JP7281380B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光照射装置に関する。

光照射装置の光源は、光を発するときに発熱する。この熱は、光源の温度を上昇させるが、光源の温度は光源の光出力に影響を及ぼす。そこで、光照射装置は、強制空冷機構を採用することがある。強制空冷機構は、放熱部材に対して強制的に空気を提供する。

特開２０１２－３３７４２号公報

特許文献１は、強制空冷機構を備えた光照射装置を開示する。この装置は、強制空冷機構として公知の送風機を用いて放熱部材に空気流を提供する。

別の強制空冷機構として、圧縮空気を用いる構成が挙げられる。圧縮空気を用いた機構によると、気体の流れに乱れが生じやすい。放熱部材に提供される気体の流れが乱れると、放熱部材において、熱が移動しやすいために比較的低温となる部分と、熱が移動しにくいために比較的高温となる部分とが生じる。その結果、光源において高温となる部分と低温となる部分とが生じ、さらに、高温部分と低温部分との温度差が大きくなる傾向にある。光源の温度は、光源の光出力に影響する。つまり、光源における高温部分と低温部分との温度差が大きくなると、光源の光出力にもばらつきが生じる。

本発明は、光出力を均一に近づけることが可能な光照射装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態である光照射装置は、筐体と、筐体に収容されて、筐体の光出射窓から光を照射する光源部と、筐体に設けられて、光源部が発する熱を気体によって筐体の外に排出する冷却部と、を備え、冷却部は、圧縮された気体の提供を受ける導入部と、光源部が発した熱を気体に受け取らせる熱交換部と、導入部から熱交換部に気体を導く流通部と、を有し、流通部は、導入部に接続されると共に、第１の方向に沿って延びる第１流路と、第１流路に接続されると共に、第１の方向と交差する第２の方向に沿って延び、熱交換部に接続される第２流路と、を含み、第１流路は、流路面積が導入部の流路面積よりも大きい部分を含む。

この光照射装置は、光源部が発する熱を気体によって筐体の外へ排出する冷却部を備えている。この冷却部は、熱媒体である気体を導入部から受け入れて流通部を介して、熱交換部へ提供する。気体は、圧縮されているので当該圧縮に起因する流体エネルギを有している。まず、気体は、導入部から流通部の第１流路へ移動する。導入部から第１流路への移動にあっては、流路面積の拡大を伴う。その結果、導入部から流通部の第１流路へ移動する際に、気体が有する流体エネルギが減少する。さらに、気体は、熱交換部へ移動するまでの間に、流通部の第１流路と第２流路とを経る。ここで、第２流路の方向は、第１流路の方向と交差している。そうすると、気体の流れる方向は、第１流路から第２流路へ移動する際に変化する。このとき、気体が有する流体エネルギがさらに減少する。その結果、流体エネルギが十分に低減された気体が熱交換部に提供されるので、熱交換部における気体の流れの乱れが抑制される。従って、熱交換部における気体の流れが均一化されるため、熱交換部から気体へ移動する熱量のかたよりが解消される。その結果、光源部の温度のばらつきが低減されて、光出力を均一に近づけることができる。

上記の光照射装置において、導入部は、出射窓が設けられた筐体の主面とは逆側の筐体の裏面側に配置されてもよい。この構成によれば、熱交換部へ気体を導く経路を単純にすることができる。

上記の光照射装置において、熱交換部は、流通部に接続される受入口と、光源部が発した熱を気体に受け取らせる放熱部材と、光源部が発した熱を受け取った気体を排出する排気口と、を有してもよい。この構成によれば、気体は、受入口から流入し、放熱部材を通過した後に排気口から流出する。従って、気体の流れる方向を受入口から排気口に向かうように定めることができる。

上記の光照射装置において、熱交換部が有する受入口の数は、２以上であってもよい。この構成によれば、それぞれの受入口から流出し排気口にたどり着くまでの気体の移動距離が短くなる。その結果、光源部の温度のかたよりをさらに低減することができる。

上記の光照射装置において、光源部は、光を発する発光素子が配置された発光面と、発光面とは逆側の接続面と、を有し、放熱部材は、接続面側に配置されてもよい。この構成によれば、光源部の熱を確実に放熱部材に伝えることができる。

上記の光照射装置において、流通部は、筐体の内部に配置されてもよい。この構成によれば、光照射装置を小型化することができる。

上記の光照射装置において、流通部は、筐体の外部に配置されてもよい。この構成によれば、流通部の構成の自由度を高めることができる。

上記の光照射装置において、冷却部は、熱交換部及び流通部が形成された冷却ブロックを有し、流通部は、冷却ブロックの一部を削り取って形成された空間であってもよい。この構成によれば、冷却部を備えた光照射装置を容易に組み立てることができる。

上記の光照射装置において、流通部は、筐体に配置された管部材であってもよい。この構成によれは、流通部の構成の自由度を高めることができる。

上記の光照射装置において、冷却部が有する導入部の数は、２以上であってもよい。この構成によれば、気体の流量を容易に増加させることができる。

上記の光照射装置において、気体は、空気または窒素であってもよい。この構成によれば、確実に放熱部材から熱を受け取ることができる。

上記の光照射装置において、放熱部材は、複数のフィンを含むヒートシンクであってもよい。この構成によれば、気体に熱を渡す効率を高めることができる。

上記の光照射装置において、筐体は、排気口から排出された気体を外部にさらに排出する排気窓を有し、排気窓は、筐体の中央部に設けられてもよい。この構成によれば、熱を受けた気体を確実に筐体の外部に排出することができる。

本発明の光照射装置によれば、光出力を均一に近づけることができる。

図１は、第１実施形態の光照射装置を分解して示す斜視図である。 図２は、図１の冷却部を分解して示す斜視図である。 図３は、冷却部の一部を拡大して示す平面図である。 図４は、図１の光照射装置の断面図である。 図５は、第２実施形態の光照射装置を分解して示す斜視図である。 図６は、図５の冷却部を分解して示す斜視図である。 図７は、冷却部の平面図である。 図８は、変形例１の光照射装置が備える冷却部を示す図である。 図９は、変形例２の光照射装置が備える冷却部を示す図である。 図１０は、変形例３の光照射装置が備える冷却部を示す図である。 図１１は、変形例４の光照射装置が備える冷却部を示す図である。 図１２は、変形例５の光照射装置が備える冷却部を示す図である。 図１３は、比較例１の結果を示す図である。 図１４は、比較例２の結果を示す図である。 図１５は、実施例１の結果を示す図である。 図１６は、実施例２の結果を示す図である。 図１７は、実施例３の結果を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、光照射装置１は、長尺状を呈しており、所定の方向に光を出射する。以下の説明では、光の出射方向をＺ方向（第１の方向）とする。また、光照射装置１は、光を発する光源のための強制空冷機構を備えている。この強制空冷機構は、外部から提供される圧縮された気体を熱媒体とし、当該気体に光源から生じる熱を受け取らせて、外部に排出する。この気体は、例えば、空気又は窒素であってよい。

光照射装置１は、筐体１０と、回路ユニット２０と、光照射ユニット３０と、を有する。

筐体１０は、回路ユニット２０及び光照射ユニット３０を収容する。筐体１０は、所定の方向に延びる長尺状の直方体である。いま、筐体１０の長手方向をＸ方向（第２の方向）とする。筐体１０は、上ケース１１と、下ケース１２と、を有する。上ケース１１及び下ケース１２は、互いに組み合わされて回路ユニット２０及び光照射ユニット３０を収容する空間を形成する。

上ケース１１は、ケース上面１１ａと、ケース前面１１ｂと、ケース背面１１ｃと、を有する。ケース上面１１ａは、筐体１０の裏面である。上ケース１１は、コネクタ穴１１ｈと、排気窓１１ｗと、を有する。コネクタ穴１１ｈは、圧縮された気体の入口である。コネクタ穴１１ｈは、ケース上面１１ａに設けられている。排気窓１１ｗは、熱を受け取った気体の出口である。排気窓１１ｗは、ケース前面１１ｂに設けられている。下ケース１２は、ケース下面１２ａと、ケース端面１２ｂと、を有する。ケース下面１２ａは、筐体１０の主面である。下ケース１２は、光出射窓１２ｗを有する。光出射窓１２ｗは、ケース下面１２ａに設けられている。つまり、筐体１０において、光を出射する面（ケース下面１２ａ）は、気体を受け入れる面（ケース上面１１ａ）の逆側の面である。

なお、排気窓１１ｗからの気体の排出は、自然排気であってもよいし、強制排気であってもよい。例えば、光照射装置１の周囲の気流の乱れを抑制するために、排気窓１１ｗにダクトを設けてもよい。

回路ユニット２０は、光照射装置１の動作に必要な電気的な機能を提供する。例えば、回路ユニット２０は、光照射ユニット３０へ光の照射のための電力を供給する。回路ユニット２０は、回路基板２１と、電子部品２２と、を有する。電子部品２２は、回路基板２１の主面２１ａに配置されている。回路基板２１の主面２１ａは、ケース前面１１ｂと対面する。

光照射ユニット３０は、光を発すると共に、当該光の発生に起因して発生した熱を外部に移動させる。光照射ユニット３０は、回路基板２１とケース背面１１ｃとの間に配置されている。光照射ユニット３０は、回路基板２１の裏面２１ｂと対面する。光照射ユニット３０は、光源部４０と、冷却部５０と、を有する。

光源部４０が備える発光素子の発光特性は、温度の影響を受ける。例えば、光源部４０が高温になると出射される光の特性が変化する。さらに、光源部４０内において温度のばらつきが存在すると、照射される光の特性にもばらつきが生じる。そこで、冷却部５０は、光源部４０の温度が高くなりすぎることを抑制すると共に、光源部４０における温度のばらつきを低減する。例えば、光源部４０における温度のばらつきの範囲（温度差）は、１０℃以内であってもよい。さらに、温度差は８℃以内が好ましく、温度差は５℃以内がより好ましい。

光源部４０は、光を発生させる。この光は、例えば紫外線であってよい。光源部４０は、筐体１０に収容されている。光源部４０は、４個の発光パネル４１を有する。発光パネル４１は、紫外線を出射する発光ダイオード４２（発光素子、図３参照）が配置された発光面４１ａと、発光面４１ａに対して裏側の接続面４１ｂと、を有する。光源部４０は、冷却部５０とケース下面１２ａとの間に配置されている。発光面４１ａは、光出射窓１２ｗと対面する。発光パネル４１の接続面４１ｂは、冷却部５０に接触する。

図２に示すように、冷却部５０は、物理的な要素として、導入部５１と、冷却ブロック５２と、カバー５３と、ヒートシンク５４と、を有する。冷却ブロック５２は、ブロック上面５２ａと、ブロック下面５２ｂと、一対のブロック端面５２ｃと、ブロック前面５２ｄと、ブロック背面５２ｅと、を有する。冷却部５０は、機能的な面からみて導入部５１と、流通部６０と、熱交換部７０と、を有する。ブロック上面５２ａからブロック下面５２ｂに向かって（Ｚ方向）、導入部５１、流通部６０、熱交換部７０の順に配置されている。この並び順は、気体が流れる順と一致する。

導入部５１は、図示しないガス管を冷却ブロック５２に連結する連結部品である。導入部５１は、上ケース１１のコネクタ穴１１ｈを介して流通部６０に接続される。

導入部５１が受け入れる気体は、高圧エアであってよい。この高圧エアとは、工場に一般的に配置されるエア供給設備から得られる圧縮空気である。このようなエア供給設備は、圧縮機、アフタークーラー、タンク、エアフィルタ、エアドライヤ、エアレギュレータなどを備えて構成される。そして、末端において、圧力調整用のエアレギュレータによって圧力調整がなされ、所望の圧力を有する圧縮空気が利用される。通常、工場等において供給される圧縮空気の圧力は、１ＭＰａ程度である。従って、導入部５１が受け入れる気体の圧力は、１ＭＰａであってもよい。さらに、導入部５１は、１ＭＰａより圧力が下げられた圧縮空気を受け入れてもよい。例えば、導入部５１が受け入れる気体の圧力は、０．３ＭＰａであってもよい。つまり、導入部５１が受け入れる気体の圧力の範囲は、工場設備から供給される圧縮空気の最大圧力以下であって、大気圧より大きい範囲としてよい。

流通部６０は、導入部５１に提供された気体を熱交換部７０まで導く。つまり、流通部６０は、気体のための流路を形成する。流通部６０は、冷却ブロック５２に設けられた幾つかの穴及び溝と、カバー５３と、により構成される。流通部６０は、第１流路６１と、第２流路６２と、を有する。

第１流路６１は、導入部５１から気体を受け入れて、第２流路６２へ当該気体を渡す。第１流路６１は、流路穴６１ａと、連結穴６１ｂと、を有する。

流路穴６１ａは、ブロック上面５２ａからブロック下面５２ｂに向けて延びる穴である。つまり、流路穴６１ａは、Ｚ方向に延びる。流路穴６１ａは、ブロック上面５２ａに形成された開口を有する。この開口には、導入部５１が接続される。流路穴６１ａは、底を有する。

連結穴６１ｂは、ブロック背面５２ｅからブロック前面５２ｄに向けて延びる穴である。つまり、連結穴６１ｂは、Ｙ方向に延びる。連結穴６１ｂの延びる方向（Ｙ方向）は、流路穴６１ａの延びる方向（Ｚ方向）と交差している。具体的には、連結穴６１ｂの延びる方向は、流路穴６１ａの延びる方向と直交する。つまり、流路穴６１ａ及び連結穴６１ｂは、Ｌ字状の流路を形成する。連結穴６１ｂは、貫通穴である。連結穴６１ｂの一方の端は、流路穴６１ａに接続されている。連結穴６１ｂの他方の端は、第２流路６２に接続されている。

第２流路６２は、第１流路６１から気体を受け入れて、熱交換部７０へ当該気体を渡す。第２流路６２は、流路溝６２ａと、連結溝６２ｂと、を有する。

流路溝６２ａは、一方のブロック端面５２ｃから他方のブロック端面５２ｃに向けて延びる溝である。つまり、流路溝６２ａは、Ｘ方向に延びる。また、流路溝６２ａの延びる方向は、光照射装置１の長手方向と一致する。さらに、流路溝６２ａの延びる方向（Ｘ方向）は、連結穴６１ｂの延びる方向（Ｙ方向）と交差している。具体的には、流路溝６２ａの延びる方向は、連結穴６１ｂの延びる方向と直交する。流路溝６２ａは、ブロック前面５２ｄからブロック背面５２ｅに向けて掘り込まれている。流路溝６２ａは、ブロック前面５２ｄに形成された開口を有する。開口は、カバー５３によって閉鎖される。流路溝６２ａと連結穴６１ｂとが接続された位置は、流路溝６２ａが延びる方向（Ｘ方向）におけるほぼ中央である。流路溝６２ａの両端には、連結溝６２ｂが接続されている。つまり、冷却ブロック５２には、２個の連結溝６２ｂが設けられている。

流路溝６２ａと連結溝６２ｂとの接続部分では、流路面積が拡大されている。流路面積が拡大されている部分を拡幅部６２ｓ（図３参照）と称する。この流路面積とは、流線に直交する流路断面の面積としてよい。そうすると、流路溝６２ａから連結溝６２ｂに繋がる部分では、気体の流れる方向が変化する。この角部において、流路面積の変化が生じる。具体的には、流路溝６２ａから拡幅部６２ｓに向かって流路面積は次第に増加し、拡幅部６２ｓから連結溝６２ｂに向かって流路面積は、次第に減少する。または、拡幅部６２ｓから連結溝６２ｂに向かって流路面積は、一定としてもよい。

連結溝６２ｂは、ブロック上面５２ａからブロック下面５２ｂに向けて延びる。つまり、連結溝６２ｂは、Ｚ方向に延びる。連結溝６２ｂは、流路溝６２ａと同様に、ブロック前面５２ｄからブロック背面５２ｅに向けて掘り込まれている。連結溝６２ｂの深さは、流路溝６２ａと同じであってもよい。流路溝６２ａは、ブロック前面５２ｄに形成された開口を有する。流路溝６２ａの開口は、カバー５３によって閉鎖される。連結溝６２ｂの一方の端は、第２流路６２に接続されている。連結溝６２ｂの他方の端は、熱交換部７０に接続されている。

熱交換部７０は、光源部４０が発した熱を気体に受け取らせる。熱交換部７０は、第３流路７１と、ヒートシンク５４（放熱部材）と、を有する。

第３流路７１は、熱の授受に供する空間を提供する。つまり、第３流路７１は、ヒートシンク５４を収容する。第３流路７１は、流路溝６２ａと同様に、一方のブロック端面５２ｃから他方のブロック端面５２ｃに向けて延びる。つまり、第３流路７１は、Ｘ方向に延びる。Ｘ方向において、第３流路７１の長さは、第２流路６２の長さよりも長くてもよい。第３流路７１の延びる方向（Ｘ方向）は、連結溝６２ｂの延びる方向（Ｚ方向）と交差している。具体的には、第３流路７１の延びる方向（Ｘ方向）は、連結溝６２ｂの延びる方向（Ｚ方向）と直交する。

第３流路７１は、ブロック前面５２ｄからブロック背面５２ｅに向けて掘り込まれている。第３流路７１の深さは、第２流路６２の流路溝６２ａ及び連結溝６２ｂよりも深い。換言すると、第３流路７１の底面は、第２流路６２の底面よりもブロック背面５２ｅ側に位置する。第３流路７１は、ブロック前面５２ｄに形成された開口を有する。第３流路７１の開口は、カバー５３によって閉鎖される。

第３流路７１は、連結溝６２ｂと接続された受入口７１ａを有する。上述したように、冷却ブロック５２は、２か所の連結溝６２ｂを有する。従って、第３流路７１は、２個の受入口７１ａを有する。受入口７１ａは、例えば、一方のブロック端面５２ｃから冷却ブロック５２の長さの１／４の位置に設けられてもよい。例えば、第１流路６１が冷却ブロック５２の中央に設けられているとすると、受入口７１ａは、ブロック端面５２ｃから第１流路６１までの中央に設けられてもよい。また、受入口７１ａは、４個のヒートシンク５４のうち、両端に配置されているヒートシンク５４の直上に設けられてもよい。

第３流路７１は、排気口７１ｂを有する。排気口７１ｂは、カバー５３に設けられている。排気口７１ｂは、一対の受入口７１ａの間に設けられている。具体的には、排気口７１ｂは、カバー５３の長手方向（Ｘ方向）におけるほぼ中央に設けられている。

ヒートシンク５４は、熱を気体に渡す。ヒートシンク５４は、第３流路７１に配置されている。ヒートシンク５４は、第３流路７１からはみ出ることがない。換言すると、ヒートシンク５４の幅は、第３流路７１の深さよりも短い。ヒートシンク５４は、冷却ブロック５２の中心を軸線として対称に配置されている。ヒートシンク５４は、フィンベース５６と、複数のフィン５７と、を有する。フィンベース５６は、第３流路７１の下壁面７１ｃに接触している。下壁面７１ｃは、ブロック下面５２ｂに対して裏面側に位置する。換言すると、下壁面７１ｃ及びブロック下面５２ｂは、フィンベース５６及び光源部４０に挟まれている。

複数のフィン５７は、フィンベース５６から上方に延びる板状部材である。フィン５７の上端は第３流路７１の上壁面７１ｄに接触しない。複数のフィン５７は、第３流路７１の深さの方向において、互いに離間するように配置されている。その結果、一方のブロック端面５２ｃから他方のブロック端面５２ｃに向かう方向に、複数の溝が形成される。また、フィン５７は、Ｘ方向において複数配置されていてもよい。

図３に示すように、気体は、導入部５１、流通部６０、熱交換部７０の順に移動する。気体は、まず、気体管から導入部５１に移動する。次に、気体は、導入部５１から流通部６０に移動する。次に、気体は、流通部６０において、第１流路６１、第２流路６２の順に移動する。より詳細には、気体は、第１流路６１の流路穴６１ａから連結穴６１ｂを介して第２流路６２に移動する。

ここで、流路穴６１ａの流路面積は、導入部５１の流路面積よりも大きい。流路穴６１ａ及び導入部５１が管路であるとすると、管路の断面積の大きさが変化する場合、この変化によって流体エネルギの損失が生じる。この流体エネルギの損失は、圧力損失をもたらす。導入部５１を移動する気体は、高圧である。しかし、この気体の圧力は、導入部５１から流路穴６１ａへの流路面積の拡大によって、低下する。つまり、高圧の気体の勢いが弱まる。さらに、連結穴６１ｂの延びる方向は、流路穴６１ａの延びる方向と異なっている。この構成によれば、流路穴６１ａの内部を移動する気体は、流路穴６１ａの底面に衝突する。この衝突によって、気体が有する流体エネルギの一部が消散され、さらに気体の流体エネルギが低減する。

次に、第２流路６２の流路溝６２ａに移動した気体は、一方のブロック端面５２ｃに向かう流れと、他方のブロック端面５２ｃに向かう流れと、に分岐する。次に、分岐した気体は、連結溝６２ｂを介して熱交換部７０へ移動する（矢印Ｇ２参照）。ここで、流路溝６２ａの延びる方向は、連結溝６２ｂの延びる方向と異なっている。そうすると、気体は、流路溝６２ａまたは連結溝６２ｂの壁面に衝突し、連結溝６２ｂの壁面に沿って流れる。この間に、さらに気体が有するエネルギが低減する。つまり、気体は、導入部５１から熱交換部７０へ移動する間、換言すると、流通部６０を移動する間に、気体の流体エネルギが低減する。気体は、下流に行くほど流体エネルギを失う。この状態では、下流側に位置する気体の移動は、それ自体が有する運動エネルギや圧力エネルギといった流体エネルギによって支配されていない。むしろ、下流側の気体は、上流側の気体の移動によって押し出されていると言える。このような気体の移動にあっては、流れの乱れを生じにくい。

熱交換部７０へ移動した気体は、受入口７１ａを介して第３流路７１へ移動する。受入口７１ａからは、気体は、第３流路７１の下壁面７１ｃに向かって落ちるように流れる。そして、第３流路７１へ移動した気体は、フィン５７の間を移動する。より詳細には、気体は、フィン５７の基部に沿って流れる。あるいは、気体は、フィン５７の基部が接続されたフィンベース５６の主面に沿って流れるともいえる。

このフィンベース５６は、下壁面７１ｃに接触している。光源部４０が発した熱は、接続面４１ｂ及びブロック下面５２ｂを介して冷却ブロック５２に伝わる（矢印Ｈ１参照）。さらに、熱は、下壁面７１ｃを介してフィンベース５６に伝わる（矢印Ｈ２）。つまり、ヒートシンク５４において、フィンベース５６は、比較的高温である。そして、気体の主流が比較的高温である部分に形成されると、高温側であるヒートシンク５４と低温側である気体との間の温度差が大きくなる。高温側から低温側へ移動する熱流量は、温度差に比例する。したがって、例えば、フィン５７の先端側に気体の主流が形成される場合よりも、フィン５７の基端側（フィンベース５６側）に気体の主流が形成されるほうが、ヒートシンク５４から気体へ効率よく熱が移動する。気体は、熱を受け取りながら、排気口７１ｂに向かって流れる（矢印ＨＧ参照）。

そして、図４に示すように、気体は、排気口７１ｂから第３流路７１の外へ移動する（矢印ＨＧ１参照）。上述したように排気口７１ｂは、カバー５３に設けられている。カバー５３において、冷却ブロック５２と接触する面に対してその裏側には、回路基板２１が配置されている。したがって、排気口７１ｂから吐き出された気体は、カバー５３と回路基板２１との間を流れる（矢印ＨＧ２参照）。そして、気体は、回路基板２と下ケース１２との隙間をとおって（矢印ＨＧ３参照）、回路基板２１とケース前面１１ｂとの間に移動する。この空間には、電子部品２２が配置されている。従って、気体は、この空間を移動している間に、電子部品２２からも熱を受け取ることができる。つまり、気体は、光源部４０の冷却だけでなく、回路ユニット２０の冷却にも利用される。そして、気体は、上ケース１１の排気窓１１ｗから排出される（矢印ＨＧ４参照）。

この光照射装置１は、光源部４０が発する熱を気体によって筐体１０の外へ排出する冷却部５０を備えている。この冷却部５０は、熱媒体である気体を導入部５１から受け入れて流通部６０を介して、熱交換部７０へ提供する。気体は、圧縮されているので当該圧縮に起因する流体エネルギを有している。まず、気体は、導入部５１から流通部６０の第１流路６１へ移動する。導入部５１から第１流路６１への移動にあっては、流路面積の拡大を伴う。その結果、導入部５１から流通部６０の第１流路６１へ移動する際に、気体が有する流体エネルギが減少する。さらに、気体は、熱交換部７０へ移動するまでの間に、流通部６０の第１流路６１と第２流路６２とを経る。ここで、第２流路６２の方向は、第１流路６１の方向と交差している。そうすると、気体の流れる方向は、第１流路６１から第２流路６２へ移動する際に変化する。このとき、気体が有する流体エネルギがさらに減少する。その結果、流体エネルギが十分に低減された気体が熱交換部７０に提供されるので、熱交換部７０における気体の流れの乱れが抑制される。従って、熱交換部７０における気体の流れが均一化されるため、熱交換部７０から気体へ移動する熱量のかたよりが解消される。その結果、光源部４０の温度のばらつきが低減されて、光出力を均一に近づけることができる。

＜第２実施形態＞
図５に示すように、第２実施形態の光照射装置１Ａは、筐体１０Ａと、回路ユニット２０と、光照射ユニット３０Ａと、を有する。第２実施形態の光照射装置１Ａは、照射領域の長さが第１実施形態の光照射装置１よりも長い。従って、第２実施形態の冷却部５０Ａが冷却すべき領域は、第１実施形態の冷却部５０より拡大される。そこで、第２実施形態の冷却部５０Ａは、拡大された冷却対象領域において、温度差を低減するための構成を採用する。つまり、光照射装置１Ａは、冷却部５０Ａが第１実施形態の光照射装置１の冷却部５０と相違する。以下、冷却部５０Ａについて詳細に説明する。その他の筐体１０Ａ及び回路ユニット２０は、必要に応じて説明し、詳細な説明は省略する。

図６に示すように、冷却部５０Ａは、導入部５１と、冷却ブロック５２Ａと、カバー５３Ａと、ヒートシンク５４と、を有する。冷却ブロック５２Ａの長さは、第１実施形態の冷却ブロック５２よりも長い。そこで、冷却部５０Ａの第３流路７１Ａには、５個のヒートシンク５４が配置されている。また、第１実施形態の冷却部５０が有する導入部５１の数は、１個であった。一方、第２実施形態の冷却部５０Ａが有する導入部５１の数は、３個である。つまり、冷却部５０Ａは、３か所から気体の供給を受ける。

図７に示すように、第１流路６１Ａは、３個の流路穴６１ａと３個の連結穴６１ｂとを有する。１個の流路穴６１ａは、１個の連結穴６１ｂに接続されており、１個の流路穴６１ａが２以上の連結穴６１ｂに接続されることはない。従って、第１流路６１Ａは、流路穴６１ａと連結穴６１ｂとが直列に接続された経路を３個含む。

第２流路６２Ａは、３個の流路溝６２ａと、３個の連結溝６２ｂと、を有する。１個の流路溝６２ａは、１個の連結穴６１ｂに接続されており、１個の流路溝６２ａが２以上の連結穴６１ｂに接続されることはない。さらに、１個の流路溝６２ａは、１個の連結溝６２ｂに接続されており、１個の流路溝６２ａが２以上の連結溝６２ｂに接続されることもない。上述の接続構成によれば、第２流路６２Ａは、流路溝６２ａ及び連結溝６２ｂが直列に接続された経路を３個含む。

第３流路７１Ａは、３個の受入口７１ａと、２個の排気口７１ｂ（図６参照）を有する。第１の受入口７１ａは、冷却ブロック５２における一方のブロック端面５２ｃの近傍に配置される。第２の受入口７１ａは、冷却ブロック５２における他方のブロック端面５２ｃの近傍に配置される。第３の受入口７１ａは、冷却ブロック５２Ａにおける中央に配置される。

なお、両脇に配置された連結溝６２ｂは、溝幅が一定ではなく、溝幅が拡大された部分を含んでもよい。例えば、連結溝６２ｂは、流路溝６２ａの溝幅と同じ幅を有する入口と、受入口７１ａである出口と、の間に拡幅部を有する。拡幅部は、流れの方向が変化する角部に設けられている。拡幅部の溝幅は、流路溝６２ａの溝幅よりも大きい。また、拡幅部の溝幅は、受入口７１ａの幅よりも大きい。

排気口７１ｂは、互いに隣接する一対の受入口７１ａの間に配置される。

気体は、導入部５１、流通部６０Ａ、熱交換部７０Ａの順に移動する。上述のとおり、流通部６０Ａは、流路穴６１ａ、連結穴６１ｂ、流路溝６２ａ、連結溝６２ｂが直列に接続された経路を３個含む。従って、熱交換部７０Ａに気体が供給される経路は、３個である。

第２実施形態の光照射装置１Ａは、第１実施形態の光照射装置１と同様に、光源部４０Ａの温度分布を均一に近づけることができる。その結果、第２実施形態の光照射装置１Ａは、光出力を均一に近づけることができる。

さらに、この構成によれば、受入口７１ａから排気口７１ｂまでの距離が短くなる。例えば、受入口７１ａから排気口７１ｂまでの距離が長い場合には、温度差が大きい受入口７１ａの近傍においてヒートシンク５４から多くの熱量が気体に移動しやすい。つまり、光源部４０の温度を下げやすい。そして、気体は排気口７１ｂに近づくにしたがって熱を受け続けるので、気体の温度は次第に上昇する。そうすると、気体とヒートシンク５４との温度差が小さくなるので、下流側ほどヒートシンク５４から気体へ熱が移動しにくくなる。つまり、光源部４０Ａの温度が下がりにくい。

一方、受入口７１ａから排気口７１ｂまでの距離が短い場合には、気体がヒートシンク５４から熱を受け取る距離が短くなる。その結果、排気口７１ｂに至った気体の温度が上がりにくくなる。そうすると、ヒートシンク５４と気体との温度差が小さくなりすぎることを抑制できる。従って、ヒートシンク５４から気体へ熱が移動しやすい状態を維持しやすくなる。

本発明の光照射装置は、上記の実施形態に限定されない。

＜変形例１＞
図８は、変形例１の光照射装置１Ｂを示す。光照射装置１Ｂが有する流通部６０Ｂは、管部材によって構成されてもよい。流通部６０Ｂは、ひとつの入口から気体を受け入れて、ふたつの出口から気体を熱交換部７０Ｂに提供する。

流通部６０Ｂは、受入管６３ａと、分岐管６３ｂと、供給管６３ｃと、を有する。受入管６３ａ、分岐管６３ｂ及び供給管６３ｃは、互いに流路面積（断面積）が同じであってもよい。受入管６３ａは、第１流路６１を構成する。分岐管６３ｂ及び供給管６３ｃは、第２流路６２を構成する。受入管６３ａは、ケース上面１１ａからケース下面１２ａに向かって伸びる。受入管６３ａの上流端は、ケース上面１１ａから突出し、当該突出した部分には導入部５１が接続される。受入管６３ａの下流端は、筐体１０Ｂの内部に配置され、下流端には分岐管６３ｂが接続される。

分岐管６３ｂは、一方のケース端面１２ｂから他方のケース端面１２ｂに向かって延びる。分岐管６３ｂの一方の端部は、一方のケース端面１２ｂの近傍に配置される。受入管６３ａの他方の端部は、他方のケース端面１２ｂの近傍に配置される。

供給管６３ｃは、分岐管６３ｂとは別体の部品である。供給管６３ｃは、分岐管６３ｂの端部にそれぞれ接続される。供給管６３ｃは、気体の流れる方向を熱交換部７０Ｂのヒートシンク５４に向ける。供給管６３ｃの供給口は、熱交換部７０Ｂのヒートシンク５４に対面する。

なお、分岐管６３ｂと供給管６３ｃとは、一本の筒状の部材を両端近傍で曲げたものであってもよい。つまり、分岐管６３ｂと供給管６３ｃとは、一体の部品であってもよい。

パイプ状の部品により構成された流通部６０Ｂを備える光照射装置１Ｂも、第１実施形態の光照射装置１と同様の効果を得ることができる。

＜変形例２＞
図９は、変形例２の光照射装置１Ｃを示す図である。変形例２の光照射装置１Ｃは、変形例１の光照射装置１Ｂと同様に、筐体１０Ｃの内部に配置された流通部６０Ｃを管状部材によって構成する。一方、変形例１では、ひとつの入口から気体を受け入れて、ふたつの出口から気体を熱交換部７０Ｂに提供した。変形例２では、ひとつの入口から気体を受け入れて、ひとつの出口から気体を熱交換部７０Ｃに提供する構成を二組有する。流通部６０Ｂは、受入管６３ａと、接続管６３ｄと、供給管６３ｃと、を有する。１個の受入管６３ａ、１個の接続管６３ｄ及び１個の供給管６３ｃは、直列に接続されて、１個の経路を構成する。

変形例２の流通部６０Ｃを備える光照射装置１Ｃも、第１実施形態の光照射装置１と同様の効果を得ることができる。また、変形例２の流通部６０Ｃは、２か所の受入管６３ａから気体を受け入れる。従って、熱交換部７０Ｃに供給する気体の流量を増加させ易くなる。

＜変形例３＞
図１０は、変形例３の光照射装置１Ｄを示す図である。変形例１の光照射装置１Ｂにおいて、受入管６３ａ、分岐管６３ｂ及び供給管６３ｃは、互いに流路面積が同じであった。変形例３の光照射装置１Ｄは、筐体１０Ｄの内部に配置された分岐管６３ｂ及び供給管６３ｅを有している。これらの受入管６３ａ、分岐管６３ｂ及び供給管６３ｅは、互いに流路面積が異なってもよい。受入管６３ａの流路面積と分岐管６３ｂの流路面積は同じである。換言すると、受入管６３ａの入口から分岐管６３ｂの出口までは、流路面積が一定である。一方、供給管６３ｅの流路面積は、流れの方向に沿って連続的に変化する。

供給管６３ｅの入口の流路面積は、分岐管６３ｂの出口の流路面積と同じである。供給管６３ｅの流路面積は、下流側に進むにしたがって連続的に拡大する。そして、供給管６３ｅの曲率が最大となる部分において、流路面積が最大となる。その後、流路面積は、供給管６３ｅの出口に向かって連続的に縮小する。

変形例３の流通部６０Ｄを備える光照射装置１Ｄも、第１実施形態の光照射装置１と同様の効果を得ることができる。また、供給管６３ｅの流路面積を可変とすることにより、熱交換部７０Ｄに供給する気体の状態（流速、圧力）をより好適な状態に制御することができる。

＜変形例４＞
図１１は、変形例４の光照射装置１Ｅを示す図である。第１実施形態の光照射装置１は、一つの入口から気体を受け入れて、二つの出口から気体を熱交換部７０に提供した。変形例４の光照射装置１Ｅは、二つの入口から気体を受け入れて、一つの出口から気体を熱交換部７０Ｅに提供する。変形例４の光照射装置１Ｅの冷却部５０Ｅは、第１実施形態の光照射装置１と同様に、冷却ブロック５２Ｅに設けられた溝と、溝を塞ぐカバーと、によって構成される。

第１流路６１Ｅは、２個の流路穴６１ａと、２個の連結穴６１ｂと、を有する。一方の流路穴６１ａは、一方のブロック端面５２ｃの近傍に配置されている。他方の流路穴６１ａは、他方のブロック端面５２ｃの近傍に配置されている。第２流路６２Ｅは、１個の流路溝６２ａと、１個の連結溝６２ｂと、を有する。流路溝６２ａは、一方のブロック端面５２ｃから他方のブロック端面５２ｃに向けて延びる。流路溝６２ａの両端には、連結穴６１ｂがそれぞれ接続されている。流路溝６２ａの中央には、連結溝６２ｂが接続されている。第３流路７１Ｅの受入口７１ａは、一方のブロック端面５２ｃから他方のブロック端面５２ｃにおける中央に設けられている。第３流路７１Ｅの排気口７１ｂは、第３流路７１Ｅの両端に設けられている。

変形例４の冷却部５０Ｅを備える光照射装置１Ｅも、第１実施形態の光照射装置１と同様の効果を得ることができる。

＜変形例５＞
図１２は、変形例５の光照射装置１Ｆを示す図である。上述のとおり第１実施形態の光照射装置１は、流通部６０が筐体１０の内部に設けられていた。ここで、光出力を均一に近づけるための冷却効果を得る点からすると、熱交換部へ供給されるまでに気体の流体エネルギが低減されていればよく、流体エネルギの低減は、導入部から熱交換部へ至る流路構成によってなされる。つまり、このような流路構成を備えていれば、良好な冷却特性を得ることができる。その際に、流路構成が筐体の内部に配置されているか、筐体の外部に配置されているかは、光照射装置の組み立ての側面や光照射装置の大きさといった側面にとって重要であるが、光出力を均一に近づけるという効果には影響しない。

そこで、変形例５の光照射装置１Ｆは、筐体１０Ｆの外部に配置された流通部６０Ｆと、筐体１０Ｆの内部に配置された熱交換部７０Ｆと、を有する。流通部６０Ｆは、受入管６３ａＦと、分岐管６３ｂＦと、供給管６３ｃＦと、を有する。受入管６３ａＦには、導入部５１Ｆが接続されている。さらに、受入管６３ａＦは、分岐管６３ｂＦの略中央に接続されている。分岐管６３ｂＦは、筐体１０Ｆの長手方向に延びる。分岐管６３ｂＦの両端には、供給管６３ｃＦがそれぞれ接続されている。供給管６３ｃＦの出力口である流通部６０Ｆの出力口６０ｈは、筐体１０Ｆのケース上面１１ａに接続されており、当該出力口６０ｈから勢いが緩められた気体が熱交換部７０Ｆのヒートシンク５４に向けて流れる。なお、筐体１０Ｆには、出力口６０ｈが接続される穴が少なくとも１個以上設けられていればよい。変形例５の流通部６０Ｆを備える光照射装置１Ｆも、第１実施形態の光照射装置１と同様の効果を得ることができる。

以下、実施形態の光照射装置の作用効果について解析などを用いて確認した結果を説明する。

＜比較例１＞
比較例１として、本実施形態の冷却部５０とは異なる構成の冷却構造について、気体の流れを数値計算によって確認した。比較例の冷却構造は、高圧の気体が直接にヒートシンクに提供される。図１３に示すように、比較例の冷却構造では、導入部１５１から流出した気体の流れる方向の延長線上にヒートシンク１５４が配置されている。そして、導入部１５１とヒートシンク１５４との間に気体の流れを妨げるいかなる部材も配置されていない。

図１３は、導入部１５１からヒートシンク１５４が配置された空間に噴出された気体の流れる向きを示す。図１３を参照すると、気体は、導入部１５１から直線状に流れ、ヒートシンク１５４に衝突する。衝突した気体は、ヒートシンク１５４から反力を受けて、流れの方向が変化する。この流れの方向の変化は、不規則である。その結果、ヒートシンク１５４が配置された空間において、気体の流れは乱れており、乱流状態であるといえる。この乱流状態とは、単に流れの方向が不規則に乱れていることを意味し、流体力学上の乱流の定義に必ずしも合致することを要しない。このような気体の流れによれば、導入部１５１から噴出する気体の流線上に位置するヒートシンク１５４の領域には新鮮な気体が提供される。つまり、ヒートシンク１５４から気体に熱が移動しやすい。その結果、ヒートシンク１５４が冷える。一方、気体の流線上に位置しないヒートシンク１５４の領域には、新鮮な気体が提供されにくい。その結果、ヒートシンク１５４において、冷却されやすい部分と、冷却されにくい部分と、が生じる。つまり、ヒートシンク１５４に熱的に接続されている光源部において、温度分布が生じてしまう。比較例１の結果からすると、大きな温度勾配が生じることによって、光源部における高温部と低温部との温度差が大きくなることが予測できた。

＜比較例２＞
比較例１において、本実施形態の冷却部５０とは異なる構成の冷却構造では、光源部における高温部と低温部との温度差が大きくなることを予測した。比較例２では、この予測について確認を行った。

図１４は、その確認結果を示すグラフである。グラフの横軸は、光照射装置の長手方向における位置を示す。グラフの縦軸は、光源部の温度を示す。横軸において、０ｍは一方のブロック端面の位置を示す。０．３８ｍは、他方のブロック端面の位置を示す。そして、比較例２の光照射装置は、その両端及び中央の３か所から高圧の気体を供給する。気体の圧力は、例えば０．３ＭＰａとした。つまり、熱交換部は、３つの受入口を有する。グラフにおいて、矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３は、受入口の位置を示す。そして、熱交換部は、２つの排気口を有する。矢印Ｂ１、Ｂ２は、排気口の位置を示す。

グラフを参照すると、受入口の位置（矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３）において、光源部の最も温度が下がっていることがわかった。そして、受入口から排気口に向かって、光源部の温度が高まり、排気口の近傍において最高温度に達することがわかった。例えば、最低温度と最高温度との温度差は、約１２℃であった。つまり、受入口から排気口に近づくにしたがって、光源部から気体への熱移動が良好に行われにくくなっていることがわかった。従って、比較例１で予測したとおり、大きな温度勾配が生じることによって、光源部における高温部と低温部との温度差が大きくなることが確認できた。

＜実施例１＞
実施例１では、第２実施形態の冷却部５０Ａの効果を確認した。図１５は、第２実施形態の冷却部５０Ｅにおける中央部分を解析モデルとして採用し、第１流路６１Ａから第３流路７１Ａに移動する気体の流れを解析した結果を示す。図１５では、気体の流速を濃淡で示す。図１５を参照すると、流路穴６１ａと連結穴６１ｂとの接続部分と、連結穴６１ｂと流路溝６２ａとの接続部分と、流路溝６２ａと連結溝６２ｂとの接続部分と、のそれぞれにおいて、気体の流速が低減していることがわかった。さらに、気体の主流は、第３流路７１Ａにおける下側、つまり、ヒートシンク５４の下方に形成されることもわかった。この結果より、連結穴６１ｂ及び連結溝６２ｂのように風量のための構造によれば、乱流の発生を抑制し、層流の状態でヒートシンク５４に気体を提供できることがわかった。その結果、無駄のない気体の流れが形成されるので、ヒートシンク５４からの熱排気効率が改善されることが確認できた。

＜実施例２＞
実施例２では、第２実施形態の冷却部５０Ａの効果を確認した。図１６は、第２実施形態の冷却部５０Ａを解析モデルとして採用し、第２流路６２から第３流路７１に移動する気体の流れを解析した結果を示す。図１６では、気体の流速を濃淡で示す。図１６を参照すると、流路溝６２ａおよび連結溝６２ｂの角部より上流側では、気体の流速は比較的大きいことがわかった。一方、連結溝６２ｂの角部より下流側および特に第３流路７１Ａの受入口７１ａより下流側では、気体の流速が大きく低減していることがわかった。さらに、気体の主流は、第３流路７１Ａにおける下側、つまり、ヒートシンク５４の底部側に形成されることもわかった。この結果より、第２実施形態の冷却部５０Ａによっても、第１実施形態の冷却部５０と同様に、ヒートシンク５４からの熱排気効率が改善されることが確認できた。

＜実施例３＞
実施例３では、比較例２と同様の確認を行った。つまり、光照射装置の長手方向における光源部の温度分布を確認した。解析の条件（例えば高圧エアの圧力：０．３ＭＰａ）は、比較例２と同様である。実施例３では、第２実施形態の光照射装置１Ａが有する冷却部５０Ａと同じ構成を解析モデルとして採用した。図１７は、その確認結果を示すグラフである。

グラフを参照すると、おおまかな温度分布の傾向は、比較例２（図１４）と類似していた。つまり、受入口の位置（矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３）において、光源部の最も温度が下がっていることがわかった。そして、受入口７１ａから排気口７１ｂに向かって、光源部４０の温度が高まり、排気口７１ｂの近傍において最高温度に達することがわかった。一方、最低温度と最高温度との温度差は、比較例２よりも明らかに小さかった。比較例２における温度差は、約１２℃であった。一方、実施例３における温度差は、約４℃であった。つまり、温度勾配が改善された結果、受入口７１ａ（例えば矢印Ａ１）から排気口７１ｂ（例えば矢印Ｂ１）に近づいても光源部４０から気体への熱移動が行われていることがわかった。この結果より、連結溝６２ｂなどによって勢いのある気体の流れの向きを変えることにより、冷却効率のよい気体の流れが生成され、その結果、光源部４０の温度分布を均一に近づけることが可能であることが確認できた。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…光照射装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｆ…筐体、１１ｗ…排気窓、１２ｗ…光出射窓、２１ａ…主面、４０，４０Ａ…光源部、４１ａ…発光面、４１ｂ…接続面、５０…冷却部、５１，５１Ｆ，１５１…導入部、５２，５２Ａ，５２Ｅ…冷却ブロック、５４…ヒートシンク（放熱部材）、５７…フィン、６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｆ…流通部、６１，６１Ａ，６１Ｅ…第１流路、６２，６２Ａ，６２Ｅ…第２流路、７０，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ，７０Ｆ…熱交換部、７１ａ…受入口、７１ｂ…排気口。

Claims (13)

1. 筐体と、
   前記筐体に収容されて、前記筐体の光出射窓から光を照射する光源部と、
   前記筐体に設けられて、前記光源部が発する熱を気体によって前記筐体の外に排出する冷却部と、を備え、
   前記冷却部は、
   圧縮された前記気体の提供を受ける導入部と、
   前記光源部が発した熱を前記気体に受け取らせる熱交換部と、
   前記導入部から前記熱交換部に前記気体を導く流通部と、を有し、
   前記流通部は、
   前記導入部に接続されると共に、第１の方向に沿って延びる第１流路と、
   前記第１流路に接続されると共に、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って延び、前記熱交換部に接続される第２流路と、を含み、
   前記第１流路は、流路面積が前記導入部の流路面積よりも大きい部分を含む、光照射装置。
2. 前記導入部は、前記出射窓が設けられた前記筐体の主面とは逆側の前記筐体の裏面側に配置されている、請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記熱交換部は、
   前記流通部に接続される受入口と、
   前記光源部が発した熱を前記気体に受け取らせる放熱部材と、
   前記光源部が発した熱を受け取った前記気体を排出する排気口と、を有する、請求項１又は２に記載の光照射装置。
4. 前記熱交換部が有する前記受入口の数は、２以上である、請求項３に記載の光照射装置。
5. 前記光源部は、前記光を発する発光素子が配置された発光面と、前記発光面とは逆側の接続面と、を有し、
   前記放熱部材は、前記接続面側に配置されている、請求項３または４に記載の光照射装置。
6. 前記流通部は、前記筐体の内部に配置されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の光照射装置。
7. 前記流通部は、前記筐体の外部に配置されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の光照射装置。
8. 前記冷却部は、前記熱交換部及び前記流通部が形成された冷却ブロックを有し、
   前記流通部は、前記冷却ブロックの一部を削り取って形成された空間である、請求項６に記載の光照射装置。
9. 前記流通部は、前記筐体に配置された管部材である、請求項６又は７に記載の光照射装置。
10. 前記冷却部が有する前記導入部の数は、２以上である、請求項１～９のいずれか一項に記載の光照射装置。
11. 前記気体は、空気または窒素である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光照射装置。
12. 前記放熱部材は、複数のフィンを含むヒートシンクである、請求項３に記載の光照射装置。
13. 前記筐体は、前記排気口から排出された前記気体を外部にさらに排出する排気窓を有し、
    前記排気窓は、前記筐体の中央部に設けられる、請求項３に記載の光照射装置。
    

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