自動車の灯火装置

自動車の灯火装置

自動車を安全に運転するために、灯火装置はなくてはならないものである。この灯火装置は、照明、標識及び信号などの目的で使用され、スイッチ、ランプ・アッセンブリ及び配線などで構成されている。

それぞれの目的で、法令によって規制される光度と色がある。

また、自動車の後部には、ストップランプ、テールランプ、ターンシグナルランプなどが装着されるので、ランプ・アッセンブリの簡素化やデザイン上の観点から、各ランプを1つにまとめたコンビネーションランプが用いられている。

電球(バルブ)

バルブは一般に、図1のようにガラスの球体内に光源となるフィラメントを設け、窒素ガスとアルゴンガスなどの不活性ガスを混合して封入したものに、口金を付けたものが用いられている。

図1-(1):シングルフィラメント型バルブ

図1-(2):ダブルフィラメント型バルブ

 

フィラメントは図1(1)のようなシングルフィラメントのものと、図1(2)のようなダブルフィラメントのものがあり、用途によって使い分けられている。

また、ヘッドランプ用として、ヨウ素にキセノンガスやクリプトンガスを加えた封入ガスを使用するハロゲンランプが用いられている(図2)

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図2:ハロゲンランプ

このバルブは、普通のガス入りバルブと比較して同じ容量でも明るく、寿命も長く、光度が安定しているという特徴を持っている。また、ハロゲンランプよりも消費電力が少なく、光量が2倍程度になるキセノンガスを封入したフィラメントレスの放電管方式のヘッドランプも一部に用いられている。

現代の自動車は、バルブもヘッドランプも、そのほとんどがLEDランプ(発光ダイオード)である。ここで取り上げるのは、LEDが主流になる以前のバルブやヘッドランプである。

ヘッドランプ

ヘッドランプの構造

ここでは、ヘッドランプの原型であるシールドビーム型と、一般的に用いられているセミシールドビーム型ヘッドランプについて取り上げる。

いずれの場合も、フィラメントから出た光は、直接または、反射鏡で反射されてレンズを通り、前方に投射される。

反射鏡は一般的に、金属またはガラス素材で作られ、その形状は回転放物面になっている。反射鏡で反射した平行光線をそのまま照射したのでは、すれ違い時に対向車にまぶしさを与えてしまうので、レンズに設けた多数のプリズムによって、平行光線の角度を変化させ、路面は明るく照射するが、対向車にはまぶしさを与えないような光軸になるように調整されている。

また、レンズの形状は、図3のように車種によって様々なデザインが採用されている。

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図3:ヘッドランプユニットの形状

  • シールドビーム型

シールドビーム型ヘッドランプは、図4のようにユニット全体が電球になっていて、反射鏡にはガラスの表面にアルミニウムめっきが施されている。

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図4:シールドビーム型ヘッドランプ

フィラメントの上方に遮光キャップを設け、フィラメントから上方に向けて直射される光を遮り、雨や雪や霧などの悪天候時に水滴や雪片による乱反射を防ぎ、前方視界が悪くなるのを防ぐ工夫が施されている。

  • セミシールドビーム型

セミシールドビーム型ヘッドランプは、図5のようにレンズと反射鏡は一体になっている。

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図5:セミシールドビーム型ヘッドランプ

バルブは独立して取り付けるようになっていて、後方から交換できるようになっている。バルブにはハロゲンランプなどを用いている。

ヘッドランプの機能

ヘッドランプは、夜間前方を照らすのが目的であるのと、すれ違い時に対向車にまぶしさを与えてはならない点から、機能面では配光特性が重要となってくる。つまり、光がどのように拡散照射されるかということである。

ヘッドランプでは、その用途から水平に広く、垂直方向には狭い偏平な配光特性となっていて、その明るさは両端では弱く、中央に向かうにしたがって強くなるようになっている。また、これらの配光特性は走行時とすれ違い時には、その条件に応じて変化させることができる。

  • 2灯式シールドビーム型ヘッドランプ

2灯式シールドビーム型ヘッドランプは、図6のように1つのユニットに2つのフィラメントを設けている。

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図6:2灯式シールドビーム型ヘッドランプ

1つのフィラメント(走行ビーム用)を反射鏡の焦点に配置してフィラメントに電流を流すと、フィラメントの光は反射鏡によって平行光線となって遠くまで照射する。

もう1つのフィラメントは(すれ違いビーム用)、焦点より少し上側に配置されている。

切り替えスイッチで、すれ違いビーム用フィラメントに切り替えると、光源の位置が高くなるので、反射の性質から光束は下向きでやや左の方向(対向車の反対方向)を照らすようになる。

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図7:2灯式シールドビーム型ヘッドランプの配光特性

  • 2灯式セミシールドビーム型ヘッドランプ

2灯式セミシールドビーム型ヘッドランプは(ハロゲンランプ)、図8のようにすれ違い用フィラメントを焦点より前方に配置し、フィラメント下側に遮光板を設けている。

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図8:2灯式セミシールドビーム型ハロゲンヘッドランプ

このため、図9(1)のように走行ビーム時では、上方まで照射しているが、すれ違いビーム時では、図9(2)のように左右上方の照射が、ほぼ水平にカットされ、すれ違い時の対向車のまぶしさを軽減している。

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図9:2灯式セミシールドビーム型ハロゲンヘッドランプの配光特性

  • 灯火回路

図10は灯火回路の一例である。この回路の作動は、ライトコントロールスイッチを「T」にすると、テールランプリレーがONになり、テールランプ、クリアランスランプ、ライセンスランプが点灯する。

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図10:灯火回路

次にスイッチを「H」にすると、ヘッドランプリレーがONになり、同時にヘッドランプが点灯する。

また、走行時とすれ違い時に、ヘッドランプが照らす方向と距離をディマスイッチにより切り替えている。

テールランプ

テールランプは、灯火色が同じという関係でストップランプと兼用される場合が多く、バルブとしてはそれぞれの明るさに応じたフィラメントを備えたダブルフィラメント型が多く用いられている。

電気回路としては、図10のようにテールランプリレーを通して、ライトコントロールスイッチの操作により点灯・消灯ができるようになっている。

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図10:灯火回路

レンズは、赤色のものが「道路運送車両の保安基準」によって決められている。

ストップランプ

ストップランプは、灯火色の関係からテールランプと兼用される場合が多く。したがって、その種類や構造は、ハイマウントストップランプを除けば、テールランプと同じである。

ストップランプは、主ブレーキ装置及び補助ブレーキ装置を操作している場合に、車両後方に対して注意を促すものであるので、ブレーキ装置と連動して点灯するようになっている。

このため、一般に、図11のようなストップランプスイッチがブレーキ装置に取り付けられており、その電気回路は図12のようになっている。

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図11:ストップランプスイッチ

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図12:ストップランプの回路

制動のためにブレーキペダルを踏み込むと、ブレーキペダルが前進するので、スイッチ内のロッドがスプリングにより押し出されて、接点が絶縁部から金属部に接するようになり、ランプが点灯する。

バックランプ

バックランプには、他の灯火と一緒に組み込まれてコンビネーションランプとして用いられているものと、他の灯火とは別に独立したブラケットにより、リヤバンパーやフレームに取り付けられて使用されるものとがある。

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図13:バックランプスイッチ

このランプは、トランスミッションのシフトレバーを後退に操作したときに点灯するようになっており、マニュアルトランスミッションでは、図13のようにスイッチがトランスミッションに設けられており、その電気回路は図14のようになっている。

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図14:バックランプの回路

シフトレバーを後退に操作すると、シフトフォークでスイッチを押し、図14において回路がONしてランプが点灯する。シフトレバーが後退の位置以外にある場合には、スイッチはOFFとなるので、ランプは点灯しない。

また、オートマチックトランスミッションでは、シフトレバーを後退のレンジに操作すると、インヒビタスイッチ(レンジの位置決めスイッチ)により、後退灯の回路がONしてランプが点灯する。

ナンバーランプ

ナンバーランプは、番号標の位置(ナンバープレート)、自動車の形状などから番号標の上下または左右から照明する方法のいずれかが用いられているが、いずれにしてもナンバープレートの確認を容易にするために、自動車の後方へ光が漏れないようになっている。

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図10:灯火回路

ナンバーランプは、テールランプと連動して点灯できるように、図10のようにテールランプ回路と並列に結線されている。

ターンシグナルランプ

ターンシグナルランプ、フラッシャーランプ(ウインカー)は、自動車の進行方向を変えるときに、ランプの点滅によって他車や歩行者などにその方向を伝えるものであるから、その作動は確実に行われ、確認の容易なものでなければならない。

したがって、次のような性質が要求される。

  • 作動の異常が運転席で確認できること。
  • 点滅周期は、外部からの確認に適した周期であること。

この点滅作動を行うターンシグナル・フラッシャユニットを作動原理の面から分けると、IC式、トランジスタ式、コンデンサリレー式などがあるが、IC式が多く用いられているので、IC式について説明する。

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図15:IC式ターンシグナルフラッシャの回路

IC式は図15のようにターンシグナルランプの点滅を制御するICとリレーが組み合わされている。IC内部は発振回路、リレー駆動回路、ランプ断線検出回路の3つに大別される。

ランプの点滅回路は、発振回路によって決定される。発振回路の信号は、リレー駆動回路に加えられ、リレーコイルの通電と非通電を制御することで、ターンシグナルランプは点滅する。

シグナルランプのバルブが1灯断線した場合、ユニット内の電流検出抵抗を通る電流が減少する。このときの電流の変化を抵抗による電圧の変化に置き換えて、ランプ断線検出回路で検知する。この検知信号が、発振回路へ送られることで、点滅回数が増加させ、運転者にランプの断線を知らせるようになっている。

ハザードランプ

ハザードランプは、路上故障の際などに、前後左右のシグナルランプを同時に点滅させて、車両が停止していることや、警告を表示するもので、ターンシグナルランプを兼用している。

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図16:ハザードウォーニングランプの回路

したがって、図16のようにターンシグナルフラッシャの回路にハザードウォーニングスイッチを設け、フラッシャユニットも兼用している。

ターンシグナルフラッシャと異なる点は、バルブの断線があっても、路上故障の際などの表示機能を保つために点滅回数が変化しないようになっていることである。

速度表示装置

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図17:速度表示装置(運行記録計と連動させるもの)

速度表示装置は、図17のように車速に応じて点灯する3個の表示灯、車速検出装置(運行記録計)及び点検スイッチなどで構成されている。

速度表示装置は、主に事業用貨物に用いられる大型トラックに用いられていたが、現在は廃止されている。

車両の速度を車体運転席上部に設けられた3個の表示灯で示し、時速40km以下では3個の内の車両の進行方向に対して左側1個、時速40km~60kmでは右側と左側2個が点灯し、時速60km以上では3個とも点灯するように法令で定められていた。

速度表示装置の点灯色は緑色である。現在ではこの表示灯の代わりに、事業用貨物に用いられる大型トラックには、車速を時速90kmに制限するスピードリミッターを設けるように法令により定められている。

ヒューズ及びヒュージブルリンク

ヒューズ

ヒューズは、電気回路に過大な電流が流れたときに、電流の熱作用の影響でそれ自身が溶断して回路を切断し、電気配線や装置を保護する役割を目的として用いられている。

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図18:ブレード型ヒューズ

自動車用としては、主に図18のようなブレード型のものが多く用いられている。

ヒューズの可溶片には、亜鉛合金などが用いられており、端子には銅と錫のメッキが施されている。

ヒューズには、過大電流が流れたときに溶断する電流値が定められており、それぞれの回路の負荷に応じた大きさのものが用いられている。

したがって、ヒューズが溶断した場合には、その回路に接続されている装置や配線に不具合がないかどうかその原因を確認して修理を行う。

ヒュージブルリンク

ヒュージブルリンクは、溶伝電流が極めて大きいヒューズの一種であり、100A, 300Aなどの値に設定されている。

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図19:ヒュージブルリンクのブロック

一般に、図19のようにバッテリの端子付近に取り付けられ、車種によっては、電源回路を点火系、ヘッドランプ系、充電系などに分割してそれぞれの回路にヒュージブルリンクを設けて1つのブロックにまとめている。

ヘッドランプの光軸調整

主光軸の点検

ヘッドランプの点灯が円滑に行われ、とりあえず明るく点灯しているように見えても、照度や照射方向が保安基準に適合しているかどうかは目視で判断することはできない。これを点検するには、ヘッドライトテスタを用いる。ここでは、集光式ヘッドライトテスタによる光度及び主光軸位置の点検について説明する。

最初に、点検に先立ち、測定誤差を防ぐために自動車を次の条件に設定する。

  • 空車状態の自動車に、運転者1名が乗車した状態とする。
  • エンジンを暖機して、バッテリを充電状態にする。
  • タイヤ空気圧を正規の状態にする。
  • テスターに対して車両が平坦な場所でおこなう。
集光式ヘッドライトテスタによる点検
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図20:集光式ヘッドライトテスタ

  1. テスタに対して直角で、なおかつ、テスタとヘッドランプのレンズ前面との距離が1mになる位置に自動車を置く。
  2. 図20のテスタ側にある正対用照準器によって、自動車の中心線に照準が合うように、正対調整機構でテスタと自動車とが正対するように調整する。
  3. ヘッドランプを走行ビーム(ハイビーム)の状態で点灯させ、テスタの裏側にある映像ファインダを見ながら、ランプ映像の中心が、ファインダの中心に来るように受光部を移動させてヘッドランプに正対させる。
  4. 左右計及び高低計の指針が中心を示すように自動車ヘッドライトに取り付けられている左右調整ダイヤル及び高低調整ダイヤルを調整する。このとき、左右目盛り計及び高低目盛り計の示す数値を読む。この数値は、測定している自動車の10m前方での主光軸の照射方向の左右及び高低の振れをcmで示している。
  5. このとき光度計の指針の示す数値を読む。この数値が、ヘッドランプの主光軸方向の光度を示している。単位はカンデラ(cd)である。

車検対応のヘッドライト調整

検査する車両とヘッドライトテスタを正対させ、ヘッドライトの取り付け高さを読み取る
  1. 車両をテスタに正対させて、調整するヘッドライトのレンズ面とテスタとの距離が1mになるように配置する。
  2. テスタの照準器(スコープ)を使って、車両の中心線にテスターの受光部(集光レンズ)が正対するようにテスタの方向調整ネジ(正対用のツマミ)を調整する。
  3. ヘッドライトを点灯させたら、すれ違い灯(ロービーム)にする。このとき、ヘッドライトの点灯状態を確認すると同時に、レベリングスイッチ付属の車両は、そのダイヤルを標準位置に設定しておく。
  4. テスタの照準器ですれ違い灯(ロービーム)の中心に合うようにレール上のテスタを左右に移動させ、上下に調整して、集光レンズの中心とすれ違い灯の中心が正対するように調整して固定する。
  5. このときテスタの支柱に表示された床面からの高さを読み取り、ヘッドライトの高さとして記録する。(その車両の前照灯の高さとして)
テスタのスクリーンを使って光軸を検査する

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  1. テスターの光軸上下、左右の調整ダイヤルを「下:10cm」「左右:0」にセットする。(法令によるすれ違い灯の標準位置)
  2. テスターに付いているスクリーンで、エルボー点が水平と垂直基準点の中心と合っているかどうかを確認する。
  3. エルボー点が水平と垂直基準点の中心からずれていたら、ヘッドライトを調整する。(基準値:「下:10cm」「左右:0」)正規の記録簿に記載する場合には、左右とも「下:10cm」「左右:0」と記入するのだが、その際に「スクリーン」と記録欄に記入すること。
テスタの測定点を基準位置に合わせて光度を読み取る。(すれ違い灯の光度測定点で測定)
  1. すれ違い灯の光度読み取の位置として規定されている、上下ダイヤルで「下:11cm」(高さ1m越えは16cm)、左右ダイヤルで「左:23cm」の位置に調整する。
  2. 規定位置での光度を読み取る。(すれ違い灯の基準値:6,400cd以上)規定の記録簿に記入する場合には、光度の「副」欄へ記入して、「主」欄には、斜線を入れること。

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