JP2009259027A - 信号灯のつらら防止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】寒冷地の信号灯灯箱のつららの発生を防止する構造を提供する。
【解決手段】信号灯の内部の電球の熱を灯箱の外部に発散させ、電球から出る熱を断熱し、熱を遮断することで電球から出る熱によるつららを発生しなようにすることが可能となった。また灯箱内部の結露も灯箱内部の空気が呼吸できるようにし、かつ雪が落下しやすいように雪割り板で２分割して落下し易くすることあるいは庇の上の雪が落ちやすい帽子を設置することでつららの発生が防止可能となった。
【選択図】なし

Description

本発明は信号灯の上部に積もった雪が信号灯内部から発生する熱で溶けて雪がつららとなり、信号が見辛くなることを防止するため、内部から発生する熱を信号灯の灯箱および庇（フード）あるいは帽子に伝わり難くし、庇（フード）、帽子および灯箱上部に積もる雪を溶かさない信号灯の灯箱形態を特徴とする。
信号灯は長期耐久性、地震、風等の力学的な安定性、維持費の低廉性、電気的な安定性、補修の容易さ等の技術から成り立っている。従って、発明の属する技術分野は信号灯の力学構造、電気配線等の電気、電子工学、長期安定性のある材料工学、熱伝導の機械工学、雪工学、人間工学の各分野に属する。

本来の信号灯は積雪寒冷地において雪が降り積もったとき、信号灯の灯箱の上部および庇（フード）に堆積した雪が信号灯の内部で発生する熱により溶かされ、雪がつらら状と成り、信号を見辛くしていた。このため、信号灯の中にヒーターを入れ、灯箱の上部に積もった雪を溶かしたり、信号灯を透明のビニールや透明のプラスチックスの箱で覆ったり、庇（フード）の上に三角状の帽子をさらに被せ、雪が落ちやすくなるようにしている。

また信号灯の赤、黄色、緑の配置を横一列ではなく、雪が積もり難い縦一列の配置にしたり、一番上の庇（フード）のつばを他の庇（フード）より長めにして雪およびつらら対策をしていた。

しかしながら、発明者はこの点について詳細に検討したところ、このよう信号灯のつらら対策はいずれも短所がある。すなわち、信号灯の内臓ヒーターでは電気代が嵩むこと、信号灯をプラスチックスのフードや覆いを被せる方法は材質の耐久性や安全性に問題があること、また縦型信号灯の一番上の庇（フード）のつばを一番長くしてもこれらの方法ではつららは解消しない。

信号灯の庇（フード）の上に三角状の帽子を取り付けてもこの上に積もった雪は簡単に落ちないため、滑りやすくするための特殊塗料を塗布しているが、塗料の耐久性に問題がある。

３種の信号灯をすべて網羅するようにこの上に透明のプラスチックス製の箱を取り付け、列車関係の信号ではプラスチックス製の箱の信号灯の真ん中だけ穴を開け、ある方向だけはよく視認できるようにしているが、斜め方向からの信号灯の視認性はよくない。

上記のいずれのつらら対策も決定的な解決策とならず、積雪寒冷地の鉄道、道路関係で信号灯のつらら対策は長年のテーマの１つとなっていた。本発明は電球の熱が外部へ移動しないように断熱、熱遮断、熱伝導を考慮し、雪割板あるいは帽子等を設置することでこのつらら対策が可能となり、これらの熱対策でつららの発生が防止できることを新たに見出した。その結果長期耐久性、維持費および設置費用の廉価性を考慮し、寒冷地の信号灯灯箱のつらら対策を目的とする新しい信号灯の構造を見出した。

かかる事情に鑑み、発明者らは鋭意検討の結果、本発明を完成させた。すなわち上記課題は、以下に示す本発明により解決される。
[１］信号灯の庇（フード）の上にさらに新しく設置した金属製の傘（以下これを帽子と呼ぶ）への熱伝導の遮断機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、庇（フード）の上にさらに雪が落ちやすい３角屋根形状の帽子、腰折れ屋根形状の帽子、あるいは人間の被るような様々な形状の帽子で庇（フード）より若干幅を広くし、傘に出来たつららおよび雪が落下するとき庇（フード）にかからないような大きさのものを設置し、これらの帽子に白熱球あるいはLEDからの熱伝達がないように帽子が接する筐体および庇（フード）の接点では断熱処理をした信号灯（道路用交通信号および鉄道用信号を含む。以下これらを単に信号灯と呼ぶ）の構造。

[２］信号灯の白熱球および発光ダイオード（以下これらを単に電球と呼ぶ）より発生する熱の発散機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、前記信号灯内部の電球の熱を灯箱の外部に放出するため、信号灯の灯箱あるいは３次元放物線状あるいは平面の形態の光の反射鏡（以下これらを反射鏡と呼ぶ）あるいは表面のレンズの一部に穴を空けるか、あるいは灯箱の穴の部分に換気扇を設置する。これらの穴を通して電球から発生した熱を灯箱の外部に放出することで灯箱頂部等の表面温度を下げ、これにより信号灯の頂部および前面上部にとり付けた信号灯の日よけの庇（フード）あるいは帽子に積もった雪を溶かさないようにした信号灯の構造。
[３］信号灯の内部で発生する熱の断熱機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、信号灯の灯箱内部に断熱材を挿入し、電球から発生する熱が信号灯の灯箱あるいは信号灯の庇（フード）あるいは庇の上の帽子に伝わらないようにした信号灯の構造。

[４］信号灯の灯箱への熱伝導の遮断機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、信号灯の電球による熱が信号灯の灯箱あるいは庇（フード）あるいは帽子に熱が伝わらないように庇（フード）と信号灯の灯箱との間、あるいは信号灯の灯箱の上部の頂部を含む丸い部分と側面の直線部分等に分割した箱のパーツの間、あるいは反射鏡と灯箱との間、あるいは電球と反射鏡との間、あるいは表面のレンズと灯箱との間に接合部を設け、ここに樹脂、セラミックス、ゴム、断熱材等の熱の伝わりにくい不良導体状物質を設置するか、あるいはこれらの接合部に隙間を作り、電球の熱が信号灯の灯箱の頂部および庇（フード）の部分あるいは帽子に熱が伝導しないようにした信号灯の構造。
[５］信号灯の灯箱内部の結露対策機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、信号灯の灯箱の一部に穴を開け、そこは水は通さないが、湿気は出入りできる素材（透水係数で１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以上）で覆い、灯箱が呼吸できるようにすることで灯箱内部の結露を防止した信号灯の構造。
[６］信号灯の庇（フード）の上面あるいは灯箱の頂部に鶏の鶏冠状の金属板（以下これを雪割板と呼ぶ）を取り付け、降り積もった雪をこの雪割板で左右に2分割し、雪を雪割り板の左右で落ち易くした信号灯の構造。

これらの方法によれば、信号灯の灯箱の上部からつららが垂れ下がり、信号が見辛くなることのない信号灯の灯箱が製造できる。
具体的には、［１］の方法において、
信号灯の庇（フード）の上にさらに新しく設置した金属製の傘（以下これを帽子と呼ぶ）への熱伝導の遮断機能を含む信号灯の灯箱の形態とし、庇（フード）の上にさらに雪が落ちやすい３角屋根形状の帽子、腰折れ屋根形状の帽子、あるいは人間の被るような様々な形状の帽子で庇（フード）より若干幅を広くし、帽子に出来たつららおよび雪が落下するとき庇（フード）にかからないような大きなものを設置し、これらの帽子に白熱球あるいはLEDからの熱伝達がないように帽子が接する筐体および庇（フード）の接点では断熱処理をした信号灯の構造とすることで庇あるいは信号灯の上部からできるつららを防止できる。
［２］の方法において、
通常の信号灯では灯火の上部に庇（フード）のひさしを付けているが、このひさしの頂部まで信号灯の熱が伝わり、頂部に積もった雪を溶かし、つららとなる(表-1 参照)。このため信号灯の内部で発生した熱を信号灯の灯箱の外部に灯箱の中を介して発散させる。従来の灯箱は防水を完全に行うことを主体としていたため、電球の熱が灯箱全体および庇（フード）まで伝わっていた。また、灯箱が密閉されて、熱が外部に発散されないため、灯箱の内部温度も高くなり（白熱球で8.9℃、LEDで5.1℃）、つららが出来易かった。
表―１ 白熱球およびLEDの信号灯の各部の表面温度（外気温：-1℃）

また、［3］の方法のように信号灯の灯箱内部に断熱材を設置すると、電球の熱が従来の灯箱構造のように信号灯の灯箱の外部に漏れなくなるため、信号灯の灯箱および庇（フード）に降り積もった雪を溶かさないため、つららが出来ないこととなる。このため灯箱外部への熱の移動を防ぐため、信号灯の灯箱の内部にロックウール、ガラスウール、ウレタン樹脂等の断熱材を挿入することでこの熱の灯箱の外部への移動を防ぐことでつらら防止をはかることが可能となる。

また、［4］の方法のように各信号灯上部に付いている庇（フード）および信号灯の灯箱の頂部,あるいは帽子にも電球の熱が伝わる。この熱がこれらに伝わると、降り積もった雪が溶け、つららができる。表―１より白熱球では灯箱頂部より発光面のレンズと接触している庇（フード）の上の方が温度が高いことから発光面のあるレンズから熱が直接庇（フード）に伝わっている。このためこのような熱伝導を防ぐため、信号灯の箱は従来のように一体化しないで、頂部と底部等のいくつかのパーツからなる箱に分け、この継ぎ目に熱不良導体であるゴム、プスチックス、樹脂、セラミックス等、あるいは空隙を設置し、灯箱頂部および庇（フード）に移動する熱をここで遮断することでつらら防止が可能となる。また、電球から発生する熱を電球の周りにヒートパイプを配して、このパイプで直接熱を灯箱外部に伝えても灯箱に熱が伝わらないためつらら防止が可能となる。

また［5］の方法のように信号灯の灯箱の内部結露を防ぐため通常は灯箱を密閉するが、密閉することで灯箱内部に湿気が浸透し、内部に浸透した湿気が温度変化で結露となることを見出した。このため、信号灯の灯箱は完全密閉しないで、灯箱内部が空気が出入りできる、いわゆる呼吸できる構造とすることで結露は防ぐことが出来る。呼吸するためには［2］で示した灯箱の穴の部分、あるいは［4］で示した灯箱の頂部と底部等との接合部、あるいは灯箱と庇（フード）の接合部に透水係数で１０−６ｃｍ/sec以上の素材を設置することで結露を防ぐことが出来る。非特許文献１は大気に触れている接合部の物質の透水係数が１０−７cm/sec以上でなければこの灯箱は結露することが示されている。

SASAKI Iwao, et al., Gas permeability of bituminous mixtures in relation to blistering phenomenon, Journal of the Japan petroleum Institute, Vol.49, No.3,Page 57-64 (2006) また、［6］の方法は庇（フード）、あるいは信号灯の灯箱の頂部に雪割板を設置することで、従来では庇（フード）、あるいは信号灯の灯箱の頂部に雪が載ったままとなり、落下し辛い状態となるが、この方法では雪割り板が雪を左右に2分割するため、庇（フード）、あるいは信号灯の灯箱の頂部に降り積もった雪は雪割り板の左右で２つに分割され、落下しやすくなり、つららの発生防止が可能となる。また、ヒートパイプを反射鏡と雪割板の底部とを接続し、かつ雪割板の庇（フード）および信号灯の頂部ではこのヒートパイプからきた熱が雪割板の底部周囲に伝わらないようにこれらの周辺部を熱不良導体あるいは断熱材で熱が雪割板以外に移動しないようにすることで雪割板に接した雪を２つに分けるだけでなく、雪割板に付着した雪の１部を溶かすことが出来るため、雪が雪割板から剥がれやすく、かつ落ちやすくすることでつららの発生を防止することが可能となる。

本発明は信号灯の灯箱および庇（フード）の上部に降り積もった雪が信号灯の内部の電球の熱で溶かされ、つららができ、信号が見辛くなることを防ぐ灯箱の構造に関するものである。
信号灯の内部の電球から発生する熱を従来は灯箱から発散するがままにしていたためこのような現象が生じたことを見出した。この対応策は信号灯の灯箱の発熱の発散、灯箱頂部および庇（フード）までの熱伝導の防止、内部の熱の断熱、灯箱をいくつかに分割しその接合部および灯箱と庇（フード）の接合部に熱の不良導体を設置することあるいは庇（フード）の上に新たに雪が落ちやすい帽子状の傘を設置することで、信号灯頂部および庇（フード）の上の温度を外気温と同程度に抑えることで灯箱頂部および庇（フード）から発生するつららを防止することができることを見出した。この信号灯の灯箱構造は維持費が安く、耐久性に優れ、施工が簡単であるという利点がある。

本発明を、実施する具体的な実施例に基づいて、以下詳細に説明する。まず、本発明に係る信号灯の灯箱構造の概要について説明する。
信号灯表面のレンズは白熱球およびＬＥＤ共に表面はいずれも放物線形状の一部をなしているが、白熱球ではこれが着色レンズであり、一方ＬＥＤでは無色のレンズである。しかし、白熱球は内部が３次元的な放物線状の金属の反射鏡の中心にあるため表面のレンズよりかなり奥に位置している。これに対して、ＬＥＤは表面のレンズ面の放物線形状の縁から鉛直方向の垂直な板上に直接取り付けられている。このためＬＥＤでは３次元的な放物線状の反射鏡は存在しない。
これらの構造が２種類の電球の熱の伝達特性を変えている。すなわち、白熱球では３次元放物線状の反射鏡の金属板および前面のレンズとの空間の空気あるいは反射鏡と灯箱との間の空気が白熱球の発生する熱で直接暖められる。これに対して、ＬＥＤでは前面のレンズと鉛直面（ＬＥＤ設置の鉛直反射板）との間の空間の空気あるいは鉛直反射板と灯箱との間の空気が暖められる。

また、信号灯の灯箱は信号の赤、黄色、青の３色の灯箱が別々のものと３つの信号が一体となったものの２種類が存在する。後者では３色の電球から発生した熱がすべて一体となった灯箱中に存在するため、１個別々の場合と異なり、灯箱中に発生する熱は１個別々の２−３倍となると考えられる。

白熱球の消費電力は７０Ｗ、一方ＬＥＤでは１５Ｗとなっているが、これらの電球から発生する熱量は非特許文献２によると前者で６８％、後者で１５％とされているので、実質的な熱出力は前者で４７．６Ｗ，後者で２．２５Ｗとなる。白熱球の３次元的な放物線状の金属の反射鏡と前面のレンズとの間の空間の空気量を３０００ｃｍ３、後者のそれを５００ｃｍ３とすると、１時間当たりの発熱量は（１時間,１Ｗで０．８６ＫＣＡＬ/Ｈ）前者で４１ＫＣＡＬ/Ｈ,後者で２ＫＣＡＬ/Ｈとなる。この熱量がすべて全面のレンズと電球との間の空気のみを温めるとすると、前者は１時間当り１１度/Ｈ,後者は０．５度/Ｈの熱発生となり、これが前面のレンズと反射鏡の間の空気温度を上昇させる。

北野庸介、漁業における代替光源としての発光ダイオード照明の検討、水産工学、４１（２）、１３９−１４２（２００４）これより、信号灯の２種の電球はいずれも電球が点灯している間は信号灯内で熱が発生しているが白熱球とＬＥＤではその熱発生量が異なる。この数字から信号灯の灯箱の空間の体積が小さいほど、また灯箱の密閉度が良いものほど発生した熱は灯箱内部に溜まり、これが灯箱の表面温度を上げていると思われる。（表―１参照）

信号灯の灯箱は通常アルミニュウム製のものが多い。このアルミニュウム製の灯箱は表面からの熱伝達が鋼製灯箱より数倍大きく、内部の熱を灯箱外部に伝えやすい。このような特性から内部で発生した熱は前面のレンズと反射鏡の間の空気だけでなく、直接灯箱あるいは前面のレンズ、あるいは反射鏡等を温めていると考えられる。

このため、内部の熱を以下のような手段で信号灯の灯箱あるいは信号灯全面のレンズ上部の庇（フード）に熱を伝えないようにすることで、灯箱頂部あるいは庇（フード）あるいは帽子の上部に降り積もった雪を溶かさないことでつららを防止することが可能となる。
すなわち、電球から発生した熱で反射鏡の金属の後方の灯箱内の空気が暖められているので、この空気中の熱を灯箱外部に発散させるため、［2］で述べた方法で灯箱内部の熱を灯箱外部に穴を開けた箇所を通じて熱を外部に発散させる。
電球の熱が反射鏡の裏側に移動しないようにすることで信号灯の灯箱の温度が上昇せず、信号灯のつらら防止が可能となる。

灯箱がアルミニュウム製であるため灯箱表面までまで熱が伝導しやすい。このため［4］の方法のように電球の熱が周りの空気以外の前面のレンズあるいは反射鏡、あるいは灯箱あるいは庇（フード）に熱が伝わらないように熱遮断をする。この方法は前面のレンズと庇（フード）あるいは灯箱との間、反射鏡と灯箱との間、電球と反射鏡の間、灯箱をいくつかに分割した灯箱間の間、あるいは３色の電球が一体化された灯箱では各電球毎に熱の不良伝導となる物質をこれらの間に設置し、熱がこれらの間で伝わることを防ぐことで信号灯の灯箱あるいは庇（フード）の上面にできるつららを防止することが可能となる。

信号灯の灯箱は雨水や雪が浸透しないことだけでなく、灯箱内の結露により信号灯内部の電気配線および電子系統の絶縁、酸化、劣化等の不良が生じる。
このため信号灯内部は通常の設計では完全密閉の設計となっているが、［5］の方法のようにこの設計では接合部から浸透した湿気が内部で結露となることを新しく見出した。
この結露対策は密閉度を完全にすることより灯箱が呼吸できるように接合部の材料を非特許文献１に示すように透水係数が１０−６cm/ｓｅｃ 以上の素材を用いることで灯箱内の空気が出入りすることとなり、灯箱内部の結露が解消される。

以上の方法では庇（フード）および信号灯の頂部に降り積もった雪は電球の熱が伝わってこないため、雪の重さで雪が自然落下することが期待できない。このため［6］の方法のように庇（フード）および信号灯の頂部に雪の積もり方に応じて庇（フード）あるいは信号灯の灯箱の頂部に高さ５−５０ｃｍの雪割り板あるいは雪が落ちやすい帽子を設置することでこれらの雪を左右に落ち易くする。このような雪割り板あるいは帽子はヒーターや特殊なエネルギーが必要でないため、安価でかつ、維持費も安く雪を自然落下させる効果があるため、つららの発生を防止することが可能となる。

Claims (6)

1. 信号灯の庇（フード）の上にさらに新しく設置した金属製の傘（以下これを帽子と呼ぶ）への熱伝導の遮断機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、庇（フード）の上にさらに雪が落ちやすい３角屋根形状の帽子、腰折れ屋根形状の帽子、あるいは人間の被るような様々な形状の帽子で庇（フード）より若干幅を広くし、傘（帽子）に出来たつららおよび雪が落下するとき庇（フード）にかからない大きさのものを設置し、これらの帽子に白熱球あるいはLED（発光ダイオード）からの熱伝達がないように帽子が接する筐体および庇（フード）の接点では断熱処理をした信号灯（道路用交通信号および鉄道用信号を含む。以下これらを単に信号灯と呼ぶ）の構造。
2. 信号灯の白熱球および発光ダイオード（以下これらを単に電球と呼ぶ）より発生する熱の発散機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、前記信号灯内部の電球の熱を灯箱の外部に放出するため、信号灯の灯箱あるいは３次元放物線状あるいは平面の形態の光の反射鏡（以下これらを反射鏡と呼ぶ）あるいは表面のレンズの一部に穴を空けるか、あるいは灯箱の穴の部分に換気扇を設置する。これらの穴を通して電球から発生した熱を灯箱の外部に放出することで灯箱頂部等の表面温度を下げ、これにより信号灯の頂部および前面上部にとり付けた信号灯の日よけのフード（以下これを庇（フード）と呼ぶ）あるいは帽子に積もった雪を溶かさないようにした信号灯の構造。
3. 信号灯の内部で発生する熱の断熱機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、信号灯の灯箱内部に断熱材を挿入し、電球から発生する熱が信号灯の灯箱あるいは信号灯の庇（フード）あるいは庇の上の帽子に伝わらないようにした信号灯の構造。
4. 信号灯の灯箱への熱伝導の遮断機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、信号灯の電球による熱が信号灯の灯箱あるいは庇（フード）に熱が伝わらないように庇（フード）と信号灯の灯箱との間、あるいは信号灯の灯箱の上部の頂部を含む丸い部分と側面の直線部分等に分割した箱のパーツの間、あるいは反射鏡と灯箱との間、あるいは電球と反射鏡との間、あるいは表面のレンズと灯箱との間に接合部を設け、ここに樹脂、セラミックス、ゴム、断熱材等の熱の伝わりにくい不良導体状物質を設置するか、あるいはこれらの接合部に隙間を作り、電球の熱が信号灯の灯箱の頂部および庇（フード）の部分あるいは帽子に熱が伝導しないようにした信号灯の構造。
5. 信号灯の灯箱内部の結露対策機能を含む信号灯の灯箱の形態であって、信号灯の灯箱の一部に穴を開け、そこは水は通さないが、湿気は出入りできる素材（透水係数で１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以上）で覆い、灯箱が呼吸できるようにすることで灯箱内部の結露を防止した信号灯の構造。
6. 信号灯の庇（フード）の上面あるいは灯箱の頂部に鶏の鶏冠状の金属板（以下これを雪割板と呼ぶ）を取り付け、降り積もった雪をこの雪割板で左右に2分割し、雪を雪割り板の左右で落ち易くした信号灯の構造。