Bicycle lighting protection equipment

本発明は、照明保護装置、特に、自転車に取り付けられるダイナモからの電力で点灯する自転車用照明を過電圧から保護する自転車用照明保護装置に関する。

自転車には、照明装置として前照灯や尾灯が装着されている。 前照灯は、従来ダイナモからの電力で点灯するものが多い。 ダイナモは、一般的に自転車の速度（車輪の回転）に比例してその発電電圧が大きくなるものであり、高速度になると照明装置が消灯時のダイナモ端子間の発電電圧が１００Ｖを越えるような場合がある。 したがって、ダイナモの発電電圧によって照明装置を点灯させる場合、このような高電圧に耐え得るような仕様のものが必要になる。 しかし、高電圧に耐え得るような部品等は汎用性が乏しく、しかもコストが高い。

そこで、汎用性のある電球を使用できるように、また超高電圧から電球を保護するために、電圧をクランプするための回路等の照明保護装置が必要になる。 ダイナモの過電圧による前照灯の球切れ等の不具合を防止するために、電流モジュレータや過電圧保護回路等を有する照明保護装置を設けることが従来知られている（非特許文献１参照）。 このような従来の照明保護装置は、ハブダイナモに接続されたスイッチユニットに設けられている。 従来の照明保護装置を有するスイッチユニットにより、前照灯に加えて尾灯を並列に接続してハブダイナモからの電力で点灯すると、前照灯が球切れしても残された尾灯に供給される電圧が所定値以上に上昇せず、尾灯の電球の寿命の低下を防止できる。

一般的な過電圧保護回路には、ダイナモに並列接続された２つのツェナーダイオードからなる双方向電圧クランプ回路が使用されている。 双方向電圧クランプ回路は、ダイナモの正側のダイオードがツェナーダイオード本来の機能として電圧を所定電圧以下にクランプするように機能するとともに、負側のダイオードが整流用のダイオードとして機能する。
平成８年９月 発行 ＳＨＩＭＡＮＯ ＢＹＣＹＣＬＥ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ 販売店様用セールスマニュアル ７５ページ

前記従来の照明保護装置は、小さなスイッチユニット内に設けられているので、放熱対策を十分に施すことができない。 このため、前照灯と尾灯とがたとえば寿命によりともに球切れした場合、照明保護装置に電力が集中して内部の温度が上昇し、電流モジュレータや過電圧保護回路が損傷するおそれがある。

本発明の課題は、照明保護装置の内部回路、特に過電圧保護回路の熱による損傷を抑えることにある。

発明１に係る自転車用照明保護装置は、自転車に取り付けられるダイナモからの電力で点灯する自転車用照明を過電圧から保護する装置であって、ケース部材と過電圧保護回路とを備えている。 ケース部材は、自転車に装着可能な装着部を有する部材である。 過電圧保護回路は、ケース部材に収納され、ダイナモから過電圧が自転車用照明に供給されるのを防止する回路である。 自転車用照明は、 尾灯であり、前照灯とともにダイナモからの電力により点灯する。 装着部は、尾灯とともに自転車に装着可能であり、装着部は、取付用の孔部を有し、自転車に既設の部品取付部に装着可能な１対の部材である。 部品取付部は、尾灯を取付可能な尾灯装着板である。 ケース部材は、表面から突出する放熱フィンと放熱フィンに係止されるケース本体とを有し、放熱フィンは、ケース本体が係止される前面部と、前面部の両端から装着部に向けて延び、装着部に接続される１対の側面部と、を有し、側面部は装着部と一体形成されている。

この照明保護装置では、自転車に装着可能なケース部材の内部に過電圧保護回路が収納されている。 ここでは、過電圧保護回路をスイッチユニットではなく、専用のケース部材に収納したので、ケース部材を放熱に有利な形状や材質とすることにより、過電圧保護回路の熱による損傷を抑えることができる。 また、尾灯とともにケース部材を自転車に装着できるので、ケース部材の装着が容易になる。 さらに、装着部を既設の部品取付部に取り付けできるので、自転車にケース部材を装着するための新たな部品取付部を設ける必要がなくなるとともに、孔部にねじ部材等を装着することにより、ケース部材を容易に自転車に取り付けることができる。

また、放熱フィンにより放熱面積が大きくなって冷却能力が高くなり、過電圧保護回路の熱による損傷をさらに抑えることができる。 さらに、装着部を経由して放熱フィンに伝達された熱を放散させることができる。

発明２に係る自転車用照明保護装置は、発明１に記載の装置において、ケース部材は、尾灯装着用のボルト及びナットを利用して部品取付部に固定可能である。

発明３に係る自転車用照明保護装置は、発明１又は２に記載の装置において、尾灯は、ダイナモに対して前照灯と電気的に並列接続される。 この場合には、尾灯及び前照灯のいずれか一方が球切れしても他方を点灯させることができる。

発明４に係る自転車用照明保護装置は、発明３に記載の装置において、過電圧保護回路は、ダイナモに電気的に接続される前照灯と尾灯との間に物理的に配置される。 この場合には、過電圧保護回路が前照灯と尾灯との間に配置されるので、過電圧保護回路を尾灯とともに装着しやすくなるとともに、過電圧保護回路が前照灯と尾灯の消灯時の負荷とならないため、消灯時にダイナモの回転が重くなるということもなくなる。

発明５に係る自転車用照明保護装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、過電圧保護回路は、前照灯に接続するための第１端子と、尾灯に接続するための第２端子と、両端子の間で両端子に電気的に接続された過電圧保護用のダイオードとを有する。 この場合には、ダイオードにより一定以上の電圧を簡単にクランプできる。

発明６に係る自転車用照明保護装置は、発明５に記載の装置において、第２端子に接続され尾灯に接続するための配線をさらに備える。 この場合には、配線により尾灯と装置とを直接接続できるので、配線作業が容易になる。

発明７に係る自転車用照明保護装置は、発明１から６のいずれかに記載の装置において、放熱フィンは、アルミニウム合金製である。 この場合には、熱伝達効率が高いアルミニウム合金を使用しているので、冷却能力がより高くなる。

発明８に係る自転車用照明保護装置は、発明１から７のいずれかに記載の装置において、 ケース本体は、放熱フィンに弾性係止される。

本発明によれば、過電圧保護回路をスイッチユニットではなく、専用のケース部材に収納したので、ケース部材を放熱に有利な形状や材質とすることにより、過電圧保護回路の熱による損傷を抑えることができる。 また、尾灯とともにケース部材を自転車に装着できるので、ケース部材の装着が容易になる。 さらに、装着部を既設の部品取付部に取り付けできるので、自転車にケース部材を装着するための新たな部品取付部を設ける必要がなくなるとともに、孔部にねじ部材等を装着することにより、ケース部材を容易に自転車に取り付けることができる。

＜発明の前提となる形態＞
図１において、本発明の前提となる形態を装着した自転車１０は、たとえば、スタッガード形のフレーム１１と、フレーム１１の前後に装着された前輪及び後輪１２，１３と、フレーム１１の前部に配置されたハンドル部１４と、フレーム１１の下部に配置されたクランクやチェーンやスプロケットを含む駆動部１５とを備えている。 フレーム１１は、フレーム体２０と、フレーム体２０の前部に斜め軸回りに回動自在に装着されたフロントフォーク２１とを有している。 フレーム体２０の上下のパイプ２０ａ，２０ｂ及び立パイプ２０ｃには、空気入れや飲用ボトル６０を保持する装着部材６３を装着するためのだぼと呼ばれる部品取付部６１が設けられている。 部品取付部６１は、ねじ孔付きの１対の溶接ボスにより構成されている。 フレーム体２０の後部には、荷台６２が装着されている。 荷台６２は、バックフォーク２０ｄと、後輪１３のハブ軸１３ａとにより支持されている。 荷台６２の後端部には、尾灯４２及び照明保護装置４３が装着されている。 フレーム体１１のヘッドパイプ２０ｄには、ランプステイ２２が設けられており、そこには、前照灯４１が装着されている。

フロントフォーク２１の先端（下端）には、前輪１２のハブ３１が装着されている。 ハブ３１は、内部にハブダイナモ（図４）４０が装着されたものである。

前照灯４１は、図４に示すように、ランプステイ２２に装着されるランプケース４１ａと、ランプケース４１ａに収納された電球４１ｂと、電球４１ｂを周囲の照度に応じてオンオフするスイッチ（ＳＷ）回路４１ｃと、ハブダイナモ４０に接続するための入力端子４１ｄと、ハブダイナモ４０からの電力を尾灯４２などの外部機器に出力するための出力端子４１ｅとを有している。 ランプケース４１ａは、電球４１ｂに対向して配置されるクリアレンズと電球４１ｂの背面に配置される反射板とを含んでいる。 各端子４１ｄ，４１ｅは、ランプケース４１ａに外部に露出して設けられている。 なお、図４では各端子４１ｄ，４１ｅを１対設けているが、例えば日本等においては、一方の端子をフレームに接触するようにしてもよい。 この場合、実際に必要な端子はそれぞれ１つでよい。

図２及び図３に示すように、荷台６２には、尾灯４２を装着するための部品取付部としての尾灯装着板５０が溶接固定されている。 尾灯装着板５０の後面５０ａには、尾灯４２が装着され、前面５０ｂには、本発明の前提となる形態による照明保護装置４３が尾灯４２装着用のボルト５１及びナット５２を利用して装着されている。 尾灯４２は、図４に示すように、ランプケース４２ａと、ランプケース４２ａに収納された電球４２ｂと、ハブダイナモ４０からの電力を入力するための入力端子４２ｃとを有している。 この入力端子４２ｃも１対設けられているが、例えば日本等においては、一方をフレームに電気的に接続される尾灯装着板５０に直接接続するようにしてもよい。

照明保護装置４３は、図４に示すように、ケース部材４３ａと、ケース部材４３ａに収納された過電圧保護回路４３ｂとを有している。 ケース部材４３ａは、図２及び図３に示すように、尾灯装着板５０の前面５０ｂに装着される板状の装着部５３と、装着部５３を覆うように形成され、内部に過電圧保護回路４３ｂが収納されるケース本体５４とを有している。 装着部５３は、尾灯４２を装着するためのボルト５１及びナット５２を利用して尾灯装着板５０の前面５０ｂに固定されている。 ケース本体５４は、装着部５３に、たとえばビス止め固定されている。 ケース部材４３ａには、図４に示すように、前照灯４１の出力端子４１ｅと並列接続される１対の入力端子４３ｃと、尾灯４２の入力端子４２ｃと並列接続される１対の出力端子４３ｄが外部に露出して設けられている。 これらの入力端子４３ｃ及び出力端子４３ｄも１対設けられているが、例えば日本等においては、一方をフレームに電気的に接続される尾灯装着板５０に直接接続するようにしてもよい。

過電圧保護回路４３ｂは、図４に示すように、２つのツェナーダイオードＤＺ１，ＤＺ２からなる双方向電圧クランプ回路であり、ダイナモ４０が正側（＋）端子に正の電圧を出力する場合はダイオードＤＺ１がツェナーダイオード本来の電圧クランプ機能を果たすとともに、ダイオードＤＺ２が通常のダイオードとして整流機能を果たす。

この図４に示す過電圧保護回路４３ｂでは、ダイナモ電圧をクランプする電圧Ｖｃ１は、ダイオードＤＺ１のツェナー電圧をＶｚ1、ダイオードＤ２の順方向電圧をＶｆ２とし、ダイオードＤＺ２のツェナー電圧をＶｚ２、ダイオードＤ１の順方向電圧をＶｆ１とした場合、
Ｖｃ１＝Ｖｚ１＋Ｖｆ２・・・・・（１）
となり、またダイナモ４０が負側（−）端子に正の電圧を出力する場合は、ダイナモ電圧をクランプする電圧Ｖｃ２は、
Ｖｃ２＝Ｖｚ２＋Ｖｆ１
となる。

このような２つのツェナーダイオードＤＺ１，ＤＺ２を用いた過電圧保護回路４３ｂは、部品点数が少ないというメリットがある。 しかし、特にツェナーダイオードＤＺ１及びＤＺ２が発熱してしまい、特性の劣化を招くという問題がある。 以下、この発熱に関して具体的に説明する。

例えば、クランプ電圧として、Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝１０Ｖ程度に設定したい場合、電圧クランプする前の半導体接合部温度Ｔｊを２５℃とし、電圧クランプ時のダイオードＤＺ１,ＤＺ２に流れる電流は一定とし、さらに電圧クランプ後に熱平衡になったときの半導体接合部温度を１００℃とする。 また、Ｖｚ１＝９．１、Ｖｆ２＝０．９とすると、電圧クランプした瞬間は、式（１）より、
Ｖｃ１＝９．１＋０．９＝１０（Ｖ）
であったとしても、熱平衡後は、温度係数αＴ＝５（ｍＶ/℃）とすると、
Ｖｃ１＝９．１＋（αＴ／１０００）×（１００−２５）＋０．９
＝１０．３７５（Ｖ）
となる。

このような発熱による特性の劣化を抑えるとともに、前照灯４１及び尾灯４２の球切れにより、過電圧保護回路４３ｂが発熱して損傷するのを抑えるために、専用のケース部材４３ａに過電圧保護回路４３ｂを収納したので、ケース部材４３ａを放熱に有利な形状や材質とすることにより、過電圧保護回路４３ｂの熱による損傷を抑えることができる。

たとえば、ケース部材４３ａをアルミニウム合金等の熱伝導性がよい材質のものを使用すれば、発熱しても効率よく冷却できる。 また、ケース部材４３ａが合成樹脂製であっても、冷却空間を広くとれるので効率よく冷却しやすい。 このため、材質や形状を工夫することにより過電圧保護回路４３ｂの熱による損傷を抑えることができる。 さらに放熱フィン等を回路やケースに設けても、取付強度を確保しやすくなる。

また、照明保護装置４３を前照灯４１やスイッチ回路と別に設けたので、既設の照明装置とダイナモとの間に照明保護装置を後付することにより、保護装置を有さない照明装置をダイナモの過電圧から保護することができる。

＜実施形態＞
図５〜図１１に示すように、実施形態に係る照明保護装置１４３のケース部材１４３ａは、具体的な放熱構造として放熱フィン１７０を有している。 ケース部材１４３ａは、尾灯装着板５０の前面５０ｂに装着される板状の左右１対の装着部１５３ａ，１５３ｂと、装着部１５３ａ，１５３ｂと一体形成されたアルミニウム合金製の放熱フィン１７０と、放熱フィン１７０に弾性係止され、内部に過電圧保護回路４３ｂが収納される合成樹脂製のケース本体１５４とを有している。

装着部１５３ａ，１５３ｂは、内外に間隔を隔てて配置されたスリットからなる１対の尾灯装着孔１５３ｃ，１５３ｄをそれぞれ有している。 この尾灯装着孔１５３ｃ，１５３ｄのいずれかに２つに尾灯４２を装着するためのボルト１５１を貫通させ、ナット１５２により尾灯装着板５０の前面５０ｂに照明保護装置１４３が固定されている。 装着部１５３ａ，１５３ｂの内側端部は、斜めに下方に傾斜しており、放熱フィン１７０に接続されている。 放熱フィン１７０は、平面視Ｃ字状の部材であり、板状の前面部１７０ａと、前面部１７０ａの両端から装着部１５３に向けて直角に延びる１対の側面部１７０ｂ，１７０ｃとを有している。 この側面部１７０ｂ，１７０ｃの先端部が装着部１５３ａ，１５３ｂの斜めに傾斜した内側端部に接続されている。 放熱フィン１７０の前面部１７０ａの外側面には、前方に突出して形成された上下に長いフィン１７０ｄが左右に間隔を隔てて複数（この第２実施形態では、７個）配置されている。 フィン１７０ｄは、外気との接触面積を大きくして冷却効率を高めるために設けられている。

ケース本体１５４は、側面視Ｃ字状の部材であり、上板１５４ａと、上板１５４ａに対向して配置された下板１５４ｂと、上板１５４ａと下板１５４ｂとを連結する後板１５４ｃと、左右１対の側板１５４ｅ，１５４ｆとを有している。 下板１５４ｂには、配線等を通すために開口部１５４ｄが設けられている。 この開口部１５４ｄは、蓋部材１５５により塞がれている。 上板１５４ａ及び下板１５４ｂの後端面には、放熱フィン１７０の前面部１７０ａに弾性的に係止される左右１対の係止爪１５４ｈ，１５４ｉがそれぞれ設けられている。 この係止爪１５４ｈ，１５４ｉにより、ケース本体１５４は放熱フィン１７０に固定されている。 ケース本体１５４の内部には、前提となる形態と同様な構成の過電圧保護回路４３ｂが収納されている。 具体的には、ケース本体１５４の内部で過電圧保護回路４３ｂは、ダイオードＤｚ１，Ｄｚ２を放熱フィン１７０の前面部１７０ａの背面に密着してそれぞれ取り付けるためにねじ込まれる２本の取付ボルト１５６により、回路基板１５７とともに放熱フィン１７０に取り付けられている。

蓋部材１５５は、ケース本体１５４の後板１５４ｃに形成された装着溝１５４ｇに先端が挿入される第１蓋部１５５ａと、第１蓋部１５５ａから上方に延び放熱フィン１７０の前面部１７０ａの背面に接触する縦板部１５５ｂと、縦板部１５５ｂの下端から前方に延び下板１５４ｂと面一に配置される第２蓋部１５５ｃとを有する合成樹脂製の部材である。 第１蓋部１５５ａには、電気配線１５８の導出用の孔部や１５５ｄ入力端子４３ｃ導出用のスリット１５５ｅが形成されている（図９）。

ケース部材１４３ａには、前提となる形態と同様に尾灯４２の入力端子４２ｃと接続される電気配線１５８が外部に導出されている。 電気配線１５８は１対の出力端子４３ｄに接続されている。 また、ケース部材１４３ａには、前照灯４１の出力端子４１ｅと並列接続される１対の入力端子４３ｃが外部に露出して設けられている。 これらの入力端子４３ｃ及び出力端子４３ｄも１対設けられているが、例えば日本等においては、一方をフレームに電気的に接続される尾灯装着板５０に直接接続するようにしてもよい。

このような構成の照明保護装置１４３では、放熱フィン１７０を設けているので、放熱フィン１７０により放熱面積が大きくなって冷却能力が高くなり、過電圧保護回路４３ｂの熱による損傷をさらに抑えることができる。 また、放熱フィン１７０と装着部１５３ａ，１５３ｂとを一体形成しているので、熱が装着部１５３ａ，１５３ｂに伝達され、さらに冷却能力が高くなる。 また、ダイオードＤＺ１，ＤＺ２を放熱フィン１７０の背面に密着してそれぞれ取り付けているので、熱がさらに効率よく放熱フィン１７０に伝達される。

本発明の前提となる形態を装着した自転車の側面図。

その荷台部分の斜視部分図。

尾灯及び照明保護装置の装着状態を示す側面一部断面図。

照明システムのブロック図。

実施形態の図３に相当する図。

実施形態の照明保護装置の正面図。

その斜視図。

その平面図。

その底面図。

図６のＸ−Ｘ断面図。

ケース本体の分解斜視図。

符号の説明

１０ 自転車 ４０ ハブダイナモ ４１ 前照灯 ４２ 尾灯 １４３ 照明保護装置 １４３ａ ケース部材 ４３ｂ 過電圧保護回路 ４３ｃ 入力端子 ４３ｄ 出力端子 １５３ａ，１５３ｂ 装着部 ５０ 尾灯装着板１５ ８電気配線１７０ 冷却フィン ＤＺ１，ＤＺ２ ツェナーダイオード