JP2010003451A - 車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体発光素子（ＬＥＤ）の発光効率が低下しないように放熱を効果的に行うとともに、内部の温度分布が均一となるようにし、投影レンズの温度が上昇するようにした着雪し易くなるのを防止し、さらに、半導体発光素子の発光光の利用効率が高くなるようにし、安定した高い照度の車両用灯具を提供する。
【解決手段】半導体発光素子の発光光を光源とし、該発光光を投影レンズに導いて車両外部を照射する車両用灯具であり、前記投影レンズからの照射方向に対して発光光が後方に向けて出射するように半導体発光素子を配置し、該半導体発光素子の前方に単数または複数の投影レンズを配置するとともに、後方に前記半導体素子の発光光を反射し前記投影レンズに入射させる楕円リフレクタを配置してなり、金属材料により一体成型されたレンズホルダに、前記半導体発光素子および投影レンズを配設する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源に半導体発光素子（ＬＥＤ）を採用した車両用灯具に関するものである。
従来、車両用灯具の光源には、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ／約３２００ｌｍ）やハロゲン電球（１０００〜１５００ｌｍ）が採用されてきたが、消費電力の低減および大幅な小型化のために半導体発光素子を採用した所謂プロジェクタ型の車両用灯具が提案されている（例えば、特許文献１）。
このような車両用灯具の光源として採用した半導体発光素子がＬＥＤである場合は、１光源あたりの明るさが約４００ｌｍと少なく、ヘッドランプとするためには、複数のランプユニットを組み合わせ、必要な明るさを確保して配光性能を向上する必要がある。しかしながら、半導体発光素子の発光光を楕円リフレクタで反射して集光し、投影レンズに入射してヘッドランプの配光を形成する場合、容積の限られたヘッドランプでは複数のランプユニットを組み合わせると投影レンズの大きさに限界が生じ、光の利用率が低下して暗くなるという問題がある。
また、配光の中心光度を高めるために、光源を傾け、投影レンズの中心軸上のリフレクタ位置と光源からの発光光の出射方向の位置を合わせる設定を行ったとしても、十分な明るさが得られない。そこで、ヘッドランプとしての明るさが得られるようにするため、半導体発光素子に大電流を流して光量を増加することも考えられるが、発熱が大きくなると、半導体発光素子の性質により明るさが低下したり点灯しなくなる不具合が生じ、寿命が短くなるという問題がある。そこで、半導体発光素子を冷却するために、この半導体発光素子に放熱部材（ヒートシンク）を配設する試みがなされている（特許文献２参照）。
特開２００３−３１７５１３号公報 特開２００６−２６９２７１号公報
ところで、上記特許文献１、２のようなプロジェクタ型の車両用灯具の場合は、投影レンズの後方にリフレクタを配置し、このリフレクタの内部に半導体発光素子を配設する構成となっている。ところが、このような構成の車両用灯具であると、その背面がエンジンによる熱の影響を受け、半導体発光素子の発熱を十分に放熱して冷却できないという問題がある。また、内部の温度分布が不均一となり、アウターレンズの内面に曇り現象が起き易いなどの問題がある。さらに、半導体発光素子がＬＥＤの場合、発光光には赤外線成分が少ないことから、投影レンズの表面温度が上昇せず、降雪時にアウターレンズに着雪が生じてしまう問題があった。
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたもので、半導体発光素子の発光効率が低下しないように放熱を効果的に行うとともに、内部の温度分布が均一となるようにし、アウターレンズの温度が上昇するようにして着雪し易くなるのを防止し、さらに、半導体発光素子の発光光の利用率が高くなるようにし、安定した高い照度の車両用灯具の提供を目的とするものである。
そこで本発明は、以下に述べる各手段により上記課題を解決するようにした。即ち、請求項１記載の発明では、半導体発光素子の発光光を光源とし、該発光光を投影レンズに導いて車両外部を照射する車両用灯具であり、前記投影レンズからの照射方向に対して発光光が後方に向けて出射するように半導体発光素子を配置し、該半導体発光素子の前方に単数または複数の投影レンズを配置するとともに、後方に前記半導体素子の発光光を反射し前記投射レンズに入射させる楕円リフレクタを配置してなり、金属材料により一体成形されたレンズホルダに前記半導体発光素子および前記投影レンズを配設して車両用灯具となるようにする。
請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の車両用灯具において、レンズホルダの外周の一部に放熱フィンが形成されているようにする。
請求項３記載の発明では、上記請求項１記載の車両用灯具において、楕円リフレクタの反射領域外の半導体発光素子からの発光光を反射する放物面リフレクタを、前記半導体発光素子の後方に配設する。
請求項４記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用灯具において、投影レンズの焦点の近傍で配光パターンのカットオフを形成する遮光シャッタをレンズホルダに備えるようにする。
本発明により構成された車両用灯具によれば、半導体発光素子からの発熱を効果的に放熱することができので、発光効率を低下することなく安定した高い照度を維持することができ、寿命を長くすることができる。また、内部の温度分布を均一化することができるので、アウターレンズの内面の曇り現象の発生を防ぐことができ、さらに、アウターレンズの温度を上昇させることができることから、降雪時における着雪の問題も同時に解決することができる。そして、本発明によれば、楕円リフレクタの反射領域外の半導体発光素子からの発光光を放物面リフレクタにより反射するようにしたので、発光光の利用効率が向上し、より明るい車両用灯具とすることができる。なお、本発明によれば、レンズホルダにヒートシンク（放熱フィン）を備えるようにしたので、このヒートシンクによりデザイン的効果を付与することができる。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例の説明においては、半導体発光素子にＬＥＤを採用したものを前提として説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例は複灯式の車両用灯具１となるようにしたもので、図１は平面図、図２は正面図、図３は概略断面図を示し、図４に分解斜視図を示す。同各図において、車両用灯具１の主体部となるレンズホルダ１１は、例えば、アルミなど軽合金などの金属材料による鋳造や鍛造などにより上部レンズホルダ１１Ａと下部レンズホルダ１１Ｂが一体成形されている。
前記上部レンズホルダ１１Ａと下部レンズホルダ１１Ｂの前面には投影窓１１ａが形成され、外周の側部にはヒートシンク１１ｂが形成されている。上部レンズホルダ１１Ａおよび下部レンズホルダ１１Ｂは、後部が開放して内部が中空状態となっており、すれ違いビームなどの配光パターンが要求される場合には、遮光シャッタ１１ｃを設ける。
前記レンズホルダ１１に装着するレンズユニット２１には投影レンズとして凸レンズを採用し、ガラスまたはアクリルなどの樹脂材料で上部凸レンズ２１Ａと下部凸レンズ２１Ｂが一体化されたもので、この上部凸レンズ２１Ａおよび下部凸レンズ２１Ｂの背面を前記上部レンズホルダ１１Ａと下部レンズホルダ１１Ｂの投影窓１１ａに一致させて配置し、接着などの適宜手段により固定する。なお、本実施例においては上部凸レンズ２１Ａと下部凸レンズ２１ｂを一体化して構成してあるが、各々の凸レンズを個々別体のものを採用するようにしてもよい。
つぎに、光源ユニット３１は、熱伝導性に優れた基板３１ａ上にＬＥＤ３１ｂを固定してなるもので、このＬＥＤ３１ｂは複数のＬＥＤ素子を横長のアレイ状に一体化したものである。そして、基板３１ａをレンズホルダ１１にネジ止めしたとき、ＬＥＤ３１ｂの中心が上部凸レンズ２１Ａと下部凸レンズ２１Ｂの光軸間の中央に位置するようにする。このように光源ユニット３１がレンズホルダ１１に配設されると、ＬＥＤ３１ｂからの発光光は上部凸レンズ２１Ａと下部凸レンズ２１Ｂからの照射方向とは逆の後方へ出射されることになる。
前記のようにしてＬＥＤ３１ｂから出射された発光光は、ＬＥＤ３１ｂの後方に配設された楕円リフレクタ４１により反射されることになる。この楕円リフレクタ４１は、その支脚４１ａが前記レンズホルダ１１にネジ止めされて固定されるようにしたものであり、ＬＥＤ３１ｂの発光光を反射して上部レンズホルダ１１Ａへ導く第１楕円反射面４１ｂと下部レンズホルダ１１Ｂへ導く第２楕円反射面４１ｃが形成されている。
このように前記楕円リフレクタ４１を配設する場合において、第１楕円反射面４１ｂと第２楕円反射面４１ｃの第１焦点Ｆ１をＬＥＤ３１ｂの発光面の近傍となるようにし、第１楕円反射面４１ｂの第２焦点Ｆ２を上部凸レンズ２１Ａの焦点位置近傍に、第２楕円反射面４１ｃの第２焦点Ｆ２を下部凸レンズ２１Ｂの焦点位置近傍となるようにする。楕円リフレクタ４１は、このようにしてＬＥＤ３１ｂを覆う傘のように配置されることから、面発光される発光光の有効な範囲である鉛直から角度１４０°の範囲が反射領域となり、高い効率による発光光の反射が可能となる。なお、配光パターンの形成は、上部凸レンズ２１Ａ、下部凸レンズ２１Ｂを通して広がり角が得られるよう、第２焦点Ｆ２の位置を前後左右に変えることにより行うことができる。
以上のようにして第１実施例の車両用灯具１を構成した場合、ＬＥＤ３１ｂの発光光は横方向への広がりがあることから、すべての発光光を楕円リフレクタ４１により反射することができない。そこで、第１実施例の車両用灯具１では楕円リフレクタ４１の両側部に放物面リフレクタ４１ｄを付設することにした。
この放物面リフレクタ４１ｄは、ＬＥＤ３１ｂの発光面の近傍が焦点となるようにし、その反射面は回転放物面あるいは左右への広がりが得られるような自由曲面形状とする。これにより、図５に示すように楕円リフレクタ１４により反射された主照射光Ｂ１は上部凸レンズ２１Ａおよび下部凸レンズ２１Ｂから出射され、放物面リフレクタ４１ｄにより反射された副照射光Ｂ２は直接外部へ出射されることになり、照射効率を向上することができる。
第１実施例の車両用灯具１は以上のように構成されているので、ＬＥＤ３１ｂの発熱は基板３１ａからレンズホルダ１１に伝わり、このレンズホルダ１１およびヒートシンク１１ｂから外部に放散され、これにより、ＬＥＤ３１ｂの冷却効果を向上し発光効率の低下を防止することができる。また、レンズホルダ１１の温度が上昇することから、アウターレンズの曇り現象を防止することができるとともに、着雪を防止する効果が得られる。
（第２実施例）
本発明の第２実施例は単灯式の車両用灯具５となるようにしたもので、図６は平面図、図７は正面図、図８は概略断面図を示し、図９に分解斜視図を示す。同各図において、車両用灯具５の主体部となるレンズホルダ５１は、第１実施例と同様にアルミなど軽合金などの金属材料による鋳造や鍛造などにより一体成形されている。
前記レンズホルダ５１の前面には投影窓５１ａが形成され、外周の側部にヒートシンク５１ｂが形成されている。このレンズホルダ５１は、後部が開放して内部が中空状態となっており、すれ違いビームなどの配光パターンが要求される場合には、遮光シャッタ５１ｃを設ける。前記レンズホルダ５１に装着する投影レンズとしての凸レンズ６１は、ガラスまたはアクリルなどの樹脂材料で形成されたもので、前記レンズホルダ５１の投影窓５１ａに一致させて配置し、接着などの適宜手段により固定する。
つぎに、光源ユニット７１は、熱伝導性に優れた基板７１ａ上にＬＥＤ７１ｂを固定してなるもので、このＬＥＤ７１ｂは複数のＬＥＤ素子を横長のアレイ状に一体化したものである。そして、基板７１ａをレンズホルダ５１にネジ止めしたとき、ＬＥＤ７１ｂの中心が前記凸レンズ６１の下側になるようにする。このように光源ユニット７１がレンズホルダ５１に配設されると、ＬＥＤ７１ｂからの発光光は凸レンズ６１からの照射方向とは逆の後方へ出射されることになる。
前記のようにしてＬＥＤ７１ｂから出射された発光光は、ＬＥＤ７１ｂの後方に配設された楕円リフレクタ８１に反射されることになる。この楕円リフレクタ８１は、その支脚８１ａが前記レンズホルダ５１にネジ止めされて固定されるようにしたものであり、ＬＥＤ７１ｂの発光光を反射してレンズホルダ５１へ導く第１楕円反射面８１ｂと第２楕円反射面８１ｃが形成されている。
このように前記楕円リフレクタ８１を配設する場合において、ＬＥＤ７１ｂの発光面の近傍を第１焦点Ｆ１と定め、凸レンズ６１の焦点位置を第１楕円反射面８１ｂの第２焦点Ｆ２−１とする。そして、第２楕円反射面８１ｃの第２焦点Ｆ２−２が凸レンズ６１の前方位置となるようにする。
楕円リフレクタ８１は、このようにしてＬＥＤ７１ｂを覆う傘のように配置されることから、光使用率が高くなる。なお、配光パターンの形成は、凸レンズ６１を通して広がり角が得られるよう、第２焦点Ｆ２−１、Ｆ２−２の位置を前後左右に変えることにより行うことができる。
以上のようにして第２実施例の車両用灯具５を構成した場合、ＬＥＤ７１ｂの発光光の特に下方へ向かう発光光を楕円リフレクタ８１で反射させることができなくなる。そこで、第２実施例の車両用灯具５では楕円リフレクタ８１の下側部に放物面リフレクタ８１ｄを付設することにした。
この放物面リフレクタ８１ｄは、ＬＥＤ７１ｂの発光面の近傍が焦点となるようにし、その反射面は回転放物面あるいは左右への広がりが得られるような自由曲面形状とする。これにより、図８に示すように楕円リフレクタ８１により反射された主照射光Ｂ１は凸レンズ６１から出射され、放物面リフレクタ８１ｄにより反射された副照射光Ｂ２は直接外部へ出射されることになり、面発光される発光光の有効な範囲である鉛直から１４０°の範囲が反射領域となり、高い効率による発光光の反射が可能となる。
第２実施例の車両用灯具５は以上のように構成されているので、ＬＥＤ７１ｂの発熱は基板７１ａからレンズホルダ５１に伝わり、このレンズホルダ５１およびヒートシンク５１ｂから外部に放散され、これにより、ＬＥＤ７１ｂの冷却効果が向上し発光効率の低下を防止することができる。また、レンズホルダ５１の温度が上昇することから、アウターレンズの曇り現象を防止することができるとともに、着雪を防止する効果が得られる。
本発明の第１実施例に係る車両用灯具の平面図である。 本発明の第１実施例に係る車両用灯具の正面図である。 本発明の第１実施例に係る車両用灯具の概略断面図である。 本発明の第１実施例に係る車両用灯具の分解斜視図である。 本発明の第１実施例に係る車両用灯具の作用を説明する図である。 本発明の第２実施例に係る車両用灯具の平面図である。 本発明の第２実施例に係る車両用灯具の正面図である。 本発明の第２実施例に係る車両用灯具の概略断面図である。 本発明の第２実施例に係る車両用灯具の分解斜視図である。
符号の説明
１・・・・・・車両用灯具（第１実施例）
１１・・・・・レンズホルダ
１１Ａ・・・・上部レンズホルダ
１１Ｂ・・・・下部レンズホルダ
１１ａ・・・・投影窓
１１ｂ・・・・ヒートシンク（放熱フィン）
１１ｃ・・・・遮光シャッタ
２１・・・・・レンズユニット
２１Ａ・・・・上部凸レンズ
２１Ｂ・・・・下部凸レンズ
３１・・・・・光源ユニット
３１ａ・・・・基板
３１ｂ・・・・ＬＥＤ
４１・・・・・楕円リフレクタ
４１ａ・・・・支脚
４１ｂ・・・・第１楕円反射面
４１ｃ・・・・第２楕円反射面
４１ｄ・・・・放物面リフレクタ
５・・・・・・車両用灯具（第２実施例）
５１・・・・・レンズホルダ
５１ａ・・・・投影窓
５１ｂ・・・・ヒートシンク（放熱フィン）
５１ｃ・・・・遮光シャッタ
６１・・・・・凸レンズ
７１・・・・・光源ユニット
７１ａ・・・・基板
７１ｂ・・・・ＬＥＤ
８１・・・・・楕円リフレクタ
８１ａ・・・・支脚
８１ｂ・・・・第１楕円反射面
８１ｃ・・・・第２楕円反射面

Claims (4)

  1. 半導体発光素子の発光光を光源とし、該発光光を投影レンズに導いて車両外部を照射する車両用灯具であり、
    前記投影レンズからの照射方向に対して発光光が後方に向けて出射するように半導体発光素子を配置し、該半導体発光素子の前方に単数または複数の投影レンズを配置するとともに、後方に前記半導体素子の発光光を反射し前記投影レンズに入射させる楕円リフレクタを配置してなり、
    金属材料により一体成形されたレンズホルダに前記半導体発光素子および前記投影レンズを配設したことを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記レンズホルダの外周の一部に放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用灯具。
  3. 前記楕円リフレクタの反射領域外の半導体発光素子からの発光光を反射する放物面リフレクタを、前記半導体発光素子の後方に配設したことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具。
  4. 前記投影レンズの焦点の近傍で配光パターンのカットオフを形成する遮光シャッタを前記レンズホルダに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用灯具。
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