JP4735848B2

JP4735848B2 - 集魚灯

Info

Publication number: JP4735848B2
Application number: JP2006269070A
Authority: JP
Inventors: 朋之水引; 公紀佐藤; 仁一小川; 健一福田; 忍大峠; 康志上田
Original assignee: Shimane Prefecture
Current assignee: Shimane Prefecture
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008086230A

Description

本発明は集魚灯に関し、より詳細には、ＬＥＤを用いた集魚灯に関する。

イカ釣り漁船においては、大出力のメタルハライド灯を用いた集魚灯を夜間常時点灯させて行われることが多いが、この集魚灯の漁船１隻当りの合計電力消費量は大きいものでは２００ｋＷ以上のものもあり、イカ釣り漁従事者にとって近年の原油価格の上昇が経営に与える影響は深刻である。このことから、発光効率の良いＬＥＤを用いた集魚灯を開発する動きが広がっている。しかしながら、光量が十分でないことや、風の影響を受け易い形状に起因する揺れ対策用のサポート部材の追加など設置に大きな負担がかかることから、ＬＥＤ集魚灯は実用化の域に達しているとは言い難いのが実情である。

そこで、メタルハライド集魚灯用の既存の設備で使用可能な、高出力のＬＥＤ集魚灯を開発することを目的とする。

特許第３５９７４９８号明細書実用新案登録第３０９９７４１号公報

しかしながら、既存のＬＥＤ集魚灯（特許文献１参照）は、それを使用する際に既設設備の改造が必要となり、また一度改造してしまえば、例えば、漁獲量によってＬＥＤ集魚灯を使用する、メタハラ集魚灯を使用する、またはメタハラ集魚灯とＬＥＤ集魚灯を併用するなどの運用が困難になる。また、ＬＥＤ集魚灯は平板形状の面状の集魚灯ユニットに構成されていることから、風により大きな力を受け易いという欠点がある。また、この発明においては１個当り約７０ｍＷのＬＥＤが用いられているが、船上で風の影響を避けるためには小型化する必要があり、そのためには高出力のＬＥＤ（例えばＬＥＤ１個当り１Ｗ以上）を高密度に実装する必要がある。その場合には、特許文献１において触れられていないＬＥＤの冷却、つまりＬＥＤから発生した熱の放熱方法が重要な問題となる。

また、ソケットを利用した電球型の集魚灯も提案されている（特許文献２参照）。ここではＬＥＤから発生した熱の冷却方法について述べられているが、冷却方法としてＬＥＤから発生した熱をケーシング内の空気に１度伝熱し、さらに空気から冷却面に伝熱させてから外気に放熱するという方法を採用している。しかし、このように熱抵抗が大きい空気層を介することで効率的な冷却とは言い難い。さらにファンが必要となることから、故障などの懸念がある。ところで、この集魚灯は図５（ｂ）に示すように３６０度全方向に光を発する構造になっているが、通常、集魚灯の光は船の左舷側と右舷側を照射すれば良く、図に示すように殆どの光は船上や空を照らすことになって結果的に無駄になっている部分が大きい。図５（Ｃ）の集魚灯においては、鉛直方向にはある一定の方向に光を発しており、有効に使用されているように見えるが、水平方向には３６０度光を発しており、依然として無駄になっている部分が大きい（特許文献２参照）。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、既存の設備を活用し、これまでと同等の集魚効果があり所定の領域を効率よく照らすことのできるＬＥＤを用いた省電力な集魚灯を提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、上部に口金部を有する所定の領域が透明なケーシングを備えた集魚灯において、ケーシング内に配置された基板であって、該基板の第１の面がケーシングの透明な領域を向くように配置された基板と、基板の第１の面に配置された複数のＬＥＤと、基板の第１の面に対向する第２の面に配置されたＬＥＤを電気的に接続する銅箔部であって、該銅箔部の厚さが１００μｍ以上である銅箔部と、銅箔部に添設された絶縁質の被膜を有するヒートシンクであって、基板をケーシングとの間に密閉するヒートシンクとを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上部に口金部を有する所定の領域が透明なケーシングを備えた集魚灯において、ケーシング内に配置された基板であって、該基板の第１の面がケーシングの透明な領域を向くように配置された基板と、基板の第１の面に配置された複数のＬＥＤと、基板の第１の面に対向する第２の面に配置されたＬＥＤを電気的に接続する銅箔部であって、該銅箔部の厚さが１００μｍ以上である銅箔部と、銅箔部に添設された絶縁シートと、絶縁シートに添設された放熱板部材であって、基板をケーシングとの間に密閉する放熱板部材と、放熱板部材に添設されたヒートシンクとを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の集魚灯において、放熱板部材は、両側から延設された袖部材を有し、ケーシング内部にパッキン部材を介して着脱固定自在に添設されたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の集魚灯において、ヒートシンクはケーシング内の外気との連通が可能な領域に配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の集魚灯において、ＬＥＤは、照射方向が基板の垂線方向に対して口金部の位置する側とは逆向きに傾いていることを特徴とする。

本発明によれば、基板に高密度に実装した高出力のＬＥＤを安定して動作させることによって、既存の集魚灯の設備を有効的に活用してこれまでと同等の集魚効果を、これまでよりも少ない電力で得ることが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る集魚灯の構成を示す。既存集魚灯設備のソケット部分から電源供給を受ける口金１、定電流直流電源部２、複数の高出力ＬＥＤ３を配置したガラスエポキシ板４、銅箔部５、絶縁シート６、仕切り板７、ヒートシンク８、円筒形のケーシング９−１〜９−４から構成されている。定電流直流電源部２においては、供給側の交流電源をトライアック（双方向性サイリスタ）により電圧を位相制御して所要の電圧に降圧し、これを全波整流とコンデンサにより平滑し、トランジスタ等による定電流回路を経由し、直列接続したＬＥＤに一定電流の直流電圧を印加している。

ケーシング９−１〜９−４は、ＬＥＤ３から発せられる光が透過する様に透明な面を持つ発光部ケーシング９−１、外部と空気の入れ替えを可能とするように多数の孔が空いたパンチプレートからなる冷却部ケーシング９−２、上部ケーシング９−３、下部ケーシング９−４からなり、ケーシングの内部は該ケーシングのほぼ中間でアルミニウムなどの高熱伝導の金属でつくられた仕切り板７により発光部と冷却部に仕切られている。仕切り板７の位置については、ＬＥＤからの発熱量が大きく、大きな放熱面積が必要となる場合は、図１（Ｃ）のように冷却部を大きくとることも可能である。

仕切り板７の発光部側の面には、絶縁シート６を介して複数のＬＥＤ３を配置したガラスエポキシ板４と銅箔部５からなる平面基板１１が設置されている。この発光部は発光部ケーシング９−１と仕切り板７とによって密閉されており、海水や潮風などが浸入してＬＥＤ３、銅箔部５が腐食することや充電部の漏電を防止している。また、仕切り板７の冷却部側の面には複数のヒレ部８−ａと底板８−ｂからなるヒートシンク８が設置されており、ＬＥＤ３から発生した熱を外気に放出している。冷却部ケーシング９−２は多数の孔が空いていることから外部と空気の入れ替えができ、効果的に冷却を行うことが可能な構造となっている。尚、冷却部ケーシング９−２の外気連通構造は、孔構成、長孔のスリット構成、網状体、格子体であっても良い。また、本実施形態では仕切り板７を設けたが、この仕切り板７を設けずに、ヒートシンク８の底板で発光部と冷却部とを仕切ることも可能である。また、冷却部側の円筒の上部ケーシング９−３、下部ケーシング９−４にも孔を開けると、空気の対流によって外部との空気の行き来がより促進され、さらに効果的な冷却が可能となる。

本発明では、これまでと同等の集魚効果を得るために、高輝度、高発熱のＬＥＤ３（１Ｗ）を高密度に実装している。ＬＥＤ３の性能維持のためには、一般的にチップのジャンクション温度を一定以下、例えば１００℃以下に保つことを要求されるが、単に平面基板にヒートシンク８を取り付けるだけではこの要求を満たすことはできない。そのため、各伝熱経路での熱抵抗を小さくし、伝熱経路トータルの熱抵抗を一定以下に抑える必要がある。

ＬＥＤ３から発生した熱は、主に、リード線１０を経由して平面基板１１の銅箔部５に伝熱され、さらに絶縁シート６を介してヒートシンク８に伝えられ大気に放出される。そのため、ＬＥＤ３からヒートシンク８まで間の熱抵抗を低減するためには、ガラスエポキシ板４の銅箔部５を厚めに構成し、絶縁シート５、仕切り板７またはヒートシンク８と接する面を大きくして熱を早く拡散させることが効果的である。

図２に、平面基板の銅箔部５側を示す。本実施形態では、リード線１０（脚部）からの熱を拡散させるため各銅箔部５を短絡しないように所定の間隔ａを置きながら格子状にガラスエポキシ板４一杯に設ける。本実施形態では、隣接する銅箔部５間の間隔ａは、それぞれ１ｍｍとしている。これにより、平面基板１１と絶縁シート６と接する面積が増え、熱抵抗を下げることができる。

次に、図３に、ガラスエポキシ板４の銅箔部５の厚さと、ＬＥＤリード線１０〜ガラスエポキシ板４の銅箔部５〜絶縁シート６(厚さ:５０μｍ、熱伝導率:０．１５Ｗ／ｍｋ)〜ヒートシンク８間のＬＥＤ１個あたりの熱抵抗の関係を示す。通常のガラスエポキシ板４の銅箔部５の厚さは３０〜７０μｍ程度が標準であるが、本実施形態の構成により、１００μｍ以上の厚さの銅箔部５を有する平面基板１１、好ましくは２００μｍ以上２０００μｍ以下の厚さの銅箔部５を有する平面基板１１を用いれば熱抵抗の低減効果が大きく、適正なヒートシンクの選択によりファン無しでジャンクション温度１００℃以下を達成することが可能となる。但し、本発明において重要なことは、銅箔部５の厚さが１００μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上であることであって、必ずしも銅箔部５の厚さが２０００μｍ以下でなくてもよい。すなわち、銅箔部５の厚さを２０００μｍ以下としたのは費用対効果の面から妥当と考えられる厚さが２０００μｍ程度であるからであって、銅箔部５の厚さが２０００μｍを超える厚さであっても熱抵抗の低減効果は得られる。

なお絶縁シート６の代わりに、ヒートシンク８の底面、または仕切り板７に絶縁質の被膜を付与しても良い。また絶縁シート６及び絶縁質の被膜は熱伝導率が高い性状のもので、薄い方が好ましい。

また冷却部ケーシング９−２については、樹脂でも良いが放熱性を考慮してアルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属を用いると冷却部ケーシング９−２も放熱板の一部として用いることになるため更に良い。また、冷却部ケーシング９−２を無くし、ヒートシンク８を露出させてもよい。

集魚灯は、通常、漁船の左舷側および右舷側にそれぞれ設置される。本発明に係る集魚灯では、複数のＬＥＤ３が取り付けられた平板基板４が、筒状に形成されたケーシング９内にほぼ鉛直に配置されており、右舷側、左舷側の各集魚灯は、内部のＬＥＤ３が海側のみを照射するようにそれぞれ設置する。

本発明で使用するＬＥＤ３は、海中への投射深度を大きくし、かつ必要な場所だけ照らすために指向角が狭角の砲弾型ＬＥＤを使用する。このように指向性の強い光源を用いる場合、単に海側に向けてＬＥＤ３を配置したとしても、海面に対する光の入射角が小さい場合は船から遠く離れたところを照らすことになり、釣り糸をたらす位置と照射位置の関係によっては集ったイカを吊り上げることができないという状況になる。また入射角度が大きい場合は船上を照らして海面に光が到達しないというような状況となる。これら漁船近傍の海中に入射しなかった光は無駄になるため、入射角度αの設定は重要である。適切な角度を設定するために集魚灯全体を傾けて固定することも可能であるが、その場合角度設定用の追加のサポート部材が必要となり既設の集魚灯設備においては設置が困難になる。

そこで本発明では、図４のようにＬＥＤ３のリード線１０を曲げた上で基板４に取り付けることで、基板４の法線方向に対して角度を持った方向に光を発するようにＬＥＤ３を取り付ける。図５（ａ）に、船に取り付けられた集魚灯を示す。その際、適切な角度を選定することでＬＥＤ３から発せられた光がすべて漁船近傍の海面に向かって照射させることが可能となる。なお角度については船の大きさ、形状、集魚灯の取り付け位置、釣り糸をたらす位置などにより変わってくるため、それらの条件を考慮して０度以上９０度以下の角度で決定する必要があり、その角度にあわせてリード線１０を曲げる必要がある。但し、ＬＥＤ自体がリード線１０の向きと光の照射方向とに角度を有する特殊形態のもので、リード線１０を曲げる必要のないものはこの限りではない。

また、上述のようにリード線１０を曲げてＬＥＤ３を傾けた状態で基板４に取り付け、基板法線方向から傾けて光を放つように設置すると、ＬＥＤ３の２本のリード線１０のうち一方が他方よりも短くなる。そこで、ＬＥＤ３で発生した熱のほとんどはチップが搭載された側のリード線１０を伝わっての封止樹脂の外部に放出されるので、ＬＥＤ３はチップが載っている側のリード線１０が短くなるように基板４に設置するのが好ましい。これによって、熱抵抗をさらに低減することができる。

ＬＥＤ３への印加電圧については、予め交流電圧をトライアック（双方向性サイリスタ）等により位相制御し、必要な電圧を作り、整流、平滑したものを使用するか、供給側の交流電源を整流、平滑して得られる電圧が直接印加できるようＬＥＤの直列個数を設定することができる。これにより重量の大きな巻き線式の変圧器や複雑なスイッチング方式の電源装置を必要とせず、電源部を軽量小型にして組み込むことができる。

本実施形態では口金１を使用し、かつ定電流直流電源部２を発光部ケーシング９−１内に入れることにより、ＬＥＤ３と共用するヒートシンク８を用いることにより部品点数を増やすことなく放熱を行い、既存のイカ釣り船集魚灯の設備において利用することが可能になっている。既設集魚灯設備のソケット部への取り外し、取り付けも簡単で、従来のメタハラ灯集魚灯との併用なども可能である。すなわち、既設集魚灯設備の安定器回路１３を素通りする切換スイッチ１４を適宜な方法で設ける以外は改造無しで使用可能な集魚灯とすることで、季節や漁獲量によって従来型のメタハラ集魚灯とＬＥＤ集魚灯を使い分けたり、周囲全体を照らすのに適しているメタハラ集魚灯と指向性が強く局所的に照らすのに適しているＬＥＤ集魚灯を併用したりといった運用も可能となる。また、ケーシング９を従来のメタハラ灯集魚灯に近似したサイズと形状の円筒形にしたことにより、メタハラ灯集魚灯と同様に風の抵抗を受け難く、かつどの方向から風が吹いてきても揺れ方が安定する。

以上のことを踏まえ、実際に本発明に係る集魚灯を作製し、温度の測定を行った。この作製した集魚灯の各部材の構成を以下に示す。ガラスエポキシ板４が厚さ０．５ｍｍ、銅箔部５の厚さが１ｍｍである幅８０ｍｍ x長さ４００ｍｍの平面基板１１に、１ＷのＬＥＤ３（φ１０）が２５個並べた列を４列作り、計１００個のＬＥＤ３を設置した。絶縁シート６としては、信越化学工業社製ＴＣ−４５ＦＧ (厚さ４５μｍ)を用いた。また、仕切り板７は厚さ２ｍｍのアルミニウム板を用い、平面基板１１と絶縁シート６を仕切り板７にネジ止めした。さらにヒートシンク８を仕切り板７にネジ止めし、内径１１０ｍｍの樹脂性ケーシング９に挿入した。仕切り板７とケーシング９はパッキンを挟んでネジ止めしており、これによって発光部の気密性を確保している。同様に、上部ケーシング９−３及び下部ケーシング９−４はパッキンを挟んでケーシング本体とネジ止めした。放熱部側部ケーシング９−２及び放熱部下部ケーシング９−４は、直径１０ｍｍの孔を多数開けて、開口率４０％とした。以上の構成の本発明に係る集魚灯の温度を測定したところ、チップ温度を８５℃に抑えられることが確認できた。

本実施形態では、ＬＥＤ３を実装する基板を平面基板１１としたが、この基板は平坦な平板であっても良いし、若干湾曲した曲板でも良く、袖部材による筒状体への取り付けは、ボルト止めに代えて、縦方向へのレール嵌合構成にして差し込み方式にしても良い。また、ケーシングは円筒に代えて、角筒に構成しても良く、また発光部ケーシング９−１は半円形、冷却部ケーシング９−２は矩形に構成しても良い。

また、発光部の防水性能を強化するために、仕切り板７とケーシング９−１の間及び、発光部の上部、下部にポリエステル等の透明部材を接着した密閉二重空間構造としも良い。

また、定電流電源部２の構成部品の内、発熱を伴わないものは上部ケーシング９−３内に収納しても良い。

本発明の実施形態に係る集魚灯を示す図であって、（ａ）は正面図と側面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ平断面図であり、（ｃ）は（ｂ）とは別の実施形態のＡ−Ａ平断面図である。平面基板の銅箔部側を示す要部背面図である。銅箔部の厚さとＬＥＤ１個あたりの熱抵抗との関係を示す図である。ＬＥＤの基板への取り付け方と光の海面への入射角を示す要部側断面図である。（ａ）は、船に取り付けられた本発明の実施形態に係る集魚灯を示す作用説明図であり、（ｂ）は、船に取り付けられた従来のメタハラ灯集魚灯を示す作用説明図であり、（ｃ）は、船に取り付けられた従来のＬＥＤ集魚灯を示す作用説明図である。従来設備で本発明の実施形態に係る集魚灯を使用する場合の切換スイッチの構成を示す図であって、（ａ）はメタハラ灯集魚灯使用時の接続状態を示す図であり、（ｂ）は本発明の実施形態に係る集魚灯使用時の接続状態を示す図である。

符号の説明

１口金
２定電流直流電源部
３ＬＥＤ
４ガラスエポキシ板
５銅箔部
６絶縁シート
７仕切り板
８−ａヒレ部
８−ｂ底板
８ヒートシンク（詳細には、ヒレ部８−ａと底板８−ｂからなる）
９−１発光部ケーシング
９−２冷却部ケーシング
９−３上部ケーシング
９−４下部ケーシング
１０リード線
１１平面基板（詳細には、ガラスエポキシ板４と銅箔部５からなる）
１２電源
１３安定器回路
１４−１、１４−２連動スイッチ
１５ソケット

Claims

上部に口金部を有する所定の領域が透明なケーシングを備えた集魚灯において、
前記ケーシング内に配置された基板であって、該基板の第１の面が前記ケーシングの透明な領域を向くように配置された基板と、
前記基板の第１の面に配置された複数のＬＥＤと、
前記基板の第１の面に対向する第２の面に配置された前記ＬＥＤを電気的に接続する銅箔部であって、該銅箔部の厚さが１００μｍ以上である銅箔部と、
前記銅箔部に添設された絶縁質の被膜を有するヒートシンクであって、前記基板を前記ケーシングとの間に密閉するヒートシンクと
を備えたことを特徴とする集魚灯。
上部に口金部を有する所定の領域が透明なケーシングを備えた集魚灯において、
前記ケーシング内に配置された基板であって、該基板の第１の面が前記ケーシングの透明な領域を向くように配置された基板と、
前記基板の第１の面に配置された複数のＬＥＤと、
前記基板の第１の面に対向する第２の面に配置された前記ＬＥＤを電気的に接続する銅箔部であって、該銅箔部の厚さが１００μｍ以上である銅箔部と、
前記銅箔部に添設された絶縁シートと、
前記絶縁シートに添設された放熱板部材であって、前記基板を前記ケーシングとの間に密閉する放熱板部材と、
前記放熱板部材に添設されたヒートシンクと
を備えたことを特徴とする集魚灯。
前記放熱板部材は、両側から延設された袖部材を有し、前記ケーシング内部にパッキン部材を介して着脱固定自在に添設されたことを特徴とする請求項２に記載の集魚灯。
前記ヒートシンクは前記ケーシング内の外気との連通が可能な領域に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集魚灯。
前記ＬＥＤは、照射方向が前記基板の垂線方向に対して前記口金部の位置する側とは逆向きに傾いていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集魚灯。