【手続補正書】
【提出日】平成16年7月9日(2004.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】自転車用ライト及び発電機並びにこれらを備えた自転車
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルク型レンズと、このバルク型レンズに収納される光源と、磁石の磁束の変化によって生じる起電力を基に上記光源に電流を供給する発電部と、をそなえ、
上記バルク型レンズが、頂部と、底部と、外周部と、前記底部から前記頂部に向かって形成された天井部と内周部とからなる凹部とを有している光学媒体からなり、上記凹部が上記光源の収納部であり、上記天井部が第１のレンズ面として、上記内周部が光入射面として、上記外周部が全反射面として、上記底部が反射面として、また、上記頂部が第２のレンズ面として機能することを特徴とする、バルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項２】
前記光学媒体の外周部の外径が、前記内周部の内径の３倍以上１０倍以下であることを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項３】
前記第１のレンズ面を平面，凸面，凹面又は平フレネルレンズ面に形成したことを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項４】
前記第２のレンズ面の曲率半径をＲ、前記バルク型レンズの光軸方向に測った全長をＬ、バルク型レンズの屈折率をｎとして、
０．９３  ＜  ｋ（Ｒ／Ｌ）  ＜  １．０６
ｋ  ＝  １／（０．３５・ｎ  −  ０．１６８）
の関係を満足することを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項５】
前記第１のレンズ面の突き出し量をΔ、前記光学媒体の外周部の外径を２Ｒｏとして、
０．０２５  ＜  Δ／Ｒｏ  ＜  ０．０７５
の関係を満足することを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項６】
前記光学媒体の底部に、更に背面鏡を備えたことを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項７】
前記光学媒体の内部に、更に他の凹部を並列配置したことを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項８】
前記光学媒体が可とう性若しくは屈曲性を有することを特徴とする、請求項１記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項９】
バルク型レンズと、このバルク型レンズに収納される光源と、磁石の磁束の変化によって生じる起電力を基に上記光源に電流を供給する発電部とをそなえ、
上記バルク型レンズが、頂部と、底部と、外周部と、上記底部から上記頂部に向かって形成された天井部と内周部からなる凹部とを有している光学媒体からなり、上記凹部が光源の収納部であり、上記天井部が第１のレンズ面として、上記内周部が光入射面として、上記外周部が全反射面として、上記底部が反射面として、上記頂部が第２のレンズ面として機能するとともに、上記内周部の光入射面が所定の傾きを有する少なくとも光波長以上の大きさの凹凸面で構成されていることを特徴とする、バルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１０】
前記所定の傾きφは、上記凹部の屈折率をｎ1 、上記光学媒体の屈折率をｎ2 、上記光学媒体内の外周部面における全反射角をθt 、上記光源の発散角をθd として、
ｓｉｎ-1｛ｎ1 ／ｎ2 ｃｏｓ（θd ＋φ）｝＝θt 
から定まる角度であることを特徴とする、請求項９に記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１１】
発電部が、磁石とコイルとを一体化することなく別体として備え、
上記磁石を回転体に取り付けると共に、上記コイルを該回転体の回転面に対して間隔を以て配置し、
上記回転体を回転させ、上記コイルを横切る上記磁石の磁束の変化によって無接触でコイルに発電させることを特徴とする、発電機。
【請求項１２】
発電部が、磁石とコイルとを一体化することなく別体として備えた発電機を有し、
上記磁石を回転体としての車輪に取り付けると共に、上記コイルを該車輪の回転面に対して間隔を以て配置し、
上記コイルが該車輪の回転面から間隔を以て車体に取り付けられ、
上記車輪を回転させ、上記コイルを横切る上記磁石の磁束の変化によって無接触でコイルに発電させて光源に電流を供給するようにしたことを特徴とする、発電機と自転車用ライトを備えた自転車。
【請求項１３】
請求項１２に記載の発電機を用い、前記発光素子に供給される電流を、車輪の回転により前記コイルを横切る上記磁石の磁束の変化によって生じる起電力に基づいて供給することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１４】
前記発電部によって生ずる電流の前記光源への供給を制御する制御部と、光を検知するとともに前記制御部へ光検知信号を送る検知部とをそなえ、
前記制御部が前記検知部からの信号に基づき、光源の点灯と消灯との切り替えを自動に行うことを特徴とする、請求項１３記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１５】
前記発電部によって生ずる交流電流を直流電流に変換するダイオードが設けられていることを特徴とする、請求項１３又は１４記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１６】
前記発電部によって生ずる交流電圧を前記光源に供給するコンデンサーが設けられていることを特徴とする、請求項１５記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１７】
前記コイル内に磁性体が設けられていることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【請求項１８】
前記磁石が、馬蹄形状に形成されていることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれかに記載のバルク型レンズを用いた自転車用ライト。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な構造の光学レンズの提案に基づき、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子用の光学レンズとして好適なレンズを用いた自転車用ライトに関する。さらに、ライト点灯用の光源として、半導体素子の発光を新規な構造のレンズで集光して外部へ出射する光源を用いた自転車用ライトに関する。さらに本発明は、発電部の磁石を回転体例えば車輪に取り付けることによりコイルと別体化した発電機、好ましくは自転車用ライトに好適な発電機とこれを備えた自転車に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
さらに本発明は、発電部が、磁石とコイルとを一体化することなく別体として備え、磁石を回転体に取り付けると共に、コイルを回転体の回転面に対して間隔を以て配置し、回転体を回転させ、コイルを横切る磁石の磁束の変化によって無接触でコイルに発電させることを特徴とする発電機、好ましくは、上記自転車用ライトに好適に使用できる発電機を提供するものである。
即ち、前記発電部は、好ましくは、車輪の少なくとも一本のスポークに取り付けられた磁石と、車輪の回転面に垂直に軸を向けて車体に取り付けられたコイルと、をそなえて構成され、前記発光素子に供給される電流が、車輪の回転により上記コイルの開口付近を横切る上記磁石の磁束の変化によって生じる起電力に基づくことを特徴としている。
また、本自転車用ライトは、好ましくは、前記発電部によって生ずる電流の前記光源への供給を制御する制御部と、光を検知するとともに上記制御部へ光検知信号を送る検知部とをそなえて構成され、上記制御部が上記検知部からの信号に基づき、前記光源の点灯と消灯との切り替えを自動に行うようになっている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の自転車用ライトは、バルク型レンズを用いることにより、ライトの照明強度を、半導体素子を増やすことなく大幅に上げることができ、ＬＤ，ＬＥＤなどの半導体素子の発光を有効に利用することができ、比較的高価な発光素子でも、実用として十分に利用できる。また、本発明の発電機は、磁石をコイルと別体に回転体、特に車輪に取り付けることにより非接触で発電できるので、ペダルへの負荷がかからず、従来の摩擦式の発電機に比して有利である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図１７に示すように、自転車用ライト１１１は、樹脂成形されたケース４０の内部に、複数のバルク型レンズ２０と、それらの収納部（凹部）６に収容される光源１と、回路４１が搭載された回路基板４２と、円筒状のコイル４３と、その筒内に挿入される磁性体４４と、ケース４０外部に配置される磁石５０とを備えて構成される。即ち、本実施例の発電機は、発電部３０を構成するコイル４３をケース４０に収納する一方、磁石５０をケース４０の外部に配置した構成で成る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次に、発電機の実施例を説明する。発電部を構成するコイル４３や磁性体４４は、それらの円筒軸を車輪の回転面に対して垂直になるようにケース４０内に設けられ、ケース４０はその内部でコイル４３や磁性体４４とが固定されるように樹脂成形される。
一方、ケース４０外部に設けられる磁石５０は永久磁石であり、例えば（１）ストロンチウム・フェライト磁石、（２）サマリウム・コバルト磁石、（３）ネオジウム・鉄・ホウ素磁石、（４）サマリウム・鉄・窒素磁石、（５）アルニコ磁石などを用いることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
一方、上記バルク型レンズ２０や光源１などを収納したケース４０は、図１８に示すように保護カバー５２を取り付けた車輪を支持する自転車軸６０に、コイル４３や磁性体４４を設けた側を近接させて取り付けられている。なお、磁石５０は、車軸の轂（こしき）からコイル４３や磁性体４４が取り付けられた高さ位置でスポーク６１に取り付けられて、車輪の回転に従動するようになっている。
さらに、図１６や図２１に示すように、保護カバー５２を取り付けたスポーク６１がコイル４３と最も近接した際に、コイル４３や磁性体４４が収納されているケース４０と磁石５０が収納されている保護カバー５２との隙間間隔Ｌ１が、１ｍｍ〜５ｍｍとなるように設計するのが望ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
上述の如く構成された自転車用ライト１１１の動作を説明する。
本実施例の発電機において、保護カバー５２に収納された磁石５０は、車輪の回転に伴って、車軸の轂を中心に回転して円運動を行い、図２１に示すように、コイル４３と磁性体４４とを収容したケースの横を横切る。
その際、コイル４３や磁性体４４の筒内を通過する磁束が変化する。このように、ケース４０の横を磁石５０が一つ横切ると、コイル４３に起電力が生じる。ここで、図２２は、ケース４０の横を保護カバー５２が二つ横切った時に生じた起電力を示すグラフである。この起電力が光源１に供給されて光が出射される。そして、光源１から放射状に出射された光がバルク型レンズ２０によって集光されて、照度の高い光が防滴カバー４５を経由して外部へ照射される。
また、複数のスポーク６１に磁石５０を取り付けた場合、車輪の回転に伴って、ケース４０の横を横切る磁石５０は複数になるため、コイル４３に生じる起電力は図２３に示すように連続的になる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
このように本発明の実施例に係る自転車用ライト１１１によれば、光源１としてＬＥＤ等を用いているので、電球に比べて消費電力を小さくすることができ、そのため発電機を小さくできる。また、光源１から出射される光をバルク型レンズ２０が集光して外部へ出射するので、照度の高い光を得ることができる。
さらに、自転車用ライト１１１に適用し得る発電機は、コイル４３と磁性体４４と磁石５０とによって、発電部３０として磁束変化に基づく起電力を光源１に供給するように構成されているので、従来の発電機のローラーとタイヤとの摩擦がないため、従来のローラーがタイヤに接触している場合に比べて自転車のペダルを軽く踏むことができる。
また、光源１の消費電力は、電球に比べて１／１０〜１／１００であるので、上記の如くコイル４３と磁性体４４と磁石５０とで構成される簡単な構造の発電機で良く、簡素な構造で構成できる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
【発明の効果】
このように本発明の自転車用ライトによれば、ＬＥＤなどの発光源を用いているので、電球に比べて消費電力を小さくすることができ、その結果、発電機を小さくできる。また、光源から出射される光をバルク型レンズが集光して外部へ出射するので、照度の高い光を得ることができる。
さらに、自転車用ライトに好適に使用できる本発明の発電機は、磁束変化に基づく起電力を光源に供給するように構成されているので、従来の発電機のローラーとタイヤとの摩擦がないため、従来のローラーがタイヤに接触している場合に比べて自転車のペダルを軽く踏むことができる。
また、ＬＥＤなどの光源の消費電力は、電球に比べて１／１０〜１／１００であるので、例えばコイルと磁性体と磁石とで構成される簡単な構造の発電機で良く、簡素な構造で構成できる。