JP6061638B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は車両用灯具に関し、特に、光源からの熱を放熱する放熱部材と放熱部材を空冷するファンを備えた車両用灯具に関する。

従来、照明用の灯具として蛍光灯や電球が多く用いられてきた。近年、このような灯具の代替として、消費電力や寿命の観点から発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と呼ぶ）を用いた発光装置が種々開発されている。例えば、特許文献１には、自動車のヘッドランプにＬＥＤを採用する技術が提案されている。

特開２０１２−７４２１８号公報

ヘッドランプでは、コスト低減のためＬＥＤの数を減らすことが求められており、ＬＥＤ１個あたりが出射する光のエネルギーが増大する傾向にある。ＬＥＤが発する光の大半は反射面で反射されるが、僅かな光が反射面で吸収され、光学部品の温度上昇を招くおそれがある。そのため、リフレクタや投影レンズなどの光学部材がＬＥＤからの熱の影響を受けて変形しうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学部材を効率よく冷却することのできる車両用灯具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、光源からの光を反射する光学部材と、光源から発生する熱を放熱する放熱部材と、光学部材の反射面に空気を送る送風機構と、を備えることを特徴とした。

この態様によると、光学部材の反射面に空気を送ることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、光学部材を効率よく冷却することのできる車両用灯具を提供することができる。

第１の実施の形態に係る車両用灯具の構成を示す鉛直断面図である。 図１の灯具ユニットの拡大断面図である。 図２の灯具ユニットに含まれる発光モジュールの構成を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る車両用灯具の灯具ユニットの拡大断面図である。 第３の実施の形態に係る車両用灯具の灯具ユニットの拡大断面図である。 図５の灯具ユニットに含まれる発光モジュールの構成を示す斜視図である。 図５のヒートシンクの下面図である。 第２の実施の形態の変形例に係る車両用灯具の灯具ユニットの拡大断面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る車両用灯具の概要は以下のとおりである。
本灯具は、光源に対向するよう配置されたリフレクタと、光源から発生する熱を放熱する放熱部材と、放熱部材を空冷するファンと、を備える。放熱部材は光源が搭載される搭載面を有し、その反対側にファンが設けられる。放熱部材にはファン側から搭載面側に貫通する通気孔が形成される。ファンからの空気の一部がこの通気孔を通って搭載面側、すなわちリフレクタ側に導かれる。これにより、リフレクタが冷却される。

図１は、第１の実施形態に係る車両用灯具１０の構成を示す鉛直断面図である。車両用灯具１０は、ランプボディ１２、アウターカバー１４、および灯具ユニット１６を有する。
以降、アウターカバー１４側を前側、ランプボディ１２側を後側として説明する。

ランプボディ１２は開口を有する箱状に形成される。アウターカバー１４は透光性を有する樹脂またはガラスによって椀状に形成される。アウターカバー１４は、ランプボディ１２に、その開口を覆うように取り付けられる。こうして、ランプボディ１２とアウターカバー１４とによって灯室１８が形成される。灯室１８内には灯具ユニット１６が配置される。灯具ユニット１６からの光をアウターカバー１４が透過し、灯具前方に光が照射される。

図２は灯具ユニット１６の拡大断面図である。図３は灯具ユニット１６に含まれる発光モジュール２２の構成を示す斜視図である。灯具ユニット１６は、投影レンズ２０、発光モジュール２２、リフレクタ２４、およびシェード２６を有する。投影レンズ２０は、前方側が凸面で後方側が平面の平凸非球面レンズからなり、その後方焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方に投影する。

リフレクタ２４は発光素子２８（後述）が発した光を反射して集光する反射面２４ａを有する。リフレクタ２４は反射面２４ａが発光素子２８に対向するよう発光素子２８の上方に配置される。具体的には、反射面２４ａの前側の端部２４ｂが発光素子２８より前側に位置し、後側の端部２４ｃが発光素子２８より後側に位置するよう配置される。リフレクタ２４は発光素子２８からの光を反射して、投影レンズ２０の後方焦点面に光源像を形成する。このようにリフレクタ２４および投影レンズ２０は、発光素子２８が発した光を灯具前方に向けて集光する光学部材として機能する。

シェード２６は、シェード部２６ａおよびダミー部２６ｂを有する。シェード部２６ａは灯具光軸Ａｘ１を含む平面を有し、ロービーム用配光パターンの水平線付近のカットオフラインを形成する。なお、シェード部２６ａの形状は公知であるため説明を省略する。ダミー部２６ｂは外部から認識可能な意匠面を構成する意匠部材として機能する。

発光モジュール２２は、パッケージ３０、ヒートシンク３２、アタッチメント３４、ファン３６、および制御回路基板３８を有する。パッケージ３０は、発光素子２８を有する。発光素子２８は、半導体発光素子であるＬＥＤによって構成される。なお、発光素子２８がＬＥＤ以外の発光素子によって構成されてもよく、また、発光素子２８に代えて放電灯や白熱灯など他の光源が用いられてもよい。

制御回路基板３８は発光素子２８の点灯を制御する。本実施形態では、制御回路基板３８は、プリント配線基板（不図示）と、当該プリント配線基板に実装される電気部品や素子（不図示）と、によって構成される。

アタッチメント３４はパッケージ固定部３４ａおよび回路収容部３４ｂを有する。パッケージ固定部３４ａはヒートシンク３２に装着される。パッケージ固定部３４ａとヒートシンク３２との間にパッケージ３０が挟持され、パッケージ３０が装着される。回路収容部３４ｂはヒートシンク３２に装着される。回路収容部３４ｂは箱状に形成され、その中に制御回路基板３８を収容される。

ヒートシンク３２はアルミニウムなど放熱性の高い材料によって形成される。ヒートシンク３２の上面３２ｃは、パッケージ３０に含まれる発光素子２８が搭載される搭載面として機能する。ヒートシンク３２は発光素子２８および制御回路基板３８が発する熱を放散させる。なお、ヒートシンク３２は発光素子２８の熱を放散させる第１ヒートシンクと、制御回路基板３８の熱を放散させる第２ヒートシンクとに分離されていてもよい。

ヒートシンク３２は本体部３２ａと、本体部３２ａの下部に設けられる放熱フィン３２ｂとを有する。放熱フィン３２ｂは灯具光軸Ａｘ１と直交する方向に延在するよう設けられる。このため放熱フィン３２ｂは、ヒートシンク３２に吹き付けられた空気を灯具光軸Ａｘ１と直交する方向に案内するガイドとしても機能する。ファン３６は、放熱フィン３２ｂに空気を吹き付けて発光素子２８および制御回路基板３８が発する熱を放散させることができるよう、放熱フィン３２ｂの下方においてヒートシンク３２に取り付けられる。

ヒートシンク３２には、ファン３６側から搭載面側（上面３２ｃ側）に貫通する通気孔４０が形成される。より具体的には、通気孔４０は、搭載面側の開口端４０ａが、発光素子２８と反射面２４ａの後側の端部２４ｃとの間に位置するよう形成される。また、通気孔４０は、開口端４０ａから流れ出た空気が、反射面２４ａの後側の端部２４ｃに到達するよう形成される。一例としては、通気孔４０は、ヒートシンク３２を、主光軸Ａｘ２に平行に貫通するよう形成される。なお、主光軸Ａｘ２とは、発光素子２８の上面である主発光面の中心を通過する主発光面と垂直な軸をいう。

ファン３６からの空気の一部は通気孔４０を通ってリフレクタ２４の反射面２４ａの後側の端部２４ｃに導かれ、反射面２４ａを沿うようにして前側の端部２４ｂに向けて流れる。このとき、リフレクタ２４と空気との間で熱交換が行われ、リフレクタ２４が冷却される。このように、反射面２４ａの後側の端部２４ｃにファン３６からの空気を導くことで、リフレクタ２４全体を冷却することができる。

また、通気孔４０を通って送られてきた空気の流れにより、灯具ユニット１６内の空気、すなわち投影レンズ２０、シェード２６、発光素子２８、およびリフレクタ２４によって囲まれた空間内の空気が、投影レンズ２０とリフレクタ２４との隙間から灯具ユニット１６外に流れ出る。つまり、発光素子２８によって熱せられた空気が灯具ユニット１６内に籠もりにくくなる。そのため、リフレクタ２４、投影レンズ２０、および発光素子２８は、比較的低い温度に保たれる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る車両用灯具２００と第１の実施の形態に係る車両用灯具１０との主な違いはヒートシンクの形状である。
図４は第２の実施の形態に係る車両用灯具２００の灯具ユニット２１６の拡大断面図である。図４は図２と対応する。ヒートシンク２３２は、図２のヒートシンク３２と異なり通気孔を有しない。

ファン２３６は、ヒートシンク２３２の後方に設けられ、ヒートシンク２３２に向かって空気を吹き付ける。そのため、放熱フィン２３２ｂは、灯具光軸Ａｘ１と平行な方向に延在するよう設けられる。

ヒートシンク２３２の後端には、前方に所定角度傾いた傾斜面２３２ｄが形成されている。これにより、ファン２３６からの空気がファン２３６からの空気がリフレクタ２４の反射面２４ａに導かれる。つまり、傾斜面２３２ｄは、空気をリフレクタ２４の反射面２４ａに導く送風ガイドとして機能する。本実施の形態によれば、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と同様の作用効果が奏される。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る車両用灯具３００と第１の実施の形態に係る車両用灯具１０との主な違いはヒートシンクとリフレクタの形状である。
図５は第３の実施の形態に係る車両用灯具３００の灯具ユニット３１６の拡大断面図である。図６は灯具ユニット３１６に含まれる発光モジュール３２２の構成を示す斜視図である。図７はヒートシンクの下面図である。図５、図６は図２、図３にそれぞれ対応する。

発光素子２８はヒートシンク３３２の中心より後方に位置している。ヒートシンク３３２は、灯具光軸Ａｘ１と直交する方向に延在するよう設けられた放熱フィン３３２ｂに加え、灯具光軸Ａｘ１と平行な方向に延在するよう設けられた放熱フィン３３２ｅを有する。具体的には、ヒートシンク３３２の中心より後方に位置する発光素子２８の直下部分にだけ、灯具光軸Ａｘ１と平行な方向に延在するよう設けられた放熱フィン３３２ｅを有する。

つまり、放熱フィン３３２ｅは、発光素子２８直下の空気を後側に案内するよう設けられている。別の言い方をすると、側面までの距離が最も短い方向に、発光素子２８直下の空気を案内するよう放熱フィン３３２ｅ設けられている。放熱フィン３３２ｅにより後側に案内された空気は後方側面に設けられた通気孔３３２ｆからヒートシンク３３２外に排出される。これにより、温度が比較的高くなる傾向にある発光素子２８直下部分を効率的に冷却することができ、その結果、発光素子２８をより効率的に冷やすことができる。

リフレクタ２２４は、後側の端部２２４ｃが、通気孔３３２ｆの少なくとも一部と灯具光軸Ａｘ１方向で対向するよう形成される。このため、放熱フィン３３２ｅに案内されて通気孔３３２ｆから排出された空気の一部はリフレクタ２２４の後側の端部２２４ｃに吹き付けられ、リフレクタ２２４の反射面２２４ａに沿ってＬＥＤ直上の高温部位に導かれる。つまり、本実施の形態によれば、通気孔４０に加え、通気孔３３２ｆからもリフレクタ２２４の反射面２２４ａに空気を導くことができ、リフレクタ２４を冷却することができる。なお、ヒートシンク３３２の後方側面にはパッケージ３０の構成部品等は取り付けられないため、通気孔３３２ｆは比較的大きく形成できる。そのため、通気孔４０よりもより大量の空気を通気孔３３２ｆからリフレクタ２２４に導くことができる。

本発明者は、本実施の形態の冷却効果を確かめるため実験を行った。具体的には、灯具光軸Ａｘ１と直交する方向に延在するフィンだけを有するヒートシンクを備える比較例に係る車両用灯具と本実施の形態に係る車両用灯具３００それぞれの発光素子２８の温度（ジャンクション温度（Ｔｊ））を計測した。表１はその実験結果を示す。表１のごとく、本実施の形態に係る車両用灯具３００のジャンクション温度は、比較例に係る車両用灯具のジャンクション温度に比べ、低くなることが分かる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（変形例１）
図８は第２の実施の形態の変形例に係る車両用灯具４００の灯具ユニット４１６の拡大断面図である。本変形例ではヒートシンク４３２は、傾斜面を有しない。代わりに、灯具ユニット４１６はダクト４４２を有する。ダクト４４２は、ファン２３６からヒートシンク２３２の放熱フィン２３２ｂに向けて吹き付けられた空気の一部を、リフレクタ２４とヒートシンク３２との隙間に案内する。これにより、ファン２３６からの空気の一部がリフレクタ２４の反射面２４ａに導かれる。つまり、ダクト４４２は、空気をリフレクタ２４の反射面２４ａに導く送風ガイドとして機能する。本変形例によれば、第２の実施の形態に係る車両用灯具２００と同様の作用効果が奏される。なお、本変形例では、ファン２３６は、ヒートシンク４３２の後方に限らず、他の位置に設けられてもよい。

１０ 車両用灯具、 １２ ランプボディ、 １４ アウターカバー、 １６ 灯具ユニット、 １８ 灯室、 ２０ 投影レンズ、 ２２ 発光モジュール、 ２４ リフレクタ、 ２４ａ 反射面、 ２６ シェード、 ２８ 発光素子、 ３０ パッケージ、 ３２ ヒートシンク、 ３２ａ 本体部、 ３２ｂ 放熱フィン、 ３４ アタッチメント、 ３６ ファン、 ３８ 制御回路基板、 ４０ 通気孔。

Claims (2)

1. 光源からの光を反射する光学部材と、
   前記光源から発生する熱を放熱する放熱部材と、
   前記放熱部材を空冷するファンと、
   前記ファンから送風された空気を前記光学部材の反射面に導く送風機構と、を備え、
   前記放熱部材は前記光源が搭載される搭載面を有し、
   前記ファンは、前記放熱部材に対し、前記搭載面と反対側に設けられ、
   前記送風機構は、前記ファン側から前記搭載面側に前記放熱部材を貫通する通気孔を含み、
   前記通気孔は、前記搭載面側の開口端が前記反射面と対向するよう形成されることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記光学部材は、前記光源に対向するよう配置され、光源からの光を路面に配光制御可能に反射面が形成されており、前記反射面の一端は前記光源よりも後側に位置し、他端は前記一端よりも前側に位置し、
   前記通気孔は、前記開口端が前記光源と前記反射面の一端との間に位置するよう形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。

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