(57)【要約】【課題】ＬＥＤ発光器の発光面の着雪を防止することができ、且つ省エネルギー性に優れるＬＥＤユニット用カバー、該ＬＥＤユニット用カバーを備えるＬＥＤ発光器、および該ＬＥＤ発光器を備えるＬＥＤ信号機を提供すること【解決手段】ＬＥＤ光を吸収して発熱する光発熱部材を有することを特徴とするＬＥＤユニット用カバー、該ＬＥＤユニット用カバーを備えることを特徴とするＬＥＤ発光器、および該ＬＥＤ発光器を備えることを特徴とするＬＥＤ信号機。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光を吸収して発熱する光発熱部材を有することを特徴とするＬＥＤユニット用カバー。
【請求項２】
前記光発熱部材は、隙間を有する形状であり、
前記光発熱部材の隙間の面積率が、前記光発熱部材の面積１００％に対して、５％以上６５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤユニット用カバー。
【請求項３】
水接触角が９０°以上のコーティング層、又は水接触角が４０°以下のコーティング層をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤユニット用カバー。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤユニット用カバーを備えることを特徴とするＬＥＤ発光器。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤ発光器を備えることを特徴とするＬＥＤ信号機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪を防止することができるＬＥＤユニット用カバー、ＬＥＤ発光器、およびＬＥＤ信号機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）信号灯器等のＬＥＤ発光器は、従来の電球型発光器に比べて省エネルギーであり、耐用年数も長い等のメリットがあることから、全国的に普及している。しかしながら、従来の電球型発光器に比べて発光面の温度が低いため、降雪の激しい地域で道路等の屋外に設置すると、発光面に雪が付着（着雪）しやすい。そのため、例えば、ＬＥＤ信号機や電光掲示板等では、着雪により点灯表示が見えにくくなり、ＬＥＤ街灯等では、着雪により道路が暗くなりやすく、交通安全性に影響を及ぼすというおそれがあった。
【０００３】
着雪を防止する装置として、特許文献１には、表示器の表面にはっ水性塗料を塗布した表示装置が開示されている。また、特許文献２には、金属線抵抗体が、シート状の可撓性透明基材の表面または内部に設けられた構成を有する信号灯用の面状ヒータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５５１９５号広報
【特許文献２】特開２０１３−３０３９１号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の表示装置は、凍結した雪の付着を防止することが難しく、付着した雪を溶かすことができないため、着雪防止の性能は十分ではなかった。また、特許文献２に記載の面状ヒータは、ヒータを稼働させる為に新たな電力が必要であり、省エネルギー性の観点で満足できるものではなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪を防止することができ、且つ省エネルギー性に優れるＬＥＤユニット用カバー、該ＬＥＤユニット用カバーを備えるＬＥＤ発光器、および該ＬＥＤ発光器を備えるＬＥＤ信号機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、ＬＥＤ光を吸収して発熱する光発熱部材を有することを特徴とするＬＥＤユニット用カバーに係るものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪を防止することができ、且つ省エネルギー性に優れるＬＥＤユニット用カバー、および該ＬＥＤユニット用カバーを備えるＬＥＤ発光器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光器の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光発熱部材の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光器を備える信号機の正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の態様について、図を使用して詳細に説明する。
本発明のＬＥＤユニット用カバーとは、ＬＥＤユニットの少なくとも一部分を覆うために使用するカバーである。図１は本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光器の断面図である。ＬＥＤ発光器の発光面の着雪をより防止でき、且つ省エネルギー性がより良好なＬＥＤユニット用カバーを得られる点から、例えば、図１に示すように、ＬＥＤユニット用カバー１を、ＬＥＤ光が照射される側に設置することが好ましい。
本発明のＬＥＤユニット用カバーは、ＬＥＤ光を吸収して発熱する光発熱部材を有している。本発明の光発熱部材とは、ＬＥＤ光を吸収して発熱することができる部材であり、好ましくは、光発熱材料と基材とを含む組成物を用いて得られる部材である。該組成物は、光発熱材料と基材に加えて、その他の材料を含んでいてもよい。
【００１２】
光発熱材料としては、ＬＥＤ光を吸収して発熱することができる材料であればよく、例えば、カーボンブラック、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、炭化ジルコニウム、グラフェン、グラフェンオキサイド、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、酸化アンチモン、酸化スズ、およびこれらの混合物等が挙げられる。
光発熱材料の形態に制限は無いが、基材との混合しやすさから、粉末状であることが好ましく、分散性の点から、光発熱材料の粒径は１ｍｍ以下であることが好ましい。
組成物に含まれる光発熱材料の含有量は、０．５重量％以上８０重量％以下が好ましい。ただし、光発熱材料と基材との合計量を１００重量％とする。光発熱材料の含有量が、上記の範囲であると、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪をより防止でき、且つ省エネルギー性を良好にすることができる。また、柔軟な光発熱部材を得ることができるため、様々な形状の基板に対しても、隙間なく接触させることができる。
【００１３】
基材としては、高分子材料等を使用することができ、例えば、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリエステル、ポリアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリ乳酸、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、およびこれらの混合物等が挙げられる。
組成物に含まれる基材の含有量は、２０重量％以上９９．５重量％以下が好ましい。ただし、光発熱材料と基材との合計量を１００重量％とする。基材の含有量が、上記の範囲であると、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪をより防止でき、且つ省エネルギー性を良好にすることができる。また、柔軟な光発熱部材を得ることができるため、様々な形状の基板に対しても、隙間なく接触させることができる。
【００１４】
組成物の製造方法としては、光発熱材料と基材とを混合する方法等が挙げられる。混合の方法に制限は無いが、例えば、溶融した基材中に光発熱材料を加えて混合する方法や、基材を溶解させた溶液に、光発熱材料を加えて分散させた後、溶媒を留去する方法等が挙げられる。また、基材の原料（単量体）と光発熱材料を溶媒の存在下で混合した後、重合又は硬化させる方法等が挙げられる。この時、基材の原料が液体であれば、これを溶媒代わりに使用しても良い。
光発熱材料が基材と容易に混合しない場合には、シランカップリング剤で光発熱材料を表面修飾して基材と混合する方法や、光発熱材料と基材と公知の分散剤とを混合する方法等も挙げられる。
【００１５】
光発熱部材の厚みとして、好ましくは０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。光発熱部材の厚みが、上記の範囲であれば、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪をより防止でき、且つ省エネルギー性を良好にすることができる。また、柔軟な光発熱部材を得ることができるため、様々な形状の基板に対しても、隙間なく接触させることができ、且つ割れにくい光発熱部材を得ることができるため、様々な形状へ加工することができる。
【００１６】
本発明の光発熱部材の製造方法としては、膜状の光発熱部材を得る方法が好ましく、例えば、前記組成物を溶媒に溶解又は懸濁させた溶液を、平らなベルトなどに流して乾燥させる溶液キャスト法、該組成物を加熱して流動性を有する状態にした後、溶融押出機を用いたインフレーション法やT−ダイ法によって膜を得る方法、該組成物を加熱して流動性を有する状態にした後、カレンダーロールにより膜を得るカレンダー法、該組成物を加熱プレス機により膜状に延伸する方法等が挙げられる。また、該組成物が、基材の原料（単量体）と光発熱材料を溶媒の存在下で混合した後に重合又は硬化させる方法で製造される場合には、重合又は硬化前の溶液を平らな面にキャストし、それを重合又は硬化させて膜状の光発熱部材を得ても良い。
【００１７】
本発明のＬＥＤユニット用カバーは、光発熱部材に加えて、基板を有していてもよい。基板を有している場合、ＬＥＤユニット用カバーは、基板の面がＬＥＤユニット側になるように設置してもよく、図１に示すように、光発熱部材の面がＬＥＤユニット側になるように設置してもよい。
光発熱部材と基板とを接触させる方法として、例えば、前記組成物を溶媒に溶解させた後、その溶液を基板上に塗布し、乾燥させる方法や、前述の方法で得られた光発熱部材を基板上に貼合する方法等が挙げられる。
【００１８】
前記基板としては、ＬＥＤ素子の点灯が認識できる程度に透明な材料であれば、特に制限は無いが、例えば、ガラスや高分子材料等が挙げられる。高分子材料としては、ポリオレフィン、ポリビニルブチラール、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ乳酸、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、およびこれらの混合物等が挙げられ、好ましくはアクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、またはシリコーンである。
基板の厚みとしては、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。基板の厚みが上記の範囲であれば、基板の機械的強度をより高くすることができ、且つ熱伝達性をより良好にすることができる。
基板が高分子材料の場合、基板の製造方法としては、基板となる高分子材料を加熱プレス機により延伸して所定の厚みとする方法、基板となる高分子材料を加熱して流動性を有する状態にした後、溶融押出機を用いたインフレーション法やT−ダイ法によって所定の厚みとする方法、基板となる高分子材料を加熱して流動性を有する状態にした後、カレンダーロールにより所定の厚みとする方法等が挙げられる。基板がガラスの場合、基板の製造方法としては、フロート法等が挙げられる。
【００１９】
本発明のＬＥＤユニット用カバーは、さらにコーティング層を有していてもよい。コーティング層を有する場合、ＬＥＤユニット用カバーは、コーティング層／基板／光発熱部材で構成されることが好ましく、光発熱部材の面がＬＥＤユニット側になるように設置することが好ましい。
【００２０】
前記コーティング層としては、ＬＥＤ発光器の発光面に付着した雪を滑落させやすくするために、水接触角が９０°以上のコーティング層、または水接触角が４０°以下のコーティング層が好ましい。
コーティング層の形成方法に制限は無いが、例えば、基板表面にコーティング剤を噴霧する方法や、刷毛等を用いて基板表面にコーティング剤を塗布する方法等が挙げられる。
前記コーティング剤としては、シリコーン系コート剤、ポリシラザン系コート剤、フッ素系コート剤、光触媒コート剤、シリカ系コート剤等が挙げられる。
コーティング層の厚みとしては、５μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。コーティング層の厚みが、上記の範囲であると、コーティング層の耐久性と熱伝導性をより良好にすることができる。
【００２１】
光発熱部材は、ＬＥＤ光を遮蔽しないように、隙間を有する形状であることが好ましい。
隙間を有する形状の光発熱部材を得る方法としては、前述の方法で得られた光発熱部材をパンチ又はカッターにより部分的に切除して該形状とする方法、前述の方法で得られた光発熱部材を線状に切断した後、それらを貼り合わせて該形状とする方法、前記組成物の溶融液を基板に塗布した後、冷却することで該形状を得る方法、前記組成物を適当な溶媒に溶解又は懸濁させた後、その溶液を基板に塗布し、乾燥することで該形状を得る方法等が挙げられる。
前記組成物を適当な溶媒に溶解又は懸濁させた後、その溶液を基板に塗布し、乾燥することで該形状を得る場合、該形状になるように基板に塗布する方法としては、インクジェット印刷法やスクリーン印刷法などが挙げられる。
【００２２】
光発熱部材の隙間の位置や隙間の面積率は、使用するＬＥＤ素子の数によって調整すればよい。隙間を有する形状の光発熱部材を用いることで、ＬＥＤ発光器本来の光の明るさを保ち、ＬＥＤ発光器の点灯表示部の視認性をより良好にすることができる。隙間を有する形状としては、例えば、図２に示すような格子型、放射型、円型、およびこれらの形状の組み合わせ等が挙げられる。
隙間を有する形状の光発熱部材を用いる場合、光発熱部材の隙間の面積率として、好ましくは５％以上６５％以下であり、更に好ましくは１０％以上４０％以下である。ただし、隙間を有する形状の光発熱部材の全面積を１００％とする。なお、前記隙間を有する形状の光発熱部材の全面積とは、隙間部分の面積と、光発熱材料と基材とを有している部分の面積との合計を指す。光発熱部材の隙間の面積率が、上記の範囲であれば、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪をより防止でき、且つ省エネルギー性をより良好にすることができ、さらにＬＥＤ発光器本来の光の明るさを保ち、ＬＥＤ発光器の点灯表示部の視認性をより良好にすることができる。
前記の光発熱部材の隙間の面積率は、光発熱部材をスキャナーで読み取り、読み取った画像上の光発熱部材の面積と隙間の面積を、コンピューターで計算し、以下の式により算出した値である。
（隙間の面積率）＝（隙間の面積）／（光発熱部材の全面積）×１００・・・（式）
【００２３】
ＬＥＤ発光器は、ＬＥＤユニット用カバーを備えるものであり、具体的には、ＬＥＤユニットとＬＥＤユニット用カバーを備えるものである。ＬＥＤユニットとは、ＬＥＤ素子とＬＥＤ基板とを備えるものである。図１にて、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光器の断面図を示す。なお、ＬＥＤ発光器は、ＬＥＤユニットとＬＥＤユニット用カバーに加えて、その他の部品を有していてもよく、ＬＥＤユニットとＬＥＤユニット用カバーとの間に、その他の部品を有していてもよい。
ＬＥＤ発光器の発光面とは、ＬＥＤ発光器外に、ＬＥＤ光を届ける役割を担う面であり、図１では、コーティング層２の表面（基板３に接していない面）に相当する。
【００２４】
本発明のＬＥＤ発光器は、ＬＥＤ信号灯器、ＬＥＤ電光掲示板、ＬＥＤ街灯、ＬＥＤ誘導灯等に適用することができ、好ましくはＬＥＤ信号灯器である。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光器（ＬＥＤ信号灯器）を備える信号機の正面図である。図３では、格子型の光発熱部材４を有するＬＥＤユニット用カバー１を使用している。
【００２６】
ＬＥＤユニット７中のＬＥＤ素子５が発光し、ＬＥＤユニット用カバー１中の光発熱部材４に照射されると、光発熱部材４がＬＥＤ光を吸収して発熱する。発生した熱は、基板３と、コーティング層２に伝わり、ＬＥＤユニット用カバー１の表面温度が上昇する。この時、ＬＥＤユニット用カバー１の表面に雪が付着しても、ＬＥＤユニット用カバー１の表面の熱によって、付着した雪は徐々に溶解して溶け落ちる。そのため、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪を防止することができる。
【００２７】
また、ＬＥＤ発光器の点灯が初期の段階で、ＬＥＤユニット用カバー１の表面温度が、雪を十分に溶かすことのできない温度であった場合、一時的にＬＥＤユニット用カバー１の表面に雪が付着する可能性があるが、ＬＥＤ発光器を継続的に点灯させることで、光発熱部材４が発熱し続け、ＬＥＤユニット用カバー１の表面温度が上昇する為、付着した雪は徐々に溶解して自重によって落下し、ＬＥＤ発光器の発光面に着雪し続ける状態を防止することができる。
【００２８】
また上記で発生した熱は、ＬＥＤ光に由来するものであるため、ＬＥＤ素子を発光させる電力があれば、ＬＥＤ発光器の発光面の着雪を防止することができる。そのため、ヒータ等の追加の電力が必要な機器を取り付けた場合に比べて、省エネルギー性に優れている。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
［実施例１］
光発熱部材である炭化ジルコニウムと基材である熱硬化性のシリコーンを混合し、その混合液を平らなテフロン（登録商標）板にキャストし、そのまま熱硬化させて膜状の光発熱部材を得る。得られる光発熱部材をカッターで部分的に切除し、隙間の面積率が１０％の図２の格子状の光発熱部材を得る。該格子状の光発熱部材を、基板として用いるポリカーボネート板の一方の面に貼り付けた後、基板のもう一方の面に水接触角が９０°以上のシリコーンコート剤をスプレー塗布することでLEDユニット用カバーを得る。該LEDユニット用カバーとＬＥＤユニットを用いて、図１に示す構成の信号灯器を作製し、該信号灯器から図３に示す構成の信号機を作製する。該信号機を降雪している場所に設置し、該信号機を点灯させたまま放置する。数日後、信号機の発光面を確認すると、発光面に雪は付着しておらず、信号機の点灯を認識することが可能である。また、信号機の点灯に必要な電力のみ使用しており、省エネルギー性に優れる。
【００３１】
［比較例１］
LEDユニット用カバーの作製時に光発熱部材を使用しない以外は実施例１と同様にして、信号機を作製する。該信号機を降雪している場所に設置し、該信号機を点灯させたまま放置する。数日後、信号機の発光面を確認すると、発光面に雪が付着しており、信号機の点灯を認識できない。
【符号の説明】
【００３２】
１  ＬＥＤユニット用カバー
２  コーティング層
３  基板
４  光発熱部材
５  ＬＥＤ素子
６  ＬＥＤ基板
７  ＬＥＤユニット
８  ＬＥＤ発光器
９  庇部
１０  器体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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