JP2009099373A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、簡単な構成により、ＡＦＳブラケット内における自然対流による空気循環を確保して、半導体発光素子の温度上昇を効果的に抑制するようにした、車両用灯具を提供することを目的とする。
【解決手段】 前方が開放した筐体１１内に光軸可変可能に支持されたＡＦＳブラケット１２と、このＡＦＳブラケット内から開放した前面を通って光照射方向前方に向かって光を照射する少なくとも一つの光源ユニット１３と、を含み、各光源ユニットが、基板上に実装された半導体発光素子からの光を光照射方向前方に向かって集束する光学系と、上記基板に熱的に接触するヒートシンク１３ｅと、このヒートシンクをＡＦＳブラケットに対して固定して／または光軸調整可能に保持するようにＡＦＳブラケットの後壁に対向して配置された小ブラケット１３ｇと、を備えた車両用灯具１０において、上記ＡＦＳブラケットの後壁の少なくとも小ブラケットに対向する領域に、放熱用開口１２ｃが設けられるように、車両用灯具１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源として半導体発光素子を使用するＡＦＳ機能を備えたヘッドランプ等の車両用灯具に関する。

従来、光源として半導体発光素子を使用するＡＦＳ機能を備えた車両用灯具は、例えば図３に示すように構成されている。
即ち、図３において、車両用灯具１は、自動車の前照灯であって、前面が開放した樹脂製の筐体２と、この筐体２内で光軸可変可能に支持されたＡＦＳ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｒｏｎｔ−Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）ブラケット３と、このＡＦＳブラケット３内で光照射方向前方に向かって光を照射するように配置された少なくとも一つの光源ユニット４と、筐体２の前面を液密的に覆うように筐体２の前側の開放端に取り付けられた前面レンズ５と、から構成されている。

上記ＡＦＳブラケット３は、前面が開放するように後壁，左右側壁，上壁及び下壁から構成されている。
さらに、上記ＡＦＳブラケット３は、上記筐体２内で、例えば垂直軸３ａの周りに揺動可能に支持されている。

上記光源ユニット４は、基板４ａ上に実装された少なくとも一つのＬＥＤ等の半導体発光素子４ｂと、この半導体発光素子４ｂからの光を光照射方向前方（図示の場合、左方）に向かって照射するための光学系、図示の場合には楕円系の反射面４ｃ及び投影レンズ４ｄと、を含んでいる。

さらに、上記光源ユニット４は、半導体発光素子４ｂの駆動に伴って発生する熱を放熱するために、ヒートシンク４ｅを備えている。
このヒートシンク４ｅは、その上面前側に、上記基板４ａの下面が熱伝導材４ｆを介して熱的に接触して取り付けられている。
また、ヒートシンク４ｅは、その後端が同様に熱伝導材４ｆを介して小ブラケット４ｇに取り付けられている。

ここで、上記小ブラケット４ｇは、断面がＬ字形をしており、その立上り部分がＡＦＳブラケット３の後壁３ｂに対向し、ベース部分が前方に延びるように、配置されている。
その際、上記小ブラケット４ｇは、この立上り部分の領域で、上述した光軸調整の際にＡＦＳブラケット３と干渉しないように、ＡＦＳブラケット３に対して密着せず、僅かな間隔で配置されている。
さらに、上記小ブラケット４ｇは、その立上り部分の下端付近にて、ＡＦＳブラケット３の後壁３ｂに対して支持されている。

上記光源ユニット４のうち、一つの光源ユニット４は、ＡＦＳブラケット３の後壁３ｂに対して複数のボス等により固定的に取り付けられている。
また、他の光源ユニット４は、上記一つの光源ユニット４に対して光軸を一致させるために、光軸調整可能に例えばボールジョイント４ｈを介してＡＦＳブラケット３の後壁３ｂに対して取り付けられている。

このような構成の車両用灯具１によれば、上記各光源ユニット４に対して外部から給電することにより、上記光源ユニット４の半導体発光素子４ｂが駆動され、発光する。
上記光源ユニット４の半導体発光素子４ｂから出射した光Ｌが、上記反射面４ｃで反射して、投影レンズ４ｄで集束し、前面レンズ５を介して光照射方向前方に向かって照射される。
また、ＡＦＳ機能により、光軸を左右に振る場合には、ＡＦＳブラケット３が図示しない駆動手段により揺動されることにより、各光源ユニット４の光軸が左右に振られて、所望の方向に光が照射される。

このような車両用灯具１においては、上記半導体発光素子４ｂの発光に伴って熱が発生する。
一般に、半導体発光素子４ｂは、温度に対して負の特性を有している、即ち温度が上昇するに従って発光効率が低減することが知られている。
従って、上記車両用灯具１においては、半導体発光素子４ｂからの熱が、基板４ａからヒートシンク４ｅ，小ブラケット４ｇそしてＡＦＳブラケット３に伝導する。
これにより、ヒートシンク４ｅ，小ブラケット４ｇ及びＡＦＳブラケット３から筐体２内に放熱が行なわれ、自然対流による空気循環によって、半導体発光素子４ｂの温度上昇が抑制され得るようになっている。

しかしながら、上述した車両用灯具１においては、半導体発光素子４ｂを含む光源ユニット４は、前面を除いて、ＡＦＳブラケット３により包囲され、熱的に遮断されてしまう。
従って、半導体発光素子４ｂからの熱は、熱伝導により基板４ａ，ヒートシンク４ｅから小ブラケット４ｇに伝導して、ＡＦＳブラケット３内で空気中に放熱される。これにより、ＡＦＳブラケット３内の空気が温度上昇することになる。

特に、小ブラケット４ｇとＡＦＳブラケット３の後壁３ｂとの間の狭い間隙の内部は、対流が発生しにくく、放熱効果が極めて低くなる。
従って、この間隙内の温度が加速度的に上昇してしまい、小ブラケット４ｇからの放熱が妨げられてしまうことになる。
このため、放熱効果に限界があり、場合によっては放熱効果が低下した状態で、半導体発光素子４ｂが発光することになる。これにより、半導体発光素子４ｂの発光効率がより低下し、場合によっては寿命が短くなってしまう等の悪影響が生ずることになる。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、ＡＦＳブラケット内における自然対流による空気循環を確保して、半導体発光素子の温度上昇を効果的に抑制するようにした、車両用灯具を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明によれば、前方が開放した筐体内に光軸可変可能に支持されたＡＦＳブラケットと、このＡＦＳブラケット内から開放した前面を通って光照射方向前方に向かって光を照射するように配置された半導体発光素子を有する少なくとも一つの光源ユニットと、を含んでおり、各光源ユニットが、基板上に実装された半導体発光素子と、半導体発光素子からの光を光照射方向前方に向かって集束するように照射する光学系と、上記基板に熱的に接触するヒートシンクと、このヒートシンクをＡＦＳブラケットに対して固定して／または光軸調整可能に保持するようにＡＦＳブラケットの後壁３ｂに対向して配置された小ブラケットと、を備えている車両用灯具において、上記ＡＦＳブラケットの後壁の少なくとも小ブラケットに対向する領域に、放熱用開口が設けられていることを特徴とする、車両用灯具により、達成される。

本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記放熱用開口が、上下方向に延びる複数本のスリットから構成されている。

本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記ＡＦＳブラケットの上壁の少なくとも小ブラケットまたはヒートシンクの上方領域に、空気排出用開口が設けられている。

本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記ＡＦＳブラケットの下壁または後壁の下部に、空気取入用開口が設けられている。

上記構成によれば、各光源ユニットの半導体発光素子に対して外部から給電することにより、個々の半導体発光素子が駆動され、発光する。
そして、各光源ユニットから出射した光が、上記前面レンズを介して前方に向かって照射される。
この場合、各光源ユニットの半導体発光素子で発生した熱は、基板からヒートシンクに伝達され、さらにヒートシンクから上記小ブラケットそしてＡＦＳブラケットに伝達される。
これにより、上記基板，小ブラケット及びＡＦＳブラケットから筐体内の空気に放熱され、加熱された空気が対流によって上記筐体内を循環され、放熱が行なわれる。

その際、本発明の特徴によって、小ブラケットとＡＦＳブラケットの後壁との間の間隙内の空気は、上記放熱によって加熱されて、自然対流により上昇する際にＡＦＳブラケットの後壁に設けられた放熱用開口を通って、ＡＦＳブラケットの後壁の背面側に抜けて、筐体内に流出する。
これにより、小ブラケットとＡＦＳブラケットの後壁との間の狭い間隙内に加熱された空気が溜って、この間隙内が加速度的に温度上昇するようなことはない。

従って、ＡＦＳブラケットの内側が効果的に放熱されることになり、半導体発光素子の温度上昇が抑制される。
これにより、各光源ユニットにおける個々の半導体発光素子の温度上昇による発光効率の低下が生ずるようなことはなく、高い輝度が維持され得る。また、これらの半導体発光素子の寿命が短くなるようなことはない。

上記放熱用開口が、上下方向に延びる複数本のスリットから構成されている場合には、自然対流により上昇しようとする空気が、容易にこれらのスリットを通過し得る。このため、小ブラケットとＡＦＳブラケットの後壁との間の間隙がより効率的に放熱され得ることになる。

上記ＡＦＳブラケットの上壁の少なくとも小ブラケットまたはヒートシンクの上方領域に、空気排出用開口が設けられている場合には、加熱により上昇しようとする空気が、この空気排出用開口を通って、ＡＦＳブラケットの上方に抜ける。従って、小ブラケットとＡＦＳブラケットの後壁との間の間隙がより一層効果的に放熱され得ることになる。

上記ＡＦＳブラケットの下壁または後壁の下部に、空気取入用開口が設けられている場合には、小ブラケットとＡＦＳブラケットの後壁との間の空気が加熱により上昇しようとするとき、この空気取入用開口から空気が導入され得る。
従って、この間隙内の空気がより容易に放熱用開口または空気排出用開口を通って、外部に排出され得る。また、空気取入用開口から比較的温度の低い空気が導入され、この間隙内がより一層効果的に放熱され得ることになる。

このようにして、本発明によれば、半導体発光素子を含む少なくとも一つの光源ユニットを有する車両用灯具において、半導体発光素子で発生する熱が基板からヒートシンクを介して小ブラケットそしてＡＦＳブラケットに伝導する。
その際、ＡＦＳブラケットの後壁に放熱用開口が設けられていることによって、小ブラケット及びＡＦＳブラケットの後壁との間の間隙内の空気が、この放熱用開口を通って、ＡＦＳブラケットの背面側に抜ける。
従って、上記間隙内が効率良く放熱され、各光源ユニットの個々の半導体発光素子の発光効率の温度上昇による低下が抑制され得て、半導体発光素子の寿命の短縮が回避され得る。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図２を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明による車両用灯具の一実施形態の構成を示している。
図１において、車両用灯具１０は、自動車用のＬＥＤヘッドランプであって、前面が開放した樹脂製の筐体１１と、この筐体２内で光軸可変可能に支持されたＡＦＳブラケット１２と、このＡＦＳブラケット１２内で光照射方向前方に向かって光を照射するように配置された少なくとも一つ（図示の場合、三つ）の光源ユニット１３と、筐体１１の前面を液密的に覆うように筐体１１の前側の開放端に取り付けられた前面レンズ１４と、から構成されている。

上記ＡＦＳブラケット１２は、前面が開放するように後壁，左右側壁，上壁及び下壁から構成されている。
また、上記ＡＦＳブラケット１２は、上記筐体１１内で、例えば垂直軸１２ａの周りに揺動可能に支持されている。

さらに、上記ＡＦＳブラケット１２は、図２に示すように、三つの光源ユニット１３を受容するように構成されている。
このため、上記ＡＦＳブラケット１２は、その後壁１２ｂが横方向に並んで、且つ前後方向に互いにずれた三つの領域１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３に分割されている。
これにより、各領域１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３の前側に、それぞれ光学ユニット１３が配置されている。

上記各光源ユニット１３は、互いに同じ構成であって、以下のように構成されている。
即ち、上記光源ユニット１３は、基板１３ａ上に実装された少なくとも一つのＬＥＤ１３ｂと、このＬＥＤ１３ｂからの光を光照射方向前方（図示の場合、左方）に向かって照射するための光学系、図示の場合には楕円系の反射面１３ｃ及び投影レンズ１３ｄと、を含んでいる。

さらに、上記光源ユニット１３は、ＬＥＤ１３ｂの駆動に伴って発生する熱を放熱するために、ヒートシンク１３ｅを備えている。
このヒートシンク１３ｅは、その上面前側に、上記基板１３ａの下面が熱伝導材１３ｆを介して熱的に接触して取り付けられている。
また、ヒートシンク１３ｅは、その後端が同様に熱伝導材１３ｆを介して小ブラケット１３ｇに取り付けられている。

ここで、上記小ブラケット１３ｇは、断面がＬ字形をしており、その立上り部分がＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂに対して対向し、ベース部分が前方に延びるように、配置されている。
その際、上記小ブラケット１３ｇは、この立上り部分の領域で、上述した光軸調整の際にＡＦＳブラケット１２と干渉しないように、ＡＦＳブラケット１２に対して密着せず、僅かな間隔で配置されている。
さらに、上記小ブラケット１３ｇは、その立上り部分の下端付近にて、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂに対して支持されている。

上記光源ユニット１３のうち、一つの光源ユニット１３は、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂに対して複数のボス等により固定的に取り付けられている。
また、他の光源ユニット１３は、上記一つの光源ユニット１３に対して光軸を一致させるために、光軸調整可能に例えばボールジョイント１３ｈを介してＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂに対して取り付けられている。

上記前面レンズ１４は、透光性樹脂材料から構成されており、上記筐体１１の前面を液密的に覆うように筐体１１に取り付けられている。

以上の構成は、図３に示した従来の車両前照灯１と同じ構成であるが、本発明実施形態による車両前照灯１０においては、以下の点で異なる構成になっている。
即ち、上記ＡＦＳブラケット１２は、その後壁１２ｂの前記小ブラケット１３ｇに対向する領域に放熱用スリット１２ｃを、その上壁の前記小ブラケット１３ｇの上方領域に、空気排出用開口１２ｄを、それぞれ備えている。

さらに、上記ＡＦＳブラケット１２は、その後壁１２ｂの下端付近及び下壁の前側領域に、それぞれ空気取入用開口１２ｅ，１２ｆをそれぞれ備えている。

上記放熱用スリット１２ｃは、図２に示すように、複数本の上下方向に延びるスリットとして構成されており、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂの各領域１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３にそれぞれ設けられている。
これにより、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂの強度が低下することなく、図１にて矢印Ａで示すように、小ブラケット１３ｇとＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂとの間の間隙内の空気が、この放熱用スリット１２ｃを介して、ＡＦＳブラケット１２の背面側に抜けるようになっている。
その際、上記間隙内の空気が自然対流により上昇しようとする。これにより、上下方向に延びる放熱用スリット１２ｃを介して容易にＡＦＳブラケット１２の背面側に抜けることになる。

上記空気排出用開口１２ｄは、図２に示すように、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂの各領域１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３のうち、中央の領域１２ｂ２にのみ備えられており、一つの大きな開口から構成されている。
これにより、小ブラケット１３ｇとＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂとの間の空気が、図１にて矢印Ｂで示すように、この空気排出用開口１２ｄを介して、ＡＦＳブラケット１２の上方に抜けるようになっている。

上記空気取入用開口１２ｅは、図２に示すように、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂの各領域１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３にそれぞれ設けられている。
これにより、小ブラケット１３ｇとＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂとの間に、図１にて矢印Ｃ及びＤで示すように、下方及び前方から、これらの空気取入用開口１２ｅ，１２ｆを介して比較的温度の低い空気が導入されるようになっている。

本発明実施形態による車両用灯具１０は、以上のように構成されており、上記各光源ユニット１３に対して外部から給電することにより、上記各光源ユニット１３の個々のＬＥＤ１３ｂが駆動され、発光する。
上記各光源ユニット１３のＬＥＤ１３ｂから出射した光Ｌが、上記反射面１３ｃで反射して、投影レンズ１３ｄで集束し、前面レンズ１４を介して光り照射方向前方に向かって照射される。
また、ＡＦＳ機能により、光軸を左右に振る場合には、ＡＦＳブラケット１２が図示しない駆動手段により揺動される。これにより、各光源ユニット１３の光軸が左右に振られて、所望の方向に光が照射される。

この場合、各光源ユニット１３の個々のＬＥＤ１３ｂで発生した熱は、基板１３ａからヒートシンク１３ｅに伝達され、さらにヒートシンク１３ｅから上記小ブラケット１３ｇそしてＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂに伝導する。
これにより、ヒートシンク１３ｅ，小ブラケット１３ｇ及びＡＦＳブラケット１２から筐体１１内に放熱が行なわれる。

その際、上記小ブラケット１３ｇとＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂとの間の間隙内の比較的温度の高い空気は、図１にて矢印Ａで示すように、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂに設けられた放熱用スリット１２ｃを介して、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂの背面側に抜ける。従って、この間隙内に加熱された空気が溜って、加速度的に温度が上昇するようなことがない。

ＡＦＳブラケット１２の下方に空気取入用開口１２ｅ，１２ｆが、また上方に空気排出用開口１２ｄがそれぞれ設けられている。これにより、図１にて矢印Ｂ，Ｃ，Ｄで示すように、自然対流によって、上記間隙を通過する空気流が生ずる。
さらに、これらの空気流に伴って、図１にて矢印Ｅで示すように、ヒートシンク１３ｅの前側から後方に流れる空気流が発生する。これにより、ヒートシンク１３ｅの放熱効果がより一層向上する。

このため、各光源ユニット１３のＬＥＤ１３ｂの温度上昇が抑制され得るようになっている。
従って、光源ユニット１３の個々のＬＥＤ１３ｂの温度上昇による発光効率の低下が抑制され、比較的高い発光効率が維持され得る。また、ＬＥＤ１３ｂの寿命が短くなるようなことはない。

上述した実施形態においては、光源ユニット１３は、半導体発光素子としてＬＥＤ１３ｂを含んでいるが、半導体発光素子としてはＬＥＤに限らず、他の半導体発光素子、例えば半導体レーザ素子等であってもよい。
また、上述した実施形態においては、ＡＦＳブラケット１２内に三つの光源ユニット１３が備えられているが、これに限らず、一つまたは二つあるいは四つ以上の光源ユニット１３が備えられていてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂに放熱用開口として上下方向に延びる複数本の放熱用スリット１２ｃが設けられているが、これに限らず、放熱用開口としては、横方向に延びる複数本のスリットでも、また大きな一つまたは複数個の開口であってもよい。
横方向に延びる複数本のスリットの場合には、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂの強度は確保できるが、自然対流による空気流の通過に対して多少抵抗となり、放熱効果がやや低下することになる。
また、大きな一つまたは複数個の開口の場合には、放熱効果は優れているが、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂの強度がやや低下することになる。
従って、放熱用開口としては、実施形態における上下方向に延びる複数本の放熱用スリット１２ｃの形態が望ましい。

また、上述した実施形態においては、小ブラケット１３ｇとＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂとの間の間隙内の自然対流を促進するために、ＡＦＳブラケット１２の上方及び下方に、それぞれ空気排出用開口１２ｃ，空気取入れ用開口１２ｅ，１２ｆを備えているが、これらは省略されてもよい。
この場合でも、ＡＦＳブラケット１２の後壁１２ｂに、放熱用スリット１２ｃが設けられていることにより、このスリット１２ｃを介して、上記間隙内の比較的温度の高い空気が容易に上記間隙から外部に排出され得る。

本発明による車両用灯具１０は、自動車用ＬＥＤヘッドランプとして構成されているが、これに限らず、フォグランプ，ドライビングランプ等の補助前照灯を含む他の種類の車両用灯具に本発明を適用することが可能である。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、ＡＦＳブラケット内における自然対流による空気循環を確保して、半導体発光素子の温度上昇を効果的に抑制するようにした、極めて優れた車両用灯具が提供され得ることになる。

本発明による車両用灯具の一実施形態の構成を示す概略断面図である。 図１の車両用灯具におけるＡＦＳブラケットの後方から見た概略斜視図である。 従来の車両用灯具の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ 灯具
１１ 筐体
１２ ＡＦＳブラケット
１２ａ 垂直軸
１２ｂ 後壁
１２ｃ 放熱用スリット（放熱用開口）
１２ｄ 空気排出用開口
１２ｅ，１２ｆ 空気取入用開口
１３ 光源ユニット
１３ａ 基板
１３ｂ ＬＥＤ（半導体発光素子）
１３ｃ 反射面
１３ｄ 投影レンズ
１３ｅ ヒートシンク
１３ｆ 熱伝導材
１３ｇ 小ブラケット
１３ｈ ボールジョイント
１４ 前面レンズ

Claims (4)

1. 前方が開放した筐体内に光軸可変可能に支持されたＡＦＳブラケットと、このＡＦＳブラケット内から開放した前面を通って光照射方向前方に向かって光を照射するように配置された半導体発光素子を有する少なくとも一つの光源ユニットと、を含んでおり、
   各光源ユニットが、基板上に実装された半導体発光素子と、半導体発光素子からの光を光照射方向前方に向かって集束するように照射する光学系と、上記基板に熱的に接触するヒートシンクと、このヒートシンクをＡＦＳブラケットに対して固定して／または光軸調整可能に保持するようにＡＦＳブラケットの後壁に対向して配置された小ブラケットと、を備えている車両用灯具において、
   上記ＡＦＳブラケットの後壁の少なくとも小ブラケットに対向する領域に、放熱用開口が設けられていることを特徴とする、車両用灯具。
2. 上記放熱用開口が、上下方向に延びる複数本のスリットから構成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. 上記ＡＦＳブラケットの上壁の少なくとも小ブラケットまたはヒートシンクの上方領域に、空気排出用開口が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両用灯具。
4. 上記ＡＦＳブラケットの下壁または後壁の下部に、空気取入用開口が設けられていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の車両用灯具。

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