(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面から入射した光の向きを変え、前面より出光させる導光板と、
前記導光板の端面に面して配置される複数の発光ダイオードと、
発光面を有する透明のカバーと、
前記導光板の前側に配置されるとともに、前記発光面において前記カバーの背面に接触し、前記発光ダイオードと熱的に接続されて前記発光ダイオードから発せられた熱を前記発光面の少なくとも一部の領域である加熱領域に伝える伝熱部材と、
を有する灯器を備える信号機。
【請求項２】
前記加熱領域は、前記発光面の一部の領域である請求項１に記載の信号機。
【請求項３】
前記伝熱部材が、前記導光板から出射された光線を透過する複数の開口を有する伝熱部と、前記発光ダイオードが載置され前記伝熱部と熱的に接続した載置部とを有する請求項１又は２に記載の信号機。
【請求項４】
前記伝熱部材は多角形状であり、前記載置部は前記伝熱部材の辺から後方に延びる平板状の部分である請求項３に記載の信号機。
【請求項５】
前記発光面の前記加熱領域以外の領域である非加熱領域において、前記発光面から出射する光線量を抑制する光抑制構造を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の信号機。
【請求項６】
前記光抑制構造は、前記伝熱部材に設けられ、前記導光板から出射した光線を透過する複数の開口が設けられ、前記伝熱部に比して前記載置部からの熱が伝わりにくい非伝熱部であるか、前記導光板の表面又は前記導光板の前側に配置された部材に施された印刷又は塗装であるか、前記導光板の前側に配置されたシートであるか、若しくは、前記導光板の背面に形成された光反射構造である請求項５に記載の信号機。
【請求項７】
前記発光ダイオードは前記導光板の周囲の一部分において前記導光板の端面に面するように設けられ、前記加熱領域に面する位置における前記発光ダイオードの発熱量の総量は、前記非加熱領域に面する位置における前記発光ダイオードの発熱量の総量より大きい請求項５又は６に記載の信号機。
【請求項８】
前記伝熱部材の背面は反射面である請求項１乃至７のいずれかに記載の信号機。
【請求項９】
前記伝熱部材と前記導光板の間は空間又は断熱材により隔てられている請求項１乃至８のいずれかに記載の信号機。
【請求項１０】
前記灯器は、
ハウジングと、
前記伝熱部材と前記ハウジングの間に配置され前記伝熱部材から前記ハウジングへの伝熱を妨げる断熱部材と、
を備える請求項１乃至９のいずれかに記載の信号機。
【請求項１１】
前記灯器の下部において、前記伝熱部材の熱を前記ハウジングに伝える下部伝熱構造を有する請求項１０に記載の信号機。
【請求項１２】
前記灯器は、
交流電流を直流電流に変換する変換回路を有する変換回路基板を備え、
前記変換回路基板は、前記伝熱部材の下部に熱的に接触するように配置される請求項１１に記載の信号機。
【請求項１３】
前記灯器を収容し、前記発光面を露出させる開口を前面に有するケースを備え、
前記カバーの前記発光面は前方に凸形状であり、
前記発光面の外周縁において、前記発光面と前記ケースの前面との間に段差が形成されない請求項１乃至１２のいずれかに記載の信号機。
【請求項１４】
前記カバーの前記発光面の背面は凹形状である請求項１３に記載の信号機。
【請求項１５】
前記発光面の外周縁において、前記発光面と前記ケースの前面の傾きが等しい請求項１３又は１４に記載の信号機。
【請求項１６】
前記発光面の前面は、鉛直方向に直線的であり、水平方向に曲線的となる曲面である請求項１乃至１５のいずれかに記載の信号機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、信号機において、低消費電力、長寿命、視認性の高さといった利点を得るため、光源を従来の電球に代え、発光ダイオードを使用したものが使用されている。これら発光ダイオード式信号機では、多数の発光ダイオードが信号機の発光面上に平面的に配置されている。このような発光ダイオード式信号機では、発光ダイオードの素子あたりの発光輝度が向上すると、発光ダイオードの総数を削減することができるが、発光ダイオードの数が減少すると、発光面を観た際の粒状感が増すことが予想される。
【０００３】
これに対し、発光ダイオードからの光線を導光板を使用して平面的に拡散することにより、少ない発光ダイオードであっても違和感のない平面発光が得られると考えられる。
【０００４】
特許文献１には、交通標識の表示が付された交通標識であって、白色発光のＬＥＤを導光板の入光端面に配置し、導光板の出光面に取り付けられた表示を面発光させるものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１０３９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、発光ダイオード式信号機ではそもそも消費電力が従来の電球を使用した信号機に比して低いため、その発熱量は小さいものとなる。加えて、導光板を使用した形式とすると、発熱源である発光ダイオードが発光面外に配置されることとなるため、発光面の温度上昇は極めて低いものに留まる。
【０００７】
このような信号機を寒冷地に設置すると、冬季に発光面に付着した雪や氷が解けることなく残存し、発光面が視認できなくなってしまう。さりとて、氷雪を融解するためにヒータ等の発熱源を設けることは、信号機のコスト増を招くほか、そもそも発光ダイオードを採用した契機である低消費電力という利点を損なうことになる。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、発光ダイオードと導光板を用いた信号機において、冬季の発光面の視認性を確保することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る信号機は、端面から入射した光の向きを変え、前面より出光させる導光板と、前記導光板の端面に面して配置される複数の発光ダイオードと、発光面を有する透明のカバーと、前記導光板の前側に配置されるとともに、前記発光面において前記カバーの背面に接触し、前記発光ダイオードと熱的に接続されて前記発光ダイオードから発せられた熱を前記発光面の少なくとも一部の領域である加熱領域に伝える伝熱部材と、を有する灯器を備える。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明によれば、発光ダイオードと導光板を用いた信号機において、冬季の発光面の視認性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る信号機の正面斜視図である。
【図２】信号機の背面分解斜視図である。
【図３】灯器の正面斜視図である。
【図４】灯器の分解斜視図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線による信号機の部分断面図である。
【図６】伝熱部材の背面斜視図である。
【図７】伝熱部材の変形例を示す背面斜視図である。
【図８】伝熱部材の変形例を示す背面斜視図である。
【図９】西日等の強い外光による反射光を抑制した信号機の変形例を示す正面斜視図である。
【図１０Ａ】伝熱部の種々の形状を示す図である。
【図１０Ｂ】伝熱部の種々の形状を示す図である。
【図１０Ｃ】伝熱部の種々の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る信号機１の正面斜視図である。図示した信号機１は赤黄緑の３色を発光する一般的な縦型信号機であり、ケース１０の前面に設けられた開口１１から、３つの発光面１２が見えている。なお、本明細書で「発光面」とは、信号機１の発光が視認される面を指しており、図示した信号機１において、上側に配置される発光面１２は赤色に、中央に配置される発光面１２は黄色に、下側に配置される発光面１２は緑色に発光する。また、各発光面１２の上部から両側部にかけては、庇１３が設けられる。
【００１３】
なお、本実施形態では、信号機１として３灯式の縦型信号機を示したが、これに限定するものでなく、発光面１２の数及びその発色は任意であり、また、複数の発光面１２が水平方向に配置される横型信号機であってもよい。また、図示の発光面１２は円形であるが、これに限定するものではなく、他の形状、例えば角型であってもよい。
【００１４】
図２は、信号機１の背面分解斜視図である。ケース１０は、前ケース１０Ｆ及び後ケース１０Ｒからなっており、その内部に発光面１２の数に対応した数の灯器２を収容している。灯器２の数は本実施形態では３台である。ケース１０の材質は特に限定されないが、本実施形態では金属、例えば鋼板により製造されている。庇１３は前ケース１０Ｆに溶接或いはネジ止め等の適宜の方法で取り付けられている。また、前ケース１０Ｆには、灯器２を固定するための灯器固定部１４が適宜設けられている。本実施形態では、灯器２はネジ止めにより前ケース１０Ｆに固定されるため、灯器固定部１４は雌ネジである。また、後ケース１０Ｒには、灯器２から延びる電気配線をケース１０の外部に引き出すための配線孔１５が設けられている。
【００１５】
なお、本明細書において、「灯器」とは、一の発光面１２（図１参照）に対応して設けられる一単位の発光器具を指すものとする。従って、複数の発光面１２を有する信号機１は、発光面１２に応じた数の灯器２を有することになる。
【００１６】
図３は、灯器２の正面斜視図である。本実施形態では、灯器２は、発光ダイオードの発色光が異なること、また発色の異なる発光ダイオードの輝度に応じて発光ダイオードの数及び配置密度が変更されることを除いては、全て同じ構造であるため、ここでは、図２の下側に配置された緑色に発光する灯器２を代表として示した。
【００１７】
灯器２は、本実施形態では、図示の通り概ね６角形の外形を有するハウジング２８内に種々の部材を収容した構造となっている。灯器２の前面側には透明のカバー２１が見えており、カバー２１はネジ２１０によりハウジング２８に固定されている。また、カバー２１の前面には発光面１２が前面側に凸となる形状で突き出しており、発光面１２の外周を囲むようにガスケット２０が設けられている。ハウジング２８の外周の適宜の位置には、ハウジング取付部２８０が設けられ、ハウジング２８を前ケース１０Ｆに取り付けられるようになっている。本実施形態では、ハウジング取付部２８０は、ネジ止めのための穴を有する突起である。
【００１８】
図４は、灯器２の分解斜視図であり、図３に示したものと同じ灯器２を示している。灯器２は、前面から、ガスケット２０、カバー２１、伝熱部材２２、スペーサ２３、光学シート群２４、導光板２５及び反射シート２６をこの順に配置し、断熱部材２７と共にハウジング２８内に収容した構造となっている。なお、同図では、電気配線や電子部品の類は図示を省略している。
【００１９】
ガスケット２０は、カバー２１の発光面１２の周囲に配置され、カバー２１と前ケース１０Ｆ（図２参照）の間に挟み込まれることで、前ケース１０Ｆとカバー２１との隙間を液密に封止する。ガスケット２０の材質や配置方法は特に限定されないが、本実施形態では、黒色のゴム製の輪である。ガスケット２０としては、一般的なＯリング等の環状シール材を用いてもよいし、カバー２１又は図２に示す前ケース１０Ｆの開口１１の周縁に適宜のコーキング材等のシール材を塗布することによりガスケット２０としてもよい。なお、本実施形態のガスケット２０が黒色であるのは、耐候性に優れること、カバー２１の前面への光の漏れ出しを防止できることによるが、特にその色を限定するものではない。
【００２０】
カバー２１は、灯器２の内部構造を外部環境から保護する透明の板状部材であり、ガラスあるいは合成樹脂製としてよい。なお、後述するように、カバー２１の背面に伝えられた熱をその前面に伝えるには、カバー２１の熱伝導性がよい材料が好ましい一方、カバー２１の厚みが増加するとカバー２１の厚み方向の熱抵抗が増加する。そのため、カバー２１の強度を確保出来る厚さとした際の厚さ方向の熱抵抗を勘案して、カバー２１の適切な材料を選択するとよい。本実施形態では、カバー２１を合成樹脂であるポリカーボネート製とし、その発光面１２における厚さは２ｍｍである。また、カバー２１の前面において、前ケース１０Ｆの開口１１（図２参照）より露出する部分である発光面１２は、前側に凸となる形状となっている。これは、後述するように、前ケース１０Ｆの前面と発光面１２との間に段差が生じないようにするための構造である。
【００２１】
伝熱部材２２は、導電性に優れた材料、例えば、アルミなどの金属製の部材であり、カバー２１の背面側に配置される。伝熱部材２２は、多角形状、ここでは６角形の外形を有しており、その各辺は背面側に折り曲げられた載置部２２０となっている。載置部２２０の内面には複数の発光ダイオードが設けられる。また、伝熱部材２２の発光面１２と重なり合う領域は、図示のように複数の開口が設けられたハニカムメッシュとなっており、伝熱部材２２の背面側に設けられた導光板２５から出射した光線を透過するようになっている。かかるハニカムメッシュは、灯器２の組み立て時にはカバー２１の背面に熱的に接触し、発光ダイオードの発光時の発熱を載置部２２０からハニカムメッシュに伝え、さらに、カバー２１の背面に伝える。これにより、発光ダイオードからの発熱を利用してカバー２１を温め、特に冬季において、発光面１２の前面に付着した氷雪を溶融しあるいは付着を防止することにより、発光面１２の視認性を確保する。
【００２２】
以降、本明細書では、発光ダイオードの発光時の発熱が伝熱部材２２に伝えられる主たる領域を加熱領域と呼び、それ以外の領域を非加熱領域と呼ぶこととする。加熱領域は、発光面１２の少なくとも一部を覆う領域であり、発光面１２の全面が加熱領域であってもよい。本実施形態では、図示のように、伝熱部材２２のハニカムメッシュが上下に区切られており、上側のハニカムメッシュには載置部２２０からの熱は伝わりづらく、下側のハニカムメッシュには載置部２２０からの熱が伝わりやすくなっている。この構造の詳細は後述するが、従って、この例では、加熱領域は、発光面１２の下側半分である。加熱領域における伝熱部材２２の部分、この例で言うとハニカムメッシュの下側半分は、カバー２１に熱を伝える伝熱部２２１となっている。換言すれば、伝熱部２２１は、発光面１２の少なくとも一部の領域である加熱領域において発光ダイオードと熱的に接続され、導光板２５から出射した光線を透過する複数の開口が設けられた部分である。また、本実施形態では、伝熱部２２１はカバー２１の背面に接触することにより、カバー２１と熱的に接続されている。ここで、カバー２１は薄い平板形状であり、その厚さ方向に比べ、面内方向での熱伝導はあまり生じない。従って、カバー２１は、加熱領域においては温められるが、非加熱領域ではあまり温められないことになる。したがって、非加熱領域は、加熱領域に比して発光ダイオードからの伝熱量が小さい領域であるということもできる。
【００２３】
なお、ここでは、発光ダイオードからの熱を、載置部２２０と一体に構成され、カバー２１の加熱領域の背面に接触する伝熱部２２１を有する伝熱部材２２を用いてカバー２１を温める構造としたが、カバー２１を温める構造はかかる構造に限定されなくともよい。すなわち、発光ダイオードとカバー２１の双方に熱的に接続された状態で配置され、発光ダイオードから発せられた熱をカバー２１の加熱領域、すなわち、発光面１２の少なくとも一部の領域に伝える伝熱構造であればどのようなものであってもよい。例えば、ハニカムメッシュや金属製のワイヤーなどをインサート成型などによりカバー２１の内部にあらかじめ埋め込んでおいたものを伝熱部２２１とし、灯器２の組み立て時に載置部２２０と伝熱部２２１が熱的に接触するようにしてもよい。あるいは、カバー２１の加熱領域の背面に導電性ペーストなどの熱伝導性の高い材料を用いて、光線を透過する複数の開口を有するパターンを印刷などにより形成して伝熱部２２１とし、かかる伝熱部２２１と載置部２２０を熱的に接触させるようにしてもよい。さらには、カバー２１自体を省略し、伝熱部材２２が直接露出し、付着する氷雪を融解するようにしてもよいが、氷雪の脱落の容易さや耐久性の点からは、カバー２１を設けた方が好ましいと言える。
【００２４】
また、本実施形態では、伝熱部材２２は図示のように多角形状となっているが、これは、伝熱部材２２の形状が多角形であれば、その辺に設けられる載置部２２０が平面となるため、発光ダイオードの搭載が容易であることによる。なお、多角形としては、ここで示した例のように６角形に限定されず、７角形、８角形など他の形状としてもよい。多角形の辺の数には特に上限はないが、載置部２２０が平面となることの利点を享受するためには、１２角形位が実用上の上限である。もちろん、伝熱部材２２を多角形でなく、円形としてもよい。その場合には、載置部２２０は曲面となる。また、灯器２全体の形状はこの伝熱部材２２の形状に合わせたものであるから、伝熱部材２２の形状を６角形以外の形状とした場合には、灯器２全体の形状もそれに合わせてよい。
【００２５】
スペーサ２３は、伝熱部材２２と導光板２５の間、本実施形態では光学シート群２４の前に設けられ、伝熱部材２２と導光板２５とを熱的に隔離するために設けられる部材であり、合成樹脂等の熱伝導性の低い材料で作成される。また、このスペーサ２３の裏面を、光を反射する反射面としてもよい。この場合、導光板２５の発光面１２に対応する部分以外の部分から前面側に出射した光は反射され、再度導光板２５へと入射するため、光の利用効率を上げることができる。なお、スペーサ２３は必須の部材ではなく、伝熱部材２２と導光板２５とが熱的に隔離されてさえいれば、省略してもよい。例えば、光学シート群２４が十分な断熱性を備えていれば、スペーサ２３は不要である。もちろん、スペーサ２３以外の方法により伝熱部材２２と導光板２５とを熱的に隔離し、なおかつ、スペーサ２３を設けるようにしてもよい。この場合、裏面が反射面となっているスペーサ２３であれば光の利用効率が向上する効果が得られる。あるいは、スペーサ２３の位置に、スペーサとしての機能を持たない単なる反射シートを設けてもよい。
【００２６】
光学シート群２４は、導光板２５からの光線の状態を制御するための部材であり、必要に応じて、拡散シート、プリズムシート等を適宜選択し使用する。もちろん、不要であれば省略してもよい。
【００２７】
導光板２５は、側面である外周の端面から入射した光の向きを変え、前面からおおむね均一に出光させる光学部材であり、透明な合成樹脂製の板状をしている。本実施形態では、アクリル樹脂製の６角形板である。そして、導光板２５の背面には、導光板２５内部を全反射を繰り返して進む光線の反射方向を前面に向かう方向に変えるための適宜の光反射構造が設けられている。この例では、光反射構造として反射インクを適宜のパターンで導光板２５の背面に印刷しているが、これに換え、溝あるいはディンプル等の立体構造を設けてもよい。また、導光板２５の前面は平坦面であってもよいし、導光板２５から出光する光の向きを制御する適宜の構造を設けてもよい。本実施形態では、導光板２５の前面は平坦面である。
【００２８】
反射シート２６は、導光板２５の背面側に出射した光を反射し、再度導光板２５内に導入することにより、光線の利用効率を高める部材である。反射シート２６は、鏡面あるいは白色の反射面を前面に有する。本実施形態では、反射シート２６は、ポリエチレンテレフタラート樹脂製の白色シートである。なお、反射シート２６は必須のものでなく、灯器２に入光した外光、例えば西日の光線が灯器２内部で反射し、灯器２が点灯しているかのように見えるいわゆる疑似点灯が問題となる場合にはこれを省略してもよい。あるいは、反射シート２６に換え、光を反射させず吸収する吸収面を前面に持つ吸収シートを代わりに配置してもよい。反射面、吸収面の可視光線の反射率は特に限定されず、合目的的に設定してよいが、本明細書では便宜的に、入射光の９０％以上を反射する面を反射面、入射光の５０％以上を吸収する面を吸収面とする。
【００２９】
断熱部材２７は、ハウジング２８の外周に沿ってその内面に配置され、カバー２１及び伝熱部材２２とハウジング２８を熱的に絶縁し、伝熱部材２２が持つ熱がハウジング２８に伝わり散逸しないようにするための部材である。断熱部材２７の材質は、断熱性を有するものであれば特に限定されないが、ＣＲゴムスポンジや発泡スチロール樹脂等が好適に用いられる。断熱部材２７の下端には、後述するハウジング２８の伝熱突起２８３を収容する切欠２７０が設けられている。
【００３０】
なお、断熱部材２７の構造や形状はここで図示したものに限定されない。例えば、断熱部材２７を一体のものでなく、複数の部材に分割してもよいし、不定型状の断熱材（例えばグラスウール）を伝熱部材２２とハウジング２８の間に詰めるようにしてもよい。或いは、断熱部材２７を省略し、伝熱部材２２をハウジング２８と直接接触しないように支持して、空間で隔てられるようにしてもよい。
【００３１】
ハウジング２８は、以上説明したガスケット２０、カバー２１、伝熱部材２２、スペーサ２３、光学シート群２４、導光板２５、反射シート２６及び断熱部材２７を収容する容器である。ハウジング２８の材質は特に限定されず、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂などの合成樹脂や、鋼板などの金属で形成される。しかし、灯器２の信号灯後方への断熱性を考慮すれば、合成樹脂などの熱伝導性の低い材質で形成されるのがより好ましい。ハウジング２８が開口している前面側の周縁には、すでに述べたハウジング取付部２８０が設けられている。また、ハウジング２８の内面の適宜の位置には、取付ボス２８１が前側に突き出すように設けられており、カバー２１を固定するネジを受容するようになっている。さらに、背面に設けられた穴２８２は、ハウジング２８外部から電気配線を内部に引き込むためのものである。
【００３２】
さらに、ハウジング２８の最も下側に位置する縁に、ハウジング２８の内面側に突出する伝熱突起２８３が設けられている。伝熱突起２８３は、伝熱部材２２と接触し、この部分において伝熱部材２２とハウジング２８を熱的に接触させる下部伝熱構造である。図４では伝熱突起２８３はハウジング２８の一部分が突出している部分として示されているが、ハウジング２８が合成樹脂等の熱伝導性の低い材質で形成されている場合、伝熱突起２８３が形成されている部分に金属部材を設けるなどして、下部伝熱構造の熱伝導性を高めるようにしてもよい。
【００３３】
図５は、図１のＶ−Ｖ線による信号機１の部分断面図である。なお、同図では、後ケース１０Ｒは図示を省略した。
【００３４】
ハウジング２８は、ハウジング取付部２８０を前ケース１０Ｆの背面にネジ２８４により取り付けることで固定される。このとき、カバー２１と前ケース１０Ｆの間にガスケット２０が挟まれ圧縮されることで、灯器２は前ケース１０Ｆに液密に取り付けられる。カバー２１の発光面１２は前面側に凸となっており、前ケース１０Ｆの開口１１内に突き出す。この結果、前ケース１０Ｆの前面と発光面１２は連続的な平面となり、それぞれの間に段差が形成されない。なお、この構造は、発光面１２に付着した氷雪が重力により発光面１２表面を下方に滑り落ちて脱落する際に、表面の凹凸に引っかかってその脱落が妨げられることがないようにするためのものである。従って、ここで言う「段差が形成されない」との表現は、上記目的である氷雪の脱落を妨げる程度の段差が形成されないことを意味している。具体的には、前ケース１０Ｆの前面と発光面１２の前後方向の位置の差は、１ｍｍ以下とすれば合目的的であり、より好ましくは、０．５ｍｍ以下とする。さらに、図５に示したように、発光面１２と前ケース１０Ｆの前面の傾きをも等しいものとすると、発光面１２に付着した氷雪の脱落を妨げないためよい。なお、この条件は発光面１２の外周縁において満たされていればよく、前ケース１２Ｆの前面の発光面１２から離れた位置における傾きは問題とならない。また、「傾きが等しい」との表現もまた合目的的に氷雪の脱落を妨げる程度の傾きの差がないことを意味しており、具体的には、発光面１２と前ケース１０Ｆの前面の傾きの差が１０度以下、より好ましくは５度以下とするとよい。
【００３５】
カバー２１の発光面１２の背面は、図５に示すように、前側に凹形状となっている。この構造は必須のものではないが、発光面１２においてカバー２１の厚みが厚いと、伝熱部材２２により発光面１２の背面に伝えられた熱がその前面に伝わりにくくなるため、発光面におけるカバー２１の厚みを薄くしその厚さ方向の熱伝導性能を向上させる効果がある。なお、かかる構造は、付帯的に、カバー２１の使用材料の削減及び成形時の変形の抑制をもたらす。
【００３６】
伝熱部材２２は、その周囲に載置部２２０が設けられ、その内面に発光ダイオード２２３を実装した発光ダイオード基板２２２が取り付けられる。発光ダイオード基板２２２の材質は特に限定されないが、熱伝導性に優れた材料がよく、本実施形態では、表面に絶縁被覆を施したアルミニウム基板を用いている。発光ダイオード２２３はここではいわゆる発光ダイオードパッケージを発光ダイオード基板２２２に実装したものとしているが、これに換え、発光ダイオード基板２２２上に直接発光ダイオード素子を形成するようにしてもよい。発光ダイオード基板２２２と載置部２２０の間は、熱伝導グリースを塗布して両者間の熱抵抗を低減するようにすることが好ましい。なお、発光ダイオード基板２２２を省略し、発光ダイオード２２３を直接載置部２２０の内面に配置するようにしても差し支えない。
【００３７】
また、伝熱部材２２の発光面１２に対応する部分は、カバー２１の凹形状に対応して凸形状となっており、伝熱部２２１がカバー２１の背面に接触するようになっている。伝熱部２２１とカバー２１の背面は、間に空気層が形成されないように接着剤の使用や熱融着などの適宜の方法によって接着され、熱的に接続されているのが好ましい。また、伝熱部２２１とカバー２１の背面との間に、熱伝導グリースを塗布して両者間の熱抵抗を低減するようにすることも好ましい。さらに、伝熱部２２１或いは伝熱部材２２の背面は、反射面としてよい。これは、伝熱部２２１のハニカムメッシュは導光板２５から前方に出射する光を遮るため、伝熱部２２１により光線の吸収が生じると光線の利用効率が低下するが、伝熱部２２１にあたった光線を反射して導光板２５側に戻し、導光板２５の背面の光反射構造あるいは反射シート２６により再度反射させて灯器２の前方に取り出すことにより、光線の利用効率の低下を抑制するためである。
【００３８】
伝熱部材２２の下側に位置する載置部２２０は、さらに後方に延びたのち折り曲げられ、変換回路基板取付部２２４が形成されている。変換回路基板取付部２２４には、変換回路基板２２５が取り付けられる。変換回路基板２２５は、外部の制御盤から信号機に送られる交流電流を、発光ダイオード２２３の点灯に適した直流電流に変換する変換回路が実装された基板である。変換回路基板２２５自体の形状は、かかる変換回路の実装ができればどのようなものであってもよいが、本実施形態では、伝熱部材２２に熱的に接触するように取り付けられている。これは、発光ダイオード２２３には及ばないものの、変換回路もまた発熱源であるため、その熱を伝熱部材２２に伝えて利用するためである。さらに、変換回路基板２２５を伝熱部材２２の下部に取り付けるのは、発光面１２の下部に設けられる伝熱部２２１及び、後述する下部伝熱構造である伝熱突起２８３により近い位置に変換回路基板２２５を配置するためである。なお、変換回路基板取付部２２４及び変換回路基板２２５は、ハウジング２８や導光板２５と熱的に接触しないようそれらから隙間をもたせるように配置されている。
【００３９】
図中上部に示すように、伝熱部材２２の載置部２２０とハウジング２８との間には、断熱部材２７が挟み込まれている。これに対し、図中下部に示す下部伝熱構造の部分においては、載置部２２０とハウジング２８の伝熱突起２８３とが直接接触し、伝熱部材２２の熱がハウジング２８の下部に伝えられるようになっている。これは、発光ダイオード２２３及び変換回路の熱の一部を、下部伝熱構造を通して、前ケース１０Ｆに伝えることにより、灯器２の下側において、前ケース１０Ｆをわずかながらも温めるための構造である。このことにより、灯器２の発光面１２で溶融するなどして前ケース１０Ｆの下部に流れ落ちた水が再度氷結することによる氷柱の形成が抑制される。なお、この伝熱突起２８３を含む下部伝熱構造は必須のものではなく、氷柱の形成が問題とならなければ省略してもよい。また、図２に示すように、複数の灯器２が縦に配置される形式の信号機１では、最も下側に配置される灯器２において下部伝熱構造を有していればよく、他の灯器２では下部伝熱構造を省略してもよい。さらに、下部伝熱構造の具体的構成は、伝熱部材２２からハウジング２８の下部に熱を伝えるものであればどのようなものであってもよく、例えば、伝熱突起２８３に換えて、板ばね等の弾性金属部材により両者を接触させるようにするなどしてもよい。
【００４０】
伝熱部材２２の背面側には、スペーサ２３により熱的に隔離された状態で、光学シート群２４、導光板２５及び反射シート２６がこの順に配置されている。
【００４１】
図６は、伝熱部材２２の背面斜視図である。同図に示すように、伝熱部材２２の加熱領域に対応する部分はハニカムメッシュ状とされ、伝熱部２２１となっている。かかる伝熱部２２１は、発光ダイオード２２３が実装された発光ダイオード基板２２２を載置した載置部２２０に連続し、発光面１２の周辺外側に位置する周辺部２２６と多数の箇所で接続されており、それら多数の箇所を通じて流入する熱が伝熱部２２１の全域に伝わるようになっている。そして、伝熱部２２１とカバー２１の背面とは熱的に接触しているため、加熱領域においては、伝熱部材２２からの熱がカバー２１の発光面１２に直接伝えられることになる。
【００４２】
一方、伝熱部材２２の非加熱領域に対応する部分もまたハニカムメッシュ状とされた非伝熱部２２８となっている。この非伝熱部２２８は、加熱領域において伝熱部２２１により光線の一部が遮られるため、非加熱領域においても同様に光線の一部を遮ることにより、加熱領域と非加熱領域における光線量の差による輝度の差を解消するため設けられる。すなわち、非伝熱部２２８は、発光面から出射する光線量を抑制する光抑制構造である。
【００４３】
しかしながら、非伝熱部２２８の構造を伝熱部２２１と同じものとすると、非伝熱部２２８においても発光ダイオード２２３からの熱をカバー２１の背面に伝えることとなってしまう。そこで、図示のように、伝熱部２２１と非伝熱部２２８とは梁などの構造で接続されることなく互いに隙間が設けられており、なおかつ、非伝熱部２２８と周辺部２２６を少数の梁２２７により接続することにより（図示したものでは４本。手前側（図中左側）のものは隠れているため見えない）、周辺部２２６と接続している部分の断面積が小さく、載置部２２０からの熱が伝熱部２２１に比して伝わりにくい構造としている。このため、非伝熱部２２８はほとんど温度上昇することなく、発光ダイオード２２３からの熱の大半は周辺部２２６を通って伝熱部２２１へと伝えられる。そのため、非加熱領域においては、伝熱部材２２からの熱は、加熱領域あるいはカバー２１の発光面１２の外側の領域からカバー２１の面内の熱伝導によりわずかに流入するにすぎない。すなわち、非加熱領域においては、伝熱部材２２からの熱がカバー２１の発光面１２に直接伝わらない。
【００４４】
なお、本実施形態においては、加熱領域を発光面１２の全面ではなく、一部分、この場合は下側を覆う形状としている。これについて説明すると、特に条件の厳しい寒冷地であって、気温がセ氏０度を大きく下回る状況においては、発光ダイオード２２３による総発熱量が不足するため、発光面１２の全面を水の融点であるセ氏０度以上に昇温することができない場合が生じる。この場合には、発光面１２の前面に付着した氷雪を融解できず、発光面１２の前面に氷雪が付着し、その発光が視認できなくなる。そこで、加熱領域を発光面１２の一部の領域とすることにより、加熱領域に発光ダイオード２２３からの熱を集中させ、カバー２１の一部分を水の融点以上に加温することにより、当該一部分においては氷雪を融解除去する。それにより、少なくとも加熱領域においては発光面１２が視認できるようになり、発光面１２の全面が氷雪におおわれ全く視認できないという状況は回避される。なお、以上の説明より明らかなように、信号機１の設置環境によっては、寒さがあまり厳しくなく、発光ダイオード２２３の総発熱量が発光面１２の全面を水の融点まで昇温できる場合もあり得る。この場合には、加熱領域を、発光面１２の全面としてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、加熱領域は発光面１２の下側の領域である。この加熱領域の形状が意図しているのは、発光面１２表面に付着した氷雪を容易に脱落させることである。すなわち、発光面１２の前面に付着した氷雪は、加熱領域においては、発光面１２と接している部分が溶融するので、重力により発光面１２の表面を下方に滑り落ちて脱落する。このとき、加熱領域のさらに下方に非加熱領域があり、その部分において氷雪が発光面１２の前面に強固に付着しているならば、加熱領域において付着した氷雪が下方の氷雪に支えられて滑り落ちることができず、結局発光面１２表面に付着した氷雪を脱落させることができないと考えられる。従って、加熱領域のさらに下方に非加熱領域があってはならないことになる。すなわち、加熱領域は発光面１２の下側の部分である、ということは、加熱領域の鉛直上方に非加熱領域が存在し、且つ、加熱領域の鉛直下方に非加熱領域が存在しない、ということを意味する。
【００４６】
なお、図６で示した例では、加熱領域は半円形状であるが、加熱領域が発光面１２の下側の部分でありさえすれば、かかる形状は特に限定されない。加熱領域と非加熱領域との境界線の位置は信号機１の設置環境等に応じて適宜選択すればよく、また、境界線の向きも必ずしも水平方向でなくともよい。また、加熱領域の形状はここで示したものに限定されず、他の形状であってもよい。例えば、発光面１２の外周を環状に縁取る形状であっても、鉛直方向に延びる帯状の形状であってもよい。
【００４７】
なお、本実施形態では、発光ダイオード２２３を伝熱部材２２の全周、すなわち、多角形状の伝熱部材２２の全ての辺に設けたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、伝熱部材２２が偶数角形の場合、発光ダイオード２２３を伝熱部材２２の対向する辺のうち、一の辺に設け、他の辺については発光ダイオード２２３を設けないようにしてもよい。図７は伝熱部材２２が正六角形の場合の例を示しており、発光ダイオード２２３は、図中下側の３辺に設けられている。このとき、発光ダイオードが設けられていない辺の載置部２２０の内周面を反射面２２９とすることにより、一の辺上の発光ダイオード２２３から導光板２５に入射し対向する他の辺に向けて出射する光線は、反射面２２９により反射され、再度導光板２５に入光するから、より少ない発光ダイオード２２３により効率よく均一な発光が得られる。なお、反射面２２９はこの例では載置部２２０の内周面に設けたが、導光板２５の端面に直接設けるようにしてもよい。また、反射面２２９は、載置部２２０に適宜の表面処理を施すことにより作成しても、適宜の反射シートを用いることにより作成してもよい。
【００４８】
さらに、この場合、発光ダイオード２２３を設ける辺を、図７に示したように、加熱領域、すなわち伝熱部２２１の近傍とすることが好ましい。これにより、発光ダイオード２２３からの熱を効率よく伝熱部２２１へと伝えることができる。このことは、定量的には、発光ダイオード２２３は導光板２５の周囲の一部分において端面に面するように設けられ、加熱領域に面する位置における発光ダイオード２２３の発熱量の総量は、非加熱領域に面する位置における発光ダイオード２２３の発熱量の総量より大きい、と言い換えることができる。任意の発光ダイオード２２３が加熱領域に面しているか、非加熱領域に面しているかは、当該発光ダイオード２２３から伝熱部材２２の中心を見たときに伝熱部２２１又は非伝熱部２２８のいずれが見えるかにより判断してよい。また、さらに、発光ダイオード２２３が設けられた周囲の一部分に対向する位置に反射面２２９が設けられることが好ましいといえる。
【００４９】
また、本実施形態では、上述した光抑制構造を、伝熱部材２２に設けた非伝熱部２２８としたが、光抑制構造はこれに限定されない。例えば、伝熱部材２２を図８に示すように、非加熱領域において単なる開口を有する形状としてもよい。この場合、光抑制構造としては、図４を参照し、導光板２５の前面又は導光板２５の前側に配置された部材であるカバー２１の非加熱領域に対応する部分に、伝熱部２２１と同様の遮光パターンを印刷するか、伝熱部２２１の光線透過率と同程度の光線透過率となるよう単色に塗装したものを用いてもよい。又は、適宜のシート、すなわち、非加熱領域において光線透過率を抑制する色彩あるいはパターンを有するシートを導光板２５の前側となる位置に配置してもよい。例えば、光学シート群２４の一部として追加してもよい。或いは、導光板２５の背面の光反射構造のパターンを加熱領域と非加熱領域において異なるものとし、非加熱領域において導光板２５の前面より出射する光線量を加熱領域における光線量より少ないものとすることにより、光抑制構造としてもよい。さらには、加熱領域と非加熱領域間の光線量の差異が実用上問題とならない場合には、光抑制構造自体を省略してもよい。
【００５０】
続いて、信号機１の変形例を示す。図１に示した信号機１では、発光面１２は平面となっている。この場合、設置環境によっては、強い外光、例えば、西日が発光面１２にあたった場合、信号機１を観察する方向によっては、その反射により発光面１２の発光色が視認できない状況が発生する可能性がある。図９は、西日等の強い外光による反射光を抑制した信号機１の変形例を示す正面斜視図である。図示のとおり、本変形例では、信号機１のケース１０の前面及び各発光面１２が曲面となっている。さらに詳しく言うと、ケース１０の前面及び各発光面１２は、鉛直方向に直線的であり、水平方向に曲線的となる曲面である。ここでは、ケース１０の前面及び各発光面１２は水平方向に対して、前側に凸となる曲面であるから、信号機１は全体として全面が凸となるかまぼこ型をしている。なお、図８では、各発光面１２に十字線をいれ、その曲がり方を明示しているが、これは理解を容易にするためのものであり、実際にはかかる十字線は存在しない。
【００５１】
このように、発光面１２を曲面とすると、強い外光が発光面１２にあたった場合にも、特定の方向に当該外光を反射することがないため、西日等の強い外光による反射光が抑制され発光面１２の発光色が視認できる。一方で、冬季に発光面１２に付着する氷雪を考慮すると、発光面１２に付着した氷雪は脱落する際には鉛直方向に落下することから、発光面１２が鉛直方向に曲がっていると、氷雪の脱落を妨げることになる。そこで、本変形例では、発光面１２を鉛直方向に直線的であり、水平方向に曲線的となる曲面とし、氷雪の脱落を妨げず、かつ、西日等の強い外光による反射光を抑制するのである。
【００５２】
ところで、以上説明した実施形態において、例えば図６に示されるように、伝熱部２２１の形状は多数の正六角形穴が密に配列されたハニカムメッシュとなっているが、必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、伝熱部２２１の全面に熱を伝導し、かつ、複数の開口により光線を透過する構造であればいかなるものであってもよい。もっとも、このような構造では、できる限り開口の占める面積の割合を大きくすることが光線の利用効率の点から好ましい一方、伝熱部２２１を構成する各部分の断面積ができるだけ大きくかつ発熱源からの距離ができるだけ小さいものとすることが熱伝導性の点からは好ましい。このような観点からは、開口の占める面積に対し使用材料が最小とするハニカムメッシュ形状が最適解ではあるが、実用上問題がない限りでは、例えば、図１０Ａに示すような多数の丸穴が密に配置されたパンチングメッシュ形状、図１０Ｂに示すような格子形状、図１０Ｃに示すような多数のスリットを有する形状であってもよい。
【００５３】
以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示であり、当業者は種々の変形を行ってもよい。例えば、各部材の形状や寸法上の比率、発光ダイオードの配置密度や個数等は信号機に要求される性能・用途や設置環境に応じて適宜変更してよい。
【００５４】
なお、以上説明した本発明の実施形態の一つの観点においては、加熱領域は、発光面の一部の領域である。このようにすると、条件の厳しい寒冷地であっても、少なくとも加熱領域においては氷雪を溶解し、発光面の視認性を確保することができる。
【００５５】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、伝熱構造が、導光板から出射された光線を透過する複数の開口を有する伝熱部と、発光ダイオードが載置され前記伝熱部と熱的に接続した載置部とを有する。これにより、発光ダイオードからの熱を伝熱部に伝えるとともに、伝熱部において光線を前面側に透過することができる。
【００５６】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、伝熱構造は多角形状の伝熱部材であり、載置部は前記伝熱部材の辺から後方に延びる平板状の部分である。これにより、伝熱構造を一体の部材により構成することができる。
【００５７】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、発光面の加熱領域以外の領域である該非加熱領域において、前記発光面から出射する光線量を抑制する光抑制構造を有する。これにより、加熱領域と非加熱領域における光線量の差を補償できる。
【００５８】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、光抑制構造は、伝熱構造に設けられ、導光板から出射した光線を透過する複数の開口が設けられ、伝熱部に比して載置部からの熱が伝わりにくい非伝熱部であるか、前記導光板の表面又は前記導光板の前側に配置された部材に施された印刷又は塗装であるか、前記導光板の前側に配置されたシートであるか、若しくは、前記導光板の背面に形成された光反射構造である。これにより、加熱領域と非加熱領域における光線量の差を補償できる。
【００５９】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、発光ダイオードは導光板の周囲の一部分において前記導光板の端面に面するように設けられ、加熱領域に面する位置における前記発光ダイオードの発熱量の総量は、非加熱領域に面する位置における前記発光ダイオードの発熱量の総量より大きい。これにより、より少ない発光ダイオードにより効率よく均一な発光が得られる。
【００６０】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、伝熱構造の背面は反射面である。これにより、光線の利用効率が高まる。
【００６１】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、伝熱構造と導光板の間は空間又は断熱材により隔てられている。これにより、伝熱構造の熱が導光板側に逃げることがない。
【００６２】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、灯器は、ハウジングと、伝熱構造と前記ハウジングの間に配置され前記伝熱構造から前記ハウジングへの伝熱を妨げる断熱部材と、を備える。これにより、伝熱構造の熱がハウジング側に逃げることがない。
【００６３】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、灯器の下部において、伝熱構造の熱をハウジングに伝える下部伝熱構造を有する。これにより、氷柱の発生を抑制できる。
【００６４】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、灯器は、交流電流を直流電流に変換する変換回路を有する変換回路基板を備え、前記変換回路基板は、伝熱構造の下部に熱的に接触するように配置される。これにより、氷柱の発生をより一層抑制できる。
【００６５】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、信号機は、灯器を収容し、発光面を露出させる開口を前面に有するケースと、伝熱構造の前側に配置され、加熱領域において前記伝熱構造と熱的に接続される透明のカバーと、を備え、前記カバーの前記発光面は前方に凸形状であり、前記発光面の外周縁において、前記発光面と前記ケースの前面との間に段差が形成されない。これにより、発光面に付着した氷雪の脱落を妨げない。
【００６６】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、カバーの発光面の背面は凹形状である。これにより、発光面におけるカバーの厚みが薄くなる。
【００６７】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、発光面の外周縁において、前記発光面とケースの前面の傾きが等しい。これにより、発光面に付着した氷雪の脱落を妨げない。
【００６８】
また、本発明の実施形態の別の観点においては、発光面の前面は、鉛直方向に直線的であり、水平方向に曲線的となる曲面である。こうすれば、氷雪の脱落を妨げることなく西日等の強い外光による反射光を抑制できる。
【符号の説明】
【００６９】
１  信号機、２  灯器、１０  ケース、１０Ｆ  前ケース、１０Ｒ  後ケース、１１  開口、１２  発光面、１３  庇、１４  灯器固定部、１５  配線孔、２０  ガスケット、２１  カバー、２２  伝熱部材、２３  スペーサ、２４  光学シート群、２５  導光板、２６  反射シート、２７  断熱部材、２８  ハウジング、２１０  ネジ、２２０  載置部、２２１  伝熱部、２２２  発光ダイオード基板、２２３  発光ダイオード、２２４  変換回路基板取付部、２２５  変換回路基板、２２６  周辺部、２２７  梁、２２８  非伝熱部、２２９  反射面、２７０  切欠、２８０  ハウジング取付部、２８１  取付ボス、２８２  穴、２８３  伝熱突起、２８４  ネジ。
【図１】
0005650065.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005650065.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005650065.tif 000007
【図７】
0005650065.tif 000008
【図８】
0005650065.tif 000009
【図９】
0005650065.tif 000010
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
0005650065.tif 000012
【図１０Ｃ】
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