(57)【要約】【課題】半導体発光素子から発生する熱を効率良く放熱する。【解決手段】車両用灯具１０は、光源としてのＬＥＤ２０と、ＬＥＤ２０から発生する熱を放熱するヒートシンク１４と、ＬＥＤ２０およびヒートシンク１４が設けられている灯室３５内の空気を送風するファン５６と、アウターレンズ３４と灯具ボディ４８とを含んで形成され、ＬＥＤ２０、ヒートシンク１４およびファン５６を収容する灯体と、灯体内に設けられ、ファン５６から送風された空気をアウターレンズ３４方向と、ヒートシンク１４方向とに分流する分流部３９とを備える。【選択図】図１
2009295513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源としての半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から発生する熱を放熱するヒートシンクと、
前記半導体発光素子および前記ヒートシンクが設けられている空間の空気を送風するファンと、
アウターレンズと灯具ボディとを含んで形成され、前記半導体発光素子、前記ヒートシンクおよび前記ファンを収容する灯体と、
前記灯体内に設けられ、前記ファンから送風された空気を前記アウターレンズ方向と、前記ヒートシンク方向とに分流する分流部と、
を備えることを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記ヒートシンクの上方に前記分流部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。
【請求項３】
前記分流部は、前記ファンから送風された空気を前記アウターレンズ方向に導く第１ガイド部と、アウターレンズ方向に導かれた空気の一部を分流して前記ヒートシンク方向に導く第２ガイド部とを備え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】
前記分流部は、前記ファンから送風された空気を前記アウターレンズ方向と前記ヒートシンク方向とを含む方向に拡散する拡散部を備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【特許文献１】特開２００６−２８６３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、光源としての半導体発光素子と、半導体発光素子から発生する熱を放熱するヒートシンクと、半導体発光素子およびヒートシンクが設けられている空間の空気を送風するファンと、アウターレンズと灯具ボディとを含んで形成され、半導体発光素子、ヒートシンクおよびファンを収容する灯体と、灯体内に設けられ、ファンから送風された空気をアウターレンズ方向と、ヒートシンク方向とに分流する分流部とを備える。
【０００７】
この態様によると、半導体発光素子から発生した熱は、ヒートシンクによりヒートシンク周囲の空気に放熱される。暖められた空気は、ファンにより分流部へと送風される。この空気は、分流部によりアウターレンズ方向とヒートシンク方向とに分流される。アウターレンズ方向に分流された空気は、アウターレンズとの間で熱交換が行われて冷却された後、ヒートシンクにより暖められ、再度ファンによって分流部に送風される。一方、ヒートシンク方向に分流された空気は、ヒートシンクとの間で熱交換が行われた後、再度ファンによって分流部に送風される。このように、本態様に係る車両用灯具では、分流部を設けたことにより、アウターレンズ周辺を通って循環する対流と、ヒートシンク周辺で循環する対流の２つの対流が発生する。２つの対流が発生することにより、空気が送風されるヒートシンクの部位を増やすことができる。その結果、ヒートシンクの強制空冷が促進され、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、分流部によりアウターレンズ方向に暖かい空気が流れるようにしたので、アウターレンズ外表面への着雪や着氷を抑制できる。
【０００８】
ヒートシンクの上方に分流部を設けてもよい。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、ヒートシンクの上方に分流部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。
【０００９】
分流部は、ファンから送風された空気をアウターレンズ方向に導く第１ガイド部と、アウターレンズ方向に導かれた空気の一部を分流してヒートシンク方向に導く第２ガイド部とを備えてもよい。また、分流部は、ファンから送風された空気をアウターレンズ方向とヒートシンク方向とを含む方向に拡散する拡散部を備えてもよい。これらの場合、好適に分流部を構成できる。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１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体内に、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、ヒートシンク１４、ファン５６、第１ガイド部３６および第２ガイド部３８を備える。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
固定部材２６の後方側端部は、灯室３５内に設けられたヒートシンク１４に取り付けられている。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。
【００１８】
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。
【００１９】
ベース部１６の背面上には、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。
【００２０】
灯具ユニット３０およびヒートシンク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およびヒートシンク１４は、灯室３５の中央付近に設けられている。
【００２１】
ヒートシンク１４の後方には、ファン５６が設けられている。ファン５６は、軸方向両側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、軸方向が前後方向と一致し、且つ上方に排気するように設けられている。
【００２２】
ヒートシンク１４およびファン５６の上方には、第１ガイド部３６が設けられている。第１ガイド部３６は、ファン５６の後方斜め上方からヒートシンク１４のベース部１６上方にかけて湾曲するように形成された板状部材であり、ファン５６から送風された空気をアウターレンズ３４方向に導く機能を有する。
【００２３】
第２ガイド部３８は、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た板状部材である。第２ガイド部３８は、その中途部から上端部にかけて後方に向かって湾曲されている。第２ガイド部３８の上端部は、平板フィン１８の上端と第１ガイド部３６の中間に位置している。これにより、第１ガイド部３６と第２ガイド部３８との間には間隙が形成され、平板フィン１８の上端と第２ガイド部３８との間にも間隙が形成される。このように形成された第２ガイド部３８は、第１ガイド部３６によりアウターレンズ３４方向に導かれた空気の一部を分流してヒートシンク１４方向に導く機能を有する。
【００２４】
本実施の形態において、第１ガイド部３６と第２ガイド部３８は、ファン５６から送風された空気をアウターレンズ３４方向と、ヒートシンク１４方向とに分流する分流部３９を構成している。灯室３５内に分流部３９を設けることにより、灯室３５内に、アウターレンズ３４周辺を通って循環する対流と、ヒートシンク１４周辺で循環する対流の２つの対流を発生させることができる。
【００２５】
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。ヒートシンク１４のベース部１６に伝えられた熱は、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。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、ヒートシンク１４の後方に設けられたファン５６によって吸い込まれ、上方の第１ガイド部３６に向かって送風される。
【００２６】
第１ガイド部３６に送風された空気は、第１ガイド部３６の湾曲面に沿ってアウターレンズ３４方向に導かれる。ここで、本実施の形態では第２ガイド部３８を設けているので、ファン５６から送風された空気は、第２ガイド部３８の上端部によってアウターレンズ３４方向とヒートシンク１４方向の２方向に分流される。
【００２７】
アウターレンズ３４方向に分流された空気は、アウターレンズ３４の内側面に沿って上方から下方へと流れる。アウターレンズ３４は、車両の外部に露出しているため、送風されてくる空気よりも温度が低い。従って、アウターレンズ３４に沿って流れる空気は、上方から下方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４８ａに沿って後方に流れ、その一部はヒートシンク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。
【００２８】
一方、ヒートシンク１４方向に分流された空気は、第２ガイド部３８の湾曲面に沿ってヒートシンク１４の上端に導かれ、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。
【００２９】
このように、本実施の形態に係る車両用灯具１０においては、分流部３９を設けたことにより、アウターレンズ３４周辺を通って循環する対流と、ヒートシンク１４周辺で循環する対流の２つの対流が発生する。２つの対流が発生することにより、空気が送風されるヒートシンク１４の部位を増やすことができる。その結果、ヒートシンク１４の強制空冷が促進され、ＬＥＤ２０から発生する熱を効率良く放熱することができる。
【００３０】
また、車両用灯具１０では、分流部３９によりアウターレンズ３４方向に暖かい空気が流れるようにしたので、この暖かい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。また、アウターレンズ３４方向に流れた空気は、アウターレンズ３４との間で熱交換されることにより冷却されるので、灯室３５内の熱を効率的に外部に放熱できる。
【００３１】
また、本実施の形態では、ヒートシンク１４の上方に分流部３９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。ヒートシンク１４の上方に分流部３９を設けることにより、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。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る車両用灯具１００の概略断面図である。また、図３は、図２に示す車両用灯具１００のＸ−Ｘ断面図である。なお、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と同一または対応する構成要素には同様の符号を付すと共に、重複する説明は適宜省略する。
【００３３】
図２および図３に示すように、車両用灯具１００では、ヒートシンク１４の下方にファン１５６が設けられている点が図１に示す車両用灯具１０と異なる。ファン１５６は、軸方向両側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、軸方向が前後方向と一致し、且つ上方に、即ちヒートシンク１４の下端に向けて排気するように設けられている。また、本実施の形態では、ファン１５６の左右方向の幅は、ヒートシンク１４の左右方向の幅よりも小さく形成されている。そのため、ファン１５６から直接送風された空気は、ヒートシンク１４の中央付近の平板フィン１８にしか当たらず、左右両端側に位置する平板フィン１８には当たらない。
【００３４】
また、車両用灯具１００においては、後方から上方にかけてヒートシンク１４を覆うように、第１ガイド部１３６が設けられている。第１ガイド部１３６は、ヒートシンク１４の後方からヒートシンク１４のベース部１６上方にかけて湾曲するように形成された板状部材である。本実施の形態において、第１ガイド部１３６の上端部は、ファン１５６から送風された空気をアウターレンズ３４方向とヒートシンク１４方向とを含む方向に拡散する拡散部１３６ａとされている。
【００３５】
拡散部１３６ａは、ファン１５６から送風された空気がアウターレンズ３４方向に拡散されるように、後方から前方にかけて斜め上方に傾斜するように形成されている。これにより、拡散部１３６ａに当たった空気は、アウターレンズ３４方向に拡散される。また、拡散部１３６ａは、ファン１５６から送風された空気がヒートシンク方向に拡散されるように、図３に示すように中央から左右方向にかけて斜め下方に若干傾斜するように形成されている。これにより、拡散部１３６ａの中央付近に当たった空気は、灯室３５内を左右方向に拡散され、この左右方向に拡散された空気は、ヒートシンク１４の上端から、左右両端側に位置する平板フィン１８の間隙に流れ込む。このように、拡散部１３６ａは、ファン１５６から送風された空気をアウターレンズ３４方向とヒートシンク１４方向とに分流する分流部として機能している。
【００３６】
また、ヒートシンク１４の上方には第２ガイド部１３８が設けられている。第２ガイド部１３８は、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た板状部材である。第２ガイド部１３８は、ファン１５６から送風され、ヒートシンク１４の平板フィン１８の間隙を通過した空気を拡散部１３６ａに導くために設けられている。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る車両用灯具１００における空気の対流の様子を説明する。図２および図３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１００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。ヒートシンク１４のベース部１６に伝えられた熱は、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。平板フィン１８の周囲の空気は、平板フィン１８からの放熱により温度が上昇する。ヒートシンク１４の中央付近に位置する平板フィン１８により暖められた空気は、ファン１５６からの送風によって平板フィン１８同士の間隙を上方に流れる。
【００３８】
平板フィン１８同士の間隙を通ってヒートシンク１４の上端から出た空気は、第２ガイド部１３８によって上方へと導かれ、拡散部１３６ａの中央付近の部位に当たる。拡散部１３６ａに当たった空気は、アウターレンズ３４方向と左右方向とに拡散される。
【００３９】
アウターレンズ３４方向に拡散された空気は、アウターレンズ３４の内面に沿って上方から下方へと流れる。アウターレンズ３４は、車両の外部に露出しているため、送風されてくる空気よりも温度が低い。従って、アウターレンズ３４に沿って流れる空気は、上方から下方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４８ａに沿って後方に流れ、ファン１５６により吸気されてヒートシンク１４の下端に向けて送風される。
【００４０】
一方、左右方向に拡散された空気は、図３に示すようにヒートシンク１４の上端から左右両端側に位置する平板フィン１８の間隙に流れ込み、上方から下方に流れる。この空気は、上方から下方に流れる間に左右両端側に位置する平板フィン１８と熱交換を行い、その後、再度ファン１５６により吸気されてヒートシンク１４の下端に向けて送風される。
【００４１】
このように、本実施の形態に係る車両用灯具１００においては、拡散部１３６ａを設けたことにより、アウターレンズ３４周辺を通って循環する対流と、ヒートシンク１４周辺で循環する対流の２つの対流が発生する。２つの対流が発生することにより、空気が送風されるヒートシンク１４の部位を増やすことができる。
【００４２】
本実施の形態では、ファン１５６の左右方向の幅がヒートシンク１４の左右方向の幅よりも小さく形成されているため、ファン１５６から直接送風された空気は、ヒートシンク１４の中央付近の平板フィン１８にしか当たらず、左右両端側に位置する平板フィン１８には当たらない。しかしながら、拡散部１３６ａを設けたことにより、拡散部１３６ａの中央付近の部位に当たった空気が左右方向に拡散され、ヒートシンク１４の上端から左右両端側に位置する平板フィン１８に空気が送り込まれる。このように、本実施の形態に係る車両用灯具１００では、左右方向の幅がヒートシンク１４のそれよりも小さいファン１５６を用いているにもかかわらず、ヒートシンク１４全体の強制空冷が促進され、ＬＥＤ２０から発生する熱を効率良く放熱することができる。
【００４３】
また、車両用灯具１００では、拡散部１３６ａによりアウターレンズ３４方向に暖かい空気が流れるようにしたので、この暖かい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。また、アウターレンズ３４方向に流れた空気は、アウターレンズ３４との間で熱交換されることにより冷却されるので、灯室３５内の熱を効率的に外部に放熱できる。
【００４４】
また、本実施の形態では、ヒートシンク１４の上方に拡散部１３６ａ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。ヒートシンク１４の上方に拡散部１３６ａを設けることにより、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用灯具の概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る車両用灯具の概略断面図である。
【図３】図２に示す車両用灯具のＸ−Ｘ断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１００  車両用灯具、  １４  ヒートシンク、  １６  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、  ３６、１３６  第１ガイド部、  １３６ａ  拡散部、  ３８、１３８  第２ガイド部、  ３９  分流部、  ４８  灯具ボディ、  ５６、１５６  ファン。
【図１】
2009295513.tif 000003
【図２】
2009295513.tif 000004
【図３】
2009295513.tif 000005