(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線照射装置であって、
導電性の基板と、
前記基板の部品面において、前記基板と絶縁性部材を挟んで接合される導電性の接合パターンと、
前記接合パターンに接合される複数の紫外線発光素子とを含み、
前記接合パターンは、
前記複数の紫外線発光素子のうちの少なくとも１つからなる第１グループの発光素子と接合される第１の接合パターンと、
複数の前記紫外線発光素子からなり、前記第１グループの発光素子の周囲に略同心円上に配置される第２グループの発光素子と接合される第２の接合パターンとを有し、
前記部品面において、前記第１の接合パターンは、前記第２グループの発光素子が配置される、前記略同心円上の領域の外周部に引き延ばして形成されてなる、紫外線照射装置。
【請求項２】
前記第１グループに含まれる発光素子と、前記第２グループに含まれる発光素子とが前記第１および第２の接合パターンにより、直列に前記基板に接合されてなる、請求項１記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記第１グループの発光素子は、１の紫外線発光素子からなり、
前記基板は、
前記第２グループの発光素子が、当該１の紫外線発光素子を中心とする略同心円上に配置されるように前記第２の接合パターンが形成されてなる、請求項１または２記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記第２グループの発光素子は、略同心円上に星形に配置された、５つの紫外線発光素子からなる、請求項３記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
前記紫外線照射装置は、前記基板を収容する紫外線照射ヘッドを含み、
前記基板は、円形形状に形成され、前記基板の外周部に、前記第１および第２の接合パターンと接合されるリード線を前記部品面の裏面へと通過させるための切りかけ部が形成されてなる、請求項１〜４のいずれか１項記載の紫外線照射装置。
【請求項６】
前記基板は、前記部品面において放熱用部材と接合され、
少なくとも１つの前記紫外線発光素子は、前記放熱用部材を挟むよう前記基板の部品面に配置される、請求項１〜５のいずれか１項記載の紫外線照射装置。
【請求項７】
紫外線照射装置の紫外線照射ヘッドであって、
前記紫外線照射ヘッドに装着される導電性の基板と、
前記基板の部品面において、前記基板と絶縁性部材を挟んで接合される導電性の接合パターンと、
前記接合パターンに接合される複数の紫外線発光素子とを含み、
前記接合パターンは、
前記複数の紫外線発光素子のうちの少なくとも１つからなる第１グループの発光素子と接合される第１の接合パターンと、
複数の前記紫外線発光素子からなり、前記第１グループの発光素子の周囲に略同心円上に配置される第２グループの発光素子と接合される第２の接合パターンとを有し、
前記部品面において、前記第１の接合パターンは、前記第２グループの発光素子が配置される、前記略同心円上の領域の外周部に引き延ばして形成されてなる、紫外線照射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外線を照射する紫外線照射装置及び紫外線照射ヘッドに関し、特に、紫外線照射ヘッドにLED（Light  Emitting  Diode）光源を複数備えて光量を向上させるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線照射装置は多くの産業分野において利用されている。紫外線照射装置は、例えば、紫外線硬化法（Ultra  Violet  Curing；以下、「ＵＶ硬化法」）により、接着剤やコーティング剤を硬化させる。ＵＶ硬化法は、熱エネルギーを利用する熱硬化方法に比較して、有害物質を大気中に放散しない、硬化時間が短い、熱に弱い製品にも適応できる、などの多くの利点を有している。
【０００３】
ＵＶ硬化法とは、ＵＶ硬化材料に紫外線を照射して光重合反応を生じさせ、モノマーをポリマーに変化させる技術である。一般的なＵＶ硬化材料は、モノマー、光重合開始剤、添加剤等を含んでいる。このＵＶ硬化材料に対し、紫外線照射装置が紫外線を照射すると、光重合開始剤が励起される。この励起エネルギーにより重合が開始され、モノマーがポリマーに変化する。
【０００４】
紫外線を発光するＵＶ−ＬＥＤ（Ultra  Violet  -  Light  Emitting  Diode）は、紫外線照射装置の光源として用いられている。紫外線照射装置の性能は、例えばＵＶ硬化の生産性により評価される。ＵＶ硬化の生産性を向上させるため、例えば、予め定められた照射領域に対し、ＵＶ−ＬＥＤが発光する紫外線の照射効率を高める技術が開発されている。紫外線の照射効率を高めることにより、紫外線の照射時間を短くすることができる。
【０００５】
紫外線照射装置の照射効率を高めるため、照射ヘッドに複数の発光素子を配置する技術が開示されている。例えば、特開２００９−５９８８３号公報（特許文献１）は、複数の発光素子を搭載可能としながら、基板サイズの小型化を実現することのできる発光装置を開示する。特開２０１１−１７５９５０号公報（特許文献２）は、半導体発光装置において、発生した熱の放熱性能を向上させる技術を開示する。
【０００６】
紫外線照射装置において、照射領域に対するＵＶ−ＬＥＤの照射効率を高めるため、複数のＵＶ−ＬＥＤを密集させて紫外線照射ヘッドに配置することが想定される。紫外線照射装置は、このように配置された複数のＵＶ−ＬＥＤの発光を、光学レンズ等を用いて集光し、集光した紫外線を、ＵＶ硬化材料に照射する。
【０００７】
一方、紫外線を発光するＵＶ−ＬＥＤは、比較的温度上昇しやすく、温度上昇により発光素子が劣化しやすくなる。この温度上昇による悪影響を抑えるため、ＵＶ−ＬＥＤを搭載する紫外線照射装置は、効率よく放熱する構成を備える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−５９８８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７５９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
紫外線照射装置において、発光素子等の複数のチップを搭載する基板には、例えば熱伝導性の高い銅などを使用することにより放熱性を高めることが想定される。
【００１０】
しかし、基板の材料に銅を用いる場合、基板が導電性となるため、チップの配線は、基板の部品面の裏面で行うことができず、基板の部品面で行う必要がある。すなわち、チップを基板に接合するために半田づけを部品面において行う必要がある。ここで、配線などを半田付けするために、チップとチップの間に半田づけをするための領域を設けると、その分チップを高密度で配置することができない。そのため、例えばＵＶ−ＬＥＤを基板へ配置した場合に、配置の密度が低くなり、紫外線照射装置の小型化や照射効率向上の妨げとなる。
【００１１】
したがって、上記課題を解決するため、導電性の基板を用いる場合に、紫外線照射装置の小型化、照射効率の向上に寄与する技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態に従う紫外線照射装置は、導電性の基板と、基板の部品面において、基板と絶縁性部材を挟んで接合される接合パターンと、接合パターンに接合される複数の紫外線発光素子とを含む。接合パターンは、複数の紫外線発光素子のうちの少なくとも１つからなる第１グループの発光素子と接合される第１の接合パターンと、複数の紫外線発光素子からなり、第１グループの発光素子の周囲に略同心円上に配置される第２グループの発光素子と接合される第２の接合パターンとを有し、部品面において、第１の接合パターンは、第２グループの発光素子が配置される、略同心円上の領域の外周部に引き延ばして形成されてなる。
【００１３】
好ましくは、第１グループの発光素子は、１の紫外線発光素子からなり、基板は、第２グループの発光素子が、１の紫外線発光素子を中心とする略同心円上に配置されるように第２の接合パターンが形成されてなることとしてもよい。
【００１４】
好ましくは、第２グループの発光素子は、略同心円上に星形に配置された、５つの紫外線発光素子からなることとしてもよい。
【００１５】
好ましくは、紫外線照射装置は、基板を収容する紫外線照射ヘッドを含み、基板は、円形形状に形成され、基板の外周部に、第１および第２の接合パターンと接合されるリード線を部品面の裏面へと通過させるための切りかけ部が形成されてなることとしてもよい。
【００１６】
好ましくは、第１グループに含まれる発光素子と、第２グループに含まれる発光素子とが第１および第２の接合パターンにより、直列に基板に接合されてなることとしてもよい。
【００１７】
好ましくは、基板は、部品面において放熱用部材と接合され、少なくとも１つの紫外線発光素子は、放熱用部材を挟むよう基板の部品面に配置されることとしてもよい。
【００１８】
別の実施形態に従うと、紫外線照射装置における紫外線照射ヘッドが提供される。紫外線照射ヘッドは、紫外線照射ヘッドに装着される導電性の基板と、基板の部品面において、基板と絶縁性部材を挟んで接合される接合パターンと、接合パターンに接合される複数の紫外線発光素子とを含み、基板は、複数の紫外線発光素子のうちの少なくとも１つからなる第１グループの発光素子と接合される第１の接合パターンと、複数の紫外線発光素子からなり、第１グループの発光素子の周囲に略同心円上に配置される第２グループの発光素子と接合される第２の接合パターンとを有し、部品面において、第１の接合パターンは、第２グループの発光素子が配置される、略同心円上の領域の外周部に引き延ばして形成されてなる。
【発明の効果】
【００１９】
上記一実施形態によると、紫外線発光素子を高密度に基板に配置することができ、紫外線照射装置の照射効率の向上、紫外線照射ヘッドの小型化を実現することができる。
【００２０】
この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態に従う紫外線照射装置１００の概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド２の斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド２の側面図である。
【図４】この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド２の分解斜視図である。
【図５】光源用基板１３の部品面を示す図である。
【図６】ＵＶ−ＬＥＤが接合された状態の光源用基板１３を示す図である。
【図７】光源用基板１３の断面を示す図である。
【図８】光源用基板１３における接合の過程を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２３】
＜１  構成＞
図１は、この発明の実施の形態に従う紫外線照射装置１００の概略構成図である。
【００２４】
＜１．１  紫外線照射装置１００の構成＞
図１に示すように、紫外線照射装置１００は、紫外線照射ヘッド２と、本体部１とからなる。図１では、紫外線を照射する対象となるＵＶ硬化材料２４を示している。ＵＶ硬化材料２４は、モノマー、光重合開始剤、添加剤等を含んでおり、紫外線照射により重合反応が開始する。
【００２５】
紫外線照射ヘッド２は、ＵＶ光源を内蔵し、本体部１から受けた電力でＵＶ光源を駆動し、紫外線を発生させて照射する。この実施の形態の説明においては、ＵＶ光源は、紫外線を発生するＬＥＤで構成され、本体部１から供給される電力に応じて発光量が変化する。
【００２６】
本体部１は、表示部８と、入力部９とを含む。
本体部１は、電源やＭＣＵ（Micro  Control  Unit）等を備え、プログラムに従って紫外線照射ヘッド２の動作を制御するとともに紫外線照射ヘッド２へ電力を供給する。
【００２７】
表示部８は、本体部１の表面に配置され、ユーザに対して情報を表示する。
入力部９は、本体部１の表面に配置され、紫外線を照射するための設定などをユーザから受付ける。
【００２８】
＜１．２  紫外線照射ヘッド２の構成＞
次に、図面を用いて紫外線照射ヘッド２を詳細に説明する。
【００２９】
図２は、この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド２の斜視図である。
図３は、この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド２の側面図である。
【００３０】
図２及び図３に示すように、紫外線照射ヘッド２は、円筒形の筺体を有しており、複数のＵＶ−ＬＥＤ（図示していない）の発光をＵＶ硬化材料２４へ照射する。
【００３１】
図４は、この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド２の分解斜視図である。
図４に示すように、紫外線照射ヘッド２は、第２レンズホルダ１１と、第１レンズホルダ１２と、光源用基板１３と、基板ホルダ１４と、放熱ホルダ１５と、固定部１６と、金具１７と、コード収納部１８と、小ネジ１９と、レンズ固定用ネジ２０と、基板固定用ネジ２１とを含む。
【００３２】
光源用基板１３は、複数のＵＶ−ＬＥＤと接合され、本体部１の制御に従って、ＵＶ−ＬＥＤに電力を供給し、ＵＶ−ＬＥＤを発光させる。
【００３３】
第１レンズホルダ１２および第２レンズホルダ１１は、光源用基板１３においてＵＶ−ＬＥＤから発光された紫外線を収束させるためのレンズである。
【００３４】
第１レンズホルダ１２は、光源用基板１３に装着され、レンズ固定用ネジ２０を用いて基板ホルダ１４と固定される。光源用基板１３は、基板固定用ネジ２１を用いて基板ホルダ１４と固定される。
【００３５】
基板ホルダ１４は、第１レンズホルダ１２および光源用基板１３を固定するとともに、光源用基板１３の部品面に接合されるリード線を収容する。第２レンズホルダ１１は、基板ホルダ１４に装着される。
【００３６】
放熱ホルダ１５は、基板ホルダ１４と装着され、リード線を収容する。放熱ホルダ１５は、リブ構造を有して熱を紫外線照射ヘッド２の外部へ放出する。
【００３７】
固定部１６は、放熱ホルダ１５を金具１７と固定するための部材であり、小ネジ１９を用いて金具１７と固定される。
【００３８】
コード収納部１８は、紫外線照射ヘッド２と本体部１とを接続し、配線を収納して本体部１からの電力を紫外線照射ヘッド２へ供給する。
【００３９】
＜１．３  光源用基板１３の構成＞
次に、図面を用いて光源用基板１３の詳細を説明する。
【００４０】
図５は、光源用基板１３の部品面を示す図である。なお、図５では、ＵＶ−ＬＥＤが接合されていない状態を示している。
【００４１】
図５に示すように、光源用基板１３は、導電性基板３２上に接合パターン３１を形成されてなる。なお、接合パターン３１は、図５においてハッチングにより示されている部分である。接合パターン３１は、導電性基板３２において、中心付近（図５において、中心部４１として示す）に配置される第１のグループのＵＶ−ＬＥＤと接合するための第１の接合パターンと、第１のグループのＵＶ−ＬＥＤの周囲に同心円状（図５において、同心円４２として示す）に配置される、第２のグループのＵＶ−ＬＥＤと接合するための第２の接合パターンとからなる。
【００４２】
導電性基板３２は、例えば銅を用いた基板であり、ＵＶ−ＬＥＤが放出する熱を放熱する。導電性基板３２には、切りかけ部３６と基板固定穴３７が形成されている。接合パターン３１と接合されるリード線（後述する図６においてリード線３４として示す）は、切りかけ部３６を通過して、導電性基板３２の部品面の裏面、また基板ホルダ１４へと導かれる。
【００４３】
基板固定穴３７は、光源用基板１３を基板ホルダ１４に基板固定用ネジ２１を用いて固定するためのネジ穴である。
【００４４】
図６は、ＵＶ−ＬＥＤが接合された状態の光源用基板１３を示す図である。
同心円４２上に、５つのＵＶ−ＬＥＤ（紫外線ＬＥＤ３３Ａ、紫外線ＬＥＤ３３Ｂ、紫外線ＬＥＤ３３Ｃ、紫外線ＬＥＤ３３Ｄ、紫外線ＬＥＤ３３Ｅ）が星形に配置されている。これら複数のＵＶ−ＬＥＤ（紫外線ＬＥＤ３３Ａ、紫外線ＬＥＤ３３Ｂ、紫外線ＬＥＤ３３Ｃ、紫外線ＬＥＤ３３Ｄ、紫外線ＬＥＤ３３Ｅ）は、第２のグループのＵＶ−ＬＥＤを構成しており、接合パターン３１と半田付けにより接合される。
【００４５】
導電性基板３２において、中心部４１付近に、紫外線ＬＥＤ３３Ｆが配置され、第１のグループのＵＶ−ＬＥＤを構成する。紫外線ＬＥＤ３３Ｆは、接合パターン３１と半田付けにより接合される。接合パターン３１と接合するリード線３４は、上述のように図５に示す切りかけ部３６を通過して導電性基板３２の裏面へと導かれる。
【００４６】
第１のグループのＵＶ−ＬＥＤ（図６では、紫外線ＬＥＤ３３Ｆ）と接合するための接合パターン３１を、「第１の接合パターン」とする。図５および図６に示すように、第１の接合パターンは、第２のグループのＵＶ−ＬＥＤ（紫外線ＬＥＤ３３Ａ、紫外線ＬＥＤ３３Ｂ、紫外線ＬＥＤ３３Ｃ、紫外線ＬＥＤ３３Ｄ、紫外線ＬＥＤ３３Ｅ）が配置される同心円状の領域の外周部に引き延ばされて形成される。第２のグループのＵＶ−ＬＥＤと接合するための接合パターン３１を、「第２の接合パターン」とする。このように第１の接合パターンを引き延ばすことにより、紫外線ＬＥＤ３３Ｆの周囲に、接合パターン３１とリード線３４を接合するための空間を設ける必要がない。そのため、図６に示すように、切りかけ部３６（図６では、紫外線ＬＥＤ３３Ｄおよび紫外線ＬＥＤ３３Ｃ付近の切りかけ部３６）の付近で、リード線３４と接合パターン３１とを接合することができる。図６において、この接合箇所を、リード線接合位置４３として示す。これにより、導電性基板３２において、ＵＶ−ＬＥＤの配置密度を高めることができ、紫外線照射装置１００の紫外線照射ヘッド２の小型化や照射効率向上が実現される。
【００４７】
また、図５および図６に示すように、紫外線ＬＥＤ３３Ｆと、紫外線ＬＥＤ３３Ａとが、第１の接合パターンと第２の接合パターンとにより直列に接続される。個々のＵＶ−ＬＥＤにそれぞれリード線を設ける場合と比較すると、複数のＵＶ−ＬＥＤを直列に接続することにより、光源用基板１３の部品面において、リード線を半田付けにより接合するための領域を小さくすることができる。
【００４８】
図７は、光源用基板１３の断面を示す図である。
図７（Ａ）に、光源用基板１３を示す。図７（Ａ）において「Ｐ１」で示す波線の断面図を、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）に示す。なお、図７（Ｂ）は、紫外線ＬＥＤ３３Ｆが接合パターン３１に接合されていない状態の断面図を示している。図７（Ｃ）は、紫外線ＬＥＤ３３Ｆが接合パターン３１に接合されている状態の断面図である。
【００４９】
本実施形態では、導電性基板３２が導電性であるため、図７（Ｂ）に示すように、接合パターン３１と導電性基板３２との間に絶縁膜層３５が形成される。接合パターン３１は、リード線３４と接合される。
【００５０】
また、光源用基板１３において紫外線ＬＥＤ３３Ｆが配置される部分には、放熱用銅箔３８が導電性基板３２と接合される。これにより光源用基板１３の放熱性能を向上させ、紫外線ＬＥＤ３３Ｆから放出される熱を放熱する。
【００５１】
＜２  光源用基板１３の接合プロセス＞
次に、図面を用いて光源用基板１３における接合の過程を説明する。
【００５２】
図８は、光源用基板１３における接合の過程を示す図である。図８（Ａ）〜（Ｄ）は、光源用基板１３の断面図を示している。なお、図８では、図７の「Ｐ１」で示す波線の断面を例にして説明する。
【００５３】
図８（Ａ）は、接合パターン３１等が導電性基板３２に接合される前の状態の、光源用基板１３の断面図を示す。この導電性基板３２に、絶縁膜層３５が半田付けされる。接合パターン３１と導電性基板３２とは、絶縁膜層３５を挟んで接合される。
【００５４】
図８（Ｂ）は、接合パターン３１が接合される位置に対応して絶縁膜層３５が導電性基板３２へ接合されている状態の、光源用基板１３の断面図である。
【００５５】
図８（Ｃ）は、接合パターン３１が絶縁膜層３５と半田付けにより接合されている状態の、光源用基板１３の断面図である。図８（Ｃ）に示すように、放熱用銅箔３８が導電性基板３２と半田付けにより接合される。放熱用銅箔３８は、図８（Ｄ）に示すように紫外線ＬＥＤ３３Ｆから放出される熱を放熱するための部材である。図８（Ｄ）は、紫外線ＬＥＤ３３Ｆが接合パターンと接合されており、紫外線ＬＥＤ３３Ｆが光源用基板１３に接合されている状態を示す図である。
【００５６】
＜３  その他の形態＞
上記の実施形態の説明においては、紫外線照射装置１００の紫外線照射ヘッド２において、光源用基板１３の中心付近に１つのＵＶ−ＬＥＤ（第１のグループのＵＶ−ＬＥＤ）を配置し、その周囲の同心円上に５つのＵＶ−ＬＥＤ（第２のグループのＵＶ−ＬＥＤ）を星形に配置するものとして説明してきた。これに限らず、第１のグループのＵＶ−ＬＥＤを複数としてもよいし、第２グループのＵＶ−ＬＥＤは５つに限られない。
【００５７】
この発明の実施の形態においては、紫外線照射装置１００を、表示部８および入力部９を備える本体部１について説明したが、この構成に限られることはない。すなわち、インターフェイス部を介して外部のパソコンなどと紫外線照射装置１００とを接続することで、紫外線照射装置１００からのデータをパソコン上に表示し、また、ユーザがパソコン上で入力した指令を紫外線照射装置１００へ与える構成としてもよい。
【００５８】
なお、この発明の実施の形態においては、本体部１と１つの紫外線照射ヘッド２とを含む紫外線照射装置１００について説明したが、紫外線照射装置１００は、複数の紫外線照射ヘッド２を含むものとしてもよい。
【００５９】
今回開示された実施の形態はすべ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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、紫外線照射装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  本体部、２  紫外線照射ヘッド、８  表示部、９  入力部、１１  第２レンズホルダ、１２  第１レンズホルダ、１３  光源用基板、１４  基板ホルダ、１５  放熱ホルダ、１６  固定部、１７  金具、１８  コード収納部、１９  小ネジ、２０  レンズ固定用ネジ、２１  基板固定用ネジ、２４  ＵＶ硬化材料、３１  接合パターン、３２  導電性基板、３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ，３３Ｆ  紫外線ＬＥＤ、３４  リード線、３５  絶縁膜層、３６  切りかけ部、３７  基板固定穴、３８  放熱用銅箔、４３  リード線接合位置、１００  紫外線照射装置。
【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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【図８】
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