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JP5421799B2 - Ｌｅｄユニット - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤユニットに関するものである。
従来、紫外線の照射により硬化するインクを用いて対象物に印刷する印刷装置の後段に、対象物のインクを硬化させるために紫外線を照射する紫外線照射装置が設置されている。そして、紫外線照射装置には、近年、低消費電力化や長寿命化などを目的として、放電ランプなどの代わりにＬＥＤ（発光ダイオード）ユニットを光源として用いた構成が種々提案されている（特許文献１，２参照）。
このようなＬＥＤユニットは、通過する対象物の幅方向の長い範囲に紫外線を照射する必要があるため、その照射部は一般的に細長いライン状の形状、配置となる。例えば図１４（ａ）（ｂ）に示すように、１つのＬＥＤチップを内部に配置して内蔵レンズを通して紫外線を照射するＬＥＤモジュール１０１を一列に並設して、ライン状の配光特性としたものがある。なお図１４（ｃ）は、ＬＥＤユニット前方から見た幅方向Ｌ１の照射範囲に対する紫外線強度を示し、図１４（ｄ）は、ＬＥＤユニット側方から見た長さ方向Ｌ２の照射範囲に対する紫外線強度を示す。
実用新案登録第３１５１１３２号公報 特開２００５−２０３４８１号公報
ＬＥＤユニットには、紫外線照射強度の向上、照射強度分布の均一化の要望があり、多数のＬＥＤ素子を用いた高密度実装化が図られている。さらには、高密度実装化のために、１つのＬＥＤモジュールに複数のＬＥＤチップを内蔵したものや、ＬＥＤモジュールを複数列、複数行に配設して、面発光させたものもあった。
そして、さらなる紫外線照射強度の向上のために、例えば図１５（ａ）（ｂ）に示すように、図１４におけるＬＥＤモジュール１０１を複数列（図１５（ａ）（ｂ）では２列および３列の場合を例示する）に並設し、複数のＬＥＤモジュール１０１の各照射範囲を互いに重ね合わせることで、紫外線強度を向上させたものがある。しかしながら、複数のＬＥＤモジュール１０１の照射範囲を調整するために、各ＬＥＤモジュール１０１の照射方向を調整するブラケット等の取付部材を別途設ける必要があり、部品点数が多く構成が複雑になっていた。
また、ＬＥＤ素子は、素子自体の発熱によって発光効率が低下するため、高密度実装されたＬＥＤ素子の温度上昇を抑制するための放熱手段を設ける必要がある。例えば上記図１４，図１５に示す構成では、金属製の放熱部材（図示なし）などを用いた空冷構造を採用している。また、他の放熱手段として冷媒を用いた水冷構造を採用したＬＥＤモジュールも提案されている。
しかしながら、放熱手段を具備しながら、紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を簡易な構成で実現したＬＥＤユニットは、未だになかった。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱手段を具備しながら、紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を簡易な構成で実現するＬＥＤユニットを提供することにある。
請求項１の発明は、一面を開口したパッケージ内に紫外線を発するＬＥＤチップを配置し、パッケージの前記開口にレンズを覆設した複数のＬＥＤモジュールと、複数のＬＥＤモジュールが第１の方向に配列実装される基板状の基台ブロックと、複数の基台ブロックが第１の方向に対して直交する第２の方向に並べて配置される放熱部材とを備え、放熱部材は、各基台ブロックを配置する面を傾斜面で形成し、第２の方向において複数に分割され、当該分割された各放熱部材の傾斜面に基台ブロックが配置され、複数の基台ブロックのうち第２の方向の一方側に並ぶ基台ブロックを配置する各傾斜面と、複数の基台ブロックのうち第２の方向の他方側に並ぶ基台ブロックを配置する各傾斜面とは、互いに対向する方向に傾斜し、放熱部材のそれぞれは、第１の方向に沿って冷媒が流れる流路を有し、放熱部材のそれぞれの流路は、第２の方向において所定間隔を隔てて互いに平行に形成されることを特徴とする。
この発明によれば、放熱手段を具備しながら、紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を簡易な構成で実現できる。而して、ＬＥＤモジュールの数を低減させながら、紫外線硬化インクの十分な硬化特性を得ることができ、さらには各傾斜面の傾斜角によって、紫外線照射強度および照射強度分布を所望の特性に設定できる。また、分割した放熱部材毎に適切な放熱制御が可能となる。また、放熱部材の延長数を調整することで、所望の照射範囲を実現できる。さらに、放熱部材の形状、サイズ、取付方法等を標準化することにより、コストダウンを図りながら、様々な仕様のＬＥＤユニットに対応できる。
請求項２の発明は、請求項１において、前記レンズは、前記パッケージに直接接合することを特徴とする。
この発明によれば、ＬＥＤモジュールからなる光学系の構成を簡単化できる。
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記ＬＥＤモジュールは、前記パッケージの開口に第１のレンズを覆設し、各ＬＥＤモジュールから発せられる紫外線の経路上に第２のレンズを配置したことを特徴とする。
この発明によれば、第２のレンズを用いることで、ＬＥＤモジュールの第１のレンズから放射された紫外線の配光をさらに制御して光学系の最適化を図り、照射効率の向上を図ることができる。
請求項４の発明は、請求項３において、前記第２のレンズはシリンドリカルレンズで構成され、第１の方向に互いに隣接する複数のＬＥＤモジュールに対応して１つのシリンドリカルレンズが配置されることを特徴とする。
この発明によれば、第１の方向における紫外線の照射強度分布がさらに均一化され、配光制御が簡単になる。
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記各基台ブロックに配列実装されたＬＥＤモジュールは、第２の方向の少なくとも一方側または他方側に隣接する基台ブロックに実装されたＬＥＤモジュールと、第１の方向において千鳥配置に構成されることを特徴とする。
この発明によれば、第１の方向における紫外線の照射強度分布がさらに均一化され、配光制御が簡単になる。
請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、前記第１の方向に配列実装された複数のＬＥＤモジュールは、発する紫外線の波長が列毎に異なることを特徴とする。
この発明によれば、列毎の調光制御を行うことによって、波長毎の紫外線照射強度および照射強度分布の調整を容易に行うことが可能となる。而して、印刷条件（印刷速度、インク量等）に応じてインクの選択肢が増え、インク代のコストダウンが可能となる。
請求項７の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、前記ＬＥＤモジュールは、第１の方向の同列内に配列実装された他のＬＥＤモジュールのうち少なくとも１つが発する紫外線の波長とは異なる波長の紫外線を発することを特徴とする。
この発明によれば、波長毎の調光制御を行うことによって、波長毎の紫外線照射強度および照射強度分布の調整を容易に行うことが可能となる。而して、印刷条件（印刷速度、インク量等）に応じてインクの選択肢が増え、インク代のコストダウンが可能となる。また、同列内で発光波長の異なるＬＥＤモジュールを配列実装しているので、列数（傾斜面の数）の多少に関わらず、複数波長混合が可能となる。
以上説明したように、本発明では、放熱手段を具備しながら、紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を簡易な構成で実現することができるという効果がある。また、分割した放熱部材毎に適切な放熱制御が可能となる。また、放熱部材の延長数を調整することで、所望の照射範囲を実現できる。さらに、放熱部材の形状、サイズ、取付方法等を標準化することにより、コストダウンを図りながら、様々な仕様のＬＥＤユニットに対応できる。
（ａ）（ｂ）実施形態１のＬＥＤユニットの構成を示す平面図である。 同上のＬＥＤモジュールの構成を示す斜視図である。 同上のＬＥＤモジュールの構成を示す分解斜視図である。 （ａ）（ｂ）同上のＬＥＤモジュールの構成を示す側面図である。 （ａ）（ｂ）実施形態２のＬＥＤユニットの構成を示す平面図である。 （ａ）（ｂ）実施形態３のＬＥＤユニットの構成を示す平面図である。 実施形態４の光学系を示す概略構成図である。 （ａ）（ｂ）同上のＬＥＤユニットの構成を示す平面図である。 実施形態５のＬＥＤユニットの構成の一部を示す平面図である。 同上のＬＥＤユニットの別の構成を示す平面図である。 実施形態６のＬＥＤユニットの構成を示す平面図である。 実施形態７のＬＥＤユニットの構成を示す平面図である。 同上のＬＥＤユニットの別の構成を示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）従来のＬＥＤユニットの概略を示す図である。 （ａ）（ｂ）従来のＬＥＤユニットの概略を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態１）
紫外線の照射により硬化するインクを用いて対象物に印刷する印刷装置の後段に、対象物のインクを硬化させるために紫外線を照射する紫外線照射装置がある。本実施形態のＬＥＤユニットは、このような紫外線照射装置に用いられるものであり、図１（ａ）（ｂ）に示すように、複数のＬＥＤモジュール１を基台ブロック２に配列実装し、２つの基台ブロック２を放熱部材３に並べて配置して構成される。
ＬＥＤモジュール１は、図２、図３に示すように、ＬＥＤチップ１１と、ＬＥＤチップ１１を収納するパッケージ１２と、パッケージ１２の開口に覆設するレンズ１３とで構成されている。パッケージ１２は、上面にＬＥＤチップ１１をＡｕＳｎ接合したサブマウント基板１２ａと、ＬＥＤチップ１１を囲むようにサブマウント基板１２ａの上面にＡｕＳｎ接合した枠体１２ｂとで構成される。サブマウント基板１２ａは、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）で形成されており、その両面はＡｕ（金）めっきされ、さらに枠体１２ｂに対向する上面は環状にＡｕＳｎ（金すず）めっきされている（図３中のＲ領域）。枠体１２ｂは、絶縁性材料のなかでも比較的熱伝導率が高く、ＡｌＮと熱膨張率が近いＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）等で形成されており、その上面はＡｕめっきされ、さらにサブマウント基板１２ａに対向する下面には環状のＡｕＳｎめっきが施されている。そして、レンズ１３は、光学ガラスで形成されて、枠体１２ｂの円状の開口周縁にＡｕＳｎ接合し、枠体１２の開口周縁に対向して環状のＡｕめっきが施されている。そして、上記各部に施したＡｕＳｎめっきによって、サブマウント基板１２ａ、枠体１２ｂ、光学ガラス１３が互いにＡｕＳｎ接合される。なお、サブマウント基板１２ａはＡｌＮ以外で形成されてもよく、枠体１２ｂもＡｌ２Ｏ３以外で形成されてもよい。さらにサブマウント基板１２ａと枠体１２ｂとは一体構成であってもよい。
ＬＥＤチップ１１は、例えば、紫外領域にピーク波長を有する紫外線ＬＥＤチップであり、ＬＥＤチップ１１のアノードはボンディングワイヤＷを導出して、サブマウント基板１２ａ（または枠体１２ｂ）上面のＡｕめっきにダイボンドにより接続され、カソードもボンディングワイヤＷを導出して、枠体１２ｂ（またはサブマウント基板１２ａ）上面のＡｕめっきにワイヤボンドにより接続されている。つまり、ＬＥＤチップ１１のアノードはサブマウント基板１２ａ上面の金めっき部分（アノード電極Ｐａ）に電気的に接続され、カソードは枠体１２ｂ上面の金めっき部分（カソード電極Ｐｋ）に電気的に接続されている。したがって、アノード電極Ｐａおよびカソード電極Ｐｋをパッケージ１２の上下層で構成できるため、パッケージ１２のコンパクト化を図ることができる。なお、ＬＥＤチップ１１のアノードを枠体１２ｂ上面の金めっき部分に電気的に接続し、カソードをサブマウント基板１２ａ上面の金めっき部分に電気的に接続してもよい。
ところで、サブマウント基板１２ａは、ＬＥＤチップ１１と同等の線膨張率を有するＡｌＮで形成されて、ＬＥＤチップ１１と放熱部材３との間に介在しており、ＬＥＤチップ１１と放熱部材３との熱膨張差に起因するＬＥＤチップ１１への応力を低減するとともに、ＬＥＤチップ１１の発熱をすばやく横方向に広げ、かつ縦方向に伝達する熱拡散機能を有しており、熱抵抗が低減されている。
なお、上述のＬＥＤモジュール１は、図４（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュール１のレンズ１３をパッケージ１２に直接接合し（例えば、ＡｕＳｎ接合、接着剤による接合等）、パッケージ１２とレンズ１３とを一体化したものである。したがって、ＬＥＤモジュール１からなる光学系の構成を簡単化できる。また、図４（ｂ）に示すように、パッケージ１２の開口に接合したガラス製のカバー１４を設け、このカバー１４にレンズ１３を接合することで、カバー１４を介してパッケージ１２とレンズ１３とを一体化してもよい。
次に、基台ブロック２は、矩形状の基板で形成され、その表面には複数のＬＥＤモジュール１が長手方向（第１の方向）に一定間隔で並んで配置されている。基台ブロック２にＬＥＤモジュール１を取り付けるには、基台ブロック２の表面にＬＥＤモジュール１のサブマウント基板１２ａの下面をはんだ付けや接着剤等によって直接接合する。したがって、ＬＥＤモジュールをねじ留め固定するためのねじ孔をＬＥＤモジュール１に設ける必要がなく、ＬＥＤモジュール１を小型化することができ、ＬＥＤモジュール１の高密度実装が可能となる。
また、ＬＥＤモジュール１を基台ブロック２に接合する手段としては、熱伝導性接着剤を用いてもよい。この熱伝導性接着剤は、固着機能を有するエポキシ等の樹脂と導電機能を有する銀等の金属（導電性フィラー）とを混合して熱伝導率の高い性質を有する導電性接着剤、または絶縁性の高い材料から形成されて熱伝導率の高い性質を有する絶縁性接着剤を用いる。
次に、放熱部材３は、直方体状の銅プレートで形成され、ＬＥＤモジュール１を配列実装した基台ブロック２を２列に短手方向（第２の方向）に並べて配置するための２つの傾斜面３０を一面に有している。傾斜面３０は、放熱部材３の長手方向に沿った矩形状で、放熱部材３の短手方向の両側に各々形成されており、この２つの傾斜面３０は、互いに対向する方向に傾斜している。すなわち、図１（ｂ）において左側の傾斜面３０は時計回りに回転する方向に傾斜し、右側の傾斜面３０は反時計回りに回転する方向に傾斜している。
各傾斜面３０は、長手方向の両端にねじ孔３５を各々穿設しており、基台ブロック２の長手方向の両端に穿設した挿通孔２１を挿通したねじ（図示なし）がねじ孔３５に螺合することによって、基台ブロック２が各傾斜面３０に取り付けられる。なお、基台ブロック２を傾斜面３０に取り付ける方法は、ねじ固定以外に接着剤等を用いる方法であってもよい。
基台ブロック２に実装されたＬＥＤモジュール１は、当該基台ブロック２が配置されている傾斜面３０の傾斜角によって紫外線の照射方向が決定され、当該傾斜角は紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を図るように設定される。そこで本実施形態では、両傾斜面３０において放熱部材３の短手方向に対向する一対のＬＥＤモジュール１による紫外線の照射範囲が、少なくともその一部が重なるように、２つの傾斜面３０の各傾斜角が設定されている。したがって、紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を図ることが可能となり、ＬＥＤモジュール１の数を低減させながら、インクの十分な硬化特性を得ることができる。さらには２つの傾斜面３０の各傾斜角によって、紫外線照射強度および照射強度分布を所望の特性に設定できる。なお、２つの傾斜面３０の各傾斜角は、互いに同一値でもよいし、または互いに異なる値であってもよい。
さらに、放熱部材３に傾斜面３０を設けることで、放熱部材３が、ＬＥＤモジュール１の放熱手段と、ＬＥＤモジュール１の照射方向設定手段との両方の機能を兼ねている。したがって、各ＬＥＤモジュール１の照射方向を調整するブラケット等の取付部材を別途設ける必要がなく、部品点数を抑制して構成が簡単になる。
また、図１（ａ）（ｂ）では、放熱部材３の両傾斜面３０間の平面領域（傾斜角０度の領域）にＬＥＤモジュール１を実装していない。しかし、両傾斜面３０間の平面領域に基台ブロック２を設けて、ＬＥＤモジュール１を実装する構成も可能である。
また、放熱部材３は、ＬＥＤチップ冷却用の冷媒の複数（図示例では２つ）の流路３１，３２を内部に備えている。流路３１，３２は、断面が略矩形状に形成され、それぞれの長さ方向が同方向（放熱部材３の長手方向）となるとともに、その長さ方向に直交する方向（放熱部材３の短手方向）において、所定間隔を隔てて平行するように放熱部材３に形成されている。流路３１，３２に流す冷媒としては、水、シリコーン樹脂等の周知のものを用いる。流路３１，３２は、２つの基台ブロック２に各々対向して形成されており、ＬＥＤモジュール１で発生した熱は、サブマウント基板１２ａおよび基台ブロック２および放熱部材３を通じて、流路３１，３２を通る冷媒に伝熱されるようになっている。ここで、サブマウント基板１２ａの下面はアノード電極Ｐａおよびカソード電極Ｐｋに対して電気的に絶縁されているため、放熱経路の絶縁性が確保されている。また、サブマウント基板１２ａの両面に施されたＡｕめっきと上記熱拡散機能とによって熱抵抗が低減されており、放熱効率が向上している。なお、流路３１，２１の断面形状は、矩形状に限定されず、円形状等の他の形状であってもよい。
ところで、冷媒は、流路３１，３２を通る際に熱を吸収するため、流路３１，３２を通った後に比べれば、流路３１，３２を通る前のほうが温度は低い。したがって、流路における冷媒流入口側では冷却効率が相対的に高く、冷媒流出口側では冷却効率が相対的に低くなり、その結果、冷媒流出口側にいけばいくほどＬＥＤチップ１１の発光効率が悪くなる。
そこで、本実施形態では、流路３１には放熱部材３の長手方向一端側（図１（ａ）における上側）から冷媒を流入させ、流路３２には放熱部材３の長手方向他端側（図１（ａ）における下側）から冷媒を流入させることによって、流路３１における冷媒の流動方向と流路３２における冷媒の流動方向とを逆向きにしている。つまり、隣り合う流路３１，３２における冷媒の流動方向は互いに逆方向となっている。
このようにすれば、流路３１においては、放熱部材３の長手方向他端側よりも長手方向一端側のほうが冷媒の温度が低くなるのに対し、流路３２においては、放熱部材３の長手方向一端側よりも長手方向他端側のほうが冷媒の温度が低くなり、放熱部材３全体としては、冷媒の温度分布が均一となる。したがって、冷媒流出口側の冷媒が冷媒流入口側の冷媒よりも高温となることに起因する放熱部材３における温度分布の不均一を軽減することができ、ＬＥＤモジュール１のＬＥＤチップ１１が放射する光の輝度が偏ってしまうことを防止できる。なお、本実施形態における流路の数は一例であり、流路の数は２本より多くてもよい。
このように、本実施形態のＬＥＤユニットは、放熱部材３に傾斜面３０を設けることによって、複数のＬＥＤモジュール１による紫外線照射強度および照射強度分布を所望の特性に設定可能としている。したがって、放熱手段を具備しながら、紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を簡易な構成で実現することができる。
また、基台ブロック２の表面には、端子台４が、配列実装された複数のＬＥＤモジュール１に並行して、基台ブロック２の長手方向に沿って実装されている。端子台４には、図示しない直流電源からの正・負の各電源線が接続され、各ＬＥＤモジュール１のパッケージ１２に形成したアノード電極Ｐａおよびカソード電極Ｐｋからボンディングワイヤ５を導出して、端子台４の正・負電圧にワイヤボンディング接続することによって、複数のＬＥＤモジュール１が直流電源に対して並列接続される。また、複数のＬＥＤモジュール１を直流電源に対して直列接続することも可能である。
なお、ＬＥＤモジュール１のアノード電極Ｐａおよびカソード電極Ｐｋと端子台４との間の接続は、上記ワイヤボンディング接続に限定されず、他の接続形態であってもよい。例えば、基台ブロック２と端子台４とを一体形成して、ＬＥＤモジュール１のアノード電極Ｐａおよびカソード電極Ｐｋと端子台４との間を、基台ブロック２−端子台４間に形成した配線パターンで接続する構成であってもよい。さらに、端子台４には、ツェナダイオード、コンデンサ等の電子部品を必要に応じて実装してもよい。
このように、放熱部材３にＬＥＤモジュール１および端子台４を実装することによって、ＬＥＤモジュール１の電源への接続を容易に行うことができ、作業性が向上する。
（実施形態２）
本実施形態のＬＥＤユニットは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、複数のＬＥＤモジュール１を配列実装した４つの基台ブロック２を放熱部材３に並べて配置して構成される。したがって、対象物の幅方向の長い範囲に紫外線を照射するとともに、対象物の長さ方向における照射範囲も広げている。
本実施形態の放熱部材３は、直方体状の銅プレートで形成され、ＬＥＤモジュール１を配列実装した基台ブロック２を４列に長手方向に並べて実装するための２つの傾斜面３０ａおよび２つの傾斜面３０ｂを一面に有した支持基台として機能する。
傾斜面３０ａは、放熱部材３の長手方向に沿った矩形状で、放熱部材３の短手方向の中央側に並んで各々形成されており、この２つの傾斜面３０ａは、互いに対向する方向に傾斜している。さらに、傾斜面３０ｂは、放熱部材３の長手方向に沿った矩形状で、放熱部材３の短手方向の両側に各々形成されており、この２つの傾斜面３０ｂは、互いに対向する方向に傾斜している。すなわち、図５（ｂ）において左側の傾斜面３０ａ，３０ｂは時計回りに回転する方向に傾斜し、右側の傾斜面３０ａ，３０ｂは反時計回りに回転する方向に傾斜している。すなわち、放熱部材３の短手方向の一方側の傾斜面３０ａ，３０ｂと、放熱部材３の短手方向の他方側の傾斜面３０ａ，３０ｂとは、互いに対向する方向に傾斜している。
各傾斜面３０ａ，３０ｂは、放熱部材３の長手方向の両端にねじ孔３５を各々穿設しており、基台ブロック２の長手方向の両端に穿設した挿通孔２１を挿通したねじ（図示なし）がねじ孔３５に螺合することによって、１つの基台ブロック２が１つの傾斜面３０ａまたは３０ｂに取り付けられる。
基台ブロック２に実装されたＬＥＤモジュール１は、当該基台ブロック２が配置されている傾斜面３０ａまたは３０ｂの傾斜角によって紫外線の照射方向が決定される。そして、両傾斜面３０ａにおいて放熱部材３の短手方向に対向する一対のＬＥＤモジュール１による紫外線の照射範囲が、少なくともその一部が重なるように、２つの傾斜面３０ａの各傾斜角が設定されている。さらに、各傾斜面３０ｂ上のＬＥＤモジュール１による紫外線の照射範囲は、放熱部材３の短手方向に隣接する傾斜面３０ａ上のＬＥＤモジュール１による紫外線の照射範囲と少なくともその一部が重なるように、傾斜面３０ｂの各傾斜角が設定されている。したがって、紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を図るとともに、対象物の長さ方向における照射範囲も広げることが可能となる。さらには、傾斜面３０ａ，３０ｂの各傾斜角によって、紫外線照射強度および照射強度分布を所望の特性に設定できる。なお、各傾斜面３０ａ，３０ｂの各傾斜角は、互いに同一値でもよいし、または互いに異なる値であってもよい。
さらに、放熱部材３に傾斜面３０ａ，３０ｂを設けることで、放熱部材３が、ＬＥＤモジュール１の放熱手段と、各ＬＥＤモジュール１の照射方向設定手段との両方の機能を兼ねている。したがって、各ＬＥＤモジュール１の照射方向を調整するブラケット等の取付部材を別途設ける必要がなく、部品点数を抑制して構成が簡単になる。
また、図５（ａ）（ｂ）では、放熱部材３の両傾斜面３０ａ間の平面領域（傾斜角０度の領域）にＬＥＤモジュール１を実装していない。しかし、両傾斜面３０ａ間の平面領域に基台ブロック２を設けて、ＬＥＤモジュール１を実装する構成も可能である。
そして、放熱部材３には、４つの基台ブロック２に各々対向して流路３１〜３４が形成されており、ＬＥＤモジュール１で発生した熱は、サブマウント基板１２ａおよび基台ブロック２および放熱部材３を通じて、流路３１〜３４を通る冷媒に伝熱されるようになっている。
さらに、本実施形態では、流路３１，３４には放熱部材３の長手方向一端側（図５（ａ）における上側）から冷媒を流入させ、流路３２，３３には放熱部材３の長手方向他端側（図５（ａ）における下側）から冷媒を流入させることによって、流路３１，３４における冷媒の流動方向と流路３２，３３における冷媒の流動方向とを逆向きにしている。つまり、流路３１，３４と流路３２，３３における冷媒の流動方向は互いに逆方向となっている。
このようにすれば、流路３１，３４においては、放熱部材３の長手方向他端側よりも長手方向一端側のほうが冷媒の温度が低くなるのに対し、流路３２，３３においては、放熱部材３の長手方向一端側よりも長手方向他端側のほうが冷媒の温度が低くなり、放熱部材３全体としては、冷媒の温度分布が均一となる。したがって、冷媒流出口側の冷媒が冷媒流入口側の冷媒よりも高温となることに起因する放熱部材３における温度分布の不均一を軽減することができ、ＬＥＤモジュール１のＬＥＤチップ１１が放射する光の輝度が偏ってしまうことを防止できる。なお、本実施形態における流路の数は一例であり、流路の数は４本より多くてもよい。
このように、本実施形態のＬＥＤユニットは、放熱部材３に傾斜面３０ａ，３０ｂを設けることによって、複数のＬＥＤモジュール１による紫外線照射強度および照射強度分布を所望の特性に設定可能としたので、放熱手段を具備しながら、紫外線照射強度の向上および照射強度分布の均一化を簡易な構成で実現することができる。
また、放熱部材３の一面には、各基台ユニット２の長手方向に沿って端子台４が実装されており、実施形態１と同様に、複数のＬＥＤモジュール１が端子台４を介して直流電源に対して並列接続される。
なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して、説明は省略する。
（実施形態３）
本実施形態のＬＥＤユニットは、図６（ａ）（ｂ）に示すように、実施形態２の放熱部材３をその短手方向において複数に分割したものであり、当該分割された各放熱部材の傾斜面に基台ブロックが配置される。
本実施形態では、直方体状の放熱部材３Ａと、放熱部材３Ａの短手方向の両側に取り付けられる直方体状の放熱部材３Ｂ，３Ｃとで放熱部材３を構成している。
放熱部材３Ａは、互いに対向する方向に傾斜した２つの傾斜面３０ａを短手方向の両側に形成しており、ＬＥＤモジュール１を配列実装した基台ブロック２が各傾斜面３０ａに配置される。
放熱部材３Ｂ，３Ｃは、放熱部材３Ａの長辺部側面に取り付けられ、放熱部材３Ｂ，３Ｃに形成された傾斜面３０ｂは、互いに対向する方向に傾斜し、ＬＥＤモジュール１を配列実装した基台ブロック２が各傾斜面３０ｂに配置される。放熱部材３Ｂ，３Ｃは、半田付け、熱伝導性接着剤、係止部材、嵌合部材等を用いて放熱部材３Ａに取り付けられる。
このように、放熱部材３を放熱部材３Ａ，３Ｂ，３Ｃに分割し、分割した各放熱部材３Ａ，３Ｂ，３Ｃに基台ブロック２を配置することで、放熱部材毎に適切な放熱制御が可能となる。
さらに、放熱部材３Ｂ，３Ｃの外側にも、図示しない放熱部材を取付可能であり、例えば基台ブロック２を６列以上配置することも可能である。すなわち、対象物の長さ方向における照射範囲に応じて、放熱部材の延長数を調整することで、所望の照射範囲を実現できる。また、放熱部材の形状、サイズ、取付方法等を標準化することにより、コストダウンを図りながら、様々な仕様のＬＥＤユニットに対応できる。
なお、実施形態２と同様の構成には同一の符号を付して、説明は省略する。
（実施形態４）
本実施形態のＬＥＤユニットは、図７に示すように、実施形態１乃至３いずれかにおいて、ＬＥＤモジュール１の紫外線照射経路上にレンズ６（第２のレンズ）を配置して光学系を構成している。レンズ６は、ＬＥＤモジュール１のレンズ１３（第１のレンズ）から放射された紫外線の配光をさらに制御する機能を有しており、光学系の最適化を図って、照射効率の向上を図ることができる。
レンズ６として、シリンドリカルレンズ６ａを用いる例を図８（ａ）（ｂ）に示す。シリンドリカルレンズ６ａは、弧状の一方向のみに曲率を持ち、当該一方向に直交する他方では曲率を持たない円筒を略半分に割った外観を有している。図８（ａ）（ｂ）では、複数のＬＥＤモジュール１の紫外線照射経路毎に１つのシリンドリカルレンズ６ａを配置し、各シリンドリカルレンズ６ａは、軸方向の端面を互いに接続して、放熱部材３の長手方向に連接されている。シリンドリカルレンズ６ａに入射した光は、曲率に沿った一方向に対してはレンズとして作用し、曲率を持たない他方向に対しては平面硝子と同様に作用する。このようなシリンドリカルレンズ６ａを用いることによって、対象物の幅方向（放熱部材３の長手方向）における紫外線の照射強度分布がさらに均一化され、配光制御が簡単になる。
またシリンドリカルレンズ６ａは、図８（ａ）（ｂ）に示す円筒を略半分に割った形状以外でもよく、例えば断面が略楕円状であってもよい。
なお、実施形態１乃至３と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
（実施形態５）
本実施形態のＬＥＤユニットは、実施形態２のＬＥＤユニットにおいて、図９のように隣接する傾斜面３０ａ，３０ｂの各々に配置されている基台ブロック２を長手方向に互いにずらして配設している。而して、互いに隣接する傾斜面３０ａ，３０ｂの各々に実装されているＬＥＤモジュール１が、放熱部材３の長手方向に沿って千鳥配置されている。このようなＬＥＤモジュール１の千鳥配置によって、一方の列（傾斜面）に実装された１つのＬＥＤモジュール１の照射範囲は、他方の列（傾斜面）に実装された隣接する２つのＬＥＤモジュール１の照射範囲と、その一部が重なるように設定されている。したがって、対象物の幅方向（放熱部材３の長手方向）における紫外線の照射強度分布がさらに均一化され、配光制御が簡単になる。
また、図１０に示すように、実施形態１のＬＥＤユニットにおいて、複数のＬＥＤモジュール１の紫外線照射経路毎に１つのシリンドリカルレンズ６ａを配置した場合は、以下のように構成してもよい。一方の傾斜面３０に対向するシリンドリカルレンズ６ａと、他方の傾斜面３０に対向するシリンドリカルレンズ６ａとを、長手方向に互いにずらして配置する。而して、一方の傾斜面３０に対向するシリンドリカルレンズ６ａと、他方の傾斜面３０に対向するシリンドリカルレンズ６ａとは、各照射範囲が互いに長手方向にずれる。このようにシリンドリカルレンズ６ａの配置をずらすことによって、ＬＥＤモジュール１の配光制御を容易に行うことができる。例えば、ＬＥＤモジュール１による照射強度分布をより均一化することも容易に可能となる。
なお、実施形態１乃至４と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
（実施形態６）
本実施形態のＬＥＤユニットは、実施形態２のＬＥＤユニットにおいて、各列に配列実装したＬＥＤモジュール１の発光波長（ＬＥＤチップ１１の発光波長）を互いに異なる波長に設定したものである。
実施形態２のＬＥＤユニット（図５参照）では、外側の２つの傾斜面３０ｂに配置したＬＥＤモジュール１よりも、内側の２つの傾斜面３０ａに配置したＬＥＤモジュール１による照射強度のほうが高くなる傾向がある。そこで、本実施形態では、ＬＥＤモジュール１を傾斜面毎にグループ化し、グループ毎にＬＥＤモジュール１の発光波長を設定したものである。
図１１では、内側の２つの傾斜面３０ａに配置したＬＥＤモジュール１を傾斜面毎にグループＧ１，Ｇ２とし、外側の２つの傾斜面３０ｂに配置したＬＥＤモジュール１を傾斜面毎にグループＧ３，Ｇ４とする。そして、内側のグループＧ１，Ｇ２に属するＬＥＤモジュール１の発光波長は３６５ｎｍに設定し、外側のグループＧ３，Ｇ４に属するＬＥＤモジュール１の発光波長は３８５ｎｍに設定した２波長混合の構成とする。この場合、外側の傾斜面３０ｂに配置された発光モジュール１（グループＧ３，Ｇ４）は、内側の傾斜面３０ａに配置された発光モジュール１（グループＧ１，Ｇ２）に比べて、長波長の紫外線を発するものが用いられる。
そして、グループ毎（列毎）にＬＥＤモジュール１の調光制御（ＬＥＤ電流制御）を行うことで、紫外線の各波長の比率を制御することができる。すなわち、波長毎の紫外線照射強度および照射強度分布の調整を容易に行うことが可能となる。而して、印刷条件（印刷速度、インク量等）に応じてグループ毎の調光制御を行うことによって、インクの選択肢が増え、インク代のコストダウンが可能となる。
さらに、上記のように２波長混合だけでなく、４波長混合としてもよい。例えば、隣接しているグループＧ３，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ４の順に、３９５ｎｍ，３６５ｎｍ，３７５ｎｍ，３８５ｎｍの発光モジュール１が配置される。この場合も、左側の［Ｇ１，Ｇ３］、右側の［Ｇ２，Ｇ４］の各組み合わせにおいても、内側の傾斜面３０ａに配置された発光モジュール１に比べて、外側の傾斜面３０ｂに配置された発光モジュール１には長波長の紫外線を発するものが用いられる。すなわち、左側の［Ｇ１，Ｇ３］、右側の［Ｇ２，Ｇ４］の各組み合わせでも、照射強度のバランスをとっている。
したがって、波長毎の紫外線照射強度および照射強度分布の調整をより細かく行うことが可能となり、より細かな印刷条件（印刷速度、インク量等）に対応して、インクの選択肢が増え、インク代のコストダウンが可能となる。
なお、本実施形態における各ＬＥＤモジュール１の発光波長３６５ｎｍ，３７５ｎｍ，３８５ｎｍ，３９５ｎｍは一例であり、他の発光波長を採用してもよい。
（実施形態７）
本実施形態のＬＥＤユニットは、実施形態２のＬＥＤユニットにおいて、各傾斜面の短手方向に隣接する４つのＬＥＤモジュール１を１グループとし、グループ毎にＬＥＤモジュール１の発光波長を設定したものである。
図１２では、各傾斜面の短手方向に隣接する４つのＬＥＤモジュール１を１グループとして、２つのグループＧ１，Ｇ２に分割している。グループＧ１のＬＥＤモジュール１は、発光波長を３６５ｎｍに設定し、グループＧ２のＬＥＤモジュール１は、発光波長を３８５ｎｍに設定した２波長混合の構成とする。
そして、グループ毎にＬＥＤモジュール１の調光制御（ＬＥＤ電流制御）を行うことで、紫外線の各波長の比率を制御することができる。すなわち、波長毎の紫外線照射強度および照射強度分布の調整を容易に行うことが可能となる。而して、印刷条件（印刷速度、インク量等）に応じてグループ毎の調光制御を行うことによって、インクの選択肢が増え、インク代のコストダウンが可能となる。また、同列内で発光波長の異なるＬＥＤモジュール１を配列実装しているので、列数（傾斜面の数）の多少に関わらず、複数波長混合が可能となる。
さらに、上記のように２波長混合だけでなく、４波長混合としてもよい。例えば図１３に示すように、各傾斜面の短手方向に隣接する４つのＬＥＤモジュール１を１グループとして、４つのグループＧ１〜Ｇ４に分割する。グループＧ１のＬＥＤモジュール１は、発光波長を３６５ｎｍに設定し、グループＧ２のＬＥＤモジュール１は、発光波長を３９５ｎｍに設定し、グループＧ３のＬＥＤモジュール１は、発光波長を３７５ｎｍに設定し、グループＧ４のＬＥＤモジュール１は、発光波長を３８５ｎｍに設定する。
したがって、波長毎の紫外線照射強度および照射強度分布の調整をより細かく行うことが可能となり、より細かな印刷条件（印刷速度、インク量等）に対応して、インクの選択肢が増え、インク代のコストダウンが可能となる。
上記図１２，図１３の例では、各傾斜面の短手方向に隣接する４つのＬＥＤモジュール１を１グループとしている。しかし、各傾斜面の短手方向に隣接しているか否かに関わらず、１つのＬＥＤモジュール１を各傾斜面から選択して、当該選択した複数のＬＥＤモジュールを１グループとしてもよい。この場合、放熱部材３の長手方向で波長分布の偏りが発生することなく、照射強度分布は、より均一化される。
なお、本実施形態における各ＬＥＤモジュール１の発光波長３６５ｎｍ，３７５ｎｍ，３８５ｎｍ，３９５ｎｍは一例であり、他の発光波長を採用してもよい。
また、上記各実施形態において放熱部材３を銅プレートで構成しているが、放熱部材３をアルミ等の他の材質で構成してもよい。
１ ＬＥＤモジュール
１１ ＬＥＤチップ
１２ パッケージ
１３ レンズ
２ 基台ブロック
３ 放熱部材
３０ 傾斜面
４ 端子台
５ ボンディングワイヤ

Claims (7)

  1. 一面を開口したパッケージ内に紫外線を発するＬＥＤチップを配置し、パッケージの前記開口にレンズを覆設した複数のＬＥＤモジュールと、複数のＬＥＤモジュールが第１の方向に配列実装される基板状の基台ブロックと、複数の基台ブロックが第１の方向に対して直交する第２の方向に並べて配置される放熱部材とを備え、
    放熱部材は、各基台ブロックを配置する面を傾斜面で形成し、第２の方向において複数に分割され、当該分割された各放熱部材の傾斜面に基台ブロックが配置され、複数の基台ブロックのうち第２の方向の一方側に並ぶ基台ブロックを配置する各傾斜面と、複数の基台ブロックのうち第２の方向の他方側に並ぶ基台ブロックを配置する各傾斜面とは、互いに対向する方向に傾斜し、
    放熱部材のそれぞれは、第１の方向に沿って冷媒が流れる流路を有し、放熱部材のそれぞれの流路は、第２の方向において所定間隔を隔てて互いに平行に形成される
    ことを特徴とするＬＥＤユニット。
  2. 前記レンズは、前記パッケージに直接接合することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤユニット。
  3. 前記ＬＥＤモジュールは、前記パッケージの開口に第１のレンズを覆設し、各ＬＥＤモジュールから発せられる紫外線の経路上に第２のレンズを配置したことを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤユニット。
  4. 前記第２のレンズはシリンドリカルレンズで構成され、第１の方向に互いに隣接する複数のＬＥＤモジュールに対応して１つのシリンドリカルレンズが配置されることを特徴とする請求項３記載のＬＥＤユニット。
  5. 前記各基台ブロックに配列実装されたＬＥＤモジュールは、第２の方向の少なくとも一方側または他方側に隣接する基台ブロックに実装されたＬＥＤモジュールと、第１の方向において千鳥配置に構成されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のＬＥＤユニット。
  6. 前記第１の方向に配列実装された複数のＬＥＤモジュールは、発する紫外線の波長が列毎に異なることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載のＬＥＤユニット。
  7. 前記ＬＥＤモジュールは、第１の方向の同列内に配列実装された他のＬＥＤモジュールのうち少なくとも１つが発する紫外線の波長とは異なる波長の紫外線を発することを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載のＬＥＤユニット。
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