(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の内部に発熱部を有する機器に用いられる放熱構造であって、
前記発熱部の表面の少なくとも一部に沿った形状に加工され、単体の状態で該形状を有し、接合材によって前記発熱部と一体化された放熱層と、
前記筐体に前記放熱層と対向して設けられた放射熱吸収層と、を備え、
前記放熱層及び前記放射熱吸収層は、セラミックまたは樹脂で形成されたことを特徴とする放熱構造。
【請求項２】
前記接合材は、金属材料であることを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
【請求項３】
前記放射熱吸収層は、前記筐体の内側に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放熱構造。
【請求項４】
前記放射熱吸収層は、前記筐体の少なくとも一部を形成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放熱構造。
【請求項５】
前記放熱層はセラミックで形成され、前記放射熱吸収層はセラミックまたは樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放熱構造。
【請求項６】
前記セラミックは、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ケイ素、ガラス、窒化ケイ素、炭化ケイ素、二酸化ジルコニウム、ムライト、ステアライト、フォルステライト、コージェライト、窒化アルミニウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５記載の放熱構造。
【請求項７】
前記放熱層は樹脂で形成され、前記放射熱吸収層はセラミックまたは樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放熱構造。
【請求項８】
前記樹脂は、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、アクリル、エポキシ、フェノール、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、不飽和ポリエステル、ポリイミド、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７記載の放熱構造。
【請求項９】
前記樹脂は、繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の放熱構造。
【請求項１０】
前記筐体の内部は真空雰囲気であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の放熱構造。
【請求項１１】
前記機器は、絶縁筒の両端部に固定側端板と可動側端板が固着された真空容器を筐体とする真空バルブであり、前記発熱部として、前記固定側端板を貫通して設けられた固定側電極棒と前記可動側端板を貫通して移動自在に設けられた可動側電極棒とを有し、
前記放熱層及び前記放射熱吸収層は、セラミックで形成されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放熱構造。
【請求項１２】
前記筐体の内部は空気雰囲気であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の放熱構造。
【請求項１３】
前記機器はＬＥＤヘッドライトであり、前記発熱部として基板に取り付けられた光源を有し、
前記放熱層は、前記基板の前記光源が取り付けられた面と反対側の面に設けられ、
前記放射熱吸収層は、前記筐体の内側に前記放熱層と対向して設けられたことを特徴とする請求項１２記載の放熱構造。
【請求項１４】
筐体の内部に発熱部を有する機器に用いられる放熱構造の製造方法であって、
セラミックの焼成体または成型体、または樹脂を加工し、前記発熱部の表面の少なくとも一部に沿った形状の放熱層を形成するステップと、
前記放熱層と前記発熱部とを接合材を用いて接合し一体化するステップと、を含むことを特徴とする放熱構造の製造方法。
【請求項１５】
絶縁筒の両端部に固定側端板と可動側端板が固着された真空容器、
前記固定側端板を貫通して設けられた固定側電極棒、
前記可動側端板を貫通して移動自在に設けられた可動側電極棒、及び
前記固定側電極棒及び前記可動側電極棒各々の対向する端部に設けられた接点を備えた真空バルブであって、
前記固定側電極棒及び前記可動側電極棒の表面の一部に放熱層が設けられると共に、前記絶縁筒に前記放熱層と対向して放射熱吸収層が設けられ、前記放射熱吸収層は前記絶縁筒の前記両端部を含む部分を形成しており、
前記放熱層及び前記放射熱吸収層はセラミックで形成され、
前記絶縁筒は、前記放射熱吸収層に挟まれた中間部に金属製のアークシールドが配置され、前記接点と対向する内側部分には、前記アークシールドが露出していることを特徴とする真空バルブ。
【請求項１６】
前記絶縁筒の前記中間部の外側には、前記アークシールドを覆う絶縁層が設けられ、前記絶縁層はセラミックで形成されたことを特徴とする請求項１５記載の真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、放熱構造及びその製造方法、真空バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空遮断器等の真空機器、あるいはＬＥＤヘッドライト、パワーモジュール等の密閉された機器においては、筐体の内部で発生した熱を効率的に放熱させ、機器の温度を許容温度以下に抑える必要がある。特に真空遮断器における真空バルブは、高電圧化及び大電流化に伴い発熱量が大きくなっており、放熱特性を向上させる必要性が高まっている。【０００３】
従来、真空バルブ内で発生した熱は、金属導体を通じて真空バルブの外部へ伝導され、金属製の冷却フィンで放熱されている（図３参照）。複数の真空バルブを有する真空遮断器においては、各々の真空バルブ内で発生した熱を外部へ逃がすために、外部に複数の冷却フィンが設けられている。ＬＥＤヘッドライトにおいても、光源で発生した熱を放熱する冷却フィンが設けられている（図７参照）。【０００４】
また、特許文献１では、真空バルブの耐電圧性能を向上させるため、電極及び電極棒を囲むように金属製の電極カバー及び電極棒カバーを設け、それらの表面に酸化膜またはセラミックス被膜等の絶縁被膜を施している。さらに、この先行例では、電極カバー及び電極棒カバーの内表面に銅の被膜を設け、電極及び電極棒の熱を拡散させ通電性能を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−９６４８２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、真空バルブ内で発生した熱を冷却フィンで放熱させる従来の構造では、高電圧化及び大電流化に伴い冷却フィンのサイズが大きくなり、機器の大型化を招いていた。また、ＬＥＤヘッドライトにおいても、冷却フィンを設けることにより機器が大型化するという問題があった。【０００７】
特許文献１に開示された真空バルブでは、電極と電極カバーとの間に隙間があるため、電極の熱はセラミックス被膜に伝導されにくい。さらに、真空雰囲気においては、空気雰囲気のとき以上に隙間によって断熱される。【０００８】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、筐体の内部で発生した熱を効率的に放熱することが可能な放熱構造及びその製造方法を提供することを目的とする。また、真空バルブの放熱特性を向上させ、高電圧化及び大電流化といった高性能化と小型化の両立を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に開示される放熱構造は、筐体の内部に発熱部を有する機器に用いられ、前記発熱部の表面の少なくとも一部に沿った形状に加工され、単体の状態で該形状を有し、接合材によって前記発熱部と一体化された放熱層と、筐体に放熱層と対向して設けられた放射熱吸収層とを備え、放熱層及び放射熱吸収層は、セラミックまたは樹脂で形成されたものである。
【００１０】
また、本願に開示される放熱構造の製造方法は、筐体の内部に発熱部を有する機器に用いられる放熱構造の製造方法であって、セラミックの焼成体または成型体、または樹脂を加工し、発熱部の表面の少なくとも一部に沿った形状の放熱層を形成するステップと、放熱層と発熱部とを接合材を用いて接合し一体化するステップとを含むものである。
【００１１】
また、本願に開示される真空バルブは、絶縁筒の両端部に固定側端板と可動側端板が固着された真空容器と、固定側端板を貫通して設けられた固定側電極棒と、可動側端板を貫通して移動自在に設けられた可動側電極棒と、固定側電極棒及び可動側電極棒各々の対向する端部に設けられた接点とを備えた真空バルブであって、固定側電極棒及び可動側電極棒の表面の一部に放熱層が設けられると共に、絶縁筒に放熱層と対向して放射熱吸収層が設けられ、放射熱吸収層は絶縁筒の両端部を含む部分を形成しており、放熱層及び放射熱吸収層はセラミックで形成され、絶縁筒は、放射熱吸収層に挟まれた中間部に金属製のアークシールドが配置され、接点と対向する内側部分には、アークシールドが露出しているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願に開示される放熱構造によれば、発熱部で発生した熱は放熱層により放射され、放熱層と対向して設けられた放射熱吸収層に吸収された後、筐体の外部へ放射されるため、筐体の内部で発生した熱を効率的に放熱することが可能である。【００１３】
また、本願に開示される放熱構造の製造方法によれば、発熱部に対してセラミックからなる放熱層を形成することができる。【００１４】
また、本願に開示される真空バルブによれば、固定側電極棒及び可動側電極棒で発生した熱は放熱層により放射され、絶縁筒に放熱層と対向して設けられた放射熱吸収層に吸収された後、真空容器の外部へ放射されるため、真空容器の内部で発生した熱を効率的に放熱することが可能である。従来の冷却フィンを備えた真空バルブに比べて効率的に放熱できるため、高電圧化及び大電流化といった高性能化と小型化の両立が図られる。
本願の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１における真空バルブの放熱構造を示す断面模式図である。
【図２】実施の形態１における真空バルブの放熱構造を示す断面模式図である。
【図３】従来の真空バルブの放熱構造を示す断面模式図である。
【図４】実施の形態１における真空バルブの放熱構造の変形例を示す断面模式図である。
【図５】実施の形態２におけるＬＥＤヘッドライトの放熱構造を示す断面模式図である。
【図６】実施の形態２におけるＬＥＤヘッドライトの放熱構造の変形例を示す断面模式図である。
【図７】従来のＬＥＤヘッドライトの放熱構造を示す断面模式図である。
【図８】実施例４における真空バルブの放熱構造を示す断面模式図である。
【図９】比較例２における真空バルブの放熱構造を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
実施の形態１では、筐体の内部が真空雰囲気である機器として真空バルブを例に挙げ、その放熱構造について図面に基づいて説明する。図１及び図２は、実施の形態１における真空バルブの放熱構造を示す図であり、図１は真空バルブの接点が閉じた状態、図２は真空バルブの接点が開いた状態をそれぞれ示している。図３は、従来の真空バルブの構造を示している。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
【００１７】
図１及び図２に示すように、真空バルブ１は、絶縁筒２、固定側端板３、可動側端板４、固定側電極棒５、可動側電極棒６、ベローズ７、固定側接点８、及び可動側接点９を備えている。筐体である真空容器は、円筒状の絶縁筒２と、絶縁筒２の両端部にろう付けにより固着された固定側端板３及び可動側端板４とを含む。絶縁筒２の中間部には、筒状金属であるアークシールド２１が配置されている。
【００１８】
固定側電極棒５は、固定側端板３を貫通して設けられ、ろう付けにより固定側端板３に取り付けられている。また、可動側電極棒６は、可動側端板４を貫通し、ベローズ７を介してろう付けにより可動側端板４に接合され、軸方向に移動自在に設けられている。
【００１９】
固定側電極棒５及び可動側電極棒６各々の対向する端部には、接点が設けられている。すなわち、固定側電極棒５の端部には固定側接点８がろう付けにより接合され、可動側電極棒６の端部には可動側接点９がろう付けにより接合されている。真空バルブ１の外側に設けられた駆動装置（図示省略）で可動側電極棒６が駆動され、ベローズ７が伸縮することにより接点が開閉する。
【００２０】
真空バルブ１は、図１に示すように接点が閉じて通電すると、真空容器内部の固定側電極棒５、可動側電極棒６、固定側接点８、及び可動側接点９が発熱部となり、電力系統に異常が発生した際は、図２に示すように接点が開き遮断される。
【００２１】
実施の形態１における真空バルブ１の放熱構造は、発熱部と直接または間接的に接合された放熱層１１と、真空容器の一部である絶縁筒２に放熱層１１と対向して設けられた放射熱吸収層２２とを備えている。具体的には、図１に示すように、固定側電極棒５と可動側電極棒６の表面の一部に、セラミックで形成された放熱層１１がそれぞれ設けられている。
【００２２】
放熱層１１は、固定側電極棒５及び可動側電極棒６で発生した熱を効率的に放射するように、固定側電極棒５及び可動側電極棒６の表面の一部に密着して設けられる。真空雰囲気においては、空気雰囲気のとき以上に隙間で断熱されるため、各々の電極棒と放熱層１１との間に隙間がある場合、放熱特性が低下する。
【００２３】
また、絶縁筒２は、その両端部にセラミックで形成された放射熱吸収層２２が配置され、放射熱吸収層２２に挟まれた中間部付近に金属製のアークシールド２１が配置されている。アークシールド２１は、絶縁筒２を介して固定側端板３及び可動側端板４と接触するため、絶縁を保持することができる。
【００２４】
放射熱吸収層２２は、放熱層１１と対向して設けられ、放熱層１１が放射した熱を吸収する。一方、固定側接点８及び可動側接点９と対向する絶縁筒２の内側部分には、アークシールド２１が露出している。また、絶縁筒２の中間部の外側には、アークシールド２１を覆う絶縁層であるセラミック層２３が設けられてもよい。セラミック層２３を設けることで、放射熱吸収層２２に吸収された熱を真空バルブ１の外部に放熱する効率を高められる。
【００２５】
図１において、Ｌ１は、固定側端板３から放熱層１１の端部までの距離、Ｌ１´は可動側端板４から放熱層１１の端部までの距離を示している。各々の電極棒において放熱層１１が設けられる範囲、すなわちＬ１、Ｌ１´は、特に限定されるものではないが、Ｌ１、Ｌ１´が大きいほど放射による冷却性能は高くなる。
【００２６】
一方、接点開閉時には固定側接点８及び可動側接点９の近傍の温度が急激に高くなり、特に接点が開く際には高温、高電界の雰囲気になるため、放熱層１１が熱衝撃によって損傷し真空バルブ１の内部に散乱する恐れがある。これを防止するため、放熱層１１が設けられる範囲Ｌ１、Ｌ１´は、固定側接点８及び可動側接点９の形状、印加電圧に依存する電界、熱量、及び温度等を考慮して決定される。
【００２７】
また、放射熱吸収層２２が設けられる範囲は、特に限定されるものではないが、放熱層１１と対向する範囲以上であることが望ましい。金属製のアークシールド２１は、セラミックに比べて放射率が低く反射率が高いため、放熱層１１が放射した熱を吸収せずに反射する。このため、放熱層１１はアークシールド２１と対向させないことが望ましい。
【００２８】
固定側接点８及び可動側接点９と対向する絶縁筒２の内側部分には、放射熱吸収層２２を設けず、アークシールド２１を露出させることにより、接点開閉時に発生するアークを防御することができる。
【００２９】
上記のような放熱構造によれば、固定側電極棒５及び可動側電極棒６で発生した熱は、固定側電極棒５及び可動側電極棒６の表面に設けられた放熱層１１により放射され、放熱層１１と対向して設けられた放射熱吸収層２２に吸収される。放射熱吸収層２２に吸収された熱はアークシールド２１に伝導され、温度が均一化された後、放射熱吸収層２２及びセラミック層２３から真空バルブ１の外部へ放射される。
【００３０】
次に、比較例として、従来の真空バルブの放熱構造について図３を用いて説明する。従来の真空バルブ１００は、真空容器外部の固定側電極棒５及び可動側電極棒６に金属製の冷却フィン１０を備えている。固定側電極棒５及び可動側電極棒６で発生した熱は、各々の電極棒を伝導して真空容器外部へ移動し、冷却フィン１０によって空冷される。
【００３１】
これに対し、実施の形態１による真空バルブ１は、冷却フィン１０による放熱に加え、放射による放熱機構を備えている。従来の放熱構造であると、高性能化による発熱を冷却フィン１０のみで冷却するため、冷却フィン１０の大型化、それに伴う真空バルブの大型化を招く。それに対し、本発明では放射による放熱機構を備えているため、冷却フィン１０の大型化を抑えられるため、高性能化と小型化の両立が可能になる。
【００３２】
ただし、実施の形態１による真空バルブ１の変形例として、図４に示す真空バルブ１Ａのように、放熱層１１及び放射熱吸収層２２を備え、放熱特性が十分である場合は、真空容器外部の電極棒に冷却フィン１０を備えない構造でもよい。
【００３３】
放熱層１１、放射熱吸収層２２、及びアークシールド２１の外側表面の絶縁層（セラミック層２３）の材料としては、放射率が高いセラミックが用いられる。放射率は、物体からの熱放射のしやすさを０から１で表したものである。
【００３４】
具体的には、セラミックは、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ケイ素、ガラス、窒化ケイ素、炭化ケイ素、二酸化ジルコニウム、ムライト、ステアライト、フォルステライト、コージェライト、窒化アルミニウムの少なくとも１つを含む。これらは単体で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。加工性及びコストの観点から、酸化アルミニウムが好適である。
【００３５】
また、今回は真空雰囲気である機器として真空バルブを例に挙げたが、真空バルブではない場合は、放熱層１１、放射熱吸収層２２、及びアークシールド２１の外側表面の絶縁層の材料として、放射率が高い樹脂を用いてもよい。具体的には、樹脂は、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、アクリル、エポキシ、フェノール、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、不飽和ポリエステル、ポリイミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体の少なくとも１つを含む。これらは単体で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。または、これらの樹脂のいずれか１つ以上を母材とした繊維強化プラスチックを用いてもよい。
【００３６】
真空バルブの場合は、放熱層１１及び放射熱吸収層２２はセラミックに限定されるが、真空バルブではない場合、放熱層１１及び放射熱吸収層２２は、セラミックまたは樹脂で形成され、その組み合わせは自在である。放熱層１１と放射熱吸収層２２の両方をセラミックで形成する場合、同じセラミックを用いてもよいし、異なるセラミックを用いてもよい。放熱層１１と放射熱吸収層２２の両方を樹脂で形成する場合も同様である。また、放熱層１１をセラミックで形成し、放射熱吸収層２２を樹脂で形成してもよいし、その逆であってもよい。
【００３７】
真空バルブ１の放熱構造の製造方法として、固定側電極棒５及び可動側電極棒６の表面の一部に放熱層１１を形成する方法について説明する。１つの方法として、セラミックの焼成体または成型体を加工し、電極棒に沿った形状にする方法がある。焼成されたセラミックの塊を加工する場合、ダイヤモンド製の加工用具等が用いられる。また、焼成前のセラミック成型体を加工する場合は、焼成体に比べて柔らかく加工が容易である。ただし、セラミックは焼成時に収縮するため、焼成前のセラミック成型体を加工した場合は、焼成体を加工した場合に比べて寸法精度が低くなる。
【００３８】
その後、加工された放熱層１１を、例えば金属製の接合材を用いて各々の電極棒と一体化する。接合材を用いない場合、放熱層１１と電極棒との間の微小な隙間により熱伝導が妨げられるため、接合材を用いて電極棒と放熱層１１を密着させた方がよい。なお、金属製の接合材の種類は特に限定されるものではない。
【００３９】
また、別の方法として、セラミックコーティングを用いることもできる。セラミックコーティングとしては、発熱部である電極棒にセラミック前駆体溶液を塗布するステップと、セラミック前駆体溶液を焼結によりセラミック化し放熱層１１を形成するステップとを含むゾルゲル法、あるいは釉薬を用いる方法等がある。
【００４０】
セラミックコーティングの場合、前工程として電極棒の表面に凹凸を形成するサンドブラストを行うことが望ましい。その後、脱脂洗浄を行い、セラミック前駆体溶液を例えばスプレーで均一に塗布し、１００℃で予備乾燥した後、３００℃で本焼成を行う。放熱層１１を部分的に形成する場合、セラミック前駆体溶液を塗布する際に、放熱層１１を形成しない領域をマスキングテープでマスキングする。
【００４１】
セラミックコーティングで形成された放熱層１１は、電極棒に施された凹凸によるアンカー効果で電極棒と隙間なく接着しており、接合材を用いる必要がない。なお、電極棒の表面に凹凸をつける方法はサンドブラストに限定されるものではない。また、密着性が確保される場合、必ずしも凹凸をつける必要はない。さらに、密着性を高める方法として、化学的手法または物理的手法を用いてもよい。
【００４２】
セラミックコーティングの材料としては、例えばケイ素が主成分の材料を用い、強度を上げるために酸化アルミニウム粒子を添加したり、色付けするために二酸化チタン、酸化銅等の粒子を添加したりすることができる。なお、粒子の添加はこれに限定されるものではなく、膜の物性を変えるために適宜行われる。さらに、陽極酸化のように電極棒の表面を酸化する方法、あるいはプラズマを用いた処理によりセラミック層を析出させる方法等を用いてもよい。また、放熱層１１を樹脂で形成する場合は、樹脂の塊を加工する方法、コーティング及び塗装等、周知の方法を用いることができる。
【００４３】
上記のような方法で固定側電極棒５及び可動側電極棒６に放熱層１１を形成した後、固定側接点８、可動側接点９、固定側端板３、可動側端板４、及び絶縁筒２等の各部材をろう付により接合し、真空バルブ１を製造する。絶縁筒２は、アークシールド２１の形状に合わせて加工された放射熱吸収層２２をアークシールド２１と接合し、その後、セラミック層２３を付けることにより作製される。
【００４４】
以上のように、実施の形態１における真空バルブ１の放熱構造によれば、真空容器の内部で発生した熱を効率的に放熱することが可能であり、高性能化と小型化の両立が可能になる。また、実施の形態１における放熱構造の製造方法によれば、発熱部である固定側電極棒５及び可動側電極棒６に対してセラミックからなる放熱層１１を形成することができる。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態２では、筐体の内部が空気雰囲気である機器としてＬＥＤヘッドライトを例に挙げ、その放熱構造について説明する。図５は、実施の形態２におけるＬＥＤヘッドライトの放熱構造を示し、図６は、図５に示すＬＥＤヘッドライトの放熱構造の変形例を示している。また、図７は、従来のＬＥＤヘッドライトの放熱構造を示している。
【００４６】
図５に示すように、実施の形態２におけるＬＥＤヘッドライト３０は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を光源３１に用いた車両用ヘッドライトであり、光源３１が取り付けられた基板３２、集光レンズ３３、保持部材３４、取付部材３５、投射レンズ３６、及び筐体３７を備えている。
【００４７】
基板３２の一方の面には光源３１が取り付けられている。集光レンズ３３は保持部材３４に固定され、光源３１と対向している。集光レンズ３３の前方には取付部材３５によって投射レンズ３６が配置され、光源３１の照射光を透過する。これらを収納する筐体３７の内部は空気雰囲気である。なお、図５では筐体３７の断面形状を簡易的に矩形に描いている。
【００４８】
実施の形態２におけるＬＥＤヘッドライト３０の放熱構造について説明する。ＬＥＤヘッドライト３０では、光源３１が発熱部となる。基板３２の光源３１が取り付けられた面と反対側の面には、セラミックで形成された放熱層３８が設けられている。すなわち、実施の形態２では、放熱層３８は発熱部と間接的に接合されている。放熱層３８は、基板３２の表面に密着して設けられている。放熱層３８の接合方法は、熱伝導を妨げない方法であれば特に限定されるものではなく、例えば金属を材料とした接合剤が用いられる。また、空気雰囲気であるため、ネジによる固定でも、熱伝導はほとんど妨げられない。
【００４９】
また、放熱層３８と対向する筐体３７の内側には、セラミックまたは樹脂で形成された放射熱吸収層３９が設けられている。筐体３７の材料としては、金属、樹脂、またはセラミック等が用いられ、特に限定されるものではないが、筐体３７の材料が樹脂またはセラミックである場合は、放射熱吸収層３９を設けない構造としてもよい。
【００５０】
放射熱吸収層３９が設けられる範囲は、特に限定されるものではないが、放熱層３８と対向する範囲以上であることが望ましい。筐体３７が金属製の場合、セラミックに比べて放射率が低く反射率が高いため、放熱層３８が放射した熱を吸収せずに反射する。このため、筐体３７が金属製の場合は放熱層３８と対向させないことが望ましい。
【００５１】
上記のような放熱構造によれば、光源３１で発生した熱は基板３２を介して放熱層３８に吸収され、光源３１とは反対側に放射される。放熱層３８によって放射された熱は、放熱層３８と対向して設けられた放射熱吸収層３９に吸収され、筐体３７から外部へ放射される。
【００５２】
放熱層３８及び放射熱吸収層３９の材料としては、上記実施の形態１と同様に、放射率が高いセラミックまたは樹脂を用いることができる。セラミック及び樹脂の具体例については、上記実施の形態１に記載した通りである。また、放熱層３８の形成方法は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５３】
ＬＥＤヘッドライト３０の組立方法は、例えば次のような方法で行われる。各々の部品は、ネジまたは接着剤等を用いた周知の方法で接合される。光源３１が取り付けられた基板３２に、保持部材３４で保持された集光レンズ３３を取り付け、取付部材３５でそれらを固定する。続いて取付部材３５に投射レンズ３６を取り付け、基板３２に放熱層３８を設ける。最後に、組立部品を放射熱吸収層３９が設けられた筐体３７の内部に設置し、ＬＥＤヘッドライト３０が完成する。
【００５４】
なお、ＬＥＤヘッドライト３０の場合、光源３１のサイズは基板３２のサイズに対して小さく、発熱領域は微小である。このため、基板３２に熱伝導率の低い放熱層３８を直接設けた場合、放熱層３８の平面内で温度分布が生じ、放熱特性が低下することがある。
【００５５】
そこで、実施の形態２によるＬＥＤヘッドライト３０の変形例として、図６に示すＬＥＤヘッドライト３０Ａのように、基板３２と放熱層３８の間に金属板４０を配置してもよい。ＬＥＤヘッドライト３０Ａでは、光源３１から放出された熱は、金属板４０の平面内で均一となった後、放熱層３８から放射される。これにより、放熱特性がさらに向上する。金属板４０の材料としては、熱伝導率の高いアルミニウム、銅、銀等が用いられるが、加工性とコストの観点からアルミニウムが望ましい。
【００５６】
比較例として、従来のＬＥＤヘッドライトの放熱構造について図７を用いて説明する。従来のＬＥＤヘッドライト３００は、基板３２の光源３１が取り付けられた面と反対側の面に、ヒートシンクとして金属製の冷却フィン４１を備えている。これに対し、実施の形態２におけるＬＥＤヘッドライト３０、３０Ａは、冷却フィン４１を備えておらず、放熱層３８は冷却フィン４１よりも高さ寸法を小さくできる。
【００５７】
実施の形態２におけるＬＥＤヘッドライト３０、３０Ａの放熱構造によれば、筐体３７の内部で発生した熱を効率的に放熱することが可能であり、従来の冷却フィン４１を用いたＬＥＤヘッドライト３００に比べて小型化が図られる。従って、実施の形態２によれば、小型化したＬＥＤヘッドライト３０、３０Ａが得られる。
【実施例】
【００５８】
実施例１から実施例４による真空バルブは、本願による真空バルブの放熱構造を採用したものである。実施例１から実施例３において、表１に示す放熱層（Ａ）及び放射熱吸収層（Ｂ）は、上記実施の形態１による真空バルブ１（図１参照）の放熱層１１及び放射熱吸収層２２に該当する。【００５９】
実施例１から実施例３では、放熱層（Ａ）として酸化アルミニウム、窒化ケイ素、及び炭化ケイ素をそれぞれ用い、放射熱吸収層（Ｂ）として酸化アルミニウムを用い、放熱層（Ａ）との対向部全域に放射熱吸収層（Ｂ）を設けている。また、比較例１として、放熱層（Ａ）を設けていない真空バルブを用意した。【００６０】
図８は、実施例４による真空バルブの放熱構造を示し、図９は、比較例２による真空バルブの放熱構造を示している。実施例４及び比較例２では、実施例１に対し、放熱層（Ａ）及び放射熱吸収層（Ｂ）が設けられる範囲を変更している。実施例４では、図８に示すように、放熱層（Ａ）との対向部全域に放射熱吸収層（Ｂ）を設け、実施例１よりも放熱層（Ａ）及び放射熱吸収層（Ｂ）の範囲を大きくしている（Ｌ２＞Ｌ１）。【００６１】
一方、比較例２では、図９に示すように、放熱層（Ａ）の範囲（Ｌ１）は実施例１と同程度であるが、対向部の放射熱吸収層（Ｂ）の範囲（Ｌ３）を小さくし、Ｌ１の約半分としている（Ｌ３＜Ｌ１）。このため、放熱層（Ａ）の約半分は、金属製のアークシールド２１と対向している。なお、実施例１から実施例４、及び比較例２による真空バルブでは、固定側電極棒５及び可動側電極棒６に金属製の接合材を介して放熱層（Ａ）を密着させている。【００６２】
これらの実施例１から実施例４、比較例１及び比較例２による真空バルブに対し、温度上昇の抑制効果を検証する試験を行った。なお、真空バルブ１内部の温度は、固定側端板３に貫通穴をあけて測定する必要があり、貫通穴をあけると絶縁筒２の真空が保てない。このため、今回の試験では、絶縁筒２外部の固定側端板３と固定側電極棒５との接触部分において温度を測定した。温度の測定には、光ファイバー温度計及び熱電対等を使用することができるが、電界集中しない観点から光ファイバー温度計が望ましい。【００６３】
固定側接点８と可動側接点９を閉じて通電すると、温度は徐々に上昇し、その後、飽和状態となる。今回の試験では、飽和状態の時の温度と試験開始時の温度の差である上昇温度を測定した。ただし、上昇温度は定格電圧及び通電容量等の条件によって変わるため、今回の試験結果の数値は一例である。試験結果を表１に示す。【００６４】
【表１】
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【００６５】
表１に示すように、放熱層（Ａ）として酸化アルミニウムを用いた実施例１の上昇温度は６７Ｋ、窒化ケイ素を用いた実施例２の上昇温度は７１Ｋ、炭化ケイ素を用いた実施例３の上昇温度は７３Ｋであった。これに対し、放熱層を設けていない比較例１の上昇温度は９６Ｋであり、実施例１から実施例３ではいずれも温度上昇が抑制された。酸化アルミニウムを用いた実施例１において、比較例１に対して２９Ｋの低温化が観察され、温度上昇が最も抑制された。【００６６】
また、実施例１、実施例４、及び比較例２は、いずれも放熱層（Ａ）に酸化アルミニウムを用いているが、実施例１と実施例４のように、放熱層（Ａ）との対向部全域に放射熱吸収層（Ｂ）が設けられた場合は、放熱層を設けていない場合（比較例１）よりも温度上昇が抑制された。実施例１よりも放熱層（Ａ）及び放射熱吸収層（Ｂ）を設ける範囲が大きい実施例４においても、上昇温度に差は見られなかった。【００６７】
一方、比較例２のように、放射熱吸収層（Ｂ）の範囲が実施例１よりも小さく、絶縁筒２の内側に金属製のアークシールド２１が露出している範囲が大きい場合は、温度上昇の抑制効果が小さかった。この原因として、放射層（Ａ）と対向するアークシールド２１が、放射層（Ａ）が放射した熱を吸収せずに反射していると考えられる。【００６８】
次に、ＬＥＤヘッドライトの放熱構造の実施例及び比較例について説明する。実施例５から実施例９は、本願によるＬＥＤヘッドライトの放熱構造を採用したものである。実施例５から実施例８では、上記実施の形態２によるＬＥＤヘッドライト３０（図５参照）の放熱層３８として、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、及びポリカーボネートをそれぞれ用い、各々の放熱層３８の高さ寸法は５ｍｍとした。【００６９】
実施例５から実施例８では、放熱層３８との対向部に設けられる放射熱吸収層３９として、酸化アルミニウムを用いた。実施例９では、放熱層３８として酸化アルミニウム、放射熱吸収層３９としてポリカーボネートを用いた。【００７０】
また、比較例３として、放熱層３８及び放射熱吸収層３９を設けず、従来の金属製の冷却フィン４１（図７参照）を備えたＬＥＤヘッドライトを用意した。冷却フィン４１の高さ寸法は１１ｍｍであった。さらに、比較例４として、放熱層３８として酸化アルミニウムを用い、放射熱吸収層３９を設けていないＬＥＤヘッドライトを用意した。比較例４において、放熱層３８との対向部は金属製の筐体３７である。【００７１】
これらの実施例５から実施例９、比較例３及び比較例４によるＬＥＤヘッドライトに対し、温度上昇の抑制効果を検証する試験を行った。ＬＥＤヘッドライトを点灯すると温度は徐々に上昇し、その後、飽和状態となる。今回の試験では、飽和状態の時の温度と試験開始時の温度の差である上昇温度を測定した。温度の測定には、光ファイバー温度計及び熱電対等を使用することができる。試験結果を表２に示す。【００７２】
【表２】
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【００７３】
表２に示すように、放熱層３８として酸化アルミニウムを用いた実施例５の上昇温度は１００Ｋ、窒化ケイ素を用いた実施例６の上昇温度は１０５Ｋ、炭化ケイ素を用いた実施例７の上昇温度は１０８Ｋ、及びポリカーボネートを用いた実施例８の上昇温度は１０７Ｋであった。酸化アルミニウムの放熱層３８を用いた実施例５において、温度上昇が最も抑制された。【００７４】
また、放熱層３８及び放射熱吸収層３９を設けず、冷却フィン４１を設けた比較例３の上昇温度は１０６Ｋであり、実施例６から実施例８と同程度であった。ただし、冷却フィン４１の高さ寸法が１１ｍｍであることから、高さ寸法が５ｍｍの放熱層３８を用いた場合よりもＬＥＤヘッドライトが大型化する。【００７５】
また、実施例５、実施例９、及び比較例４は、いずれも放熱層３８に酸化アルミニウムを用いているが、放射熱吸収層３９にも酸化アルミニウムを用いた実施例５において温度上昇が最も抑制された。ただし、放射熱吸収層３９にポリカーボネートを用いた実施例９においても、実施例１と同程度の効果が得られた。一方、放射熱吸収層３９が設けられておらず、放熱層３８との対向部が金属製の筐体３７である比較例４では、上昇温度が１２１Ｋと最も高くなった。【００７６】
以上の結果から、本願による真空バルブの放熱構造を採用した実施例１から実施例４、及び本願によるＬＥＤヘッドライトの放熱構造を採用した実施例５から実施例９において、いずれも温度上昇の抑制効果を確認することができた。【００７７】
なお、上記実施の形態及び実施例では、筐体の内部が真空雰囲気である真空機器として真空バルブを例に挙げ、筐体の内部が空気雰囲気である機器としてＬＥＤヘッドライトを例に挙げて説明したが、本願による放熱構造はこれらの機器に限定されるものではない。【００７８】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００７９】
１、１Ａ、１００  真空バルブ、２  絶縁筒、３  固定側端板、４  可動側端板、５  固定側電極棒、６  可動側電極棒、７  ベローズ、８  固定側接点、９  可動側接点、１０、４１  冷却フィン、１１、３８  放熱層、２１  アークシールド、２２、３９  放射熱吸収層、２３  セラミック層、３０、３０Ａ、３００  ＬＥＤヘッドライト、３１  光源、３２  基板、３３  集光レンズ、３４  保持部材、３５  取付部材、３６  投射レンズ、３７  筐体、４０  金属板
【要約】
真空バルブ（１）は、その放熱構造として、発熱部である固定側電極棒（５）及び可動側電極棒（６）の表面の一部に放熱層（１１）が設けられると共に、絶縁筒（２）に放熱層（１１）と対向して放射熱吸収層（２２）が設けられる。放熱層（１１）及び放射熱吸収層（２２）は、放射率が高いセラミックで形成される。固定側電極棒（５）及び可動側電極棒（６）で発生した熱は、放熱層（１１）により放射され、放射熱吸収層（２２）に吸収された後、放射熱吸収層（２２）及びセラミック層（２３）から真空バルブ（１）の外部へ放射される。【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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