JP6548911B2 - 鉄道車両用ヘッドランプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば鉄道車両用の灯具に用いられる車両用ヘッドランプに関する。

従来、鉄道車両に設けられる灯具として、メタルハライドバルブ等の放電バルブを光源として備えたプロジェクタ型のものが採用されている。この鉄道車両用灯具は、放電バルブの放電発光部の光をリフレクタで反射し、集光レンズで集光して車両前方や後方へ照射するように構成されている（例えば特許文献１参照）。

一方、近年においては、放電バルブに代わる新たな光源として、消費電力が少なくかつ長寿命な発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を鉄道車両用灯具に用いることが提案されている。例えば特許文献２には、赤色発光する第１の発光ダイオードと、白色発光する第２の発光ダイオードと、第１及び第２の発光ダイオードが配置される灯室を形成するハウジングとを備えた鉄道車両用灯具が開示されている。

特開２００１−２３４１７号公報 特開２０１４−１９３９４号公報

ところで、近年、空気抵抗の低減、デザイン性の向上等を目的として、新幹線や特急電車の先頭車両は流線形状をなすものが広く採用されている。このため、ヘッドランプとしての前照灯を構成する灯具の設計自由度が制限されつつある。

例えば、特許文献１に記載の灯具では、奥行き方向に大きな寸法が必要となるため、灯具全体をコンパクトに構成することができない。一方、特許文献２に記載の灯具では、流線形の先頭車両に設置する上で、当該車両の流線形状を損なわずに前照灯として必要とされる光量の白色光を目的とする照射範囲に照明光を適切に出射することは容易でない。

さらに、例えば鉄道の駅等においては、通過電車の進入を構内アナウンスや電光掲示板等でホームに待機している利用客に報知するのが一般的である。しかしながら、構内の報知だけでは必ずしもすべての利用客に通過電車の進入を十分に告知できるとは限られず、当該報知に気付いていない利用客にとっては、進入してきた車両を見たときに当該車両が停車するものと誤認することが考えられる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、装置構成をコンパクトにしつつ、車両の流線形状を損なわずに目的とする照度及び照射範囲で照明光を出射することができ、さらに車両前方へ必要な情報を提示することができる車両用ヘッドランプを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る車両用ヘッドランプは、主光源ユニットと、補助光源ユニットと、支持体とを具備する。
上記主光源ユニットは、一軸方向に配列され同時に点灯される複数の第１の半導体発光素子を有する。
上記補助光源ユニットは、第１の軸方向に配列され同時に又は上記第１の軸方向に順次点灯可能な複数の第２の半導体発光素子を有する。
上記支持体は、上記主光源ユニットを収容する第１の収容部と、上記補助光源ユニットを収容する第２の収容部とを有する。

上記車両用ヘッドランプにおいて、主光源ユニットは、一軸方向に多連に配列された複数の第１の半導体発光素子を有するため、車両の前方に向けて必要な照度の照明光を必要な範囲に適正に出射することができる。
また、上記車両用ヘッドランプは、補助光源ユニットを備えているため、第２の半導体発光素子の点灯形態によって車両の前方へ有意の情報を提示することができる。例えば、上記複数の第２の半導体発光素子を第１の軸方向に順次点灯させることで、前方に対して当該車両の接近、通過等の何等かの情報を提示することができる。
さらに、上記車両用ヘッドランプは、主光源ユニット及び補助光源ユニットを収容する支持体を備えているため、ヘッドランプ全体をコンパクトに構成することが可能となる。

上記複数の第１の半導体発光素子は、上記第１の軸方向に対して斜めに交差する第２の軸方向にそれぞれ配列されてもよい。
上記第２の軸方向は、典型的には車両前方に直交する縦方向あるいは横方向である。これにより車両の流線形状を損なうことなく、必要な照度の照明光を所定の範囲内に適正に出射することができる。

上記主光源ユニットは、上記第１の軸方向及び／又は上記第１の軸方向に直交する第３の軸方向に配列された複数の主光源ユニットを含んでもよい。
これにより、ヘッドランプとして要求される照度、照射範囲、光軸等を容易に実現することが可能となる。

上記複数の第２の半導体発光素子は、典型的には、白色光又は赤色光を出射することが可能に構成されるが、これに限られず、黄色、青色等の他の色の光を出射することが可能に構成されてもよい。
例えば、上記車両用ヘッドランプが鉄道車両の前部に取り付けられる灯具として用いられる場合には、上記複数の第２の半導体発光素子は白色光を出射するように構成される。また、上記車両用ヘッドランプが鉄道車両の後部に取り付けられる灯具として用いられる場合には、上記複数の第２の半導体発光素子は赤色光を出射するように構成される。
なお、上記車両用ヘッドランプは、鉄道車両に限られず、乗用車や商業車、二輪車等の一般車両のヘッドランプにも適用可能である。

以上のように、本発明によれば、装置構成をコンパクトにしつつ、車両の流線形状を損なわずに目的とする照度及び照射範囲で照明光を出射することができ、さらに車両前方へ必要な情報を提示することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る車両用ヘッドランプの全体を示す斜視図である。 上記ヘッドランプを備えた鉄道車両を示す概略斜視図である。 上記ヘッドランプの平面図である。 上記ヘッドランプの正面図である。 上記ヘッドランプの右側面図である。 図４におけるＡ−Ａ線概略拡大断面図である。 上記ヘッドランプにおける主光源ユニットの構成を示す要部の概略斜視図である。 上記ヘッドランプにおける補助光源ユニットの点灯形態の一例を示す正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、鉄道車両用のヘッドランプを例に挙げて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用ヘッドランプ（以下、単にヘッドランプという）の全体を示す斜視図である。図２は、本実施形態のヘッドランプが鉄道車両に取り付けられたときの状態を示す概略斜視図である。
なお、図においてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示しており、Ｘ軸及びＹ軸は水平方向（特にＹ軸方向は車両の進行方向）、Ｚ軸は高さ方向にそれぞれ対応する（以下の各図においても同様）。

本実施形態のヘッドランプ１は、鉄道車両用の灯具として用いられ、先頭車両あるいは最後尾車両の左右両側にそれぞれ取り付けられる前部標識灯あるいは後部標識灯として構成される。図２に示すように、車両Ｔは流線形状を有しており、その前部の両側面にヘッドランプ１がそれぞれ取り付けられている。左右のヘッドランプ１はそれぞれ同一の構成を有し、その形状は左右において対称に構成される。ここでは左側のヘッドランプについて説明する。

図３はヘッドランプ１の平面図、図４はその正面図、図５はその右側面図、図６は、図４におけるＡ−Ａ線概略拡大断面図である。

本実施形態のヘッドランプ１は、主光源ユニット１０と、補助光源ユニット２０と、支持体３０と、カバー４０と、筐体５０とを備える。ヘッドランプ１は、前方に向かって先細り形状を有しており、その正面（前面）側は流線的に形成されている。

主光源ユニット１０は、複数（本例では５個）の主光源ユニット１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２及び１０Ｂ３で構成される（以下、個別に説明する場合を除き、主光源ユニット１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２及び１０Ｂ３を主光源ユニット１０と総称する）。

複数の主光源ユニット１０は、それぞれ同一方向に配向された光軸を有し、典型的には、Ｙ軸方向に平行又は略平行に各光軸が設定される。本実施形態では、上段側に２個、下段側に３個の計５個の主光源ユニット１０が用いられる。主光源ユニット１０の数はこれに限られず、また、主光源ユニット１０は単数であってもよい。

上段側に配置される２個の主光源ユニット１０Ａ１及び１０Ａ２は、例えばロービーム用の光源に用いられ、Ｘ軸方向に斜めに交差するａ軸方向に配列される。ａ軸方向は、図１及び図３に示すように、上方から見てＸ軸を反時計回りに角度θだけ回転させた軸方向に対応する。図１及び図３に示すように、内側に位置する主光源ユニット１０Ａ１は、外側に位置する主光源ユニット１０Ａ２よりも前方側へ所定の長さだけ突出するように配置される。

一方、下段側に配置される３個の主光源ユニット１０Ｂ１，１０Ｂ２及び１０Ｂ３は、例えばハイビーム用の光源に用いられ、主光源ユニット１０Ａ１，１０Ａ２と同様にａ軸方向に配列される。図１及び図３に示すように、中央側に位置する主光源ユニット１０Ｂ２は、外側に位置する主光源ユニット１０Ｂ３よりも前方側へ所定の長さだけ突出するように配置される。一方、内側に位置する主光源ユニット１０Ｂ１は、中央側に位置する主光源ユニット１０Ｂ２よりも前方側へ所定の長さだけ突出するように配置される。

なお、ロービーム及びハイビーム用の主光源ユニットは、上述の例に限られず、適宜設定することが可能である。例えば、上段に配置される２個の主光源ユニット１０Ａ１，１０Ａ２がハイビーム用に、下段に配置される３個の主光源ユニット１０Ｂ１〜１０Ｂ３がロービーム用に、それぞれ設定されてもよい。

主光源ユニット１０Ａ１及び１０Ａ２、並びに１０Ｂ１〜１０Ｂ３がそれぞれａ軸方向に配列されることにより、流線形状の車両Ｔの側部からヘッドランプ１を過度に突出させることなくヘッドランプ１を車両Ｔに取り付けることが可能となるため、車両Ｔの流線形状が損なわれることを阻止することができる。したがって、ａ軸方向は、ヘッドランプ１が取り付けられる車両Ｔへ側部の形状や進行方向に対する角度等に応じて適宜設定することができる。

また、図５及び図６に示すように、上下に多段で配置される主光源ユニット１０において、下段に位置する主光源ユニット１０Ｂ１，１０Ｂ２及び１０Ｂ３は、上段に位置する主光源ユニット１０Ａ１及び１０Ａ２よりも前方側へ所定の長さだけ突出するように配置されている。これにより、ヘッドランプ１全体の構成が流線的となるため、車両Ｔの流線形状を損なうことなくヘッドランプ１を車両Ｔへ取り付けることが可能となる。

さらに、本実施形態において、主光源ユニット１０は、相互に直交する２軸方向（ａ軸方向及びＺ軸方向）に配列された複数の主光源ユニット１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１〜１０Ｂ３で構成されているため、ヘッドランプとして要求される照度、照射範囲、光軸等を容易に実現することが可能となる。

図７は、主光源ユニット１０の構成を示す要部の概略斜視図である。

各主光源ユニット１０は、それぞれ同様の構成を有し、図７に示すように円筒をＺ軸方向に押し潰したような略扁平な合成樹脂製の筒体１１と、筒体１１の前端部を覆う透光部１２と、透光部１２にＸ軸方向に等間隔で配列された複数のレンズ部１２０とを有する。筒体１１の内部には、複数の第１の半導体発光素子Ｌ１と、これらを支持する第１の回路基板Ｓ１とがそれぞれ内蔵される（図６参照）。

複数の第１の半導体発光素子Ｌ１は、それぞれ白色光を出射することが可能なＬＥＤで構成される。ＬＥＤは、半導体チップであってもよいし、出射口にレンズが設けられた（例えば砲弾型の）パッケージ部品であってもよい。複数の第１の半導体発光素子Ｌ１の数は特に限定されず、本実施形態では４個の半導体発光素子が用いられる。

複数の第１の半導体発光素子Ｌ１は、透過部１２の複数のレンズ部１２０と対向するようにａ軸方向（第１の軸方向）に斜めに交差するＸ軸方向（第２の軸方向）に等間隔に配置される。複数の第１の半導体発光素子Ｌ１は、同時に点灯されるように構成され、その出射光がレンズ部１２０を介して前方へ投射される。

第１の回路基板Ｓ１は、図６に示すように、筒体１１の前方側に実装面を前方（Ｙ軸方向）に向けて設置される。第１の回路基板Ｓ１は、図示しない電源ユニットに電気的に接続され、その実装面に搭載された複数の第１の半導体発光素子Ｌ１に電力を供給する。

一方、補助光源ユニット２０は、主光源ユニット１０の下方に配置される。補助光源ユニット２０の正面形状は、図１及び図４に示すように、ヘッドランプ１の下縁に沿って形成された流線的な形状を有する。補助光源ユニット２０は、図６に示すように合成樹脂製の筒体２１と、筒体２１の前端部を覆う透光部２２とを有する。筒体２１の内部には、複数の第２の半導体発光素子Ｌ２と、これらを支持する第２の回路基板Ｓ２とがそれぞれ内蔵される（図６参照）。

第２の回路基板Ｓ２の実装面は、Ｙ軸方向に対して所定角度上向きに配置される。筒体２１の内面は反射面として機能し、第２の半導体発光素子Ｌ２からの出射光を反射させながら透光部２２へ導く。透光部２２は、カバー４０の内面に対向し、カバー４０の流線形状に対応するように斜めに配置される。透光部２２は、光拡散機能を有していてもよい。

複数の第２の半導体発光素子Ｌ２は、それぞれ白色光又は赤色光を出射することが可能なＬＥＤで構成される。ＬＥＤは、第１の半導体発光素子Ｌ１と同様に、半導体チップであってもよいし、出射口にレンズが設けられた（例えば砲弾型の）パッケージ部品であってもよい。複数の第２の半導体発光素子Ｌ２は、筒体２１の一方の側端部から他方の側端部に向かってａ軸方向に間隔をあけて配列される。複数の第２の半導体発光素子Ｌ２は、同時に、又は、ａ軸方向に順次点灯可能に構成される。

例えば、ヘッドランプ１が前照灯（前部標識灯）として機能する場合には、補助光源ユニット２０は、複数の第２の半導体発光素子Ｌ２を白色光でａ軸方向に順次点灯させることが可能に構成される。
一方、ヘッドランプ１が尾灯（後部標識灯）として機能する場合には、補助光源ユニット２０は、複数の第２の半導体発光素子Ｌ２を赤色光で同時に点灯させるように構成される。

図８Ａ〜Ｅは、ヘッドランプ１が前照灯として機能するときの補助光源ユニット２０の点灯形態の一例を示す正面図である。

補助光源ユニット２０は、例えば図８Ａに示す無灯状態から、図８Ｂ、Ｃ，Ｄ及びＥに示す順で、図中左端から右端にかけて順次、補助灯ＬＳを点灯させる。図８Ｅは、補助光源ユニット２０の複数の半導体発光素子Ｌ２がすべて点灯した状態を示しており、所定時間経過後、再び図８Ａに示す無灯状態に戻り、図８Ｂ〜Ｅに示す順次点灯状態が繰り返される。補助光源ユニット２０は、補助灯ＬＳが図８Ａ〜Ｅに示す状態で連続的に遷移するように複数の第２の半導体発光素子Ｌ２を発光させてもよいし、各状態を所定時間維持して段階的に遷移するように複数の第２の半導体発光素子Ｌ２を発光させてもよい。このように補助光源ユニット２０は、照明用の光源というよりはむしろ、車両の前方へ所定の情報を提示する表示灯として構成される。

例えば鉄道の駅などにおいては、通過車両の進入を構内アナウンスや電光掲示板等でホームに待機している利用客に報知するのが一般的である。しかしながら、構内の報知だけでは必ずしもすべての利用客に通過車両の進入を十分に告知できるとは限られず、当該報知に気付いていない利用客にとっては、進入してきた車両を見たときに当該車両が停車するものと誤認することが考えられる。

本実施形態によれば、車両のヘッドランプ１に設けられた補助光源ユニット２０に、当該車両が通過車両であることを示す情報を表示することで、ホームで待機する利用客に注意を促すことができる。これにより、進入してきた車両を見た利用客に、当該車両が通過車両であることを報知することが可能となる。

通過車両であることを示す情報としては、例えば、図８Ａ〜Ｅに示したように補助灯ＬＳの点灯状態を連続的又は断続的に変化させたものが採用される。なお、上述の例のように補助灯ＬＳの点灯領域の長さが時間変化する形態のほか、補助灯ＬＳの照射領域や色を変化させたり、補助光源ユニット２０内のすべての半導体発光素子Ｌ２を点滅させたりしてもよい。

支持体３０は、例えば合成樹脂材料で構成され、筐体５０の内部に収容される。支持体３０は、光源ユニット１０を収容する第１の収容部３１と、前記補助光源ユニット２０を収容する第２の収容部３２とを有する。

第１の収容部３１は、各主光源ユニット１０に対応するように形成された複数の第１の収容部３１Ａ１，３１Ａ２，３１Ｂ１，３１Ｂ２及び３１Ｂ３を含む（以下、個別に説明する場合を除き、第１の収容部３１Ａ１，３１Ａ２，３１Ｂ１，３１Ｂ２及び３１Ｂ３を第１の収容部３１と総称する）。

第１の収容部３１は、各主光源ユニット１０を位置決め固定できるように構成される。各主光源ユニット１０は、例えば、支持体３０の後方側から前方側へ向けて挿入されることで、図６に示すような位置に固定される。この場合、図６に概略的に示すように、支持部材３０の後端部に、主光源ユニット１０の後端部と係合する係合部３３が設けられてもよい。

各第１の収容部３１にはさらに、各主光源ユニット１０から出射される照明光を拡散反射させる反射面３４が設けられる。反射面３４は、図１及び図３に示すように、各主光源ユニット１０の前端部に隣接する底面部に部分的に形成されたシボ面で構成される。
反射面３４は、白色等の塗膜で形成されてもよいし、金属膜、蒸着膜等であってもよい。反射面３４は、主光源ユニット１０の前縁部に平行な斜辺を有する三角形状に形成されるが、形状はこれに限られず、また、上記底面部の全域に形成されてもよい。

第２の収容部３２は、支持体３０の下縁部に沿って形成されており、内部に補助光源ユニット２０を収容する。第２の収容部３２は、補助光源ユニット２０の透光部２２を外部へ露出させる開口を有し、その開口の内側周縁部に筒体２１が固定される。

カバー４０は、透明なプラスチック材料の射出成形体で構成され、支持体３０の前面を覆うように筐体５０に固定される。カバー４０は、全体的に流線形状を有しており、車両Ｔの側面と略連続的な面を形成するように構成される。カバー４０は、典型的には、図示しないシールリングを介して支持体３０あるいは筐体５０に固定される。

筐体５０は、金属あるいは合成樹脂で構成され、支持体３０を収容する空間部を有する。筐体５０は、ヘッドランプ１の外部から各主光源ユニット１０及び補助光源ユニット２０へ電力を供給するケーブルあるいは端子部が設けられる。筐体５０にはさらに、各主光源ユニット２０及び補助光源ユニット２０の光軸を調整するための機構部が収容される。

以上のように構成される本実施形態のヘッドランプ１において、主光源ユニット１０は、一軸方向（Ｘ軸方向）に多連に配列された複数の第１の半導体発光素子Ｌ１を有するため、車両Ｔの前方に向けて必要な照度の照明光を必要な範囲に適正に出射することができる。

また、本実施形態のヘッドランプ１は、補助光源ユニット２０を備えているため、第２の半導体発光素子Ｌ２の点灯形態によって車両Ｔの前方へ有意の情報を提示することができる。例えば、複数の第２の半導体発光素子Ｌ２をａ軸方向に順次点灯させることで、前方に対して当該車両の接近、通過等の情報を提示することができる。

さらに、本実施形態のヘッドランプ１は、主光源ユニット１０及び補助光源ユニット２０を収容する支持体３０を備えているため、ヘッドランプ全体をコンパクトに構成することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、主光源ユニット１０における複数の第１の半導体発光素子Ｌ１をＸ軸方向に配列された例を説明したが、これに限られず、これら第１の半導体発光素子Ｌ１は、例えばＺ軸方向に配列されてもよい。また、複数の主光源ユニット１０は、ａ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ配列される例に限られず、少なくとも一軸方向に配列されていればよい。

さらに以上の実施形態では、車両用ヘッドランプとして、鉄道車両用のヘッドランプを例に挙げて説明したが、これに限られず、乗用車や商業者、二輪車等の一般車両のヘッドランプにも適用可能である。この場合、補助光源ユニットは、例えば、方向指示器等として機能させることができる。

１…ヘッドランプ
１０，１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｂ３…主光源ユニット
２０…補助光源ユニット
３０…支持体
３１，３１Ａ１，３１Ａ２，３１Ｂ１，３１Ｂ２，３１Ｂ３…第１の収容部
３２…第２の収容部
４０…カバー
５０…筐体
Ｌ１…第１の半導体発光素子
Ｌ２…第２の半導体発光素子

Claims (5)

1. 鉄道車両の幅方向に配列され同時に点灯される複数の第１の半導体発光素子と前記幅方向に配列された複数のレンズ部とをそれぞれ有し、前記幅方向に斜めに交差する第１の軸方向に沿って配置される複数の主光源ユニットと、
   前記第１の軸方向に配列され同時に又は前記第１の軸方向に順次点灯可能な複数の第２の半導体発光素子を有する補助光源ユニットと、
   前記主光源ユニットを収容する第１の収容部と、前記補助光源ユニットを収容する第２の収容部とを有する支持体と
   を具備する鉄道車両用ヘッドランプ。
2. 請求項１に記載の鉄道車両用ヘッドランプであって、
   前記支持体は、前記複数の主光源ユニットを位置決めする第１の収容部と、前記補助光源ユニットを収容する第２の収容部とを有し、
   前記第１の収容部は、前記複数の主光源ユニットから出射される照明光を拡散反射させる反射面を有する
   鉄道車両用ヘッドランプ。
3. 請求項１又は２に記載の鉄道車両用ヘッドランプであって、
   前記複数の主光源ユニットの各々は、前記幅方向及び前記第１の軸方向に直交する方向に配列される
   鉄道車両用ヘッドランプ。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の鉄道車両用ヘッドランプであって、
   前記複数の第２の半導体発光素子は、白色光又は赤色光を出射することが可能に構成される
   鉄道車両用ヘッドランプ。
5. 請求項４に記載の鉄道車両用ヘッドランプであって、
   前記鉄道車両用ヘッドランプは、前記鉄道車両の前部及び／又は後部に取り付けられる灯具である
   鉄道車両用ヘッドランプ。

Images