特許第6803415号(P6803415)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6803415回路基板固定構造、及びこれを備える光照射装置
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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】6803415
(24)【登録日】2020年12月2日
(45)【発行日】2020年12月23日
(54)【発明の名称】回路基板固定構造、及びこれを備える光照射装置
(51)【国際特許分類】
   F21V 19/00 20060101AFI20201214BHJP
   F21V 29/508 20150101ALI20201214BHJP
   F21V 29/70 20150101ALI20201214BHJP
   H05K 7/20 20060101ALI20201214BHJP
   H05K 7/14 20060101ALI20201214BHJP
   F21Y 115/10 20160101ALN20201214BHJP
【FI】
   F21V19/00 450
   F21V19/00 170
   F21V19/00 413
   F21V19/00 600
   F21V29/508
   F21V29/70
   H05K7/20 B
   H05K7/14 C
   F21Y115:10
【請求項の数】9
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2019-14913(P2019-14913)
(22)【出願日】2019年1月30日
(65)【公開番号】特開2020-123504(P2020-123504A)
(43)【公開日】2020年8月13日
【審査請求日】2019年10月18日
(73)【特許権者】
【識別番号】000113263
【氏名又は名称】HOYA株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100148895
【弁理士】
【氏名又は名称】荒木 佳幸
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 浩明
(72)【発明者】
【氏名】芦田 克己
【審査官】 安食 泰秀
(56)【参考文献】
【文献】 特表2014−523107(JP,A)
【文献】 特開2015−088707(JP,A)
【文献】 特開2017−168233(JP,A)
【文献】 特許第4519944(JP,B1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F21V 19/00
F21V 29/508
F21V 29/70
H05K 7/14
H05K 7/20
F21Y 115/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基台の表面に回路基板を固定する回路基板固定構造であって、
前記回路基板の表面に形成された配線パターンと、
前記回路基板の表面から裏面まで貫通する第1の貫通孔と、
前記第1の貫通孔と連通するように、前記基台の表面から裏面まで貫通する第2の貫通孔と、
前記第2の貫通孔に挿通される電極と、
前記回路基板の表面側に取り付けられて前記電極と係合し、前記回路基板を前記基台に固定する固定部材と、
を備え、
前記固定部材と前記電極とが係合したときに、前記固定部材を介して前記配線パターンと前記電極とが電気的に接続される
ことを特徴とする回路基板固定構造。
【請求項2】
前記電極の前記回路基板側の端部が、前記第1の貫通孔と嵌合することを特徴とする請求項1に記載の回路基板固定構造。
【請求項3】
前記基台が、導電性を有し、
前記第2の貫通孔内において、前記電極と前記基台とを絶縁する絶縁部材をさらに有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回路基板固定構造。
【請求項4】
前記電極は、複数であり、
前記絶縁部材が、前記複数の電極を支持するように形成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の回路基板固定構造。
【請求項5】
前記基台が、絶縁性を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回路基板固定構造。
【請求項6】
前記固定部材は、ネジであり、
前記電極は、前記ネジと螺合するネジ穴を有する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の回路基板固定構造。
【請求項7】
前記基台が、前記回路基板を冷却するヒートシンクであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の回路基板固定構造。
【請求項8】
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の回路基板固定構造と、
前記回路基板上に配置される複数の発光素子と、
を備えることを特徴とする光照射装置。
【請求項9】
前記発光素子から出射される光が、紫外域の波長の光であることを特徴とする請求項8に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基台(例えば、ヒートシンク、ベースプレート)上に回路基板を固定する回路基板固定構造に関し、特に、回路基板の固定と電力供給とを兼ねる電極を有する回路基板固定構造、及びこれを備える光照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、オフセット枚葉印刷用のインキとして、紫外光の照射により硬化する紫外線硬化型インキが用いられている。また、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等、FPD(Flat Panel Display)のシール剤として、紫外線硬化樹脂が用いられている。このような紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂の硬化には、一般に、紫外光を照射する光照射装置が用いられる(例えば、特許文献1)。
【0003】
特許文献1に記載の光照射装置は、ヒートシンクと、ヒートシンク上に固定された複数の光源モジュールと、ヒートシンクの側面に固定された端子台等を備えている。各光源モジュールは、端子台に向かって突出するように配置された電極板を有し、各電極板が端子台に固定されることによって各光源モジュールに電力が供給されるようになっている。また、光源モジュールの基板を押圧する固定板が各電極板を覆うように配置され、各固定板と各電極板とが端子台に共締めされることによって各光源モジュールがヒートシンク上に固定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2015−28915号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の光照射装置においては、電極板と固定板とを別個に設けて、光源モジュールに安定した電力を供給すると共に、過大なストレスを加えることなく光源モジュールを固定している。しかしながら、電極板と固定板が端子台に向かって突出する(つまり、光源モジュールの外側に向かって突出する)ため、光源モジュールの並び方向と直交する方向のサイズが大きくなる(つまり、薄くできない)という問題がある。また、光源モジュールの故障時等、光源モジュールの交換が必要となった場合には、固定板の脱着作業も必要となるため、光源モジュールの交換作業をより簡単に行うことが可能な構成が求められていた。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基台(ヒートシンク等)上の回路基板(光源モジュール等)を容易に交換可能で、かつ小型の回路基板固定構造を提供することである。また、このような回路基板固定構造を備える光照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の回路基板固定構造は、基台の表面に回路基板を固定する回路基板固定構造であって、回路基板の表面に形成された配線パターンと、回路基板の表面から裏面まで貫通する第1の貫通孔と、第1の貫通孔と連通するように、基台の表面から裏面まで貫通する第2の貫通孔と、第2の貫通孔に挿通される電極と、回路基板の表面側に取り付けられて電極と係合し、回路基板を基台に固定する固定部材と、を備え、固定部材と電極とが係合したときに、固定部材を介して配線パターンと電極とが電気的に接続されることを特徴とする。
【0008】
このような構成によれば、電極が回路基板の固定と電力の供給を兼ねるため、従来のように回路基板に電力を供給するための専用の部材を設ける必要がなく、回路基板を小型化することが可能となる。
【0009】
また、電極の回路基板側の端部が、第1の貫通孔と嵌合するように構成することができる。
【0010】
また、基台が、導電性を有し、第2の貫通孔内において、電極と基台とを絶縁する絶縁部材をさらに有することが望ましい。また、この場合、電極は、複数であり、絶縁部材が、複数の電極を支持するように形成することができる。
【0011】
また、基台が、絶縁性を有するように構成することができる。
【0012】
また、固定部材は、ネジであり、電極は、ネジと螺合するネジ穴を有するように構成することができる。
【0013】
また、基台が、回路基板を冷却するヒートシンクであることが望ましい。
【0014】
また、別の観点からは、本発明の光照射装置は、上記のいずれかに記載の回路基板固定構造と、回路基板上に配置される複数の発光素子と、を備えることができる。また、この場合、発光素子から出射される光が、紫外域の波長の光であることが望ましい。
【発明の効果】
【0015】
以上のように、本発明によれば、基台上の回路基板を容易に交換可能で、かつ小型の回路基板固定構造が実現される。また、このような回路基板固定構造を備える光照射装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の第1の実施形態に係る回路基板固定構造を備える光照射装置の概略構成を説明する図である。
図2】本発明の第1の実施形態に係る回路基板固定構造の電極棒と絶縁スリーブの構成を説明する斜視図である。
図3】本発明の第1の実施形態に係る回路基板固定構造の変形例を示す図である。
図4】本発明の第2の実施形態に係る回路基板固定構造を備える光照射装置の概略構成を説明する図である。
図5】本発明の第3の実施形態に係る回路基板固定構造を備える光照射装置の概略構成を説明する図である。
図6】本発明の第4の実施形態に係る回路基板固定構造を備える光照射装置の概略構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【0018】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る回路基板固定構造10を備える光照射装置1の概略構成を説明する図であり、図1(a)は正面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線における断面図であり、図1(c)は背面図であり、図1(d)は図1(a)のB−B線における断面図であり、図1(e)は図1(d)のK部拡大図である。
【0019】
本実施形態の光照射装置1は、印刷装置等に搭載されて、紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂を硬化させる光源装置であり、例えば、正面(LEDモジュール100が配置されている面)が照射対象物と対向するように、照射対象物の上方に配置され、照射対象物に対して下向きに紫外光を出射する。なお、本明細書においては、図1に示すように、後述するLED(Light Emitting Diode)素子110が紫外光を出射する方向をZ軸方向、光照射装置1の長手方向をX軸方向、ならびにZ軸方向及びX軸方向に直交する方向(光照射装置1の短手方向)をY軸方向と定義して説明する。また、一般に、紫外光とは、波長400nm以下の光を意味するものとされているが、本明細書において、紫外光とは、紫外線硬化型インクを硬化させることが可能な波長(例えば、波長250〜420nm)の光を意味するものとする。
【0020】
図1に示すように、本実施形態の光照射装置1は、4個のLEDモジュール100と、ヒートシンク200(基台)と、各LEDモジュール100に電力を供給するアノード端子300a、カソード端子300b等と、これらを収容する金属製の箱形のケース(不図示)等を備えている。なお、本明細書においては、アノード端子300a及びカソード端子300bを総称して、電極端子300(電極)ともいう。
【0021】
LEDモジュール100は、X軸方向及びY軸方向によって規定される矩形状の基板105(回路基板)と、基板105上に複数のLED素子110(発光素子)とを備えており、ヒートシンク200の一端面上に、4個のLEDモジュール100が配置、固定されている(図1(a)参照)。基板105は、例えば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムで形成されたセラミックス基板であり、各基板105には、電極端子300に対応する位置に一対の貫通孔120(第1の貫通孔)が形成されている(図1(e))。なお、本実施形態においては、ヒートシンク200の表面(載置面)に放熱グリス(不図示)を塗布した上で基板105をヒートシンク200上に載置することで、基板105の裏面とヒートシンク200との間に放熱グリスを挟み込み、基板105とヒートシンク200との密着性を高めている。
【0022】
LEDモジュール100は、基板105上に7列(Y軸方向)×10個(X軸方向)の態様で配置された70個のLED素子110を備えている。70個のLED素子110は、Z軸方向に光軸が揃えられた状態で、基板105の表面に配置されている。基板105の表面には、各LED素子110に電力を供給するためのアノードパターンAP及びカソードパターンKPが形成されており、各LED素子110は、アノードパターンAP及びカソードパターンKPの一端部にそれぞれハンダ付け等(例えば、導電性接着剤(銀ペースト)、ロウ材、溶接・溶着、拡散接合等)で電気的に接続されている。また、本実施形態のアノードパターンAPは、アノード端子300aの電極棒310に電気的に接続され、カソードパターンKPは、カソード端子300bの電極棒310に電気的に接続されている(詳細は後述)。そして、アノード端子300a及びカソード端子300bの電極棒310は、不図示のドライバ回路と電気的に接続されており、各LED素子110には、アノード端子300a及びカソード端子300b、アノードパターンAP及びカソードパターンKPを介して、ドライバ回路から駆動電流が供給されるようになっている。各LED素子110に駆動電流が供給されると、各LED素子110からは駆動電流に応じた光量の紫外光(例えば、波長385nm)が出射される。なお、本実施形態の各LED素子110は、略一様な光量の紫外光を出射するように各LED素子110に供給される駆動電流が調整されており、光照射装置1から出射される紫外光は、X軸方向及びY軸方向において略均一な光強度分布を有している。
【0023】
ヒートシンク200は、各LEDモジュール100で発生した熱を放熱するための金属製(例えば、銅、アルミニウム)の板状の部材であり、ヒートシンク200の表面が各LEDモジュール100の基板105の裏面に当接するように設けられている。また、ヒートシンク200には、基板105の貫通孔120と連通するように、表面から裏面まで貫通する矩形状の貫通孔210(第2の貫通孔)が形成されており、貫通孔210には電極端子300が挿通されている(図1(b)、(d)、(e))。
【0024】
上述のように、本実施形態の電極端子300には、アノードパターンAPと接続されるアノード端子300aと、カソードパターンKPと接続されるカソード端子300bとがあるが、具体的な構成は同一であるため、以下、代表してカソード端子300bについて説明する。図1(e)に示すように、カソード端子300b(電極端子300)は、電極棒310と、固定ネジ320と、ワッシャー325と、絶縁スリーブ330と、から構成されている。
【0025】
図2は、電極棒310と絶縁スリーブ330がアセンブリされた状態を示す斜視図である。図2に示すように、電極棒310は、先端部が円筒状で、基端部が四角柱状の金属製の部材であり、同様に先端部が円筒状で基端部が四角筒状の樹脂製の絶縁スリーブ330内に挿通されて(つまり、電極棒310の外周面に絶縁スリーブ330が取り付けられて)、ヒートシンク200の貫通孔210に挿入されている。そして、電極棒310が貫通孔210に取り付けられたとき、電極棒310及び絶縁スリーブ330の先端はヒートシンク200の表面(載置面)と略同一面上に位置するか、又はヒートシンク200の表面よりも僅かに窪んだ状態となり(図1(e))、電極棒310及び絶縁スリーブ330の基端部はヒートシンク200の裏面側から突出するように配置される(図1(b))。このように、本実施形態の光照射装置1は、電極棒310及び絶縁スリーブ330が貫通孔210に取り付けられた状態で、組み立てが行われる。つまり、電極棒310及び絶縁スリーブ330が貫通孔210に取り付けられたヒートシンク200を準備し、ヒートシンク200の表面(載置面)に放熱グリスを塗布し、各LEDモジュール100を載置する。そして、基板105の貫通孔120が電極棒310の上方(Z軸方向側)に位置するように(つまり、貫通孔120が貫通孔210と連通するように)位置合わせを行い、貫通孔120にワッシャー325及び固定ネジ320を取り付ける。貫通孔120にワッシャー325及び固定ネジ320を取り付けると、固定ネジ320のネジ部320aが電極棒310の内周面に形成されたネジ穴部310aに螺合し、LEDモジュール100が、ワッシャー325とヒートシンク200との間に狭持され、固定される(図1(e))。そして、LEDモジュール100が、固定ネジ320によって固定されると、カソードパターンKP、ワッシャー325及び固定ネジ320が電極棒310と電気的に接続される。従って、電極棒310に接続されたドライバ回路から駆動電流が供給されると、カソードパターンKPを介して各LED素子110に供給される。
【0026】
このように、本実施形態においては、電極端子300が基板105の固定と電力の供給を兼ねている。従って、基板105に電力を供給するための専用の部材を設ける必要がなく、LEDモジュール100を小型化することが可能となる。また、LEDモジュール100の故障時等、LEDモジュール100の交換が必要となった場合にも、固定ネジ320を取り外してLEDモジュール100を交換するだけの作業となるため(つまり、LEDモジュール100に電力を供給するための専用の部材を接続したり、配線等を行う必要がないため)、簡単な作業でLEDモジュール100を交換することが可能となる。なお、本実施形態においては、電極棒310及び絶縁スリーブ330の先端部を円筒状とし、係合する孔(つまり、貫通孔210)を円形とすることで、孔の形成を容易にしている。また、電極棒310の基端部を四角柱状とすることにより、5つの平面部を作り、該基端部に給電部材(不図示)等を接続するためのネジ穴などを形成する際の設計の自由度を高めている。
【0027】
以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。
【0028】
例えば、本実施形態においては、光照射装置1が回路基板固定構造10を備えるものとして説明したが、回路基板固定構造10の用途はこれに限定されるものではなく、基台(例えば、ヒートシンク、ベースプレート)上に回路基板を支持する構成を有する装置に適用することができる。
【0029】
また、本実施形態においては、貫通孔120にワッシャー325及び固定ネジ320を取り付けることによってLEDモジュール100を固定するものとしたが、固定ネジ320の頭部の外径が貫通孔120よりも十分に大きければ、必ずしもワッシャー325は必要ではない。
【0030】
また、本実施形態のヒートシンク200は、金属製の板状の部材であるとしたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、絶縁材料によって構成することも可能である。なお、この場合、電極棒310とヒートシンク200とを絶縁する絶縁スリーブ330は、必ずしも必要ではなく、ヒートシンク200の貫通孔210に電極棒310を直接取り付ければよい。
【0031】
また、本実施形態の電極棒310及び絶縁スリーブ330の先端部は、円筒状の形状であるとしたが、このような構成とすると、固定ネジ320を取り付けるときに電極棒310が回転してしまうといった問題があるため、電極棒310及び(又は)絶縁スリーブ330に回転止めの機能を備えてもよい。
【0032】
また、本実施形態の光照射装置1は、紫外光を出射するものとして説明したが、このような構成に限定されるものではなく、本発明は、可視光や赤外光を出射する光源装置に適用することも可能である。
【0033】
また、本実施形態においては、固定ネジ320によって、LEDモジュール100が、ワッシャー325とヒートシンク200との間に狭持され、固定されるものとしたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、図3に示すように、電極棒310の先端部にネジ部311を設け、該ネジ部311が貫通孔120を通って露出し、該ネジ部311に取り付けられるナット321によって、LEDモジュール100が、ワッシャー325とヒートシンク200との間に固定される構成とすることもできる。
【0034】
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る回路基板固定構造20を備える光照射装置2の概略構成を説明する図であり、図4(a)は正面図であり、図4(b)は図4(a)のC−C線における断面図であり、図4(c)は背面図であり、図4(d)は図4(a)のD−D線における断面図である。
【0035】
図4(b)、(d)に示すように、本実施形態の光照射装置2は、水冷型のヒートシンク200Aを備える点で、第1の実施形態の光照射装置1と異なる。
【0036】
本実施形態のヒートシンク200Aは、裏面側に、冷媒(例えば水)を供給/排出するための冷媒供給コネクタ250及び冷媒排出コネクタ260を備えている。そして、冷媒供給コネクタ250から供給された冷媒が、ヒートシンク200Aの内部に形成された流路230、240を流れ(図4(d))、冷媒排出コネクタ260から排出されることによって、循環するようになっている。このように、水冷型のヒートシンク200Aを用いると、各LEDモジュール100を効率よく冷却することが可能となる。
【0037】
(第3の実施形態)
図5は、本発明の第3の実施形態に係る回路基板固定構造30を備える光照射装置3の概略構成を説明する図であり、図5(a)は正面図であり、図5(b)は図5(a)のE−E線における断面図であり、図5(c)は背面図であり、図5(d)は図5(a)のF−F線における断面図であり、図5(e)は図5(d)のL部拡大図である。
【0038】
図5(e)に示すように、本実施形態の光照射装置3は、電極棒310B及び絶縁スリーブ330Bの先端がヒートシンク200の表面(載置面)よりも突出し、電極棒310B及び絶縁スリーブ330Bの先端が基板105の貫通孔120と嵌合するように構成している点で第1の実施形態の光照射装置1と異なる。
【0039】
このように、電極棒310B及び絶縁スリーブ330Bの先端が基板105の貫通孔120と嵌合するように構成すると、ヒートシンク200の表面(載置面)に各LEDモジュール100を載置したときに、各LEDモジュール100がヒートシンク200上で自動的に位置決めされる。このように、本実施形態においては、電極端子300Bが基板105の固定と電力の供給に加えて、基板105の位置決めを兼ねている。
【0040】
(第4の実施形態)
図6は、本発明の第4の実施形態に係る回路基板固定構造40を備える光照射装置4の概略構成を説明する図であり、図6(a)は正面図であり、図6(b)は図6(a)のG−G線における断面図であり、図6(c)は背面図であり、図6(d)は図6(a)のH−H線における断面図であり、図6(e)は図6(d)のM部拡大図である。
【0041】
図6(b)、(c)、(d)、(e)に示すように、本実施形態の光照射装置4は、各LEDモジュール100に電力を供給するアノード端子300Caとカソード端子300Cbが、隣接するLEDモジュール100に電力を供給するアノード端子300Caとカソード端子300Cbと近接して配置されており、アノード端子300Caとカソード端子300Cbが、略直方体状の絶縁部材330Cに支持されるように取り付けられた上で、ヒートシンク200Cに形成された矩形状の貫通孔210Cに取り付けられている点で第1の実施形態の光照射装置1と異なる。
【0042】
このように、本実施形態においては、アノード端子300Caとカソード端子300Cbを、予め絶縁部材330Cに取り付けた上でヒートシンク200Cに取り付けると、複数の端子(アノード端子300Ca、カソード端子300Cb)がまとめられるので、組み立て及び配線が容易となる。また、アノード端子300Caとカソード端子300Cbを絶縁部材330Cに完全に固定した上で組み立てることができるため、アノード端子300Caとカソード端子300Cbの回転方向の位置ずれ等をなくすことができ、LEDモジュール100とヒートシンク200Cとの固定をより強固にすることができる。なお、本実施形態においては、1つのアノード端子300Caと1つのカソード端子300Cbが絶縁部材330Cに支持されるように構成したが、さらに多くのアノード端子300Caとカソード端子300Cbを絶縁部材330Cで支持するように構成してもよい。
【0043】
なお、今回開示された実施の形態は、全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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0044】
1、2、3、4:光照射装置
10、20、30、40:回路基板固定構造
100:LEDモジュール
105:基板
110:LED素子
120:貫通孔
200、200A、200C:ヒートシンク
210、210C:貫通孔
230、240:流路
250:冷媒供給コネクタ
260:冷媒排出コネクタ
300、300B、300C:電極端子
300a、300Ca:アノード端子
300b、300Cb:カソード端子
310、310B:電極棒
310a:ネジ穴部
311:ネジ部
320:固定ネジ
320a:ネジ部
321:ナット
325:ワッシャー
330、330B:絶縁スリーブ
330C:絶縁部材
AP:アノードパターン
KP:カソードパターン
図1
図2
図3
図4
図5
図6