JP7459643B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの放射光をリフレクタにより反射させて車両前方に照射するようにした車両用灯具に関する。

従来より、いわゆるリフレクタタイプの灯具ユニットを備えた車両用灯具が知られている。これは、半導体型の光源と、その上下いずれか一方に配置されて、光源から放射される光を所定の配光パターンとして車両前方に照射するリフレクタと、を備えている。また、リフレクタの内側には熱が籠りやすいので、光源をヒートシンクのベース部に配置して、放熱性を高めることが行われている。

例えば特許文献１に記載のものでは、金属製支持部材（ヒートシンクに相当）の天板の上面に光源であるＬＥＤの基板が搭載される一方、天板の下面には多数の放熱フィンが突設され、さらに、その下方に冷却ファンを配置している。すなわち、放熱フィンの一部の突出長さを短くすることによって、矩形断面の収容部を画成し、ここに冷却ファンユニットを収容している。

特開２００９－０２６５８７号公報

しかしながら前記従来例では、冷却ファンユニットの収容部を画成するために、放熱フィンの一部の突出長さを短くしているので、その分は放熱性が低下してしまうことは避けられない。一方で、仮に放熱フィンの一部の突出長さを短くせずに、その下方に冷却ファンを配置しようとすると、灯具ユニットの大型化を招き、車両への搭載性が損なわれるおそれがある。

かかる問題点を考慮して本発明の目的は、リフレクタ型の車両用灯具において、ヒートシンクのベース部の一方の面に光源を配置する場合に、放熱フィンの大きさを十分に確保して、放熱性を高めるとともに、大型化を招くことなく、冷却ファンによって冷却性能を高めることにある。

上記の目的を達成するために本発明は、以下のような態様を有する。
（１）本発明に係る１つの態様は、半導体型の光源と、該光源がベース部の上下いずれか一方の面に配設されたヒートシンクと、前記光源から前記一方に放射される放射光を車両前方に反射するリフレクタと、該リフレクタからの反射光を車両前方に投射するレンズと、を備える車両用灯具であって、前記レンズと前記ヒートシンクとの間に、車両前後方向に冷却風を流すように冷却ファンが配設されているものである。

（２）前記（１）の態様において、前記冷却ファンの前方には、前記リフレクタからの反射光の一部を遮光する遮光部を備えたシェードが設けられ、前記シェードには、車両前方から見て前記冷却ファンの回転翼の一部を包含する開口部が形成されていてもよい。

（３）前記（１）または（２）の態様において、前記冷却ファンは、その回転軸方向が前記レンズの光軸方向と一致するように配設されていてもよい。

（４）前記（１）～（３）のいずれかの態様において、前記ヒートシンクには、前記ベース部の前記一方の面と反対の他面において、それぞれ車両前後方向に延びる複数の放熱フィンが設けられており、車両前後方向に見て前記放熱フィンおよび前記冷却ファンが重複していてもよい。

（５）前記（４）の態様において、前記ヒートシンクには、上下方向に見て前記光源を含むように、前記ベース部の前記他面から膨出する厚肉部が形成され、該厚肉部における車両前方側に、前記冷却ファンからの冷却風が衝突するように壁面が形成されていてもよい。

（６）前記（５）の態様において、前記厚肉部の壁面は、前記ベース部の前記他面から離れるに連れて車両後方に位置するように傾斜し、その傾斜角度が前記他面に対して４５度以上かつ９０度未満とされていてもよい。

本発明によれば、リフレクタ型の車両用灯具において、ヒートシンクのベース部の一方の面に光源を配置する場合に、他方の面に設ける放熱フィンを十分に大きくして、放熱性を高めるとともに、ヒートシンクと車両前方のレンズとの間に冷却ファンを配設したことで、大型化を招くことなく、冷却性能をさらに高めることができる。

本発明に係る実施形態の車両用灯具を備えた車両の一例を示す平面図である。 灯具ユニットの構成を説明するための一部分解斜視図である。 灯具ユニットの構成を説明するための縦断面図である。 灯具ユニットのレンズ等を外して示す正面図である。 ヒートシンクの構造を説明するための横断面図である。 冷却風の流れを説明するために図３の一部を拡大して示す説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、添付図面では、見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。

また、特に断りがない場合、「前」、「後」は、各々、車両の「前進方向」、「後進方向」を示し、「上」、「下」、「左」、「右」は、各々、車両に乗車する運転者から見た方向を示す。また、「上」、「下」は鉛直方向での「上」、「下」でもあり、「左」、「右」は水平方向での「左」、「右」でもある。また、車両外側とは、車両の左右方向の中心を通る車両の前後軸に対して、車両の左右方向で外側を指し、車両内側とは、車両の左右方向で当該前後軸に近い側を指す。

［車両用灯具の全体的な構成］
図１は、本実施形態の車両用灯具を備えた車両１０２の平面図である。図示のように本実施形態の車両用灯具は、車両１０２の前側の左右のそれぞれに設けられる前照灯１０１Ｌ、１０１Ｒであるが、以下では単に車両用灯具と記載する。
この車両用灯具は、前側に開口したハウジング（図示せず）と、開口を覆うようにハウジングに取り付けられるアウターレンズ（図示せず）とを備え、ハウジングとアウターレンズとで形成される灯室内に灯具ユニット１０（図２、３を参照）が配置されている。

図２は、本実施形態の車両用灯具の灯具ユニット１０の構成を示す一部分解斜視図であり、図３は灯具ユニット１０をレンズ５０の光軸Ｚを通る鉛直面において切断した断面図であり、図４は、シェード６０、冷却ファン７０、放熱フィン３２の相互の位置関係を説明するために、レンズ５０等を外して示す灯具ユニット１０の正面図である。
なお、図３では見やすくするために断面上に位置するものだけを記載し、断面よりも奥側に見える部分についての記載を省略している。

本実施形態の灯具ユニット１０は、一例としてロービーム用のものであり、図２及び図３に表れているように、光源２０と、光源２０を配置するヒートシンク３０と、ヒートシンク３０上に配置されたリフレクタ４０と、光源２０よりも前方に配置されたレンズ５０と、レンズ５０および光源２０の間に配置されたシェード６０と、レンズ５０およびヒートシンク３０の間に配設された冷却ファン７０と、を備えている。

（光源２０）
光源２０は、基板上に発光チップが設けられた半導体型の光源であり、本実施形態ではＬＥＤを用いているが、ＬＤやＥＬ（有機ＥＬ）等を用いてもよい。基板に用いられる発光チップの形状や個数は特に限定されるものではなく、例えば、正方形状の発光チップを１つだけ基板上に配置してもよいし、複数横に並べるように基板上に配置して、長方形状の発光面を形成してもよいし、長方形状の発光チップを１つだけ基板上に配置してもよい。

（ヒートシンク３０）
ヒートシンク３０は、光源２０を配置するベース部３１と、ベース部３１から鉛直下側に突出するとともに、それぞれ前後方向に延びて、車幅方向に並ぶように設けられた複数（図の例では９個）の放熱フィン３２と、を備えている。また、図２に表れているように、ベース部３１の前端から一部の放熱フィン３２に繋がるように垂下し、冷却ファン７０を取り付けるためのネジ固定孔３３ａが設けられた取付部３３も設けられている。

また、ベース部３１の前端面にもネジ固定孔３１ａが開口しており、前記取付部３３のネジ固定孔３３ａと併せて２つのネジ固定孔３１ａ，３３ａに、それぞれネジ３４が螺合されることにより、ヒートシンク３０に冷却ファン７０が取り付けられるようになっている。なお、図３に表れているようにベース部３１には、光源２０の冷却性能をさらに高めるための厚肉部３５が設けられているが、この点については後述する。

（リフレクタ４０）
リフレクタ４０は、図２、３に表れているように、光源２０上を覆う半ドーム状とされ、ヒートシンク３０のベース部３１に取り付けられている。一例としてリフレクタ４０は、回転放物面の下部を除いた形状であり、その内面には、光源２０からの光を所定の配光パターンを形成するように前方側に反射する反射面が設けられている。なお、反射面の基準焦点は、光源２０の発光面の中心又はその近傍に位置づけられている。

（レンズ５０）
レンズ５０は、リフレクタ４０によって反射された光源２０からの光を前方に投射するものであり、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂及びガラス等の透明な材料で形成されている。一例としてレンズ５０は、図３に示すように、前方に突出した曲面からなる出射面５０ａと略平坦な入射面５０ｂとを備えた非球面レンズであるが、非球面レンズに限定されない。

また、図２に表れているように、レンズ５０の外周部には、レンズホルダ５２に挟持されるフランジ部５１が設けられている。レンズホルダ５２は、概略円筒状のレンズ固定部５３を備え、このレンズ固定部５３の周縁部にレンズ５０のフランジ部５１が当接する。また、周方向に間隔を空けて設けられた複数の挟持片５３ａによって、周縁部との間にレンズ５０のフランジ部５１が挟持される。

（シェード６０）
図２，３に表れているようにシェード６０は、リフレクタ４０からの反射光の一部を遮光する遮光部６１と、この遮光部６１を支持するブラケット部６２と、を備えている。遮光部６１は、左右に延びる長方形の板状とされ、その上端部が、ロービーム配光パターンのカットオフラインを生成する形状とされている。また、遮光部６１は、その前端部から後方に向かうほど上方に位置するように傾斜している。

一方、シェード６０のブラケット部６２は、全体としては矩形状とされ、その左右に設けられた一対のフランジ部６２ａが、ハウジング側の部材に取り付けられるようになっている。また、ブラケット部６２には、図４に示すように前方から見て冷却ファン７０の回転翼７１全体を包含する開口部６２ｂが形成されており、この開口部６２ｂを介して前方から冷却ファン７０に空気が供給される。

すなわち、図２，４に表れているように、開口部６２ｂの断面形状は下方に開放された逆Ｕ字状であり、冷却ファン７０の下半分については大きく開放する一方、上半分については回転翼７１の外周を近接して取り囲む半円形状とされている。これは、リフレクタ４０で上方を覆われた光源２０の周囲に、暖かい空気が滞留しやすいのを抑制するためである。また、下半分が開放されているのは、上下方向を省スペース化するためである。

（冷却ファン７０）
図２に表れているように冷却ファン７０は、矩形状のフレーム７２内に複数のステーを介して電動モータ７３を配設し、その出力軸に一体回転するように回転翼７１を固定してなる。フレーム７２の四隅にはそれぞれ取付け孔７２ａが設けられ、そのうちの対角線上に位置する２つにそれぞれネジ３４を挿入して、ヒートシンク３０のネジ固定孔３１ａ，３３ａに螺合させることにより、冷却ファン７０が取り付けられる。

図に示す例ではフレーム７２の四隅の取付け孔７２ａがそれぞれ、回転翼７１の回転軸ｚ１（図３にのみ示す）と平行に延びていて、冷却ファン７０は、その回転軸ｚ１方向がレンズ５０の光軸Ｚの方向と一致するように配設される。すなわち、冷却ファン７０をヒートシンク３０に取り付けるときに、前記のネジ３４をネジ固定孔３１ａ，３３ａに螺合させる方向が、光軸Ｚの方向になるので、作業性が高い。

上述したようにヒートシンク３０には、ベース部３１から鉛直下側に突出する複数の放熱フィン３２がそれぞれ前後方向に延びて設けられており、図３に表れているように、冷却ファン７０のフレーム７２の上側の枠部分がヒートシンク３０のベース部３１と略同じ高さに取り付けられ、その下側に位置する回転翼７１は、放熱フィン３２と同じ高さに位置付けられる。

つまり、図４に示すように前方から見ると、シェード６０の開口部６２ｂを通して冷却ファン７０の回転翼７１が、ヒートシンク３０の放熱フィン３２と重複している。このことで、回転翼７１から送り出される冷却風が効率よく、前後方向に延びる複数の放熱フィン３２の間を流れて、放熱を促すようになる。放熱面積が十分に大きいことと、冷却風がスムーズに流れることとで、相乗的に冷却性能が向上する。

（ヒートシンクの厚肉部）
そうして大きな放熱フィン３２の間を流れる冷却風によって、さらに光源２０の冷却性能を高めるために、本実施形態のヒートシンク３０には、ベース部３１の下面から膨出する厚肉部３５が形成されている。この厚肉部３５は、図３に表れているように左右方向に見ると、光源２０の基板よりも前後方向に長く、前後方向についてその基板を含むように設けられていて、その前方側には冷却風が衝突する壁面３５ａが形成されている。

また、図５に表れているように前後方向に見ると、厚肉部３５は、左右方向については光源２０を含むように、また基板一部を含むように形成されている。つまり、厚肉部３５は、上下方向に見て光源２０（実施形態では光源２０の基板の一部）を含む範囲において、ベース部３１の下面から下方に膨出しており、これにより光源２０の周囲の局所的な放熱性を高めることができる。

すなわち、上述したようにヒートシンク３０には十分な大きさの放熱フィン３２が設けられ、その放熱面積が大きくなっているとともに、前後方向に延びる複数の放熱フィン３２の間を冷却風が流れることによって、ヒートシンク３０全体としての放熱性は十分に確保されている。一方で冷却風の流れがスムーズであるがゆえに、光源２０の周囲に関して局所的に熱交換が不十分になって、放熱不足になるおそれがあった。

これに対して、前記のように光源２０の配置に対応するようにベース部３１に厚肉部３５を設け、その前方側に壁面３５ａを形成すると、図６に模式的に示すように、冷却風の流れが壁面３５ａに衝突して効果的に熱を奪うようになる。また、厚肉部３５の周囲では冷却風が直接当たるとともに、暖かい空気が滞留せず冷却風が当たることで、光源２０の周囲の局所的な放熱不足が解消される。

この場合、ベース部３１の下面に対する壁面３５ａの傾斜角度θが大き過ぎると、冷却風の流れに淀みを生じてしまい、流速が低下し過ぎることから、却って放熱不足になるおそれがある。一方、傾斜角度θが小さ過ぎると、冷却風の流速を好適に低下させることができない。そこで、本実施形態では、前記壁面３５ａを下方に向かって後方に位置する傾斜面とし、その傾斜角度θを約６０～８０度に設定している。

こうすることで、図６に矢印Ａとして示すように冷却風は壁面３５ａに衝突し、適度に乱れを生じて効果的に熱を奪いながら、この壁面３５ａに沿ってスムーズに下方に向かって流れ、さらに厚肉部３５の下方に回り込んで後方に流れてゆく。つまり、壁面３５ａに衝突した後に好適に流速の低下した冷却風によって、効果的に厚肉部３５との熱交換を促進し、放熱性を高めることができる。なお、肉厚部３５は、左右方向について基板を含むように形成されていてもよい。

［実施形態の車両用灯具が奏する効果］
以上、説明したように本実施形態に係る灯具ユニット１０では、図３、６に表れているようにレンズ５０とヒートシンク３０との間に、前後方向に冷却風を流すように冷却ファン７０を配設しており、従来までのようにヒートシンク３０の下方に冷却ファンを配設するのに比べて、放熱フィン３２を大きくして放熱性を高めつつも、灯具ユニット１０の大型化を招くことがない。

また、そうして放熱性を高めた複数の放熱フィン３２をそれぞれ前後方向に延びるように設けるとともに、その前方に冷却ファン７０を、前方から見て回転翼７１が放熱フィン３２と重複するように配設している。よって、この冷却ファン７０から後方に送り出した冷却風が複数の放熱フィン３２の間をスムーズに流れるようになり、相乗的に放熱フィン３２からの放熱性を高めることができる。

しかも、冷却ファン７０の前方に配設されたシェード６０には、前方から見て冷却ファン７０の回転翼７１を包含するように開口部６２ｂが形成されているとともに、この開口部６２ｂの上側は冷却ファン７０の回転翼７１の近傍を取り囲む半円形状とすることで、光源２０の周りの暖かい空気が回り込んで冷却ファン７０に吸い込まれることも抑制し、温度の低い空気をヒートシンクの放熱フィンを通して後方に送り出すことができる。

さらに、ヒートシンク３０のベース部３１の下面には、上下方向に見て光源２０を含む範囲において下方に膨出するように厚肉部３５を設けており、その前方側に形成される壁面３５ａに冷却風を衝突させるとともに、厚肉部３５の下方に回り込む空気の流速を好適に低下させることができる。これにより、冷却風と厚肉部３５との熱交換を促進し、光源２０周り局所の放熱性も高めることができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の望ましい実施形態について詳述したが、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、ヒートシンク３０のベース部３１の上面に光源２０を配置する一方、下面に放熱フィン３２を設けているが、これに限らず、図示しないが、ヒートシンクのベース部の下面に光源を配置し、その下方を覆うようにリフレクタを設ける一方、ベース部の上面に放熱フィンを設けでもよい。

また、上述した実施形態では、ヒートシンク３０の前方に配設した冷却ファン７０の前方にシェード６０が設けられており、このシェード６０のブラケット部６２には前方から見て冷却ファン７０の回転翼７１全体を包含するように開口部６２ｂが形成されているが、これにも限定されず、開口部６２ｂは回転翼７１の一部のみを包含するように形成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、冷却ファン７０とヒートシンク３０の放熱フィン３２とが、前後方向に見て重複するように設けられ、かつ、放熱フィン３２は前後方向に延びるように設けられているが、これには限定されない。

さらに、上述した実施形態では、光源２０の配置に対応付けて、ヒートシンク３０のベース部３１の下面から下方に膨出するように厚肉部３５を設け、その前方側の壁面３５ａの傾斜角度θを６０～８０度としているが、これにも限定されず、傾斜角度θは４５～９０度としてもよいし、壁面３５ａや厚肉部３５を設けなくてもよい。

加えて、上述した実施形態では、レンズ５０とヒートシンク３０との間に配設する冷却ファン７０の回転軸ｚ１方向を、レンズ５０の光軸Ｚ方向と一致させているが、これにも限定されず、例えば冷却ファン７０の回転軸ｚ１方向をレンズ５０の光軸Ｚの方向よりも少し後上がりにしてもよいし、反対に少し後ろ下がりにしてもよい。

１０ 灯具ユニット
２０ 光源
３０ ヒートシンク
３１ ベース部
３２ 放熱フィン
３５ 厚肉部
３５ａ 壁面
４０ リフレクタ
５０ レンズ
６０ シェード
６１ 遮光部
６２ｂ 開口部
７０ 冷却ファン
１０１Ｌ，１０１Ｒ 前照灯（車両用灯具）
１０２ 車両
θ 厚肉部の壁面の傾斜角度
Ｚ レンズの光軸
ｚ１ 冷却ファンの回転軸

Claims (5)

1. 半導体型の光源と、
   前記光源がベース部の上下いずれか一方の面に配設されたヒートシンクと、
   前記光源から前記一方に放射される放射光を車両前方に反射するリフレクタと、
   前記リフレクタからの反射光を車両前方に投射するレンズと、を備える車両用灯具であって、
   前記レンズと前記ヒートシンクとの間に、車両前後方向に冷却風を流すように冷却ファンが配設されており、
   前記冷却ファンの前方には、前記リフレクタからの反射光の一部を遮光する遮光部を備えたシェードが設けられ、
   前記シェードには、車両前方から見て前記冷却ファンの回転翼の一部を包含する開口部が形成されており、
   前記シェードの前記開口部は、車両前方から見て前記冷却ファンの前記回転翼の外周の前記一方側に近接して取り囲むとともに、前記冷却ファンの前記回転翼の外周の前記一方とは反対の他方側については開放する、車両用灯具。
2. 前記冷却ファンは、その回転軸方向が前記レンズの光軸方向と一致するように配設されている、請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記ヒートシンクには、前記ベース部の前記一方の面と反対の他面において、それぞれ車両前後方向に延びる複数の放熱フィンが設けられており、
   車両前後方向に見て前記放熱フィンおよび前記冷却ファンが重複している、請求項１または２のいずれかに記載の車両用灯具。
4. 前記ヒートシンクには、上下方向に見て前記光源を含むように、前記ベース部の前記他面から膨出する厚肉部が形成され、
   前記厚肉部における車両前方側に、前記冷却ファンからの冷却風が衝突するように壁面が形成されている、請求項３に記載の車両用灯具。
5. 前記厚肉部の壁面は、前記ベース部の前記他面から離れるに連れて車両後方に位置するように傾斜し、その傾斜角度が前記他面に対して４５度以上かつ９０度未満とされている、請求項４に記載の車両用灯具。