(57)【要約】【課題】照射ヘッドを大型化することなく、ＬＥＤ光源の冷却を行うことができるＬＥＤ光照射装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ光源２２を有する照射ヘッド１２と、ＬＥＤ光源の給電及び／又は制御を行う制御部３２が配置される制御装置１４と、ＬＥＤ光源２２を冷却する冷却手段とを備え、制御装置１４と照射ヘッド１２との間には連結管１６が設けられて、該連結管１６内を通過する電気ケーブル３６，３８を介して制御部３２とＬＥＤ光源２２が接続される。冷却手段は、照射ヘッド１２においてＬＥＤ光源２２に近接して設けられてＬＥＤ光源から伝熱がされるヒートシンク４０と、該ヒートシンク４０が晒される風を強制的に発生させるファン４２と、を備えており、ヒートシンク４０とファン４２とは、連結管１６を介して隔てられて配置されて、連結管１６を風が流通する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光源を有する照射ヘッドと、ＬＥＤ光源の給電及び／又は制御を行う制御部が配置される制御装置と、ＬＥＤ光源を冷却する冷却手段とを備えるＬＥＤ光照射装置において、
前記制御装置と前記照射ヘッドとの間には連結管が設けられて、該連結管内を通過する電気ケーブルを介して制御部とＬＥＤ光源が接続されており、
前記冷却手段は、照射ヘッドにおいてＬＥＤ光源に近接して設けられてＬＥＤ光源から伝熱がされるヒートシンクと、該ヒートシンクが晒される風を強制的に発生させるファンと、を備えており、ヒートシンクとファンとは、連結管の少なくとも一部を介して隔てられて配置されて、該連結管の少なくとも一部を風が流通することを特徴とするＬＥＤ光照射装置。
【請求項２】
前記ファンは、前記制御装置内に配置されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光照射装置。
【請求項３】
前記照射ヘッドの側面を、前記強制的に発生される風が通過することを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ光照射装置。
【請求項４】
前記風は、前記連結管内をヒートシンクからファンの方に向かって流れることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＬＥＤ光照射装置。
【請求項５】
前記ヒートシンクは、連結管に連結されると共に、内筒部と、該内筒部の周面から放射状に延びる複数の放熱フィンと、を備え、該放熱フィンは、外部に露出していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＬＥＤ光照射装置。
【請求項６】
前記ヒートシンクは、連結管に連結されるスリーブを有しており、該スリーブはその周面に貫通孔を備え、該貫通孔は外部に露出していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＬＥＤ光照射装置。
【請求項７】
前記スリーブ内には、螺旋突条が挿入されており、該螺旋突条に沿って風が流通することを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源からの光を照射するＬＥＤ光照射装置に関し、特に、ＬＥＤ光源の冷却手段を備えるＬＥＤ光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードであるＬＥＤ光源からの光を照射するＬＥＤ光照射装置が知られており、例えば、紫外線ＬＥＤを光源として備えるＬＥＤ光照射装置として、紫外線硬化型樹脂の硬化などに使用される紫外線硬化装置が知られている。紫外線硬化装置は、紫外線ＬＥＤが形成する紫外線照射領域に被処理部分を位置づけることで、部品接着処理を行っている。このような紫外線ＬＥＤは、紫外線ランプに比較して、紫外線硬化に不要な余計なスペクトル線がなく、低コストで電力消費が少ないといった利点を有している。
【０００３】
このようなＬＥＤ光源を用いたＬＥＤ光照射装置においては、ＬＥＤ光源からの光を伝達する光ファイバを用いて、光ファイバの先端である照射ヘッドから光を照射するタイプが知られている。しかしながら、ＬＥＤ光源の出力に制限があるために、光ファイバを用いる場合には、ファイバカップリングにおいて損失の無いようにしなければならず、ファイバカップリングに対するコストが高くなるという問題がある。
【０００４】
その他のＬＥＤ光照射装置としては、光ファイバを用いずに、照射ヘッドにＬＥＤ光源を配置したタイプも知られている（例えば、特許文献１）。このタイプの場合には、ＬＥＤ光源の温度の上昇を防ぐための冷却手段を照射ヘッドに設けなければならないために、照射ヘッドが大型化・重量化するという問題がある。よって、取扱いが制限されるという問題がある。
【０００５】
または、冷却手段として、照射ヘッドにヒートシンクのみを設けた例も知られているが（例えば、特許文献２，３）、強制的に風を発生させない自然対流だけでは、十分に冷却することができないという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２８６９４号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１１３０号公報
【特許文献３】特開２００５−１８１８７８号公報（段落００３５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、照射ヘッドを大型化することなく、ＬＥＤ光源の冷却を行うことができるＬＥＤ光照射装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ＬＥＤ光源を有する照射ヘッドと、ＬＥＤ光源の給電及び／又は制御を行う制御部が配置される制御装置と、ＬＥＤ光源を冷却する冷却手段とを備えるＬＥＤ光照射装置において、
前記制御装置と前記照射ヘッドとの間には連結管が設けられて、該連結管内を通過する電気ケーブルを介して制御部とＬＥＤ光源が接続されており、
前記冷却手段は、照射ヘッドにおいてＬＥＤ光源に近接して設けられてＬＥＤ光源から伝熱がされるヒートシンクと、該ヒートシンクが晒される風を強制的に発生させるファンと、を備えており、ヒートシンクとファンとは、連結管の少なくとも一部を介して隔てられて配置されて、該連結管の少なくとも一部を風が流通することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記ファンが、前記制御装置内に配置されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の前記照射ヘッドの側面を、前記強制的に発生される風が通過することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の前記風が、前記連結管内をヒートシンクからファンの方に向かって流れることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の前記ヒートシンクが、連結管に連結されると共に、内筒部と、該内筒部の周面から放射状に延びる複数の放熱フィンと、を備え、該放熱フィンは、外部に露出していることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の前記ヒートシンクが、連結管に連結されるスリーブを有しており、該スリーブはその周面に貫通孔を備え、該貫通孔は外部に露出していることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の前記スリーブ内には螺旋突条が挿入されており、該螺旋突条に沿って風が流通することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ファンと照射ヘッドとが隔てられて配置され、風は連結管の少なくとも一部を介して強制的に流通されるために、効果的にヒートシンクの冷却を行うことができ、且つ照射ヘッドが大型化することを避けることができる。
【００１６】
また、ファンと照射ヘッドとが隔てられて配置されるために、ファンによる振動・乱流・電磁誘導等の影響を照射ヘッドが受けないようにすることができる。
【００１７】
連結管は、風を流通させるのみならず、電気ケーブルを通すために、電気ケーブルを覆い隠すことができて、装置全体の見栄えを良好にすることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、ファンを制御装置内に配置することで、装置全体を小型に構成することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、照射ヘッドの側面に風を通過させることで、照射ヘッドからの光の照射に影響を与えないようにすることができる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、照射ヘッドの周囲からの空気を吸入することになるために、照射先に粉塵等の影響を与えることがなく、ＬＥＤ光源からの照射に対する影響をより少ないものとすることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、放熱フィンが外部に露出しており、放熱しやすく、ヒートシンクを効果的に冷却することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、貫通孔を風が流通することで、熱交換を行い、ヒートシンクを効果的に冷却することができる。また、貫通孔を備えたヒートシンクの外径を小さく構成することができるので、照射ヘッドを小型に構成することができる。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、螺旋突条に沿って風が流通するために、風とヒートシンクとの接触時間及び接触面積を大きくとることができるために、より高い冷却効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ光照射装置としての紫外線照射装置の全体構成図であり、図２は、その断面図である。
【００２５】
図示したように、本発明の紫外線照射装置１０は、大別して、照射ヘッド１２と、制御装置１４と、照射ヘッド１２と制御装置１４とを繋ぐ連結管１６とを備える。
【００２６】
照射ヘッド１２には、ホルダ２０と、ホルダ２０内で固定されるＬＥＤ光源である紫外線ＬＥＤ光源２２と、ホルダ２０内で固定されて紫外線ＬＥＤ光源２２からの紫外線を集光して外部に紫外線ビームを放出するための光学系レンズ２４とが設けられる。ここで、照射ヘッド１２とは、紫外線照射装置１０のフロントエンド、即ち、最先端の部分である。紫外線ＬＥＤ光源２２は、ＬＥＤパッケージ２６に形成された凹部２６ａ内に配置されている。紫外線ＬＥＤ光源２２は、多数のＬＥＤ素子が電極を介して並設されたアレイで構成されることができ、多数のＬＥＤ素子が同時に発光することにより高出力ビームを得ることができる。光学系レンズ２４は、適宜、１個または複数のレンズから構成することができ、紫外線ＬＥＤ光源２２からのビームを集光して外部へと放出する。
【００２７】
制御装置１４は、ハウジング３０を備えており、該ハウジング３０内には、制御部３２となる制御基板が配置される。制御部３２には、ＬＥＤ光源２２の給電を行う給電部、ＬＥＤ光源における温度に応じた温度制御を行う温度制御部、ＬＥＤ光源２２の照射時間を決めるタイマの設定を行うタイマ制御部が集積されている。さらに、ハウジング３０の表面には、適宜電源ＯＮ／ＯＦＦを操作する電源スイッチ、タイマの設定、その他の照射出力の調整のための操作スイッチや表示ランプといったスイッチ／表示部３４が配置される。
【００２８】
任意には、制御装置１４には、外部へのコネクタを設けることができ、該コネクタを介して足での操作を可能とするフットスイッチを取付けることもできる。
【００２９】
照射ヘッド１２と制御装置１４とは、連結管１６を介して互いに連結される。連結管１６内には、紫外線ＬＥＤ光源２２への給電を行う給電ケーブル３６、照射ヘッド１２内に配置される温度センサからの信号を制御装置１４へと送る信号ケーブル３８等からなる複数の電気ケーブルが配索される。
【００３０】
紫外線ＬＥＤ光源２２は、ＬＥＤ素子の温度の上昇により効率が悪化するために、冷却する必要がある。このため、紫外線照射装置１０には、紫外線ＬＥＤ光源２２の冷却を行うための冷却手段が設けられる。冷却手段は、照射ヘッド１２において、紫外線ＬＥＤ光源２２に近接して設けられて、紫外線ＬＥＤ光源２２から伝熱されるヒートシンク４０と、ヒートシンク４０を通過してヒートシンク４０が晒される風を強制的に発生させるモータ付きファン４２と、を有する。
【００３１】
ヒートシンク４０は、紫外線ＬＥＤ光源２２が配設されるＬＥＤパッケージ２６に密着するスリーブ４４と、スリーブ４４に固着される導入筒４６とからなり、両者は、熱伝導性の良い銅、アルミニウム等の金属で構成することができる。
【００３２】
導入筒４６は、図３に示すように、内筒部４６ａと、内筒部４６ａの周面において周方向に適宜間隔にあけて該周面から放射状に延びる複数の放熱フィン４６ｂと、放熱フィン４６ｂの外側に設けられた外側リング４６ｃとを備える。導入筒４６の一部は、連結管１６に挿入されて外側リング４６ｃが連結管１６の先端面に当接しており、導入筒４６の残りの部分にある放熱フィン４６ｂは外部に露出している。そして、隣接する放熱フィン４６ｂ同士の間の隙間が連結管１６の内部に連通している。また、内筒部４６ａ内には前記電気ケーブルが挿通する。
【００３３】
ファン４２は、制御装置１４内に配置されて、制御部３２の温度制御部と接続される。ヒートシンク４０とファン４２とは連結管１６を介して隔てられて配置され、連結管１６内を風が流れるようになっており、このために、連結管１６は、気密性のある配管の機能を有している。さらに、連結管１６は、複数の連結管片１６ａが互いに屈曲可能に且つその屈曲状態を維持可能に接続されて成り、全体としてフレキシブルに且つ、その屈曲状態を自立的に保持可能となっている。
【００３４】
以上のように構成される紫外線照射装置１０においては、紫外線ＬＥＤ光源２２からの紫外線光が、光学系レンズ２４によって集束されて所定の領域を照射する。所定の領域に紫外線硬化樹脂を含む被処理部分を配置することにより、接着処理を行うことができる。
【００３５】
照射が開始されると自動的に、または、温度センサからの温度が所定温度を超えると温度制御部の制御により、ファン４２が作動される。ファン４２によって連結管１６内が負圧となり、照射ヘッド１２の周囲にある空気が導入筒４６に導入されて、連結管１６内を通過して、ファン４２へと吸引されて、制御装置１４から導出される。こうして強制的に発生された風に放熱フィン４６ｂが晒されることによって、導入筒４６に形成された放熱フィン４６ｂからの放熱が促進されて、紫外線ＬＥＤ光源２２の冷却が行われる。
【００３６】
このように本装置によれば、ファン４２が照射ヘッド１２とは離間して配置されるために、照射ヘッド１２が大型化することを避けることができる。また、ファン４２と照射ヘッド１２とが離間して配置されるために、ファン４２による振動・乱流・電磁誘導等の影響を照射ヘッド１２が受けることを回避することができる。
【００３７】
ファンによって強制的に発生された風は連結管１６を介して流通されるために、効果的にヒートシンク４０の放熱を促進して冷却を行うことができる。風は、照射ヘッド１２の側面に相当する導入筒４６から導入されるために、照射ヘッド１２からの照射には影響を与えることはない。ヒートシンク４０の導入筒４６に形成された放熱フィン４６ｂは、外側に向いて外部に露出しているために、導入筒４６を通過する風によって効果的に冷却されることになる。
【００３８】
また、連結管１６は、風を流通させるのみならず、電気ケーブルを通すために、電気ケーブルを覆い隠すことができて、装置全体の見栄えを良好にすることができる。
【００３９】
図４は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ光照射装置を表す正面図、図５はその断面図である。図において、同一の符号を付した部材は第１実施形態と同一の機能を持ち、その形状・構成において若干の差異はあるものの同じ機能を果たすために、その詳細説明を省略する。
【００４０】
この例では、紫外線ＬＥＤ光源２２が配置されるＬＥＤパッケージ２６に密着するヒートシンク４０がスリーブ４８から構成される。スリーブ４８の周面には、周方向に適宜間隔をあけて複数の貫通孔４８ａが形成され、貫通孔４８ａは外部に露出している。このスリーブ４８は、銅またはアルミニウムといった熱伝導性の良い金属で構成されるとよい。スリーブ４８のＬＥＤパッケージ２６と反対側の端部は、連結管１６に連結されており、スリーブ４８の内部が連結管１６の内部と連通し、スリーブ４８内には電気ケーブルが挿通している。
【００４１】
この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、紫外線ＬＥＤ光源２２の冷却を行う必要が生じると、ファン４２が作動される。ファン４２によって連結管１６内が負圧となり、照射ヘッド１２の周囲にある空気が貫通孔４８ａからスリーブ４８内に導入されて、連結管１６内を通過して、ファン４２へと吸引されて、制御装置１４から導出される。こうして強制的に発生された風がスリーブ４８内の貫通孔４８ａを通過することによって熱交換が行われ、スリーブ４８からの放熱が促進されて紫外線ＬＥＤ光源２２の冷却が行われる。
【００４２】
このように第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４３】
また、風は、ヒートシンク４０としてのスリーブ４８の周面に形成された貫通孔４８ａを通過していくために、ヒートシンク４０は効果的に冷却されることになる。また、貫通孔４８ａを備えたスリーブ４８の外径は小さく構成することができるので、結果として、照射ヘッド１２自体をより小型化することが可能となる。
【００４４】
図７は、第２実施形態のヒートシンクの変形例を表しており、ヒートシンク４０がスリーブ４８’と、スリーブ４８’の内側に挿入されスリーブ４８’とは別体の螺旋体５０とから構成される。
【００４５】
スリーブ４８’の一端側の周面には、周方向に適宜間隔をあけて複数の貫通孔４８’ａが形成され、貫通孔４８’ａは外部に露出する。また、スリーブ４８’の他端は連結管１６と連結される。
【００４６】
螺旋体５０は、基部５０ａと、基部５０ａから軸方向に延びる軸部５０ｂと、軸部５０ｂの周囲に形成された螺旋突条５０ｃとを有する。螺旋体５０の螺旋突条５０ｃはスリーブ４８’内に挿入され、連結管１６の内側まで延びており、基部５０ａがスリーブ４８’外にあって、ＬＥＤパッケージ２６に密着される。
【００４７】
これらのスリーブ４８’及び螺旋体５０は、銅またはアルミニウムといった熱伝導性の良い金属で構成されるとよい。
【００４８】
以上のように構成されるヒートシンク４０では、貫通孔４８’からスリーブ４８’に導入された空気は、螺旋体５０の螺旋突条５０ｃに沿って流れ、連結管１６内を通過してファン４２へと吸引される。このとき、空気と螺旋突条５０ｃとの接触時間及び接触面積を大きくとることができるために、より高い冷却効果を得ることができる。
【００４９】
尚、以上の各例では、ファン４２の吸引作用により、連結管１６には、ヒートシンク４０からファン４２の方向へと風が流れるようになっていたが、これに限るものではなく、ファン４２の送風作用により、ファン４２からヒートシンク４０の方向に風が流れるようにしてもよい。しかしながら、前者の構成をとることによって、照射ヘッド１２の周囲からの空気を吸入することになるために、照射先に粉塵等の影響を与えることがなく、紫外線ＬＥＤ光源２２からの照射に対する影響をより少ないものとすることができ、より好都合となる。
【００５０】
また、以上の各例では、ファン４２が制御装置１４内に配置されているために、連結管１６全体に風が流通するようになっていたが、これに限るものではなく、ファン４２は制御装置１４とは別の、連結管１６の途中位置から分岐する部分に配置することもできる。この場合には、風は、連結管１６の少なくとも一部を流通することになる。この構成であっても、ファン４２とヒートシンク４０とは離間しているために、照射ヘッド１２の大型化を防ぐことができ、ファン４２による振動の影響を防ぐことができる。
【００５１】
また、以上の各例では、紫外線照射装置について説明したが、これに限るものではなく、紫外線以外の波長の光（可視光または赤外線）を発光するＬＥＤ照射装置についても同様に適用可能である。また、以上の例では、紫外線硬化装置に適用される紫外線照射装置について説明したが、これに限るものではなく、任意の用途に適用されるＬＥＤ照射装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ光照射装置の全体斜視図である。
【図２】図１の装置の内部構造を表す断面図である。
【図３】導入筒の斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ光照射装置を表す正面図である。
【図５】図４の装置の内部構造を表す断面図である。
【図６】図５の６−６線に沿って見た断面図である。
【図７】第２実施形態のヒートシンクを変形例を表す斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  ＬＥＤ光照射装置（紫外線照射装置）
１２  照射ヘッド
１４  制御装置
１６  連結管
２２  ＬＥＤ光源
３２  制御部
３６  給電ケーブル
３８  信号ケーブル
４０  ヒートシンク
４２  ファン
４６ａ  内筒部
４６ｂ  放熱フィン
４８、４８’  スリーブ
４８ａ、４８’ａ  貫通孔
５０ｃ  螺旋突条
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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