JP7166690B1

JP7166690B1 - 船舶用ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP7166690B1
Application number: JP2022078437A
Authority: JP
Inventors: 俊晴中谷; 利数竹中
Original assignee: 大阪電機工業株式会社
Priority date: 2022-05-11
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2042-05-11
Also published as: JP2023168200A; JP2023167334A

Abstract

【課題】外気に接触する部品に金属製のものを用いずに、ＬＥＤ基板及び電源基板から発生する熱を十分に放熱することができる船舶用ＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】本体２とグローブ３とで囲まれた内部空間Ｓに配置されたＬＥＤ部品２７から発光する光をグローブ３を透過させて外部に拡散する。本体２の取付ベース７に第１空間Ｓ１を隔てて配置され、半導体部品２２が実装された電源基板４と、電源基板４に第２空間Ｓ２を隔てて配置され、ＬＥＤ部品２７が実装されたＬＥＤ基板５とを備える。第１空間Ｓ１に配置され、一端が本体２の取付ベース７に取り付けられ、他端が電源基板４に実装された半導体部品２２に接触している放熱連結部材６が設けられている。本体２の取付ベース７に、第１空間Ｓ１に面する放熱基板１２が設けられている。ＬＥＤ基板５に、第２空間Ｓ２に面する放熱板２９が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は船舶用ＬＥＤ照明装置、特にその放熱構造に関する。

従来、照明装置として高輝度のＬＥＤが使用されているが、特に船舶用の照明装置では航海中に故障しない耐久性が必要である。特に、ＬＥＤ部品や半導体部品等の発熱部品を有する照明装置では、発熱により動作が不安定になり、寿命が低下し、塩分や水分により部品の腐食や劣化が生じ、絶縁性が低下し、さびが発生する。このため、船舶用ＬＥＤ照明装置では、放熱性と防水性が要求される。発熱部品には外気に接触する部品として一般に放熱性に優れた金属製放熱フィンが設けられるが、塩水に晒される船舶用の発熱部品には適していない。従来の照明装置は、グローブの内部で結露すると故障の原因となるため、グローブが一体に設けられている。

特許文献１には、筐体の開口部にレンズ枠が取り付けられ、レンズ枠の円形孔に金属製リング状の放熱部材が取り付けられ、この放熱部材の内周の前部にレンズが設けられ、後部にＬＥＤ基板が設けられたＬＥＤ照明灯が記載されている。このＬＥＤ照明灯によれば、ＬＥＤから発生する熱は、レンズの周囲から放熱部材を介して外部に放出される。しかし、ＬＥＤ基板の裏面に逃げた熱は、筐体内に収容されたＬＥＤドライバ（電源基板）から発生する熱とともに筐体内部に籠り、十分に放熱されないという問題がある。

特許第５１４８５３８号明細書

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、ＬＥＤ基板及び電源基板から発生する熱を外気に接触する部品に金属製のものを用いずに、十分に放熱することができる船舶用ＬＥＤ照明装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段は、
本体とグローブとで囲まれた内部空間に配置されたＬＥＤ部品から発光する光を前記グローブを透過させて外部に拡散する船舶用ＬＥＤ照明装置において、
前記本体の取付ベースに第１空間を隔てて配置され、半導体部品が実装された電源基板と、
前記電源基板に第２空間を隔てて配置され、前記ＬＥＤ部品が実装されたＬＥＤ基板とを備え、
前記電源基板と前記ＬＥＤ基板の各外周縁と前記グローブの内面との間に、隙間が形成され、
前記第１空間に配置され、一端が前記本体の前記取付ベースに取り付けられ、他端が前記電源基板に実装された前記半導体部品に接触している放熱連結部材が設けられていることを特徴とする。
この手段では、電源基板の半導体部品で発生する熱は、放熱連結部材に熱伝導し、放熱連結部材の表面を介して第１空間に放熱するとともに、放熱連結部材を通って本体の取付ベースに熱伝導し、本体の外面を介して外部に放熱される。また、ＬＥＤ基板のＬＥＤ部品で発生する熱は、グローブの内部空間と第２空間に放熱される。

前記本体の前記取付ベースに、前記第１空間に面する放熱基板が設けられ、前記放熱基板は前記放熱連結部材と接触していることが好ましい。
この手段では、電源基板の半導体部品で発生する熱は、放熱連結部材を通って放熱基板に熱伝導し、放熱基板の全面から第１空間に放熱する。

前記ＬＥＤ基板に、前記第２空間に面する放熱板が設けられていることが好ましい。
この手段では、ＬＥＤ基板のＬＥＤ部品で発生する熱は、放熱板の全面から第２空間に放熱される。

前記取付ベースと前記電源基板の間に、前記第１空間の間隔を規制する第１スペーサが設けられ、
前記電源基板と前記ＬＥＤ基板の間に、前記第２空間の間隔を規制する第２スペーサが設けられていることが好ましい。
この手段では、第１スペーサにより第１空間の大きさが規定され、第２スペーサにより第２空間の大きさが規定される。また、電源基板の半導体部品で発生する熱は、第１スペーサを介して取付基板に熱伝導し、ＬＥＤ基板のＬＥＤ部品で発生する熱は第２スペーサを介して電源基板に熱伝導し、電源基板から第１スペーサを介して取付基板に熱伝導する。

前記放熱連結部材と前記半導体部品は、放熱シートを介して接触していることが好ましい。電源基板の中で熱からの劣化を受けやすい部品放熱性の確保、電源基板から取付基板への熱伝導を促す。
この手段によれば、放熱シートは絶縁性の確保も兼ねており放熱連結部材と半導体部品との間の電気的絶縁を確保することができる。

前記半導体部品に接続される電源ケーブルの裸線部、前記電源基板の実装面、及び前記ＬＥＤ基板の実装面がコーティングされていることが好ましい。
この手段によれば、半導体部品に接続される電源ケーブルの内部を通してグローブの内部に侵入する湿気に対して耐水性が向上する。

前記グローブは、前記本体に着脱可能に設けられていることが好ましい。
この手段によれば、グローブが本体に着脱可能であるので、グローブ内で結露が生じた場合は、グローブを取り外して内部の水分を除去してから本体に取り付けることで、照明装置を長期に使用することができる。

前記本体の前記取付ベースを貫通する電源ケーブルのアース線が前記放熱基板に接続されていることが好ましい。
この手段によれば、雑音電圧が低くなり、船舶用電機器具として、十分に電磁環境適合性を有する。

本発明によれば、外気に接触する部品に金属製のものを用いずに、ＬＥＤ基板及び電源基板から発生する熱を十分に放熱することができ、これらの部品の動作が安定し、耐久性が向上するという効果を有している。

本発明の実施形態に係る船舶用ＬＥＤ照明装置の分解斜視図。船舶用ＬＥＤ照明装置の断面図。放熱基板、電源基板、放熱連結部材、放熱シートの斜め下方から見た分解斜視図。グローブ、ＬＥＤ基板を取り外した状態の本体の斜め上方から見た斜視図。電源ケーブルと電源基板の接続部を示す拡大図。取付ベースの裏側から見た斜視図。伝導性エミッション試験結果を示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る船舶用ＬＥＤ照明装置（以下、単に照明装置ということがある。）１を示す。照明装置１は、本体２と、グローブ３と、電源基板４と、ＬＥＤ基板５と、放熱連結部材６とを備えている。

本体２は、ガラス繊維入りのポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂等の合成樹脂からなり、円形の取付ベース７と、第１円筒部８と、第２円筒部９とからなっている。

取付ベース７は、図２に示すように、外周にパッキン１０が装着される環状の溝１１が形成されている。取付ベース７には、アルマイト材からなる円形の放熱基板１２が設置されている。取付ベース７には、３芯のキャブタイヤケーブルからなる電源ケーブルＡを第２円筒部９側から取付ベース７と放熱基板１２を貫通して第１円筒部８側に導くためのゴムブッシング１３が取り付けられている。取付ベース７の裏面すなわち第２円筒部９側の面には、ゴムブッシング１３を囲むように、円筒状のコーミング７ａが設けられている。コーミング７ａ内には、シリコン樹脂７ｂが充填されている。このシリコン樹脂７ｂは、電源ケーブルＡのシースＡ_ｓとその端面から露出する３芯のコードＡ_１，Ａ_２，Ａ_３を覆っている。シリコン樹脂７ｂとゴムブッシング１３により、電源ケーブルＡの第１円筒部８側と第２円筒部９側は封止されている。放熱基板１２には、第２円筒部９側から取付ベース７と放熱基板１２に貫通挿入された取付ねじ１４により、３個の六角支柱からなる第１スペーサ１５が取り付けられている。また、放熱基板１２には、第２円筒部９側から取付ベース７と放熱基板１２を貫通挿入された取付ねじ１６により、後述する放熱連結部材６が取り付けられている。取付けねじ１４と取付ねじ１６のねじ部には、防水コートを塗布することが好ましい。

第１円筒部８は、内面に雌ねじ１７が形成されている。第１円筒部８には、後述するグローブ３が取り付けられるようになっている。

第２円筒部９は、第１円筒部８より外径が小さく、外面に雄ねじ１８が形成されている。第２円筒部９は、図示しない取付台に取り付けられようになっている。

グローブ３は、乳白色で、光を透過するポリカーボネート等の材料で形成されている。グローブ３は、円筒形であり、一端に開口部１９、他端に球形ヘッド２０を有している。開口部１９は、本体の第１円筒部８に挿入される大きさで、外面に本体２の第１円筒部８の雌ねじ１７に螺合する雄ねじ２１が形成されている。開口部１９の開口端は、グローブ３が本体２に取り付けられた時に、本体２のパッキン１０を押し付けることで、グローブ３の内部は外部に対して封止されている。

電源基板４は、本体２の第１円筒部８に収容可能な円形で、取付ベース７の放熱基板１２と対向する面（図において下面）にトランジスタ等の半導体部品２２を含む図示しない電源回路が実装されている。図１中、符号２３は、ゴムブッシング１３を通して内部に配線された電源ケーブルＡの２つの電源コードＡ_１，Ａ_２とアース線Ａ_３が接続される入力端子である。また、符号２４は、ＬＥＤ基板５への出力端子である。電源基板４は、実装面すなわち半導体部品２２を本体２の放熱基板１２に向けて、第１スペーサ１５の上に設置されることにより、本体２の取付ベース７に第１空間Ｓ１を隔てて配置されている。第１スペーサ１５は、第１空間Ｓ１の間隔を所定間隔に規制している。電源基板４の外周縁には、半導体部品２２を含む電源回路とグローブ３との間の沿面距離をとるための絶縁壁２５が取付ベース７に向かって突出して設けられている。絶縁壁２５は、後述する放熱連結部材６と干渉する部分は切り欠かれている。電源基板４の実装面と反対側、すなわち、グローブ３の球形ヘッド２０側には、第１スペーサ１５と同じ位置に３個の第２スペーサ２６が配置される凹部４ａが形成されている。

第２スペーサ２６は、六角支柱からなり、一端に雄ねじが形成され、他端にねじ孔が形成されている。第２スペーサ２６は、雄ねじを電源基板４の凹部４ａに貫通挿入して第１スペーサ１５のねじ孔にねじ込むことにより、電源基板４を第１スペーサ１５上に固定されている。

ＬＥＤ基板５は、本体２の第１円筒部８に収容可能な円形で、グローブ３の球形ヘッド２０と対向する側の面にＬＥＤ部品２７を含む図示しないＬＥＤ駆動回路が実装されている。図１中、符号２８は、電源基板４の出力端子２４に図示しないワイヤを介して接読される入力端子である。ＬＥＤ基板５の実装面と反対側には、ＬＥＤ基板５と同径のアルマイト材からなる円形の放熱板２９が重ねて配置されている。放熱板２９には、電源基板４の出力端子２４とＬＥＤ基板５の入力端子２８を接続する図示しないワイヤを通すための切欠き３０が設けられている。ＬＥＤ基板５は、実装面すなわちＬＥＤ部品２７をグローブ３の球形ヘッド２０側に向けて、放熱板２９とともに第２スペーサの上に設置されることにより、本体２の取付ベース７に第２空間Ｓ２を隔てて配置されている。第２スペーサ２６は、第２空間Ｓ２の間隔を所定間隔に規制している。第２スペーサ２６は、第１スペーサ１５より短く形成され、第２空間Ｓ２は第１空間Ｓ１より小さくなっている。

ＬＥＤ基板５は、グローブ３の球形ヘッド２０側からＬＥＤ基板５及び放熱板２９に貫通挿入された取付ねじ３１を第２スペーサ２６にねじ込むことにより、第２スペーサ２６上に固定されている。

放熱連結部材６は、アルマイト材からなり、図３に示すように、平坦な接触部３２と、接触部３２の両側縁から９０度屈曲して放熱基板１２に直角に延びる両脚部３３と、両脚部３３から９０度屈曲して放熱基板１２に平行に延びる足部３４とを有している。接触部３２と両脚部３３とで逆Ｕ字形を形成している。放熱連結部材６は、足部３４が放熱基板１２に載置され、接触部３２が放熱シート３５を介して電源基板４の半導体部品２２に接触するように配置されて、第２円筒部９側から取付ベース７と放熱基板１２に貫通挿入された取付ねじ１６を足部３４にねじ込むことにより、放熱基板１２上に固定されている。放熱シート３５は、絶縁性、熱伝導性及び難燃性を有するシリコンゴムであることが好ましい。脚部３４は、図４に示すように、放熱基板１２との接触面積が大きくなるように、周囲の部材と干渉しない程度にできるだけ大きく形成されている。

図５に示すように、電源基板４の入力端子２３に接続される電源ケーブルＡの裸線部、電源基板４の実装面、及びＬＥＤ基板５の実装面は、防水性のコーティング剤３６でコーティングされている。

また、図５に示すように、電源ケーブルＡのアース線Ａ_３は、電源基板４の入力端子２３に接続され、さらに図４に示すように、入力端子２３からアース線Ａ_４が第１スペーサ１５と放熱基板１２との間に接続されている。これにより、電源ケーブルＡのアース線Ａ_３は、放熱基板１２と電気的に接続されている。

図６に示すように、取付ベース７の裏面すなわち第２円筒部９側でコーミング７ａのシリコン樹脂７ｂから出た電源コードＡは、第２円筒部９の中心から偏心した位置にあるため、インシュロックタイ３７で第２円筒部９の中心に集められ、図示しない取付部に配線される。

本実施形態の船舶用ＬＥＤ照明装置１のような舶用電機器具には、ＩＥＣ規格で規定されている防塵性（ＩＰ５Ｘ：粉塵からの保護）や、防水性（ＩＰＸ６：全方向の噴流水によっても有害な影響を受けない）のほか、ＪＩＳＦ０８０８：２００９で規定されている電磁環境適合性（ＥＭＣ）が要求される。本発明の実施形態において、防塵性はＩＰ５Ｘ、防水性はＩＰＸ６に適合していることを確認した。伝導性エミッション試験では、疑似電源回路網が供試品（本実施形態の船舶用ＬＥＤ照明装置１）の電源と電源ポートの間に接続され、電源ポートとアース間の雑音電圧が測定される。図７は、本実施形態の船舶用ＬＥＤ照明装置１における伝導性エミッション試験結果を示す。図７において縦軸はノイズレベル、横軸は周波数を示している。図７（ａ）は放熱基板１２にアース接続しなかった場合、図７（ｂ）は放熱基板１２にアース接続した場合を示す。この試験結果から明らかなように、放熱基板１２にアース接続しなかった場合（図７（ａ））は０．１ＭＨｚ以上の高周波領域において測定値が判定基準を超えているのに対し、本実施形態の船舶用ＬＥＤ照明装置１は、電源基板４がアース線Ａ_３、Ａ_４、を介して放熱基板１２に接続されているので、雑音電圧の測定値が判定基準を下回り（図７（ｂ））、十分に電磁環境適合性を有することが確認された。これは、放熱基板１２にアース接続することで、電源基板４の例えばスイッチング素子から発生する放射性ノイズが放熱基板１２に吸収された結果、ノイズレベルが低減されたことによる。

次に、以上の構成からなる船舶用ＬＥＤ照明装置１の作用について説明する。

ＬＥＤ基板５のＬＥＤ部品２７は、電源基板４から供給され制御される電力により、発光又は非発光状態となり、必要に応じて点滅や、明るさ又は色を調光することができる。ＬＥＤ部品２７が発行する光はグローブ３を透過して外部を照明する。

電源基板４の半導体部品２２で発生する熱は、放熱シート３５を経て放熱連結部材６に熱伝導し、放熱連結部材６の表面から第１空間Ｓ１に放熱するとともに、放熱連結部材６を通って本体２の取付ベース７に熱伝導し、本体２の外面から外部に放熱する。また、ＬＥＤ基板５のＬＥＤ部品２７で発生する熱は、グローブ３の内部空間Ｓと第２空間Ｓ２に放熱される。

本体２の取付ベース７に放熱基板１２が設けられ、放熱基板１２は放熱連結部材６と接触しているので、電源基板４の半導体部品２２で発生する熱は、放熱連結部材６を通って放熱基板１２に熱伝導し、放熱基板１２の全面から第１空間Ｓ１に放熱するとともに、本体２の取付ベース７に熱伝導し、本体２の外面から外部に放熱する。

また、ＬＥＤ基板５に第２空間Ｓ２に面する放熱板２９が設けられているので、ＬＥＤ基板５のＬＥＤ部品２７で発生する熱は、放熱板２９に熱伝導し、放熱板２９の全面から第２空間Ｓ２に放熱される。

取付ベース７と電源基板４の間に第１スペーサ１５が設けられ、電源基板４とＬＥＤ基板５の間に第２スペーサ２６が設けられているので、電源基板４の半導体部品２２で発生する熱は、第１スペーサ１５を介して取付ベース７に熱伝導し、ＬＥＤ基板５のＬＥＤ部品２７で発生する熱は第２スペーサ２６を介して電源基板４に熱伝導し、電源基板４から第１スペーサ１５を介して取付ベース７に熱伝導し、本体２の外面から外部に放熱する。

このように、半導体部品２２の熱は放熱連結部材６と放熱基板１２の表面から第１空間Ｓ１に放熱され、またＬＥＤ部品２７の熱は放熱板２９の表面から第２空間Ｓ２に放熱されるので、伝熱面積が大きく、放熱が十分に行われ、これらの部品の動作が安定し、耐久性が向上する。

放熱連結部材６と半導体部品２２は放熱シート３５を介して接触しているので、放熱連結部材６と半導体部品２２との間の電気的絶縁を確保することができる。

電源基板４の入力端子２３に接続される電源ケーブルＡの裸線部、電源基板４の実装面、及びＬＥＤ基板５の実装面は、防水性のコーティング剤でコーティングされているので、半導体部品２２に接続される電源ケーブルＡの内部を通してグローブ３の内部に侵入する湿気に対して耐水性が向上する。

グローブ３は、本体２とねじで取り付けられて着脱可能であるので、グローブ３内で結露が生じた場合は、グローブ３を取り外して内部の水分を除去してから本体２に取り付けることで、照明装置１を長期に使用することができる。

本発明は前記実施形態に限るものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、修正や変更を行うことができる。

例えば、放熱連結部材６は、接触部３２と両脚部３３で逆Ｕ字形に形成しているが、Ｔ字形や逆Ｌ字形でもよい。

１…船舶用ＬＥＤ照明装置
２…本体
３…グローブ
４…電源基板
５…ＬＥＤ基板
６…放熱連結部材
７…取付ベース
１２…放熱基板
１５…第１スペーサ
２２…半導体部品
２６…第２スペーサ
２７…ＬＥＤ部品
２９…放熱板
３５…放熱シート
Ａ…電源ケーブル
Ａ_３…アース線
Ａ_４…アース線
Ｓ…内部空間
Ｓ１…第１空間
Ｓ２…第２空間

Claims

本体とグローブとで囲まれた内部空間に配置されたＬＥＤ部品から発光する光を前記グローブを透過させて外部に拡散する船舶用ＬＥＤ照明装置において、
前記本体の取付ベースに第１空間を隔てて配置され、半導体部品が実装された電源基板と、
前記電源基板に第２空間を隔てて配置され、前記ＬＥＤ部品が実装されたＬＥＤ基板とを備え、
前記電源基板と前記ＬＥＤ基板の各外周縁と前記グローブの内面との間に、隙間が形成され、
前記第１空間に配置され、一端が前記本体の前記取付ベースに取り付けられ、他端が前記電源基板に実装された前記半導体部品に接触している放熱連結部材が設けられていることを特徴とする船舶用ＬＥＤ照明装置。
前記本体の前記取付ベースに、前記第１空間に面する放熱基板が設けられ、前記放熱基板は前記放熱連結部材と接触していることを特徴とする請求項１に記載の船舶用ＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤ基板に、前記第２空間に面する放熱板が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用ＬＥＤ照明装置。
前記取付ベースと前記電源基板の間に、前記第１空間の間隔を規制する第１スペーサが設けられ、
前記電源基板と前記ＬＥＤ基板の間に、前記第２空間の間隔を規制する第２スペーサが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の船舶用ＬＥＤ照明装置。
前記放熱連結部材と前記半導体部品は、放熱シートを介して接触していることを特徴とする請求項１に記載の船舶用ＬＥＤ照明装置。
前記半導体部品に接続される電源ケーブルの裸線部、前記電源基板の実装面、及び前記ＬＥＤ基板の実装面がコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の船舶用ＬＥＤ照明装置。
前記グローブは、前記本体に着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の船舶用ＬＥＤ照明装置。
前記本体の前記取付ベースを貫通する電源ケーブルのアース線が前記放熱基板に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の船舶用ＬＥＤ照明装置。