(57)【要約】【課題】放電灯用の筺体を利用するトンネルＬＥＤ照明装置においてＬＥＤの使用に必要な配光特性とＬＥＤの温度上昇を抑える放熱手段を備えた安価なトンネルＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】一面に開口部が設けられた箱型の放電灯用の筺体の中に、その開口部付近でその開口部の開口平面に略平行に配置された平板状の取付け板と、該取付け板へ複数の列状に並べられた複数のＬＥＤと、前記筺体の底板及び前記取付け板の両者に接続されて前記複数のＬＥＤを冷却する冷却手段と、前記複数のＬＥＤの個々の配光を制御するとともに前記複数のＬＥＤを覆う透明な配光手段と、前記複数のＬＥＤを駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ必要な電力を供給する電源部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に開口部が設けられた箱型の放電灯用の筺体の中に、
その開口部付近でその開口部の開口平面に略平行に配置された平板状の取付け板と、
該取付け板へ複数の列状に並べられた複数のＬＥＤと、
前記筺体の底板及び前記取付け板の両者に接続されて前記複数のＬＥＤを冷却する冷却手段と、
前記複数のＬＥＤの個々の配光を制御するとともに前記複数のＬＥＤを覆う透明な配光手段と、
前記複数のＬＥＤを駆動する駆動手段と、
前記駆動手段へ必要な電力を供給する電源部と、を備えるＬＥＤトンネル照明装置。
【請求項２】
前記冷却手段が、前記取付け板の前記複数の列状に配置されたＬＥＤの当該列に対応する位置に複数の冷却板を有し、該冷却板相互間に間隙を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤトンネル照明装置。
【請求項３】
前記冷却板における前記筺体の底板及び前記取付け板と間の長さが略筺体の側壁の高さである請求項２に記載のＬＥＤトンネル照明装置。
【請求項４】
前記配光手段が、トンネル内道路の走行方向と横断方向とで異なる配光特性を有する請求項１乃至３の何れかに記載のＬＥＤトンネル照明装置。
【請求項５】
前記駆動手段が、駆動回路及びこれを囲む金属カバーを備え、前記金属カバーが前記冷却手段に取り付けられている請求項１乃至４の何れかに記載のＬＥＤトンネル照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電灯用筺体を流用したＬＥＤトンネル照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のトンネル照明装置は光源にはナトリウムランプや蛍光ランプなどの比較的大型の放電灯が用いられていた。近年は、省エネの要求やＬＥＤの価格低下もあってトンネル照明装置も光源にＬＥＤを使う場合が増えてきた。
【０００３】
ＬＥＤは放電灯源に比べると寿命が長く、放電灯の２倍から数倍の寿命を有する。また、放電灯が全方位へ光を放射するのに対してＬＥＤは前面のみに光を放射し且つ発光部分が小さいので配光制御を容易に行うことができ、器具効率を高くすることができる。従来、ＬＥＤの配光制御には個別のＬＥＤの取付け角度を変えるたり、反射板の向きを変えるなどが行われていた（公開特許文献１を参照）。
【０００４】
しかし、ＬＥＤは半導体なのでＬＥＤ素子の温度上昇は発光効率の低下と寿命の短縮につながる。従って、ＬＥＤを高密度実装する際は放熱対策が重要になる。そこで、放熱対策としてヒートシンクを設けることが行われていた（公開特許文献、２，３を参照）。
【０００５】
トンネル用光源では光源を埃や水から守るために密閉性の頑丈なアルミニウムの鋳造などで作られる一面が開口された箱型の筺体が用いられている。現在は、放電灯光源からＬＥＤ光源から切り替わる過程なので、従来の放電灯光源用の筺体の利用がコスト削減の観点から求められている。
【０００６】
しかし、従来の放電灯光源とＬＥＤ光源とはその形態及び発光特性が大きく異なるので、従来の放電灯用の筺体の利用には工夫が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１８７３０３号公報
【特許文献２】実用登録３１７７２７８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８７３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、放電灯用の筺体の利用には、ＬＥＤの発光特性に応じた配光手段と温度上昇に弱いＬＥＤを活用するための放熱手段の検討が必要になる。
【０００９】
そこで、発明者らはＬＥＤトンネル照明装置において放電灯用の筺体の活用を目指してＬＥＤの活用に必要な配光手段と放熱手段の構成について研究開発を行った。その結果、国土交通省によるＬＥＤ道路・トンネル照明導入ガイドラインの設計基準により求められる配光特性とＬＥＤの温度上昇を抑える放熱手段を備えたＬＥＤトンネル照明装置の発明の完成に至ったものである。
【００１０】
本発明は、放電灯用の筺体の利用を前提にしたＬＥＤトンネル照明装置においてＬＥＤの使用に必要な配光特性とＬＥＤの温度上昇を抑える放熱手段を備えた安価なＬＥＤトンネル照明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】
【００１１】
請求項１に記載された発明は、一面に開口部が設けられた箱型の放電灯用の筺体の中に、その開口部付近でその開口部の開口平面に略平行に配置された平板状の取付け板と、該取付け板へ複数の列状を成すように並べられた複数のＬＥＤと、前記筺体の底板及び前記取付け板の両者に接続されて前記複数のＬＥＤを冷却する冷却手段と、前記複数のＬＥＤの個々の配光を制御するとともに前記複数のＬＥＤを覆う透明な配光手段と、前記複数のＬＥＤを駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ必要な電力を供給する電源部と、を備えるＬＥＤトンネル照明装置である。
【００１２】
本発明においては、ＬＥＤが配置された取付け板が筐体の開口部付近に位置しているので大きな角度で広がる光も筐体の側壁でけられることなく外部へ放出される。取付け板の高さ調整を兼ねた冷却手段が筺体及び前記取付け板の間に取り付けられていてＬＥＤの熱を筺体へ伝え効率的に放熱する。又複数のＬＥＤを覆う透明な配光手段は個別に配光手段を用意した従来の方法に比べコスト的に有利である。筐体にはＬＥＤの明るさなどを制御する駆動手段とＬＥＤ及び駆動手段へ電力を供給する電源部が備えられている。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載のＬＥＤトンネル照明装置において、前記冷却手段が、前記取付け板の前記複数の列状に配置されたＬＥＤの当該列に対応する位置に複数の冷却板を有し、該冷却板相互間に間隙を有することを特徴とする。
【００１４】
ＬＥＤからの熱を筐体へ伝達する冷却手段は金属のような熱の伝導体が好ましいが、金属のブロックは重量が大きくなり材料費が高くなるのでＬＥＤの直ぐ下の位置に冷却板を儲け、櫛の歯状の板と板の間の隙間に空気を通して対流で冷却する冷却手段が用いられる。その際に、ＬＥＤの取付け板の一番温度上昇の高い部分、すなわちＬＥＤが取付けられた位置へ冷却部材の冷却板を位置させ、ＬＥＤが取付けられた位置の間に隙間が出来るので対流と伝導により効率的にＬＥＤを冷却することができる。本発明においては放電灯用筐体の側壁の高さが大きいので冷却板の高さが高くなって、その表面積が広くなり空気の対流に依る冷却が効率的に行われる。
【００１５】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載のＬＥＤトンネル照明装置において、前記冷却板における前記筺体の底板及び前記取付け板と間の長さが略筺体の側壁の高さであることを特徴とする。
【００１６】
放電灯用の筐体は放電灯を収めるためにＬＥＤ用の筐体にくらべその深さが深い。発熱するＬＥＤの熱を筐体へ有効に伝達するために、開口面付近に位置するＬＥＤの取り付け板から筐体までの長さがほぼ筐体の深さ、すなわち筺体の側壁の高さになっている。
【００１７】
請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のＬＥＤトンネル照明装置において、前記配光手段が、トンネル内道路の走行方向と横断方向とで異なる配光特性を有することを特徴とする。
【００１８】
トンネルの壁面に取付けられるトンネル照明装置からの照明光はトンネル内の道路の走行方向と幅方向で異なる配光が求められる。複数のＬＥＤを一斉に覆う配光手段が道路の走行方向と横断方向とで異なる配光特性を有するので効率的なトンネル照明を実現する。
【００１９】
請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のＬＥＤトンネル照明装置において、前記駆動手段が、駆動回路及びこれを囲む金属カバーを備え、前記金属カバーが前記冷却手段に取り付けられていることを特徴とする。
【００２０】
駆動手段の機能を実現する駆動回路は外部環境への影響及び外部環境からの電磁波による障害を防止するために金属カバーに収められる。この金属カバーがＬＥＤの冷却手段を構成する冷却板に取付けられるので、ＬＥＤとＬＥＤの駆動手段が一体化されてＬＥＤユニットを形成する。また、冷却手段が導電性の場合は、金属カバーの冷却手段に接する面が開放していても金属カバーを冷却手段へ取りつけることで冷却手段と金属カバーが電気的に一体化されるので金属カバーと冷却手段とで駆動回路のほぼ全周が導電性の材料で覆われて電磁シールドを形成する。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載された発明によれば、ＬＥＤトンネル照明装置の中で高価な部品である筺体について、放電灯用のものを流用することで、トンネル照明装置のコストを低減させることができる。ＬＥＤからの発光を有効に利用するために筺体の開口部付近に位置するＬＥＤを冷却する冷却手段がＬＥＤの温度上昇を抑えることができる。複数のＬＥＤを覆う透明な配光手段により個別の配光手段を用いる必要が無くなり費用削減になることでＬＥＤトンネル照明装置を安価に提供することができる。
【００２２】
請求項２に記載された発明によれば、冷却手段の冷却板がＬＥＤの取り付けられた場所へ位置することでその間に隙間ができるので冷却手段の軽量化とＬＥＤトンネル照明装置のコスト削減を実現することができる。
【００２３】
請求項３に記載された発明によれば、冷却手段の高さを筺体の深さと同等にすることでＬＥＤを筺体の開口面付近へ位置させて効率的にＬＥＤの発光を利用してＬＥＤトンネル照明装置のコスト削減を実現することができる。
【００２４】
請求項４に記載された発明によれば、配光手段がトンネル内道路の走行方向と幅方向で異なる配光特性を有することで効率的にＬＥＤの発光を利用することができるので、ＬＥＤトンネル照明装置のコスト削減を実現することができる。
【００２５】
請求項５に記載された発明によれば、前記駆動手段が、駆動回路及びこれを囲む金属カバーを備え、前記金属カバーが前記冷却手段を構成する冷却板に取り付けられているのでＬＥＤトンネル照明装置の主要部品（ＬＥＤ，ＬＥＤの冷却手段、ＬＥＤの駆動手段）が一体化され小型化が図れることになる。このＬＥＤユニットへ電源線と制御線を接続すれば所期の輝度の照明装置を容易に実現することができる。ＬＥＤユニットとして、ＬＥＤトンネル照明装置の主要部品（ＬＥＤ，ＬＥＤの冷却手段、ＬＥＤの駆動手段）が一体化されるので量産化が容易になってコスト削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＬＥＤトンネル照明装置１の斜視図である。
【図２】トンネル走行方向の配光と筺体の側壁９との関係を示す図である。
【図３】ＬＥＤユニット４の（Ａ）側面図、（B)正面図、（C)下面図である。
【図４】レンズモジュール４０の（A）正面図、（B)平面図である。
【図５】図４（Ａ）におけるレンズの（Ａ）Ａ−Ａ断面図、（Ｂ）Ｂ―Ｂ断面図である。
【図６】トンネル照明装置１からの配光の様子を示す等照度分布の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は本発明で用いられるＬＥＤトンネル照明装置の斜視図である。トンネル内は湿気や埃から機材を守るために一面のみが開口された箱型の筺体を用いている。開口部は底板６に対向する透明部材を備えた蓋を被せると内部が密閉されるように構成されている。放電灯はその大きさがＬＥＤに比べてはるかに大きいので放電灯を収納する筺体はＬＥＤを光源にする場合には空間が大きくなる。
【００２８】
筺体の中にはＬＥＤを覆うレンズ７、ＬＥＤ取付け板２、冷却手段３及び駆動手段を備えたＬＥＤユニット４と電源部５が収容されている。電源部５は図示しない外部電源への接続端子を備え駆動手段への電源供給を行う。
【００２９】
放電灯用の筺体は放電灯を収容するためにその深さが深いので、放熱のためにＬＥＤを底板６へ直付けするとＬＥＤからの光が筺体の側壁９で蹴られ易くなる。そこで図２に示すようにＬＥＤからの発光を効率よく外部へ取り出すためにＬＥＤを取り付ける取付け板の位置を開口部付近まで持ち上げる必要がある。
【００３０】
冷却手段３はＬＥＤ取付け板２と底板６の間を熱的に繋いでＬＥＤからの熱を底板６へ逃がしてＬＥＤを冷却する。冷却手段の冷却板はＬＥＤが取付けられた位置の直ぐ下へ置かれる。冷却手段の高さを筺体の側壁９の高さにほぼ等しくすることでＬＥＤ取付け板を開口部近辺に保持することができる。本発明において、冷却手段がＬＥＤ取付け板の位置を決めて固定する保持部材を兼ねている。冷却手段の高さを大きくとることで空気との接触面積が増えて、対流による冷却が効率的に行われる。
【００３１】
図３はＬＥＤユニット４の説明図である。図３（Ａ）はＬＥＤユニット４の側面図、図３（Ｂ）はＬＥＤユニット４の正面図、図３（Ｃ）はＬＥＤユニット４の下面図である。正面図（Ｂ）上で列状に並んでいるのは配光手段であるレンズに覆われたＬＥＤである。７つのＬＥＤを２列に並べた１４個のＬＥＤのブロック毎に複数のレンズ７で構成される配光手段であるレンズユニット４０でＬＥＤを覆って発光モジュール３５を構成する。このように発光部をモジュール化することで必要な照度をモジュールの数を変えることで対応することができる。
【００３２】
ＬＥＤは図示しない配線で駆動回路８へ接続され、駆動回路８は金属カバー１０でその周りを覆われる。図３（Ａ）の側面図には、金属カバー１０とそれに開けられた孔から内部の駆動回路８が見える。この孔は電磁障害を起こす周波数の波長に比べて十分小さいので遮蔽効果には問題とならない。駆動回路８の上端部には発光モジュールを駆動するための図示しない配線が接続されるコネクタが配置される。金属カバーの下端の孔は電源部へ接続される配線用のコネクタが配置される。
【００３３】
図３（Ｃ）で分かるように金属カバー１０は冷却手段３に直接取付けられている。金属カバー１０の中には駆動手段の機能を実現する駆動回路８が収容されている。駆動回路８の全体の周りが導電性の材料で覆われていることから電磁波障害を起こし難くなる。
【００３４】
冷却手段３は熱伝導性の高い部材であればその材料は問わない。また、その形状は放熱の観点からは内実の詰まったものが好ましいが重量と費用の点で問題が有る。そこで、列状に配置されたＬＥＤの列状部分に冷却板を有する図３（Ｃ）に示すような冷却部材を用いた。冷却板がＬＥＤの直下にあるのでＬＥＤからの熱は効率的に筺体の底板６へ伝達されてＬＥＤの放熱が行われる。冷却板の下部は底板６と熱的な接続を良くするために冷却板を底板へ埋め込んだり、熱伝導性の高いパテなどを盛ることが望ましい。また冷却板の下部を一体化してから面接触で筺体の底板６へ熱的に接続することでさらに効率的に伝導による放熱が行われる。
【００３５】
発光モジュール３５の筺体の底板６からの高さＨは筺体の側壁９の高さにほぼ等しくなっておりＬＥＤからの発光が筺体の側壁９により妨げられることが無いように構成される。
【００３６】
発光モジュール３５は、平らな長方形の基板２の上に１４個のＬＥＤ３４を２列に７×２の行列で列状に配列してその上に個別のレンズ７を集合したレンズユニット４０を被せて構成される。本実施例ではこの発光モジュールを６個並べてＬＥＤユニットの発光部を構成した。発光モジュールの数は、必要とされる路面輝度に応じて調整することができる。
【００３７】
レンズユニット４０は１４個のレンズ７を集合して一体として成型される。レンズ７は全て同形のレンズを用いても良いが、必要に応じて異なる配光特性を有するレンズを組み合わせても良い。
【００３８】
レンズモジュールで使用されるレンズ７は様々な配光特性を持つものを用意することができる。ここで異方性の有るレンズ４２Ａを選択した場合について説明する。図４（Ａ）は集合レンズ４２Ａにより構成されているレンズユニット４０の正面図である。図４（Ｂ）はレンズユニット４０の平面図である。図４（Ａ）の右に正面図のＡ−Ａでの断面図を示す。この断面図からレンズの厚みが非対象になっていることが分かる。レンズ厚みが非対象になることでレンズはプリズムの役割も果たす。
【００３９】
図５に図４（Ａ）のレンズユニット４０の正面図におけるＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図を点線で描かれた光束４３と共に示す。図５（Ａ）のＡ−Ａ断面図では光束４３はレンズ４２Ａのプリズム作用によってＬＥＤ照明装置のトンネルの壁への取付け時には下方になる図の右側へ主に配光される。また図５（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図での光束は左右対称に配光されて、道路の走行方向（Ｌ方向）について対称な照度を実現する。
【００４０】
レンズ４２Ａは、球体をその中心を通る平面で２分して扁平させその切断面に凹部を備えた形状を成している。レンズ４２Ａは、ＬＥＤ３４の配列された基板上のＬＥＤ３４に凹部が被さるように取り付けられる。このとき、凹部の中の所定位置にＬＥＤ３４が収まるようになっている。他の形状のレンズの場合も同様である。
【００４１】
レンズ４２Ａは図５（Ａ）に示すように道路の幅方向（Ｗ方向）には、当該レンズ４２Ａを中心に非対象な配光となるように光の進路を制御する。また同図（Ｂ）に示すように、道路の走行方向（Ｌ方向）にはレンズ４２Ａを中心に対称となるようにＬＥＤ３４から放射された光の進行方向を制御する。その結果、ＬＥＤユニットからの光束はトンネルの道路に沿う方向と幅方向で異方性を持つ配光パターンを実現することができる。
【００４２】
図６はレンズ４２Ａを１４個並べた発光モジュールを６個用いたＬＥＤトンネル照明装置の等照度分布を示している。中心部分が高い照度となり中心から離れるに従って照度が下がる。用いたレンズ４２Ａの異方性の特性を反映して、道路の走行方向（Ｌ方向）が道路の幅方向（Ｗ方向）に比べて広がっていることが分かる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更は追加があっても本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ＬＥＤトンネル照明装置
２  ＬＥＤ取付け基板
３  冷却手段
４  ＬＥＤユニット
５  電源部
６  筺体の底板
７  個別レンズ
８  駆動回路
９  筺体の側壁
１０  金属カバー
３４  ＬＥＤ
３５  発光モジュール
４０  レンズユニット
４２Ａ  Ａ型のレンズ
４３  光束
４４  入射界面
４５  出射界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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