JP2010238604A - 発光素子モジュール化部材および灯具ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】LED等の発光素子の取扱いを容易にする。
【解決手段】第1LED22、第2LED42をモジュール化するための発光素子モジュール化部材である。この発光素子モジュール化部材は、平板状のベース部を有するヒートシンク51、52と、ベース部の中央部より端部寄りの部位から、ベース部に対して垂直方向に延設された第1LED搭載板25、第2LED搭載板45と、第1LED搭載板25、第2LED搭載板45の面のうち、ベース部の中央部に面している方の面である第1面と、第1面の反対側の面である第2面とに各々設けられた、第1LED22、第2LED42を保持するための発光素子保持部とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】第1LED22、第2LED42をモジュール化するための発光素子モジュール化部材である。この発光素子モジュール化部材は、平板状のベース部を有するヒートシンク51、52と、ベース部の中央部より端部寄りの部位から、ベース部に対して垂直方向に延設された第1LED搭載板25、第2LED搭載板45と、第1LED搭載板25、第2LED搭載板45の面のうち、ベース部の中央部に面している方の面である第1面と、第1面の反対側の面である第2面とに各々設けられた、第1LED22、第2LED42を保持するための発光素子保持部とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、LED(Light Emitting Diode)などの発光素子をモジュール化するための発光素子モジュール化部材、および該発光素子モジュール化部材を用いた灯具ユニットに関する。
従来、LED等の発光素子を光源として使用した車両用灯具が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
ところで、通常、車両用灯具の光源としてLEDを用いる場合、複数のLEDをヒートシンクに搭載することで放熱を行っている。複数のLEDが発する熱を効率的に放熱させる場合、ヒートシンクの体積は非常に大きなものとなる。そのため、例えば1個のLEDが故障した場合であっても、LED交換のために車両用灯具から大きなヒートシンク全体を取り外さなければならず、取扱いが困難であった。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、LED等の発光素子の取扱いを容易にすることのできる発光素子モジュール化部材、および該発光素子モジュール化部材を用いた灯具ユニットを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光素子モジュール化部材は、発光素子をモジュール化するための発光素子モジュール化部材であって、平板状のベース部を有するヒートシンクと、ベース部の中央部より端部寄りの部位から、ベース部に対して垂直方向に延設された発光素子搭載板と、発光素子搭載板の面のうち、ベース部の中央部に面している方の面である第1面と、第1面の反対側の面である第2面とに各々設けられた、発光素子を保持するための発光素子保持部とを備える。
この態様によると、発光素子をヒートシンクと合わせた1つのモジュールとして取り扱うことができる。例えば1個のLEDが故障した場合であっても、1つの発光素子モジュールだけを車両用灯具から取り外せばよいので、発光素子の取扱いが容易となる。
また、本態様では、ヒートシンクのベース部の中央部より端部よりの部位から、発光素子を搭載するための発光素子搭載板が延設されている。このような構造をとることにより、様々な光学系に適用可能な発光素子モジュール化部材を構成できる。
ヒートシンクを強制空冷するファンをさらに備えてもよい。この場合、発光素子の放熱効率を高めることができる。
本発明の別の態様は、灯具ユニットである。この灯具ユニットは、第1および第2の上述の発光素子モジュール化部材を有する灯具ユニットであって、第1および第2の発光素子モジュール化部材が、第1の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第1面と第2の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第2面とが対向するように配置されており、第1および第2の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板上に、光出射方向が互いに逆方向になるようにそれぞれ発光素子が搭載されている。
本発明のさらに別の態様もまた、灯具ユニットである。この灯具ユニットは、第1および第2の上述の発光素子モジュール化部材を有する灯具ユニットであって、第1および第2の発光素子モジュール化部材が、第1の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第2面と第2の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第2面とが対向するように配置されており、第1および第2の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板上に、光出射方向が互いに逆方向になるようにそれぞれ発光素子が搭載されている。
本発明のさらに別の態様もまた、灯具ユニットである。この灯具ユニットは、上述の発光素子モジュール化部材を有する灯具ユニットであって、発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第1面と第2面に、光出射方向が互いに逆方向になるようにそれぞれ発光素子が搭載されている。
本発明によれば、発光素子の取扱いを容易にすることのできる発光素子モジュール化部材、および該発光素子モジュール化部材を用いた灯具ユニットを提供できる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る車両用灯具について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施に係る車両用灯具10の概略断面図である。車両用灯具10は、例えば車両の前端部分に取り付けられ、すれ違いビームを点消灯可能な前照灯である。
車両用灯具10は、図1に示すように、光透過性の透光カバー12と、ランプボディ14とを備えている。そして、透光カバー12とランプボディ14とで囲まれる灯室10a内に、灯具ユニット60が収容されている。
図2は、灯具ユニット60の前方から見た斜視図である。また、図3は、灯具ユニット60の後方から見た斜視図である。また、図4は、灯具ユニット60の分解斜視図である。
図1〜図4に示すように、灯具ユニット60は、2つのサブ灯具ユニット(第1サブ灯具ユニット20、第2サブ灯具ユニット40)を備えている。灯具ユニット60は、第1サブ灯具ユニット20および第2サブ灯具ユニット40を支持する枠体である支持部材15を有している。この支持部材15は、図1に示すレベリング機構18を介してランプボディ14に固定されており、レベリング機構18を用いて各サブ灯具ユニットの光軸を上下方向に調整できるようになっている。また、支持部材15には、スイブル機構19が接続されており、スイブル機構19を用いて各サブ灯具ユニットの光軸を左右方向に調整できるようになっている。
次に、第1サブ灯具ユニット20および第2サブ灯具ユニット40について説明する。まず、第1サブ灯具ユニット20について説明する。第1サブ灯具ユニット20は、所謂プロジェクタ型の灯具ユニットであり、すれ違いビームの集光部を照射する機能を有する。
第1サブ灯具ユニット20は、図1に示すように、第1光源としての第1LED22を有する第1LEDモジュール21と、第1LED22からの光を前方へ反射する第1リフレクタ26と、第1LEDモジュール21の前方に配置されたベース部材23と、ベース部材23に保持された投影レンズ24とを備える。
第1LED22は、1mm四方程度の大きさの発光部(発光チップ)を有する白色発光ダイオードであって、その照射軸L1が車両前後方向に延びる第1サブ灯具ユニット20の光軸Ax1と略垂直となる略鉛直上方に向けられた状態で第1LEDモジュール21の第1LED搭載板25上に載置されている。なお、第1LEDモジュール21については後述する。
第1リフレクタ26は、鉛直断面形状が略楕円形状であり、水平断面形状が楕円をベースとした自由曲面形状を有する反射面26aが内側に形成された反射部材である。第1リフレクタ26は、その第1焦点が第1LED22の発光部近傍となり、第2焦点がベース部材23の水平面23aの先端部近傍となるように配置されている。ベース部材23の水平面23aの先端部は、第1リフレクタ26から反射された光を選択的にカットして、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を形成するように構成されている。
投影レンズ24は、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からなり、ベース部材23の車両前方側先端部近傍にて固定されている。本実施形態では、投影レンズ24の後方側焦点は、第1リフレクタ26の第2焦点と略一致するように構成されている。投影レンズ24は、後側焦点面上に形成される光源像を反転像として前方に照射する。
次に、第2サブ灯具ユニット40について説明する。第2サブ灯具ユニット40は、第1サブ灯具ユニット20の下方に配置されており、すれ違いビームの拡散部を照射する機能を有する。
第2サブ灯具ユニット40は、所謂パラボラ型の灯具ユニットである。第2サブ灯具ユニット40は、図1に示すように、第2光源としての第2LED42を有する第2LEDモジュール41と、第2LED42からの光を前方へ反射する第2リフレクタ44とを備える。
第2LED42は、第1LED22と同様に発光部を有する白色ダイオードであって、その照射軸L2が車両前後方向に延びる第2サブ灯具ユニット40の光軸Ax2と略垂直となる略鉛直下方に向けられた状態で、第2LEDモジュール41の第2LED搭載板45上に載置されている。なお、第2LEDモジュール41については後述する。
第2リフレクタ44は、第2LED42からの光を反射して、所定の配光パターンを車両前方に照射するよう反射面44aが形成されている。
次に、第1サブ灯具ユニット20、第2サブ灯具ユニット40において用いられている第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41について説明する。以下では、第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41を総称して「LEDモジュール70」として説明する。
通常、通常、車両用灯具の光源としてLEDを用いる場合、複数のLEDをヒートシンクに搭載することで放熱を行っている。複数のLEDが発する熱を効率的に放熱させる場合、ヒートシンクの体積は非常に大きなものとなる。そのため、例えば1個のLEDが故障した場合であっても、LED交換のために車両用灯具から大きなヒートシンク全体を取り外さなければならず、取扱いが困難であった。
そこで、本実施の形態においては、1個のLEDに対して1つのLEDモジュール化部材を用意し、LEDをモジュール化している。これにより、例えばLEDが故障した場合にLEDモジュールごと交換するなど、LEDの取扱いが容易となる。
このようなLEDモジュールは、車両用灯具の光学系が変わっても同じLEDモジュールを適用できるように、LEDを用いた車両用灯具で考えられる様々な光学系に適用可能な形状が望ましい。様々な車両用灯具で適用できるようLEDモジュールを標準化することにより、大量生産によるコスト低減が可能となる。
図5は、LEDモジュール70の前方から見た斜視図である。また、図6は、LEDモジュール70の下方から見た斜視図である。また、図7は、LEDモジュール70の分解斜視図である。
図5〜図7に示すように、LEDモジュール70は、LEDモジュール化部材68にLED71が搭載された構造となっている。LEDモジュール化部材68は、ヒートシンク72と、LED搭載板78と、第1面用LED保持部80と、第2面用LED保持部81と、押さえ部材75と、取付部79と、ネジ77とを備える。
ヒートシンク72は、アルミ等の高熱伝導率の金属によって形成され、ベース部74と、平板フィン76とを含む。ベース部74は、略長方形状に形成された平板状の部材であり、その背面74a上には複数の平板フィン76が立設されている。フィンの形状は特に限定されず、例えば棒状フィンであってもよい。
ベース部74の長手方向両端部には、LEDモジュール70を図1〜図4に示した車両用灯具10に組み付ける際に用いる取付部79が設けられている。各取付部79には、車両用灯具10へネジ留めする際に用いる貫通孔が設けられている。
また、ベース部74の前面74b上には、LED搭載板78が設けられている。このLED搭載板78は、ベース部74の中央部より端部寄りの部位から、ベース部74に対して垂直方向に延設されている。本実施の形態では、ベース部74の前面74bの短手方向の一端部(下端部)から、ベース部74に対して略垂直方向に延設されている。LED搭載板78は、略長方形状に形成された平板状の部材であり、ヒートシンク72と一体に形成されていてもよい。
LED搭載板78の両面(第1面78a、第2面78b)上には、LED71を保持するための第1面用LED保持部80、第2面用LED保持部81がそれぞれ設けられている。ここでは、ベース部74の中央部に面している方の面を第1面78aとし、第1面78aの反対側の面を第2面78bとする。
LED71をLED搭載板78に搭載する際には、第1面用LED保持部80または第2面用LED保持部81に設けられたピン状部材にLED71を係合させる。そして、LED71を押さえ部材75を用いて第1面用LED保持部80または第2面用LED保持部81上に押さえつける。そして、ネジ77を用いて押さえ部材75をLED搭載板78にネジ留めすることにより、LED71が搭載される。図5〜図7では、LED71を第1面用LED保持部80上に搭載している様子が示されている。第1面用LED保持部80と第2面用LED保持部81は、LED搭載板78に対して対称な位置に設けられていることが好ましい。この場合、光学系のレイアウト設計が容易となる。
以上のように、本実施の形態においては、1つのLEDモジュール化部材に対して1個のLEDを搭載する構成とし、LEDを1つのモジュールとして扱うことができるようにしている。これにより、例えば1個のLEDが故障した場合に、1つのLEDモジュールだけ交換すればよいことになるため、LED光源の取扱いを容易にすることができる。
ヒートシンク72の大きさ、平板フィン76の形状等は、搭載するLED71の発熱量、ファンの有無、LED搭載板78の両面にLED71を搭載するか否か等に応じて適宜設計される。例えば、車両用灯具10がファンを用いて強制空冷する構成となっている場合には、自然空冷の場合に比べて必要なヒートシンクの大きさは小さくなる。
次に、LEDモジュールを用いた様々な灯具ユニットについて説明する。図1に戻るが、図1に示す灯具ユニット60においては、第1サブ灯具ユニット20に第1LEDモジュール21が用いられ、第2サブ灯具ユニット40に第2LEDモジュール41が用いられている。第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41は、図5〜図7において説明したLEDモジュール70と同様の構成である。
第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41は、第1LED搭載板25の第1面25aと第2LED搭載板45の第2面45bとが対向するように上下に隣接して配置されている。また、第1LED搭載板25の第2面25bおよび第2LED搭載板45の第2面45bは、共に灯具上方を向いている。
第1LEDモジュール21においては、第1LED搭載板25の第2面25b上に第1LED22が搭載されており、第2LEDモジュール41においては、第2LED搭載板45の第1面45a上に第2LED42が搭載されている。このように、第1LED22と第2LED42は、光出射方向が互いに逆方向になるように搭載されている。
また、灯具ユニット60においては、第1LEDモジュール21のヒートシンク51と第2LEDモジュール41のヒートシンク52の後方に、ヒートシンク51、52を強制空冷するためのファン50が設けられている。図1では、1つのファン50を用いてヒートシンク51、52の両方を強制空冷しているが、ヒートシンク51、52のそれぞれに対して別々にファンを設けてもよい。1つのファン50を用いる場合には、冷却効率を向上するために、第1LEDモジュール21と第2LEDモジュール41とを出来るだけ隣接させて配置することが好ましい。
このように、第1LEDモジュール21と第2LEDモジュール41を用いることにより、LEDの取扱いが容易になる。例えば、第1LED22が故障した場合には、第1LEDモジュール21をモジュールごと灯具ユニット60から取り外し、新たな第1LEDモジュール21を灯具ユニット60に組み付ければよい。
図8は、本発明の別の実施の形態に係る車両用灯具100の概略断面図である。図8では、図1に示す車両用灯具10と同一または対応する構成要素については、同一の符号を用いるとともに適宜説明を省略する。なお、図8では、透光カバー、ランプボディ等の図示を省略しており、灯具ユニット60の主要な構成のみ図示している。
本実施の形態に係る車両用灯具100においても、第1サブ灯具ユニット20に第1LEDモジュール21が用いられ、第2サブ灯具ユニット40に第2LEDモジュール41が用いられている。
本実施の形態においては、第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41は、第1LED搭載板25の第2面25bと第2LED搭載板45の第1面45aとが対向するように上下に隣接して配置されている。また、第1LED搭載板25の第1面25aおよび第2LED搭載板45の第1面45aは、共に灯具上方を向いている。
第1LEDモジュール21においては、第1LED搭載板25の第1面25a上に第1LED22が搭載されており、第2LEDモジュール41においては、第2LED搭載板45の第2面45b上に第2LED42が搭載されている。このように、第1LED22と第2LED42は、光出射方向が互いに逆方向になるように搭載されている。また、第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41の後方には、ファン50が設けられている。
図1に示した車両用灯具10においては、ヒートシンク52のベース部が存在するために、第2サブ灯具ユニット40の第2リフレクタ44のF値を大きくするのに限界がある。本実施の形態のように第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41を配置することにより、ヒートシンク52のベース部による制限がなくなるので、第2サブ灯具ユニット40の第2リフレクタ44として、F値の大きいものを用いることができる。
図9は、本発明の別の実施の形態に係る車両用灯具200の概略断面図である。なお、図9では、透光カバー、ランプボディ等の図示を省略しており、灯具ユニット60の主要な構成のみ図示している。
図9に示す車両用灯具200においても、第1サブ灯具ユニット20と第2サブ灯具ユニット40とから灯具ユニット60が構成されている。ここで、本実施の形態においては、第1サブ灯具ユニット20、第2サブ灯具ユニット40ともにパラボラ型の灯具ユニットであり、同一形状の第1リフレクタ26、第2リフレクタ44がそれぞれに搭載されている。
本実施の形態においては、第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41は、第1LED搭載板25の第2面25bと第2LED搭載板45の第2面45bとが対向するように上下に隣接して配置されている。また、第1LED搭載板25の第1面25aは上方を向いており、第2LED搭載板45の第1面45aは下方を向いている。
第1LEDモジュール21においては、第1LED搭載板25の第1面25a上に第1LED22が搭載されており、第2LEDモジュール41においては、第2LED搭載板45の第1面45a上に第2LED42が搭載されている。このように、第1LED22と第2LED42は、光出射方向が互いに逆方向になるように搭載されている。また、第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41の後方には、ファン50が設けられている。
このように第1LEDモジュール21および第2LEDモジュール41を配置して車両用灯具200を構成することにより、非発光領域を出来るだけ小さくした車両用灯具を実現できる。図10は、比較例に係る車両用灯具300を示す図である。この車両用灯具300では、第1LEDモジュール321、第2LEDモジュール341ともに、第1LED搭載板325、第2LED搭載板345が、ベース板の中央部から延設されている。このように、第1LED搭載板325、第2LED搭載板345がベース部の中央部から延設されていると、第1LEDモジュール321と第2LEDモジュール341とを隣接して配置したとしても、非発光領域350が大きくなってしまい、車両用灯具として好ましくない。
一方、本実施の形態に係る車両用灯具200では、第1LEDモジュール21、第2LEDモジュール41のベース部の中央部より端部よりの部位から第1LED搭載板25、第2LED搭載板45が延設されているため、図9のように第1LED搭載板25の第2面25bと第2LED搭載板45の第2面45bを対向させて配置したときに、非発光領域を小さくすることができる。
図11は、本発明の別の実施の形態に係る車両用灯具400の概略断面図である。なお、図11では、透光カバー、ランプボディ等の図示を省略しており、灯具ユニット60の主要な構成のみ図示している。
図11に示す車両用灯具400においても、第1サブ灯具ユニット20と第2サブ灯具ユニット40とから灯具ユニット60が構成されている。ここで、本実施の形態においては、第1サブ灯具ユニット20、第2サブ灯具ユニット40ともにパラボラ型の灯具ユニットであり、同一形状の第1リフレクタ26、第2リフレクタ44がそれぞれに搭載されている。
この車両用灯具400においては、第1サブ灯具ユニット20の光源である第1LED22と、第2サブ灯具ユニット40の光源である第2LED42とが、単一のLEDモジュール421に搭載されている。具体的には、LEDモジュール421のLED搭載板425の第2面425b上に第1LED22が搭載され、第1面425a上に第2LED42が搭載されている。第1LED22と第2LED42は、光出射方向が互いに逆方向になるように搭載されている。また、LEDモジュール421の後方には、ファン50が設けられている。
このように、LEDモジュール421のLED搭載板425の両面にLEDを搭載して車両用灯具を構成することも可能である。この場合、非発光領域の小さい車両用灯具を構成できる。
また、ヒートシンクの数が少なくなるため、車両用灯具の軽量化および低コスト化を図ることができる。但し、2つのLEDで1つのヒートシンクを共用する形態となっているため、本実施の形態に係る車両用灯具400は、第1LED22と第2LED42を同時点灯させることのない車両用灯具に用いることが好ましい。このような車両用灯具としては、例えば、第1サブ灯具ユニット20がすれ違いビーム用ランプとして機能し、第2サブ灯具ユニット40がデイタイムランニングランプとして機能する車両用灯具を例示できる。
以上、図1、図8、図9、図11において説明したように、本実施の形態に係るLEDモジュールを用いて、LEDを用いた車両用灯具で考えられる様々な光学系を構成することができる。光学系が変わってもLEDモジュールを設計変更する必要はないため、モジュール形状を標準化でき、コストを低減することができる。
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
上述の実施の形態では、光源としてLEDを用いたが、たとえば半導体レーザ等の他の発光素子を用いることも可能である。また、図1に示す実施の形態では、第1サブ灯具ユニットと第2サブ灯具ユニットを組み合わせてすれ違いビームが照射されるように構成したが、照射されるビームの種類は限定されない。例えば、第1サブ灯具ユニットと第2サブ灯具ユニットを組み合わせて走行ビームが照射されるようにしてもよいし、第1サブ灯具ユニットがすれ違いビームを照射し、第2サブ灯具ユニットが走行ビームを照射するようにしてもよい。あるいは、第1サブ灯具ユニットをすれ違いビーム用の灯具ユニットとし、第2サブ灯具ユニットをデイタイムランニングランプ用の灯具ユニットとしてもよい。
10、100、200、400 車両用灯具、 20 第1サブ灯具ユニット、 21 第1LEDモジュール、 22 第1LED、 25 第1LED搭載板、 40 第2サブ灯具ユニット、 41 第2LEDモジュール、 42 第2LED、 45 第2LED搭載板、 50 ファン、 51,52 ヒートシンク、 60 灯具ユニット。
Claims (5)
- 発光素子をモジュール化するための発光素子モジュール化部材であって、
平板状のベース部を有するヒートシンクと、
前記ベース部の中央部より端部寄りの部位から、前記ベース部に対して垂直方向に延設された発光素子搭載板と、
前記発光素子搭載板の面のうち、前記ベース部の中央部に面している方の面である第1面と、前記第1面の反対側の面である第2面とに各々設けられた、前記発光素子を保持するための発光素子保持部と、
を備えることを特徴とする発光素子モジュール化部材。 - 前記ヒートシンクを強制空冷するファンをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の発光素子モジュール化部材。
- 第1および第2の請求項1または2に記載の発光素子モジュール化部材を有する灯具ユニットであって、
前記第1および第2の発光素子モジュール化部材が、前記第1の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第1面と前記第2の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第2面とが対向するように配置されており、
前記第1および第2の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板上に、光出射方向が互いに逆方向になるようにそれぞれ発光素子が搭載されていることを特徴とする灯具ユニット。 - 第1および第2の請求項1または2に記載の発光素子モジュール化部材を有する灯具ユニットであって、
前記第1および第2の発光素子モジュール化部材が、前記第1の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第2面と前記第2の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板の第2面とが対向するように配置されており、
前記第1および第2の発光素子モジュール化部材の発光素子搭載板上に、光出射方向が互いに逆方向になるようにそれぞれ発光素子が搭載されていることを特徴とする灯具ユニット。 - 請求項1または請求項2に記載の発光素子モジュール化部材を有する灯具ユニットであって、
前記発光素子モジュール化部材の前記発光素子搭載板の第1面と第2面に、光出射方向が互いに逆方向になるようにそれぞれ発光素子が搭載されていることを特徴とする灯具ユニット。
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