(57)【要約】【課題】ＬＥＤで発生する熱を有効に外部へ放熱し、ＬＥＤの光を前面に効率的に引き出す車両用前照灯を提供する。【解決手段】車両用前照灯１のハウジング２に、その先端開口部に位置し所定の間隔で配置された放熱フィン４を光透過材料６で覆うように一体的に形成した放熱部８を配設する。また、光源であるＬＥＤ１４、１６の発光素子支持部２２と放熱フィン４とをヒートパイプ２６、２８によって接続する。さらに、放熱フィン４の面をリフレクタ１２の光軸４０と平行な鏡面に構成する。【選択図】図１
2008135260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングの先端開口部に位置し、所定の間隔で配置された放熱フィンを光透過材料で覆うように一体的に形成した放熱部と、
前記ハウジングと前記放熱部が構成する空間内に配設された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子からの光を反射し集光させるリフレクタと、
前記リフレクタからの反射光を略平行光に変換するレンズ系と、
前記平行光の配光パターンを形成するシェード部と、
前記半導体発光素子の熱を伝導し支持する発光素子支持部と、
前記発光素子支持部と前記放熱フィンとを接続するヒートパイプとを具備し、
前記半導体発光素子の熱を前記放熱部から外部へ放熱し、前記光透過材料を介して前記反射光を前方に照射することを特徴とする車両用前照灯。
【請求項２】
前記放熱フィンの前面形状が格子状で、かつ前記放熱フィンの面が前記リフレクタの光軸と平行に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
【請求項３】
前記放熱フィンの前面形状が同心円状で、かつ前記放熱フィンの面が前記リフレクタの光軸と平行に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
【請求項４】
前記放熱フィンの前記面の長さが、前記放熱フィンの前面形状の間隔より長いことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用前照灯。
【請求項５】
前記放熱フィンが銅、銅合金またはアルミニウムの金属材料から構成され、その面が鏡面状に形成されてい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項に記載の車両用前照灯。
【請求項６】
前記リフレクタの反射面形状が回転楕円体の一部を構成し、前記半導体発光素子がその第１焦点近傍に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤなどの半導体発光素子を用いた車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用前照灯として白熱灯、ハロゲンランプ、高輝度放電灯などが用いられてきた。近年、上記光源以外に消費電力が少なく、寿命の点で優れる発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とした車両用前照灯が開発されつつある。
【０００３】
一般に、車両用前照灯のハウジングは低コスト化を図るため樹脂で形成され、このハウジングと光透過性樹脂の前面カバーとによって形成される空間内で、ＬＥＤなどの光源は密閉された状態で用いられる。特に、車両用前照灯にＬＥＤを用いる場合、密閉された空間内でＬＥＤに大電流を流し高輝度を得る必要がある。そのため、ＬＥＤの、特にジャンクション部の発熱により温度が上昇し、ＬＥＤの輝度や寿命を劣化させるなどの課題が生じる。
【０００４】
これらの課題を解決するためには、ＬＥＤからの熱を放熱させて、温度の上昇を抑制し動作温度の安定化を図ることが重要となる。
【０００５】
そこで、従来から上記課題を解決するために、ヒートパイプを用いてＬＥＤの熱を低減する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１では、車両用前照灯の空間内に、縦方向に３列、横方向に５列の多数の小型前照灯ユニットが設けられる。そして、各小型前照灯ユニットは、ＬＥＤ、リフレクタ、レンズ系などが配設された光源支持ブロックを有している。さらに、複数の光源支持ブロックが階段状に形成されたヒートパイプ上に配置されている。このとき、ヒートパイプの放熱端は車両用前照灯の密閉された投光カバー下端近傍の前方空間に配置される。各ＬＥＤから発生する熱は各々の光源支持ブロックを介して階段状のヒートパイプに伝導され前方の空間内に放出される。この構成により、投光カバーの内面の曇り、外面に付着した霜や雪を解消させることが記載されている。また、階段状ヒートパイプの放熱端をハウジング下部外面に配設したヒートシンクと接続してハウジング外部に放熱することなどが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３１１２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示す車両用前照灯では、ヒートパイプの放熱端を車両用前照灯内部の空間に配設しているため、熱がこの空間内に閉じ込められ、ＬＥＤがほとんど冷却されない。また、ハウジング外部にヒートシンクを配設する場合、車両用前照灯の車体への取り付けや配置などの車両設計に制限が生じるなどの問題があった。さらに、複数のリフレクタ、レンズ系、光源支持ブロックなどを必要とするため、製造コストが増大するなどの問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、半導体発光素子の熱を効率よく放熱するとともに、半導体発光素子の光を有効に利用できる車両用前照灯を提供することを目的にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述したような目的を達成するために、本発明の車両用前照灯は、ハウジングと、ハウジングの先端開口部に位置し、所定の間隔で配置された放熱フィンを光透過材料で覆うように一体的に形成した放熱部と、ハウジングと放熱部が構成する空間内に配設された半導体発光素子と、半導体発光素子からの光を反射し集光させるリフレクタと、リフレクタからの反射光を略平行光に変換するレンズ系と、平行光の配光パターンを形成するシェード部と、半導体発光素子の熱を伝導し支持する発光素子支持部と、発光素子支持部と放熱フィンとを接続するヒートパイプとを具備し、半導体発光素子の熱を放熱部から外部へ放熱し、光透過材料を介して反射光を前方に照射する構成を有する。
【０００９】
この構成により、ＬＥＤの光をリフレクタおよびレンズ系によって略平行光に変換し、その光を放熱フィン間の光透過材料を介して車両用前照灯の前方に効率よく照射できる。また、ＬＥＤで発生する熱は発光素子支持部とヒートパイプを介して放熱部の放熱フィンに伝導され外部へ放熱される。特に、車両の走行中には強い空気の流れを受けるため放熱部が効率的に冷却され、大きな放熱効果を得ることができる。さらに、光が透過する放熱部に熱を集中できるため、内面の曇り、外面に付着した霜や雪を解消させることができる。また前照灯のハウジングの外部に付属する部品がないため、取り付けや配置などの車両設計やデザイン上の制限が少ないなどの利点がある。
【００１０】
さらに、放熱フィンの前面形状が格子状で、かつ放熱フィンの面がリフレクタの光軸と平行に配置されている構成であってもよい。
【００１１】
さらに、放熱フィンの前面形状が同心円状で、かつ放熱フィンの面がリフレクタの光軸と平行に配置されている構成であってもよい。
【００１２】
これらの構成により、ＬＥＤのリフレクタの光軸と平行方向から外れた光を、光軸と平行に配置された放熱フィンの面で反射させて車両用前照灯の前方に有効に引き出し、輝度を大幅に増大できる。
【００１３】
さらに、放熱フィンの面の長さが、放熱フィンの前面形状の間隔より長くてもよい。
【００１４】
これにより、ＬＥＤのリフレクタの光軸と平行方向から外れた光を、より平行な光とすることができるため、さらに高輝度を実現できる。
【００１５】
さらに、放熱フィンが銅、銅合金またはアルミニウムの金属材料から構成され、その面が鏡面状に形成されている構成であってもよい。
【００１６】
これにより、ＬＥＤで発生する熱を、熱伝導性に優れた金属材料で構成した放熱フィンにより、車両の外部へさらに有効に放熱できる。また、ＬＥＤの光を放熱フィンの鏡面に形成された面で反射させ、車両用前照灯の前方にさらに有効に引き出すことができる。
【００１７】
さらに、リフレクタの反射面形状が回転楕円体の一部をなし、半導体発光素子がその第１焦点近傍に配設されている構成であってもよい。
【００１８】
この構成により、ＬＥＤのリフレクタによる反射光を概ね回転楕円体の第２焦点近傍に集光でき、さらにレンズ系によって略平行光に変換することができる。それによりＬＥＤの光を、光透過材料を介して放熱フィンの所定の間隔から前方へ照射できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の車両用前照灯によれば、ＬＥＤから発生する熱を車両前方から受ける空気流によって車両外部へ有効に放熱するとともに内面の曇り、外面に付着した霜や雪を解消させることができる。さらに、ＬＥＤの光を有効に前方に引き出し輝度を向上させることができる。また、コストの増大や、取り付けや配置などの車両設計上の制限が生じない車両用前照灯を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態における車両用前照灯の構成について、図１と図２を用いて説明する。
【００２１】
図１（ａ）は本発明の実施の形態における車両用前照灯を前面から見た正面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線側面断面図である。図２は、本発明の実施の形態における車両用前照灯の放熱フィンの構成を示す斜視図である。なお、図２の放熱フィンにおいては、構成を分かりやすくするために、図１（ａ）より放熱フィンの実際の数よりも省略して描いてある。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、車両用前照灯１は、例えばポリカーボネートなどの樹脂製のハウジング２と、所定の間隔で形成した格子状の放熱フィン４を、例えばポリカーボネートやポリプロピレン、エポキシなどの光透過性樹脂６を用いて埋設し一体的に形成した放熱部８とで構成されている。ここで、放熱フィン４は、下記に説明するリフレクタ１２の光軸４０と平行な鏡面状の平面を有し、例えば銅、銅合金やアルミニウムなどの熱伝導性に優れる金属材料で構成される。
【００２３】
そして、ハウジング２と放熱部８とで構成される空間１０は、雨などが浸入しないように密閉した空間を形成し、この空間１０内に反射面が回転楕円体の一部からなるリフレクタ１２とこのリフレクタ１２の第１焦点Ｆ１近傍に複数のＬＥＤなどの半導体発光素子（以下では、「ＬＥＤ」と記す場合もある）１４、１６が配設されている。なお、半導体発光素子としては、主として青色ＬＥＤを用い、その青色光と黄色の蛍光体を透過した青色光との混色、あるいは紫外線を発するＬＥＤをＲＧＢの蛍光体を透過させ混色させて白色の発光色を得ている。なお、ＬＥＤ１４、１６は、複数個は配置することが好ましいが、充分な光量や耐熱性が高い場合には、１つでもよい。
【００２４】
さらに、ＬＥＤ１４、１６は、熱伝導性の基板１８、２０上にそれぞれ形成され、例えば銅、銅合金やアルミニウムなどの金属材料からなる発光素子支持部２２上に接着されている。この発光素子支持部２２は、上記リフレクタ１２上の光軸を中心に、発光素子支持部２２を貫通する孔が開設されており、リフレクタ１２を貫通した位置で、発光素子支持部２２、リフレクタ１２および台座２４が、例えば溶接などにより固定されている。なお、台座２４の材料としては、発光素子支持部２２と同じ金属材料で構成することが望ましい。また、この固定方法としては、溶接による方法以外に、双方にねじを切った台座２４と発光素子支持部２２によりリフレクタ１２を挟み込むように締め付け固定してもよい。
【００２５】
また、台座２４にはヒートパイプ２６、２８の吸熱端（図示せず）を接続固定し、図２に示すように放熱端６６、６８を放熱フィン４のそれぞれ上部面６２および下部面６４に接続する。ここで、ヒートパイプ２６、２８は、一般にウイックと呼ばれる水やエタノールなどの作動液が通る液体流路と、その蒸気が通る気体流路が、例えば銅製のパイプなどの熱伝導性の高い密閉空間に設けられた構成を有している。
【００２６】
なお、放熱フィン４をヒートパイプ２６、２８に接続する位置は光の通過を妨げない位置であればどの位置でもよく、特に限定されるものではない。また、上記では、２本のヒートパイプ２６、２８を用いた例で説明したが、特に本数が限定されるものではない。
【００２７】
そして、台座２４はハウジング２の後部面２９から、ねじ３０によってねじ止めされている。また、ヒートパイプ２６、２８は、ハウジング２に対して、例えば樹脂製のバンド３２、３４、３６、３８で固定されている。
【００２８】
この構成により、ＬＥＤ１４、１６の発光に伴って生じる熱は、熱伝導性の基板１８、２０を介して発光素子支持部２２に伝導される。さらに、発光素子支持部２２と連結した台座２４と接続されたヒートパイプ２６、２８の吸熱端から放熱部８の放熱フィン４に伝導される。このとき、ヒートパイプ２６、２８の中では、ヒートパイプ２６、２８の一部が加熱されると、加熱部（吸熱端）において蒸発潜熱を吸収し作動液が蒸発して低温部（放熱端）に蒸気が移動する。そして、低温部で、蒸気が凝縮して蒸発熱を放出し、凝縮した液体がウイックを通じて毛細管作用によって加熱部に還流する。このようにして、液体−気体の相変化が繰り返され、また減圧下で行われるため極めて速い速度で熱の授受が可能である。
【００２９】
また、放熱部８は、車両用前照灯１の先端部（車両の先端部）に配設されているため、特に、走行中は前方から受ける風（空気の流れ）によって急激に冷却される。その結果、ＬＥＤで発生した熱が効率的に放熱され、ＬＥＤが有効に冷却されるものである。
【００３０】
一方、ＬＥＤに電流を流すと発光し、ＬＥＤを回転楕円体状のリフレクタ１２の第１焦点Ｆ１近傍に配設しているため、その反射光はリフレクタ１２の光軸４０上の第２焦点Ｆ２近傍に集光される。そして、第２焦点Ｆ２を通過したＬＥＤの光は、ハウジング２のレンズ支持部４７、４９で固定された凸レンズ４２によって矢印４４、４６、４８、５０、５２で示すようにほぼ平行な光に変換される。その後、その平行な光は、リフレクタ１２の光軸４０に平行に設けられた放熱フィン４の面間（光透過性樹脂６）を通過して前方に照射される。このとき、空間内に設けられたシェード部６０を調節することにより、前方に照射される所望の配光パターンの光を得ることができる。
【００３１】
一般に大きな光量を得るために、複数のＬＥＤが用いられる。そのため、複数のＬＥＤを一点上には配置できないため、ＬＥＤの光はばらつきを持って第２焦点Ｆ２近傍に集光され、凸レンズ４２を介しても平行な光にならない成分の光が発生する。
【００３２】
しかし、光軸４０と平行な方向から外れた矢印５４、５６で示す光は、放熱フィン４の鏡面状の平面上で反射され、有効に車両用前照灯１の前方へ引き出すことができる。なお、放熱部８と一体化する光透過性樹脂６の形成面５８は、平行光を反射させないようにリフレクタ１２の光軸４０と垂直方向に形成することが望ましい。
【００３３】
なお、本実施の形態では、格子状の放熱フィンを用いた例で説明したが、これに限られない。例えば、図３に放熱フィンの別の例を正面図で示したように、同心円状の放熱フィン７０や蜂の巣状でもよく、ヒートパイプと接続でき、効率よく放熱できるものであれば任意の形状が可能で、特に制限されない。この場合、同心円状の放熱フィン７０は、それと直交する支持部材７２によって固定し、光透過性樹脂６で一体的に形成する。そして、格子状の放熱フィン４と同様に、同心円状の放熱フィン７０も、リフレクタ１２の光軸と平行な面を備え、同心円状の放熱フィン７０と支持部材７２を熱伝導性に優れた金属材料から構成することが望ましい。また、支持部材７２を同心円状の放熱フィン７０と直交する放射状の放熱フィンとしてもよい。これにより、車両設計において、重要な要素であるデザイン性に優れた車両用前照灯を実現できる。
【００３４】
また、本実施の形態では、放熱フィンの格子状の間隔と光軸と平行な面の長さを等しい例で説明したが、これに限られない。例えば、図４の車両用前照灯の側面断面図に示すように、放熱フィン４の格子状の間隔よりも光軸と平行な面の長さを長くしてもよい。このとき、平行な面の長さを位置によって変えてもよく、同じであってもよい。これにより、光軸からずれた平行でない光を、さらに効率的に略平行光とすることができ、輝度を向上させることできる。
【００３５】
また、本実施の形態では、放熱フィンの全体を光透過性樹脂に埋設した例で説明したが、これに限られない。例えば、放熱フィンの前面側だけを薄い光透過性樹脂に埋め込んでもよい。これにより、車両用前照灯の軽量化を図ることができる。
【００３６】
以上、本実施の形態によれば、ＬＥＤから発生する熱を車両の前方方向からの空気流を用いて有効に放熱できるとともに、放熱フィンにより、ＬＥＤの光を効率的に利用し輝度を向上させることができる。また、無効な光を低減できるため、ＬＥＤの駆動電流を低減し、さらなる長寿命や信頼性に優れた車両用前照灯を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る車両用前照灯は、ＬＥＤを効率的に冷却し高輝度で省電力、長寿命の車両用前照灯として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態における車両用前照灯を前面から見た正面図（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ線側面断面図
【図２】本発明の実施の形態における車両用前照灯の放熱フィンの構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態において放熱フィンの別の例を示した車両用前照灯の正面図
【図４】本発明の実施の形態において放熱フィンのさらに別の例を示した車両用前照灯の側面断面図
【符号の説明】
【００３９】
１    車両用前照灯
２    ハウジング
４    放熱フィン
６    光透過性樹脂（光透過材料）
８    放熱部
１０    空間
１２    リフレクタ
１４，１６    半導体発光素子（ＬＥＤ）
１８，２０    基板
２２    発光素子支持部
２４    台座
２６，２８    ヒートパイプ
２９    後部面
３０    ねじ
３２，３４，３６，３８    バンド
４０    光軸
４２    凸レンズ（レンズ系）
４４，４６，４８，５０，５２，５４，５６    矢印
４７，４９    レンズ支持部
５８    形成面
６０    シェード部
６２    上部面
６４    下部面
６６，６８    放熱端
７０    同心円状の放熱フィン
７２    支持部材
【図１】
2008135260.tif 000003
【図２】
2008135260.tif 000004
【図３】
2008135260.tif 000005
【図４】
2008135260.tif 000006