JP2009534798A - 電気的な構成要素への電流の熱制御を用いる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

熱に応答する１つ又は複数の電流制御素子を用いて、特にＬＥＤ等の光源である電気的な構成要素への電流の流れを調整する方法及び装置について記述する。このような熱に応答する電流制御素子の例は、サーミスタ、インダクタ及びキャパシタを含む。

Description

本発明は、熱に応答する１つ又は複数の電流制御素子を用いて、特に光源である電気的な構成要素への電流の流れを調整する電気的に駆動される装置及び方法に関する。

１．はじめに
以下の説明は、本発明を理解する上で有益であると思われる情報を含む。但し、これは、任意のこのような情報が本明細書に開示している発明の従来技術又は関連技術であること、あるいは具体的に又は暗に言及される任意の公報が従来技術であることを認めるものではない。

２．背景
フラッシュライト（懐中電灯）は良く普及した装置であり、多くのアプリケーションを有する。近年は、フラッシュライトは白熱電球を光源として用いてきた。最近では、発光ダイオード（ＬＥＤｓ（light emitting diodes））を光源として用いるフラッシュライトが導入されている。ＬＥＤは、より高い効率及び耐久性及びより長い有効寿命を含む、伝統的な白熱電球を凌ぐ優位点を多く提供する。しかしながら、伝統的なフラッシュライトと同様に、ＬＥＤベースのフラッシュライトの使用もまた、典型的にはバッテリの寿命によって制約される。また、フラッシュライトの光源の耐用寿命も、それが白熱電球であれ、ＬＥＤ又は他の光源であれ、根本的に動作温度の影響を受ける可能性がある。従って、電力使用及び温度制御を改良することが効果的である。

３．定義
本発明を詳しく説明する前に、本発明のコンテキストにおいて用いられる複数の用語を定義しておく。下記の用語に加えて、他の用語も、必要に応じて明細書の他の場所で定義していく。本明細書において別段に明記されていない限り、本明細書において用いられる技術用語はその技術分野で認められている意味を有するものとする。

本発明に係る「特許可能な」構成、プロセス、機械又は物品は、発明の対象がその解析が実行された時点において特許性に関する全ての法的な必要条件を満たすことを意味する。例えば、新規性、非自明性などに関しては、後の調査により１つ又は複数のクレームが新規性、非自明性などを打ち消す１つ又は複数の実施形態を包含することが明らかとなれば、定義により「特許可能な」実施形態に限定されているこれらの（複数の）クレームは、特許性のない（複数の）実施形態を具体的に除外する。また、本明細書に添付されているクレームは、最も広義である妥当な範囲を提供すると共に、その有効性を保つと解釈されるべきである。さらに、特許性に関する法的な必要条件のうちの１つ又は複数が回生されれば、又は、本件出願の提出時点又はそれが特許として発行された時点から添付のクレームのうちの１つ又は複数の有効性に疑いが生じる時点までに、特許性に関する特定の法的な必要条件が満たされているかどうかの査定基準が変われば、クレームは、（１）その有効性を保ち、かつ（２）その状況下で最も広義である妥当な解釈を提供するように解釈されるものとする。

「複数の」は、２つ以上を意味する。

本発明の目的は、熱に応答する１つ又は複数の電流制御素子を用いることにより装置の電源から光源等の電気的な構成要素への電気の流れを調整する特許可能な電気的に駆動される装置を提供することを含む。このような装置は、電源をより効率的に利用し、電力供給が調整される電気的な構成要素のより長い耐用寿命をも提供する。

従って、ある態様において、本発明は、電気的に駆動される装置への包含のための特許可能なアセンブリに関する。このようなアセンブリは、電流を消費する電気的な構成要素と、上記電流を消費する電気的な構成要素と電気通信を行い電源から電流を消費する電気的な構成要素に流れる電流を調整するように位置づけられた少なくとも１つの熱に応答する電流制御素子とを備える。好ましい実施形態では、上記電流を消費する電気的な構成要素は、１つ又は複数の電球、光ファイバ及び／又はＬＥＤ等の単独又は他の光源と組み合わされた光源である。熱に応答する電流制御素子の代表的な例は、温度可変インダクタ及びキャパシタを含み、特に、サーミスタが好ましい。本発明の好ましい実施形態では、光源からの熱が直接的に又は１つ又は複数の中間の熱を伝導する構成要素を介してサーミスタ又は他の熱に応答する電流制御素子に伝達されることが可能であるように、熱に応答する電流制御素子に光源から熱が伝導される。

本発明の光アセンブリを、他の構成要素と共に組み立てることができる。例えば、フラッシュライトのコンテキストでは、光アセンブリは反射体又はヒートシンク等の構成要素に関連づけられてもよい。実施形態によっては、反射体は熱質量（thermal mass）又はヒートシンクとしても機能するが、他の実施形態では、非反射のヒートシンクを用いてもよい。さらに他の実施形態では、１つ又は複数の反射素子（即ち、入射する電磁放射を反射又は屈折させる素子）を有するヒートシンクが単独で又は１つの反射体に追加して用いられてもよい。

この態様の好ましい実施形態では、光アセンブリと反射体並びに他の任意の関連の構成要素（例えば、レンズ又はレンズ系）はフラッシュライトベゼルへの組立のために構成され、又はフラッシュライトベゼルと組み合わされることが可能である。

本発明に関連する１つの態様は、フラッシュライトに関する。典型的には、このようなフラッシュライトは、本発明に係る光アセンブリと、フラッシュライトベゼルと、フラッシュライト本体とを含む。特定の実施形態に関わらず、任意のフラッシュライトはまた、適切な電源が含まれるときに装置が意図されるように動作をするために必要とされることがあるような他の構成要素、回路及び関連の電子機器及びもしあれば制御論理回路を含む。好ましい電源は、１つ又は複数の再充電可能な又は充電式でないバッテリを含むが、本発明は、装置内の特定の（複数の）光源を活性化するための適切な任意の可搬型の又は固定のＤＣ、ＡＣ又は切り換え可能なＡＣ／ＤＣ電源を含み又は用いることを意図する。

別の態様は、本発明に係るフラッシュライトを用いて物品又は空間を照明する方法に関する。本発明のさらに別の態様は、電流の使用、バッテリ寿命、光出力のレベル、光源の寿命を延ばすことなどを、本発明に係る光アセンブリを含む特にフラッシュライトである装置を用いることによって制御する方法に関する。

以下の段落では、本発明のこれらの及び他の態様及び実施形態についてさらに詳しく論じる。

本特許出願は、カラーで作成した少なくとも１つの図を含んでいる。カラーの図面を伴う本特許出願のコピーは、要求されかつ必要な料金が支払われたときに提供される。

当業者には理解されるであろうが、以下の説明は本発明の所定の好ましい実施形態を詳述するものであり、単なる例示であって本発明の実際の範囲を表示するものではない。本発明の詳述に先立って、本発明が、変更される場合もあるという理由で、記述される特定のアセンブリ、装置、システム及び方法に限定されないことは理解される。現時点で知られている又は今後開発される任意の適切な回路、構成部品、材料を、本発明の装置の製造に用いることができる。ま本明細書において用いられる用語は単に特定の実施形態の説明を目的とするものであり、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲を限定するためのものではない点もまた理解されるべきである。

次に、詳細後述する諸図面を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。如何なる場合もこの説明は、本発明の範囲を如何様にも限定するものとは見なされないものとする。

図１は、本発明に係る代表的な光アセンブリ（１０）を示す。アセンブリ（１０）は、（この実施形態では、適切なエポキシを介して）プリント回路基板（ＰＣＢ；１４；３ワットのＬＥＤのための）に取り付けられるＬＥＤ（１２；３ワット；ラクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ））を含む。ＬＥＤのリード線の位置は、当該リード線とＰＣＢの反対側の面の上に又は当該面に隣接して位置づけられる電気的な構成要素との間の電気通信を提供するために、ＰＣＢを横切る導体の位置にそろえられる。サーミスタ（１６）は、ＬＥＤ（１２）が取り付けられるＰＣＢの表面とは反対側のＰＣＢの表面に、１つの面を介して（この実施形態では、適切な導電性のはんだによって）取り付けられる。ＰＣＢの１つの面に面する面とは反対側のサーミスタ（１６）の面の一部にもまた、必要に応じて適切な導電性のはんだ（１８）が施される。本実施形態では、構成要素（１２、１４、１６及び１８）はそれぞれ円形の形状を有するが、異なる直径を有する。この場合、これらの構成要素は組立時には同心円状に（同軸に）並べられるが、このような並べ方及び構成要素の形状は必要条件ではなく好ましいに過ぎない。

サーミスタは、温度に依存して抵抗を変える電子デバイスである。サーミスタは、線形の及び非線形の特性並びに負及び正の温度係数を有することができる。サーミスタの温度が「スイッチング温度」に達するまで、その抵抗値が比較的一定のままである非線形の特性を有するサーミスタがある。このようなサーミスタの抵抗値は、温度がスイッチング温度に達したときに、温度とともに急速に増大する。

例えば、ＬＥＤ等の電子的な発光デバイスであるランプと直列に接続され、上記デバイスに熱的に結合されると、直列回路の電流はアセンブリの温度に依存して変わる。正の係数を有するサーミスタを、アセンブリの温度の上昇に伴って上記電流を減少させるように用いることができる。スイッチング特性を有するサーミスタを、このようなアセンブリの温度を極めて正確に調整するように用いることができる。

ＬＥＤのコンテキストにおいては、ＬＥＤは、発光に関連づけられる非効率性に起因して温まると考えられている。これらの非効率性に関連づけられる電力損失を、熱として表すことができる。特定の実施形態に依存して、ＬＥＤとサーミスタとの接続部における許容できる温度には限界値がある。ＬＥＤを保護するためには、温度はこの限界温度より下に維持されるべきである。多くの実施形態において、サーミスタは、ＬＥＤに流れる電流を減少させることによって、熱の上昇を制御し好ましくは熱を低減させる。

ある特定のアセンブリは、熱損失、アセンブリの絶対温度及びＬＥＤの非効率性の結果として発光中にアセンブリに取り込まれる熱等の因子に依存して温度平衡に達することが認識されるであろう。一般に、アセンブリ内に取り込まれる熱は、Ｉ^２Ｒ損失から生じる。従って、この特定のアセンブリの温度平衡に影響を及ぼす他のパラメータを一定に保てば、電流の減少は温度を低下させるはずであり、温度はこれらの因子が均衡状態にある値に保たれる。このような実施形態では、サーミスタにより負のフィードバックが提供される。

適切なサーミスタの選択は、特定のアプリケーション、光源のタイプ、所望される発光量などを含む様々な因子に依存し、十分に一般的な当業者の能力の範囲内にある。所定の好ましい実施形態では、光アセンブリが低温であってより大きい電力に耐えることができるときに、サーミスタは直列回路へのより大きい電流を用いることを可能にし、これによりアセンブリが低温であるときに光がより明るくなる。温度が上昇すると、サーミスタは光アセンブリのランプに流れる電流を減少させ、これにより、好ましくは１つ又は複数のＬＥＤである光源が保護される。特定のアプリケーションに関して所望の公称値を有するサーミスタを選択することは、多大すぎる初期電流からＬＥＤを保護することは当業者には認識されるであろう。また、アセンブリ温度の調整は、電流の調整を可能にする。

平衡状態では、電圧が特定の構成要素に許容される最大値を超えないという条件のもとで、電流は電圧に関わらず一定である。より高い電圧は、好ましくは１つ又は複数のＬＥＤである光源が温まるまで電流の量を増大させる。アセンブリの加熱は、サーミスタの抵抗の増大に伴って電流を低下させる。電圧の低下に伴って温度は降下し、これにより抵抗は減少し、このことは平衡状態が再び確立されるまで電流を増大させる。

例えば熱に応答する電流制御素子（例えば、サーミスタ）の代わりに直列抵抗を用いるバッテリ回路を採用する電気的に駆動される装置であって、電流ひいては光出力が典型的にはバッテリ電圧の低下に伴って低下しかつ初期の高電圧が例えばＬＥＤである光源を損傷する又は上記光源にストレスを加える可能性がある電気的に駆動される装置に比較すると、サーミスタ等の熱に応答する電流制御素子を採用する装置では、電圧の低下に伴って、電流ひいては光出力はバッテリが消耗するまで実質的に一定であり続ける。

図２は、図１と同様の光アセンブリであって本発明に係る別の代表的な光アセンブリ（２０）を示す。図２において、光アセンブリ（２０）はまた、エポキシを介してＰＣＢ（２４）の上面（２３）に接着されるＬＥＤ（２２；ラクセオン、パーツＬＸＫ２−ＰＷ１４−Ｕ００）を備える。サーミスタ（２６）は、（この実施形態では、適切な導電性のはんだを介して）ＰＣＢ（２４）の下面（２５）に取り付けられ、ＰＣＢ（２４）の下面（２５）に面する面とは反対側のサーミスタ（２６）の面の一部には、電源（図示せず。）内のバッテリ端子との電気的な接続（即ち、電気通信）を提供する必要に応じて、適切な導電性のはんだ（２８）もまた施される。

図３は、本発明の所定の実施形態を実施する際に用いるための代表的なフラッシュライト反射体（３０）の複数の図を示す。図Ａは反射体底部の穴（３１）を明確に示す上面図であり、図１及び図２に描かれている光アセンブリに示されているＬＥＤ等の光源（それぞれ、１２及び２２である。）が反射体（３０）に関連づけられるときに、上記光源は穴（３１）を通して配置され得る。反射体（３０）は、所望の焦点距離を達成するように放物曲線の形状を有する。図Ｂは、反射体の穴（３１）及び最も広い開口部（３２）の同心の直径によって定義される平面を介して描かれた反射体（３０）の側面図である。また、ベゼル（図示せず。）の内面に係合する反射体（３０）のエプロン（３３）も示されている。図Ｄでもそうであるように、本図においても、反射体の放物線の形状がはっきりと分かる。また本図では、図１及び図２に示す光アセンブリ（それぞれ、１２及び２２である。）に係合し保持することを意図した反射体底部の一部もまた見ることができ、図Ｃは、この部分の拡大された切断図である。図Ｃに示すように、反射体（３０）の下部（３４）は、ＰＣＢ（１４又は２４）を受け入れることのできる容積を定義する下方に延在するリップ（３５）を含むように機械加工される。ＰＣＢの外側の縁端部（図示せず。）は、ＰＣＢのベース（３６）上に存在する。

図４（Ａ）は、光アセンブリ（１０又は２０）と共に組み立てられるフラッシュライト反射体（図３に描かれている３０である。）の分解図である。フラッシュライトの動作中に電源（図示せず。）のバッテリから放出されるガスを吸収するように設計される触媒ペレット（４４）は、反射体（３０）の下部に機械加工される溝（３８）内に間隔を置いて配置される。この実施形態では、反射体（３０）のリップ（３５）をこのために適合化された適切なツールを用いてスウェージング加工することにより、光アセンブリは反射体内に保持される。光アセンブリの反射体へのスウェージング加工の前に、複数の触媒ペレット（４４）が溝（３８）内に緩く配置される。

図４に描かれているフラッシュライト反射体及び光アセンブリは、これらのアイテムを受け入れるように適合化された適切なベゼルに組み立てることができる。ベゼルは、好ましくは、レンズ又はレンズ系を含む。ベゼルは、相補的なフラッシュライト本体と共に組み立てられてもよい。ベゼルは、例えばフラッシュライトの相補的な雌ねじ部分を受け入れるように適合化されたフラッシュライト本体上の雄ねじ部分である適切な任意のはめ合わせ構造を用いて、フラッシュライト本体に取り付けられてもよく又は他の方法で関連づけられてもよい。フラッシュライト本体及びベゼルは、金属及びプラスチックを含む適切な任意の材料で製造することができる。特に好ましいものは、所望の形状に成形される熱可塑性の物質である。好ましくは、フラッシュライト本体は、多くの実施形態において１つ又は複数の取外し可能なバッテリを備えた電源を収容するためのチャンバも含む。

本明細書において言及される全ての特許、特許出願及び公報は、本発明に属する一般的な当業者のレベルを示すものである。本明細書において引用した特許、特許出願及び公報はそれぞれ、その具体的な引用において参照による開示への包含が明確に示されているか否かに関わらず、本参照によりあらゆる目的でその全体が開示に含まれる。

本明細書において開示されクレームされている化合物、組成物及び方法は全て、本開示に照らして、過度の実験を行うことなく実現しかつ実行することができる。さらに、クレームされているものに対する代替的、互換的かつ／又は等価な構造体、機能、範囲又はステップを含む代替の実施形態及び／又は等価な実施形態を許容される範囲で包含する権利を取得することも意図されている。この場合、このような代替的、互換的かつ／又は等価な構造体、機能、範囲又はステップが本明細書に開示されているか否かは関係がなく、かつ本明細書に開示されている特許可能な発明対象は全て最終的には特許クレームの対象であるので、特許可能な任意の発明の対象を公的に献納するという意図も存在しない。

用いられている用語及び表現は、限定ではなく説明のための用語として用いられ、よって、このような用語及び表現の使用において、本明細書に示されかつ説明されている特徴又はその一部の同等物を除外する意図はない。よって、クレームされている発明の範囲内で様々な変更が可能であることは認識される。また、本明細書において例示的に記述されている発明は、本明細書において具体的に開示されていない任意の要素なしで適切に実施されてもよい。従って、例えば、本明細書における各例において、「〜を備える」、「実質的に〜から成る」及び「〜から成る」という言い回しは何れも、他の２つの言い回しの何れかで置き換えられてもよい。さらに、本発明の組成物及び方法は好ましい実施形態に関連して説明されているが、当業者には、上記組成物及び方法に、かつ本明細書に記述されている方法ステップ又は一連の方法ステップにおいて、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく変形を施してもよいことが明らかであろう。従って、本発明は好ましい実施形態及びオプションの特徴によって具体的に開示されているが、当業者は本明細書に開示されている概念を変更しかつ変形する手段を講じてもよいこと、及びこのような変更及び変形が添付のクレームにより定義される本発明の範囲内にあるものとして考慮されることは理解されるべきである。

本発明に係る光アセンブリの複数の図を示す。 本発明に係る光アセンブリの複数の図を示す。 ある特定のフラッシュライト反射体を示す。 図３に示す反射体に取り付けられる図１又は図２の光アセンブリを示す。

Claims (14)

1. 電気的に駆動される光源と、
   上記光源と電気通信を行い上記光源に流れる電流を調整するように位置づけられた熱に応答する電流制御素子とを備えた光アセンブリ。
2. ＬＥＤ、白熱電球、光ファイバ及びこれらのうちの任意の１つ又は複数の組み合わせから成るグループから選択された少なくとも１つの光源を備えた請求項１記載の光アセンブリ。
3. 上記光源は少なくとも１つのＬＥＤを備え、かつオプションとして複数のＬＥＤを備えた請求項１記載の光アセンブリ。
4. 上記熱に応答する電流制御素子は、サーミスタ、温度可変インダクタ及び温度可変キャパシタから成るグループから選択された請求項１記載の光アセンブリ。
5. 上記熱に応答する電流制御素子に上記光源からの熱が伝導される請求項４記載の光アセンブリ。
6. ヒートシンク素子は上記光源と上記熱に応答する電流制御素子との間に配置され、上記ヒートシンク素子に上記光源と上記熱のそれぞれからの熱が伝導される請求項１記載の光アセンブリ。
7. ＬＥＤ、白熱電球、光ファイバ及びこれらのうちの任意の１つ又は複数の組み合わせから成るグループから選択された少なくとも１つの光源を備えた請求項６記載の光アセンブリ。
8. 上記光源は少なくとも１つのＬＥＤを備え、かつオプションとして複数のＬＥＤを備えた請求項６記載の光アセンブリ。
9. 上記熱に応答する電流制御素子は、サーミスタ、温度可変インダクタ及び温度可変キャパシタから成るグループから選択された請求項６記載の光アセンブリ。
10. 反射体又はヒートシンク内に収容されており、上記ヒートシンクはオプションとして１つ又は複数の反射素子を備えてもよい請求項１記載の光アセンブリ。
11. 上記光アセンブリ及び反射体は、フラッシュライトベゼル内で、オプションとしてレンズに関連して位置合わせされるように構成された請求項１０記載の光アセンブリ。
12. 請求項１記載の光アセンブリと、
    上記光アセンブリがその内部に配置され、フラッシュライト本体に取り付けられるように適合化されたフラッシュライトベゼルと、
    フラッシュライト本体とを備えたフラッシュライト。
13. 上記フラッシュライト本体に収容され、上記光アセンブリと電気通信を行う電源をさらに備えた請求項１２記載のフラッシュライト。
14. 上記電源は１つ又は複数のバッテリを備えた請求項１２記載のフラッシュライト。

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