JP2011134638A

JP2011134638A - 車両用前照灯

Info

Publication number: JP2011134638A
Application number: JP2009294065A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yamanaka; 幸雄山中
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】簡易な構造による優れた放熱効果を実現して光源となる半導体発光素子の温度上昇を抑制し、よって半導体発光素子の信頼性を維持しつつ発光効率の低下が抑制されて所定の照射光量を確保することが可能な車両用前照灯を提供することにある。
【解決手段】ハウジング２と前面カバーレンズ３により形成される灯室４内に、半導体発光素子と半導体発光素子から発せられた光の配光を制御する配光制御手段とを備えた灯体ユニット５を収容し、灯具ユニット５にブラケット２０及び車体フレーム接続用ステー１５を順次接続して灯室４外に延出し、車両用前照灯を車両に取り付ける際に灯室４外に延出した車体フレーム接続用ステー１５が車体フレーム２１に固定されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用前照灯に関するものであり、詳しくは、半導体発光素子を光源とすると共に、光源から発生した熱に対する放熱手段を設けた車両用前照灯に関する。

半導体発光素子（以下、ＬＥＤを例にとる）は、温度上昇によって発光効率が低下すると共に発光寿命の短縮に繋がるといった、性能劣化の特性を有している。ＬＥＤの温度上昇の要因は、ＬＥＤの点灯時の自己発熱や高温環境下に晒された場合等が考えられる。

一方、ＬＥＤは各種ランプに比較して一般的に小型、低消費電力、長寿命等の利点を有しており、従来この利点を利用してハイマウントストップランプ、ストップアンドテールランプ、方向指示灯等の車両用灯具の光源として使用され、近年ではＬＥＤを光源とする車両用前照灯の開発・実用化もなされている。

車両用灯具は一般的に、前面カバーレンズとハウジングによって構成された灯具の内部（灯室内）が密閉空間として形成され、その灯室内に光源となるＬＥＤが支持される。そして、ＬＥＤが点灯すると、ＬＥＤの自己発熱と該自己発熱による灯室内の温度上昇分との相乗作用によってＬＥＤ自体の温度が著しく上昇し、発光寿命の短縮と共に発光効率が大きく低下する。その結果、信頼性が低下すると共に灯具からの照射光量が低減し、極端な場合には灯具に要求される配光性能や配光規格を満足しなくなる可能性も有している。

また、灯室内の温度がＬＥＤの動作温度範囲の定格値よりも高くなるとＬＥＤの点灯が不可能となり、灯具としての機能を果すことができなくなる場合もある。

そこで、上記問題の発生を抑制するような車両用灯具（車両用前照灯）の提案がなされている。それは図６に示すように、ランプボディ８０とカバー８１とで灯室８２を区画し、灯室８２内に、半導体発光素子８３〜８５を光源とする光源ユニット８６〜８８が光軸調整（エイミング）可能に支持されている。

灯室８２外にはヒートシンク等の放熱部材８９が配設されており、放熱部材８９と夫々半導体発光素子８３〜８５を実装した回路基板９０〜９２が取り付けられたブラケット９３が関節可動伝熱部材９４を介して連結されている。

関節可動伝熱部材９４は、一端側がブラケット９３に一体成形されて他端部に第１の球状凸部９５を有するヒートパイプ９６と、一端部に第１の球状凹部９７を有し他端部に第２の球状凹部９８を有する第１の中間関節部材９９と、一端部の第３の球状凸部１００が放熱部材８９に設けられた第３の球状凹部１０１に連結されて他端部に第２の球状凸部１０２を有する第２の中間関節部材１０３で構成されている。

ブラケット９３、放熱部材８９、第１の中間関節部材９９及び第２の中間関節部材１０３はいずれも熱伝導率の高い金属部材を用いて成形されており、ヒートパイプ９６の第１１の球状凸部９５及び第２の中間関節部材１０３の第２の球状凸部１０２が夫々第１の中間関節部材９９の第１の球状凹部９７及び第２の球状凹部９８に連結されている。

そこで、放熱部材８９は、光軸調整時に光源ユニット８６〜８８を構成するブラケット９３が傾動しても関節可動伝熱部材９４を構成する第１の中間関節部材９９の移動運動と第２の中間関節部材１０３の回動運動によって、固定された状態が保持される。また、半導体発光素子８３〜８５で発生した熱は、ブラケット９３が傾動しても常にブラケット９３、ヒートパイプ９６、第１の中間関節部材９８、及び第２の中間関節部材１０３を順次伝導して放熱部材８９に移動し、放熱部材８９から灯室８２外に放散される。

そのため、光軸調整機能を備えると共に放熱性の向上を図った車両用灯具１１０とされるものである（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−８７７３３号公報

ところで、上記構成からなる従来の車両用灯具１１０は、車両に搭載した状態においては放熱効果に寄与する放熱部材８９はエンジンルーム内に位置することになり、そのためエンジン作動時の高温環境下に晒されて十分な放熱効果を得ることは期待できない。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、簡易な構造による優れた放熱効果を実現して光源となる半導体発光素子の温度上昇を抑制し、よって半導体発光素子の信頼性を維持しつつ発光効率の低下が抑制されて所定の照射光量を確保することが可能な車両用前照灯を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、ハウジングと前面カバーレンズにより形成される灯室内に、光源と、前記光源から発せられた光の配光を制御する配光制御手段とを備えた灯体ユニットが収容されてなる車両用前照灯であって、
前記灯体ユニットの最外郭の少なくとも一部は前記光源と熱的に接続され、その最外郭部分に熱的に接続された熱伝導体が前記灯室外に延出し、前記車両用前照灯を車両に取り付ける際に前記灯室外に延出した熱伝導体が車体フレームに固定されて熱的に接続されることを特徴とする車両用前照灯である。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記熱伝導体の一部が前記ハウジングに固定されて前記灯体ユニットが前記灯室内に支持されることを特徴とする車両用前照灯である。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項において、前記熱伝導体は複数の熱伝導部材が接続されてなることを特徴とする車両用前照灯である。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項において、前記灯体ユニットは該灯体ユニットに一体化された一対の回動軸を有し、該回動軸を支点として前記灯体ユニットを前記灯室内で回動させるためのエイミング機構を備えていることを特徴とする車両用前照灯である。

本発明の車両用前照灯は、ハウジングと前面カバーレンズにより形成される灯室内に、光源と光源から発せられた光の配光を制御する配光制御手段とを備えた灯体ユニットを収容し、灯体ユニットの最外郭の少なくとも一部が光源と熱的に接続され、その最外郭部分に熱的に接続された熱伝導体を灯室外に延出し、車両用前照灯を車両に取り付ける際に灯室外に延出した熱伝導体を車体フレームに固定して熱的に接続するようにした。

その結果、光源の点灯時に発生する熱が車体フレームで効率よく放熱されて温度上昇が抑制され、よって光源の信頼性を維持しつつ発光効率の低下が抑制されて所定の照射光量を確保することが可能な車両用前照灯が実現できた。

実施形態の説明図である。灯体ユニットに係わる説明図である。光学系の説明図である。放熱系の説明図である。機構系の説明図である。従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図５を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本実施形態の縦断面を模式的に描いた説明図である。車両用前照灯１は、一端開口を有し車体取付用ステー部２ａが一体に設けられたハウジング２とハウジング２の開口縁に支持された前面カバーレンズ３とによって灯室４が形成され、灯室４内に灯体ユニット５が支持されて、その一部（後述する車体フレーム接続用ステー１５）が灯室４外に延出されている。

灯体ユニット５は光学系、放熱系及び機構系を備えており、そのうち光学系は、光源となる半導体発光素子（本実施形態では半導体発光素子をＬＥＤとし、以下、ＬＥＤと呼称する）６、ＬＥＤ６が実装されたＬＥＤ実装基板７、ＬＥＤ実装基板７が載置されたマウントプレート８、マウントプレート８に前記ＬＥＤ実装基板７を覆うように連接されて内面にアルミニウム、銀、クロムなどの金属反射膜からなる反射面９ａを有するリフレクタ９、リフレクタ９に連接されて前方方向に延びる略筒状のレンズホルダ１０、レンズホルダ１０の内底面から上方に延びる遮蔽体１１及びレンズホルダ１０の先端縁のリング状の部分に支持された投影レンズ１２で構成されており、プロジェクタ型のユニット構成となっている。レンズホルダ１０の略筒状部分の内部は、ＬＥＤ光源６から発せられた光が投影レンズ１２に至るまでの光路形成に係わる領域となる。

また、放熱系は、発熱源ともなるＬＥＤ６、ＬＥＤ６が実装されたＬＥＤ実装基板７が載置され金属材料からなるマウントプレート８、マウントプレート８に連接され金属材料からなるリフレクタ９、同様にマウントプレート８に連接された第１のヒートシンク１３及び第２のヒートシンク１４、リフレクタ９に熱的に接続されて灯室４外に延出された金属材料からなる車体フレーム接続用ステー１５で構成されている。

更に、機構系は、上記光学系及び放熱系を傾動して光の照射方向を調整するエイミング機構であり、リフレクタ９の両外側部にエイミング時の支点となる一対の回動軸１９が一直線状に延設されると共に、リフレクタ９の外底面から下方に延びるリフレクタ支持プレート１６に該リフレクタ支持プレート１６を挟むようにタップ孔を有するエイミングナット１７が取り付けられ、ハウジング２のスクリュー挿通孔に回転可能に挿通支持されたエイミングスクリュー１８のネジ部１８ａがエイミングナット１７のタップ孔に螺嵌された構成とされている。

なお、図２に示すように、リフレクタ９の両外側部にはエイミング時の支点となる一対の回動軸１９が一直線状に延設されており、回動軸１９は金属材料からなるベース部２０ａと該ベース部２０ａに一体的に略平行に並設された金属材料からなる回動軸支持部２０ｂからなるブラケット２０の前記回動軸支持部２０ｂに回動可能に支持されている。ブラケット２０のベース部２０ａは車体フレーム接続用ステー１５に連結されて一体化されている。この構造は放熱系と機構系の両方の機能に係わるものである。

マウントプレート８、リフレクタ９、ブラケット２０、及び車体フレーム接続用ステー１５をそれぞれ形成する金属材料は、熱伝導率の高い材料、例えばＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、及びＣｕ合金等が用いられる。

次に、上述の光学系における光路形成及び放熱系における熱移動について説明する。

まず、光学系においては、図３に示すように、ＬＥＤ光源６が点灯して光を発するとＬＥＤ光源６からリフレクタ９に向かう光はリフレクタ９の反射面９ａで反射されて前方の投影レンズ１２の方向に向かい、その一部は遮蔽体１１によって光路が遮られる。一方、リフレクタ９の反射面９ａで反射された光のうち遮蔽体１１に遮られることのない光はレンズホルダ１０内を導光されて投影レンズ１２に至り、投影レンズ１２で所望の配光に制御されて前面カバーレンズ３を介して車両用前照灯１の前方に向って照射される。

次に、放熱系については、本車両用前照灯１を車両に搭載した状態を示す図４を参照して説明する。この図は、側面側からハウジング及び前面カバーレンズを透視して灯室内の灯具ユニットを見た図である。

リフレクタ９の両外側部に一対の回動軸１９が一直線状に延設されており、この回動軸１９がブラケット２０の回動軸支持部２０ｂに回動可能に支持されている。また、ブラケット２０のベース部２０ａには断面コ字状の車体フレーム接続用ステー１５の下部１５ａの外面１５ａａが接触して連結されている。

車体フレーム接続用ステー１５の下部１５ａは灯室４内に位置し、該下部１５ａはネジ等の締付部材２２でハウジング２に固定されている。車体フレーム接続用ステー１５の側部１５ｂはハウジング２を貫通して灯室４外に延長され、側部１５ｂと上部１５ｃがハウジング２に一体に断面アングル状に設けられた車体取付用ステー部２ａの内側に沿って位置している。

そして、車体フレーム接続用ステー１５の上部１５ｃが車両の車体フレーム２１に沿うように配置され、ハウジング２の車体取付用ステー部２ａ、車体フレーム接続用ステー１５の上部１５ｃ、及び車体フレーム２１がネジ等の締付部材２２で共締されている。

そこで、ＬＥＤ光源６が点灯するとＬＥＤ光源６は光を発すると共に熱も発生する。ＬＥＤ光源６で発生した熱（自己発熱）はＬＥＤ光源６が実装された基板に移動し、ＬＥＤ実装基７を伝導されて該ＬＥＤ実装基板７が載置されたマウントプレート８に移動する。マウントプレート８に移った熱はマウントプレート８を伝導されて該マウントプレート８に連接された、第１のヒートシンク１３のベース部１３ａ及び第２のヒートシンク１４のベース部１４ａに移動する。

第１のヒートシンク１３のベース部１３ａに移った熱はベース部１３ａ内を伝導されて放熱フィン部１３ｂに移動して放熱フィン部１３ｂの表面に至り、放熱フィン部１３ｂの表面に到達した熱は該表面近傍の空気に伝達されて移動し、空気を媒体として第１のヒートシンク１３から灯室４内に放散される。

同様に、第２のヒートシンク１４のベース部１４ａに移った熱はベース部１４ａ内を伝導されて放熱フィン部１４ｂに移動して放熱フィン部１４ａの表面に至り、放熱フィン部１４ｂの表面に到達した熱は該表面近傍の空気に伝達されて移動し、空気を媒体として第２のヒートシンク１４から灯室４内に放散される。

また、マウントプレート８に移った熱は該マウントプレート８に連接されたリフレクタ９にも移動し、リフレクタ９に移った熱は一部がリフレクタ９の表面近傍の空気に伝達されて移動し、空気を媒体としてリフレクタ９から灯室４内に放散される。

一方、リフレクタ９の移った熱のうちリフレクタ９から灯室４内に放散される熱以外の熱は、回動軸１９を介してブラケット２０の回動軸支持部２０ｂに伝導され、回動軸支持部２０ｂに移った熱は回動軸支持部２０ｂ内を伝導されてベース部２０ａに移動する。

ブラケット２０のベース部２０ａに移った熱は、ベース部２０ａに連接された、車体フレーム接続用ステー１５の下部１５ａに移動し、下部１５ａに移った熱は下部１５ａ及び側部１５ｂを順次伝導されて上部１５ｃに移動する。

車体フレーム接続用ステー１５の上部１５ｃに移った熱は、共締された車体フレーム２１に移動し、車体フレーム２１を介して車両外に放散される。

このように、ＬＥＤ光源７の点灯時に発生する熱は、それぞれ熱伝導性の良好な金属材料からなる第１のヒートシンク１３、第２のヒートシンク１４、及びリフレクタ９を介して灯室４内に放散され、リフレクタ９、回動軸１９、ブラケット２０、及び車体フレーム接続用ステー１５を順次伝導されて車体フレーム２１に移動し、車体フレーム２１に移った熱は、車体フレーム２１が車両外の冷気に触れているために効率よく放散され、優れた放熱効果を発揮する。

その結果、ＬＥＤ光源６の点灯時の温度上昇が抑制されて発光効率の低下が低減され、それにより所定の照射光量を確保することが可能となると共に、信頼性を維持することも可能となる。

次に機構系におけるエイミング時の作動状態について、図５を参照して説明する。図では、車両用前照灯１の中心軸Ｃに対して灯体ユニット５の光軸Ｘを角度αだけ下方に傾けた状態を示している。

車両用前照灯１の中心軸Ｃと灯体ユニット５の光軸Ｘが同一線上にある状態において、エイミングスクリュー１８を回動するとエイミングスクリュー１８のネジ部１８ａに螺嵌されたエイミングナット１７を介してリフレクタ支持プレート１６が後方のハウジング２の方向に移動する。すると、灯体ユニット５が回動軸１９を支点として回動し、灯体ユニット５を構成するレンズホルダ１０及び投影レンズ１２が中心軸Ｃの下側に角度αだけ傾き、マウントプレート８、ＬＥＤ実装基板７、及びリフレクタ９が中心軸Ｃの上側に角度αだけ傾く。これにより、車両用前照灯１の中心軸Ｃに対して下向きの照射光を得ることができる。

なお、本実施形態において、ハウジング２に一体に設けられた車体取付用ステー部２ａは、ハウジング２に一体成形してもよいし、個別の車体取付用ステーをハウジング２に取り付けてもよい。

また、ハウジング２は樹脂材料で形成してもよいし、金属材料で形成してもよい。樹脂材料の場合は、ハウジング２による放熱効果があまり期待できないので本実施形態のように灯室４内にヒートシンク１４、１５のような放熱部材をもうけることが有効である。一方、金属部材の場合はハウジング２による放熱効果が得られるので必ずしも灯室４内に放熱部材を設ける必要はない。但し、放熱部材を設けることにより設けない場合よりも更なる放熱効果を得ることができる。

また、ハウジング２を金属材料で形成すると、ハウジング２に一体成形された車体取付用ステー部２ａも金属材料によるものとなり、その分、熱伝導性が向上して放熱効果が高まる。なお、個別の車体取付用ステーをハウジング２に取り付ける場合は、車体取付用ステーを金属材料で形成することにより、ハウジング２の形成材料に関わらず熱伝導性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態は、車両用前照灯を車両に搭載する際に、車両用前照灯を車体フレームに取り付けることにより、ＬＥＤ光源６と車体フレームとの間が熱伝導性が良好な部材で熱的に接続されるようにした。これにより、ＬＥＤ光源の点灯時の温度上昇が抑制されて発光効率の低下が低減され、それにより所定の照射光量を確保することが可能となると共に、信頼性を維持することも可能となる。

また、従来のように灯室外に放熱部材を設けることなく高い放熱効果を得ることができるため、車両用前照灯の構造が簡略化できると共に小型化、軽量化が実現できる。

なお、上記実施形態においては、エイミング機構を設けた車両用前照灯について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、エイミング機構を有しない車両用前照灯にあっても、本実施形態の基本構成を採用することにより優れた放熱効果を得ることができる。

１… 車両用前照灯
２… ハウジング
２ａ… 車体取付用ステー部
３… 前面カバーレンズ
４… 灯室
５… 灯体ユニット
６… 半導体発光素子（ＬＥＤ）
７… ＬＥＤ実装基板
８… マウントプレート
９… リフレクタ
９ａ… 反射面
１０… レンズホルダ
１１… 遮蔽体
１２… 投影レンズ
１３… 第１のヒートシンク
１３ａ… ベース部
１３ｂ… 放熱フィン部
１４… 第２のヒートシンク
１４ａ… ベース部
１４ｂ… 放熱フィン部
１５… 車体フレーム接続用ステー
１５ａ… 下部
１５ａａ… 外面
１５ａｂ… 内面
１５ｂ… 側部
１５ｃ… 上部
１６… リフレクタ支持プレート
１７… エイミングナット
１８… エイミングスクリュー
１８ａ… ネジ部
１９… 回動軸
２０… ブラケット
２０ａ… ベース部
２０ｂ… 回動軸支持部
２１… 車体フレーム
２２… 締付部材

Claims

ハウジングと前面カバーレンズにより形成される灯室内に、光源と、前記光源から発せられた光の配光を制御する配光制御手段とを備えた灯体ユニットが収容されてなる車両用前照灯であって、
前記灯体ユニットの最外郭の少なくとも一部は前記光源と熱的に接続され、その最外郭部分に熱的に接続された熱伝導体が前記灯室外に延出し、前記車両用前照灯を車両に取り付ける際に前記灯室外に延出した熱伝導体が車体フレームに固定されて熱的に接続されることを特徴とする車両用前照灯。
前記熱伝導体の一部が前記ハウジングに固定されて前記灯体ユニットが前記灯室内に支持されることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
前記熱伝導体は複数の熱伝導部材が接続されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の車両用前照灯。
前記灯体ユニットは該灯体ユニットに一体化された一対の回動軸を有し、該回動軸を支点として前記灯体ユニットを前記灯室内で回動させるためのエイミング機構を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用前照灯。