JP2013133015A

JP2013133015A - 車載用室内照明装置

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Publication number: JP2013133015A
Application number: JP2011284949A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Soga; 久曽我; Hiroshi Ochiai; 弘志落合; Isamu Kuwana; 勇桑名
Original assignee: T AN T KK
Current assignee: T AN T KK
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-08
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP6050582B2

Abstract

【課題】フレネルレンズへの熱的損傷を解消し、かつ反射板を設けることなくＬＥＤから放射する光をフレネルレンズの全面に透過させ、使用目的に応じて凹レンズ又は凸レンズの機能を発揮させ車内の任意の位置を照らすことができ、従来よりもコンパクト化を図った車載用室内照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車載用室内照明装置は、基板に搭載したＬＥＤと、該ＬＥＤを搭載した基板の周縁に基部を固定したケースと、該ケースの天面に透光性熱可塑性樹脂からなる板厚が均一の平板形状のフレネルレンズとを備え、該均一の板厚である平板の内面の特定した位置を中心部として同心円領域を等ピッチで最外周に向けて形成する各同心円領域にフレネルのレンズカットの垂直高さが中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高くなるように変化させて形成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は車載用室内照明装置であり、白色光等の光を発するＬＥＤとフレネルレンズを組み合わせた照明装置に関する。

従来の車載用室内照明装置は図１２に示すように、ケース内の中央下部に設置した白熱バルブと、前記ケースの先端部に熱可塑性樹脂製凸レンズを設けた構造や、図１３に示すようにケースの中心からずれた斜めの位置に光軸をずらした場合は凸レンズ自体をケースの中心から偏心させた位置に設ける必要がある。また、デザイン上の関係で表面側に凸レンズを設定できない場合は、図１４に示すように裏側に凸レンズを形成する必要があった。

しかし、図１２〜図１４に示す凸レンズを熱可塑性樹脂で成形する場合、厚みの異なる表面が湾曲した凸レンズを熱可塑性樹脂で成形する際に、レンズの厚い部分に成形のヒケマークが発生しやすいという難点があった。このヒケマーク防止のために熱可塑性樹脂の成形時の射出圧力を上げると製品にバリが発生し易くなる上に、成形品完成のサイクルタイムが長くなる等の難点があった。結果として、製品の歩留まりが悪く、コストアップの要因となっていた。

白熱バルブでは発熱により温度が２５０℃以上となるために、凸レンズとバルブとの距離が近づきすぎるとバルブの発熱によりレンズが変形することも考えられることから適切な距離を保つ必要があった。また、明るいランプの要望を満たすために凸レンズ自体の厚さを増やす等の対策が講じられていた。さらに、偏心した凸レンズの形成は射出成形により行われるため、結果としてレンズが異形になり形状のバランスが悪く、成形品の歩留まりが悪くなる等の問題があった。

先行技術文献として、光源と、前記光源が出射した直接光を反射して、反射光を出射する反射板と、前記直接光と前記反射光を透過、屈折させて、それらの光を照射対象面に配光する配光板と、を有する自動車室内用の照明装置において、前記配光板は、入射してくる前記直接光を透過させる第一入射領域と、前記直接光の入射角が臨界角より大きいために、入射してくる前記直接光を反射する第二入射領域と、を含み、前記反射板は前記反射光を第二入射領域に入射させ透過させるように配置されている、ことを特徴とする自動車室内用の照明装置の発明が開示されている（特許文献１）。

特開２００９−６１８４８公報

上記特許文献１の発明である自動車室内用の照明装置は、ランプは市販されている一般的な白熱球を使用し、その白熱球で車内の特定領域を照らす場合、ランプの直接光を透過させる第一入射領域と、反射板を介して反射した光が配光板の第二入射領域に入射させ透過させて、一つの領域に集光せずに別々の領域に別れて入射、透過する構成としているので、配光板を透過する光の密度が低下して、配光板の発熱を抑制している旨の記載がされている。

しかし、特許文献１の発明は、ランプとして市販されている一般的な白熱電球を使用している点、ランプの周囲に反射板及び第二反射板を設置する点、配光板であるフレネルレンズはその内側表面に形成する複数の入射面の角度が全て同じ角度に形成するか又は異なる角度に形成する点が記載されている。この特許文献１の発明の配光板は、入射してくる直接光を透過させる第一入射領域と、直接光の入射角が臨界角より大きいために、入射してくる直接光に対してはこれを反射する第二入射領域含んでおり、反射板が反射光を第二入射領域に入射させ透過されることにより、配光板を透過する光の密度を低減させ、配光板の発熱を抑制している。
一般に白熱電球では白熱光が四方に拡散し、かつ発熱温度が２５０℃以上となり、熱可塑性樹脂レンズは熱的影響を受けることは避けがたく、しかも反射板も複数枚設置しなければならないという難点がある。また、発熱電球とレンズの距離も熱的影響を緩和させるために例えば１５ｍｍ以上距離を空けなければならずコンパクト化に難点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは発光温度が低く、かつ発光方向が前方方向という方向性を備えたＬＥＤと、該ＬＥＤとの距離が１０ｍｍ以下ないしは数ｍｍ前後という至近距離に設置したフレネルレンズとの組み合わせによりフレネルレンズへの熱的損傷を解消し、かつ反射板を設けることなくＬＥＤから放射する光をフレネルレンズの全面に透過させ、使用目的に応じて凹レンズ又は凸レンズの機能を発揮させ車内の任意の位置を照らすことができ、従来よりもコンパクト化を図った車載用室内照明装置を提供することにある。

本発明に係る車載用室内照明装置は、基板に搭載したＬＥＤと、該ＬＥＤを搭載した基板の周縁に基部を固定したケースと、該ケースの天面に透光性熱可塑性樹脂からなる板厚が均一の平板形状のフレネルレンズとを備え、該均一の板厚である平板の内面の特定した位置を中心部として同心円領域を等ピッチで最外周に向けて形成する各同心円領域にフレネルのレンズカットの垂直高さが中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高くなるように変化させて形成することを特徴とする。

請求項１記載のケースとフレネルレンズは別体又は一体に成形したことを特徴とする請求項１記載の車載用室内照明装置である。

フレネルレンズの垂直方向のカットの高さは中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高く、かつ傾斜面は内周側から外周側に向けて低くなる傾斜面となるように変化させて凸レンズのフレネルカットに形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車載用室内照明装置である。

フレネルレンズの垂直方向のカットの高さは中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高く、かつ傾斜面は外周側から内周側に向けて低くなる傾斜面となるように変化させて凹レンズのフレネルカットに形成することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の車載用室内照明装置である。

請求項１記載の透光性熱可塑性樹脂からなる板厚が均一の平板形状のフレネルレンズは平板内面に中心部から偏心した位置を中心として最外殻に向けて等ピッチで形成する各同心円領域にフレネルレンズの垂直方向のカット高さが中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高くなるように変化させて形成することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の車載用室内照明装置である。

請求項１記載のＬＥＤとフレネルレンズとの距離は１０ｍｍから1ｍｍの距離に近づけたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載の車載用室内照明装置である。

本発明の車載用室内照明装置は、発熱温度の低いＬＥＤと透光性熱可塑性樹脂からなる板厚が均一の平板形状のフレネルレンズを組み合わせることによりフレネルレンズへの熱的損傷を解消される。また、本発明はＬＥＤ自体が前方に光を放射するという方向性を備えているので、従来の白熱電球のように周辺に反射板を設ける必要がなくＬＥＤから放射する光をフレネルレンズの全面に透過させることができ、光束を収束又は拡散という使用目的に応じて凸レンズ又は凹レンズの機能を使用して車内の所望位置を照らすことができる。

また、板厚が均一の平板形状のフレネルレンズは中心位置を偏心させた位置を中心とした同一ピッチで同心円領域を形成することにより、反射板を使用することなくフレネルレンズを通過後の光束を傾斜した方向に向けて照射することができる。
さらに、ＬＥＤとフレネルレンズの距離を１０ｍｍから1ｍｍの距離の至近距離に近づけることができ、フレネルレンズ自体に熱的損傷を受けることなく、コンパクトな車載用室内照明装置が得られる。

一端が開口し他端が均一な板厚の平板で閉塞した容器形状に一体成形した凸レンズタイプのフレネルレンズの拡大断面図（フレネルレンズ一部省略）である。図１の凸レンズタイプのフレネルレンズのＡ部のカット高さとピッチ間隔を示す拡大断面図である。図１の凸レンズタイプのフレネルレンズの拡大底面図である。一端が開口し他端が均一な板厚の平板で閉塞した容器形状に一体成形した凹レンズタイプのフレネルレンズの拡大断面図（フレネルレンズ一部省略）である。図４の凹レンズタイプのフレネルレンズのＢ部のカット高さとピッチ間隔を示す拡大断面図である。図４の凹レンズタイプのフレネルレンズの拡大底面図である。一端が開口し他端が均一な板厚の平板で閉塞した容器形状に一体成形した中心位置から偏心した位置に形成した凸レンズタイプのフレネルレンズの拡大断面図である。図７の偏心した位置に形成した凸レンズタイプのフレネルレンズの拡大底面図である。ＬＥＤと偏心した凸レンズタイプのフレネルレンズを組み合わせた拡大断面図である。ケースと、均一な板厚の平板からなる凸レンズタイプのフレネルレンズを一体成形し、ウェッジ型ＬＥＤランプを組み込んだ拡大した一部断面図である。ケースと、同じ板厚の平板からなる凸レンズタイプのフレネルレンズを別々に成形し、ウェッジ型ＬＥＤランプに組み込んだ拡大断面図である。従来の白熱バルブをケースに装着し、ケースの上端に凸レンズを設置した車載用室内ランプ構造を示す概略説明図である。従来の白熱バルブをケースに装着し、ケースの上端面の偏心した位置に取り付けた凸レンズを設置した車載用室内ランプ構造を示す概略説明図である。従来の白熱バルブをケースに装着し、ケースの上端裏側に偏心した位置に取り付けた凸レンズを設置した車載用室内ランプ構造を示す概略説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明する。
図１〜図３は凸レンズタイプのフレネルレンズの拡大断面図をそれぞれ示す。
１は均一な厚さの平板１ａで形成した円形のフレネルレンズである。フレネルレンズ１は円筒体２ａからなるケース２と射出成型機により一体成形した場合を示す。フレネルレンズ１とケース２は容器を逆さにした円筒容器形状をしている。本例では成形上、フレネルレンズ１とケース２はそれぞれ１ｍｍの厚さに成形した場合を示すがこの厚さに限定されるものではない。フレネルレンズ１は平板１ａの裏面に各同心円領域に形成したフレネルカットによって得られる。

本例ではケース２とフレネルレンズ１は透光性の熱可塑性樹脂で一体成形した場合を示す。使用される熱可塑性樹脂は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等の透光性熱可塑性樹脂であるが、耐用年数等を考慮すると耐熱、耐候性、耐強度性を有する熱可塑性樹脂を使用することが好適である。フレネルレンズ１の板厚を１ｍｍの平板としたことは射出成型時における板厚が薄い箇所と厚い箇所が存在することで金型内に射出された熱可塑性樹脂の冷却速度が厚い所は遅く薄い所は早く冷却するために冷却の最も遅い厚肉部の表面にゆるやかな凹みが生じ、これがヒケとなって製品の不具合となり製品の歩留まりが悪くなることを解消するためであり、均一な製品が効率良く得られる等の理由による。また成形時間を短縮するために成形時の圧力を高めると製品にバリ等が発生することとなる。

本例ではケース２の内径は１０ｍｍで、外形は１２ｍｍで、側壁の厚さが１ｍｍである場合を示す。図２はフレネルレンズ１である平板１ａの裏面に０．３ｍｍのピッチ間隔で同一円周帯域にそれぞれ異なる傾斜角度を有する傾斜面を形成した場合を示す。図１から図３はフレネルレンズ１を凸レンズタイプにフレネルカットをした場合を示す。各傾斜面の垂直高さは図２に示すように最外周で最大０．１ｍｍの高さに形成し内側の中心部に向けて徐々に傾斜面の垂直高さを減少させ、中心部位置では傾斜面のない平坦な形状に形成する。凸レンズの形成は各傾斜面が外周から内周に向けて傾斜面の垂直高さが次第に高くなるように直線的な傾斜面を同一円周帯域に形成し、各同一円周帯域のピッチはそれぞれ０．３ｍｍ間隔である。

図４〜図６は凹レンズタイプのフレネルレンズの拡大断面図をそれぞれ示す。
傾斜面の傾斜方向が異なるだけで基本的な構造は凸レンズの構造と同じであるので詳細な説明は省略する。
すなわち、図４〜図５に示すケース２となる円筒体２ａの内径は１０ｍｍで、外形は１２ｍｍとし、平板１ａの裏面に０．３ｍｍのピッチ間隔で同一円周帯域にそれぞれ異なる傾斜角度を有する傾斜面を形成し、各傾斜面の垂直高さは最外周で最大０．１ｍｍの高さに形成し外周から内周に向けて下降する傾斜面の垂直高さを徐々に減少させる。
傾斜角度は中心部位置では傾斜面のない平坦な形状に形成する点は凸レンズの場合と同様である。異なる点は、凹レンズの形成における各同一円周域では外周から内周に向けて下り傾斜面に形成している点である。

凸レンズ及び凹レンズタイプのフレネルレンズ１は共に全体形状が逆さ容器形状にケース２と一体成形されるが、ケース２となる円筒体２ａは、従来の白熱電球の周囲に設けられている別体構造のケースの役割を果たすこととなる。従来の白熱電球の場合はフレネルレンズの熱的損傷を受けるのを避けるために白熱電球との距離を１５ｍｍから３０ｍｍ位の間隔を空けて設置する必要があったが、本例では図１０に示すようにＬＥＤが高熱を発することがないのでＬＥＤ３とフレネルレンズ１との距離は２ｍｍから６ｍｍ前後という大幅に設置距離の短縮を図ることができ、コンパクト化が可能となり、寿命も延び、光の収束、拡散が反射鏡等を用いることなく効率良く行われる。また、均一な厚さのフレネルレンズ１とケース２に相当する円筒体２ａは下部の装着部２ｂをウェッジベース部５に挿し込むだけで簡単に固定できる。

図９に示すように、ＬＥＤ３は基板４の上面中央に搭載する。フレネルレンズ１と一体形成したケース２の下部内周面は基板４の外周面に装着する。装着手段は本例ではケース２の下端部に形成した３箇所の装着部２ｂをウェッジベース部５に挿し込むだけで簡単に装着される。本例ではＬＥＤ３とフレネルレンズ１との間隔が３ｍｍ以内の近接した位置に設けた場合を示す。このようにＬＥＤ３から上方に向けて放射される焦点距離の短い凸レンズ又は凹レンズのいずれの場合もフレネルレンズ１により照射面に対し明るい状態で照射される。

図１０はケースと、均一な板厚の平板からなる凸レンズタイプのフレネルレンズ１をケース２と一体成形した場合を示し、ウェッジベース部５にケース２を組み込んだウェッジ型ＬＥＤランプの拡大一部断面図である。

図１１はケース２と、同じ板厚の平板１ａからなる凸レンズタイプのフレネルレンズ１を別々に成形し、ウェッジ型ＬＥＤに組み込んだ拡大一部断面図を示す。
基本的構成はケース２と、同じ板厚の平板１ａからなる凸レンズタイプのフレネルレンズ１を一体に成形した場合と同様である。成形上は円形平板１ａのみを成形した場合の方が成形は容易であり、歩留まりも良好である。しかし、ケース２である円筒体２ａを別体で形成した場合は、フレネルレンズ1をケース２の上端に接着等の手段により固定する必要がある。

本発明は車載用室内照明装置として、従来の白熱電球のように周辺に反射板を設ける必要がなくＬＥＤから放射する光をフレネルレンズの全面に透過させることができ、光束を収束又は拡散という使用目的に応じて凸レンズ又は凹レンズの機能を使用して車内の所望位置を照らすことができるので、車載用の白色光等の光を発するＬＥＤウェッジ電球等として、多種多様な用途に利用され、かつＬＥＤの性質上従来の電球に比べ耐用年数も大幅に向上し産業上の利用分野は多岐に亘る。

１フレネルレンズ
１ａ平板
２ケース
２ａ円筒体
２ｂ装着部
３ＬＥＤ
４基板
５ウェッジベース部

Claims

基板に搭載したＬＥＤと、該ＬＥＤを搭載した基板の周縁に基部を固定したケースと、該ケースの天面に透光性熱可塑性樹脂からなる板厚が均一の平板形状のフレネルレンズとを備え、該均一の板厚である平板の内面の特定した位置を中心部として同心円領域を等ピッチで最外周に向けて形成する各同心円領域にフレネルのレンズカットの垂直高さが中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高くなるように変化させて形成することを特徴とする車載用室内照明装置。
請求項１記載のケースとフレネルレンズは別体又は一体に成形したことを特徴とする請求項１記載の車載用室内照明装置。
フレネルレンズの垂直方向のカットの高さは中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高く、かつ傾斜面は内周側から外周側に向けて低くなる傾斜面となるように変化させて凸レンズのフレネルカットに形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車載用室内照明装置。
フレネルレンズの垂直方向のカットの高さは中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高く、かつ傾斜面は外周側から内周側に向けて低くなる傾斜面となるように変化させて凹レンズのフレネルカットに形成することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の車載用室内照明装置。
請求項１記載の透光性熱可塑性樹脂からなる板厚が均一の平板形状のフレネルレンズは平板内面に中心部から偏心した位置を中心として最外殻に向けて等ピッチで形成する各同心円領域にフレネルレンズの垂直方向のカット高さが中心部の平坦な零の状態から最外周に向けて徐々に高くなるように変化させて形成することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の車載用室内照明装置。
請求項１記載のＬＥＤとフレネルレンズとの距離は１０ｍｍから1ｍｍの距離に近づけたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載の車載用室内照明装置。