JP5342553B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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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
しかしながら、特許文献1に開示された車両用灯具の場合、LEDが設けられた灯室内は自然対流であるため、灯室内の空気の循環があまり促進されず、放熱効率に関して改善の余地がある。
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、アウターレンズと灯具ボディとを含んで形成された灯室内に、半導体発光素子を光源とする灯具ユニットが収容された車両用灯具であって、灯具ボディに固定されたベース部から灯室の外側に向けて立設された複数の外側フィンと、ベース部から灯室の内側に向けて立設された複数の内側フィンとを備えるヒートシンクと、灯室内の空気を内側フィンに向かって送風するファンとを備え、内側フィンの間隙を通った空気がアウターレンズに導かれるよう内側フィンを形成した。
この態様によると、半導体発光素子から発生した熱により暖められた灯室内の空気は、ファンによりヒートシンクの内側フィンに向かって送風され、内側フィンとの間で熱交換が行われる。内側フィンに伝達された熱は、ベース部を介して外側フィンに伝達され、外側フィンにより灯室外に放熱される。また、内側フィンの間隙を通った空気はアウターレンズに導かれ、アウターレンズとの間で熱交換が行われて冷却される。この冷却された空気が再び半導体発光素子から発生した熱により暖められ、ファンにより吸気される。このようにして灯室内の空気が循環されることにより、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。また、アウターレンズに伝達された熱により、アウターレンズの外表面への着雪や着氷を抑制できる。
灯具ボディの上面にヒートシンクを設けてもよい。半導体発光素子から発生した熱により暖められた空気は、上方に向かって自然対流する。従って、灯具ボディの上面にヒートシンクを設けることにより、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。
内側フィンの間隙が空気の流れの上流から下流にかけて幅広となるよう内側フィンを形成してもよい。この場合、内側フィンからの送風範囲が広がるので、アウターレンズの広い範囲に亘って暖かい空気を送風できる。これにより、暖められた空気とアウターレンズとの熱交換の効率が高まるので、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。また、着雪や着氷を抑制できるアウターレンズの面積を拡大することができる。
ファンの外周を覆うファンケースがヒートシンクのベース部に接触するようにファンを設けてもよい。この場合、ファンを駆動するファンモータや駆動回路などから発生した熱を外側フィンを介して灯室外に放熱できる。これにより、ファンの耐用年数を伸ばすことができる。
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。
本発明の実施の形態に係る車両用灯具の概略断面図である。 第2ヒートシンクを示す図である。
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。
図1は、本発明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1に示すように、車両用灯具10は、前面が開放した樹脂製の灯具ボディ48と、透光性材料により形成され、灯具ボディ48の前面を気密的に覆うアウターレンズ34とを含んで構成された灯室35内に、半導体発光素子を光源とする灯具ユニット30が収容された構成となっている。車両用灯具10は、灯具ユニット30の他に、第1ヒートシンク14、第2ヒートシンク50、およびファン56を備える。
灯具ユニット30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。図示の例では、灯具ユニット30は1つであるが、複数の灯具ユニット30が設けられていてもよい。
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、灯室35内に設けられた第1ヒートシンク14に取り付けられている。第1ヒートシンク14は、LED20から発生した熱を灯室35内の空気に放熱する。
第1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、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。
灯具ユニット30および第1ヒートシンク14は、灯具ユニット30が出射する光が車両用灯具10の前方に照射されるように、図示しない支持部材により灯室35内に取り付けられる。本実施の形態において、灯具ユニット30および第1ヒートシンク14は、灯室35の中央付近に設けられている。
灯具ボディ48の上面48aには、第2ヒートシンク50が設けられている。第2ヒートシンク50は、灯具ボディ48の左右方向において略中央であって、前後方向において第1ヒートシンク14のベース部16よりも後方に設けられている。
第2ヒートシンク50は、複数の外側フィン52と、複数の内側フィン54と、ベース部55とを含んで構成されている。第2ヒートシンク50は、灯具ボディ48の上面48aに設けられた孔部にベース部55を気密的に嵌合することにより固定されている。外側フィン52は、ベース部55の上面から灯室35の外側に向けて立設されている。内側フィン54は、ベース部55の下面から灯室35の内側に向けて立設されている。また、第2ヒートシンク50の下方には、ファン56が設けられている。
図2は、第2ヒートシンク50を示す図である。図2は、第2ヒートシンク50を灯室35の内側から見た様子を示している。なお、この図2では実際には、灯室35の外側に向けて立設された外側フィン52は表れないが、説明のために点線で図示している。
第2ヒートシンク50は、アルミ等の高熱伝導率の金属によって形成される。上述したように、四角形状のベース部55の上面には、複数の外側フィン52が灯室35の外側に向けて立設されている。複数の外側フィン52は平板フィンであり、所定の間隔で平行に立設されている。図2に示すように、外側フィン52は、延設方向が前後方向を向くように形成されている。外側フィン52の延設方向とは、外側フィン52の長手方向である。
図2に示すように、ベース部55の下面には、複数の内側フィン54と、ファン56とが設けられている。内側フィン54は、ベース部55の下面の前方側半面に、灯室35の内側に向けて立設されている。ファン56は、ベース部55の下面の後方側半面に設けられている。
本実施の形態において、ファン56は、軸方向から吸気して遠心方向に排気する遠心ファンである。ファン56は、図示しないファンモータにより回転される複数の羽根60と、ファン56の外周を覆う正方形状の枠体であるファンケース58とを備える。ファンケース58は、車両用灯具10の前方側、すなわち内側フィン54側に位置する前方側面58aに開口が設けられている。ファン56の羽根60が回転すると、灯室35内の空気が軸方向から空気が吸い込まれ、前方側面58aの開口から内側フィン54に向かって送風される。
ファン56は、ファンケース58がベース部55の下面に接触するようにして取り付けられている。このようにファン56を設けることにより、ファンモータおよびその駆動回路(図示せず)において発生した熱は、ファンケース58を介して第2ヒートシンク50に伝えられ、外側フィン52を介して灯室35外に放熱される。これにより、ファン56の耐用年数を延ばすことができる。
内側フィン54は、内側フィン54の間隙を通った空気が、第2ヒートシンク50の前方に位置するアウターレンズ34に導かれるように形成される。内側フィン54は、平板フィンであり、ファンケース58の前方側面58aから前方に向かって放射状に延設されている。これにより、内側フィン54の間隙は、図2に示すようにファンケース58の前方側面58aから前方にかけて、すなわち空気の流れの上流から下流にかけて幅広とされている。このように内側フィン54を形成したことにより、ファンケース58の前方側面58aから送風された空気は送風範囲が左右方向に広げられ、アウターレンズ34の上部へと導かれる。
また、本実施の形態においては、図1に示すように、灯室35内の第1ヒートシンク14の上方と下方に、灯室内の構造が外観上現れないように目隠しをするための装飾部材が設けられている。第1ヒートシンク14の上方に設けられた第1装飾部材62は、板状の部材であり、第1ヒートシンク14のベース部16上端から上方に向かって延設されており、その上端部は第2ヒートシンク50に向かって湾曲されている。第1装飾部材62の上端部と灯具ボディ48の上面48aとの間には、第2ヒートシンク50の内側フィン54から送風された空気がアウターレンズ34の上部に流れるのを阻害しないように、たとえば内側フィン54の高さ程度の間隙が形成される。
第2装飾部材64は、板状の部材であり、第1ヒートシンク14と底面48bとの間に設けられている。第2装飾部材64は、第1ヒートシンク14のベース部16よりも後方に配設されており、灯具ボディ48の底面48bに沿って流れてきた空気を第1ヒートシンク14の下端へと導く。
次に、本実施の形態に係る車両用灯具10における空気の対流の様子を説明する。図1および図2において、白抜き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の後方側端部が接触している第1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から発生した熱を第1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。第1ヒートシンク14のベース部16に伝えられた熱は、第1ヒートシンク14の平板フィン18へと伝えられ、周囲の空気に対して放熱される。第1ヒートシンク14の平板フィン18からの放熱により暖められ、温度が上昇した空気は、平板フィン18の間隙を通って平板フィン18の延設方向に沿って上昇する。
第1ヒートシンク14の平板フィン18の間隙を上昇した暖められた空気は、灯具ボディ48の上面48aに設けられたファン56によって吸い込まれ、前方側面58aより内側フィン54に向かって送風される。この送風された空気は、内側フィン54の間隙を通ってアウターレンズ34の上部へと導かれる。ここで、本実施の形態では、空気の流れの上流から下流にかけて内側フィン54の間隙が幅広となるように形成されているので、空気の送風範囲が左右方向に広げられ、アウターレンズ34の略全面に亘って暖かい空気が送風される。
ファン56から送風された空気が内側フィン54の間隙を流れる間には、空気と内側フィン54との間で熱交換が行われる。内側フィン54に伝達された熱は、ベース部55を介して外側フィン52に伝えられ、灯室35外の空気に放熱される。ここで、外側フィン52は、延設方向が前後方向を向くように形成されているため、車両走行時には、空気が外側フィン52の間隙を前方から後方へと流れる。従って、外側フィン52により暖められた空気が滞留することがないため、放熱効率が向上する。
アウターレンズ34は、車両の外部に露出しているため、内側フィン54より送風されてくる空気よりも温度が低い。従って、内側フィン54より送風された空気は、アウターレンズ34の上部から下部へと流れる間にアウターレンズ34との間で熱交換が行われて冷却される。この冷却された空気は、灯具ボディ48の底面48bに沿って後方に流れ、第2装飾部材64に当たって第1ヒートシンク14の下端より平板フィン18の間隙に流れ込み、再びLED20から発生した熱により暖められ、ファン56により吸気される。
また、内側フィン54から送風された空気は、図1に示すように第1装飾部材62の上端部によって一部が分岐され、第1ヒートシンク14の上端側に流される。この分岐された空気は、第1ヒートシンク14の上端から平板フィン18の間隙に流れ込み、主に平板フィン18の上方の部位と熱交換を行った後、ファン56により吸気される。
本実施の形態に係る車両用灯具10においては、このようにして灯室35内の空気が循環されることにより、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、車両用灯具10では、内側フィン54より送風された空気からアウターレンズ34に熱が伝達されることにより、アウターレンズ34の外表面への着雪や着氷を抑制できる。
本実施の形態では、内側フィン54は、その間隙が空気の流れの上流から下流にかけて幅広となるよう形成されているので、内側フィン54からの送風範囲が左右方向に広がり、アウターレンズ34の広い範囲に亘って暖かい空気を送風できる。これにより、暖められた空気とアウターレンズ34との熱交換の効率が高まるので、LED20から発生する熱をより効率良く放熱することができる。また、着雪や着氷を抑制できるアウターレンズ34の面積を拡大することができる。
また、本実施の形態では、灯具ボディ48の上面48aに第2ヒートシンク50を設けている。LED20から発生した熱により暖められた空気は、上方に向かって自然対流する。従って、灯具ボディ48の上面48aに第2ヒートシンク50を設けることにより、放熱効率を向上できる。
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。
10 車両用灯具、 14 第1ヒートシンク、 16、55 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、 34 アウターレンズ、 35 灯室、 48 灯具ボディ、 50 第2ヒートシンク、 52 外側フィン、 54 内側フィン、 56 ファン、 58 ファンケース、 60 羽根、 62 第1装飾部材、 64 第2装飾部材。
本発明は、半導体発光素子を光源とする車両用灯具に利用することができる。

Claims (5)

  1. アウターレンズと灯具ボディとを含んで形成された灯室内に、半導体発光素子を光源とする灯具ユニットが収容された車両用灯具であって、
    前記灯具ボディに固定されたベース部から前記灯室の外側に向けて立設された複数の外側フィンと、前記ベース部から前記灯室の内側に向けて立設された複数の内側フィンとを備えるヒートシンクと、
    前記灯室内の空気を前記内側フィンに向かって送風するファンと、
    を備え、
    前記内側フィンの間隙を通った空気が前記アウターレンズに導かれるよう前記内側フィンを形成し
    前記内側フィンの間隙が空気の流れの上流から下流にかけて幅広となるよう前記内側フィンを形成したことを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記灯具ボディの上面に前記ヒートシンクを設けたことを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記ファンの外周を覆うファンケースが前記ヒートシンクのベース部に接触するように前記ファンを設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の車両用灯具。
  4. 前記内側フィンは、前記ファンケースの前方側面から車両用灯具の前方に向かって放射状に延設された平板フィンであることを特徴とする請求項に記載の車両用灯具。
  5. 前記外側フィンは、延設方向が車両用灯具の前後方向を向くように形成された平板フィンであることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の車両用灯具。
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