JP2010102978A - 車両用灯具 - Google Patents

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雄治 安田
Takashi Inoue
貴司 井上
Seiichiro Yagi
誠一郎 八木
Junichi Shimizu
淳一 清水
Yuji Tamaki
裕士 玉木
Tetsuya Sugiyama
哲也 杉山
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Koito Manufacturing Co Ltd
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Nippon Steel Materials Co Ltd
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Abstract

【課題】車両用灯具の軽量化を図るとともに、光源としての半導体発光素子から生じた熱を効率的に拡散させる。
【解決手段】車両用灯具１０は、光源としての半導体発光素子３２と、半導体発光素子３２を支持する支持部材としてのブラケット５０と、を備える。ブラケット５０は、半導体発光素子３２と接する領域の少なくとも一部が等方的熱伝導性を有する第１伝熱部材を含み、第１伝熱部材と接する領域が異方的熱伝導性を有する第２伝熱部材を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用灯具に関し、特に半導体発光素子を光源とする車両用灯具に関する。
近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）などの半導体発光素子を光源として用いた車両用灯具が提案されている。車両用灯具の光源として半導体発光素子を用いる場合、車両用灯具に要求される光量レベルを満足するために、半導体発光素子の発光を最大限利用することが求められている。
一般に、半導体発光素子は、高出力を得るために大きな電流を供給すると発熱が増えるが、発熱によって半導体発光素子の温度が高温になると発光効率が低下するという性質を有する。そのため、半導体発光素子からの熱を効率良く放熱するために、種々の車両用灯具の放熱構造が提案されている。たとえば、半導体発光素子を支持する支持部材を放熱性に優れるアルミニウムなどの金属で形成し、金属製支持部材によって半導体発光素子で発生した熱を効率よく拡散させて、半導体発光素子の温度上昇を抑える技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−２１４１４４号公報
ところで、近年、車両の燃費向上や運動性能向上などの観点から車両の軽量化が求められており、そのため車両用灯具についても軽量化が求められている。このような状況において、本発明者は以下の課題を認識するに至った。すなわち、車両用灯具を軽量化する方法としては、半導体発光素子を支持する支持部材を、アルミニウムなどの金属よりも軽量な材料、たとえば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）に置き換えることが考えられる。
ＣＦＲＰは、複数の炭素繊維を熱硬化性樹脂などで接着して形成された層状のコア材（プリプレグ）が多数積層された構造であり、コア材の積層方向に熱が伝わりにくく、コア材の延在方向に熱が伝わりやすいという異方的熱伝導性を有している。そのため、ＣＦＲＰを半導体発光素子の支持部材として用いた場合には、アルミニウムなどの等方的熱伝導性を有する金属からなる支持部材と比べて、半導体発光素子から生じた熱を効率よく拡散させることができないという問題があった。
本発明は、発明者によるこうした認識に基づいてなされたものであり、その目的は、車両用灯具の軽量化を図るとともに、光源としての半導体発光素子から生じた熱を効率的に拡散させる技術の提供にある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様は車両用灯具であり、この車両用灯具は、光源としての半導体発光素子と、半導体発光素子を支持する支持部材と、を備え、支持部材は、半導体発光素子と接する領域の少なくとも一部が等方的熱伝導性を有する第１伝熱部材を含み、第１伝熱部材と接する領域が異方的熱伝導性を有する第２伝熱部材を含むことを特徴とする。
この態様によれば、車両用灯具の軽量化を図るとともに、光源としての半導体発光素子から生じた熱をより効率的に拡散させることができる。
上記態様において、第２伝熱部材は、層状のコア材が積層された構造であって、コア材の延在方向に異方的熱伝導性を有し、第１伝熱部材は、複数のコア材と交わるように設けられていてもよい。これによれば、より効率的に熱を拡散させることができる。
また、上記態様において、支持部材は、略板状の本体部と、本体部の一方の面から突出し、突出方向に沿った面に半導体発光素子が搭載される光源搭載部と、を含んでもよい。このような構成においても、車両用灯具の軽量化を図るとともに、光源としての半導体発光素子から生じた熱を効率的に拡散させることができる。
また、上記態様において、支持部材は、略板状の本体部と、本体部の一方の面から突出し、突出方向に沿った面に半導体発光素子が搭載される光源搭載部と、を含み、コア材は、本体部から光源搭載部にかけて延在していてもよい。これによれば、より効率的に熱を拡散させることができる。
また、上記態様において、放熱フィンが本体部の他方の面に設けられていてもよい。これによれば、より効率的に熱を拡散させることができる。
また、上記態様において、第１伝熱部材と第２伝熱部材とを互いに固定する固定部材を備えていてもよい。これによれば、第１伝熱部材の第２伝熱部材からの抜け落ちを防止できる。
また、上記態様において、第２伝熱部材は、第１伝熱部材より質量が軽くてもよい。また、第２伝熱部材は、３２０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で２０％以上含有する炭素繊維強化プラスチックであってもよい。これらによれば、車両用灯具の軽量化を図るとともに、光源としての半導体発光素子から生じた熱を効率的に拡散させることができる。
また、本発明の他の態様もまた車両用灯具であり、この車両用灯具は、光源としての半導体発光素子と、半導体発光素子を支持する支持部材と、を備え、支持部材は、半導体発光素子の熱を拡散せしめる第１伝熱部材と、第１伝熱部材に接し、異方的熱伝導性を有する第２伝熱部材とを含み、第１伝熱部材は、第２伝熱部材の異方的熱伝導性が原因となって生じる、半導体発光素子の熱の拡散がしにくい方向に熱を拡散せしめることを特徴とする。
この態様によれば、車両用灯具の軽量化を図るとともに、光源としての半導体発光素子から生じた熱をより効率的に拡散させることができる。
また、上記態様において、第２伝熱部材は、孔ないし凹部を有し、第１伝熱部材が孔ないし凹部にはめ込まれる形で両者が接し、半導体発光素子が第１伝熱部材に取り付けられてもよい。これによれば、製造工程の複雑化を回避できる。
本発明によれば、車両用灯具の軽量化を図るとともに、光源としての半導体発光素子から生じた熱を効率的に拡散させることができるようになる。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
（実施形態１）
本発明は、光源としての半導体発光素子と、半導体発光素子を支持する支持部材と、を備えた車両用灯具に係るものである。本発明の車両用灯具では、支持部材が半導体発光素子の熱を拡散せしめる第１伝熱部材と、第１伝熱部材に接し、異方的熱伝導性を有する第２伝熱部材とを含む。そして、第１伝熱部材が、第２伝熱部材の異方的熱伝導性が原因となって生じる、半導体発光素子の熱の拡散がしにくい方向に熱を拡散せしめることで、半導体発光素子から生じた熱を効率的に拡散させている。
図１は、実施形態１に係る車両用灯具の概略水平断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線上の断面図である。図３は、ブラケットの概略構成図である。図１では、車両の左前方に取り付けられる車両用灯具を例として示している。車両右前方に配置される車両用灯具は、図１の構成とは線対称の配置となる。
図１および図２に示すように、実施形態１に係る車両用灯具１０は、灯具ボディ１２と、灯具ボディ１２の前端開口部に取り付けられた透光カバー１４とで形成された灯室内に、光源としての半導体発光素子３２を含む灯具ユニット３０が収容された構成である。また、灯室内には半導体発光素子３２を支持する支持部材としてのブラケット５０が収容されており、灯具ユニット３０は、ブラケット５０に固定されている。
灯具ユニット３０は、反射型のプロジェクタ型灯具ユニットであり、半導体発光素子３２と、半導体発光素子３２からの光を車両前方へ反射するリフレクタ３４とを備える。また、灯具ユニット３０は、ブラケット５０に固定されたシェード３６と、シェード３６に保持された投影レンズ３８とを備える。
半導体発光素子３２は、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、略半球状のキャップに覆われた発光チップ３２ａと、セラミックなどで形成された熱伝導性絶縁基板３２ｂとを備える。発光チップ３２ａは、熱伝導性絶縁基板３２ｂ上に配置されている。半導体発光素子３２は、その照射軸が灯具ユニット３０の照射方向（図２中左方向）と略垂直となる略鉛直上方に向けられた状態で、ブラケット５０の後述する光源搭載部５４ａ〜５４ｃ上に載置されている。なお、半導体発光素子３２の照射軸は、その形状や前方に照射される配光に応じて調整可能である。また、半導体発光素子３２は、複数の発光チップ３２ａを設けた構成であってもよい。
リフレクタ３４は、たとえば回転楕円面の一部で構成された反射面が内側に形成された反射部材であり、その一端がブラケット５０に固定されている。また、シェード３６は、略水平に配置された平面部３６ａを有しており、この平面部３６ａよりも前方領域は下方に凹状に湾曲された湾曲部３６ｂとして構成され、半導体発光素子３２から出射した光を反射しないようになっている。リフレクタ３４は、その第１焦点が半導体発光素子３２近傍に位置し、そしてその第２焦点がシェード３６の平面部３６ａと湾曲部３６ｂとが為す稜線３６ｃ近傍に位置するように設計配置されている。
投影レンズ３８は、リフレクタ３４の反射面にて反射した光を灯具前方に投影する、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであって、車両前後方向に延びる光軸上に配置され、シェード３６の車両前方側先端部にて固定されている。投影レンズ３８の後方焦点は、例えばリフレクタ３４の第２焦点と略一致するように構成されている。また、投影レンズ３８は、その後側焦点を含む後側焦点面上の像を、灯具前方に配置された鉛直仮想スクリーン上に反転像として投影するように構成されている。
半導体発光素子３２の発光チップ３２ａから出射した光は、リフレクタ３４の反射面にて反射され、第２焦点を通って投影レンズ３８に入射する。投影レンズ３８に入射した光は、投影レンズ３８で集光されて略平行な光として前方に照射される。また、シェード３６の稜線３６ｃを境界線として、一部の光が平面部３６ａにて反射し、光が選択的にカットされて車両前方に投影される配光パターンに斜めカットオフラインが形成される。
図１ないし図３に示すように、ブラケット５０は水平断面視で複数回折れ曲がった略板状の本体部５２と、本体部５２の一方の面から突出し、突出方向に沿った面に半導体発光素子３２が搭載される光源搭載部５４ａ〜５４ｃとを備える。
本体部５２には、所定の辺縁部に螺孔５１が設けられており、ブラケット５０は、螺孔５１が灯具ボディ１２を貫通して前方に延出するエイミングスクリュー６０、６２、およびレベリングシャフト６４に螺合することで、灯具ボディ１２に取り付けられている。レベリングシャフト６４はレベリングアクチュエータ６６に接続されている。車両用灯具１０は、エイミングスクリュー６０、６２と、レベリングシャフト６４およびレベリングアクチュエータ６６によって、灯具ユニット３０の光軸を水平方向あるいは垂直方向に調整できるように構成されている。
また、ブラケット５０は、３つの光源搭載部５４ａ〜５４ｃを備え、３つの灯具ユニット３０を取り付けることが可能である。なお、図１では、光源搭載部５４ａに取り付けられた灯具ユニット３０のみを図示し、光源搭載部５４ｂおよび光源搭載部５４ｃに取り付けられた灯具ユニット３０は図示を省略している。光源搭載部５４ａ〜５４ｃは、半導体発光素子３２と接する領域の少なくとも一部が、たとえばアルミなどの金属から成り、等方的熱伝導性を有する第１伝熱部材で形成された第１伝熱部材領域５６ａ〜５６ｃを含む。光源搭載部５４ａ〜５４ｃの第１伝熱部材と接する領域、本実施形態では第１伝熱部材領域５６ａ〜５６ｃ以外の領域は、異方的熱伝導性を有する第２伝熱部材で形成されている。また、本体部５２は、第２伝熱部材で形成されている。ブラケット５０は、その大部分、たとえば体積分率で８０％以上が第２伝熱部材であることがことが好ましい。
図４は、図１におけるＡ−Ａ線上の拡大部分断面模式図である。
本体部５２と、光源搭載部５４ａ〜５４ｃの第１伝熱部材領域５６ａ〜５６ｃ以外の領域とを形成する第２伝熱部材（図３参照）は、第１伝熱部材より質量が軽い部材であり、たとえば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。ＣＦＲＰは、好ましくは３２０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で２０％以上含有するものであり、より好ましくは５００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で５０％以上含有するものである。
第２伝熱部材は、層状のコア材が積層された多層構造である。また、コア材は、多数の炭素繊維が略平行に配列され、たとえばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により各炭素繊維が接着された略シート状形状を有する。そして、第２伝熱部材は、コア材の延在方向に熱が伝わりやすく、コア材の積層方向に熱が伝わりにくい。言い換えれば、第２伝熱部材は、コア材内で熱伝導しやすく、コア材間で熱伝導しにくい性質を有する。すなわち第２伝熱部材は、コア材の延在方向に異方的熱伝導性を有する。具体的には、第２伝熱部材におけるコア材の延在方向の熱伝導率は第１伝熱部材の熱伝導率よりも高く、コア材の積層方向の熱伝導率は第１伝熱部材の熱伝導率よりも低い。
本実施形態では、図４に示すように、本体部５２および光源搭載部５４ａの第１伝熱部材領域５６ａ以外の領域が、コア材５３ａ〜５３ｃを積層して構成された第２伝熱部材で形成されている。光源搭載部５４ａは、たとえばコア材５３ａ〜５３ｃが積層された略板状の本体部５２の一方の主表面から、コア材５３ａ〜５３ｃを略垂直方向に展延させて形成される。そのため、コア材５３ａ〜５３ｃは、本体部５２から光源搭載部５４ａにかけて連続しており、すなわち本体部５２から光源搭載部５４ａにかけて延在している。
光源搭載部５４ａは、半導体発光素子３２の載置領域に貫通孔５５ａを有している。そして、第１伝熱部材領域５６ａは、第１伝熱部材が貫通孔５５ａに嵌め込まれる形で形成される。そのため、第１伝熱部材は、複数のコア材と交わるように光源搭載部５４ａに設けられ、第１伝熱部材と第２伝熱部材とが互いに接した状態となっている。なお、光源搭載部５４ａに、貫通孔５５ａではなく溝を含む凹部を形成し、該凹部に第１伝熱部材を嵌め込んで第１伝熱部材領域５６ａを形成してもよい。
図１、図２、および図４に示すように、本体部５２の光源搭載部５４ａ〜５４ｃが形成された面と反対側の面には、放熱フィン５８が設けられている。また、図１および図２に示すように、灯室内には、放熱フィン５８に向けて空気を送風し、放熱フィン５８を冷却するファン７０が設けられている。図１では、光源搭載部５４ａに対応する放熱フィン５８とファン７０のみを図示している。
このような構成における半導体発光素子３２で発生した熱の放熱機序について説明する。図４中の矢印で示すように、まず、半導体発光素子３２で発生した熱は、第１伝熱部材の等方的熱伝導性のために、半導体発光素子３２と接する第１伝熱部材領域５６ａ内を等方的に拡散していく。そして、第１伝熱部材領域５６ａ内の熱は、第１伝熱部材と接触する第２伝熱部材の複数のコア材５３ａ〜５３ｃに伝達される。コア材５３ａ〜５３ｃに伝達された熱は各コア材内を移動し、光源搭載部５４ａ内を異方的に拡散していく。続いて、光源搭載部５４ａ内の熱は、光源搭載部５４ａから本体部５２にかけて連続しているコア材５３ａ〜５３ｃ内を移動して、本体部５２に拡散する。光源搭載部５４ａから本体部５２に拡散した熱は、放熱フィン５８に伝達され、放熱フィン５８においてファン７０から送られた空気との間で熱交換が行われる。
ここで、第２伝熱部材のみで形成された光源搭載部に半導体発光素子３２を載置した場合には、半導体発光素子３２で発生した熱は、第２伝熱部材の異方的熱伝導性のために、半導体発光素子３２と接する最表面のコア材には伝達されるが、他のコア材には伝達されにくい。そのため、半導体発光素子３２で発生した熱の拡散には、主に最表面のコア材が寄与し、他のコア材はほとんど寄与しないこととなり、半導体発光素子３２で発生した熱が効率的に拡散されずに半導体発光素子３２の近傍に留まってしまう。その結果、半導体発光素子３２の温度が過度に上昇してしまうおそれがある。
一方、本実施形態では、半導体発光素子３２が接する領域に、第２伝熱部材のコア材間の熱伝導性よりも高く、かつ等方的な熱伝導性を有する第１伝熱部材が嵌め込まれた第１伝熱部材領域５６ａを設けている。そして、第１伝熱部材を複数のコア材と交わるように設けている。これにより、半導体発光素子３２で発生した熱を、第１伝熱部材を介して各コア材に伝達することができるため、最表面のコア材だけでなく、第１伝熱部材と接する複数のコア材を熱の拡散に寄与せしめることができる。そのため、半導体発光素子３２で発生した熱を半導体発光素子３２から離れる方向に効率的に拡散させることができ、その結果、半導体発光素子３２における過度の温度上昇を抑えることができる。
また、本実施形態では、第２伝熱部材のコア材内の熱伝導性は、第１伝熱部材の熱伝導性よりも高い構成となっている。そのため、第１伝熱部材から各コア材に伝達された熱は、各コア材内を半導体発光素子３２から離れる方向に迅速に拡散していく。その結果、半導体発光素子３２で発生した熱をより効率的に拡散させることができる。
なお、図５に示すように、シート状の固定部材８０を光源搭載部５４ａの表面と第１伝熱部材領域５６ａの表面とを被覆するように設けてもよい。図５には示されていないが、光源搭載部５４ｂ、５４ｃ、と第１伝熱部材領域５６ｂ、５６ｃについても同様である。これによれば、固定部材８０によって第１伝熱部材と第２伝熱部材とが互いに固定されるため、第１伝熱部材の第２伝熱部材からの抜け落ちを防止することができる。固定部材８０の形状は特に限定されず、たとえば第１伝熱部材と第２伝熱部材とに軸が一致するように螺孔を設け、該螺孔にネジを挿入して互いを固定するようにしてもよい。図５は、固定部材８０を設けた状態を示す概略模式図である。
また、放熱フィン５８の本体部５２側の端部を本体部５２内に埋没あるいは貫通させ、本体部５２を形成する各コア材と交わるようにしてもよい。これによれば、半導体発光素子３２から各コア材に伝達された熱をより効率的に放熱フィン５８に伝達することができる。
以上説明した構成による作用効果を総括すると、本実施形態では、ブラケット５０の光源搭載部５４ａ〜５４ｃに、等方的熱伝導性を有する第１伝熱部材からなる第１伝熱部材領域５６ａ〜５６ｃを設けている。また、ブラケット５０の第１伝熱部材領域５６ａ〜５６ｃ以外の領域を異方的熱伝導性を有し、第１伝熱部材より質量が軽い第２伝熱部材で形成している。そのため、車両用灯具１０が軽量となり、また半導体発光素子３２から生じた熱を効率的に拡散させることができる。
ＬＥＤなどの半導体発光素子３２は、温度の上昇によって発光効率が低下するという性質を有するが、本実施形態の車両用灯具１０によれば、半導体発光素子３２の過度の温度上昇を抑えることができるため、半導体発光素子３２の発光効率の低下を抑制することができる。その結果、半導体発光素子３２を光源として用いた車両用灯具１０の製品信頼性を向上させることができる。
また、車両用灯具１０では、第１伝熱部材を、第２伝熱部材を構成する複数のコア材と交わるように配置している。そのため、複数のコア材を半導体発光素子３２で発生した熱の拡散に寄与せしめることが可能となり、より効率的に熱を拡散させることができる。また、本体部５２と光源搭載部５４ａ〜５４ｃにかけてコア材５３ａ〜５３ｃが連続しているため、光源搭載部５４ａ〜５４ｃから本体部５２へ効率的に熱を拡散させることができる。
また、ブラケット５０の大部分、たとえば体積分率で８０％以上が第２伝熱部材で構成され、第２伝熱部材であるＣＦＲＰが好ましくは３２０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で２０％以上含有し、より好ましくは５００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で５０％以上含有する場合には、車両用灯具１０のさらなる軽量化と熱伝導性の向上を図ることができる。
さらに、車両用灯具１０では、第１伝熱部材から成る第１伝熱部材領域５６ａ〜５６ｃに半導体発光素子３２の載置面を設けている。そして、ＣＦＲＰなどの第２伝熱部材に比べて金属などの第１伝熱部材は加工が容易である。そのため、より簡単に半導体発光素子３２の位置決めなどが可能となり、製造工程数および製造コストの上昇を抑えることができる。また、第１伝熱部材と第２伝熱部材とを互いに固定する固定部材８０を設けることで、第１伝熱部材の抜け落ちを防止することができる。
（変形例）
実施形態１に係る車両用灯具１０としては、次のような変形例が挙げられる。
（第１変形例）
図６（ａ）、（ｂ）は、実施形態１の第１変形例を説明するための概略図である。図６（ａ）は、ブラケットの概略構成を示し、図６（ｂ）は、ブラケットに放熱フィンと灯具ユニット３０とを取り付けた状態を示している。また、図７は、第１変形例に係る車両用灯具の概略垂直断面図である。
図６（ａ）、（ｂ）、および図７に示すように、第１変形例に係る車両用灯具１０のブラケット１５０は、略板状の本体部１５２と、本体部１５２の一方の面から突出し、突出方向に沿った面に半導体発光素子３２が搭載される光源搭載部１５４ａ〜１５４ｃとを備える。本体部１５２には、所定の辺縁部に螺孔１５１が設けられており、ブラケット１５０は、螺孔１５１がエイミングスクリュー６０、６２（図１参照）、およびレベリングシャフト６４に螺合することで、灯具ボディ１２に取り付けられている。本体部１５２の他方の面には放熱フィン１５８が設けられている。
ブラケット１５０は、３つの光源搭載部１５４ａ〜１５４ｃを備え、３つの灯具ユニット３０を取り付けることが可能である。ブラケット１５０では、本体部１５２が光源搭載部１５４ａ〜１５４ｃにおける灯具ユニット３０の取付面１５７ａ〜１５７ｃに対して水平断面視で傾いており、そのため、本体部１５２が灯具ユニット３０の光軸、あるいは車両の前後方向に大きく傾く構成となっている。したがって、本変形例のブラケット１５０は、灯室が水平断面視で車両の前後方向に傾いた車両用灯具１０に好適に用いられる。なお、図６（ｂ）では、光源搭載部１５４ａに取り付けられた灯具ユニット３０のみを図示している。また、灯具ユニット３０のリフレクタ３４は省略している。
第１変形例に係るブラケット１５０では、光源搭載部１５４ａ〜１５４ｃと、光源搭載部１５４ａ〜１５４ｃと当接する領域を含む本体部１５２の一部とが第１伝熱部材で形成され、第１伝熱部材領域１５６を構成している。そして、本体部１５２の第１伝熱部材領域１５６以外の領域は第２伝熱部材で形成されている。第１伝熱部材領域１５６は、光源搭載部１５４ａ〜１５４ｃと本体部１５２の一部を形成する第１伝熱部材が、本体部１５２の他の部分を構成する第２伝熱部材に設けられた貫通孔もしくは凹部に嵌め込まれて形成される。第１伝熱部材は、複数のコア材と交わるように本体部１５２に設けられている。
ブラケット１５０では、第１伝熱部材が等方的熱伝導性を有するため、半導体発光素子３２で発生した熱は、第１伝熱部材領域１５６内を光源搭載部１５４ａ〜１５４ｃから本体部１５２の方向に等方的に拡散する。そして、第１伝熱部材領域１５６内を拡散した熱は、本体部１５２において第１伝熱部材から、第１伝熱部材領域１５６に接する第２伝熱部材に伝達され、本体部１５２内を拡散して放熱フィン１５８に伝達される。また、第１伝熱部材領域１５６の一部は放熱フィン１５８と接しており、半導体発光素子３２で発生した熱の一部は、第１伝熱部材領域１５６から放熱フィン１５８に直接伝達される。放熱フィン１５８に伝達された熱は、ファン７０から送られた空気との間で熱交換が行われる。
（第２変形例）
図８（ａ）、（ｂ）は、実施形態１の第２変形例を説明するための概略図である。図８（ａ）は、ブラケットの概略構成を示し、図８（ｂ）は、ブラケットの水平断面を示している。なお、図８では、ブラケット３５０を灯具ボディ１２に取り付けるための螺孔、および放熱フィンの図示を省略している。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第２変形例に係る車両用灯具１０のブラケット３５０は、略板状の本体部３５２と、本体部３５２の一方の面から突出し、突出方向に沿った面に半導体発光素子が搭載される光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃとを備える。ブラケット３５０では、本体部３５２が光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃにおける灯具ユニットの取付面３５７ａ〜３５７ｃに対して水平断面視で傾いており、そのため、本体部３５２が灯具ユニットの光軸、あるいは車両の前後方向に大きく傾く構成となっている。
第２変形例に係るブラケット３５０では、光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃは互いに分離しており、光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃの本体部３５２と当接する側の面に突起部３５９ａ〜３５９ｃが形成されている。また、光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃは第１伝熱部材で形成され、第１伝熱部材領域３５６ａ〜３５６ｃを構成している。一方、本体部３５２には突起部３５９ａ〜３５９ｃが挿入される取付用貫通孔３５２ａ〜３５２ｃが形成されており、本体部３５２は、第２伝熱部材で形成されている。そして、第１伝熱部材領域３５６ａ〜３５６ｃは、光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃの突起部３５９ａ〜３５９ｃが本体部３５２の取付用貫通孔３５２ａ〜３５２ｃに挿入されて形成されている。第１伝熱部材は、突起部３５９ａ〜３５９ｃにおいて第２伝熱部材の複数のコア材と交わった状態となる。また、光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃが本体部３５２の主表面に当接している。これにより、光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃの本体部３５２からの抜け落ちを防止している。
ブラケット３５０では、半導体発光素子で発生した熱は、第１伝熱部材領域３５６ａ〜３５６ｃ内を光源搭載部３５４ａ〜３５４ｃから本体部３５２の方向に等方的に拡散する。そして、第１伝熱部材領域３５６ａ〜３５６ｃ内を拡散した熱は、本体部３５２の取付用貫通孔３５２ａ〜３５２ｃの内側面において、第１伝熱部材から第２伝熱部材に伝達され、本体部３５２内を拡散して放熱フィンに伝達される。また、突起部３５９ａ〜３５９ｃの頂部面は放熱フィンと接しており、半導体発光素子で発生した熱の一部は、第１伝熱部材領域３５６ａ〜３５６ｃから放熱フィンに直接伝達される。放熱フィンに伝達された熱は、ファンから送られた空気との間で熱交換が行われる。
このように、実施形態１の第１変形例および第２変形例に係る車両用灯具においても、車両用灯具の軽量化とともに、半導体発光素子で発生した熱を効率的に拡散させることができ、半導体発光素子における過度の温度上昇を抑えることができる。また、実施形態１と同様に他の効果も得ることができる。また、第２変形例に係る車両用灯具では、ブラケット３５０における第１伝熱部材の量を低減し、ブラケット３５０全体に占める第２伝熱部材の割合を増やすことができるため、車両用灯具のより一層の軽量化を図ることができる。
（実施形態２）
実施形態２に係る車両用灯具は、灯具ユニットが直射型の灯具ユニットであり、ブラケットが直射型の灯具ユニットを固定可能な構成となっている点が実施形態１と異なる。以下、本実施形態について説明する。なお、車両用灯具のその他の構成は実施形態１と同一であり、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図９は、実施形態２に係る車両用灯具の概略水平断面図である。図１０は、図９におけるＢ−Ｂ線上の断面図である。図１１は、ブラケットの概略構成図である。
図９および図１０に示すように、実施形態２に係る車両用灯具１０は、灯具ボディ１２と、透光カバー１４とで形成された灯室内に、光源としての半導体発光素子２３２を含む灯具ユニット２３０が収容された構成である。また、灯室内には灯具ユニット２３０を支持する支持部材としてのブラケット２５０が収容されており、灯具ユニット２３０は、ブラケット２５０に固定されている。
灯具ユニット２３０は、直射型のプロジェクタ型灯具ユニットであり、半導体発光素子２３２と、ブラケット２５０に固定されたシェード２３６と、シェード２３６に保持された投影レンズ２３８とを備える。
半導体発光素子２３２は、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、略半球状のキャップに覆われた発光チップ２３２ａと、セラミックなどで形成された熱伝導性絶縁基板２３２ｂとを備える。半導体発光素子２３２は、その照射軸が灯具ユニット２３０の照射方向（図１０中左方向）と略平行となる車両前方に向けられた状態で、ブラケット２５０の後述する光源搭載部２５４ａ〜２５４ｃ上に載置されている。
シェード２３６は、略水平に配置された平面部２３６ａを有しており、この平面部２３６ａよりも前方領域は下方に凹状に湾曲された湾曲部２３６ｂとして構成され、半導体発光素子２３２から出射した光を反射しないようになっている。また、シェード２３６は、平面部２３６ａと湾曲部２３６ｂとが為す稜線２３６ｃを有する。
投影レンズ３８は、半導体発光素子２３２から出射した光を灯具前方に投影する、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであって、車両前後方向に延びる光軸上に配置され、シェード２３６の車両前方側先端部に固定されている。投影レンズ２３８の後方焦点は、例えば半導体発光素子２３２の発光チップ２３２ａと略一致するように構成されている。
発光チップ２３２ａから出射した光は、投影レンズ２３８に直接入射する。投影レンズ２３８に入射した光は、投影レンズ２３８で集光されて略平行な光として前方に照射される。また、シェード２３６の稜線２３６ｃを境界線として、一部の光が平面部２３６ａにて反射し、配光パターンに斜めカットオフラインが形成される。
図９ないし図１１に示すように、ブラケット２５０は水平断面視で略波形板状の本体部２５２を有する。本体部２５２には、半導体発光素子２３２が搭載される光源搭載部２５４ａ〜２５４ｃが含まれる。
本体部２５２には、所定辺縁部に螺孔２５１が設けられており、ブラケット２５０は、螺孔５１がエイミングスクリュー６０、６２、およびレベリングシャフト６４に螺合することで、灯具ボディ１２に取り付けられている。また、本体部２５２には３つの光源搭載部２５４ａ〜２５４ｃが含まれ、３つの灯具ユニット２３０を取り付けることが可能である。なお、図９では、光源搭載部２５４ａに取り付けられた灯具ユニット２３０のみを図示している。
さらに、本体部２５２には、光源搭載部２５４ａ〜２５４ｃの半導体発光素子２３２と接する領域の少なくとも一部を含むように、たとえばアルミなどの金属から成り、等方的熱伝導性を有する第１伝熱部材で形成された第１伝熱部材領域２５６が設けられている。光源搭載部２５４ａ〜２５４ｃの第１伝熱部材と接する領域、本実施形態では本体部２５２の第１伝熱部材領域２５６以外の領域は、異方的熱伝導性を有する第２伝熱部材で形成されている。ブラケット２５０は、その大部分、たとえば体積分率で８０％以上が第２伝熱部材であることがことが好ましい。
第２伝熱部材は、第１伝熱部材より質量が軽い部材、たとえば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）であり、層状のコア材が積層された多層構造である。ＣＦＲＰは、好ましくは３２０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で２０％以上含有するものであり、より好ましくは５００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で５０％以上含有するものである。コア材は、多数の炭素繊維が略平行に配列され、たとえばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により各炭素繊維が接着された略シート状形状を有する。そして、第２伝熱部材は、コア材の延在方向に異方的熱伝導性を有する。
第１伝熱部材領域２５６は、第１伝熱部材が本体部２５２に設けられた貫通孔あるいは凹部に嵌め込まれる形で形成され、第１伝熱部材は複数のコア材と交わるように本体部２５２に設けられている。
図９および図１０に示すように、本体部２５２の半導体発光素子２３２が搭載される面と反対側の面には、放熱フィン２５８が設けられている。また、灯室内には、放熱フィン２５８に向けて空気を送風し、放熱フィン２５８を冷却するファン７０が設けられている。図９では、光源搭載部２５４ａに対応する放熱フィン２５８とファン７０のみを図示している。
このような構成において、半導体発光素子２３２で発生した熱は、半導体発光素子２３２と接する第１伝熱部材領域２５６内を等方的に拡散していく。そして、第１伝熱部材領域５６ａ内の熱は、第１伝熱部材領域２５６に接する第２伝熱部材の複数のコア材に伝達され、各コア材内を移動して本体部５２内を異方的に拡散して、放熱フィン５８に伝達される。また、第１伝熱部材領域２５６の一部は放熱フィン２５８と接しており、半導体発光素子２３２で発生した熱の一部は、第１伝熱部材領域２５６から放熱フィン２５８に直接伝達される。放熱フィン２５８に伝達された熱は、ファン７０から送られた空気との間で熱交換が行われる。
なお、シート状の固定部材を本体部２５２の表面と第１伝熱部材領域２５６の表面とを被覆するように設けてもよい。これによれば、第１伝熱部材の第２伝熱部材からの抜け落ちを防止することができる。固定部材の形状は特に限定されず、たとえば第１伝熱部材と第２伝熱部材とに軸が一致するように螺孔を設け、該螺孔にネジを挿入して互いを固定するようにしてもよい。また、放熱フィン２５８の本体部２５２側の端部を本体部２５２内に埋没あるいは貫通させ、本体部２５２を形成する各コア材と交わるようにしてもよい。これによれば、半導体発光素子２３２から各コア材に伝達された熱をより効率的に放熱フィン２５８に伝達することができる。
以上説明した構成による作用効果を総括すると、実施形態２に係る車両用灯具１０は、ブラケット２５０における半導体発光素子２３２と接する領域に、等方的熱伝導性を有する第１伝熱部材からなる第１伝熱部材領域２５６を設けている。また、ブラケット２５０の第１伝熱部材領域２５６以外の領域を、異方的熱伝導性を有し第１伝熱部材より質量が軽い第２伝熱部材で形成している。そのため、車両用灯具１０が軽量となり、また半導体発光素子２３２から生じた熱を効率的に拡散させることができる。その結果、半導体発光素子３２の発光効率の低下を抑制することができ、車両用灯具１０の製品信頼性を向上させることができる。
また、実施形態２に係る車両用灯具１０においても、第１伝熱部材を、第２伝熱部材を構成する複数のコア材と交わるように配置している。そのため、複数のコア材を半導体発光素子２３２で発生した熱の拡散に寄与せしめることが可能となり、より効率的に熱を拡散させることができる。また、ブラケット２５０の大部分、たとえば体積分率で８０％以上が第２伝熱部材で構成され、第２伝熱部材であるＣＦＲＰが好ましくは３２０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で２０％以上含有し、より好ましくは５００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で５０％以上含有する場合には、車両用灯具１０のさらなる軽量化と熱伝導性の向上を図ることができる。
さらに、第１伝熱部材から成る第１伝熱部材領域２５６に半導体発光素子３２の載置面を設けており、第２伝熱部材に比べて第１伝熱部材は加工が容易であるため、より簡単に半導体発光素子３２の位置決めなどが可能となり、製造工程数および製造コストの上昇を抑えることができる。また、第１伝熱部材と第２伝熱部材とを互いに固定する固定部材８０を設けることで、第１伝熱部材の抜け落ちを防止することができる。
（変形例）
実施形態２に係る車両用灯具１０としては、次のような変形例が挙げられる。図１２（ａ）、（ｂ）は、実施形態２の変形例を説明するための概略図である。図１２（ａ）は、ブラケットの概略構成を示し、図１２（ｂ）は、ブラケットの水平断面を示している。なお、図１２では、ブラケット４５０を灯具ボディ１２に取り付けるための本体部４５２に設けられた螺孔、本体部４５２に設けられた放熱フィンの図示を省略している。また、本体部４５２は略平板状としている。
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、変形例に係る車両用灯具１０のブラケット４５０は、略平板状の本体部４５２を有し、本体部４５２には、半導体発光素子が搭載される光源搭載部４５４ａ〜４５４ｃが含まれ、光源搭載部４５４ａ〜４５４ｃの半導体発光素子と接する領域の少なくとも一部を含むように、第１伝熱部材で形成された第１伝熱部材領域４５６ａ〜４５６ｃが設けられている。第１伝熱部材領域４５６ａ〜４５６ｃは互いに分離している。第１伝熱部材領域４５６ａ〜４５６ｃを形成する第１伝熱部材は、円柱状の円柱部４５６ａ１〜４５６ｃ１と、円柱部４５６ａ１〜４５６ｃ１の直径よりも大きい直径を有し、円柱部４５６ａ１〜４５６ｃ１の一方の頂部面に設けられた径止部４５６ａ２〜４５６ｃ２とを備えた、水平断面視略Ｔ字形状である。一方、本体部４５２には円柱部４５６ａ１〜４５６ｃ１が挿入される取付用貫通孔４５２ａ〜４５２ｃが形成されており、本体部４５２は、第２伝熱部材で形成されている。
第１伝熱部材領域４５６は、第１伝熱部材の円柱部４５６ａ１〜４５６ｃ１が本体部４５２の取付用貫通孔４５２ａ〜４５２ｃに挿入されて形成されており、そのため、第１伝熱部材は、円柱部４５６ａ１〜４５６ｃ１において第２伝熱部材の複数のコア材と交わった状態となる。また、径止部４５６ａ２〜４５６ｃ２の直径は取付用貫通孔４５２ａ〜４５２ｃの直径よりも大きく、径止部４５６ａ２〜４５６ｃ２が本体部４５２の主表面に当接している。これにより、第１伝熱部材領域４５６ａ〜４５６ｃを形成する第１伝熱部材の本体部４５２からの抜け落ちを防止している。なお、円柱部４５６ａ１〜４５６ｃ１の形状は、たとえば四角柱状などの他の形状であってもよい。
ブラケット４５０では、半導体発光素子で発生した熱が、第１伝熱部材領域４５６ａ〜４５６ｃ内を等方的に拡散する。そして、第１伝熱部材領域４５６内を拡散した熱は、本体部４５２の取付用貫通孔４５２ａ〜４５２ｃの内側面において、第１伝熱部材から第２伝熱部材の複数のコア材に伝達され、本体部４５２内を拡散して放熱フィンに伝達される。また、第１伝熱部材領域４５６ａ〜４５６ｃの一部、すなわち円柱部４５６ａ１〜４５６ｃ１の径止部４５６ａ２〜４５６ｃ２と反対側の頂部面は放熱フィンと接しており、半導体発光素子で発生した熱の一部は、第１伝熱部材領域４５６ａ〜４５６ｃから放熱フィンに直接伝達される。放熱フィンに伝達された熱は、ファンから送られた空気との間で熱交換が行われる。
このように、実施形態２の変形例に係る車両用灯具においても、車両用灯具の軽量化とともに、半導体発光素子で発生した熱を効率的に拡散させることができ、半導体発光素子における過度の温度上昇を抑えることができる。また、実施形態２と同様に他の効果も得ることができる。さらに、変形例に係る車両用灯具では、ブラケット４５０における第１伝熱部材の量を低減し、ブラケット４５０全体に占める第２伝熱部材の割合を増やすことができるため、車両用灯具のより一層の軽量化を図ることができる。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、灯具ユニット３０、２３０は、車両前方に投影される配光パターンに斜めカットオフラインが形成されるロービーム用灯具ユニットであるが、灯具ユニット３０、２３０は、斜めカットオフラインを形成しないハイビーム用灯具ユニットなどであってもよい。
また、上述の各実施形態の車両用灯具１０は、たとえば自動車用ヘッドランプや、テールランプ、もしくはフォグランプ、ドライビングランプなどの補助前照灯などに適用することができる。
実施形態１に係る車両用灯具の概略水平断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線上の断面図である。 ブラケットの概略構成図である。 図１におけるＡ−Ａ線上の拡大部分断面模式図である。 固定部材を設けた状態を示す概略模式図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、実施形態１の第１変形例を説明するための概略図である。 第１変形例に係る車両用灯具の概略垂直断面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、実施形態１の第２変形例を説明するための概略図である。 実施形態２に係る車両用灯具の概略水平断面図である。 図９におけるＢ−Ｂ線上の断面図である。 ブラケットの概略構成図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、実施形態２の変形例を説明するための概略図である。
符号の説明
１０ 車両用灯具、 １２ 灯具ボディ、 １４ 透光カバー、 ３０、２３０ 灯具ユニット、 ３２、２３２ 半導体発光素子、 ３２ａ、２３２ａ 発光チップ、 ３２ｂ、２３２ｂ 熱伝導性絶縁基板、 ３４ リフレクタ、 ３６、２３６ シェード、 ３８、２３８ 投影レンズ、 ５０、１５０、２５０、３５０、４５０ ブラケット、 ５２、１５２、２５２、３５２、４５２ 本体部、 ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ コア材、 ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、２５４ａ、２５４ｂ、２５４ｃ、３５４ａ、３５４ｂ、３５４ｃ、４５４ａ、４５４ｂ、４５４ｃ 光源搭載部、 ５５ａ 貫通孔、 ５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、１５６、２５６、３５６ａ、３５６ｂ、３５６ｃ、４５６ａ、４５６ｂ、４５６ｃ 第１伝熱部材領域、 ５８、１５８、２５８ 放熱フィン、 ７０ ファン、 ８０ 固定部材、 １５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃ 取付面、 ３５２ａ、３５２ｂ、３５２ｃ、４５２ａ、４５２ｂ、４５２ｃ 取付用貫通孔、 ３５９ａ、３５９ｂ、３５９ｃ 突起部、 ４５６ａ１、 ４５６ｂ１、 ４５６ｃ１ 円柱部、 ４５６ａ２、４５６ｂ２、４５６ｃ２ 径止部。

Claims (10)

  1. 光源としての半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子を支持する支持部材と、
    を備え、前記支持部材は、前記半導体発光素子と接する領域の少なくとも一部が等方的熱伝導性を有する第１伝熱部材を含み、前記第１伝熱部材と接する領域が異方的熱伝導性を有する第２伝熱部材を含むことを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記第２伝熱部材は、層状のコア材が積層された構造であって、コア材の延在方向に異方的熱伝導性を有し、
    前記第１伝熱部材は、複数の前記コア材と交わるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 前記支持部材は、略板状の本体部と、前記本体部の一方の面から突出し、突出方向に沿った面に前記半導体発光素子が搭載される光源搭載部と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
  4. 前記支持部材は、略板状の本体部と、前記本体部の一方の面から突出し、突出方向に沿った面に前記半導体発光素子が搭載される光源搭載部と、を含み、
    前記コア材は、前記本体部から前記光源搭載部にかけて延在していることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
  5. 放熱フィンが前記本体部の他方の面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の車両用灯具。
  6. 前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材とを互いに固定する固定部材を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の車両用灯具。
  7. 前記第２伝熱部材は、前記第１伝熱部材より質量が軽いことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の車両用灯具。
  8. 前記第２伝熱部材は、３２０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する炭素繊維を体積分率で２０％以上含有する炭素繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の車両用灯具。
  9. 光源としての半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子を支持する支持部材と、
    を備え、前記支持部材は、前記半導体発光素子の熱を拡散せしめる第１伝熱部材と、前記第１伝熱部材に接し、異方的熱伝導性を有する第２伝熱部材とを含み、
    前記第１伝熱部材は、前記第２伝熱部材の異方的熱伝導性が原因となって生じる、前記半導体発光素子の熱の拡散がしにくい方向に熱を拡散せしめることを特徴とする車両用灯具。
  10. 前記第２伝熱部材は、孔ないし凹部を有し、前記第１伝熱部材が前記孔ないし凹部にはめ込まれる形で両者が接し、前記半導体発光素子が前記第１伝熱部材に取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載の車両用灯具。
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