JP2009266573A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクの放熱能力が一時的に低下した場合でもＬＥＤを用いたランプユニットの温度上昇を抑制する。
【解決手段】熱伝導性の基材１８には発光ダイオード１９を光源としたランプユニット１７が取り付けられ、ランプユニット１７を収容する灯室１４をハウジング１２で構成する。少なくともヒートシンク２６の一部をハウジング１２外に配置し、走行中には通風路２７を通してヒートシンク２６に走行風を当てる。さらに、基材１８およびヒートシンク２６に接触させた状態で、外部の温度変化を緩和させるための相変化材料２８１，２８２を取り付けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＬＥＤを用いたランプユニットを搭載した車両用灯具に関する。

従来のＬＥＤを用いた車両用灯具は、ＬＥＤランプユニットの放熱部を通風路に内設している。車両の灯具を装備された部分には、走行時の走行風を取り入れる吸入口と、通風路内を流れる空気を排出する排気口とを設け、吸入口と排気口との間に放熱部を位置させている。これにより、車両走行中に通風路内に吸入口から外気が導入され、ＬＥＤで発生した熱は、放熱部から通風路内を流れる空気により放熱させ車外に排熱させている。（例えば、特許文献１）
特開２００６−２８６３９５公報

上記した特許文献１の技術は、赤信号等により車両が停止した場合、通風路内への空気の導入がなくなり、ヒートシンクの放熱能力が低下し、ＬＥＤの温度が一時的に上昇する。この温度上昇により、ＬＥＤの光量の低下、色度の変化等が生じたり、過度の温度上昇はＬＥＤ自体の故障原因や短命化にも繋がったりする、という問題があった。

この発明の目的は、ヒートシンクの放熱能力が一時的に低下した場合でもＬＥＤの温度上昇を抑制することのできる車両用灯具を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の車両用灯具は、発光素子を光源としたランプユニットが取り付けられた熱伝導性の基材と、前記ランプユニットを収容する灯室と、前記灯室を構成するハウジングと、少なくとも一部を前記ハウジング外に配置されたヒートシンクと、走行中前記ヒートシンクに走行風を当てる通風路と、前記基材および前記ヒートシンクに接触させた状態で取り付けられた外部の温度変化を緩和させるための蓄熱部材と、を具備したことを特徴とする。

この発明によれば、ランプユニットのヒートシンクの放熱能力が一時的に低下した場合でも、ＬＥＤの温度上昇を抑えることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図４は、この発明の車両用灯具に関する一実施形態について説明するための図１は断面図、図２は図１のI−I’断面図、図３は図１のII−II’要部のみを示した断面図、図４はこの実施形態の効果について説明するための説明図である。
図１、図２において、符号１１はヘッドランプであり、このヘッドランプ１１は、例えば、樹脂製の射出成型品からなるハウジング１２を有する。このハウジング１２の前面開口部１２１には、例えば、透明な樹脂成型品からなるアウターレンズ１３が水密に装着され、これらハウジング１２とアウターレンズ１３との間には、灯室１４が形成されている。

また、ハウジング１２の後部には、灯室１４内に連通する作業用開口部１２２が開口され、この作業用開口部１２２はバックカバー１５によって閉塞されている。具体的には、ハウジング１２の内部において、作業用開口部１２２の近傍には内向フランジ１２３が突設されている。一方、バックカバー１５の縁辺部には、内向フランジ１２３に係脱自在に係合する爪部１５１が設けられている。そして、爪部１５１が内向フランジ１２３に係止されることにより、バックカバー１５は、ハウジング１２に保持されている。その際、例えば、内向フランジ１２３とバックカバー１５との間にシールリング１６が介装されることにより、バックカバー１５は、作業用開口部１２２を水密に閉塞する。

ここで、ハウジング１２およびバックカバー１５は、アルミニウム等の金属材料で構成しても構わないが、加工性に富む耐熱性の合成樹脂で構成される。

灯室１４の内部には、ランプユニット１７が配設されている。このランプユニット１７は、例えば、平面視略矩形形状で熱伝導性の高い基材１８を有する。この基材１８のアウターレンズ１３に対向する側の表面上には、光源として、発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）１９が複数取り付けられている。この実施形態において各ＬＥＤ１９は、出射平面に片凸レンズ２０が固設された平面実装型のＬＥＤチップで構成されている。

また、基材１８には、各ＬＥＤ１９の周囲を囲繞する筒状部材２１が固設され、この筒状部材２１の先端に保持された投射レンズ２２がＬＥＤ１９の出射平面に対向されている。なお、各ＬＥＤ１９からの出射光によって所望形状の光束を得るため、所定領域への光の入射をカットする遮光マスク等を各投射レンズ２２の入射側に配置することも可能である。基材１８は、例えばナットとビスによる取付手段２３を介してバックカバー１５に固定される。

ここで、外観のデザイン性の向上等を目的として、アウターレンズ１３とランプユニット１７との間にはインナーパネル２５が介装されている。このインナーパネル２５には各ＬＥＤ１９に対応する位置に筒状開口部２５１が設けられ、この筒状開口部２５１に遊挿された各投射レンズ２２がアウターレンズ１３に臨ませている。

また、ＬＥＤ１９が取り付けられた面と反対の基材１８の面上には、ＬＥＤ１９が発する熱を放熱するための熱伝導性の高い、例えばアルミニウム製の放熱フィン２６１を一体形成したヒートシンク２６と熱的に面接合される。放熱フィン２６１は、バックカバー１５から突出する格好で配置される。

バックカバー１５の外面側には通風路２７が形成される。通風路２７には、車両走行中に矢印Ｗｉの方向の走行風を取り入れる吸入口２７１と通風路２７内を流れる空気を矢印Ｗｏの方向に排出する排気口２７２とを設けている。

２８１，２８２は、図３にも示すように基材１８側のヒートシンク２６の上下に例えば接着剤を用いて貼着するとともに、基材１８に接触させた状態で配置した蓄熱部材の一種である相変化材料であり、ＰＣＭ=Phase Change Materialとも呼ばれている。相変化材料２８１，２８２は、外部環境の温度変化を緩和させるための温度調整材料である。

相変化材料２８１，２８２としては、例えば融点４８℃を有するチオ硫酸ナトリウム水和物、融点５８℃の酢酸ナトリウム水和物、融点５℃のｎ-テトラデカン、融点２８℃のｎ-オクタデカンが考えられ、抑制したい温度により、適当な材料を選択すればよい。また、融点を調整するために添加剤を加えても良い。

さらに、相変化材料は相変化により、固体、ゲル、液体と温度により状態が変化し、それに伴い体積も変化するので、容器内に封入している。容器は、熱伝導性の良い、例えばアルミニウム等からなり、相変化材料の封入量は相変化により容器が破損しない程度に設定する必要がある。そして、容器は基材１８へ密着した取り付けができるよう、例えば容器の少なくとも一面に平面を設けることが好ましい。相変化材料を水に不溶な樹脂皮膜中に内包したマイクロカプセルを用いて形成したペレット、スラリー、シート等を用いることも有効である。

ここで、車両が走行中である場合について考える。車両走行中には、通風路２７内に吸入口２７１から外気が導入され、通風路２７１内の空気は排気口２７２から排出される。この間に、ＬＥＤ１９で発生した熱は、ヒートシンク２６から通風路２７内を流れる空気により放熱されてＬＥＤ１９の温度上昇を抑制できる。

次に、車両停止時は相変化材料２８１，２８２が熱を吸収し、固相からゲル、液相へと相変化して蓄熱するため、ＬＥＤ１９の温度上昇を抑制できる。相変化材料２８１，２８２が蓄えた熱は、車両が走行すると通風路２７内を流れる空気によりヒートシンク２６から放熱され、相変化材料２８１，２８２は液相からゲル、固相へと戻る。

図４は、車両が停止してから、図１の矢印の示すポイントＰでの基材１８の温度変化を示すものである。時間軸の０．０分の位置で車両が停止したときに、ポイントＰでの温度は、相変化材料２８１，２８２がない場合には破線の特性となるが、相変化材料２８がある場合にはやや上昇するが、それ以降のｔ期間は一定温度を保持する。これは、相変化材料２８１，２８２が外部環境の温度変化に対して時差を持つ特性を活かしているためである。

これにより、車両の停止等で一時的にヒートシンク２６の放熱能力に低下が生じた場合に、相変化材料２８１，２８２の作用によりＬＥＤ１９の温度上昇を抑制でき、ＬＥＤ自体の故障を防止できるとともに長寿命化にも寄与することができる。

ところで、相変化材料２８１，２８２の配置位置は、基材１８に接する部分であればどこでも良いが、ＬＥＤ１９の温度と相変化材料２８を配置する部位の基材温度の関係から、抑制すべきＬＥＤ１９温度での相変化材料２８を配置する部位の基材温度を把握し、融点がその基材温度以下で、且つ融点が走行時の基材温度以上である相変化材料２８１，２８２を配置することが好ましい。

図５は、この発明の一実施形態の変形例について説明するための、図３に相当する断面図である。この変形例は、リング状に形成した相変化材料２８３を、ヒートシンク２６の基材１８側に挿入するとともに、基材１８に接触させた状態で配置したものである。この場合の相変化材料２８３は、ヒートシンク２６と基材１８により広い接触面積を有し、多くの量を配置できることから温度変化に対する緩和時間を延ばすことが可能となる。

図６〜図８は、この発明の車両用灯具に関する他の実施形態について説明するための、図６は要部のみを示した断面図、図７は図６のヒートシンク側から見た状態の左側面図、図８はこの実施形態の効果について説明するための説明図である。

ここで、多量の相変化材料を用いれば、ＬＥＤ１９の温度の抑制時間を長くできるが、配置する基材１８の部位によって、抑制したいＬＥＤ温度と基材１８の温度の関係は異なるため、部位によって適した融点を有する相変化材料を配置する方が好ましい。この実施形態は、複数の相変化材料を用いるとともに、部位に適した融点を有する相変化材料を配置したものである。

図６において、ランプユニット１７を取り付ける基材１８の上下をそれぞれヒートシンク２６側に略直角に曲げて冷却部４１１，４１２を形成する。冷却部４１１とヒートシンク２６との間には、基材１８と接触させるように例えば融点が５７℃のＡの相変化材料２８３を配置する。同様に冷却部４１２とヒートシンク２６との間には、基材１８と接触させるように例えば融点が５７℃のＡの相変化材料２８４を配置する。

冷却部４１１とヒートシンク２６との間には、Ａの相変化材料２８３と接触させるように例えば融点が４７℃のＢの相変化材料２８５を配置する。同様に冷却部４１２とヒートシンク２６との間には、Ａの相変化材料２８４と接触させるように例えば融点が４７℃のＢの相変化材料２８６を配置する。

さらに、Ａの相変化材料２８３、Ｂの相変化材料２８５が配置された冷却部４１１の反対面にはＢの相変化材料２８７が、Ａの相変化材料２８４、Ｂの相変化材料２８６が配置された冷却部４１２の反対面にはＢの相変化材料２８８がそれぞれ接着剤を用いて取り付けられている。

車両走行時の温度が矢印で示すポイントＰ１で示す部位では５０℃、矢印で示すポイントＰ２で示す部位では４０℃となる構成である。車両停止等により一時的にヒートシンク２６の放熱能力が低下したときは、ポイントＰ１の部位で抑制すべき温度が６０℃、ポイントＰ２の部位で抑制すべき温度が５０℃であるとした場合、ポイントＰ１の部位で制御すべきＡの相変化材料２８３，２８４は融点が５７℃、ポイントＰ２の部位で制御すべきＢの相変化材料２８５〜２８８は４７℃とする。

このように、抑制すべき温度以下で且つ走行時の温度以上の融点を有する相変化材料を各ポイントに適切に配置することで、長時間温度上昇を抑制することができる。

図８は、この発明の他の実施形態に関する効果について説明するための説明図である。図８おいて、車両の停止等で一時的にヒートシンクの放熱能力が低下する場合、相変化材料を付加しない時は時間とともに温度が上昇していくが、相変化材料を付加した場合は、各部位の上昇温度を所望の温度以下に抑制することができ、結果ＬＥＤの温度上昇を防止できる。

図９は、この発明の他の実施形態に関する変形例について説明するための、図７に相当する側面図である。

この変形例は、基材１８に連なる筒状の冷却部４１３を形成するとともに、リング状に形成したＢの相変化材料２８９とリング状に形成した図示しないＡの相変化材料（３００）をヒートシンク２６にそれぞれ挿入する。さらに、冷却部４１３の外周にリング状のＢの相変化材料３０１を配置したものである。

この場合は、ヒートシンク２６と基材１８に対し相変化材料がより広い接触面積を有し、多くの量を配置することができることから、温度上昇に対する抑制時間を延ばすことが可能となる。

この発明の車両用灯具に関する一実施形態について説明するための断面図。 図１のI−I’断面図。 図１のII−II’断面図。 この発明の一実施形態の効果について説明するための説明図。 この発明の一実施形態に関する変形例について説明するための図３に相当する断面図。 この発明の車両用灯具に関する他の実施形態について説明するための要部の断面図。 図５の左側面図。 この発明の他の実施形態の効果について説明するための説明図。 この発明の他の実施形態に関する変形例について説明するための図５に相当する側面図。

符号の説明

１１ ヘッドランプ
１２ ハウジング
１４ 灯室
１５ バックカバー
１７ ランプユニット
１８ 基材
１９ ＬＥＤ
２６ ヒートシンク
２６１ 放熱フィン
２７ 通風路
２８１〜３０１ 相変化材料
４１１〜４１３ 冷却部

Claims (3)

1. 発光素子を光源としたランプユニットが取り付けられた熱伝導性の基材と、
   前記ランプユニットを収容する灯室と、
   前記灯室を構成するハウジングと、
   少なくとも一部を前記ハウジング外に配置されたヒートシンクと、
   走行中前記ヒートシンクに走行風を当てる通風路と、
   前記基材および前記ヒートシンクに接触させた状態で取り付けられた外部の温度変化を緩和させるための蓄熱部材と、を具備したことを特徴とする車両用灯具。
2. 前記蓄熱部材は、相変化が固体とゲルと液体間である相変化材料で形成したものであることを特徴とする請求項１記載の車両用灯具。
3. 融点温度の異なる複数の前記相変化材料を用い、前記発光素子に近くに配置される前記相変化材料の融点温度を、遠い位置に配置される前記相変化材料の融点温度より高くものを用いたことを特徴とする請求項２記載の車両用灯具。

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