JP4663680B2

JP4663680B2 - 車両用灯具

Info

Publication number: JP4663680B2
Application number: JP2007135639A
Authority: JP
Inventors: 明弘三沢; 哲也荒川; 達也大庭; 彰彦石川
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: JP2008293697A; US7815345B2; US20080291685A1

Description

本発明は車両用灯具に関する。詳しくはリアコンビネーションランプなどの車両用灯具の改良に関する。

リアコンビネーションランプやハイマウントストップランプなど車両用灯具では、アウターレンズ（意匠カバー）を介して光源の光を外部放射し、所望の発光を得る。例えばＬＥＤランプを光源としたリアコンビネーションランプでは、図８に示すように、アウターレンズ１０１の内側にＬＥＤランプ１０２が設置され、ＬＥＤランプ１０２の周囲にはリフレクタ１０３が備えられる（例えば特許文献１を参照）。このような構成ではＬＥＤランプ１０２の光が直接又はリフレクタ１０３を介して前方に進行し、アウターレンズ１０１を通って外部に放射する。

特開２００５−１２３０９２号公報

ＬＥＤランプを光源にした上記のごときリアコンビネーションランプなどでは、ＬＥＤランプを積極的に見せることがデザイン上好ましい場合は別にして、ＬＥＤランプが外部より視認されることは好ましくない。そのため、アウターレンズの表面に光拡散処理（例えば微細な溝の形成）を行うことや、リフレクタの形状を工夫することで輝度ムラの低減を図り、ＬＥＤランプが目立たないようにされる。しかしながら、アウターレンズの内側にＬＥＤランプが配置されている以上、観察者の視線上にＬＥＤランプが位置することにかわりがないことから、このような対策を講じたとしてもＬＥＤランプの存在を完全に隠すことは難しい。一方で、リアコンビネーションランプなどではデザインの向上が望まれている。
そこで本発明は、光源が直接視認されることが防止され、高い意匠性を有する車両用灯具を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するため本発明は次の構成からなる。即ち、
正面発光面、凹凸形状の裏面、及び側端面を有する導光体と、
前記側端面に対向する位置に配置された光源と、を備え、
前記正面発光面を介して前記導光体に入射する外光の内、前記側端面に直接向かうものが前記側端面部分の界面で全反射され、
前記側端面側から離れる方向に連結部を介して連なる反射部が前記裏面に形成され、
前記方向において前記反射部と前記正面発光面との距離が非連続的に変化する、
ことを特徴とする車両用灯具である。

以上の構成では、正面発光面を介して導光体に入射する外光の内、導光体の側端面に直接向かうものが全反射されることになる。外光に対するこのような全反射が生ずることによって、導光体の正面発光面を通して光源が視認されにくくなる。つまり、導光体の正面発光面を通して光源が直接視認されることを有効に防止できる。
一方、反射部は、正面発光面との距離が非連続的に変化するように連結部を介して側端面から離れる方向に並ぶ。このため、導光体の厚みの大きい部分と小さい部分とが隣り合うこととなる。これにより、正面から観察したときに導光体の厚みの差が強調されるため、奥行き感が高まる。その結果、高い意匠性を奏する。また、導光体の裏面側には裏面の凹凸によって空間部が形成されることから、入射光はこの空間部を透過して進行し、光源から離れた位置の反射部に入射する。このように光源から離れた位置の反射部にも十分な光が入射することになるから、発光面から放出される光の輝度が均一化され、光の効率的な利用が図られる。

本発明の車両用灯具では、導光体に導入された光源の光を導光体の裏面側の反射部で反射することによって導光体正面方向の光へと変換する。これによって、最終的に導光体正面から光が放射することになる。このように本発明では導光体正面が発光面、即ち灯具の外表面となる。つまり、外部から本発明の灯具を見たとき、導光体の発光面が直接（カバーなどを介してではなく）観察されることになる。

本発明の車両用灯具では光源の光は導光体の側端面に入射する。このように導光体の側端面が光入射面となる。側端面の一部のみを光入射面としてもよい。例えば、側端面の中で導光体の裏面側の部分を光入射面とする。この場合、光入射面と、導光体の正面発光面とを連結する面（光非入射面）が備えられることなる。このように光入射面と正面発光面とが離間するように構成すれば、正面発光面と裏面との距離を適宜調整することが可能となり、導光体の設計自由度が高められる。例えば、裏面に形成される反射部の面積や正面発光面の面積を増減させることができる。

導光体の裏面の形状は凹凸形状である。ここでいう凹凸形状とは複数の凹部及び複数の凸部が連なった形状である。導光体の裏面には連結部を介して連なる反射部が形成される。反射部が規定する面が入射光を全反射するように、反射部は正面発光面に対して傾斜している。例えば、図１に示すように反射部が規定する面と側端面とがなす角θと、正面発光面と側端面とがなす角θ１と、側端面と光源の光の入射角度θ２と、及び導光体の屈折率ｎが以下の関係式（数１）を満たすものとすることができる。

この関係式に基づき、反射部が規定する面の角度を設計することができる。反射部は上記関係式を満たすものであれば、その形状は限定されず、例えば平面視で矩形、円形などとすることができる。尚、各反射部の形状は同一でなくても良い。

導光体の裏面には、側端面から離れる方向に連結部を介して連なる反射部が形成される。これにより、該裏面には複数の反射部が形成されることになる。ここでいう「非連続的に変化する」とは、反射部と正面発光面との距離が側端面から離れる方向に、一定の増加率又は変化率で変化しないことをいう。典型的には導光体の裏面に形成される凹部の底面及び凸部の頂面に反射部が形成される。隣り合う反射部について、反射部と正面発光面との距離の差が大きくなるように反射部を形成することが好ましい。正面発光面から観察したとき、導光体の厚みが一層強調され、その結果、奥行き感・立体感が高まり、クリスタル感も生じるからである。反射部と正面発光面との距離は、導光体の側端面における導光体の厚さを基準として、その0.1〜1.0倍、好ましくは0.15〜1.0倍とすることができる。

導光体は温度変化により、膨張／圧縮して変形することがある。導光体表面に反射剤を塗布するなどして反射部を形成した場合、導光体の膨張／圧縮により反射部が剥離するおそれがある。特に厚肉の導光体ではこれが顕著に現れるため、導光体の熱膨張／圧縮に対して何らかの対策を講じる必要がある。しかし、本発明の車両用灯具においては、導光体の裏面の一部を傾斜させて反射部としたため、導光体の熱膨張／圧縮により反射部が剥離することがなく、導光体の熱膨張／圧縮に対して特別な対策を講じる必要がない。

複数の反射部を、側端面に平行な面に対して光源の光軸に沿う方向に投影したとき、各反射部の投影像が重なり合わないことが好ましい。このようにすれば、全ての反射部について、そこへ入射すべき光の光路上に他の反射部が存在しない。これにより、他の反射部によって光が遮られなくなり、全ての反射部が全領域にわたって受光できる。さらに、隣り合う投影像の間に実質的な間隙がないことがより好ましい。入射光の実質的に全部が反射部で受光されることとなり、光の利用率が向上するからである。

上述のように導光体の裏面には連結部を介して反射部が連なる。連結部には反射処理が施されていない。連結部は、正面発光面を介して導光体に入射する外光を全反射する面、又は外光を透過して他の連結部から導光体に再入射させる面を備えることが好ましい。正面発光面を通して連結部を目視すると導光体の他の面が映りこみ、奥行き感がさらに増し、意匠性が一層向上するからである。なお、連結部の大きさを変更することにより、反射部間の距離を適宜調整することができる。

本発明に使用される導光体では、光入射面となる側端面側の厚さが例えば１５ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは２５ｍｍ〜４０ｍｍである。この厚さが薄すぎれば光導入効率の低下や導光作用への影響が生ずるおそれがあり、一方で厚すぎれば導光体が必要以上に厚肉化し、重量の増加及び製造コストの上昇を引き起こす。一方、側端面と反対側の厚さについては例えば３ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍである。このように厚肉の導光体を使用することは、導光体を通して外部より光源が観察されることの防止に有効である。

導光体内に光散乱剤を含有させてもよい。これにより、導光体内における光の拡散が促進され、正面発光面から輝度バランスのよい光が放出される。光散乱剤としては、例えば所定の粒径を有するガラス、アルミ等の金属、レンズと光の屈折率の樹脂、シリカなどを用いることができる。

光源の使用数は導光体の大きさや、灯具に必要とされる発光輝度などを考慮して定めることができる。通常は複数個の光源が使用される。これらの光源を例えば、導光体の側端面に沿って一列に配列させる。
光源の種類は特に限定されるものではなく、ＬＥＤランプ、バルブ等を用いることができる。中でもＬＥＤランプを用いることが好ましい。ＬＥＤランプは小型であるため装飾体の小型化を図れるからである。また、発熱量が小さく、周囲の部材への熱の影響を少なくすることができるといった利点も有する。さらには、駆動電力が小さく、また長寿命であるといった利点も有する。ＬＥＤランプの種類は特に限定されず、砲弾型、チップ型等、種々のタイプのＬＥＤランプを採用できるが、レンズ等を有する指向性の高いＬＥＤランプが特に好ましい。光源の色は任意に選択できる。複数の光源を用い、これらを制御することにより発光色を変化させることも可能である。
以下に本発明の実施例について説明する。

図２は本発明の車両用灯具の一実施例であるリアコンビネーションランプ１を示す斜視図である。リアコンビネーションランプ１は、テールランプ表示及びストップランプ表示を行うテール／ストップランプ部１０、ターンランプ表示を行うターンランプ部２０、及びバックランプ表示を行うバックランプ部３０から構成される。
図２のＡ−Ａ線位置の断面図を図３に示し、Ｂ−Ｂ線位置の断面図を図４に示す。図３に示すように、テール／ストップランプ部１０には屈折率約１．５のアクリル樹脂製の導光体１１とその下に配置される赤色系のＬＥＤランプ１５が備えられる。導光体１１の正面発光面１２は緩やかにカーブする凸曲面からなる。当該曲面の曲率半径は４００ｍｍ〜６００ｍｍである。一方、導光体１１の裏面１３は複数の凹部と凸部が連なった凹凸形状となっており、導光体１１の側端面１４から離れる方向、即ち下方から上方に向かって、５個の反射部１６ａ〜ｅが連結部１９ａ〜ｅを介して連なるように形成されている。各反射部１６ａ〜ｅはＬＥＤランプ１５の光を正面発光面１２側へ全反射するように傾斜しており、その傾斜角度θは約４０°〜約５０°である（図３を参照）。なお、各反射部１６ａ〜ｅには光反射のための表面処理は施されていない。連結部１９ａは、ＬＥＤランプ１５の光軸に沿う方向に垂直な第１連結部１７ａとＬＥＤランプ１５の光軸に沿う方向に平行な第２連結部１８ａとを備える。同様に連結部１９ｂ〜ｅについても第１連結部１７ｂ〜ｅとＬＥＤランプ１５の光軸に沿う方向に平行な第２連結部１８ｂ〜ｅを備える。第１連結部１７ａ〜ｅ及び第２連結部１８ａ〜ｅには反射処理は施されていない。
図３に示すように反射部１６ａ〜ｅは、下方から上方に向かって正面発光面１２と各反射部１６ａ〜ｅとの距離が、連続的に変化しないように（即ち、非連続的に変化するように）形成されている。この例では正面発光面１２と各反射部１６ａ〜ｅとの距離は反射部１６ａ〜ｅごとに異なっており、図３の破線で示すように、各反射部１６ａ〜ｅをＬＥＤランプ１５の光軸１５ａに沿う方向に側端面１４に平行な面に投影したとき、隣り合う投影像との間に実質的な間隙がなく並ぶように設計されている。導光体１１の側端面１４における導光体１１の厚さ（正面発光面１２と裏面１３との距離）は約４０ｍｍである。正面発光面１２と反射部１６ａ〜ｅの距離は最も小さい部位で（図２のＡ−Ａ線位置においては、最下部に位置する反射部１６ａ）で約１０ｍｍであり、最も大きい部位（同位置において、最上部に位置する反射部１６ｅ）で約３６ｍｍである。ここで、正面発光面１２と各反射部１６ａ〜ｅとの距離とは、各反射部１６ａ〜ｅの中心と正面発光面１２との距離を指す。なお、最下部の反射部１６ａは、側端面１４に平行な下端連結部２１に連結している。
図４に示すように、反射部１６ａ〜ｅは第３連結部２２を介して連なっている。第３連結部２２は光の放出方向に平行な面であって、第３連結部２２には反射処理は施されていない。

以上の構成のテール／ストップランプ部１０では、車両側からの入力信号に応じてＬＥＤランプ１５が点灯すると以下の発光態様を呈する。図３に示すように、ＬＥＤランプ１５から放出された光が導光体１１の側端面１４から導光体１１内へ入射する。入射光は導光体１１の導光作用により導光体１１内を進行する。そして、一部の入射光は、導光体１１の裏面１３の最下部に位置する反射部１６ａに到達する。反射部１６ａに到達した光は正面発光面１２側へ反射して正面発光面１２から外部に放出される。一方、他の入射光は下端連結部２１を透過して導光体１１の外部へ放出される。下端連結部２１から放出された光は上方に進行し、第２連結部１８ａ〜ｅを介して導光体１１内に再入射する。即ち、ＬＥＤランプ１５の光は導光体１１の裏面１３側に形成された空間部を経て導光体１１内に再入射する。再入射した光は、上方の反射部１６ｂ〜ｅに向かって進行し、反射部１６ｂ〜ｅによって正面発光面１２側へ反射して正面発光面１２から外部に放出される。以上のように正面発光面１２から外部に放出された光により発光表示が行われる。第２連結部１８ａ〜ｅに反射処理を施さないことにより、ＬＥＤランプ１５から離れた領域に位置する反射部１６ｂ〜ｅへＬＥＤランプ１５の光が到達することとなる。その結果、正面発光面１２においてＬＥＤランプ１５から離れた領域からも光が放出されることとなる。

ここで、側端面１４に平行な面に対して、ＬＥＤランプ１５の光軸１５ａに沿う方向に反射部１６ａ〜ｅを投影したとき、各投影像は重ならずに、隙間無く並ぶように反射部１６ａ〜ｅが配置されている。これにより、すべての反射部１６ａ〜ｅの全面についてＬＥＤランプ１５の光が到達する。その結果、光のロスが生じないため光の利用率が向上する。さらに、正面発光面１２においてＬＥＤランプ１５から離れた領域でも発光輝度が確保され輝度バランスが良好となる。

一方、消灯時にはテール／ストップランプ部１０を観察すると、正面発光面１２を介して、反射部１６ａ〜ｅが視認される。各反射部１６ａ〜ｅは正面発光面１２との距離が異なっており、これにより導光体１１の厚みの大きい部分と小さい部分とが隣り合うこととなっている。このような反射部１６ａ〜ｅが視認されることにより、導光体１１の厚みの差が強調される。その結果、奥行き感・立体感が高まり、クリスタル感も生じる。図３のａ位置から観察した場合、導光体１１の側端面１４での全反射によってＬＥＤランプ１５が視認されない。同様に図３のｂ位置から観察した場合も、第２連結部１８ａでの全反射によってＬＥＤランプ１５が視認されない。ｃ位置から観察した場合にあっては、第１連結部１７ａから導光体１１の後方が見えることとなり、ａ位置及びｂ位置から観察した場合と同様にＬＥＤランプ１５の存在は分からない。また、図４に示すように、ｄ位置から観察した場合も、反射面１６ｆ及び第３連結部２２によって全反射されるためＬＥＤランプ１５の存在は分からない。なお、ここでいう全反射が生じるためには、図５に示すように、導光体１１の屈折率をｎとしたとき、正面発光面１２と側端面１４（または第２連結部１８ａ〜ｅ、第３連結部２２）のなす角θ_１が所定の条件、即ち以下の関係式（側端面１４、第２連結部１８ａ〜ｅ及び第３連結部２２が平面であることを条件とした場合）を満たす必要がある。

正面発光面１２の全体に渡って以上の条件を満たすように導光体１１を設計すれば、視点の位置にかかわらず、正面発光面１２を通してＬＥＤランプ１５が直接視認されることがなくなる。このようにＬＥＤランプ１５の存在を完全に隠すことが好ましいが、リアコンビネーションランプ１の使用時における観察者の視点位置の範囲が限られることを考慮すれば、正面発光面１２の一部（例えば縁部）が上記条件を満たさなくとも実用上差し支えないといえる。そこで、正面発光面１２と側端面１４（または第２連結部１８ａ〜ｅ、第３連結部２２）とのなす角θ_１が所定の条件、即ち以下の関係式を満たすように構成するようにしてもよい。

そこを通して外部よりＬＥＤランプ１５が直接見える領域を正面発光面１２に積極的に形成することとしてもよい。当該構成によれば、視点位置の変化に伴い、ＬＥＤランプ１５が突然見えたり、あるいは見えていたものが突然隠れたりするという意外性を演出することができる。

ところで、全反射を生じやすくするためには側端面１４を平滑面とすることが好ましい。側端面１４を平滑面とすれば、ＬＥＤランプ１５からの光を効率的に導光体内に取り込むこともでき、さらには取り込まれた光の進行方向を揃えることもできる。このように側端面１４を平滑面にすることは光利用率及び配光制御の点からも好ましい。同様の観点からに第２連結部１８ａ〜ｅ、第３連結部２２も平滑面とすることが好ましい。
この実施例では側端面１４、第２連結部１８ａ〜ｅ及び第３連結部２２を平面とすることによって導光体１１に取り込まれた光の良好な配光を実現している。尚、側端面１４、第２連結部１８ａ〜ｅ及び第３連結部２２の形状は平面に限られるものではなく、例えば任意の曲面によってこれらを構成することもできる。また、異なる形状の面を組み合わせてこれらを構成してもよい。
一方、導光体１１の下方にＬＥＤランプ１５を配置し、テール／ストップランプ部１０の前後方向の厚さを低減させている。これによってデザイン性の向上が図られる。

以上のように、テール／ストップランプ部１０では、外部から光源（ＬＥＤランプ１５）が視認されず、しかも輝度ムラの少ない発光を得ることができ意匠性に優れる。尚、ターンランプ部２０及びバックランプ部３０では、着色されたカバーと光源であるバルブによって各表示が行われる。

この実施例では、第１連結部１７ａ〜ｅを側端面１４に垂直な面としたが、これに限定されない。図６に導光体１１の変形例である導光体１１０の縦断面図を示す。なお、導光体１１と実質的に同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。導光体１１０の裏面１３には導光体１１０の側端面１４から離れる方向、即ち下方から上方に向かって、５個の反射部１６ａ〜ｅが連結部１９ａ〜ｅを介して連なるように形成されている。連結部１９ａは、ＬＥＤランプ１５の光軸に対して上面側に傾斜した第１連結部２３ａと第２連結部１８ａとを備える。同様に連結部１９ｂ〜ｅについても同様の態様の第１連結部２３ｂ〜ｅと第２連結部１８ｂ〜ｅを備える。第１連結部２３ａ〜ｅにも反射処理は施されていない。
第１連結部２３ａ〜ｅは正面発光面１２に対して導光体１１０の上面側に傾斜しており、正面発光面１２を介して導光体１１０に入射する外光を、観察する位置に応じて上方に全反射するか、または導光体１１０の後方に透過する。図６に示すように、ａ’位置から観察すると、導光体１１の場合と同様にＬＥＤランプ１５が視認されない。ｂ’位置から観察すると、第１連結部２３ａから導光体１１０の後方が視認される。一方、ｃ’位置から観察すると、導光体１１０の上面側が映り込む。このように、観察する位置により、上面が映り込んだり後方が視認されたりと、多彩な見え方が提供されるため、さらに奥行き感が増し、意匠性が一層向上する。このような導光体１１０を使用しても、テール／ストップランプ部１０からＬＥＤランプ１５が視認されず、意匠性に優れる。

さらに他の変形例である導光体１１１の横断面図を図７に示す。導光体１１１は反射部１６ｆと第３連結部２２の間に第４連結部２４を備える。第４連結部２４は正面発光面１２に対して後方に傾斜して形成されており、観察する位置に応じて正面発光面１２を介して導光体１１１に入射する外光を横方向に全反射するか、または導光体１１１の後方に透過する。これにより、導光体１１０と同様に、横方向の面が映り込んだり後方が視認されたりと、多彩な見え方が提供されるため、さらに奥行き感が増し、意匠性が一層向上する。

以上の実施例では導光体の下方より光の導入を行うことにしたがこれに限られるものではなく、導光体の上方より又は横方向より光の導入が行われるように構成してもよい。
導光体の材質についても特に限定されるものではなく、屈折率が１．４〜１．８程度の導光材料からなる導光体を採用することができる。具体的には、この実施例で使用したアクリル樹脂の他、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用することができる。

本発明は様々な車両（乗用車、バス、トラックなど）用の灯具に利用される。具体的にはリアコンビネーションランプ、テールランプ、ストップランプ、ハイマウントストップランプ、ヘッドランプ、フォグランプなどに対して本発明を適用することができる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

図１は反射部を規定する面の角度を説明する図である。図２は本発明の実施例であるリアコンビネーションランプ１の斜視図。図２のＡ−Ａ線位置での断面図。テール／ストップランプ部１０の構成が示される。図２のＢ−Ｂ線位置での断面図。テール／ストップランプ部１０の構成が示される。導光体正面１２と光入射面１４ａとのなす角度を説明する図。本発明の他の実施例の断面図。第１連結部２３ａ〜ｅが傾斜面として備えられた導光体１１０が示される。本発明の他の実施例の断面図。第４連結部２４ａ〜ｅが傾斜面として備えられた導光体１１１が示される。従来のリアコンビネーションランプの構成例。

符号の説明

１リアコンビネーションランプ
１０テール／ストップランプ部
１１、１１０、１１１導光体
１２正面発光面
１３裏面
１４側端面
１５ＬＥＤランプ
１６ａ〜ｆ、反射部
１７ａ〜ｅ、２３ａ〜ｅ第１連結部
１９ａ〜ｅ連結部
２１下端連結部
２２第３連結部
２４第４連結部
２０ターンランプ部
３０バックランプ部
４０自動車ボディー
１００リアコンビネーションランプの従来例

Claims

正面発光面、凹凸形状の裏面、及び側端面を有する導光体と、
前記側端面に対向する位置に配置された光源と、を備え、
前記正面発光面を介して前記導光体に入射する外光の内、前記側端面に直接向かうものが前記側端面部分の界面で全反射され、
前記側端面側から離れる方向に連結部を介して連なる反射部が前記裏面に形成され、
前記方向において前記反射部と前記正面発光面との距離が非連続的に変化する、
ことを特徴とする車両用灯具。
前記連結部には反射処理が施されないことを特徴とする、請求項１に記載の車両用灯具。
前記反射部が規定する面と前記側端面とがなす角θと、前記正面発光面と前記側端面とがなす角θ１と、前記側端面に対する前記光源の光の入射角度θ２と、及び前記導光体の屈折率ｎが、以下の関係式、

を満たす、請求項１又は２に記載の車両用灯具。
前記側端面に平行な面に対し、前記反射部を前記光源の光軸に沿う方向に投影したとき、前記反射部の各投影像が重なり合わない、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用灯具。
隣り合う前記投影像の間に実質的な間隙がない、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用灯具。
前記連結部は、前記正面発光面を介して前記導光体に入射する外光を全反射する面、又は該外光を透過して他の前記連結部から前記導光体に再入射させる面を備える、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用灯具。
前記光源がＬＥＤランプである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用灯具。