JP4999088B2 - 車両用前照灯の検査装置及び検査方法 - Google Patents

車両用前照灯の検査装置及び検査方法 Download PDF

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本発明は、光量の大きなLED光源を利用する車両用前照灯の品質検査に関する技術であって、LEDを点灯した際のLED基板の放熱性検査に関する技術である。
近年は、車両用灯具にLEDが用いられる機会が増加し、使用されるLEDが、大光量化される傾向にある。大光量LEDを搭載したLED基板は、光量の増加に伴い点灯時の発熱量が大きくなる。下記特許文献1(特開2004−311224号公報)は、従来技術の車両用前照灯を示すものである。
特許文献1の車両用前照灯では、発光ダイオード(42、52)が熱伝導性を有するLED基板(48,58)の上に搭載され、前記基板がそれぞれ光源支持ブロック(46,56)に支持された状態で灯具ユニット(20,22)を形成し、前記複数の灯具ユニットが階段状の金属製支持部材24に取り付けられている。発光ダイオード(42、52)が点灯すると、基板(48,58)の周辺に熱が発生し、発生した熱は、前記基板から直接放熱される他、光源支持ブロック(46,56)から金属製支持部材24へと熱伝導され、放熱フィン24bから放熱される。
特開2004−311224号公報
LED基板(48,58)と光源支持ブロック(46,56)との境界面や光源支持ブロック(46,56)と金属製支持部材24との境界面には、伝熱グリスを塗布することによって熱伝導性を確保することが多い。しかし、伝熱グリスを塗布する際に塗布面に異物が混入したり、塗布面に塗りむらによる隙間を生じたり、伝熱グリスの塗布自体を忘れてしまった場合には、前記各境界面で熱伝導が正しくなされずに前記基板から金属製支持部材24に至る熱伝導性が低下するため、本来放熱フィン24bから放熱されるはずの熱が基板(48,58)にこもることがある。特に大光量の発光ダイオード(42、52)は、点灯時に基板が高温になるため、基板に熱がこもることは、前記発光ダイオードの製品寿命を低下させる点で望ましくない。
従って、大光量LEDを使用した車両用灯具の製造工程においては、LED基板からこれを支持する金属製支持部材に至る接続状態を管理し、LED基板から放熱フィンに至る熱伝導が適切に行われているかを確認する必要がある。そして、LED基板から放熱フィンへの熱伝導性が低下した灯具ユニットを出荷前検査で容易に発見し、不良品として事前に取り除くことは、出荷する車両用灯具の不良品発生率を低減し、製品寿命が長く品質の高い車両用灯具を生産する上で大変重要なことと言える。
以上の観点から、本願発明に係る車両用灯具の検査装置及び検査方法は、出荷前検査において灯具ユニットの組み立て不良を容易に検出し、出荷後の車両用灯具の不良品発生率を低減させることによって品質向上を図るべく発明されたものである。
前記目的を達成するために、請求項1に係る車両用前照灯の検査装置は、LEDチップが搭載されたLED基板と、LED基板を支持する金属製支持部材と、前記金属製支持部材に設けられた放熱部材と、を備えたLED灯具ユニットを光源とする車両用前照灯の検査装置であって、前記検査装置は、前記LEDチップを点灯させる点灯手段と、前記LEDチップの点灯によって加熱した前記LED基板の温度を測定する温度測定手段と、
測定した前記LED基板の温度によりLED基板と金属製支持部材との接続状態の適否を判定する判定手段と、を備えた。
(作用)LED基板と金属製支持部材との接続状態、即ち、LED基板から金属製支持部材に設けられた放熱フィンに至る熱伝導性の適否の検出が可能になる。前記熱伝導性が低下した場合には、LED基板に熱がこもるため、正常時な場合よりも温度上昇が大きくなる。従って、かかる温度上昇を計測することにより、放熱性が不足したLED灯具ユニットを検出をすることが出来る。
請求項2は、請求項1に記載された車両用前照灯の検査装置であって、前記温度測定手段で測定したLED基板の測定温度と、LED基板において予め設定した基準温度とを比較し、前記測定温度が基準温度を越えた場合、前記LED基板と金属製支持部材との接続状態が異常であると判定する。
(作用)LEDの点灯後、測定温度を予め設定した基準温度と比較し、測定温度が基準温度以下の場合には、LED基板と金属製支持部材が正常に接続し、適切な熱伝導により放熱フィンから適切に放熱されていると判定でき、測定温度が基準温度を越える場合には、前記接続に異常があって熱伝導性に不足があると判定できるため、前記温度比較によって熱伝導性の不足を容易にチェックすることが出来る。
請求項3は、請求項1または2に記載された車両用前照灯の検査装置であって、前記LED基板は、黒色の平面部を備え、前記温度測定手段は、放射温度計を利用して前記黒色の平面部の温度を測定する。
(作用)LED基板上の温度測定箇所を黒色化して熱放射性を向上させることにより、放射温度計を利用してより精密な温度測定が可能になる。放射温度計は、LED基板上の計測箇所へのセンサーの着脱作業が不要であって、LED基板と非接触の状態で温度を測定出来るため、検査手順が簡略化され、LED基板から金属製支持部材に至る熱伝導性の適否を容易かつ迅速に検出することが出来る。
請求項4に記載された車両用前照灯の検査方法は、LEDチップが搭載されたLED基板と、LED基板を支持する金属製支持部材と、前記金属製支持部材に設けられた放熱部材と、を備えたLED灯具ユニットを光源とする車両用前照灯の検査方法であって、前記LEDチップの点灯によって加熱した前記LED基板の温度を測定する第1のステップと、測定したLED基板の測定温度と、LED基板において予め設定した基準温度とを比較する第2のステップを備えることにより、前記測定温度が前記基準温度を越えるか否かに基づいて、LED基板と金属製支持部材との接続状態の異常を判定する。
(作用)まず、LEDの点灯後によって上昇したLED基板の温度を測定し、次に測定した温度を予め設定した基準温度と比較する。そして、測定温度が基準温度以下の場合には、LED基板と金属製支持部材との接続状態が正常であると判定し、測定温度が基準温度を越える場合には、前記接続状態が異常であると判定することにより、LED基板から金属製支持部材に至る熱伝導性の不足をチェックすることが出来る。
以上の説明から明らかなように、請求項1に係る車両用前照灯の検査装置によれば、LED基板の温度測定により、LED基板から金属製支持部材に至る熱伝導性が低く、寿命低下のおそれがある灯具ユニットを不良品として出荷前に容易に発見して除去することが出来るため、出荷する車両用前照灯の品質の向上を図ることが出来る。
請求項2に係る車両用前照灯の検査装置によれば、LED基板上で測定した温度が予め設定した基準温度より高いか低いかについて判断することのみにより、LED基板から金属製支持部材に至る熱伝導性が低い灯具ユニットを出荷前に容易に判別して不良品として除去することが出来るため、出荷する車両用前照灯の品質の向上を図ることが出来る。
請求項3に係る車両用前照灯の検査装置によれば、放射温度計を利用し、LED基板温度を非接触で測定することによる検査手順の簡素化により、熱伝導性の低い灯具ユニットを更に容易かつ迅速に検出することが出来るため、出荷する車両用前照灯の品質を一層向上させることが出来る。
請求項4に係る車両用前照灯の検査方法によれば、LED基板上で測定した温度が予め設定した基準温度より高いか低いか判断するだけで、LED基板から金属製支持部材に至る熱伝導性の低い灯具ユニットを製造工程で容易に判別することが出来るため、当該方法を用いることで出荷する車両用前照灯の品質の向上を図ることが出来る。
次に、本発明の公的な実施形態を、以下の実施例1及び2に基づいて説明する。
図1〜図10は、本発明の実施例を示すもので、図1は、実施例1の検査装置によって検査する車両用前照灯1の正面図、図2は、図1のA−A断面図、図3は、車両用前照灯1の灯具ユニット4の分解斜視図、図4は、灯具ユニット4の光源ユニット8を下方から見た斜視図、図5は、ブラケット5への光源ユニット8の取付状態を表す斜視図、図6は、LED基板14の熱伝導を説明する要部断面図、図7は、検査装置全体を表す斜視図、図8は、検査装置の制御を説明する制御系統図、図9は、検査の実例を表すグラフで(a)図は、LED基板14の温度上昇を表すグラフ、(b)図は、各計測時刻におけるLED基板14の許容温度を表す図表、図10は、実施例2の検査装置の灯具ユニットを表す斜視図である。
図1及び図2により、実施例1の検査装置によって検査する車両用前照灯の構造を説明する。車両用前照灯1は、ランプボディ2と前面カバー3の内側に灯室Sを備え、複数(本実施例では3カ所)の灯具ユニット4が、前後に放熱フィン6(放熱部材)を備えたランプブラケット5(金属製支持部材)に一体化され、一体化されたランプブラケット5がエイミング機構7を介してランプボディ2に傾動可能に取り付けられている。ランプブラケット5と放熱フィン6は、アルミダイキャスト等により金属で形成する。エイミング機構の複数のエイミングスクリュー7aは、一端がランプボディ2に回動自在に支持され、一端がランプブラケットのエイミングナット5aに螺合しており、エイミングスクリュー7aをドライバ等でそれぞれ回転させることにより、エイミング調整が行われる。
また、図3より灯具ユニット4は、ランプブラケット5のユニット取付部5bに取り付けられた光源ユニット8、板状ばね部材9、カットオフライン形成用のシェード10、投影レンズ11及びリフレクタ12によって構成される。
シェード10には、係合凸部10aを係合凹部11aに係合させて投影レンズ11を取り付け、係合凸部12aを係合凹部10bに係合させ、更にフック10cを開口部12bへ挿入することでリフレクタ12を取り付ける。シェード10は、挿通孔5cの裏面から締結ネジ13を通し、ねじ穴10dにネジ止めすることによりユニット取付部5bのボス係合部5dに取り付ける。
光源ユニット8は、図3及び図4より、LED基板14、アタッチメント15、補助アタッチメント16によって構成する。
LED基板14は、セラミック等により熱伝導性絶縁基板として形成し、その上面14fには、LEDチップ14a、導電性パターン14b及び、通電用接点(14c,14d)を配設する。LEDチップ14aは、上からキャップ14eで覆い、導電性パターン14bにより通電用接点(14c,14d)と接続する。LED基板の上面14fは、通電用接点を除いて塗装等によって黒色面とすることによって熱放射性が向上し、後述する放射温度計19(温度測定手段)で温度を計測する際の計測精度が向上する。
アタッチメント15は、図3及び図4に示すとおり、略平板状の本体部15aの中央に開口部15bを設け、その両側に接続端子(15c,15d)を設ける。本体部15aの左右には、バネ受け部15eと下方にコネクタ15gを有するバネ支持部15fを設ける。コネクタ15gは、接続端子(15c,15d)と接続し、後述する電源25の電源ケーブル25aのコネクタ25bを挿入する。接続本体部15aの前方には、凸部15hを設け、下面には、凹部(15i,15j)を設ける。
補助アタッチメント16は、上面から見て凹部形状に形成した本体部16aの内側下方にLED基板14を支持する突起(16b,16c)を設ける。また、アタッチメント15及び補助アタッチメント16は、例えば、ナイロン(登録商標)等により樹脂で形成する。
光源ユニット8の組み立ては、以下のように行う。図3から図5に示す通り、アタッチメント15の開口部15bの下方からLED基板14を挿入し、接続端子(15c、15d)に通電用接点(14c、14d)を接触させた状態でLEDチップ14aを、本体部15aの上面より上に露出させる。補助アタッチメント16は、突起(16b,16c)をLED基板14の下面に接触させて、先端部(16d,16e)をアタッチメント15の凹部(15i,15j)に挿入し、凹部16fに凸部15hを係合させることによってアタッチメント15に取り付ける。これにより、LED基板14が、アタッチメント15に一体化される。
組み立てた光源ユニット8は、LED基板14の下面を伝熱グリス17を塗布したユニット取付部5bの凸部5f上に接触させて伝熱グリス17をLED基板14の下面と凸部5f間に隙間なく挟持する(図6を参照)ようにしてユニット取付部5b上に搭載し、図5に示すように板状ばね部材9のばね部(9a、9b)によってバネ受け部(15e,15f)を抑えつつ先端部(9c、9d)と凸部9eをそれぞれユニット取付部5bの凹部(5c〜5e)に挿入することにより、ユニット取付部5bに固定する。
ここで図6よりLEDチップ14aの点灯時にLED基板14に発生した熱の正常な熱伝導について説明すると、発生した熱は、まずLED基板14の上面14fから直接灯室S内に放熱(符号H1参照)され、更に伝熱グリス17が突起5fの上面とLED基板14の下面との間に隙間無く挟持されていた場合には、伝熱グリス17によって、放熱フィン6を前後に備えたランプブラケット5へ熱伝導されて灯室S内に放熱(符号H2を参照)されるため、通常LED基板17に熱が籠もることはない。
しかし、突起5fの上面とLED基板14の下面との間に空気が入って隙間を生じてしまった場合や異物を噛み込んだ状態で伝熱グリス17を挟持してしまった場合等、ユニット取付部5bへの光源ユニット8の組み付け不良が発生した場合には、LED基板14からランプブラケット5への熱伝導性が低下して放熱フィン6から放熱されず、点灯で発生した熱がLED基板14に籠もってしまう(後述する図9(b)グラフ中、「グリス無し時温度」を参照、基板14の発熱が大)。このような場合には、LEDチップ14aの製品寿命の低下が懸念されるため、出荷前の事前検査で計測して十分な熱伝導性を持たない灯具ユニット4を取り除く必要がある。本件各実施例の検査装置は、車両用前照灯1の出荷前検査において、LED基板14に発生した熱を計測することにより、ユニット取付部5bへの光源ユニット8の組み付け不良を検知する装置である。
次に、図7から図9によって、実施例1の検査装置を説明する。検査装置18は、放射温度計19(温度測定手段)とCPU23(接続状態の判定手段)と表示装置24(判定結果の通知手段)と電源25(LEDチップの点灯手段)によって構成する。
放射温度計は、物体から照射される赤外線を赤外線センサーで計測することにより当該物体の温度を測定する温度計である。本件実施例1では、固定具19bに固定された放射温度計19は、内部の赤外線センサー(図示せず)と、該センサーに赤外線を集光する前面レンズ19aを備えている。また、放射温度計19は、LED点灯時にLED基板14に生ずる発熱によりLED基板14から放出される赤外線Iを計測するため、前面レンズ19aをLED基板の黒色上面14fに対向させて設置する(図5及び図7を参照)。尚、LED基板の上面14fから放射温度計の前面レンズ19aまでの距離は、放射温度計19の測定可能距離を越えないように放射温度計19を配置する。
放射温度計19の設置数は、図6に示すように光源ユニット8の数と同数とし、各光源ユニット8の温度を同時に計測させても良いし、設置数を光源ユニット8の数より少なくし、計測時に放射温度計19または光源ユニット8のいずれかを計測位置まで移動することによって各光源ユニット8の温度を順次計測させても良い。
CPU23は、ケーブル19bにより各放射温度計19に接続し、更に表示装置24に接続する。CPU23は、放射温度計19による温度測定、測定結果に基づく判定、表示装置24への判定結果の出力を制御する。表示装置24には、判定結果を具体的に表示するモニタや判定結果に応じて点灯又は消灯が制御される表示ランプ等の使用が考えられる。電源25は、電源ケーブル25aの先端に設けられたコネクタ25bを介して光源ユニット8の受け側コネクタ15gに接続する。
ここで、図7から図9に基づき、ユニット取付部5bへの光源ユニット8の組み付け不良検査に関する検査装置18の制御と具体的な検査を説明する。まず、放射温度計19を計測可能な状態にし、光源ユニット8の電源25をONにしてLEDチップ14aを発光させる。LED基板14は発熱し、発熱に伴い黒色上面14fから赤外線Iが放射される。
放射温度計19は、黒色上面14fから放射される赤外線Iを前面レンズ19aで内部の赤外線センサーに集光して計測する。計測結果は、温度データにデジタル変換され、CPU23へ送られる。温度計測は、電源25をONにしてから所定の時刻に複数回行う。CPU23は、各実測温度(上記各計測時刻において実際に測定された温度)と基準温度(LED基板14と突起5fとの間に伝熱グリス17の挟持不良が無く、LED基板14とランプブラケット5との間に必要な熱伝導性が保持されていると判断できる温度。図示しないROM等に記録)とのデータを比較し、測定温度が所定の許容範囲であれば、「OK」の表示命令を表示装置24に送り、所定の範囲外であれば、「NG」の表示命令を送信する。
図9から検査方法の具体的な事例を説明する。図9(a)のグラフは、LED点灯後の時間経過に伴うLED基板14の温度上昇を表したものであり、一番下の線がランプブラケット5との間に熱伝導不良(熱こもり)のない正規品のLED基板14の温度(以下、基準温度という)を示し、中央の線が、ランプブラケット5との間の熱伝導性に若干の低下があるものの許容できるとする許容限界温度(基準温度+略5℃)を示したものである。一番上の線は、参考としてLED基板14と突起5fとの間に伝熱グリス17を全く挟持しなかった場合の温度上昇を示すものである。また、図9(b)図の表は、前記グラフに対応し、温度計測を行う各時刻(計測開始より1秒後、10秒後,60秒後,120秒後,180秒後,300秒後)と各時刻におけるLED基板の許容限界温度、基準温度、伝熱グリスの挟持がない場合の温度を示す(0秒時点の温度は電源投入前の初期温度)ものである。
LED基板14とランプブラケット5との間における熱伝導性の検査は以下のように行う。即ち、放射温度計19を計測可能にして、LED基板14の電源25をONにすると、放射温度計19が、LED基板の黒色上面14f(本事例では、図5に示すような直径6mm程度の円の内側)の温度を計測し、計測開始から1秒後、10秒後・・・300秒後と上記所定の計測時刻における実測温度データがCPU23に送信される。CPU23は、各時刻における実測温度が、上記許容限界温度を越えていないか比較判定する。
即ち、例えば、計測開始から60秒後であれば、実測温度が許容限界温度となる44.9℃を温度を越えていないかを判定する。CPU23は、全ての計測時刻における実測温度が許容限界温度を越えていない場合にのみ、表示装置24に「OK」の表示命令を送り、いずれかの時刻で実測温度が許容限界温度を越えた場合には、「NG」の表示命令を表示装置24に送る。表示装置24は、モニタであれば表示命令に応じて「OK」又は「NG」の具体的なサインを画面に表示し、ランプであれば、所定の点灯又は消灯の動作を行う。「NG」となった場合には、該当する灯具ユニット4を出荷対象から除外してユニット取付部5bへの光源ユニット8の組み付け直しを行う。
次に図10から実施例2に関する検査装置を説明する。実施例2の検査装置は、実施例1の板状ばね部材9の代わりに前方に開口部26aを備えた板状ばね部材26を採用し、光源ユニット8の組立て時に前記開口部からLED基板14の前面14gが露出するようにしている。前面14gは、上面14fのように黒色化し、放射温度計19は、前面14gの前方に対向して設け、前面レンズ19aを前面14gに向ける。この場合、放射温度計19が、作業スペースの関係上、LED基板14の上方に設置出来ない場合でも、LED基板の前方から検査が可能となる。
尚、検査結果の報知については、表示装置24の代わりに警報装置を設け、「OK」または「NG」の報知を表示でなく音で知らせても良いし、表示装置と併用して検査結果を伝わりやすくしても良い。
実施例1の検査装置で検査する車両用前照灯1の正面図である。 図1のA−A断面図である。 車両用前照灯1の灯具ユニット4の分解斜視図である。 灯具ユニット4の光源ユニット8を下方から見た斜視図である。 ブラケット5への光源ユニット8の取付状態を表す斜視図である。 LED基板14の熱伝導を説明する要部断面図である。 実施例1の検査装置全体を表す斜視図である。 検査装置の制御を説明する制御系統図である。 検査の実例を表すグラフである。(a)は、LED基板14の温度上昇を表すグラフである。(b)は、各計測時刻におけるLED基板14の許容温度を表す図表である 実施例2の検査装置の灯具ユニットを表す斜視図である。
符号の説明
1 車両用前照灯
4 (LED)灯具ユニット
5 ランプブラケット(金属製支持部材)
6 放熱フィン(放熱部材)
14 LED基板
14a LEDチップ
14f,14g 黒色平面部
18 検査装置
19 放射温度計(温度測定手段)
23 CPU(判定手段)
25 電源(LEDチップの点灯手段)

Claims (4)

  1. LEDチップが搭載されたLED基板と、LED基板を支持する金属製支持部材と、前記金属製支持部材に設けられた放熱部材と、を備えたLED灯具ユニットを光源とする車両用前照灯の検査装置であって、
    前記検査装置は、前記LEDチップを点灯させる点灯手段と、
    前記LEDチップの点灯によって加熱した前記LED基板の温度を測定する温度測定手段と、
    測定した前記LED基板の温度によりLED基板と金属製支持部材との接続状態の適否を判定する判定手段と、
    を備えることを特徴とする車両用前照灯の検査装置。
  2. 前記判定手段は、前記温度測定手段で測定したLED基板の測定温度と、LED基板において予め設定した基準温度とを比較し、前記測定温度が基準温度を越えた場合、前記LED基板と金属製支持部材との接続状態が異常であると判定することを特徴とする、請求項1記載の車両用前照灯の検査装置。
  3. 前記LED基板は、黒色の平面部を備え、
    前記温度測定手段は、放射温度計を利用して前記黒色の平面部の温度を測定することを特徴とする、請求項1または2に記載の車両用前照灯の検査装置
  4. LEDチップが搭載されたLED基板と、LED基板を支持する金属製支持部材と、前記金属製支持部材に設けられた放熱部材と、を備えたLED灯具ユニットを光源とする車両用前照灯の検査方法であって、
    前記LEDチップの点灯によって加熱した前記LED基板の温度を測定する第1のステップと、
    測定したLED基板の測定温度と、LED基板において予め設定した基準温度とを比較する第2のステップを備え、前記測定温度が前記基準温度を越えるか否かによって、LED基板と金属製支持部材との接続状態の異常を判定することを特徴とする、車両用前照灯の検査方法。
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