特許第6019730号(P6019730)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6019730
(24)【登録日】2016年10月14日
(45)【発行日】2016年11月2日
(54)【発明の名称】紫外線照射装置及び紫外線照射ヘッド
(51)【国際特許分類】
   H01L 33/00 20100101AFI20161020BHJP
   F21S 2/00 20160101ALI20161020BHJP
   F21V 29/00 20150101ALI20161020BHJP
   H01L 33/64 20100101ALI20161020BHJP
【FI】
   H01L33/00 H
   H01L33/00 L
   F21S2/00 210
   F21V29/00 111
   H01L33/64
【請求項の数】7
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2012-110214(P2012-110214)
(22)【出願日】2012年5月14日
(65)【公開番号】特開2013-239504(P2013-239504A)
(43)【公開日】2013年11月28日
【審査請求日】2015年4月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】芦原 克充
(72)【発明者】
【氏名】高倉 毅
(72)【発明者】
【氏名】掛谷 旭広
【審査官】 佐藤 俊彦
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−199435(JP,A)
【文献】 国際公開第2012/005771(WO,A1)
【文献】 特表2006−504253(JP,A)
【文献】 特開2007−059371(JP,A)
【文献】 特開2004−265986(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 33/00−33/64
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
紫外線照射装置であって、
導電性の基板と、
前記基板の部品面において、前記基板と絶縁性部材を挟んで接合される導電性の接合パターンと、
前記接合パターンに接合される複数の紫外線発光素子とを含み、
前記接合パターンは、
前記複数の紫外線発光素子のうちの少なくとも1つからなる第1グループの発光素子と接合される第1の接合パターンと、
複数の前記紫外線発光素子からなり、前記第1グループの発光素子の周囲に略同心円上に配置される第2グループの発光素子と接合される第2の接合パターンとを有し、
前記部品面において、前記第1の接合パターンは、前記第2グループの発光素子が配置される、前記略同心円上の領域の外周部に引き延ばして形成されてなる、紫外線照射装置。
【請求項2】
前記第1グループに含まれる発光素子と、前記第2グループに含まれる発光素子とが前記第1および第2の接合パターンにより、直列に前記基板に接合されてなる、請求項1記載の紫外線照射装置。
【請求項3】
前記第1グループの発光素子は、1の紫外線発光素子からなり、
前記基板は、
前記第2グループの発光素子が、当該1の紫外線発光素子を中心とする略同心円上に配置されるように前記第2の接合パターンが形成されてなる、請求項1または2記載の紫外線照射装置。
【請求項4】
前記第2グループの発光素子は、略同心円上に星形に配置された、5つの紫外線発光素子からなる、請求項記載の紫外線照射装置。
【請求項5】
前記紫外線照射装置は、前記基板を収容する紫外線照射ヘッドを含み、
前記基板は、円形形状に形成され、前記基板の外周部に、前記第1および第2の接合パターンと接合されるリード線を前記部品面の裏面へと通過させるための切りかけ部が形成されてなる、請求項1〜4のいずれか1項記載の紫外線照射装置。
【請求項6】
前記基板は、前記部品面において放熱用部材と接合され、
少なくとも1つの前記紫外線発光素子は、前記放熱用部材を挟むよう前記基板の部品面に配置される、請求項1〜5のいずれか1項記載の紫外線照射装置。
【請求項7】
紫外線照射装置の紫外線照射ヘッドであって、
前記紫外線照射ヘッドに装着される導電性の基板と、
前記基板の部品面において、前記基板と絶縁性部材を挟んで接合される導電性の接合パターンと、
前記接合パターンに接合される複数の紫外線発光素子とを含み、
前記接合パターンは、
前記複数の紫外線発光素子のうちの少なくとも1つからなる第1グループの発光素子と接合される第1の接合パターンと、
複数の前記紫外線発光素子からなり、前記第1グループの発光素子の周囲に略同心円上に配置される第2グループの発光素子と接合される第2の接合パターンとを有し、
前記部品面において、前記第1の接合パターンは、前記第2グループの発光素子が配置される、前記略同心円上の領域の外周部に引き延ばして形成されてなる、紫外線照射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、紫外線を照射する紫外線照射装置及び紫外線照射ヘッドに関し、特に、紫外線照射ヘッドにLED(Light Emitting Diode)光源を複数備えて光量を向上させるものに関する。
【背景技術】
【0002】
紫外線照射装置は多くの産業分野において利用されている。紫外線照射装置は、例えば、紫外線硬化法(Ultra Violet Curing;以下、「UV硬化法」)により、接着剤やコーティング剤を硬化させる。UV硬化法は、熱エネルギーを利用する熱硬化方法に比較して、有害物質を大気中に放散しない、硬化時間が短い、熱に弱い製品にも適応できる、などの多くの利点を有している。
【0003】
UV硬化法とは、UV硬化材料に紫外線を照射して光重合反応を生じさせ、モノマーをポリマーに変化させる技術である。一般的なUV硬化材料は、モノマー、光重合開始剤、添加剤等を含んでいる。このUV硬化材料に対し、紫外線照射装置が紫外線を照射すると、光重合開始剤が励起される。この励起エネルギーにより重合が開始され、モノマーがポリマーに変化する。
【0004】
紫外線を発光するUV−LED(Ultra Violet - Light Emitting Diode)は、紫外線照射装置の光源として用いられている。紫外線照射装置の性能は、例えばUV硬化の生産性により評価される。UV硬化の生産性を向上させるため、例えば、予め定められた照射領域に対し、UV−LEDが発光する紫外線の照射効率を高める技術が開発されている。紫外線の照射効率を高めることにより、紫外線の照射時間を短くすることができる。
【0005】
紫外線照射装置の照射効率を高めるため、照射ヘッドに複数の発光素子を配置する技術が開示されている。例えば、特開2009−59883号公報(特許文献1)は、複数の発光素子を搭載可能としながら、基板サイズの小型化を実現することのできる発光装置を開示する。特開2011−175950号公報(特許文献2)は、半導体発光装置において、発生した熱の放熱性能を向上させる技術を開示する。
【0006】
紫外線照射装置において、照射領域に対するUV−LEDの照射効率を高めるため、複数のUV−LEDを密集させて紫外線照射ヘッドに配置することが想定される。紫外線照射装置は、このように配置された複数のUV−LEDの発光を、光学レンズ等を用いて集光し、集光した紫外線を、UV硬化材料に照射する。
【0007】
一方、紫外線を発光するUV−LEDは、比較的温度上昇しやすく、温度上昇により発光素子が劣化しやすくなる。この温度上昇による悪影響を抑えるため、UV−LEDを搭載する紫外線照射装置は、効率よく放熱する構成を備える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2009−59883号公報
【特許文献2】特開2011−175950号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
紫外線照射装置において、発光素子等の複数のチップを搭載する基板には、例えば熱伝導性の高い銅などを使用することにより放熱性を高めることが想定される。
【0010】
しかし、基板の材料に銅を用いる場合、基板が導電性となるため、チップの配線は、基板の部品面の裏面で行うことができず、基板の部品面で行う必要がある。すなわち、チップを基板に接合するために半田づけを部品面において行う必要がある。ここで、配線などを半田付けするために、チップとチップの間に半田づけをするための領域を設けると、その分チップを高密度で配置することができない。そのため、例えばUV−LEDを基板へ配置した場合に、配置の密度が低くなり、紫外線照射装置の小型化や照射効率向上の妨げとなる。
【0011】
したがって、上記課題を解決するため、導電性の基板を用いる場合に、紫外線照射装置の小型化、照射効率の向上に寄与する技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0012】
一実施形態に従う紫外線照射装置は、導電性の基板と、基板の部品面において、基板と絶縁性部材を挟んで接合される接合パターンと、接合パターンに接合される複数の紫外線発光素子とを含む。接合パターンは、複数の紫外線発光素子のうちの少なくとも1つからなる第1グループの発光素子と接合される第1の接合パターンと、複数の紫外線発光素子からなり、第1グループの発光素子の周囲に略同心円上に配置される第2グループの発光素子と接合される第2の接合パターンとを有し、部品面において、第1の接合パターンは、第2グループの発光素子が配置される、略同心円上の領域の外周部に引き延ばして形成されてなる。
【0013】
好ましくは、第1グループの発光素子は、1の紫外線発光素子からなり、基板は、第2グループの発光素子が、1の紫外線発光素子を中心とする略同心円上に配置されるように第2の接合パターンが形成されてなることとしてもよい。
【0014】
好ましくは、第2グループの発光素子は、略同心円上に星形に配置された、5つの紫外線発光素子からなることとしてもよい。
【0015】
好ましくは、紫外線照射装置は、基板を収容する紫外線照射ヘッドを含み、基板は、円形形状に形成され、基板の外周部に、第1および第2の接合パターンと接合されるリード線を部品面の裏面へと通過させるための切りかけ部が形成されてなることとしてもよい。
【0016】
好ましくは、第1グループに含まれる発光素子と、第2グループに含まれる発光素子とが第1および第2の接合パターンにより、直列に基板に接合されてなることとしてもよい。
【0017】
好ましくは、基板は、部品面において放熱用部材と接合され、少なくとも1つの紫外線発光素子は、放熱用部材を挟むよう基板の部品面に配置されることとしてもよい。
【0018】
別の実施形態に従うと、紫外線照射装置における紫外線照射ヘッドが提供される。紫外線照射ヘッドは、紫外線照射ヘッドに装着される導電性の基板と、基板の部品面において、基板と絶縁性部材を挟んで接合される接合パターンと、接合パターンに接合される複数の紫外線発光素子とを含み、基板は、複数の紫外線発光素子のうちの少なくとも1つからなる第1グループの発光素子と接合される第1の接合パターンと、複数の紫外線発光素子からなり、第1グループの発光素子の周囲に略同心円上に配置される第2グループの発光素子と接合される第2の接合パターンとを有し、部品面において、第1の接合パターンは、第2グループの発光素子が配置される、略同心円上の領域の外周部に引き延ばして形成されてなる。
【発明の効果】
【0019】
上記一実施形態によると、紫外線発光素子を高密度に基板に配置することができ、紫外線照射装置の照射効率の向上、紫外線照射ヘッドの小型化を実現することができる。
【0020】
この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】この発明の実施の形態に従う紫外線照射装置100の概略構成図である。
図2】この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド2の斜視図である。
図3】この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド2の側面図である。
図4】この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド2の分解斜視図である。
図5】光源用基板13の部品面を示す図である。
図6】UV−LEDが接合された状態の光源用基板13を示す図である。
図7】光源用基板13の断面を示す図である。
図8】光源用基板13における接合の過程を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【0023】
<1 構成>
図1は、この発明の実施の形態に従う紫外線照射装置100の概略構成図である。
【0024】
<1.1 紫外線照射装置100の構成>
図1に示すように、紫外線照射装置100は、紫外線照射ヘッド2と、本体部1とからなる。図1では、紫外線を照射する対象となるUV硬化材料24を示している。UV硬化材料24は、モノマー、光重合開始剤、添加剤等を含んでおり、紫外線照射により重合反応が開始する。
【0025】
紫外線照射ヘッド2は、UV光源を内蔵し、本体部1から受けた電力でUV光源を駆動し、紫外線を発生させて照射する。この実施の形態の説明においては、UV光源は、紫外線を発生するLEDで構成され、本体部1から供給される電力に応じて発光量が変化する。
【0026】
本体部1は、表示部8と、入力部9とを含む。
本体部1は、電源やMCU(Micro Control Unit)等を備え、プログラムに従って紫外線照射ヘッド2の動作を制御するとともに紫外線照射ヘッド2へ電力を供給する。
【0027】
表示部8は、本体部1の表面に配置され、ユーザに対して情報を表示する。
入力部9は、本体部1の表面に配置され、紫外線を照射するための設定などをユーザから受付ける。
【0028】
<1.2 紫外線照射ヘッド2の構成>
次に、図面を用いて紫外線照射ヘッド2を詳細に説明する。
【0029】
図2は、この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド2の斜視図である。
図3は、この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド2の側面図である。
【0030】
図2及び図3に示すように、紫外線照射ヘッド2は、円筒形の筺体を有しており、複数のUV−LED(図示していない)の発光をUV硬化材料24へ照射する。
【0031】
図4は、この発明の実施の形態に従う紫外線照射ヘッド2の分解斜視図である。
図4に示すように、紫外線照射ヘッド2は、第2レンズホルダ11と、第1レンズホルダ12と、光源用基板13と、基板ホルダ14と、放熱ホルダ15と、固定部16と、金具17と、コード収納部18と、小ネジ19と、レンズ固定用ネジ20と、基板固定用ネジ21とを含む。
【0032】
光源用基板13は、複数のUV−LEDと接合され、本体部1の制御に従って、UV−LEDに電力を供給し、UV−LEDを発光させる。
【0033】
第1レンズホルダ12および第2レンズホルダ11は、光源用基板13においてUV−LEDから発光された紫外線を収束させるためのレンズである。
【0034】
第1レンズホルダ12は、光源用基板13に装着され、レンズ固定用ネジ20を用いて基板ホルダ14と固定される。光源用基板13は、基板固定用ネジ21を用いて基板ホルダ14と固定される。
【0035】
基板ホルダ14は、第1レンズホルダ12および光源用基板13を固定するとともに、光源用基板13の部品面に接合されるリード線を収容する。第2レンズホルダ11は、基板ホルダ14に装着される。
【0036】
放熱ホルダ15は、基板ホルダ14と装着され、リード線を収容する。放熱ホルダ15は、リブ構造を有して熱を紫外線照射ヘッド2の外部へ放出する。
【0037】
固定部16は、放熱ホルダ15を金具17と固定するための部材であり、小ネジ19を用いて金具17と固定される。
【0038】
コード収納部18は、紫外線照射ヘッド2と本体部1とを接続し、配線を収納して本体部1からの電力を紫外線照射ヘッド2へ供給する。
【0039】
<1.3 光源用基板13の構成>
次に、図面を用いて光源用基板13の詳細を説明する。
【0040】
図5は、光源用基板13の部品面を示す図である。なお、図5では、UV−LEDが接合されていない状態を示している。
【0041】
図5に示すように、光源用基板13は、導電性基板32上に接合パターン31を形成されてなる。なお、接合パターン31は、図5においてハッチングにより示されている部分である。接合パターン31は、導電性基板32において、中心付近(図5において、中心部41として示す)に配置される第1のグループのUV−LEDと接合するための第1の接合パターンと、第1のグループのUV−LEDの周囲に同心円状(図5において、同心円42として示す)に配置される、第2のグループのUV−LEDと接合するための第2の接合パターンとからなる。
【0042】
導電性基板32は、例えば銅を用いた基板であり、UV−LEDが放出する熱を放熱する。導電性基板32には、切りかけ部36と基板固定穴37が形成されている。接合パターン31と接合されるリード線(後述する図6においてリード線34として示す)は、切りかけ部36を通過して、導電性基板32の部品面の裏面、また基板ホルダ14へと導かれる。
【0043】
基板固定穴37は、光源用基板13を基板ホルダ14に基板固定用ネジ21を用いて固定するためのネジ穴である。
【0044】
図6は、UV−LEDが接合された状態の光源用基板13を示す図である。
同心円42上に、5つのUV−LED(紫外線LED33A、紫外線LED33B、紫外線LED33C、紫外線LED33D、紫外線LED33E)が星形に配置されている。これら複数のUV−LED(紫外線LED33A、紫外線LED33B、紫外線LED33C、紫外線LED33D、紫外線LED33E)は、第2のグループのUV−LEDを構成しており、接合パターン31と半田付けにより接合される。
【0045】
導電性基板32において、中心部41付近に、紫外線LED33Fが配置され、第1のグループのUV−LEDを構成する。紫外線LED33Fは、接合パターン31と半田付けにより接合される。接合パターン31と接合するリード線34は、上述のように図5に示す切りかけ部36を通過して導電性基板32の裏面へと導かれる。
【0046】
第1のグループのUV−LED(図6では、紫外線LED33F)と接合するための接合パターン31を、「第1の接合パターン」とする。図5および図6に示すように、第1の接合パターンは、第2のグループのUV−LED(紫外線LED33A、紫外線LED33B、紫外線LED33C、紫外線LED33D、紫外線LED33E)が配置される同心円状の領域の外周部に引き延ばされて形成される。第2のグループのUV−LEDと接合するための接合パターン31を、「第2の接合パターン」とする。このように第1の接合パターンを引き延ばすことにより、紫外線LED33Fの周囲に、接合パターン31とリード線34を接合するための空間を設ける必要がない。そのため、図6に示すように、切りかけ部36(図6では、紫外線LED33Dおよび紫外線LED33C付近の切りかけ部36)の付近で、リード線34と接合パターン31とを接合することができる。図6において、この接合箇所を、リード線接合位置43として示す。これにより、導電性基板32において、UV−LEDの配置密度を高めることができ、紫外線照射装置100の紫外線照射ヘッド2の小型化や照射効率向上が実現される。
【0047】
また、図5および図6に示すように、紫外線LED33Fと、紫外線LED33Aとが、第1の接合パターンと第2の接合パターンとにより直列に接続される。個々のUV−LEDにそれぞれリード線を設ける場合と比較すると、複数のUV−LEDを直列に接続することにより、光源用基板13の部品面において、リード線を半田付けにより接合するための領域を小さくすることができる。
【0048】
図7は、光源用基板13の断面を示す図である。
図7(A)に、光源用基板13を示す。図7(A)において「P1」で示す波線の断面図を、図7(B)および図7(C)に示す。なお、図7(B)は、紫外線LED33Fが接合パターン31に接合されていない状態の断面図を示している。図7(C)は、紫外線LED33Fが接合パターン31に接合されている状態の断面図である。
【0049】
本実施形態では、導電性基板32が導電性であるため、図7(B)に示すように、接合パターン31と導電性基板32との間に絶縁膜層35が形成される。接合パターン31は、リード線34と接合される。
【0050】
また、光源用基板13において紫外線LED33Fが配置される部分には、放熱用銅箔38が導電性基板32と接合される。これにより光源用基板13の放熱性能を向上させ、紫外線LED33Fから放出される熱を放熱する。
【0051】
<2 光源用基板13の接合プロセス>
次に、図面を用いて光源用基板13における接合の過程を説明する。
【0052】
図8は、光源用基板13における接合の過程を示す図である。図8(A)〜(D)は、光源用基板13の断面図を示している。なお、図8では、図7の「P1」で示す波線の断面を例にして説明する。
【0053】
図8(A)は、接合パターン31等が導電性基板32に接合される前の状態の、光源用基板13の断面図を示す。この導電性基板32に、絶縁膜層35が半田付けされる。接合パターン31と導電性基板32とは、絶縁膜層35を挟んで接合される。
【0054】
図8(B)は、接合パターン31が接合される位置に対応して絶縁膜層35が導電性基板32へ接合されている状態の、光源用基板13の断面図である。
【0055】
図8(C)は、接合パターン31が絶縁膜層35と半田付けにより接合されている状態の、光源用基板13の断面図である。図8(C)に示すように、放熱用銅箔38が導電性基板32と半田付けにより接合される。放熱用銅箔38は、図8(D)に示すように紫外線LED33Fから放出される熱を放熱するための部材である。図8(D)は、紫外線LED33Fが接合パターンと接合されており、紫外線LED33Fが光源用基板13に接合されている状態を示す図である。
【0056】
<3 その他の形態>
上記の実施形態の説明においては、紫外線照射装置100の紫外線照射ヘッド2において、光源用基板13の中心付近に1つのUV−LED(第1のグループのUV−LED)を配置し、その周囲の同心円上に5つのUV−LED(第2のグループのUV−LED)を星形に配置するものとして説明してきた。これに限らず、第1のグループのUV−LEDを複数としてもよいし、第2グループのUV−LEDは5つに限られない。
【0057】
この発明の実施の形態においては、紫外線照射装置100を、表示部8および入力部9を備える本体部1について説明したが、この構成に限られることはない。すなわち、インターフェイス部を介して外部のパソコンなどと紫外線照射装置100とを接続することで、紫外線照射装置100からのデータをパソコン上に表示し、また、ユーザがパソコン上で入力した指令を紫外線照射装置100へ与える構成としてもよい。
【0058】
なお、この発明の実施の形態においては、本体部1と1つの紫外線照射ヘッド2とを含む紫外線照射装置100について説明したが、紫外線照射装置100は、複数の紫外線照射ヘッド2を含むものとしてもよい。
【0059】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【0060】
本発明は、紫外線照射装置に用いることができる。
【符号の説明】
【0061】
1 本体部、2 紫外線照射ヘッド、8 表示部、9 入力部、11 第2レンズホルダ、12 第1レンズホルダ、13 光源用基板、14 基板ホルダ、15 放熱ホルダ、16 固定部、17 金具、18 コード収納部、19 小ネジ、20 レンズ固定用ネジ、21 基板固定用ネジ、24 UV硬化材料、31 接合パターン、32 導電性基板、33A,33B,33C,33D,33E,33F 紫外線LED、34 リード線、35 絶縁膜層、36 切りかけ部、37 基板固定穴、38 放熱用銅箔、43 リード線接合位置、100 紫外線照射装置。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8