JP5948107B2 - 鉄道車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を用いて鉄道車両の前方を照射する鉄道車両用前照灯に関するものである。

従来より、鉄道車両に設けられる前照灯として、メタルハライドバルブ等の放電バルブを光源として備えたプロジェクト型のものが採用されている。この鉄道車両用前照灯では、放電バルブの放電発光部の光をリフレクタで反射させ、集光レンズで集光させて車両前方へ照射する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３４１７号公報

近年、放電バルブに代わる新たな光源として消費電力が少なくかつ長寿命な発光素子である発光ダイオードが鉄道車両用前照灯にも用いられつつある。
しかし、発光ダイオードは、許容される上限温度が低いため（例えば、１５０℃程度）、この発光ダイオードを鉄道車両用前照灯の光源として用いる際には、効果的な放熱が可能な構造が要求される。

本発明の目的は、発光素子を光源として備えるとともに、発光素子を効果的に放熱させることが可能な鉄道車両用前照灯を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の鉄道車両用前照灯は、第１の発光素子と、前記第１の発光素子が発する光をロービームとして車両前方へ照射する第１のレンズと、を含む第１の灯具ユニットと、
第２の発光素子と、前記第２の発光素子が発する光をハイビームの少なくとも一部として車両前方へ照射する第２のレンズと、を含む第２の灯具ユニットと、
前記第１の灯具ユニットと前記第２の灯具ユニットとが配置される灯室を形成するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、金属製の放熱部材を有し、
前記放熱部材は、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とが搭載される光源搭載部を前記灯室内に有することを特徴とする。

本発明の鉄道車両用前照灯において、前記ハウジングは、前記放熱部材に対して車両前方から取り付けられ、前記第１のレンズから照射される光が通過する第１の開口部と前記第２のレンズから照射される光が通過する第２の開口部とが形成されたカバーを有し、
前記第１のレンズと前記第２のレンズの各々は鍔部を有し、
前記放熱部材に固定されるとともに、前記第１のレンズの鍔部の背面部分を保持する第１のレンズ保持部材と、
前記放熱部材に固定されるとともに、前記第２のレンズの鍔部の背面部分を保持する第２のレンズ保持部材と、を備え、
前記第１の開口部は、前記第１のレンズの鍔部の前面部分により密閉され、前記第２の開口部は、前記第２のレンズの鍔部の前面部分により密閉されていることが好ましい。

本発明の鉄道車両用前照灯において、前記第１の発光素子が発する光を車両前方へ向けて反射する第１のリフレクタと、前記第２の発光素子が発する光を車両前方へ向けて反射する第２のリフレクタと、を備え、
前記第１のリフレクタと前記第１のレンズ保持部材は一体的に形成され、前記第２のリフレクタと前記第２のレンズ保持部材は一体的に形成されることが好ましい。

本発明の鉄道車両用前照灯は、前記ハウジング内において、単数の前記第１の灯具ユニットと単数の前記第２の灯具ユニットが設けられ、更に、前記ハウジング内において、前記第１のリフレクタと前記第１のレンズと前記第１の発光素子の各々は単数だけ設けられ、前記第２のリフレクタと前記第２のレンズと前記第２の発光素子の各々は単数だけ設けられていることが好ましい。

本発明の鉄道車両用前照灯において、前記第２のレンズの外径は、前記第１のレンズの外径より大きいことが好ましい。

本発明の鉄道車両用前照灯によれば、ハウジングを構成する金属製の放熱部材に第１の発光素子及び第２の発光素子を搭載させることで、これらの第１の発光素子及び第２の発光素子の熱をハウジングの灯室の外部へ良好に逃がして効果的に放熱させることができる。これにより、放電バルブに代えて消費電力が少なくかつ長寿命な発光素子を光源として用いることができる。

本実施形態に係る鉄道車両用前照灯の外観を示す斜視図である。 ハウジングを構成する放熱部材の斜視図である。 ハウジングの灯室内の構造を示す図であって、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 第１の灯具ユニット及び第２の灯具ユニットを構成するユニット構成体の斜視図である。 第２の灯具ユニットでの照明時における照明範囲を示す鉄道車両前方側の景色の模式図である。 第１の灯具ユニットでの照明時における照明範囲を示す鉄道車両前方側の景色の模式図である。

以下、本発明に係る鉄道車両用前照灯の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る鉄道車両用前照灯１１は、ハウジング１２を備えており、このハウジング１２内に灯室Ｓが形成されている。
ハウジング１２は、金属製の放熱部材１５と、この放熱部材１５に対して車両前方側から取り付けられるカバー１６とを備えている。放熱部材１５は、熱伝達率に優れた金属材料から形成され、カバー１６は、例えば、プラスチック等の合成樹脂から成形されている。

図２に示すように、放熱部材１５は、ベース板部２１、後板部２２及び側板部２３を有している。後板部２２は、ベース板部２１の後端に立設されている。また、側板部２３は、ベース板部２１及び後板部２２の両側部に設けられており、これらのベース板部２１と後板部２２との隅部を塞ぐように形成されている。後板部２２には、その背面に、複数のフィン２５を有するヒートシンク２６が形成されている。また、この後板部２２には、その中央に、配線孔２７が形成され、車両側の電源から灯室Ｓ内の光源へ電力を給電するための配線が通される。放熱部材１５には、後板部２２の上端における両側部近傍及びベース板部２１の前端における両側部近傍に、ネジ孔２８が形成されている。

図１に示すように、カバー１６は、前板部３１、上板部３２及び側板部３３を有している。上板部３２は、前板部３１の上端から水平に延在されており、側板部３３は、前板部３１と上板部３２との隅部を塞ぐように形成されている。また、前板部３１には、第１の開口部３６と第２の開口部３７とが形成されている。カバー１６には、前板部３１の下端における両側部近傍及び上板部３２の後端における両側部近傍に、挿通孔３８を有する固定片３９が形成されている。

そして、このカバー１６は、放熱部材１５に対して車両前方側から被せた状態で、それぞれの固定片３９の挿通孔３８にネジ（図示略）を挿通し、ネジ孔２８へねじ込むことで、放熱部材１５に組み付けられる。これにより、放熱部材１５とカバー１６とからなるハウジング１２内に灯室Ｓが形成される。

図３に示すように、このハウジング１２内の灯室Ｓには、第１の灯具ユニット４１と、第２の灯具ユニット５１とが配置されている。これらの第１の灯具ユニット４１及び第２の灯具ユニット５１は、プロジェクタ型又は多重楕円システム型（Poly Ellipsoidal System：以下、PESとも称する）型のヘッドライトであり、第１の灯具ユニット４１は、車両前方へロービーム光を照射し、第２の灯具ユニット５１は、車両前方へハイビーム光を照射する。なお、図３（ａ）は、図１内においてフィン２５を通過するＡ−Ａ線の断面図であるためフィン２５の断面が図示されており、図３（ｂ）は、図１内においてフィン２５を通過しないＢ−Ｂ線の断面図であるためフィン２５の側面が図示されている。

図３（ａ）に示すように、第１の灯具ユニット４１は、光源として設けられるＬＥＤ（Light Emitting Diode）である第１の発光ダイオード（第１の発光素子の一例）４２と、この第１の発光ダイオード４２が発する光を車両前方へ向けて反射させる第１のリフレクタ４３と、この第１のリフレクタ４３で反射された第１の発光ダイオード４２の光を集光して車両前方へロービームとしてカバー１６の第１の開口部３６を通して照射する第１のレンズ４４とを備えている。

第１のリフレクタ４３及び第１のレンズ４４の各々は単一の部材であり、第１のレンズ４４は、第１のリフレクタ４３からの光が入射する平面形状の入射面４４ａと、入射して集光された光を出射させる凸形状のレンズ面４４ｂとを有している。また、この第１のレンズ４４は、その周縁に、第１のレンズ４４の光軸Ｚ１に対して外方へ張り出す鍔部４４ｃを有している。そして、この第１のレンズ４４は、そのレンズ面４４ｂがカバー１６の内面側から第１の開口部３６へ嵌め込まれ、カバー１６の前板部３１から突出されている。また、この第１のレンズ４４は、その鍔部４４ｃの前面部分がカバー１６の第１の開口部３６の縁部を後方側から覆うように当接されている。これにより、第１のレンズ４４の鍔部４４ｃと第１の開口部３６の縁部とが密着され、すなわち、第１の開口部３６が第１のレンズ４４の鍔部４４ｃの前面部分により密閉され、第１の開口部３６からハウジング１２内の灯室Ｓへの粉塵の浸入が防止されている。

図３（ｂ）に示すように、第２の灯具ユニット５１は、光源として設けられるＬＥＤ（Light Emitting Diode）である第２の発光ダイオード（第２の発光素子の一例）５２と、この第２の発光ダイオード５２が発する光を車両前方へ向けて反射させる第２のリフレクタ５３と、この第２のリフレクタ５３で反射された第２の発光ダイオード５２の光を集光して車両前方へハイビームとしてカバー１６の第２の開口部３７を通して照射する第２のレンズ５４とを備えている。

第２のリフレクタ５３及び第２のレンズ５４の各々は単一の部材であり、第２のレンズ５４は、第２のリフレクタ５３からの光が入射する平面形状の入射面５４ａと、入射して集光された光を出射させる凸形状のレンズ面５４ｂとを有している。また、この第２のレンズ５４は、その周縁に、第２のレンズ５４の光軸Ｚ２に対して外方へ張り出す鍔部５４ｃを有している。そして、この第２のレンズ５４は、そのレンズ面５４ｂがカバー１６の内面側から第２の開口部３７へ嵌め込まれ、カバー１６の前板部３１から突出されている。また、この第２のレンズ５４は、その鍔部５４ｃの前面部分がカバー１６の第２の開口部３７の縁部を後方側から覆うように当接されている。これにより、第２のレンズ５４の鍔部５４ｃと第２の開口部３７の縁部とが密着され、すなわち、第２の開口部３７が第２のレンズ５４の鍔部５４ｃの前面部分により密閉され、第２の開口部３７からハウジング１２内の灯室Ｓへの粉塵の浸入が防止されている。

上記の鉄道車両用前照灯１１を構成する第１の灯具ユニット４１及び第２の灯具ユニット５１は、第１のユニット構成体６１及び第２のユニット構成体７１を備えている。
図４に示すように、第１のユニット構成体６１は、第１のレンズ保持部材６２と第１のリフレクタ４３とを備えている。第１のレンズ保持部材６２は、円環状に形成されており、この第１のレンズ保持部材６２が第１のレンズ４４の鍔部４４ｃの背面部分に当接され、赤外線のレーザー光を照射して溶着させるレーザー溶着等により互いの当接部分が接合される。これにより、第１のレンズ４４の鍔部４４ｃの背面部分が第１のレンズ保持部材６２に保持される。

第１のユニット構成体６１を構成する第１のレンズ保持部材６２と第１のリフレクタ４３は、第１のレンズ保持部材６２と第１のリフレクタ４３を連結する固定枠部６３と共に、樹脂材料によって一体的に成形されている。また、第１のレンズ保持部材６２と第１のリフレクタ４３と固定枠部６３は単一の部品として構成されている。第１のリフレクタ４３の第１の発光ダイオード４２側の表面は、アルミ蒸着膜が形成されて鏡面化処理が施されている。固定枠部６３には、位置決め孔６４及び固定孔６５が形成されている。

同様に、第２のユニット構成体７１は、第２のレンズ保持部材７２と第２のリフレクタ５３とを備えている。第２のレンズ保持部材７２は、円環状に形成されており、この第２のレンズ保持部材７２が第２のレンズ５４の鍔部５４ｃの背面部分に当接され、赤外線のレーザー光を照射して溶着させるレーザー溶着等により互いの当接部分が接合される。これにより、第２のレンズ５４の鍔部５４ｃの背面部分が第２のレンズ保持部材７２に保持される。

第２のユニット構成体７１を構成する第２のレンズ保持部材７２と第２のリフレクタ５３は、第２のレンズ保持部材７２と第２のリフレクタ５３を連結する固定枠部７３と共に、樹脂材料によって一体的に成形されている。また、第２のレンズ保持部材７２と第１のリフレクタ５３と固定枠部７３は単一の部品として構成されている。第２のリフレクタ５３の第２の発光ダイオード５２側の表面は、アルミ蒸着膜が形成されて鏡面化処理が施されている。固定枠部７３には、位置決め孔７４及び固定孔７５が形成されている。

図２に示すように、放熱部材１５のベース板部２１には、幅方向の中央部分に、中央支持ブロック８１が形成されている。また、ベース板部２１の両側部側における後板部２２側には、後方支持ブロック８２が形成されている。さらに、ベース板部２１の両側部側における前端側には、前方支持ブロック８３が形成されている。

中央支持ブロック８１とそれぞれの後方支持ブロック８２との間には、第１の灯具ユニット４１の設置側に、第１の光源搭載ブロック（光源搭載部の一例）８４がアルミダイキャスト製の放熱部材１５の一部として、中央支持ブロック８１及び後方支持ブロック８２と共に一体的に成形され、また、第２の灯具ユニット５１の設置側に、第２の光源搭載ブロック（光源搭載部の一例）８５が放熱部材１５の一部として中央支持ブロック８１及び後方支持ブロック８２と共に一体的に成形されている。

第１の光源搭載ブロック８４には、第１の灯具ユニット４１を構成する第１の発光ダイオード４２が搭載されており、第２の光源搭載ブロック８５には、第２の灯具ユニット５１を構成する第２の発光ダイオード５２が搭載されている。

また、中央支持ブロック８１の後方側及びそれぞれの後方支持ブロック８２には、位置決めピン９１が立設されており、さらに、中央支持ブロック８１の前方側及び前方支持ブロック８３には、雌ネジ部９２が形成されている。

そして、第１のユニット構成体６１は、第１の灯具ユニット４１の設置側で、位置決め孔６４に位置決めピン９１を挿し込むことで放熱部材１５に位置決めされ、さらに、固定孔６５へ上方側から挿入した固定ボルト（図示略）を雌ネジ部９２へねじ込むことで、放熱部材１５に固定される。

同様に、第２のユニット構成体７１は、第２の灯具ユニット５１の設置側で、位置決め孔７４に位置決めピン９１を挿し込むことで放熱部材１５に位置決めされ、さらに、固定孔７５へ上方側から挿入した固定ボルト（図示略）を雌ネジ部９２へねじ込むことで、放熱部材１５に固定される。

このようにして構成された第１の灯具ユニット４１及び第２の灯具ユニット５１では、図３に示すように、ハイビーム光を照射する第２の灯具ユニット５１の第２のレンズ５４は、ロービーム光を照射する第１の灯具ユニット４１の第１のレンズ４４よりも、大きな外径及び厚みを有し、第２の発光ダイオード５２の光をより多く集めて遠くへ導くことが可能とされている。

また、鉄道車両用前照灯１１では、第１の灯具ユニット４１の第１のレンズ４４の前方の端面位置と第２の灯具ユニット５１の第２のレンズ５４の前方の端面位置とが一致されている。また、第２のレンズ５４は第１のレンズ４４よりも大きな厚みを有するため、入射面５４ａが入射面４４ａよりも後方に位置することとなり、第１の灯具ユニット４１の第１の発光ダイオード４２の搭載位置よりも第２の灯具ユニット５１の第２の発光ダイオード５２の搭載位置が距離Ｌだけ後方側に配置されている。さらに、第１の灯具ユニット４１の第１のリフレクタ４３の配置よりも第２の灯具ユニット５１の第２のリフレクタ５３の配置が後方側とされている。

そして、このようなレンズ形状や配置構成とすることで、ハイビームを照射する第２の灯具ユニット５１では、ロービームを照射する第１の灯具ユニット４１よりも、より遠くを明るく照明することが可能とされている。具体的に、第２の灯具ユニット５１では、図５に示すように、車両が走行する軌道Ｒのはるか前方側の遠くの照射範囲ＨＢを照明する。これに対して第１の灯具ユニット４１では、図６に示すように、第１の灯具ユニット４１の下方に位置する、車両が走行する軌道Ｒの直近から水平方向（光軸Ｚ１−Ｚ１）を示す位置までの広い照射範囲ＬＢを照明する。なお、本実施形態の鉄道車両用前照灯１１は、自動車用前消灯と比較して地上から高い位置に設置されているため、照射範囲ＬＢの下側の照射角度の絶対値（光軸に対する拡散角）は、自動車用前照灯に設計される値よりも大きい値、すなわち、水平方向に対し下方を示す３０度から４０度程度、好ましくは、３５度またはその近傍の値が好適である。

上述のように、本実施形態に係る鉄道車両用前照灯１１では、走行状態や走行環境に応じて、第１の灯具ユニット４１だけを点灯させてロービーム光として照明したり、第２の灯具ユニット５１だけを点灯させてハイビーム光として照明することができる。なお、第１の灯具ユニット４１及び第２の灯具ユニット５１の両方を点灯させてハイビーム光とする構成であっても良い。両方を点灯させてハイビーム光を構成することで、より広い範囲を良好に照明することができる。

そして、上記のような照明時における第１の発光ダイオード４２及び第２の発光ダイオード５２で生じた熱は、第１の光源搭載ブロック８４及び第２の光源搭載ブロック８５から、複数のフィン２５を有するヒートシンク２６を備えた放熱部材１５に伝達され、この放熱部材１５から外部へ良好に放出される。

以上、説明したように、本実施形態に係る鉄道車両用前照灯１１によれば、ハウジング１２を構成する金属製の放熱部材１５に第１の発光ダイオード４２及び第２の発光ダイオード５２を搭載させることで、これらの第１の発光ダイオード４２及び第２の発光ダイオード５２の熱をハウジング１２の灯室Ｓの外部へ良好に逃がして効果的に放熱させることができる。これにより、放電バルブに代えて消費電力が少なくかつ長寿命な発光ダイオードを光源として用いることができる。

また、第１のレンズ４４及び第２のレンズ５４のそれぞれの鍔部４４ｃ，５４ｃの背面部分が、第１のレンズ保持部材６２及び第２のレンズ保持部材７２によって保持され、鍔部４４ｃ，５４ｃの前面部分が、カバー１６の第１の開口部３６及び第２の開口部３７の縁部に各々の縁部を後方側から覆うように当接して密閉している。

これにより、第１の開口部３６及び第２の開口部３７からハウジング１２内の灯室Ｓへの粉塵の浸入を確実に防止することができる。これにより、交換スパンが自動車等と比較して長い（例えば、１０年）ために十分な粉塵対策を要する鉄道車両の前照灯として好適である。なお、鍔部４４ｃ，５４ｃの前面部分とカバー１６の第１の開口部３６及び第２の開口部３７の縁部との間にスポンジ等の緩衝材を介在させて、第１の開口部３６及び第２の開口部３７を密閉する構成であっても良い。緩衝材を介在させることで、密閉性と粉塵浸入防止の機能とを向上させることができる。

また、第１のユニット構成体６１を構成する第１のレンズ保持部材６２と第１のリフレクタ４３とは、第１のレンズ保持部材６２と第１のリフレクタ４３を連結する固定枠部６３と共に、樹脂材料によって一体的に成形されている。また、第１のレンズ保持部材６２と第１のリフレクタ４３と固定枠部６３は単一の部品として構成されている。これにより、部品点数を減らすとともに、位置決め精度が要求される光学系の部品（第１のレンズ４４や第１のリフレクタ４３）を、一度の組み立て工程で放熱部材１５に対して精度よく設置することができる。すなわち、第１の発光ダイオード４２と第１のリフレクタ４３と第１のレンズ４４の３つの部品の各々の相対位置の精度が高められ、良好な配光パターン（光照射パターン）が形成可能となる。なお、第２のユニット構成体７１も同様の作用効果を奏する。

また、ハウジング１２内において、単数の第１の灯具ユニット４１と単数の第２の灯具ユニット５１が設けられており、更に、ハウジング１２内において、単数の第１のリフレクタ４３と単数の第１のレンズ４４と単数の第１の発光ダイオード４２が設けられ、単数の第２のリフレクタ５３と第２のレンズ５４と第２の発光ダイオード５２が設けられている。このように、鉄道車両用前照灯１１は、ロービーム照射とハイビーム照射という２つの機能を実現するのに必要となる構成を、最小数の部品を共通の灯室Ｓ内に配置することで実現しているため、鉄道車両用前照灯１１の小型化が可能となる。

本発明は上記実施形態に例示したものに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適宜変更可能である。

１１：鉄道車両用前照灯、１２：ハウジング、１５：放熱部材、１６：カバー、３６：第１の開口部、３７：第２の開口部、４１：第１の灯具ユニット、４２：第１の発光ダイオード（第１の発光素子の一例）、４３：第１のリフレクタ、４４：第１のレンズ、４４ｃ，５４ｃ：鍔部、５１：第２の灯具ユニット、５２：第２の発光ダイオード（第２の発光素子の一例）、５３：第２のリフレクタ、５４：第２のレンズ、６２：第１のレンズ保持部材、７２：第２のレンズ保持部材、８４：第１の光源搭載ブロック（光源搭載部の一例）、８５：第２の光源搭載ブロック（光源搭載部の一例）、Ｓ：灯室

Claims (5)

1. 第１の発光素子と、前記第１の発光素子が発する光を車両前方へ照射する第１のレンズと、を含む第１の灯具ユニットと、
   第２の発光素子と、前記第２の発光素子が発する光を車両前方へ照射する第２のレンズと、を含む第２の灯具ユニットと、
   カバーと、前記カバーとともに灯室を形成する金属製の放熱部材と、を有するハウジングと、を備え、
   前記第１の灯具ユニットと前記第２の灯具ユニットとが前記灯室に配置され、
   前記放熱部材は、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とが搭載される光源搭載部を前記灯室内に有することを特徴とする鉄道車両用前照灯。
2. 前記カバーは、前記放熱部材に対して車両前方から取り付けられ、前記第１のレンズから照射される光が通過する第１の開口部と前記第２のレンズから照射される光が通過する第２の開口部とが形成されており、
   前記第１のレンズと前記第２のレンズの各々は鍔部を有し、
   前記放熱部材に固定されるとともに、前記第１のレンズの鍔部の背面部分を保持する第１のレンズ保持部材と、
   前記放熱部材に固定されるとともに、前記第２のレンズの鍔部の背面部分を保持する第２のレンズ保持部材と、を備え、
   前記第１の開口部は、前記第１のレンズの鍔部の前面部分により密閉され、前記第２の開口部は、前記第２のレンズの鍔部の前面部分により密閉されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用前照灯。
3. 前記第１の発光素子が発する光を車両前方へ向けて反射する第１のリフレクタと、前記第２の発光素子が発する光を車両前方へ向けて反射する第２のリフレクタと、を備え、
   前記第１のリフレクタと前記第１のレンズ保持部材は一体的に形成され、前記第２のリフレクタと前記第２のレンズ保持部材は一体的に形成されることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用前照灯。
4. 前記ハウジング内において、単数の前記第１の灯具ユニットと単数の前記第２の灯具ユニットが設けられ、
   更に、前記ハウジング内において、前記第１のリフレクタと前記第１のレンズと前記第１の発光素子の各々は単数だけ設けられ、前記第２のリフレクタと前記第２のレンズと前記第２の発光素子の各々は単数だけ設けられていることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用前照灯。
5. 前記第１の灯具ユニットは、前記第１のレンズを介して、前記第１の発光素子が発する光をロービームとして車両前方へ照射し、
   前記第２の灯具ユニットは、前記第２のレンズを介して、前記第２の発光素子が発する光をハイビームの少なくとも一部として車両前方へ照射し、
   前記第２のレンズの外径は、前記第１のレンズの外径より大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の鉄道車両用前照灯。

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