JP5879065B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、車両用前照灯に関する。

従来、自動車用ヘッドライトなどの車両用前照灯として、光源にＬＥＤを用いたものが知られている。特に近年では、ＬＥＤの光学性能の向上に伴い、車両用前照灯の光源としてのＬＥＤの適用例が増えつつある。

この種の車両用前照灯は、一般に、ＬＥＤと、ＬＥＤの駆動制御を行う駆動回路と、ＬＥＤ及び駆動回路を放熱させる放熱部材とを備えており、このうち駆動回路が、放熱性や交換作業性の点から、灯具外に露出するように設けられている。

具体的には、例えば特許文献１に記載の車両用前照灯では、図８に示すように、ＬＥＤ８１及び駆動回路８２が金属基板８３上に搭載された状態で光源モジュール８０としてユニット化されており、このうち駆動回路８２が、ＬＥＤ８１の上方を覆うリフレクタ８４の外側に露出している。また、光源モジュール８０（金属基板８３）は、図示しない放熱部材（ヒートシンク）が取り付けられた台座８５上に伝熱可能に固定されており、ＬＥＤ８１及び駆動回路８２の発熱が金属基板８３及び台座８５を介して放熱部材から放散されるようになっている。

特許第４５２３０５５号

しかしながら、上記特許文献１に記載に車両用前照灯では、ＬＥＤ８１及び駆動回路８２が共に搭載された金属基板８３を介してこれらを放熱させる構造となっているため、相対的に発熱量の大きいＬＥＤ８１からの熱が金属基板８３を通じて駆動回路８２に伝わってしまう。つまり、ＬＥＤ８１を効果的に放熱させることができず、駆動回路８２の温度上昇を招来してしまうために、当該駆動回路８２の寿命や信頼性が低下する恐れがある。また、放熱経路である金属基板８３と台座８５との間に絶縁グリースなどの塗布剤を介在させた場合には、この金属基板８３と台座８５との間の熱抵抗が当該塗布剤による分だけ増すために、ＬＥＤ８１からの熱が更に駆動回路８２に伝わり易くなってしまう。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、従来に比べ、ＬＥＤ及び駆動回路を効果的に放熱させることができる車両用前照灯の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
ＬＥＤと、
前記ＬＥＤの駆動を制御する駆動回路と、
前記ＬＥＤ及び前記駆動回路の発熱を放散させるための放熱部材と、を備えて構成される光源モジュールと、
前記光源モジュールを保持するホルダーと、
を備える車両用前照灯において、
前記ＬＥＤ及び前記駆動回路が前記放熱部材にそれぞれ直接取り付けられており、
前記放熱部材は、前方に開口するよう前面に形成された凹部と、当該凹部の底面から前方に延出する延出部と、後面に形成された放熱フィンと、が一体的に構成されており、
前記ＬＥＤは、前記延出部に取り付けられ、
前記駆動回路は、前記凹部内に取り付けられており、
前記延出部は、前記凹部の開口周縁部よりも前側まで突出しており、
前記ホルダーの後半部には、前記延出部を挿入するための挿入孔が設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用前照灯において、
前記凹部の開口周縁部には、フランジ部が設けられており、
前記ホルダーの後端には、前記光源モジュールを保持するための光源保持部が略円板状に形成されており、
前記フランジ部と前記光源保持部とが係合することで、前記光源モジュールが前記ホルダーに保持されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両用前照灯において、
前記光源保持部には、後方に開口する凹状に形成されて前記フランジ部と前後方向に嵌合する嵌合部が設けられており、
前記フランジ部の外周縁と前記嵌合部の内周面とには、前記光源モジュールを前記ホルダーに対して周方向に位置決めするための位置決め機構がそれぞれ設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用前照灯において、
前記駆動回路が樹脂で封止されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の車両用前照灯において、
前記延出部には、ロービームを形成するための一の前記ＬＥＤが上面に取り付けられるとともに、ハイビームを形成するための他の前記ＬＥＤが下面に取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤ及び駆動回路が、これらの発熱を放散させるための放熱部材にそれぞれ直接取り付けられているので、ＬＥＤ及び駆動回路が共に搭載された金属基板を介してこれらを放熱させていた従来と異なり、当該金属基板を通じてＬＥＤからの熱が駆動回路に伝わることがなく、ＬＥＤ及び駆動回路の発熱を放熱部材に直接伝えて当該放熱部材から放散させることができる。したがって、従来に比べ、ＬＥＤ及び駆動回路を効果的に放熱させることができる。

実施形態における車両用前照灯の斜視図である。 実施形態における車両用前照灯の分解斜視図である。 実施形態における車両用前照灯の側断面図である。 実施形態におけるホルダーを後方から見た斜視図である。 実施形態における車両用前照灯での光路を説明するための図である。 実施形態における車両用前照灯により仮想スクリーン上に形成される配光パターンを示す図である。 実施形態における車両用前照灯がハウジング内に収容された状態を示す断面図である。 従来の車両用前照灯の側断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態における車両用前照灯１の斜視図であり、図２は、車両用前照灯１の分解斜視図であり、図３は、車両用前照灯１の側断面図であり、図４は、車両用前照灯１が備える後述のホルダー３を後方から見た斜視図である。
なお、以下の説明では、特に断らない限り、「前」「後」「左」「右」「上」「下」との記載を、車両用前照灯１から見た方向を指すものとして、図面の記載と対応させて用いることとする。

図１〜図３に示すように、車両用前照灯１は、図示しない車両の前部に搭載されて車両前方に所定の配光パターン（ロービーム及びハイビーム）を形成するプロジェクタ型の灯具であり、光源モジュール２と、ホルダー３と、シェード４と、投影レンズ５とを備えている。

このうち、光源モジュール２は、光源である第一ＬＥＤ２２及び第二ＬＥＤ２３を支持するものであり、金属製のモジュール本体２１を備えている。
モジュール本体２１は、正面視円形状に形成されるとともに、前面に形成された凹部２１ａと、凹部２１ａの底面中央から前方に延出する延出部２１ｂとを有している。
延出部２１ｂの上面には、基板２２１上に実装された第一ＬＥＤ２２が、発光面を上方に向けた状態で直接取り付けられている。また、延出部２１ｂの下面のうちの前半部は、前後方向に対して１５°の傾斜角度で前方に向かって上方へ傾斜するテーパー面となっており、当該テーパー面には、基板２３１上に実装された第二ＬＥＤ２３が直接取り付けられている。そのため、この第二ＬＥＤ２３は、テーパー面に倣って発光面が前方斜め下方に向けられている。また、第二ＬＥＤ２３は、第一ＬＥＤ２２よりも所定距離だけ前方に配置されている。この所定距離としては、５〜３０ｍｍの範囲内であることが好ましく、２０ｍｍ程度であることがより好ましい。

モジュール本体２１の凹部２１ａ内には、外部からの信号に基づいて第一ＬＥＤ２２及び第二ＬＥＤ２３の駆動を制御する駆動回路２４，２４が、延出部２１ｂを上下に挟むように２箇所に分けて当該凹部２１ａ内に直接取り付けられている。この駆動回路２４，２４は、凹部２１ａ内に充填された樹脂Ｒによって封止されている。樹脂Ｒは、例えばシリコン系の樹脂材料からなるものであり、駆動回路２４，２４の放熱性を高めるとともに、駆動回路２４，２４を防水する。また、駆動回路２４，２４には電力供給及び制御用のケーブル２４１が配線されており、当該ケーブル２４１は、凹部２１ａの底面下部から外部に引き出されている。

モジュール本体２１の後面には、後方へ立設された複数の放熱フィン２５，…が左右方向に並設されている。この放熱フィン２５，…は、第一ＬＥＤ２２，第二ＬＥＤ２３及び駆動回路２４，２４の発熱を放散させるものである。したがって、放熱フィン２５，…を有するモジュール本体２１は、第一ＬＥＤ２２，第二ＬＥＤ２３及び駆動回路２４，２４の発熱の放散させるための放熱部材となっている。また、モジュール本体２１は、延出部２１ｂから凹部２１ａ及び放熱フィン２５，…に至るまで、熱伝導に優れる金属材料（例えばアルミニウム合金）で一部材として一体成形されており、第一ＬＥＤ２２，第二ＬＥＤ２３及び駆動回路２４，２４からの熱が極めて少ない熱抵抗で放熱フィン２５，…まで伝わるように構成されている。

モジュール本体２１の凹部２１ａの開口周縁部は、ホルダー３と嵌合するフランジ部２１ｃとなっている。フランジ部２１ｃは、前後方向に直交する円形状に形成されており、その外周縁には、不等ピッチで配置された３つの切欠き２１ｄ，…が形成されている。この切欠き２１ｄ，…は、ホルダー３に形成された後述の突起３２ｂ，…と係合することで、ホルダー３に対してモジュール本体２１（光源モジュール２）を周方向（前後方向を中心軸とする回転方向）に位置決めする。

ホルダー３は、光源モジュール２及び投影レンズ５を保持するものであり、ホルダー主部３１の後端及び前端に光源保持部３２及びレンズ保持部３３が設けられた形状に形成されている。
このうち、光源保持部３２は、光源モジュール２を着脱可能に保持する部分であり、略円板状に形成されるとともに、後方に開口する凹状の嵌合部３２ａを有している。この嵌合部３２ａは、モジュール本体２１のフランジ部２１ｃと前後方向に嵌合して光源モジュール２を位置決めする部分である。したがって、光源モジュール２は、フランジ部２１ｃを後方から嵌合部３２ａに嵌合させることで光源保持部３２（ホルダー３）に装着され、嵌合部３２ａに嵌合された状態からフランジ部２１ｃを後方へ外すことで光源保持部３２（ホルダー３）から離脱される。つまり、光源モジュール２は、光源保持部３２から前後方向に着脱可能となっている。
また、図４に示すように、光源保持部３２の内周面（内周縁）には、フランジ部２１ｃの切欠き２１ｄ，…と対応する位置に３つの突起３２ｂ，…が形成されている。これら３つの突起３２ｂ，…が３つの切欠き２１ｄ，…と個別に係合するようにフランジ部２１ｃが嵌合部３２ａに嵌合されることで、光源モジュール２がホルダー３に対して周方向に正しく位置決めされる。また、光源保持部３２の内周面には、フランジ部２１ｃの外周面と当接して当該フランジ部２１ｃを芯出しする３つの芯出し突起３２ｃ，…が、３つの突起３２ｂ，…とは異なる周方向位置に形成されている。

ホルダー主部３１は、図１〜図３に示すように、モジュール本体２１の延出部２１ｂが挿入される挿入孔３１ａを後半部に有している。この挿入孔３１ａは、嵌合部３２ａの底面中央に開口するとともに、当該開口から前後方向に沿って穿設されており、モジュール本体２１の延出部２１ｂが後方から挿入されるようになっている。より詳しくは、フランジ部２１ｃが嵌合部３２ａに嵌合されて光源モジュール２がホルダー３に装着されたときに、延出部２１ｂが挿入孔３１ａに挿入されて、第一ＬＥＤ２２及び第二ＬＥＤ２３が車両用前照灯１の光学系（後述の第一反射面３１１，第二反射面３１２及び第三反射面３１３，並びに投影レンズ５）に対して位置決めされる。
挿入孔３１ａの上板部分は、前方に開口する略半ドーム状に形成されるとともに、当該挿入孔３１ａに挿入された延出部２１ｂ上面の第一ＬＥＤ２２の上方を覆うように形成されており、その下面（内面）が第一反射面３１１となっている。この第一反射面３１１は、回転楕円面を基調とする自由曲面であり、第一ＬＥＤ２２近傍に位置する第一焦点と、前方に配置されるシェード４の前端縁近傍に位置する第二焦点とを有している。なお、このうちの第二焦点は、第一反射面３１１の左右方向中央から左右方向に離れるに連れて前方に位置するような焦線であってもよい。

ホルダー主部３１の前後方向中央部から前半部は、前方斜め上方に開口する湾曲凹部状に形成されており、その上面（内面）には、第二反射面３１２及び第三反射面３１３が形成されている。
このうち、第二反射面３１２は、延出部２１ｂ下面の第二ＬＥＤ２３の下方を覆うように、ホルダー主部３１の前後方向中央部に形成されている。この第二反射面３１２は、回転楕円面を基調とする自由曲面であり、第二ＬＥＤ２３近傍に位置する第一焦点と、前方に配置されるシェード４の前端縁の前方斜め上方に位置する第二焦点とを有している。また、第二反射面３１２の第一焦点から第二焦点までの距離は、第一反射面３１１の第一焦点から第二焦点までの距離よりも短くなっている。
一方、第三反射面３１３は、ホルダー主部３１の前半部に形成され、第二反射面３１２の前方に連なっている。この第三反射面３１３は、回転二葉双曲面を基調とする自由曲面であり、第二ＬＥＤ２３近傍に位置する第一焦点と、当該第一焦点の後方斜め下方に位置する第二焦点とを有している。

レンズ保持部３３は、投影レンズ５を保持する保持枠であり、前後方向に沿った中心軸を有する円環状に形成されている。

シェード４は、略平板状の遮光部材であり、下面を延出部２１ｂの上面前端に当接させつつ、ホルダー主部３１の前後方向中央部に取り付けられている。より詳しくは、シェード４は、左右両端に係合突起４ａ，４ａを有しており、ホルダー主部３１の左右両側面に形成された係合凹部３１ｂ，３１ｂに当該係合突起４ａ，４ａを上方から係合させることでホルダー主部３１に取り付けられている。このシェード４は、前半部が延出部２１ｂの前端よりも前方に突出しており、上述したように、その前端縁近傍に第一反射面３１１の第二焦点が位置している。そのため、第一ＬＥＤ２２から出射され第一反射面３１１で反射された光の一部が当該シェード４によって遮光され、後述するように、ロービームＰＬのカットオフラインＣが形成される（図６（ａ）参照）。また、シェード４の上面は、アルミ蒸着等が施された鏡面となっており、第一反射面３１１で反射されて当該上面に入射した光を、後述する投影レンズ５の中段レンズ部５２に向けて反射させる（図５（ａ）参照）。

投影レンズ５は、その光軸Ａｘが前後方向に沿って延在するとともに当該光軸Ａｘ上の後方に第一ＬＥＤ２２及びシェード４が位置するように、レンズ保持部３３に取り付けられている。この投影レンズ５は、複焦点レンズであり、上段レンズ部５１と、中段レンズ部５２と、下段レンズ部５３とが一体成形された形状となっている。
上段レンズ部５１は、非球面凸レンズであり、その後側焦点が第二反射面３１２の第二焦点近傍に位置している。
中段レンズ部５２は、非球面凸レンズであり、その後側焦点が第一反射面３１１の第二焦点近傍に位置している。また、中段レンズ部５２は、出射面（前面）が左右方向に沿ってフレネルカット状に分割されている。
下段レンズ部５３は、非球面凸レンズであり、その後側焦点が第三反射面３１３の第二焦点近傍に位置している。

続いて、車両用前照灯１の動作について説明する。
図５は、車両用前照灯１での光路を説明するための図であり、図６は、車両用前照灯１により車両前方の仮想スクリーン上に形成される配光パターンを示す図である。

車両用前照灯１では、図５（ａ）に示すように、駆動回路２４，２４によって第一ＬＥＤ２２が点灯状態とされ、第二ＬＥＤ２３が消灯状態とされると、第一ＬＥＤ２２から出射された光が第一反射面３１１で前方へ反射されて、投影レンズ５の中段レンズ部５２から車両前方へ反転投影される。このとき、中段レンズ部５２の下部に入射する光の一部がシェード４によって遮光されることにより、図６（ａ）に示すように、水平線Ｈ付近のカットオフラインＣよりも上方への照射光が遮られたロービームＰＬが形成される。

一方、図５（ｂ）に示すように、駆動回路２４，２４によって第一ＬＥＤ２２が消灯状態とされ、第二ＬＥＤ２３が点灯状態とされると、第二ＬＥＤ２３から出射された光のうち第二反射面３１２に入射したものが、当該第二反射面３１２で前方へ反射されて、投影レンズ５の上段レンズ部５１から車両前方へ反転投影される。同時に、第二ＬＥＤ２３から出射された光のうち第三反射面３１３に入射したものが、当該第三反射面３１３で前方へ反射されて、投影レンズ５の下段レンズ部５３から車両前方へ反転投影される。このとき、上段レンズ部５１及び下段レンズ部５３に入射する光がシェード４によって遮光されることなく当該上段レンズ部５１及び当該下段レンズ部５３を通じて車両前方に照射されることにより、図６（ｂ）に示すように、水平線Ｈよりも上方の照射領域を有するハイビームＰＨが形成される。ここで、上段レンズ部５１からの照射光は、ハイビームＰＨの全体に亘って照射されており、下段レンズ部５３からの照射光は、ハイビームＰＨのうち、中央付近の高光度領域に照射されている。

以上のように、車両用前照灯１によれば、第一ＬＥＤ２２，第二ＬＥＤ２３及び駆動回路２４，２４が、これらの発熱を放散させる放熱フィン２５，…を有するモジュール本体２１にそれぞれ直接取り付けられているので、ＬＥＤ及び駆動回路が共に搭載された金属基板を介してこれらを放熱させていた従来と異なり、当該金属基板を通じてＬＥＤからの熱が駆動回路に伝わることがなく、第一ＬＥＤ２２，第二ＬＥＤ２３及び駆動回路２４，２４の発熱をモジュール本体２１に直接伝えて当該モジュール本体２１（放熱フィン２５，…）から放散させることができる。したがって、従来に比べ、第一ＬＥＤ２２，第二ＬＥＤ２３及び駆動回路２４，２４を効果的に放熱させることができる。

また、駆動回路２４，２４が樹脂で封止されているので、当該駆動回路２４，２４を防水しつつ、当該駆動回路２４，２４の放熱性を高めることができる。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、車両用前照灯１をプロジェクタ型の灯具としたが、当該車両用前照灯１はリフレクタ型やダイレクトプロジェクション型などの灯具であってもよい。

また、第一ＬＥＤ２２がモジュール本体２１の延出部２１ｂに「直接」取り付けられていると記載したが、厳密には、これら第一ＬＥＤ２２と延出部２１ｂとの間には基板２２１が介在している。しかし、基板２２１は第一ＬＥＤ２２の発光（発熱）に最低限必要な部品であって、第一ＬＥＤ２２と一体的に機能するものであるため、当該第一ＬＥＤ２２は延出部２１ｂに「直接」取り付けられていると見做すことができる。また、第二ＬＥＤ２３についても同様である。

また、第一ＬＥＤ２２が発光面を上方に向けた状態で配置されていることとしたが、この第一ＬＥＤ２２の発光面は、前後方向に対して２０°以下の範囲内で斜め後方向きに傾斜させてもよい。このように、第一ＬＥＤ２２の発光面を上記範囲内で傾斜させて第一反射面３１１と正対させることにより、第一ＬＥＤ２２の光束利用率を向上させることができる。

また、第二ＬＥＤ２３が発光面を前後方向に対して１５°の傾斜角度で傾斜させた状態で配置されていることとしたが、この第二ＬＥＤ２３の発光面の傾斜角度は、１０〜３０°の範囲内であればよい。このように、第二ＬＥＤ２３の発光面を上記範囲内の傾斜角度で傾斜させることにより、当該第二ＬＥＤ２３から出射されて第二反射面３１２及び第三反射面３１３で反射された光を上段レンズ部５１及び下段レンズ部５３に向けやすくすることができる。

また、第一反射面３１１，第二反射面３１２及び第三反射面３１３がホルダー３に形成されていることとしたが、これら第一反射面３１１，第二反射面３１２及び第三反射面３１３とホルダー３とを別体に構成してもよい。また、ホルダー３とシェード４とを一体的に構成してもよい。

また、図７に示すように、車両用前照灯１をハウジング６の内部に収容する場合には、フレキシブル部材７を介して放熱フィン２５，…が後方へ露出するように構成することが好ましい。このような構成により、ハウジング６をコンパクトに構成しつつ、放熱フィン２５，…の放熱性能を向上させることができる。

１ 車両用前照灯
２ 光源モジュール
２１ モジュール本体（放熱部材）
２１ａ 凹部
２１ｂ 延出部
２１ｃ フランジ部
２１ｄ 切欠き
２２ 第一ＬＥＤ
２３ 第二ＬＥＤ
２４ 駆動回路
２５ 放熱フィン
３ ホルダー
３１ ホルダー主部
３１１ 第一反射面
３１２ 第二反射面
３１３ 第三反射面
３１ａ 挿入孔
３２ 光源保持部
３２ａ 嵌合部
３２ｂ 突起
３３ レンズ保持部
４ シェード
５ 投影レンズ
５１ 上段レンズ部
５２ 中段レンズ部
５３ 下段レンズ部
Ａｘ 光軸
６ ハウジング
７ フレキシブル部材
Ｃ カットオフライン
ＰＬ ロービーム
ＰＨ ハイビーム
Ｒ 樹脂

Claims (5)

1. ＬＥＤと、
   前記ＬＥＤの駆動を制御する駆動回路と、
   前記ＬＥＤ及び前記駆動回路の発熱を放散させるための放熱部材と、を備えて構成される光源モジュールと、
   前記光源モジュールを保持するホルダーと、
   を備える車両用前照灯において、
   前記ＬＥＤ及び前記駆動回路が前記放熱部材にそれぞれ直接取り付けられており、
   前記放熱部材は、前方に開口するよう前面に形成された凹部と、当該凹部の底面から前方に延出する延出部と、後面に形成された放熱フィンと、が一体的に構成されており、
   前記ＬＥＤは、前記延出部に取り付けられ、
   前記駆動回路は、前記凹部内に取り付けられており、
   前記延出部は、前記凹部の開口周縁部よりも前側まで突出しており、
   前記ホルダーの後半部には、前記延出部を挿入するための挿入孔が設けられていることを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記凹部の開口周縁部には、フランジ部が設けられており、
   前記ホルダーの後端には、前記光源モジュールを保持するための光源保持部が略円板状に形成されており、
   前記フランジ部と前記光源保持部とが係合することで、前記光源モジュールが前記ホルダーに保持されることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記光源保持部には、後方に開口する凹状に形成されて前記フランジ部と前後方向に嵌合する嵌合部が設けられており、
   前記フランジ部の外周縁と前記嵌合部の内周面とには、前記光源モジュールを前記ホルダーに対して周方向に位置決めするための位置決め機構がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２に記載の車両用前照灯。
4. 前記駆動回路が樹脂で封止されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用前照灯。
5. 前記延出部には、ロービームを形成するための一の前記ＬＥＤが上面に取り付けられるとともに、ハイビームを形成するための他の前記ＬＥＤが下面に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の車両用前照灯。

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