JP2013226988A - 車両用ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ランプの点灯制御装置とアクチュエータの電流制御装置を共用化して車両用ランプの小型化を実現する。
【解決手段】通電によって点灯するＬＥＤ２と、ＬＥＤ２から照射される光の配光を制御するためのソレノイド型のアクチュエータ６を備える車両用ランプ（ランプユニットＬＵ）であって、定電流を出力する電流制御装置として構成され、ＬＥＤ２を点灯制御するとともにアクチュエータ６を駆動制御する１つのランプ制御装置ＬＣを備える。点灯制御装置と配光制御装置を１つのランプ制御装置ＬＣで構成でき、車両用ランプ（ランプユニットＬＵ）の小型化が実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は配光を切り替えることが可能な車両用ランプに関し、特に配光を切り替えるためのソレノイド型のアクチュエータを備えた車両用ランプに関するものである。

車両用ランプでは、配光を切り替えるためにランプ内に可変シェードを配設し、この可変シェードを駆動することによって光源から出射された光の遮光領域を切り替えるようにしたランプが提供されている。このような可変シェードを駆動するためのアクチュエータとして、従来ではモータを駆動源とするアクチュエータやソレノイドを駆動源とするアクチュエータが提案されている。例えば、前者の例として特許文献１に記載の技術があり、後者の例として特許文献２に記載の技術がある。これらのアクチュエータには一長一短があり、例えば、モータ型のアクチュエータは可変シェードを駆動させるのに必要とされる駆動力を得る場合でも小型に構成できるが、モータを回転、停止させる際の電流変化に伴う電磁波ノイズが発生し、この電磁波ノイズが車両に搭載している電子機器、特に電子制御機器の誤作動を生じさせる原因となる。一方、ソレノイド型のアクチュエータは、これとは反対に電磁波ノイズは発生しないが、可変シェードを駆動させるのに必要な駆動力を得るためにはアクチュエータを構成しているコイルの径寸法や軸長寸法を長くし、あるいはコイルの巻数を多くする必要がありモータ型のアクチュエータに比較して大型化することになる。

特開２００４−３４２６１５号公報 特開２００７−２１３９３８号公報

このようなことから、本願出願人は先に特願２０１２−４７４８０（以下、先願と称する）において、ソレノイド型アクチュエータ（以下、単にアクチュエータと称することもある）を採用するとともに、このアクチュエータを駆動するための配光制御装置として新規な電流制御装置を構築し、アクチュエータに要求される駆動力を確保する一方で当該アクチュエータに通流する電流を抑制してアクチュエータの小型化を実現した技術を提案している。しかし、通常のランプでは光源を点灯制御するための点灯制御装置が必要とされており、この点灯制御装置に加えて前記した電流制御装置をランプに配設することになると、これらの装置を配設するスペースをランプに確保しなければならずランプの小型化を進める上での障害になる。特に、先願で提案されている電流制御装置はアクチュエータの小型化を実現するためにアクチュエータを定電流制御する方式を採用しているので、当該電流制御装置の回路構成部品数が多くなり、電流制御装置を小型化することが難しく、点灯制御回路と電流制御装置を併せた回路規模が大きくなりランプの小型化が難しいものとなっている。

本発明の目的はランプを構成する光源の点灯制御装置とアクチュエータの電流制御装置を共用化することにより、ランプの小型化を実現した車両用ランプを提供するものである。

本発明は、通電によって点灯する光源と、当該光源から照射される光の配光を制御するためのソレノイド型のアクチュエータを備える車両用ランプであって、定電流を出力する電流制御装置として構成されて光源を点灯制御するとともにアクチュエータを駆動制御する１つのランプ制御装置を備えることを特徴とする。

本発明は、さらに、配光を切り替えるためのスイッチ手段を備え、ランプ制御装置は当該スイッチ手段により、光源にのみ通電を行う第１の配光と、光源及びアクチュエータに通電を行う第２の配光の各状態に切り替え可能とする。この場合において、ランプ制御装置は、第２の配光時には第１の配光時よりも出力電流を増加する構成とする。特に、出力電流の増加分はアクチュエータを駆動するのに必要かつ十分な電流とすることが好ましい。例えば、光源は半導体発光素子であり、ランプ制御装置は第２の配光時において増加する電流量が、当該半導体発光素子による降下電圧をアクチュエータの電気抵抗値で除算した電流値に設定される。

本発明によれば、１つのランプ制御装置で光源の点灯制御と、アクチュエータによる配光制御を行うことができ、ランプを構成するための制御装置を小型に構成でき、車両用ランプの小型化が実現できる。また、ランプ制御装置は、スイッチ手段により第１の配光と第２の配光に切り替えられたときに出力電流を変化させて光源を点灯するのに適切な電流と、光源の点灯及びアクチュエータの駆動に適切な電流にそれぞれ制御することができ、電力の無駄がない省電力での制御が可能になる。特に、光源にＬＥＤ等の半導体発光素子を用いた場合には、当該発光素子の降下電圧とアクチュエータの電気抵抗とに基づいて出力電流の増加量を設定することにより、光源の光度を安定に制御する一方で、アクチュエータを適切に駆動して好適な配光制御が可能になる。

本発明の実施形態におけるランプユニットの概略断面構成図。 可変シェード及びアクチュエータの概略斜視図。 可変シェードで制御する配光図。 ランプ制御装置の回路構成図。 ランプ制御装置の動作タイミング図。 ＬＥＤとアクチュエータ（ソレノイド）に通流される電流を説明するための回路図。 電流を増加させるための変形回路図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明を自動車のヘッドランプに適用した実施形態の概略断面構成図であり、自動車の車体前部の左右にそれぞれ配設されるヘッドランプは、図には表れないランプハウジング内にプロジェクタ型ランプとして構成されたランプユニットＬＵが配設されている。このランプユニットＬＵには、当該ランプユニットＬＵの点灯状態を制御するとともに、その配光を制御するためのランプ制御装置ＬＣが接続されている。また、このランプ制御装置ＬＣには、自動車の運転席に設けられた点灯スイッチ（ランプスインチ）ＬＭＰと配光切替スイッチ（ディマースイッチ）ＤＩＭが接続されており、ランプスイッチＬＭＰの操作によりランプユニットＬＵの点灯と消灯が切り替えられ、ディマースイッチＤＩＭの操作により同ランプユニットＬＵを異なる配光パターンの第１の配光と第２の配光に切り替えられる。ここでは、第１の配光としてのロービーム配光と第２の配光としてのハイビーム配光の切り替えが行われるようになっている。

前記ランプユニットＬＵは、ランプベース１上に光源としてのＬＥＤ２が搭載されている。このＬＥＤ２は、図１の一部に拡大外観図を表しているように、平面配列された４つのＬＥＤチップ２１〜２４を一体化したＬＥＤとして構成されている。前記４つのＬＥＤチップ２１〜２４はアノード・カソードが直列接続され、前記ランプ制御装置ＬＣから出力される出力電流によって発光されるようになっている。また、前記ランプベース１上には前記ＬＥＤ２を覆うように回転楕円面の一部で構成されたリフレクタ３が配設されているとともに、当該ランプベース１の前端部には照射レンズ４が支持されている。さらに、前記ランプベース１には、前記リフレクタ３と照射レンズ４との間に、可変シェード５と、この可変シェード５を駆動するためのアクチュエータ６が配設されている。

このランプユニットＬＵでは、ＬＥＤ２が発光したときに出射された光をリフレクタ３により前方に向けて反射し、当該反射光３ないしＬＥＤ２から直接出射された光を照射レンズ４によりランプユニットＬＵの前方に向けて照射する。また、可変シェード５をアクチュエータ６により駆動することによりＬＥＤ２から出射した光の一部を遮光し、あるいは遮光することなく照射レンズ４に入射する光束を制御し、照射する光の配光を前記した第１の配光と第２の配光に切り替えることができる。

前記可変シェード５は、図２（ａ）に概略外観図を示すように、ランプ光軸Ｌｘと直交する左右方向に沿って前記ランプベース１の両側に立設した支持片１ａに両端支持された傾動軸５１を有し、この傾動軸５１には当該傾動軸５１を中心にして所要の角度範囲で鉛直方向に傾動可能なシェード体５２が支持されている。このシェード体５２は前記ＬＥＤ２側に向けて凸状に湾曲した板状に形成され、その左右両端部において前記傾動軸５１に支持されるとともに、その上縁５２ａはロービーム配光パターンのカットオフラインに対応した形状に形成されている。なお、このシェード体５２は傾動軸５１に軸装されているコイルスプリングからなる戻りばね５４のばね力によって常態では起立した状態、すなわち後述するようにロービーム配光の配光パターンを形成する状態に付勢位置され、後方に傾動されたときにはハイビーム配光の配光パターンを形成するように構成されている。

前記アクチュエータ６は、ランプユニットＬＵの小型化に対応した小型のソレノイド型アクチュエータとして構成されている。このアクチュエータ６は、通電されたときに磁界を形成するソレノイド６０（コイル：図４参照）を一体的に内装したケーシング６１と、このケーシング６１内に基端部が内挿されるとともに、先端部がケーシング６１から突出されている円柱ロッド状をした金属製のアーマチュア６２とを備えている。このアーマチュア６２は前記ソレノイド６０が非通電のときには先端部がケーシング６１から突出状態にあり、当該ソレノイド６０に通電されて磁力が発生したときには、当該磁力によってケーシング６１の内方向に吸引移動される構成である。さらに、前記アーマチュア６２の先端部には連結ロッド６３の一端が係合されており、この連結ロッド６３の他端は後方に向けて延長された上で前記シェード体５２の下辺の一部に一体に設けられた連結片５３に掛合されている。この連結ロッド６３は長さ方向の中間一部において前記ケーシング６１の一部に立設したガイド片６４に設けた上向きＵ字溝６４ａに内挿されており、当該連結ロッド６３がランプ光軸Ｌｘに沿った方向に移動されるように案内保持されている。

このアクチュエータ６は前記ランプ制御装置ＬＣによって通電が制御され、この通電の制御により駆動が制御されて前記可変シェード５の切り替えを行うようになっている。すなわち、アクチュエータ６が非通電のときには、図２（ａ）のように、アーマチュア６２は先端部がケーシング６１から突出した状態にあり、シェード体５２は戻りばね５４のばね力によって前方に回動されて図１の実線のように起立状態にある。また、これに伴って連結ロッド６３は前方に移動された位置にある。したがって、ＬＥＤ２から出射された光の一部はシェード体５２によって遮光され、ランプユニットＬＵの配光は図３（ａ）に示すようにシェード体５２の上縁５２ａの形状に倣ったカットオフラインを有するロービーム配光ＰＬ、すなわち第１の配光となる。一方、アクチュエータ６に通電されると、図２（ｂ）に示すように、アーマチュア６２はケーシング６１に吸引移動されてＭ方向に移動され、連結ロッド６３もＭ方向に移動されるため、シェード体５２は戻りばね５４のばね力に抗して図２の鎖線のように傾動軸５１を中心にＲ方向に回動され、後方に傾動される。これにより、シェード体５２はＬＥＤ２から出射された光の光路から退避され、当該光を遮光しない傾動状態となり、ランプユニットＬＵの配光は図３（ｂ）に示すようにハイビーム配光ＰＨ、すなわち第２の配光となる。

図４はランプ制御装置ＬＣの回路図である。以下の説明において、ＦＥＴは電界効果トランジスタ、Ｃはコンデンサ、Ｒは抵抗、Ｄはダイオード、ＯＰはオペアンプである。このランプ制御装置ＬＣには出力端ＯＵＴに前記ＬＥＤ２とアクチュエータ６が接続されており、ランプ制御装置ＬＣの出力電流によってＬＥＤ２が発光され、かつアクチュエータ６が駆動されるようになっている。ここで、ＬＥＤ２は出力端ＯＵＴに常時接続されてランプ制御装置ＬＣが作動したときには出力電流が通流されるようになっているが、アクチュエータ６は前記ディマースイッチＤＩＭがＯＮされたときにのみランプ制御装置ＬＣの出力電流が通流されるようになっている。

このランプ制御装置ＬＣを図５の動作タイミング図を併せて参照して説明すると、ランプスイッチＬＭＰがＯＮされて入力端ＩＮに電圧Ｖが入力されるとＯＳＣ（発振器）が発振を開始し、その立ち上がりエッジでＲＳ型のＦＦ（フリップフロップ）をセットする（Ｓ信号）。ＦＦがセットされると、ＦＥＴ１がＯＮ状態になり、シャント抵抗Ｒ１を通してＬ（インダクタ）に電流が流れ、当該Ｌに磁気エネルギが蓄電される。Ｒ１の降下電圧はＯＰ１（反転増幅器）により増幅されたａ電圧となり、このａ電圧が徐々に高くなってＣＭＰ（コンパレータ）の比較電圧（ｂ電圧）よりも高くなるとＣＭＰの出力が反転し、ＦＦがリセットされてＦＥＴ１がＯＦＦ状態になる。ＦＥＴ１のＯＦＦによりＬに蓄電された電磁エネルギはＣ２に充電されるとともに、出力端ＯＵＴから出力電流として出力され、ＬＥＤ２に通電される。このＦＥＴ１のＯＮ，ＯＦＦを繰り返すことにより、Ｃ２の充電量が増大して行きＬＥＤ２に通電される電流が増加される。この電流が増加するとシャント抵抗Ｒ５端の電圧（ｃ電圧）が低下するので、ＯＰ２（反転増幅器）の出力のｄ電圧が高くなる。ＯＰ３（反転増幅器）はこのｄ電圧と、ＺＤ（ツェナーダイオード）による基準電圧（ｅ電圧）の差電圧を反転出力するので、ｄ電圧が増加されるとｂ電圧が低下されることになる。ＣＭＰはこのｂ電圧を鋸歯状のａ電圧と比較しているのでＦＦの反転時間が早くなり、Ｑで示すＦＥＴ１のゲート電圧によってＦＥＴ１のＯＮ時間が短くなり、出力端ＯＵＴから出力される出力電流は低下する。

一方、ＦＥＴ１のＯＮ時間が短くなると、Ｌに蓄積される磁気エネルギが低減され、Ｃ２の充電量が低下されてＲ５端のｃ電圧が上昇され、ＯＰ２により前記とは逆にｄ電圧が低くなる。これにより、ｂ電圧が高くなってＦＥＴ１のＯＮ時間が長くなり、出力端ＯＵＴから出力される出力電流は増加する。この一連の動作によって電圧Ｖが変動した場合でもＲ５端のｃ電圧が一定に制御され、出力端ＯＵＴから出力される出力電流は所定の定電流にフィードバック制御され、この定電流によってＬＥＤ２は安定した光度で発光される。

このとき、ディマースイッチＤＩＭがＯＦＦされている状態、すなわち第１の配光に設定されているときには、アクチュエータ６のソレノイド６０はＧＮＤに接続されておらずオープン状態にあるためランプ制御装置ＬＣの出力電流がアクチュエータ６に通流されることはない。したがってアクチュエータ６は図２（ａ）に示した初期状態のままであり、可変シェード５はロービーム配光の位置に制御され、発光したＬＥＤ２から出射された光の一部は可変シェード５により遮光されることになり、前記したようなロービーム配光での光照射となる。

ディマースイッチＤＩＭがＯＮされて第２の配光に設定されると、アクチュエータ６のソレノイド６０はディマースイッチＤＩＭを介してＧＮＤに接続され、ランプ制御装置ＬＣの出力端ＯＵＴからの出力電流が通流される状態となる。これと同時に、ＯＰ２の出力はＲ１３，Ｒ１４，Ｄ４を介してＧＮＤに接続されるため、ＯＰ２の出力電圧はＲ１３とＲ１４＋Ｖｆ（Ｄ４）に分圧され、ｄ電圧はＯＰ２の出力電圧よりも低くなる。Ｖｆ（Ｄ４）はＤ４の順方向電圧である。これにより、ＯＰ３の出力のｂ電圧が上昇し、ＦＥＴ１のＯＮ時間が長くなり、出力端ＯＵＴの出力電流が図５に示すようにΔＩだけ増加する。そして、増加した出力電流はＬＥＤ２及びアクチュエータ６のソレノイド６０に通流されるため、ＬＥＤ２は発光状態が保たれるとともにアクチュエータ６が駆動され、可変シェード５を駆動してハイビーム配光の位置に制御する。これにより、図２（ｂ）に示したように可変シェード５は光路から退避され、ＬＥＤ２から出射される光は可変シェード５によって遮光されることなく照射され、前記したようなハイビーム配光での光照射となる。

ここで、図６にＬＥＤ２とアクチュエータ６のソレノイド６０に流れる電流を示すが、ＬＥＤ２の順方向電圧をＶｆ（ＬＥＤ）とし、ソレノイド６０の抵抗をＲｓとする。このＶｆ（ＬＥＤ）は４つのＬＥＤチップ２１〜２４の各順方向電圧Ｖｆ（２１）〜Ｖｆ（２４）を加算した値である。ディマースイッチＤＩＭがＯＦＦのときには、ランプ制御装置ＬＣによってＬＥＤ２に電流Ｉ（ＬＥＤ）が通流され、ＬＥＤ２は所定の光度で発光されるがソレノイド６０には電流が通流されていない。ディマースイッチＤＩＭをＯＮしたときにソレノイド６０に電流が通流されてアクチュエータ６が駆動されるが、このときの駆動に好適な電流をＩ（ａｃｔ）とすると、この電流Ｉ（ａｃｔ）が前記したように増加する出力電流の増加分ΔＩに等しければ、この増加分ΔＩは全てソレノイド６０に通流され、かつこの通流電流によってアクチュエータ６を好適に駆動させることが可能になる。出力電流の増加分ΔＩがＩ（ａｃｔ）よりも小さいときにはアクチュエータ６を好適に駆動することが難しく、反対にＩ（ａｃｔ）よりも大きいときにはアクチュエータ６を駆動するものの、一部の出力電流はＬＥＤ２を流れる電流を増加させて発光光度をいたずらに増加することになる。したがって、電流の増加分ΔＩがＩ（ａｃｔ）、すなわちソレノイド６０の両端に加えられる電圧Ｖｆ（ＬＥＤ）をソレノイドの抵抗Ｒｓで除算して得られる電流に等しくなるように、つまりΔＩ＝Ｖｆ（ＬＥＤ）／Ｒｓとなるようにランプ制御装置の回路設計を行うことで、電力を無駄に消費することなくＬＥＤ２を適切な光度で点灯し、かつハイビーム配光とロービーム配光の好適な配光制御が可能になる。

このように１つのランプ制御装置ＬＣで光源としてのＬＥＤ２を発光制御するとともに、可変シェード５を動作させるためのアクチュエータ６を駆動してハイビーム配光とロービーム配光を切り替える配光制御が実現できる。また、この実施形態のランプ制御装置ＬＣは、先願において提案されているアクチュエータを駆動するための電流制御装置とほぼ同じ回路構成であり、回路規模もこれと同等であるので、ヘッドランプのランプハウジング内に先願の電流制御装置と同規模のランプ制御装置を配設するだけで当該ヘッドランプの点灯制御と配光制御が実現されることになり、点灯制御装置と電流制御装置の２つをランプハウジング内に配設する場合に比較してヘッドランプの小型化が実現できる。

本発明のランプ制御装置は、アクチュエータ６をランプ制御装置ＬＣに対して電気接続したときに出力端ＯＵＴから出力される電流を増加し、その増加分をアクチュエータ６に通流するように構成すればよいので実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、Ｒ１２ｘと、ディマースイッチＤＩＭと連動するスイッチＳＷ１と、Ｒ１２ｙを直列接続したものをＲ１２と並列に接続し、ＳＷ１とＲ１２ｙとの接続端をＯＰ３の＋入力端に接続する。ディマースイッチＤＩＭをＯＮしたときにこれと同時にスイッチＳＷ１がＯＮしてＲ１２の両端の電圧をＲ１２ｘとＲ１２ｙで分圧してＯＰ３の＋入力端に入力させる。これにより、ＯＰ３の＋入力端のｅ電圧を増加させ、ｂ電圧を増加して出力電流を増加させることができる。勿論、これ以外の回路構成であってもよい。

本発明は光源としてのＬＥＤは単一のＬＥＤとして構成されていてもよい。また、実施形態のように４つあるいはその他の複数個のＬＥＤまたはＬＥＤチップを一体化したＬＥＤとして構成されていてもよい。この場合、複数のＬＥＤは直列接続されていてもよく並列接続されていてもよい。また、光源はＬＥＤ以外の半導体発光素子であってもよく、さらには白熱バルブ等の電球であってもよい。いずれの光源を採用する場合でも、出力電流を増加したときに、その増加分をアクチュエータに通流させるように回路を構成することにより光源の点灯と配光の制御を好適に行うことが可能になる。

本発明のアクチュエータはロービーム配光とハイビーム配光を切り替えるための可変シェードを駆動するものに限られるものではなく、一の配光から他の配光に切り替える際に駆動される可変シェードを駆動するものであってもよい。また、本発明のアクチュエータは実施形態のように可変シェードを駆動するためのアクチュエータに限られるものではなく、ランプの配光を切り替えるためのアクチュエータ、例えばランプユニット内における光源の位置を移動するためのアクチュエータ、あるいはリフレクタを上下方向、左右方向に傾動させるためのアクチュエータ、さらにはこれら以外の配光を変化させたるための光学部材を移動するためのアクチュエータに対しても適用することが可能である。

本発明は光源を備えることはもとより、当該光源から出射される光による配光を切り替えるためのソレノイド型のアクチュエータを備える車両用ランプに採用することができる。

１ ランプベース
２ 光源（ＬＥＤ）
３ リフレクタ
４ 照射レンズ
５ 可変シェード
６ ソレノイド型のアクチュエータ
１０ ランプハウジング
５２ シェード体
６０ ソレノイド
６２ アーマチュア
ＬＵ ランプユニット
ＬＣ ランプ制御装置
ＬＭＰ ランプスイッチ
ＤＩＭ ディマースイッチ（スイッチ手段）

Claims (6)

1. 通電によって点灯する光源と、当該光源から照射される光の配光を制御するためのソレノイド型のアクチュエータを備える車両用ランプであって、定電流を出力する電流制御装置として構成されて前記光源を点灯制御するとともに前記アクチュエータを駆動制御する１つのランプ制御装置を備えることを特徴とする車両用ランプ。
2. 配光を切り替えるためのスイッチ手段を備え、前記ランプ制御装置は当該スイッチ手段により、前記光源にのみ通電を行う第１の配光と、前記光源及び前記アクチュエータに通電を行う第２の配光の各状態に切り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載の車両用ランプ。
3. 前記ランプ制御装置は、前記第２の配光時には前記第１の配光時よりも出力電流を増加する構成であることを特徴とする請求項２に記載の車両用ランプ。
4. 前記出力電流の増加分は前記アクチュエータを駆動するのに必要かつ十分な電流であることを特徴とする請求項３に記載の車両用ランプ。
5. 前記光源は半導体発光素子であり、前記ランプ制御装置は前記第２の配光時において増加する電流量が、当該半導体発光素子による降下電圧を前記アクチュエータの電気抵抗値で除算した電流値に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用ランプ。
6. 前記アクチュエータはロービーム配光とハイビーム配光を切り替えるための可変シェードを駆動するアクチュエータであり、前記スイッチ手段はディマースイッチであることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の車両用ランプ。
   
   
   

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