JP5405094B2 - 車両灯具用ｌｅｄバルブ - Google Patents

Description

本発明は、車両灯具用ＬＥＤバルブに関するものである。

車両には車幅灯やライセンス灯など種々の灯具が備えられている。そして、保守のための同種の灯具の他、趣向性のある互換バルブも提供されている。近年は特に、従来のハロゲンバルブに換えて、より鮮明な色彩を得られるＬＥＤバルブが広く利用されている。

ところで、特定の車両には、球切れ検知機能が搭載されている。球切れ検知機能とは、車両灯具（例えば車幅灯）が寿命等で切れたときに、球切れ警告灯の点灯などにより、ユーザーに交換を促すものである。具体的な検知方法としては、バルブに流れる電流を検知し、所定量の電流が流れなければ球切れと判断している。

しかし、ハロゲンバルブに比べてＬＥＤバルブは、圧倒的に消費電力が少ない。そのため、ハロゲンバルブを標準仕様にしている車両で、互換バルブとしてＬＥＤバルブを使用した場合、回路に流れる電流が不足し、球切れ検知機能の誤作動を生じる問題があった。

また、球切れ検知機能が搭載されている車両の多くは、バルブ消灯時にもバルブに瞬間的なパルス電流（球切れ警告灯チェック信号）を流し、球切れ検知を行っている。このような車両において、ハロゲンバルブを標準仕様にしている車両で互換バルブとしてＬＥＤバルブを使用した場合、ＬＥＤバルブはその高速応答性のため、パルス電流によって点滅してしまう。そのため、不必要に車幅灯が点滅することになり保安基準違反となってしまう問題があった。

そこで、特許文献１には、ＬＥＤ素子と並列に抵抗を配置して、全体としてハロゲンランプと同程度の電流を回路全体で消費することにより、球切れ検知機能の誤作動を防止したＬＥＤバルブが開示されている。
特開２００５−３２４７６８号公報

しかしながら、上記した技術では、抵抗器などの発熱により、基板がジャンクション温度近くまで加熱されてしまう問題があった。その結果、ＬＥＤバルブに流れる電流が低下し、ＬＥＤバルブの色彩までも劣化してしまうおそれがあった。また、上記技術ではパルス電流によるＬＥＤバルブの点滅を防ぐこともできなかった。

本発明は、このような課題に鑑み、ＬＥＤバルブの発熱の抑制および放熱性の向上により色彩の劣化を防止するとともに、瞬間的なパルス電流による点滅を防止することができる車両灯具用ＬＥＤバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる車両灯具用ＬＥＤバルブの代表的な構成は、１以上の可視ＬＥＤと、可視ＬＥＤに並列に接続された１以上の不可視ＬＥＤと、可視ＬＥＤおよび不可視ＬＥＤが実装された基板と、車両のバッテリーからの電流を受電する電極と、可視ＬＥＤと並列させて直列に接続されたサーミスタおよび分圧抵抗と、サーミスタと分圧抵抗との間にゲートが接続されたＦＥＴとを備え、ＦＥＴは、ドレインが可視ＬＥＤとその電流制限抵抗の間に接続され、ソースがグランドに接続されていて、電流供給を開始する瞬間に、可視ＬＥＤに流れるべき電流はＦＥＴからグランドにバイパスし、不可視ＬＥＤには電流を流すことを特徴とする。

かかる構成によれば、不可視ＬＥＤを用いて電流を消費することにより、電力は光と熱に変換されることから、全てが熱に変わる抵抗を用いた場合と比べて、発熱を抑えることができる。また、電流の流れ始めにおいて、可視ＬＥＤに流れるべき電流をＦＥＴから逃がす遅延回路を構成することができる。

上記の基板は、車両の外側に向けて配置される実装面と、車両に対向して配置される車両対向面と、からなり、少なくとも可視ＬＥＤおよび不可視ＬＥＤは、実装面に配置されているとよい。これにより、可視ＬＥＤおよび不可視ＬＥＤが出力する指向性を有する光線を、灯具外に放射するように予め設計できる。そのため、ＬＥＤバルブから出た輻射熱の再吸収を抑制することができる。

上記の基板は、電極以外の部分に、有色の塗装を施しているとよい。これにより、はんだめっきの金属面よりも塗装面からの方が輻射熱の放出が大きいので、放熱性を向上させることができる。

上記の可視ＬＥＤおよび不可視ＬＥＤに接続された２以上の電流制限抵抗を備え、電流制限抵抗は、電極の近傍に配置されているとよい。これにより、抵抗が発する熱を電極から車両本体に効果的に伝熱させて逃がすことができる。

また、サーミスタが所定の温度に達することにより、可視ＬＥＤに電力が供給されるように構成してもよい。これにより、電流の流れ始めにおいて、可視ＬＥＤに流れるべき電流をＦＥＴから逃がす遅延回路を構成することができる。

本発明によれば、ＬＥＤバルブの発熱の抑制および放熱性の向上により色彩の劣化を防止するとともに、瞬間的なパルス電流による点滅を防止することができる車両灯具用ＬＥＤバルブを提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる車両灯具用ＬＥＤバルブ（以下、単に「ＬＥＤバルブ１００」という。）を示す図であって、図１（ａ）は基板１１０の車両の外側に向けて配置される実装面１１０ａを示す図、図１（ｂ）は車両に対向して配置される車両対向面を示す図である。

ＬＥＤバルブ１００は、基板１１０、可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂ、不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ、ＦＥＴ１１６、サーミスタ１１８、分圧抵抗１２０、電流制限抵抗１２２ａ、１２２ｂ、電極１３０、から構成される。以下、ＦＥＴ１１６としてｎ型ＭＯＳＦＥＴを、サーミスタ１１８としてＰＴＣサーミスタを、例に用いて説明する。

基板１１０は、絶縁体の板材の上に銅箔を熱圧着させて回路パターンを形成し、その上から有色塗装を施すことにより形成される（有色塗装領域１２４）。絶縁体としては一般的なものを使用することができるが、後述するソケット１９０に着脱させるために強度が高いことが好ましく、ベークライトよりもガラスエポキシを好適に用いることができる。また回路パターンを形成する銅箔は、熱伝導性を向上させるために厚くすることが好ましく、例えば２０μｍとすることができる。また、やはり熱伝導性を向上させるために、グランドパターンに限らず全ての回路パターンをできるだけ幅広くすることが好ましい。

有色塗装領域１２４を設けることにより、基板１１０からの輻射熱の放出を大きくすることができる。これは、はんだめっきの金属面よりも有色塗装領域１２４からの方が熱を輻射熱として放出する割合が高いためであり（輻射熱として放出されない熱は、伝導熱として基板１１０内に滞留する。）、赤外線サーモグラフィテストにて実証されている。

図１（ａ）に示すように、基板１１０の実装面１１０ａには、可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂ、不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ、ＦＥＴ１１６、サーミスタ１１８、分圧抵抗１２０が実装されている。上記のような素子を車両の外側に向けて配置される実装面１１０ａに配置することで、可視ＬＥＤ１１２および不可視ＬＥＤ１１４が出力する指向性を有する光線を、灯具外に放射するように予め設計できる。そのため、ＬＥＤバルブ１００から出た輻射熱の再吸収を抑制することができる。なお、車両に対向して配置される車両対向面１１０ｂに実装すると、輻射により放出されたエネルギーが、車両に反射して再吸収されるおそれがある。

図１（ｂ）に示すように、基板１１０の車両対向面１１０ｂの電極１３０近傍には、電流制限抵抗１２２ａ、１２２ｂが実装されている。上記したように、車両対向面１１０ｂに素子を実装すると、輻射により放出されたエネルギーが、車両に反射して再吸収されるおそれがある。しかし、小型化が進行している近年、基板１１０における素子の実装面積は制限されており、小型電子素子は高価であるためコストの面で問題を有する。そのため、本実施形態では電流制限抵抗１２２ａ、１２２ｂを電極１３０近傍に配置することで、電流制限抵抗１２２ａ、１２２ｂが発する熱を電極１３０から車両本体に効果的に伝熱させて逃がすことで、放熱性を向上させている。

図２は、本実施形態にかかるＬＥＤバルブ１００へのバッテリー１４０接続時の回路構成を示す回路図である。図３は、本実施形態にかかるＦＥＴ１１６のドレイン・ソース間遮断時（オフ時）の回路構成を示す回路図である。バッテリー１４０は車両に搭載された車載用バッテリーである。灯具制御装置１４２は、バッテリー１４０の電力をＬＥＤバルブ１００に供給する。ＬＥＤバルブ１００は、電極１３０を通じて供給電流１５０、１６０を受電し、各々の素子へ所定の電流を供給する。

灯具制御装置１４２は、基本的には運転者の操作に応じて電力をＬＥＤバルブ１００に供給し、かかるＬＥＤバルブ１００を夕刻や夜間に点灯させて車幅を示したり、ナンバープレートを照らしたりする。また灯具制御装置１４２は、２種類の球切れ検知を行う。１つめは、ＬＥＤバルブ１００を点灯させている間に電流量（消費電力）を監視し、電流量が所定値以下である場合には球切れであると判断する。２つめは、ＬＥＤバルブ１００の消灯時に瞬間的なパルス電流を流して、やはり電流量が所定値以下である場合には球切れであると判断する。

ＬＥＤバルブ１００においては、電流制限抵抗１２２ａを介して２つの可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂが接続されている。またこれと並列に、電流制限抵抗１２２ｂを介して２つの不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂが接続されている。なお本実施形態において可視ＬＥＤ１１２および不可視ＬＥＤ１１４は２つずつ直列に接続しているが、それぞれに電流制限抵抗１２２を設けてもよく、また電流制限抵抗１２２に対して１つずつのＬＥＤ素子を配置してもよい。

上記構成によれば、可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂに電流が流れるとき、不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂにも電流が流れる。これにより回路全体に流れる電流（消費電力）を増加させることができ、灯具制御装置１４２の誤作動を防止することができる。

可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂおよび不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂは、電力を光と熱に変換する（光は輻射熱を生じる。）。可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂおよび不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂは、量子効率が高く（例えば、白色ＬＥＤ２０％以上、赤外ＬＥＤ２０％以上、紫外ＬＥＤ３０％以上）、熱変換割合が低いので、基板温度の上昇を抑制することができる。また、可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂおよび不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂが放射する光線は、抵抗器による輻射とは違い指向性を持っているため、車両の外側に向けて配置することにより、灯具外にエネルギーを放出するように予め設計できる。

さらに、不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂが放射する光線は、可視光線ではないので、可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂの色彩を劣化させるおそれがない。車両灯具（例えば、車幅灯やライセンス灯）は、灯光の色、明るさ等に関して、保安基準が規定されているので、可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂの数は、保安基準を満たすように適宜設定される（不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂに換えて、可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂを用いると、規定の明るさを超えてしまうおそれがある。）。上記のように、可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂを増やすのではなく、不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂを用いることで明るさに影響を与えずに電力を消費し、球切れ検知の誤動作を防止することができる。

（遅延回路）
また図２に示すように、上記の可視ＬＥＤ１１２および不可視ＬＥＤ１１４に、さらに並列させて、直列に分圧抵抗１２０とサーミスタ１１８とを接続している。サーミスタ１１８（ＰＴＣサーミスタ）は温度が低いときは抵抗値が低く、温度が高い場合には抵抗値が高くなる特性を有している。そしてＦＥＴ１１６は、ゲートを分圧抵抗１２０とサーミスタ１１８の間に接続し、ドレインを可視ＬＥＤ１１２とその電流制限抵抗１２２ａの間に接続し、ソースをグランドに落としている。これらＦＥＴ１１６、サーミスタ１１８、分圧抵抗１２０によって、遅延回路を構成することができる。

電流供給を開始する瞬間、およびパルス電流を供給される場合は、サーミスタ１１８の抵抗値が低い。配線接続点１７０ａ、１７０ｅの間の電圧（電位差）はサーミスタ１１８と分圧抵抗１２０によって分圧されるため、サーミスタ１１８の電圧が低い場合には、その中間の配線接続点１７０ｃの電圧（ゲート電圧）は高くなる。したがってＦＥＴ１１６はＯＮとなり、可視ＬＥＤ１１２に流れるべき電流をＦＥＴ１１６からグランドに逃がす（バイパスさせる）ことができる。図２は電流がＦＥＴに流れている状態を示している。このとき、配線接続点１７０ｂ、１７０ｇの間の電圧は電流制限抵抗１２２ａとＦＥＴ１１６のＯＮ抵抗によって分圧され、その中間の配線接続点１７０ｄの電圧は可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂの降下電圧以下となるため、これらは点灯しない。これにより、消灯時の瞬間的なパルス電流による可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂの発光を防止することができる。

さらに電流を流すとサーミスタ１１８は発熱し、自身の熱によって温度が上昇して、抵抗値が高くなる。これに伴って配線接続点１７０ｃの電圧（ゲート電圧）は低くなり、ＦＥＴ１１６はＯＦＦとなって、電流１５４は配線接続点１７０ｄ、１７０ｇ間を流れて可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂが点灯する。図３は可視ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂに電流が流れている状態を示している。

なお、可視ＬＥＤ１１２、不可視ＬＥＤ１１４、サーミスタ１１８はそれぞれ並列に接続されていることから、ＦＥＴ１１６がＯＮのときもＯＦＦのときも、不可視ＬＥＤ１１４によって消費電力を増大させることができる。ＦＥＴ１１６によって不可視ＬＥＤ１１４に流れる電流もバイパスすることも考えられるが、ＦＥＴ１１６のＯＮ抵抗が低いとしても、可視ＬＥＤ１１２のための電流制限抵抗１２２ａがあるために多くの電流を流すことができない。したがって、遅延回路が機能している間も、球切れ検知の誤動作を防止するためには、消費電力量を増大させる必要がある。そこで上記のように、不可視ＬＥＤ１１４には常に電力を供給するようにしている。

また、常に不可視ＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂに所定の電力を供給していることから、回路に流れた電流総量に対する熱変換割合を低く抑えることができる効果も有している。

図４は、本実施形態のＬＥＤバルブ１００の使用態様図である。図４（ａ）は車両の例としての自動車１８０の側面図、図４（ｂ）は自動車１８０の正面図、図４（ｃ）はＬＥＤバルブ１００とハロゲンバルブ１９０の交換工程を示す図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示すようにＬＥＤバルブ１００は、自動車１８０等の車幅灯１８２、１８４、またはライセンス灯１８６として使用される。より具体的には、例えば図４（ｃ）に示すように、ＬＥＤバルブ１００は、ハロゲンバルブ１９２等に換えて、ソケット１９０に装着されることにより使用される。このとき可視ＬＥＤ１１２および不可視ＬＥＤ１１４が配置された実装面１１０ａは車両の外側に向けて配置し、車両対向面１１０ｂは車両に対向して配置する。ＬＥＤバルブ１００において発生した熱は実装面１１０ａから外側に輻射されると共にソケット１９０から伝熱して自動車１８０に吸収される。そして上記説明した如く、実装面１１０ａに各種の電子素子を集中させて配置させたこと、および電流制限抵抗を電極の近傍に配置したことにより、効果的にＬＥＤバルブ１００の昇温を抑制することができる。

以上、本実施形態によれば、所定の電流を不可視ＬＥＤ１１４に供給し球切れ検知の誤動作を防止するとともに、ＬＥＤバルブの発熱の抑制および放熱性の向上により、可視ＬＥＤ１１２の色彩の劣化を防止できる。また、パルス電流による可視ＬＥＤ１１２の点滅を防ぎ、保安基準にした車両灯具用ＬＥＤバルブを提供することができる。

なお、本発明は係る実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、車両灯具用ＬＥＤバルブとして利用可能である。

本実施形態にかかるＬＥＤバルブを示す図である。 本実施形態にかかるＬＥＤバルブへのバッテリー接続時の回路構成を示す回路図である。 本実施形態にかかるＦＥＴのドレイン・ソース間遮断時（オフ時）の回路構成を示す回路図である。 本実施形態にかかるＬＥＤバルブの使用態様図である。

符号の説明

１００…ＬＥＤバルブ、１１０…基板、１１２ａ、１１２ｂ…可視ＬＥＤ、１１４ａ、１１４ｂ…不可視ＬＥＤ、１１６…ＦＥＴ、１１８…サーミスタ、１２０…分圧抵抗、１２２ａ、１２２ｂ…電流制限抵抗、１２４…有色塗装領域、１３０…電極、１４０…バッテリー、１４２…灯具制御装置、１５０…供給電流、１５２、１５４、１５６…分散電流、１６０…供給電流,１６４、１６６…分散電流、１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄ、１７０ｅ、１７０ｆ、１７０ｇ…配線接続点、１８０…自動車、１８２、１８４…車幅灯、１８６…ライセンス灯、１９０…ソケット、１９２…ハロゲンバルブ

Claims (5)

1. １以上の可視ＬＥＤと、
   前記可視ＬＥＤに並列に接続された１以上の不可視ＬＥＤと、
   前記可視ＬＥＤおよび前記不可視ＬＥＤが実装された基板と、
   車両のバッテリーからの電流を受電する電極と、
   可視ＬＥＤと並列させて直列に接続されたサーミスタおよび分圧抵抗と、
   前記サーミスタと分圧抵抗との間にゲートが接続されたＦＥＴとを備え、
   前記ＦＥＴは、ドレインが前記可視ＬＥＤとその電流制限抵抗の間に接続され、ソースがグランドに接続されていて、
   電流供給を開始する瞬間に、可視ＬＥＤに流れるべき電流は前記ＦＥＴからグランドにバイパスし、不可視ＬＥＤには電流を流すことを特徴とする、車両灯具用ＬＥＤバルブ。
2. 前記基板は、
   前記車両の外側に向けて配置される実装面と、
   該車両に対向して配置される車両対向面と、からなり、
   少なくとも前記可視ＬＥＤおよび前記不可視ＬＥＤは、前記実装面に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の車両灯具用ＬＥＤバルブ。
3. 前記基板は、前記電極以外の部分に、有色の塗装を施したことを特徴とする請求項１または２に記載の車両灯具用ＬＥＤバルブ。
4. 前記可視ＬＥＤおよび前記不可視ＬＥＤに接続された２以上の電流制限抵抗を備え、
   前記電流制限抵抗は、前記電極の近傍に配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両灯具用ＬＥＤバルブ。
5. 前記サーミスタが所定の温度に達することにより、前記可視ＬＥＤに電力が供給されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車両灯具用ＬＥＤバルブ。

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