JP2015199362A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型で、かつ軽量な光照射装置を提供する。
【解決手段】ライン状の光を照射する光照射装置が、基板と、基板の表面上に所定間隔毎に並べて配置された複数のＬＥＤ光源と、基板の裏面から所定の方向に延出し、ＬＥＤ光源で発生した熱を拡散する板状のベースプレートと、ベースプレートの一方面側に立設し、かつ所定の方向に延設された複数のフィンを有するヒートシンクと、から成る放熱部材と、ベースプレートの他方面側に載置され複数のＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動回路と、複数のフィンを囲む第１の風洞とＬＥＤ駆動回路を囲む第２の風洞とを形成する筐体と、外部からの空気を第１の風洞及び第２の風洞に導き、第１の風洞及び第２の風洞内に所定の方向の気流を生成する冷却ファンとを備え、ベースプレートは、一方面側から他方面側に貫通する貫通孔を有し、第２の風洞を流れる空気が、貫通孔を通して供給されるように構成される。
【選択図】図６

Description

この発明は、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備え、ライン状の光を照射する光照射装置に関し、特に、ＬＥＤから発せられる熱を放熱する放熱部材を備えた光照射装置に関する。

従来、紫外光の照射によって硬化するＵＶインクを用いて印刷を行なう印刷装置が知られている。このような印刷装置では、ヘッドのノズルから媒体にインクを吐出した後、媒体に形成されたドットに紫外光を照射する。紫外光の照射により、ドットが硬化して媒体に定着するので、液体を吸収しにくい媒体に対しても良好な印刷を行うことができる。このような印刷装置は、例えば、特許文献１に記載されている。

特許文献１には、印刷媒体を搬送する搬送ユニットと、搬送方向に並び、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック、オレンジ、グリーンのカラーインクをそれぞれ吐出する６つのヘッドと、各ヘッド間の搬送方向下流側に配置され、各ヘッドから印刷媒体上に吐出されたドットインクを仮硬化（ピニング）させる６つの仮硬化用照射部と、ドットインクを本硬化させて印刷媒体に定着させる本硬化用照射部とを備えた印刷装置が記載されている。特許文献１に記載の印刷装置は、ドットインクを仮硬化、本硬化の２段階で硬化させることにより、カラーインク間の滲みやドットの広がりを抑制している。

特許文献１に記載の仮硬化用照射部は、印刷媒体の上方に配置されて印刷媒体に紫外光を照射する、いわゆる紫外光照射装置であり、印刷媒体の幅方向にライン状の紫外光を照射する。仮硬化用照射部には、印刷装置自体の軽量化、及びコンパクト化の要請から、光源としてＬＥＤが用いられており、印刷媒体の幅方向沿って複数のＬＥＤが並んで配置されている。

特開２０１３−２５２７２０号公報

特許文献１に記載の仮硬化用照射部のように、光源としてＬＥＤを用いる場合、投入した電力の大半が熱となることから、ＬＥＤ自身が発熱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発生する。また、かかる問題は、仮硬化用照射部のように、複数のＬＥＤが搭載された装置の場合、熱源となるＬＥＤが増えることから、さらに深刻なものとなる。このため、ＬＥＤを光源として用いる光照射装置においては、一般に、ヒートシンク等の冷却構造（放熱部材）を用い、ＬＥＤの発熱を抑える構成を採っている。

ＬＥＤの発熱を抑えるためには、ヒートシンク等の放熱部材を用いるのが効果的である。しかしながら、ＬＥＤの熱を効率よく放熱するためには、放熱部材の表面積をできるだけ大きくする必要があり、放熱部材を大きくすると、装置全体が大型化してしまうといった問題がある。特に、特許文献１の仮硬化用照射部のように、各ヘッド間に配置される光照射装置において大型の放熱部材を適用すると、各ヘッド間の距離を大きくしなければならず、印刷装置自体の重量化、及び大型化を招くといった問題はより深刻なものとなる。

また、ＬＥＤを光源として用いる光照射装置においては、ＬＥＤに電流を供給するための駆動回路が必要になるところ、該駆動回路もトランジスタやＩＣ等の半導体部品を備え、発熱するため、効率よく冷却しなければならないといった問題もある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ及びＬＥＤ駆動回路を効率よく冷却しながらも、薄型で、かつ軽量な光照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光照射装置は、照射面上に、第１方向に延び、かつ、第１方向と直交する第２方向に所定の線幅を有するライン状の光を照射する光照射装置であって、第１方向及び第２方向に略平行な基板と、基板の表面上に第１方向に沿って所定間隔毎に並べて配置され、第１方向及び第２方向と直交する第３方向に光を出射する複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源と、基板の裏面から所定の方向に延出し、ＬＥＤ光源で発生した熱を拡散する板状のベースプレートと、ベースプレートの一方面側に立設し、かつ所定の方向に延設された複数のフィンを有するヒートシンクと、から成る放熱部材と、ベースプレートの他方面側に載置され、複数のＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動回路と、放熱部材及びＬＥＤ駆動回路を収容すると共に、複数のフィンを囲む第１の風洞とＬＥＤ駆動回路を囲む第２の風洞とを形成する筐体と、外部からの空気を第１の風洞及び第２の風洞に導き、第１の風洞及び第２の風洞内に所定の方向の気流を生成する冷却ファンと、を備え、ベースプレートは、一方面側から他方面側に貫通する貫通孔を有し、第２の風洞を流れる空気が、貫通孔を通して供給されることを特徴とする。

このような構成によれば、ベースプレート及びヒートシンクが所定の方向にのみ延出する構成であるため、薄型の光照射装置を実現することができる。また、冷却ファンによって第１の風洞及び第２の風洞内に気流が生成されるため、第１の風洞内に配置された放熱部材のみならず、第２の風洞内に配置されたＬＥＤ駆動回路も同時に冷却される。

また、貫通孔が、ベースプレートの基板に近接する位置に、第１方向に沿って複数形成されることが望ましい。

また、ベースプレートの一方面及び他方面の少なくともいずれか一方は、所定の方向に対して傾斜し、ベースプレートの所定の方向に垂直な断面の断面積が、基板から所定の方向に沿って離れるに従って減少するように構成することができる。

また、ベースプレートの一方面が、所定の方向に対して傾斜し、フィンは、ベースプレートの断面積の減少に応じて、所定の方向に沿って大きくなるように構成することができる。このような構成によれば、ベースプレートの一方面の傾斜に応じた表面積の大きなフィンが形成されるため、放熱効率がより高いものとなる。また、この場合、ベースプレートとヒートシンクによって放熱される放熱量が、所定の方向に沿って略一定となるように構成することができる。

また、ベースプレートの他方面は、第１方向及び所定の方向に平行な平面であり、該平面からフィンの先端までの距離が、所定の方向において略一定となるように構成することができる。

また、ベースプレートの他方面が、所定の方向に対して傾斜し、ベースプレートの一方面は、第１方向及び所定の方向に平行な平面であり、該平面からフィンの先端までの距離が、所定の方向において略一定となるように構成することができる。

また、フィンが、所定の方向において複数に分割されて形成されていることが望ましい。

また、所定の方向が、第３方向と相反する方向であることが望ましい。

また、ベースプレートの熱伝導率が、ヒートシンクの熱伝導率よりも高いことが望ましい。また、この場合、ベースプレートが、銅製であり、ヒートシンクがアルミニウム製であることが望ましい。このような構成によれば、放熱効果が高く、かつ軽量のヒートシンクが形成される。

また、ベースプレートとヒートシンクとの間に挟持され、ベースプレートの熱をヒートシンクに伝導する高熱伝導性シートをさらに備えることもできる。

また、各ＬＥＤ光源が、複数のＬＥＤ素子を有することが望ましい。

また、光が、紫外線硬化型樹脂に作用する波長を含む光であることが望ましい。

以上のように、本発明によれば、ＬＥＤ及びＬＥＤ駆動回路を効率よく冷却しながらも、薄型で、かつ軽量な光照射装置が実現される。

図１は、本発明の実施形態に係る光照射装置の外観図である。 図２は、本発明の実施形態に係る光照射装置の内部構成を説明する図である。 図３は、本発明の実施形態に係る光照射装置のベースプレートの構成を説明する図である。 図４は、本発明の実施形態に係る光照射装置のヒートシンクの構成を説明する図である。 図５は、本発明の実施形態に係る光照射装置の放熱部材の構成を説明する図である。 図６は、本発明の実施形態に係る光照射装置の放熱部材とケース内に発生する気流との関係を説明する模式図である。 図７は、本発明の実施形態に係る光照射装置の放熱部材と放熱量との関係を説明する模式図である。 図８は、本発明の実施形態に係る光照射装置の変形例を説明する図である。

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。

図１は、本発明の実施形態に係る光照射装置１の外観図であり、図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る光照射装置１の平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）の光照射装置１の右側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）の光照射装置１の底面図であり、図１（ｄ）は、図１（ａ）の光照射装置１の正面図である。本実施形態の光照射装置１は、印刷装置等に搭載されて、紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂を硬化させる光源装置であり、照射対象物の上方に配置され、照射対象物に対してライン状の紫外光を出射する。なお、本明細書においては、図１の座標に示すように、後述するＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子２１０が紫外光を出射する方向をＸ軸方向、ＬＥＤ素子２１０の配列方向をＹ軸方向、ならびにＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向と定義して説明する。

図１に示すように、本実施形態の光照射装置１は、内部に光源ユニット２００や放熱部材４００等を収容する薄い箱形のケース１００（筐体）と、ケース１００の前面に取り付けられ紫外光が出射されるガラス製の窓部１０５と、ケース１００の背面に設けられ、ケース１００内の空気を排気する３つの排気ファン１１０とを備えている。また、ケース１００の底面には、ケース１００に外部から空気を取り込む吸気口１０２が形成されている。

図２は、本発明の実施形態に係る光照射装置１の内部構成を説明する図であり、図２（ａ）は、光照射装置１を平面視したときの平面透視図である。また、図２（ｂ）は、光照射装置１を右側面から見たときの側面透視図である。また、図２（ｃ）は、光照射装置１を正面から見たときの正面透視図である。

図２に示すように、本実施形態の光照射装置１は、４つの光源ユニット２００と、制御基板３００と、放熱部材４００等をケース１００内部に備えている。

図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、４つの光源ユニット２００は、Ｙ軸方向に沿って密着するように並べられてケース１００内に収容されている。各光源ユニット２００は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な矩形状の基板２０５と、同じ特性を有する４個のＬＥＤ素子２１０と、４個のＬＥＤ素子２１０を駆動するＬＥＤ駆動回路２１５とを備えている。

４個のＬＥＤ素子２１０は、Ｘ軸方向に光軸が揃えられた状態で、Ｙ軸方向に所定の間隔をおいて基板２０５の表面に一列に配置され、基板２０５と電気的に接続されている。基板２０５は、後述するベースプレート４１０の上面４１４ａに載置されたＬＥＤ駆動回路２１５と不図示のケーブルによって接続されており、各ＬＥＤ素子２１０には、基板２０５を介してＬＥＤ駆動回路２１５からの駆動電流が供給されるようになっている。各ＬＥＤ素子２１０に駆動電流が供給されると、各ＬＥＤ素子２１０からは駆動電流に応じた光量の紫外光が出射され、各光源ユニット２００からはＹ軸方向に平行な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２１０は、略一様な光量の紫外光を出射するように各ＬＥＤ素子２１０に供給される駆動電流が調整されており、各光源ユニット２００から出射されるライン状の紫外光は、Ｙ軸方向において略均一な光量分布を有している。そして、上述したように、本実施形態の４つの光源ユニット２００は、Ｙ軸方向に沿って密着するように並べられているため、各光源ユニット２００から出射された紫外光は、隣接する光源ユニット２００から出射された紫外光とＹ軸方向において重なり合い、全体としては（つまり、４つの光源ユニット２００からは）、Ｙ軸方向に延び、Ｚ軸方向に所定の線幅を有するライン状の紫外光が窓部１０５を通って出射される。なお、本実施形態の各ＬＥＤ素子２１０は、略正方形の発光面を備えた複数（例えば４個）のＬＥＤチップ（不図示）を備え、ＬＥＤ駆動回路２１５から駆動電流の供給を受けて、波長３６５ｎｍの紫外光を出射する。

制御基板３００は、各光源ユニット２００のＬＥＤ駆動回路２１５を制御すると共に、光照射装置１全体を制御する回路基板である。制御基板３００は、ユーザが不図示のユーザインターフェースを介して入力する信号を受信し、各光源ユニット２００のＯＮ／ＯＦＦ制御や輝度制御を行ったり、ユーザインターフェースを介して外部にエラー情報を出力する。

放熱部材４００は、４つの光源ユニット２００から発せられた熱を放熱する部材である。本実施形態の放熱部材４００は、各光源ユニット２００の基板２０５の裏面に密着して配置され、各ＬＥＤ素子２１０で発せられた熱を伝導するベースプレート４１０と、ベースプレート４１０と密着して配置され、ベースプレート４１０の熱を放熱するヒートシンク４３０とで構成されている（図２（ｂ））。

図３は、ベースプレート４１０の構成を説明する図であり、図３（ａ）は、ベースプレート４１０の平面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。また、図３（ｃ）は、ベースプレート４１０の正面図である。

図４は、ヒートシンク４３０の構成を説明する図であり、図４（ａ）は、ヒートシンク４３０の平面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、図４（ｃ）は、ヒートシンク４３０の正面図である。また、図４（ｄ）は、ヒートシンク４３０の底面図であり、図４（ｅ）は、ヒートシンク４３０の背面図である。

図５は、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とを組み合わせて構成した放熱部材４００の構成を説明する図であり、図５（ａ）は、放熱部材４００の平面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線で切断した断面図であり、図５（ｃ）は、放熱部材４００の正面図である。また、図５（ｄ）は、放熱部材４００の底面図であり、図５（ｅ）は、放熱部材４００の背面図である。

ベースプレート４１０は、銅（熱伝導率：４．０１（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）、比重：８．９６（ｇ／ｃｍ^３））を成形加工した部材であり、図３に示すように、各光源ユニット２００の基板２０５が載置される基板支持部４１２と、基板支持部４１２からＸ軸方向負側に延びる熱伝導部４１４とを備えている。基板支持部４１２は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な矩形板状の形状を呈し、各光源ユニット２００の基板２０５が正面４１２ａに密着して載置され、固定される（図３（ｃ）、図２（ｂ））。従って、各ＬＥＤ素子２１０で発生した熱は、基板２０５を介してベースプレート４１０に伝わり、さらに熱伝導部４１４に伝わる。

図３（ｂ）に示すように、熱伝導部４１４は、断面が先細りの板状の形状を呈し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な上面４１４ａと、上面４１４ａに対して（つまり、Ｘ軸方向に対して）所定の角度で傾斜した下面４１４ｂとを有している。つまり、本実施形態の熱伝導部４１４は、基板２０５が載置される基板支持部４１２からＸ軸方向に離れれば離れるほど、板厚（つまり、上面４１４ａと下面４１４ｂとの間の距離）が薄くなる（つまり、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な断面の断面積が徐々に小さくなる）ように構成されている。このように、本実施形態においては、熱伝導部４１４の基端部側（基板側）を太くすることで、熱輸送量を大きくし、各ＬＥＤ素子２１０で発生した熱を熱伝導部４１４の先端まで効率よく輸送できるように構成している。なお、熱輸送量の観点からは、熱伝導部４１４を一様に太くする構成も考えられるが、熱伝導部４１４（つまり、ベースプレート４１０）には、比較的比重の重い銅を用いるため、本実施形態においては、先細りの形状にすることで体積を抑え、重量の上昇を抑えている。また、熱伝導部４１４を先細りの形状にすることで、熱伝導部４１４とケース１００との間に空間を形成し、後述する放熱フィン４４０のサイズを大きくできるように構成している。

熱伝導部４１４の上面４１４ａには、各光源ユニット２００のＬＥＤ駆動回路２１５を固定支持するための複数の突起部４１４ｃが形成されている。また、熱伝導部４１４の上面４１４ａから下面４１４ｂに貫通する複数の貫通孔４１４ｄが形成されている。貫通孔４１４ｄは、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とを固定するためのネジ（不図示）が挿通されるネジ穴である。また、熱伝導部４１４には、熱伝導部４１４の上面４１４ａから下面４１４ｂに貫通する複数の貫通孔４１４ｅが形成されている。詳細は後述するが、貫通孔４１４ｅは、外部から熱伝導部４１４の下面４１４ｂ側に吸気した空気を上面４１４ａ側に送るための通気路を形成している。また、熱伝導部４１４の下面４１４ｂからは、ヒートシンク４３０との位置決めを行う位置決めピン４１５が突出している。

ヒートシンク４３０は、アルミニウム（熱伝導率：２．３７（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）、比重：２．７０（ｇ／ｃｍ^３））を成形加工した部材であり、図４及び図５に示すように、ベースプレート４１０の基板支持部４１２が嵌まり込む嵌合部４３２と、嵌合部４３２から後方（Ｘ軸方向負側）に延出し、ベースプレート４１０と接合される接合部４３４と、とを備えている。図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、嵌合部４３２は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な矩形板状の板状部４３２ａと、板状部４３２ａの正面からＸ軸方向正側に突出しＹ軸方向に延びる一対の突出部４３２ｂとを有し、その断面はコの字状になっている。また、板状部４３２ａには、Ｘ軸方向から見たときに略矩形の形状を呈した開口４３２ｃが形成されている。開口４３２ｃは、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とを組み合わせるとき、ベースプレート４１０の熱伝導部４１４が通る開口である。

接合部４３４は、矩形板状の形状を呈し、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とが組み合わされたとき、ベースプレート４１０の下面４１４ｂと対面する当接面４３４ａと、複数の放熱フィン４４０が形成されたフィン形成面４３４ｂとを有している。図４（ｂ）に示すように、本実施形態の接合部４３４は、ベースプレート４１０の下面４１４ｂと同じ角度で、Ｘ軸方向に対して傾斜しており、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とが組み合わされたとき、接合部４３４の当接面４３４ａがベースプレート４１０の下面４１４ｂと密着するように構成されている。従って、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とが組み合わされると、ベースプレート４１０の熱は、ヒートシンク４３０に伝わる。

放熱フィン４４０は、接合部４３４のフィン形成面４３４ｂからＺ軸方向に突出するように立設し、ヒートシンク４３０に伝わった熱を空気中に放熱する。なお、詳細は後述するが、本実施形態においては、排気ファン１１０によってケース１００内に外部から空気が取り込まれ、取り込まれた空気が放熱フィン４４０の表面を流れるようにＸ軸方向の気流が発生しており、放熱フィン４４０は、Ｘ軸方向に延びるように延設されている。また、図４（ｂ）、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、本実施形態の放熱フィン４４０は、Ｘ軸方向において複数（４つ）に分割されて形成されている。また、放熱フィン４４０の突出量（放熱フィン４４０のサイズ）は、嵌合部４３２からＸ軸方向に沿って離れるに従って大きくなるように構成されており、これによって冷却効果を高めている。

図４（ａ）及び（ｃ）に示すように、接合部４３４の当接面４３４ａには、ヒートシンク４３０の位置決めピン４１５が嵌まる嵌合溝４３５が形成されている。また、接合部４３４には、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とを固定するための複数のネジ穴４３４ｃが形成されている。また、接合部４３４には、接合部４３４の当接面４３４ａからフィン形成面４３４ｂに貫通する複数の貫通孔４３４ｄが形成されている。そして、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とを組み合わせたとき、ベースプレート４１０の貫通孔４１４ｄとヒートシンク４３０のネジ穴４３４ｃとが連通し、ベースプレート４１０の貫通孔４１４ｅとヒートシンク４３０の貫通孔４３４ｄとが連通するようになっている（図５（ａ）、（ｂ））。

ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とを組み合わせ放熱部材４００を組み立てる場合、ヒートシンク４３０の開口４３２ｃにベースプレート４１０の熱伝導部４１４を挿通し、ベースプレート４１０をヒートシンク４３０に対しＸ軸方向負側に押し込み、ヒートシンク４３０の嵌合部４３２にベースプレート４１０の基板支持部４１２を嵌め込む（図５）。そして、ベースプレート４１０の下面４１４ｂとヒートシンク４３０の当接面４３４ａとが密着するように、位置決めピン４１５を嵌合溝４３５に嵌め込んでベースプレート４１０とヒートシンク４３０とを位置決めする。そして、この状態で貫通孔４１４ｄを介してネジ穴４３４ｃにネジ止めする。これにより、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０とが完全に固着し、放熱部材４００が完成する。

上述したように、本実施形態においては、熱伝導部４１４の板厚を、基板２０５が載置される基板支持部４１２からＸ軸方向に離れれば離れるほど薄くし、ＬＥＤ素子２１０で発生した熱をＸ軸方向負側に送りながら、Ｘ軸方向負側に大きな空間を作り、この空間内に可能な限り大きな放熱フィン４４０を形成することで、放熱効果の高い放熱部材４００を形成している。また、放熱部材４００を、熱伝導率が高い銅製のベースプレート４１０と、熱伝導率は銅よりも劣るものの銅よりも比重の軽いアルミニウム製のヒートシンク４３０とを組み合わせることによって構成することで、放熱部材４００は、全てを銅製とした場合よりも軽量で、また全てをアルミニウム製とした場合よりも放熱効率の高いものとなっている。また、上述したように、本実施形態の放熱部材４００は、Ｘ軸方向に沿って後方（つまり、Ｘ軸方向負側）に延出しており、Ｙ軸方向及びＺ軸方向には突出しないように構成されている。このため、光照射装置１のＹ軸方向及びＺ軸方向のサイズは最小に抑えられる。

次に、本実施形態の放熱部材４００による冷却作用について説明する。図６は、放熱部材４００とケース１００内に発生する気流との関係を説明する模式図である。また、図７は、放熱部材４００と放熱量との関係を説明する模式図である。

図６に示すように、本実施形態の光照射装置１は、ケース１００の背面に３つの排気ファン１１０を備えている。また、ケース１００の底面には、ケース１００に外部から空気を取り込む吸気口１０２が形成されている。従って、排気ファン１１０が回ると、ケース１００内の空気が排気ファン１１０から排気され、吸気口１０２からは外部の空気が取り込まれる。従って、ケース１００内には、図６中、実線の矢印で示す気流が発生する。つまり、吸気口１０２からケース１００内に取り込まれた空気は、ヒートシンク４３０とケース１００とで囲まれた空間（つまり、放熱フィン４４０が設けられている空間）を、Ｘ軸方向に沿って流れる。このため、各ＬＥＤ素子２１０で発生し、基板２０５とベースプレート４１０を介してヒートシンク４３０に伝わった熱（図６中、点線の矢印で示す）は、放熱フィン４４０を介して空気中に放熱される。このように、本実施形態においては、ケース１００とヒートシンク４３０とで一種の風洞を構成し、気流の流れる空間を限定することで、効率のよい冷却を行っている。

また、本実施形態においては、ベースプレート４１０の貫通孔４１４ｅとヒートシンク４３０の貫通孔４３４ｄが連通し、ケース１００内に取り込まれた空気が通る通気路を形成している。従って、ケース１００内に取り込まれた空気は、貫通孔４３４ｄ及び貫通孔４１４ｅを通り、熱伝導部４１４の上面４１４ａ側の空間も通る。従って、本実施形態の構成によれば、熱伝導部４１４の上面４１４ａ側に配置されたＬＥＤ駆動回路２１５及び制御基板３００も冷却することができる。

また、図７に示すように、本実施形態の放熱部材４００の熱伝導部４１４は、基板２０５が載置される基板支持部４１２からＸ軸方向に離れるに従って、板厚（つまり、上面４１４ａと下面４１４ｂとの間の距離）が薄くなる（つまり、Ｘ軸方向に垂直な断面の断面積が徐々に小さくなる）ように構成されている。そして、熱伝導部４１４が薄くなることによってできた空間に、Ｘ軸方向に沿って徐々に大きくなる放熱フィン４４０が形成されており、ベースプレート４１０の上面４１４ａから放熱フィン４４０の先端までの距離が、Ｘ軸方向において略一定となるように構成されている。

ここで、ベースプレート４１０の熱抵抗を検討すると、ベースプレート４１０を通過する熱量（つまり、全てのＬＥＤ素子２１０で発生する熱量）Ｑ１（Ｗ）、各光源ユニット２００の基板２０５の温度（つまり、基板支持部４１２の温度）とヒートシンク４３０の温度差ΔＴ（℃）、ベースプレート４１０の熱抵抗Ｒ（℃／Ｗ）、ベースプレート４１０の長さ（つまり、熱伝導部４１４の長さ）Ｌ（ｍ）、ベースプレート４１０の断面積（つまり、熱伝導部４１４の断面積）Ａ（ｍ^２）、ベースプレート４１０の熱伝導率λ(Ｗ／ｍ℃)の関係は、以下の式（１）及び式（２）によって表すことができる。
Ｑ１（Ｗ）＝ΔＴ（℃）／Ｒ(℃／Ｗ) ・・・（１）
Ｒ（℃／Ｗ）＝Ｌ（ｍ）／（Ａ（ｍ^２）×λ(Ｗ／ｍ℃) ・・・（２）

上述したように、ＬＥＤ素子２１０で発生した熱は、ベースプレート４１０の基板支持部４１２から熱伝導部４１４に伝わり、さらに熱伝導部４１４の先端側（Ｘ軸方向負側）に拡散していくが、ヒートシンク４３０の放熱フィン４４０を介して吸気口１０２から取り込まれた空気中に放熱されるため、ベースプレート４１０を通過する熱量Ｑ１は、基板支持部４１２に近い側で最大となり、Ｘ軸方向負側に離れて行くに従って徐々に減少する。そこで、本実施形態においては、図７に示すように、ベースプレート４１０を通過する熱量Ｑ１がＸ軸方向に沿って均等に分散するように（つまり、Ｘ軸方向負側に離れて行くに従って徐々に熱抵抗Ｒが大きくなるように）、熱伝導部４１４のＸ軸方向に垂直な断面の断面積を徐々に小さくしている（つまり、熱伝導部４１４の基端部側（基板側）を太くしている）。つまり、ベースプレート４１０の下面４１４ｂをＸ軸方向に対して所定の角度で傾斜させている。そして、これによって、ベースプレート４１０の下面４１４ｂ側に放熱フィン４４０のための十分な空間を確保している。

具体的には、図７に示すように、本実施形態の熱伝導部４１４は、Ｘ軸方向に約８０ｍｍの長さを有し、全てのＬＥＤ素子２１０で発生する熱量Ｑ１を２００（Ｗ）と仮定して、熱伝導部４１４のＸ軸方向各位置における熱量がそれぞれ均等（２５（Ｗ））となるように、熱伝導部４１４をＸ軸方向に沿って１０ｍｍ毎に切断したときの各断面の断面積の比を、基板支持部４１２に近い側から順に、１．００、０．８５、０．７２、０．６１、０．５２、０．４４、０．３８、０．３２に設定している。

次に、ヒートシンク４３０の放熱量を検討すると、ヒートシンク４３０の熱流量Ｑ２（Ｗ）、ヒートシンク４３０の熱伝達率α（Ｗ／ｍ^２℃）、ヒートシンク４３０の表面積Ｂ（ｍ^２）、ヒートシンク４３０の温度と吸気口１０２から取り込まれた空気の温度差ΔＴ（℃）の関係は、以下の式（３）によって表すことができる。
Ｑ２（Ｗ）＝α（Ｗ／ｍ^２℃）×Ｂ（ｍ^２）×ΔＴ(℃) ・・・（３）

図６に示すように、本実施形態においては、ヒートシンク４３０の基端側（ＬＥＤ素子２１０側）下方に吸気口１０２が形成されており、吸気口１０２からケース１００内に取り込まれた空気によってヒートシンク４３０の放熱フィン４４０が冷却されるように構成されている。ここで、吸気口１０２からケース１００内に取り込まれた空気は、ヒートシンク４３０とケース１００とで囲まれた空間（つまり、放熱フィン４４０が設けられている空間）を、Ｘ軸方向に沿って流れるため、放熱フィン４４０を冷却する空気の温度は、ヒートシンク４３０の基端側（ＬＥＤ素子２１０側）で低く、ヒートシンク４３０の先端側で高くなる。つまり、式（３）におけるΔＴ(℃)が、ヒートシンク４３０の基端側（ＬＥＤ素子２１０側）で大きく、ヒートシンク４３０の先端側で小さくなる。そこで、本実施形態においては、ヒートシンク４３０の表面積Ｂ（ｍ^２）がヒートシンク４３０の基端側（ＬＥＤ素子２１０側）で小さく、ヒートシンク４３０の先端側で大きくなるように構成することで、ヒートシンク４３０の熱流量Ｑ２がＸ軸方向各位置において均等となるように構成している。つまり、放熱フィン４４０がＸ軸方向に沿って徐々に大きくなるように構成している。

このように、本実施形態においては、ベースプレート４１０の下面４１４ｂがＸ軸方向に対して所定の角度で傾斜するように構成し、放熱フィン４４０がＸ軸方向に沿って徐々に大きくなるように構成している。そして、これによって、ベースプレート４１０を通過する熱量Ｑ１がＸ軸方向に沿って均等に分散し、またヒートシンク４３０の熱流量Ｑ２がＸ軸方向に沿って均等に分散する構成になっている。

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、本実施形態の光照射装置１は、紫外光を照射する装置であるが、他の波長域の照射光（例えば白色光などの可視光、赤外光等）を照射する装置にも本発明を適用することができる。

また、本実施形態の各ＬＥＤ素子２１０は、略正方形の発光面を備えた複数のＬＥＤチップを備えているとしたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ素子２０のＬＥＤチップは、正方形以外の発光面を備えていてもよく、またＬＥＤ素子２０は、１個以上のＬＥＤチップを備えたものであればよい。

また、本実施形態においては、ベースプレート４１０の下面４１４ｂとヒートシンク４３０の当接面４３４ａとが直接密着するものとして説明したが、例えば、ベースプレート４１０の下面４１４ｂとヒートシンク４３０の当接面４３４ａとの間に高熱伝導性グラファイトシートを設けたり、シリコングリースを塗布し、両者の密着をより高めることも可能である。

また、本実施形態においては、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０は、それぞれ別の部材として説明したが、ベースプレート４１０とヒートシンク４３０を一体的に構成することも可能である。また、この場合、ベースプレート４１０の下面４１４ｂに、銅又はアルミニウム製の放熱フィン４４０を直接形成してもよい。

また、本実施形態の放熱部材４００は、Ｘ軸方向に沿って後方（つまり、Ｘ軸方向負側）に延出しており、Ｙ軸方向及びＺ軸方向には突出しないように構成したが、このような構成に限定されるものではなく、放熱部材４００の延出方向は、任意の所定の方向（例えば、Ｙ軸方向又はＺ軸方向）とすることができる。なお、この場合、ヒートシンク４３０も所定の方向に延出するが、ケース１００とヒートシンク４３０とで風洞が形成されるように（つまり、ヒートシンク４３０を覆うように）、ケース１００を設ければよい。

また、本実施形態においては、ベースプレート４１０を通過する熱量Ｑ１及びヒートシンク４３０の熱流量Ｑ２がＸ軸方向に沿って均等に分散する構成としたが、ベースプレート４１０の下面４１４ｂがＸ軸方向に対して傾斜し、放熱フィン４４０がＸ軸方向に沿って大きくなるように形成すれば、放熱効果の高い放熱部材４００を形成できるため、必ずしもこの構成に限定されるものではない。また、本実施形態の熱伝導部４１４は、Ｘ軸方向に沿って１０ｍｍ毎に切断したときの各断面の断面積の比が、基板支持部４１２に近い側から順に、１．００、０．８５、０．７２、０．６１、０．５２、０．４４、０．３８、０．３２となるように構成したが、この構成に限定されるものでもない。

また、本実施形態においては、ヒートシンク４３０の表面積Ｂ（ｍ^２）がヒートシンク４３０の基端側（ＬＥＤ素子２１０側）で小さく、ヒートシンク４３０の先端側で大きくなるように構成することで（つまり、放熱フィン４４０がＸ軸方向に沿って徐々に大きくなるように構成することで）、ヒートシンク４３０の熱流量Ｑ２がＸ軸方向各位置において均等となるように構成したが、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。例えば、全てのＬＥＤ素子２１０で発生する熱量Ｑ１（Ｗ）が比較的小さい場合には、ヒートシンク４３０の基端側から先端側にわたって同じサイズの放熱フィン４４０を形成してもよい。また、この場合、ベースプレート４１０の下面４１４ｂ側に放熱フィン４４０のための空間を広くとる必要がないため、ベースプレート４１０の下面４１４ｂをＸ軸方向に対して傾斜させる必要はない。従って、例えば、図８に示すように、ベースプレート４１０の下面４１４ｂに代えて、ベースプレート４１０の上面４１４ａ側をＸ軸方向に対して傾斜させ、ベースプレート４１０の下面４１４ｂから放熱フィン４４０の先端までの距離が、Ｘ軸方向において略一定となるように構成することもできる。また、熱輸送量の観点からは、熱伝導部４１４の基端部側（基板側）が先端部側よりも太ければよいため、例えば、ベースプレート４１０の上面４１４ａと下面４１４ｂの両方をＸ軸方向に対して傾斜させる構成としてもよい。

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。

１ 光照射装置
１００ ケース
１０２ 吸気口
１０５ 窓部
１１０ 排気ファン
２００ 光源ユニット
２０５ 基板
２１０ ＬＥＤ素子
２１５ ＬＥＤ駆動回路
３００ 制御基板
４００ 放熱部材
４１０ ベースプレート
４３０ ヒートシンク
４１４ａ 上面
４１４ｂ 下面
４３４ａ 当接面
４３４ｂ フィン形成面

Claims (14)

1. 照射面上に、第１方向に延び、かつ、前記第１方向と直交する第２方向に所定の線幅を有するライン状の光を照射する光照射装置であって、
   前記第１方向及び前記第２方向に略平行な基板と、
   前記基板の表面上に前記第１方向に沿って所定間隔毎に並べて配置され、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向に前記光を出射する複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源と、
   前記基板の裏面から所定の方向に延出し、前記ＬＥＤ光源で発生した熱を拡散する板状のベースプレートと、前記ベースプレートの一方面側に立設し、かつ前記所定の方向に延設された複数のフィンを有するヒートシンクと、から成る放熱部材と、
   前記ベースプレートの他方面側に載置され、前記複数のＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動回路と、
   前記放熱部材及び前記ＬＥＤ駆動回路を収容すると共に、前記複数のフィンを囲む第１の風洞と、前記ＬＥＤ駆動回路を囲む第２の風洞とを形成する筐体と、
   外部からの空気を前記第１の風洞及び前記第２の風洞に導き、前記第１の風洞及び前記第２の風洞内に前記所定の方向の気流を生成する冷却ファンと、
   を備え、
   前記ベースプレートは、前記一方面側から前記他方面側に貫通する貫通孔を有し、
   前記第２の風洞を流れる空気が、前記貫通孔を通して供給される
   ことを特徴とする光照射装置。
2. 前記貫通孔が、前記ベースプレートの前記基板に近接する位置に、前記第１方向に沿って複数形成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. 前記ベースプレートの一方面及び他方面の少なくともいずれか一方は、前記所定の方向に対して傾斜し、
   前記ベースプレートの前記所定の方向に垂直な断面の断面積が、前記基板から前記所定の方向に沿って離れるに従って減少することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記ベースプレートの一方面が、前記所定の方向に対して傾斜し、
   前記フィンは、前記ベースプレートの前記断面積の減少に応じて、前記所定の方向に沿って大きくなることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
5. 前記ベースプレートと前記ヒートシンクによって放熱される放熱量が、前記所定の方向に沿って略一定であることを特徴とする請求項４に記載の光照射装置。
6. 前記ベースプレートの他方面は、前記第１方向及び前記所定の方向に平行な平面であり、該平面から前記フィンの先端までの距離が、前記所定の方向において略一定であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の光照射装置。
7. 前記ベースプレートの他方面が、前記所定の方向に対して傾斜し、
   前記ベースプレートの一方面は、前記第１方向及び前記所定の方向に平行な平面であり、該平面から前記フィンの先端までの距離が、前記所定の方向において略一定であることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
8. 前記フィンが、前記所定の方向において複数に分割されて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光照射装置。
9. 前記所定の方向が、前記第３方向と相反する方向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. 前記ベースプレートの熱伝導率が、前記ヒートシンクの熱伝導率よりも高い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. 前記ベースプレートが、銅製であり、前記ヒートシンクがアルミニウム製であることを特徴とする請求項１０に記載の光照射装置。
12. 前記ベースプレートと前記ヒートシンクとの間に挟持され、前記ベースプレートの熱を前記ヒートシンクに伝導する高熱伝導性シートをさらに備え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. 前記各ＬＥＤ光源が、複数のＬＥＤ素子を有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。
14. 前記光が、紫外線硬化型樹脂に作用する波長を含む光であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光照射装置。

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