JP2018006116A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクの上面側と正面側に配置された各光源基板の放熱が互いの影響を受けることなく効率良くなされるようにした車両用灯具を提供すること。【解決手段】略水平な上面部２Ａ１と該上面部２Ａ１の前端から下方に向かって一体に屈曲する正面部２Ａ２を備えるヒートシンク２と、該ヒートシンク２の上面部２Ａ１の上面と正面部２Ａ２の前面にそれぞれ配置された光源基板７，８と、前記ヒートシンク２の下方に配置された冷却ファン３を備える車両用灯具１において、前記ヒートシンク２の上面部２Ａ１と正面部２Ａ２の前記冷却ファン３に対向する各内面２ａ，２ｂを、下方に向かって斜め前方に傾く傾斜面とする。【選択図】図４

Description

本発明は、冷却ファンによって光源等の熱源を強制空冷する冷却構造を備える車両用灯具に関するものである。

例えば、車両の前部左右に配置される前照灯（ヘッドランプ）等の車両用灯具の光源には、従来のバルブ（電球）に代えてＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子が使用されつつある。この半導体発光素子は、発光効率が高くて長寿命であり、且つ、省電力等の利点を有する反面、発熱によって発光効率や寿命の低下を招くという問題がある。

そこで、ＬＥＤ等の半導体発光素子が実装された光源基板をヒートシンクに固定し、冷却ファンからの冷却風をヒートシンクへと送って該ヒートシンクの放熱性を高め、結果的に光源を強制空冷することが行われている。斯かる強制空冷方式を用いた冷却構造を備える車両用灯具として、特許文献１には図８に示す車両用灯具が提案されている。

即ち、図８は特許文献１において提案された車両用灯具の概略構成を示す縦断面図であり、図示の車両用灯具１０１においては、投影レンズ１０２、回路モジュール１０３、パッケージ１０４、リフレクタ１０５及び冷却ファン１０６を備えている。ここで、パッケージ１０４には、ＬＥＤ等の不図示の半導体発光素子が含まれている。

上記回路モジュール１０３は、パッケージ１０４に含まれている半導体発光素子の点灯を制御する点灯制御回路１０７と、該点灯制御回路１０７が搭載された第１の放熱部材（ヒートシンク）１０８と、パッケージ１０４が搭載された第２の放熱部材（ヒートシンク）１０９を備えている。ここで、第１の放熱部材１０８と第２の放熱部材１０９とは接続機構を構成するハウジング１１０によって互いに結合されているが、ハウジング１１０は、第１の放熱部材１０８及び第２の放熱部材１０９よりも熱伝導率が低い樹脂等の材料で構成されている。このため、第１の放熱部材１０８と第２の放熱部材１０９とは、互いに熱的に分離されている。

而して、上述のように第１の放熱部材１０８と第２の放熱部材１０９とが互いに熱的に分離されていると、これらの第１の放熱部材１０８と第２の放熱部材１０９間での熱伝導が抑制されるため、発熱源である点灯制御回路１０７と半導体発光素子を異なる温度範囲で動作させることが可能となり、それぞれを動作させる温度範囲に合わせて第１の放熱部材１０８と第２の放熱部材１０９の構成を個別に最適化することができる。

ところで、前照灯には、配光をハイビームとロービームに切り替える機能が備えられており、その冷却構造として、ヒートシンクの下方に冷却ファンを配置するとともに、ヒートシンクの略水平な上面部の上面にロービーム用の光源基板を固定し、ヒートシンクの上面部の前端から下方に向かって一体に屈曲する正面部の前面にハイビーム用の光源基板を固定する構成が採用されている。

特開２０１２−０７４２１８号公報

しかしながら、上述のような冷却構造を備える前照灯においては、冷却ファンから送り出される冷却風は、ヒートシンクを介して放熱したハイビーム用の光源基板からの熱がロービーム用の光源基板に伝わるため、ハイビーム用とロービーム用の各光源基板の冷却効果に差異が生じ、ロービーム用の光源基板の冷却効果が低くなってしまう。

省エネやコストダウンの観点から必要最小限の放熱設計を考えた場合、同じ発熱量を有する光源基板であっても、ヒートシンクの上面部に配置される光源基板の放熱効果が正面部に配置される光源基板のそれよりも小さいため、より大きなヒートシンクとしたり、発熱量を抑えた光源基板とする必要があり、コストアップや性能低下を招いてしまうという問題が発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ヒートシンクの上面側と正面側に配置された各光源基板の放熱が互いの影響を受けることなく効率良くなされるようにした車両用灯具を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、略水平な上面部と該上面部の前端から下方に向かって一体に屈曲する正面部を備えるヒートシンクと、該ヒートシンクの上面部の上面と正面部の前面にそれぞれ光源が配置された光源基板と、前記ヒートシンクの下方に配置された冷却ファンを備える車両用灯具において、
前記ヒートシンクの上面部と正面部の前記冷却ファンに対向する各内面を、下方に向かって斜め前方に傾く傾斜面としており、
前記冷却ファンの前端部は、前記ヒートシンクの上面部と正面部との境界から垂直に下した境界線から離間していることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ヒートシンクの正面部を下方に向かって斜め前方に傾斜させたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ヒートシンクの上方にリフレクタを配置し、前記ヒートシンクの上面部に、前記リフレクタに向かって開口する通気孔を形成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ヒートシンクの前方にレンズを配置し、前記ヒートシンクの正面部に、前記レンズに向かって開口する通気孔を形成したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記ヒートシンクの上面部の傾斜面は、前記光源付近、前記上面部に形成された通気孔付近、又は、前記冷却ファンの中心を垂直に延ばした垂直線と前記上面部との交点付近を起点とし、上面部と正面部の境界まで、下方に向かって斜め前方に傾いていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記ヒートシンクの上面部は、前記光源付近、前記上面部に形成された通気孔付近、又は、前記冷却ファンの中心を垂直に延ばした垂直線と前記上面部との交点付近を起点とし、当該起点から下方に向かって斜め後方に傾いていることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、
前記光源付近、前記上面部に形成された通気孔付近、又は、前記冷却ファンの中心を垂直に延ばした垂直線と前記上面部との交点付近は、平坦面又はＲ面であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、冷却ファンから上向きにヒートシンクへと向かう冷却風の一部は、ヒートシンクの上面部と正面部の各内面（傾斜面）の傾斜に沿って正面部へと向かい、他はヒートシンクの上面部へと向かう。このため、冷却ファンからの冷却風が分配されてそれぞれヒートシンクの正面部と上面部に向かって正面側と上面側の各光源基板を各々独立に強制空冷する。この結果、ヒートシンクの正面側と上面側に配置された各光源基板の放熱が互いの影響を受けることなく効率良くなされる。

請求項２記載の発明によれば、ヒートシンクの正面部を下方に向かって斜め前方に傾斜させるだけの簡単な構成によって、冷却ファンからの冷却風を分配してヒートシンクの正面部と上面部に向かわせることができる。

請求項３記載の発明によれば、ヒートシンクの上面部に向かう冷却風の一部が上面部に形成された通気孔からリフレクタに向けて噴出するため、この冷却風によってリフレクタが強制空冷される。

請求項４記載の発明によれば、ヒートシンクの正面部に向かう冷却風の一部が正面部に形成された通気孔からレンズに向けて噴出するため、この冷却風によってレンズが強制空冷される。

本発明の実施の形態１に係る車両用灯具の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用灯具の正面側斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用灯具の背面側斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用灯具の縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用灯具の縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る車両用灯具の縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係る車両用灯具の縦断面図である。 特許文献１において提案された車両用灯具の概略構成を示す縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用灯具の分解斜視図、図２は同車両用灯具の正面側斜視図、図３は同車両用灯具の背面側斜視図、図４は同車両用灯具の縦断面図である。

本実施の形態１に係る車両用灯具１は、車両の前部左右に配置されるプロジェクタ型の前照灯として使用されるものであって、強制空冷式の冷却構造を備えるとともに、配光をハイビームとロービームに切り替えることが可能である。尚、前照灯として使用される左右の車両用灯具１の基本構成は同じであるため、以下、一方の車両用灯具１についてのみ図示及び説明する。

図２〜図４に示すように、車両用灯具１は、放熱部材であるヒートシンク２を備えており、その下方に冷却ファン３が配置され、上方には、下方と前方が開口する半ドーム状のリフレクタ４が配置されている。又、ヒートシンク２の前方（図４の左方）には、テーパ円筒状のホルダ５によって支持された投影レンズ６が配置されている。尚、リフレクタ４の内面（反射面）には、アルミ蒸着等の反射処理が施されている。

上記ヒートシンク２は、アルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属によって一体成形されており、横Ｌ字状に屈曲するベース板２Ａに、前後方向に延びる複数枚（図示例では、１１枚）の板状の放熱フィン２Ｂを幅方向（左右方向）に適当な間隔で一体に並設して構成されている。ここで、ベース板２Ａは、図４に示すように、略水平な上面部２Ａ１と、該上面部２Ａ１の前端から垂直下方に向かって一体に屈曲する正面部２Ａ２を備えており、上面部２Ａ１の上面にはロービーム用の光源基板７が配置され、正面部２Ａ２の前面にはハイビーム用の光源基板８が配置されている。尚、ロービーム用の光源基板７には、光源としてロービーム用の光を出射するＬＥＤ９が実装されており、ハイビーム用の光源基板８には、光源としてハイビーム用の光を出射するＬＥＤ１０が実装されている。

ところで、本実施の形態では、図４に示すように、ヒートシンク２のベース板２Ａに備えられた上面部２Ａ１と正面部２Ａ２の冷却ファン３に対向する各内面２ａ，２ｂは、下方に向かって斜め前方に傾く傾斜面とされており、両傾斜面２ａ，２ｂは、円弧面によって滑らかに接続されている。

以上のように構成された車両用灯具１は、車両の夜間走行時に点灯されるが、その配光がハイビームとロービームに切り替えられる。

即ち、配光としてハイビームが選択された場合には、ロービーム用のＬＥＤ９とハイビーム用のＬＥＤ１０が同時に駆動され、ハイビーム用のＬＥＤ１０から出射する光は、そのまま前方へ進んで投影レンズ６を透過することによって車両前方を照射する。又、ロービーム用のＬＥＤ９から上方に向かって出射する光は、リフレクタ４によって反射して進行方向が車両前方へと変えられた後、投影レンズ６を透過して車両前方を照射することによってハイビーム光と共にハイビーム用配光を形成する。

そして、配光がロービームに切り替えられた場合には、ロービーム用のＬＥＤ９のみが駆動され、このＬＥＤ９から出射する光が前述のようにリフレクタ４で反射した後に投影レンズ６を透過して車両前方へと照射されてロービーム用配光を形成する。

ところで、ハイビーム用配光が選択されてロービーム用とハイビーム用の各光源基板７，８にそれぞれ実装されたＬＥＤ９，１０が同時に起動されて発光すると、これらのＬＥＤ９，１０が発熱して高温となるが、これらのＬＥＤ９，１０は、冷却ファン３による強制空冷によって冷却されてその温度上昇が低く抑えられる。

即ち、冷却ファン３から上向きにヒートシンク２へと向かう冷却風の一部は、図４に矢印Ａにて示すようにヒートシンク２の上面部２Ａ１と正面部２Ａ２の各内面２ａ，２ｂの傾斜に沿って正面部２Ａ２へと向かい、他は図４に矢印Ｂにて示すようにヒートシンク２の上面部２Ａ１へと向かった後に上面部２Ａ１に衝突して後方（図４の右方）に向かう。このため、冷却ファン３からの冷却風が分配されてそれぞれヒートシンク２の上面部２Ａ１と正面部２Ａ２に向かって上面側と正面側の各光源基板７，８を各々独立に強制空冷する。この結果、ヒートシンク８の上面側と正面側に配置された各光源基板７，８の放熱が互いの影響を受けることなく効率良くなされ、各光源基板７，８に実装されたＬＥＤ９，１０が効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられるという効果が得られる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図５に基づいて以下に説明する。

図５は本発明の実施の形態２に係る車両用灯具の縦断面図であり、本図においては図４において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態は、冷却ファン３からの冷却風の一部をヒートシンク２の正面部２Ａ２へと導く手段として、板厚が均一な正面部２Ａ２を下方に向かって斜め前方に傾斜させることによって、該正面部２Ａ２の冷却ファン３に対向する内面２ｂを下方に向かって斜め前方に傾く斜面としたことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態１のそれと同じである。

而して、本実施の形態においても、前記実施の形態１と同様に、冷却ファン３から上向きにヒートシンク２へと向かう冷却風の一部は、図５に矢印Ａにて示すようにヒートシンク２の上面部２Ａ１と正面部２Ａ２の各内面２ａ，２ｂの傾斜に沿って正面部２Ａ２へと向かい、他は図５に矢印Ｂにて示すようにヒートシンク２の上面部２Ａ１へと向かった後に上面部２Ａ１に衝突して後方（図５の右方）に向かう。このため、冷却ファン３からの冷却風が２つに分配されてそれぞれヒートシンク２の上面部２Ａ１と正面部２Ａ２に向かって上面側と正面側の各光源基板７，８を各々独立に強制空冷することとなり、これによって前記実施の形態１と同様の効果が得られる。特に、本実施の形態では、ヒートシンク２の正面部２Ａ２を下方に向かって斜め前方に傾斜させるだけの簡単な構成によって前記実施の形態１と同様の効果が得られる。

尚、ヒートシンク２の正面部２Ａ２の傾斜角αが大きいほど該平面部２Ａ２への冷却風量が増え、上面部２Ａ１と正面部２Ａ２との境界（交点）と冷却ファン３の前端面との距離ｘをヒートシンク２の放熱部範囲内で大きくするほど正面部２Ａ２への冷却風量が増える。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図６に基づいて以下に説明する。

図６は本発明の実施の形態３に係る車両用灯具の縦断面図であり、本図においては図５において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態は、ヒートシンク２の上面部２Ａ１の冷却ファン３の中心線上に、リフレクタ４に向かって開口する通気孔１１を形成したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態２のそれと同じである。尚、通気口１１は、ロービーム用の光源基板７をヒートシンク２に固定するためのクリップ１２を収容する孔を兼ねている。

而して、本実施の形態においても、冷却ファン３からの冷却風が分配されてそれぞれヒートシンク２の上面部２Ａ１と正面部２Ａ２に向かって上面側と正面側の各光源基板７，８を各々独立に強制空冷することとなるために前記実施の形態２と同様の効果が得られる他、ヒートシンク２の上面部２Ａ１に向かう冷却風の一部が上面部２Ａ１に形成された通気孔１１から図６に矢印Ｃにて示すようにリフレクタ４に向けて噴出するため、この冷却風によってリフレクタ４が強制空冷されてその温度上昇が低く抑えられるという効果も得られる。

＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４を図７に基づいて以下に説明する。

図７は本発明の実施の形態４に係る車両用灯具の縦断面図であり、本図においても図４において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態は、ヒートシンク２の正面部２Ａ２に、投影レンズ６に向かって開口する通気孔１３を形成したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態２のそれと同じである。

而して、本実施の形態においても、冷却ファン３からの冷却風が分配されてそれぞれヒートシンク２の上面部２Ａ１と正面部２Ａ２に向かって上面側と正面側の各光源基板７，８を各々独立に強制空冷することとなるために前記実施の形態２と同様の効果が得られる他、ヒートシンク２の正面部２Ａ２に向かう冷却風の一部が正面部２Ａ２に形成された通気孔１３から図７に矢印Ｄにて示すように投影レンズ６に向けて噴出するため、この冷却風によって投影レンズ６が強制空冷されてその温度上昇が低く抑えられるという効果も得られる。尚、通気口１３に冷却風を導入し易くするために、該通気孔１３の入口の開口面積を出口の開口面積よりも大きく設定することが望ましい。

図４より、ヒートシンク２の上面部２Ａ１の内面２ａの傾斜面は、ＬＥＤ９の位置付近を起点に下方に向かって斜め前方に傾いているが、ＬＥＤ９の周囲の内面は、平坦面になっており、正確にはその平坦面の前方端から傾斜面になっている。更に、ヒートシンク２の上面部２Ａ１の内面２ａと内面２ｃは、「への字状」の傾斜面になっており、ＬＥＤ９の位置付近を起点に下方に向かって斜め後方に傾いているが、より正確にはＬＥＤ９の周囲の内面に形成された平坦面の後方端から傾斜している。

しかし、傾斜面の起点は、実施の形態以外でも、冷却ファン３の中心を上下方向に通る垂直線と上面部２Ａ１の内面が交差する交点付近を起点としても良く、上面部２Ａ１の通気孔１１付近を起点としても良い。これらの場合も起点付近となる内面は平坦面としているが、曲率を有するＲ面としても良い。

ハイビーム用ＬＥＤ１０は、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）ヘッドランプ（配光可変型前照灯）にも利用しても良い。ＡＤＢヘッドランプは、ハイビームの配光パターンにおいて先行車と対向車にグレアを与える部分のみを消灯し、それ以外の部分を点灯することによって運転者の視界の明るさを確保することができる。本発明において、セパレータと言われるリフレクタをハイビーム用ＬＥＤ１０に配置すれば、ＡＤＢヘッドランプを実現することができる（セパレータに関する詳細は、特開２０１３−１２０６４９号公報参照のこと）。このセパレータにより、各ＬＥＤ１０からラーンバシアン状に発光する光を点消灯しても、ＡＤＢヘッドランプに適した配光を形成することが可能になる。

ところで、以上は本発明を前照灯として使用される車両用灯具に対して適用した形態について説明したが、本発明は、複数の光源基板を強制空冷する冷却構造を備える他の車両用灯具に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

１ 車両用灯具
２ ヒートシンク
２Ａ ヒートシンクのベース板
２Ａ１ ベース板の上面部
２Ａ２ ベース板の正面部
２Ｂ ヒートシンクの放熱フィン
２ａ 上面部の内面（前方）
２ｂ 正面部の内面
３ 冷却ファン
４ リフレクタ
５ ホルダ
６ 投影レンズ
７，８ 光源基板
９，１０ ＬＥＤ
１１ 通気孔
１２ クリップ
１３ 通気孔

Claims (7)

1. 略水平な上面部と該上面部の前端から下方に向かって一体に屈曲する正面部を備えるヒートシンクと、該ヒートシンクの上面部の上面と正面部の前面にそれぞれ光源が配置された光源基板と、前記ヒートシンクの下方に配置された冷却ファンを備える車両用灯具において、
   前記ヒートシンクの上面部と正面部の前記冷却ファンに対向する各内面を、下方に向かって斜め前方に傾く傾斜面としており、
   前記冷却ファンの前端部は、前記ヒートシンクの上面部と正面部との境界から垂直に下した境界線から離間していることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記ヒートシンクの正面部を下方に向かって斜め前方に傾斜させたことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具。
3. 前記ヒートシンクの上方にリフレクタを配置し、前記ヒートシンクの上面部に、前記リフレクタに向かって開口する通気孔を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用灯具。
4. 前記ヒートシンクの前方にレンズを配置し、前記ヒートシンクの正面部に、前記レンズに向かって開口する通気孔を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用灯具。
5. 前記ヒートシンクの上面部の傾斜面は、前記光源付近、前記上面部に形成された通気孔付近、又は、前記冷却ファンの中心を垂直に延ばした垂直線と前記上面部との交点付近を起点とし、上面部と正面部の境界まで、下方に向かって斜め前方に傾いていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の車両用灯具。
6. 前記ヒートシンクの上面部は、前記光源付近、前記上面部に形成された通気孔付近、又は、前記冷却ファンの中心を垂直に延ばした垂直線と前記上面部との交点付近を起点とし、当該起点から下方に向かって斜め後方に傾いていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の車両用灯具。
7. 前記光源付近、前記上面部に形成された通気孔付近、又は、前記冷却ファンの中心を垂直に延ばした垂直線と前記上面部との交点付近は、平坦面又はＲ面であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の車両用灯具。
   

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