JP6606987B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体型光源を用いる車両用灯具に関する。
近年、発光ダイオード(LED)のような半導体型光源を利用した車両用灯具の普及が進んでいる。この種の車両用灯具では、半導体型光源における発熱を抑制するために放熱用のヒートシンクが用いられる。例えば特許文献1では、半導体型光源を含むLEDモジュールが搭載されるヒートシンクに放熱用のフィンを設けるとともに、ヒートシンクに取り付けられたファンによりフィンに対して送風することで、LEDモジュールの放熱を促進する構造が開示されている。
特開2010−262903号公報
上述したように、上記特許文献1では、ヒートシンクに放熱用のフィンを設けてファンで送風することにより放熱の効率化を図っている。このような放熱の効率化は、車両用灯具の小型化及び軽量化、更には製造コストの軽減に貢献するため、より一層の向上が望まれている。
本発明の少なくとも1実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、半導体型光源における発熱をコンパクトな構成で効果的に抑制可能な放熱構造を有する車両用灯具を提供することを目的とする。
(1)本発明の一実施形態に係る車両用灯具は上記課題を解決するために、光源と、前記光源を搭載する搭載面を有する放熱部と、前記放熱部の前記搭載面と反対側に設けられた裏面に取り付けられたファンと、前記ファンから供給される空気の一部を、前記裏面から前記放熱部を迂回して前記搭載面に導くように構成された通気流路を形成するフローガイド部と、を備える。
上記(1)の構成によれば、放熱部の裏面に取り付けられたファンから供給される空気の一部が、フローガイド部によって形成される通気流路を介して、搭載面側の光源に供給される。これにより、光源は放熱部を介した放熱作用に加えて、通気流路を介した送風に曝されることにより直接的に冷却されるため、良好な放熱作用が得られる。このように放熱の効率化が図れることにより、車両用灯具の小型化及び軽量化、更には製造コストの軽減を達成することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記ファンは、回転軸の周りに環状の送風領域を有する軸流ファンであり、前記送風領域の一部が前記裏面のうち前記光源に対応する位置に対向するとともに、前記回転軸が前記光源と前記通気流路との間に位置するように配置されている。
上記(2)の構成によれば、放熱部の裏面におけるファンの取付位置は、ファンの送風領域の一部が放熱部の裏面のうち光源に対応する位置に対向するように設定されることにより、放熱部を介した放熱作用を良好に得られる。またファンの回転軸が光源と前記通気流路との間に位置することで、ファンからの送風を通気流路に対して効率的に導くことができるため、通気流路を介した光源の冷却作用を向上できる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記フローガイド部は、前記裏面側から前記搭載面側に向かって延在する第1のガイド部と、前記搭載面側において前記第1のガイド部から連続し、前記搭載面に沿って延在する第2のガイド部と、を備える。
上記(3)の構成によれば、ファンから通気流路に供給される空気は、第1のガイド部によって裏面側から搭載面側に導かれた後、第2のガイド部によって光源が設けられた搭載面側に向かって偏向される。これにより、ファンから供給される空気の一部を、通気流路を介して効率的に光源に導くことができ、良好な放熱作用が得られる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)から(3)のいずれか1構成において、前記フローガイド部の少なくとも一部は、前記放熱部と一体的に形成されている。
上記(4)の構成によれば、フローガイドの少なくとも一部を放熱部材と一体的に形成することで、車両用灯具を少ない部材数で構成することができ、より小型化及び低コスト化に適した車両用灯具を実現できる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)から(4)のいずれか1構成において、光軸上に配置される光学部材を保持するフレームを更に備え、前記フローガイド部の少なくとも一部は、前記フレームと一体的に形成されている。
上記(5)の構成によれば、フローガイドの少なくとも一部を、光学部材を保持するフレームと一体的に形成することで、車両用灯具を少ない部材数で構成することができ、より小型化及び低コスト化に適した車両用灯具を実現できる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)から(5)のいずれか1構成において、前記フローガイド部から前記光源に向かって前記搭載面上に凹状に形成されることにより、前記通気流路を介して前記搭載面側に導かれた空気を前記光源にガイドするガイド部を有する。
上記(6)の構成によれば、搭載面上に凹状に形成されたガイド部を設けることにより、通気流路を介して裏面側から搭載面側に供給される空気を、搭載面上の光源に対して、より効率的に導くことができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)から(6)のいずれか1構成において、前記放熱部の前記搭載面側には、前記光源からの光を反射する反射部材が、前記通気流路と前記光源との間に設けられており、前記反射部材は、前記通気流路を介して導かれた空気を前記光源に通すように、前記搭載面との間に隙間が形成されるように構成されている。
上記(7)の構成によれば、搭載面側において通気流路と光源との間に反射部材を備える場合、反射部材と搭載面との間に隙間を設けることで、反射部材の機能を確保しつつ、通気流路を介して放熱部の裏面側から供給された空気を効率的に光源に導くことができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)の構成において、前記反射部材は、前記通気流路に面する側が前記搭載面の法線に対して前記連通流路側に傾くようにテーパ形状を有する。
上記(8)の構成によれば、反射部材のうち通気流路に面する側をテーパ形状とすることで、通気流路から供給される空気を反射部材と搭載面との間に設けられた隙間に導かれるように整流できる。これにより、通気流路からの空気を光源に対してより効率的に導くことができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)から(8)のいずれか1構成において、前記搭載面上で前記光源を覆うように構成されたフレームを更に備え、前記フレームのうち前記光源から見て前記フローガイド部とは反対側に、前記光源に供給された空気を排出するための排出口が設けられている。
上記(9)の構成によれば、光源を覆うフレームに排出口を設けることにより、通気流路から供給される空気が光源を冷却した後、排出口を介して外部に排出されるよう流路が形成される。これにより、光源を覆うフレーム内の空気の滞りがなくなり、通気流路から供給される空気によって、より効率的に光源を冷却できる。特に、排出口はフローガイド部とは反対側に設けられることにより、光源を冷却した後の空気をスムーズに排出することができるので、当該作用をより効果的に享受できる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)から(9)のいずれか1構成において、前記光源は、前記フローガイド部によって導かれた空気の供給方向の交差方向に沿って前記搭載面上に配列された複数の発光素子を有し、前記通気流路の前記交差方向に沿った幅は、前記複数の発光素子の前記交差方向に沿った配置領域より広い。
上記(10)の構成によれば、通気流路から供給される空気が、複数の発光素子が配列されている領域をカバーするように流れる。これにより、複数の発光素子全体を万遍なく冷却できる。
本発明の少なくとも1実施形態によれば、半導体型光源における発熱をコンパクトな構成で効果的に抑制可能な放熱構造を有する車両用灯具を提供できる。
本発明の少なくとも1実施形態に係る車両用灯具の外観斜視図である。 図1の車両用灯具の光軸に沿った分解斜視図である。 図1の車両用灯具の光軸に沿った鉛直断面図である。 図3の変形例である。 プレートの変形例を単体で示す斜視図である。 他の実施形態に係る車両用灯具の光軸に沿った鉛直断面図である。 図6の車両用灯具の光軸に沿った分解斜視図である。 他の実施形態に係る車両用灯具の光軸に沿った分解斜視図である。 図8の車両用灯具の光軸に沿った鉛直断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は本発明の少なくとも1実施形態に係る車両用灯具10の外観斜視図であり、図2は図1の車両用灯具10の光軸1に沿った分解斜視図であり、図3は図1の車両用灯具10の光軸1に沿った鉛直断面図である。
尚、以下の説明で方向について言及する際には、特段の記載がない限りにおいて、図1における前後方向、水平方向及び鉛直方向を基準に述べることとする。
車両用灯具10は、車両の前部両端側に搭載される前照灯(ヘッドランプ)であり、車両前方に向かって延びる光軸1を有する。車両用灯具10は、図2に示されるように、光軸1に沿って車両前方側から順に、リテーナ12、レンズ14、フレーム16、プレート18、光源基板20、ヒートシンク22及びファン24が組み合わせられて構成される。
尚、車両用灯具10は、これらの構成要素が、透光性を有する樹脂又はガラスで形成されたランプレンズに車両後方側からランプハウジングを取り付けて構成される灯室内に収容されてなるが、図1及び図3ではランプレンズ及びランプハウジングの図示を省略している。
光源基板20は、基板26上に少なくとも1の発光素子を有する。本実施形態では、発光素子として半導体型光源である発光ダイオード(LED)素子が用いられている。LED素子はLEDチップ28としてパッケージング化された形態で、基板26上に複数実装されている。これら複数のLEDチップ28は、基板26上に水平方向に沿って配列されており、制御ロジック(不図示)からの指令に基づいて個別にオン/オフされることで所定の偏光パターンを形成可能となっている。また基板26上には電源コネクタ30が設けられており、該電源コネクタ30に外部から電源ライン(不図示)が接続されることにより、各LEDチップ28に駆動用電力が供給されるように構成されている。
尚、本実施形態では発光素子として用いられる半導体型光源としてLEDを採用した場合を例示しているが、例えばOEL又はOLED(有機EL)などを用いてもよい。
光源基板20は動作時に発熱により高温となるため、放熱用のヒートシンク22上に搭載されている。ヒートシンク22は良好な熱伝導性を有する材料から形成されており、例えばアルミダイカストや樹脂材料からなる。ヒートシンク22のうち光源基板20が搭載される搭載面22aは略平坦形状を有することにより、光源基板20との接触面積を多く確保し、ヒートシンク22への放熱が促進されるように構成されている。
プレート18は、光源基板20(LEDチップ28)からの照射光の一部を反射することにより所定の変更パターンを形成する反射部33を有する反射部材(リフレクタ)である。プレート18は、反射部33の両側にそれぞれ延在する支持部37を有しており、該支持部37に設けられた貫通穴に挿入されるスクリュー34によって、光源基板20とともに搭載面22aに固定されている。
光源基板20からの照射光は、その一部がプレート18によって反射されるとともに、光軸1上に配置されたレンズ14を介して車両前方に向かって投影される。レンズ14は正面視非円形状を有する異形レンズである。レンズ14は、図3に示されるように、その周縁がリテーナ12及びフレーム16間に挟み込まれるように保持された状態で、リテーナ12及びフレーム16に設けられた貫通穴に挿入されるスクリュー38によって、搭載面22aに固定されている。
ヒートシンク22は搭載面22aと反対側に裏面22bを有している。裏面22bには、複数の放熱フィン32が設けられている。複数の放熱フィン32は、それぞれ鉛直方向に沿って延在するリブ形状を有しており、ヒートシンク22の空気との接触面積を増やすことにより良好な放熱効率が得られるように構成されている。
ヒートシンク22の裏面22bには、空冷用のファン24が設けられている。ファン24は回転軸31を中心に環状の送風領域36を有する軸流ファンであり、裏面22bに対して回転軸31が略垂直になるように、複数のスクリュー38によって取り付けられている。ファン24が動作すると、裏面22bに対して空気が送り込まれることにより、裏面22bに設けられた放熱フィン32からの放熱作用が促進される。本実施形態ではファン24は回転軸31の周りに複数のブレードを有しており、各ブレードはファン24の作動時に径方向長さの略中点近傍において送風量が最大になる形状を有している。
このようなファン24は、送風領域36の一部がヒートシンク22の裏面22bのうち光源基板20(特にLEDチップ28)に対応する位置に対向するように配置されている。これにより、ファン24からの送風は、ヒートシンク22のうちLEDチップ28に近い領域を中心に向かって行われるので、ヒートシンク22を介したLEDチップ28の放熱を効果的に行うことができる。
ここでヒートシンク22には、通気流路42が形成を形成するためのフローガイド部40が設けられている。フローガイド部40は、裏面22b側から搭載面22a側に向かって延在する第1のガイド部41と、搭載面22a側において第1のガイド部41から連続しており、搭載面22aに沿って延在する第2のガイド部44とから構成される。ヒートシンク22の裏面22bに取り付けられたファン24からの送風は、その一部が通気流路42に入り込むことにより、第1のガイド部41によって搭載面22a側に導かれる。このように第1のガイド部41によって導かれた空気の流れは、第2のガイド部44によって光源基板に向かうように偏向される。このようにフローガイド部40が設けられることにより、ファン24から供給される空気の一部が、裏面22bからヒートシンク22本体を迂回して搭載面22aに導かれる。
通気流路42を介して搭載面22aに導かれた空気は、搭載面22a上においてプレート18との間に設けられた隙間46を通過し、光源基板20上のLEDチップ28に供給される。これにより、発熱源となるLEDチップ28はヒートシンク22を介した放熱に加えて、通気流路42を通ったファン24からの送風によって直接的に冷却される。このように放熱の効率化が図られることにより、同等な放熱作用を得るためのヒートシンク22のサイズを抑えることができ、その結果、車両用灯具10の小型化及び軽量化、更には製造コストの軽減を達成することができる。
本実施形態では特に、ヒートシンク22の裏面22b側に設けられるファン24は、その回転軸31がLEDチップ28と通気流路42との間に位置するように取り付けられている。これにより、送風領域36から送り出される空気の一部は、ヒートシンク22の裏面22b側と接触(衝突)した後、通気流路42に向かって効率的に導かれることとなる。そのため、通気流路42を介して裏面22b側から搭載面22a側により多くの空気を導くことができ、上記放熱作用をより効果的に享受することができる。
尚、ヒートシンク22の裏面22bに対するファン24の取付位置は、図4に示されるように光軸1に沿った上下方向断面において、回転軸31の周りに設けられた複数のブレードの中央部24aが光軸1と一致するように配置されていてもよい。この場合、ブレードのうちファン24が作動した際に送風量が最も大きくなる領域(すなわちブレードの径方向長さの略中点近傍)が裏面22bのLEDチップ28に対応する位置となるため、ヒートシンク22を介したLEDチップ28の放熱効果を特に良好に享受できる。
特に、裏面22bに設けられた放熱フィン32は、上述したように鉛直方向に沿って延在するように設けられているため、裏面22bに衝突するファン24からの送風は、放熱フィン32に沿って整流されることにより、通気流路42に効率的に導かれることとなる。このように、ファン24から通気流路42への効率的な空気の流路を形成できるため、より効果的な放熱を行うことができる。
更に好ましくは、図3に示されるように、ファン24の送風領域36の一部が通気流路42の入り口に対向するように至っていてもよい。これにより、ファン24から送り出される空気の流線上に通気流路42の入口が位置することとなるため、通気流路42に比較的大きな流速を有する空気の流れを導くことができ、LEDチップ28の冷却をより効果的に行うことができる。
尚、本実施形態では、フローガイド部40はヒートシンク22と一体的に形成されているため、これらを別部材として構成する場合に比べて車両用灯具10を形成するための部材数を少なく抑えることができ、小型化及び低コスト化に適している。
また隙間46を形成するプレート18のうち通気流路42に面する側は、搭載面22aの法線(光軸1)に対して通気流路42側に傾くようにテーパ形状を有する。これにより、通気流路42から供給される空気は、該テーパ形状によって隙間46に導かれるように整流され、当該空気によるLEDチップ28の放熱を効果的に促進できる。
ここで図5はプレート18の変形例を単体で示す斜視図である。図5(a)では、プレート18のうち搭載面22aに対向する側に、通気流路42の出口から光源基板20に向かう方向に沿って延在するように形成された凹状の溝39が設けられている。これにより、通気流路42の出口から光源基板20に向かう空気が整流され、光源基板20に効率的に冷却用の空気を向けることができる。
また図5(b)では、プレート18のうち搭載面22aに対向する側を凹曲面43に形成している。これもまた図5(a)と同様に、通気流路42の出口から光源基板20に向かう空気が整流され、光源基板20に効率的に冷却用の空気を向けることができる。
続いて、上述の通気流路42は、水平方向における幅が、光源基板20上における複数のLEDチップ28の配置領域を含むように構成されている。これにより、通気流路42を介して裏面22b側から導かれた空気を複数のLEDチップ28全体に対して万遍なく行き渡らせることができる。
また搭載面22a上で冷却対象であるLEDチップ28を覆うように構成されたリテーナ12及びフレーム16には通気用の排出口48が設けられている。排出口48は、LEDチップ28から見てフローガイド部40とは反対側に設けられており、通気流路42介してLEDチップ28に供給される空気を外部に逃す流路を形成する。これにより、LEDチップ28の周囲に空気が滞ることにより冷却作用が低下することを防止できる。
続いて図6及び図7を参照して、他の実施形態に係る車両用灯具10’について説明する。図6は他の実施形態に係る車両用灯具10’の光軸1に沿った鉛直断面図であり、図7は図6の車両用灯具10’ の光軸1に沿った分解斜視図である。
本実施形態では、上述の実施形態と基本的構成を共通としているが、ヒートシンク22の搭載面22aに、フローガイド部40から光源基板20に向かって凹状に形成されるガイド部50を有する。ガイド部50は、通気流路42を介して裏面22b側から搭載面22a側に導かれた空気が、光源基板20に向かって整流されるようにガイドする。これにより、通気流路42からの空気が搭載面22a上の光源基板20に供給される流路を的確に形成することができ、より効率的な放熱効果が得られる。
このようにガイド部50はヒートシンク22の搭載面22a側に凹状に形成されるため、光源基板20が搭載される搭載面22aとの間に少なからず段差52が生じることとなるが、本実施形態では、当該段差52が傾斜を有することにより、ガイド部50と搭載面22aとの間がなだらかになっている。これにより、通気流路42によって導かれた空気が、ガイド部50の出口(すなわち、光源基板20側)で段差52に衝突することによって拡散されて流速が減少することを抑制できる。これにより、通気流路42を介して搭載面22aに導かれる空気を光源基板20に対して、より効率的に供給することができる。
続いて図8及び図9を参照して、他の実施形態に係る車両用灯具10’’について説明する。図8は他の実施形態に係る車両用灯具10’’の光軸1に沿った分解斜視図であり、図9は図8の車両用灯具10’’の光軸1に沿った鉛直断面図である。
上述の実施形態では、通気流路42を形成するフローガイド部40は、ヒートシンク22の一部として形成されていたが、本実施形態では、リテーナ12とともにレンズ14を保持するフレーム16の一部を含んで構成されている。具体的にはヒートシンク22は、上記実施形態と同様に、第1のガイド部41及び第2のガイド部44を備えているが、本実施形態では更に、フレーム16の下方端側から延在する第3のガイド部54を備えている。
第3のガイド部54はフレーム16と一体的に構成されており、ヒートシンク22の一部である第1のガイド部41及び第2のガイド部44とともに通気流路42を構成している。特に、第2のガイド部44及び第3のガイド部54はともに搭載面22aに沿って延在しており、互いに組み合わされることにより、第1のガイド部41によって裏面22b側から搭載面22a側に導かれた空気を光源基板20に向けて整流するように構成されている。
尚、第2のガイド部44及び第3のガイド部54は、互いに接触していてもよいし、適度な隙間を介して配置されていてもよい。
以上説明したように、本発明の少なくとも1実施形態によれば、ファン24から供給される空気の一部が、フローガイド部40によって形成される通気流路42を介して搭載面22a側から光源に供給される。そのため、光源基板20はヒートシンク22を介した間接的な放熱作用に加えて、ファン24からの送風によって直接的に冷却されることにより、良好な放熱作用が得られる。このように放熱の効率化が図れるため、車両用灯具の小型化及び軽量化、更には製造コストの軽減を達成することができる。
1 光軸
10 車両用灯具
12 リテーナ
14 レンズ
16 フレーム
18 プレート
20 光源基板
22 ヒートシンク
22a 搭載面
22b 裏面
24 ファン
26 基板
28 LEDチップ
30 電源コネクタ
31 回転軸
32 放熱フィン
33 反射部
34,38 スクリュー
36 送風領域
37 支持部
39 溝
40 フローガイド部
41 第1のガイド部
42 通気流路
43 凹曲面
44 第2のガイド部
46 隙間
48 排出口
50 ガイド部
52 段差
54 第3のガイド部

Claims (10)

  1. 光軸上に設けられた光源及びレンズと、
    前記光源を搭載する前記光軸に略垂直な搭載面を有する放熱部と、
    前記放熱部の前記搭載面と反対側に設けられた裏面に取り付けられたファンと、
    前記ファンから供給される空気の一部を、前記裏面から前記放熱部を迂回して前記搭載面に導くように構成された通気流路を形成するフローガイド部と、
    を備え
    前記フローガイド部は前記光軸に対して前記レンズより外側に設けられることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記ファンは、回転軸の周りに環状の送風領域を有する軸流ファンであり、前記送風領域の一部が前記裏面のうち前記光源に対応する位置に対向するとともに、前記回転軸が前記光源と前記通気流路との間に位置するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記フローガイド部は、
    前記裏面側から前記搭載面側に向かって延在する第1のガイド部と、
    前記搭載面側において前記第1のガイド部から連続し、前記搭載面に沿って延在する第2のガイド部と、
    を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用灯具。
  4. 前記フローガイド部の少なくとも一部は、前記放熱部と一体的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1項に記載の車両用灯具。
  5. 光軸上に配置される光学部材を保持するフレームを更に備え、
    前記フローガイド部の少なくとも一部は、前記フレームと一体的に形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  6. 前記フローガイド部から前記光源に向かって前記搭載面上に凹状に形成されることにより、前記通気流路を介して前記搭載面側に導かれた空気を前記光源にガイドするガイド部を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  7. 前記放熱部の前記搭載面側には、前記光源からの光を反射する反射部材が、前記通気流路と前記光源との間に設けられており、
    前記反射部材は、前記通気流路を介して導かれた空気を前記光源に通すように、前記搭載面との間に隙間が形成されるように構成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  8. 前記反射部材は、前記通気流路に面する側が前記搭載面の法線に対して前記通気流路側に傾くようにテーパ形状を有することを特徴とする請求項7に記載の車両用灯具。
  9. 前記搭載面上で前記光源を覆うように構成されたフレームを更に備え、
    前記フレームのうち前記光源から見て前記フローガイド部とは反対側に、前記光源に供給された空気を排出するための排出口が設けられていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  10. 前記光源は、前記フローガイド部によって導かれた空気の供給方向の交差方向に沿って前記搭載面上に配列された複数の発光素子を有し、
    前記通気流路の前記交差方向に沿った幅は、前記複数の発光素子の前記交差方向に沿った配置領域より広いことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の車両用灯具。
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