(57)【要約】【課題】紫外線硬化タイプのインキを使用する印刷機用で使用されている冷却水を使用したＬＥＤ光源の冷却装置は、専用の冷熱源を必要としていた。そのため、装置のコストが高いという課題があった。また、冷却水の維持管理のコストが高いという課題があった。【解決手段】冷熱源として、前記印刷機の湿し水４を使用するＬＥＤ光源の冷却装置１４とした。すなわち、印刷機に取り付けられたＬＥＤ光源１１を冷却するための冷却水の循環経路に、冷却水及び冷熱源との間で熱交換を行う熱交換ユニット８、前記冷却水を送り出すポンプユニット１２、前記冷却水の流路を備えたＬＥＤ光源ユニット１１、前記冷却水の体積変化を吸収する膨張吸収ユニット１５を備えたＬＥＤ光源の冷却装置において、前記冷熱源として、前記印刷機の湿し水４を使用するＬＥＤ光源の冷却装置１４とした。【選択図】図１
2011110721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷機に取り付けられたＬＥＤ光源を冷却するための冷却水の循環経路に、冷却水及び冷熱源との間で熱交換を行う熱交換ユニット、前記冷却水を送り出すポンプユニット、前記冷却水の流路を備えたＬＥＤ光源ユニット、前記冷却水の体積変化を吸収する膨張吸収ユニットを備えたＬＥＤ光源の冷却装置において、前記冷熱源として前記印刷機の湿し水を使用することを特徴とするＬＥＤ光源の冷却装置。
【請求項２】
前記循環経路の冷却水が外気から遮断されていることを特徴とした請求項１に記載のＬＥＤ光源の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却水の循環経路がイオン交換樹脂を含む純水化ユニットを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ光源の冷却装置。
【請求項４】
前記循環する冷却水の流量の一部が前記純水化ユニットを通過して流れるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ光源の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却水の経路に設けた前記冷却水の水温を計測する水温センサユニット、前記冷却水の目標温度を設定する水温設定ユニット、前記冷却水の温度調節を行う水温調節ユニット、及び前記温度センサユニットの出力と前記水温設定ユニットの出力を比較して、前記冷却水の温度が所定の温度になるように前記水温調節ユニットを制御する温度調整ユニットを備え、前記温度調節ユニットが、前記熱交換ユニットを挟んで冷熱源側に設けたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載したＬＥＤ光源の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却水の経路に設けた前記冷却水の比抵抗を測定する比抵抗測定ユニットを備えたことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載したＬＥＤ光源の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源の冷却装置に関するもので、特に紫外線ＬＥＤの光源を備えた印刷機に適用可能なＬＥＤ光源の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷に使用される印刷インキは硬化プロセスの違いによりいくつかのタイプがある。代表的なタイプは、水性タイプ、油性タイプ及び紫外線硬化タイプである。近年では、紫外線硬化タイプの印刷インキ（以下紫外線硬化タイプの印刷インキを「ＵＶインキ」という）の使用が増加している。
【０００３】
ＵＶインキは、紫外線の照射を受けることで硬化する。ＵＶインキは、無用な有機揮発性化合物を排出しないという利点がある。また、ＵＶインキは、紫外線の照射を受けると、極めて短時間で硬化する。そのため、ＵＶインキを使用した印刷プロセスは、印刷物の生産性が高いという利点がある。
【０００４】
従来より、ＵＶインキを硬化させるための紫外線光源として放電管が使用されきた。しかし、放電管は、大きな電力を必要とし、寿命が短い。また、照射する紫外線の波長によってはオゾンが発生する。これらの欠点を解消する目的で、ＵＶインキや光源はさまざまな研究開発が行われてきた。
【０００５】
ＵＶインキは、硬化の特性が年々改良されてきた。最近のＵＶインキは、硬化に必要な紫外線の波長や紫外線の照射量について、いろいろな条件を設定することができる。
【０００６】
紫外線の光源としては、放電管の代わりに、紫外線ＬＥＤを使用できるように開発が行われてきた。その結果、紫外線ＬＥＤを使用する印刷機が実用化された。紫外線ＬＥＤ（以下ＵＶインキを硬化させるための紫外線ＬＥＤのことを「ＬＥＤ」という）を使用した印刷機は、放電管を使用した印刷機に比較して、大幅な消費電力の削減に成功している。
【０００７】
ＬＥＤは、動作時の温度を低くすることにより、効率が良くなり、かつ寿命を延ばすことができる。印刷機に使用するＬＥＤ光源は、放電管に比較すると消費電力が少ない。それでも印刷機で使用するＬＥＤ光源は数ワットから数キロワットの電力を消費する。従って、ＬＥＤ光源は冷却装置と組み合わせて設置し、動作中のＬＥＤの温度を低く維持する必要がある。
【０００８】
特許文献１には、ＵＶインキを硬化するための光源にＬＥＤを使用した印刷機が記載されている。特許文献１に記載された印刷機は、印刷用紙に印刷された画像に合わせてＬＥＤを細かくＯＮ／ＯＦＦの制御を行う。このことにより、光源を連続的に常時ＯＮにした場合に比較して、さらに大幅な消費電力の削減に成功している。
【０００９】
また、特許文献２には、印刷機に使用可能なＬＥＤ光源の例が示されている。印刷機の紫外線光源は、紫外線をインキを硬化させるのに十分な照度で印刷用紙の全面にわたって照射しなければならない。そのため、印刷機のＬＥＤ光源は、多数のＬＥＤ素子を密集して実装する必要がある。ＬＥＤ素子を密集して実装すると発熱も集中するので、十分な冷却が必要である。
【００１０】
特許文献２に示されたＬＥＤ光源の冷却構造は、冷却水を使用するようになっている。冷却水は、専用の冷熱源で冷却される。また、冷却水としては純水を使用することも提案されている。
【００１１】
一方、商業印刷で使用される平板オフセット印刷機は、湿し水装置を備えている。湿し水は、印刷機内を循環するようになっており、湿し水は、印刷中に温度が上昇する。そのため、印刷機の湿し水装置は、湿し水の冷却設備を含んでいる。特許文献３には、湿し水の冷却とインキローラの冷却に関する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−２０８４６３
【特許文献２】特開２００９−０６４９８６
【特許文献３】特開平８−０５２８５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の冷却水を使用したＬＥＤ光源の冷却装置は、装置のコストと運用のコストが高いという課題があった。この原因は、従来のＬＥＤ光源の冷却装置が、冷却水の温度を維持するために、専用の冷熱源を備えているためである。また、従来のＬＥＤ光源の冷却装置は、冷却媒体として冷却水を使用していたが、その水質を維持するのが困難であった。この原因は、冷却水が大気に接触する構造であるためである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
課題を解決するために、印刷機に取り付けられたＬＥＤ光源を冷却するための冷却水の循環経路に、冷却水及び冷熱源との間で熱交換を行う熱交換ユニット、前記冷却水を送り出すポンプユニット、前記冷却水の流路を備えたＬＥＤ光源ユニット、前記冷却水の体積変化を吸収する膨張吸収ユニットを備えたＬＥＤ光源の冷却装置において、前記冷熱源として、前記印刷機の湿し水を使用するＬＥＤ光源の冷却装置とした。
【００１５】
さらに、前記循環経路の冷却水が外気から遮断されているＬＥＤ光源の冷却装置とした。
【００１６】
さらに、前記冷却水の循環経路がイオン交換樹脂を含む純水化ユニットを含むＬＥＤ光源の冷却装置とした。
【００１７】
さらに、前記循環する冷却水の流量の一部が前記純水化ユニットを通過して流れるようにしたＬＥＤ光源の冷却装置とした。
【００１８】
また、前記冷却水の経路に設けた前記冷却水の水温を計測する水温センサユニット、前記冷却水の目標温度を設定する水温設定ユニット、前記冷却水の温度調節を行う水温調節ユニット、及び前記温度センサユニットの出力と前記水温設定ユニットの出力を比較して、前記冷却水の温度が所定の温度になるように前記水温調節ユニットを制御する温度調整ユニットを備え、前記温度調節ユニットが、前記熱交換ユニットを挟んで冷熱源側に設けたＬＥＤ光源の冷却装置とした。
【００１９】
さらに、前記冷却水の経路に設けた前記冷却水の比抵抗を測定する比抵抗測定ユニットを備えたＬＥＤ光源の冷却装置とした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるＬＥＤ光源の冷却装置によれば、冷却装置の冷熱源として湿し水を使用した。印刷機は、湿し水の設備を備えている。印刷機の湿し水は、所定の水温を維持するように水温管理がされている。本発明は、湿し水を冷熱源として使用するようにしたので、専用の冷熱源を必要としない。そのため装置のコストが少なくなる。
【００２１】
また、本発明によるＬＥＤ光源の冷却装置によれば、大きな熱容量を持った湿し水を冷熱源とした。冷却水の循環経路側には蓄熱タンクを必要としないか、又は小さな蓄熱タンクでよい。そうすると、循環経路の冷却水の量が少なくてよい。循環する冷却水の量が少ないので、冷却水の水温の制御の応答時間を短くすることができる。
【００２２】
また、循環する冷却水は、外気から遮断されている。冷却水は、蒸発しない。冷却水に外気中を漂う不純物が混入しない。冷却水は、長期間にわたって補給や交換の必要がない。冷却水の保守にかかるコストが少なくなる。
【００２３】
また、冷却水の循環経路がイオン交換樹脂を備えた純水化ユニットを含む。純水化した冷却水の水質は安定である。冷却水の水質維持にかかるコストが少なくなる。
【００２４】
また、循環する冷却水は、流量の一部が純水化ユニットを通過して流れるようにした。純水化ユニットを通過する流量は少ない。そのため純水化ユニットは通過流量の少ない小型のものでよい。そのため、装置のコストが少なくなる。
【００２５】
また、冷却水の温度調整を冷却水の循環経路の外側で行うようにした。そのため冷却水の循環経路の構成要素を少なくすることができる。そのため、ＬＥＤ光源の冷却装置側の循環する冷却水の体積をさらに少なくすることができる。循環する冷却水の体積が少ないと、冷却水の水質の維持が容易なる。冷却水の温度制御の応答速度を上げることができる。
【００２６】
さらに、冷却水の水質は比抵抗を測定して監視するようにした。冷却水の比抵抗が所定の範囲にある限り冷却装置の保守は不要である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施の形態のブロック図
【図２】第２の実施の形態のブロック図
【図３】第３の実施の形態のブロック図
【図４】ＬＥＤ光源ユニットの構造図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は第１の実施の形態を含むブロック図である。全体として図１の左側は印刷機であり、右側は本発明を実施したＬＥＤ光源の冷却装置である。
【００２９】
１は湿し水タンクである。湿し水タンク１は、湿し水４を収容する。２は水舟である。３は水元ローラである。５は湿し水ポンプである。湿し水ポンプ５は湿し水タンク１と水舟２の間にあって、湿し水タンク１の湿し水４を水舟２に向けて送る。水元ローラ３は印刷機の一部であり、印刷機に湿し水を供給する。１１は戻り管である。水舟２にくみ上げられた湿し水は、一部が水元ローラ３を通して印刷で消費される。残りの湿し水は戻り管１１を通って、再度湿し水タンク１に戻る。これは、湿し水の水温の制御、成分の調整及び湿し水の浄化を水舟２の外部で行うためである。６は冷却設備である。７は湿し水ポンプである。８は第１の熱交換ユニットであり、９は第２の熱交換ユニットである。
【００３０】
湿し水４は、湿し水ポンプ７によって湿し水タンク１から汲み出され、第１の熱交換ユニット８を通過し、第２の熱交換ユニット９を通過し、湿し水タンク１に戻る。湿し水４の水温は、第２の熱交換器９の出口側において、水温センサ１０によって計測される。３５は、温度調整装置である。温度調整装置３５は、水温センサ１０の水温が所定の水温を維持するように冷却設備６を制御する。
【００３１】
１４は、ＬＥＤ光源の冷却装置である。１１はＬＥＤ光源ユニットである。ＬＥＤ光源ユニット１１は、冷却水を通す導管を備えた構造になっている。ＬＥＤは、導管を通過する冷却水によって冷却される。図４は、ＬＥＤ光源ユニット１１の構図の例である。ＬＥＤ素子を実装した発光モジュール３６は、放熱ブロック３７と熱結合が密になるように取り付けられている。放熱ブロック３７の内部には、導管３８が通っている。冷却水は、導管３８の入り口３９から入り、出口４０から出ていく。導管３８を通過する冷却水の水量が多い場合は、冷却水と放熱ブロック３７の熱結合を十分に密にする。必要であれば、通過する冷却水と放熱ブロック３７の熱結合を密にする目的で、導管３８の断面を楕円にしてもよい。また、冷却水の流通を妨げない範囲で、導管３８と冷却水との接触面積を増やすように、導管３８の内部に放熱フィンを設ける構造にしてもよい。
【００３２】
図１において、１２は冷却水のポンプユニットである。１３は、必須ではないが、設けることが望ましい冷却水のフィルタである。冷却水のフィルタ１３は、濾過用の不織布などを使用したものが好ましい。ＬＥＤ光源ユニット１１を通過する冷却水は、ポンプユニット１２によってフィルタ１３に向けて送りだされ、ＬＥＤ光源ユニット１１を通過し、冷却ユニット８を通過し、再度ポンプユニット１２に至る。すなわち、ＬＥＤ光源ユニット１１を通過する冷却水は、循環して使用される。また、後述のように、冷却水は、ＬＥＤ光源の冷却装置１４の中では、完全に循環している。冷却水は、ＬＥＤ光源の冷却装置１４から外部に出ていくことはない。さらに、冷却水は、外部からＬＥＤ光源の冷却装置１４に流入することはない。
【００３３】
１５は膨張吸収ユニットである。膨張吸収ユニット１５は、ＬＥＤ光源の冷却装置１４の冷却水の体積の変化を吸収する。膨張吸収ユニット１５は、冷却水と大気から隔離するために、市販のダイヤフラムを備えたものを使用することができる。膨張吸収ユニット１５は、専用の装置として設けるほか、冷却水の循環経路の配管が十分に柔軟であれば、その柔軟な配管の伸縮を利用することもできる。その場合は、膨張吸収ユニット１５は、冷却水の膨張を吸収する柔軟な配管を指す。膨張吸収ユニット１５は、ＬＥＤ光源の冷却装置１４の中で、冷却水の水温や圧力の変化を吸収して、冷却水を外気から完全に隔離できればよい。
【００３４】
１６はバルブであり、１９は純水化ユニットである。純水化ユニット１９は、少なくともイオン交換樹脂１７を含んでおり、望ましくは吸着フィルタ１８も含んでいる。バルブ１６は、純水化ユニット１９を通過する冷却水の流量を調整する。ポンプユニット１２によって循環する冷却水は、大部分がＬＥＤ光源ユニット１１を通過し、一部が純水化ユニット１９を通過する。純水化ユニット１９を通過する冷却水の流量は少ない。純水化ユニット１９の冷却水の水量を少なくすると、純水化ユニット１９は、小型のものを使用することができる。イオン交換樹脂１７は、入手が容易な市販のものでよく、吸着フィルタ１８は、入手が容易な活性炭などが好ましい。
【００３５】
２０は水温センサユニットである。水温センサユニット２０は、ＬＥＤ光源ユニット１１を冷却する冷却水の水温を計測する。図１に示した態様では、水温センサユニット２０は、ＬＥＤ光源ユニット１１の出口側の冷却水の水温を計測する。２１は水温設定ユニットである。水温設定ユニット２１は、冷却水の目標水温を設定する。２２は温度調整ユニットである。２３は水温調整ユニットである。水温調整ユニット２３は、三方向バルブ２４と三方向バルブ２４を駆動する電動モータ２５から構成される。三方向バルブ２４は、湿し水ポンプ７から送られてくる湿し水４を、第１の熱交換ユニット８の流す量と第１の熱交換ユニット８をバイパスして直接第２の熱交換ユニット９に流す量とに振り分ける。温度調整ユニット２２は、水温設定ユニット２１の設定値と水温センサ２０の計測値を比較して電動モータ２５を制御する。その結果、ＬＥＤ光源ユニット１１の出口の冷却水の水温は、水温設定ユニット２１に設定した水温に維持される。
【００３６】
２６は、比抵抗測定ユニットである。２７はバルブである。ポンプユニット１２によって送り出された冷却水は、一部がバルブ２７および比抵抗測定ユニット２６通る。比抵抗測定ユニット２６は、冷却水の比抵抗を測定する。２８は制御ユニットである。２９は印刷機本体である。制御ユニット２８は、印刷機２９の制御下にあって、比抵抗測定ユニット２６の測定値を監視したり、温度調整ユニット２２の動作を制御する。比抵抗測定ユニットで測定する冷却水の比抵抗は冷却水の水質を示す。冷却水の比抵抗が低くなった場合は、冷却水が汚染され水質が変化したことを示す。その場合は、印刷機２９に冷却水の水質が変化したことを通知して印刷を中止させるとともに温度調整ユニット２２の動作も停止させる。冷却水の比抵抗が所定の範囲である限り、冷却水の水質は所定の水質に維持されていることを示している。
【００３７】
図２は、本発明の第２の実施の態様である。図２において、図１と異なる点は、純水化ユニット１９の出口の接続先である。３１は水量が調整可能なバルブである。バルブ１６も水量が調整可能である。バルブ３１とバルブ１６及び純水化ユニット１９は並列に接続される。バルブ１６及びバルブ３１を調整すれば、ポンプユニット１２から送り出される冷却水の分流の比率を調整することができる。図１に示すように、ポンプユニット１２によって循環される冷却水は、外気と接触することはない。そのため冷却水が外気で汚染されることはない。そのため、純水化ユニット１９を流れる冷却水は少なくてよい。
【００３８】
なお、図１に示す比抵抗測定ユニット２６も計測に必要な冷却水の量はわずかでよい。従って、比抵抗測定ユニットの接続も図１に示した接続例に限るものではなく、比抵抗の計測に必要な流量が得られるように接続されれば良い。
【００３９】
図３は、本発明の第３の実施の態様である。図３に示すように、必要であれば冷却水の循環経路に蓄熱タンク４１を設けることができる。蓄熱タンク４１の役割は、冷却水の急激な温度変化を抑制するためのものである。ＬＥＤ光源１１が、蓄熱タンク４１は、短時間でＯＮ／ＯＦＦする場合に設ける。しかし、本発明では、湿し水を蓄熱タンクとして使用するので、蓄熱タンク４１は、必要最小限の熱容量でよい。
【符号の説明】
【００４０】
１      湿し水タンク
２      水舟
４      湿し水
８      第１の熱交換器
９      第２の熱交換機
１１    ＬＥＤの光源ユニット
１２    ポンプユニット
１４    ＬＥＤ光源の冷却装置
１５    膨張吸収ユニット
１７    イオン交換樹脂
１９    純水化ユニット
２０    水温センサユニット
２１    水温設定ユニット
２２    温度調整ユニット
２３    水温調節ユニット
２４    三方向バルブ
２６    比抵抗測定ユニット  
【図１】
2011110721.tif 000003
【図２】
2011110721.tif 000004
【図３】
2011110721.tif 000005
【図４】
2011110721.tif 000006