JP4780776B2

JP4780776B2 - 車両用ｌｅｄ灯具

Info

Publication number: JP4780776B2
Application number: JP2006259110A
Authority: JP
Inventors: 安谷田; 傑島田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2026-09-25
Also published as: JP2008078088A

Description

本発明はＬＥＤを光源とする車両用ＬＥＤ灯具に関する。

ＬＥＤは温度上昇によって発光効率が低下するという特性を有している。ＬＥＤの温度上昇の要因は、点灯時の自己発熱や高温環境下に晒された場合等が考えられる。

一方、ＬＥＤは各種ランプに比較して一般的に小型、低消費電力、長寿命等の利点を有しており、従来この利点を利用してハイマウントストップランプ、ストップアンドテールランプ、方向指示灯等の車両用灯具の光源として使用され、近年ではＬＥＤを光源とする車両用前照灯の提案もなされている。

車両用灯具は一般的に前面レンズとハウジングとによって灯室が形成され、その灯室内に光源となるＬＥＤが支持される。そしてＬＥＤを点灯すると、ＬＥＤの自己発熱によってＬＥＤ自体の温度が上昇し、その結果、ＬＥＤの発光効率が低下して灯具の照射光量が低減すると共に、配光性能の悪化によって極端な場合には灯具に要求される配光規格を満足しなくなる可能性も有している。

そこで、上記問題の発生を阻止するような車両用前照灯の提案がなされている。それは図５に示すように、透明カバー５１と、ランプボディ５２と、鉛直パネル部５３およびユニット支持部５４およびヒートシンク部５５が一体化された支持ブラケット５６と、ソケットカバー５７とで車両用前照灯５０の灯室５８を形成し、前照灯５０の灯室５８内には支持ブラケット５６の鉛直パネル部５３及びユニット支持部５４が位置し、ヒートシンク部５５は前照灯５０の灯室５８外に延出している。

そして、前照灯５０の灯室５８内に位置した支持ブラケット５６のユニット支持部５４には半導体発光素子５９とリフレクタ６０と光制御部材６１とが固定され、光制御部材６１は投影レンズ６２を支持している。

半導体発光素子５９を光源とする上記構成の車両用前照灯５０においては、半導体発光素子５９の点灯時の自己発熱は、熱の良導体である材料によって形成された支持ブラケット５６のユニット支持部５４からヒートシンク部５５まで伝導されて移動し、ヒートシンク部５５で灯室５８外に放散される。これにより、半導体発光素子５９点灯時の半導体発光素子５９自体の温度上昇を抑制するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１４１９１７号公報

上記従来の車両用前照灯５０においては、半導体発光素子５９で発生した熱のほとんどは該半導体発光素子５９が載設された支持ブラケット５６のユニット支持部５４からヒートシンク部５５まで伝導されてヒートシンク部５５で灯室５８外に放散される。

ところで、ヒートシンク部５５は、ヒートシンク部５５の外気（空気）と接する部分の全表面の放熱面積が大きいほど放熱効率が高くなり、放熱効果も良好となる。換言すると、ヒートシンク部５５の大きさが放熱効率に関係することになるが、ヒートシンク部５５が大きくなると車両用前照灯５０全体が大きくなると共に、重量も増すことになる。そのため、車両用前照灯５０の取り付け空間ならびに重量の制約によってヒートシンク部５０の寸法の設計自由度が確保できず、十分な放熱効率が得られないことが考えられる。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤを光源とする車両用ＬＥＤ灯具において、小型・軽量を維持しつつＬＥＤの自己発熱の放熱性を高めることによってＬＥＤの温度上昇を抑制し、よってＬＥＤの発光効率の低下が抑制されて所定の照射光量を確保することが可能となる車両用ＬＥＤ灯具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、少なくとも１つのＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源から出射された光の光路を制御する光学系と、前記ＬＥＤ光源で発生した熱を放熱するヒートシンク部を備えた灯具ユニットが、ブラケットを介して少なくとも前面レンズとハウジングによって形成された灯室内に支持され、前記ブラケットが、断面略コ字形状を呈し、対向する一対の面及び当該一対の面に挟まれた面を有し、前記.対向する一対の面の一方の面には外面から外側に延びるシャフト部が設けられ、他方の面には外面から外側に延びるボス部が設けられ、前記シャフト部と前記ボス部は中心軸を共有する位置に設けられることで前記灯具ユニットが前記灯室内に回動および／または傾動自在に支持され、当該対向する一対の面に挟まれた面が、サーマル・インタフェース・マテリアルを介して前記ヒートシンク部と面接触していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ＬＥＤ光源はＬＥＤチップ及びＬＥＤチップを備えたＬＥＤ装置のいずれか一方であることを特徴とするものである。

本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源から出射された光の光路を制御する光学系と、ＬＥＤ光源で発生した熱を放熱する放熱部材を備えた灯具ユニットを灯室内に支持するようにした。

そして、灯具ユニットに備えられたヒートシンク部と灯具ユニットに備えられて該灯具ユニットが支持されるブラケットを放熱部材とした。

そのため、ＬＥＤ光源の点灯時に発生する自己発熱はヒートシンク部とブラケットの両方で放散され、ＬＥＤ光源を有する灯具ユニットの放熱性が向上し、ＬＥＤ光源の温度上昇が抑制されるによってＬＥＤ光源の発光効率の低下が低減されて所定の照射光量を確保することが可能となる。

また、従来ヒートシンク部が担っていた放熱量の一部をブラケットに分担させることができるため、ヒートシンク部を従来よりも小さくしてヒートシンク部からの放熱量が少なくなっても、灯具ユニット全体としては十分な放熱性を確保することが可能となる。

そのため、ヒートシンク部の小型化によって車両用ＬＥＤ灯具の小型化、特に車両に搭載したときに車両の前後方向となる奥行きを短くすることが可能となると共に、車両用ＬＥＤ灯具の軽量化を図ることができる。

よって、灯具全体としての放熱効率を確保しながらヒートシンク部の寸法を小さくすることができ、灯具の取付け空間に制約が加えられたとしても放熱性能を維持しながら寸法の設計自由度を確保することが可能となる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図４を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の車両用ＬＥＤ灯具を構成する灯具ユニットの分解立体図である。灯具ユニット１は３つのプロジェクタランプ２が一体化されたランプユニット３とブラケット４を有している。夫々のプロジェクタランプ２はＬＥＤ（図示せず）を光源とし、リフレクタ５、レンズホルダ６および投影レンズ７等で構成され、放熱用のヒートシンク部８も備えている。

ブラケット４は金属等の熱の良導体からなり、略コ字形状を呈しており、該コ字形状の対向する一対の面のうちの一方の面には外面から外側に延びるシャフト部９が設けられ、他方の面には同様に外面から外側に延びるボス部１０が設けられている。そして、シャフト部９とボス部１０は夫々の中心軸Ｘを共有する位置に位置している。ブラケット４のコ字形状の一対の面で挟まれた面には貫通する窓孔１１が設けられている。

そして、ランプユニット３とブラケット４は、ランプユニット３に備えられたヒートシンク部８とブラケット４のコ字形状の一対の面で挟まれた面がＴＩＭ（サーマル・インタフェース・マテリアル）１２を介して面接触した状態で一体化され、灯具ユニット１を形成している。

従って、灯具ユニットは図２に示すように、ランプユニット３がＴＩＭを介してブラケット４に支持されていると共に、各プロジェクタランプ２の光軸Ｙはブラケット４のシャフト部９とボス部１０の共通中心軸Ｘに対して略直角の方向を向いている。

図３は上記灯具ユニットを組み込んだ車両用ＬＥＤ灯具の断面図である。本車両用ＬＥＤ灯具は、主に前面レンズ１３およびハウジング１４の２つの部材によって灯室１５が形成されている。前面レンズ１３とハウジング１４は、ハウジング１４の一方の前面開口端部に設けられたシール溝部１６に前面レンズ１３の周端に設けられたシール脚部１７を挿入し、シール溝部１６とシール脚部１７との隙間に弾性シール材１８を充填した状態で係止されている。

なお、本実施形態においては、ハウジング側にシール溝部、前面レンズ側にシール脚部が設けられているが、前面レンズ側にシール溝部、ハウジング側にシール脚部を設けてもよいし、前面レンズとハウジングとでシール効果を有する係止部が構成されるのであれば、両者の係止部の構造、係止手段等については特に限定されるものではない。

灯室１５内には灯具ユニット１が収納され、ブラケット４のシャフト部９がモータ等からなる駆動機構１９に連結されて回動および／または傾動自在に支持されると共に、ボス部１０が支持機構２０に回動および／または傾動自在に支持されている。ブラケット４には上述したようにＴＩＭを介してランプユニット３が一体化されている。

そして、ランプユニット３の夫々のプロジェクタランプ２にはＬＥＤ光源２１、該ＬＥＤ光源２１が載設されたマウント部２２、マウント部２２に着接されたヒートシンク部８、リフレクタ５、遮蔽体２３、レンズホルダ６および投影レンズ７が備えられている。

上記構成の車両用ＬＥＤ灯具２４は、ＬＥＤ光源２１を点灯すると、ＬＥＤ光源２１から出射された光がリフレクタ５、遮蔽体２３、レンズホルダ６および投影レンズ７で構成された光学系を介して前面レンズ１３から車両用ＬＥＤ灯具２４の前方に照射される。

それと共に、「背景技術」で述べたように、ＬＥＤ光源２１は点灯時に自己発熱し、その自己発熱によってＬＥＤ自体の温度が上昇することになり、ＬＥＤの発光効率の低下に起因して灯具の照射光量が低減することになる。

そこで、本発明の車両用ＬＥＤ灯具においては、ＬＥＤ光源の点灯時の温度上昇を抑制するような熱の流路を形成している。

それは、ＬＥＤ光源２１が点灯するとＬＥＤ光源２１で発生した熱はＬＥＤ光源２１が載設されたマウント部２２に移動する。マウント部２２に移った熱はマウント部２２を伝導されて該マウント部２２に着接されたヒートシンク部８に移動する。

ヒートシンク部８に移った熱はヒートシンク部８内を伝導されてヒートシンク部８の表面に至る。このとき、ヒートシンク部８には表面積を大きくするために多数の放熱フィンが形成されており、放熱フィンを含むヒートシンク部８の表面に到達した熱の一部は効率良く該表面近傍の空気に熱伝達されて移動し、空気を媒体として灯室１５内に放散される。なお、ヒートシンク部８の中央部から出た熱については、ブラケット４に設けられた窓孔１１を通って灯室１５内に放散されるものもある。

更に、ヒートシンク部８の表面に到達した熱の一部はブラケット４に移動する。ブラケット部４は熱の良導体からなっており、ブラケット４に移った熱はブラケット４内を伝導されてブラケット４の表面に至る。ブラケット４の表面に到達した熱は該表面近傍の空気に熱伝達されて移動し、空気を媒体として灯室１５内に放散される。

そして、灯室１５内に放散された熱は、ハウジング１４に設けられた通気孔２５を通って灯具外に放出され、灯室１５内の熱が灯具外に移動することによって灯室１５内の温度が下がる。

このように、ＬＥＤ光源２１で発生した熱はヒートシンク部８と放熱機能を持たせたブラケット４の両方によって放散される。そのため、ヒートシンク部８のみによる放熱効果よりも優れた放熱効果を得ることができ、ＬＥＤ光源２１点灯時の温度上昇の抑制効果が良好に働いて発光効率の低下を効率良く抑えることができる。

なお、灯具ユニット１を構成する部材を熱の良導体で形成することによって、更なる放熱効果を得ることができる。それは、ＬＥＤ光源２１が載設されたマウント部２２に連接されたリフレクタ５を、例えばアルミニウム合金ダイカスト（ＡＤＣ１２）で形成することにより、ＬＥＤ光源から発せられた熱の一部がリフレクタ５からも放散するようになり、その分放熱効果は向上する。

ところで、本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、車両の走行時にステアリング蛇角、車両速度等から灯具の配光の制御角度を算出し、その算出結果に基づいて灯具の配光の向きを自動制御するＡＦＳ（アダプティブ・フロントライティングシステム）に対応するものであり、図４にその作動状態を示している。

図４より、車両走行中に運転者がハンドルを切ると、切った方向、角度等を算出してモータ等からなる駆動機構によって灯具ユニット１のブラケット４に設けられたシャフト部９が回動され、それによって灯具ユニット１がシャフト部９の中心軸Ｘを中心にして向きを変え、車両用ＬＥＤ灯具の配光方向が変わる。

例えば、走行中の灯具の光軸をＹ_Ｃ、カーブに差し掛かってハンドルを切ったときの灯具の光軸をＹ_Ｔとすると光軸Ｙ_Ｃと光軸Ｙ_Ｔのなす角θだけ光軸の方向が変わり、灯具の配光がカーブの方向を向く。よって、これから向かおうとする方向を明るく照らし出すので進路確認が容易になる。

上述のように、本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、ＬＥＤ光源２１の点灯時に発生してヒートシンク部８に移動した自己発熱を、該ヒートシンク部８の全表面を介して放散させると共に、ヒートシンク部８にＴＩＭを介して面接触するブラケット４に放熱機能を持たせてブラケット４の表面からも、ＬＥＤ光源２１の点灯時の自己発熱を放散するようにした。

その結果、ＬＥＤ光源２１を有する灯具ユニット１の放熱性が向上し、ＬＥＤ光源２１の温度上昇が抑制されるによってＬＥＤ光源２１の発光効率の低下が低減されて所定の照射光量を確保することが可能となる。

また、従来ヒートシンク部８が担っていた放熱量の一部をブラケット４に分担させることができるため、ヒートシンク部８を従来よりも小さくしてヒートシンク部８からの放熱量が少なくなっても、灯具ユニット１全体としては十分な放熱性を確保することが可能となる。

そのため、ヒートシンク部８の小型化によって車両用ＬＥＤ灯具の小型化、特に車両に搭載したときに車両の前後方向となる奥行きを短くすることが可能となると共に、車両用ＬＥＤ灯具の軽量化を図ることができる。

そこで、灯具全体としての放熱効率を確保しながら小型化、軽量化を実現することができ、灯具の取付け空間および重量に制約が加えられたとしても設計自由度を確保することが可能となる。

なお、本実施形態においては、ランプユニット３は３つのプロジェクタランプ２で構成されているが、必ずしもこの構成に限られるものではなく、１つのプロジェクタランプ、２つ以上のプロジェクタランプあるいはプロジェクタランプと他の種類のランプの組み合わせ等の構成でもかまわない。

また、ＬＥＤ光源２１はＬＥＤのベアチップ（ＬＥＤチップ）でもよいし、ＬＥＤチップをパッケージに実装したＬＥＤ装置でもよい。

本発明の車両用ＬＥＤ灯具を構成する灯具ユニットの分解立体図である。同じく、本発明の車両用ＬＥＤ灯具を構成する灯具ユニットの斜視図である。同じく、本発明の車両用ＬＥＤ灯具の断面図である。同じく、本発明の車両用ＬＥＤ灯具のＡＦＳの作動を示す模式図である。従来の車両用灯具の断面図である。

符号の説明

１灯具ユニット
２プロジェクタランプ
３ランプユニット
４ブラケット
５リフレクタ
６レンズホルダ
７投影レンズ
８ヒートシンク部
９シャフト部
１０ボス部
１１窓孔
１２ＴＩＭ
１３全面レンズ
１４ハウジング
１５灯室
１６シール溝部
１７シール脚部
１８シール材
１９駆動機構
２０支持機構
２１ＬＥＤ光源
２２マウント部
２３遮蔽体
２４車両用ＬＥＤ灯具
２５通気孔

Claims

少なくとも１つのＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源から出射された光の光路を制御する光学系と、前記ＬＥＤ光源で発生した熱を放熱するヒートシンク部を備えた灯具ユニットが、ブラケットを介して少なくとも前面レンズとハウジングによって形成された灯室内に支持され、
前記ブラケットが、
断面略コ字形状を呈し、対向する一対の面及び当該一対の面に挟まれた面を有し、前記.対向する一対の面の一方の面には外面から外側に延びるシャフト部が設けられ、他方の面には外面から外側に延びるボス部が設けられ、前記シャフト部と前記ボス部は中心軸を共有する位置に設けられることで前記灯具ユニットが前記灯室内に回動および／または傾動自在に支持され、
当該対向する一対の面に挟まれた面が、サーマル・インタフェース・マテリアルを介して前記ヒートシンク部と面接触していることを特徴とする車両用ＬＥＤ灯具。
前記ＬＥＤ光源はＬＥＤチップ及びＬＥＤチップを備えたＬＥＤ装置のいずれか一方であることを特徴とする請求項１に記載の車両用ＬＥＤ灯具。