JP2018118499A - 光照射器具及び光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子に接続された配線の熱による劣化を低減することができる光照射器具及び光照射装置を提供する。【解決手段】光照射器具３０は、基板と、基板の表面側に設けられた発光素子３１ｂと、発光素子３１ｂの基板の表面側周辺に設けられ、発光素子３１ｂに接続された配線部３５と、基板の発光素子３１ｂ及び配線部３５の裏面側に設けられた放熱部３２と放熱部３２に対して、発光素子３１ｂ及び配線部３５の並び方向から気体を送風する送風部３３とを備える。光照射装置は、外装体と、外装体内に配置され、前記光照射器具３０が複数配置された発光部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、光照射器具及び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、ケーシングと、当該ケーシングに収容される複数のＬＥＤ配線基板とを備え、前記ケーシングは、押し出し又は引き抜き成型した一体ものであり、底壁部の裏面には、ＬＥＤ配線基板からの熱を外部に放出するための放熱フィンが長手方向に沿って複数枚設けられている光照射装置が開示されている。

特開２０１３−２５２７２０号公報

ここで、発光素子には電源から電気を供給するための配線が接続されるが、当該配線は発光素子発光時に発生する熱の程度によっては劣化する虞がある。特に、発光素子と配線部との接続部分の配線は劣化傾向が高くなると考えられる。

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、発光素子に接続された配線の熱による劣化を低減することができる光照射器具及び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器具は、基板と、前記基板の表面側に設けられた発光素子と、前記発光素子の前記基板の表面側周辺に設けられ、前記発光素子に接続された配線部と、前記基板の前記発光素子及び前記配線部の裏面側に設けられた放熱部と、前記放熱部に対して、前記発光素子及び前記配線部の並び方向から気体を送風する送風部とを備える。

本発明の一態様に係る光照射装置は、筐体と、前記筐体内に配置され、前記光照射器具が複数配置された発光部と、を備える。

本発明によれば、発光素子に接続された配線の熱による劣化を低減することができる光照射器具及び光照射装置が提供される。

実施形態に係る光照射装置がワーク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の光照射装置の光照射器具の構成を概念的に示す斜視図である。 図２の光照射装置が備える複数の光照射器具が配列された状態で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、本発明の実施形態に係る光照射器具及び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は、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。

発光素子（ＬＥＤ素子）は種類によっては自己発熱が高くなるため、発光素子が設けられる基板に当該熱が滞留しないように、当該基板を冷却する必要がある。一方、配線の短縮化等を目的として、前記発光素子の前記基板の表面側周辺に、当該発光素子に接続された配線部を設ける場合において、当該熱が当該配線部近傍で滞留してしまう場合、熱の程度によっては当該配線が劣化する虞がある、特に、発光素子と配線部との接続部分の配線は劣化傾向が高くなるという課題があることを見出した。

そのため、本発明者は、基板の配線部にも放熱部を設け、かつ、当該放熱部を冷却することで、当該配線の劣化を低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。

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がワーク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、紫外線等の光をワーク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ワーク２に施す装置である。また、光照射装置１の外装体（筐体）１０の発光部側（発光部は不図示、図１では紙面下側）にはワーク配置空間１１を形成してもよく、ワーク配置空間１１内をワーク２が通過することで、ワーク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、直方体形状の外装体１０と、外装体１０内へ気体を送風する装置送風部２０と、前記外装体１０内に複数（本実施形態では８つ）配置された直方体形状の光照射器具３０とを備える。また、それぞれの光照射器具３０は、矩形状の基板３１と、発光素子（図２では不図示）と、放熱部３２と、器具送風部３３とを有している。

また、外装体１０には、上述のワーク２が配置されるワーク配置空間１１の他に、Ｙ軸方向の両端に、装置送風部２０（図２では２つ）が配置される円形状の第一排気口１２が設けられている。さらに、外装体１０には、複数（８つ）の光照射器具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の形状や数は、特に限定されない。

つまり、光照射器具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がワーク２に向けて光を発することで、ワーク２が熱せられるとともに、発光素子３１ａの熱は基板３１を通って放熱部３２に伝熱される。このうち、ワーク２の熱は装置送風部２０によって、気体（空気（外気））がワーク配置空間１１内に吸気されてワーク２を冷却し、ワーク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、器具送風部３３によって、気体（空気（外気））が放熱部３２に吸気されて放熱部３２を冷却し、放熱部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）、ワーク２の送り方向、発光素子群３４及び配線部３５（発光素子３１ａ、配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃ）の並び方向、発光素子群３４及び配線部３５の短手方向、放熱部３２及び器具送風部３３の並び方向、または、器具送風部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）、光照射器具３０の配列方向、発光素子群３４及び配線部３５の長手方向、または、装置送風部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及び放熱部３２の並び方向、発光素子３１ａの光照射方向、または、図３の紙面上下方向を、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、図中、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、光照射器具３０の構成、及び、複数の光照射器具３０が配列された状態での光照射装置１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の光照射器具３０の構成を概念的に示す斜視図である。図４は、図２の光照射装置１が備える複数の光照射器具３０が配列された状態での構成を概念的に示す斜視図である。

図３に示すように、光照射器具３０は、基板３１と、基板３１の表面側（Ｚ軸方向プラス側）に設けられた発光素子３１ａ（図３では複数）と、発光素子３１ａの基板３１の表面側周辺に設けられ、発光素子３１ａに接続された配線３１ｂと、当該配線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。なお、基板３１は１枚の基板で構成しても良い。

なお、発光素子３１ａの基板３１の表面側周辺に設けられているとは、基板３１の表面側に配線３１ｂが配置されていることをいう。つまり、配線３１ｂは、発光素子３１ａから基板３１直下（裏側）に向けて延びて基板３１の裏面から露出しているのではなく、基板３１の表面上に配置されている配線である。

また、本実施形態では、発光素子３１ａは、紫外線領域の光を発光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、アルミニウム等の熱に弱い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。更に、基板３１は、熱伝導率の高い材料（例えば、アルミニウム、窒化アルミニウム、銅等）であれば特に限定されないが、例えば、銅基板が用いられる。また、配線３１ｂは、電気が流れれば特に限定されないが、例えば、金ワイヤーが用いられる。

そして、図４に示すように、複数の光照射器具３０がＹ軸方向に配列されることで、当該複数の光照射器具３０の基板３１の表面側に設けられた発光素子群３４と、発光素子群３４の基板３１の表面側周辺に設けられ発光素子群３４に接続された配線部３５とが構成される。なお、発光素子群３４は、当該複数の光照射器具３０の各々の基板３１上に設けられた発光素子３１ａの集合体であり、Ｙ軸方向に長尺の領域内に配置されている。また、配線部３５は、当該複数の光照射器具３０の基板３１上に設けられた配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃの集合体であり、Ｙ軸方向に長尺の領域内に配置されている。

つまり、複数の発光素子３１ａがＹ軸方向に延びる長尺状の形状に配置されて、長尺状の発光領域を形成する発光素子群３４を構成している。また、複数の配線３１ｂ及び複数のコネクタ３１ｃがＹ軸方向に延びる長尺状の形状に配置されて、長尺状の配線領域を形成する配線部３５を構成している。なお、発光素子群３４の「周辺」とは、発光素子群３４のＸ軸方向側方であり、配線部３５は、発光素子群３４のＸ軸方向側方の発光素子群３４と隣り合う位置（近傍）に配置されている。

具体的には、配線部３５は、発光素子群３４と配線部３５との並び方向において、発光素子群３４の両側に配置されている。なお、発光素子群３４と配線部３５は、基板３１の表面側に配置されているため、発光素子群３４と配線部３５との並び方向とは、基板３１の表面に沿った方向であり、本実施形態では、Ｘ軸方向である。

このように、配線部３５が発光素子群３４の両側に配置されていることで、配線部３５を流れる電流を分けることができるため、配線部３５の温度が上昇するのを抑制することができる。

また、基板３１の裏面側（Ｚ軸方向マイナス側）には、基板３１の発光素子３１ａ及び配線部３５の裏面側に設けられた放熱部３２と、放熱部３２に対して、発光素子３１ａ及び配線部３５の並び方向（図３や図４中、Ｘ軸方向）から気体を送風する器具送風部３３とが設けられている。具体的には、放熱部３２及び器具送風部３３は、基板３１の裏面（Ｚ軸方向マイナス側の面）に当接して配置されている。

放熱部３２は、基板３１の裏面側方向（図中、Ｚ軸方向マイナス側）に延びる放熱機能を有するヒートシンク３２ａ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。なお、ヒートシンク３２ａが有するヒートパイプやフィンの数及び形状は特に限定されず、また、ヒートシンク３２ａはヒートパイプやフィン以外の放熱機能を有する構成であってもよい。

器具送風部３３は、発光素子群３４と配線部３５との並び方向（Ｘ軸方向）から気体を送風するファンであり、放熱部３２のＸ軸方向マイナス側に、Ｚ軸方向に並んだ２つの器具送風部３３が設けられている。つまり、器具送風部３３は、放熱部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（図４の気体の流れＡ１）、基板３１の裏面に沿う方向（前記発光素子及び配線部の並び方向）に気体を送風して、放熱部３２（ヒートシンク３２ａ）のＸ軸方向プラス側から気体を排気する（図４の気体の流れＡ２）。また、放熱部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。

なお、器具送風部３３は、ファンには限定されず、気体を送風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、器具送風部３３は、放熱部３２のＸ軸方向プラス側から気体を吸気し、放熱部３２のＸ軸方向マイナス側から気体を排気するものであってもよい。また、器具送風部３３は、放熱部３２のＸ軸方向プラス側に設けられていてもよい。また、Ｙ軸方向に複数の器具送風部３３が並べられていてもよい。さらに、器具送風部３３の個数は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

このように、器具送風部３３によって、基板３１の裏面側の側方から、発光素子群３４と配線部３５の並び方向に気体を送風することで、当該気体が基板３１の表面側に回り込むのを抑制することができるため、発光素子３１ａの劣化を抑制することができると共に、基板３１の発光素子３１ａ及び配線部３５の裏面側に設けられた放熱部３２（ヒートシンク３２ａ）に、発光素子３１ａ及び配線部３５の並び方向から気体を送風するため、配線部３５を効率良く冷却することができる。

つまり、器具送風部３３によって、放熱部３２（ヒートシンク３２ａ）内を気体が通過して、放熱部３２が冷却されるため、発光素子群３４及び配線部３５を効率良く冷却することができる。これにより、配線部３５（配線３１ｂ）が発光素子群３４（発光素子３１ａ）による熱から受ける影響を低減することができる。

従って、発光素子３１ａに接続された配線３１ｂの熱による劣化を低減することができる。また、発光素子３１ａの放熱部３２に加え、配線部３５の放熱部３２も冷却されるため、その間にある劣化傾向が高くなる発光素子３１ａと配線部３５との接続部分の配線も当該熱による劣化を低減することができる。

なお、上記の通り、本実施形態では、発光素子群３４は、紫外線を照射する半導体発光素子である発光素子３１ａを有しているが、紫外線を照射する半導体発光素子は、発熱しやすい。このため、上述の放熱部３２を効率良く冷却することによる効果は大きい。特に、配線部３５は、発光素子群３４からの発熱の影響を受けやすいが、配線部３５を効率良く冷却することで、当該熱による配線の劣化を低減することができる。

また、器具送風部３３は、前記配線部３５の短手方向に向けて気体を送風することが好ましい。このように器具送風部３３が配線部３５の短手方向に気体を送風することで、配線部３５の長手方向に気体を送風するよりも、配線部３５の冷却効率を向上させることができる。

また、配線部３５は、発光素子群３４と配線部３５との並び方向において、発光素子群３４の両側に配置されているため、器具送風部３３によって当該両側の配線部３５の放熱部３２を気体が流れやすくなる。従って、当該両側の配線部３５を効率良く冷却することができる。

また、放熱部３２は、発光素子３１ａ、配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃの直下に配置されており、器具送風部３３は、発光素子３１ａ、配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃの直下に気体を送風する。つまり、放熱部３２は、発光素子群３４及び配線部３５の直下に配置されており、器具送風部３３は、発光素子群３４及び配線部３５の直下に気体を送風する。

なお、「直下に配置」とは、基板３１の平面視で（基板３１をＺ軸方向から見た場合に）、少なくとも一部が重なる位置に配置されていることをいう。つまり、放熱部３２は、基板３１の平面視で、少なくとも一部が、発光素子群３４及び配線部３５（発光素子３１ａ、配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃ）と重なる位置に配置されている。なお、上述の通り、光照射装置１の使用態様によってはＺ軸方向マイナス側が下方向にならない場合も考えられるが、「直下に配置」の表現は、使用態様によって適宜読み替えることができる。例えば、図１に示す使用態様の場合には、「直下に配置」は「直上に配置」と読み替えることができる。

このように、配線部３５の直下に放熱部３２が配置されて、器具送風部３３によって配線部３５の直下を気体が流れることで、配線部３５の冷却効率をさらに向上させることができる。

ここで、放熱部３２は、ヒートシンク３２ａの他に、基板３１の裏面側の放熱部３２の周辺に設けられ、気体を前記並び方向に整流する整流板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。整流板３２ｂは、気体の流路において、基板３１と直交し、かつ、発光素子群３４と配線部３５との並び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、発光素子群３４と配線部３５との並び方向に平行に配置された板状部材である。

このように、器具送風部３３によって送風される気体の流れを、整流板３２ｂによって整流することで、配線部３５の冷却効率をさらに向上させることができる。

なお、本実施形態では、整流板３２ｂ及び底板３２ｃは一体形成されているが整流板３２ｂと底板３２ｃとが別体で構成されていてもかまわない。また、放熱部３２は、底板３２ｃを有していない構成でもよい。また、放熱部３２は、ヒートシンク３２ａの両側方に整流板３２ｂを有しているが、当該両側方のいずれか一方にしか整流板３２ｂを有していない構成でもよい。この場合でも、整流板３２ｂが配置されていない側に隣接する光照射器具３０の放熱部３２に整流板３２ｂが配置されていれば、ヒートシンク３２ａの両側方で気体の流路を仕切ることができる。

また、上記実施形態では、発光素子３１ａは、紫外線を照射する半導体発光素子（ＵＶ−ＬＥＤ）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、上記実施形態では、基板３１の表面側には、複数の発光素子３１ａと、当該複数の発光素子３１ａに接続された複数の配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃとが設けられており、複数の発光素子３１ａで矩形状の発光領域を形成していることとした。しかし、複数の発光素子３１ａで、矩形状以外の形状の発光領域が形成されていてもよい。また、基板３１の表面側には、１つの発光素子３１ａと、当該１つの発光素子３１ａに接続された１つの配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃしか設けられていないことにしてもよい。また、基板３１の表面側には、コネクタ３１ｃは設けられていないことにしてもよい。

また、上記実施形態では、１枚の基板における発光素子３１ａの片側に対して、１つのコネクタ３１ｃが配置されていることとしたが、当該片側に複数のコネクタ３１ｃが配置されていてもよい。また、複数の基板における当該片側に対して、１つのコネクタ３１ｃが配置されていてもよい。また、発光素子３１ａの両側ではなく、片側（Ｘ軸方向プラス側またはマイナス側）のみに配線３１ｂ及びコネクタ３１ｃが配置されていてもよい。

なお、発光素子３１ａの片側のみに配線３１ｂが配置（つまり、発光素子群３４の片側のみに配線部３５が配置）される場合、配線部３５は、発光素子群３４よりも気体の上流側に配置されるのが好ましい。このように、配線部３５が気体の上流側に配置されることで、器具送風部３３によって、熱せられる前の気体が配線部３５の下を流れるため、配線部３５の冷却効率を向上させることができる。

また、上記実施形態では、光照射装置１は、直方体形状の外装体１０と、装置送風部２０と、複数の直方体形状の光照射器具３０とを備えていることとした。しかし、外装体１０の形状はどのような形状であってもよく、また、光照射装置１は外装体１０を備えていない構成でもよい。また、光照射装置１は、装置送風部２０を備えていない構成でもよい。つまり、光照射装置１は、光照射器具３０のみからなる構成でもよい。また、光照射器具３０は、直方体形状以外の形状でもよい。

１ 光照射装置
２ ワーク
１０ 外装体
１１ ワーク配置空間
１２ 第一排気口
１３ 第二排気口
２０ 装置送風部
３０ 光照射器具
３１ 基板
３１ａ 発光素子
３１ｂ 配線
３１ｃ コネクタ
３２ 放熱部
３２ａ ヒートシンク
３２ｂ 整流板
３２ｃ 底板
３３ 器具送風部
３４ 発光素子群
３５ 配線部

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板の表面側に設けられた発光素子と、
   前記発光素子の前記基板の表面側周辺に設けられ、前記発光素子に接続された配線部と、
   前記基板の前記発光素子及び前記配線部の裏面側に設けられた放熱部と、
   前記放熱部に対して、前記発光素子及び前記配線部の並び方向から気体を送風する送風部と
   を備える光照射器具。
2. 前記送風部は、前記配線部の短手方向に向けて前記気体を送風する
   請求項１に記載の光照射器具。
3. 前記配線部は、前記発光素子よりも前記気体の上流側に配置されている
   請求項１又は２に記載の光照射器具。
4. 前記配線部は、前記並び方向において、前記発光素子の両側に配置されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射器具。
5. 前記基板の裏面側の前記放熱部の周辺に設けられ、前記気体を前記並び方向に整流する整流板を有する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射器具。
6. 前記発光素子は、紫外線を発光する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の光照射器具。
7. 筐体と、
   前記筐体内に配置され、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光照射器具が複数配置された発光部と、
   を備える光照射装置。

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