JP5243505B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの熱を放熱する放熱部材を備えた車両用前照灯に関し、特に、発光ダイオードのような発熱密度が高く、高温で発光効率が低下したり、寿命が短くなる光源を用いた車両用前照灯に関する。

従来より、光源に発光ダイオードを用いた車両用前照灯として、特許文献１にあるように、投影レンズ、リフレクタ、光源を前方からこの順に沿って配置すると共に、光源からの熱を放熱する放熱部材に光源を取り付けたものが知られている。この放熱部材は櫛形の放熱フィンが下方に向かって延出されて形成されている。

また、特許文献２にあるように、ハウジング内に光源としての放電灯と、点灯回路と、点灯回路からの熱を放熱する放熱部材とを設けたものも知られている。

特開２００４−３１１２２４号公報 特開２００３−６８１３４号公報

しかしながら、こうした従来の特許文献１のものでは、光源の点灯を制御する点灯回路を光源から離れたハウジングの外側に配置し、点灯回路と光源とを接続すると、伝送効率が悪く、また、光源の温度を検出するための温度検出素子を光源の近傍に設けようとすると、温度検出素子と離れた位置にある点灯回路とを信号線により接続しなければならず、接続が煩わしい。また、光源を放熱部材に取り付けると共に、点灯回路からの熱を放熱する放熱部材を別に設けると、放熱性はよいが、装置が大型化するという問題があった。

また、特許文献２のものでは、光源と点灯回路とを接近して配置することができるが、更に、光源からの熱を放熱する放熱部材を設けようとすると、装置が大型化するという問題があった。

本発明の課題は、小型化と放熱性の向上との両立を図った車両用前照灯を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
ハウジングと、前記ハウジングの前方開口部に配置されたレンズカバーとにより形成される灯室内に、光源と、前記光源からの熱を前記灯室内に放熱する放熱部材とを収納した車両用前照灯において、
前記放熱部材は、前記光源が配置され上下方向に立設された柱部材と、前記柱部材の外周に上下方向に沿って設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、
前記柱部材に点灯回路を構成する素子が装着された基板を上下方向に立てて挿入した収納孔を形成したことを特徴とする車両用前照灯がそれである。

その際、前記収納孔の形状を前記素子が装着された前記基板の外形形状に応じて形成してもよい。

前記柱部材の上端面に取り付けた散熱部材に前記光源を取り付けた構成としてもよい。また、前記柱部材の前方に前記光源を取り付けた構成としてもよい。前記放熱フィンは前記柱部材の側面に前記収納孔の開口を除いて放射状に設けられた構成としてもよい。更に、前記収納孔へ充填材を注入する注入孔を形成してもよい。前記基板に温度検出素子を装着してもよい。

本発明の車両用前照灯は、光源を柱部材に配置すると共に、柱部材に形成した収納孔に点灯回路を構成する素子が装着された基板を収納した。これにより、光源からの熱も、基板上の素子からの熱も、柱部材から放熱フィンを介して放熱され、光源と基板とからの熱を、共通の放熱部材から放熱させることができ、それぞれ別個に設ける必要がないので、小型化でき、また、光源と基板とからの熱を放熱部材から放熱させることができるので、放熱性を阻害することもなく、小型化と放熱性との両立を図ることができるという効果を奏する。

高発熱素子と収納孔の内壁との隙間を小さく形成すると、高発熱素子からの熱が柱部材に伝わりやすく、放熱性が向上する。また、高発熱素子と低発熱素子とで、高発熱素子を柱部材の中心側に配置することにより、高発熱素子から柱部材への伝熱が良好に行われ、放熱性が向上する。更に、収納孔に注入孔を形成することにより、充填材の注入が容易になる。

本発明の一実施形態としての車両用前照灯の概略縦断面図である。 図１のＡＡ断面図である。 図１のＢＢ断面図である。 本実施形態の車両用前照灯の概略横断面図である。 本実施形態の放熱部材を後方から見た斜視図である。 本実施形態の放熱部材を後方から見た側面図である。 本実施形態の放熱部材の平面図である。 図６のＣＣ拡大断面図である。 図６のＤＤ断面図である。 図３のＥＥ拡大断面図である。 別の実施形態の放熱部材の縦断面図である。 図１１のＦＦ拡大断面図である。 他の実施形態としての柱部材を断面で示す説明図である。 更に他の実施形態としての散熱部材を用いた放熱部材の斜視図である。 更に他の実施形態としての散熱部材を用いた放熱部材の縦断面図である。

以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、１はハウジングで、ハウジング１には前方開口部２が形成され、開口部２を除いて周囲が壁で塞がれている。開口部２には、レンズカバー４が配置されて、ハウジング１内がほぼ閉塞され、ハウジング１とレンズカバー４とにより灯室６が形成されている。

灯室６内には、前方から後方に向かって順に投影レンズ８、シェード１０、光源１２が光軸Ｚに沿って配置されている。光源１２からの光を反射させるリフレクタ１４が光源１２に対向して配置されている。

投影レンズ８には本実施形態では平凸レンズが用いられており、投影レンズ８の焦点と、内側反射面が回転放物面等の曲面状に形成されたリフレクタ１４の焦点とがほぼ同じ位置になるように配置されている。リフレクタ１４で反射された光の一部がシェード１０により遮られ、シェード１０により遮られなかった光が投影レンズ８によって前方に照射される。

本実施形態では、シェード１０は投影レンズ８の支持部材を兼ねている。尚、本実施形態では、車両用前照灯に投影レンズ８やリフレクタ１４を用いたプロジェクター型を用いた場合を例としたが、これに限らず、リフレクター型やダイレクトプロジェクション型の車両用前照灯であっても同様に実施可能である。

光源１２には、発光ダイオードが用いられており、光源１２は灯室６内に収納された放熱部材１６に配置されている。放熱部材１６は柱部材１８と放熱フィン２０とを備えている。柱部材１８は、本実施形態では円柱状に形成されており、図２、図３に示すように、柱部材１８の下端がハウジング１の底壁１ａに立設された支持部材２４の上端に取り付けられて、柱部材１８が上下方向に立設されている。この柱部材１８の上端面に光源１２が取り付けられている。

図４に示すように、柱部材１８の外周には、板状の複数の放熱フィン２０が、上下方向に沿って、柱部材１８の軸方向中心から放射状に設けられている。本実施形態では、柱部材１８の上下方向の長さと、放熱フィン２０の長さとが同じに形成されて、柱部材１８の全長にわたって放熱フィン２０が取り付けられている。

複数の放熱フィン２０は、一対の放熱フィン２０の間を空気が流通できるように所定の間隔を空けて配置されている。放熱フィン２０の下端と底壁１ａとの間には、支持部材２４の高さに応じた空気が流通できる十分な隙間が形成されている。尚、柱部材１８の長さと放熱フィン２０の長さとは同じにする必要はなく、必要に応じて長さを決めればよい。

放熱フィン２０は熱伝導性のよい材料、例えば、アルミニウム等で形成されており、柱部材１８と共にアルミ鋳造により一体に形成、あるいは、アルミ板により形成した放熱フィン２０を柱部材１８の外周にロー付け等により固定して形成されている。

尚、本実施形態では、柱部材１８は円柱状に形成しているが、これに限らず、四角柱、六角柱等の角柱状でもよく、その際には、放熱フィン２０は、柱部材１８の平坦な外壁に上下方向に、平行に並べて設ければよい。

柱部材１８には、上下方向に収納孔２６が形成されている。収納孔２６は、車両の後方側から前方に向かって形成されて、柱部材１８の後方側に開口３０が形成されている。収納孔２６に光源１２の点灯を制御する点灯回路３１が形成された基板２８が収納されている。

基板２８には点灯回路３１を構成する各種素子が装着されており、各種素子には高発熱素子３２や低発熱素子３４が含まれている。また、基板２８には温度を検出する温度検出素子３６が装着されており、温度検出素子３６は、収納孔２６に基板２８を収納した際に、光源１２の近傍となるように、基板２８上に配置されている。

収納孔２６は、基板２８を収納した際に、収納孔２６の内壁と基板２８上の素子３２，３４，３６との隙間が小さくなるように形成するとよく、特に収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間が小さくなるように形成する。収納孔２６に基板２８を収納する際、基板２８の全体が完全に収納孔２６に収納される必要はなく、基板２８の一部が収納孔２６の外部に飛び出していてもよい。その際、少なくとも、基板２８上の高発熱素子３２は収納孔２６内に収納されるようにする。

また、収納孔２６に基板２８を収納する際、基板２８上の高発熱素子３２が柱部材１８の中心側に配置されるように、基板２８上の高発熱素子３２の配置を考慮するのが好ましい。

本実施形態では、図５、図６に示すように、収納孔２６は、柱部材１８の長手方向に沿って上下方向に形成されており、車両の後方側に開口３０が形成されている。収納孔２６の開口３０とシェード１０とを回避して、図７に示すように、放熱フィン２０は車両の左右方向に、放射状に配置されている。

図８に示すように、基板２８上の高発熱素子３２の装着状態に応じて、収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間が小さくなるように形成する。図８（イ）に示すように、高発熱素子３２の高さが低発熱素子３４の高さより低いときには、収納孔２６の前方側の幅を狭く、後方側の幅を広く、凸状に形成して、収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間を小さくするとよい。隙間の大きさは０．５〜１ｍｍ程度が好ましい。その際、高発熱素子３２を基板２８の前方側に装着し、また低発熱素子３４を後方側に装着するように点灯回路３１を構成するとよい。更に、図８（ロ）に示すように、収納孔２６を前方側に貫通形成してもよい。

高発熱素子３２の高さと低発熱素子３４の高さとが等しいような場合には、図８（ハ）に示すように、収納孔２６の幅を一定に、収納孔２６を直方体状に形成してもよい。その場合でも、収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間は小さく形成する。隙間の大きさは０．５〜１ｍｍ程度が好ましい。

また、図８（ニ）に示すように、高発熱素子３２の高さや低発熱素子３４の高さの関係から、あるいは、基板２８上の配置の関係から、収納孔２６を前方側に向かってテーパ状に幅が狭まるように形成して、収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間が小さくなるようにしてもよい。

更に、図８（ホ）に示すように、基板２８の片面側にのみ各素子が配置され、高さの低い高発熱素子３２が基板２８の前方側に装着されている場合には、収納孔２６の内壁を片側が平坦で、他方に段を設け、収納孔２６の前方側の幅を狭く形成し、収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間が小さくなるようにしてもよい。

このように、収納孔２６の横方向の断面形状を、基板２８上に装着される各素子３２，３４，３６の外形形状に応じて形成し、収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間が小さくなるようにするとよい。また、収納孔２６の縦方向（上下方向）の断面形状をも、基板２８上に装着される各素子３２，３４，３６の外形形状に応じて形成し、収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間が小さくなるようにしてもよい。

一方、図９に示すように、収納孔２６の底側に注入孔３７を形成して、注入孔３７からペースト状の熱伝導性ゲルを用いた充填材を注入するようにしてもよい。充填材は収納孔２６の全体に注入してもよいが、少なくとも収納孔２６の内壁と高発熱素子３２との隙間に注入するようにしてもよい。また、充填材は必要に応じて用いるようにしてもよい。

図１０に示すように、柱部材１８には、収納孔２６の開口３０を塞ぐキャップ３８を取り付けて、キャップ３８により塵埃や水滴等の侵入を防止している。また、充填材を収納孔２６に注入する際には、キャップ３８により充填材の漏れ止めを図るようにしてもよい。図１に示すように、基板２８上のコネクタ４０に一端が接続されたリード線４２はハウジング１の後壁１ｂから外部に導出され、コネクタ４４を介して電源４５に接続されている。

次に、前述した本実施形態の車両用前照灯の作動について説明する。
車両の運転に伴って光源１２が点灯されると、光源１２で発せられた光は、リフレクタ１４で反射されて、リフレクタ１４で反射された光の一部はシェード１０により遮られ、シェード１０により遮られなかった光は投影レンズ８によって前方に照射される。光源１２からの熱は、柱部材１８に伝わり、柱部材１８から複数の放熱フィン２０に伝わる。

一方、点灯回路３１による光源１２の点灯制御により、基板２８上の高発熱素子３２も発熱し、高発熱素子３２からの熱は、図１０に矢印で示すように、収納孔２６内の充填材や空気及び収納孔２６の内壁を介して、柱部材１８に伝わる。そして、柱部材１８から複数の放熱フィン２０に伝わる。尚、一部の熱は、キャップ３８を介して灯室６内に放熱される。

光源１２からの熱と高発熱素子３２からの熱は、共に柱部材１８に伝わり、柱部材１８から複数の放熱フィン２０に伝わる。放熱フィン２０からの放熱により、放熱フィン２０の周囲の空気が暖められて膨張する。膨張して軽くなった空気は複数の放熱フィン２０の間をハウジング１の天井壁１ｃに向かって上昇する。複数の放熱フィン２０からの放熱により、複数の放熱フィン２０の間の空気が暖められて空気が連続的に上昇する。

上昇した空気は、図１に矢印で示すように、ハウジング１の天井壁１ｃに沿って前方のレンズカバー４に向かって流れる。その際、暖められた空気が、リフレクタ１４やシェード１０により、下降するのが規制される。灯室６内への放熱により、暖められた空気は、ハウジング１の後壁１ｂ、天井壁１ｃや側壁、また、レンズカバー４を介して外部の空気との間で熱交換が行われて、灯室６内の空気は冷却される。

更に、空気は、レンズカバー４に沿って下降し、レンズカバー４の下側からハウジング１の底壁１ａに沿って流れ、ハウジング１の底壁１ａとシェード１０の下側との間を通る。その間に、底壁１ａを介して外気との間で熱交換が行われる。

空気は各放熱フィン２０の間を通って上昇し、その間に各放熱フィン２０からの放熱により空気が再度暖められて、ハウジング１の天井壁１ｃに向かって上昇する。このように、複数の放熱フィン２０の間を通って暖められた空気は、ハウジング１の天井壁１ｃからレンズカバー４の内側に沿って流れ、冷却されてハウジング１の底壁１ａに沿って、再び複数の放熱フィン２０の間に流れ込む対流の経路が生じる。

基板２８上の温度検出素子３６により周囲温度を監視し、温度検出素子３６が検出した周囲温度が予め設定された温度以上となったときには、点灯回路３１が光源１２への投入電力を制御して、光源１２や点灯回路３１の発熱を抑制する。これにより、灯室６の外部の環境温度が高温である状態等においても、光源１２や点灯回路３１が所定の温度以上とならないように制御して、光源１２や点灯回路３１の耐久性を向上させることができる。

また、車両の走行中には、レンズカバー４には外気が当たるので、レンズカバー４の外側の外気と、内側の空気との間での熱交換が促進され、空気の冷却が促進される。また、車両が寒冷地を走行する場合に、レンズカバー４の外側に雪や氷が付着する場合があるが、レンズカバー４の内側が暖められることにより、レンズカバー４の外側の雪や氷が溶かされて、前方への光の照射が良好に行われる。

このように、本実施形態では、光源１２を放熱部材１６の柱部材１８に配置すると共に、柱部材１８に形成した収納孔２６に点灯回路３１を構成する素子３２，３４，３６が装着された基板２８を収納した。これにより、光源１２からの熱も、基板２８上の高発熱素子３２からの熱も、柱部材１８に伝わり、柱部材１８から放熱フィン２０を介して放熱される。

光源１２を柱部材１８に配置し、柱部材１８の収納孔２６に点灯回路３１の基板２８を収納したので、光源１２と点灯回路３１の基板２８とからの熱を、共通の放熱部材１６から放熱させることができ、それぞれ別個に設ける必要がないので、小型化できる。また、光源１２と点灯回路３１の基板２８とからの熱を放熱部材１６から放熱させることができるので、放熱性を阻害することもなく、小型化と放熱性との両立を図ることができる。

しかも、収納孔２６を柱部材１８の長手方向に沿って、基板２８を上下方向に立てて挿入可能に形成したので、柱部材１８を大きくすることなく、収納孔２６を形成でき、小型化を図ることができる。

高発熱素子３２と収納孔２６の内壁との隙間を小さく形成したので、高発熱素子３２からの熱が柱部材１８に伝わりやすく、放熱性が向上する。また、高発熱素子３２と低発熱素子３４とで、高発熱素子３２を柱部材１８の中心側に配置することにより、高発熱素子３２から柱部材１８への伝熱が良好に行われ、放熱性が向上する。更に、収納孔２６に注入孔３７を形成することにより、充填材の注入が容易になる。

次に、図１１〜図１５により、別の実施形態について説明する。尚、前述した実施形態と同じ部材については詳細な説明を省略する。
図１１、図１２に示すように、放熱部材４６は、柱部材４８が円柱部５０と四角柱部５２とを備えている。円柱部５０は高さが低く、円柱部５０の上端面に光源１２が取り付けられている。

円柱部５０の後方側に四角柱部５２が一体に形成されており、四角柱部５２は円柱部５０よりも高さが高く、円柱部５０は四角柱部５２の半分程度の高さである。四角柱部５２には収納孔２６が開口３０を後方側にして形成されており、収納孔２６は基板２８を上下方向に立てて挿入可能に形成されている。収納孔２６には充填材を注入してもよい。このような放熱部材４６を用いることにより、プロジェクター型の車両用前照灯を構成しやすくなる。

また、光源１２を柱部材１８の上端面に取り付ける場合に限らず、図１３（イ）に示すように、円柱状の柱部材５８の側面で前方側の一部に平坦面６０を形成し、平坦面６０に光源１２を取り付けるようにしてもよい。光源１２を前方に向けて配置することにより、ダイレクトプレジェクション型の車両用前照灯を構成しやすくなる。尚、図１３（ロ）に示すように、円柱状の柱部材５８の側面で前方側に平坦面６２を上下方向全長にわたって形成し、この平坦面６２に光源１２を取り付けてもよい。

更に、図１３（ハ）に示すように、柱部材５８に形成する収納孔２６を前方側から後方に向かって形成し、収納孔２６の開口３０を前方側に形成してもよい。これにより、例えば、柱部材５８の後方側にも放熱フィンを配置することができる。また、図１３（ニ）に示すように、柱部材５８に形成する収納孔２６を側方から形成し、収納孔２６の開口３０を側方側に形成してもよい。これにより、例えば、２つの柱部材５８を対称位置に接近して配置することもできる。

一方、図１４、図１５に示すように、柱部材１８の上端面に円板状の散熱部材６４を取り付け、散熱部材６４の前方側に光源１２を取り付けてもよい。これにより、リフレクター型の車両用前照灯を構成しやすくなる。その際、図１５（イ）に示すように、光源１２を散熱部材６４の上面に取り付けてもよく、また図１５（ロ）に示すように、光源１２を散熱部材６４の下面に取り付けてもよい。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１…ハウジング ２…開口部
４…レンズカバー ６…灯室
８…投影レンズ １０…シェード
１２…光源 １４…リフレクタ
１６，４６…放熱部材 １８，４８，５８…柱部材
２０…各放熱フィン ２６…収納孔
２８…基板 ３０…開口
３１…点灯回路 ３２…高発熱素子
３４…低発熱素子 ３６…温度検出素子
３７…注入孔 ３８…キャップ
５０…円柱部 ５２…四角柱部
６０，６２…平坦面 ６４…散熱部材

Claims (7)

1. ハウジングと、前記ハウジングの前方開口部に配置されたレンズカバーとにより形成される灯室内に、光源と、前記光源からの熱を前記灯室内に放熱する放熱部材とを収納した車両用前照灯において、
   前記放熱部材は、前記光源が配置され上下方向に立設された柱部材と、前記柱部材の外周に上下方向に沿って設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、
   前記柱部材に点灯回路を構成する素子が装着された基板を上下方向に立てて挿入した収納孔を形成したことを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記収納孔の形状を前記素子が装着された前記基板の外形形状に応じて形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記柱部材の上端面に取り付けた散熱部材に前記光源を取り付けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両用前照灯。
4. 前記柱部材の前方に前記光源を取り付けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両用前照灯。
5. 前記放熱フィンは前記柱部材の側面に前記収納孔の開口を除いて放射状に設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の車両用前照灯。
6. 前記収納孔へ充填材を注入する注入孔を形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の車両用前照灯。
7. 前記基板に温度検出素子を装着したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の車両用前照灯。

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