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JP-2026077538-A - 赤外線加熱器／乾燥器

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Abstract

【課題】従来技術の赤外線加熱器／乾燥器よりも広い範囲の作業可能距離を提供することができる加熱器／乾燥器を提供すること。 【解決手段】基板に配置された１つまたは複数の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイを含む加熱器／乾燥器が開示される。１つのＶＣＳＥＬ当たり少なくとも１つのレンズを含むレンズアセンブリまたはアレイは、基板とは反対側でＶＣＳＥＬのアレイに配置され、各レンズは球面または非球面であり、レンズの凸面はＶＣＳＥＬとは反対を向く。基板はセラミック基板であってもよい。１つまたは複数のＶＣＳＥＬとは反対の基板の側は、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）および／または水冷チラープレートであってもよい下地基板に結合されてもよい。本加熱器／乾燥器を使用する方法も開示される。 【選択図】図１

Inventors

  • ジェイソン カーク オダニエル
  • フランチェスコ スキアットーン
  • ホン－チー リウ
  • イー－ユン チェン

Assignees

  • ツー－シックス デラウェア インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20250127
Priority Date
20241205

Claims (12)

  1. 基板に配置された１つまたは複数のＶＣＳＥＬのアレイと、 前記基板とは反対側で前記ＶＣＳＥＬのアレイに配置された、１つのＶＣＳＥＬ当たり少なくとも１つのレンズを含むレンズアセンブリまたはアレイであって、各レンズが球面または非球面であり、前記レンズの凸面が前記ＶＣＳＥＬとは反対を向く、レンズアセンブリまたはアレイと を備える加熱器／乾燥器。
  2. 前記基板がセラミック基板である、請求項１に記載の加熱器／乾燥器。
  3. 下地基板に配置された前記１つまたは複数のＶＣＳＥＬとは反対の前記基板の側をさらに含む、請求項１に記載の加熱器／乾燥器。
  4. 前記下地基板が、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）、水冷チラープレート、またはその両方を含む、請求項３に記載の加熱器／乾燥器。
  5. 前記基板に配置された前記１つまたは複数のＶＣＳＥＬのアレイと、前記基板とは反対側で前記ＶＣＳＥＬのアレイに配置された１つのＶＣＳＥＬ当たり少なくとも１つのレンズを含む前記レンズアセンブリまたはアレイとが照明アセンブリを形成し、 前記加熱器／乾燥器が、下地基板に配置された２つ以上の照明アセンブリのアレイを備える、請求項１に記載の加熱器／乾燥器。
  6. 前記下地基板が、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）、水冷チラープレート、またはその両方を含む、請求項５に記載の加熱器／乾燥器。
  7. 前記照明アセンブリのアレイが、前記水冷チラープレートとは反対の前記ＭＣＰＣＢの側に配置される、請求項６に記載の加熱器／乾燥器。
  8. 前記１つまたは複数のＶＣＳＥＬのアレイによって、前記基板とは反対の、前記レンズアセンブリまたはアレイの側に配置されたワークに照射される光が、前記レンズアセンブリまたはアレイに面する前記ワークの表面で焦点を合わさない、請求項１に記載の加熱器／乾燥器。
  9. 前記レンズアセンブリまたはアレイが、前記１つまたは複数のＶＣＳＥＬのアレイに配置されたオーバーモールド層と、前記基板とは反対の前記オーバーモールド層の側に配置された１つのＶＣＳＥＬ当たり少なくとも１つのレンズとを備える、請求項１に記載の加熱器／乾燥器。
  10. 前記レンズアセンブリまたはアレイがポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から作られる、請求項１に記載の加熱器／乾燥器。
  11. 前記レンズアセンブリまたはアレイが１．４１の屈折率を有する、請求項１に記載の加熱器／乾燥器。
  12. ワークを加熱または乾燥させる方法であって、 請求項１に記載の加熱器／乾燥器を提供するステップと、 前記１つまたは複数のＶＣＳＥＬのアレイによって前記ワークに前記レンズアセンブリまたはアレイを通して放射される光が、前記レンズアセンブリまたはアレイに面する前記ワークの表面で焦点が合わない距離で、ワークを、前記基板とは反対の、前記レンズアセンブリまたはアレイの側に対して間隔をおいて位置決めするステップと、 前記１つまたは複数のＶＣＳＥＬに、前記レンズアセンブリまたはアレイに面する前記ワークの前記表面に光を放射させるステップと を含む方法。

Description

関連出願への相互参照 本出願は、２０２４年１０月２５日に出願された米国特許仮出願第６３／７１２，０９４号の利益を主張するものであり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 本開示は、照射型加熱器／乾燥器、特にコリメートされたＶＣＳＥＬに基づく赤外線加熱器／乾燥器に関する。 赤外線加熱器／乾燥器のための１つの既存の解決策は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ）アレイの１つのアレイを使用し、ＶＣＳＥＬによって出力される光（例えば、レーザ光）が重なって均一な照明を提供するように自然な発散に依拠することである。この既存の解決策は機能するが、ＶＣＳＥＬによって出力される光は発散角が大きい（例えば、約２０°）ことにより、作業距離、すなわち、ＶＣＳＥＬと乾燥させる製品または作業品との間の距離は、典型的には短く、例えば、約５０～１００ｍｍ程度である。 別の既存の解決策は、複雑な投影光学系を有する端面発光レーザのアレイを使用することである。このタイプの構成による光出力は発散しており、したがって、特定の作動距離の意図された領域をカバーするが、この範囲はまた、この発散により限定される。 本開示の原理による加熱器／乾燥器の、同じく本開示の原理による単一の照明アセンブリの斜視図である。異なるアセンブリの状態における図１の照明アセンブリの断面図である。異なるアセンブリの状態における図１の照明アセンブリの断面図である。図１に示された照明アセンブリのアレイから形成された、本開示の原理による例示的な加熱器／乾燥器の斜視図である。加熱器／乾燥器の上面と図３に示すワーク１６との間の作業距離が５５ｍｍおよび１０５ｍｍにおける、レンズを有しない同じく図３の例示的な加熱器／乾燥器の放射照度のモデルである。加熱器／乾燥器の上面と図３に示すワーク１６との間の作業距離が５５ｍｍおよび１０５ｍｍにおける、レンズを有しない同じく図３の例示的な加熱器／乾燥器の放射照度のモデルである。図３に示す加熱器／乾燥器４の上面と図３に示すワーク１６との間の作業距離が２００ｍｍおよび４００ｍｍにおける、レンズを有する図３の例示的な加熱器／乾燥器の放射照度のモデルである。図３に示す加熱器／乾燥器４の上面と図３に示すワーク１６との間の作業距離が２００ｍｍおよび４００ｍｍにおける、レンズを有する図３の例示的な加熱器／乾燥器の放射照度のモデルである。 次に、添付の図を参照して様々な非限定的な実施形態を説明するが、これらの図では、同様の参照番号は、同様のまたは機能的に等価な要素または特徴に対応する。 本明細書に使用するとき、「左」、「右」、「内側」、「外側」、「上」、「下」、「頂部」、「底部」などの空間または方向に関する用語は、描かれている図に示されているように本開示と関係する。しかしながら、本開示は、様々な代わりの向きを想定することができ、したがって、このような用語は、限定的であるとみなされないことを理解されたい。さらに、本明細書に使用するとき、本明細書および特許請求の範囲において使用される寸法、物理的特性、処理パラメータ、成分の量、反応条件などを表すすべての数値は、すべての場合において、「おおよそ」または「約」という用語によって修飾されると理解されたい。したがって、そうでないと示されていなければ、以下の明細書および特許請求の範囲に記載される数値は、本開示によって得ようとする所望の特性に応じて変わる場合がある。 少なくとも、そして、特許請求の範囲への均等論の適用を限定する試みとしてではなく、各数値は、少なくとも、報告された有効数字の桁数に照らして、通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。さらに、本明細書に開示するすべての範囲は、範囲が始まる値および終わる値、ならびにその間に含まれる任意のおよびすべての部分範囲を含むと理解されたい。例えば、「１～１０」の範囲は、最小値１と最大値１０との間の（および最小値１および最大値１０を含む）任意のおよびすべての部分範囲、すなわち、最小値１以上で始まり最大値１０以下で終わるすべて部分範囲、例えば、１～３．３、４．７～７．５、５．５～１０などを含むと考えるべきである。「１つ（ａ）」または「１つ（ａｎ）」は１つ以上を指す。 本明細書に使用するとき、「結合される」、「結合している」、および同様の用語は、互いに接合される、連結される、締結される、接続される、連通される、またはその他関係付けられる（例えば、機械的に、電磁気的に、流体的に、光学的に、電磁気的）２つ以上の要素を指す。様々な例において、これらの要素は直接的または間接的に関係付けられてもよい。一例として、要素Ａは要素Ｂと直接的に関係付けられてもよい。別の例として、要素Ａは、例えば、別の要素Ｃを介して要素Ｂと間接的に関係付けられてもよい。開示される様々な要素間のすべての関係付けが必ずしも示されているわけではないことを理解されよう。したがって、図に描かれているもの以外の結合も存在する場合がある。 本明細書に使用するとき、「少なくとも１つの」という句は、項目のリストとともに使用されるとき、列挙された項目の１つまたは複数の異なる組合せを使用することができ、リスト内の各項目の１つだけを必要とすることができることを意味する。例えば、「項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃのうちの少なくとも１つ」は、限定するものではないが、項目Ａ、または項目Ａおよび項目Ｂを含むことができる。この例はまた、項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃ、または項目Ｂおよび項目Ｃを含むことができる。他の例では、「少なくとも１つ」は、例えば、限定するものではないが、項目Ａの２つ、項目Ｂの１つ、および項目Ｃの１０個、項目Ｂの４つ、および項目Ｃの７つ、ならびに他の適切な組合せであってもよい。 図１を参照すると、本開示の原理による加熱器／乾燥器４（図３に示す）の同じく本開示の原理による単一の照明アセンブリ２は、熱伝導性基板８、例えばセラミック基板によって支持された１つまたは複数のＶＣＳＥＬ６のアレイを含むことができる。図１に示す照明アセンブリ２は、ＶＣＳＥＬ６の２×２アレイを含むが、ＶＣＳＥＬ６のアレイは、任意の数のＸ×Ｙアレイ（Ｘ≧１、Ｙ≧０）の１つまたは複数のＶＣＳＥＬ６を含むことができることが考えられるので、これは、本開示を限定するものとして解釈されるものではない。まったく例示のために、本開示は、図１に示すＶＣＳＥＬ６の２×２アレイに関連して説明される。しかしながら、これは本開示を限定するものとして解釈されるものではない。 照明アセンブリ２は、アレイの熱伝導性基板８とは反対のＶＣＳＥＬ６の側に配置された１つまたは複数のレンズ１２を備えるレンズアセンブリまたはアレイ１０を含むことができる。図１に示すレンズアセンブリまたはアレイ１０は、レンズ１２の２×２アレイを含むが、レンズアセンブリまたはアレイ１０は、任意の数のＸ×Ｙアレイ（Ｘ≧１、Ｙ≧０）の１つまたは複数のレンズ１２を含むことができることが考えられるので、これは、本開示を限定するものとして解釈されるものではない。まったく例示のために、本開示は、図１に示すレンズ１２の２×２アレイに関連して説明される。しかしながら、これは本開示を限定するものとして解釈されるものではない。 一例では、単一の照明アセンブリ２内に複数のＶＳＣＥＬ６を入れることは、単位出力当たりのコストが低くなることにより好ましい場合がある。しかしながら、照明アセンブリ２が大きすぎると、レンズアセンブリまたはアレイ１０およびレンズ１２と、熱伝導性基板８によって支持されたＶＣＳＥＬ６のアレイとの間に熱膨張の不一致が生じる場合がある。したがって、一例では、図３に示す加熱器／乾燥器４は、１つの照明アセンブリ２当たり２×２のＶＣＳＥＬ６のアレイを含むことができる。 一例では、レンズアセンブリまたはアレイ１０は、望ましい屈折率を有する任意の適切なおよび／または望ましい材料から成形されてもよい。レンズアセンブリまたはアレイ１０は、レンズ１２を備えるレンズアセンブリまたはアレイ１０の全体で、熱伝導性基板８によって支持されたＶＣＳＥＬ６のアレイをオーバーモールドすることによって、または最初にＶＣＳＥＬ６のアレイにオーバーモールド層１４を堆積させ、その後、ＶＣＳＥＬ６とは反対のオーバーモールド層１４の側に個々のレンズ１２を取り付けることによって形成されてもよい。一例では、レンズアセンブリまたはアレイ１０およびレンズ１２は、屈折率ｎが約１．４１、例えばｎ＝１．４１±０．０５のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から作られてもよい。 一例では、レンズ１２は、より良好な均一性を提供するために、熱伝導性基板８によって支持されたＶＣＳＥＬ６のアレイとは反対の、レンズアセンブリまたはアレイ１０の側で、目標または所望の動作距離に配置された加熱／乾燥させるワーク１６（図３に線として示す）上に、ＶＣＳＥＬアレイによって出力された光が、鮮明な、シャープな、または焦点の合った画像を形成しない、Ｚ方向に焦点を外して動作するように構成することができる。別の言い方をすれば、レンズアセンブリまたはアレイ１０を介して、目標または所望の動作距離に配置されたワーク１６にＶＣＳＥＬアレイによって出力された光は、ワーク１６の、レンズアセンブリまたはアレイ１０に面する表面では焦点を合わさない。 複数の照明アセンブリ２は、図３に示す例示的な加熱器／乾燥器４、すなわち照明アセンブリ２の１０×２８アレイを形成するようにアレイ化することができる。図３に示す例示的な加熱器／乾燥器４の各照明アセンブリ２のレンズアセンブリまたはアレイ１０は、従来技術の赤外線加熱器／乾燥器ほど出力が急速に広がらないので、光としてより広い範囲の作業可能距離を提供することができる。これはまた、ワーク１６が加熱器／乾燥器４からさらに離して配置されてもよいことを意味し、これによってまた、存在する可能性のある浮遊微粒子または凝縮物によるワーク１６の汚染を回避することができる。 一例では、レンズアセンブリまたはアレイ１０の各レンズ１２は、個々のＶＣＳＥＬ６の上に位置決めまたは配置されてもよい。各レンズ１２は、球面または非球面であってもよく、ＶＣＳＥＬ６に面するレンズ１２の凹面と、ＶＣＳＥＬ６とは反対を向くレンズ１２の凸面とを含むことができる。 一例では、加熱／乾燥用途では、ワーク１６への赤外線の熱をできるだけ均一にする必要がある場合があるので、レンズ１２の位置は、Ｚ方向にずらされて、または焦点が外されて、ＶＣＳＥＬ画像をぼかすことができる。各照明サブアセンブリ２のレンズ１２の設計は、加熱／乾燥の均一性を助けるために、さらなる焦点ずれの差をつけるためにわずかに変えられてもよい。 一例では、各照明アセンブリ２の熱伝導性基板８は、ＶＣＳＥＬ６から熱伝導性基板８への良好な熱経路を提供することができる、例えばセラミックなどの高熱伝導率材料で作ることができ、この熱伝導性基板８は、一例では、ＶＣＳＥＬ６に電気的刺激を加える必要がある、加えるのが適切である、および／または加えるのが望ましいと考えられる場合に、ＶＣＳＥＬ６を電気的に接続、例えば直列に接続できるように電気絶縁性とすることもできる。別の例では、各照明アセンブリ２の熱伝導性基板８は、銅スラグが埋め込まれた成形銅リードフレームまたはプリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）から作ることができ、これらの熱伝導性基板８が取り付けられる金属コアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）（以下、図３に関連して論じられる）には電気的絶縁性がある。 次に、図２Ａ～図２Ｂを参照して例示的な照明アセンブリ２を形成する方法を説明する。 まず、ＶＣＳＥＬ（例えば、ＶＣＳＥＬダイ）６をセラミック基板などの熱伝