JP4968184B2 - 紫外線照射ヘッド及び紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品等の接着等に使用される紫外線硬化型の樹脂を硬化させる等の用途で紫外線を照射する紫外線照射ヘッド及び紫外線照射装置に関する。

従来、電子部品の組み立て作業における紫外線硬化型の樹脂を硬化させる目的等に、紫外線照射装置が利用されている。紫外線硬化型の樹脂を硬化させる紫外線照射装置は、レジスト皮膜の形成や印刷の分野から光ピックアップ等の組立工程における小物部品の接着固定の分野まで広く使用されている紫外線硬化型の樹脂に対して紫外線を照射する目的で利用される。このタイプの紫外線照射装置は、電源回路等を内蔵した装置本体であるコントローラと、紫外線を照射するヘッドと、これらを接続するケーブルと、を備えている。コントローラに紫外線源である高圧水銀ランプや水銀キセノンランプ、メタルハライドランプ等を内蔵し、コントローラとヘッドを接続するケーブルに内蔵された石英ガラス等の光ファイバでヘッドまで紫外線を伝達して、ヘッドから樹脂が塗布された接着部に照射される。

このような高圧水銀ランプ等を使用したランプ式の紫外線照射装置では、紫外線源に高圧水銀ランプや水銀キセノンランプを使用しているため、発熱量及び消費電力も大きく、冷却機構が必要で装置が大型化し高価になる上、常時点灯している構造のためエネルギー消費量が大きい、立ち上がり、立ち下がりに時間がかかる、ランプの寿命が短くなる等の欠点があった。加えて、紫外線出力の調整は機械的なシャッタで行われる構造のため、微細な調整が困難である。さらに、ランプが劣化してくるとガラスにクラックが生じることがあり、ガラス管内部に封入した高圧ガスによってガラス管が破裂する危険がある。このため、一定時間経過したランプは必ず交換する必要があり、ランニングコストが高くなることに加えて毎日など定期的に交換の確認作業を行う必要があり、手間がかかっていた。

このため、このような問題点を解決するものとして、紫外線源として紫外線発光ダイオードのような半導体素子を使用し、かつ紫外線源を本体のコントローラでなくヘッド側に設けた紫外線照射装置が開発されている。これらの紫外線照射装置は、半導体素子である紫外線発光ダイオードを使用しているため、出力の微調整が可能で高速に動作でき、長寿命で信頼性が高く、かつ低消費電力で使用できるといった優れた特長が得られる。
特開２００６−１１６９２２号公報

ところで、上記従来技術は、紫外線発光ダイオードのような半導体素子を紫外線源として使用する紫外線照射装置は、ヘッド側に紫外線発光ダイオードを設ける構成であるため、ヘッド部は紫外線発光ダイオードの発熱を十分に放熱するための放熱機構を備える必要がある。しかしながら、ヘッド部の小型化の要求のためヘッド構造部材を小型化すると、放熱面積が縮小するなど放熱性能が低下して紫外線発光ダイオードの放熱性が低下するという問題がある。紫外線発光ダイオードの放熱性が不十分になると、熱によって紫外線発光ダイオードの性能が低下して、出力低下を招いたり、素子の寿命が短くなるという問題がある。

そこで、本発明は、放熱性を改善して紫外線源となる半導体素子の性能を向上させることができる紫外線照射ヘッド及び紫外線照射装置を提供することを目的とする。

本願第１発明は、紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を照射する半導体素子を備えた紫外線照射ヘッドであって、前記紫外線照射ヘッドは、前記半導体素子を照射により発生した熱を内部に分散させるように、保持する中空状の筐体部を備え、前記筐体部の中空の内部には、軸方向一方側端部から軸方向他方側端部に向かって、前記半導体素子、第１プロペラ部、第２プロペラ部、シャフト、駆動モータが設けられ、前記筐体部には、前記半導体素子と前記第１プロペラ部との間に前記筐体部の中空の内部と外部とを連通する空気流入孔が、および、前記第２プロペラ部と前記駆動モータとの間に前記筐体部の中空の内部と外部とを連通する空気流出孔が、それぞれ設けられ、前記駆動モータの回転は前記シャフトを介して前記第１プロペラ部と前記第２プロペラ部を回転するように構成され、前記駆動モータの回転により、外部の空気が前記空気流入孔から前記筐体部の中空の内部に流入して軸方向に沿って進む空気流となり前記空気流出孔から外部へ流出するように構成されていることを特徴とする。

本願第１発明によれば、筐体部の中空の内部には空気流発生部により空気流が発生する。これにより、筐体部が半導体素子を保持していることにより筐体部の内部に熱が発生するが、筐体部の内部にて熱を分散させることができる。内側筐体部３８の中空の内部には、空気流が発生しているため、半導体素子から発生した熱は、空気流と共に筐体部の外部に放出される。
これにより、紫外線照射ヘッドの放熱性を高めることができ、半導体素子の信頼性、安定性を高めることができる。

本願第２発明は、紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を照射する紫外線照射装置であって、本願発明１に係る紫外線照射ヘッドを具備したことを特徴とする。

本願第２発明によれば、具備する紫外線照射ヘッドの放熱性を高めることができる結果、紫外照射装置の性能を高めることができる。

本発明によれば、放熱性を改善して紫外線源となる半導体素子を熱から保護し、ひいては半導体素子の性能を向上させることができる。

次に、本発明の一実施形態に係る紫外線照射ヘッド及び紫外線照射装置について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、紫外線照射装置１０は、コントローラ部１２と、紫外線照射ヘッド１４と、両者を電気的に接続するケーブル部１６と、で構成されている。コントローラ部１２は、紫外線照射ヘッド１４の紫外線源を駆動するための電源部（図示省略）、後述のＵＶＬＥＤ２０の発光及び後述の駆動モータ２６の駆動を制御する制御部、設定内容等を表示させる表示部、紫外線照射条件等を設定する設定部などを備え、ケーブル部１６を介して紫外線源（ＵＶＬＥＤ２０）及び駆動モータ２６の駆動信号（電気信号）を紫外線照射ヘッド１４に対して送信する。

図２及び図３に示すように、紫外線照射ヘッド１４は、円筒状の外側筐体部１８を備えている。この外側筐体部１８の内部には、内側筐体部３８が設けられている。このように、紫外線照射ヘッド１４は、２種類の筐体部で構成された２重構造になっている。内側筐体部３８の軸方向一方側端部近傍の内部には、紫外線硬化型樹脂を硬化させるための紫外線を発する紫外線源として半導体素子であるＵＶＬＥＤ２０が位置決め固定されている。また、図４に示すように、内側筐体部３８の軸方向一方側端部近傍の内部には、ＵＶＬＥＤ２０からの紫外線を集光、偏光するためのレンズ２２が設けられている。

図１に示すように、紫外線照射ヘッド１４の外側筐体部１８の軸方向他方側端部近傍の内部には、上述したケーブル部１６が接続されている。また、図２、図３及び図６に示すように、内側筐体部３８の内部であってＵＶＬＥＤ２０とケーブル部１６の接続端との間の少なくとも一部の領域には、シャフト２４が設けられている。このシャフト２４は、内側筐体部３８の内部の軸受３６により回転可能に支持されている。また、内側筐体部３８の内部には、シャフト２４を回転駆動させる駆動モータ２６が設けられている。なお、シャフト２４の軸方向一方側端部は、ＵＶＬＥＤ２０の近傍に位置している。また、シャフト２４の軸方向他方側端部は、駆動モータ２６の回転軸に接続されている。

シャフト２４の軸方向一方側端部の近傍には、空気流を発生させるための第１プロペラ部２８が設けられている。第１プロペラ部２８は、シャフト２４の回転と共に回転する。図５に示すように、第１プロペラ部２８は、３枚の羽根部２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃがシャフト２４の外周にわたって取り付けられて、構成されている。図２及び図３に示すように、第１プロペラ部２８は、空気をシャフト２４の軸方向一方側端部から軸方向他方側端部に向けて流す機能を有している。また、シャフト２４の軸方向他方側端部側には、空気流を発生させるための第２プロペラ部３０が設けられている。第２プロペラ部３０は、シャフト２４の回転と共に回転する。第２プロペラ部３０は、第１プロペラ部２８と同様に、３枚の羽根部（図示省略）がシャフト２４の外周にわたって取り付けられて、構成されている。第２プロペラ部３０は、空気をシャフト２４の軸方向一方側端部から軸方向他方側端部に向けて流す機能を有している。

なお、紫外線照射ヘッド１４には、ヘッドの種別に関するヘッド種別情報を保持するメモリ、ヘッドを他のヘッド部と区別するための識別情報を表示する識別部など、が内蔵されている。

図２及び図３に示すように、外側筐体部１８の第１プロペラ部２８の近傍には、外側空気吸引孔３２が形成されている。また、内側筐体部３８の第１プロペラ部２８の近傍には、内側空気吸引孔４０が形成されている。外側空気吸引孔３２は、内側空気吸引孔４０の径方向外側に内側空気吸引孔４０に対して重なるようにして設けられている。また、外側空気吸引孔３２と内側空気吸引孔４０は、外側筐体部１８及び内側筐体部３８の内部と外部とを連通する１つの貫通孔として機能する。なお、外側空気吸引孔３２と内側空気吸引孔４０は、外側筐体部１８及び内側筐体部３８の外周方向に沿って複数形成されていることが好ましい。

また、外側筐体部１８の第２プロペラ部３０の近傍には、外側空気排出孔３４が形成されている。また、内側筐体部３８の第２プロペラ部２８の近傍には、内側空気排出孔４２が形成されている。外側空気排出孔３４は、内側空気排出孔４２の径方向外側に内側空気排出孔４２に対して重なるようにして設けられている。外側空気排出孔３４と内側空気排出孔４２は、外側筐体部１８及び内側筐体部３８の内部と外部とを連通する１つの貫通孔として機能する。なお、外側空気排出孔３４と内側空気排出孔４２は、外側筐体部１８及び内側筐体部３８の外周方向に沿って複数形成されていることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る紫外線照射ヘッド及び紫外線照射装置の作用及び効果について説明する。

図２及び図３に示すように、コントローラ部１２の制御部からの制御信号を受けてＵＶＬＥＤ２０が発光するとともに、駆動モータ２６が駆動する。これにより、ＵＶＬＥＤ２０から紫外線が放射され、紫外線が紫外線硬化樹脂に照射されることにより紫外線樹脂が硬化する。

また、駆動モータ２６が駆動すると、シャフト２４が回転する。シャフト２４が回転することにより、第１プロペラ部２８及び第２プロペラ部３０がシャフト２４と共に回転する。第１プロペラ部２８及び第２プロペラ部３０がシャフト２４と共に回転すると、外側筐体部１８の外部から外側空気吸引孔３２及び内側空気吸引孔４０を介して内側筐体部３８の内部に空気が入り込み、第１プロペラ部２８から第２プロペラ部３０に向けて流れる。そして、内側筐体部３８の内部に入り込んだ空気は、第２プロペラ部３０を通過した後、内側筐体部３８の内部から内側空気排出孔４２及び外側空気排出孔３４を介して外側筐体部１８の外部に排出される。このように、第１プロペラ部２８及び第２プロペラ部３０がシャフト２４と共に回転することにより、内側筐体部３８（シャフト２４）の軸方向に沿って進む空気流が発生する。そして、外側筐体部１８の外部から内部に取り込んだ空気は、空気流となって内側筐体部３８の内部から外側筐体部１８の外部に排出される。

ここで、ＵＶＬＥＤ２０から紫外線を照射し続けると、ＵＶＬＥＤ２０が発熱し、この熱が紫外線照射ヘッド１４の内側筐体部３８の内部に広がっていくが、上述したように、内側筐体部３８の内部には、空気流が発生しているため、ＵＶＬＥＤ２０から発生した熱は、空気流と共に外側筐体部１８の外部に放出される。これにより、外側筐体部１８及び内側筐体部３８の内部に、熱がこもることがなくなり（放熱性を高めることができ）、ＵＶＬＥＤ２０が熱による悪影響を受けることを防止できる。この結果、半導体素子であるＵＶＬＥＤ２０の信頼性、安定性を高めることができる。

本願発明の一実施形態の紫外線照射装置の構成図である。 本願発明の一実施形態の紫外線照射装置の紫外線照射ヘッドの内部の構成を示した図である。 本願発明の一実施形態の紫外線照射装置の紫外線照射ヘッドの要部の構成を示した図である。 図２のＡ−Ａ間の側面図である。 図３のＢ−Ｂ間の断面図である。 図３のＣ−Ｃ間の断面図である。

１０ 紫外線照射装置
１２ コントロール部
１４ 紫外線照射ヘッド（ヘッド部）
１６ ケーブル部
１８ 外側筐体部（筐体部）
２０ ＵＶＬＥＤ（半導体素子）
２４ シャフト（シャフト部、空気流発生部）
２６ 駆動モータ（回転駆動、空気流発生部）
２８ 第１プロペラ部（プロペラ部、空気流発生部）
３０ 第２プロペラ部（プロペラ部、空気流発生部）
３２ 外側空気吸引孔（貫通孔、空気流入孔）
３４ 外側空気排出孔（貫通孔、空気流出孔）
３８ 内側筐体部（筐体部）
４０ 内側空気吸引孔（貫通孔、空気流入孔）
４２ 内側空気排出孔（貫通孔、空気流出孔）

Claims (2)

1. 紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を照射する半導体素子を備えた紫外線照射ヘッドであって、
   前記紫外線照射ヘッドは、照射により発生した熱を内部に分散させるように前記半導体素子を保持する中空状の筐体部を備え、
   前記筐体部の中空の内部には、軸方向一方側端部から軸方向他方側端部に向かって、前記半導体素子、第１プロペラ部、第２プロペラ部、シャフト、駆動モータが設けられ、
   前記筐体部には、前記半導体素子と前記第１プロペラ部との間に前記筐体部の中空の内部と外部とを連通する空気流入孔が、および、前記第２プロペラ部と前記駆動モータとの間に前記筐体部の内部と外部とを連通する空気流出孔が、それぞれ設けられ、
   前記駆動モータの回転は前記シャフトを介して前記第１プロペラ部と前記第２プロペラ部を回転するように構成され、
   前記駆動モータの回転により、外部の空気が前記空気流入孔から前記筐体部の中空の内部に流入して軸方向に沿って進む空気流となり前記空気流出孔から外部へ流出するように構成されている
   ことを特徴とする紫外線照射ヘッド。
2. 請求項１記載の紫外線照射ヘッドを具備する
   ことを特徴とする紫外線照射装置。

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