って前記上向きアーク溝１２に対応する下向きアーク溝３１が並んで備えられている固定部材３０と；

前記ヒートパイプ２０の両側の縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂに挿入支持された状態で放熱板１０の他面上に一定の間隔をおいて幾重にも配置される金属材質の薄板であって、前記縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂがそれぞれ密着挿入される多数個のパイプ挿入孔４１が穿孔されており、前記パイプ挿入孔４１の周りにはスリーブ４２が一定の高さＬ３で突出している多数枚の積層フィン４０；を含んで構成されていることを特徴とする。

前記放熱板１０の上向きアーク溝１２は、互いに隣接する上向きアーク溝１２の両側端部が互いに行き違うように一個ずつ交互に配置されていることを特徴とする。

前記放熱板１０に結合されるヒートパイプ２０と積層フィン４０は一つの積層フィンモジュールＭ１、Ｍ２の形態で組立および分離され、前記積層フィンモジュールＭ１、Ｍ２
は８～１６個のヒートパイプに２０～１００枚の積層フィン４０を挿入固定して構成されていることを特徴とする。

本発明に係るＵＶＬＥＤ硬化器用ヒートシンクは、ＵＶＬＥＤ１１で発生する熱が放熱板１０とヒートパイプ２０を通じて積層フィン４０に伝達された後に速かに空気中に拡散するので、空冷式でありながらも水冷式と略類似する冷却効果を有する。

本発明に係るＵＶＬＥＤ硬化器用ヒートシンクは、ヒートパイプ２０と積層フィン４０の個数および規格を調節することによって冷却効率を容易に調節でき、ひいては積層フィンモジュールＭ１、Ｍ２を使って組立と分解はもちろん、維持および保守を容易にできる効果がある。

従来のＬＥＤＵＶ硬化器の構造を例示した図面である。本発明の一実施例に係るヒートシンクの斜視図である。図２の正面図である。図２の側面図である。図２で放熱板１０の斜視図である。図２でヒートパイプ２０の斜視図である。図２で固定部材３０の斜視図である。図２で積層フィン４０の平面図である。図２で積層フィン４０の側面図である。本発明の他の実施例に係る放熱板１０ａの斜視図である。前記図２に使われた積層フィンモジュールＭ１の斜視図である。本発明のさらに他の実施例に係るヒートシンクの斜視図である。

以下、添付した図面を利用して本発明を詳細に説明する。ただし、添付図面は本発明の好ましい実施例を例示したものであるので、これらの実施例によって本発明の権利範囲が制限されるものではない。また、本発明の実施に必ず必要な構成であるとしても従来技術に紹介されていたり、通常の技術者が公知技術から容易に実施できる事項については具体的な説明を省略する。

本発明に係るＵＶＬＥＤ硬化器用ヒートシンクは、添付した図２～図４に示されているように、ＵＶ硬化器用ＬＥＤが付着される放熱板１０と、多数個のヒートパイプ２０と、前記ヒートパイプ２０を放熱板１０に固定結合させる固定部材３０と、そして前記ヒートパイプ２０に並んで積層支持される多数枚の積層フィン４０を含んで構成される。前記積層フィン４０の側面には通常の冷却ファン（図示せず）が配置されてもよい。

まず、放熱板１０は金属材質の長方形の板状であって、一面にはＵＶＬＥＤ１１が並んで付着され、他面には多数個の上向きアーク溝１２が並んで配置されている構造を有する。添付図５は熱伝導率（ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）が優秀な銅材質からなり、幅９５ｍｍ、長さ３４０ｍｍ、厚さ７ｍｍの規格を有する長方形板状の放熱板１０を例示したものである。

前記ＵＶＬＥＤ１１は例えば、３１５～４００ｎｍ程度の波長範囲で１個当り約２００Ｗ程度の出力で紫外線光を放出するＬＥＤを使うことができる。このようなＵＶＬＥＤ１１はＣＯＢタイプやパッケージタイプであって、通常の固定ねじを利用して放熱板１０の一面に付着することができ、このために図４のＵＶＬＥＤ１１にはねじ孔が備えら
れている。

前記上向きアーク溝１２は例えば、半径が３ｍｍである円弧状、好ましくは半円状の溝であって、その長さＬ１は前記放熱板１０の幅より短い６０～８０ｍｍ程度であることが好ましい。添付図５の放熱板１０には長さＬ１が同一である上向きアーク溝１２が４８個放熱板１０の長さ方向に沿って並んで配置されている様子を示している。

次に、ヒートパイプ２０は、図６のように両側端部が密封された円筒状金属管の内部に液体が満たされものであって、それぞれ横支持部２１と縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂが「Ｕ」の形状で折り曲げられた構造を有する。前記ヒートパイプ２０を構成する金属管は銅材質からなり、その内部には水が満たされていることが好ましい。

前記横支持部２１は放熱板１０の上向きアーク溝１２内に密着挿入されるもので、その半径および長さＬ１が前記上向きアーク溝１２の半径および長さＬ１と同一である。前記横支持部２１は円形断面の半分程度が上向きアーク溝１２内に収容されることが好ましい。

前記縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂは横支持部２１の両側端部からそれぞれ放熱板１０に対して垂直方向に折り曲げられたもので、その端部はそれぞれ密封されている。前記ヒートパイプ２０の個数は放熱板１０に備えられた上向きアーク溝１２の個数と同一である。

前記固定部材３０はヒートパイプ２０の横支持部２１を覆って前記ヒートパイプ２０をそれぞれ独立的に放熱板１０に固定結合させる機能をする。前記固定部材３０の材質はアルミニウムからなり得、その長さは前記放熱板１０の長さと同一である。

図７に示されているように、前記固定部材３０の一面には長さ方向に沿って前記上向きアーク溝１２に対応する下向きアーク溝３１が並んで備えられている。前記下向きアーク溝３１の半径および間隔は前記上向きアーク溝１２の半径および間隔と同一である。そのため、上向きアーク溝１２と下向きアーク溝３１が合わせられて横支持部２１の上半部と下半部を共に囲む。

また、前記固定部材３０の他面には長さ方向に沿って放熱溝３２が備えられている。前記放熱溝３２は固定部材３０の表面積を拡張させて放熱効果を高める機能をする。前記固定部材３０はヒートパイプ２０の横支持部２１とともに溶接によって放熱板１０に付着されてもよく、別途の固定ねじによって放熱板１０に結合され得る。このために図５の放熱板１０には適所に多数個のねじ孔が備えられている。

最後に、前記積層フィン４０は金属材質の薄板の形状であって、前記縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂに支持された状態で放熱板１０の他面上に一定の間隔をおいて幾重にも配置される。図８には厚さが０．３～０．７ｍｍであるアルミニウム薄板であって、横１１５ｍｍ、縦８４ｍｍである四角形状の積層フィン４０が例示されている。

前記積層フィン４０にはヒートパイプ２０の両側の縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂがそれぞれ密着挿入される多数個のパイプ挿入孔４１が並んで穿孔されている。前記パイプ挿入孔４１の内径は前記縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂの直径と同一である。そのため、前記積層フィン４０は前記縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂに挿入支持された状態で一定の間隔をおいて幾重にも配置される。

前記積層フィン４０のパイプ挿入孔４１には図９のように、所定高さＬ３のスリーブ４２が備えられていることが好ましい。前記スリーブ４２の内径は縦折り曲げ部２２ａ、２
２ｂの直径と同一である。そのため、前記スリーブ４２は縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂに対する積層フィン４０の支持力を高め、同時に各積層フィン４０の間の上下の間隔を一定に離隔させる機能をする。前記スリーブ４２の高さＨは１．５～３ｍｍであることが好ましい。

一方、図５に示されているように、前記放熱板１０に配置される上向きアーク溝１２は、互いに隣接する上向きアーク溝１２の両側端部が互いに行き違うように一個ずつ交互に配置されていることが好ましい。このようになると、図６および図８のように互いに隣接したヒートパイプ２０の縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂとこれに対応する積層フィン４０のパイプ挿入孔４１もジグザグ状に交互に配置される。

したがって、前記縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂの間で十分な空間が確保されて積層フィン４０の側面に設置された冷却ファン（図示せず）で提供される風が渦流現象を起こしながら放熱効果を高める効果があり、ひいては前記パイプ挿入孔４１の間の間隔が広くなって積層フィン４０の構造的な強度が増加する効果を得ることができる。

因みに、ヒートパイプ２０の縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂが一列で並んで配置されると、互いに隣接した縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂが互いに密着して空気の流れを遮断する壁を作るので、相対的に放熱効果が低下する。そして、積層フィン４０のパイプ挿入孔４１が１列で並んで配置されると、互いに隣接したパイプ挿入孔４１の間の間隔が過度に狭くなって、ちょっと間違えばパイプ挿入孔４１に沿って積層フィン４０が曲がったり切断されることもある。

これまで長さＬ１が同一である上向きアーク溝１２の端部が互いに行き違うように交互に配置された放熱板１０を使う場合を説明したが、図１０は本発明の他の実施例として長さＬ１ａ、Ｌ１ｂが互いに異なる２種類の上向きアーク溝１２ａ、１２ｂが交互に配置された放熱板１０ａを示している。前記放熱板１０ａにおいても互いに隣接する二つの上向きアーク溝１２ａ、１２ｂの両側端部が互いに行き違うように配置されている。図１０の放熱板１０ａを使う場合、前記上向きアーク溝１２ａ、１２ｂの長さＬ１ａ、Ｌ１ｂによって横支持部２１の長さが互いに異なる２種類のヒートパイプ（図示せず）を使わなければならない。

また、本発明の好ましい実施例によると、前記放熱板１０に結合されるヒートパイプ２０と積層フィン４０は一つの積層フィンモジュールＭ１、Ｍ２の形態で組立および分離され得る。この時、前記積層フィンモジュールＭ１、Ｍ２は８～１６個のヒートパイプ２０に２０～１００枚の積層フィン４０を挿入固定して構成され得る。

添付図１１は１２個のヒートパイプ２０と５１枚の積層フィン４０で構成された積層フィンモジュールＭ１を示したもので、図２はこのような積層フィンモジュールＭ１が４個結合されたヒートシンクを例示したものである。また、添付図１２は１２個のヒートパイプ２０と７３枚の積層フィン４０で構成された積層フィンモジュールＭ２と、このような積層フィンモジュールＭ２が４個結合されたヒートシンクを例示したものである。

前記積層フィンモジュールＭ１、Ｍ２の用途に応じてここに使われるヒートパイプ２０と積層フィン４０の規格が適切に変更され得、また、ヒートシンクの用途に応じて放熱板１０に結合される積層フィンモジュールＭ１、Ｍ２の個数が決定され得る。このような積層フィンモジュールＭ１、Ｍ２を使うと、本発明に係るヒートシンクをより容易に組立および分解することができ、ひいてはヒートシンクの維持および保守が便利な効果がある。

１０、１０ａ：放熱板
１１：ＵＶＬＥＤ
１２、１２ａ、１２ｂ：上向きアーク溝
２０：ヒートパイプ（ｈｅａｔｐｉｐｅ）
２１：横支持部
２２ａ、２２ｂ：縦折り曲げ部
３０：固定部材
３１：下向きアーク溝
３２：放熱溝
４０：積層フィン（ｓｔａｃｋｆｉｎ）
４１：パイプ挿入孔
４２：スリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）
Ｌ１：上向きアーク溝１２の長さ
Ｌ２：縦折り曲げ部２２ａ、２２ｂの長さ
Ｌ３：スリーブ４２の高さ
Ｍ１、Ｍ２：積層フィンモジュール

Claims

長方形の板状であって,一面にＵＶＬＥＤ（１１）が並んで付着され、他面には所定の長さ（Ｌ１）に拡張された円弧状上向きアーク溝（１２）が並んで配置されている金属材質の放熱板（１０）と；
両側端部が密封された円筒状金属管の内部に液体が満たされものであって、前記放熱板（１０）の上向きアーク溝（１２）内に密着挿入される横支持部(２１)と、前記横支持部(２１)の両側端部からそれぞれ放熱板（１０）に対して垂直方向に折り曲げられた縦折り曲げ部（２２ａ、２２ｂ）を有する多数個のヒートパイプ（２０）と；
前記ヒートパイプ（２０）の横支持部（２１）を覆って前記ヒートパイプ（２０）をそれぞれ放熱板（１０）に固定結合させるものであって、一面には長さ方向に沿って前記上向きアーク溝（１２）に対応する下向きアーク溝（３１）が並んで備えられている固定部材（３０）と；
前記ヒートパイプ（２０）の両側の縦折り曲げ部（２２ａ、２２ｂ）に挿入支持された状態で放熱板（１０）の他面上に一定の間隔をおいて幾重にも配置される金属材質の薄板であって、前記縦折り曲げ部（２２ａ、２２ｂ）がそれぞれ密着挿入される多数個のパイプ挿入孔（４１）が穿孔されており、前記パイプ挿入孔（４１）の周りにはスリーブ（４２）が一定の高さ（Ｌ３）で突出している多数枚の積層フィン（４０）；を含んで構成されることと、
前記放熱板（１０）のアーク溝（１２）は、互いに隣接する前記上向きアーク溝（１２）の両側端部が互いに行き違うように一個ずつ交互に配置され、前記ヒートパイプ（２０）の前記縦折り曲げ部（２２ａ、２２ｂ）が前記上向きアーク溝（１２）の両側端部が対応するように交互に配置され、前記放熱板（１０）の上向きアーク溝（１２）と前記固定部材（３０）の下向きアーク溝（３１）が合わせて横支持部（２１）の表面を一緒に囲むように構成されており、
前記放熱板（１０）の上向きアーク溝（１２）は断面半円形であって、横支持部（２１）の断面円形の下半分に密着され、前記固定部材（３０）の下向きアーク溝（３１）は断面半円形であって、横支持部（２１）の断面円形の上半分に密着されていることを特徴とするＵＶＬＥＤ硬化器用ヒートシンク。
前記放熱板（１０）には前記ヒートパイプ（２０）と積層フィン（４０）と固定部材（３０）とが一つの積層フィンモジュール（Ｍ１、Ｍ２）の形態で組み立てられ、前記積層フィンモジュール（Ｍ１、Ｍ２）は８～１６個のヒートパイプ（２０）に２０～１００枚の積層フィン（４０）を挿入固定して構成されており、
前記ヒートパイプ（２０）の横支持部（２１）を配列して固定する前記固定部材（３０）の上面には、表面積を拡張させる放熱溝（３２）が横支持部（２１）の配列方向に長く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＵＶＬＥＤ硬化器用ヒートシンク。