JP2006347466A - 自転車用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自転車に装着される自転車用照明装置において、弱い固定力でも回りにくくでき、容易に着脱できるようにする。
【解決手段】 ヘッドランプ１０は、自転車に装着可能なものであって、ランプケース４１と、制御ケース４３と、取付部４４とを備えている。ランプケース４１は、内部に発光ダイオード４０を有するケースである。制御ケース４３は、ランプケース４１とヒンジ４２により連結されてハンドルバー１５を挟持可能であり、内部に発光ダイオード４０を制御するための制御回路６０が搭載されたケースである。取付部４４は、ランプケース４１と制御ケース４３とを接近させてハンドルバー１５に装着するためのものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明装置、特に、自転車のヘッドランプとして用いるのに好適な自転車用照明装置に関する。

スポーツ用のロードバイクやマウンテンバイクなどのスポーツ用の自転車の場合、前照灯としての照明装置が状況に応じてハンドルバーに装着されることがある。ハンドルバーには、ブレーキレバーや変速レバーが装着されたり、サイクルコンピュータと呼ばれる走行速度や走行距離を表示する表示装置や心拍を表示する表示装置等のアクセサリが装着されたりすることがある。このため、特にスポーツ用の自転車のハンドルバーに装着される照明装置は、装着スペースが限定されることがある。このような限定されたスペースに装着可能な照明装置として、弾性バンドによってハンドルバーに装着可能なものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。従来の照明装置は、ハンドルバーの外形に沿う円弧状の凹部を有する本体と、本体に取固定され先端に係止部を有する弾性バンドと、本体に設けられ係止部と係合する係合部とを有している。従来の照明装置は、ハンドルバーに本体部を装着した後に弾性バンドの係止部を係合部に係合し、凹部と弾性バンドとでハンドルバーを挟むことにより、ハンドルバーに固定される。
特開平８−２７６８７９号公報

前記従来の構成では、本体部に設けた凹部と弾性バンドとでハンドルバーを挟んでハンドルバーに固定されているので、本体部の重心位置とハンドルバーの重心位置とが大きく離反する。このため、回転モーメントが大きくなり、弾性バンドによる固定力を強く設定しないと固定状態を保つことができず、振動等により本体部が回転するおそれがある。しかし、前記従来の照明装置では、凹部に向けて弾性バンドでハンドルバーを付勢することにより固定しているので、弾性バンドの固定力を強くすると、照明装置の着脱しにくくなる。

本発明の課題は、自転車に装着される自転車用照明装置において、弱い固定力でも回りにくくでき、容易に着脱できるようにすることにある。

発明１に係る自転車用照明装置は、自転車に装着可能な装置であって、ランプケースと、制御ケースと、取付部とを備えている。ランプケースは、内部に光源を有するケースである。制御ケースは、ランプケースとヒンジにより連結されて自転車の一部を挟持可能であり、内部に光源を制御するための制御回路が搭載されたケースである。取付部は、ランプケースと制御ケースとを接近させて自転車に装着するためのものである。

この照明装置を自転車の一部、たとえばハンドルバーに装着する際には、ランプケースと、ランプケースにヒンジにより連結された制御ケースとをハンドルバーに接触させ、取付部で両者を接近させることによりランプケースと制御ケースとでハンドルバーを挟んで装着する。したがって、ハンドルバーを挟んでランプケースと制御ケースとが配置されることになる。このため、照明装置の重心がハンドルバーの重心に近くなり回転モーメントが小さくなる。ここでは、ランプケースと制御ケースとをヒンジにより連結し、ランプケースと制御ケースとで自転車の一部を挟んで自転車に装着するようにしたので、回転モーメントが小さくなり、弱い固定力で固定状態を保つことができる。このため、弱い固定力でも回りにくくでき、容易に着脱できるようになる。しかも、振動では回りにくい弱い固定力に設定することにより、手でそれより強い力を加えることにより簡単に照射角度の調整を行える。

発明２に係る自転車用照明装置は、発明１に記載の装置において、光源は、少なくとも一つの発光ダイオードである。この場合には、発光ダイオードを用いることにより消費電力を抑えて長寿命化を図ることができる。

発明３に係る自転車用照明装置は、発明２に係る装置において、発光ダイオードは、自転車に装着された状態で上下に並べて２つ配置されている。この場合には、外周の突出を抑えて他のアクセサリとの干渉を抑えることができる。また、上下に光軸が並ぶので、ハンドルバーの付近に配置される変速ケーブルと干渉するのを防止できる。

発明４に係る自転車用照明装置は、発明１から３のいずれかに記載の装置において、ランプケースは、自転車のハンドルバーに装着された状態で自転車の前方の照射可能であり、制御ケースは、自転車に装着された状態で後面となる位置にオンオフ用のスイッチを有している。この場合には、オンオフ用のスイッチがライダーの近くに配置されるので、ハンドルバーを握った状態でライダーが無理な体勢を取ることなくオンオフ操作を行える。

発明５に係る自転車用照明装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、ランプケース及び制御ケースの少なくともいずれかは、自転車のハンドルバーに係合する係合凹面を有する。この場合には、通常はパイプで構成されたハンドルバーに係合する係合凹面がランプケース及び制御ケースの少なくともいずれかに設けられるので、それらがハンドルバーと接触しやすくなり、装着状態が安定する。

発明６に係る自転車用照明装置は、発明１から５のいずれかに記載の装置において、制御ケースは、自転車に搭載される交流発電機からの電力を入力するための電力入力部を有する。この場合には、交流発電機からの電力で発光するので、電池交換などの煩わしい作業が不要になる。

発明７に係る自転車用照明装置は、発明６に記載の装置において、電力入力部は、制御ケースから外部に露出して交流発電機に接続可能な電力供給ケーブルを有する。この場合には、電力供給ケーブルを交流発電機に接続するだけで照明装置を動作させることができる。

発明８に係る自転車用照明装置は、発明７に記載の装置において、電力供給ケーブルは、同軸シールドケーブルである。この場合には、照明装置の近傍にサイクルコンピュータコンピュータや心拍計等のコンピュータを利用したアクセサリを装着してもそれらへの電磁波による干渉を防止できる。

発明９に係る自転車用照明装置は、発明６から８のいずれかに記載の装置において、制御回路は、交流発電機からの電力を直流に整流する整流回路を有する。この場合には、交流発電機から出力された交流を直流に整流できるので、通常の電球ではなく発光ダイオードなどの直流で発光する光源を使用できる。

発明１０に係る自転車用照明装置は、発明９に記載の装置において、制御回路は、整流回路で整流された直流の電力を蓄える蓄電素子を有する。この場合には、自転車が停止して交流発電機が発電しない状態であっても消灯しなくなる。

発明１１に係る自転車用照明装置は、発明１から１０のいずれかに記載の装置において、取付部は、ランプケース及び制御ケースにそれぞれ設けられた係止部と、両係止部に係止され前記ランプケース及び前記制御ケースを接近する方向に付勢する付勢部材と、を有する。この場合には、付勢部材によりランプケースと制御ケースとを接近する方向に付勢しているので、走行中に振動が生じても装置が動きにくくなる。特に付勢部材としてゴムなどの弾性体を使用すると、取付部も自転車の一部に接触させることができるので、ランプケースと制御ケースと取付部の３つの部材で自転車の一部を挟むことができ、間に安定して装置を固定することができる。

本発明によれば、ランプケースと制御ケースとをヒンジにより連結し、ランプケースと制御ケースとで自転車の一部を挟んで自転車に装着するようにしたので、回転モーメントが小さくなり、弱い固定力で固定状態を保つことができる。このため、弱い固定力でも回りにくくでき、容易に着脱できるようになる。しかも、振動では回りにくい弱い固定力に設定することにより、手でそれより強い力を加えることにより簡単に照射角度の調整を行える。

図１において、本発明の一実施形態が採用された自転車は、マウンテンバイクと呼ばれる不整地走行が可能なものである。自転車は、ダイヤモンド形のフレーム体２とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４と、駆動部５と、ハブダイナモ８が装着された前輪６と、後輪７と、前後のブレーキ装置９ｆ，９ｒとを備えている。ハンドル部４には、自転車の前方を照射するためのヘッドランプ（自転車用照明装置の一例）１０が装着されている。また、ヘッドランプ１０の横には、速度や走行距離などの走行状態を表示するサイクルコンピュータ（図示せず）が着脱自在に装着されている。

フレーム１のフレーム体２は、パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１３や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。

ハンドル部４は、フロントフォーク３の上部に固定されたハンドルステム１４と、ハンドルステム１４に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー１５の両端には前後のブレーキ装置９ｆ，９ｒを操作するためのブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されている。左右のブレーキレバー１６には外装変速装置３９ｆ，３９ｒ（後述）を変速操作するための変速レバー（図示せず）が一体又は別体で設けられている。

駆動部５は、フレーム体２の下部（ハンガー部）に設けられたギアクランク３７と、ギアクランク３７に掛け渡されたチェーン３８と、前後の外装変速装置３９ｆ，３９ｒとを有している。

フロントフォーク３の先端に固定された前輪６のハブダイナモ８は、内部に前輪６の回転により発電する交流発電機１９（図７参照）を有している。

〔照明装置の構成〕
ヘッドランプ１０は、図２から図６に示すように、ハンドルバー１５に着脱自在に装着可能なものであり、特に競技用の自転車に適したものである。ヘッドランプ１０は、内部に光源としての２つの発光ダイオード４０を有するランプケース４１と、ランプケース４１とヒンジ４２により連結された制御ケース４３と、ランプケース４１と制御ケース４３とを接近させる取付部４４とを備えている。

２つの発光ダイオード４０は、たとえば３Ｗ７００ｍＡの高輝度型の発光ダイオードである。２つの発光ダイオードは、ハンドルバー１５に装着された状態で上下に並ぶように配置されている。

ランプケース４１は、前部に配置された底部５０ａが開口する矩形枠状のレンズ部材５０と、レンズ部材５０の底部５０ａに周囲が面一となるように装着されたランプフレーム５１とを有している。

レンズ部材５０は、透明な合成樹脂製の部材であり、発光ダイオード４０から前方にのみ照射された光を集光する。レンズ部材５０の内部には、発光ダイオード４０の周囲を囲んで発光ダイオード４０からの熱を放熱するヒートシンク４５ａを有する、たとえばアルミニウム製の放熱部４５が配置されている。放熱部４５は、レンズ部材５０とランプフレーム５１との間にその一部を露出して、レンズ部材５０とともにランプフレーム５１にねじ止め固定されており、走行中に風があたることによって、冷却される。

ランプフレーム５１は、合成樹脂製の部材であり、後面に大きく略半円弧状に切り欠かれた第１係合凹面５１ａを有している。第１係合凹面５１ａが形成された部分の上部は、Ｔ字状に中心部が後方に延びており、その先端には取付部４４を構成する上方に湾曲した第１係止部５１ｂが形成されている。この第１係止部５１ｂには、取付部４４を構成するたとえばＯリング等の弾性体製の環状部材（付勢部材の一例）４９である、また、第１係合凹面５１ａが形成された部分の下部には、ヒンジ４２を形成するヒンジ軸４２ａが両側方に突出して設けられている。ランプフレーム５１の前部には、発光ダイオード４０が上下に並べて装着されているとともに、放熱部４５の後部がねじによりレンズ部材５０とともに固定されている。

制御ケース４３は、ハンドルバー１５に装着された状態でランプケース４１と略直交して配置される。制御ケース４３は、ランプフレーム５１にヒンジ４２により揺動自在に装着された外フレーム５５と、外フレーム５５の内部に装着され内部に制御回路６０（図７）が装着された内ケース５６と、内ケース５６の上面に固定された弾性部材５７とを有している。

外フレーム５５は、内ケース５６の両側部と上部と下部の両側とを覆うように形成された薄板状の部材であり、両側部を覆う側板５５ａの前端部にランプフレーム５１の両側面に向けて延びヒンジ４２を構成する延出部４２ｂを有している。この延出部４２ｂには、ヒンジ軸４２ａが係合するヒンジ孔４２ｃが形成されている。内ケース５６の上部を覆う上板５５ｂは、外フレーム５５の後部で両側板５５ａを連結するように形成されている。上板５５ｂには、取付部４４を構成する第２係止部５５ｃが形成されている。第２係止部５５ｃは、後方に向けて円弧状に湾曲して形成されており、第１係止部５１ｂに比べて外れにくくなっている。したがって、通常は第１係止部５１ｂで環状部材４９を着脱する。内ケース５６の下部の両側を覆う１対の下板５５ｄは、両側板５５ａの下部から中央側に向けて途中まで延びている。各下板５５ｄの前部には、上方に延びる位置決め部５５ｅが形成されている。

内ケース５６は、前部上面に略１／４円の円弧状に湾曲した第２係合凹面５６ａを有する矩形枠状の部材であり、内部に制御回路６０が収納される空間を有する部材である。この第２係合凹面５６ａに弾性部材５７が固定されている。弾性部材５７は、たとえば、合成ゴム製でありハンドルバー１５に接触して僅かに撓むように形成されている。このような弾性部材５７を設けることによりハンドルバー１５に対してより回りにくくなる。内ケース５６の後面には、発光ダイオード４０をオンオフするためのスイッチ５８が配置されている。内ケース５６の下面からは、ハブダイナモ８の一端に設けられたコネクタ８ａ（図１）に接続可能な電力供給ケーブル（電源入力部の一例）７０が延びている。電力供給ケーブル７０は、シールドケーブルを用いており、ノイズ等がその他のアクセサリに影響を与えないようにしている。

取付部４４は、前述したように環状部材４９と、第１及び第２係止部５１ｂ，５５ｃとを有している。環状部材４９は、第１係止部５１ｂと第２係止部５５ｃとに係止され、ランプケース４１と制御ケース４３とをハンドルバー１５をはさんで接近する方向に付勢する。また、環状部材４９は、ハンドルバー１５に接触して滑り止めの役割も果たす。

制御回路６０は、図６に示すように、ハブダイナモ８内の交流発電機１９の一端に電気的に接続されたスイッチ５８と、交流発電機１９に並列に接続された全波整流回路（整流回路の一例）７１と、全波整流回路７１と並列に接続されたツェナーダイオード７２とを備えている。全波整流回路７１は、交流を全波整流して直流にする。ツェナーダイオード７２は、発電電圧が高くなると導通するものであり、保護回路として機能する。２つの発光ダイオード４０は直列接続されており、直列接続された両端がツェナーダイオード７２の両端に接続されている。

このように内部抵抗の高い交流発電機１９と抵抗の低い発光ダイオード４０を直列接続することにより、高い分圧比が得られるので、発光ダイオード４０の消費分の総和は、発光ダイオードが一つだけの場合に比べて、２つを直列接続したものの方が、全体の消費電力を増やすことなく、高い照度と交流発電機１９の軽い回転とが得られる。
出願人の実験によると、図７に示すように、自転車が５０ｋｍ／ｈで走行したときに５０Ｖの電圧を交流発電機１９で発電したとき、１つの発光ダイオードの場合、発電機１９を含む内部抵抗による損失が４６．８Ｖで、発光ダイオード４０にかかる電圧は３．２Ｖで、全体で流れる電流は１つの場合、０．４２Ａとなり、
消費電力Ｐは、 Ｐ＝ＶＩ＝（46.8×0.42＋3.2×0.42）＝２１．０Ｗ となった。
同じ条件で、２つの発光ダイオード４０を直列にした場合、交流発電機１９を含む内部抵抗による損失が４４Ｖで、それぞれの発光ダイオード４０にかかる電圧は３．０Ｖで、となり、全体で流れる電流は１つの場合、０．４１Ａとなり、
消費電力Ｐは、 Ｐ＝ＶＩ＝（44.0×0.41＋(3.0×0.41)×2）＝２０．５Ｗ となった。
このように、全体消費電力は殆ど変わりなく、高い照度を得ることが、実験からも実証された。

さらに、このように構成されたヘッドランプ１０をハンドルバー１５に装着する際には、図５に示すように、取付部４４を第１係止部５１ｂ側で外した状態でハンドルバー１５に装着し、ランプケース４１と制御ケース４３とでハンドルバーを挟み、取付部４４を第１係止部５１ｂに係止させる。これにより、取付部４４の弾性によりランプケース４１と制御ケース４３とが接近する方向に付勢されハンドルバー１５に圧接される。これにより、ヘッドランプ１０がハンドルバー１５に固定される。この状態で電源供給ケーブル７０をコネクタ８ａに接続することにより装着作業が完了する。ヘッドランプ１０をハンドルバー１５に装着すると、ヘッドランプ１０の重心位置は、両ケース４１，４３の間にあるため、ハンドルバー１５の中心と近い位置に配置される。このため、回転モーメントが小さくなり、弱い固定力でもヘッドランプ１０が振動により回りにくくなる。特に、本実施形態のように、ランプケース４１に比べて質量が大きい制御ケース４３がハンドルバー１５の下方に配置されるため、重心位置がハンドルバー１５の中心より下方に位置することになり、重力による回転モーメントがさらに小さくなる。

ヘッドランプ１０を装着した状態で自転車が走行すると交流発電機１９からの電力により動作する。交流発電機１９からの電力は、電力供給ケーブル７０及びスイッチ５８を介して全波整流回路７１に与えられ、そこで全波整流されて直流に変換される。そして，直列接続された２つの発光ダイオード４０に供給される。このとき、前述したように１つの発光ダイオードに対して全体消費電力を増やすことがない。

ここでは、ランプケース４１と制御ケース４３とをヒンジ４２により連結し、ランプケース４１と制御ケース４３とでハンドルバー１５挟んで装着するようにしたので、回転モーメントが小さくなり、弱い固定力で固定状態を保つことができる。このため、弱い固定力でも回りにくくでき、容易にランプ１０を着脱できるようになる。しかも、振動では回りにくい弱い固定力に設定することにより、手でそれより強い力を加えることにより簡単にランプ１０の照射角度の調整を行える。

また、ヒンジ４２で連結されたランプケース４１と制御ケース４３とでハンドルバー１５を挟んで装着されるので、ハンドルバー１５の外径が係合凹面の半径に合わなくてもランプ１０を確実に固定できる。

＜他の実施形態＞
（ａ）前記実施形態では、電源入力部としての電力供給ケーブルをシールドケーブルで例示したが、電力供給ケーブルはシールドケーブルに限定されず、シールドなしの通常のケーブルでもよい。また、電源入力部はケーブルに限定されず、ケーブルを電気的に接続可能なコネクタであってもよい。この場合、コネクタを覆って保護する防水カバーを設けるのが好ましい。

（ｂ）前記実施形態では、制御回路６０に蓄電素子を設けていないが、図８に示すように、制御回路１６０において、全波整流回路７１と並列に蓄電素子７３を接続してもよい。蓄電素子７３としては、充放電可能なリチウムイオン電池などの二次電池でもよいが、電気二重層子コンデンサなどの大容量コンデンサが好ましい。この場合、停車時などで交流発電機が発電しない状態でもヘッドランプを点灯できる。

（ｃ）スイッチ５８によるオンオフに代えて、制御回路内に周囲の照度を検出する照度センサを設け、照度センサの検出結果に応じてオンオフ制御するようにしてもよい。

（ｄ）前記実施形態では、交流発電機１９からの電力によりヘッドランプ１０を点灯させるようにしたが、制御ケース内に電池を装着する電池ケースを設け、電池ケースに装着された電池からの電力によりヘッドランプを点灯させるようにしてもよい。

（ｅ）前記実施形態では、自転車用照明装置としてヘッドランプを例示したが、自転車の位置を点滅して示すなどのポジションランプやテールランプにも本発明を適用できる。

（ｆ）前記実施形態では、光源として発光ダイオードを例示したが、光源はこれに限定されず、電球や蛍光灯などでもよい。電球や蛍光灯を光源として使用する場合、光が前方にしか照射されない発光ダイオードと異なり、光が後方にも照射されるので、後方に照射された光を前方に反射する反射鏡の機能を放熱部に付加するか放熱機能を有さない放射部として設けるのが好ましい。

（ｇ）前記実施形態では、取付部４４の付勢部材として弾性を有する環状部材を例示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、鞄の等の開閉に用いられるラッチやバネ部材などを用いてもよい。

本発明の一実施形態が採用された自転車の側面図。 本発明の一実施形態により照明装置の側面図。 その正面図。 その平面図。 ランプケースから取付部を外した状態の側面図。 制御回路の構成を示すブロック図。 転倒時の内部損失による影響を示す模式図。 他の実施形態の図６に相当する図。

符号の説明

１０ ヘッドランプ（自転車用照明装置の一例）
１５ ハンドルバー
４０ 発光ダイオード（光源の一例）
４１ ランプケース
４２ ヒンジ
４３ 制御ケース
４４ 取付部
４９ 環状部材（付勢部材の一例）
５１ａ 第１係合凹面
５１ｂ 第１係止部
５５ｃ 第２係止部
５６ａ 第２係合凹面
５８ スイッチ
６０，１６０ 制御回路
７０ 電力供給ケーブル（電源入力部の一例）
７１ 全波整流回路（整流回路の一例）
７３ 蓄電素子

Claims (12)

1. 自転車に装着可能な自転車用照明装置であって、
   内部に光源を有するランプケースと、
   前記ランプケースとヒンジにより連結されて前記自転車の一部を挟持可能であり、内部に前記光源を制御するための制御回路が搭載された制御ケースと、
   前記ランプケースと前記制御ケースとを接近させて前記自転車に装着するための取付部と、
   を備えた自転車用照明装置。
2. 前記光源は、少なくとも一つの発光ダイオードである、請求項１に記載の自転車用照明装置。
3. 前記発光ダイオードは、前記自転車に装着された状態で上下に並べて２つ配置されている、請求項２に記載の自転車用照明装置。
4. 前記ランプケースは、前記自転車のハンドルバーに装着された状態で前記自転車の前方の照射可能であり、
   前記制御ケースは、前記自転車に装着された状態で後面となる位置にオンオフ用のスイッチを有している、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用照明装置。
5. 前記ランプケース及び制御ケースの少なくともいずれかは、前記自転車のハンドルバーに係合する係合凹面を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用照明装置。
6. 前記制御ケースは、前記自転車に搭載される交流発電機からの電力を入力するための電力入力部を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用照明装置。
7. 前記電力入力部は、前記制御ケースから外部に露出して前記交流発電機に接続可能な電力供給ケーブルを有する、請求項６に記載の自転車用照明装置。
8. 前記電力供給ケーブルは、同軸シールドケーブルである、請求項７に記載の自転車用照明装置。
9. 前記制御回路は、前記交流発電機からの電力を直流に整流する整流回路を有する、請求項６から８のいずれか１項に記載の自転車用照明装置。
10. 前記制御回路は、前記整流回路で整流された直流の電力を蓄える蓄電素子を有する、請求項９に記載の自転車用照明装置。
11. 前記制御ケースは、内部に前記制御回路及び光源の電源としての電池を収納する電池ケースを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用照明装置。
12. 前記取付部は、
    前記ランプケース及び制御ケースにそれぞれ設けられた係止部と、
    前記両係止部に係止され前記ランプケース及び前記制御ケースを接近する方向に付勢する付勢部材とを有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の自転車用照明装置。

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