(57)【要約】【課題】プロジェクタ形の灯具を改良し、光度が大きくて電力消費が少なく、耐用年数の長い作業灯を提供する。【解決手段】焦点に配置された光源から出射した光束が凹面のリフレクタで反射され非球面レンズ６で調光されて投射される作業灯において、光軸Ｚを含む面に沿って凹面が２分割された形状でかつ光軸を挟んで対称に配置された左半部反射面と右半部反射面と、この左半部反射面と右半部反射面の間を補間する自由曲面の反射面とからなる複合リフレクタ１６を備えるとともに、左半部反射面と右半部反射面のそれぞれの焦点に光源として発光ダイオードを配置する。この複合リフレクタを金属製材料で形成し、放熱板の役目を兼ねさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点に配置された光源から出射した光束が凹面のリフレクタで反射されレンズで調光されて投射される作業灯において、
光軸を含む面に沿って凹面が２分割された形状でかつ光軸を挟んで対称に配置された１対の反射面と、該１対の反射面の間を補間する自由曲面の反射面とからなる複合リフレクタを備えるとともに、
前記１対の反射面のそれぞれの焦点に光源として発光ダイオードを配置することを特徴とする作業灯。
【請求項２】
焦点に配置された光源から出射した光束が凹面のリフレクタで反射されレンズで調光されて投射される作業灯において、
光軸を挟んで対称に位置する平行な面に沿って凹面が３分割された形状の反射面と、該３個の反射面のうち隣接する相互間を補間する自由曲面の反射面とからなる複合リフレクタを備えるとともに、
前記反射面の焦点の内の複数個所に光源として発光ダイオードを配置することを特徴とする作業灯。
【請求項３】
焦点に配置された光源から出射した光束が凹面のリフレクタで反射されたレンズで調光されて投射される作業灯において、
光軸に平行な複数の面によって凹面が複数個に分割された形状の反射面と、
前記複数個の反射面のうち隣接する反射面の間が自由曲面からなる反射面により補間された形状からなる複合リフレクタを備えるとともに、
前記反射面の焦点の内の複数個所に光源として発光ダイオードを配置することを特徴とする作業灯。
【請求項４】
複合リフレクタは発光ダイオードの放熱板を兼ねる熱伝導性を有する材料で形成されことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載した作業灯。
【請求項５】
複合リフレクタで反射した光束が収束する位置をレンズの焦点付近とすることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載した作業灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は作業用の照明灯に係り、特に、小形軽量で消費電力が少なく、しかも光度が大きくて耐用年数が長くなるように改良した作業灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用前照灯及び作業灯としては、プロジェクタ形の灯具が周知である。
図６はプロジェクタ形作業灯の公知例を示す平断面図、図７は同じく正面外観図、図８は同じく側断面図である。
図６において符号４を付したのは、光軸Ｚ上に２個の焦点を有する反射面（例えば回転楕円面）を備えたリフレクタであって、ランプハウジング３内に設置されている。２個の焦点の内、光源を設置する側を第１焦点、反射光が集光する側を第２焦点ｍとする。
前記リフレクタ４の第１焦点にフィラメント７ａを位置させて光源バルブ７が配設されている。この光源バルブ７から出射した光束は、リフレクタ４で反射して第２焦点ｍ付近に集光する。この第２焦点ｍは、その前方に位置する非球面レンズ６の焦点位置と一致しており、この焦点を通過して拡散する光束は、非球面レンズ６で調光されて図の左方へ投射される。
前記非球面レンズ６は、リフレクタ４と光軸Ｚを共有して配置され、ランプハウジング３に対しレンズリテーナー５を介して装着されている。符号８はバルブソケット、９はランプハウジング３の後面を覆うキャップ、１０は光源バルブのコネクタである。
【０００３】
図７に示すプロジェクタ形作業灯は、ランプハウジング３の下方にボルト・ナット１２を備えていて、ステー１１を介して作業機（例えばショベルカー）に装着できるようになっている。符号１３は防水防塵用のベローズである。
図８に示すように、プロジェクタ形作業灯は左右に広い照明エリアを得るため、光源バルブ７のフィラメント７ａを水平方向に横長にしている。すなわちフィラメント７ａは図６において光軸Ｚに直交する細長い形状に表され、図８においては焦点ｆ付近に位置する極小の円として表される。
フィラメントは有限の大きさを有する部材であるから、これを厳密に焦点と一致させることはできない。本発明において焦点付近に位置するとは、焦点の直近に位置していることをいう。この公知例の作業灯は、フィラメント７ａを焦点の直近に横長に配置することによって左右に広がる照射エリアを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７ー２１１１０４号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９６０４号公報
【特許文献３】特開２００９−２７２１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した公知のプロジェクタ形灯具は小形軽量で大きい光度が得られるという長所があるので広く実用されているものの、電力消費量が大きいという問題、及び電球の寿命が短いという問題があった。
そこで、電力消費を節減するとともに光源部材の耐用年数を延長するため、白熱電球（例えばハロゲンランプ）に代えてＬＥＤ（発光ダイオード）を使用することも研究されている。
しかしながら、発光ダイオードには次のような問題がある。
ａ．発光ダイオードは白熱電球に比して光度が小さい。
ｂ．発光ダイオードは白熱電球に比して高温に耐えないから放熱に配慮を要する。
ｃ．発光ダイオードは出射角度が小さい
（注１）前記ａ、ｂは相互に関連しており、光度を上げようとして大形発光ダイオードを用いると発熱量が増加してしまい、温度上昇を抑制するには発光ダイオードを小形にせざるを得ない。
（注２）発光ダイオードの出射角度は、その型式によって異なるが、いずれも白熱電球の出射角度が立体角３６０度に近いのに比して著しく狭く、チップタイプの発光ダイオードでは例えば立体角７０〜１２０度である。
こうした事情により、従来例の発光ダイオード作業灯は、光軸に直交する基板上に発光ダイオードを配列し、その出射光を前面レンズで調光する構成であるが、実用上、所望の光度を得ることは困難であった。
【０００６】
本発明は以上に述べた事情に鑑みて為されたものであって、その目的は、プロジェクタ形の灯具を改良して、光度が大きくて電力消費が少なく、光源寿命の長いプロジェクタ形灯具を提供することであり、特に作業灯として好適なように工夫している。
換言すれば本発明は、プロジェクタ形の灯具の光源として発光ダイオードを用いることによって光源の省電力と長寿命とを図り、かつ、発光ダイオードにおける光度不足、放熱性、出射角度不足などの諸種の課題も解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の作業灯は、焦点に配置された光源から出射した光束が凹面のリフレクタで反射されレンズで調光されて投射される作業灯において、光軸を含む面に沿って凹面が２分割された形状でかつ光軸を挟んで対称に配置された１対の反射面と、該１対の反射面の間を補間する自由曲面の反射面とからなる複合リフレクタを備えるとともに、前記１対の反射面のそれぞれの焦点に光源として発光ダイオードを配置することを特徴とする。
これにより、リフレクタを構成する１対の反射面に、それぞれ焦点が存在し、その２つの焦点に光源である発光ダイオードを分散配置することができる。そして、２個所に光源を設置することによって光度が２倍になるとともに、２個所の光源が相互に離間しているので放熱性が向上する。
【０００８】
また本発明の作業灯は、焦点に配置された光源から出射した光束が凹面のリフレクタで反射されレンズで調光されて投射される作業灯において、光軸を挟んで対称に位置する平行な面に沿って凹面が３分割された形状の反射面と、該３個の反射面のうち隣接する相互間を補間する自由曲面の反射面とからなる複合リフレクタを備えるとともに、前記反射面の焦点の内の複数個所に光源として発光ダイオードを配置することを特徴とする。
これにより、リフレクタを構成する３個の反射面に、それぞれ焦点が存在し、その３つの焦点に光源である発光ダイオードを分散配置することができる。そして、複数個所に発光ダイオードを設置することによって光源の光度を大きくすることができるとともに、光源が分散されて放熱性が向上する。
【０００９】
また本発明の作業灯は、焦点に配置された光源から出射した光束が凹面のリフレクタで反射されたレンズで調光されて投射される作業灯において、光軸に平行な複数の面によって凹面が複数個に分割された形状の反射面と、前記複数個の反射面のうち隣接する反射面の間が自由曲面からなる反射面により補間された形状からなる複合リフレクタを備えるとともに、前記反射面の焦点の内の複数個所に光源として発光ダイオードを配置することを特徴とする。
なお、本例では分割面が光軸を通っているが、分割面が光軸を通らなくても光軸に平行であれば良い。
これにより、リフレクタを構成する複数の反射面に、それぞれ焦点が存在し、その複数の焦点の内の複数の焦点に光源である発光ダイオードを分散配置することができる。そして、複数個所に発光ダイオードを設置することによって光源の光度を大きくすることができるとともに、光源が分散されて放熱性が向上する。
【００１０】
また本発明に係る作業灯は、複合リフレクタは発光ダイオードの放熱板を兼ねる熱伝導性を有する材料で形成されことを特徴とする。
これにより、リフレクタが熱伝導性材料で形成されて発光ダイオードの放熱板を兼ねているので、格別の放熱部材を設けなくても所望の放熱性能が得られる。
【００１１】
また本発明に係る作業灯は、複合リフレクタで反射した光束が収束する位置をレンズの焦点付近とすることを特徴とする。
これにより、リフレクタで反射された光束が照射目標付近に向けて投光され、所望の照射パターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の作業灯の第１の実施形態の説明図である。
【図２】本発明の作業灯の第１の実施形態の複合リフレクタの説明図である。
【図３】本発明の作業灯の第１の実施形態における配光特性の説明図であり、図２（Ａ）に示す一方の照射パターンと図２（Ｂ）に示す他方の照射パターンの両方の照射パターンによる複合照射パターンを図２（Ｃ）に表している。
【図４】本発明の作業灯の第２の実施形態の複合リフレクタの説明図である。
【図５】本発明の作業灯の第３の実施形態を示し、図４（Ａ）は正面外観図、図４（Ｂ）は平断面図、図４（Ｃ）は側断面図である。
【図６】公知例のプロジェクタ形灯具の平断面図である。
【図７】公知例のプロジェクタ形灯具の正面外観図である。
【図８】公知例のプロジェクタ形灯具の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施例１＞
図１〜図３は、本発明の作業灯の第１の実施形態を示している。
図１は、複合リフレクタ１６とＬＥＤと非球面レンズ６の構成と、ＬＥＤからの光路の説明図である。複合リフレクタ１６とＬＥＤと非球面レンズ６以外の図示しない構成については、前述した図６〜図８に示す公知例の作業灯と同様である。
【００１４】
２個のＬＥＤ基板２２Ｌ、２２Ｒは、コの字形金具２３及び金属製の支柱２４を介して金属製の複合リフレクタ１６に取り付けられている。
コの字形金具２３には４個のＬＥＤが配設されており、その中の１個（下側右）について見ると、矢印ｄが主照射方向であり、出射角αが照射範囲である。そして、ＬＥＤ基板２２Ｒに複数個のＬＥＤを配設し、これにより複合リフレクタ１６の反射面の図示下半部をカバーし、同様にＬＥＤ基板２２Ｌに複数個のＬＥＤを配設して複合リフレクタ１６の反射面の図示上半部をカバーして、反射面の全面に光束を入射させることができる。このような構成とすることにより、ＬＥＤの出射光束の全部を有効に利用して、出射角度及び光度を大きくすることができる。
【００１５】
また、ＬＥＤで発生した熱は、コの字形金具２３及び金属製の支柱２４を経由して金属製の複合リフレクタ１６に伝導し、空気中に放散される。このように、リフレクタを伝熱性の材料で形成して放熱板を兼ねさせることにより、ＬＥＤの放熱性を改良することができる。
【００１６】
図２は、複合リフレクタ１６の説明図であり、図２（Ａ）の凹形状の回転楕円面鏡１４を図２（Ｂ）のごとく２分割して、最終的な図２（Ｃ）の形状とすることを表している。
【００１７】
図２（Ｂ）に示す回転楕円面鏡の左半部１４Ｌの左半部反射面１５Ｌと、右半部１４Ｒの右半部反射面１５Ｒには、図２（Ａ）の第１焦点ｆ１に相当する対称な位置にそれぞれ焦点ｆが存在する。Ｍ−Ｍは、回転楕円面鏡の左半部１４Ｌと右半部１４Ｒの中心線である。
【００１８】
そして、図２（Ｃ）に示すごとく、左半部反射面１５Ｌと、右半部反射面１５Ｒの間を埋めるように自由曲面からなる反射面１５Ｆが補間することにより、複合リフレクタ１６となる。この反射面１５Ｆの形状は、任意に設定することができる。ただし、分割前の第１焦点ｆ１に対応するＺ軸上の焦点ｆから出射して反射面１５Ｆで反射した光束が収束する個所を、前記左半部反射面１５Ｌと右半部反射面１５Ｒにおける第２焦点と同様な位置となるように設定することが望ましい。そして、このような形状の反射面を有する複合リフレクタ１６を金属材料によって形成し、その内側面に反射コーティング（アルミニウム皮膜）を施す。
自由曲面とは、球体や円柱などのように単純な数式では表わすことができない曲面であって、空間に交点と曲率をいくつか設定し、それらを補間する曲面のことである。
【００１９】
図３は、本実施例の作業灯における配光特性を表しており、図３（Ａ）は図２（Ｃ）の左半部反射面１５Ｌからの反射光束が照射パターン１８Ｒを示し、そして図３（Ｂ）は右半部反射面１５Ｒからの反射光束が照射パターン１８Ｌを示し、これらが重なって図３（Ｃ）に示す複合照射パターン１９が得られ、設計目標の照射区域１７をカバーすることができ、作業灯の配光特性として好適なものとなる。
（注）反射面による反射光束は第２焦点に収束して交差するので、左半部の反射面で反射した光束が右半部の照射パターンを形成し、右半部の反射面で反射した光束が左半部の照射パターンを形成する。
この複合照射パターン１９の形状は、反射面１５Ｆの設計的な工夫により、又は実験的な操作によって、所望のごとく設定することができる。
反射面の左右、及び照射パターンの左右については、作業者が投光方向に向いている状態に基づいて呼称する。
【００２０】
このような構成からなる本実施例の作業灯について、以下に照射機能を説明する。
図１に示す非球面レンズ６は、その焦点が複合リフレクタ１６の第２焦点ｆ２に一致するように配置される。
ＬＥＤから矢印ａのように出射した光束は、矢印ｂのように第２焦点ｆ２を経て非球面レンズ６に入射し矢印ｃのように前方へ投射される。
ＬＥＤから矢印ｄのように出射した光束は、矢印ｅのように第２焦点ｆ２を経て非球面レンズ６に入射し矢印ｇのように前方へ投射される。
ＬＥＤから矢印ｉのように出射した光束は矢印ｊのように第２焦点ｆ２を経て非球面レンズ６に入射し矢印ｋのように前方へ投射される。
本例では、矢印ｃ、ｇ、ｋそれぞれの投射角度は１５度である。
この図１は平面図であるから、矢印ｃ、ｇ、ｋの投射角度が１５度であるということは、本実施形態に係る作業灯の投射光束が左右に１５度の開き角度を有していることを意味し、作業灯として好適である。
【００２１】
＜実施例２＞
図４は、本発明の作業灯の第２の実施形態を示している。
図４は、本実施例の複合リフレクタ２１の説明図であり、図４（Ａ）の凹形状の回転楕円面鏡１４を、図４（Ｂ）のごとく第１焦点ｆ１を挟んで対向する光軸Ｚに平行な垂直面Ｐ、Ｐによって３分割した上で、最終的な図４（Ｃ）の形状を設計値とすることを表している。すなわち、図４（Ｂ）に示すごとく、左半部反射面２０Ｌと、右半部反射面２０Ｒを相互に離間させる方向へ平行移動させ、中央部反射面２０Ｍとのそれぞれの間隙を、自由曲面からなる反射面２０Ｆで補間した形状からなる、複合リフレクタ２１を構成するものである。なお、複合リフレクタ２１とＬＥＤ以外の図示しない構成については、前述した第１の実施形態及び図６〜図８に示す公知例の作業灯と同様である。
そして、図４（Ｃ）に示すごとく、左半部反射面２０Ｌと右半部反射面２０Ｒのそれぞれの第１焦点ｆ１（光軸Ｚを挟んで対称に位置する）付近に、ＬＥＤを配置した基板を設置し、各ＬＥＤは、それぞれ左半部反射面２０Ｌと右半部反射面２０Ｒを照射することとする。
【００２２】
＜実施例３＞
図５は、本発明の作業灯の第３の実施形態を示している。
図５（Ａ）は、本実施例の作業灯の複合リフレクタ２５を光が照射される正面から見た外観図、図５（Ｂ）は平断面図、図５（Ｃ）は側断面図である。
図５は、複合リフレクタ２５の説明図であり、複合リフレクタ２５が、光軸Ｚを通る２面により４個に分割された形状の反射面２６Ｒ、２６Ｍ、２６Ｌ、２６Ｍを有している。この４個の反射面２６Ｒ、２６Ｍ、２６Ｌ、２６Ｍのうち隣接する２個の反射面の間の４個所が、自由曲面からなる反射面２６Ｆで補間される形状を有している。
そして、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すごとく、反射面２６Ｌと反射面２６Ｒのそれぞれの第１焦点（光軸Ｚを挟んで対称に位置する）付近に２枚のＬＥＤ基板２７Ｌ、２７Ｒを設置するとともに、それぞれの基板に４個のチップタイプの白色ＬＥＤを配置する。本発明を実施する場合、ＬＥＤの形式や配置は任意に定めることができる。
本例では分割面が光軸を通っているが、必ずしも分割面が光軸を通らなくてもよく、光軸に平行であればよく、また２つの分割面に限定されることなく、３つ以上の分割面で分割される構成でもよいものである。
これにより、複合リフレクタが、光軸Ｚに平行な複数の面に沿って複数個に分割されるとともに、分割された反射面の間を自由曲面からなる反射面が補間する形状をなすことから、分割された反射面の焦点も複数存在し、これらの焦点に対応する個所に光源としての発光ダイオードを分散して複数個配置することができるものである。
【００２３】
本発明を実施する場合、所望の照明エリアが得られるよう、リフレクタの反射面形状、その位置、姿勢、及び焦点位置などを適宜に修正することも可能である。
【符号の説明】
【００２４】
６…非球面レンズ
１４…回転楕円面鏡
１４Ｌ…左半部
１４Ｒ…右半部
１５…反射面
１５Ｆ…反射面
１５Ｌ…左半部反射面
１５Ｒ…右半部反射面
１６…複合リフレクタ
１７…照射区域（設計目標）
１８Ｌ、１８Ｒ…照射パターン
１９…複合照射パターン
２０Ｆ…反射面
２０Ｌ…左半部反射面
２０Ｍ…中央部反射面
２０Ｒ…右半部反射面
２１…複合リフレクタ
２２、２２Ｌ、２２Ｒ…ＬＥＤ基板
２３…コの字形金具
２４…支柱
２５…複合リフレクタ
２６Ｆ、２６Ｌ、２６Ｒ、２６Ｍ…反射面
２７Ｌ、２７Ｒ…ＬＥＤ基板
ｆ…焦点
ｆ１…第１焦点
ｆ２…第２焦点
Ｚ…光軸
α…出射角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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