JP2015120480A

JP2015120480A - 光照射装置

Info

Publication number: JP2015120480A
Application number: JP2013266749A
Authority: JP
Inventors: 信二細江; Shinji Hosoe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-07-02

Abstract

【課題】夜間時に自転車の存在を示す方法として、小型軽量で長期に使用できる、有害光線（紫外線）を使用しない光照射装置を提供する。【解決手段】既存の自転車用交流発電機を電源として、紫外線を出すためのＬＥＤを使用することなく、可視光範囲にピーク発光波長を有する紫ＬＥＤにより、蓄光部材を蓄光（励起）する。この発光部１４を装着し、車輪とともに回転する部位に取り付けた蓄光部材に対して光を照射し、車輪の回転と共に車輪形状に光を放つ。蓄光テープとの併用でさらに安全に貢献することができる。電池交換の必要がないため、発電機を有する全ての自転車に装着可能で、恒久的使用が可能。【選択図】図１５

Description

本発明は、自転車交流発電機を使用して、車輪と共に回転する蓄光部位に対して、紫外線を使用することなく、蓄光させる光照射装置に関するものである。

日本工業規格は、可視光の波長範囲について短波長限界を３６０nm〜４００ｎｍとしている。３６０ｎｍ以下１０ｎｍまでの波長の電磁波を紫外線と呼んでいる。この紫外線を活用した発明や考案をあげて説明する。「特開平１１−０４９０５９号公報」の「自転車用認識装置」は「請求項１」において「自転車に取り付けられた照明灯と、車輪に取り付けられる蓄光性を有する発光体とを備え、前記照明灯からの光を前記発光体に照射する構成とした自転車用認識装置」、「請求項２」において「自転車に取り付けられた前照灯と、前輪に取り付けられる蓄光性を有する発光体とを備え、前記前照灯の側面より前記発光体に照射する構成とした自転車用認識装置」の発明がある。「特許第３７６８９６４号」の「二輪車ホイール発光装置」は「二輪車において、車輪のホイールリム（３）に蓄光機能部位（２）を設け、これに紫外線を照射せしめるように紫外線照明手段（１）をホイールリム（３）と隣接し、かつ車輪と共に回転しない部位に設けたことを特徴とする二輪車用ホイール発光装置」の発明がある。「特表２００９−５０８７６２号公報」は「燐光荷電システム」の「請求項１」に「車輪の付いた乗り物であって、フレームと、燐光を発する第１および第２側面を有し、前記フレームに取り付けられた少なくとも１つの回転可能な車輪と、前記フレームに接続され、前記燐光を発する第１および第２側面に電磁波を放射することによって、前記燐光を発する第１および第２側面に荷電するように適合されている燐光荷電システムと、を有することを特徴とする車輪の付いた乗り物。」の発明がある。「実用新案第３１８５５２８号」の「光照射装置」は「特許第３７６８９６４号」と同様の考案である。

特開平１１−０４９０５９号公報特許第３７６８９６４号特表２００９−５０８７６２号広報実用新案登録第３１８５５２８号広報

夜間において自転車は、ヘッドライト以外は反射板しかないため、自動車または自動二輪者あるいは他の自転車の運転者や歩行者に対して直角方向から走行する自転車の認識が難しい。このための事故も多く発生している。一刻も早く普及できるものが期待されている。現在、別電源を設けて、紫外線をリムの蓄光体に照射して光らせる製品は発売されている。しかし、使用される紫外線は蓄光部材にはよく反応し蓄光（励起）するが、環境省では「紫外線環境保健マニュアル２００８」全５２頁の第２章紫外線による健康影響の２.として紫外線の目への影響の中で、急性の紫外線角膜炎（雪目）と、慢性の白内障と翼状片について注意を呼びかけており、また白内障による失明（１９８５年全世界で１７００万人）のうち、紫外線によると考えられるものが２０％とのデータをあげている。厚生労働省は労働基準法施行規則の一部を改正する省令等の施行について（平成２２年５月７日）の中で新規定として「物理的因子による次に掲げる疾病」（第２号）の中で紫外線を有害光線とし、全眼部疾患の疾病原因になり得ると定めている。紫外線の出る製品には「直視しないでください。又は長時間直視すると視力低下や失明の恐れがあります。」と明記したものもあるが、自転車運転者や自転車運転者である子供の保護者は、安全に関する装置であるにせよ紫外線は避けたい。誤って長時間直視してしまうなどの危険を避けるためにも、紫外線に依存しない光照射装置が課題となる。また、広く使用され、安全に貢献できるためには、電池交換の必要のない装置であることが不可欠となる。

本発明は、先行技術として使用した紫外線と、その紫外線によって蓄光（励起）した部分を使用することなく、可視光で蓄光（励起）する僅かな範囲に着眼し、その範囲に限って光を照射することにより課題を解決するものである。
すなわち、本考案は以下の通りである。
１．自転車用発電機の交流電源と、前記交流電源に接続して発光する発光部と、前記発光部からの光を受ける蓄光部と、を備えた光照射装置であって、
前記発光部は、可視光範囲にピーク発光波長を持つ紫ＬＥＤを有し、自転車の車輪と共に回転しない部位に設けられ、
前記蓄光部は、蓄光部材からなり、前記自転車の車輪と共に回転する部位へ備えられることを特徴とする光照射装置。
２．前記可視光範囲は３６０ｎｍから４５０ｎｍである１．に記載の光照射装置。
３．前記紫ＬＥＤを同一箇所に複数個配置した１．または２．に記載の光照射装置。
４．前記交流電源を整流回路又は整流回路と平滑回路で直流に変換して供給する１．乃至３．のいずれかに記載の光照射装置。
５．さらに反射部材を車輪とともに回転する部位に備えた１．乃至４．のいずれかに記載の光照射装置。

本発明は、電池交換の必要がない。使用する光が可視光範囲であり、レーザーや紫外線を使用するものに比べ、光源を直視してしまう可能性が出た場合にも、目に与える悪影響の心配が少なくなり、自転車使用者や使用者となる子供の保護者の多くが安心して装着ができる。自転車進行方向に対し、直角方向からリムやタイヤの形状に光を視認することができ、危険防止に役立つ。長期にわたって安定的に光を照射することが可能で安全性を確保することができる。蓄光部材と反射部材を併用した場合においても、蓄光部材をタイヤの回転する部位全周に張った効果があり、停止しているときには、残光による蓄光部材の光と反射部材に対する自動車など他の光源から反射により光らせることが可能となる。

紫外線と可視光蓄光（励起）特性フィラメント電球の特性白色ＬＥＤの特性ＥＬの特性蛍光灯の特性各色ＬＥＤの特性紫ＬＥＤの特性簡単な部品で構成する発光部の部品接続を示す標準的な部品で構成する発光部の部品接続を示す光照射装置の外観を示す車輪と共に回転しない部位への取付器具例１を示す車輪と共に回転しない部位への取付器具例２を示す車輪と共に回転しない部位への取付部の例を示すホーク部及びシートステー部の取付例を示す泥除け部への取付例を示す蓄光部材の取付例を示す蓄光部材と反射テープの取付例を示す自転車発電機と前照灯及び光照射装置との配線例を示す

以下、本発明を実施形態に従って説明する。
図１のように日本工業規格（ＪＩＳＺ８１２０）の定義によれば、可視光線に相当する電磁波の波長の下界はおおよそ３６０〜４００ｎｍ、上界はおおよそ７６０〜８３０である。波長が可視光線より短いものを紫外線と呼んでいるため、４００ｎｍより短い波長、または３６０ｎｍより短い波長を紫外線と呼ぶことになる。本発明では、短波長限界３６０ｎｍより波長の短いものを紫外線１と呼ぶ。また、使用者の健康を考慮する発明である関係から世界保健機構（ＷＨＯ）の「ＧｌｏｂａｌＳｏｌａｒＵＶＩｎｄｅｘ−ＡＰｒａｃｔｉｃａｌＧｕｉｄｅ」という紫外線ハンドブックを考慮した。これを受け、環境省では「紫外線環境保健マニュアル２００８」全５２頁の第２章紫外線による健康影響の２.として紫外線の目への影響の中で、急性の紫外線角膜炎（雪目）と、慢性の白内障と翼状片について注意を呼びかけており、また白内障による失明（１９８５年全世界で１７００万人）のうち、紫外線によると考えられるものが２０％とのデータをあげている。厚生労働省は労働基準法施行規則の一部を改正する省令等の施行について（平成２２年５月７日）の中で新規定として「物理的因子による次に掲げる疾病」（第２号）の中で紫外線を有害光線とし、全眼部疾患の疾病原因になり得ると定めている。紫外線の影響を心配する環境省などではおおむね４００ｎｍまでを紫外線として扱っている。気象庁の区分によれば、波長１００ｎｍ〜２８０ｎｍをＵＶ−Ｃ、波長２８０ｎｍ〜３１５ｎｍをＵＶ−Ｂ、波長３１５ｎｍ〜４００ｎｍをＵＶ−Ａとしている。これらを考慮し、本発明では、３６０ｎｍ〜４００ｎｍの間を紫外線が心配される領域２として扱う。

紫外線に依存しない光照射装置とするため、図２の蓄光部材の蓄光（励起）特性に着眼した。燐光と呼ばれる蓄光部材は従来から使用されており、太陽光以外の人工的な光の照射には、紫外線の照射、または紫外線を含む可視光線の照射が行われてきた。蓄光（励起）領域は最大となる波長が３００ｎｍ〜４００ｎｍの間にあり、２５０ｎｍ〜４５０ｎｍまでの広がりを持つためである。紫外線で強く反応するため、紫外線の照射が行われた。しかし、蓄光（励起）特性の一部は可視光線による蓄光（励起）領域３がある。この３６０ｎｍ〜４５０ｎｍの部分に限り、光を照射することにより、紫外線に依存しない光照射装置ができる。

紫外線を出さない可視光領域の光源として、フィラメントを用いた電球、白色ＬＥＤ、ＥＬ、蛍光灯、各色のＬＥＤが考えられる。図３のようにフィラメント電球の特性はピーク発光波長が約１０００ｎｍであり、３００ｎｍ近傍から徐々に増加するが、図２の蓄光（励起）特性に波長が合っていないため、最適な光源とは言えない。しかし、電球の出力を増加させれば蓄光（励起）は可能である。図４のように白色ＬＥＤの特性は、青色と他の色の加色により白色を再現しているが、図２の蓄光（励起）特性には波長が合っていないため、適切な光源とは言えない。電球と同様で出力をあげれば蓄光は可能である。図５のようなＥＬの特性も４７０ｎｍ近傍が最大で、図２の蓄光（励起）特性に波長が合っていない。図６の蛍光灯の特性は、４００ｎｍ近傍で図２の蓄光（励起）特性に合うことにより蓄光（励起）が可能である。図７の各色ＬＥＤの特性において、おおよそ紫ＬＥＤの特性４が４１５ｎｍ、青ＬＥＤの特性５が４７０ｎｍ、緑ＬＥＤの特性６が５５０ｎｍ、赤ＬＥＤの特性７が６６０ｎｍのピーク発光波長を持つ。また、裾の広がりは紫ＬＥＤ４が少ない。図２の蓄光（励起）特性に合うものは、紫ＬＥＤであることがわかる。

フィラメントを用いた電球の場合、白色ＬＥＤの場合はにおいては出力を上げることによって同様の効果を上げることができる。電球であれば０．３Ｗから０．５Ｗ程度必要で、白色ＬＥＤにおいては一般のＬＥＤの４０倍〜５０倍の光度（カンデラ）に上げ、３０ｍＡ程度の電流を流すことにより紫ＬＥＤによる蓄光（励起）に近づけることができる。本発明は、電池交換の必要を省くものであり、自転車の発電機の２．４Ｗの発電能力に対し、フィラメントを用いた電球で最少２１％で最大８３％の電力損失、白色ＬＥＤで最少９％で最大３０％程度の電力損失となり、かえって安全を損なう結果となる。ＥＬや蛍光灯は交流電源又は電池により直流を交流に変換するインバータ電源装置が必要となり、課題解決はできない。

本発明における発光部の電力計算を表１に示す。紫ＬＥＤ一本と電流制限用抵抗一本を使用した場合で、一箇所だけに設けた場合には最少となる３６ｍＷで１．５％、前輪と後輪の全四か所に設けた最大でも１４４ｍＷと、自転車発電機の発電能力に対して電力損失は６％となり、他の光源の点灯に対して極少となる。

図８の紫ＬＥＤの特性において（実験ではＯｐｔｏＳｕｐｐｌｙ社のＯＳＶ６ＹＬ３１３１Ａを使用し、ピーク発光波長は４１５ｎｍであることから、実際の使用波長域は４１０ｎｍから４２０ｎｍ程度となる。）この紫ＬＥＤの３２０ｎｍから３９０ｎｍの波長域８における紫外線量は、（株）オーク製作所製紫外線照度計（ＵＶＬＩＧＨＴＭＥＡＳＵＲＥＵＶ-ＭＯ２）の測定で０．００〜０．０１ｍＷ／ｃｍ２、ピーク発光波長を含む３３０ｎｍ〜４９０ｎｍでは６．７１ｍＷ／ｃｍ２となった。この結果から３９０ｎｍ以下可視光最短波長側から紫外線域にかけて０〜１０００分の１．５程度の紫外線しか出ていない、または出ていないことがわかる。紫ＬＥＤに限らずＬＥＤの特性は、紫外線のように離れた波長の発光特性を持たないことから、このＯＳＶ６ＹＬ３１３１Ａまたは同等の部品を使用することによって、日本工業規格上の紫外線１からも、環境省の紫外線が心配される部分２からも外れ、紫外線域ではない光により蓄光（励起）を行うことができる。

図９のように紫外線域外の３６０ｎｍから４５０ｎｍの間に、さらに理想的には４００ｎｍから４４０ｎｍ、最も好ましい４１０ｎｍから４２０ｎｍの間にピーク発光波長をもつ紫ＬＥＤ９を一本のみ、または複数を直列又は並列又は直並列にしたものと、３００Ω程度から５０００Ω程度までいずれの値でも使用できるが、自転車発電機に負担をかけない１０００Ωが好ましい電流制限用固定抵抗１０の回路を自転車発電機の交流電源に接続すると、半波のみ（交流の半分の期間）の光照射が可能となる。

図１０のように図９の回路に半導体の整流素子、好ましいのは電圧に対する電流の応答の速いショットキーダイオードブリッジによる整流回路１１を接続すれば全波（交流の全部の期間）で光を放射が可能な回路ができる。光の断続から連続までの設定は、整流回路１１の後にある平滑回路１２のコンデンサの値を１μＦから２２０μＦまで、好ましいのは２２μＦ程度から５０μＦ程度の間のいずれかの値に決めることにより、容易に変化させることが可能である。

図１１のように図９又は図１０の回路を箱型、円筒型など形のあるケース１３に収め、ケース中央から紫ＬＥＤ９の光が直接出るよう、またはレンズや透ける板を通して出るように固定したものが光照射装置１４となる。ケースの中は部品のみでも使用可能であるが、振動や異物の混入などを避けるために熱溶融形接着剤等で充填してもよい。

図１２のように車輪と共に回転しない部位に備える器具の一例として、プラスチックまたは金属の取付器具１５と光照射装置１４を一体化すれば取付用ねじ１６一本で取り付けが可能となる。

さらに、同様な一例を図１３に示す。泥除け用取付器具１７と発光部１４の２個を一体化すれば泥除け固定用穴１８に固定用ねじ１本または２本で前輪または後輪の泥除け部に取り付け可能となる。

図１４に図１２の装置を取り付ける車輪と共に回転しない部位の一例として、前輪ホーク部１９や後輪シートステイ部２０を示す。また、図１３の装置を取り付ける部位の一例として、前輪泥除け部２１又は後輪泥除け部２２を示す。図１５と図１６に装置例を示す。

図１７に蓄光部材を車輪とともに回転する部位に備える例を示す。蓄光部材とは蓄光テープ２６又は蓄光シールあるいは蓄光塗料等であり、タイヤ２３又はリム２４に備える。全周、半周、連続や断続的に、または反射テープ２７と交互に又は並行して設けることが可能である。図１８においては蓄光テープ２６をリム２４の全周の一部に断続的に貼り、その間に反射テープ２７を貼る場合の一例を示す。蓄光部に対しては発光部１４で光を放つほか、反射テープ２７は自動車などの光を反射させ、光を放つことが可能となる。

図１９に自転車発電機２８と発光部１４との電気的接続を示す。自転車発電機２８は交流で接地側２９はフレームグランドのため、光照射装置１４から出る二本の電線のうち、いずれか一方は自転車の金属部分に接続し、残り一方を自転車発電機２８から出ている電源＋３０に接続する。

図１９の接続により走行すれば発光部１４は常時点灯し、夕方から夜にかけては自転車の進行方向に対して直角な方向から見る場合は、タイヤの形状にタイヤ２３やリム２４が光を放つ。また、発光部１４自体も光るため、自転車の進行に対して前方や後方からも自転車を確認が容易となる。

図１９において発光部１４をスイッチにより点灯や消灯させたい場合は、スイッチを配線のいずれかの箇所に、一例としてスイッチ挿入点３１に入れることで可能となる。自転車前照灯３２が夜間時の自動点灯の場合はその出力から電源をとることにより、夜間時の自動点灯も可能である。常時点灯によっても走行に負担のないことは実証済である。

本発明は、自転車の交流発電機を使用して、有害光線である紫外線を使用しないで、車輪と共に回転する部位に備えた蓄光部材に対して、蓄光（励起）を与える光照射装置に関するものである。簡単で軽量で安価に生産が期待されるため、発電機付自転車の全てに装備が可能で、恒久的に作動するものである。

１紫外線、２紫外線が心配される波長域、３可視光線による蓄光（励起）領域、４紫ＬＥＤ特性、５青ＬＥＤ特性、６緑ＬＥＤ特性、７赤ＬＥＤ特性、８３２０〜３９０ｎｍの波長域、９紫ＬＥＤ、１０電流制限用抵抗、１１整流回路、１２平滑回路、１３ケース、１４発光部、１５取付器具、１６取付用ねじ、１７泥除け用取付器具、１８泥除け固定用穴、１９前輪ホーク部、２０後輪シートステー部、２１前輪泥除け部、２２後輪泥除け部、２３タイヤ、２４リム、２５ホーク部またはシートステー部、２６蓄光テープ、２７反射テープ、２８自転車発電機、２９接地側、３０電源＋、３１スイッチ挿入点、３２自転車前照灯

Claims

自転車用発電機の交流電源と、前記交流電源に接続して発光する発光部と、前記発光部からの光を受ける蓄光部と、を備えた光照射装置であって、
前記発光部は、ピーク発光波長が可視光範囲の紫ＬＥＤを有し、自転車の車輪と共に回転しない部位に設けられ、
前記蓄光部は、可視光範囲に及ぶ蓄光（励起）特性を持つ蓄光部材からなり、前記自転車の車輪と共に回転する部位へ備えられることを特徴とする光照射装置。
前記可視光範囲は３６０ｎｍから４５０ｎｍである請求項１に記載の光照射装置。
前記紫ＬＥＤを同一箇所に複数個配置した請求項１又は２に記載の光照射装置。
前記交流電源を整流回路又は整流回路と平滑回路で直流に変換して供給する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光照射装置。
さらに反射部材を車輪と共に回転する部位に備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光照射装置。