JP2005340392A - Light irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a light irradiation apparatus using a light emitting diode as a light source, and more particularly to a light irradiation apparatus suitable for use in an ultraviolet curing apparatus that irradiates ultraviolet rays to cure a photocurable resin.
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。 Conventionally, in an ultraviolet curing device that irradiates and cures light such as ultraviolet rays to a photocurable resin, a light irradiation device using a discharge lamp or a laser oscillator as a light source has been used, but recently, a light emitting diode is used as a light source. Light irradiation devices are becoming widespread. When the light emitting diode is used as the light source, the most serious problem is heat generated from the light emitting diode. That is, the light emitting diode has a higher light emission efficiency at a low temperature, and the light emission efficiency decreases as the temperature increases, and the energy of the irradiated light also decreases.
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。
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。
By the way, in the above conventional example described in
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。 However, in such a structure, since the heat absorption surface and the heat generation surface of the Peltier module face each other through the substrate and the heat sink, a phenomenon (so-called heat leak) in which the heat radiated from the heat generation surface interferes with the heat absorption surface occurs and cooling efficiency May decrease.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a light irradiation device that can efficiently irradiate light by improving the cooling efficiency of the light emitting diode by the Peltier module while suppressing the increase in size of the heat radiator. There is to do.
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。
In order to achieve the above object, the invention of
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。 According to the present invention, the area of the radiator can be increased with respect to the Peltier module by making the Peltier module smaller than the substrate on which the light emitting diode is mounted, and the substrate and the radiator are opposed to each other. The installed insulation prevents heat leakage from the heat generation surface to the heat absorption surface of the Peltier module. Therefore, while suppressing the increase in size of the heat dissipation body, the cooling efficiency of the light emitting diode by the Peltier module is improved and light is efficiently irradiated. can do.
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。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the substrate, the heat radiating body, and a second heat insulating body that covers the peripheral surfaces of the heat insulating body are provided.
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。 According to this invention, the second heat insulator prevents heat leakage from the peripheral surfaces of the substrate and the heat radiating body, thereby further improving the cooling efficiency of the light emitting diode.
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。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the substrate has a multilayer structure in which a front surface and a rear surface are electrically insulated by an intermediate insulating layer, and the surface has a cathode of the light emitting diode. And a land to be joined to the anode, and a conductive pattern for energizing the land.
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。 According to the present invention, the wiring path to the light emitting diode can be easily formed.
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, the light emitting diode is formed in a bottomed cylindrical shape by a heat non-defective conductor, and the light emitting diode is exposed to the outside from a through hole provided in a bottom surface. A cover is provided that houses the substrate, the heat insulator, and at least a part of the heat radiator.
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。 According to the present invention, it is possible to reduce the influence of the ambient temperature by being housed in the cover, and to prevent condensation of the substrate and the light emitting diode mounted on the substrate.
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。 According to the present invention, the area of the radiator can be increased with respect to the Peltier module by making the Peltier module smaller than the substrate on which the light-emitting diode is mounted, and the substrate and the radiator are opposed to each other. The installed insulation prevents heat leakage from the heat generation surface to the heat absorption surface of the Peltier module. Therefore, while suppressing the increase in size of the heat dissipation body, the cooling efficiency of the light emitting diode by the Peltier module is improved and light is efficiently irradiated. There is an effect that can be done.
(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。
(Embodiment 1)
The present embodiment is used for, for example, an ultraviolet curing device that cures a photocurable resin. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, one or a plurality of light-
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。
The light-emitting
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。
The Peltier
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。
The
(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。
(Embodiment 2)
An exploded perspective view and a sectional view of this embodiment are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. However, since the basic configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, common constituent elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
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。
In the present embodiment, the
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。
As shown in FIG. 6, the
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。
The
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。
The
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。
Thus, when this embodiment is assembled and the
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
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Claims (4)
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