JP2013230183A

JP2013230183A - 放熱機能を有するｌｅｄ治療器

Info

Publication number: JP2013230183A
Application number: JP2012102414A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Matsubara; 一雄松原; Terumi Matsubara; 照巳松原; Naoki Honma; 直樹本間; Hiroki Suma; 弘樹須摩
Original assignee: Atom Medical Corp
Current assignee: Atom Medical Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: JP6346726B2; US9155906B2; US20130289673A1

Abstract

【課題】ＬＥＤを使用した治療器において、冷却ファンがなくても、内部に熱を停滞させないのであり、常にＬＥＤのジャンクション許容温度以下に維持でき、治療用光源のＬＥＤを長期に使用できると共に、冷却ファンを使用しないので騒音がなく、新生児用として有効に使用できるＬＥＤ治療器を提供する。
【解決手段】軽量な樹脂材で長方形の筐体に形成した本体部２と、発光色の異なる複数のＬＥＤ１５ａを所要間隔をもって線状に複数列取り付けたプリント基板８と、軽量で熱伝導性の良い材料で形成された複数の放熱スタッド９を備えた放熱板と、本体部２の開口面に取り付けられる透明板７とからなり、本体内に密着して放熱板１０を取り付け、放熱板の放熱スタッド９に密着させてプリント基板８が取り付けられた構成とし、ＬＥＤ１５ａで発熱した熱を放熱スタッド９から放熱板１０に伝導し、放熱板１０と密着する本体部２の外表面から積極的に放熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として新生児用の黄疸治療器であって、該治療器自体に放熱機能を付与したＬＥＤ治療器に関するものである。

この種の医療用のＬＥＤ治療器としては、複数の技術が公知になっている。
例えば、第１の公知技術として、多数のＬＥＤと、これら多数のＬＥＤが配設された球状凹部を有するＬＥＤ取付け基板と、前記ＬＥＤの電極ピンが接合される平板状のプリント基板とからなり、該プリント基板の表面に電気的に絶縁して排泄された複数の導電膜から成るヒートシンクを有し、該導電膜のそれぞれに前記ＬＥＤの電極ピンのそれぞれが接合されて、前記ＬＥＤとＬＥＤ取付け基板とプリント基板とが一体的に形成されていることを特徴とする光源装置である（特許文献１参照）。

この第１の公知技術に係るＬＥＤ治療器においては、光源装置は、多数のＬＥＤがＬＥＤ取付け基板及びプリント基板に一体的にかつ安定して取り付けることができ、また、安定して取り付けられているので、製作が容易なばかりでなく、使用中の故障も少なく、しかも、ヒートシンクが十分に施されているので、ＬＥＤは勿論のこと、ハンドピースが異常に加熱されることなく、従って、ＬＥＤを長寿命に保つというものである。

また、第２の公知技術は、ＬＥＤ駆動部にＬＥＤ素子の入出力時の温度上昇を抑制するための冷却ファンを設け、該冷却ファンは照射色デジタル出力回路に接続され、光照射中に冷却ファンによりＬＥＤ素子の温度上昇を抑制せしめた熱を疾患部に放出するように構成したことを特徴とする近赤外線ＬＥＤ治療器（請求項８）である（特許文献２参照）。

この第２の公知技術に係る近赤外線ＬＥＤ治療器においては、ＬＥＤ駆動部には入出力の使用ＬＥＤの温度上昇を抑えるための冷却ファンが実装される。抑制された熱は本体部に設けたスリットまたは隙間部から放出されることで、この僅かな熱が治療中に疾患者に快い熱感を与えて温熱効果を高めている。従って、近赤外線光の物理的エネルギーと電気的振動及び温熱感との複合的な相乗作用によって、疾患者は治療感が高められて疼痛緩解の満足すべき治療効果が得られる（段落［００１９］［００２１］）というものである。

さらに、第３の公知技術は、要するに放熱部分については、中心軸周りに環状に配置した複数のＬＥＤと、各ＬＥＤの前方にそれぞれ配置したレンズと、を具備するとともに、前記各レンズをその光軸が前記中心軸に対して斜めになるように配置し、各ＬＥＤから射出された光が前記中心軸に互いに相寄る向きに又は中心軸から離れる向きに進行するように構成した光照射装置であって、前記レンズを前後から挟み込んで保持する前レンズ保持部材及び後レンズ保持部材をさらに具備し（請求項１の一部）、放射状に延びる複数のアームを有した取付部材と、各ＬＥＤの底面に取り付けられる放熱フィンと、をさらに具備し、前記取付部材を、前記前レンズ保持部材又は後レンズ保持部材に固定することにより、アームと後レンズ保持部材との間で、ＬＥＤ及び放熱フィンが挟圧固定されるように構成している光照射装置（請求項３）である（特許文献３参照）。

この第３の公知技術に係る光照射装置においては、放熱構造として、各ＬＥＤの底面に密着する放熱フィンを設けるとともに、放熱フィンの更に後方で筐体の後端部にファンを取り付けてあり、空気は、外気吸い込み孔から放熱フィンを通ってファンに吸い込まれ、後端開口から排出されるので、好適に放熱することができるというものである。

特開２００３−１３５４８５号公報特開２００９−２０７６０５号公報特開２００９−２３１０２３号公報

前記第１の公知技術に係るＬＥＤ治療器においては、プリント基板の両面に導電膜のヒートシンクが設けられると共に、ＬＥＤの電極ピン数に応じたスルーホールが設けられ、該スルーホールには導電性のカラー部材が挿入貫通され、ＬＥＤの＋電極ピンが挿通されるカラー部材は裏面側のヒートシンク導電膜と導通し、−電極ピンが挿通されるカラー部材は表面側のヒートシンク導電膜と導通しており、ＬＥＤの＋電極と−電極とは、それぞれ挿通したカラー部材と半田付けし、ヒートシンク導電膜がＬＥＤへの給電端子になるというものであり、放熱用のファンを設けない点では構成上優れている。

しかしながら、配設されている多数のＬＥＤは近接して密集した状態で設けられており、しかも、ＬＥＤは発光部において発熱するにも拘わらず、球状凹面の取付け基板は相当な厚みがあって隣接状態で多数の窪み部が設けられ、該窪み部に嵌めてＬＥＤが取付けられているため、該窪み部近傍に熱が蓄積または滞熱する可能性が高く、細い電極ピンを介してプリント基板への熱伝達量は少ないと認められるので、ＬＥＤにおける発光部側では、依然としてジャンクション温度の許容範囲を超えて高くなってしまい、使用寿命が短くなるばかりでなく熱による故障が生ずるという問題点を有している。

また、前記第２の公知技術に係る治療器に使用されるＬＥＤは近赤外線であって、温熱による治療器であり、ＬＥＤの温度上昇を抑えるための冷却ファンが設けられ、該冷却ファンで抑制された熱も治療用として使用するというものであるが、冷却ファンの騒音が障害になるような治療には使用できないばかりでなく、冷却ファンの使用寿命または故障による治療器として問題点を有している。

前記第３の公知技術に係る光照射装置においても、放熱構造として、各ＬＥＤの底面に密着する放熱フィンを設けるとともに、放熱フィンの更に後方で筐体の後端部にファンを取り付けて、好適に放熱することができるというものであるが、やはり、ファンの騒音が障害となるような治療には使用できないし、ファンの使用寿命による故障などの問題点を有している。

この種の治療器に使用されるＬＥＤのジャンクション温度の許容温度は１２５℃であって、その温度を超えるとＬＥＤの使用寿命が短くなる。例えば、ジャンクション温度の許容温度が１０℃上がる毎に、ＬＥＤの寿命は半減し、故障率が略２倍になり、最短ではその寿命が３０時間になる。そして、例えば、１７５℃を超えると場合によっては破壊される可能性がある。

従って、公知技術に係るＬＥＤを使用した治療器において、冷却ファンのないものは、放熱構造・機能が不充分であって、使用寿命が半減するという問題点を解決すると共に、放熱ファンを有するものにおいては、放熱ファンの騒音が障害となって使用できないこと、及びファンの寿命による治療器の故障の問題点を解消させることに解決課題がある。

本発明は、前記課題を解決する具体的手段として、軽量な樹脂材で長方形の筐体に形成した本体部と、発光色の異なる複数のＬＥＤを所要間隔をもって線状に複数列取り付けたプリント基板と、軽量で熱伝導性の良い材料で形成された複数の放熱スタッドを備えた放熱板と、前記本体部の開口面に取り付けられる透明板とからなり、前記本体内に密着して放熱板を取り付け、該放熱板の放熱スタッドに密着させて前記プリント基板が取り付けられたことを特徴とする放熱機能を有するＬＥＤ治療器を提供するものである。

本発明に係る放熱機能を有するＬＥＤ治療器の発明は、前記放熱スタッドを備えた放熱板の外周面には放熱塗料が塗布されていること；前記軽量で熱伝導性の良い材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であること；前記発光色の異なる複数のＬＥＤを所要間隔をもって線状に複数列取り付けるとは、青色発光のＬＥＤを両側面側に２列と、白色発光のＬＥＤを中央部に１列配設すること；前記各列の両端部側で、中央部の列との間で各両端部のＬＥＤと一つ手前のＬＥＤとの中間付近で略等間隔の中間位置に、それぞれ青色発光のＬＥＤを配設したこと；及び前記各列に所要間隔をもって配設した複数のＬＥＤは、６個であること、を付加的な要件として含むものである。

本発明に係る放熱機能を有するＬＥＤ治療器によれば、軽量な樹脂材で長方形の筐体に形成した本体部と、発光色の異なる複数のＬＥＤを所要間隔をもって線状に複数列取り付けたプリント基板と、軽量で熱伝導性の良い材料で形成された複数の放熱スタッドを備えた放熱板と、前記本体部の開口面に取り付けられる透明板とからなり、前記本体内に密着して放熱板を取り付け、該放熱板の放熱スタッドに密着させて前記プリント基板が取り付けられた構成であるため、ＬＥＤで発熱した熱を放熱スタッドから放熱板に伝導し、放熱板と密着する本体部の外表面から積極的に放熱させるので、冷却ファンがなくても、内部に熱を停滞させないのであり、常にＬＥＤのジャンクション許容温度以下に維持でき、治療用光源のＬＥＤを長期に使用できるという優れた効果を奏する。

また、本発明に係るＬＥＤ治療器は、線状に配設した６個の白色発光ＬＥＤを中心にして、その両側に線状に配設した６個、即ち、１２個と中間位置に配設した２個の青色発光ＬＥＤによる特殊な配列パターンにすることで、好ましい黄疸治療効果が得られると共に、放熱のためのファンを使用しないので騒音がなく、新生児用として有効に使用できるという優れた効果を奏する。

本発明に係る好ましい実施の形態に係るＬＥＤ治療器の使用状況を示す側面図である。同実施の形態に係るＬＥＤ治療器において、図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。同実施の形態に係るＬＥＤ治療器に使用される放熱板を略示的に示した断面図である。同実施の形態に係るＬＥＤ治療器に使用される放熱板を下面側から見た斜視図である。同実施の形態に係るＬＥＤ治療器であって、青色発光ＬＥＤと白色発光ＬＥＤとの特殊な配列パターンを示す下面図である。

本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。図１〜５において、本発明に係るＬＥＤ治療器１は、照射面が略長方形を呈し内側に光源等が取り付けられる所要の空間部を有する筐体としての本体部２と、該本体部２の下端縁に設けた周縁を囲うバンパー３とからなり、前記本体部２における上面には、一部を盛り上げてトンネル状にし後述する主要部材と本体部２とを合体するための軸部材４を設けると共に、その軸部材４の後端部側に設けた取付部５を介して、例えば、一例として角度変更が自在にできる所要の支持アーム６が取り付けられている。

本体部２の内部には、バンパー３の下面側内側に配設された、例えばガラスまたはエポキシ樹脂等の樹脂材からなる透明板７と、主要部材の光源である複数のＬＥＤが取り付けられたプリント基板８および該プリント基板８が複数の放熱スタッド９を介して連結された放熱板１０とが配設されるものであり、該放熱板１０は本体部２の内側に略密着した状態で取り付けられる。

本体部２は、軽量化を図るために、例えば、熱可塑性樹脂の一種であるＡＢＳ樹脂で成型されたものであり、前記放熱板１０は、図３と図４に示したように、軽量で熱伝導性の良いアルミニウムまたはアルミニウム合金で、例えば、板金成形またはダイキャスト成形されたものであり、前記取付部５の軸を結合させるための孔部１１と、後述する結合用部材や外部電源が接続されるソケット取付用の切欠１２等が設けられ、全体として本体部２の内壁面に略沿うように形成されたものである。そして、放熱スタッド９も軽量なアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成したものであり、放熱板１０と溶接等の手段により密着一体化されている。なお、図示したように、少なくとも、６個の放熱スタッド９が所要位置に取り付けられると共に、各自由端部にはプリント基板８を取り付けるためのねじ穴１３が設けられている。

このように形成された放熱板１０と放熱スタッド９は、外周面全体に放熱塗料が塗布されている。使用される放熱塗料としては、例えば、オキツモ株式会社製の「放熱用コーティング剤（クールテック）」として市販されている「ＣＴ−１００」であり、スプレー式であって１０〜３０μｍの厚さに塗布するものであり、好ましくは白色の塗料を使用する。また、本体部２は、例えば、一例として熱可塑性のＡＢＳ樹脂で成型されたものであるが、これに限定されることなく、要するに、放熱性樹脂であればより一層効果があり、さらに、放熱板１０と同様に放熱塗料を塗布しても良い。

プリント基板８にはＬＥＤを取り付けるための複数のレンズホルダー１４が設定された配列をもって、かつプリント基板８との接触面積を広くして設けられており、該レンズホルダー１４に埋め込むようにしてＬＥＤ１５ａが取り付けられる。この場合に、重要な事項としては、プリント基板８に設けたレンズホルダー１４の配列状態であると共に、取り付けられるＬＥＤの発光色の配列状態である。

本発明の場合には、照射面が略長方形の本体部２において、図５に示したように、長さ方向の両側面側と中央部とに線状に３列のＬＥＤが配設されるようにし、各列に所要間隔をもってそれぞれ６個つづのＬＥＤが配列されるようにレンズホルダー１４を取り付けると共に、各列の両端部側において、中央部の列との間で、かつ各両端部のＬＥＤと一つ手前のＬＥＤとの中間付近で略等間隔の中間位置にそれぞれＬＥＤが位置するようにレンズホルダー１４を取り付けるのである。そして、両側の２列と中間位置には青色に発光するＬＥＤ１５ａ（網掛け表示）が取り付けられ、中央部の１列には白色に発光するＬＥＤ１５ｂが取り付けられるのである。従って、青色発色のＬＥＤ１５ａが１６個で、白色発色のＬＥＤ１５ｂが６個で、計２２個のＬＥＤが、特殊な配列パターンで取り付けられるのである。

特に、青色発光色は、新生児の黄疸治療に有効であり、白色発光色と一緒に使用するのであるが、種々検討及び試験結果からして、少なくとも、線状に配設した６個の白色発光ＬＥＤ１５ｂを中心にして、その両側に線状に配設した６個、即ち、１２個と中間位置に配設した２個の青色発光ＬＥＤ１５ａによる特殊な配列パターンにすることで、好ましい黄疸治療効果が得られたのである。なお、青色発光だけでなく白色発光ＬＥＤ１５ｂを混ぜて設けることにより補色効果が得られるのであって、術者の目の保護に役立つのである。

前記ＬＥＤ治療器１の構成において、本体部２に対してプリント基板８や放熱板１０の取り付けについては、まず、放熱板１０を本体部２の内側に嵌め込み、軸部材４に取り付けてある結合用部材１６にねじなどの固定部材１７を介して密着状態に取り付ける。次に、所定の配列位置に青色発光ＬＥＤ１５ａと白色発光ＬＥＤ１５ｂとを取り付けたプリント基板８を本体部２内に嵌め込み、ねじ１８を各放熱スタッド９のねじ穴１３にねじ込み、放熱スタッド９とプリント基板８とが隙間なく密着する状態で放熱板１０に取り付け、更に、本体部２の開口部を塞ぐように透明板７を嵌め込み、少なくとも両側に設けた係止部７ａを本体部２の一部に係合させてＬＥＤ１５ａとＬＥＤ１５ｂをカバーして治療器１が完成する。なお、本体部２と放熱板１０とは隙間なく密着するように形成するのであり、設計上のクリアランスは０〜０．５ｍｍであるが、両者間における空気層を完全になくすために、例えば、熱伝導シリコンシート等を貼付して取り付ければさらに密着度を高められる。

このように構成したＬＥＤ治療器１においては、プリント基板８と放熱板１０とが放熱スタッド９により密着度良く一体化されており、複数のＬＥＤで発熱した熱は、放熱スタッド９を介して効率良く放熱板１０側に熱伝導され、該放熱板１０と密着している本体部２から外部に効率良く順次放出されるので、内部に滞熱することなくレンズホルダー１４及びその近傍を平均して８０℃前後に維持するようになり、複数のＬＥＤ１５ａとＬＥＤ１５ｂをジャンクション許容温度の１２５℃以下に常時維持できるのである。

従って、本発明のＬＥＤ治療器１は、複数の放熱スタッド９を有する放熱板１０を使用して本体部２内にプリント基板８を取り付けた構成にしたことによって、プリント基板８に取り付けた複数のＬＥＤが発熱しても、その熱を放熱スタッド９及び放熱板１０を介して本体部から外部に積極的に放熱するので、冷却ファンを装備しなくても、ＬＥＤのジャンクション許容温度以下に維持でき、治療用光源のＬＥＤを長期（１００００ｈ）に使用できるようになるのである。

本発明に係るＬＥＤ治療器１は、軽量な樹脂材で長方形の筐体に形成した本体部２と、発光色の異なる複数のＬＥＤを線状に複数列取り付けたプリント基板８と、軽量で熱伝導性の良い材料で形成された複数の放熱スタッド９を備えた放熱板１０と、前記本体部２の開口面に取り付けられる透明板７とからなるものであり、前記本体２内に密着して放熱板を取り付け、該放熱板の放熱スタッドに密着させて前記プリント基板８が取り付けられた構成であるため、ＬＥＤで発熱した熱を放熱スタッド９から放熱板１０に伝導し、放熱板１０と密着する本体部２の外表面から積極的に放熱させるので、冷却ファンがなくても、内部に熱を停滞させないのであり、常にＬＥＤのジャンクション許容温度以下に維持でき、治療用光源のＬＥＤを長期に使用できるようになり、新生児の黄疸治療に限らず、他の治療器にも広く利用できるのである。

１ＬＥＤ治療器
２本体部
３バンパー
４軸部材
５取付部
６支持アーム
７透明板
７ａ係止部
８プリント基板
９放熱スタッド
１０放熱板
１１孔部
１２切欠
１３ねじ穴
１４レンズホルダー
１５ａ青色発光のＬＥＤ
１５ｂ白色発光のＬＥＤ
１６結合用部材
１７固定部材
１８ねじ

Claims

軽量な樹脂材で長方形の筐体に形成した本体部と、発光色の異なる複数のＬＥＤを所要間隔をもって線状に複数列取り付けたプリント基板と、軽量で熱伝導性の良い材料で形成された複数の放熱スタッドを備えた放熱板と、前記本体部の開口面に取り付けられる透明板とからなり、
前記本体内に密着して放熱板を取り付け、
該放熱板の放熱スタッドに密着させて前記プリント基板が取り付けられたこと
を特徴とする放熱機能を有するＬＥＤ治療器。
前記放熱スタッドを備えた放熱板の外周面には放熱塗料が塗布されていること
を特徴とする請求項１に記載の放熱機能を有するＬＥＤ治療器。
前記軽量で熱伝導性の良い材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であること
を特徴とする請求項１乃至２に記載の放熱機能を有するＬＥＤ治療器。
前記発光色の異なる複数のＬＥＤを所要間隔をもって線状に複数列取り付けるとは、
青色発光のＬＥＤを両側面側に２列と、
白色発光のＬＥＤを中央部に１列配設すること
を特徴とする請求項１乃至３に記載の放熱機能を有するＬＥＤ治療器。
前記各列の両端部側で、中央部の列との間で各両端部のＬＥＤと一つ手前のＬＥＤとの中間付近で略等間隔の中間位置に、それぞれ青色発光のＬＥＤを配設したこと
を特徴とする請求項１乃至４に記載の放熱機能を有するＬＥＤ治療器。
前記各列に所要間隔をもって線状に配設した複数のＬＥＤは、６個であること
を特徴とする請求項１乃至５に記載の放熱機能を有するＬＥＤ治療器。