施設報告

LED視線誘導灯 開発経緯報告

国内営業部 札幌営業所
株式会社つくばイワサキ

4．検証経緯

LED視線誘導灯の開発/製品化に関する主課題に関しては，基本的に次に示す予測計算を行い，その予測計算結果を基に実験・検証を行い製品化した。その開発プロセス概要を以下に示す。

4.1 LED発光部の基準輝度検証

項目①　予測計算

視線誘導灯用LEDの最大輝度　選定資料

1) 設計条件

LED

砲弾型

基準電流

20mA

搭載LED

60個(緑色)/120個(橙色) 変わらず

2) 最大輝度と相対発熱温度予測

• ※但し，相対発熱温度は，20mA時を100％として予測算出。

3) まとめ

最大輝度選定の根拠を下記(3項目)に示す。

1. NEXCOの規定値：25000(cd/m²)以上とすること。
2. 安全率を1.5(航空機や自動車の安全率：1.3～1.6程度)
3. 相対予測温度を低く抑えて，輝度減衰を抑制すること。

私案

最大輝度選定の根拠(1～3)も明確に説明できる下記の値が良いのではないかと推測。

基準電流

15か16(mA)

最大輝度

39000/41600(cd/m²)

相対温度

約56/64％(最大温度比較)

項目①　検証結果

LED発光部に関しては，下記の性能基準を満足している事を，品質保証部の実験室にて，実験検証して確認した。

自光式スノーポール　量産用16台　輝度測定結果

2009/6/1

1. LED

   NSPG510AS	指向角 30°(半値角 15°)
   最大順方向電流	35mA
   最大順方向電圧	3.5V
   基準電流	20mA
   順方向電圧(Typ)	3.2V
   光度(Rank V)	12000～16800	at Ta=25℃ 2ランク指定
   光度(Rank U)	8400～12000

2. 測定結果

   LED基板 (量産基板)	LED取付ピッチ 横5列(10mmピッチ)×縦12列(16mmピッチ) 計60個 大きさ 60×248(発光部 40×192=0.0096m²)
   測定距離	3m
   周囲温度	25℃
   照度計	IM-5(TOPCON製)

• 1108472
• Min　67509
• Max　72230
• Ave　69279

砲弾型LEDスノーポール実験結果

1. LED

   NSPG510AS	指向角 30°(半値角 15°)
   最大順方向電流	35mA
   最大順方向電圧	3.5V
   基準電流	20mA
   順方向電圧(Typ)	3.2V
   光度(Rank V)	12000～16800	at Ta=25℃ 2ランク指定
   光度(Rank U)	8400～12000

2. 測定結果

   LED基板 (量産基板)	LED取付ピッチ 横5列(10mmピッチ)×縦12列(16mmピッチ) 計60個 大きさ 60×248(発光部 40×192=0.0096m²)
   測定距離	3m
   周囲温度	25℃
   温度計

1. 色：緑(発光波長527nm)，橙(発光波長590nm)
2. 発光部最大輝度：25000cd/m²以上
3. 配光半値角：緑±15度(2θ1/2)，橙±20度(2θ1/2)
4. ランプ寿命：40000時間(公称)

4.2 LED発光部への湿気対策

項目②　検証結果

1. LED視線誘導灯のランプシリンダー部を密閉構造にする。
2. ランプシリンダー内部と外気とは，防塵防湿フィルター(湿気はカットするが，新鮮な空気の出入りは自由)構造とする。
3. 防塵防湿フィルターは，ランプシリンダー内部にて，対流が起きる様な位置関係の上下に配置する。(特許申請中)

4.3 ランプシリンダー部への着雪・着氷対策の検証

項目③　検証結果

1. LED視線誘導灯の頭部キャップ形状には，傾斜を設けて降雪が溜まらない構造とする。
2. 頭部キャップの口径を，ランプシリンダー径より若干太く且つ斜面構造にして，融雪水がランプシリンダー外面を伝わらない構造とする。

4.4 風圧力によるシリンダー破損対策の検証

項目④　予測計算

LED視線誘導灯のメタクリルシリンダー強度計算

1) 目的

LED視線誘導灯に使用されるメタクリルシリンダーに対する風圧力による概算応力計算を行う。

2) 応力算出

応力条件

メタクリルシリンダーø80(t5.0)の許容応力度：ρ ＝98～120(N/mm²)
メタクリルシリンダーø80(t5.0)の断面係数：Z ＝27(cm³)

応力算出

①メタクリルシリンダー付根部分での強度(風速70(m/sec))：ρ70

②メタクリルシリンダー付根部分での強度(風速80(m/sec))：ρ80

項目④　検証結果

1. LED視線誘導灯のメタクリルシリンダーは，風圧力による応力予測計算を基に検討を行い，ø80，t5が性能仕様を満足することより選定する。

4.5 ロータリー車/除雪車の投雪によるシリンダー破損対策の検証

項目⑤　予測計算1/2

1) ロータリー車の投雪による衝撃力 概算計算

雪塊：1m×1m×2m　重量m≒500～1000kg

①　ロータリー車の投雪

項目⑤　予測計算2/2

1) 除雪車による衝撃力 概算計算

V ＝70(km/h)として，路側帯に弾かれる雪塊の運動量：Iは，

運動量：I＝mv＝300×9.8×19.5＝5.773×10³(kgm/s²)

ここで，スノープラウ面での摩擦係数1と仮定すると，除雪車の側面方向に弾かれる雪塊の運動量：Fは

ゆえに，雪塊の予測運動量Fは
F＝I×cos60°≒2866.5(Nm)

2) 結論予測

• 時速70(km/h)の除雪車から路側帯に弾かれる雪塊では，ケースバイケースにより，破損か否かが予測される。
• 時速80(km/h)の除雪車から路側帯に弾かれる雪塊では，殆どが破損すると予測される。

私見

なお，本計算は，幾重の仮定条件を設定しての概算計算であり，算出結果と異なる事象も起こり得る。特に本計算では，雪塊は角のない塊として捉え計算しており，メタクリル材は鋭角的なポイント衝撃に脆く，計算よりも低い条件で破損が起こる可能性大と推測される。

項目⑤　検証結果

1. LED視線誘導灯のメタクリルシリンダーは，衝撃力の予測計算結果を基に，品質保証部にて衝撃試験を実施し，ø80，t5を性能仕様とする。
2. ポールは，STK400 ø89.1×t2.8にて性能仕様強度を確認する。

   使用温度

   -40℃～+65℃

   着火温度

   400℃

   硬度

   ブリネル硬さ20(ほぼアルミニウムと同等)

   耐衝撃強度

   10～16倍(ガラス(＝1)と比較)

4.6 自動車による衝撃力の算出と対策

項目⑥　予測計算

1) 自動車による視線誘導灯への衝突時 概算衝撃力の算出

高速走行中の乗用車が視線誘導灯に正面衝突した時に，制動停止するまでの時間(sec)別の衝撃力：Gの概算算出の結果を下記に示す。

なお，G：重力加速度　G＝9.8(m/sec²)

2) まとめ

衝突停止時間0.1secは，壁などに衝突した場合である。
なお，一般的に運転者が空走し，制動停止するまでには，0.3～0.5sec程度が妥当と思われる。
安全率を見込むと，重力加速度としては10G～20G程度と推測される。

私見

• 衝撃試験機での試験は，安全率を見込み5G～30G程度までは実施すること。
• 目標としては，最低20G程度までは，LED点灯を維持する構造としたい。

項目⑥　検証結果

LED視線誘導灯の製品化試作品を，点灯状態にて，落下衝撃試験機による衝撃実験を行い，「Max45.5Gまで構造及びLED点灯状態に異常がない」ことを確認した。試験結果を下記に示す。

スノーポール衝撃試験結果

2009/6/19実施

1. 試験機：落下衝撃試験機(岩崎電気製)
2. 振動計：V-1107(振研製)
3. センサー：下の写真の距離dを5cmずつ変化させてスノーポールに衝撃を与える
4. 試験結果：スノーポール下部に加速度センサーを取り付け衝撃を加えた結果、
   Max45.5Gまで構造及び点灯に異常がないことを確認した。

4.7 LED基板の衝撃/防湿対策

項目⑦　検証結果

1. LED基板は点灯状態にて，45.5Gの衝撃後も点灯を維持し異常ないことを確認する。
2. LED基板の充電部は，表裏面ともにシリコン系防湿材を塗布し，万一のランプシリンダー破損と降雨時においても，点灯を維持可能な構造対策とする。

4.8 電気機器(防水安定器など)の絶縁対策

項目⑧　検証結果

1. 製品化試作品の低温試験は，品質保証部の環境チャンバー(恒温試験器)にて，LED視線誘導灯を「-30℃の実験環境にて3時間連続点灯状態にて，機能及び性能上何ら異常ない」ことを確認した。
2. 耐寒試験の状況を写真2，写真3に示す。

4.9 LED視線誘導灯の耐寒試験

項目⑨　検証結果

1. 製品化試作品の低温試験は，品質保証部の環境チャンバー(恒温試験器)にて，LED視線誘導灯を「-30℃の実験環境にて3時間連続点灯状態にて，機能及び性能上何ら異常ない」ことを確認した。
2. 耐寒試験の状況を写真2，写真3に示す。

4.10 LED視線誘導灯ケーブルの耐寒対策

項目⑩　検証結果

1. S-VCT ビニルキャブタイヤケーブル1.25^□×3Cを選定する。
2. 選定根拠は，全ての対象となるケーブルの耐寒性能を調査し，施工や維持管理時の施工容易性，耐寒性：シースの脆化温度-45度と柔軟性に優れることより選定する。

4.11 LED視線誘導灯のビス類への振動対策

項目 ⑪ 　検証結果

1. 先端キャップ取付けビスは，ゆるみ止め処置を行う。
2. LED視線誘導灯固定ビスは，締め付け後，施工時，シリコンコーティングをする。

4.12 LED視線誘導灯の冬期暴露試験

項目⑫　検証結果

1. 写真4～5は，試験体による冬期の屋外暴露試験における消灯状況を示す。

   試験結果

   LEDランプハウス内には湿気その他は皆無であった。

2. 写真6～7は，試験体による冬期の屋外暴露試験における点灯時の状況を示す。

   試験結果

   LEDランプハウス内には，湿気その他は皆無であった。

3. 写真8～9は，試験体による屋外暴露試験において，3日間に亘る暴風雪直後のLED視線誘導灯の点灯状況を示す。

   試験結果

   暴露試験状況／3日間連続の暴風雪時，連続点灯した直後にLED視線誘導灯の検証を行う。

   検証結果

   LED光源ハウス内には湿気その他は皆無。

4.13 LED視線誘導灯の現地実証試験

項目 ⑬ 　検証結果

1. 道央自動車道の旭川管内にて，Gcタイプ2(本)，Grタイプ2(本)，Clタイプ1(本)の合計5(本)を現道の路肩部近傍に設置する。
2. 吹雪時の見え方走行結果は，運転者が走行中に，車道部と側方余裕幅を明瞭に判別が出来る為に，安全に安心して円滑な走行が出来る車道環境となった。

5．まとめ

LED視線誘導灯の製品化過程における検証項目(①～ ⑬ )に係る光学的，電気的，物理的及び構造的な性能評価試験は，品質保証部内の実験設備，冬期環境における暴露試験及び現地実証試験などにて，全て検証を行い対策済みである。

6．総括

LED視線誘導灯の最終性能は，NEXCO仕様と同等以上の性能を有することを品質保証部にて検証した。NEXCO仕様と当社仕様の主な比較を表-1に示す。

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