JP2012028135A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】前面レンズとハウジングにより形成された灯室内に、ＬＥＤ光源を光源とするプロジェクタ型の光学ユニットが収容されてなる車両用灯具において、軽量化を確保しつつ、ＬＥＤ光源からの発熱を効率的に放熱することが可能な放熱構造を実現することにある。
【解決手段】光源ユニット２０を金属材料からなる略筒状の受熱部材４０で包囲し、該受熱部材４０を、ハウジング１０の後部に取付け・取外し自在に設けられ複数の放熱フィンを備えたヒートシンク部と一体に形成されてなるメンテナンスキャップ５０に、金属製の延長部材５３で熱的に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用灯具に関するものであり、詳しくは、前面レンズとハウジングにより形成された灯室内に、ＬＥＤを光源とするプロジェクタ型の光源ユニットが収容されてなる、熱対策を施した車両用灯具に関する。

従来、この種の車両用灯具（以下、灯具と略称する）１００には、例えば、図６に示す構造のものが提案されている。

それは、前面レンズ８０と筐体８１により形成された密閉空間からなる灯室８２内に所謂プロジェクタ型の光学ユニット８５が収容され、該光学ユニット８５が、ＬＥＤ光源８６、ＬＥＤ光源８６が実装された基板８７、ＬＥＤ光源８６を覆うように配設された第一、第二、第三のリフレクタ８９、９０、９１、第二、第三のリフレクタ９０、９１に連設されたレンズホルダー９２、レンズホルダー９２の内底面から上方に延びるシャッタ９３及びレンズホルダー９２に支持された投影レンズ９４で構成されている。

このとき、第一、第二、第三のリフレクタ８９、９０、９１、レンズホルダー９２及び投影レンズ９４はいずれも熱可塑性樹脂で形成されており、これにより、光学ユニット８５の軽量化及び該光学ユニット８５の軽量化に伴う灯具１００の軽量化を図っている。

また、光学ユニット８５が収容された灯室８２内は、外気に対して気密的に密閉されると共に真空排気されるか或いは不活性ガスが導入されており、これにより、灯室８２内への水蒸気の侵入を防止して吸湿に起因するＬＥＤの光学性能の低下・劣化を抑制し、不活性ガスにより光学ユニット８５の構成部材の光学機能面の劣化を抑制して良好な光学特性を確保するようにしている。

更に、筐体８１には伸縮可能な気圧調整袋９５が設けられており、ＬＥＤ光源８６の点灯時の発熱で熱膨張した空気による灯室８２内の気圧の上昇を、気圧調整袋９５の伸縮により抑制して灯室８２内の気圧を一定に保持し、これにより、光学ユニット８５の構成部材を熱膨張による変形や破損から保護するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２０７６４１号公報

ところで、ＬＥＤ光源８６は熱伝導性の低い熱可塑性樹脂で形成された、光学ユニット８５を構成する構成部材（第一、第二、第三のリフレクタ８９、９０、９１、レンズホルダー９２、投影レンズ９４）で包囲されており、ＬＥＤ光源８６の点灯時の発熱は、光学ユニット８５の内部空間９６に滞留してＬＥＤ光源８６の自己発熱との相乗作用によってＬＥＤ光源８６自体の温度を著しく上昇させ、ＬＥＤ光源８６の発光寿命が短縮する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ある。

また、光学ユニット８５の内部空間９６に滞留した熱が光学ユニット８５外に放出されたとしても、それは密閉空間からなる灯室８２内に放出されるものであり、そのほとんどの熱が灯室８２内に滞留することになる。そのため、光学ユニット８５の内部空間９６の良好な放熱効果を得ることが困難となり、ＬＥＤ光源８６自体の温度上昇を効率的、効果的に抑制することは難しい。

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、前面レンズと筐体により形成された灯室内にＬＥＤ光源を光源とするプロジェクタ型の光学ユニットが収容されてなる車両用灯具において、比較的簡単な構成にてＬＥＤ光源からの発熱を効率的に放熱することが可能な放熱構造を実現することにある。

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、前端開口を有するハウジングと該ハウジングの前端開口に取り付けられたレンズにより形成された閉空間からなる灯室内に、ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を囲むように配設された樹脂製のリフレクタと、前記リフレクタに連設された樹脂製のレンズホルダーと、前記光源とレンズとの間に設けられたシェードと、前記レンズホルダーに支持された投影レンズとを備えたプロジェクタ型の光源ユニットが収容されてなる車両用灯具であって、前記光源ユニットの周囲を包囲する略筒形状の金属製の受熱部材と、前記ハウジングの後部に取付け・取外し自在に設けられ、複数の放熱フィンを備えたヒートシンク部と一体に形成されてなるメンテナンスキャップとを有し、前記受熱部材と前記メンテナンスキャップは金属製の延長部材で熱的に接続されていることを特徴とするものである。

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ＬＥＤ光源は金属製のマウントプレート上に基板を介して配置され、前記マウントプレートと前記メンテナンスキャップが金属製の延長部材で熱的に接続されていることを特徴とするものである。

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において、前記受熱部材には、表面積及び体積を増やすための吸熱部が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の車両用灯具は、前面レンズとハウジングにより形成された灯室内に収容されたプロジェクタ型の光源ユニットにおいて、光源ユニットを構成する、いずれも樹脂材料で形成されたリフレクタ及びレンズホルダーの周囲を金属製で略筒状の受熱部材で包囲し、該受熱部材を、ハウジングの後部に取付け・取外し自在に設けられ複数の放熱フィンを備えたヒートシンク部と一体に形成されてなるメンテナンスキャップに、金属製の延長部材で熱的に接続した。

これにより、光源ユニット内に位置するＬＥＤ光源の点灯時の発熱が、順次リフレクタ及びレンズホルダー、受熱部材、延長部材を介してメンテナンスキャップに移動し、メンテナンスキャップに一体に形成されたヒートシンクの放熱フィンから大気中に放散され、光源ユニット内及び灯室内の温度上昇が抑制される。

その結果、光源ユニットを構成するリフレクタ及びレンズホルダーを熱伝導性の低い樹脂材料で形成することにより軽量化を図ったとしても、光源ユニット内の温度上昇を効率良く抑制することができるため、ＬＥＤ光源の自己発熱による温度上昇に起因する不具合の発生を防止することが可能となる。

実施例１の断面説明図である。 同じく、実施例１の部分説明図である。 同じく、実施例１の部分説明図である。 同じく、実施例１の部分説明図である。 実施例２の断面説明図である。 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は本発明の車両用灯具に係わる実施例１の断面説明図、図２は実施例１に係わる光源ユニットの断面説明図である。

図１より、本実施例の車両用灯具（以下、灯具と略称する）１は、樹脂材料からなり前端開口を有するハウジング（筐体）１０と、同じく樹脂材料からなり前記ハウジング１０の前端開口に取り付けられた素通しの前面レンズ１１とにより、閉空間からなる灯室１２が形成され、該灯室１２内にプロジェクタ型の光源ユニット２０が収容されている。

光源ユニット２０は、図２に示すように、光源となるＬＥＤ光源２１、ＬＥＤ光源２１が実装された基板２２、ＬＥＤ光源実装基板２２が載置された金属製のマウントプレート２３、マウントプレート２３に連接されたリフレクタ２４、リフレクタ２４に連接されて前方方向に延びる略筒状のレンズホルダー２８、レンズホルダー２８の内底面から上方に延びるシェード２９及びレンズホルダー２８の先端縁部に支持された凸状の投影レンズ３０で構成されている。

そのうち、リフレクタ２４、レンズホルダー２８及び投影レンズ３０は、いずれも樹脂材料で形成されており、リフレクタ２４は第１のリフレクタ領域２５、第２のリフレクタ領域２６及び第３のリフレクタ領域２７からなっている。

第１のリフレクタ領域２５は、ＬＥＤ光源２１を覆うように該ＬＥＤ光源２１の近傍を第１の焦点Ｆ１とし、シェード２９の上端近傍を第２の焦点Ｆ２とする楕円系面からなる内周面を有しており、該内周面には、例えば、アルミ蒸着処理による鏡面反射面となる楕円系反射面２５ａが形成されている。第１の焦点Ｆ１および第２の焦点Ｆ２を含む楕円系反射面２５ａの長軸はこの光源ユニット２０の照射軸Ｘと同一直線上に位置する。

第２のリフレクタ領域２６は、上記第１のリフレクタ領域２５と同様にＬＥＤ光源２１を覆うようにＬＥＤ光源２１の近傍を第１の焦点Ｆ１とし、第２の焦点の位置を第３のリフレクタ領域２７の第１の焦点Ｆ３の位置とする楕円系面からなる内周面を有しており、該内周面には、例えば、アルミ蒸着処理による鏡面反射面となる楕円系反射面２６ａが形成されている。

第３のリフレクタ領域２７は、第１の焦点Ｆ３の位置を第２のリフレクタ領域２６の第２の焦点の位置とし、第２の焦点の位置をシェード２９の上端近傍の第１のリフレクタ領域２５の第２の焦点Ｆ２の位置とする楕円系面からなる内周面を有しており、該内周面には、例えば、アルミ蒸着処理による鏡面反射面となる楕円系反射面２７ａが形成されている。

投影レンズ３０は、その焦点の位置を第１のリフレクタ領域２５の第２の焦点Ｆ２の位置としている。

シェード２９、はリフレクタ２４の各楕円系反射面２５ａ、２６ａ、２７ａと投影レンズ３０との間に位置し、上端２９ａがすれ違い用配光パターンのカットオフラインを形成する。

上記構成の光源ユニット２０において、第１のリフレクタ領域２５の第１の焦点Ｆ１の位置にあるＬＥＤ光源２１が点灯して該ＬＥＤ光源２１から第１のリクレクタ領域２５の楕円系反射面２５ａの方向に向けて出射された光は、楕円系反射面２５ａで反射されて反射光がシェード２９の上端２９ａ近傍に位置する第２の焦点Ｆ２に向かい、その一部はシェード２９によって光路が遮られる。

一方、第１のリクレクタ領域２５の楕円系反射面２５ａで反射された光のうちシェード２９に遮られることのない反射光は一旦第２の焦点Ｆ２に集束し、その後レンズホルダー２８内を伝搬されて投影レンズ３０に到達する。

また、第２のリフレクタ領域２６の第１の焦点Ｆ１の位置にあるＬＥＤ光源２１から第２のリクレクタ領域２６の楕円系反射面２６ａの方向に向けて出射された光は、楕円系反射面２６ａで反射されて反射光が第２の焦点の方向に向う。該第２の焦点は第３のリフレクタ２７の第１の焦点Ｆ３でもあり、第１の焦点Ｆ３の方向に向かった反射光は第３のリクレクタ領域２７の楕円系反射面２７ａで再度反射されて反射光がシェード２９の上端２９ａ近傍に位置する第２の焦点Ｆ２に向かい、その一部はシェード２９によって光路が遮られる。

一方、第３のリクレクタ領域２７の楕円系反射面２７ａで反射された光のうちシェード２９に遮られることのない反射光は一旦第２の焦点Ｆ２に集束し、その後レンズホルダー２８内を伝搬されて投影レンズ３０に到達する。

このように、ＬＥＤ光源２１から出射して第１のリフレクタ領域２５の楕円系反射面２５ａで１回反射して第２の焦点Ｆ２に向う光、及びＬＥＤ光源２１から出射して第２のリフレクタ領域２６の楕円系反射面２６ａと第３のリフレクタ領域２７の楕円系反射面２７ａで２回反射して第２の焦点Ｆ２に向う光は、いずれも一旦第２の焦点Ｆ２に集束してその後投影レンズ３０に到達し、投影レンズ３０内を導光されて集束しながらカットオフラインを有する所定の配光パターンで光源ユニット２０外に照射される。

ところで、本発明は、ハウジング１０と前面レンズ１１で形成された灯室１２内に、上記光学系を有するプロジェクタ型の光源ユニット２０を収容してなる灯具１において、ＬＥＤ光源２１をいずれも樹脂材料で形成されたリフレクタ２４、レンズホルダー２８及び投影レンズ３０で包囲し、更にそれをいずれも樹脂材料で形成されたハウジング１０と前面レンズ１１で包囲した構成とし、その構成に対して放熱性を向上させるための効率的な放熱手段を施すものである。

具体的には、前面レンズ１１とハウジング１０とにより形成された閉空間からなる灯室１２内において、図３に示すように、プロジェクタ型の光源ユニット２０の周囲を金属材料で形成された略筒状の受熱部材４０で包囲したものである。

そして図１に戻って、ハウジング１０の後部に、ＬＥＤ光源２１の交換用に設けられたメンテナンスキャップ５０を、複数の放熱フィン５１が設けられたヒートシンク部５２を備えるように金属材料で一体に形成し、受熱部材４０とメンテナンスキャップ５０とを金属材料で形成された帯状、或いは紐状のフレキシブルな延長部材５３で熱的に接続するものである。

なお、受熱部材４０と延長部材５３との接合は、延長部材５３を受熱部材４０と金属プレート５４で挟んで固定ネジ５５で締め付ける構造とし、延長部材５３とメンテナンスキャップ５０との接合は、延長部材５３をメンテナンスキャップ５０と金属プレート５４で挟んでそれらを固定ネジ５５で締め付ける構造を採用している。但し、受熱部材４０と延長部材５３との接合、及び、メンテナンスキャップ５０と延長部材５３との接合は、いずれも機械的且つ熱的に接合することができればその接合構造は本実施例に限られるものではない。

そこで、ＬＥＤ光源２１の点灯時の発熱で暖められた光源ユニット２０内の暖気の熱が、光源ユニット２０を構成するリフレクタ（第一、第二、第三のリフレクタ２５、２６、２７）２４及びレンズホルダー２８に伝達され、リフレクタ２４及びレンズホルダー２８に移動した熱が、光源ユニット２０と受熱部材４０の間に位置する空気を暖めてその暖気の熱が受熱部材４０に伝達され、延長部材５３を介してメンテナンスキャップ５０のヒートシンク部５２に伝導され、ヒートシンク部５２の放熱フィン５１を介して灯具１外に放散される。

これにより、ＬＥＤ光源２１の点灯時の発熱が、熱伝導性が低い樹脂材料からなるリフレクタ２４、レンズホルダー２８及び投影レンズ３０で包囲されてなる光源ユニット２０が、更に、熱伝導性が低いハウジング１０と前面レンズ１１で形成された閉空間からなる灯室１２内に収容されてなる灯具１において、ＬＥＤ光源２１の点灯時の熱で暖められた光源ユニット２０内の暖気の熱が、順次リフレクタ２４及びレンズホルダー２８、受熱部材４０、延長部材５３を経てメンテナンスキャップ５０のヒートシンク部５２に移動し、ヒートシンク部５２の放熱フィン５１を介して灯具１外に放散される。

そのため、光源ユニット２０を構成するリフレクタ２４及びレンズホルダー２８を熱伝導性の低い樹脂材料で形成することにより軽量化を図ったとしても、光源ユニット２０内の温度上昇を効率良く抑制することができ、ＬＥＤ光源２１の自己発熱による温度上昇を抑制することができる。その結果、ＬＥＤ光源２１の温度上昇に起因するＬＥＤ光源２１の発光効率の低減による発光量の減少が抑えられると共に、同様にＬＥＤ光源２１の温度上昇に起因するＬＥＤ光源２１の劣化による寿命の短縮を抑制することが可能となる。

なお、受熱部材４０には、表面積を増やして吸熱性を高めることによりリフレクタ２４及びレンズホルダー２８から伝達された暖気中の熱を効率的に取り込むと共に、体積を増やして蓄熱性を高めることにより取り込む熱の蓄熱容量を増加させるための、複数のフィンを備えた吸熱部４０ａを備えている（図３参照）。

これにより、吸熱部４０ａに蓄熱された多くの熱エネルギーをメンテナンスキャップ５０を介して効率的に灯具１外に逃がすことが可能となり、放熱効果の向上を図ることができる。

但し、吸熱部４０ａを備えた受熱部材４０は、灯具１の軽量化を維持するために、光源ユニット２０を構成するリフレクタ２４及びレンズホルダー２８をアルミダイキャストで形成した場合よりも軽量になるように設定されている。

なお、本実施例においては、光源ユニット２０の全体を受熱部材４０で包囲するようにしたが、光源ユニット２０を構成するリフレクタ２４及びレンズホルダー２８からの熱伝達により温められた暖気は上昇気流を生じることから、図４のように、受熱部材４０で光源ユニット２０の略上半分のみを包囲するようにしてもよい。これにより、灯具１の軽量化と同時に効率的な放熱効果を得ることが可能となる。

図５は本発明の車両用灯具に係わる実施例２の断面説明図である。

本実施例は、上述の実施例１における、受熱部材４０、延長部材５３及びメンテナンスキャップ５０からなる放熱経路と同時に、他の放熱経路を付加するものである。

具体的には、光源ユニット２０を包囲する金属材料で形成された略筒状の受熱部材４０と、複数の放熱フィン５１が設けられたヒートシンク部５２が一体に形成されたメンテナンスキャップ５０とを、金属材料で形成された帯状、或いは紐状のフレキシブルな延長部材５３で熱的に接続すると共に、更に、ＬＥＤ光源２１が実装されたＬＥＤ光源実装基板２２を載置した金属製のマウントプレート２３とメンテナンスキャップ５０とを延長部材５３で熱的に接続するものである。

この場合、マウントプレート２３と延長部材５３との接合は、延長部材５３をマウントプレート２３と金属プレート５４で挟んで固定ネジ５５で締め付ける構造とし、延長部材５３とメンテナンスキャップ５０との接合は、延長部材５３をメンテナンスキャップ５０と金属プレート５４で挟んでそれらを固定ネジ５５で締め付ける構造を採用している。但し、マウントプレート２３と延長部材５３との接合、及び、メンテナンスキャップ５０と延長部材５３との接合は、いずれも機械的且つ熱的に接合することができればその接合構造は本実施例に限られるものではない。

これにより、ＬＥＤ光源２１の点灯時の発熱で暖められた光源ユニット２０内の暖気の熱が、順次リフレクタ２４及びレンズホルダー２８、受熱部材４０、延長部材５３を経てメンテナンスキャップ５０のヒートシンク部５２に移動し、ヒートシンク部５２の放熱フィン５１を介して灯具１外に放散される。

それと同時に、ＬＥＤ光源２１の点灯時の発熱が、順次基板２２、マウントプレート２３、延長部材５３を経てメンテナンスキャップ５０のヒートシンク部５２に移動し、ヒートシンク部５２の放熱フィン５１を介して灯具１外に放散される。

そのため、本実施例は上記実施例１に対して更なる放熱効果を得ることができ、ＬＥＤ光源２１の自己発熱による温度上昇を更に抑制することができる。その結果、ＬＥＤ光源２１の温度上昇に起因するＬＥＤ光源２１の発光効率の低減による発光量の減少が更に抑えられると共に、同様にＬＥＤ光源２１の温度上昇に起因するＬＥＤ光源２１の劣化による寿命の短縮を更に抑制することが可能となる。

但し、上記実施例１と同様に、灯具１の軽量化を維持するために、吸熱部４０ａを備えた受熱部材４０は、光源ユニット２０を構成するリフレクタ２４及びレンズホルダー２８をアルミダイキャストで形成した場合よりも軽量になるように設定されている。

また、上記実施例１と同様に、光源ユニット２０を構成するリフレクタ２４及びレンズホルダー２８からの熱伝達により温められた暖気は上昇気流を生じることから、図４のように、受熱部材４０で光源ユニット２０の略上半分のみを包囲するようにしてもよい。これにより、灯具１の軽量化と同時に効率的な放熱効果を得ることが可能となる。

以上、上述の実施形態の説明から分かるように、本発明は、前面レンズとハウジングにより形成された閉空間からなる灯室内に収容された、ＬＥＤ光源を有する光源ユニットにおいて、ＬＥＤ光源の点灯時の熱を、ＬＥＤ光源の交換用に設けられたメンテナンスキャップに一体に形成されたヒートシンク部を介して灯具外に放散するようにしたものである。

ＬＥＤ光源の放熱部を灯具後部に位置するメンテナンスキャップに設けたことにより、車両に灯具を取り付けたときに比較的余裕のあるエンジンルーム内のスペースを有効に活用することができると共に、灯具の高さを低く（厚みを薄く）することが可能となり、車両デザインの設計の自由度を高めることができる。

また、車両用灯具は外側形状を同一としつつ、車両の仕向け先によって光源ユニットを異なるものとすることがある。光源ユニットとしてＬＥＤ光源を用いた場合と、白熱バルブ光源を用いたユニットの両方の光源ユニットを用いることが可能とした場合において、ハウジング１０を共通の金型にて成形することにより金型費の節減や生産効率の向上を図ることが可能となり、製造コストの低減や開発期間の短縮を実現することができる。

また、電球や放電バルブ等の他の光源に比べて寿命の長いＬＥＤ光源の交換用に設けられたメンテナンスキャップは、ハウジングからの取付け・取外しがそう頻繁に行われるものではない。したがって、ヒートシンク部が一体に形成されたメンテナンスキャップが、取付け・取外し時の取り扱いに多少の難点があるにしても、問題となるほどのものではない。

それよりも、長寿命で交換作業をほとんど必要としないＬＥＤ光源のメンテナンスキャップにヒートシンク部を一体に形成することにより、放熱構造を含めた灯具単体として放熱性能を確保・確立することができ、信頼性の高い灯具を実現することができる。

更に、実質的に点光源とみなすことができるＬＥＤ光源を用いることにより、光学設計を容易に行うことができると共に、設計仕様に近い光学特性を有する灯具を実現することが可能となる。

１… 車両用灯具
１０… ハウジング
１１… 前面レンズ
１２… 灯室
２０… 光源ユニット
２１… ＬＥＤ光源
２２… 基板
２３… マウントプレート
２４… リフレクタ
２５… 第１のリフレクタ領域
２５ａ… 楕円系反射面
２６… 第２のリフレクタ領域
２６ａ… 楕円系反射面
２７… 第３のリフレクタ領域
２７ａ… 楕円系反射面
２８… レンズホルダー
２９… シェード
２９ａ… 上端
３０… 投影レンズ
４０… 受熱部材
４０ａ… 吸熱部
５０… メンテナンスキャップ
５１… 放熱フィン
５２… ヒートシンク部
５３… 延長部材
５４… 金属プレート
５５… 固定ネジ

Claims (3)

1. 前端開口を有するハウジングと該ハウジングの前端開口に取り付けられたレンズにより形成された閉空間からなる灯室内に、ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を囲むように配設された樹脂製のリフレクタと、前記リフレクタに連設された樹脂製のレンズホルダーと、前記光源とレンズとの間に設けられたシェードと、前記レンズホルダーの内底面から上方に延びるシェードと、前記レンズホルダーに支持された投影レンズとを備えたプロジェクタ型の光源ユニットが収容されてなる車両用灯具であって、
   前記光源ユニットの周囲を包囲する略筒形状の金属製の受熱部材と、
   前記ハウジングの後部に取付け・取外し自在に設けられ、複数の放熱フィンを備えたヒートシンク部と一体に形成されてなるメンテナンスキャップとを有し、
   前記受熱部材と前記メンテナンスキャップは金属製の延長部材で熱的に接続されていることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記ＬＥＤ光源は金属製のマウントプレート上に基板を介して配置され、前記マウントプレートと前記メンテナンスキャップが金属製の延長部材で熱的に接続さ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. 前記受熱部材には、表面積及び体積を増やすための吸熱部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用灯具。

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