特許 7310475 光照射装置

(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】

(24)【登録日】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】光照射装置

(51)【国際特許分類】

   F21V 29/70 20150101AFI20230711BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20230711BHJP

   F21V 29/56 20150101ALI20230711BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20230711BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20230711BHJP

【ＦＩ】

F21V29/70

F21V29/503

F21V29/56

F21Y115:10

F21Y115:30

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019167772

(22)【出願日】2019-09-13

(65)【公開番号】P2021044229

(43)【公開日】2021-03-18

【審査請求日】2022-03-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村上 悟司

(72)【発明者】

【氏名】金端 祥寛

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１４３９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７２７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１０３９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１０９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１０８３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１５９３４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｖ ２９／７０

Ｆ２１Ｖ ２９／５０３

Ｆ２１Ｖ ２９／５６

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

Ｆ２１Ｙ １１５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の光源支持体と、
前記光源支持体の外壁面上に載置された複数の発光素子と、
前記光源支持体の内側に、前記光源支持体の軸方向に延伸する筒体と、
前記筒体と前記光源支持体との間に形成された、前記軸方向から見たときに環形状を呈する第一流路と、
前記筒体の内側に形成された、第二流路と、
前記光源支持体から前記筒体、又は前記筒体から前記光源支持体に向かって突出するように形成された複数の支持突起とを備え、
前記第一流路と前記第二流路は、前記光源支持体の一端部側で連通され、
前記筒体は、内側に前記第二流路を構成する内筒体と前記内筒体を取り囲むように配置された外筒体とを含み、前記第一流路の外壁を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料が含んでなることを特徴とする光照射装置。

【請求項2】

前記第一流路と前記第二流路との間には空隙が介在するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。

【請求項3】

前記支持突起は、前記軸方向に見たときに、少なくとも三つ備えられていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。

【請求項4】

前記内筒体から前記外筒体、あるいは前記外筒体から前記内筒体に向かって突出するように形成された複数の空隙維持部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。

【請求項5】

前記空隙維持部は、前記軸方向に見たときに、少なくとも三つ備えられていることを特徴とする請求項４に記載の光照射装置。

【請求項6】

前記光源支持体の前記一端部とは反対側の端部において、前記光源支持体と前記筒体とを固定し、前記内筒体と前記外筒体の前記軸方向における熱膨張差を緩和するための機能を有する保持部材を備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の光照射装置。

【請求項7】

前記保持部材は、前記内筒体と前記外筒体とが前記軸方向に沿って摺動する機構を備えることを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。

【請求項8】

前記保持部材は、前記内筒体と前記外筒体とが前記軸方向に沿って変位可能となるように弾性部材を備えることを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。

【請求項9】

前記第一流路の外壁と前記内筒体と前記外筒体は、同じ材料で構成されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の光照射装置。

【請求項10】

前記軸方向に見たときに、前記第一流路の流路断面積が、前記第二流路の流路断面積よりも小さく構成されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項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、光照射装置に関し、特にＬＥＤ素子によって光を照射する光照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

容器やタンク内における流体の殺菌や光化学処理用の光源として、例えば、下記特許文献１に記載されているような、複数のＬＥＤを光源として搭載した、一方向に延伸する長尺な光照射装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１４３９７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者らは、上述のような、容器やタンク内における流体の殺菌や光化学処理に用いる光照射装置について検討していたところ、以下のような課題があることを見出した。以下、図面を参照しながら説明する。

【0005】

ＬＥＤは、電力が供給されると発光するとともに発熱し、次第に温度が上昇する。しかし、ＬＥＤは、温度が上昇するにつれて発光効率が低下するため、ＬＥＤを光源とする光照射装置の多くは、冷却機構が設けられている。

【0006】

例えば、上記特許文献１に記載の光照射装置のような棒状で長尺な光照射装置では、光源であるＬＥＤが配置されている光源支持体の内側に形成された流路に冷却水を通流させる冷却機構が設けられている。

【0007】

図１０は、従来構成の光照射装置１００の模式的な側面断面図であり、図１１は、図１０の光照射装置１００を、所定のＺ座標の位置においてＸＹ平面で切断したときの模式的な断面図である。図１０及び図１１に示すように、従来の光照射装置１００は、冷却水Ｗ１０が通流する第二流路Ｆ２０と、冷却水Ｗ２０がＬＥＤ１１１の熱を吸収しながら排出口に向かって通流する第一流路Ｆ１０が形成されている。以下、本明細書において、光源支持体１１０の軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する面をＸＹ平面として説明する。

【0008】

本明細書では、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｚ方向」と記載される。

【0009】

このような構成の冷却機構では、冷却水Ｗ１０が第二流路Ｆ２０を通流し、その後、ＬＥＤ１１１から熱を吸収しながら冷却水Ｗ２０が第一流路Ｆ１０を通流する。冷却水Ｗ２０は、ＬＥＤ１１１から吸収した熱によって温度が上昇しているため、筒体１１２を介して熱が伝搬し、第二流路Ｆ２０を通流する冷却水Ｗ１０の温度を上昇させてしまう。

【0010】

したがって、第二流路Ｆ２０を通流する冷却水Ｗ１０は、ＬＥＤ１１１から熱を吸収する前から温度が上昇してしまい、ＬＥＤ１１１から熱を吸収しにくくなって、ＬＥＤ１１１を冷却する効率が低下してしまう。この結果、ＬＥＤ１１１の発光効率を低下させ、光照射装置１００の照度を低下させるおそれがある。

【0011】

本発明は、上記課題に鑑み、冷却効率を向上させた光照射装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の光照射装置は、
筒状の光源支持体と、
前記光源支持体の外壁面上に載置された複数の発光素子と、
前記光源支持体の内側に、前記光源支持体の軸方向に延伸する筒体と、
前記筒体と前記光源支持体との間に形成された、前記軸方向から見たときに環形状を呈する第一流路と、
前記筒体の内側に形成された、第二流路とを備え、
前記第一流路と前記第二流路は、前記光源支持体の一端部側で連通され、
前記筒体は、前記第一流路の外壁を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料が含んでなることを特徴とする。

【0013】

上記構成とすることで、第一流路と第二流路との間に、第一流路の外壁を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料が介在することになる。したがって、第一流路を通流する、例えば、水等の冷却媒体と第二流路を通流する冷却媒体の間で発生する熱の移動が抑制される。

【0014】

つまり、第一流路を通流する冷却媒体は、第二流路を通流する冷却媒体によって加熱されにくくなり、従来構成よりも冷却媒体が低温を維持したまま第一流路を通流できるため、冷却効率が向上される。

【0015】

なお、第一流路と第二流路の間に介在させる材料は、第一流路の外壁を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料であればよく、気体や液体の材料を用いても構わない。

【0016】

さらに、冷却媒体は、第一流路から第二流路を経て排出されるものとしても構わないし、逆に、第二流路から第一流路を経て排出されるものとしても構わない。

【0017】

上記光照射装置は、
前記第一流路と前記第二流路との間には空隙が介在するように構成されていても構わない。

【0018】

空気は、金属と比較すると熱伝導率が非常に小さく、水や樹脂、木材等と比較しても小さい。したがって、上記構成とすることで、第一流路と第二流路との間に介在させることによって、第二流路を通流する冷却媒体の熱が第一流路を通流する冷却媒体に伝わることを、より抑制することができる。なお、空隙は、軸方向に関して筒体全体にわたって形成されていることが好ましいが、筒体の一部に形成されていても構わない。

【0019】

上記光照射装置は、
前記光源支持体から前記筒体、又は前記筒体から前記光源支持体に向かって突出するように形成された複数の支持突起を備えていても構わない。

【0020】

光照射装置が長期にわたって利用されると、光源支持体と、その内側に配置される筒体との間に構成される第一流路は、光源支持体や筒体の撓みや、熱膨張による変形によって、光源支持体と筒体とが直接接触してしまい、冷却媒体が通流しない領域が発生してしまうおそれがある。このような事態が発生すると、局所的にＬＥＤで発生する熱を吸収することができなくなり、一部の発光素子の発光効率の低下、消灯、さらには素子の破壊が発生してしまうおそれがある。

【0021】

そこで、上記構成とすることで、光源支持体や筒体に撓みや変形が生じたとしても、支持突起の先端が筒体の外壁面に接触することによって、光源支持体と筒体との間で一定の離間距離を確保することができる。したがって、冷却媒体が通流しない領域が発生してしまうことを抑制することができる。なお、上述の通り、支持突起は、筒体から光源支持体に向かって突出するものであっても構わない。

【0022】

上記光照射装置において、
前記支持突起は、前記軸方向に見たときに、少なくとも三つ備えられていても構わない。

【0023】

上記構成とすることで、光源支持体と筒体があらゆる方向に変形に対しても、流路を維持するように光源支持体と筒体を支持することができる。さらには、光源支持体の軸方向に見たときに、少なくとも三つの支持突起は、光源支持体の軸を中心とした周方向において、それぞれの間隔が１２０度となるように配置されていることが好ましい。

【0024】

上記光照射装置において、
前記筒体は、内側に前記第二流路を構成する内筒体と前記内筒体を取り囲むように配置された外筒体とを含んでなるものであっても構わない。

【0025】

筒体は、内筒体と外筒体が離間するように構成することで、簡易的に全体にわたって第一流路と第二流路との間に空隙を介在させることができる。

【0026】

上記光照射装置は、
前記内筒体から前記外筒体、あるいは前記外筒体から前記内筒体に向かって突出するように形成された複数の空隙維持部を備えていても構わない。

【0027】

外筒体と、その内側に配置される内筒体との間に構成される空隙は、内筒体や外筒体の撓みや、熱膨張による変形によって、内筒体と外筒体とが直接接触してしまい、空隙が介在せず、熱伝導率が高い領域が発生してしまう。

【0028】

そこで、上記構成とすることで、筒体は、内筒体や外筒体に撓みや変形が生じたとしても、空隙維持部の先端が外筒体の内壁面に接触することによって、内筒体と外筒体との間で一定の離間距離を確保することができる。したがって、内筒体と外筒体が直接接触する面積を最小限に抑えつつ、全体にわたって第一流路と第二流路との間に空隙を介在させることができる。なお、上記の通り、空隙維持部は、外筒体から内筒体に向かって突出するものであっても構わない。

【0029】

上記光照射装置において、
前記空隙維持部は、前記軸方向に見たときに、少なくとも三つ備えられていても構わない。

【0030】

上記構成とすることで、空隙維持部についても、上述した支持突起と同様に、光源支持体と筒体があらゆる方向に変形した場合においても空隙を維持することができる。さらには、光源支持体の軸方向に見たときに、少なくとも三つの支持突起は、光源支持体の軸を中心とした周方向において、それぞれの間隔が１２０度となるように配置されていることが好ましい。

【0031】

上記光照射装置は、
前記光源支持体の前記一端部とは反対側の端部において、前記光源支持体と前記筒体とを固定し、前記内筒体と前記外筒体の前記軸方向における熱膨張差を緩和するための機能を有する保持部材を備えていても構わない。

【0032】

上記光照射装置において、
前記保持部材は、前記内筒体と前記外筒体とが前記軸方向に沿って変位可能となるように構成された摺動機構を備えていても構わない。

【0033】

上記光照射装置において、
前記保持部材、前記内筒体と前記外筒体とが前記軸方向に沿って変位可能となるように弾性部材を備えていても構わない。

【0034】

光源支持体や筒体は、発光素子が点灯している間、発光素子が発する熱によって熱膨張が起きる。この時、光源支持体の径方向に向かって発生する熱膨張は、第一流路と第二流路の流路断面積が僅かに変動するのみで大きな影響はないが、光源支持体の軸方向に向かって発生する熱膨張は、光源支持体と筒体とを固定する保持部材に対して負荷を生じさせてしまう。特に、筒体の内筒体と外筒体との熱膨張の差が大きいと、光源支持体の軸方向に対するズレが大きくなり、保持部材が破損してしまうおそれもある。

【0035】

そこで、上記構成とすることで、内筒体と外筒体との熱膨張の差を緩和して、保持部材に係る負荷を軽減させることができ、部材交換等の頻度を少なくすることができる。

【0036】

保持部材は、ある程度の弾力性を有する材料で形成されていることが好ましく、例えば、フッ素樹脂やポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂等を採用し得る。弾性部材は、例えば、フッ素ゴムを含む合成ゴムやシリコーン樹脂等を採用し得る。なお、保持部材は、筒体が熱膨張することで摺動する際に、筒体との間で摩擦が生じることがある。その際に、筒体側に傷が生じないようにするため、保持部材は、筒体を構成する材料よりも柔らかい材料で形成されることが好ましい。

【0037】

上記光照射装置において、
前記第一流路の外壁と前記内筒体と前記外筒体は、同じ材料で構成されていても構わない。

【0038】

第一流路の外壁と内筒体と外筒体とが同じ材料で構成されると、各部材の熱膨張率が同じとなるため、第一流路の外壁を構成する光源支持体と内筒体と外筒体が同じように熱膨張する。したがって、第一流路の外壁と内壁や、内筒体や外筒体との間で、大きな変形の差異が発生しないため、上述したような、部材同士が直接接触しにくくさせることや、装置に対して局所的な負荷を軽減させることができる。

【0039】

さらに、同一の材料で各部材を構成することで、溶接等によって装置全体を一体構成で光照射装置を構成することができ、部材同士の継ぎ目や接続部が少なくなるため、冷却媒体の漏れ対策や定期点検等を軽減させる、あるいは不要とすることができる。さらに、これらを金属で構成する場合は、同一金属であれば、電蝕が起きにくいという効果もある。

【0040】

第一流路の外壁や筒体を構成する材料は、熱伝導性が高く、保持部材を構成する材料よりも固い材料であることが好ましく、例えば、銅やステンレス鋼、チタン等を採用し得る。

【0041】

上記光照射装置は、
前記軸方向に見たときに、前記第一流路の流路断面積が、前記第二流路の流路断面積よりも小さく構成されていても構わない。

【0042】

冷却媒体による冷却効率は、冷却媒体を通流させる流速が速くなるほど高くなる。そして、発光素子で発生する熱は、主に外側に構成されている第一流路を流れる冷却媒体によって吸収される。したがって、冷却効率を向上させるためには、第一流路を流れる冷却媒体の流速を速くする必要がある。

【0043】

そこで、上記構成とすることで、第二流路を流れる冷却媒体の流速に対して、第一流路を流れる冷却媒体の流速が速くなり、発光素子の冷却効率が向上される。

【発明の効果】

【0044】

本発明によれば、冷却効率を向上させた光照射装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】光照射装置の一実施形態の模式的な側面断面図である。

【図2】図１の光照射装置を、所定のＺ座標の位置においてＸＹ平面で切断したときの断面図である。

【図3】図１の光照射装置を、所定のＺ座標の位置においてＸＹ平面で切断したときの断面図である。

【図4】図１の光照射装置を－Ｚ方向に見たときの側面図である。

【図5】図１の光照射装置の保持部材周辺の拡大図である。

【図6】光照射装置の別実施形態の保持部材周辺の拡大図である。

【図7】光照射装置の別実施形態の保持部材周辺の拡大図である。

【図8】光照射装置の一実施形態の模式的な側面断面図である。

【図9】図８の光照射装置を、所定のＺ座標の位置においてＸＹ平面で切断したときの断面図である。

【図10】従来構成の光照射装置の模式的な側面断面図である。

【図11】図１０の光照射装置を、所定のＺ座標の位置においてＸＹ平面で切断したときの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

以下、本発明の光照射装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比や個数は、実際の寸法比や個数と必ずしも一致していない。

【0047】

図１は、光照射装置１の一実施形態の模式的な側面断面図である。図２は、図１の光照射装置１を、所定のＺ座標の位置においてＸＹ平面で切断したときの断面図である。なお、以下の説明においても、上述の説明と同様に、光源支持体１０の軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する面をＸＹ平面として説明する。そして、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように、正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｚ方向」と記載される。

【0048】

図１及び図２に示すように、光照射装置１は、光源支持体１０と、光源支持体１０の外壁面１０ｂ上に設けられた複数の発光素子１１と、光源支持体１０の内側に配置される筒体１２と、光源支持体１０と筒体１２を保持する保持部材１３を備える。

【0049】

光源支持体１０は、Ｚ方向に見たときに外壁面１０ｂの形状が正八角形、内壁面１０ａの形状が円形を呈する筒状で、－Ｚ方向に係る端部１０ｅ側が閉じた形状をしている。そして、外壁面１０ｂの各辺には、発光素子１１を載置するための基板１１ｂが配置されている。図示されてはいないが、基板１１ｂは、発光素子１１を発光させるために電力を供給するための配線が形成されている。

【0050】

本実施形態における発光素子１１は、ＬＥＤであるが、例えば、ＬＤや蛍光体等の他の発光素子であってもよく、これらの発光素子を混在させて配置しても構わない。また、本実施形態における光源支持体１０の形状は、Ｚ方向に見たときの外壁面１０ｂの形状が正八角形であるが、他の多角形状や円形状等であっても構わない。

【0051】

光源支持体１０の内側には、筒体１２が配置され、それぞれ端部１０ｅとは反対側、すなわち＋Ｚ方向に係る端部側において保持部材１３によって固定されている。筒体１２は、内壁面２０ａを構成する内筒体１２ａと外壁面３０ｂを構成する外筒体１２ｂとで構成されている。内筒体１２ａと外筒体１２ｂは、光源支持体１０の端部１０ｅ側で接続部材１２ｃによって接続され、内筒体１２ａと外筒体１２ｂとの間には、空隙１２ｓが設けられている。

【0052】

図１及び図２に示すように、光源支持体１０の内壁面１０ａと外筒体１２ｂとの間には、Ｚ方向に見たときに円環形状を呈し、発光素子１１から熱を吸収しながら冷却水Ｗ２が排水口１０ｈに向かうように＋Ｚ方向に通流される第一流路Ｆ１が形成されている。そして、内筒体１２ａの内側には、Ｚ方向に見たときに円形状を呈し、外部から供給された冷却媒体である冷却水Ｗ１が－Ｚ方向に通流される第二流路Ｆ２が形成されている。なお、本明細書では、冷却媒体が水であるものとして説明するが、冷却機能を有する流体である限り任意である。

【0053】

そして、筒体１２を構成する外筒体１２ｂには、光源支持体１０に向かって突出するように支持突起１２ｐが形成されている。図２に示すように、支持突起１２ｐは、光源支持体１０をＺ方向に見たときに、光源支持体１０の軸を中心とした周方向に等間隔に三つ形成されている。

【0054】

支持突起１２ｐは、冷却水（Ｗ１，Ｗ２）の通流や、熱膨張等によって、筒体１２に変形が生じた場合に、先端部だけを光源支持体１０の内壁面１０ａに接触させ、光源支持体１０の内壁面１０ａと外筒体１２ｂの外壁面３０ｂが広域にわたって直接接触してしまうことを防止する。つまり、支持突起１２ｐは、第一流路Ｆ１が、Ｚ方向に見たときに、光源支持体１０の軸からみて周方向において、一部は極端に広く、一部は極端に狭い状態、又は一部が閉じた状態とならないように筒体１２を支持する。

【0055】

なお、支持突起１２ｐは、いくつ配置されていてもよく、Ｚ方向に見たときに光源支持体１０の軸を中心として周方向において均等に配置されていなくても構わない。また、光源支持体１０や筒体１２に変形が生じていない静止状態においては、支持突起１２ｐの先端が光源支持体１０の内壁面１０ａに接触していても、接触していなくても構わない。さらに、支持突起１２ｐは、外筒体１２ｂから内筒体１２ａに向かって突出するよう形成されていても構わない。

【0056】

また、筒体１２は、内筒体１２ａから外筒体１２ｂに向かって突出するように空隙維持部１２ｑが形成されている。図２に示すように、空隙維持部１２ｑは、上述した支持突起１２ｐと同様に、光源支持体１０をＺ方向に見たときに、光源支持体１０の軸を中心とした周方向に等間隔に三つ形成されている。

【0057】

空隙維持部１２ｑは、冷却水（Ｗ１，Ｗ２）の通流や、熱膨張等によって、内筒体１２ａと外筒体１２ｂに変形が生じた場合に、先端部だけが外筒体１２ｂの内壁面３０ａに接触することで、空隙１２ｓを維持する。

【0058】

なお、空隙維持部１２ｑは、いくつ配置されていてもよく、Ｚ方向に見たときに光源支持体１０の軸を中心として周方向において均等に配置されていなくてもよく、支持突起１２ｐと同じ数形成されていなくてもよく、光源支持体１０の軸から見たときに、支持突起１２ｐと同じ径方向上に形成されていなくても構わない。

【0059】

また、光源支持体１０や筒体１２に変形が生じていない静止状態においては、先端が外筒体１２ｂの内壁面３０ａに接触していても、接触していなくても構わない。さらに、空隙維持部１２ｑは、外筒体１２ｂから内筒体１２ａに向かって突出するよう形成されていても構わない。

【0060】

さらに、筒体１２は、光源支持体１０の端部１０ｅ側では、光源支持体１０と離間して配置されるため、第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２は、光源支持体１０の端部１０ｅ側において連通している。以上の構成により、冷却水Ｗ１が給水口１３ａから第二流路Ｆ２に供給され、第二流路Ｆ２を－Ｚ方向に向かって通流した後、発光素子１１から熱を吸収しながら第一流路Ｆ１を＋Ｚ方向に向かって通流して、排水口１０ｈから冷却水Ｗ２として排水される。

【0061】

本発明の光照射装置１は、上記とは逆に、冷却水（Ｗ１，Ｗ２）を通流させても構わない。つまり、上記では給水口１３ａであった部分を排水口、排水口１０ｈであった部分を給水口として、冷却水Ｗ１が給水口から第一流路Ｆ１に供給され、発光素子１１から熱を吸収しながら第一流路Ｆ１を－Ｚ方向に向かって通流した後、第二流路Ｆ２を＋Ｚ方向に向かって通流し、排水口から冷却水Ｗ２として排水される構成でもよい。

【0062】

さらに、第一流路Ｆ１は、Ｚ方向に見たときの流路断面積が、第二流路Ｆ２よりも小さくなるように形成されている。図３は、図１の光照射装置１を、所定のＺ座標の位置においてＸＹ平面で切断したときの断面図である。Ｚ方向に見たときの流路断面積とは、図３においてハッチングで示すように、光照射装置１をＺ方向に直交するＸＹ平面において切断した時の、各流路（Ｆ１，Ｆ２）の断面積をいう。

【0063】

上述したように、第一流路Ｆ１の流路断面積を第二流路Ｆ２の流路断面積よりも小さくすることで、第二流路Ｆ２を流れる冷却水Ｗ１の流速に対して、第一流路Ｆ１を流れる冷却水Ｗ２の流速が速くなり、発光素子１１の冷却効率が向上される。

【0064】

本実施形態は、構成の一例として、図１に示すように、第一流路Ｆ１の外径φ１（光源支持体１０の内壁面１０ａの直径）を４５ｍｍ、第一流路Ｆ１の内径φ２（外筒体１２ｂの外壁面３０ｂの直径）を４０ｍｍ、第二流路Ｆ２の径φ３（内筒体１２ａの内壁面２０ａの直径）を２４ｍｍとした。

【0065】

このように構成することで、Ｚ方向に見たときのそれぞれの流路（Ｆ１，Ｆ２）の流路断面積は、第一流路Ｆ１が３３４ｍｍ²、第二流路Ｆ２が４５２ｍｍ²となり、Ｚ方向に見たときの第一流路Ｆ１の流路断面積が、第二流路Ｆ２の流路断面積よりも小さくなっている。なお、光照射装置１のＺ方向の長さは４ｍとした。

【0066】

ここで、光源支持体１０、内筒体１２ａ及び外筒体１２ｂは、全て同じ材料でなくても構わないが、冷却水（Ｗ１，Ｗ２）の漏れ防止のための溶接がしやすいことや電蝕が起こりにくい等の理由から、全て同じ材料で構成されていることが好ましい。また、さらに、光源支持体１０の材料は、第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２との間に介在する空気よりも熱伝導率が高い材料であればよく、上述したように、例えば、銅やステンレス鋼、チタン等を採用し得る。

【0067】

図４は、図１の光照射装置１を－Ｚ方向に見たときの側面図である。図５は、図１の光照射装置１の保持部材１３周辺の拡大図である。図４及び図５に示すように、保持部材１３は、給水口１３ａが形成されており、給水口１３ａの一部に、内筒体１２ａを支持し、内筒体１２ａと外筒体１２ｂとがＺ方向において摺動可能となるように、内筒体１２ａに当接するローラー１３ｂを備えている。また、保持部材１３は、上述したように、ある程度の弾力性を有する材料で形成されていることが好ましく、例えば、フッ素樹脂やポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂等を採用し得る。

【0068】

内筒体１２ａや外筒体１２ｂは、発光素子１１で発生する熱や、第一流路Ｆ１や第二流路Ｆ２を通流する冷却水（Ｗ１，Ｗ２）の熱によって加熱されることで熱膨張が発生する。特に、Ｚ方向においては、内筒体１２ａと外筒体１２ｂが、端部１０ｅ側で係合して固定されているため、保持部材１３によって内筒体１２ａと外筒体１２ｂをも固定してしまうと、内筒体１２ａと外筒体１２ｂは、Ｚ方向において独立して膨張や収縮ができなくなってしまう。

【0069】

したがって、内筒体１２ａと外筒体１２ｂにＺ方向における熱膨張差が生じると、接続部材１２ｃ、あるいは保持部材１３に対して大きな負荷がかかり、場合によっては、これらの部材が破損してしまうおそれがある。

【0070】

そこで、上記構成とすることで、内筒体１２ａと外筒体１２ｂは、Ｚ方向において摺動可能となり、Ｚ方向においてそれぞれ独立して膨張や収縮ができるようになる。つまり、内筒体１２ａと外筒体１２ｂにＺ方向における熱膨張差による接続部材１２ｃや保持部材１３に生じる負荷を軽減させることができる。

【0071】

以上の構成とすることで、光照射装置１は、第一流路Ｆ１を通流する冷却水Ｗ２から第二流路Ｆ２を通流する冷却水Ｗ１に対する熱の移動が抑えられ、冷却効率が向上される。また、支持突起１２ｐ及び空隙維持部１２ｑにより、流路（Ｆ１，Ｆ２）や、内筒体１２ａと外筒体１２ｂの間の空隙１２ｓの形状が維持されることで、光照射装置１全体にわたってムラなく発光素子１１を冷却することができる。

【0072】

さらに、本実施形態の光源支持体１０や筒体１２は、同一材料で一体構成として形成されるため、部材同士を連結する部分が少なく、Ｏリング等の冷却水（Ｗ１，Ｗ２）の漏れを防止する構造が不要となる。

【0073】

そして、熱膨張による接続部材１２ｃや保持部材１３への負荷も軽減され、これらの部材は、破損を生じるおそれが少なくなるため、メンテナンスに要する時間や労力が大幅に軽減された光照射装置１、あるいは定期的なメンテナンスを要しない光照射装置１を構成することができる。

【0074】

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

【0075】

〈１〉 図６は、光照射装置１の別実施形態の保持部材１３周辺の拡大図である。図６に示すように、保持部材１３は、内筒体１２ａと外筒体１２ｂとの間に生じるＺ方向における熱膨張差を緩和するために、内筒体１２ａを弾性部材１３ｃによって固定する構成としても構わない。

【0076】

上記構成とすることで、内筒体１２ａが弾性部材１３ｃによって支持され、内筒体１２ａと外筒体１２ｂにＺ方向における熱膨張差が生じても、接続部材１２ｃや保持部材１３に生じる負荷を緩和させることができる。なお、保持部材１３は、全体を弾性部材１３ｃで構成しても構わない。なお、弾性部材１３ｃは、上述したように、フッ素ゴムを含む合成ゴムやシリコーン樹脂等を採用し得る。

【0077】

〈２〉 筒体１２は、光源支持体１０（第一流路Ｆ１の外壁面）を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料による一体構成の部材であっても構わない。また、筒体１２の内筒体１２ａと外筒体１２ｂとの間の空隙１２ｓは、光源支持体１０（第一流路Ｆ１の外壁面）を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料で充填されていても構わない。

【0078】

このように構成することで、第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２との間に、光源支持体１０（第一流路Ｆ１の外壁面）を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料が介在するため、第二流路Ｆ２を通流する冷却水Ｗ２から第一流路Ｆ１を通流する冷却水Ｗ１への熱の伝搬が軽減される。なお、空隙１２ｓに充填する材料は、固体、液体、気体のいずれの材料であっても構わない。

【0079】

〈３〉 図７は、光照射装置１の別実施形態の保持部材１３周辺の拡大図である。図７に示すように、光源支持体１０と内筒体１２ａは、保持部材１３側において連結し、一体として構成されていても構わない。

【0080】

〈４〉 図８は、光照射装置１の別実施形態の模式的な側面断面図である。図９は、図８の光照射装置１を、所定のＺ座標の位置においてＸＹ平面で切断したときの断面図である。図８及び図９に示すように、筒体１２は、第一流路Ｆ１の外壁を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料で一体として構成されていても構わない。

【0081】

〈５〉 上述した光照射装置１が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。

【符号の説明】

【0082】

１ ： 光照射装置
１０ ： 光源支持体
１０ａ ： 光源支持体の内壁面
１０ｂ ： 光源支持体の外壁面
１０ｅ ： 端部
１０ｈ ： 排水口
１１ ： 発光素子
１１ｂ ： 基板
１２ ： 筒体
１２ａ ： 内筒体
１２ｂ ： 外筒体
１２ｃ ： 係合部材
１２ｐ ： 支持突起
１２ｑ ： 空隙維持部
１２ｓ ： 空隙
１３ ： 保持部材
１３ａ ： 給水口
１３ｂ ： ローラー
１３ｃ ： 弾性部材
２０ａ ： 内筒体の内壁面
２０ｂ ： 内筒体の外壁面
３０ａ ： 外筒体の内壁面
３０ｂ ： 外筒体の外壁面
１００ ： 光照射装置
１１０ ： 光源支持体
１１１ ： ＬＥＤ
１１２ ： 筒体
Ｆ１，Ｆ１０ ： 第一流路
Ｆ２，Ｆ２０ ： 第二流路
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ１０，Ｗ２０ ： 冷却水
φ１ ：第一流路の外径
φ２ ：第一流路の内径
φ３ ：第二流路の径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】