CN101861494A

CN101861494A - 车载用头灯

Info

Publication number: CN101861494A
Application number: CN200880117368A
Authority: CN
Inventors: 大泽孝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2028-11-13
Also published as: WO2009090700A1; CN101861494B; DE112008003616T5; US8419250B2; US20100296308A1; JPWO2009090700A1; JP5031044B2

Abstract

一种车载用头灯，包括：光源部(1)，该光源部(1)发出热和光；热管(3)，该热管(3)与光源部导热连接，将该光源部所产生的热吸收并传递；放热构件(4)，该放热构件(4)比光源部更靠近前表面侧，设于离开光源部发出的光的光轴的位置，与热管导热连接，将通过该热管传递过来的热排出来产生对流；以及头灯壳体(6)，该头灯壳体(6)收容光源部、热管和放热构件，在放热构件的上侧形成有供来自光源部的光通过的前透镜的一部分。

Description

车载用头灯

技术领域

本发明涉及一种用作车辆前照灯的车载用头灯，尤其涉及处理光源所产生的热的技术。

背景技术

作为用于车载用头灯的光源，从以往的白炽灯到放电灯(HID灯)，继而近年来，逐渐采用发光二极管(LED)。然而，由于无论何种光源或多或少都会发热，因此需要进行冷却。另一方面，对于车载用头灯而言，特别是在寒冷地区等，降雪时前透镜上经常会附着有雪，因此需要对前透镜加温以使雪融化。

作为对车载用头灯进行冷却的技术之一，已知有将放热部朝光源的前方伸出以进行放热的技术。例如，专利文献1公开了一种投影式车用前照灯单元，其能高精度地设定各部件间的光学位置关系，并且能实现部件数的减少，且能得到优良的放热效果。上述投影式车用前照灯单元具有将固定LED并进行放热的构件与固定凸透镜的构件一体化的结构。根据上述结构，由于将凸透镜与光源及放热构件一体化，因此头灯的光轴变得容易调整，通过伸出到凸透镜部的散热器(放热构件)，使热量传递到凸透镜附近以进行放热。

此外，作为冷却车载用头灯的另一技术，已知有通过热管将光源(LED)所产生的热放热的技术。例如，专利文献2公开了一种能使LED的热措施和提升配置位置的自由度得以兼顾的车用灯具。上述专利文献2所公开的车用灯具具有将普通的热管配置成连接有LED的吸热部位于下方、放热部位于上方的结构，以使其依据传热机制得到有效的性能。

此外，专利文献3对专利文献2所公开的技术进行改进，公开了一种将棒状的热管改成环状的车用灯具。在上述专利文献3所公开的车用灯具中作了考虑，使得即便装设头灯的车辆倾斜，也不会使热管中液体和蒸汽的流动停滞。

此外，专利文献4公开了一种在通过多个以半导体发光元件为光源的灯具单元来形成多种配光图案的车用前照灯中抑制半导体发光元件的温度上升的技术。在上述专利文献4所公开的技术中，LED所产生的热通过热管传递到LED下方的前透镜。

而且，专利文献5公开了一种能使LED的温度更可靠地下降的车用灯具。在这种车用灯具中，LED所产生的热通过热管传递到LED上方的头灯的壳体上部和LED下方的前透镜。

此外，作为对车载用头灯的前透镜进行加温的技术之一，专利文献6公开了一种能将前透镜上的污点及冰雪的附着快速地除去的车用灯具。上述车用灯具将半导体发光元件作为光源，将热传导板的一侧连接于配置有半导体发光元件的散热器附近，上述热传导板的另一侧与不影响前透镜的配光形成的部分接触。藉此，能利用半导体发光元件亮起时产生的发热来防污、防止冰雪的附着，从而实现维护的简化。

专利文献1：日本专利特开2006-114275号公报

专利文献2：日本专利特开2004-127782号公报

专利文献3：日本专利特开2006-164967号公报

专利文献4：日本专利特开2004-311224号公报

专利文献5：日本专利特开2006-286395号公报

专利文献6：日本专利特开2007-273369号公报

然而，在上述现有技术中，存在如下问题。即，在专利文献1所公开的技术中，通过伸出到凸透镜部的散热器(放热构件)，使热传递到凸透镜附近，但其传热性能多依赖于金属的传热性，为确保充分的传热量，需要准备很大的构件，无法避免成本上升，此外，大的构件在空间上也不理想。此外，未考虑凸透镜的前方放热。

此外，在专利文献2所公开的技术中，由于LED和壳体是通过刚体的热管连接的，因此无法调整光轴。此外，在专利文献3所公开的技术中，由于热管自由可动地固定于LED(受热部)，因此在固定部上的传热性较差，但能调整光轴。然而，在上述专利文献2和专利文献3所公开的技术中，由于LED所产生的热被排出到头灯的壳体外，因此无法对头灯的前透镜进行加温。另外，在专利文献3所公开的技术中，环状的热管是内部的液体和蒸汽无论从环的何处开始回流都能得到传热性能的结构，无法通过内部的液体和气体的循环朝一个方向对特定部位传热。

此外，在专利文献4所公开的技术中，LED的传热构件与热管固定，虽向热管的传热特性较好，但配置结构复杂。此外，在专利文献5所示的技术中，热管虽与LED的传热构件接触但不加以固定，无法否认会使向热管的传热特性变差。上述专利文献4和专利文献5所公开的技术均通过热管向吸热部下方放热，未有效使用热管的传热机制。因此，无法发挥充分的传热特性，LED的吸热也不如意，前透镜的加热也被迫地变得不完全。

而且，在专利文献6所公开的技术中，由于将配置有半导体发光元件的散热器的附近和不影响前透镜的配光形成的部分连接的热传导板是由铜或铝等金属板形成的，因此和上述专利文献1一样，传热性能多依赖于金属的传热性，为确保充分的传热量，需要准备很大的构件，无法避免成本上升，此外，还存在大的构件在空间上不理想的问题。

本发明为解决上述诸多问题发明而成，其技术问题在于提供一种能将光源冷却、并且能高效率地对前透镜进行加温的车载用头灯。

发明内容

本发明的车载用头灯是为解决上述技术问题发明而成的，其包括：光源部，该光源部发出热和光；热管，该热管与光源部导热连接，将上述光源部所产生的热吸收并传递；放热构件，该放热构件比光源部更靠近前表面侧，设于离开光源部发出的光的光轴的位置，与热管导热连接，将通过该热管传递过来的热排出来产生对流；以及头灯壳体，该头灯壳体收容光源部、热管和放热构件，在放热构件的上侧形成有供来自光源部的光通过的前透镜的一部分。

根据本发明的车载用头灯，由于是将光源部所产生的热通过用热管引导到放热构件后排出以产生对流的结构，因此能将光源部冷却。此外，由于通过对流能高效地对前透镜进行加温，因此例如能使附着于前透镜的雪融化。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的车载用头灯的结构的立体图。

图2是表示在本发明实施方式1的车载用头灯中使用的棒状热管的截面的图。

图3是表示本发明实施方式2的车载用头灯的结构的立体图。

图4是部分表示形成于在本发明实施方式2的车载用头灯中使用的环状热管的垂直部分上的吸热部的截面的图。

图5是表示本发明实施方式3的车载用头灯的结构的图。

图6是表示本发明实施方式4的车载用头灯的结构的图。

具体实施方式

以下，为了更详细地说明本发明，参照附图对用于实施本发明的最佳形态进行说明。

实施方式1

本发明实施方式1的车载用头灯是采用形成为棒状的棒状热管来传递热的结构。

图1是表示本发明实施方式1的车载用头灯的结构的图，图1(a)是右侧的车载用头灯的俯视图，图1(b)是其侧视图。

上述车载用头灯由光源部1、凸透镜2、热管3、放热构件4、控制电路5以及收纳它们的头灯壳体6构成。如图1(b)所示，在头灯壳体6的前表面侧的一部分，具体而言，在放热构件4上侧的绕光源部1所发出的光的光轴的规定范围的部分形成有前透镜7。

光源部1例如由LED这样的半导体发光元件构成，根据来自控制电路5的控制信号发出面状的光。上述光源部1所发出的光被朝向凸透镜2发射。

另外，作为面光源，一般而言，能使用以下光源：

(1)卤素灯等白炽灯

(2)HID灯等放电灯

(3)LED等半导体光源

凸透镜2将光源部1发出的光聚集，通过前透镜7投影到车辆前方的路面。藉此，在前方路面上形成面光源的实像，起到投影式车载用头灯的功能。在光源部1与前透镜7之间，上述凸透镜2相对于前透镜7空开空间露出地配置。

热管3通过与光源部1和放热构件4分别接触来与它们导热连接。上述热管3吸收光源部1产生的热后传递到放热构件4。上述热管3的具体情况在后面说明。

放热构件(散热器)4比光源部1更靠近前表面侧，将其一部分配置在离开光源部1发出的光的光轴的位置上，具体而言，配置在前透镜7中央的下侧，放热构件4设于车载用头灯的从中央向左右方向错开的位置。上述放热构件4通过将从光源部1经热管3传递来的热传递到头灯壳体6内部的气体(以下称为“内部气体”)而将其排出。因此，光源部1所产生的热通过热管3和放热构件4向前透镜7的下部传递。

传递到上述放热构件4的热会导致产生对流，该对流在头灯壳体6内部的前表面侧产生上升气流，且该上升气流随着撞到前透镜7而被冷却，产生下降气流。上述对流的气体使车载用头灯的前表面侧被加热，使前透镜7变热，从而能使附着于前透镜7上的雪融化。另外，由于放热构件4设于车载用头灯的从中央向左右方向错开的位置，因此内部气体被加温的部位是在车载用头灯的从中央偏左右的位置，从而能使内部气体的对流有效地产生。

即，在前透镜7的附近，由于存在有比收纳于车载用头灯里面的光源部1附近更大的空间，因此内部的气体的温度差会使对流易于产生。此外，若将前透镜7附近的气体偏向左右单侧进行加温，则在车载头灯内部的接近前透镜7的空间内，高温部和低温部的温度差扩大，从而产生有效的对流、使内部气体循环。由于被加温的气体的循环在很大范围内加温前透镜7，因此防止雪附着于前透镜7的效果提高。同时，由于气体的循环使热管3的放热效果提高，吸热部的吸热效果提升，因此能较低地保持光源部1的温度。

上述放热构件4包括在铅垂方向上延伸的翅片4a。通过包括该翅片4a，放热构件4与内部气体的接触面积增加，从能更有效地进行向内部气体的放热。另外，由于放热构件4包括翅片4a使得内部气体的流通阻力增加，因此较为理想的是，放热构件4的翅片4a具有沿内部气体对流的方向(例如铅垂方向)延伸的槽或壁的形状，以防上升气流的流动受阻而使流通阻力大幅度增加。

控制电路5进行用于对光源部1供给适当的激发能而使其亮起的控制。上述控制电路5与头灯壳体6一体构成。藉此，配线不需要在车辆侧进行折回，从而能使车辆侧的空间效率提升，并能减少部件。另外，能对上述控制电路5追加以下功能：进行在光源部1过热时降低供给电力的控制、在车辆停止时降低供给电力的控制等的功能。

接着，对热管3的详细情况进行说明。本实施方式1的车载用头灯所使用的热管3被称为“棒状热管”，配置成大致水平或配置成放热部(与放热构件4接触的部分)位于比吸热部(与光源部1的最大发热部接触的部分)高的位置。

作为热管3，使用直径为5～10mm左右的铜制等的管(管道)。图2是表示棒状热管的截面的图。管内敷设有毛细管(筛孔)3a，封入水(液体)等冷却液(以下记作水)3b。此外，使管内部的压力减压，例如近似真空地封入，以使封入其中的水3b在热管3所能承受的温度下蒸发(沸腾)。

另外，对于热管3，要求有面对包括异常时的最高温度下产生的内部压力不会破坏的强度，能构成为通过检测热管3的温度来控制对光源部1供给的电力以减少发热，使热管3所能承受的最高温度降低。

接着，对棒状的热管3的传热动作进行说明。在热管3的内部，通过施加于吸热部的热(光源部1所产生的热)而被加热的水蒸发。因上述蒸发而使压力上升的蒸汽流向热管3的前透镜7侧的压力较低的、即温度较低的放热部，在放热部排出热，冷却后液化。液化后的水通过重力流下，或者在毛细管内利用表面张力传递并返回吸热部。以下，水3b反复进行蒸发和液化而自然循环。

另外，像上述专利文献4和专利文献5公开的技术那样，当吸热部配置于上部、放热部配置于下部时，管内部的液体几乎都停留在下部，经管内壁的毛细管上升到吸热部的液体蒸发，蒸汽下降后在下部的液面附近液化。因此，蒸发和液化的循环只在液面与吸热部之间极为狭小的范围内进行。由于一般液体的热传导性比金属构件低，因此即使用蒸汽对停留在下部的液体的液面进行加温，传递到液体下方的热量也很少。此外，即使液体的液面(上层部)的温度上升，因温度上升而变轻的、即密度降低的液体停留在上层部，由于不会在液体中产生对流，因此不会通过液体移动进行热的转移。因此，在管的上部吸热、下部放热的结构中，不会因蒸发与液化的循环而传热，传热特性与构成管的金属构件的传热性能几乎相同，不发挥作为热管的效果。

如以上说明，根据本发明实施方式1的车载用头灯，通过用热管3来吸收光源部1所产生的热，能冷却光源部1(将热去除)，并且，通过将吸收的热用热管3运到放热构件4进行加温，能在车载用头灯的内部气体中产生对流，通过用对流的气体对车载用头灯的前表面侧进行加温，能使附着于前透镜7的雪融化。

此外，将放热构件4配置于离开光源部1所产生的光的光轴的位置，具体而言，将放热构件4的一部分配置在前透镜7中央的下部，通过设于车载用头灯的从中央向左右方向错开的位置，使内部气体的被加温的部位位于车载用头灯的从中央偏左右的位置，因此能使内部气体的对流有效地产生。

此外，由于在光源部1与前透镜7之间，凸透镜2相对于前透镜7空开空间露出地配置，因此若对凸透镜2附近的内部气体加温，则能在与前透镜7之间的空间内产生有效的对流。此外，能在距光源部1和凸透镜2较近的距离内实现放热结构，能将包括具有光源部1、凸透镜2和热管3的放热系统的发光单元集中成较小形状，在调整车载用头灯的照射方向时，小型的发光单元也具有易于操作这样的优点。另外，由于凸透镜2的部分可从车外观察到，对于车载用头灯而言是设计上的关键之处，因此作为放热构件4不便设置不雅的翅片4a，但若采用例如围住凸透镜2的镜面光亮的环状放热构件4，则能防止影响车载用头灯的设计。

此外，作为热管3，由于采用简单的棒状热管，因此能使用通用且廉价的热管。

而且，由于采用如使用荧光体产生可见光的白光LED那样的半导体发光元件的光源所产生的光中包含的红外线成分较少，因此无法像使用钨丝的白炽灯或卤素灯那样通过照射光对车载用头灯的前透镜7进行加温。因此，像本实施方式1的车载用头灯那样使用光源部1产生的热对前透镜7加温的结构，比使用其他光源的车载用头灯更有效果。

另外，进行本实施方式1的车载用头灯的光源部1的冷却和前透镜7的加温的结构还能应用在将面光源作为光源部1使用的车载用头灯以外的头灯中，即使在采用点光源的LED、卤素灯或放电灯等的车载用头灯中，也能与上述一样地进行光源部1的冷却和前透镜7的加温。

实施方式2

本发明实施方式2的车载用头灯是采用形成为环状的环状热管来传递热的结构。

图3是表示本发明实施方式2的车载用头灯的结构的图，图3(a)是右侧的车载用头灯的俯视图，图3(b)是其侧视图。本实施方式2的车载用头灯除了热管3的结构、敷设和功能外，均与上述实施方式1的车载用头灯相同。以下，对与实施方式1的车载用头灯相同或相当的构成要素标注与实施方式1中使用的符号相同的符号并省略其说明，而以热管3为中心加以说明。

本实施方式2的车载用头灯所使用的热管3称为“环状热管”。热管3的吸热部与光源部1的最大发热部接触并导热连接，上述吸热部被铺设成上下方向上有高低差。此外，热管3从吸热部的上部朝向车载用头灯的前方下降，在形成于车载用头灯前方的放热部与放热构件4接触并导热连接，而且，热管3被铺设成从车载用头灯的前方绕过凸透镜2和光源部1的下侧与吸热部连接的环状。

作为热管3，与实施方式1的车载用头灯一样，使用直径为5～10mm左右的铜制等的管(管道)。图4是部分表示形成于环状热管3的垂直部分的吸热部的截面的图。管内敷设有毛细管(筛孔)3a，在管的最顶部注入能使车载用头灯的前方侧的管内的水面(液面)与后方侧的管内的水面(液面)分开程度的水(液体)3b。此外，使管内部的压力减压，例如近似真空地封入，以使封入其中的水3b在热管3所能承受的温度下蒸发(沸腾)。

接着，对环状热管3的传热动作进行说明。在热管3的内部，通过施加于吸热部的热(光源部1所产生的热)而被加热的水蒸发。因上述蒸发而使压力上升的蒸汽一边从管的上方朝向前透镜7侧的压力较低的、即温度较低的放热部下降一边流动，在放热部的上部排出热，冷却后液化(成为高温的温水)。

此外，上述被液化的高温的温水在放热部的下部流动，在放热部的下部也进行放热，冷却后成为温水(低温的温水)。该低温的温水从车载用头灯的前方绕过凸透镜2和光源部1的下部返回吸热部。以下，水3b反复进行蒸发和液化而自然循环。

如以上说明，根据本发明实施方式2的车载用头灯，能起到以下效果。即，像上述实施方式1的车载用头灯那样，在使用棒状热管时，为使管内部的水循环，放热部无法位于比能用表面张力将液体吸取到吸热部的位置低的位置，若为不使用毛细管的结构的热管，则放热部必须配置于相对于吸热部水平或比吸热部高的位置。

也就是说，由于棒状热管只能将热向比吸热部更上侧的位置搬运，因此在发热的光源部1是位于上下方向上大致中央处的车载用头灯中，不适合对中央靠下的部分进行加温。因此，即使通过棒状热管将热引导到车载用头灯的前方的中层部，产生的从中层流到上层的上升气流的流路短，烟囱效应差，从而无法产生充分的对流。

与此相对，若是实施方式2的车载用头灯所采用的环状的热管3，则通过液体流动，热也能传递到吸热部的下方，能产生从上下方向受限的车载用头灯的狭小空间的下层流到上侧的上升气流，以较长流路来提高烟囱效应，从而能产生有效的对流。

此外，一般的棒状热管的内部具有特殊的毛细管结构，结构复杂，必然导致高价。与此相对，若是环状的热管3，则即使只局部敷设内部的毛细管或将内部的毛细管全部去除，也能得到充分的热搬运效果，特别地，若是完全不使用毛细管的结构，则主要的材料只是管道材料和水，能实现廉价的放热机构。

此外，由于环状热管3内部的冷却液通过蒸发与液化的循环而自然循环，因此不需要使冷却液强制循环，能实现低成本、高效率的热传递。

另外，作为环状的热管3使用的管的内壁能形成除去毛细管3a的平坦的面。即，通过使冷却液自然循环，即使冷却液的供给不使用毛细管的渗透作用，也能对吸热部供给冷却液，因此，不需要对热管3的内壁实施毛细管结构。其结果是，由于能采用具有平坦内壁面的廉价的通用管材(管道)，因此能降低热管3的成本、

实施方式3

本发明实施方式3的车载用头灯是在实施方式1的车载用头灯中，采用凹透镜8来代替凸透镜2。

图5是表示本发明实施方式3的采用棒状热管的车载用头灯的结构的图，图5(a)是右侧的车载用头灯的俯视图，图5(b)是其侧视图。上述车载用头灯由光源部1、凹透镜8、热管3、放热构件4、控制电路5以及收纳它们的头灯壳体6构成。如图5(b)所示，在头灯壳体6的前表面侧的一部分，具体而言，在放热构件4上侧的绕光源部5所发出并被凹透镜8反射的光的光轴的规定范围的部分形成有前透镜7。以下，以与实施方式1不同的部分为中心进行说明。

光源部1在凹透镜8的前方，配置于前透镜7的下方侧。凹透镜8使来自光源部1的发光面的光反射，通过前透镜7投影在车辆前方的路面上。藉此，在前方路面上形成面光源的实像，起到反射镜(抛物线)型车载用头灯的功能。

热管3通过与光源部1和放热构件4分别接触来与它们导热连接。上述热管3吸收光源部1产生的热后传递到放热构件4。放热构件4将从光源部1通过热管3传递来的热传递给内部气体。

根据如上所述构成的本发明实施方式3的车载用头灯，除了能起到与实施方式1的车载用头灯相同的作用和效果之外，由于与实施方式1的车载用头灯相比，能将热管3配置于不会遮挡从光源部1输出的光的光路的更低位置，因此部件布置的自由度增加，从而能防止车载用头灯的设计受到影响。

另外，固定于光源部1的热管30没有柔软性，在为调整车载用头灯的照射方向而改变光源部1的位置时，在光源部1移动的同时，连接于光源部1的热管3的位置也不得不发生改变。因此，若将热管3的放热部作为与光源部1一体移动的凹透镜8的一部分，则由于包括没有柔软性的放热部的热管3与光源部1及凹透镜8一体运动，因此热管3的缺乏柔软性便不成问题，作为车载用头灯的发光单元，能实现易于操作的结构

另外，由于凹透镜8的部分可从车外观察到，对于车载用头灯而言是设计上的关键之处，因此作为放热构件4不便设置不雅的翅片4a，但若采用例如成为凹透镜8的一部分的具有镜面光亮的放热构件4，则能防止车载用头灯的设计受到影响。另外，在此所说的凹透镜8包括支配车载用头灯的配光的实质上的反射镜以外的模仿反射镜的装饰性构件。

实施方式4

本发明实施方式4的车载用头灯是在实施方式2的车载用头灯中，采用凹透镜8来代替凸透镜2。

图6是表示本发明实施方式4的采用环状热管的车载用头灯的结构的图，图6(a)是右侧的车载用头灯的俯视图，图6(b)是其侧视图。上述车载用头灯由光源部1、凹透镜8、热管3、放热构件4、控制电路5以及收纳它们的头灯壳体6构成。如图6(b)所示，在头灯壳体6的前表面侧的一部分，具体而言，在放热构件4上侧的绕光源部5所发出并被凹透镜8反射的光的光轴的规定范围的部分形成有前透镜7。以下，以与实施方式2不同的部分为中心进行说明。

根据如上所述构成的本发明实施方式4的车载用头灯，除了能起到与实施方式2的车载用头灯相同的作用和效果之外，由于与实施方式2的车载用头灯相比，能将热管3配置于不会遮挡从光源部1输出的光的光路的更低位置，因此部件布置的自由度增加，从而能防止车载用头灯的设计受到影响。

工业上的可利用性

如上所述，本发明的车载用头灯由于是将光源部所产生的热通过用热管引导到放热构件后排出来产生对流的结构，因此能将光源部冷却。此外，由于通过对流能高效地加温前透镜，因此例如能使附着于前透镜的雪融化，适用于在寒冷地区使用的车载用头灯等。

Claims

1.一种车载用头灯，其特征在于，包括：

光源部，该光源部发出热和光；

热管，该热管与所述光源部导热连接，将所述光源部所产生的热吸收并传递；

放热构件，该放热构件比所述光源部更靠近前表面侧，设于离开所述光源部发出的光的光轴的位置，并且，所述放热构件与所述热管导热连接，将通过该热管传递过来的热排出来产生对流；以及

头灯壳体，该头灯壳体收容所述光源部、热管和放热构件，在所述放热构件的上侧形成有供来自所述光源部的光通过的前透镜的一部分。

2.如权利要求1所述的车载用头灯，其特征在于，放热构件具有沿铅垂方向延伸的翅片。

3.如权利要求1所述的车载用头灯，其特征在于，热管是形成为棒状的棒状热管。

4.如权利要求1所述的车载用头灯，其特征在于，热管是将一部分朝光源部的下方折回而形成为环状的环状热管。

5.如权利要求4所述的车载用头灯，其特征在于，环状热管内部的冷却液反复进行蒸发和液化而自然循环。

6.如权利要求4所述的车载用头灯，其特征在于，环状热管的内壁是平坦的面。

7.如权利要求1所述的车载用头灯，其特征在于，光源部由半导体发光元件构成。