JP6349798B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は車両用灯具に関するものである。

従来、金属平板を折り曲げ加工し、半導体型発光素子を有する基板を支持する支持部と、支持部の後方に放熱部を形成したヒートシンクを用いた車両用灯具が知られている（例えば、特許文献１参照）

近年、半導体型発光素子の高出力化が進んでおり、車両用灯具においても高出力の半導体型発光素子を用いるようになることが想定される。
しかしながら、高出力の半導体型発光素子は、半導体型発光素子の発する熱容量が大きく、また、半導体型発光素子を有する基板などを配置する部品等についても大型化する。

特開２０１０−１４６８１７号公報

特許文献１に開示されるように、基板を支持する支持部の後方に放熱部を設ける場合、半導体型発光素子を高出力化することを考えると、基板を配置する部分の面積が大きくなり、熱源である半導体型発光素子から放熱部までの距離が離れるため放熱効果が低下し、高出力化によって増大する半導体型発光素子の熱容量に対して十分な冷却効果が得られなくなることが懸念される。

一方、放熱部までの熱伝導性を確保するために、熱伝導する部分の厚みを増やすことも考えられるが、そうすると金属平板の板厚を厚くする必要が生じることとなり、折り曲げやプレスといった生産性のよい加工手段での加工が困難になっていくという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、半導体型発光素子を有する基板を配置する部材の厚みを増加させずに高い放熱性を実現し、プレス成形のような生産性の高い手段で製造することが可能な車両用灯具を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の構成によって把握される。
（１）本発明の車両用灯具は、前方に開口を有するハウジングと、前記開口に取り付けられるアウタレンズと、前記ハウジングと前記アウタレンズとで形成される灯室内に配置される光源ユニットとを備え、前記光源ユニットが、ベース板と、前記ベース板の表面に設けられる半導体型発光素子を有する基板と、前記ベース板の裏面に設けられ、前記ベース板を挟んだ前記基板と対向する位置に配置される当板とを備える。

（２）上記（１）の構成において、前記ベース板が、前記ベース板を前記表面側から前記裏面側に押し出し変形させて形成した凹部を有し、前記基板が前記凹部内に設けられる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記ベース板の表面に設けられ、前記半導体型発光素子からの光を反射するリフレクタを備える。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記ベース板が、前記ベース板を押し出し変形させて形成したエイミングスクリューの先端を受けるためのエイミング用凹部を有する。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記ベース板と前記当板は、同じ材料からなる。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、前記ベース板と前記基板との間、および、前記ベース板と前記当板との間には、放熱グリス若しくは放熱シートが介在されている。

（７）上記（１）から（６）のいずれか１つの構成において、前記ベース板が前記当板を固定するためのタップを有し、前記当板が前記タップを挿通させるための孔を有し、前記タップが、前記ベース板を前記表面側から前記裏面側に押し出し変形させて形成されたものである。

（８）上記（１）から（７）のいずれか１つの構成において、前記当板が前記ベース板に向く面と反対側の面側に冷却ファンを保持するための保持部を有し、前記冷却ファンが前記保持部に固定されている。

本発明によれば、半導体型発光素子を有する基板を配置する部材の厚みを増加させずに高い放熱性を実現し、プレス成形のような生産性の高い手段で製造することが可能な車両用灯具を提供することができる。

本発明に係る第１実施形態の車両用灯具を備えた車両の平面図である。 図１の車両用灯具の断面図である。 図２の光源ユニット部分を裏面側から見た分解斜視図である。 図２の光源ユニット部分を裏面側から見た斜視図である。 本発明に係る第２実施形態の光源ユニットを説明する斜視図である。 本発明に係る第３実施形態の光源ユニット部分を裏面側から見た分解斜視図である 本発明に係る第３実施形態の光源ユニットの主要な部分の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態の説明では、全体を通じて同じ要素には同じ番号を付している。
なお、この明細書において、前、後、上、下、左、右は、車両用灯具を車両に搭載した際の車両に乗車する運転者から見た方向を示す。

（第１実施形態）
本発明の実施形態に係る車両用灯具は、図１に示す車両１０２の前方の左右に設けられる車両用灯具（１０１Ｒ，１０１Ｌ）であり、左右の車両用灯具（１０１Ｒ，１０１Ｌ）の構成は左右対称であるため、以下では、左側の車両用灯具１０１Ｌについてのみ説明する。

（車両用灯具の全体構成）
図２は、半導体型発光素子５１の中心を通るように、車両用灯具１０１Ｌを切断した断面図であり、車両用灯具１０１Ｌを側面から見た断面図になっている。
図２に示されるように、車両用灯具１０１Ｌは、車両前方側に向けて前方に開口を有するハウジング１０と、ハウジング１０の開口に取り付けられるアウタレンズ２０とで灯室が形成され、この灯室内に図示しない取付け手段によってハウジング１０に取付けられた光源ユニット３０が収容されている。

光源ユニット３０は、ベース板４０と、ベース板４０の表面に設けられた半導体型発光素子５１を有する基板５０と、ベース板４０の裏面に設けられた当板６０と、ベース板４０の表面に設けられるリフレクタ７０とを主に備えている。
なお、必要に応じてリフレクタで反射された光の一部を遮光するシェードを設けるようにしてもよい。

（光源）
光源としては、基板５０上に半導体型発光素子５１を設けたものを用いている。
半導体型発光素子５１は、例えばＬＥＤ、ＥＬ(有機ＥＬ)等の自発光型発光素子であり、図２に示すように、基板５０上に実装され、基板５０に形成された配線パターンを介して給電される。発光部を形成するために用いられる半導体型発光素子５１の数や形状には特に制限はなく、例えば、複数個の正方形の半導体型発光素子５１を水平方向に配列して、全体として平面長方形状の発光面を形成してもよく、正方形や長方形の半導体型発光素子５１を１つだけ設けるようにして発光面を形成するようにしてもよい。また、半導体型発光素子５１を封止樹脂で封止してパッケージ化してもよい。

半導体型発光素子５１を有する基板５０は、ベース板４０の表面に直接接触するように設けられてもよいが、図２に示すように、基板５０とベース板４０との間に熱伝導性の高い放熱グリス４６や放熱シート４７を挟んで固定されるようにするのが好適である。
このようにすると、基板５０の裏面（ベース板４０に対向する面）やベース板４０の表面の微小な凹凸に放熱グリス４６や放熱シート４７が入り込み、基板５０とベース板４０との間にできる微細な隙間をこの熱伝導性の高い材料（放熱グリス４６や放熱シート４７）が埋めることになり、良好な熱伝導が得られ、放熱性を高めることが可能となる。

（リフレクタ）
リフレクタ７０は、図２に示すように、半導体型発光素子５１を上側から略半ドーム状に覆うようにベース板４０の表面に設けられている。
そして、リフレクタ７０は、半導体型発光素子５１が形成する発光面の発光中心Ｏ１若しくはその近傍に焦点Ｆ１が設けられ、半導体型発光素子５１からの光を所望の配光状態となるように、光を車両前方側に反射する。

（ベース板）
ベース板４０は、熱伝導性の高い板材をプレス加工することによって、形成されている。このためベース板４０は、どの部分も略同じ板厚になっており、加工性の観点から厚みは２ｍｍ以下であることが好ましい。ベース板４０に用いる熱伝導性の高い材料としてはアルミニウムなどがあり、アルミニウムの場合、純度の高い純アルミが熱伝導性の面で好適である。
さらに、ベース板４０は、放射率を高めることができる塗装などを施しておいてもよい。
この場合、プレス加工を施す前の板材の段階で塗装を実施してもよく、プレス加工後に塗装を実施してもよいが、板材の段階で塗装を行う方がコストを低減することができるので好ましい。

ベース板４０は、図２に示されるように、半導体型発光素子５１を有する基板５０を配置するための凹部４１を有している。
より具体的には、ベース板４０は、金属平板をプレス加工することで形状が成形された部材であり、凹部４１は、ベース板４０を表面側（図上側）から裏面側（図下側）にプレスによって押し出し変形させることで形成されている。

凹部４１のサイズは、特に限定されるものではないが、本例では、基板５０のサイズと略同じサイズとしており、このようにすると、凹部４１に半導体型発光素子５１を有する基板５０を載置する作業がしやすい。

凹部４１の深さは、基板５０の厚みと略同じ深さとされており、したがって、基板５０が、このベース板４０の表面の凹部４１に配置されると、半導体型発光素子５１の基板５０側の底面は、凹部４１の外側のベース板４０の表面と略面一となる位置にくることになる。
このため、半導体型発光素子５１は、図２に示すように、ベース板４０のリフレクタ７０が取り付けられる面と略面一の高さに配置されるようになっている。

ここで、仮に、この凹部４１が設けられていないとすると、半導体型発光素子５１は、基板５０の厚み分高い位置に配置されることになるのでリフレクタ７０を固定治具で持ち上げて配置するか若しくはリフレクタ７０自体を、その分、高さ方向に延長したものとする必要がある。前者のように、高さを持ち上げる固定治具を用いた場合、リフレクタ７０とベース板４０との間に隙間等ができやすく、その隙間から光が漏れグレア光になる恐れがある。
一方、後者のようにするとリフレクタ７０自体の高さが高くなることになる。

そこで、本実施形態では、上記のように凹部４１を形成することでデットスペースとなりがちであるベース板４０の裏面側のスペースを有効に活用して基板５０が配置できるようにした。こうすることで、特別にリフレクタ７０を持ち上げる固定治具を用いる必要がないので、リフレクタ７０とベース板４０との間の隙間を抑制でき、グレア光の発生が抑制されるとともに、リフレクタ７０自体の高さを抑えて、無駄な部分なく表面を反射面として有効に使うことができる。

また、ベース板４０は、ベース板４０の車両後方側を基板５０やリフレクタ７０が配置される表面に対して、略直交するようにプレス加工で折り曲げられた折り曲げ部４２を有している。

図３は、ベース板４０を基板５０が設けられる表面とは反対となる裏面側から見た斜視図である。
図３を見るとわかる通り、折り曲げ部４２の両端には、裏面側に伸びる垂下板部４３が形成され、その垂下板部４３にはエイミング用凹部４４がプレス加工でベース板４０を押し出し変形させて形成されている。

このエイミング用凹部４４には、図２に示すように、エイミングスクリュー１２０の先端が当接され、図示を省略した調節部でエイミングスクリュー１２０を車両前後方向に動かすことで灯室内でのベース板４０の位置の微調整、つまり、光源ユニット３０のエイミングが行われる。

（当板）
当板６０は、図３に矢印で示すように、凹部４１の裏面に設けられる。
具体的には、図３に示すように、凹部４１の裏面には、タップ４８がプレス加工で設けられており、当板６０には、そのタップ４８を挿通させる貫通孔６１が設けられており、図４に示すように、タップ４８を貫通孔６１に挿通させて、そのタップ４８をカシメすることで当板６０が取り付けられている。但し、固定の態様は、必ずしも、カシメに限定されるものではなく、スクリューなどによる固定でもよい。

当板６０は、放熱性の高い材料を用いることが良好であり、このため、前述したベース板４０と同じ材料からなるのが好適である。つまり、純度の高い純アルミが熱伝導性の面で好適である。

図２に示すように、当板６０も基板５０と同様に、ベース板４０と当板６０との間に、熱伝導性の高い放熱グリス４６や放熱シート４７を挟んで固定されるようにするのが好適である。
このようにすることで、ベース板４０の裏面（凹部４１の裏面）や当板６０の表面の微小な凹凸に放熱グリス４６や放熱シート４７が入り込み、ベース板４０の裏面（凹部４１の裏面）と当板６０との間にできる微細な隙間をこの熱伝導性の高い材料（放熱グリス４６や放熱シート４７）が埋めることになり、良好な熱伝導が得られ、放熱性を高めることが可能となる。

上記のように、当板６０が設けられることで実質的にベース板４０の厚みを増やすのと同様の効果を得ることができ、熱伝導性が高くなるとともに、当板６０自体は放熱部としての役目も果たすので高い放熱効果が得られる。
しかも、この当板６０は、半導体型発光素子５１が設けられている基板５０の直下に位置することから、半導体型発光素子５１からの熱を最短距離で放熱するので、従来のように、基板を支持する支持部の後方に放熱部を有するものと比較して、さらに放熱性が高いものとなる。
当板６０は、放熱性を高める観点から、ベース板４０の厚みと同等以上、つまり、２ｍｍ以上であることが好ましく、また、そのサイズも半導体型発光素子５１の外形の３倍以上であることが好ましい。
但し、外形があまりに大きくなりすぎると、小型化の面で不利となるため、このことを考えると３倍程度が良好である。

（本実施形態の作用効果）
以上のような構成とすることでベース板４０自体の厚みを増やさず、プレス成形のような生産性の高い手段でベース板４０が製造でき、それでありながら、当板６０が設けられることで高い放熱性を得ることができる。

さらに、基板５０を配置する部分を、ベース板４０を表面側（図上側）から裏面側（図下側）にプレスによって押し出し変形させることで凹部４１としたので、リフレクタ７０が配置されるベース板４０の部分と略面一となる高さに半導体型発光素子５１を配置することができ、リフレクタ７０を持ち上げる固定治具などを用いる必要がないのでリフレクタ７０とベース板４０との間に隙間等が生じることを抑制できるので、隙間から光が漏れグレア光になる恐れもなく、リフレクタ７０自体の高さ抑えて、無駄な部分なく表面を反射面として有効に使うことができる。

なお、上記実施形態では、凹部４１を設けたものについて説明してきた。上述のように、凹部４１を設けることでリフレクタ７０の高さを高くすることを抑制し、また、グレア光の発生を抑制できるので凹部４１を設けることが好適であるが、当板６０が設けられていれば放熱性を高めることができるので放熱性という観点からすれば、必ずしも凹部４１を設けることに限定されるものではない。

（第２実施形態）
第１実施形態では、半導体型発光素子５１からの光をリフレクタ７０で反射させ、車両前方側に照射する、いわゆるプロジェクタ型の車両用灯具を例示してきた。しかしながら、本発明はプロジェクタ型の車両用灯具に限定されるものではなく、半導体型発光素子５１からの光を直接レンズに入射させ、レンズで配光制御を行うレンズ直射型の車両用灯具にも好適に用いることが可能であり、第２実施形態では、レンズ直射型の車両用灯具について例示する。
なお、以下の説明において、第１実施形態と同様である部分については、説明を省略する場合がある。

レンズ直射型の場合は、ベース板４０の表面、つまり、半導体型発光素子５１を有する基板５０を載置する面を車両前方側に向けて配置することになる。
この状態を図５に示す。なお、図５では、レンズの図示を省略している。
また、図５は、ベース板４０の表面側が見えるようにした斜視図であるため、ベース板４０の凹部４１の裏面側は図示されていないが、第１実施形態と同様に裏面には、当板６０が設けられている。

第２実施形態では、第１実施形態と異なり、凹部４１が車両幅方向に基板５０よりも幅が広くされているとともに、車両上下方向にベース板４０の下端から上端まで設けられるようになっている。

そして、図示しないレンズは、半導体型発光素子５１の車両前方側に位置するように、レンズの車両幅方向の両端に一体的に形成された一対の取付脚部を用いて、凹部４１の両側に設けられる一対の取付部４５に、例えば、図示しないスクリュー等を用いて取り付けられる。

このように、凹部４１を基板５０よりも幅を広くするとともにベース板４０の下端から上端まで設けるようにすると、レンズとベース板４０との間の部分の空気の通りが良くなる。

半導体型発光素子５１は、発光時に熱を放出するので、この熱によって上昇気流が発生し、その上昇気流の流れに引かれるように下端側からは、この凹部４１をガイドとして冷たい空気が半導体型発光素子５１のある所に流入するようになる（図５の矢印参照）。

したがって、このような構成とすると、裏面に設けられた当板６０による放熱効果だけでなく、さらに、上述した空気の流れによっても放熱効果が高められ、極めて放熱性の高い車両用灯具を実現することができる。
本第２実施形態でも凹部４１を設けることで一段と放熱性が高められることから、凹部４１を設けることが好適であるが、当板６０を設けることで十分な放熱性が得られる場合などもあり、必ずしも凹部４１を設けることに限定されるものではない。

なお、第２実施形態においても基板５０とベース板４０との間、および、当板６０とベース板４０との間に放熱グリス４６や放熱シート４７を介在させることが好適であり、また、ベース板４０の裏面にエイミング用凹部４４を形成するようにしてもよい。
さらに、レンズと半導体型発光素子５１との間にシェードを設けるようにしてもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態では、さらに、放熱性を高めるために、強制的に空冷するために冷却ファンを設けた形態について例示する。
第３実施形態の基本的な構成は、第１実施形態と同様であるので、同じ部分については説明を割愛する。

第３実施形態では、冷却ファン１３０（図７参照）を設けるために、図６に示すように、当板６０に裏面側に延びる一対の冷却ファン取付脚部６２を設け、その冷却ファン取付脚部６２の先端に冷却ファン固定部６３を設けることで冷却ファンを保持する保持部を形成している。

図７は、冷却ファン１３０が冷却ファン固定部６３にスクリューで固定された状態を示した断面図になっている。
図７に示されるように、冷却ファン固定部６３に固定された冷却ファン１３０は、当板６０のベース板４０に取付けられている部分、つまり、当板６０のベース板４０に向く面と反対側の面側に風を送るように配置されており、当板６０が冷却ファンの風により強制冷却されるので、さらに高い放熱効果が得られる。
したがって、今後、さらに、半導体型発光素子５１の高出力化が進んで、半導体型発光素子５１の発する熱容量が増大し、当板６０だけでは十分な放熱効果が得られないようになったような場合、第３実施形態のようにすれば良い。

なお、第３実施形態も第１実施形態と同様に、プロジェクタ型の車両用灯具に限定されるものでない。第２実施形態のようなレンズ直射型の場合にも、第３実施形態で示したのと同様の構造の当板６０を適用することが可能であり、したがって、レンズ直射型の車両用灯具においても第３実施形態と同様の態様とすることが可能である。

上記のように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれものである。

１０ ハウジング
２０ アウタレンズ
３０ 光源ユニット
４０ ベース板
４１ 凹部
４２ 折り曲げ部
４３ 垂下板部
４４ エイミング用凹部
４５ 取付部
４６ 放熱グリス
４７ 放熱シート
４８ タップ
５０ 基板
５１ 半導体型発光素子
６０ 当板
６１ 貫通孔
６２ 冷却ファン取付脚部
６３ 冷却ファン固定部
７０ リフレクタ
１０１Ｌ 左側の車両用前照灯（車両用灯具）
１０１Ｒ 右側の車両用前照灯（車両用灯具）
１０２ 車両
１２０ エイミングスクリュー
１３０ 冷却ファン
Ｏ１ 発光中心
Ｆ１ 焦点

Claims (8)

1. 車両用灯具であって、
   前方に開口を有するハウジングと、
   前記開口に取り付けられるアウタレンズと、
   前記ハウジングと前記アウタレンズとで形成される灯室内に配置される光源ユニットと
   を備え、
   前記光源ユニットが、
   熱伝導性の高い板材で形成されたベース板と、
   前記ベース板の表面に設けられる半導体型発光素子を有する基板と、
   前記ベース板の裏面に表面を向けて設けられた放熱性の高い材料の平板状の板材であって、前記ベース板を挟んだ前記基板と対向する位置に配置される当板と、を備え、
   前記当板は、前記基板の直下に位置するように、前記ベース板に対してだけ取り付けられていることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記ベース板が、前記ベース板を前記表面側から前記裏面側に押し出し変形させて形成した凹部を有し、
   前記基板が前記凹部内に設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記ベース板の表面に設けられ、前記半導体型発光素子からの光を反射するリフレクタを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記ベース板が、前記ベース板を押し出し変形させて形成したエイミングスクリューの先端を受けるためのエイミング用凹部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用灯具。
5. 前記ベース板と前記当板は、同じ材料からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用灯具。
6. 前記ベース板と前記基板との間、および、前記ベース板と前記当板との間には、放熱グリス若しくは放熱シートが介在されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用灯具。
7. 前記ベース板が前記当板を固定するためのタップを有し、
   前記当板が前記タップを挿通させるための孔を有し、
   前記タップが、前記ベース板を前記表面側から前記裏面側に押し出し変形させて形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用灯具。
8. 前記当板が前記ベース板に向く面と反対側の面側に冷却ファンを保持するための保持部を有し、
   前記冷却ファンが前記保持部に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両用灯具。

Images