KR20200079207A - 광 조사 장치 - Google Patents

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KR20200079207A
KR20200079207A KR1020190172768A KR20190172768A KR20200079207A KR 20200079207 A KR20200079207 A KR 20200079207A KR 1020190172768 A KR1020190172768 A KR 1020190172768A KR 20190172768 A KR20190172768 A KR 20190172768A KR 20200079207 A KR20200079207 A KR 20200079207A
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light
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KR1020190172768A
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히로아키 와타나베
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호야 칸데오 옵트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

(과제)
복수의 LED를 균일하게 냉각하는 것이 가능한 구성을 가지는 소형의 광 조사 장치를 제공하는 것.
(해결 수단)
라인 형상의 광을 조사하는 광 조사 장치가 기판의 표면에 제1 방향을 따라 늘어서서 배치된 복수의 광원을 가지는 광원부와, 제1 방향을 따라 형성된 복수의 방열 핀을 가지고 기판의 이면측에 열적으로 결합된 방열부와, 방열부를 수용함과 아울러, 방열 핀을 냉각하는 냉각풍이 흐르는 풍동을 형성하는 하우징과, 풍동 내에 제1 방향으로 흐르는 냉각풍을 생성하는 제1 냉각 팬을 구비하고, 하우징의 제2 방향에 대향하는 측면의 적어도 일방은 냉각풍이 복수의 방열 핀 사이를 통과하여 외부로 배기되거나, 또는 외부로부터 복수의 방열 핀 사이를 통과하여 흡기되도록 형성된 통기구를 가지고, 풍동은 냉각풍에 의해 정압 또는 부압 상태가 되는 압력실로서 기능한다.

Description

광 조사 장치{LIGHT ILLUMINATING APPARATUS}
본 발명은 광원으로서 LED(Light Emitting Diode)를 구비하고, 라인 형상의 광을 조사하는 광 조사 장치에 관한 것으로, 특히 LED로부터 발해지는 열을 방출하는 방열 부재를 구비한 광 조사 장치에 관한 것이다.
종래, 맥주나 주스의 캔·페트병, 샴푸나 화장품의 병 등의 용기를 인쇄하기 위한 잉크로서, 자외광의 조사에 의해 경화하는 자외선 경화형 잉크가 사용되고 있다. 그리고 이와 같은 자외선 경화형 잉크의 경화에는 일반적으로 자외광을 조사하는 광 조사 장치가 사용된다.
예를 들면, 특허문헌 1에는 잉크젯 헤드를 사용하여, 캔체(조사 대상물)의 외주면에 화상을 형성하는 화상 형성 장치가 기재되어 있다. 이 장치는 캔체의 내부에 삽입되어, 캔체를 지지하는 지지통(맨드릴), 지지통이 지지하고 있는 캔체의 외주면에 대하여 자외선 경화형 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드, UV LED 램프(광 조사 장치) 등을 구비하고 있다. 그리고 캔체를 회전시키면서 자외선 경화형 잉크를 토출시켜, 캔체의 외주면에 화상을 형성하고, 이 캔체의 외주면에 UV LED 램프로부터의 자외광을 조사함으로써, 캔체의 외주면에 부착된 자외선 경화형 잉크를 경화시키고 있다.
또 특허문헌 2에는 인쇄 매체를 반송하는 반송 유닛과, 반송 방향으로 늘어서서 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙, 오렌지, 그린의 컬러 잉크를 각각 토출하는 6개의 헤드와, 각 헤드 사이의 반송 방향 하류측에 배치되고, 각 헤드로부터 인쇄 매체 상에 토출된 도트 잉크를 가경화(피닝)시키는 6개의 가경화용 조사부(광 조사 장치)와, 도트 잉크를 본경화시켜 인쇄 매체에 정착시키는 본경화용 조사부를 구비한 인쇄 장치가 기재되어 있다. 그리고 가경화용 조사부에는 인쇄 장치 자체의 경량화 및 컴팩트화의 요청으로부터 광원으로서 LED가 사용되고 있어, 인쇄 매체의 폭 방향을 따라 복수의 LED가 늘어서서 배치되어 있다.
일본 특개 2016-013548호 공보 일본 특개 2013-252720호 공보
특허문헌 1, 2에 기재된 광 조사 장치와 같이, 광원으로서 LED를 사용하는 경우, 투입한 전력의 대부분이 열이 되는 점에서, LED 자신이 발열하는 열에 의해 발광 효율과 수명이 저하된다는 문제가 발생한다. 또 LED의 발열에 의해, 광 조사 장치 자신(즉, 하우징)도 뜨거워지기 때문에, 광 조사 장치의 주변의 부품을 근접시켜 배치할 수 없어, 장치 전체가 대형화해버린다는 문제도 있다.
이러한 문제는 특허문헌 2의 광 조사 장치와 같이, 복수의 LED가 탑재된 장치의 경우, 열원이 되는 LED가 늘어나는 점에서, 더욱 심각한 것이 된다. 또 특허문헌 1, 2의 광 조사 장치와 같이, 광원으로서 UV LED를 사용하는 경우에도 LED 자신의 발열량이 커지기 때문에, 마찬가지로 심각한 것이 된다. 이 때문에 LED를 광원으로서 사용하는 광 조사 장치에 있어서는 일반적으로 히트 싱크 등의 방열 부재를 사용하여 LED의 발열을 억제하는 구성을 채용하고 있다.
이와 같이, LED의 발열을 억제하기 위해서는 히트 싱크 등의 방열 부재를 사용하는 것이 효과적이다. 그러나 특허문헌 2의 광 조사 장치와 같이, 복수의 LED가 늘어서서 배치되는 구성에 있어서는 각 LED를 균일하게 냉각하지 않으면(즉, 온도를 거의 균일하게 하지 않으면), 각 LED 사이의 온도차에 의해 광량에 불균일이 생기고, 조사 대상물 상의 자외선 경화형 잉크의 경화에도 불균일이 발생하게 된다. 본 명세서에 있어서 온도가 거의 균일한 상태는 본 발명의 광 조사 장치의 실사용상의 문제가 생기지 않을 정도의 온도차가 존재하는 상태를 말하고, 예를 들면 온도차가 10℃ 이하인 상태를 말한다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 하우징의 발열을 억제하면서도, 복수의 LED를 균일하게 냉각하는 것이 가능한 구성을 가지는 소형의 광 조사 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 광 조사 장치는 조사면 상에 제1 방향으로 뻗고 또한 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 소정의 선 폭을 가지는 라인 형상의 광을 조사하는 광 조사 장치로서, 제1 방향으로 뻗는 기판과, 기판의 표면에 제1 방향을 따라 늘어서서 배치된 복수의 광원을 가지는 광원부와, 제1 방향을 따라 소정의 간격을 두고 세워져 설치된 복수의 방열 핀을 가지고, 기판의 이면측에 열적으로 결합된 방열부와, 방열부를 수용함과 아울러, 방열 핀을 냉각하는 냉각풍이 흐르는 풍동을 형성하는 하우징과, 풍동 내에 제1 방향으로 흐르는 냉각풍을 생성하는 제1 냉각 팬을 구비하고, 하우징의 제2 방향에 대향하는 측면의 적어도 일방은 냉각풍이 복수의 방열 핀 사이를 통과하여 외부로 배기되거나, 또는 외부로부터 복수의 방열 핀 사이를 통과하여 흡기되도록 형성된 통기구를 가지고, 풍동은 냉각풍에 의해 정압 또는 부압 상태가 되는 압력실로서 기능하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 각 방열 핀의 사이를 통과하여 흐르는 공기의 양이 거의 동일하게 되기 때문에, 방열부가 균일하게 냉각된다. 따라서 복수의 광원의 온도도 거의 동일하게 되고, 광량의 불균일이 억제된다.
또 하우징의 제2 방향에 대향하는 측면의 적어도 일방은 복수의 방열 핀에 맞닿아 있는 것이 바람직하다.
또 통기구는 복수의 방열 핀의 기단부가 외부에 노출되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또 풍동의 제2 방향의 단면적과 통기구의 개구 면적의 비가 1:0.7~1:1.4로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 또 이 경우, 통기구의 제2 방향의 길이를 L1, 각 방열 핀의 제2 방향의 길이를 h로 했을 때, 이하의 조건식(1)을 만족하는 것이 바람직하다.
0.1·h≤L1≤0.5·h…(1)
또 하우징은 풍동과, 복수의 방열 핀이 배치되는 영역을 구분하는 구분판을 가지고, 구분판은 풍동과 복수의 방열 핀이 배치되는 영역을 연통하도록 형성된 연통구를 가지고, 풍동의 제2 방향의 단면적과 연통구의 개구 면적의 비가 1:0.7~1:1.4로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 또 이 경우, 통기구의 개구 면적이 연통구의 개구 면적보다 큰 것이 바람직하다.
또 냉각 팬이 하우징의 제1 방향의 일단면에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또 이 경우, 하우징의 제1 방향의 타단면에 설치되고, 제1 방향과 상반되는 방향으로 흐르는 냉각풍을 생성하는 제2 냉각 팬을 구비할 수 있다.
또 광이 자외선 경화형 수지에 작용하는 파장을 포함하는 광인 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 하우징의 발열을 억제하면서도, 복수의 LED를 균일하게 냉각하는 것이 가능한 소형의 광 조사 장치가 실현된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사 장치의 외관도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사 장치의 내부 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사 장치에 구비되는 광원 유닛과 방열 부재의 구성을 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사 장치에 구비되는 방열 부재와 하우징 내에 발생하는 기류와의 관계를 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광 조사 장치의 내부 구성을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 광 조사 장치의 내부 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 광 조사 장치의 내부 구성을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사 장치(1)의 외관도이며, 도 1(a)은 광 조사 장치(1)의 정면도이다. 또 도 1(b)은 광 조사 장치(1)의 상면도이며, 도 1(c)은 광 조사 장치(1)의 저면도이며, 도 1(d)은 광 조사 장치(1)의 우측면도이다. 본 실시형태의 광 조사 장치(1)는 인쇄 장치 등에 탑재되어, 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지를 경화시키는 광원 장치이며, 예를 들면 조사 대상물의 상방에 배치되어, 조사 대상물에 대하여 라인 형상의 자외광을 출사한다. 또한 본 명세서에 있어서는 도 1의 좌표에 나타내는 바와 같이 후술하는 LED(Light Emitting Diode) 소자(210)가 자외광을 출사하는 방향을 Z축 방향, LED 소자(210)의 배열 방향을 X축 방향, 및 Z축 방향 및 X축 방향에 직교하는 방향을 Y축 방향으로 정의하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 광 조사 장치(1)는 내부에 광원 유닛(200)이나 방열 부재(400) 등을 수용하는 X축 방향으로 긴 상자형의 하우징(100)을 구비하고 있다. 하우징(100)은 정면에 자외광이 출사되는 유리제의 창부(105)를 구비하고 있다. 또 하우징(100)의 Y축 방향에 대향하는 측면(즉, 상면 및 저면)에는 하우징(100) 내의 공기를 배기하는 통기구(101)가 형성되고, 우측면에는 하우징(100) 내에 공기를 공급하는 냉각 팬(103)이 배치되어 있다. 또 하우징(100)의 배면에는 광 조사 장치(1)에 전원을 공급하기 위한 커넥터(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 커넥터(도시하지 않음)와 전원 장치(도시하지 않음)가 전기적으로 접속되어, 광 조사 장치(1)에 전원이 공급되도록 되어 있다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 광 조사 장치(1)의 내부 구성을 설명하는 도면이며, 도 2(a)는 도 1의 A-A 단면(斷面)의 단면도(端面圖)이며, 도 2(b)는 도 1의 B-B 단면도(斷面圖)이다. 또한 도 2에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 광 조사 장치(1)의 내부의 배선 케이블 등 일부 구성을 생략하여 나타내고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 광 조사 장치(1)는 X축 방향으로 늘어서서 배치된 4개의 광원 유닛(200)과, X축 방향으로 늘어서서 배치된 4개의 방열 부재(400)와, LED 구동 회로(도 2에 있어서 도시하지 않음) 등을 하우징(100) 내부에 구비하고 있다. 또한 각 광원 유닛(200), 각 방열 부재(400)는 각각 완전히 동일한 구성으로 되어 있다. 또한 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 있어서는 광원 유닛(200)과 방열 부재(400)는 하우징(100) 내에 있어서 X축 방향과 상반되는 방향측에 치우쳐서 배치되어 있다.
도 3은 본 실시형태의 광원 유닛(200)과 방열 부재(400)의 구성을 설명하는 개략도이며, 도 3(a)은 Z축 방향에서 본 정면도이며, 도 3(b)은 Y축 방향에서 본 평면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이 광원 유닛(200)은 X축 방향 및 Y축 방향에 평행한 직사각형판 형상의 기판(205)과, 동일한 특성을 가지는 복수(예를 들면, 10개)의 LED 소자(210)를 구비하고 있고, 방열 부재(400)의 방열판(410)의 일단면(Z축 방향의 단면) 상에 고정되어 있다.
복수의 LED 소자(210)는 Z축 방향으로 광축이 가지런한 상태이며, X축 방향으로 소정의 간격을 두고 기판(205)의 표면에 일렬로 배치되어, 기판(205)과 전기적으로 접속되어 있다. 또 기판(205)은 LED 구동 회로(도시하지 않음)로부터 뻗는 배선 케이블(도시하지 않음)에 의해 서로 전기적으로 접속되고 있어, 각 LED 소자(210)에는 LED 구동 회로로부터 구동 전류가 공급되도록 되어 있다. 각 LED 소자(210)에 구동 전류가 공급되면, 각 LED 소자(210)로부터는 구동 전류에 따른 광량의 자외광(예를 들면, 파장 365nm)이 출사되고, 광원 유닛(200)으로부터는 X축 방향으로 뻗고 또한 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 소정의 선 폭을 가지는 라인 형상의 자외광이 출사된다. 도 3에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 있어서는 4개의 광원 유닛(200)이 X축 방향으로 늘어서서 배치되어 있고, 각 광원 유닛(200)으로부터 출사된 라인 형상의 자외광은 X축 방향으로 연속되도록 되어 있다.
방열 부재(400)는 광원 유닛(200)으로부터 발해진 열을 방열하는 부재이다. 본 실시형태의 방열 부재(400)는 직사각형판 형상의 금속제(예를 들면, 구리, 알루미늄)의 방열판(410)과, 방열판(410)의 타단면(광원 유닛(200)이 재치되는 면과는 반대측의 면)에 납땜된 복수의 방열 핀(420)으로 구성되어 있다(도 2(a), 도 3(b)). 방열 핀(420)은 방열판(410)으로부터 Z축 방향과 상반되는 방향으로 돌출되도록 세워져 설치되고, 방열판(410)에 전해진 열을 공기 중에 방열하는 직사각형판 형상의 금속(예를 들면, 구리, 알루미늄, 철, 마그네슘 등의 금속이나 이들을 포함하는 합금 등)의 부재이다. 또한 상세는 후술하는데, 본 실시형태에 있어서는 냉각 팬(103)에 의해 하우징(100) 내에 외부로부터 공기가 받아들여져, 받아들여진 공기가 냉각풍으로서 각 방열 핀(420)의 표면을 흐르고, 방열 핀(420)에 의해 가열된 공기가 통기구(101)를 통과하여 신속하게 배기되도록 되어 있다.
또한 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 광원 유닛(200)과 방열 부재(400)는 하우징(100) 내에 있어서 전측에(Z축 방향측에) 배치되어 고정되도록 되어 있다. 그리고 광원 유닛(200)과 방열 부재(400)가 하우징(100) 내에 고정되었을 때, 각 LED 소자(210)가 창부(105)와 대향하는 위치에 배치되고, 각 방열 핀(420)이 하우징(100)의 Y축 방향에 대향하는 측면(즉, 상면 및 저면)에 맞닿고, 각 방열 핀(420)의 기단부가 통기구(101)로부터 외부에 노출되도록 되어 있다. 또 도 2(a), (b)에 나타내는 바와 같이 방열 부재(400)의 후측(Z축 방향과 상반되는 방향)에는 방열 핀(420)을 냉각하기 위한 냉각풍이 흐르는 풍동(α)이 형성되어 있다.
본 실시형태의 각 LED 소자(210)는 거의 균일한 광량의 자외광을 출사하도록 각 LED 소자(210)에 공급되는 구동 전류가 조정되어 있어, 광원 유닛(200)으로부터 출사되는 라인 형상의 자외광은 X축 방향에 있어서 거의 균일한 광량 분포를 가지고 있다.
각 LED 소자(210)에 구동 전류가 흐르고, 각 LED 소자(210)로부터 자외광이 출사되면, LED 소자(210)의 자기 발열에 의해 온도가 상승하는데, 각 LED 소자(210)에서 발생한 열은 기판(205) 및 방열판(410)을 통하여 방열 핀(420)으로 신속하게 전도(이동)되고, 각 방열 핀(420)으로부터 주변의 공기 중에 방열된다. 그리고 방열 핀(420)에 의해 가열된 공기는 각 방열 핀(420)의 표면을 흐르는 냉각풍에 의해 통기구(101)를 통과하여 신속하게 배기되도록 되어 있다.
여기서 본 실시형태의 구성에 있어서는 4개의 광원 유닛(200)과 방열 부재(400)가 X축 방향으로 늘어서서 배치되어 있는 바, 각 광원 유닛(200)의 LED 소자(210)의 온도가 상이하면 광량에 불균일이 생겨버리기 때문에, 광량을 균일하게 하기 위해서는 냉각 팬(103)으로부터의 거리가 상이한 4개의 방열 부재(400)를 균일하게 냉각해야 한다는 과제가 있었다. 그래서 이러한 과제를 해결하기 위해서, 본 실시형태에 있어서는 방열 부재(400)가 배치되는 풍동(α)이 일종의 압력실로서 기능하여, 방열 부재(400)가 배치되는 영역의 공기의 압력이 거의 일정하게 되도록 구성했다. 그리고 이것에 의해 각 방열 핀(420) 사이를 흐르는 공기의 양을 거의 동일하게 하여, 4개의 방열 부재(400)의 균일한 냉각이 가능하도록 하고 있다.
이하, 본 발명의 특징 부분인 방열 부재(400)의 냉각 작용에 대해서 설명한다. 도 4는 방열 부재(400)와 하우징(100) 내에 발생하는 기류와의 관계를 설명하는 모식도이다. 또한 도 4(a)는 도 2(a)에 기류의 방향을 나타내는 화살표를 추가한 도면이며, 도 4(b)는 도 2(b)에 기류의 방향을 나타내는 화살표를 추가한 도면이다.
도 4(b)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 광 조사 장치(1)는 하우징(100)의 우측면에 냉각 팬(103)을 구비하고, 하우징(100)의 상면 및 저면에는 통기구(101)가 형성되어 있다. 따라서 냉각 팬(103)이 회전하면, 하우징(100)의 외측의 공기가 냉각 팬(103)으로부터 받아들여져, 하우징(100) 내는 정압이 되기 때문에, 통기구(101)로부터는 하우징(100)의 내부의 공기가 배기된다. 보다 구체적으로는 하우징(100) 내에는 도 4(b) 중 실선의 화살표로 나타내는 기류가 발생하고, 냉각 팬(103)으로부터 하우징(100) 내에 받아들여진 공기는 풍동(α) 내를 X축 방향과 상반되는 방향으로 흐르는데, 하우징(100)의 좌측면(도 4(b)에 있어서 좌측의 단면)은 개구되어 있지 않으므로, 풍동(α)이 정압 상태가 된다. 또 풍동(α)의 공기는 각 방열 핀(420) 사이에 유입되고자 하는데, 기류의 방향이 90도 구부러지게 되기 때문에, 풍동(α) 내의 공기압은 높아짐과 아울러 풍속은 작아진다. 이 때문에 풍동(α)으로부터 각 방열 핀(420) 사이에 유입되는 공기의 양은 거의 균일하게 되고, 각 방열 부재(400)의 방열 핀(420)의 표면에는 각각 거의 균일한 양의 공기가 흘러, 통기구(101)로부터 배출된다. 이 때문에 각 방열 부재(400)가 거의 균일하게 냉각되게 된다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는 냉각 팬(103)에 의해 생성되는 냉각풍의 방향(X축 방향과 상반되는 방향)과 방열 핀(420)이 뻗어 설치되는 방향(Z축 방향과 상반되는 방향)이 90도 상이하고, 또 방열 핀(420)이 뻗어 설치되는 방향과 통기구(101)의 배치 방향(Y축 방향)이 90도 상이하며, 풍동(α)이 일종의 압력실로서 기능하도록 되어 있다. 그리고 방열 핀(420)이 배치되는 영역의 공기의 압력이 거의 일정하게 되도록, 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적 및 통기구(101)의 개구 면적이 설정되어 있다. 구체적으로는 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 통기구(101)의 개구 면적의 비는 1:0.7~1:1.4로 설정되어 있다. 또한 본 명세서에 있어서는 통기구(101)로부터 노출되는 방열 핀(420)의 간극(개구)의 면적의 총합(즉, 방열 핀(420)의 두께를 고려한 실질적인 개구 면적)을 「통기구(101)의 개구 면적」이라고 표현하고 있다. 또 풍동(α) 내의 압력을 높이기 위해서는 통기구(101)의 Z축 방향의 길이를 방열 핀(420)의 Z축 방향의 길이에 대하여 작게 설정하는(즉, 통기구(101)의 개구 면적을 작게 하는) 것이 바람직한데, 통기구(101)를 지나치게 작게 하면, 냉각풍의 흐름이 나빠지고, 방열 핀(420)의 온도가 상승하기 때문에, 본 실시형태에 있어서는 통기구(101)의 Z축 방향의 길이를 L1, 방열 핀(420)의 Z축 방향의 길이를 h로 했을 때, 이하의 조건식(1)을 만족하도록 구성하고 있다(도 2(a)).
0.1·h≤L1≤0.5·h…(1)
표 1은 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적과 통기구(101)의 개구 면적의 관계에 대해서, 방열 부재(400)의 온도의 관점에서 시뮬레이션한 결과를 설명하는 표이다.
Figure pat00001
표 1은 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 통기구(101)의 개구 면적의 비를 실시예 1~실시예 5 및 비교예 1, 2와 같이 변경하면서 시뮬레이션한 것이다. 또한 표 1에 있어서 「최대 온도(℃)」는 4개의 방열 부재(400)의 온도의 최대값을 나타내고, 「평균 온도(℃)」는 4개의 방열 부재(400)의 온도의 평균값을 나타내고, 「최소 온도(℃)」는 4개의 방열 부재(400)의 온도의 최소값을 나타내고, 「온도차(℃)」는 최대 온도(℃)와 최소 온도(℃)의 차를 나타내고 있다. 또 실시예 1, 3, 5, 비교예 1, 2에 있어서는 하우징(100)의 Y축 방향에 대향하는 측면(즉, 상면 및 저면)에 통기구(101)가 형성되는 것으로 하고, 실시예 2, 4에 있어서는 하우징(100)의 Y축 방향에 대향하는 측면의 어느 일방(즉, 상면 또는 저면)에 통기구(101)가 형성되는 것으로 하며, 발열량은 250W로 하여 시뮬레이션을 행했다.
그 결과, 표 1에 나타내는 바와 같이 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 통기구(101)의 개구 면적의 비를 1:0.7~1:1.4로 설정하고, 또한 상기한 조건식(1)을 만족하도록 구성하면, 방열 부재(400)의 온도차가 10℃ 이내가 되는(즉, 실사용상의 문제가 생길 수 없도록, 복수의 LED 소자(210)를 냉각할 수 있는) 것을 알 수 있었다.
또한 본 실시형태에 있어서는 각 방열 핀(420)은 하우징(100)의 Y축 방향에 대향하는 측면(즉, 상면 및 저면)에 맞닿도록 설계되어 있고, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, Y축 방향에 있어서 하우징(100)과 핀(420) 사이에 간극이 없게 되어 있다. 이 때문에 도 4(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 핀(420)의 선단부측(Z축 방향과 상반되는 방향의 단부측)으로부터의 핀(420) 사이로의 공기의 유입을 효과적으로 실현할 수 있다.
또한 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는 방열 부재(400)에 전도된 광원 유닛(200)으로부터의 열이 하우징(100) 내를 통과하여 공급되는 냉각풍에 의해 냉각되기 때문에, 하우징(100) 자체는 뜨거워지지 않는다. 따라서 광 조사 장치(1)의 주변에 다른 부품을 근접시켜 배치할 수 있기 때문에, 광 조사 장치(1)가 편입되는 장치 전체를 소형화하는 것이 가능하게 된다.
이상이 본 실시형태의 설명인데, 본 발명은 상기한 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변형이 가능하다.
예를 들면 본 실시형태의 광 조사 장치(1)는 자외광을 조사하는 장치로 했지만, 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 다른 파장역의 조사광(예를 들면 백색광 등의 가시광, 적외광 등)을 조사하는 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또 본 실시형태에 있어서는 각 방열 핀(420)과 하우징(100)은 맞닿는 것으로 했지만, 방열 핀(420)의 선단부측(Z축 방향과 상반되는 방향의 단부측)으로부터 방열 핀(420) 사이로 확실하게 공기가 유입되면 된다. 예를 들면, Y축 방향에 있어서의 하우징(100)과 방열 핀(420) 사이의 간극을 A라고 하고, 방열 핀(420)의 X축 방향의 간격을 B라고 했을 때, A<B가 되도록 설정하면 되고, 바람직하게는 A:B=0.5:1.0이며, 보다 바람직하게는 0.1:1.0이다.
또 본 실시형태에 있어서는 각 방열 핀(420)의 기단부가 통기구(101)로부터 외부에 노출되는 것으로 했지만, 각 방열 핀(420)이 확실하게 냉각되면, 방열 핀(420)의 어느 부분이 외부에 노출되어도 된다.
또 본 실시형태에 있어서는 냉각 팬(103)이 흡기 팬이며, 하우징(100) 내가 정압이 되고, 통기구(101)로부터는 하우징(100)의 내부의 공기가 배기되는 것으로 했지만, 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 냉각 팬(103)이 배기 팬이어도 된다. 이 경우, 통기구(101)로부터 외부의 공기가 받아들여져, 하우징(100) 내가 부압이 되는데, 각 방열 핀(420) 사이에 유입되는 공기의 양은 거의 균일하게 되어, 각 방열 부재(400)가 거의 균일하게 냉각된다.
(제2 실시형태)
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광 조사 장치(2)의 내부 구성을 설명하는 단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 광 조사 장치(2)는 하우징(100)의 내부에 풍동(α)과 방열 핀(420)이 배치되는 공간(β)을 구분하는 구분판(150)을 구비하고 있는 점에서, 제1 실시형태의 광 조사 장치(1)와 상이하다. 그리고 구분판(150)에는 풍동(α)과 공간(β)을 연통하는 복수의 연통구(151)가 형성되어 있어, 도 5에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이 각 방열 핀(420) 사이에 유입되는 냉각풍이 풍동(α)으로부터 연통구(151)를 통과하여 공급되도록 되어 있다.
구체적으로는 냉각 팬(103)이 회전하고, 하우징(100)의 외측의 공기가 냉각 팬(103)으로부터 받아들여지면, 하우징(100) 내에 받아들여진 공기는 풍동(α) 내를 X축 방향과 상반되는 방향으로 흐르는데, 하우징(100)의 좌측면(도 5(b)에 있어서 좌측의 단면)은 개구되어 있지 않으므로, 풍동(α)이 정압 상태가 된다. 풍동(α)의 공기는 연통구(151)를 통과하여 각 방열 핀(420) 사이에 유입되고자 하는데, 기류의 방향이 90도 구부러지게 되기 때문에, 풍동(α) 내의 공기압은 높아짐과 아울러 풍속은 작아진다. 이 때문에 풍동(α)으로부터 연통구(151)(즉, 각 방열 핀(420) 사이)에 유입되는 공기의 양은 거의 균일하게 되고, 각 방열 부재(400)의 방열 핀(420)의 표면에는 각각 거의 균일한 양의 공기가 흘러, 통기구(101)로부터 배출된다. 이 때문에 각 방열 부재(400)가 거의 균일하게 냉각되게 된다.
이와 같이 본 실시형태에 있어서는 냉각 팬(103)에 의해 생성되는 냉각풍의 방향(X축 방향과 상반되는 방향)과 연통구(151)의 개구 방향(Z축 방향)이 90도 상이하고, 또 방열 핀(420)이 뻗어 설치되는 방향(Z축 방향과 상반되는 방향)과 통기구(101)의 배치 방향(Y축 방향)이 90도 상이하며, 풍동(α)이 일종의 압력실로서 기능하도록 되어 있다. 그리고 연통구(151)가 배치되는 영역의 공기의 압력이 거의 일정하게 되도록, 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적 및 연통구(151)의 개구 면적이 설정되어 있다. 구체적으로는 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 연통구(151)의 개구 면적의 비는 1:0.7~1:1.4로 설정되어 있고, 통기구(101)의 개구 면적을 S1, 연통구(151)의 개구 면적을 S2로 했을 때, 이하의 조건식(2)을 만족하도록 구성하고 있다.
S1≤S2…(2)
또한 본 명세서에 있어서는 연통구(151)로부터 노출되는 방열 핀(420)의 간극(개구)의 면적의 총합(즉, 방열 핀(420)의 두께를 고려한 실질적인 개구 면적)을 「연통구(151)의 개구 면적」이라고 표현하고 있다.
표 2는 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적과 연통구(151)의 개구 면적의 관계에 대해서, 방열 부재(400)의 온도의 관점에서 시뮬레이션한 결과를 설명하는 표이다.
Figure pat00002
표 2는 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 연통구(151)의 개구 면적의 비를 실시예 6~실시예 9와 같이 변경하면서 시뮬레이션한 것이다. 또한 표 2에 있어서 「최대 온도(℃)」는 4개의 방열 부재(400)의 온도의 최대값을 나타내고, 「평균 온도(℃)」는 4개의 방열 부재(400)의 온도의 평균값을 나타내고, 「최소 온도(℃)」는 4개의 방열 부재(400)의 온도의 최소값을 나타내고, 「온도차(℃)」는 최대 온도(℃)와 최소 온도(℃)의 차를 나타내고 있다. 또 실시예 6~9에 있어서는 하우징(100)의 Y축 방향에 대향하는 측면(즉, 상면 및 저면)에 통기구(101)가 형성되는 것으로 하고, 발열량은 250W로 하여 시뮬레이션을 행했다.
시뮬레이션의 결과, 표 2에 나타내는 바와 같이 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 연통구(151)의 개구 면적의 비를 1:0.7~1:1.4로 설정하고, 또한 상기한 조건식(2)을 만족하도록 구성하면, 방열 부재(400)의 온도차가 10℃ 이내가 되는(즉, 실사용상의 문제가 생길 수 없도록, 복수의 LED 소자(210)를 냉각할 수 있는) 것을 알 수 있었다.
(제3 실시형태)
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 광 조사 장치(3)의 내부 구성을 설명하는 단면도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 광 조사 장치(3)는 냉각 팬(103)에 더해 하우징(100)의 좌측면에 냉각 팬(104)을 구비하고 있는 점에서, 제1 실시형태의 광 조사 장치(1)와 상이하다. 그리고 도 5에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이 풍동(α)에는 냉각 팬(103)에 의해 생성되는 X축 방향과 상반되는 방향의 냉각풍과, 냉각 팬(104)에 의해 생성되는 X축 방향의 냉각풍이 흐르도록 구성되어 있다. 또한 본 실시형태에 있어서는 냉각 팬(103)과 냉각 팬(104)은 동일한 것이다.
냉각 팬(103, 104)이 회전하고, 하우징(100)의 외측의 공기가 냉각 팬(103, 104)으로부터 받아들여지면, X축 방향과 상반되는 방향의 냉각풍과, X축 방향의 냉각풍이 풍동(α) 내를 흐르는데, 하우징(100)의 대략 중앙부에서 양자가 충돌하여, 풍동(α)이 정압 상태가 된다. 풍동(α)의 공기는 각 방열 핀(420) 사이에 유입되고자 하는데, 기류의 방향이 90도 구부러지게 되기 때문에, 풍동(α) 내의 공기압은 높아짐과 아울러 풍속은 작아진다. 이 때문에 풍동(α)으로부터 각 방열 핀(420) 사이에 유입되는 공기의 양은 거의 균일하게 되고, 각 방열 부재(400)의 방열 핀(420)의 표면에는 각각 거의 균일한 양의 공기가 흘러, 통기구(101)로부터 배출된다. 이 때문에 각 방열 부재(400)가 거의 균일하게 냉각되게 된다.
이와 같이 본 실시형태에 있어서는 냉각 팬(103)에 의해 생성되는 냉각풍의 방향(X축 방향과 상반되는 방향) 및 냉각 팬(104)에 의해 생성되는 냉각풍의 방향(X축 방향)과 방열 핀(420)이 뻗어 설치되는 방향(Z축 방향과 상반되는 방향)이 90도 상이하고, 또 방열 핀(420)이 뻗어 설치되는 방향과 통기구(101)의 배치 방향(Y축 방향)이 90도 상이하며, 풍동(α)이 일종의 압력실로서 기능하도록 되어 있다. 그리고 방열 핀(420)이 배치되는 영역의 공기의 압력이 거의 일정하게 되도록, 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적 및 통기구(101)의 개구 면적이 설정되어 있다. 구체적으로는 제1 실시형태와 마찬가지로 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 통기구(101)의 개구 면적의 비는 1:0.7~1:1.4로 설정되어 있고, 통기구(101)의 Z축 방향의 길이를 L1, 방열 핀(420)의 Z축 방향의 길이를 h로 했을 때, 상기 조건식(1)을 만족하도록 구성하고 있다.
표 3은 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적과 통기구(101)의 개구 면적의 관계에 대해서, 방열 부재(400)의 온도의 관점에서 시뮬레이션한 결과를 설명하는 표이다.
Figure pat00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 시뮬레이션의 결과, 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 통기구(101)의 개구 면적의 비를 1:0.7~1:1.4로 설정하고, 또한 상기한 조건식(1)을 만족하도록 구성하면, 방열 부재(400)의 온도차가 10℃ 이내가 되는(즉, 실사용상의 문제가 생길 수 없도록, 복수의 LED 소자(210)를 냉각할 수 있는) 것을 알 수 있었다.
(제4 실시형태)
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 광 조사 장치(4)의 내부 구성을 설명하는 단면도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 광 조사 장치(4)는 제3 실시형태와 마찬가지로 냉각 팬(103)에 더해 하우징(100)의 좌측면에 냉각 팬(104)을 구비하고 있는 점에서, 제2 실시형태의 광 조사 장치(2)와 상이하다. 그리고 도 7에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이 풍동(α)에는 냉각 팬(103)에 의해 생성되는 X축 방향과 상반되는 방향의 냉각풍과, 냉각 팬(104)에 의해 생성되는 X축 방향의 냉각풍이 흐르도록 구성되어 있다. 또한 본 실시형태에 있어서도 냉각 팬(103)과 냉각 팬(104)은 동일한 것이다.
냉각 팬(103, 104)이 회전하고, 하우징(100)의 외측의 공기가 냉각 팬(103, 104)으로부터 받아들여지면, X축 방향과 상반되는 방향의 냉각풍과, X축 방향의 냉각풍이 풍동(α) 내를 흐르는데, 하우징(100)의 대략 중앙부에서 양자가 충돌하여, 풍동(α)이 정압 상태가 된다. 풍동(α)의 공기는 연통구(151)를 통과하여 각 방열 핀(420) 사이에 유입되고자 하는데, 기류의 방향이 90도 구부러지게 되기 때문에, 풍동(α) 내의 공기압은 높아짐과 아울러 풍속은 작아진다. 이 때문에 풍동(α)으로부터 연통구(151)(즉, 각 방열 핀(420) 사이)에 유입되는 공기의 양은 거의 균일하게 되고, 각 방열 부재(400)의 방열 핀(420)의 표면에는 각각 거의 균일한 양의 공기가 흘러, 통기구(101)로부터 배출된다. 이 때문에 각 방열 부재(400)가 거의 균일하게 냉각되게 된다.
이와 같이 본 실시형태에 있어서는 냉각 팬(103)에 의해 생성되는 냉각풍의 방향(X축 방향과 상반되는 방향) 및 냉각 팬(104)에 의해 생성되는 냉각풍의 방향(X축 방향)과 연통구(151)의 개구 방향(Z축 방향)이 90도 상이하고, 또 방열 핀(420)이 뻗어 설치되는 방향과 통기구(101)의 배치 방향(Y축 방향)이 90도 상이하며, 풍동(α)이 일종의 압력실로서 기능하도록 되어 있다. 그리고 연통구(151)가 배치되는 영역의 공기의 압력이 거의 일정하게 되도록, 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적 및 통기구(101)의 개구 면적이 설정되어 있다. 구체적으로는 제2 실시형태와 마찬가지로 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 연통구(151)의 개구 면적의 비는 1:0.7~1:1.4로 설정되어 있고, 통기구(101)의 개구 면적을 S1, 연통구(151)의 개구 면적을 S2로 했을 때, 상기한 조건식(2)을 만족하도록 구성하고 있다.
표 4는 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적과 연통구(151)의 개구 면적의 관계에 대해서, 방열 부재(400)의 온도의 관점에서 시뮬레이션한 결과를 설명하는 표이다.
Figure pat00004
표 4에 나타내는 바와 같이, 시뮬레이션의 결과, 풍동(α)의 YZ 평면에 있어서의 단면적에 대한 연통구(151)의 개구 면적의 비를 1:0.7~1:1.4로 설정하고, 또한 상기한 조건식(2)을 만족하도록 구성하면, 방열 부재(400)의 온도차가 10℃ 이내가 되는(즉, 실사용상의 문제가 생길 수 없도록, 복수의 LED 소자(210)를 냉각할 수 있는) 것을 알 수 있었다.
또한 금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라, 특허청구의 범위에 의해 표시되며, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1, 2, 3, 4…광 조사 장치
100…하우징
101…통기구
103, 104…냉각 팬
105…창부
150…구분판
151…연통구
200…광원 유닛
205…기판
210…LED 소자
400…방열 부재
410…방열판
420…방열 핀

Claims (10)

  1. 조사면 상에 제1 방향으로 뻗고 또한 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 소정의 선 폭을 가지는 라인 형상의 광을 조사하는 광 조사 장치로서,
    상기 제1 방향으로 뻗는 기판과, 상기 기판의 표면에 상기 제1 방향을 따라 늘어서서 배치된 복수의 광원을 가지는 광원부와,
    상기 제1 방향을 따라 소정의 간격을 두고 세워져 설치된 복수의 방열 핀을 가지고, 상기 기판의 이면측에 열적으로 결합된 방열부와,
    상기 방열부를 수용함과 아울러, 상기 방열 핀을 냉각하는 냉각풍이 흐르는 풍동을 형성하는 하우징과,
    상기 풍동 내에 상기 제1 방향으로 흐르는 상기 냉각풍을 생성하는 제1 냉각 팬
    을 구비하고,
    상기 하우징의 상기 제2 방향에 대향하는 측면의 적어도 일방은 상기 냉각풍이 상기 복수의 방열 핀 사이를 통과하여 외부로 배기되거나, 또는 외부로부터 상기 복수의 방열 핀 사이를 통과하여 흡기되도록 형성된 통기구를 가지고,
    상기 풍동은 정압 또는 부압 상태가 되는 압력실로서 기능하는
    것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 상기 제2 방향에 대향하는 측면의 적어도 일방은 상기 복수의 방열 핀에 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 통기구는 상기 복수의 방열 핀의 기단부가 외부에 노출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍동의 상기 제2 방향의 단면적과 상기 통기구의 개구 면적의 비가 1:0.7~1:1.4로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 통기구의 상기 제2 방향의 길이를 L1, 상기 각 방열 핀의 상기 제2 방향의 길이를 h로 했을 때, 이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
    0.1·h≤L1≤0.5·h…(1)
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 풍동과, 상기 복수의 방열 핀이 배치되는 영역을 구분하는 구분판을 가지고,
    상기 구분판은 상기 풍동과 상기 복수의 방열 핀이 배치되는 영역을 연통하도록 형성된 연통구를 가지고,
    상기 풍동의 상기 제2 방향의 단면적과 상기 연통구의 개구 면적의 비가 1:0.7~1:1.4로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 통기구의 개구 면적이 상기 연통구의 개구 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 냉각 팬이 상기 하우징의 상기 제1 방향의 일단면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 하우징의 상기 제1 방향의 타단면에 설치되고, 상기 제1 방향과 상반되는 방향으로 흐르는 상기 냉각풍을 생성하는 제2 냉각 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광이 자외선 경화형 수지에 작용하는 파장을 포함하는 광인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
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