(57)【要約】【課題】放熱体の大型化を抑えつつペルチェモジュールによる発光ダイオードの冷却効率を向上して光を効率よく照射する。【解決手段】断熱体５は、外形が基板２及び放熱板４ａと同形状、同寸法であって、中央部にペルチェモジュール３が嵌合する嵌合孔５ａが貫通した矩形枠状に形成され、嵌合孔５ａにペルチェモジュール３を嵌合させた状態で基板２と放熱板４ａとの間に介装される。而して、基板２の裏面と放熱板４ａの表面とが対向する空間に断熱体５を配設しているため、上述のような熱リークの発生が抑制でき、その結果、放熱体４の大型化を抑えつつペルチェモジュール３による発光ダイオード１の冷却効率を向上して光を効率よく照射することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１乃至複数個の発光ダイオードと、熱の良導体からなり表面に前記発光ダイオードが実装された基板と、該基板よりも面積の小さい平板状に形成され表側の吸熱面を前記基板の裏面に密着させたペルチェモジュールと、該ペルチェモジュールよりも面積が大きい平坦部を有し該平坦部をペルチェモジュール裏側の発熱面に密着させた放熱体と、該放熱体の平坦部と前記基板裏面が対向する空間に配設されて前記ペルチェモジュールの周囲を囲む断熱体とを備えたことを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記基板、放熱体及び断熱体の周面を覆う第２の断熱体を備えたことを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
【請求項３】
前記基板は、表面と裏面が中間の絶縁層で電気的に絶縁された多層構造を有し、該表面には前記発光ダイオードのカソード及びアノードと接合されるランドと、該ランドに通電するための導電パターンとが形成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の光照射装置。
【請求項４】
熱の非良導体により有底筒状に形成され、底面に設けられた貫通孔から前記発光ダイオードを外部に臨ませる形で前記基板並びに断熱体と放熱体の少なくとも一部とを内部に収納するカバーを備えたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを光源とする光照射装置に関し、特に光硬化性樹脂を硬化させるために紫外線を照射する紫外線硬化装置に用いるのに好適な光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光硬化性樹脂に紫外線などの光を照射して硬化させる紫外線硬化装置においては、放電ランプやレーザ発振器を光源とする光照射装置が用いられていたが、近年では発光ダイオードを光源とする光照射装置が普及しつつある。光源に発光ダイオードを用いる際に最も問題となるのが発光ダイオードからの発熱である。すなわち、発光ダイオードは低温の方が発光効率が良く、高温になるほど発光効率が低下し、照射する光のエネルギも減少してしまう。
【０００３】
これに対して本出願人は、複数の発光ダイオードが表面に実装された基板の裏面にペルチェ効果を利用した冷却体（ペルチェモジュール）を貼着し、このペルチェモジュールに直流電流を流してその吸熱面から基板の熱を吸収することにより発光ダイオードを冷却し、発光効率の低下を抑制した光照射装置（照明装置）を既に提案している（特許文献１参照）。なお、ペルチェモジュールは吸熱面から吸収した熱を反対側の発熱面から放射しているので、放熱効果を高めるために発熱面には放熱体（例えば、放熱フィンを有する放熱板）が取着され、さらに放熱体には必要に応じて冷却ファンが取り付けられる。
【特許文献１】特開平１１−１６３４１０号公報（段落００２３〜００２４及び図８参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで特許文献１に記載されている上記従来例では、発光ダイオードが実装された基板とペルチェモジュール及び放熱板の接触部分の形状及び寸法がほぼ等しくなっているが、ペルチェモジュールの冷却効果を高めて効率よく冷却するためには、ペルチェモジュールの発熱面に対して放熱板の面積を大きくすることが望ましい。しかしながら、単純に放熱板を大きくしただけでは装置全体も大型化して設置スペースの確保が難しくなるなどの新たな課題が生じてしまう。そこで、ペルチェモジュールによる放熱効果を高めつつ装置全体の大型化を抑えるために、放熱板と基板の寸法をほぼ等しくするとともにペルチェモジュールの寸法を基板及び放熱板よりも小さくすることでペルチェモジュールに対する放熱板の相対的な寸法を大きくする構造が考えられる。
【０００５】
しかしながら、かかる構造においては、ペルチェモジュールの吸熱面と発熱面が基板と放熱板を介して対向するため、発熱面から放射する熱が吸熱面に干渉する現象（いわゆる熱リーク）が生じて冷却効率が低下してしまう虞がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、放熱体の大型化を抑えつつペルチェモジュールによる発光ダイオードの冷却効率を向上して光を効率よく照射できる光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、１乃至複数個の発光ダイオードと、熱の良導体からなり表面に前記発光ダイオードが実装された基板と、該基板よりも面積の小さい平板状に形成され表側の吸熱面を前記基板の裏面に密着させたペルチェモジュールと、該ペルチェモジュールよりも面積が大きい平坦部を有し該平坦部をペルチェモジュール裏側の発熱面に密着させた放熱体と、該放熱体の平坦部と前記基板裏面が対向する空間に配設されて前記ペルチェモジュールの周囲を囲む断熱体とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、発光ダイオードが実装された基板よりもペルチェモジュールを小型とすることでペルチェモジュールに対して放熱体の面積を大きくすることができ、しかも、基板と放熱体が対向する空間に配設した断熱体によりペルチェモジュールの発熱面から吸熱面への熱リークを防止しているから、放熱体の大型化を抑えつつペルチェモジュールによる発光ダイオードの冷却効率を向上して光を効率よく照射することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記基板、放熱体及び断熱体の周面を覆う第２の断熱体を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、第２の断熱体によって基板及び放熱体の周面からの熱リークを防止し、発光ダイオードの冷却効率がさらに向上できる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記基板は、表面と裏面が中間の絶縁層で電気的に絶縁された多層構造を有し、該表面には前記発光ダイオードのカソード及びアノードと接合されるランドと、該ランドに通電するための導電パターンとが形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、発光ダイオードへの配線路が容易に形成できる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、熱の非良導体により有底筒状に形成され、底面に設けられた貫通孔から前記発光ダイオードを外部に臨ませる形で前記基板並びに断熱体と放熱体の少なくとも一部とを内部に収納するカバーを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、カバーの内部に収納することで周囲温度の影響を低減するとともに基板や基板に実装された発光ダイオードの結露を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光ダイオードが実装された基板よりもペルチェモジュールを小型とすることでペルチェモジュールに対して放熱体の面積を大きくすることができ、しかも、基板と放熱体が対向する空間に配設した断熱体によりペルチェモジュールの発熱面から吸熱面への熱リークを防止しているから、放熱体の大型化を抑えつつペルチェモジュールによる発光ダイオードの冷却効率を向上して光を効率よく照射することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態は、例えば、光硬化性樹脂を硬化させる紫外線硬化装置に用いるものであって、図１及び図２に示すように１乃至複数個の発光ダイオード１と、熱の良導体からなり表面（図１における下面）に発光ダイオード１が実装された基板２と、基板２よりも面積の小さい平板状に形成され表側の吸熱面を基板２の裏面（図１における上面）に密着させたペルチェモジュール３と、ペルチェモジュール３よりも面積が大きく且つペルチェモジュール３の裏側の発熱面に表面（図１における下面）を密着させた平坦部（放熱板４ａ）、並びに放熱板４ａの裏面（図１における上面）に密着させた放熱フィン４ｂからなる放熱体４と、放熱板４ａと基板２の裏面が対向する空間に配設されてペルチェモジュール３の周囲を囲む断熱体５と、放熱フィン４ｂの裏面（図１における上面）に密着させた冷却ファン６とを備えている。
【００１７】
本実施形態における発光ダイオード１は表面実装型の素子であって紫外線を放射するものである。基板２は、アルミのような熱伝導度の高い材料からなる表面層と裏面層が中間の絶縁層で電気的に絶縁された多層構造を有し、図３に示すように表面には発光ダイオード１のカソード及びアノードと接合されるランド７及び電源線１１が接続されるランド８と、ランド７，８に通電するための導電パターン９と、発光ダイオード１の実装面におけるカソード及びアノードと絶縁された部分と接合されランド７，８及び導電パターン９と隔絶される形で略全面を覆う放熱パターン１０とが形成されている。そして、本実施形態においては、基板２の表面に形成されたランド７に表面実装型の４個の発光ダイオード１が一列に並べて実装され、ランド８に接続された電源線１１を通して外部から供給される直流電流により各発光ダイオード１が紫外線を放射するのである。また、通電により発光ダイオード１が発する熱が基板２の表面に形成された放熱パターン１０から放熱される。このようにランド７，８と導電パターン９により発光ダイオード１の配線路が容易に形成できるものである。
【００１８】
ペルチェモジュール３は上述のように従来周知であって、一対のリード線３ａを通して直流電流を流すと吸熱面（図１における下面）から吸収した熱を発熱面（図１における上面）から放出するものである。このペルチェモジュール３は吸熱面に熱伝導性グリスが塗布されて基板２の裏面中央に密着され、さらに発熱面にも熱伝導性グリスが塗布されて放熱体４の放熱板４ａが密着される。放熱板４ａは基板２とほぼ同寸法の矩形平板状に形成された金属板からなり、同じく金属材料からなる従来周知の放熱フィン４ｂが、熱伝導性グリスを塗布した裏面（図１における上面）に密着される。すなわち、発光ダイオード１の発する熱が基板２を通してペルチェモジュール３の吸熱面から吸熱されて発熱面より放出され、その放出された熱が放熱体４を介して放熱されるものであり、さらに従来周知の冷却ファン６を用いて放熱フィン４ｂが冷却されて冷却効率の向上が図られている。ここで、発光ダイオード１が実装された基板２よりもペルチェモジュール３を小型とすることでペルチェモジュール３に対して放熱体４（放熱板４ａ）の面積を大きくし、ペルチェモジュール３の発熱面から放出される熱の放熱効率を高めている。
【００１９】
本発明の要旨である断熱体５は、外形が基板２及び放熱板４ａと同形状、同寸法であって、中央部にペルチェモジュール３が嵌合する嵌合孔５ａが貫通した矩形枠状に形成され、嵌合孔５ａにペルチェモジュール３を嵌合させた状態で基板２と放熱板４ａとの間に介装される。すなわち、ペルチェモジュール３を基板２及び放熱板４ａよりも小型化したことにより、基板２と放熱板４ａとの間におけるペルチェモジュール３の周囲に、基板２の裏面と放熱板４ａの表面とが対向する空間が生じ、この空間を介して放熱板４ａの表面から放出される熱がペルチェモジュール３によって冷却されている基板２裏面に熱リークして冷却効率が低下する虞がある。しかしながら、本実施形態では基板２の裏面と放熱板４ａの表面とが対向する空間に断熱体５を配設しているため、上述のような熱リークの発生が抑制でき、その結果、放熱体４の大型化を抑えつつペルチェモジュール３による発光ダイオード１の冷却効率を向上して光を効率よく照射することのできる光照射装置が実現できるものである。
【００２０】
（実施形態２）
本実施形態の分解斜視図及び断面図をそれぞれ図４及び図５に示す。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２１】
本実施形態は、基板２、放熱板４ａ及び断熱体５の周面を覆う第２の断熱体１２と、基板２の表面（図５における下面）を覆う第３の断熱体１３と、熱の非良導体により有底筒状に形成され、底面に設けられた貫通孔１４ａから発光ダイオード１を外部に臨ませる形で基板２並びに断熱体５，１２，１３と放熱体４の少なくとも一部（例えば、放熱板４ａ）とを内部に収納するカバー１４とを備えた点に特徴がある。
【００２２】
カバー１４は、図６に示すように例えばポリアセタール樹脂により角筒状に形成され、その底面中央に矩形の貫通孔１４ａが貫設されている。この貫通孔１４ａは、基板２に実装されている発光ダイオード１がその内側に収まる寸法に形成されている。
【００２３】
第３の断熱体１３は基板２とほぼ同形状及び同寸法の矩形平板状に形成されてカバー１４の底面に収められるものであって、その中央部にはカバー１４の貫通孔１４ａと連通する矩形の窓孔１３ａが設けられ、この窓孔１３ａを通して発光ダイオード１が貫通孔１４ａ内に収められる。
【００２４】
第２の断熱体１２は、両側に開口する角筒状であってカバー１４内に収納された状態でカバー１４の底面及び内壁面に当接するとともに基板２並びに断熱体５，１３と放熱板４ａの一部（図５における下端部）を覆うことができる形状及び寸法に形成されている。
【００２５】
而して、本実施形態を組み立てて基板２、ペルチェモジュール３、放熱板４ａ、断熱体５を第２及び第３の断熱体１２，１３とともにカバー１４内に収納すれば、図５に示すように基板２、放熱板４ａ及び断熱体５の周面が第２の断熱体１２で覆われるとともに基板２の表面が第３の断熱体１３で覆われることになる。すなわち、実施形態１のように基板２、放熱板４ａ及び断熱体５の周面が露出していると周面において熱リークが生じる虞があるが、基板２、放熱板４ａ及び断熱体５の周面を第２の断熱体１２で覆うことによって周面からの熱リークを防止し、発光ダイオード１の冷却効率がさらに向上できる。また、発光ダイオード１や基板２、ペルチェモジュール３などをカバー１４の内部に収納することで周囲温度の影響を低減するとともに基板２や基板２に実装された発光ダイオード１の結露を防ぐことができる。さらに、カバー１４の底面と基板２の表面との間に介装した第３の断熱体１３によって周囲温度の影響を一層低減できるとともに結露を確実に防ぐことができる。なお、実施形態１及び本実施形態では、基板２に複数個の発光ダイオード１を実装しているが、発光ダイオード１の個数は複数個に限定されるものではなく１個であっても構わない。基板２に１個の発光ダイオード１を実装する場合、図７に示すように基板２の表面には各一対のランド７，８、導電パターン９並びに放熱パターン１０が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態１の断面図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】同上における基板の正面図である。
【図４】実施形態２の分解斜視図である。
【図５】同上の断面図である。
【図６】同上におけるカバーを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図７】同上における１個の発光ダイオードに対応した基板の正面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  発光ダイオード
２  基板
３  ペルチェモジュール
４  放熱体
５  断熱体
【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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