JP4586144B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、光源として半導体発光素子を使用したヘッドランプを含む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した車両用灯具は、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、自動車の前照灯として構成されており、前面が開放した樹脂製の筐体２と、この筐体２内に設けられた光源ユニット３と、筐体２の前面を覆うように筐体２に取り付けられた前面レンズ４と、から構成されている。

上記光源ユニット３は、少なくとも一つのＬＥＤ等の半導体発光素子（図示せず）を含んでおり、前方に向かって光を出射するように、ユニット支持体３ａにより筐体２の内側に支持されている。
さらに、上記光源ユニット３は、半導体発光素子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３ｂを介して上記ユニット支持体３ａに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、上記光源ユニット３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３の半導体発光素子が駆動され、発光する。そして、上記光源ユニット３の半導体発光素子から出射した光が、上記前面レンズ４を介して前方に向かって照射される。

一般に、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の発光に伴って熱が発生する。
ところで、半導体発光素子は一般的に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下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、半導体発光素子からの熱が、ヒートシンク３ｂを介して、筐体２内の空気中に放熱されるようになっている。

また、特許文献１には、半導体発光素子（ＬＥＤ）をヒートパイプの一端付近に支持すると共に、このヒートパイプの他端を筐体外部に配置して、ヒートシンクを取り付けることにより、各ＬＥＤで発生する熱をヒートパイプを介して筐体外部のヒートシンクから外気に放出するようにした、車両用灯具が開示されている。
特開２００４−１２７７８２号

ところで、上述した車両用灯具１においては、半導体発光素子からの熱が、筐体２内の空気中に放熱されるようになっている。そして、この車両用灯具１の筐体２内の空気は、この熱により暖められて筐体２内で自然対流を生ずることにより、筐体２内で循環し、より放熱効果が高められるようになっている。
しかしながら、上述の車両用灯具１は、筐体２内での放熱が、筐体２内の自然対流による空気循環に限定されてしまう。このことから、車両用灯具１は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、半導体発光素子が発光することになる。そうすると、車両用灯具１は、半導体発光素子の発光効率がより低下し、場合によっては発光色までも変化してしまうことになり、灯火の色が規制されている車両用灯具の光源としては不適切なものになってしまう。

これに対して、筐体２内に小型ファンを内蔵して、筐体２内の空気を強制的に循環させることも考えられる。しかし、この場合であっても、車両用灯具１は、ファンのための電源ラインの引き込み及びファンの収容スペースを確保することが必要であり、同様にしてコストが高くなってしまうと共に、小型ファンが振動を発生することから、車両用灯具１に耐振性能が要求されることになり、実用化は困難である。

また、ヒートシンク３ｂを筐体２の外側まで延長することにより、放熱性能を高めることが可能であるが、ヒートシンク３ｂの外部に露出する部分が外気に曝されることになり、外気の汚染物質等により、ヒートシンク３ｂの表面に汚れが付着するが考えられる。従って、長期の使用の場合、ヒートシンク３ｂは、その表面に付着した汚れによって放熱性能が低下してしまい、場合によっては必要最低限の放熱性能が保証されなくなってしまうことも考えられる。

このため、例えば定期的にヒートシンク３ｂの表面に付着した汚れを洗浄等により除去するメンテナンスが必要になってしまう。
さらに、例えばＡＦＳ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｒｏｎｔ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）にてステアリング操作に連動して車両用灯具１の光軸を揺動させる場合には、光源ユニット３の揺動に伴って、ヒートシンク３ｂを揺動させる必要があるので、光源ユニット３の筐体２への機械的締結に支障が生ずることになってしまう。

これに対して、特許文献による車両用灯具においては、各半導体発光素子で発生する熱を筐体内または筐体外に伝導させることによって、筐体内部全体の温度を低下させるように構成されている。
しかしながら、この場合も、ヒートシンクは筐体の外側に配置されることから、同様にして長期の使用の場合、ヒートシンクの表面に汚れが付着して、放熱性能が低下してしまうことになる。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、優れた放熱効果が得られるようにすることで、半導体発光素子を用いた光源の性能を維持でき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と、この筐体内で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、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、上記光源ユニットに接するように上記筐体内に配置されたヒートシンクと、を含んでいる車両用灯具において、前記筐体を内側から外側に貫通し且つ回転可能に支持された回転軸と、この筐体の内側、外側の回転軸それぞれの両端に取り付けられた風車ファンと、を有する空冷機構を備え前記空冷機構の筐体外側の風車ファンに、自動車の走行時に走行風を導くための外側導風ダクトを備え、前記回転軸は、上記筐体に対して、気密的に且つ回転可能に支持さ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、前記空冷機構の内側の風車ファンからの空気流を上記ヒートシンクに導くための内側導風ダクトを備えている。

本発明による車両用灯具は、好ましくは、前記内側導風ダクトが断熱材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、前記筐体内に、複数の光源ユニットが配置されていて、各光源ユニットに接する一つの共通のヒートシンクを備えており、このヒートシンクに前記空冷機構を備えている。

本発明による車両用灯具は、好ましくは、前記筐体内に、複数の光源ユニットが配置されていて、各光源ユニットにそれぞれ接する複数のヒートシンクを備えており、各ヒートシンクが、それぞれ光源ユニットに対応して上記空冷機構を備えている。

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、ヒートシンクに伝達され、さらにヒートシンクから上記筐体内の空気に放熱される。そして、加熱された空気が対流によって上記筐体内を循環される。

その際、自動車の走行に伴って上記空冷機構の外側の風車ファンが走行風を受けてタービンのように回転することにより、この外側の風車ファンに回転軸を介して連結された内側の風車ファンも回転して、コンプレッサとして機能することにより、空気流を発生させる。これにより、内側の風車ファンにより発生する空気流が上記ヒートシンクの近傍を流れることにより、ヒートシンクを冷却する。従って、上記ヒートシンクが上記空冷機構によって強制的に空冷されることになるので、ヒーンシンクによる放熱効率が向上することになる。

このようにして、本発明によれば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が抑制されるので、個々の半導体発光素子の発光効率が低下することがなく、高い輝度が維持され得ることになる。
また、本発明によればヒートシンクには筐体内の空気のみが触れるので、使用に伴ってヒートシンクに汚れが付着するようなことがなく、長期間に亘って信頼性の高い放熱性能が得られることになる。

尚、ヒートシンクの熱が上記筐体内の空気全体に放熱されることにより、筐体内の空気を介して前面レンズが僅かに暖められることになるので、半導体発光素子からの光が所謂輻射熱効果を生じなくても、前面レンズにおけるある程度の融雪効果も得られることになる。

上記空冷機構の外側の風車ファンに、自動車の走行時に走行風を導くための外側導風ダクトを備えている場合には、自動車の走行時に走行風がこの外側導風ダクトを介して効率的に外側の風車ファンに導かれるので、外側の風車ファンが効率よく回転され得ることになり、内側の風車ファンによる空冷効果が向上することになる。

上記空冷機構の内側の風車ファンからの空気流を上記ヒートシンクに導くための内側導風ダクトを備えている場合には、内側の風車ファンによる発生する空気流が、この内側導風ダクトを介してヒートシンクに導かれるので、ヒートシンクに対して空気流が効率よく当たることになり、内側の風車ファンによる空冷効果が向上することになる。

上記内側導風ダクトが断熱材から構成されている場合には、この内側導風ダクトを介して内側を通る空気流が暖められるようなことはないので、ヒートシンクが効率良く冷却され得ることになる。

上記筐体内に、複数の光源ユニットが配置されていて、各光源ユニットに接する一つの共通のヒートシンクを備えており、このヒートシンクが、各光源ユニットに対応してそれぞれ上記空冷機構を備えている場合には、複数の光源ユニットを備えていても、各光源ユニットに接する一つの共通のヒートシンクが各光源ユニットに対応してそれぞれ上記空冷機構を備えているので、各光源ユニットが、それぞれ対応する空冷機構によって効率良く放熱され得ることになる。

上記筐体内に、複数の光源ユニットが配置されていて、各光源ユニットにそれぞれ接する複数のヒートシンクを備えており、各ヒートシンクが、それぞれ光源ユニットに対応して上記空冷機構を備えている場合には、複数の光源ユニットを備えていても、各光源ユニットにそれぞ当接するヒートシンクが、それぞれ上記空冷機構を備えているので、各光源ユニットが、それぞれ対応する空冷機構によって効率良く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、自動車の走行風を受けて外側の風車ファンが回転することにより、これと連動して筐体内に配置された内側の風車ファンが回転して、筐体内を循環する空気流を発生させる。これにより、筐体内を強制的に循環する空気流によって、ヒートシンクが効率良く放熱されるので、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ると共に、ヒートシンクには筐体内の空気のみが触れるので、ヒートシンクに外気に含まれる汚れ等が付着することがない。

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。

［実施例１］
図１（Ａ）は、本発明による車両用灯具の第一の実施形態の構成を示している。
図１（Ａ）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１１内に設けられた少なくとも一つ（図示の場合、一つ）の光源ユニット１２と、筐体１１の前面を覆うように筐体１１に取り付けられた透光性樹脂材料から成る前面レンズ１３と、筐体１１内に設けられたヒートシンク１４及び空冷機構２０と、から構成されている。

上記光源ユニット１２は、少なくとも一つの例えばＬＥＤ（発光ダイオード）あるいはレーザーダイオード等の半導体発光素子（図示せず）を含んでおり、前方に向かって光を出射するように、ユニット支持体１２ａにより筐体１１の内側に支持されている。
ここで、上記光源ユニット１２は、上方及び下方にてそれぞれ横方向に延びる二つのユニット支持体１２ａにより筐体１１の内側に支持されている。

上記前面レンズ１３は、透光性樹脂材料から構成されており、上記筐体１１の前面を気密的に覆うように筐体２に取り付けられている。

上記ヒートシンク１４は、筐体１１内に配置されており、上記光源ユニット１２に接して、この光源ユニット１２が発した熱が伝導されて放熱するようになっている。
ここで、上記ヒートシンク１４は、図示の場合、下方のユニット支持体１２ａの上面に取り付けられており、上記光源ユニット１２の後端付近に接している。 これにより、上記光源ユニット１２内の各半導体発光素子で発生する熱がヒートシンク１４に効率良く伝達され得るようになっている。

以上の構成は、図３に示した従来の車両用灯具１と同様の構成であるが、本発明実施形態による車両用灯具１０においては、さらに前述した空冷機構２０を備えている。
ここで、上記空冷機構２０は、上記筐体１１の底部を貫通する回転軸２１と、この回転軸２１の両端に取り付けられた風車ファン２２，２３と、外側導風ダクト２４と、によって構成されている。

上記回転軸２１は、上記筐体１１の底部に対して、気密的に且つ回転可能に支持されている。
上記外側の風車ファン２２は、筐体１１の外側で、外側導風ダクト２４内に配置されており、上記外側導風ダクト２４内に導入される走行風Ｂを受けて、タービンとして機能して、回転駆動されるようになっている。

上記内側の風車ファン２３は、筐体１１内に配置されており、回転軸２１と連動して回転することにより、コンプレッサとして機能して、筐体１１内に矢印Ａで示すように、空気流を発生させる。

上記外側導風ダクト２４は、筐体１１の外側に配置されており、自動車の走行時に走行風Ｂを外側の風車ファン２２に対して導くように形成されている。

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、光源ユニット１２に対して外部から給電することにより、光源ユニット１２の個々の半導体発光素子が駆動され、発光する。
そして、光源ユニット１２から出射した光が、上記前面レンズ１３を介して前方に向かって照射される。
この場合、光源ユニット１２の個々の半導体発光素子で発生した熱は、ヒートシンク１４に伝達され、さらにヒートシンク１４から上記筐体１１内の空気に放熱される。

ここで、自動車の走行時には、自動車の走行に伴って、自動車の前方から相対的に走行風が流れることになり、この走行風Ｂが、外側導風ダクト２４内に導入され、外側の風車ファン２２の近傍に導かれる。
これにより、外側の風車ファン２２は、上記走行風Ｂを受けてタービンとして機能して回転し、この回転が回転軸２１を介して内側の風車ファン２３を回転駆動し、この内側の風車ファン２３がコンプレッサとして機能することにより、空気流Ａを発生させることになる。
この場合、走行風Ｂが外側導風ダクト２４を介して外側の風車ファン２２の近傍に効率良く導かれることになる。

従って、内側の風車ファン２３の回転により発生する空気流Ａが、ヒートシンク１４の近傍を流れて、筐体１１内を循環することにより、ヒートシンク１４を冷却する。
このようにして、上記ヒートシンク１４は、空冷機構２０によって強制的に空冷されることになり、ヒートシンク１４による放熱効果が向上し、光源ユニット１１の半導体発光素子の温度上昇が効率的に抑制され得ることになる。

従って、光源ユニット１２の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抑制され、比較的高い発光効率が維持され得ると共に、発光色が変化してしまうようなことはない。
さらに、内側の風車ファン２３により発生する空気流Ａは、上記筐体１１内のみを循環していることから、ヒートシンク１４の表面に汚れ等が付着するようなことはなく、長期間に亘ってメンテナンスの必要がなく、信頼性の高い放熱性能が得られることになる。

図１（Ｂ）は、上述した実施例１の変形例であり、ダイナモ構造を追加したものである。図１（Ｂ）において、車両用灯具１０は、図１（Ａ）に示した車両用灯具１０とほぼ同様の構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。これは車両が走行するときの走行風を利用し、ヒートシンク１４を空冷する機構を有している。この場合においては、筐体１１の一部に貫通する回転軸２１を設け、その両端に風車ファン２２，２３を設ける。筐体１１外側の風車ファン２２がタービンの役目になり、走行風を受けることで回転する。同時に筐体１１内側の風車ファン２３も同軸で回転し、コンプレッサーとして動力が伝わり、汚れの強い外気よりも筐体１１内部のきれいな空気でヒートシンク１４の空冷及び循環ができる。この構造に関し、さらにファンの同軸部にギヤを設け、その先がギヤ駆動でダイナモに連結されており発電する。さらに、蓄電池（通常の車両用バッテリーと共用であっても、専用のものであってもよい）と電動ＤＣモーターを組み込んでいる。
その効果は車両が走行状態にない時、蓄えておいた電気を活用して、ファンを回すことができるので、車両アイドリング時にも冷却効果が期待できる。

［実施例２］
図２（Ａ）は、本発明による車両用灯具の第二の実施形態の構成を示している。
図２（Ａ）において、車両用灯具３０は、図１（Ａ）に示した車両用灯具１０とほぼ同様の構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。上記車両用灯具３０は、図１（Ａ）に示した車両用灯具１０とは、内側導風ダクト３１を備えている点でのみ異なる構成になっている。

この内側導風ダクト３１は、断熱材から構成されており、上記筐体１１内にて、内側の風車ファン２３の回動により発生した空気流Ａをヒートシンク１４に導くように配置されている。

このような構成の車両用灯具３０によれば、図１（Ａ）に示した車両用灯具１０と同様に作用すると共に、内側の風車ファン２３の回転により発生する空気流Ａが、内側導風ダクト３１により、効率的にヒートシンク１４の近傍に導かれることになり、ヒートシンク１４の冷却効率が高められる。
その際、ヒートシンク１４の近傍に導かれる空気流Ａは、内側導風ダクト３１が断熱材から構成されていることによって、筐体１１内の空気によって暖められることがないので、ヒートシンク１４の冷却効率がさらに高められている。
従って、光源ユニット１２の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より一層抑制され得ることになる。

上述した実施形態においては、光源ユニット１２は、ＬＥＤ等の半導体発光素子を含んでいるが、半導体発光素子としてはＬＥＤ以外の発光素子、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、筐体１１内に一つの光源ユニット１２が備えられているが、これに限らず、複数の光源ユニット１２が備えられていてもよい。
この場合、各光源ユニット１２に対して、一つの共通のヒートシンク１４が設けられていてもよく、また各光源ユニット１２に対してそれぞれ一つのヒートシンク１４が設けられていてもよい。そして、各光源ユニット１２毎に、それぞれ一つの空冷機構２０が備えられる。

図２（Ｂ）は、上述した実施例２の変形例であり、いわゆるスターラーと同じような構造を追加したものである。図２（Ｂ）において、車両用灯具３０は、図２（Ａ）に示した車両用灯具３０とほぼ同様の構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。これは風車ファン２２，２３の一部に磁石を埋め込み、筐体１１の外側にある風車ファン２２と、内側にある風車ファン２３を磁力で結びつけるものであり、筐体１１の密閉性が同軸ファンと比較して高く保たれる。

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やバックアップランプ等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、ヒートシンクに外気の汚れ等が付着することなく、放熱効果が得られるようにした、極めて優れた車両用灯具が提供され得ることになる。

（Ａ）は本発明による車両用灯具の第一の実施形態の構成を示す概略断面図であり、（Ｂ）本発明による車両用灯具の第一の実施形態の変形例構成を示す概略断面図である。 （Ａ）は本発明による車両用灯具の第二の実施形態の構成を示す概略断面図であり、（Ｂ）は本発明による車両用灯具の第二の実施形態の変形例構成を示す概略断面図である。 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

１０，３０ 灯具
１１ 筐体
１２ 光源ユニット
１２ａ ユニット支持体
１３ 前面レンズ
１４ ヒートシンク
２０ 空冷機構
２１ 回転軸
２２ 外側の風車ファン
２３ 内側の風車ファン
２４ 外側導風ダクト
３１ 内側導風ダクト

Claims (5)

1. 前方が開放した筐体と、この筐体内で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、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、上記光源ユニットに接するように上記筐体内に配置されたヒートシンクと、を含んでいる車両用灯具において、
   前記筐体を内側から外側に貫通し且つ回転可能に支持された回転軸と、この筐体の内側、外側の回転軸それぞれの両端に取り付けられた風車ファンと、を有する空冷機構を備え前記空冷機構の筐体外側の風車ファンに、自動車の走行時に走行風を導くための外側導風ダクトを備え、前記回転軸は、上記筐体に対して、気密的に且つ回転可能に支持されていることを特徴とする、車両用灯具。
2. 前記空冷機構の内側の風車ファンからの空気流を上記ヒートシンクに導くための内側導風ダクトを備え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. 前記内側導風ダクトが断熱材から構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記筐体内に、複数の光源ユニットが配置されていて、各光源ユニットに接する一つの共通のヒートシンクを備えており、このヒートシンクに前記空冷機構を備え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。
5. 前記筐体内に、複数の光源ユニットが配置されていて、各光源ユニットにそれぞれ接する複数のヒートシンクを備えており、各ヒートシンクが、それぞれ光源ユニットに対応して上記空冷機構を備え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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