JP2019087334A - 耐放射線ｌｅｄ照明灯 - Google Patents

Abstract

【課題】高い放射線環境下においても必要な光量を一定期間維持できる小型の耐放射線ＬＥＤ照明灯を提供する。【解決手段】ＬＥＤ光源２と、ＬＥＤ光源２を内部に収納する筐体３と、ＬＥＤ光源２からの光を外部に照射するために筐体３に形成された照射口４と、ＬＥＤ光源２に電気的に接続される筐体３内部の配線部５とを有する耐放射線ＬＥＤ照明灯１において、積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有する耐放射線部材が使用され、中心光度が初期値の５０％になる積算放射線量が２ＭＧｙより大きい値をとるようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、高い放射線環境下での使用に適した耐放射線ＬＥＤ照明灯に関する。

原子力発電施設内の原子炉キャビティ或いは使用済み燃料ピット内等を照明するための水中照明灯が公知である（例えば、仏国ＥＣＥ社製のハロゲン水中照明器等）。このような水中照明灯には、ハロゲンランプ等が用いられてきたが、最近では同じ明るさで消費電力を抑えられる等の理由でＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）（発光ダイオード）も用いられるようになってきている（例えば、英国ＲＯＶＴＨＥＣ社製ＲＳＬ ＬＥＤ Ｐｏｎｄ ｌｉｇｈｔ等）。

上記の照明灯は水中で用いられるものであるが、水中ではなく、原子炉格納容器内の大気中で使用するためのＬＥＤ照明灯も公知である（特許文献１）。この場合、ＬＥＤが熱に弱い一方で水による冷却が行われないため、大気中においてＬＥＤの十分な放熱が図られなければならず、そのために特許文献１のＬＥＤ照明灯では、ＬＥＤランプをソケットに装着して、そのソケットを介して大気中に熱を放散している。

特開２０１２−００３８５４号公報

「高分子系材料の耐放射線特性とデータ集」，日本原子力研究所，２００３年９月，ＪＡＥＲＩ−Ｄａｔａ／Ｃｏｄｅ ２００３−０１５，第９−１１頁 「耐放射線性ＰＥＥＫケーブルの開発」，日本原子力研究開発機構，２００９年４月，ＪＡＥＴＡ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００９−０１８，第２−３頁

しかしながら、従来のＬＥＤ照明灯は、いずれも通常状態にある原子炉施設内に使用されるものであって、要求される耐放射線性は、積算放射線量１０ｋＧｙ（グレイ）程度である。ところが、重大事故によりメルトダウンを起こした原子炉内からデブリを取り出すために長時間圧力容器内を照明しなければならない照明灯には、１０ｋＧｙ／ｈのガンマ線を２００時間受けた場合の積算放射線量に相当する２ＭＧｙの耐放射線性が要求される。この値は、従来の照明灯に要求される値よりも２桁も高いものである。そこで、実験によって従来のアレイ型高出力ＬＥＤに積算放射線量２ＭＧｙを照射してみたところ、ＬＥＤチップが基板から剥がれるなどして破損し、使用に耐えられなかった。これまでにも、原子炉圧力容器内に投入されたロボット等に搭載された光源は存在したが、稼動時間が２００時間よりもはるかに短く、積算放射線量２ＭＧｙに耐えたものは存在しない。

また、本格的なデブリの取り出し作業を行うのに先立ち、調査目的で事故後の原子炉圧力容器内に照明灯を投入するために原子炉圧力容器上部に孔を開ける必要があるが、その大きさは原子炉の配管φ１４０ｍｍと同等程度に制限される可能性が高い。そのため、この孔から投入する調査目的のＬＥＤ照明灯にもφ１４０ｍｍよりも小さい径が望まれる。他方、冷却用のファンは、放射線環境下では１０ｋＧｙ程度で使用できなくなるため、冷却は周囲への放熱に頼らざるを得ない。ところが、上記の圧力容器に開ける孔の大きさに照明灯の大きさが制限されるために、冷却に必要な放熱板の面積を確保することが困難という問題が発生する。

加えて、事故後の原子炉の下方は水で満たされている可能性があるために、水中での照明が必要となる場合もある。

従って、本発明は、高い放射線量でＬＥＤ光源が破損せず、高い放射線環境下においても必要な光量を一定期間維持できる小型の耐放射線ＬＥＤ照明灯を提供することを目的とする。

また、本発明は、小型であっても大気中への放熱性の優れたＬＥＤ照明灯、特に耐放射線ＬＥＤ照明灯を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、水中で使用可能な耐放射線ＬＥＤ照明灯を提供することを目的とする。

第一に、本発明は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源を内部に収納する筐体と、ＬＥＤ光源からの光を外部に照射するために筐体に形成された照射口と、ＬＥＤ光源に電気的に接続される筐体内部の配線部とを有する耐放射線ＬＥＤ照明灯であって、積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有する耐放射線部材が使用され、中心光度が初期値の５０％になる積算放射線量が２ＭＧｙより大きい値をとる耐放射線ＬＥＤ照明灯である。

本明細書中、耐放射線性とは、所定の積算放射線量において、重要特性（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）が初期値の５０％以上（特性保持率５０％以上）を維持することを意味するものとする。ここで、重要特性とは、例えば可撓性材料における破断時の伸び等、その材料・部材に求められる重要な特性である。従って、本明細書中、耐放射線部材が積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有するとは、積算放射線量２ＭＧｙにおいて、耐放射線部材の重要特性の特性保持率が５０％を下回らない（重要特性の特性保持率が５０％になる積算放射線量が２ＭＧｙより大きい値をとる）ことを意味する。ここで、本発明の耐放射線部材の重要特性は、その部材の使用目的に応じて決定される。すなわち、耐放射線部材に熱伝導性が求められる場合、重要特性は熱伝導率等であり、絶縁性が求められる場合、重要特性は耐電圧等であり、光の透過性が求められる場合、重要特性は可視波長領域における光の透過率等であり、強度が求められる場合、重要特性は剛性等の機械的強度となる。その部材に複数の特性が必要とされる場合は、それらの特性のいずれもが重要特性となり得る。

こうして、発明者は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源を内部に収納する筐体と、ＬＥＤ光源からの光を外部に照射するために筐体に形成された照射口と、ＬＥＤ光源に電気的に接続される筐体内部の配線部とを有するＬＥＤ照明灯において、放射線量とともに光量は低下するものの、中心光度が初期値の５０％になる積算放射線量が２ＭＧｙより大きい耐放射線ＬＥＤ照明灯を実現した。

特に、本発明では、濡れ広がり性に優れて半田溶着強度の高い鉛含有半田（特にＳｎ−３７Ｐｂ半田）をＬＥＤ光源に使用した。すなわち、ＬＥＤ光源において、ＬＥＤチップを有鉛のクリーム半田により基板の銅箔の金属配線パターンに加熱溶着した。こうして、本発明によれば、ＬＥＤ光源において、実際に放射線照射テストにより２ＭＧｙの放射線を照射しても、ＬＥＤチップが基板から剥がれることなどがなく、破損に至らないようにすることができる。さらに、このように構成されたＬＥＤ光源は、積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性をも有する。すなわち、本発明のＬＥＤ光源は、重要特性としての中心光度が積算放射線量２ＭＧｙに対して初期値の５０％以上を維持することができる。

次に、本発明は、耐放射線ＬＥＤ照明灯において、ＬＥＤ光源と筐体との間に伝熱手段が設けられ、ＬＥＤ光源で発生した熱が伝熱手段と筐体を介して外部に放散される構成とされている。

ＬＥＤ光源に用いられる半導体ＬＥＤチップは、熱の影響を受けやすい（温度が８５℃を超えるとＬＥＤチップが破損する。）。そこで、高放射線量下で冷却ファンが使用できないことに鑑み、本発明は、ＬＥＤ光源と筐体との間に伝熱手段を設け、ＬＥＤ光源で発生した熱を伝熱手段を介して筐体に伝え、筐体を介して熱を外部に逃がすことにした。

そして、本発明は、ＬＥＤ照明灯、特に耐放射線ＬＥＤ照明灯において、照射口から当該照射口と反対の側に向け且つ断面が照射口と略同形とされた断面を有する仮想筒面内に収まるように筐体が延在し、筐体には、筐体の外面から仮想筒面に向けて放熱フィンが仮想筒面から飛び出さないようにして立設されている。

すなわち、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯は、調査目的で原子炉圧力容器に開ける小さな孔（φ１４０〜２５０ｍｍ）から照明灯を投入することを考慮して、光量を確保するために重要な照射口を最大寸法として、その照射口側から視たときに、耐放射線ＬＥＤ照明灯のその他の部分がはみ出さないように構成されている。これにより、原子炉圧力容器の孔から照射口を先頭にして照明灯を圧力容器内に入れていくとき、照明灯の他の部分が孔の入口にひっかかって入らなくなることがない。しかしながら、このように耐放射線ＬＥＤ照明灯が小型とされている（径を大きくとれない）ことにより、ＬＥＤ光源から発生する熱を筐体から放散させるには、そのままでは十分な面積が確保できないため、筐体の外面から仮想筒面に向けて放熱フィンが立設されている。このとき、放熱フィンは、仮想筒面から飛び出さないように設けられるので、放熱フィンの部分が孔の入口にひっかかって入らなくなることがない。ここで、放熱面積をできるだけ大きくするために、放熱フィンは、仮想筒面ぎりぎりまで延在していることが好ましい。

なお、照明口及び筐体の形状は任意でよいが、調査目的で圧力容器に開ける孔が多くの場合に円形であることや、後述する水中での使用における対水圧性等を考慮して、照射口は略円形、従って仮想筒面は円筒面、筐体も略円筒形とされていることが好ましい。また、放熱フィンの形状も任意であるが、空間に占める放熱面積をできるだけ多く確保するために、筐体の長手方向軸線に交差する方向、とりわけ直交する方向に延在していることが好ましい。この場合、照射口が略円形とされているときには、放熱フィンは略円環板状となる。とはいえ、放熱フィンは、これ以外の態様をとることも可能である。例えば、筐体の長手方向軸線に沿って、特に平行に延びる態様も可能である。この場合、放熱フィンは、長手方向軸線に沿って視ると、筐体外面から放射状に外側に向かって延出することになるため、外側ほど間隔が広がった構造になり、空間に無駄が生じる。しかし、照明灯と一緒にエアを送り込む耐放射線ホースを投入し、照明灯の後方（照明口とは反対側）から圧縮空気を送り込むような態様を考慮するとき、筐体の長手方向軸線に沿って延びる放熱フィンがエアを効率的に長手方向に流すので、効率的な冷却が可能となる。

また、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯は、筐体が銅から形成されている。

銅は、例えばアルミニウムに比べると熱伝導率が約１．７倍もあり、このことがＬＥＤ光源の放熱に効率的に寄与する。また、銅は、２ＭＧｙの積算放射線量に対しても重要特性としての熱伝導率等が殆ど変化しないので、銅を用いた筐体も、熱伝導性の点で耐放射線部材として耐放射線性を有する。なお、照明灯のコスト、重量の観点から、アルミニウムを使用することもあり得る。

また、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯において、ＬＥＤ光源は、多数のＬＥＤチップがメタルベース基板上に配列されている。

このような構成としたことにより、ＬＥＤ光源のＬＥＤチップから発生する熱は、そのままメタルベース基板に効率的に伝えることができ、ＬＥＤチップの温度上昇を抑えることができる。メタルベース基板は、銅やアルミといった金属基板上に絶縁層を介して銅箔等の金属配線パターンが印刷等により積層された基板である。ここで、ＬＥＤチップは、三原色の蛍光物質を含有した樹脂コーティングにより発光ダイオードを被覆してなり、メタルベース基板の金属配線パターン上、特には銅箔とされた金属配線パターン上に半田、特には有鉛のクリーム半田（特にＳｎ−３７Ｐｂ半田）により加熱溶着され、ＬＥＤチップとメタルベース基板との間には、半田溶着部、特には有鉛の半田合金による有鉛の半田溶着部（特にＳｎ−３７Ｐｂ半田溶着部）が形成されている。

そして、メタルベース基板は、その金属基板側が、耐放射線部材としての伝熱ペースト層を介し、筐体からＬＥＤ光源に向かって内側に延在する伝熱板に接合されており、メタルベース基板の金属基板、伝熱ペースト層及び伝熱板が、伝熱手段を構成しており、ＬＥＤ光源で発生した熱が伝熱手段と筐体を介して外部に放散される。

本発明では、メタルベース基板の金属基板と、筐体から延びる伝熱板との間に両者の熱的な接触を良くするための伝熱ペースト層が介装されており、これによりメタルベース基板から伝熱板に効率的に熱が伝えられるように構成されている。こうして、メタルベース基板の金属基板、伝熱ペースト層及び伝熱板が、伝熱手段を構成し、ＬＥＤ光源で発生した熱が伝熱手段と筐体を介して外部に放散される。このとき、メタルベース基板の金属基板と伝熱板との間の伝熱ペースト層は、耐放射線部材として積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有するように考慮した。この場合、重要特性は、熱伝導率等の特性である。なお、熱的な接触を十分図ることができれば、伝熱ペースト層を用いず、伝熱板にメタルベース基板を直に接合してもよい。例えば、金属基板と伝熱板を拡散接合等により接合してもよい。

なお、小型であってもＬＥＤ光源からの放熱性に優れたＬＥＤ照明灯という観点からすれば、ＬＥＤ照明灯として耐放射線性の有無を問わない。この場合において、本発明は、放熱性に優れたＬＥＤ照明灯となる。

すなわち、本発明の第二の観点によるＬＥＤ照明灯は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源を内部に収納する筐体と、ＬＥＤ光源からの光を外部に照射するために筐体に形成された照射口と、ＬＥＤ光源に電気的に接続される筐体内部の配線部とを有するＬＥＤ照明灯であって、ＬＥＤ光源と筐体との間に伝熱手段が設けられ、ＬＥＤ光源で発生した熱が伝熱手段と筐体を介して外部に放散され、照射口から当該照射口と反対の側に向け且つ断面が照射口と略同形とされた断面を有する仮想筒面内に収まるように筐体が延在し、筐体には、筐体の外面から仮想筒面に向けて放熱フィンが仮想筒面から飛び出さないようにして立設されているＬＥＤ照明灯である。

さらに、本発明の第二の観点による上記のＬＥＤ照明灯は、ＬＥＤ光源は、多数のＬＥＤチップがメタルベース基板上に配列されていることを特徴とする。

また、本発明の第二の観点による上記のＬＥＤ照明灯は、メタルベース基板は、その金属基板側が、伝熱ペースト層を介して、筐体からＬＥＤ光源に向かって内側に延在する伝熱板に接合されており、メタルベース基板の金属基板、伝熱ペースト層及び伝熱板が、伝熱手段を構成しており、ＬＥＤ光源で発生した熱が伝熱手段と筐体を介して外部に放散されることを特徴とする。

次に、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯において、配線部は、電気的な絶縁部材を有し、当該絶縁部材が耐放射線部材として積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有している。

すなわち、配線部には、各所に電気的な絶縁部材が使われているが、これらの絶縁部材が耐放射線部材として積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有している。この場合、重要特性としては、絶縁性に関係する耐電圧等である。

また、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯において、配線部は、筐体内部に配設された給電線と、当該給電線を被覆するために絶縁部材として形成された被覆部材とを有している。

この場合、耐放射線部材は、絶縁部材としての被覆部材である。給電線は、筐体内部で引き回すための柔軟性が求められ、それに合わせて被覆部材にも相応の可撓性が求められる。従って、被覆部材の重要特性としては、伸び等をさらに考慮する。この場合、被覆部材の材料として適しているのは、エチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）、ポリイミド、ウレタンゴム、軟質フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等であるがこれらに限られるものではない（非特許文献１，２）。

また、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯において、配線部は、給電線を接続するための端子部と、当該端子部を固定するために絶縁部材として形成された端子固定部材とを有している。

この場合、絶縁部材としての端子固定部材が耐放射線部材となる。端子固定部材は、端子を支持するための機械的強度と、筐体から受ける熱に対する耐熱性が求められる。従って、重要特性として、剛性等の機械的強度と耐熱性とをさらに考慮する。この場合、端子固定部材の材料として適しているのは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等であるがこれに限られるものではない。

なお、配線部にできるだけ絶縁部材を用いない構成もあり得る。ここでは、保守整備における取扱い性を考慮して、柔軟な給電線とそれを固定する端子部とを配線部が有する構成としたが、剛性を有した（従って、自身が変形して周囲に接触することがない）金属製のロッドによりメタルベース基板に給電するような構成も可能である。

また、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯において、筐体には、外部給電線を接続するための接続部が設けられ、配線部は、接続部とＬＥＤ光源との間を電気的に接続し、接続部には、耐放射線部材が使用され、接続部が積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有している。

この構成によれば、接続部において、外部給電線から耐放射線ＬＥＤ照明灯を切り離すことができ、耐放射線ＬＥＤ照明灯を単体で持ち運べるようになる。この場合には、接続部が耐放射線部材として耐放射線性を有し、なかんずく接続部に使用されている絶縁部材が耐放射線部材として耐放射線性を有している。この場合の重要特性としては、絶縁性に関係する耐電圧等である。

また、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯において、照射口には透光板が配置され、当該透光板が耐放射線部材として積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有している。

耐放射線照明の窓材としては、放射線照射後においても高い可視光透過性、また、カラー撮影用に照明する場合には、放射線照射による映像のカラーバランスの変化が極力少ないよう、分光分布の変化が小さいことが求められる。一般の光学ガラスは、放射線照射によってブラウニングが生じる。また、酸化セリウム等がドープされた耐放射線光学ガラスの場合、４５０ｎｍ以下の波長の青色光の透過率が低いうえ、強度が十分でない。そこで、本発明によれば、耐放射線部材としての透光板が、重要特性としての透過率に関して耐放射線性を有し、積算放射線量２ＭＧｙにおいても透光性を失わない（照射後の透過率が５０％を下回らない。）うえ、水中での使用にも耐える強度を有する合成石英ガラスを採用した。

また、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯は、筐体内を水密に保つためのシール部材を有し、当該シール部材が耐放射線部材として積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有している。

大気中での照明に加え、水で満たされた圧力容器下部の照明を行うために、水中でも耐放射線ＬＥＤ照明灯を使用する場合がある。このためには、筐体内への水の浸入を防ぐためにシール部材を使用する必要があり、そのためのシール部材は、筐体表面に適度に変形しながら圧接され、所定のシール面を形成するようなものでなければならない。本発明により、そのようなシール部材は、圧縮率と、筐体から受ける熱に対する耐熱性とを重要特性として耐放射線性を有している。

水で満たされた原子炉内では、深いところで水深３５ｍに達することも考えられ、そのような環境下で耐放射線ＬＥＤ照明灯を使用するために、本発明によれば、耐放射線ＬＥＤ照明灯は、高い水圧に耐え得る耐水圧性を有している。具体的には、筐体の形状及び壁厚等が７気圧の水圧に耐えられるように選択され、とりわけ、筐体が円筒状に形成されることで耐圧性が高められている。また、透光板の厚さ及び材質が７気圧の水圧に耐えられるように選択されている。このとき、透光板が強度の高い石英ガラスであることが好ましい。

本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯の斜視図である。 本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯の縦断面図である。 ＬＥＤ光源付近の要部拡大図である。

本発明の一実施例による耐放射線ＬＥＤ照明灯１は、図１，２に示されているように、ＬＥＤ光源モジュール２（ＬＥＤ光源）と、ＬＥＤ光源モジュール２を収納する略円筒形状とされた筐体３と、ＬＥＤ光源モジュール２からの光を外部に照射するために筐体３の長手方向端部に形成された照射口４と、ＬＥＤ光源モジュール２に電気的に接続される筐体３内部の配線部５とを有して概略構成されている。

先ず、筐体構造についてみると、本実施例において、照射口４は、筐体３の長手方向端部に略円形（φ１２２ｍｍ）に開口されており、筐体３は、照射口４から当該照射口４と反対側に向け且つ断面が照射口４と略同形とされた円形断面を有する仮想円筒面内に収まるように延在（全長３３４ｍｍ）している。筐体３は、照射口４側から順に反射ブラケット３１、灯体３２及び後部ブラケット３３を有してなり、反射ブラケット３１が照射口４側から次第に縮径して照射口４より径の小さな灯体３２に接続し、灯体３２はそのまま照射口４とは反対の側に延在して、照明口４と略同径とされた後部ブラケット３３に接続している。反射ブラケット３１と灯体３２とは、反射ブラケット３１側に設けられたフランジ３１ａと、灯体３２側に設けられたフランジ３２ａとを介して固定ネジＳにより接合されており、そのために、フランジ３１ａに貫設された穴３１１（図２参照）を通した固定ネジＳが、フランジ３２ａに設けられたネジ穴３２１ａ（図２参照）に螺合するように構成されている。また、灯体３２と後部ブラケット３３とは、灯体３２側に設けられたフランジ３２ｂを介して固定ネジＳにより接合されており、そのために、後部ブラケット３３に貫設された穴３３１（図２参照）を通した固定ネジＳが、フランジ３２ｂに設けられたネジ穴３２１ｂ（図２参照）に螺合するように構成されている。

次に、筐体３の有する外部放熱構造についてみると、筐体３は、熱伝導性を高めるために銅から形成されており、筐体３には、筐体３の外面から上記仮想円筒面に向けて放熱フィン３４が複数立設されている。本実施例において、各放熱フィン３４は、筐体３の軸線方向に垂直な面内に配置されており、それぞれ仮想円筒面に至るまで筐体３から延出することで平坦な円環形状を呈している。

次に、外部給電構造についてみると、筐体３の後部ブラケット３３の照射口４と反対の側には、キャブタイヤケーブルとして形成された外部給電ケーブル６（外部給電線）を接続するための水密なコネクタ部Ｃ（接続部）が設けられている。コネクタ部Ｃは、配線部５を後部ブラケット３３に水密に固設するための接続ソケット５１と、外部給電ケーブル６の先端に設けられて接続ソケット５１に着脱可能な着脱プラグ６１とから構成されている。耐放射線ＬＥＤ照明灯１は、外部給電ケーブル６を着脱プラグ６１ごとコネクタ部Ｃにおいて取り外すと、単体で持ち運びすることができる。ここで、引き回しに対する可撓性が求められる外部給電ケーブル６は、既に原子力関連分野に使用されていて２ＭＧｙに耐え得ることが確認されているものを使用した。また、コネクタ部Ｃも、既に原子力関連分野に使用されていて２ＭＧｙに耐え得ることが確認されているものを使用した。このコネクタ部Ｃの金属部分に用いられる黄銅、ステンレス鋼、アルミニウム、絶縁材に用いられるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材、ガスケットに用いられるＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）は、いずれも耐放射線性を有するものである。

また、後部ブラケット３３の照射口４と反対の側の軸線上の位置に、懸装リングとしてのアイボルト１０が取り付けられており、このアイボルト１０にフックを介して金属製のワイヤを繋ぎ、ワイヤを繰り出すことで照明口４を下側にして耐放射線ＬＥＤ照明灯１を圧力容器内に懸垂しながら投入することができるようになっている。

次に、図２を参照しながら、耐放射線ＬＥＤ照明灯１の内部構成について説明する。

ＬＥＤ光源モジュール２について、筐体３内に収納されたＬＥＤ光源モジュール２は、筐体３の反射ブラケット３１と灯体３２との境界付近に配置されている。反射ブラケット３１の内面は、略楕円面状に鏡面加工されており、反射ブラケット３１全体がクロムメッキされることで、その内面がＬＥＤ光源モジュール２から放射された光を照明口４へと導く反射鏡３５とされている。

図３にも詳細に示されているように、ＬＥＤ光源モジュール２は、光量が半分に落ちたとしても２０００ｃｄ（カンデラ）の中心光度が得られるように、多数のＬＥＤチップ２１（日亜化学工業製白色ＬＥＤ 型番ＮＦ２Ｗ７５７ＤＲＴ−Ｖ１）がメタルベース基板２２上に配列された消費電力９０Ｗのモジュールとして構成されている。なお、ＬＥＤチップ２１は、定電流制御で点灯され、積算放射線量２ＭＧｙによる電気特性の変化は認められなかった。ここで、メタルベース基板２２は、アルミ基板２３（伝熱手段の一部としての金属基板）上に絶縁層２２ａを介して銅箔２２ｂが印刷された基板である。そして、有鉛のクリーム半田（Ｓｎ−３７Ｐｂ半田）を用いてＬＥＤチップ２１をメタルベース基板２２に加熱溶着により実装した。これにより、ＬＥＤチップ２１とメタルベース基板２２との間には、有鉛の半田加熱溶着部２２ｃが形成されている。ＬＥＤ光源モジュール２は、コバルト６０からのガンマ線により２ＭＧｙの耐放射線性を確認し、半田加熱溶着部２２ｃに破損具合がないことを確認した。

次に、伝熱構造について説明する。筐体３は、反射ブラケット３１のフランジ３１１の位置においてＬＥＤ光源モジュール２に向かって内側に延在する伝熱板３６（伝熱手段の一部）を有している。そして、上述の構成とされたＬＥＤ光源モジュール２は、メタルベース基板２２のアルミ基板２３の側が、ヒートシンクを兼ねた反射ブラケット３１の一部としての伝熱板３６に不図示のビスにより固定されている。ビスにより固定される部分では、メタルベース基板２２の銅箔２２ｂは印刷されておらず、ビスが、専ら絶縁層２２ａとのみ接触してＬＥＤチップ２１の配線に接触することがないようになっている。もっとも、ビスに絶縁材料を用いる場合はこの限りでない。そして、メタルベース基板２２のアルミ基板２３と、伝熱板３６との間には、両者の熱的な接触を良くして熱伝導性を高めるために、熱伝導シリコーン層Ｐ（伝熱手段の一部としての伝熱ペースト層）が介装されている。ここで、熱伝導シリコーン層Ｐには、熱伝導率３．０Ｗ／ｍ・Ｋのものを用いた。熱伝導シリコーン層Ｐは、一般に耐放射線性が高い素材とは言えないが、上記のＬＥＤ光源モジュール２に対する２ＭＧｙの耐放射線性試験において耐放射線性に問題がないことを確認した。

これにより、ＬＥＤ光源モジュール２のＬＥＤチップ２１から発生した熱が、伝熱手段としての、メタルベース基板２２のアルミ基板２３（金属基板）、熱伝導シリコーン層Ｐ（伝熱ペースト層）及び伝熱板３６を介して筐体３の外面に伝えられ、筐体３の外面及び外面に立設された放熱フィン３４から外部に放熱されるように構成されている。

次に、内部配線構造について説明する。筐体３内には、配線部５が配設されている。配線部５は、ＥＰゴム（エチレンプロピレンゴム）からなる被覆部材５２ａによって被覆された給電線５２によって、ＬＥＤ光源モジュール２とコネクタ部Ｃの接続ソケット５１とを互いに電気的に接続している。ここで、ＥＰゴムで被覆された給電線５２は、既に原子力関連分野に使用されていて２ＭＧｙに耐え得ることが確認されているものを使用した。

さらに、取扱い性を高めるために、筐体３内部の灯体３２の接続ソケット５１寄りの位置に、ＰＥＥＫ材からなる端子絶縁板５４（端子固定部材）が取り付けられており、ここに中継端子５３（端子部）が固設されている。接続ソケット５１からの給電線５２は、中継端子５３（端子部）に一旦接続された後、そこからさらに、メタルベース基板２２に給電するための基板端子５５（端子部）まで延び、圧着端子５２ｂを介して基板端子５５に接続されている。基板端子５５は、メタルベース基板２２、熱伝導シリコーン層Ｐ及び伝熱板３６に貫設された穴に嵌装されたＰＥＥＫ材からなる絶縁カラー５６（端子固定部材）の中心を貫通するビスの形態とされており、メタルベース基板２２、熱伝導シリコーン層Ｐ及び伝熱板３６の相互間の密着性を高めるようにこれらを端子用ビス５５ａの頭部とナット５５ｂとにより挟持している。基板端子５５は、有鉛のクリーム半田によりメタルベース基板２２に加熱溶着された端子５５ｃに圧接しており、これにより、伝熱板３６の側に接続された給電線５２からメタルベース基板２２への給電が可能とされている。端子絶縁板５４と絶縁カラー５６とに用いられるＰＥＥＫ材は、１００℃以上の耐熱性を有し、これら絶縁性と耐熱性について、いずれも２ＭＧｙの耐放射線性を有しており（仕様によれば１０ＭＧｙ）、絶縁性を保つだけでなく、放熱のために温度が高くなる筐体３からの熱に耐える。

次に、照射口４には、照明灯の内部を保護するための透光板７が配置されている。透光板７は、水深５０ｍの水中照明に使用するために、７気圧の水圧に耐えるように厚さ約１０ｍｍの合成石英ガラスから構成されている。透光板７の合成石英ガラスは、透過率、色温度、強度等が重要特性として積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有している。

本発明による耐放射線ＬＥＤ照明灯１は、７気圧の水圧下で筐体３内を水密に保つように、銅製の筐体３の壁厚が約２．５ｍｍとされ、各接合箇所にシール部材を有している。先ず、透光板７は、緩衝材の役割を果たすＰＥＥＫ材からなる挟持リングとしてのバックアップリング８，８によって挟持され、これらバックアップリング８，８によって透光板７の外周面に嵌着されたＯリング９ａ（シール部材）が両側から挟み込まれている。透光板７とバックアップリング８，８とＯリング９ａとは、そのまま一体で反射ブラケット３１の先端側に挿入され、前面締結リング４１の雄ネジ部４１２を反射ブラケット３１の先端部分の内側の雌ネジ部３１２に螺入させることで、前面締結リング４１と反射ブラケット３１の先端部分との間に挟持されて、照明口４内に固定されるようになっている。このとき、バックアップリング８，８がＯリング９ａを両側から押圧して変形させることにより、Ｏリング９ａ表面を透光板７の外周面と反射ブラケット３１の内周面とに圧接させて、内部を水密に保つ耐水圧性が実現されている。また、筐体３の灯体３２のフランジ３２ａ，３２ｂのフランジ面には、それぞれ溝３２２ａ，３２２ｂが形成されており、溝３２２ａ，３２２ｂのそれぞれにＯリング９ｂ，９ｃ（シール部材）が嵌装され、灯体３２が反射ブラケット３１及び後部ブラケット３３に固定ネジＳを用いて接合される際に、Ｏリング９ｂ，９ｃがそれぞれフランジ３１ａと後部ブラケット３３とに圧接されて７気圧の水圧に対する水密性が得られるようになっている。ここで、Ｏリング９ａ，９ｂ，９ｃは、適度に変形してシールするのに必要な圧縮率２５〜３０％と、筐体３からの熱に耐えるために必要な１００℃以上の耐熱性とについて、積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有したものを用い、例えばＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）を基材としたものを用いている。

以上の構成とされた耐放射線ＬＥＤ照明灯１のＬＥＤ光源モジュール２に対し、１０ｋＧｙのガンマ線（線源はコバルト６０）を２００時間照射して、放射線に対する耐久性試験を行った。試験前の光学出力は中心光度３５１０ｃｄであり、２ＭＧｙの放射線を照射した後は３０９０ｃｄであった。従って、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯１（より具体的にはＬＥＤ光源モジュール２）によれば、中心光度の減少は１３％に留まり、これにより、中心光度が初期値の５０％になる積算放射線量が２ＭＧｙより大きいことが判明した。また、色温度は、照射前は４８３３Ｋであり、２ＭＧｙの放射線を照射した後では、５０７５Ｋであった。色温度の変化は、４．８％に留まり、カラー撮影を行う際に色味の変化が問題とならない色温度の変化の目安である２０％を下回ることが判明した。これにより、色温度が２０％変化するときの積算放射線量が２ＭＧｙより大きいことが判明した。従来のアレイ型高出力ＬＥＤが積算放射線量２ＭＧｙに耐えられなかったのに対し、本発明では、ＬＥＤチップ２１をメタルベース基板２２に実装し、その際に、有鉛のクリーム半田を用いて加熱溶着を行うことにより、高い放射線環境下においても必要な光量を一定期間維持できる小型の耐放射線ＬＥＤ照明灯１が実現できた。

原子炉からデブリを取り出す前の調査段階において本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯１を使用するときは、アイボルト１０にフックを介して金属製のワイヤが繋がれ、照明口４を下に向けた状態で、原子炉圧力容器に開けられた直径１４０〜２５０ｍｍの孔から圧力容器内に投入され、ワイヤを繰り出すことで圧力容器内を降下させる。このとき、本発明の耐放射線ＬＥＤ照明灯１により中心光度約３５００ｃｄの十分な明るさで圧力容器内部を照明することができる。そして、さらに降下することにより圧力容器内に溜まった水面に達した後も、そのまま降下させることで例えば水深５０ｍまで水中を照明することができる。そして、耐放射線ＬＥＤ照明灯１は積算放射線量が２ＭＧｙに達しても中心光度が初期値の５０％より低下することがなく、１３％の低下に留まり、依然として中心光度約３０００ｃｄで照明することができる。こうして、メルトダウンを起こした圧力容器内で想定される１０ｋＧｙ／ｈのガンマ線を２００時間受けたとしても、照明に必要な中心光度２０００ｃｄを確保することができる。また、色温度の変化が４．８％に留まるので、カラー撮影の際の色味の変化の問題が生じない。

以上述べてきたように、本発明によれば、２ＭＧｙの積算放射線量という高い放射線環境下においても中心光度が初期値の半分を下回ることなく必要な光量を一定期間維持できる小型（全長３３４ｍｍ、外径１２２ｍｍ、重さ約８ｋｇ）の耐放射線ＬＥＤ照明灯１を実現できる。

また、本発明によれば、水で満たされた圧力容器内の下部を水中で照明することができる。

なお、上記の実施例では、耐放射線ＬＥＤ照明灯１が大気中、水中兼用で用いられるものとして説明したが、耐放射線ＬＥＤ照明灯を大気中、水中いずれか一方のみで使用するようにしてもよい。とりわけ、水中でのみ使用する場合には、水冷となるので、放熱フィン等の放熱構造を設ける必要がなくなる。また、上記の実施例では、耐水圧性等も考慮して筐体を円筒形にしたが、基本的に照射口、筐体、放熱フィン等の形状は任意である。また、外部給電ケーブルごと持ち運ぶことを厭わなければ、コネクタ部Ｃを設ける必要もない。さらに、原子炉からデブリを取り出す場合には、調査段階で圧力容器に開けられた孔よりも大きな孔が開けられてデブリの取り出し作業が行われることになるが、その場合には、照明灯を小型化しなければならないという制限がある程度緩和されるため、より大型の耐放射線ＬＥＤ照明灯を用いることができ、その形状にはある程度自由な選択が許される。

逆に、小型の筐体であるにもかかわらず、出力の高いＬＥＤ光源から熱を効率的に周囲に逃がす構成は、耐放射線性が要求されない場合にも十分利用できるものであるから、本発明の技術的思想は、耐放射線ＬＥＤ照明灯としてはもちろん、一般に放熱性の優れたＬＥＤ照明灯の概念をも含むものである。

このように、本発明の技術思想に照らして当業者が任意の変更を行える態様も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

１ ＬＥＤ照明灯
２ ＬＥＤ光源モジュール（ＬＥＤ光源）
２１ ＬＥＤチップ
２２ メタルベース基板（伝熱手段）
２２ａ 絶縁層
２２ｂ 銅箔
２２ｃ 半田加熱溶着部
２３ アルミ基板（金属基板）
３ 筐体
３４ 放熱フィン
３６ 伝熱板（伝熱手段）
４ 照射口
５ 配線部
５１ 接続ソケット（接続部）
５２ 給電線
５２ａ 被覆部材
５３ 中継端子（端子部）
５４ 端子絶縁板（端子固定部材）
５５ 基板端子（端子部）
５６ 絶縁カラー（端子固定部材）
６ 外部給電ケーブル
６１ 着脱プラグ
７ 透光板（透光板保持部）
９ａ Ｏリング（シール部材）
９ｂ Ｏリング（シール部材）
９ｃ Ｏリング（シール部材）
１０ アイボルト
Ｐ 熱伝導シリコーン層（伝熱手段の一部としての伝熱ペースト層）

Claims (5)

1. ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源を内部に収納する筐体と、ＬＥＤ光源からの光を外部に照射するために筐体に形成された照射口と、ＬＥＤ光源に電気的に接続される筐体内部の配線部とを有する耐放射線ＬＥＤ照明灯であって、
   積算放射線量２ＭＧｙに対する耐放射線性を有する耐放射線部材が使用され、中心光度が初期値の５０％になる積算放射線量が２ＭＧｙより大きい値をとる耐放射線ＬＥＤ照明灯。
2. ＬＥＤ光源と筐体との間に伝熱手段が設けられ、ＬＥＤ光源で発生した熱が伝熱手段と筐体を介して外部に放散され、
   照射口から当該照射口と反対の側に向け且つ断面が照射口と略同形とされた断面を有する仮想筒面内に収まるように筐体が延在し、筐体には、筐体の外面から仮想筒面に向けて放熱フィンが仮想筒面から飛び出さないようにして立設されていることを特徴とする請求項１に記載の耐放射線ＬＥＤ照明灯。
3. ＬＥＤ光源は、多数のＬＥＤチップがメタルベース基板上に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐放射線ＬＥＤ照明灯。
4. メタルベース基板は、その金属基板側が、耐放射線部材としての伝熱ペースト層を介して、筐体からＬＥＤ光源に向かって内側に延在する伝熱板に接合されており、メタルベース基板の金属基板、伝熱ペースト層及び伝熱板が、伝熱手段を構成しており、ＬＥＤ光源で発生した熱が伝熱手段と筐体を介して外部に放散されることを特徴とする請求項３に記載の耐放射線ＬＥＤ照明灯。
5. 照射口には耐放射線部材としての透光板が配置され、
   筐体内を水密に保つための耐放射線部材としてのシール部材を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の耐放射線ＬＥＤ照明灯。

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