JP4754423B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は光源から出射した光を投射レンズで集光して所望の配光パターンを得るプロジェクタ型ランプと称される車両用灯具に関し、特に小型化、軽量化を図った車両用灯具に関するものである。

車両用灯具としてのプロジェクタ型ランプは既に種々の構成のものが提案されており、本出願人においても例えば特許文献１において提案しているところである。このランプは回転楕円体を短軸方向に切断した容器状のリフレクタと、このリフレクタの前面開口に連結したホルダとでランプボディを形成し、ランプボディの前端部、すなわちホルダの前端部に投射レンズを取り付けている。また、ランプボディの内部にはリフレクタの後部に設けたバルブ取付穴に取着するバルブソケットを利用して放電バルブ等の光源を配設している。このプロジェクタ型ランプでは、光源から出射した光はリフレクタによって投射レンズの後側焦点位置に集光され、さらに投射レンズによって集光されて前方に向けて投射される。このとき、ランプボディ内に所要形状をしたシェードを配設して光の一部を遮光することにより、投射レンズを透過する光の一部が遮光され、投射レンズによって所要の配光パターンでの照明が行われる。

ところで、プロジェクタ型ランプはランプボディの前面開口に投射レンズが取着されているためにランプボディの内部が気密に近い状態にされており、そのため光源が点灯したときに生じる熱がランプボディ内に籠もり、ランプボディや投射レンズが温度上昇され易く、種々の問題が生じる。すなわち、ランプボディの中でもリフレクタが温度上昇して高温状態になると、リフレクタが熱膨張等によって変形され、所要の光反射特性が得られなくなり、配光パターンに影響を与える。また、リフレクタが温度上昇されるとリフレクタに取着されている樹脂製のバルブソケットが過熱されて変形してしまい放電バルブを安定に支持することが難しくなる。さらに、ランプの光軸方向の寸法を短縮すべく投射レンズの焦点距離を短く設計した場合には、投射レンズの肉厚が大きくなってレンズの体積が増大するため、光源からの輻射熱やリフレクタを介して伝導される熱によって投射レンズが加熱されて一旦温度が上昇すると投射レンズの温度がなかなか下がらなくなる。そのため、従来では投射レンズを耐熱性のあるガラスで形成せざるを得ず、ガラスの比重によってプロジェクタ型ランプ全体の重量が大きくなるという問題が生じる。
特開平１１−１１１０１０号公報

このような熱による問題に対処すべく、特許文献１のランプでは、リフレクタの一部に対流形成孔を開口し、この対流形成孔を利用してリフレクタの内外に通気を対流させることにより光源で発生した熱をリフレクタの外部に放熱し、リフレクタの温度上昇を防止する提案がなされている。しかしながら、光源で発生した熱の一部は輻射によって投射レンズの温度を上昇させるため、対流形成孔のみでは投射レンズの温度上昇を効果的に防止することは難しい。そのためランプの小型化、軽量化を図るために投射レンズを樹脂で形成しようとしたときには投射レンズが熱変形して所要の配光パターンを得ることが難しくなり、結局投射レンズを耐熱性の高いガラスで形成せざるを得ず、ランプの小型化、軽量化を図ることは困難である。

本発明の目的は、投射レンズを樹脂で形成することを可能にし、ランプの小型化、軽量化を図った車両用灯具を提供するものである。

本発明は、内面の少なくとも一部がリフレクタとして構成されるランプボディと、ランプボディ内に配設される光源と、光源から出射された光を投射する表面が灯具外部に露呈された凸レンズからなる投射レンズとを備えるプロジェクタ型の車両用灯具であって、投射レンズは少なくとも一部にランプボディの内部と前記灯具外部を連通させるための開口部を備えることを特徴とする。また、ランプボディは開口部よりも上方の位置に当該ランプボディの内外を連通させる通気口を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ランプボディの内部と灯具外部の空気を投射レンズに設けた開口部を通して対流することでランプボディ内に熱が籠もることが防止でき、ランプの温度上昇が抑制できる。さらに、レンズに設けた開口部とランプボディに設けた通気口を通して対流を行うことでランプの温度上昇をさらに抑制することができる。また、投射レンズに設けた開口部によって投射レンズの表面積が増大し、投射レンズの表面からの放熱効果を高めて投射レンズないしランプの温度上昇が抑制できる。投射レンズの温度上昇を抑制することで投射レンズを樹脂で製造することが可能になり、ランプの寸法を低減した場合でも投射レンズないしランプの軽量化が可能になる。

本発明において開口部は投射レンズの非有効領域に形成される。開口部を投射レンズの非有効領域に形成することで、投射レンズでの集光性に影響を与えることが少なくなり、所要の配光パターンを得る上での障害になることはない。この場合において、開口部は投射レンズの周縁に沿った領域に設けられる。さらに、開口部は投射レンズの周縁の一部を切り欠いて形成されてもよい。また、開口部を投射レンズ内を通過する光の光路に沿った方向に開口することで、投射レンズを通過する光が開口部に干渉して異常屈折が生じることがない。

次に、本発明の実施例を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として用いるプロジェクタ型ランプに適用した実施例１の分解斜視図、図２は当該プロジェクタ型ランプのランプ光軸方向に沿うＡ−Ａ線断面図である。実施例１のランプはランプボディ１と、このランプボディ１の前面開口に取着された投射レンズ２と、前記ランプボディ１の後面側からランプボディ１内に配設された光源３とで構成されている。前記ランプボディ１は、ここではリフレクタ１１とホルダ１２とを連結して一体化した構成とされている。前記リフレクタ１１は回転楕円型をした容器をその長軸方向のほぼ中央で短軸方向に２つに切断した容器状に形成されており、内面１１１の一部はアルミニウム蒸着処理等によって光を反射する有効反射面１１ａとして形成されている。また、ホルダ１２は前記リフレクタ１１の前面開口径にほぼ等しい径寸法の円筒状に形成され、リフレクタ１１の前面開口に図には表れないネジ等により連結されている。この連結を行うためにリフレクタ１１の前面開口にはフランジ１１２が一体に設けられネジ挿通穴１１３が開口されている。また、ホルダ１２の後面開口にもフランジ１２１が設けられて前記ネジが螺合可能とされている。このフランジ１２１は外方に向けて大きく張り出しており、正面から見てその上側左右と下側右側にはそれぞれエイミング穴１２２，１２３，１２４が開口されている。これら３つのエイミング穴１２２，１２３，１２４には図には表れないエイミングボルトに螺合するエイミングナットが嵌合され、当該プロジェクタ型ランプの光軸を上下左右に調整することを可能にするものであるが、ここではこのエイミングについての説明は省略する。

前記ランプボディ１の後面、すなわち前記リフレクタ１１の後面には光軸に沿ってバルブ取付穴１１４が開口されており、このバルブ取付穴１１４には前記光源３のバルブソケット３２が着脱可能とされている。前記バルブソケット３２は樹脂で形成されており、このバルブソケット３２には光源としての放電バルブ３１が支持されている。放電バルブ３１はバルブ取付穴１１４からランプボディ１内に内挿され、放電発光点が前記リフレクタ１１の第１焦点Ｆ１の位置に配設される。また、前記ホルダ１２内の前記リフレクタ１１の第２焦点Ｆ２のほぼ近傍位置にはホルダ１２に一体的に設けられたシェード１２５が配設されている。このシェード１２５はリフレクタ１１で反射されて投射レンズ２に入射しようとする光の一部を遮光して所要の配光特性（配光パターン）を得るために所定の形状に形成されている。

前記投射レンズ２は耐熱性のある樹脂、例えば耐熱アクリルを樹脂成形して構成されている。図３（ａ）は投射レンズ２の正面図、図３（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。投射レンズ２は所要の曲率の球面あるいは非球面を有する片凸レンズとして形成されており、その周縁には外径方向に突出したフランジ２１が一体に設けられ、このフランジ２１において図１，図２に示した円環状のリテーナ１３により前記ホルダ１２の前面開口に一体的に取着される。また、取着されたときには投射レンズ２の後側の焦点ＦＲが前記リフレクタ１１の第２焦点Ｆ２の位置にほぼ一致するように配置される。前記投射レンズ２には前記フランジ２１に沿った複数の円周箇所にそれぞれレンズ肉厚方向に向けて貫通された２つの通気用の開口部２２が開口されている。この開口部２２は、実施例１では図２（ａ）に示した投射レンズ２の正面から見て左右の斜め下部のそれぞれに台形に近い形状で比較的に大きな面積の２つの下側開口部２２ａ，２２ｂで構成されている。また、前記開口部２２は投射レンズ２の光軸に対して所要の角度をなす方向に向けて貫通されており、この所要の角度は概ね投射レンズ２の後側焦点ＦＲから投射レンズ２に向けて延びる放射線に沿った方向に向けられている。したがって、前記左右の２つの下側開口部２２ａ，２２ｂはレンズの前面に向けて下方に傾斜した方向となる。

また、前記ホルダ１２には、前記投射レンズ２に設けた開口部２２ａ，２２ｂよりも上方の位置、この実施例１ではホルダ１２の上側周面にホルダ１２の内外を連通させるための複数個の円形をした小孔からなる第１通気口１２６を開設している。

このように構成されたプロジェクタ型ランプによれば、放電バルブ３１が点灯されると、図４（ａ）に示すように、放電バルブ３１からは放電発光点の周囲に向けて光が出射される。出射された光はリフレクタ１１の第１焦点Ｆ１から出射されることになるため、これらの光はリフレクタ１１の有効反射面１１ａで反射されて第２焦点Ｆ２に集光され、その後投射レンズ２に入射される。このとき、これらの光の一部はシェード１２５によって遮光され、投射レンズ２のレンズ光軸よりも上側領域に入射されようとする光の大部分がシェード１２５により遮光される。投射レンズの上側領域の一部及び下側領域に入射された入射光は投射レンズ２によって屈折されランプ光軸Ａｘの方向ないしそれよりも下方に向けた光となり、前方に出射される。これにより、前方に出射された光による照明の配光パターンはほぼ水平線よりも上側の領域が遮光された配光パターンとなり、いわゆるロービーム配光パターンとなる。

このとき、所望とするロービーム配光パターンを得るようにシェード１２５の形状を設定することにより、投射レンズ２に入射する光の光度分布は図３（ｃ）に示すように投射レンズ２の開口部２２を形成していない領域においては光度が高く、開口部２２を形成している領域では光度が低い状態になっている。なお、図３（ｃ）においては点描の濃度が高い領域が光度の高い領域を示している。すなわち、投射レンズ２では入射される光の光度が高くロービーム配光パターンを形成するために必要とされる光が入射される領域、すなわち「有効領域」には開口部２２は存在しておらず、ロービーム配光パターンを形成する必要性の低い光が入射される領域、換言すれば「非有効領域」に開口部２２が存在していることになる。また、開口部２２は投射レンズ２の後側焦点ＦＲを中心とする放射方向にほぼ沿った方向に貫通されているので、リフレクタ１１で反射されて第２焦点Ｆ２に集光された光、すなわち投射レンズ２の後側焦点ＦＲないしこれに近い位置から投射レンズ２に入射する光は開口部２２の貫通方向に沿った光路を進むことになるため、その途中で開口部２２と干渉することはなく開口部２２によって光進行の障害になることはない。同時に投射レンズ２を通過する光が開口部２２によって光路に乱れを生じることもなく配光パターン中に乱反射光等による眩惑光が生じることはない。これにより、投射レンズ２の複数箇所に開口部２２を開口した場合でも所要のロービーム配光パターンを確保することができる。

ここで、図４（ａ）において、投射レンズ２の後側焦点ＦＲ、すなわちリフレクタ１１の第２焦点Ｆ２から開口部２２に向けて入射される光はそのまま開口部２２内を直進して前方に向けて出射される。すなわち、左右の下側開口部２２ａ，２２ｂを通過した光は自動車の直前左右領域を照明する補助光として利用される。

一方、放電バルブ３１の点灯によって発生する熱はランプボディ１と投射レンズ２に向けて輻射される。特に、ランプボディ１においては放電バルブ３１から出射された光の大部分が投射されるリフレクタ１１の温度が上昇されることになるが、リフレクタ１１はその外側面が外部に露呈しているため、この外側面から放熱されることになり温度上昇が抑制される。また、図４（ｂ）のように、放電バルブ３１によって加熱されたランプボディ内の空気はホルダ１２の第１通気口１２６を通して外部に流出し、代わりに投射レンズ２の開口部２２を通して外部の空気がランプボディ１内に流入されるためランプボディ１の内外の空気が対流され、ランプボディ１内の温度上昇が抑制される。このとき、開口部２２はホルダ１２の第１空気口１２６よりも低い位置に設けられているので、ランプボディ１内の温度の高い空気はホルダ１２の第１通気口１２６から外部に流出する際に外部の温度の低い空気は投射レンズ２の開口部２２から内部に流入することになり、対流が促進され、放熱効果が高められることになるととにも、投射レンズ２が冷却される。さらに、放電バルブ３１の輻射熱によって投射レンズ２の温度が上昇するが、投射レンズ２はその前面において外部の空気に接していることはもとより、開口部２２の内面においても外部の空気に接しているので、これら開口部２２の内面が放熱面として投射レンズ２の全体の放熱面が増大することになり、投射レンズ２の温度上昇が抑制される。

また、実施例１では、投射レンズ２に複数の開口部２２を設けているので投射レンズ２の体積が低減でき、レンズ重量を軽量化することができる。特に、プロジェクタ型ランプの光軸方向の寸法を短縮して小型化を図るために投射レンズ２の焦点距離を短く設計した場合には、投射レンズ２についてはレンズ曲率半径が小さくなって光軸方向の肉厚寸法が大きくなるが、開口部２２を開口することで投射レンズ２の体積を低減し、投射レンズ２の軽量化ないしランプの軽量化を進めることも可能になる。

図５は光源としての放電バルブをランプボディの側面からランプの光軸に直交する方向に取着した実施例２のプロジェクタ型ランプの外観斜視図、図６はランプ光軸に沿うＣ−Ｃ線断面図である。これらの図において実施例１と等価な部分には同一符号を付してある。実施例１のランプではランプボディ１の後面から光軸方向に放電バルブ３１をランプボディ内に内挿しているため、放電バルブ３１を支持するバルブソケット３２がランプボディ１の後方に突出され、このバルブソケット３２の突出長さ分だけランプの光軸方向の寸法が長くなっている。実施例２ではランプボディ１のリフレクタ１１Ａの側面にバルブ取付穴１１４を形成し、放電バルブ３１をランプの光軸に直交する水平方向からランプボディ１内に内挿している。これにより、バルブソケット３２がランプボディ１の後面に突出することがなくなり、ランプの光軸方向の寸法を縮小し、ランプの小型化が可能になる。また、バルブ取付穴１１４はランプの光軸よりも下側に偏位した位置、すなわちランプボディ１のリフレクタ１１Ａの左右方向幅寸法が最大となっているランプ光軸位置よりも下側の幅寸法が小さい位置に形成されているので、バルブソケット３２がランプボディ１の側方に突出しても、ランプ全体としての側方の寸法が長くなることはない。

また、実施例２では、バルブ取付穴１１４をランプの光軸Ａｘよりも下側に偏位させているのに伴ってリフレクタ１１Ａを構成している回転楕円の長軸を鉛直方向に傾けた構成とする。すなわち、リフレクタ１１Ａの第１焦点Ｆ１が第２焦点Ｆ２の高さよりも低くなるようにリフレクタ１１Ａの長軸を傾斜させた上で、リフレクタ１１Ａの有効反射面１１ａとなる上側領域は滑らかにホルダ１２に連続するようにし、非有効反射面１１ｂとなる下側領域は平坦な形状としている。これにより、放電バルブ３１から出射した光の多くをリフレクタ１１Ａの有効反射面１１ａにおいて反射させ、第２焦点Ｆ２に集光させることが可能になる。さらに、実施例２ではリフレクタ１１Ａの非有効反射面１１ｂには特許文献１に記載のような対流形成孔としての第２通気口１１５を開口している。ここでは第２通気口１１５はランプの光軸に沿って所要の間隔で離間した左右方向に延びる複数の溝として開口している。なお、このようなプロジェクタ型ランプとしては、例えば特開２００４−１２７８３０号公報に記載のものがある。

前記リフレクタ１１Ａの前面開口には実施例１と同様にホルダ１２が連結され、このホルダ１２の前面開口には投射レンズ２がリテーナ１３により固定されている。ホルダ１２は実施例１と同じ構成であり、上側周面にはホルダ内外を連通させる複数個の第１通気口１２６が開口されている。一方、投射レンズ２は、図７（ａ）〜（ｃ）に図３（ａ）〜（ｃ）と同様の図を示すように、実施例１の左右の下側開口部２２ａ，２２ｂに加えて、左右の斜め上部のそれぞれに円周に沿って偏平円弧状をした若干小さい面積の２つの上側開口部２２ｃ，２２ｄと、真上位置において下方に尖ったほぼ三角形状をした小さい面積の１つの頂上開口部２２ｅとの合計５つの開口部を設けている。各開口部２２ａ〜２２ｅは投射レンズ２の光軸に対して所要の角度をなす方向に向けて貫通されており、この所要の角度は概ね投射レンズ２の後側焦点ＦＲから投射レンズ２に向けて延びる放射線に沿った方向に向けられている。

実施例２のプロジェクタ型ランプでは、放電バルブ３１が点灯したときには、図６に示すように、放電バルブ３１から周囲に向けて出射した光のうち、ランプ光軸の後方から上方に向けて出射した光がリフレクタ１１Ａで反射され、そのうちシェード１２５で遮光されない光が第２焦点Ｆ２に集光され、投射レンズ２に入射される。投射レンズ２を通過した光は自動車の前方に照射され、所要のロービーム配光パターンでの照明を行う。実施例２においても、投射レンズ２に入射する光の光度分布は図３（ｂ）に示したとほぼ同様であり、投射レンズ２の開口部２２を形成していない領域においては光度が高く、開口部２２を形成している領域では光度が低い状態になっており、投射レンズ２の非有効領域に開口部２２が形成されている。また、開口部２２ａ，２２ｂは実施例１と同様に、投射レンズ２の後側焦点ＦＲを中心とする放射方向にほぼ沿った方向に貫通されており、リフレクタ１１Ａで反射されて第２焦点Ｆ２に集光された光、すなわち投射レンズ２の後側焦点ＦＲないしこれに近い位置から投射レンズ２に入射する光は開口部２２ａ，２２ｂの貫通方向に沿った光路を進むことになり、開口部２２ａ，２２ｂによって光進行の障害になることはなく、配光パターン中に乱反射光等による眩惑光が生じることなく所要のロービーム配光パターンを確保することができる。また、投射レンズ２の下側開口部２２ａ，２２ｂを通過した光が下方補助光として利用できることも言うまでもない。

実施例２では、放電バルブ３１の点灯によって発生する熱はランプボディ１と投射レンズ２に向けて輻射されるが、放電バルブ３１によって加熱されたランプボディ１内の空気はホルダ１２の第１通気口１２６を通して外部に流出し、代わりに下側開口部２２ａ，２２ｂを通して外部の空気がランプボディ１内に流入されるためランプボディ１の内外の空気が対流され、ランプボディ１内に熱が籠もることがなくランプボディ１の温度上昇が抑制される。このとき、ランプボディ１内の一部の加熱された空気は投射レンズ２の上側領域の開口部２２ｃ，２２ｄ，２２ｅからも外部に流出することがあり、空気の対流が促進される。また、リフレクタ１１Ａには非有効反射面１１ｂに第２通気口１１５が開口されているので、この第２通気口１１５を通してもランプボディ１の外部の空気がランプボディ１内に流入されて対流が生じ、この対流によってリフレクタ１１Ａの温度上昇が抑制される。さらに、放電バルブ３１の輻射熱によって投射レンズ２の温度が上昇するが、投射レンズ２は開口部２２の内面において外部の空気に接しているので、これら開口部２２の内面が放熱面として投射レンズ２の全放熱面が増大することになり、投射レンズ２の温度上昇が抑制されることも実施例１と同じである。

なお、投射レンズ２に開口部２２を設けることで投射レンズ２の体積が低減でき、レンズ重量を軽量化することができるとともに、ランプ全体の光軸方向を短縮してランプの小型化を図るために投射レンズの焦点距離を短く設計し、投射レンズ２の肉厚寸法が大きくなった場合でも開口部２２を開口することで投射レンズ２の体積を低減して軽量化する上で有利になることも実施例１と同じであるが、実施例２では開口部２２の数が実施例１よりも多いため、これらの効果をさらに高めることが可能である。

ここで、本発明における投射レンズでは、図８（ａ）に実施例１における投射レンズ２の光軸方向に沿った断面図を示すように、開口部２２の内面に光の進行の障害にならない程度の複数の微小な凹凸２２１を形成してもよい。この凹凸２２１によって開口部２２の内面の表面積を増大し、投射レンズ２が外部の空間に触れる面積、すなわち放熱面積を増大して投射レンズ２の放熱効果を高めることができる。この凹凸は凹凸条（ひだ）として形成してもよく、例えば、図８（ｂ）に投射レンズ２の正面図を示すように、開口部２２の内面にレンズ光軸方向に延長した複数の凸条２２２を開口部２２の周面に沿って所要間隔で配列した構成としてもよい。あるいは、図８（ｃ）に正面図を示すように、開口部２２は投射レンズ２の周縁から中心方向に向けて切り欠いた構成としてもよい。特に、実施例１，２のように投射レンズ２を円環状のリテーナ１３でホルダ１２に取着する構成を採用する場合には投射レンズ２のフランジ２１が全円周に沿って連続状態に形成されていなくてもよいため、この場合には投射レンズ２の円周複数箇所に切り欠きを設けて開口部２２を構成することが可能になる。このようにすればフランジ２１を残した状態で開口部２２を形成する必要がないため、投射レンズ２２を樹脂成形によって形成する際の金型の構造が簡易化でき、製造が容易なものになる。

また、図示は省略するが、自動車のハイビーム配光パターンを得るプロジェクタ型ランプの投射レンズについても同様に周縁部に複数の開口部を開口することによって投射レンズの温度の上昇を抑制することができ、投射レンズを耐熱樹脂で形成することが可能になり、ランプの小型化、軽量化を実現することが可能になる。

本発明においては、実施例１の投射レンズを実施例２のランプに適用してもよく、あるいは実施例２の投射レンズを実施例１のランプに適用してもよいことは言うまでもない。

実施例１のランプの外観斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 実施例１の投射レンズの正面図とそのＢ−Ｂ線断面図及び光度分布図である。 実施例１のランプの光路と空気対流を説明する図である。 実施例２のランプの外観斜視図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。 実施例２の投射レンズの正面図とそのＤ−Ｄ線断面図及び光度分布図である。 投射レンズの開口部の変形例を示す断面図又は正面図である。

符号の説明

１ ランプボディ
２ 投射レンズ
３ 光源
１１ リフレクタ
１２ ホルダ
１３ リテーナ
２１ フランジ
２２（２２ａ〜２２ｅ） 開口部（通気口）
３１ 放電バルブ
３２ バルブソケット
１１４ バルブ挿通孔
１１５ 第２通気口
１２６ 第１通気口
２２１ 凹凸
２２２ 凸条

Claims (6)

1. 内面の少なくとも一部がリフレクタとして構成されるランプボディと、前記ランプボディ内に配設される光源と、前記光源から出射された光を投射する表面が灯具外部に露呈された凸レンズからなる投射レンズとを備えるプロジェクタ型の車両用灯具であって、前記投射レンズは少なくとも一部に前記ランプボディの内部と前記灯具外部とを連通させるための開口部を備えることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記ランプボディは前記開口部よりも上方の位置に当該ランプボディの内外を連通させる通気口を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記開口部は前記投射レンズの非有効領域に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用灯具。
4. 前記開口部は前記投射レンズの周縁に沿った領域に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の車両用灯具。
5. 前記開口部は前記投射レンズの周縁の一部を切り欠いて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の車両用灯具。
6. 前記開口部は前記投射レンズ内を通過する光の光路に沿った方向に開口されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用灯具。
   
   

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