JP2002511634A - 光導管照明システム用熱保護カップリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光管などのような光導管（１６）を光源（１０）に接続するための、光を方向付け、荷重を支持する熱保護カップリング（２６）は、光源(１０)に接続される第１端部と、光管（１６）に接続される第２端部とを有する本体部材を備える。本体部材（２６）は、第１端部（２８）から第２端部（３０）まで延在する縦通路（３２）を含み、光を光源（１０）からカップリング（２６）を介して光管（１６）に方向付ける溝（３２）を画定する内面（３４）を備える。光損失を減少させるため、内面（３４）には、高度に反射性の仕上げが施される。カップリング（２６）は、光源（１０）から熱を散逸させる熱伝導性金属から構成され、温度降下を生じるのに十分な長さを有するため、光管（１６）を破損することなく、光管（１６）をカップリング（２６）に接続することができる。カップリング（２６）の第１端部（２８）は、光源の反射円錐体（１２）上に取り付けられたガスケット（５０）に接続するリップ部分（２６ａ）を備え、カップリング（２６）の第２端部（３０）は、隣接光管（２１６）上に取り付けられた嵌合カラー(１７８)にかみ合うカラー（１７２）を備えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 技術分野 本発明は、照明システムに関し、特に、光管などのような光導管を光源に接続
するための熱保護カップリングに関する。

【０００２】 背景技術 中央照明システムで広い面積を照明することは、多くの利点があるために長年
望まれてきた。たとえば、集中光源は、多くの分散光源よりも保守が容易である
。集中光源により発生する熱は、照明領域から容易に換気することができるが、
分散光源からの熱の換気は容易ではない。集中光源に接続された光分散システム
は、最低限の熱を放射するか、または熱をまったく放射しない。

【０００３】 光を搬送するために、Ｗｈｉｔｅｈｅａｄに付与された米国特許第４，２６０
，２２０号に示されているように、「八面体」である実質的に平らな内面および
外面を有する透明な材料から製造された光管または光導管が使用されてきた。こ
うした装置は、一般に、一方の面に構造化表面を有し、この構造化表面に対向し
て滑らかな表面を有する透明な材料の可撓性ポリマーシートから製造された光学
的照明フィルムから構成される。この装置の構造化表面は、小型の実質的に直角
二等辺のプリズムが並置された線形配列を含むことが好ましい。さらに、このプ
リズムの垂直面は、より滑らかな表面とともにほぼ４５°の角度を形成する。ポ
リマーシートのこの構造および光導管の形状によって、光線が光導管の長手方向
軸線から逸脱する角度が臨界角を超えない場合、光が光導管の壁から漏出しない
ように光導管を貫通して光を移動させることができる。したがって、臨界角未満
の角度で光導管に入る光は全反射する。

【０００４】 臨界角は、壁材料の屈折率に対する周囲媒体（一般に空気）の屈折率の割合の
逆正弦と定義される。たとえば、屈折率が１．４９３のポリメチルメタクリレー
トの透明な材料の場合、光導管の長手方向軸線に沿って測定して、臨界角が約２
７．３°未満のすべての入射光線は全反射する。一方、臨界角の外側で光導管に
入る入射光は全反射しない。

【０００５】 あるいは、光導管は、米国特許第５，６６１，８３９号（Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ
）に開示されているように、多層光学フィルムを使用して構成することができる
。光導管は、米国特許第４，２６０，２２０号に記載されているような方形断面
、および米国特許第４，８０５，９８４号に記載されているような円形断面など
、様々な断面を有するように構成されてきた。

【０００６】 多くの用途では、制御された方法で光を光導管から漏出することが望ましい。
過去において、米国特許第５，３６３，４７０号（Ｗｏｒｔｍａｎ）に開示され
ているように、光を光導管から容易に放射する多くの手段が使用されてきた。も
う１つの例では、ミネソタ州、セントポールのＭｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎ
ｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙが製造しているＳＣＯ
ＴＣＨＣＡＬ ＥＬＥＣＴＲＯＣＵＴブランドのフィルムなどのような高反射白
色ポリマーテープから製造された拡散散乱体などのような抽出器を光導管の内部
に配置して、光導管の内部から光が漏出または放射する割合を高めることができ
る。拡散散乱体は、光導管の非全反射角度領域に光をぶつける光の「散乱」によ
り漏出率を増加させ、それにより、光が光導管から放射できる角度内で光の量を
増加させる。一般に、高反射白色ポリマーテープのストリップは、光導管の長さ
上に配置され、散乱を生じさせる。

【０００７】 現在の光分散システムは、光源に取り付けられるセグメント化光導管を使用す
る。光導管の各セグメントは、様々な技術により互いに、または光源に結合する
ことができる。たとえば、Ｊｏｈａｎｓｏｎに付与された米国特許第５，４７５
，７８５号には、光源および光導管の隣接端部を重ねて接続部を形成する方法が
開示されている。しかし、動作時に光源により発生する熱は、光導管を構成する
ために一般に使用される材料を破損する可能性がある。したがって、光分散シス
テムの動作を妨げずに、光導管を光源の強度の熱から保護する接続部を光導管と
光源との間に形成することが望ましい。

【０００８】 発明の開示 本発明は、光を方向付ける熱保護カップリングであって、光管などのような光
導管を光源に接続するカップリングを提供する。このカップリングは、光源に接
続された第１端部と、光管に接続された第２端部とを有する本体部材を備える。
この本体部材は、第１端部から第２端部まで延在する縦通路を含み、光を光源か
らカップリングを貫通して光管に方向付ける溝を画定する内面を備える。光の損
失を減少させるため、この内面には、高反射性の仕上げが施される。一実施態様
では、本体部材は、光源からの熱を伝えるとともに、この熱を散逸させる熱伝導
性金属から構成される。本体部材は、光源とカップリングの遠い端部との間に温
度降下を生じるのに十分な長さを有するため、光源の高温によって光管を破損し
ないように光管をカップリングに接続することができる。カップリングは、対流
性の熱伝達を増加させる表面積も増加させ、放射性熱伝達に対する保護をさらに
提供する。

【０００９】 一実施態様では、カップリングは、対流性熱伝達を強化する複数の放射状孔を
含み、光をカップリングに方向付けて、放射性熱伝達に対する保護を提供するた
め、反射性挿入物をカップリング内に配置する。カップリングの第１端部は、光
源の反射円錐体上に取り付けられるガスケットに接続されるリップ部分を備え、
カップリングの第２端部は、関連光管の隣接端部上に取り付けられる嵌合カラー
とかみ合うカラーを備えることができる。

【００１０】 本発明のカップリングは、熱保護を行い、光を効率的に方向付けるほかに、取
り付けやすく、軸線方向の力、たとえば熱膨張および収縮によって生じる力を光
源と光管組立体との間に伝達することができる。

【００１１】 好適な実施態様の詳細な説明 図１〜図３を参照すると、光源４と、光源に接続されたカップリング２６と、
カップリング２６に接続された光管組立体６と、照明システム２を天井などのよ
うな支持面（図示しない）から懸垂する取付組立体８とを備える照明システム２
が示されている。光源は、メリーランド州、ロックヴィルのＦｕｓｉｏｎ Ｌｉ
ｇｈｔｉｎｇ， Ｉｎｃ．が市販しているＬＩＧＨＴＤＲＩＶＥ １０００^TMなど
のような高強度光源を表すことを目的としている。この光源は、ハウジング１０
と、電球１４を含む反射円錐体１２とを備える。光管組立体、たとえばミネソタ
州、セントポールのＭｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃ
ｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙが市販している３Ｍ ＬＰＳ１０１０光管システム
は、複数の相互接続された光管１６を備える。分かりやすくするため、こうした
光管は１個のみ示す。

【００１２】 取付組立体は、光源ハウジング１０に接続された主ハウジングブラケット１８
と、ハウジングブラケット１８に固定して接続された長形の光源支持レール２０
と、支持レール２０に取り付けられた一対のハンガーブラケット２２、２４とを
備える。ハンガーブラケット２２、２４は、支持面に固定して接続される。各々
の光管１６は、光管の長さに沿って延在する支持レール４０を備える。光管ハン
ガーブラケット４１は、光源ハンガーブラケット２２、２４に類似しており、支
持面に取り付けられ、光管支持レール４０に摺動可能に係合し、それにより光管
１６および光管支持レール４０は、たとえば熱膨張および収縮によって生じる光
管組立体６全体の長さの変化に応じて、支持面に対して移動することができる。
追加のハンガーブラケットを光管支持レール４０上に取り付けると、支持を強化
することができる。コネクタまたはガイドクリップ４２は、光源支持レール２０
を光管支持レール４０に接続する。ガイドクリップ４２は、光源支持レール２０
および光管支持レール４０にそれぞれ含まれる刻み目４４、４６に係合する一対
の突起４２ａであって、これら支持レールが分離するのを防ぐ突起４２ａを備え
る。したがって、光管組立体が収縮するとき、ガイドクリップを介して引張力が
伝わり、光管組立体が膨張するとき、ガイドクリップを介して圧縮力が伝わる。
あるいは、膨張するとき、光源支持レール２０および光管支持レールの端部が接
触して、圧縮力は、ガイドクリップ４２を経ないで直接支持レール２０、４０を
介して伝わる。

【００１３】 照明システムと離して図３に示されているカップリング２６は、光管１６と反
射円錐体１２との間に熱保護界接面を形成する。代表的な光管は、シェルと、ポ
リカーボネートおよび／またはアクリル樹脂などのような様々な材料から構成さ
れる光学的照明フィルムとを備える。これら材料は焦げたり、溶解したり、また
は高温で損傷する可能性がある。したがって、硫黄プラズマ光などのような高強
度光源によって生じる高温から光管を保護するために、熱保護界接面が必要であ
り、こうした界接面がないと、光管を反射円錐体１２に直接接続したときに、光
管が破損する場合がある。カップリング２６は、アルミニウムなどのような熱伝
導性金属から構成すると、熱が光源４から伝わって効果的に散逸するようにする
ことができる。さらに、高度の熱伝導性によって、カップリングの長さ全体に温
度が降下する。カップリングの長さは、光管１６を破損せずに光管１６をカップ
リング２６と接続するのに十分な長さである。カップリングの長さは、所望の温
度降下を達成するように調節することができるので、様々な材料から構成された
光管は、光管が破損しないようにカップリングに接続することができる。

【００１４】 カップリング２６は、中空の円筒形であり、光源４に接続される第１端部２８
と、光管１６に接続される第２端部３０とを備える。さらに詳しく述べるなら、
カップリングは、反射円錐体１２に接続されるリップ部分２６ａと、光管１６に
接続されるフレア付き端部部分２６ｂと、リップ部分２６ａとフレア付き端部部
分２６ｂとの間に延在し、フレア付き端部部分２６ｂより小径の細い中間部分２
６ｃとを備える。カップリングのフレア付き構成は、反射円錐体１２を光管１６
に正しく整合配置するために設けられる。カップリングは、テーパ付き構成にし
ても良い。さらに、フレア付き端部部分２６ｂおよび中間部分２６ｃは、反射円
錐体の直径および光管の直径に応じて、さらにカップリングを反射円錐体および
光管に接続する方法に応じて、同じ直径を有することができる。カップリング２
６は、カップリングを貫通して延在する長手方向の内部溝３２を含み、光を光源
４から光管１６に方向付ける内面３４を備える。内面３４は、たとえば、光をカ
ップリングに方向付ける高反射性の研磨金属表面で良い。さらに、研磨済み金属
表面は、反射をさらに増加させる反射性コーティングを備えることができる。光
損失を最小限にして、性能を最大限にするため、この内面は、できる限り高反射
性にする。代表的な高反射性表面は、９６％以上もの反射率になる場合がある。
低反射率のカップリングは適切に作動するが、できる限り高反射率であることが
望ましい。高度に研磨された内面３４の表面は、光源４から伝わる放射熱を散逸
させることにより、さらに熱保護を提供する。しかし、カップリングは、内面が
高度に反射性ではない場合にも熱保護を提供する。カップリング２６はさらに、
対流性熱伝達のための表面積を増大させる。したがって、熱カップリングは、熱
を光源４から伝達し、放射熱の伝達に対する保護を行う放射線分散障壁を設け、
対流性熱伝達を増大させることにより、熱保護を行う。したがって、カップリン
グは十分に冷却され、光管１６を破損せずに光管１６を反射円錐体１２に接続す
ることができる。カップリングおよびカップリングの内面は、円形の断面を有す
るように示されているが、方形または三角形などのようなその他の幾何学的構成
を使用しても、カップリングの動作に著しい影響はない。

【００１５】 図４は、以下に説明するとおり、光管の隣接端部上に設けられた嵌合カラーに
接続するようになっているカラー１７２を備える熱保護カップリング１２６を示
す。カップリング１２６は、放射状に配列された複数の開口部１７４を備え、こ
れら開口部によって、カップリングの熱散逸特性が強化される。光がカップリン
グ１２６から漏出するのを防ぐため、光方向付け挿入物１７６をカップリング１
２６内に同心状に配列する。この挿入物は、高反射性の鏡状の内面仕上げを有す
る研磨済みアルミニウムから構成することができる。あるいは、挿入物１７６は
一定の程度の熱保護をカップリングに提供するので、カップリング１２６は、ポ
リカーボネートなどのようなその他の材料から構成しても良い。

【００１６】 カップリング２６は、光管１６を熱保護するほか、取り付けが容易であり、反
射円錐体１２との強力な接続部を形成する。カップリングガスケット５０は、カ
ップリング２６を反射円錐体１２に接続する。カップリングガスケット５０は、
横方向に延在する環状溝５２を備え、この溝は、カップリング２６を使用しない
場合に光管１６の端部を収容し、光管１６は反射円錐体１２に直接接続される。
しかし、上記のとおり、光管は、光管を反射円錐体１２に直接接続する場合、光
から発生する熱によって破損する可能性がある。さらに、こうした接続を行うに
は、取付作業者が、カップリングガスケット５０と光管１６との間の接合部にコ
ーキングを施して、接続部を固定する必要がある。カップリングガスケット５０
は、反射円錐体１２の縁部と、反射円錐体１２用の透明カバー５６と、カップリ
ング２６のリップ部分２６ａとを収容する内側に向いた環状溝５４をさらに備え
る。カップリングガスケット５０の周囲に配置されたＶバンドクランプ５８は、
カップリングガスケットの接続部を締め付けるために使用される。その他の公知
の接続技術、たとえば、クランプ、ボルト付きフランジまたはバックルを使用し
て、カップリング２６を反射円錐体１２に接続しても良い。

【００１７】 環状ガスケット６０は、光管１６とカップリング２６との間を密封するために
、これらの間に配置される。さらに、ストラップ６２は、光管１６、環状ガスケ
ット６０およびカップリング２６によって形成される接合部周囲に延在し、接続
部をさらに支持し、より効果的な封止を提供する。ストラップ６２は、ガイドク
リップ４２の外面に固定される。このストラップは、支持レール２０、４０、光
管１６またはカップリング２６に締め付けても良い。

【００１８】 図５および図６は、代替取付組立体を含む光学システムに取り付けられるカッ
プリング１２６および挿入物１７６を示す。取付組立体は、光源のシャーシ１６
６を収容するシェルまたはケーシング１６４を備える。シャーシ１６６は、反射
円錐体１１２および光源ハウジング（図示しない）を含む。長形の支持レール１
２０は、ケーシング１６４の上面と一体成形され、この上面に沿って延在する。

【００１９】 図１および図２の取付組立体と対照的に、図５および図６の光源支持レール１
２０は、光管支持レール１４０に接続されない。その代わりに、光源支持レール
１４０の全体の長さがケーシング１６４の長さの中に含まれる。しかし、支持レ
ール１２０および１４０を接続しない場合、張力および圧縮力は、カップリング
１２６を介して光管１１６から反射円錐体１１２に伝わる。図１および図２に関
して説明した光管１６とカップリング２６との間の接続部は張力を伝えるのに適
さないので、図５および図６は、張力および圧縮力の両方を伝達するのに役立つ
、カップリング１２６と光管１１６との間の代替接続部を示す。この接続部は、
光管１１６およびカップリング１２６の隣接端部上に嵌合して相互にかみ合うカ
ラー１７２、１７８を備える。クランプ１８０が、カラーを密閉する。代替的に
、光管１１６がカップリングガスケット１５０に直接接続することができる。こ
れにより、カップリング２６が除去される。

【００２０】 本発明のいくつかの実施態様について説明してきたが、当業者には、上記の本
発明の概念から逸脱せずに、様々な変更および修正を加えることができることが
明白である。したがって、本発明の範囲は、本明細書に記載する構造に限定する
べきではなく、請求の範囲の文言により記載される構造およびこうした構造と等
価なものによってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

本発明について、添付の図面を参照してさらに説明する。図面中、類似の参照
符号は、いくつかの図面で類似の部品を指す。

【図１】 本発明による熱保護カップリングを備える照明システムの斜視図
である。

【図２】 図１の線２−２に沿って切った断面図である。

【図３】 熱保護カップリングの斜視図である。

【図４】 本発明の代替実施態様の側面図である。

【図５】 本発明による熱保護カップリングを備える代替照明システムの斜
視図である。

【図６】 図５の線６−６に沿って切った断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 スティーブン・ジェイ・ポジャー アメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 Ｆターム(参考） 2H038 AA52 BA08 【要約の続き】 うカラー（１７２）を備えることができる。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光管を光源に接続するための、光を方向付け、荷重を支持す
   る熱保護カップリングであって、該カップリングが、該光源に接続するようにな
   っている第１端部と、該光管に接続するようになっている第２端部とを有し、該
   第１端部から該第２端部まで延在する縦通路を有する本体部材を含み、該溝が、
   光を該光源から該光管に方向付ける内面を画定し、該本体部材が、熱を該本体部
   材から散逸させて、該光管を破損せずに該光管を該本体部材の第２端部に接続す
   ることを可能にする外面を有するカップリング。
2. 【請求項２】 前記カップリングがほぼ環状の断面を有し、さらに前記内面
   が研磨済み光反射性仕上げを含む、請求項１記載のカップリング。
3. 【請求項３】 前記カップリングの第１端部が、前記光源上に取り付けられ
   るガスケットに係合するようになっているリップ部分を備える、請求項２記載の
   カップリング。
4. 【請求項４】 関連する光管に接続されたカラーに嵌合して係合するように
   なっている、前記カップリングの第２端部に接続されたカラーをさらに含む、請
   求項３記載のカップリング。
5. 【請求項５】 前記カップリングが、前記リップ部分から延在して第１の直
   径を有する中間部分と、該中間部分から延在して、該第１の直径より大きい第２
   の直径を有するフレア付き部分とを備える、請求項４記載のカップリング。
6. 【請求項６】 前記カップリングが熱伝導性金属から構成される、請求項５
   記載のカップリング。
7. 【請求項７】 前記内面に隣接する前記溝内に配置された研磨済み反射部材
   をさらに含む、請求項１記載のカップリング。
8. 【請求項８】 前記カップリングが複数の孔を含む、請求項７記載のカップ
   リング。