JP6067612B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、密閉されたケース内に光源を有し、照射対象物に光を照射する光照射装置に関する。

従来、オフセット枚葉印刷用のインキとして、紫外光の照射により硬化する紫外線硬化型インキが用いられている。また、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等、ＦＰＤ（Flat Panel Display）のシール剤として、紫外線硬化樹脂が用いられている。このような紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂の硬化には、一般に、紫外光を照射する紫外光照射装置が用いられるが、特にオフセット枚葉印刷やＦＰＤの用途においては、幅広な矩形形状の照射領域に高い照射強度の紫外光を照射する必要があるため、多数の発光素子を基板上に並べ、照射領域に対向して配置した光照射装置が用いられる。

このような多数の発光素子を用いる光照射装置においては、発光素子の発熱により温度が上昇し、発光素子の発光効率が著しく低下するといった問題が発生する。このため、基板に密着するようにヒートシンク等の放熱手段を設け、ヒートシンク内部に形成された流路に冷却水等の冷媒を流すことにより、発光素子で発生する熱を強制的に放熱する構成が採られている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−２８８４５６号公報

特許文献１の光照射装置によれば、放熱手段（放熱装置）が発光素子（ＬＥＤチップ）の熱を基板から吸収して放熱するため、発光素子を効率よく冷却することが可能となる。このような放熱手段は、放熱性やメンテナンスの観点からは、外部に露出していることが好ましいため、特許文献１の光照射装置においては、発光素子や基板も含め外部に露出する構成を採っている。しかしながら、発光素子が外部に露出すると、使用環境によっては、水分、ミスト、埃等によって汚染され、照射強度の低下を招いたり、最悪の場合、発光素子のショートを引き起こすといった問題がある。

かかる問題を解決するためには、光照射装置全体を密閉ケースで覆うといった構成が考えられるが、このような構成とすると、放熱手段によって密閉ケース内の空気が冷却され、密閉ケースの内部と外部とで温度差が生じるため、密閉ケース内部に結露が生じ、光が出射される出射窓が曇ってしまうといった問題が発生する。また、密閉ケース内部に結露が生じ、密閉ケース内部の湿度が上昇すると、基板上の回路パターンを構成する金属（例えば、銅）への水分の吸収が早まり、イオンマイグレーションの発生が加速され、これによって回路パターン間（つまり、発光素子のアノードとカソード間）がショートし易くなるといった問題も懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光照射装置全体を密閉ケースで覆う構成を採りつつも、内部に結露が生じない光照射装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の光照射装置は、互いに直交する第１方向と第２方向とによって規定される平面に平行な基板と、基板の表面に実装された発光素子とを有し、照射対象物に第１方向に延びるライン状の光を出射する光源モジュールと、前面が基板の裏面に当接するように設けられ、冷媒が流れる流路を内部に有するヒートシンクと、ヒートシンクの第２方向側面にそれぞれ配置され、光源モジュールに電力を供給する一対の端子台と、光源モジュール、ヒートシンク及び端子台を密閉するように設けられた密閉ケースと、ヒートシンクの背面と、一対の端子台の第２方向外側面にそれぞれ貼付され、密閉ケース内の湿度を調節する調湿部材と、を備える。

このような構成によれば、調湿部材によって密閉ケース内部の湿度が好適に調整されるため、密閉ケース内部に結露が発生することを確実に防止することができる。

また、調湿部材は、密閉ケース内の湿度が所定値を超えたときに空気中の水分を吸着し、所定値以下となったときに吸着した水分を空気中に放出することが望ましい。また、この場合、調湿部材は、メソポーラスシリカを含むことが望ましい。

また、調湿部材は、シート状の部材であることが望ましい。

また、冷媒は、水、もしくはエチレングリコール、プロピレングリコール、またはそれらと水との混合物であることが望ましい。

また、光源モジュールを複数備え、複数の光源モジュールは、所定の方向に少なくとも一列に並んで配置されていることが望ましい。

また、発光素子は、紫外線硬化樹脂に作用する波長の光を発することが望ましい。

以上のように、本発明によれば、光照射装置全体を密閉ケースで覆う構成を採りつつも、内部に結露が生じない光照射装置が実現される。

本発明の実施形態に係る光照射装置の正面図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置を図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置に搭載される光照射ユニットの拡大正面図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置に搭載される光照射ユニットの背面図、及び平面図である。

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の正面図である。図２は、本発明の実施形態に係る光照射装置１を図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。本実施形態の光照射装置１は、オフセット枚葉印刷用のインキとして用いられる紫外線硬化型インキや、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等でシール剤として用いられる紫外線硬化樹脂を硬化させる光源装置に搭載される装置であり、不図示の照射対象物に対向して配置され、照射対象物の所定のエリアにライン状の紫外光を出射する。

図１及び図２に示すように、光照射装置１は、ライン状の紫外光を出射する光照射ユニット１００と、光照射ユニット１００を収容する密閉ケース２００とから構成されている。以下、本明細書においては、光照射装置１から出射されるライン状の紫外光の長手（線長）方向をＸ軸方向、短手方向（つまり、図１の上下方向）をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向をＺ軸方向と定義して説明する。

密閉ケース２００は、図２に示すように、前面に開口２１０ａを有するアルミ製のケース本体部２１０と、開口２１０ａに嵌め込まれたガラス製の窓部２２０とから構成されており、光照射ユニット１００を気密に収容している。

図１に示すように、光照射ユニット１００は、３２個の光源モジュール１１０と、一対の端子台１３１、１３２と、ヒートシンク１５０と、調湿シート３００等とを備えている。各光源モジュール１１０は、矩形状の紫外光を出射するユニットであり、本実施形態においては、ヒートシンク１５０上に１６個（Ｘ軸方向）×２列（Ｙ軸方向）の態様で稠密に並べて配置され、光照射装置１からはＸ軸方向に平行なライン状の紫外光が出射されるように構成されている。

図３及び図４は、本実施形態の光照射ユニット１００の構成を説明する図である。図３は、光照射ユニット１００の拡大正面図であり、２個×２列の光源モジュール１１０を拡大して示している。また、図４（ａ）は、光照射ユニット１００の背面図であり、図４（ｂ）は光照射ユニット１００の平面図である。なお、図３及び図４においては、説明の便宜上、密閉ケース２００を省略している。

ヒートシンク１５０は、各光源モジュール１１０を固定するとともに、各光源モジュール１１０で発生した熱を放熱するための部材であり、熱伝導率の高い銅等の金属によって形成されている。図２及び図４に示すように、ヒートシンク１５０は、Ｘ軸方向に延びる四角柱状の部材であり、ヒートシンク１５０の前面１５０ａ（図３）は、光源モジュール１１０の載置面となっている。また、ヒートシンク１５０の上面及び下面には、図２に示すように端子台１３１及び１３２が、それぞれ複数の固定ねじ（不図示）によって取り付けられている。

本実施形態のヒートシンク１５０は、図２に示すように、いわゆる水冷用ヒートシンクであり、内部に冷媒が流れる流路１６０が形成されており、ヒートシンク１５０の背面１５０ｂ側には、冷媒を供給するための供給口１７０と、冷媒を排出するための排出口１７５が設けられている。また、詳細は後述するが、ヒートシンク１５０の背面１５０ｂには、調湿シート３００が貼付されている。なお、冷媒としては、水や、不凍液（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、またはそれらと水との混合物）を用いることができ、また不凍液には、モリブデン酸ナトリウム水和物や炭素水等の防食剤を添加したものを使用してもよい。

図３に示すように、端子台１３１は、アノード端子１３５ａとカソード端子１３５ｂより成る一対の電極端子１３５をＸ軸方向に沿って複数支持する樹脂製の板状の部材である。一対の電極端子１３５（つまり、アノード端子１３５ａとカソード端子１３５ｂ）は、各光源モジュール１１０に電力を供給するための端子であり、各光源モジュール１１０の電極板１２５に接続される。本実施形態においては、端子台１３１側（つまり、ヒートシンク１５０の上面側）に配置される１６個の光源モジュール１１０に電力を供給できるように、１６個のアノード端子１３５ａと１６個のカソード端子１３５ｂがＸ軸方向に沿って交互に設けられている。なお、詳細は後述するが、端子台１３１の上面１３１ａには、調湿シート３００が貼付されている。

端子台１３２は、端子台１３１と同様、アノード端子１３６ａとカソード端子１３６ｂより成る一対の電極端子１３６をＸ軸方向に沿って複数支持する樹脂製の板状の部材である。一対の電極端子１３６（つまり、アノード端子１３６ａとカソード端子１３６ｂ）は、各光源モジュール１１０に電力を供給するための端子であり、各光源モジュール１１０の電極板１２５に接続される。本実施形態においては、端子台１３２側（つまり、ヒートシンク１５０の下面側）に配置される１６個の光源モジュール１１０に電力を供給できるように、１６個のアノード端子１３６ａと１６個のカソード端子１３６ｂがＸ軸方向に沿って交互に設けられている。なお、詳細は後述するが、端子台１３２の下面１３２ａには、調湿シート３００が貼付されている。

図３に示すように、各光源モジュール１１０は、熱伝導率の高い窒化アルミニウムで形成された矩形状のセラミックス基板１１５と、セラミックス基板１１５上に正方格子状にダイボンディングされて配置された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）ダイ１２０と、セラミックス基板１１５上に形成されたアノードパターン（不図示）及びカソードパターン（不図示）にそれぞれハンダ付け等（例えば、導電性接着剤(銀ペースト)、ロウ材、溶接・溶着、拡散接合等）で電気的に接続された矩形状の一対の電極板１２５とを備えている。

電極板１２５は、銅、又は黄銅、リン青銅、ベリリウム銅などの銅合金によって形成された、導電率が高く、柔軟性を有する板状の部材である。上述したように、電極板１２５の先端部は、セラミックス基板１１５の表面の一辺の端部近傍において、ハンダ付け等によってアノードパターン又はカソードパターンに電気的に接続されており、基端部は、セラミックス基板１１５の外側に突出するように引き出され、アノード端子１３５ａ（又は１３６ａ）又はカソード端子１３５ｂ（又は１３６ｂ）と電気的に接続されている。

各光源モジュール１１０には、Ｘ軸方向に２０個、Ｙ軸方向に１１個のＬＥＤダイ１２０がセラミックス基板１１５の表面と直交する方向（つまり、Ｚ軸方向）に光軸の向きを揃えてセラミックス基板１１５の表面に正方格子状に並べて配置されている。各ＬＥＤダイ１２０のアノード端子（不図示）及びカソード端子（不図示）は、不図示のボンディングワイヤによって、それぞれアノードパターン及びカソードパターンに電気的に接続されている。そして、アノードパターンに接続された電極板１２５に駆動電流（つまり、アノード電流）が供給されると、各光源モジュール１１０に搭載された全てのＬＥＤダイ１２０に駆動電流が流れ、各ＬＥＤダイ１２０からは駆動電流に応じた光量の紫外光が出射されるようになっている。なお、本実施形態の各ＬＥＤダイ１２０は、略等しい電気的特性を有しており、各ＬＥＤダイ１２０からは、略等しい照射強度分布の紫外光が出射されるように構成されている。各ＬＥＤダイ１２０を流れた駆動電流は、カソードパターンを通り、カソードパターンに接続された電極板１２５からはリターン電流（つまり、カソード電流）がリターンされる。

このように、各光源モジュール１１０に搭載された全てのＬＥＤダイ１２０に駆動電流が流れ、各ＬＥＤダイ１２０から紫外光が出射されると、ＬＥＤダイ１２０の自己発熱により温度が上昇し、発光効率が著しく低下するといった問題が発生する。このため、本実施形態においては、各光源モジュール１１０に密着するようにヒートシンク１５０を設け、ＬＥＤダイ１２０で発生する熱を強制的に放熱している。

しかしながら、本実施形態においては、図１及び図２に示すように、光照射ユニット１００が密閉ケース２００によって気密に覆われているため、密閉ケース２００の内部と外部とで温度差が生じることとなる。そして、密閉ケース２００の内部と外部とで温度差が生じると、密閉ケース２００の内部に結露が生じ、紫外光が出射される窓部２２０が曇ってしまうといった問題が発生する。そこで、かかる問題を解決するため、本実施形態の光照射装置１は、密閉ケース２００の内部に、調湿シート３００を備えている。

調湿シート３００は、メソポーラスシリカ（mesoporous silica）を含有するシート状の部材であり、例えば、日本化成株式会社製の商品名「メソピュア」（登録商標）である。メソポーラスシリカは、二酸化ケイ素（シリカ）を材質として、均一で規則的な細孔（メソ孔）を持ち、高い吸湿性を有する物質であり、メソポーラスシリカを含有する調湿シート３００は、湿度が所定値を超えたときに水蒸気を吸着し、所定値以下となったときに水蒸気を放出する特性（つまり、ヒステリシス特性）を有している。このため、密閉ケース２００内に配置すると、密閉ケース２００内の湿度が好適に調節される。なお、本実施形態の光照射装置１においては、密閉ケース２００内において、ヒートシンク１５０の表面温度が最も低くなるため、ヒートシンク１５０が最も結露し易いことから、調湿シート３００は、ヒートシンク１５０の背面１５０ｂに貼付されている（図４（ａ））。また、湿度調整の観点からは、調湿シート３００の面積はできるだけ広い方が好ましい。このため、本実施形態においては、ヒートシンク１５０の周囲を取り囲むように、ヒートシンク１５０に隣接して配置される端子台１３１の上面１３１ａ及び１３２の下面１３２ａにも調湿シート３００が貼付されている。

このように、本実施形態の光照射装置１は、密閉ケース２００の内部に、調湿シート３００を備えているため、光照射ユニット１００（つまり、光源モジュール１１０及びヒートシンク１５０）を密閉ケース２００によって覆う構成を採りながらも、密閉ケース２００内部の湿度が好適に調整される。従って、各光源モジュール１１０を確実に冷却しつつも、密閉ケース２００内部の結露を防止することができる。また、密閉ケース２００内部の湿度がコントロールされるため、セラミックス基板１１５上のパターンのイオンマイグレーションの発生が加速されることもない。

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、本実施形態においては、ヒートシンク１５０を取り囲むように調湿シート３００を配置したが、このような構成に限定されるものではなく、調湿シート３００の面積を増やすために、例えば、密閉ケース２００の内面に適宜配置してもよい。

また、本実施形態の調湿シート３００は、メソポーラスシリカを含有するシート状の部材であるとしたが、他の吸着型吸湿剤を用いることも可能である。調湿シート３００に用いられる吸着型吸湿剤としては、少なくとも一種のケイ素化合物を含むことが好ましく、例えば、シリカ、ゼオライト、多孔質ガラス、アパタイト、珪藻土、カオリナイト、セピオライト、アロフェン、イモゴライト、活性白土、シリカ−アルミナ複合酸化物、シリカ−チタニア複合酸化物、シリカ−ジルコニア、シリカ−酸化マグネシウム、シリカ−酸化ランタン、シリカ−酸化バリウム、シリカ−酸化ストロンチウムなどの複合金属酸化物等が挙げられる。

また、本実施形態においては、調湿シート３００の一例として、日本化成株式会社製の商品名「メソピュア」（登録商標）を挙げたが、ヒステリシス特性を有する同等品を適用することも可能である。

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 光照射ユニット
１１０ 光源モジュール
１１５ セラミックス基板
１２０ ＬＥＤダイ
１２５ 電極板
１３１、１３２ 端子台
１３５、１３６ 電極端子
１３５ａ、１３６ａ アノード端子
１３５ｂ、１３６ｂ カソード端子
１５０ ヒートシンク
１６０ 流路
１７０ 供給口
１７５ 排出口
２００ 密閉ケース
２１０ ケース本体部
２１０ａ 開口
２２０ 窓部
３００ 調湿シート

Claims (7)

1. 互いに直交する第１方向と第２方向とによって規定される平面に平行な基板と、前記基板の表面に実装された発光素子とを有し、照射対象物に前記第１方向に延びるライン状の光を出射する光源モジュールと、
   前面が前記基板の裏面に当接するように設けられ、冷媒が流れる流路を内部に有するヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの前記第２方向側面にそれぞれ配置され、前記光源モジュールに電力を供給する一対の端子台と、
   前記光源モジュール、前記ヒートシンク及び前記端子台を密閉するように設けられた密閉ケースと、
   前記ヒートシンクの背面と、前記一対の端子台の前記第２方向外側面にそれぞれ貼付され、前記密閉ケース内の湿度を調節する調湿部材と、
   を備えることを特徴とする光照射装置。
2. 前記調湿部材は、前記密閉ケース内の湿度が所定値を超えたときに空気中の水分を吸着し、所定値以下となったときに前記吸着した水分を空気中に放出することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記調湿部材は、メソポーラスシリカを含むことを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記調湿部材は、シート状の部材であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光照射装置。
5. 前記冷媒が、水、もしくはエチレングリコール、プロピレングリコール、またはそれらと水との混合物であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光照射装置。
6. 前記光源モジュールを複数備え、
   前記複数の光源モジュールは、所定の方向に少なくとも一列に並んで配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光照射装置。
7. 前記発光素子は、紫外線硬化樹脂に作用する波長の光を発することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光照射装置。

Images