特開 2023-181352 光照射試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181352

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】光照射試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20231214BHJP

【ＦＩ】

G01N17/00

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023185311

(22)【出願日】2023-10-30

(62)【分割の表示】P 2019214552の分割

【原出願日】2019-11-27

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ダイプラ・ウィンテス株式会社が、令和１年６月２８日に、玉田智敏、林卓宏、藤井琢磨が発明した光照射試験装置をパナソニック株式会社に卸した。

(71)【出願人】

【識別番号】397040085

【氏名又は名称】ダイプラ・ウィンテス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000108719

【氏名又は名称】タキロンシーアイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】玉田 智敏

(72)【発明者】

【氏名】林 卓宏

(72)【発明者】

【氏名】藤井 琢磨

(57)【要約】

【課題】ＬＥＤ光源を用いた光照射試験装置においてＬＥＤ光源を適切に冷却して照度を維持する。
【解決手段】光照射試験装置１は、試料７が載置される試料台６と、試料台６と対向する発光面８ａを有し且つ発光面８ａから試料７に光を照射する少なくとも１つのＬＥＤ光源８と、ＬＥＤ光源８の背面８ｂに接するように配置された熱伝導体９と、ＬＥＤ光源８の背面８ａ側に熱伝導体９の少なくとも一部分を挟んで配置され且つ冷却液１１が通液する冷却管１０と、ＬＥＤ光源８に冷却気体１３を送風する送風機１２とを備える。送風機１２の送風口１２ａは、ＬＥＤ光源８が配置される光源室５の側壁部に設けられていると共に送風機１２の本体部に直結されており、送風口１２ａから冷却気体１３がＬＥＤ光源８に直接送風される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料が載置される試料台と、
前記試料台と対向する発光面を有し、当該発光面から前記試料に光を照射する少なくとも１つのＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源における前記発光面の反対側の背面に接するように配置された熱伝導体と、
前記ＬＥＤ光源の前記背面側に前記熱伝導体の少なくとも一部分を挟んで配置され、冷却液が通液する冷却管と、
前記ＬＥＤ光源に冷却気体を送風する送風機とを備え、
前記送風機の送風口は、前記ＬＥＤ光源が配置される光源室の側壁部に設けられていると共に前記送風機の本体部に直結されており、
前記送風口から前記冷却気体が前記ＬＥＤ光源に直接送風される、光照射試験装置。

【請求項2】

前記送風口は、前記ＬＥＤ光源における前記発光面と前記背面とを接続する周面と対向する、請求項１に記載の光照射試験装置。

【請求項3】

前記ＬＥＤ光源から前記試料台に向かう方向を第１方向として、前記送風口における前記第１方向側の端縁は、前記ＬＥＤ光源の前記発光面よりも前記第１方向側に位置する、請求項２に記載の光照射試験装置。

【請求項4】

前記試料台から前記ＬＥＤ光源に向かう方向を第２方向として、前記送風口における前記第２方向側の端縁は、前記熱伝導体よりも前記第２方向側に位置する、請求項２又は３に記載の光照射試験装置。

【請求項5】

前記ＬＥＤ光源と前記試料台との間に、前記光を透過させる仕切り部材がさらに配置される、請求項１～４のいずれか１項に記載の光照射試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐光性試験等に用いられる光照射試験装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

耐光性試験は、光源からの光を試料に照射することにより、その試料の劣化度合い等を評価する試験である。このような耐光性試験においては、各種環境下で光を試料に照射する光照射試験装置が用いられる。従来の光照射試験装置の光源としては、白熱電球やアークランプ等が用いられてきた（特許文献１、２参照）。

【0003】

近年、ＬＥＤ光源を用いた照明装置が普及しつつある。ＬＥＤ光源を用いた照明装置を構成する材料については、ＬＥＤ光源から照射される光に対して耐性を有する必要があるため、耐光性試験を行って耐光性に優れた材料を選択しなければならない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６１－３１１５号公報

【特許文献2】特開２０１８－１６９３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＬＥＤ光源を使用すると、光源内部に熱が蓄積されるため、効率的に放熱しないと、不具合や寿命が短くなるという問題が生じる。

【0006】

ところが、冷媒等を用いてＬＥＤ光源を急激に冷却すると、ＬＥＤ光源の光量（照度）が低下してしまう。

【0007】

前記に鑑み、本発明は、ＬＥＤ光源を用いた光照射試験装置においてＬＥＤ光源を適切に冷却して照度を維持できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の目的を達成するために、本発明に係る光照射試験装置は、試料が載置される試料台と、試料台と対向する発光面を有し且つ当該発光面から試料に光を照射する少なくとも１つのＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源における発光面の反対側の背面に接するように配置された熱伝導体と、ＬＥＤ光源の背面側に熱伝導体の少なくとも一部分を挟んで配置され且つ冷却液が通液する冷却管と、ＬＥＤ光源に冷却気体を送風する送風機とを備え、送風機から送風される冷却気体が、ＬＥＤ光源の発光面に誘導されるように構成される。

【0009】

本発明に係る光照射試験装置によると、ＬＥＤ光源の背面側を冷却液によって強く冷却できると共に、ＬＥＤ光源の発光面側を冷却気体によって穏やかに冷却できる。このため、冷却液による冷却と、冷却気体による冷却とを組み合わせることによって、ＬＥＤ光源を過剰に冷却することなく適切に冷却できるので、高照度を維持しながら、光照射試験を行うことができる。

【0010】

また、本発明に係る光照射試験装置において、送風機の送風口は、ＬＥＤ光源における発光面と背面とを接続する周面と対向してもよい。このようにすると、送風機から送風される冷却気体を、ＬＥＤ光源の周面側から発光面側に誘導することができる。この場合、送風口における試料台側の端縁が、ＬＥＤ光源の発光面よりも試料台側に位置すると、送風機から送風される冷却気体を、ＬＥＤ光源の発光面に確実に誘導することができる。また、送風口における試料台の反対側の端縁が、熱伝導体よりも試料台の反対側に位置すると、ＬＥＤ光源の背面側も、送風機から送風される冷却気体によって冷却することができる。すなわち、ＬＥＤ光源、熱伝導体及び冷却管を有するＬＥＤモジュールが配置される光源室全体を冷却できるので、ＬＥＤ光源の冷却効率をより向上させることができる。

【0011】

また、本発明に係る光照射試験装置において、ＬＥＤ光源と試料台との間に、光を透過させる仕切り部材がさらに配置されてもよい。このようにすると、ＬＥＤモジュールが配置される光源室と、試料台が配置される試験室とが仕切り部材によって区画されるので、冷却管及び送風機によるＬＥＤ光源の冷却効率をより向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によると、ＬＥＤ光源を用いた光照射試験装置においてＬＥＤ光源を適切に冷却して照度を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１に係る光照射試験装置の断面構成図である。

【図2】実施形態１の変形例に係る光照射試験装置の断面構成図である。

【図3】実施形態２に係る光照射試験装置の断面構成図である。

【図4】実施形態３に係る光照射試験装置の断面構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（実施形態１）
以下、実施形態１に係る光照射試験装置１について、図１を参照しながら説明する。

【0015】

図１に示すように、光照射試験装置１のハウジング２の内部は、一例として、照射される光を透過させる仕切り部材３によって、試験室４と光源室５とに区画される。ハウジング２は、例えばステンレス鋼で構成されてもよい。仕切り部材３は、例えば耐熱ガラスで構成されてもよい。本実施形態では、鉛直方向において、試験室４が下側に、光源室５が上側に配置される。

【0016】

試験室４の内部には、試料台６が配置され、光照射試験時には、試料台６上に試験対象の試料７が載置される。試料台６は、例えば金網やエキスパンドメタル等の複数の貫通孔が設けられた部材であることが好ましい。そのような部材であれば、試料台６の蓄熱を抑制できるため、載置された試料７への試料台６からの熱伝導を抑制できるので、試料７への温度影響を抑えることができる。また、試料台６には、試料７を固定するための手段、例えば吸引手段等が設けられていてもよい。試料台６は、例えば試験室４の底部に設けられた保持部材（図示省略）によって保持されてもよい。或いは、試験室４における対向する内壁面の双方に試料台６の位置調整用のフックを設け、そのフックの上に試料台６を支持するようにしてもよい。

【0017】

光源室５の内部には、仕切り部材３を通して試料７に光を照射するための少なくとも１つのＬＥＤ光源８が配置される。ＬＥＤ光源８は、ＬＥＤ光源８の発光面８ａと試料台６とが互いに対向するように配置される。本実施形態では、ＬＥＤ光源８の発光面８ａは、水平面と平行になるように設定される。

【0018】

ＬＥＤ光源８としては、例えば、ＣＯＢ（チップオンボード）やＳＭＤ（表面実装デバイス）等のＬＥＤチップを用いてもよいが、特に高照度が求められる光照射試験には、ＣＯＢを使用することが好ましい。ＬＥＤ光源８は１つであってもよいが、より高照度の光照射試験を行うために、ＬＥＤ光源８を複数用いてもよい。後者の場合、複数のＬＥＤ光源８をマトリクス状に配置してもよい。また、ＬＥＤ光源８から照射する光の波長は、試料７を使用する環境に合わせて適宜選択すればよい。例えば、屋内用途を想定した場合は、可視光領域（波長３８０ｎｍ～７８０ｎｍ）の光を照射するＬＥＤ光源８を選択することができる。

【0019】

ＬＥＤ光源８の背面８ｂ（発光面８ａの反対面）に接するように熱伝導体９が配置される。熱伝導体９の構成材料は、高い熱伝導率を持つ材料であれば特に限定されないが、冷却効率の点で例えばアルミニウムを用いてもよい。熱伝導体９は、例えば光源室５の側壁部や天井部に設けられた保持部材（図示省略）によって保持される。ＬＥＤ光源８は、熱伝導体９に取り付けられる。

【0020】

ＬＥＤ光源８の背面８ｂ側には、熱伝導体９の少なくとも一部分を挟んで冷却管１０が配置される。冷却管１０内には、例えば冷却水等の冷却液１１が通液する。冷却管１０は、ハウジング２の外側に配置された冷凍機（図示省略）と循環接続される。本実施形態では、一例として、冷却管１０は、ＬＥＤ光源８の配列に沿って熱伝導体９内に埋設される。冷却液１１の温度は、使用する冷凍機によって調整可能であるが、例えば２８～３２℃程度に設定してもよい。

【0021】

光源室５の側壁部には、例えば送風ファン等の第１送風機１２の第１送風口１２ａが設けられる。すなわち、本実施形態では、第１送風口１２ａは、ＬＥＤ光源８の周面（発光面８ａと背面８ｂとを接続する面）と対向する。第１送風機１２の本体部（図示省略）は、ハウジング２の外側に配置されており、当該本体部から第１送風口１２ａまで送風管が延びる。光源室５の側壁部又は天井部には、排気口（図示省略）が設けられる。

【0022】

第１送風機１２は、ＬＥＤ光源８に、例えば冷却空気等の冷却気体１３を送風する。第１送風機１２は、温度調節機能を有してもよい。冷却気体１３の温度は、使用する第１送風機１２により調整可能であるが、例えば２５～３５℃程度に設定してもよい。

【0023】

本実施形態の光照射試験装置１は、第１送風機１２から送風される冷却気体１３が、ＬＥＤ光源８の発光面８ａに誘導されるように構成される。具体的には、第１送風機１２の第１送風口１２ａにおける試験室４側（つまり試料台６側）の端縁は、ＬＥＤ光源８の発光面８ａよりも試料台６側に位置する。例えば、第１送風口１２ａにおける試料台６側の端縁は、ＬＥＤ光源８の発光面８ａと比べて、鉛直方向において距離ｄだけ試料台６の近くに位置する。尚、第１送風機１２の第１送風口１２ａにおける試験室４の反対側（つまり試料台６の反対側）の端縁は、熱伝導体９よりも試料台６の反対側に位置する。

【0024】

試験室４の側壁部には、試験室４内を所定の温度に保持するために、例えば送風ファン等の第２送風機１４の第２送風口１４ａが設けられる。第２送風機１４の本体部（図示省略）は、ハウジング２の外側に配置されており、当該本体部から第２送風口１４ａまで送風管が延びる。試験室４の側壁部又は底部には、排気口（図示省略）が設けられる。第２送風機１４は、試料７に、例えば空気等の気体１５を送風する。第２送風機１４は、温度調節機能を有してもよい。気体１５の温度は、使用する第２送風機１４により調整可能であるが、ＬＥＤ光源８の点灯時において、例えば６０～１２０℃程度に設定してもよい。

【0025】

図示はしていないが、光照射試験装置１は、ハウジング２の外壁面等に、ＬＥＤ光源８や送風機１２、１４等を操作するための操作部（例えばタッチパネル等）を有していてもよい。

【0026】

以上に説明した本実施形態の光照射試験装置１によると、ＬＥＤ光源８の背面８ｂ側を冷却液１１によって強く冷却できると共に、ＬＥＤ光源８の発光面８ａ側を冷却気体１３によって穏やかに冷却できる。このため、冷却液１１による冷却と、冷却気体１３による冷却とを組み合わせることによって、ＬＥＤ光源８を過剰に冷却することなく適切に冷却できるので、高照度を維持しながら、光照射試験を行うことができる。さらに、ＬＥＤ光源８が蓄熱して故障することを防止することができる。特に、ＬＥＤ光源８の照度が３００万ルクス程度以上では、ＬＥＤ光源８が蓄熱して高温になるため、冷却液による冷却が必要となるので、本実施形態の光照射試験装置１による前述の効果は顕著である。

【0027】

また、本実施形態の光照射試験装置１において、送風機１２の送風口１２ａが、ＬＥＤ光源８における発光面８ａと背面８ｂとを接続する周面と対向するため、送風機１２から送風される冷却気体１３を、ＬＥＤ光源８の周面側から発光面８ａ側に誘導することができる。この場合、送風口１２ａにおける試料台６側の端縁が、ＬＥＤ光源８の発光面８ａよりも試料台６側に位置するため、送風機１２から送風される冷却気体１３を、ＬＥＤ光源８の発光面８ａに確実に誘導することができる。また、送風口１２ａにおける試料台６の反対側の端縁が、熱伝導体９よりも試料台６の反対側に位置するため、ＬＥＤ光源８の背面８ｂ側も、送風機１２から送風される冷却気体１３によって冷却することができる。すなわち、ＬＥＤ光源８、熱伝導体９及び冷却管１０を有するＬＥＤモジュールが配置される光源室５全体を冷却できるので、ＬＥＤ光源８の冷却効率をより向上させることができる。

【0028】

また、本実施形態の光照射試験装置１において、光源室５と試験室４との間（つまりＬＥＤ光源８と試料台６との間）に、ＬＥＤ光源８から照射された光を透過させる仕切り部材３が配置されるため、冷却管１０及び送風機１２によるＬＥＤ光源８の冷却効率をより向上させることができる。

【0029】

尚、本実施形態において、冷却気体１３の温度を冷却液１１の温度と同等以下に設定してもよい。このようにすると、光源室５内に結露が生じにくくなるので、ＬＥＤ光源８等の故障発生を抑制することができる。例えば、冷却気体１３及び冷却液１１の各温度を同じ３０℃に設定してもよい。また、光源室５内での結露発生をより一層抑制するために、光源室５内に、例えば除湿剤等の除湿手段を設けてもよい。

【0030】

（実施形態１の変形例）
以下、実施形態１の変形例に係る光照射試験装置１について、図２を参照しながら説明する。尚、図２において、図１に示す実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付す。

【0031】

本変形例の光照射試験装置１が実施形態１と異なっている点は、図２に示すように、試験室４と光源室５とが水平方向に並ぶように配置されることである。ここで、ＬＥＤ光源８の発光面８ａは、鉛直面と平行になるように設定される。すなわち、ＬＥＤ光源８は、水平方向に光を照射する。

【0032】

以上に説明した本変形例の光照射試験装置１においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

【0033】

（実施形態２）
以下、実施形態２に係る光照射試験装置１について、図３を参照しながら説明する。尚、図３において、図１に示す実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付す。

【0034】

本実施形態の光照射試験装置１が実施形態１と異なっている点は、図３に示すように、第１送風機１２の第１送風口１２ａにおける試験室４側（つまり試料台６側）の端縁が、ＬＥＤ光源８の発光面８ａよりも試料台６の反対側に位置する一方、ＬＥＤ光源８、熱伝導体９及び冷却管１０を有するＬＥＤモジュールと、第１送風口１２ａとの間に、第１送風機１２から送風される冷却気体１３をＬＥＤ光源８の発光面８ａに誘導するガイド部材２１が設けられることである。

【0035】

以上に説明した本実施形態の光照射試験装置１においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

【0036】

尚、本実施形態において、ガイド部材２１の設置に代えて、第１送風機１２の送風管を光源室５内まで延長して、第１送風口１２ａをＬＥＤ光源８の発光面８ａの近傍に配置してもよい。

【0037】

（実施形態３）
以下、実施形態３に係る光照射試験装置１について、図４を参照しながら説明する。尚、図４において、図１に示す実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付す。

【0038】

本実施形態の光照射試験装置１が実施形態１と異なっている点は、図４に示すように、光源室５の天井部に第１送風機１２の第１送風口１２ａが設けられる一方、ＬＥＤ光源８、熱伝導体９及び冷却管１０を有するＬＥＤモジュールと、光源室５の側壁部との間に、第１送風機１２から送風される冷却気体１３をＬＥＤ光源８の発光面８ａに誘導するガイド部材２２が設けられることである。すなわち、光源室５の天井部の第１送風口１２ａから吹き出された冷却気体１３は、熱伝導体９におけるＬＥＤ光源８の反対側の面に沿って光源室５の側壁部の方に向かい、ガイド部材２２によってＬＥＤモジュールを迂回してＬＥＤ光源８の発光面８ａ側に到達する。

【0039】

以上に説明した本実施形態の光照射試験装置１においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

【0040】

尚、本実施形態において、第１送風機１２の送風管は、光源室５の天井部を貫通して第１送風口１２ａで終端してもよいし、或いは、光源室５の側壁部を貫通して光源室５の天井部に沿って当該天井部中央付近まで延び第１送風口１２ａで終端してもよい。すなわち、本実施形態及び他の実施形態（変形例を含む）において、第１送風機１２の本体部から第１送風口１２ａまでの送風管の経路や、当該送風管がハウジング２を貫通する位置は、特に限定されるものではない。

【0041】

また、前述した各実施形態（変形例を含む）に係る光照射試験装置１を用いて、試料７の耐光性を試験する耐光性試験方法が提供される。この耐光性試験方法によれば、ＬＥＤ光源８から高照度の光を照射することが可能であるから、短期間で耐光性を評価することができる。さらに、ＬＥＤ光源８から照射される光の波長が可視光領域（波長３８０ｎｍ～７８０ｎｍ）であれば、屋内用途における試料７の耐光性を適切に評価することができる。

【0042】

以上、実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態及び変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。さらに、以上に述べた「第１」、「第２」、…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

【符号の説明】

【0043】

１ 光照射試験装置１
２ ハウジング
３ 仕切り部材
４ 試験室
５ 光源室
６ 試料台
７ 試料
８ ＬＥＤ光源
８ａ 発光面
８ｂ 背面
９ 熱伝導体
１０ 冷却管
１１ 冷却液
１２ 第１送風機
１２ａ 第１送風口
１３ 冷却気体
１４ 第２送風機
１４ａ 第２送風口
１５ 気体
２１ ガイド部材
２２ ガイド部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】