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発明の名称 車両用灯具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−35335(P2007−35335A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−213569(P2005−213569)
出願日 平成17年7月25日(2005.7.25)
代理人 【識別番号】100079094
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 輝緒
発明者 小池 輝夫 / 宇井 和久
要約 課題
本発明は、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車両用灯具を提供することを目的とする。

解決手段
前方が開放した筐体11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12と、前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13と、前記光源ユニットに当接するように前記筐体内に配置されたヒートシンク14と、を含んでいる車両用灯具10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21と、この回転軸の両端に取り付けられた風車ファン22及び23と、から成る空冷機構20を備えるように、車両用灯具10を構成する。
特許請求の範囲
【請求項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、この回転軸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ていることを特徴とする、車両用灯具。
【請求項2】
前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ことを特徴とする、請求項1に記載の車両用灯具。
【請求項3】
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または2に記載の車両用灯具。
【請求項4】
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3に記載の車両用灯具。
【請求項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4の何れかに記載の車両用灯具。
【請求項6】
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4の何れかに記載の車両用灯具。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【特許文献1】特開2004−127782号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【課題を解決するための手段】
【0013】
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、前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、前記光源ユニットに接するように前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、この回転軸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ていることを特徴とする、車両用灯具により、達成される。
【0014】
本発明による車両用灯具は、好ましくは、前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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【発明の効果】
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
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。
【0030】
[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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
[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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【産業上の利用可能性】
【0048】
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。
【0049】
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。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【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。
【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。
【図3】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】
【0051】
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




 

 


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