(57)【要約】【課題】高出力ＬＥＤを光源とするコンパクトな紫外線照射装置を提供する。【解決手段】紫外線照射装置１は、数多くの高出力ＬＥＤ２を含むヘッド４と、電源回路６などを含む装置本体１０とが可撓性ケーブル１２を介して接続されている。高出力ＬＥＤ２は、約１００ｍＷの紫外線を発光する能力を有する。高出力ＬＥＤ２を組み付ける回路基板４０は切頭二等辺三角形の形状を有し、四角錐又は五角錐の輪郭を有するフレームに取り付けられる。高出力ＬＥＤ２は、四角錐又は五角錐を横断する方向に一列に並んで配置され、また、四角錐又は五角錐の上下に離間して複数の列を形成するように配置される。各ＬＥＤ２から出た紫外線光線はミラー５０で反射されて第１レンズ５２で平行光となり、この各ＬＥＤ２からの紫外線光線は集光レンズ５４によって一点に集光される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の紫外線発光ＬＥＤを含むヘッドと、電源回路と前記紫外線発光ＬＥＤを制御する制御回路とを含み、該ヘッドとは別体の且つ前記ヘッドとは可撓性ケーブルを介して接続されて前記ヘッドに電力と制御信号とを供給する本体とを有し、
前記ヘッドには、多角錐又は円錐状の輪郭に沿って配置された、前記複数の紫外線発光ＬＥＤを取り付けるための回路基板と、
各ＬＥＤに対応して設けられた、当該ＬＥＤから出た紫外線光線の方向を屈折させるミラー及び該ミラーからの反射光を平行光にするための第１レンズと、
複数の前記第１レンズからの平行光を集光させる集光レンズとが設けられていることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記複数の紫外線発光ＬＥＤが前記回路基板に前記多角錐又は円錐を横断する方向に配列され、該配列が、前記多角錐又は円錐の上下方向に互いに離間して複数の列で構成されている、請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
下方の列に属する紫外線発光ＬＥＤと、これに隣接した上方の列に属する紫外線発光ＬＥＤが互い違いに配置されている、請求項２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記複数の紫外線発光ＬＥＤが、前記回路基板の内面に取り付けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
前記複数の紫外線発光ＬＥＤが、前記回路基板の外面に取り付けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
【請求項６】
前記回路基板の前記紫外線発光ＬＥＤが取り付けられている面とは反対側の面にヒートシンクが取り付けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は紫外線照射装置に関し、より詳しくは、紫外線発光源として複数のＬＥＤを備えた紫外線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線照射装置は、これまで光源として紫外線ランプ（一般的には水銀ランプ）が用いられており、典型的な用途として、紫外線硬化樹脂の硬化処理、半導体などのエッチングなど、部分的に光化学反応を生じさせるのに用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１９００５８号公報
【０００４】
この公報は、紫外線照射装置の光源として紫外線発光ＬＥＤを用いることを提案し、その中で、１２ｍＷの光出力のＬＥＤを２５６個用意し、この数多くのＬＥＤを、ＬＥＤの発光方向（光照射方向）が一点に向かうように位置決めして、各湾曲した凹面に高密度で実装することを提案している。この提案によれば、紫外線照射装置の光源としてＬＥＤを用いたことにより、装置の小型化、低消費電力化や長寿命化などの利点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年になり、高出力（１００ｍＷ）の紫外線発光ＬＥＤが開発され、これを入手することができるようになったが、この高出力ＬＥＤは、放熱性を高める必要があることから、一個当たり比較的大きな専有面積（１０ｍｍ×１０ｍｍ）が要求される。
【０００６】
このことから、従来のように、湾曲した凹面に高出力ＬＥＤを数多く配置するとすれば、大きな直径の凹面を用意しなければならず、装置の大型化を招いてしまうという問題が発生する。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高出力ＬＥＤを光源とするコンパクトな紫外線照射装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の更なる目的は、手で所持できる程度の大きさであり且つ対象物に高出力の紫外線光線をスポット的に照射することのできる紫外線照射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる技術的課題は、本発明によれば、
複数の紫外線発光ＬＥＤを含むヘッドと、電源回路と前記紫外線発光ＬＥＤを制御する制御回路とを含み、該ヘッドとは別体の且つ前記ヘッドとは可撓性ケーブルを介して接続されて前記ヘッドに電力と制御信号とを供給する本体とを有し、
前記ヘッドには、多角錐又は円錐状の輪郭に沿って配置された、前記複数の紫外線発光ＬＥＤを取り付けるための回路基板と、
各ＬＥＤに対応して設けられた、当該ＬＥＤから出た紫外線光線の方向を屈折させるミラー及び該ミラーからの反射光を平行光にするための第１レンズと、
複数の前記第１レンズからの平行光を集光させる集光レンズとが設けられていることを特徴とする紫外線照射装置を提供することにより達成される。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、電源回路などを内蔵した本体と、紫外線発光源である複数のＬＥＤを内蔵したヘッドとを別体に構造にし且つこれらを可撓性ケーブルを通じて接続したことから、ヘッドの大きさを小さくすることができるだけでなく、ヘッドに内蔵した複数の紫外線発光ＬＥＤを多角錐又は円錐状の輪郭に沿って配置するようにしたことからヘッドの径を抑えたなかで、数多くの紫外線発光ＬＥＤを配置させることができる。したがって、単体の紫外線発光ＬＥＤの占有面積が大きな高出力ＬＥＤであっても、比較的コンパクトなヘッドに数多く内蔵させることができ、従来のランプ式と同様の高出力の紫外線光線を対象物に照射する能力を備えた紫外線照射装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態にあっては、複数の紫外線発光ＬＥＤが回路基板に多角錐又は円錐を横断する方向に配列され、該配列が、前記多角錐又は円錐の上下方向に互いに離間して複数の列で構成される。この配列で特に好ましくは、下方の列に属する紫外線発光ＬＥＤと、これに隣接した上方の列に属する紫外線発光ＬＥＤが互い違いに配置される。
【００１２】
この互い違いの配列を採用すれば、回路基板を立てた状態でヘッドに収容しても、上方に位置するＬＥＤからミラー及びレンズを介して出た紫外線光線が、その下方に位置するＬＥＤ、ミラーなどと干渉することを抑えることができるため、ヘッドの径を一層小さなものにすることができる。
【００１３】
【実施例】
添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を以下に詳しく説明する。
実施例の紫外線照射装置１は、数多くの高出力ＬＥＤ２を含むヘッド４と、電源回路６やシステムコントローラ８などを含む装置本体１０とを有し、装置本体１０とヘッド４とは可撓性ケーブル１２を介して接続されている。
【００１４】
装置本体１０は、商用電源から電力の供給を受けて、これを直流定電圧に変換する電源回路６を有し、また、高出力ＬＥＤ２の発光時間や発光パターンや発光強度を設定するための操作部１４を有する。装置本体１０内のシステムコントローラ８は、操作部１４及び外部からの制御信号を受けてＬＥＤドライバ１６を通じて高出力ＬＥＤ２を制御する。
【００１５】
図２〜図４は高出力ＬＥＤ２を示す。図２は高出力ＬＥＤ２の正面図であり、図３は側面図であり、図４は背面図である。高出力ＬＥＤ２は、図２に見られるように円形の窓２０を有し、この円形窓２０から約１００ｍＷの紫外線を発光する能力を有する。高出力ＬＥＤ２のベース２２は１０×１０ｍｍの外形寸法を有し、このベース２２の背面には、一対の電極２４、２６の他に、３本の放熱用のロッド２８〜３２が植設されている。
【００１６】
高出力ＬＥＤ２は、切頭二等辺三角形の形状の回路基板４０に取り付けられている。図５は、回路基板４０に１０個のＬＥＤ２を組み付けた例を示すが、回路基板１０に設置するＬＥＤ２の個数は１０個に制限されるものではなく、例えば６個であってもよいし、１０個以上であってもよい。
【００１７】
図５に例示した回路基板４０に実装した１０個のＬＥＤ２の配置について図５を参照して説明すると、１０個のＬＥＤ２の配置は、回路基板４０の底辺４０ａに沿って等間隔に且つ互いに隣接して列状に配置された４個のＬＥＤ２からなる第１ＬＥＤ列４２と、その上の、等間隔に且つ互いに隣接して列状に配置された３個のＬＥＤ２からなる第２ＬＥＤ列４４と、その上の、等間隔に且つ互いに隣接して列状に配置され２個のＬＥＤ２からなる第３ＬＥＤ列４６と、その上の１個のＬＥＤ２からなる第４ＬＥＤ４８とで構成され、各列４２、４４、４６及び第４ＬＥＤ４８は互いに等間隔に離間されている。
【００１８】
すなわち、切頭二等辺三角形の基板４０には、底辺４０ａに隣接して、この底辺４０ａと平行に第１ＬＥＤ列４２が配置され、その上方に、第１ＬＥＤ列４２と平行に第２ＬＥＤ列４４が配置され、また、その上方に第２ＬＥＤ列４４と平行に第３ＬＥＤ列４６が配置され、また、第３ＬＥＤ列４６の上方に第４ＬＥＤ４８が配置されている。
【００１９】
また、第１ＬＥＤ列４２を構成する４個のＬＥＤ２と、第２ＬＥＤ列４４を構成する３個のＬＥＤ２とが互い違いに配置され、第２ＬＥＤ列４４を構成する３個のＬＥＤ２と、第３ＬＥＤ列４６を構成する２個のＬＥＤ２とが互い違いに配置され、第３ＬＥＤ列４６を構成する２個のＬＥＤ２とその上の第４ＬＥＤ４８とが互いに違いに配置されている。
【００２０】
１０個のＬＥＤ２を設置した回路基板４０は、図６、図７に例示した四角錐又は五角錐などの多角錐の輪郭に沿った形状のフレーム（図示せず）に取り付けられる。回路基板４０を設置するフレームは図８に図示したように円錐の周面に沿った輪郭を有していてもよい。これにより、各回路基板４０の第１〜第４ＬＥＤ列４２〜４８は、その各々の列が、多角錐又は円錐を横断する方向に列状に並んで配置される。
【００２１】
図１に戻って、ヘッド４に内蔵された各ＬＥＤ２には、ミラー５０と、このミラー５０で反射された光を平行光にするための第１レンズ５２とが設けられており、各ＬＥＤ２が発光した紫外線光線はミラー５０で下方に向けて屈折され、第１レンズ５２を通って下方に向かう平行光になる。ヘッド４には、下端に集光レンズ５４が配置されており、ヘッド４に内蔵された全てのＬＥＤ２から出た紫外線光線は、一点つまり焦点Ｆに向けて集光される。
【００２２】
回路基板４０には、必要に応じて、上方に向けて延びるヒートシンク（放熱器）５６を設けてもよく、ヒートシンク５６は、フィン５６ａを備えた金属ブロック（典型的にはアルミニウムブロック）で構成される。
【００２３】
上述の紫外線照射装置１によれば、光源としてＬＥＤ２を用いているため、従来のランプ式とは異なり長寿命であり且つ消費する電力も僅かである。また、比較的大きな占有面積を占める高出力ＬＥＤ２を多角錐又は円錐の側面に沿って配置し、各ＬＥＤ２毎にミラー５０と第１レンズ５２を配置して各ＬＥＤ２から出た紫外線光線を所望の方向に指向させるようにしたことから、ヘッド４の径寸法を抑えたなかで数多くの高出力ＬＥＤ２をヘッド４に内蔵することができ、ヘッド４から高出力の紫外線光線を照射することができる。
【００２４】
また、各ＬＥＤ列４２〜４８を互い違いに配置したことから、回路基板４０を立てた状態でヘッド４に収容しても、上方に位置するＬＥＤ２からミラー５０、第１レンズ５０を経て下方に指向された紫外線光線が、その下方に位置するＬＥＤ２及びミラー５０などと干渉してしまうことを回避することができ、従って、回路基板４０を立てた状態でヘッド４の中に組み込むことができるため、ヘッド４の径を更に小さくすることができる。
【００２５】
また、紫外線照射装置１は、ＬＥＤ２を組み込んだヘッド４と、電源回路６やシステムコントローラ８などを含む装置本体１０とを別体に構成し、これらを可撓性ケーブル１２を介して接続するようにしたことから、ヘッド４をコンパクトにすることができる。これらのことにより、実施例の紫外線照射装置１によれば、例えば、手でヘッド２を所持して対象物にスポット的に高出力の紫外線光線を照射して例えば樹脂を硬化処理することができる。
【００２６】
以上、ヘッド４の中に回路基板４０の底辺４０ａを集光レンズ５４側に配置して、基板４０の上端に向かうに従って配置したＬＥＤ２の数が少なくなるように構成して、回路基板４０の内面にＬＥＤ２を取り付けた実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、反転した多角錐（図９）又は円錐の側面に沿って回路基板４０を配置し、この回路基板４０の外面にＬＥＤ２を配置（図８）するようにしてもよいことは勿論である。このように回路基板４０の外面にＬＥＤ２を配置したときに、必要であれば、回路基板４０の内面にヒートシンクを取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の紫外線照射装置の全体構成図である。
【図２】実施例の紫外線照射装置のヘッドに内臓される高出力紫外線ＬＥＤの平面図である。
【図３】図２に関連した高出力紫外線ＬＥＤの平面図である。
【図４】図２に関連した高出力紫外線ＬＥＤの底面図である。
【図５】図２に図示のヘッドに組み込まれる回路基板及びこれに搭載される１０個の高出力ＬＥＤの配置を示すための回路基板の正面図である。
【図６】ヘッドに内臓する複数の高出力ＬＥＤを四角錐の側面に沿って配置する例を示す図である。
【図７】ヘッドに内臓する複数の高出力ＬＥＤを五角錐の側面に沿って配置する例を示す図である。
【図８】ヘッドに内臓する複数の高出力ＬＥＤを円錐の側面に沿って配置する例を示す図である。
【図９】図１に示す紫外線照射装置のヘッドの変形例として、ヘッドに収容した回路基板の外面に高出力ＬＥＤを配置した構成を示す図である。
【図１０】図９に図示した回路基板の外面に高出力ＬＥＤを配置する場合の基礎となる反転多角錐又は円錐の一例として反転四角錐を示す図である。
【符号の説明】
１    紫外線照射装置
２    高出力ＬＥＤ
４    ヘッド
６    電源回路
８    システムコントローラ
１０    装置本体
１４    可撓性ケーブル
４０    回路基板
４２    第１ＬＥＤ列
４４    第２ＬＥＤ列
４６    第３ＬＥＤ列
４８    第４ＬＥＤ
５０    ミラー
５２    第１レンズ
５４    集光レンズ
５６    ヒートシンク
【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】
2004363352.tif 000009
【図８】
2004363352.tif 000010
【図９】
2004363352.tif 000011
【図１０】
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