JP5298781B2 - Ｌｅｄ照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光硬化型材料に光を照射して硬化する照射装置に係り、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源に用いたＬＥＤ照射装置に関する。

従来、紫外線などの光照射により硬化するインクを、インクジェットヘッドを用いて記録媒体上に吐出し、光照射によりインクを硬化して画像形成を行なうインクジェット記録装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。係るインクジェット記録装置は、環境に優しく、種々の記録媒体に高速で記録でき、滲みにくく高精細画像が得られる、などの特徴を有している。この様なインクジェット記録装置では、インクが記録媒体に着弾後、これを速やかに光硬化させることで画像品質が高められているが、このためには、高出力で比較的大型の光照射装置が必要とされている。
一方、多数のＬＥＤを列状に並べて構成した複数本の線状光源と、各線状光源に対応した凹面反射鏡とを備え、各凹面反射鏡が線状光源のそれぞれの光を同一箇所に集光する線状照明装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００５−１２５７９２号公報 特開２００６−３５６４８号公報 特開２００２−９３２２７号公報

したがって、上記光照射装置の光源にメタルハライドランプや水銀ランプ等のランプ型の光源に代えて、上記線状照明装置を採用することで装置の小型化が可能になる。しかしながら、紫外線ＬＥＤの光出力はランプ型光源に比べて小さい。このため、インク硬化に必要な紫外線強度を確保するには、多くの紫外線ＬＥＤが必要となることから、光源の発熱が問題となる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、複数のＬＥＤを光源に備えつつ、該光源の放熱性を良好にしたＬＥＤ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に、本発明は、複数のＬＥＤを基板上に列状に配列したＬＥＤユニットを、熱伝導性を有する熱伝導板の端部の両面にそれぞれ設け、反射面を形成した一対の反射体で前記ＬＥＤユニットの各々の基板を挟み込んで前記熱伝導板に固定して光源部を構成し、前記光源部から延びる前記熱伝導板の一方の面に放熱部材を固定し前記放熱部材から前記光源部の熱を放熱し、前記熱伝導板の他方の面にＬＥＤドライブ回路を含む制御基板をスペーサを挟んで固定し、前記熱伝導板の側方に冷却風を吹き付けるファンを備えたことを特徴とするＬＥＤ照射装置を提供する。

また本発明は、上記ＬＥＤ照射装置において、前記光源部は、前記ＬＥＤユニットの両端部のそれぞれに配置された補助反射鏡を備えることを特徴とする。

また本発明は、上記ＬＥＤ照射装置において、前記反射体の反射面には反射光を拡散する溝が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数のＬＥＤを基板上に列状に配列したＬＥＤユニットを、熱伝導性を有する熱伝導板の端部の両面にそれぞれ設け、反射面を形成した反射体を前記ＬＥＤユニットごとに設けて光源部を構成し、前記光源部から延びる前記熱伝導板に放熱部材を設け、前記放熱部材から前記光源部の熱を放熱する構成とした。
係る構成により、光源部が２つのＬＥＤユニットを備えるから照射強度の増大が可能になるとともに、これらＬＥＤユニットを、放熱部材が設けたれた熱伝導性板の両面に設けたため十分な放熱性が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るＬＥＤ照射装置１の、正面、平面、底面、右側面及び左側面を示す図である。このＬＥＤ照射装置１は、インクジェット記録装置に設けられるものであり、インクジェットヘッドに対して記録媒体搬送路の下流側に設けられ、当該インクジェットヘッドにより記録媒体上に吐出された紫外線硬化インクに紫外線を照射して硬化する。係る記録媒体には、紙や布、プラスチック成型品といった、紫外線硬化インクが塗布可能な媒体であれば任意のものが用いられ得る。

ＬＥＤ照射装置１は、図１に示すように、記録媒体の横幅に応じた長さに延びた横長の箱型の筐体３を備え、この筐体３の上面には、電力線や信号線が接続される入力端子台５や照射光量を調節する調光ボリューム７が設けられている。また、筐体３の左側面には吸気ファン９が設けられるとともに、係る吸気ファン９に対向して筐体３の右側面には排気口１１が形成され、これにより、筐体３の内部を左右に冷却風が流れるようになっている。筐体３の底面には矩形に開口した照射開口１３が形成され、この照射開口１３は紫外線に対して透明な例えば石英ガラスからなる前面ガラス１４で覆われている。そして、筐体３には、照射開口１３を臨んで、多数のＬＥＤ１６を備えた光源部１５が内蔵されている。

図２は、ＬＥＤ照射装置１の内部構造を模式的に示す図である。
この図に示すように、筐体３の内部には、照射開口１３側である下側に光源部１５が配設され、その上側に、制御基板１７及び放熱板１９が配設されている。
制御基板１７は略矩形状に形成され、ＬＥＤドライブ基板を含んで構成されている。係るＬＥＤドライブ基板には、上記入力端子台５を介して入力された電力でＬＥＤ１６を点灯するとともに、上記調光ボリューム７の操作に応じて光量を制御するドライブ回路が設けられる。
放熱板１９は、光源部１５の発熱を放熱するものであり、上記制御基板１７と略同程度の大きさに形成された高熱伝導性材からなる板材に筐体３を左右に延びる複数の放熱フィン２１を一体形成したものである。係る放熱フィン２１には、吸気ファン９により筐体３に導入された冷却風が吹き付けられて放熱フィン２１からの放熱が行われる。

図３は、光源部１５を拡大して示す図である。
光源部１５は、ＬＥＤユニット２５と反射体２９とを備えている。
ＬＥＤユニット２５は、帯状の実装基板２３に複数（図２では１２個）のＬＥＤ１６を一列に実装して構成され線状光源を形成する。ＬＥＤ１６のそれぞれは、波長３６５ｎｍの光を発する紫外線ＬＥＤである。光源部１５は、係るＬＥＤユニット２５を２つ備え、それぞれのＬＥＤユニット２５は鋼板（熱伝導板）３０の端部を挟んで背中合わせに接合されている。

反射体２９は、シリンドリカルな凹面が反射面２７として押出成形され、この反射面２７がＬＥＤユニット２５に対向するように、各ＬＥＤユニット２５ごとに設けられている。各反射面２７は、第１焦点Ｆ１及び第２焦点Ｆ２を有する楕円反射面であり、それぞれの反射面２７の第２焦点Ｆ２が同一の位置に重なるように配置されている。また、それぞれの反射面２７の第１焦点Ｆ１にはＬＥＤ１６が配置されており、これにより、各ＬＥＤユニット２５の光が第２焦点Ｆ２に集光される。そして、この第２焦点Ｆ２を、記録媒体の記録面が通過することにより、この記録面の紫外線硬化インクに紫外線が照射されて当該紫外線硬化インクが硬化する。
このとき、上記のように光源部１５が、互いに背中合わせに接合された２つのＬＥＤユニット２５を備えて構成されるため、第２焦点Ｆ２では紫外線硬化インクの硬化に要するだけの十分な紫外線強度が得られる。

係る一対の反射体２９の各々には断面視Ｌ字状の固定片３１が、長手方向の２箇所に一体的に形成されており、各反射体２９の固定片３１が上記一対のＬＥＤユニット２５の実装基板２３及び鋼板３０を挟み込んで螺旋３２（図２）で固定される。これにより、鋼板３０への反射体２９の固定に伴って、当該反射体２９の反射面２７とＬＥＤユニット２５との相対位置が一意に決定されるため、反射面２７に対してＬＥＤ１６を既定の位置に精度良く簡単に位置させることができ、組み立て性の向上が図られる。
なお、反射体２９の長手方向に設けられた２箇所の固定片３１の間からは実装基板２３が露出し、この露出箇所に、制御基板１７からの信号線が接続される。

上記鋼板３０は、図２に示すように、上端部が筐体３の上面近傍まで延び、その一方の面には上記制御基板１７がスペーサ２４により固定され、他方の面には上記放熱板１９が密着して取付けられている。この鋼板３０は熱伝導性材としても機能し、端部に組み付けられた光源部１５の各ＬＥＤユニット２５が発する熱を放熱板１９に効率良く伝熱し、放熱板１９から放熱される。これにより、紫外線硬化インクの硬化に要するだけの十分な紫外線強度を得るべく、ＬＥＤユニット２５が多数のＬＥＤ１６を備え、或いは、ＬＥＤ１６が高出力化された場合でも、光源部１５に熱が籠もることがなく、十分な放熱性が得られる。またこれにより、ＬＥＤ１６の寿命が延びるため光束維持率を向上できる。

また鋼板３０には、上述のように筐体３の内蔵部品である光源部１５、制御基板１７及び放熱板１９のそれぞれが組み付けられるため、内蔵部品が１つのユニットとして取り扱い可能となり、この鋼板３０を、２本の帯状の支持板３３により筐体３に固定することで、内蔵部品を筐体３の中に簡単に組み付けることができる。

さて、図１に戻り、光源部１５には、ＬＥＤユニット２５の両端部のそれぞれに、長手方向に向かう光を反射する補助反射鏡４０が設けられている。この補助反射鏡４０による長手方向への光の反射により、当該長手方向への照射範囲が拡大される。
また、各反射体２９の反射面２７には、反射光に拡散成分を持たせる細かい溝（図示せず）が形成されており、これにより、集光点（第２焦点Ｆ２）での照射ムラが低減されるようになっている。
このとき、上記細かい溝を、反射面２７の長手方向（ＬＥＤ１６の配列方向）に平行に形成することで、照射エリアＦ２の照射エリアを図３中矢印Ｘで示す幅方向に広げることができる。また、反射面２７の長手方向と垂直に溝を形成することで、照射エリアＦ２の照射エリアを図２中矢印Ｙで示す長さ方向に広げることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤユニット２５を、熱伝導性を有する熱伝導板としての鋼板３０の端部の両面にそれぞれ設け、反射面２７を形成した反射体２９をＬＥＤユニット２５ごとに設けて光源部１５を構成し、この光源部１５から延びる鋼板３０に放熱板１９を設け、この放熱板１９から光源部１５の熱を放熱する構成とした。
この構成により、光源部１５が２つのＬＥＤユニット２５を備えるから紫外線照射強度の増大を図ることができるとともに、これらＬＥＤユニット２５の発熱が鋼板３０を介して光源部１５の外に設けた放熱板１９に伝えられるため、ＬＥＤユニット２５の良好な放熱性が得られる。
この結果、紫外線照射強度が高くなるため、インク硬化に必要な時間を短縮でき、また、放熱性の向上により、ＬＥＤ１６の寿命を延ばして光束維持率を向上できる。

また本実施形態によれば、１対の反射体２９の間に２つのＬＥＤユニット２５の実装基板２３を挟み込み、反射体２９とともに鋼板３０に螺旋止め固定する構成としたため、鋼板３０への反射体２９の固定に伴って、当該反射体２９の反射面２７とＬＥＤユニット２５との相対位置が一意に決定されるため、反射面２７に対してＬＥＤ１６を既定の位置に精度良く簡単に位置させることができ、組み立て性が向上する。

また本実施形態によれば、上記鋼板３０に、制御基板１７を固定する構成としているため、光源部１５、制御基板１７及び放熱板１９といった内蔵部品が鋼板３０に組み付けられてユニット化されることとなり、取り扱いが容易となるとともに、鋼板３０を基準にして各内蔵部品の位置が決まることから、これら内蔵部品の位置決めも容易となる。

また本実施形態によれば、光源部１５は、ＬＥＤユニット２５の両端部のそれぞれに配置された補助反射鏡４０を備える構成としたため、この補助反射鏡４０による長手方向（ＬＥＤ１６の配列方向）への光の反射により、当該長手方向への照射範囲が拡大される。
また、本実施形態によれば、各反射体２９の反射面２７に、反射光に拡散成分を持たせる細かい溝を形成する構成としたため、集光点での照射ムラが低減される。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。

例えば、上述した実施形態において、各ＬＥＤユニット２５のＬＥＤ１６の配置位置を、反射面２７の第１焦点Ｆ１から多少ずらして配置する構成とし、集光点（第２焦点Ｆ２）での深度を大きくするようにしても良い。これにより、記録媒体の記録面が集光点よりも上下に多少変動した場合でも、当該記録面での紫外線強度を、紫外線硬化インクの硬化に必要な強度に維持することができる。

また例えば、上述した実施形態では、ＬＥＤ１６として波長３６５ｎｍの光を発する紫外線ＬＥＤを用いたが、これに限らず、ＬＥＤ１６には、硬化させる光硬化型材料の種類に応じて最適な光を発するＬＥＤを用いることができる。

また例えば、上述した実施形態では、放熱板１９に冷却風をあてて空冷する構成を例示したが、これに限らず、放熱板１９を水冷する構成であってもよい。

本発明の実施形態に係るＬＥＤ照射装置の、正面、平面、底面、右側面及び左側面を示す図である。 ＬＥＤ照射装置の内部構造を模式的に示す図である。 光源部を拡大して示す図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ照射装置
３ 筐体
９ 吸気ファン
１１ 排気口
１３ 照射開口
１５ 光源部
１６ ＬＥＤ
１７ 制御基板
１９ 放熱板
２１ 放熱フィン
２３ 実装基板
２５ ＬＥＤユニット
２７ 反射面
２９ 反射体
３０ 鋼板（熱伝導板）
４０ 補助反射鏡

Claims (3)

1. 複数のＬＥＤを基板上に列状に配列したＬＥＤユニットを、熱伝導性を有する熱伝導板の端部の両面にそれぞれ設け、反射面を形成した一対の反射体で前記ＬＥＤユニットの各々の基板を挟み込んで前記熱伝導板に固定して光源部を構成し、
   前記光源部から延びる前記熱伝導板の一方の面に放熱部材を固定し前記放熱部材から前記光源部の熱を放熱し、前記熱伝導板の他方の面にＬＥＤドライブ回路を含む制御基板をスペーサを挟んで固定し、前記熱伝導板の側方に冷却風を吹き付けるファンを備えた
   ことを特徴とするＬＥＤ照射装置。
2. 前記光源部は、前記ＬＥＤユニットの両端部のそれぞれに配置された補助反射鏡を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照射装置。
3. 前記反射体の反射面には反射光を拡散する溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のＬＥＤ照射装置。

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