JP2019016442A - ランプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】モーター及び回転リフレクタにおける部品の取り付け作業性を高めたランプユニットを提供する。【解決手段】光源から出射された光を回転しながら反射して所定方向にスキャンする回転リフレクタ２２と、当該回転リフレクタを回転駆動するモーター２１を備えたランプユニットであり、回転リフレクタ２２（光反射ブレード２２１，ボス２２２）と、モーター２１のローター２５（ローターヨーク２５２）が一体に形成される。回転軸２１１に対する回転リフレクタ２２とローター２５の取り付け作業性が高められる。【選択図】 図４

Description

本発明はモーターにより光反射ブレードを回転させながら光源の光を反射する回転リフレクタを備え、この回転リフレクタにより反射光をスキャン（走査）して照明を行うランプユニットに関するものである。

自動車等の車両の灯具、特にヘッドランプとして、光源から出射された光を車両の前方領域に向けて高速にスキャンして照明を行う方式のものが提案されている。特許文献１では、発光素子から出射された光の入射角が、回転に伴って連続的に変化するように光反射面が構成された回転リフレクタ（光反射ブレード）を備えた技術が提案されている。回転リフレクタの回転に伴って光源からの光の入射角が変化され、これに対応して反射光の反射角が変化されるため、回転リフレクタの反射光を自動車の前方に向けて照射することにより、車両前方領域を反射光でスキャンして照明することが可能とされている。

特開２０１７−５９５４６号公報

特許文献１では、回転リフレクタを回転駆動する駆動源としてモーターが用いられているが、この種のモーターとしてアウターローター型のブラシレスモーターを採用することが検討されている。このアウターローター型のモーターは、回転軸の周囲にステータが配設され、このステータの周囲に回転軸に取り付けられたローターが配設された構成である。

このような、アウターローター型のモーターでは、回転軸にローターが取り付けられるとともに、当該回転軸に回転リフクレクタが取り付けられる。本発明者の検討によれば、回転軸の一方の端部にローターと回転リフレクタを取り付けると、回転軸に対して軸方向の一方からモーター及び回転リフレクタの取り付けを行うことができ、作業性を高める上で有利である。しかし、この場合でも、回転軸にはモーターと回転リフレクタのそれぞれの取り付け作業が必要であり、作業性の改善には限界がある。

本発明の目的は、モーター及び回転リフレクタにおける取り付け作業性を高めたランプユニットを提供することにある。

本発明は、光源から出射された光を回転しながら反射して所定方向にスキャンする回転リフレクタと、当該回転リフレクタを回転駆動するモーターを備えたランプユニットであって、回転リフレクタと、モーターのローターは一体に形成される。

本発明の好ましい形態として、ローターはローターヨークを備えており、当該ローターヨークは回転リフレクタと一体に形成される。例えば、回転リフレクタとローターヨークは一体成形により形成される。また、モーターの回転軸は、回転リフレクタ及びローターヨークと一体に形成されてもよい。

本発明によれば、回転リフレクタとローターを一体の構成とするので回転軸に対する取り付け作業性が高められる。また、本発明によれば、回転リフレクタ、ローター及び回転軸を一体の構成とすることにより、モーターの組み付け、ないしはランプユニットの取り付け作業性が高められる。

実施形態１のランプユニットの概略斜視図。 実施形態１のランプユニットの一部を破断した平面図。 実施形態１のリフレクタ部の一部を破断した斜視図。 実施形態１のリフレクタ部の縦断面図。 実施形態１のリフレクタ部の変形例の縦断面図。 実施形態１のリフレクタ部の他の変形例の縦断面図。 実施形態２のリフレクタ部の縦断面図。 リフレクタ部の一部の破断斜視図。

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のランプユニットＬＵとして構成した実施形態１の概略斜視図、図２はその一部を破断した平面図である。このランプユニットＬＵは、例えばＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）配光制御、すなわち自動車の走行状況に応じてヘッドランプの照明領域と非照明領域を適応制御可能なスキャン式のランプユニットとして構成されており、光源部１と、リフレクタ部２と、投影レンズ部３を１つのユニットとして一体的に構成したものである。

このランプユニットＬＵの概略構成を説明する。前記光源部１は平面視でほぼＬ字型をしたヒートシンク１２を有しており、このヒートシンク１２の内側の壁面の一部に光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）１１が搭載されている。前記ヒートシンク１２は外面の一部に複数の放熱フィン１３が形成されており、搭載しているＬＥＤ１１が発光したときに発生する熱をヒートシンク１２及び放熱フィン１３から外部空間に放熱させる。

前記ＬＥＤ１１は、詳細な図示は省略するが、複数のＬＥＤチップ、例えば９個のＬＥＤチップを所定形状に配列した複合型ＬＥＤとして構成されており、各ＬＥＤチップは発光したときに白色光を出射し、各ＬＥＤチップからの白色光は一体に合成された光束としてＬＥＤ１１から出射される。９個のＬＥＤチップはランプユニットＬＵに要求される光度を満たすために設けられているので、当該要求される光度を満たすのであればＬＥＤチップはこれよりも少ない個数あるいは多い個数であってもよい。また、ディスクリートＬＥＤで構成されてもよい。さらには、集光用レンズや集光用リフレクタを一体に構成したＬＥＤユニットとして構成されてもよい。

前記リフレクタ部２は、モーター２１と、このモーター２１により回転駆動される回転リフレクタ２２とで構成されており、ステム１４により前記ヒートシンク１２に支持されている。これらモーター２１と回転リフレクタ２２の詳細については後述するが、回転リフレクタ２２は２枚の半円形をした光反射ブレード２２１（以下、ブレードと略称する）を円周配置した略円板状に構成されており、その中心のボス２２２において前記モーター２１の回転軸２１１に取り付けられている。これにより、モーター２１を駆動したときに回転リフレクタ２２は回転軸２１１の回りに回転駆動される。

前記投影レンズ部３は、円形レンズの一部を切除した形状の投影レンズ３１を備えている。この投影レンズ３１はレンズホルダ３２及びステム３３により前記ヒートシンク１２に支持されており、後述するように、前記したリフレクタ部２の回転リフレクタ２２によって反射された光をランプユニットＬＵの前方に向けて投影し、自動車の前方を照射するようになっている。投影レンズ３１はスキャンに必要な部位のみを残し、その他の部位を切除することにより、レンズの小型化ないしランプユニットの小型化、軽量化が実現できる。

前記回転リフレクタ２２について説明する。図３はリフレクタ部２の斜視図であり、後述するケーシング２３の一部を破断した分解斜視図である。前記したように、ボス２２２に２枚の半円形をしたブレード２２１が支持されており、全体としてほぼ円板状に形成されている。各ブレード２２１は表面、すなわち自動車の前方に向けられている図３の上側を向いた面が光反射面として構成されている。ここでは、２枚のブレード２２１は前記ボス２２２と共に樹脂成形により一体形成されており、少なくとも両ブレード２２１の表面にアルミニウム膜を蒸着、メッキ等した光反射膜が形成されている。２枚のブレード２２１の円周方向の間にはそれぞれ径方向に伸びる隙間が設けられており、この隙間は光反射を行わない無反射領域として構成されている。

２枚のブレード２２１はボス２２２を中心とした点対称の形状であり、光反射面としての表面の径方向の傾斜角度、すなわち前記モーター２１の回転軸２１１の軸方向と垂直な面に対する傾斜角度が、円周方向に沿って連続的に変化する構成とされている。ここでは、ブレード２２１を表面方向から見たときに、時計方向側では傾斜角度が裏面側に傾斜した負の角度であり、反時計側では傾斜角度が表面側に傾斜した正の角度に構成されている。

以上、概略説明したランプユニットＬＵは、ヘッドランプが自動車に装備された状態では、図２に示した前記投影レンズ３１のレンズ光軸Ｌｘが自動車の前後方向に向くように配置される。また、前記ＬＥＤ１１は、各ＬＥＤチップから出射される光束の出射光軸Ａｘが前記レンズ光軸Ｌｘに対して水平方向にほぼ直角な方向に向けられている。前記リフレクタ部２は、前記モーター２１の回転軸２１１が当該出射光軸Ａｘと前記レンズ光軸Ｌｘのそれぞれに対して水平方向にほぼ４５度の角度で交差する方向に向けられるとともに、前記回転リフレクタ２２の各ブレード２２１の反射面が前記出射光軸Ａｘと前記レンズ光軸Ｌｘの交点を通るように形成されている。

そして、ＬＥＤ１１を発光すると、各ＬＥＤチップから出射された光は１つの光束となって回転リフレクタ２２のブレード２２１の表面に投射され、ここで反射される。反射された光束は投影レンズ３１に入射され、ここで屈折されながらランプユニットＬＵの前方、すなわち自動車の前方に向けて投影され、自動車の前方領域を照射する。

回転リフレクタ２２のブレード２２１はモーター２１により回転され、ブレード２２１の表面に対するＬＥＤ１１からの光束が入射される位置は円周方向に変化する。前記したようにブレード２２１の表面の傾斜角度は円周方向に変化しているので、ブレード２２１の回転に伴って入射する光束の入射角が変化される。これにより、ブレード２２１で反射される光束の反射角、すなわちレンズ光軸Ｌｘに対する水平方向の角度が変化される。したがって、投影レンズ３１を透過する光束は水平方向に偏向され、自動車の前方領域に向けてスキャン（走査）されながら照射されることになる。

すなわち、ＬＥＤ１１から光束が経時的に連続して出射されているときには、当該光束は回転リフレクタ２２の回転に追従して、図１と図２に示すように、水平方向Ｓに高速でスキャンされる。このスキャン速度は高速であるので、人間の眼においては水平方向にスキャンされた領域を照明する配光となる。したがって、このスキャンに同期してＬＥＤ１１の発光光度（光度零の消光を含む）をタイミング制御することにより、スキャンする水平方向の光度を変化させることができ、例えば所望の領域のみを照明し、他の領域の光度を低下ないし消灯するＡＤＢ配光制御が実現できる。また、複数のＬＥＤチップ発光光度をそれぞれ独立してタイミング制御することにより、より細かい光度分布のＡＤＢ配光制御が実現できる。

なお、回転リフレクタ２２においては、１枚のブレード２２１の回転により１回のスキャンが行われので、２枚のブレード２２１で構成されているこの実施形態の回転リフレクタ２２では、回転リフレクタ２２の１回転で２回のスキャンが行われる。２枚のブレード２２１の円周方向の間に隙間が設けられているので、光の反射が１枚のブレード２２１から他の１枚のブレード２２１に移る際に、この隙間では光反射が行われることはなく、各スキャンの間に光束が反対方向にスキャンされるようなことはない。

回転リフレクタ２２を回転駆動する前記モーター２１について説明する。図４は前記リフレクタ部２の縦断面図である。図４と図３を参照すると、モーター２１は、コイル（巻線）２４１を有するステータ２４と、このステータ２４の周囲に配設されたマグネット（永久磁石）２５１を有するローター２５とからなるアウターローター型のブラシレスモーターとして構成されている。

前記モーター２１は硬質樹脂からなるケーシング２３を備えている。このケーシング２３は、底面が二段に凹設された円形容器状とされ、このケーシング２３の底面に中空円筒状の軸受筒２３１が突出した状態で一体成形されている。この軸受筒２３１の筒内には、筒軸方向に沿って一対のラジアルボールベアリング（以下、単にボールベアリングと称する）２６が離間配置されている。モーター２１の回転軸２１１は、前記軸受筒２３１に内挿されており、この軸受筒２３１内において前記一対のボールベアリング２６により軸転可能に支持されている。

前記ケーシング２３の内底面上には所要の平面領域にわたって回路基板２７が配設支持されている。この回路基板２７は例えばプリント配線基板で構成されており、その一部には前記軸受筒２３１の外径に位置するように筒部２７１が一体に設けられている。この筒部２７１の周面にはコアに導線を巻回した複数のコイル２４１が配置されており、ここでは６つのコイル２４１が円周配置されている。各コイル２４１はそれぞれ前記回路基板２７に設けられたプリント配線（図示せず）に電気接続され、給電が行われるようになっている。

一方、前記回転軸２１１には前記ステータ２４を構成している前記６つのコイル２４１を覆うように短円筒容器状をしたローターヨーク２５２が取り付けられている。このローターヨーク２５２の円周壁は前記コイル２４１の外周回りに配置されるとともに、この円周壁の内面には複数個、ここでは４つの円弧板状をしたマグネット２５１が周方向に所要のピッチ寸法で配列された状態で支持されている。これら４つのマグネット２５１は、前記各コイル２４１に対向する内径方向に向けられた面のＮ極とＳ極が周方向に交互に配列するように取り付けられている。

前記回路基板２７には前記コイル２４１に給電を行うための給電回路が構成されている。この給電回路は６つのコイル２４１に対して給電する３相信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）をシーケンス制御する。また、この給電回路にはシーケンス制御のタイミングを得るために、前記ローターヨーク２５２の回転を検出するための複数個、ここでは３つのホール素子２７２が搭載されている。これらのホール素子２７２はホール効果を利用して前記マグネット２５１の磁極方向の変化を検出することによりマグネット２５１を支持しているローターヨーク２５２の回転方向や回転速度を検出する。ホール素子自体は公知であるので、ここではその詳細な説明は省略する。

このモーターにおいて、６つのコイルに３相信号を給電して、各コイル２４１により発生するＮ磁界あるいはＳ磁界を周方向に経時的に変化させることにより、各マグネット２５１に接線方向の駆動力を生じさせ、マグネット２５１と一体のローターヨーク２５２を一体的に回転させる。このローターヨーク２５２の回転により、取り付けられている回転軸２１１が軸転され、アウターローター型のモーターとして機能される。

また、このモーター２１においては、前記ローターヨーク２５２は前記回転リフレクタ２２と一体に形成されている。すなわち、ローターヨーク２５２と、回転リフレクタのブレード２２１及びボス２２２は樹脂の一体成形により形成されている。その上で、ローターヨーク２５２の円周壁の内周面に沿って前記マグネット２５１が配設されている。ここで、図示は省略するが、ローターヨーク２５２を樹脂で形成した場合には、その内周面に強磁性体の円筒部材からなる磁気ヨークを配設し、この磁気ヨークにマグネット２５１を配設することにより、マグネット２５１により生じる磁界強度を高めるようにしてもよい。

このように実施形態では、一体に形成されたローターヨーク２５２と回転リフレクタ２２は、回転リフレクタ２２のボス２２２となる部位において前記回転軸２１１の一方の端部にスプライン２１２によって嵌合された状態で取り付けられている。これにより、当該回転軸２１１に対して一つの部品、すなわち一体に構成したローターヨーク２５２と回転リフレクタ２２を一回の取付作業により取り付けてリフレクタ部２を構成することができ、取り付けの作業性が高められる。

この実施形態１のランプユニットＬＵでは、モーター２１が駆動されてローターヨーク２５２が回転すれば、これと一体の回転リフレクタ２２が回転軸２１１を中心にして回転される。回転リフレクタ２２の回転によりブレード２２１が回転され、前記したようにＬＥＤ１１の光を反射してスキャンによる照明を実行することになる。

モーター２１を組み立てる際には、前記したように回転軸２１１の一方の端部に対してローターヨーク２５２を取り付ければ、これと同時にモーター２１に対して回転リフレクタ２２を取り付けた状態にすることができ、モーター２１に対する回転リフレクタ２２の取り付けが完了する。これにより、モーター２１に対する回転リフレクタ２２の取り付け作業を独立した作業として行う必要がなくなり、取り付けの作業性を高めることができる。また、ヒートシンク１２にリフレクタ部２を組み付けた後においても、回転リフレクタ２２とローターヨーク２５２を同時に着脱できるので、モーター２１や回転リフレクタ２２のメインテナンスも容易になる。

ここで、実施形態１では、図５に変形例の断面図を示すように、ローターヨーク２５２を回転リフレクタ２２のブレード２２１に連結した状態で一体に形成してもよい。すなわち、ブレード２２１の裏面に円筒状のローターヨーク２５２を一体に形成する。これにより、ローターヨーク２５２の円形の底壁が不要になり構造が簡略化できるとともに、図４の構成に比較してリフレクタ部２の軸方向の寸法を短縮して小型化を図ることができる。

あるいは、図６に他の変形例の断面図を示すように、ローターヨーク２５２の外周壁に回転リフレクタ２２のブレード２２１を外径方向に延長された状態で一体に形成してもよい。回転リフレクタ２２のボスが不要になり、しかもローターヨーク２５２とブレード２２１を軸方向に重ねる必要がなくなるので、リフレクタ部２の軸方向の寸法をさらに短縮して小型化を図ることができる。

図７は本発明の実施形態２のリフレクタ部２の縦断面図である。実施形態２は実施形態１と同様にモーター２１のローターヨーク２５２と、回転リフレクタ２２とを一体に形成するとともに、さらにモーター２１の回転軸２１１を一体に形成している。ここでは、ローターヨーク２５２、回転リフレクタ２２、回転軸２１１は硬質樹脂の一体成形により形成している。その他の構成は実施形態１と同じである。

実施形態２のリフレクタ部２によれば、モーター２１の組み立てに際しては、ボールベアリング２６に回転軸２１１を取り付けると、これと同時にローターヨーク２５２と回転リフレクタ２２を取り付けることができるので、モーター２１の組み立てと回転リフレクタ２２の取付を同時に行い、取り付けの作業性をより高めることができる。また、ヒートシンク１２にリフレクタ部２を取り付けた後においても、回転リフレクタ２２とローターヨーク２５２を回転軸２１１と共に同時に着脱できるので、モーター２１や回転リフレクタ２２のメインテナンスも容易になる。

実施形態２において、例えば図７の構成においては、回転軸２１１のみを硬質樹脂で形成し、ローターヨーク２５２と回転リフレクタ２２はそれよりも軟質な樹脂で構成してもよい。この場合には、例えば二色成形により形成することができる。あるいは、ローターヨーク２５２と回転リフレクタ２２を樹脂で構成し、回転軸２１１のみを金属材で構成してもよい。この場合には、例えばインサート成形により形成することができる。

あるいは、実施形態２では、ローターヨーク２５２、回転リフレクタ２２、回転軸２１１を全て金属材で一体に構成してもよい。この場合には、ローターヨーク２５２、回転リフレクタ２２、回転軸２１１を溶接、ろう付け等により一体に形成すればよい。

実施形態２においても、実施形態１の変形例を示した図５と同様に、ローターヨーク２５２を回転リフレクタ２２のブレード２２１の裏面に一体に形成した形態を採用してもよい。あるいは、図６と同様にローターヨーク２５２の外周壁に回転リフレクタ２２のブレード２２１を一体に形成してもよい。いずれの場合でも、回転軸２１１はローターヨーク２５２及び回転リフレクタ２２と一体の樹脂成形、二色成形、インサート成形によって形成することが可能である。

本発明において、少なくともローターヨーク２５２と回転リフレクタ２２を一体成形したときには、図８に示すように、ローターヨーク２５２の一部に位置検出スリット２５３を形成してもよい。すなわち、ローターヨーク２５２の外周壁の円周一部に位置検出スリット２５３を切欠き形成する。一方、前記回路基板２７には当該ローターヨーク２５２の外周壁を径方向に挟むようにしてフォトインタラプタ２７３を配設する。

この構成にすれば、モーター２１が駆動してローターヨーク２５２が回転すると、位置検出スリット２５３がフォトインタラプタ２７３を横切ったときに、当該フォトインタラプタ２７３から出力される電気信号が変化される。この電気信号を検出することによりローターヨーク２５２の回転速度、すなわちモーター２１の回転速度が検出できる。したがって、実施形態１で示したホール素子２７２に置き換えることができる。また、複数のフォトインタラプタ２７３を配設すれば、ローターヨーク２５２の回転方向も検出でき、さらにはローターヨーク２５２の回転位置を検出することができる。

ローターヨーク２５２は回転リフレクタ２２と一体に形成されているので、ローターヨーク２５２に形成される位置検出スリット２５３の周方向の位置を、回転リフレクタ２２に対して、すなわちブレード２２１に対して高精度に位置決めすることができる。したがって、フォトインタラプタ２７３で検出するモーター２１の回転位置、すなわち回転リフレクタ２２の回転位置を高精度に検出することができる。

本発明は実施形態に記載したブラシレスモーターに限られるものではない。例えば、ブラシを有するＤＣモーターにおいても、ローターと回転リフレクタを一体に構成することができる。また、本発明にかかるモーターはインナーローター型のモーターについても、ローターと回転リフレクタ、さらには回転軸を一体に形成してもよい。

本発明にかかる回転リフレクタは実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、ブレードの形状や枚数等、異なる形態の構成であってもよい。例えば、ブレードは１枚でもよく、あるいは３枚以上であってもよい。また、回転リフレクタを駆動するモーターの構成も実施形態の構成に限定されるものではなく、コイルやマグネットの個数及び駆動する相信号も異なる形態のものであってもよい。同様にランプユニットを構成している光源や投影レンズの形態も異なる構成であってもよい。

ＬＵ ランプユニット
１ 光源部
２ リフレクタ部
３ 投影レンズ部
１１ ＬＥＤ（光源）
１２ ヒートシンク
２１ モーター
２２ 回転リフレクタ（一体形成）
２３ ケーシング
２４ ステータ
２５ ローター（一体形成）
２６ ボールベアリング
２７ 回路基板
２１１ 回転軸（一体形成）
２２１ ブレード（一体形成）
２２２ ボス（一体形成）
２５２ ローターヨーク（一体形成）
２５３ 位置検出スリット
２７３ フォトインタラプタ

Claims (6)

1. 光源から出射された光を回転しながら反射して所定方向にスキャンする回転リフレクタと、当該回転リフレクタを回転駆動するモーターを備えたランプユニットであって、前記回転リフレクタと前記モーターのローターが一体に形成されていることを特徴とするランプユニット。
2. 前記ローターはローターヨークを備えており、当該ローターヨークは前記回転リフレクタと一体に形成されている請求項１に記載のランプユニット。
3. 前記回転リフレクタと前記ローターヨークは一体成形により形成されている請求項２に記載のランプユニット。
4. 前記モーターはアウターローター型のブラシレスモーターである請求項２又は３に記載のランプユニット。
5. 前記回転リフレクタは少なくとも１枚の光反射ブレードを備えており、当該光反射ブレードが前記ローターと一体に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のランプユニット。
6. 前記モーターの回転軸が前記回転リフレクタ及び前記ローターヨークと一体に形成されている請求項２ないし５のいずれかに記載のランプユニット。
   
   
   
   

Images