JPWO2015076167A1 - 投影レンズ及びそれを備えた車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

本発明の目的の一つは、低コストで高品質に製造することが可能な投影レンズ及びそれを備えた車両用灯具を提供することである。透光性を有する樹脂から形成された投影レンズ(11)であって、光が入射される入射部(12)と、入射部(12)から入射した光を出射する出射部(13)と、入射部(12)と出射部(13)との境界に設けられた周縁部(14)と、周縁部(14)の一の部分に設けられ、周縁部(14)の他の部分よりも光軸方向に厚くされるとともに、外周面の少なくとも一部にゲート痕が形成された厚肉部(15)と、を有する。

Description

本発明は、車両用灯具を構成する投影レンズ及びそれを備えた車両用灯具に関する。
車両用灯具には、入射部に入射された光源からの光を出射部から出射させて灯具前方へ照射する投影レンズを備えたものがある。この投影レンズは、例えば金型のキャビティ内に溶融した透明樹脂を射出することで成形される(例えば、特許文献1参照)。
日本国特開2000−113701号公報
溶融樹脂を金型のキャビティに送り込む流路であるランナーは、入射部と出射部との境界に形成される周縁部を成形する部分にゲートを介して連通される。そして、溶融樹脂は、ゲートを通過してキャビティ内へ充填される。
ところで、投影レンズの周縁部は、光軸方向の厚さが薄いため、周縁部の一部で連通されるゲートが細くなってしまう。すると、ゲートでの圧力損失が大きくなり、充填圧が十分に得られず、成形性が悪化することがある。例えば、キャビティに充填する溶融樹脂の一部がゲートの金型表面から固化し始め、ゲート断面積が更に小さくなり、品質低下や生産性の低下によるコストアップを招くおそれがある。
本発明の目的は、低コストで高品質に製造することが可能な投影レンズ及びそれを備えた車両用灯具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投影レンズは、
透光性を有する樹脂から形成された投影レンズであって、
光が入射される入射部と、
前記入射部から入射した光を出射する出射部と、
前記入射部と前記出射部との境界に設けられた周縁部と、
前記周縁部の一の部分に設けられ、前記周縁部の他の部分よりも光軸方向に厚くされるとともに、外周面の少なくとも一部にゲート痕が形成された厚肉部と、
を有することを特徴とする。
上記構成の投影レンズによれば、投影レンズを成形するための金型のキャビティにおける厚肉部の成形箇所にゲートを連通させることで、ゲートの断面積を大きく確保することができる。よって、ゲートでの圧力損失が極力抑えられ、溶融樹脂がキャビティへ円滑に充填される。これにより、キャビティへの樹脂の充填圧を十分に確保することができ、成形性を向上させて寸法精度及び品質の向上を図ることができる。また、圧力損失が極力抑えられることで、一度の成形工程で、より多くの投影レンズを成形することができ、生産性の向上によるコストダウンを図ることができる。
また、本発明の投影レンズにおいて、前記厚肉部は、前記周縁部の他の部分に対して前記入射部側へ突出されて厚くされていても良い。
上記構成の投影レンズによれば、出射部側と比較してデッドスペースとなる無効配光領域が大きくなりやすい入射部側に厚肉部を突出させて厚くすることで、無効配光領域を有効に利用することができる。
また、本発明の投影レンズにおいて、前記厚肉部の外周面は、当該投影レンズを側面から見て、前記ゲート痕が形成された第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面とを有し、前記第2の面は、当該投影レンズの光軸に近づくにつれて、前記厚肉部の前記光軸方向の厚さが薄くなるように傾斜していても良い。
上記構成の投影レンズによれば、金型の厚肉部の成形箇所における溶融樹脂の流路幅をゲートの流路幅と同程度に確保することができ、溶融樹脂を金型のキャビティの内部に向けて円滑に充填することができる。したがって、さらに成形性を向上させて寸法精度及び品質の向上を図ることができる。
また、本発明の車両用灯具は、上記の投影レンズと、前記投影レンズの前記入射部へ光を照射する光源とを備えることを特徴とする。
上記構成の車両用灯具によれば、低コストで製造可能な投影レンズを用いることで、製造コストを抑えることができる。また、投影レンズの厚肉部で光が屈折するので、外部から灯具を見た際に、投影レンズの奥側の構造物の透視を防ぐことができ、見映えを良くすることができる。
本発明の車両用灯具において、前記投影レンズを保持するホルダを備え、前記ホルダは、前記厚肉部が係合可能な係合部を有しても良い。
上記構成の車両用灯具によれば、ホルダの係合部に投影レンズの厚肉部を係合させることで、投影レンズをホルダに位置決めして容易に組み付けることができる。
本発明によれば、低コストで高品質に製造することが可能な投影レンズ及びそれを備えた車両用灯具を提供することができる。
本実施形態に係る投影レンズを示す入射部側から見た斜視図である。 本実施形態に係る投影レンズを示す図であって、(a)は側面図、(b)は入射部側から見た正面図である。 本実施形態に係る車両用灯具を示す断面図である。 車両用灯具を構成する光源ユニットの分解斜視図である。 光源からの光の光路のシミュレーションで求められた有効配光領域及び無効配光領域を示す投影レンズの入射部側から見た概略正面図である。 投影レンズを通過する光の経路を説明するための投影レンズの側面図である。 投影レンズを成形するレンズ成形用金型の可動型の概略平面図である。 投影レンズを成形するレンズ成形用金型の一部の断面図である。 レンズ成形用金型のキャビティとゲートとの連通部分の断面図である。 比較例に係る投影レンズの側面図である。 比較例の投影レンズを成形するレンズ成形用金型のキャビティとゲートとの連通部分の断面図である。 変形例1に係る投影レンズを示す入射部側から見た斜視図である。 変形例1に係る投影レンズを示す図であって、(a)は側面図、(b)は入射部側から見た正面図である。 変形例2に係る投影レンズを示す側面図である。 変形例2に係る投影レンズを示す入射部側から見た正面図である。
以下、本発明に係る投影レンズ及びそれを備えた車両用灯具の実施の形態の一例を、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る投影レンズを示す入射部側から見た斜視図である。図2は、本実施形態に係る投影レンズを示す図であって、(a)は側面図、(b)は入射部側から見た正面図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る投影レンズ11は、入射部12と、出射部13と、周縁部14と、厚肉部15とを有している。この投影レンズ11は、透光性を有する透明な樹脂材料から成形されたもので、正面視で円形状に形成されている。この投影レンズ11は、入射部12に、平面形状の入射面12aを有しており、この入射部12の入射面12aに光が入射される。また、投影レンズ11は、出射部13に、凸形状に膨出する出射面13aを有しており、入射部12の入射面12aから入射された光を出射部13の出射面13aから出射する。この投影レンズ11は、入射部12の入射面12a及び出射部13の出射面13aを通る光軸Axを有している。投影レンズ11は、入射面12aに入射される光を光軸Ax寄りに屈折させて出射面13aから出射させる。
周縁部14は、投影レンズ11の周方向にわたって入射部12と出射部13との境界に設けられている。この周縁部14は、外方へ張り出すフランジ部21を有している。
厚肉部15は、周縁部14の一の部分に設けられている。この厚肉部15は、周縁部14の他の部分よりも光軸Ax方向に厚くされている。厚肉部15は、周縁部14の他の部分に対して入射部12側へ突出されて厚くされている。厚肉部15は、周縁部14に沿う外縁面22(第1の面の一例)と、外縁面22よりも光軸Ax側に配置される内縁面23(第2の面の一例)と、外縁面22と内縁面23とを接続する接続面24とを含む外周面を有している。外縁面22は、金型成形時にゲート部分が切断されて形成されるゲート痕を有している。内縁面23は、投影レンズ11を側面から見て、外縁面22と対向するように配置されており、投影レンズ11の光軸Axに近づくにつれて、厚肉部15の光軸方向の厚さが薄くなるように傾斜するテーパ面23aを有している。図2(b)のように投影レンズ11を正面視で見て、内縁面23の両端は左右方向に周縁部14まで延びており、厚肉部15の外形ラインが極力少なくされて目立たなくされている。
次に、上記の投影レンズを備えた本実施形態に係る車両用灯具について説明する。
図3は、本実施形態に係る車両用灯具を示す断面図である。図4は、車両用灯具を構成する光源ユニットの分解斜視図である。
図3に示すように、車両用灯具30は、前方が開口した灯具ボディ31と、この灯具ボディ31の開口を覆うように取り付けられる光透過性の透光カバー32とを備えている。この車両用灯具30は、車両の前部に設けられて車両前方を照らす前照灯である。
なお、本例において、前方とは、車両用灯具30における透光カバー32側(図3の左方向)であり、後方とは、前方と反対の灯具ボディ31側(図3の右方向)である。
透光カバー32は、灯具ボディ31に接着固定されて取り付けられ、この透光カバー32を灯具ボディ31に取り付けることで、車両用灯具30の内部に、密閉された灯室Sが形成されている。
この車両用灯具30は、灯室S内に、上記の投影レンズ11と、光源ユニット41とを有している。投影レンズ11は、その光軸Axが車両前後方向に向けて配置されており、この投影レンズ11の後方に、光源ユニット41が配置されている。
図4に示すように、光源ユニット41は、灯具ボディ31に支持される支持部42を有している。この支持部42は、車両前後方向の光軸Axに沿う水平面からなる光源固定面43を有している。光源固定面43には、LED(Light Emitting Diode)からなる光源44が固定されており、この光源44は、略上向きに発光する。また、光源固定面43には、光源44の上方を覆うように、リフレクタ45が固定されている。リフレクタ45は、例えば楕円を基調とする自由曲面からなる内面を有しており、光源44からの光を前方へ向けて光軸Ax寄りに反射させて投影レンズ11の後方焦点近傍に収束させる。
支持部42は、投影レンズ11を保持するホルダ46を有している。ホルダ46は、環状に形成されており、ホルダ46の端面46aに、投影レンズ11のフランジ部21の入射部12側が溶着や接着等によって固定されている。これにより、投影レンズ11は、支持部42のホルダ46に、入射部12側を光源44へ向けた状態に保持されている。環状に形成されたホルダ46は、投影レンズ11と対向する側に形成された凹部からなる係合部47を有している。この係合部47には、投影レンズ11の入射部12側に形成された厚肉部15が係合される。これにより、投影レンズ11は、その厚肉部15が下方側に配置された状態に位置決めされてホルダ46に固定される。
上記構造の車両用灯具30において、光源ユニット41の光源44を点灯させると、光源44からの直接光及びリフレクタ45での反射光が投影レンズ11へ照射される。そして、光源ユニット41から投影レンズ11へ照射された光は、投影レンズ11を通して光軸Axよりに屈折され、車両の前方へ照射される。
ここで、図5に示すように、本例の投影レンズ11の入射部12側は、配光に寄与する有効配光領域A1と、配光に寄与しない無効配光領域A2とを有している。この有効配光領域A1及び無効配光領域A2は、光源からの光の光路をシミュレーションすることによって求められ、光源からの光は、入射部12における有効配光領域A1から入射し、入射部12における無効配光領域A2には入射されない。
そして、本実施形態に係る投影レンズ11では、厚肉部15が、入射部12における有効配光領域A1から外れたデッドスペースである無効配光領域A2に形成されている。したがって、この投影レンズ11の入射部12に光を入射させる際に、その光が厚肉部15にかからず、よって、厚肉部15が配光に影響することはない。なお、厚肉部15は、有効配光領域A1から外れた位置に形成することが好ましいが、一部が有効配光領域A1内に配置されていても良い。
なお、投影レンズ11の出射部13側においても、配光に寄与する有効配光領域A1と、配光に寄与しない無効配光領域A2が存在し、有効配光領域A1から光が出射し、無効配光領域A2からは光が出射されない。図6に示すように、一般的な形状の投影レンズ200では、入射部201から入射した光が光軸Ax寄りに屈折されて出射部202から出射されるが、光源からの光Lは、広がりながら入射部201へ入射されるため、有効配光領域は、入射部201側よりも出射部202側で大きくなる。つまり、入射部201側の無効配光領域X1は、出射部202側の無効配光領域X2よりも大きくなる。したがって、本実施形態の投影レンズ11において、無効配光領域A2に形成する厚肉部15は、出射部13側よりも入射部12側に設けた方が大きく形成することができる。
次に、本実施形態に係る投影レンズ11の製造方法について説明する。
図7は、投影レンズを成形するレンズ成形用金型の可動型の概略平面図である。図8は、投影レンズを成形するレンズ成形用金型の一部の断面図である。図9は、レンズ成形用金型のキャビティとゲートとの連通部分の断面図である。
(厚肉部の設計工程)
製造する投影レンズ11の入射部12側における有効配光領域A1と無効配光領域A2とをシミュレーションによって求め(図3参照)、無効配光領域A2に形成する厚肉部15の大きさ及び形状を決定する。
(金型の準備工程)
図7及び図8に示すように、投影レンズ11を成形するレンズ成形用金型51を準備する。レンズ成形用金型51は、固定型52と可動型53とから構成されている。レンズ成形用金型51は、固定型52と可動型53とを突き合わせることで、投影レンズ11の成形空間である複数(本例では5つ)のキャビティ55と、溶融樹脂が送り込まれるランナー56と、ランナー56とキャビティ55とを連通するゲート57とが形成される。なお、このレンズ成形用金型51では、固定型52と可動型53との突き合わせ部分のパーティングラインPLは、投影レンズ11の入射部12の入射面12aと同一の面に配置される。
また、図9に示すように、キャビティ55には、厚肉部の設計工程で求めた有効配光領域A1及び無効配光領域A2に基づいて、厚肉部15を成形するための厚肉成形部58が形成される。この厚肉成形部58は、厚肉部15のテーパ面23aを形成する傾斜面58aを有している。この厚肉成形部58は、ゲート57を臨む位置に形成され、ゲート57と連通されている。これにより、ゲート57は所定の流路幅W1を有する大きな断面積が確保可能とされる。また、キャビティ55における溶融樹脂の入口部分の流路幅W2はゲート57の流路幅W1と同程度の幅を有している。また、厚肉形成部58における流路幅もゲート57の流路幅W1と同程度の幅を有している。なお、厚肉成形部58は、厚肉部の設計工程で求めた有効配光領域A1から1mm程度離れた位置に厚肉部15が成形されるように設けるのが好ましい。
(射出成形工程)
固定型52に対して可動型53を近接させて固定型52と可動型53とを突き合わせた状態で、ランナー56へ溶融樹脂を射出する。すると、この射出された溶融樹脂は、各ランナー56から各ゲート57を介して各キャビティ55へ流し込まれる。このとき、ゲート57は、厚肉部15を成形する厚肉成形部58に連通されているので、大きな断面積が確保されている。したがって、溶融樹脂は、ゲート57からキャビティ55内へ極めて円滑に送り込まれることとなる。また、厚肉成形部58の傾斜面58aを有することから、厚肉形成部58における流路幅はゲート57の流路幅と同程度であるとともに、傾斜面58aによって溶融樹脂がキャビティ55内へ円滑に案内される。
樹脂の硬化後、可動型53を移動させて固定型52と可動型53とを離間させ、成形されたレンズ成形品を離型し、各投影レンズ11をゲート57で固化した部分との境界部分で切断して分離させる。この境界部分における切断の痕が、投影レンズ11の厚肉部15の外縁面22に形成されるゲート痕となる。
ところで、図10に示すように、投影レンズ100において入射部112と出射部113との境界に設けられる周縁部114に厚肉部を設けない構成では、図11に示すように、固定型152と可動型153で構成されるレンズ成形用金型151に厚肉成形部を形成することができず、ゲート157の流路幅がランナー156の流路幅より小さくなる。したがって、この場合、ゲート157での圧力損失が大きくなり、溶融樹脂のキャビティ155への充填が円滑に行われず、キャビティ155への樹脂の充填圧が十分に得られなくなる場合がある。この場合、例えばゲート157で樹脂の一部が固化して成形性が悪化し、キャビティ155で形成される入射部112や出射部113を含むレンズ本体部の内部にウェルド線が発生する可能性が高くなる。レンズ本体部の内部にウェルド線が発生すると投影レンズ100の光学的な品質を低下させる一因となる。一方で、キャビティ155への樹脂の充填圧を確保するために、樹脂を流し込む速度を遅くしたりキャビティ155の数を減らしてしまうと生産性が低下してしまう。このように、図10や図11に示されるレンズ成形用金型151では、成形性の悪化による品質低下を招いたり、生産性の低下によるコストアップを招くおそれがある。
これに対して、本実施形態に係る投影レンズ11では、周縁部14の一の部分に、他の部分よりも光軸Ax方向に厚くされた厚肉部15を有していることから、厚肉部15を成形するための厚肉成形部58をキャビティ55に形成することができる(図8参照)。したがって、この厚肉成形部58にゲート57を連通させることで、ゲート57の断面積を大きく確保することができる。よって、ゲート57での圧力損失が極力抑えられ、溶融樹脂がキャビティ55へ円滑に充填される。これにより、キャビティ55への樹脂の充填圧を十分に確保することができ、成形性を向上させて寸法精度及び品質の向上を図ることができる。また、成形性が向上することで、一度の成形工程で、より多くの投影レンズ11を成形することができ、生産性の向上によるコストダウンを図ることができる。つまり、本実施形態に係る投影レンズ11によれば、低コストで高品質に製造することができる。
また、厚肉部15は、周縁部14の他の部分に対して入射部12側へ突出されて厚くされている。投影レンズ11は、出射部13側と比較し、入射部12側の方がデッドスペースとなる無効配光領域A2が大きくなりやすい。したがって、厚肉部15を入射部12側へ突出するように形成すれば、無効配光領域A2を有効に利用することができる。
また、投影レンズ11の厚肉部15は、投影レンズ11の光軸Axに近づくにつれて厚肉部15の光軸方向の厚さが薄くなるように傾斜するテーパ面23aを有している。また、レンズ成形用金型51の厚肉成形部58はテーパ面23aを形成するための傾斜面58aを有している。厚肉成形部58に傾斜面58aを設けたことにより、厚肉成形部58における流路幅をゲート57の流路幅と同程度に確保することができ、溶融樹脂をキャビティ55の内部へ円滑に案内することができる。このように、ゲート57を通過した溶融樹脂が、レンズ成形用金型51のキャビティ55における厚肉成形部58からキャビティ55の内部に向けて円滑に流すことができるため、さらに成形性を向上させて精度及び品質の向上を図ることができる。
また、上記の投影レンズ11を備えた車両用灯具30によれば、低コストで製造可能な投影レンズ11を用いることで、製造コストを抑えることができる。また、投影レンズ11の厚肉部15で外部から入射される光が屈折するので、外部から灯具を見た際に、投影レンズ11の奥側の構造物の透視を防ぐことができ、見映えを良くすることができる。
しかも、ホルダ46の係合部47に投影レンズ11の厚肉部15を係合させることで、投影レンズ11をホルダ46に位置決めして容易に組み付けることができる。
次に、変形例に係る投影レンズについて説明する。
(変形例1)
図12は、変形例1に係る投影レンズを示す入射部側から見た斜視図である。図13は、変形例1に係る投影レンズを示す図であって、(a)は側面図、(b)は入射部側から見た正面図である。
図12及び図13に示すように、この変形例1に係る投影レンズ11Aでは、左右方向における幅寸法の小さい厚肉部15Aを備えている。この厚肉部15Aは、その幅寸法が、レンズ成形用金型51のゲート57の幅寸法と略同一とされている。
この投影レンズ11Aの場合も、周縁部14の一の部分に、他の部分よりも光軸Ax方向に厚くされた厚肉部15Aを有していることから、厚肉部15Aを成形するための厚肉成形部58をキャビティ55に形成することができる(図8参照)。したがって、この投影レンズ11Aの場合も、厚肉成形部58にゲート57を連通させることで、ゲート57の断面積を大きく確保することができる。よって、ゲート57での圧力損失が極力抑えられ、キャビティ55へ溶融樹脂が円滑に充填される。これにより、キャビティ55への樹脂の充填圧を十分に確保することができ、成形性を向上させて品質向上を図ることができる。また、成形性が向上することで、一度の成形工程で、より多くの投影レンズ11Aを成形することができ、生産性の向上によるコストダウンを図ることができる。
また、この投影レンズ11Aでは、厚肉部15Aが小さくされていることから、厚肉部15Aを目立たなくすることができる。
(変形例2)
図14は、変形例2に係る投影レンズを示す側面図である。図15は、変形例2に係る投影レンズを示す入射部側から見た正面図である。
図14及び図15に示すように、変形例2に係る投影レンズ11Bは、入射部12の入射面12aと出射部13の出射面13aとの間に外周面61を有している。この投影レンズ11Bは、正面視が略矩形状に形成されている。このように、この投影レンズ11Bは、正面視が円形状でない、いわゆる異形レンズである。この投影レンズ11Bでは、外周面61における入射部12側に、周方向へわたってフランジ部21が形成されており、このフランジ部21が周縁部14とされている。この投影レンズ11Bの場合も、周縁部14の一の部分に、他の部分におけるフランジ部21よりも光軸Ax方向に厚い厚肉部15Bが設けられている。
この投影レンズ11Bの場合も、周縁部14の一の部分に、他の部分よりも光軸Ax方向に厚くされた厚肉部15Bを有していることから、厚肉部15Bを成形するための厚肉成形部58をキャビティ55に形成することができる(図8参照)。したがって、この厚肉成形部58にゲート57を連通させることで、ゲート57の断面積を大きく確保することができる。よって、ゲート57での圧力損失が極力抑えられ、キャビティ55へ溶融樹脂が円滑に充填される。これにより、キャビティ55への樹脂の充填圧を十分に確保することができ、成形性を向上させて品質向上を図ることができる。また、成形性が向上することで、一度の成形工程で、より多くの投影レンズ11Bを成形することができ、生産性の向上によるコストダウンを図ることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、上記の実施形態の車両用灯具では、反射面を用いる光学系(例えばPES光学系)を例示したがこの例に限らず、光源からの光を反射面を介さずに灯具前方へ照射するいわゆる直射光学系(モノフォーカス光学系)等の他の光学系を備える構成であっても良い。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2013年11月21日出願の日本特許出願・出願番号2013-241318に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
11,11A,11B:投影レンズ、12:入射部、13:出射部、14:周縁部、15,15A,15B:厚肉部、30:車両用灯具、44:光源、46:ホルダ、47:係合部、Ax:光軸

Claims (5)

  1. 透光性を有する樹脂から形成された投影レンズであって、
    光が入射される入射部と、
    前記入射部から入射した光を出射する出射部と、
    前記入射部と前記出射部との境界に設けられた周縁部と、
    前記周縁部の一の部分に設けられ、前記周縁部の他の部分よりも光軸方向に厚くされるとともに、外周面の少なくとも一部にゲート痕が形成された厚肉部と、
    を有することを特徴とする投影レンズ。
  2. 前記厚肉部は、前記周縁部の他の部分に対して前記入射部側へ突出されて厚くされていることを特徴とする請求項1に記載の投影レンズ。
  3. 前記厚肉部の外周面は、当該投影レンズを側面から見て、前記ゲート痕が形成された第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面とを有し、
    前記第2の面は、当該投影レンズの光軸に近づくにつれて、前記厚肉部の前記光軸方向の厚さが薄くなるように傾斜していることを特徴とする請求項2に記載の投影レンズ。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の投影レンズと、前記投影レンズの前記入射部へ光を照射する光源とを備えることを特徴とする車両用灯具。
  5. 前記投影レンズを保持するホルダを備え、前記ホルダは、前記厚肉部が係合可能な係合部を有することを特徴とする請求項4に記載の車両用灯具。
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