JP5248183B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用灯具に関し、特に半導体発光素子を光源とする車両用灯具に関する。

従来、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を光源として使用した車両用灯具が知られている。車両用灯具の光源として半導体発光素子を用いる場合、半導体発光素子の発光を最大限利用することにより、車両用灯具に要求される光量レベルを満足する必要がある。

一般に、半導体発光素子は、高出力を得るために大きな電流を供給すると発熱が増えるが、発熱によって素子が高温になると発光効率が低下する。そのため、半導体発光素子からの熱を効率良く放熱するために、種々の車両用灯具の放熱構造が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
特開２００６−２８６３９５号公報

ところで、半導体発光素子を用いた車両用灯具には、半導体発光素子と、半導体発光素子からの光を筐体外部に照射するための光学系と、半導体発光素子からの熱を放熱するヒートシンクと、ヒートシンクを強制空冷するファンとを密閉された筐体内に収容した構成の車両用灯具がある。

このような構成の車両用灯具では、筐体内における設置スペースの都合から、ヒートシンク全体に直接送風することのできる大きさのファンを設けるのが難しい場合がある。この場合、ファンから十分な送風を受けることのできるヒートシンクの部位が偏ってしまい、送風があまり当たらないヒートシンクの部位では強制空冷が十分行われないので、放熱効率が低下してしまうおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体発光素子から発生する熱を効率良く放熱することのできる車両用灯具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、光源としての半導体発光素子と、ベース部と、該ベース部上に立設された複数のフィンと含み、半導体発光素子から発生する熱を放熱するヒートシンクと、半導体発光素子およびヒートシンクが設けられている空間の空気を送風するファンと、ファンにより送風された空気を拡散させつつ、ヒートシンクに向けて案内するガイド部と、半導体発光素子、ヒートシンク、ファンおよびガイド部を収容する筐体とを備える。

この態様によると、ファンから送風された空気を拡散させつつ、ヒートシンクに向けて案内するガイド部を備えたことにより、ヒートシンクに対してファンが小型の場合であっても、空気が送風されるヒートシンクの部位を増やすことができる。その結果、ヒートシンクの強制空冷が促進され、半導体発光素子から発生する熱を効率良く放熱することができる。

ファンは、当該ファンからヒートシンクの方向である第１の方向とは異なる第２の方向に送風するよう配置され、ガイド部は、ファンから見て第２の方向に壁面を有し、当該壁面に当たった空気が拡散してヒートシンクへ導かれるようにしてもよい。この場合、好適にファンにより送風された空気を拡散させつつ、ヒートシンクに導くことができる。

ガイド部は、ヒートシンクの下端からフィンの間隙へ空気を案内してもよい。この場合、ヒートシンクからの放熱により発生する自然対流と、ファンからの送風が同じ方向となるので、半導体発光素子から発生する熱をより効率良く放熱することができる。

ガイド部は、少なくとも一部が空気導入用に開放された前面と、空気の流通を遮断する下面、両側面および背面と、ヒートシンクに送風するために開放された上面とを有してもよい。このようにガイド部を形成することにより、好適にファンにより送風された空気を拡散させつつ、ヒートシンクに導くことができる。

ガイド部は、ヒートシンクと一体に形成されていてもよい。この場合、車両用灯具の組み立てを簡易にすることができる。また、部品点数が削減されることにより、コストを低減できる。

本発明によれば、半導体発光素子から発生する熱を効率良く放熱することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る車両用灯具について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用灯具１０の概略断面図である。図２は、図１に示す車両用灯具１０のＸ−Ｘ概略断面図である。

図１に示すように、車両用灯具１０は、筐体１２内に、第１灯具ユニット３０ａ、第２灯具ユニット３０ｂ、第３灯具ユニット３０ｃ、ヒートシンク１４、ファン５０およびガイド部５２が収容された構成となっている。

図１および図２に示すように、筐体１２は、前面３４、背面４８、上面４０、下面４２、左側面４４および右側面４６の６つの面を有するように形成されている。本実施の形態においては、上面４０および下面４２は水平に形成され、左右両側面は上面４０および下面４２に対して垂直に形成されている。筐体１２の各面は、平板状に形成されている。

筐体１２において、前面３４は、第１〜第３灯具ユニット３０ａ〜３０ｃからの光が透過するように、透光性を有する樹脂、たとえばポリカーボネイトを用いて形成される。筐体１２は、その内部空間が気密となるように形成されることが好ましい。筐体１２の内部空間を気密にすることにより、たとえば第１〜第３灯具ユニット３０ａ〜３０ｃに埃が付着して光量レベルが低下するのを防ぐことができる。

第１〜第３灯具ユニット３０ａ〜３０ｃは、所謂プロジェクタ型の灯具ユニットであり、ＬＥＤを光源として用いている。なお、以下においては適宜、第１〜第３灯具ユニット３０ａ〜３０ｃを総称して「灯具ユニット３０」と呼ぶ。

図１に示すように、各灯具ユニット３０は、ＬＥＤ２０と、熱伝導性絶縁基板２４と、リフレクタ２２と、固定部材２６と、投影レンズ３２とを備えている。ＬＥＤ２０は、図示しないＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆う略半球状のキャップとを有する白色ＬＥＤである。ＬＥＤ２０は、セラミック等で形成された熱伝導性絶縁基板２４上に配置されている。ＬＥＤ２０は、光出射方向を灯具ユニット３０の光軸Ａｘと直角方向に向けた状態で、光軸Ａｘ上に位置するように設けられている。ＬＥＤ２０は、熱伝導性絶縁基板２４に形成された配線パターンを介して給電される。

リフレクタ２２は、たとえば、ポリカーボネイトを用い半ドーム状に形成されて、ＬＥＤ２０の上方に配置されている。リフレクタ２２は、その内側の表面に、ＬＥＤ２０からの光を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに集光反射させる反射面を有している。

投影レンズ３２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、後側焦点面上に形成される光源像を反転像として前方に照射するようになっている。固定部材は、アルミを主成分とする金属によるダイキャストにより、同一素材を延長して略平板状に形成されており、その上面には、ＬＥＤ２０が搭載された基板およびリフレクタ２２が固着されている。また、固定部材２６の前方側端部には、投影レンズ３２が取り付けられている。

固定部材２６の後方側端部は、ヒートシンク１４に取り付けられている。ヒートシンク１４は、アルミ等の高熱伝導率の金属によって形成され、ベース部１６と、複数の平板フィン１８とを含む。ベース部１６は、長方形に形成された平板状の部材であり、その長手辺は鉛直方向を、短手辺は水平方向を向くように設けられている。

ベース部１６の背面上には、各灯具ユニット３０の固定部材２６が取り付けられている。また、ベース部１６の前面上には、図２に示すように、複数の平板フィン１８が所定の間隔で平行に立設されている。平板フィン１８は、延設方向が鉛直方向を向くように形成されている。平板フィン１８の延設方向とは、平板フィン１８の長手方向である。

第１〜第３灯具ユニット３０ａ〜３０ｃが取り付けられたヒートシンク１４は、各灯具ユニット３０が出射する光が筐体１２の前面３４から照射されるように、図示しない支持部材により筐体１２内に取り付けられる。

車両用灯具１０では、灯具ユニット３０のＬＥＤ２０から熱が伝達されたヒートシンク１４を、ファンを用いて強制空冷する。ヒートシンク１４を強制空冷する場合、通常であれば、ヒートシンク全体に直接送風することのできる大きさのファン、たとえば、たとえばベース部１６の短手辺と略同一の直径のファンを用いる。しかしながら、筐体１２内における設置スペースの都合から、ヒートシンク１４全体に直接送風することのできる大きさのファンを設けるのが難しい場合がある。

そこで、本実施の形態に係る車両用灯具１０では、ヒートシンク１４に対して小型のファン５０を用いた場合であっても、ヒートシンク１４全体に十分な送風を行うことができるように、ファン５０により送風された空気を拡散させつつ、ヒートシンク１４に向けて案内するガイド部５２を設けている。

ガイド部５２は、直方体形状の箱体であり、空気導入用に中央の一部が円形状に開放された前面５２ａと、空気の流通を遮断する下面５２ｂ、左側面５２ｃ、右側面５２ｄおよび背面５２ｅと、ヒートシンク１４に送風するために全面が開放された上面５２ｆとを有する。前面５２ａの中央に形成された円形状の開口は、ファン５０の直径と略同一が、若干大きく形成されることが好ましい。ガイド部５２の前面５２ａおよび背面５２ｅは、長手辺がベース部１６の短手辺と略同一の大きさに形成され、短手辺がファン５０の直径と略同一の大きさに形成されている。また、ガイド部５２の上面５２ｆおよび下面５２ｂは、長手辺がベース部１６の短手辺と略同一の大きさに形成され、短手辺が平板フィン１８の短手辺と略同一の大きさに形成されている。また、ガイド部５２の左側面５２ｃおよび右側面５２ｄは、長手辺がファン５０の直径と略同一の大きさに形成され、短手辺が平板フィン１８の短手辺と略同一の大きさに形成されている。ガイド部５２は、上面５２ｆがヒートシンク１４の下端面に面し、背面５２ｅの内壁面がベース部１６の前面と略面一となるように設けられる。このように設けられたガイド部５２の内部空間は、上面５２ｆを介して平板フィン１８の間隙に連通している。

ファン５０は、たとえばプロペラファンなどの、軸方向から吸い込み軸方向に送風する軸流ファンである。ファン５０は、空気を吸い込む吸い込み面５０ａと、空気を送風する送風面５０ｂとを有する。本実施の形態において、ファン５０の直径はベース部１６の短手辺の略１／３である。

ファン５０は、送風した空気がガイド部５２の前面５２ａの開口からガイド部５２内に入り、背面５２ｅの内壁面の中央部に垂直に当たるように配置される。具体的には、ファン５０は、送風面５０ｂがガイド部５２の前面５２ａの開口と面し、且つ、軸Ｃがガイド部５２の背面５２ｅの中心に垂直に交わるように配置される。

図３は、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０における空気の流れを説明するための図である。図３において、太線矢印は空気の流れを表している。車両用灯具１０において、ＬＥＤ２０が発光すると、発光により発生した熱は、ＬＥＤ２０が接触する熱伝導性絶縁基板２４を介して固定部材２６に伝えられ、固定部材２６に伝えられた熱は、固定部材２６が接触しているヒートシンク１４のベース部１６に伝えられる。このように熱伝導性絶縁基板２４および固定部材２６は、ＬＥＤ２０から発生した熱をヒートシンク１４に伝達する熱伝導部として機能している。ヒートシンク１４のベース部１６に伝えられた熱は、平板フィン１８へと伝えられ、平板フィン１８において周囲の空気と熱交換が行われ、放熱される。

ここで、ファン５０を回転させると、吸い込み面５０ａから空気が吸い込まれ、送風面５０ｂから送風される。送風面５０ｂから送風された空気は、ガイド部５２の前面５２ａの開口からガイド部５２内に入り、背面５２ｅの内壁面の中央部に垂直に当たる。ガイド部５２の背面５２ｅに当たった空気は、背面５２ｅの中央部から放射状に拡散するが、前面５２ａの開口以外の部位、下面５２ｂ、左側面５２ｃおよび右側面５２ｄによりガイド部５２外への空気の流通が遮断され、遮断された空気は上面５２ｆ方向へ流れる。このようにして、ファン５０から送風された空気を拡散させつつ、ヒートシンク１４の全ての平板フィン１８の間隙に満遍なく空気を送風することができる。その結果、直径がヒートシンク１４のベース部１６の短手辺の１／３しかないファン５０を用いているにもかかわらず、ヒートシンク１４全体に対して強制空冷を行うことができ、ＬＥＤ２０から発生する熱を効率良く放熱することができる。

また、本実施の形態では、放熱効率が向上したことにより、平板フィン１８の数を削減することができる。これにより、車両用灯具１０の軽量化を図ることができる。

ガイド部５２は、本実施の形態のようにヒートシンク１４の下端に設け、ヒートシンク１４の下端から平板フィン１８の間隙へ空気を案内するよう構成することが望ましい。この場合、ヒートシンク１４からの放熱により発生する自然対流と、ファン５０からの送風が同じ方向となるので、放熱効率をより向上できる。

本実施の形態では、ガイド部５２の前面５２ａの一部が開放するよう構成したが、ファン５０からの送風がガイド部５２内に導入されるように、前面５２ａの前面が開放されていてもよい。

ガイド部５２は、ヒートシンク１４と一体に形成されていることが好ましい。たとえばガイド部５２とヒートシンク１４とをアルミダイキャストで一体に形成することにより、車両用灯具１０の組み立てを簡易にすることができる。また、部品点数が削減されることにより、コストを低減できる。

本実施の形態では、ファン５０からヒートシンク１４の方向である上方向に対して垂直な方向に向けて送風し、その送風方向にガイド部５２の背面５２ｅを設け、背面５２ｅに当たった空気が拡散してヒートシンク１４に導かれるよう構成した。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限られず、ファン５０からヒートシンク１４の方向である第１の方向とは異なる第２の方向に送風するようファン５０を配置し、ファン５０から見て第２の方向に壁面を有するようガイド部５２を形成して、当該壁面に当たった空気が拡散してヒートシンク１４へ導かれるよう構成すればよい。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る車両用灯具１００を説明するための図である。図４において、太線矢印は空気の流れを表している。なお、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と同一または対応する構成要素には同様の符号を付すと共に、重複する説明は適宜省略する。

本実施の形態に係る車両用灯具１００は、ヒートシンク１４のベース部１６上に、複数のピンフィン１１８が立設されている点が、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と異なる。ピンフィン１１８は、所定の配列パターンで設けられている。また、ベース部１６の両側部には、ガイド部５２から送風された空気を上方のピンフィン１１８まで導くために、ベース部１６の下端から上端にかけて延びる板状フィン１７が立設されている。ガイド部５２の構成およびファン５０の大きさ、配置等については、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と同様である。

本実施の形態においても、ファン５０により送風された空気を拡散させつつ、ヒートシンク１４に向けて案内するガイド部５２を設けたことにより、ファン５０から送風された空気を拡散させつつ、ヒートシンク１４における全てのピンフィン１１８の間隙に満遍なく空気を送風することができる。その結果、直径がベース部１６の短手辺の１／３しかないファン５０を用いているにもかかわらず、ヒートシンク１４全体に対して強制空冷を行うことができ、ＬＥＤから発生する熱を効率良く放熱することができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いたが、たとえば半導体レーザ等の半導体発光素子を用いることも可能である。

上述の実施の形態では、灯具ユニットとしてプロジェクタ型のものを用いたが、パラボラ型や直射型の灯具ユニットを用いることも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る車両用灯具の概略断面図である。 図１に示す車両用灯具のＸ−Ｘ概略断面図である。 第１の実施の形態に係る車両用灯具における空気の流れを説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る車両用灯具を説明するための図である。

符号の説明

１０、１００ 車両用灯具、 １２ 筐体、 １４ ヒートシンク、 １６ ベース部、 １８ 平板フィン、 ２０ ＬＥＤ、 ２２ リフレクタ、 ２４ 熱伝導性絶縁基板、 ２６ 固定部材、 ３０ 灯具ユニット、 ３２ 投影レンズ、 ５０ ファン、 ５２ ガイド部、 １１８ ピンフィン。

Claims (4)

1. 光源としての半導体発光素子と、
   ベース部と、該ベース部上に立設された複数のフィンと含み、前記半導体発光素子から発生する熱を放熱するヒートシンクと、
   前記半導体発光素子および前記ヒートシンクが設けられている空間の空気を送風するファンと、
   前記ファンにより送風された空気を拡散させつつ、前記ヒートシンクに向けて案内するガイド部と、
   前記半導体発光素子、前記ヒートシンク、前記ファンおよび前記ガイド部を収容する筐体と、
   を備え、
   前記ファンは、当該ファンから前記ヒートシンクの方向である第１の方向とは異なる第２の方向に送風するよう配置され、
   前記ガイド部は、前記ファンから見て第２の方向に壁面を有し、
   前記ガイド部は、当該壁面に当たった空気が放射状に拡散して前記ヒートシンクへ導かれるよう構成されており、
   前記ファンは、軸方向から吸い込み軸方向に送風する軸流ファンであり、空気を吸い込む吸い込み面と、空気を送風する送風面とを有し、
   前記ファンは、前記送風面を前記ガイド部の前記壁面に向けて配置されている、
   ことを特徴とする車両用灯具。
2. 前記ガイド部は、前記ヒートシンクの下端から前記フィンの間隙へ空気を案内することを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記ガイド部は、少なくとも一部が空気導入用に開放された前面と、空気の流通を遮断する下面、両側面および背面と、前記ヒートシンクに送風するために開放された上面とを有することを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記ガイド部は、前記ヒートシンクと一体に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。

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