JP2019200853A - 軌道走行車両の前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両のような軌道走行車両の前照灯として適した構造と照明機能を持つ前照灯を提供する。【解決手段】ＬＥＤ基板の表面にて二次元方向に分散配列され、固定された三組以上のＬＥＤ光源セット（但し、各組のＬＥＤ光源セットは、互いに近接して配置された主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤとから構成されている）；それぞれのＬＥＤ光源セットの上面に備えられ、底部でＬＥＤ基板に固定されている集光レンズ：ＬＥＤ基板の背面の外側に備えられている、各ＬＥＤ光源セットの主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤのそれぞれに電気エネルギーを択一的に供給するコントローラ；ＬＥＤ基板の前側に被せられた光透過性カバー；そしてＬＥＤ基板の背後に備えられた放熱板を含む前照灯。【選択図】図３

Description

本発明は、軌道走行車両の前照灯に関する。さらに詳しくは、本発明は、鉄道車両のような予め設置された軌道上を走行する車両の改良された前照灯に関する。

地上を走行する自動車などの車両および軌道に沿って走行する鉄道車両では、走行中の安全を確保するために、車輌の走行方向の前方に向けて照明光を発する前照灯と呼ばれる照明灯が備えられているのが通常である。車輌の前照灯の光源としては、当初は白熱灯が用いられ、次いでハロゲンランプが用いられてきたが、近年に至り、自動車などの地上を走行する車両では、消費エネルギーの少ないＬＥＤを光源とする前照灯も一部では使われるようになってきている。

自動車等の地上を走行する車両の前照灯としてＬＥＤを用いる構成やその制御システムについては既に多数の特許出願が提出されており、その例としては、以下に述べる特許文献１と特許文献２で公開された特許出願を挙げることができる。

自動車などの地上（特に道路）を走行する車両に備え付けられる前照灯については、法例に定められている通り、充分な照度の光を発する必要があるが、さらには数多くの自動車関連企業の好むデザインの多様性を考慮して、多数の自動車前照灯開発企業により幅広い研究が行われていることから、特許出願の数も多い。

一方、鉄道車両のような軌道上を走行する車両の前照灯については、その走行条件を考慮すると、自動車の前照灯に比較して、その照明機能についての要求項目は少ない。すなわち、鉄道車両の前照灯でも必要な照度の光を発する必要があることは当然であるが、それ以外には、実際には、当該鉄道車輌の運転者による鉄道軌道周囲の状況についての充分な視認性が確保できること、そして対向車両の運転者による当該鉄道車両の進行方向の確認が容易で、かつ対向車両の運転者の運転操作の障害とならないこと（すなわち、対向車両の運転者に過度のまぶしさを感じさせないこと）などが必要となる程度であって、関係省令でも、「標識灯：夜間に列車の前方及び後方からその列車の進行方向を確認することができるものであること。」との規定があるに過ぎない。

ただし、日本鉄道車輌工業会では、鉄道車両の前照灯の規格として、日本鉄道車輌工業会規格審査会による審議に基づき、「鉄道車両−ハロゲンシールドビームランプ（ＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３）」を定めている。この鉄道車両の前照灯の規格に定められた鉄道車両用のハロゲンシールドビーム（ＨＳＢ）ランプの基本構造について、丸形ランプを例として、その正面図と側面図とをそれぞれ、添付図面の図１の（ａ）と（ｂ）に示して、以下に簡単に説明する。

図１の（ａ）と（ｂ）に見られるように、丸形のＨＳＢランプ１は、後半部分を構成する半球状の反射鏡２と前半部分を構成する透明カバー３からなるランプ容器、そしてランプ容器の反射鏡底部に並列固定された二個のハロゲンランプ（発光管）４、５から構成されている。二個の発光管は、主灯と呼ばれる反射鏡の中心部に固定されている発光管４そして主灯４の上部に並行して配置固定されている副灯と呼ばれる発光管５とからなる。主灯４は、その固定位置の関係から、ＨＳＢランプ１の前方、かつＨＳＢランプ１に対して垂直な方向に、照明光を放射する。一方、副灯５は、その固定位置が反射鏡２の中心から上側にずれているため、ＨＳＢランプ１の前方ではあるが、斜め下側方向に照明光を放射する。

上記のように、主灯４は、鉄道車両の正面に向けて放射される照明光、すなわち鉄道軌道に平行な方向に放射される照明光を与え、副灯５は、鉄道車両の前方下側に向けて放射される照明光を与える。従って、鉄道車両の通常の走行（運行）時には、主灯４が点灯される。一方、対向して走行する車両が近接した場合あるいは駅のホームに接近した場合などには、副灯５が点灯される。このため、対向車両の運転者がまぶしさを感じて、正常な運転の障害となる状況を未然に防ぐことができ、また駅のホームで車両の接近を待っている乗客に不快なまぶしさを与えることを回避することができる。

主灯４と副灯５のそれぞれには、外部からの電気エネルギーの供与のための主灯端子と副灯端子そして共通端子からなる端子群６が接続されている。主灯４と副灯５との発光作動の切替は、ＨＳＢランプの外部に備えられ、主灯端子と副灯端子そして共通端子に電気的に接続されている切替器（図示なし）により行われる。

前述のように自動車等の地上を走行する車両の前照灯では、光源のＬＥＤ化も進みつつあることから、種々の構成の自動車用ＬＥＤ前照灯の開発が行われている。一方、鉄道車両の前照灯のＬＥＤ化も検討されていると推測されるが、鉄道車両の前照灯のＬＥＤ化については、鉄道車輌用前照灯を備える鉄道車両の更新が頻繁に行われないという事情もあることから、充分な進展が見られていないようである。

すなわち、現在運行している鉄道車輌の大部分は、前述した前照灯規格のＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３に従った構造を持つハロゲンランプの前照灯を備えている。そして、それらの前照灯のＬＥＤ化、すなわち、ハロゲンランプからＬＥＤへの光源の切替に際しては、車両全体の更新が行われない限り、ＬＥＤを光源とするランプの外観構造は、図１に示したハロゲンシールドビームランプと略同一とする必要がある。

しかしながら、光源であるハロゲンランプ（発光管）を単にＬＥＤに置き換えるのみでは解決しない問題も少なからず存在する。その一つに、ＬＥＤ自体が本質的に有する低い耐熱性の問題がある。すなわち、図１の主灯と副灯のハロゲンランプのそれぞれをＬＥＤに置き換えて使用するためには、ＬＥＤの不充分な発光特性（単位面積当たりの発光量の不充分さ）を考慮すると、高い発光特性を示すＬＥＤを用いる必要があるが、高い発光特性を示すＬＥＤの発光には高電力の印加が必要となる。そして、そのような高電力の印加で発光するＬＥＤを用いた場合には、ＬＥＤからの高輝度の発光に伴って発生する高い発熱に起因するＬＥＤ周辺環境の高温化の問題が発生する。このため、ＬＥＤが短時間の内に劣化することを避けることができないという問題が発生する。

本発明の発明者（本発明者）は、ＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３に従った構造を持つ前照灯のＬＥＤ化、すなわち、これまでに鉄道車両の前照灯として用いられてきたＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３に従った構造のハロゲンランプを用いる前照灯の構成を大幅な変更する必要がなく、光源をＬＥＤに切り替えることを目指して研究を行った。そしてその研究を行うに際して、特許済あるいは出願中の特許出願を開示する特許公報と公開特許公報の調査を行ったが、その調査では、上記の問題に対する具体的な解決方法を提示する発明を記載した特許公報や公開特許公報を見つけることができなかった。

本発明者はその後も調査を続けたところ、東京地区で運行されている鉄道車両で、ＬＥＤを光源として用いた前照灯を備えていると見られる鉄道車両が存在し、実際に運行されていることに気がついた。すなわち、現実に運行されている一部の鉄道車両の前照灯の照明挙動を観察すると、通常の運行時には、前照灯の下半部分は明るく光り、一方、上半部分は暗いままとなっているが、その車両が駅のホームに接近した際には、今度は前照灯の上半部分が明るく光るようになり、今度は下半部分が暗くなっている場合があることが観察された。従って、このような前照灯は、図１に示したＨＳＢランプの形状の上半分の領域に、ＬＥＤと斜め下方に光を配向させるレンズを配置するか、あるいは斜め下方に向くＬＥＤとレンズとを配置し、そして下半分の領域に、ＬＥＤと水平に光を配向させるレンズとを組み合わせて配置しているＬＥＤを光源とする前照灯であろうと推測された。

特開２０１０−４０５２８号公報 特開２０１７−３３６３３９号公報

鉄道車両−ハロゲンシールドビームランプ（ＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３：２０１３）、日本鉄道車輌工業会発行

前述したような鉄道車両の光源としてＬＥＤを用いていると推測される前照灯の照明挙動（すなわち、前照灯における明確な明暗領域の切り替わりの発現）については、その前照灯としての機能については特段の問題は無いと思われるが、実際には前照灯の照明挙動が従来のＨＳＢランプを用いた前照灯と大きく変わり、また明るさが不足気味であることから、見た目の不自然さが目立つという問題が発生する。

本発明者は、以上に述べたような現実に運行している鉄道車両で採用されていると推測されるＬＥＤを光源とする前照灯に代わる新規な構成の前照灯の開発、すなわち、限られたスペースの中で、従来のハロゲンランプ（発光管）を光源とした前照灯と殆ど変わることの無い明るさと照明挙動とを示す前照灯の開発を目指して研究を重ねた。そして、その結果、以下に述べる本発明に到達した。

本発明が提供する軌道走行車両の前照灯は、ＬＥＤ基板；ＬＥＤ基板の一方の側の表面にて二次元方向に分散配列された状態で固定された少なくとも三組のＬＥＤ光源セット、ただし、各組のＬＥＤ光源セットは、互いに近接して配置された主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤとから構成されている；それぞれのＬＥＤ光源セットの上面に備えられ、ＬＥＤ基板もしくは後記の放熱板に固定されている集光レンズ；主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤに電気エネルギーを択一的に供給する電気エネルギー供給手段；ＬＥＤ基板の前側に被せられた光透過性カバー；そして上記ＬＥＤ基板の背後に備えられた放熱板を含む構成の前照灯である。

すなわち、本発明は、主灯となるＬＥＤ光源と副灯となるＬＥＤ光源との近接並行配置を維持した状態の主灯ＬＥＤ光源と副灯ＬＥＤ光源とのＬＥＤ光源セットを複数組用意し、各ＬＥＤ光源セットのそれぞれの上面に集光レンズを配設することによりＬＥＤ照明ユニットを構成した上で、これらのＬＥＤ照明ユニットをＬＥＤ基板の一方の側の表面側にて二次元方向に分散配列された状態で固定した構成とした点を主たる特徴とする軌道走行車両の前照灯を提供する。

本発明の軌道走行車両の前照灯の好ましい態様は、次の通りである。
（１）上記の電気エネルギー供給手段が、ＬＥＤ基板の背面に備えられている、各ＬＥＤ光源セットの主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤのそれぞれに電気的に接続している主灯ＬＥＤ入力端子と副灯ＬＥＤ入力端子そして共通端子からなる電気エネルギー入力端子；各ＬＥＤ光源セットの主灯ＬＥＤを直列に連結する第一の電気回路；各ＬＥＤ光源セットの副灯ＬＥＤを直列に連結する第二の電気回路；主灯ＬＥＤ入力端子と副灯ＬＥＤ入力端子と共通端子のそれぞれと第一の電気回路と第二の電気回路のそれぞれとを電気的に接続するＬＥＤ駆動ドライバ；主灯ＬＥＤ入力端子と副灯ＬＥＤ入力端子と共通端子のそれぞれと第一の電気回路と第二の電気回路のそれぞれとに電気的に接続し、電気エネルギーを第一の電気回路あるいは第二の電気回路に択一的に供給するようにＬＥＤ駆動ドライバの駆動を制御するコントローラを含む。

（２）各ＬＥＤ照明ユニットの主灯となるＬＥＤ光源が当該ユニットの集光レンズの焦点に配置され、副灯となるＬＥＤ光源が主灯となるＬＥＤ光源の上側に近接配置されている。
（３）ＬＥＤ光源セットと集光レンズのそれぞれが互いに同一のサイズと照明性能を持つ六組からなり、一組のＬＥＤ光源セットと集光レンズを中心として、他の五組のＬＥＤ光源セットと集光レンズとが上記一組のＬＥＤ光源セットを中心としたの位置の周囲に均一な間隔にて配置されている。
（４）日本鉄道車輌工業会規格ＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３に従う鉄道車両−ハロゲンシールドビームランプの代替品として使用するため本発明の前照灯である。

本発明はまた、本発明の上記構成の前照灯を備えた軌道走行車両をも提供する。

本発明の前照灯を利用することにより、ＬＥＤを発光源とする前照灯でありながら、主灯ＬＥＤの点灯時と副灯点灯時との切替の際に前照灯の明るさの発現位置の不自然さが見られなくなるため、光源としてハロゲンランプ（発光管）を用いたＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３の規定に従う従来のハロゲンシールドビームランプと同様に、外部から前照灯を見た場合において、主灯のみを点灯した場合でも、副灯のみを点灯した場合でも、いずれも同様の前照灯の全体においてほぼ均一に拡がる明るさが観察される。

従来使用されている日本鉄道車輌工業会規格ＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３に従う丸形の鉄道車両−ハロゲンシールドビームランプの正面図（ａ）と側面図（ｂ）を示す。 本発明に従う軌道上を走行する車両の前照灯の構成例を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）、そして前照灯の側部カバーを除去して放熱板の配設状況を示す部分分解側面図（ｃ）を示す。 図２の前照灯の部分分解側面図（ｃ）の矢印に沿った側面図であり、前照灯の前方側の透明カバーの内部に備えられた、複数のＬＥＤ照明ユニットをＬＥＤ基板の一方の側の表面にて二次元方向に分散配列して固定した状態を示す。 図３の前照灯を構成するＬＥＤ照明ユニットの構成を示す拡大図である。 本発明に従う軌道上を走行する車両の前照灯の内部に配置された複数組のＬＥＤ照明ユニットの主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤのそれぞれに電気エネルギーを切替ながら供給する電気エネルギー供給システムの例を示す電気回路図である。 本発明に従う軌道上を走行する車両の前照灯の内部に配置された複数組のＬＥＤ照明ユニットの主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤのそれぞれに電気エネルギーを切替ながら供給する電気エネルギー供給システムの別の例を示す電気回路図である。

本発明の軌道走行車両の前照灯を、図１に示した丸形タイプの前照灯を例にとって、添付図面の図２乃至図５を参照して説明する。なお、角形タイプの前照灯については、特に説明しないが、以下に記載する丸形タイプの前照灯の構成と、日本鉄道車輌工業会規格ＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３に従う角形の鉄道車両−ハロゲンシールドビームランプに関する説明とを併せ読めば、本発明のＬＥＤを光源として用いる前照灯（以下、ＬＥＤ前照灯と略すこともある）は、丸形のみならず、角形のＬＥＤ前照灯であっても同様に構成して使用することができることは容易に理解できるはずである。

図２と図３において、ＬＥＤ前照灯１１は、前方に透明カバー１２を備え、後方に複数個のＬＥＤ照明ユニット１３を備えたＬＥＤ基板１４を備えており、ＬＥＤ基板１４の背面には放熱板１５が備えられている。ＬＥＤ照明ユニット１３は、二個一組のＬＥＤ（ＬＥＤ光源）、すなわち主灯として機能する主灯ＬＥＤ１３ａ、そして副灯として機能する副灯ＬＥＤ１３ｂとから構成されるＬＥＤ光源セット、そして各ＬＥＤ光源セットの上面に備えられ、底部でＬＥＤ基板１４に固定されている集光レンズ１６を含む。ただし、集光レンズ１６のＬＥＤ基板１４への固定は、必ずしも底部でなされている必要はなく、任意の手段を介して間接的に固定されていてもよい。また、集光レンズ１６は放熱板１５に直接あるいは間接的に固定されていてもよい。
なお、図２と図３に示した形状の集光レンズを用いる場合には、副灯ＬＥＤ１３ｂの上側（すなわち、主灯ＬＥＤ１３ａとは反対側）の近接した位置に、副灯ＬＥＤよりも若干幅広の遮光板１３ｃを設けて、副灯ＬＥＤ１３ｂから発せられる光が上方に拡がるのを回避するようにすることが好ましい。

ＬＥＤ基板１４の背面には、それぞれの各ＬＥＤ光源セットに電気エネルギーを供給する電気エネルギー入力端子１７が備えられている。

図２に示したＬＥＤ前照灯１１は、合計六組のＬＥＤ照明ユニット１３を備えている。それらの六組のＬＥＤ照明ユニット１３は、前照灯の中央に位置する一組のＬＥＤ照明ユニットと、その中央のＬＥＤ照明ユニット周囲に均等に配置されている五組のＬＥＤ照明ユニットから構成されている。ただし、このようなＬＥＤ照明ユニットの配置は、本発明のＬＥＤ前照灯にとって好ましいが、必須ではない。

図３に示されているように、本発明のＬＥＤ前照灯１１の各ＬＥＤ照明ユニット１３は、ＬＥＤ基板の表面に二個一組のＬＥＤ（ＬＥＤ光源）１３ａ、１３ｂからなるＬＥＤ光源セットが固定され、それぞれのＬＥＤ光源セットの前方（基板から見れば上方）には、ＬＥＤ光源から発せられる光を集光して、光の照射方向を規定する集光レンズ１６が備えられた構成にある。そして、主灯として機能するＬＥＤ１３ａは、この集光レンズ１６の中央部（集光レンズ１６の焦点の位置）に配置固定され、そして副灯として機能するＬＥＤ１３ｂは、主灯ＬＥＤ１３ａの上側に近接配置されることが好ましい。なお、ＬＥＤ基板１４やＬＥＤ基板の背後に装着する放熱板１５としては、ＬＥＤを発光源として用いる各種の照明装置において、これまで知られ、あるいは利用されている各種のＬＥＤ基板と放熱板とを使用することが可能であるため、ＬＥＤ基板と放熱板についての詳しい説明は省略する。

次に、それぞれのＬＥＤ照明ユニット１３へ電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給システムの好ましい態様について、図５を参照して説明する。

図５において、電気エネルギー供給システムは、各ＬＥＤ光源セットの主灯ＬＥＤを直列に連結する第一の電気回路；各ＬＥＤ光源セットの副灯ＬＥＤを直列に連結する第二の電気回路；主灯ＬＥＤ入力端子と副灯ＬＥＤ入力端子と共通端子のそれぞれと第一の電気回路と第二の電気回路のそれぞれとを電気的に接続するＬＥＤ駆動ドライバ（ＬＥＤドライバ）；主灯ＬＥＤ入力端子と副灯ＬＥＤ入力端子と共通端子のそれぞれと第一の電気回路と第二の電気回路のそれぞれとに電気的に接続し、電気エネルギーを第一の電気回路あるいは第二の電気回路に択一的に供給するようにＬＥＤ駆動ドライバの駆動を制御するコントローラを含む。

電気エネルギー供給システムを上記のように構成することにより、全ての主灯ＬＥＤは一斉に点灯し、また全ての主灯ＬＥＤの消灯と同時に副灯ＬＥＤは一斉に点灯する。そして、このような電気エネルギー供給システムの採用により、前照灯の前面全体が常に明るい状態で維持される。

ただし、本発明の軌道走行車両の前照灯で用いる電気エネルギー供給システムは、必ずしも、図５に示した回路構成のシステムとする必要はなく、例えば、図６に示すような、主灯ＬＥＤ点灯用ドライバと副灯点灯用ドライバを別個に備える電気エネルギー供給システムとすることもできる。このような回路構成の電気エネルギー供給システムを用いた場合には、電気エネルギー供給システム自体が大型化するが、本発明の軌道走行車両の前照灯の正常な作動には問題はない。

１ ＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３に従う丸形の鉄道車両ＨＳＢ前照灯
２ 反射鏡
３ 透明カバー
４ 主灯発光管
５ 副灯発光管
１１ 本発明のＬＥＤ前照灯
１２ 透明カバー
１３ ＬＥＤ照明ユニット
１３ａ 主灯ＬＥＤ
１３ｂ 副灯ＬＥＤ
１３ｃ 遮光板
１４ ＬＥＤ基板
１５ 放熱板
１６ 集光レンズ
１７ 入力端子

Claims (6)

1. ＬＥＤ基板；ＬＥＤ基板の一方の側の表面にて二次元方向に分散配列された状態で固定された少なくとも三組のＬＥＤ光源セット、ただし、各組のＬＥＤ光源セットは、互いに近接して配置された主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤとから構成されている；それぞれのＬＥＤ光源セットの上面に備えられ、ＬＥＤ基板もしくは後記の放熱板に固定されている集光レンズ；主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤに電気エネルギーを択一的に供給する電気エネルギー供給手段；ＬＥＤ基板の前側に被せられた光透過性カバー；そして上記ＬＥＤ基板の背後に備えられた放熱板を含む、軌道走行車両の前照灯。
2. 上記の電気エネルギー供給手段が、ＬＥＤ基板の背面に備えられている、各ＬＥＤ光源セットの主灯ＬＥＤと副灯ＬＥＤのそれぞれに電気的に接続している主灯ＬＥＤ入力端子と副灯ＬＥＤ入力端子そして共通端子からなる電気エネルギー入力端子；各ＬＥＤ光源セットの主灯ＬＥＤを直列に連結する第一の電気回路；各ＬＥＤ光源セットの副灯ＬＥＤを直列に連結する第二の電気回路；主灯ＬＥＤ入力端子と副灯ＬＥＤ入力端子と共通端子のそれぞれと第一の電気回路と第二の電気回路のそれぞれとを電気的に接続するＬＥＤ駆動ドライバ；主灯ＬＥＤ入力端子と副灯ＬＥＤ入力端子と共通端子のそれぞれと第一の電気回路と第二の電気回路のそれぞれとに電気的に接続し、電気エネルギーを第一の電気回路あるいは第二の電気回路に択一的に供給するようにＬＥＤ駆動ドライバの駆動を制御するコントローラを含む、請求項１に記載の前照灯。
3. 各ＬＥＤ照明ユニットの主灯ＬＥＤが当該ユニットの集光レンズの焦点に配置され、副灯ＬＥＤが主灯ＬＥＤの上側に近接配置されている請求項１もしくは２に記載の前照灯。
4. ＬＥＤ光源セットと集光レンズのそれぞれが互いに同一のサイズと照明性能を持つ六組からなり、一組のＬＥＤ光源セットと集光レンズを中心として、他の五組のＬＥＤ光源セットと集光レンズとが上記一組のＬＥＤ光源セットを中心としたの位置の周囲に均一な間隔にて配置されている請求項１乃至３のいずれかの１項に記載の前照灯。
5. 日本鉄道車輌工業会規格ＪＲＩＳ−Ｒ−１６４３に従う鉄道車両−ハロゲンシールドビームランプの代替品として使用するための前照灯である請求項１乃至４の内のいずれかの１項に記載の前照灯。
6. 請求項１乃至５の内のいずれかの１項に記載の前照灯を備えた軌道走行車両。