JP5342553B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用灯具に関し、特に半導体発光素子を光源とする車両用灯具に関する。

従来、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を光源として使用した車両用灯具が知られている。車両用灯具の光源として半導体発光素子を用いる場合、半導体発光素子の発光を最大限利用することにより、車両用灯具に要求される光量レベルを満足する必要がある。

一般に、半導体発光素子は、高出力を得るために大きな電流を供給すると発熱が増えるが、発熱によって素子が高温になると発光効率が低下する。そのため、半導体発光素子からの熱を効率良く放熱するために、種々の車両用灯具の放熱構造が提案されている（たとえば特許文献１参照）。

特開２００６−２８６３９５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された車両用灯具の場合、ＬＥＤが設けられた灯室内は自然対流であるため、灯室内の空気の循環があまり促進されず、放熱効率に関して改善の余地がある。

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、半導体発光素子から発生する熱を効率良く放熱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、アウターレンズと灯具ボディとを含んで形成された灯室内に、半導体発光素子を光源とする灯具ユニットが収容された車両用灯具であって、灯具ボディに固定されたベース部から灯室の外側に向けて立設された複数の外側フィンと、ベース部から灯室の内側に向けて立設された複数の内側フィンとを備えるヒートシンクと、灯室内の空気を内側フィンに向かって送風するファンとを備え、内側フィンの間隙を通った空気がアウターレンズに導かれるよう内側フィンを形成した。

この態様によると、半導体発光素子から発生した熱により暖められた灯室内の空気は、ファンによりヒートシンクの内側フィンに向かって送風され、内側フィンとの間で熱交換が行われる。内側フィンに伝達された熱は、ベース部を介して外側フィンに伝達され、外側フィンにより灯室外に放熱される。また、内側フィンの間隙を通った空気はアウターレンズに導かれ、アウターレンズとの間で熱交換が行われて冷却される。この冷却された空気が再び半導体発光素子から発生した熱により暖められ、ファンにより吸気される。このようにして灯室内の空気が循環されることにより、半導体発光素子から発生する熱を効率良く放熱することができる。また、アウターレンズに伝達された熱により、アウターレンズの外表面への着雪や着氷を抑制できる。

灯具ボディの上面にヒートシンクを設けてもよい。半導体発光素子から発生した熱により暖められた空気は、上方に向かって自然対流する。従って、灯具ボディの上面にヒートシンクを設けることにより、半導体発光素子から発生する熱をより効率良く放熱することができる。

内側フィンの間隙が空気の流れの上流から下流にかけて幅広となるよう内側フィンを形成してもよい。この場合、内側フィンからの送風範囲が広がるので、アウターレンズの広い範囲に亘って暖かい空気を送風できる。これにより、暖められた空気とアウターレンズとの熱交換の効率が高まるので、半導体発光素子から発生する熱をより効率良く放熱することができる。また、着雪や着氷を抑制できるアウターレンズの面積を拡大することができる。

ファンの外周を覆うファンケースがヒートシンクのベース部に接触するようにファンを設けてもよい。この場合、ファンを駆動するファンモータや駆動回路などから発生した熱を外側フィンを介して灯室外に放熱できる。これにより、ファンの耐用年数を伸ばすことができる。

本発明によれば、半導体発光素子から発生する熱を効率良く放熱することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用灯具の概略断面図である。 第２ヒートシンクを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る車両用灯具について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両用灯具１０の概略断面図である。図１に示すように、車両用灯具１０は、前面が開放した樹脂製の灯具ボディ４８と、透光性材料により形成され、灯具ボディ４８の前面を気密的に覆うアウターレンズ３４とを含んで構成された灯室３５内に、半導体発光素子を光源とする灯具ユニット３０が収容された構成となっている。車両用灯具１０は、灯具ユニット３０の他に、第１ヒートシンク１４、第２ヒートシンク５０、およびファン５６を備える。

灯具ユニット３０は、所謂プロジェクタ型の灯具ユニットであり、ＬＥＤを光源として用いている。図示の例では、灯具ユニット３０は１つであるが、複数の灯具ユニット３０が設けられていてもよい。

灯具ユニット３０は、ＬＥＤ２０と、熱伝導性絶縁基板２４と、リフレクタ２２と、固定部材２６と、投影レンズ３２とを備えている。ＬＥＤ２０は、図示しないＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆う略半球状のキャップとを有する白色ＬＥＤである。ＬＥＤ２０は、セラミック等で形成された熱伝導性絶縁基板２４上に配置されている。ＬＥＤ２０は、光出射方向を灯具ユニット３０の光軸Ａｘと直角方向に向けた状態で、光軸Ａｘ上に位置するように設けられている。ＬＥＤ２０は、熱伝導性絶縁基板２４に形成された配線パターンを介して給電される。

リフレクタ２２は、たとえば、ポリカーボネイトを用い半ドーム状に形成されて、ＬＥＤ２０の上方に配置されている。リフレクタ２２は、その内側の表面に、ＬＥＤ２０からの光を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに集光反射させる反射面を有している。

投影レンズ３２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、後側焦点面上に形成される光源像を反転像として前方に照射するようになっている。固定部材は、アルミを主成分とする金属によるダイキャストにより、同一素材を延長して略平板状に形成されており、その上面には、ＬＥＤ２０が搭載された基板およびリフレクタ２２が固着されている。また、固定部材２６の前方側端部には、投影レンズ３２が取り付けられている。

固定部材２６の後方側端部は、灯室３５内に設けられた第１ヒートシンク１４に取り付けられている。第１ヒートシンク１４は、ＬＥＤ２０から発生した熱を灯室３５内の空気に放熱する。

第１ヒートシンク１４は、アルミ等の高熱伝導率の金属によって形成され、ベース部１６と、複数の平板フィン１８とを含む。ベース部１６は、長方形に形成された平板状の部材であり、その長手辺は鉛直方向を、短手辺は水平方向を向くように設けられている。

ベース部１６の背面上には、各灯具ユニット３０の固定部材２６が取り付けられている。また、ベース部１６の前面上には、複数の平板フィン１８が所定の間隔で平行に立設されている。平板フィン１８は、延設方向が鉛直方向を向くように形成されている。平板フィン１８の延設方向とは、平板フィン１８の長手方向である。

灯具ユニット３０および第１ヒートシンク１４は、灯具ユニット３０が出射する光が車両用灯具１０の前方に照射されるように、図示しない支持部材により灯室３５内に取り付けられる。本実施の形態において、灯具ユニット３０および第１ヒートシンク１４は、灯室３５の中央付近に設けられている。

灯具ボディ４８の上面４８ａには、第２ヒートシンク５０が設けられている。第２ヒートシンク５０は、灯具ボディ４８の左右方向において略中央であって、前後方向において第１ヒートシンク１４のベース部１６よりも後方に設けられている。

第２ヒートシンク５０は、複数の外側フィン５２と、複数の内側フィン５４と、ベース部５５とを含んで構成されている。第２ヒートシンク５０は、灯具ボディ４８の上面４８ａに設けられた孔部にベース部５５を気密的に嵌合することにより固定されている。外側フィン５２は、ベース部５５の上面から灯室３５の外側に向けて立設されている。内側フィン５４は、ベース部５５の下面から灯室３５の内側に向けて立設されている。また、第２ヒートシンク５０の下方には、ファン５６が設けられている。

図２は、第２ヒートシンク５０を示す図である。図２は、第２ヒートシンク５０を灯室３５の内側から見た様子を示している。なお、この図２では実際には、灯室３５の外側に向けて立設された外側フィン５２は表れないが、説明のために点線で図示している。

第２ヒートシンク５０は、アルミ等の高熱伝導率の金属によって形成される。上述したように、四角形状のベース部５５の上面には、複数の外側フィン５２が灯室３５の外側に向けて立設されている。複数の外側フィン５２は平板フィンであり、所定の間隔で平行に立設されている。図２に示すように、外側フィン５２は、延設方向が前後方向を向くように形成されている。外側フィン５２の延設方向とは、外側フィン５２の長手方向である。

図２に示すように、ベース部５５の下面には、複数の内側フィン５４と、ファン５６とが設けられている。内側フィン５４は、ベース部５５の下面の前方側半面に、灯室３５の内側に向けて立設されている。ファン５６は、ベース部５５の下面の後方側半面に設けられている。

本実施の形態において、ファン５６は、軸方向から吸気して遠心方向に排気する遠心ファンである。ファン５６は、図示しないファンモータにより回転される複数の羽根６０と、ファン５６の外周を覆う正方形状の枠体であるファンケース５８とを備える。ファンケース５８は、車両用灯具１０の前方側、すなわち内側フィン５４側に位置する前方側面５８ａに開口が設けられている。ファン５６の羽根６０が回転すると、灯室３５内の空気が軸方向から空気が吸い込まれ、前方側面５８ａの開口から内側フィン５４に向かって送風される。

ファン５６は、ファンケース５８がベース部５５の下面に接触するようにして取り付けられている。このようにファン５６を設けることにより、ファンモータおよびその駆動回路（図示せず）において発生した熱は、ファンケース５８を介して第２ヒートシンク５０に伝えられ、外側フィン５２を介して灯室３５外に放熱される。これにより、ファン５６の耐用年数を延ばすことができる。

内側フィン５４は、内側フィン５４の間隙を通った空気が、第２ヒートシンク５０の前方に位置するアウターレンズ３４に導かれるように形成される。内側フィン５４は、平板フィンであり、ファンケース５８の前方側面５８ａから前方に向かって放射状に延設されている。これにより、内側フィン５４の間隙は、図２に示すようにファンケース５８の前方側面５８ａから前方にかけて、すなわち空気の流れの上流から下流にかけて幅広とされている。このように内側フィン５４を形成したことにより、ファンケース５８の前方側面５８ａから送風された空気は送風範囲が左右方向に広げられ、アウターレンズ３４の上部へと導かれる。

また、本実施の形態においては、図１に示すように、灯室３５内の第１ヒートシンク１４の上方と下方に、灯室内の構造が外観上現れないように目隠しをするための装飾部材が設けられている。第１ヒートシンク１４の上方に設けられた第１装飾部材６２は、板状の部材であり、第１ヒートシンク１４のベース部１６上端から上方に向かって延設されており、その上端部は第２ヒートシンク５０に向かって湾曲されている。第１装飾部材６２の上端部と灯具ボディ４８の上面４８ａとの間には、第２ヒートシンク５０の内側フィン５４から送風された空気がアウターレンズ３４の上部に流れるのを阻害しないように、たとえば内側フィン５４の高さ程度の間隙が形成される。

第２装飾部材６４は、板状の部材であり、第１ヒートシンク１４と底面４８ｂとの間に設けられている。第２装飾部材６４は、第１ヒートシンク１４のベース部１６よりも後方に配設されており、灯具ボディ４８の底面４８ｂに沿って流れてきた空気を第１ヒートシンク１４の下端へと導く。

次に、本実施の形態に係る車両用灯具１０における空気の対流の様子を説明する。図１および図２において、白抜き矢印は空気の流れを表している。車両用灯具１０において、ＬＥＤ２０が発光すると、発光により発生した熱は、ＬＥＤ２０が接触する熱伝導性絶縁基板２４を介して固定部材２６に伝えられ、固定部材２６に伝えられた熱は、固定部材２６の後方側端部が接触している第１ヒートシンク１４のベース部１６に伝えられる。このように熱伝導性絶縁基板２４および固定部材２６は、ＬＥＤ２０から発生した熱を第１ヒートシンク１４に伝達する熱伝導部として機能している。第１ヒートシンク１４のベース部１６に伝えられた熱は、第１ヒートシンク１４の平板フィン１８へと伝えられ、周囲の空気に対して放熱される。第１ヒートシンク１４の平板フィン１８からの放熱により暖められ、温度が上昇した空気は、平板フィン１８の間隙を通って平板フィン１８の延設方向に沿って上昇する。

第１ヒートシンク１４の平板フィン１８の間隙を上昇した暖められた空気は、灯具ボディ４８の上面４８ａに設けられたファン５６によって吸い込まれ、前方側面５８ａより内側フィン５４に向かって送風される。この送風された空気は、内側フィン５４の間隙を通ってアウターレンズ３４の上部へと導かれる。ここで、本実施の形態では、空気の流れの上流から下流にかけて内側フィン５４の間隙が幅広となるように形成されているので、空気の送風範囲が左右方向に広げられ、アウターレンズ３４の略全面に亘って暖かい空気が送風される。

ファン５６から送風された空気が内側フィン５４の間隙を流れる間には、空気と内側フィン５４との間で熱交換が行われる。内側フィン５４に伝達された熱は、ベース部５５を介して外側フィン５２に伝えられ、灯室３５外の空気に放熱される。ここで、外側フィン５２は、延設方向が前後方向を向くように形成されているため、車両走行時には、空気が外側フィン５２の間隙を前方から後方へと流れる。従って、外側フィン５２により暖められた空気が滞留することがないため、放熱効率が向上する。

アウターレンズ３４は、車両の外部に露出しているため、内側フィン５４より送風されてくる空気よりも温度が低い。従って、内側フィン５４より送風された空気は、アウターレンズ３４の上部から下部へと流れる間にアウターレンズ３４との間で熱交換が行われて冷却される。この冷却された空気は、灯具ボディ４８の底面４８ｂに沿って後方に流れ、第２装飾部材６４に当たって第１ヒートシンク１４の下端より平板フィン１８の間隙に流れ込み、再びＬＥＤ２０から発生した熱により暖められ、ファン５６により吸気される。

また、内側フィン５４から送風された空気は、図１に示すように第１装飾部材６２の上端部によって一部が分岐され、第１ヒートシンク１４の上端側に流される。この分岐された空気は、第１ヒートシンク１４の上端から平板フィン１８の間隙に流れ込み、主に平板フィン１８の上方の部位と熱交換を行った後、ファン５６により吸気される。

本実施の形態に係る車両用灯具１０においては、このようにして灯室３５内の空気が循環されることにより、ＬＥＤ２０から発生する熱を効率良く放熱することができる。また、車両用灯具１０では、内側フィン５４より送風された空気からアウターレンズ３４に熱が伝達されることにより、アウターレンズ３４の外表面への着雪や着氷を抑制できる。

本実施の形態では、内側フィン５４は、その間隙が空気の流れの上流から下流にかけて幅広となるよう形成されているので、内側フィン５４からの送風範囲が左右方向に広がり、アウターレンズ３４の広い範囲に亘って暖かい空気を送風できる。これにより、暖められた空気とアウターレンズ３４との熱交換の効率が高まるので、ＬＥＤ２０から発生する熱をより効率良く放熱することができる。また、着雪や着氷を抑制できるアウターレンズ３４の面積を拡大することができる。

また、本実施の形態では、灯具ボディ４８の上面４８ａに第２ヒートシンク５０を設けている。ＬＥＤ２０から発生した熱により暖められた空気は、上方に向かって自然対流する。従って、灯具ボディ４８の上面４８ａに第２ヒートシンク５０を設けることにより、放熱効率を向上できる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、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。

上述の実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いたが、たとえば半導体レーザ等の半導体発光素子を用いることも可能である。

上述の実施の形態では、灯具ユニットとしてプロジェクタ型のものを用いたが、パラボラ型や直射型の灯具ユニットを用いることも可能である。

１０ 車両用灯具、 １４ 第１ヒートシンク、 １６、５５ ベース部、 １８ 平板フィン、 ２０ ＬＥＤ、 ２２ リフレクタ、 ２４ 熱伝導性絶縁基板、 ２６ 固定部材、 ３０ 灯具ユニット、 ３２ 投影レンズ、 ３４ アウターレンズ、 ３５ 灯室、 ４８ 灯具ボディ、 ５０ 第２ヒートシンク、 ５２ 外側フィン、 ５４ 内側フィン、 ５６ ファン、 ５８ ファンケース、 ６０ 羽根、 ６２ 第１装飾部材、 ６４ 第２装飾部材。

本発明は、半導体発光素子を光源とする車両用灯具に利用することができる。

Claims (5)

1. アウターレンズと灯具ボディとを含んで形成された灯室内に、半導体発光素子を光源とする灯具ユニットが収容された車両用灯具であって、
   前記灯具ボディに固定されたベース部から前記灯室の外側に向けて立設された複数の外側フィンと、前記ベース部から前記灯室の内側に向けて立設された複数の内側フィンとを備えるヒートシンクと、
   前記灯室内の空気を前記内側フィンに向かって送風するファンと、
   を備え、
   前記内側フィンの間隙を通った空気が前記アウターレンズに導かれるよう前記内側フィンを形成し、
   前記内側フィンの間隙が空気の流れの上流から下流にかけて幅広となるよう前記内側フィンを形成したことを特徴とする車両用灯具。
2. 前記灯具ボディの上面に前記ヒートシンクを設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記ファンの外周を覆うファンケースが前記ヒートシンクのベース部に接触するように前記ファンを設けた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. 前記内側フィンは、前記ファンケースの前方側面から車両用灯具の前方に向かって放射状に延設された平板フィンであることを特徴とする請求項３に記載の車両用灯具。
5. 前記外側フィンは、延設方向が車両用灯具の前後方向を向くように形成された平板フィンであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両用灯具。

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