JP4780777B2 - 車両用ｌｅｄ灯具 - Google Patents

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７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光源のマウントプレートと接続し当該マウントプレートで発生した熱を放熱するヒートシンクが一体化されて灯具ユニットが構成され、前記一体化された前記ＬＥＤ光源と前記光学系と前記ヒートシンクが、全て金属材料からなる連結部材を介して金属材料からなるブラケットに連結固定されて前記灯具ユニットが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ており、前記連結部材が、ヒートシンクとの接続部と、当該ヒートシンクとの接続部から延びるプレート部と、前記プレート部から前記ブラケット方向に延びるボスと、前記ボスの中央部に設けられ前記ブラケット側から延びるタップ孔と、を有し、前記ブラケットが、前記ボスに対応する凹部と、前記凹部の中央に設けられる挿通孔と、を有す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、前記光学系は少なくともリフレクタを有しており、前記リフレクタは金属材料からなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記灯具ユニットは前記ブラケットを介して前記灯室内に傾動自在に支持され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４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、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、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を一体化し、前記一体化したＬＥＤ光源と光学系とヒートシンクを金属材料からなる連結部材を介して金属材料からなるブラケットに連結固定して灯具ユニットを構成した。

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。

また、光学系を構成するリフレクタを金属材料で形成することにより、更なる放熱効果を得ることができる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図６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灯具の断面図である。車両用ＬＥＤ灯具１は前面レンズ２とハウジング３によって灯室４が形成され、灯室４内に灯具ユニット５が支持されている。

灯具ユニット５は光学系と放熱系を備えており、光学系はＬＥＤ光源６、ＬＥＤ光源６の実装基板が載置されたマウントプレート７、マウントプレート７に連接されたリフレクタ８、リフレクタ８に連接されたレンズホルダ９、レンズホルダ９内底面から上方に延びる遮蔽体１０およびレンズホルダ９に支持された投影レンズ１１で構成され、プロジェクタランプを形成している。

一方、放熱系はＬＥＤ光源６の実装基板が載置されたマウントプレート７、マウントプレート７が固定されたヒートシンク１２、ヒートシンク１２に固定されてヒートシンク１２を支持するヒートシンク支持プレート１３およびヒートシンク支持プレート１３を固定スクリュー１４を介して固定すると共にエイミングスクリュー１５を介してハウジング３に傾動自在に支持されるブラケット１６で構成されている。

この場合、固定スクリューによるヒートシンク支持プレート１３とブラケット１６の連結固定は、図２および図３で示すような機構が採用されている。なお、図２は図１のＡ部断面図、図３は図１のＢ部断面図である。

図２より、ヒートシンク支持プレート１３およびブラケット１６は共にＡｌあるいはＣｕ等の金属材料からなっている。そして、ヒートシンク支持プレート１３にはブラケット１６に向かって延びる円柱状のボス１７が設けられ、その中央部にはブラケット１６側から延びるタップ孔１８が形成されている。

一方、ブラケット１６にはヒートシンク支持プレート１３に対して反対方向に凹む円弧状の凹部１９が設けられ、その中央部にはスクリュー挿通孔２０が形成されている。

そして、ブラケット１６の凹部１９にヒートシンク支持プレート１３のボス１７の先端部２１が当接され、金属材料からなる固定スクリュー１４がブラケット１６のスクリュー挿通孔２０を挿通されてヒートシンク支持プレート１３のボス１７のタップ孔１８に螺嵌している。

また、図３より、ヒートシンク支持プレート１３にはブラケット１６に対して反対方向に延びるボス１７が設けられ、その中央部には中央部を貫通するタップ孔１８が形成されている。

一方、ブラケット１６にはスクリュー挿通孔２０が形成されている。

そして、ブラケット１６とヒートシンク支持プレート１３の間に円筒状のスペーサ２２が配設され、固定スクリュー１４がブラケット１６のスクリュー挿通孔２０およびスペーサ２２を挿通されてヒートシンク支持プレート１３のボス１７のタップ孔１８に螺嵌している。

更に、エイミングスクリュー１５によるハウジング３に対するブラケット１６のエイミング固定は、図４で示すような機構が採用されている。なお、図４は図１のＣ部断面図である。

図４より、ヒートシンク支持プレート１３にはタップ孔１８を有するエイミングナット２３が取り付けられ、ブラケット１６にはスクリュー挿通孔２０が形成されている。そして、エイミングスクリュー１５がブラケット１６のスクリュー挿通孔２０を挿通されてヒートシンク支持プレート１３に取り付けられたタップ孔１８に螺嵌している。

次に、光学系における光の様態および放熱系における熱の様態について説明する。

まず、光学系においては、図５に示すようにＬＥＤ光源６が点灯して光を発するとＬＥＤ光源６からリフレクタ８に向かう光はリフレクタ８で反射されて前方の投影レンズ１１方向に向かい、その一部は遮蔽体１０によって光路が遮られる。一方、リフレクタ８で反射された光のうち遮蔽体１０に遮られることのない光はレンズホルダ９内を導光されて投影レンズ１１に至り、投影レンズ１１で所望の配光に制御されて前面レンズ２を介して車両用ＬＥＤ灯具１の前方に照射される。

このとき、図１のブラケット１６とハウジング３をエイミング固定するエイミングスクリュー１５を回動すると、ブラケット１６を介してブラケット１６を含む灯具ユニット５が傾動し、光学系（プロジェクタランプ）の光軸Ｘの方向を調整することが可能となる。

次に、放熱系においては、図６に示すようにＬＥＤ光源６が点灯するとＬＥＤ光源６は光を発すると共に熱も発生する。ＬＥＤ光源６で発生した熱（自己発熱）はＬＥＤ光源６が実装された基板に移動し、ＬＥＤ光源６実装基板を伝導されて該基板が載置されたマウントプレート７に移動する。マウントプレート７に移った熱はマウントプレート７を伝導されてマウントプレート７が固定されたヒートシンク１２に移動する。

ヒートシンク１２に移った熱のうち、一部はヒートシンク１２内を伝導されて該ヒートシンク１２の表面に至り、ヒートシンク１２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、空気を媒体としてヒートシンク１２外に放散される。

また、ヒートシンク１２に移った熱のうち、一部はヒートシンク１２内を伝導されてヒートシンク１２に固定されて該ヒートシンク１２を支持する、金属材料からなるヒートシンク支持プレート１３に移動する。

ヒートシンク支持プレート１３に移った熱のうち、一部はヒートシンク支持プレート１３内を伝導されて該ヒートシンク支持プレート１３の表面に至り、ヒートシンク支持プレート１３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、空気を媒体としてヒートシンク支持プレート１３外に放散される。

また、ヒートシンク支持プレート１３に移った熱のうち、一部はヒートシンク支持プレート１３と金属材料からなるブラケット１６を連結固定する、金属材料からなる固定スクリュー１４に移動する。固定スクリュー１４に移った熱は固定スクリュー１４内を伝導されてブラケット１６に移動する。

同時に、ブラケット１６の凹部１９にヒートシンク支持プレート１３のボス１７の先端部２１が当接された部分、およびブラケット１６とヒートシンク支持プレート１３の間に配接された円筒状のスペーサ２２を介してもヒートシンク支持プレート１３からブラケット１６に熱が移動する。

そして、ブラケット１６に移った熱は、ブラケット１６はブラケット１６内を伝導されて該ブラケット１６の表面に至り、ブラケット１６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、空気を媒体としてブラケット１６外に放散される。

なお、リフレクタ８をヒートシンク支持プレート１３およびブラケット１６と同様にＡｌあるいはＣｕ等の金属材料で形成することにより、ＬＥＤ光源６で生じてマウントプレート７に移った熱の一部をリフレクタ８に移動させ、リフレクタ８の表面近傍の空気に熱伝達して移動し、空気を媒体としてリフレクタ８外に放散させることも可能である。

上述したように本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、ＬＥＤ光源６の実装基板が載置されたマウントプレート７、該マウントプレート７が固定されたヒートシンク１２、該ヒートシンク１２を支持するヒートシンク支持プレート１３、ハウジング３にエイミング固定されるブラケット１６およびヒートシンク支持プレート１３とブラケット１６を連結固定する固定スクリュー１４等の全ての連結部材を金属材料で形成した。

そのため、ＬＥＤ光源６の点灯時にＬＥＤ光源６から発生した熱は、熱抵抗の小さい熱伝導経路を経て順次ヒートシンク１２、リフレクタ８、ヒートシンク支持プレート１３およびハウジング３に伝導され、夫々の部分から外部に放散される。

その結果、ＬＥＤ光源６を有する灯具ユニット５の放熱性が向上し、ＬＥＤ光源６の温度上昇が抑制されるによってＬＥＤ光源６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１２が担っていた放熱量の一部をヒートシンク支持プレート１３、ブラケット１６およびリフレクタ８に分担させることができるため、ヒートシンク１２を従来よりも小さくしてヒートシンク１２からの放熱量が少なくなっても、灯具ユニット５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１２の小型化によって車両用ＬＥＤ灯具の小型化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、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灯具の断面図である。 図１のＡ部断面図である。 同じく、図１のＢ部断面図である。 同じく、図１のＣ部断面図である。 同じく、図１の部分断面図である。 同じく、図１の他の部分断面図である。 従来の車両用灯具の断面図である。

符号の説明

１ 車両用ＬＥＤ灯具
２ 前面レンズ
３ ハウジング
４ 灯室
５ 灯具ユニット
６ ＬＥＤ光源
７ マウントプレート
８ リフレクタ
９ レンズホルダ
１０ 遮蔽体
１１ 投影レンズ
１２ ヒートシンク
１３ ヒートシンク支持プレート
１４ 固定スクリュー
１５ エイミングスクリュー
１６ ブラケット
１７ ボス
１８ タップ孔
１９ 凹部
２０ スクリュー挿通孔
２１ 先端部
２２ スペーサ
２３ エイミングナット

Claims (4)

1. 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光源のマウントプレートと接続し当該マウントプレートで発生した熱を放熱するヒートシンクが一体化されて灯具ユニットが構成され、
   前記一体化された前記ＬＥＤ光源と前記光学系と前記ヒートシンクが、全て金属材料からなる連結部材を介して金属材料からなるブラケットに連結固定されて前記灯具ユニットが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ており、
   前記連結部材が、
   ヒートシンクとの接続部と、当該ヒートシンクとの接続部から延びるプレート部と、前記プレート部から前記ブラケット方向に延びるボスと、前記ボスの中央部に設けられ前記ブラケット側から延びるタップ孔と、を有し、
   前記ブラケットが、
   前記ボスに対応する凹部と、前記凹部の中央に設けられる挿通孔と、を有することを特徴とする車両用ＬＥＤ灯具。
2. 前記光学系は少なくともリフレクタを有しており、前記リフレクタは金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の車両用ＬＥＤ灯具。
3. 前記灯具ユニットは前記ブラケットを介して前記灯室内に傾動自在に支持されていることを特徴とする請求項1または２のいずれか１項に記載の車両用ＬＥＤ灯具。
4. 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１〜３のいずれか１項に記載の車両用ＬＥＤ灯具。

Images