JP2007214116A - ハウジングとヒートシンクとを一体化したヘッドランプ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】光源と、前記光源を収納するチェンバーと、前記チェンバーからの熱を放出する冷却チャネルとを有するヘッドランプ組立体を提供する。
【解決手段】本発明によれば、伝熱性壁と絶縁性壁とが協働して、チェンバーと冷却チャネルを形成する。伝熱性壁は絶縁性壁よりも高い伝熱特性を有し、チェンバーと冷却チャネルとの間の熱交換を促進し、冷却チャネルと高温のエンジンルームとの間の熱交換を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用のヘッドランプ組立体に関し、特に、光源からの熱をヘッドランプ組立体の外部に伝熱性のヒートシンクを介して放出することにより、ヘッドランプ組立体を冷却することに関する。

ヘッドランプ組立体は、光源（例、白熱ランプ、発光ダイオード、ＬＥＤ、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ））を有し、これらは、ヘッドランプ・チェンバー内に配置され、電源に電気的に接続されている。ヘッドライト・チェンバーは、光源の前方に配置された透明あるいは半透明のレンズと、光源を包囲し後方に配置された反射器とにより形成される。本明細書において用語「前方」と「後方」は、光源の位置と、光源からの光の方向について用いる。かくして、ヘッドランプ組立体からの光は、前方から見ることができる。

ヘッドランプ組立体の動作サイクルの間、光源と光源の他の構成要素は、「ｏｎ」の間に発熱し、「ｏｆｆ」の間に冷却されることを繰り返す。これにより、チェンバーは、温度変動を受け、中の空気は膨張したり収縮したりする。チェンバー内の圧力を一定に保つために、通常チェンバーは、少なくとも１個の開口を有し、この開口により空気がチェンバーと大気との間で交換される。しかしゴミや屑のような汚染物がチェンバー内に入るのを阻止するために、開口は、通常小さく空気透過性の膜で覆われている。

ランプ組立体内で、最新の光源、ＬＥＤ、それらの構成要素の最適な性能を維持するために、ランプ組立体の内部温度を最大動作温度以下に維持するのが好ましい。それ故に、ヘッドランプ組立体が、チェンバーとその中に配置されたＬＥＤ（光源）とを冷却する機構を具備するのが好ましい。

ヘッドランプ組立体は、通常エンジンルームに近い自動車のフレームの一部に取り付けられる。エンジンルーム内の温度は、時にはエンジンルーム外の温度（大気温度）よりも遙かに高くなる。例えば車の動作中、様々な構成要素（例、エンジンとエンジン冷却システム）は、暖められた空気をエンジンルーム内に吐き出す。別の例として、車の使用中と非使用中の間、エンジンルーム内に閉じこめられた空気は、太陽エネルギーにより暖められることがある。それ故に、ヘッドランプ組立体に、チェンバーとチェンバー内に配置された光源を、エンジンルームの高温から切り離すメカニズムを具備することが好ましい。

上記の観点から、ヘッドランプ組立体のチェンバーと大気との間の空気交換を最小にし、かつチェンバーを高温のエンジンルームから切り離しながら、ヘッドランプ組立体の内部構成要素を効率的に冷却するメカニズムを具備することが好ましい。

上記の欠点、制約を解決するために、本発明の自動車用のヘッドランプ組立体は、周囲から流体的に隔離された内部チェンバーを少なくとも部分的に形成するレンズとハウジングとを有する。このハウジングは、光源が搭載されるベースを形成する内部チェンバー内に伸びる部分を有する内側表面を有する。このハウジングは、さらに、周囲に露出する複数のフィンを形成するよう、そこから伸びる部分を有する外側表面を有する。反射器が、光源の後ろに配置され、前記光源からの光を前方に反射する。

本発明の一態様によれば、本発明の自動車用のヘッドランプ組立体は、前記ハウジングの外側表面に隣接して配置された流路チャネルを有する。流路チャネルは、周囲空気がそこを流れるよう方向付ける。フィンが、流路チャネル内に伸び、前記内部チェンバーからの熱が、ハウジングのベース部分を介して、ハウジングのフィンに、そして、流路チャネル内の空気に伝達される。

本発明の他の態様によれば、流路チャネル内の空気流は、自然対流、強制対流、誘導強制対流、あるいはそれらの組み合わせによって、達成できる。

本発明の他の態様によれば、流路チャネルは、ヘッドランプ組立体の背後に配置され、ハウジングの外側表面により少なくとも部分的に形成される。

本発明の他の態様によれば、流路チャネルは、入口と出口を有する。流路チャネルの入口は、ベンチュリ開口を有し、前記流路チャネルの出口は、自動車内の低圧領域に配置される。空気が、入口にあるベンチュリ開口を介して引き込まれ、出口にある低圧領域方向に流れる。入口にあるベンチュリ開口は、一方向バルブを有する。

本発明の他の態様によれば、ハウジングは、金属、合金、シリコン、グラハイトからなるグループから選択された伝熱性材料で形成される。

図１，２に本発明の一実施形態による自動車用のヘッドランプ組立体１０を示す。ヘッドランプ組立体１０は、レンズ１２とハウジング１４とを有し、これらは少なくとも部分的に内部室１６を形成する。この内部室１６は、大気から流体的に分離されている。ハウジング１４は、好ましくは不透明であり、レンズ１２は、透明なあるいは不透明なプラスチック材料例えばポリカーボネート(polycabonate)から形成される。

ハウジング１４は、内部表面１８と外部表面２０とを有する。ハウジング１４の一部は、内部表面１８から内部室１６内に伸びてベース２２を規定する。このベース２２は光源２４の支持搭載部材として機能する。ハウジング１４の一部は、外部表面２０から伸びて複数のフィン２６を規定する。このフィン２６は、内部室１６の外側の大気に露出される（図１，２，３を参照のこと）。これに関しては、以下説明する。

図１，２に示すように、ハウジング１４は、２個のベース２２を規定する部分を有する。一方のベースは、他方のベースの真上に配置される。各ベース２２は、複数（図では４個）の光源２４をその上に搭載する。

ヘッドランプ組立体１０は、光源２４からの光束２８を所望の特性を有するビームに集光し、この光束２８をレンズ１２の方向に向けるよう機能する表面を有する。図示するように、複数の反射器３０が内部室１６内に配置され、１個の反射器３０が、光源２４に対し配置される。反射器３０は、受光した光束２８を前方にレンズ１２を介して、向ける。

ハウジング１４とレンズ１２は、結合され、その結果、内部室１６が外部から封止される。内部室１６は、圧力通気口（図示せず）を具備し、これにより少量の空気が内部室１６を出入りして、温度変化の間、圧力変動を補償する。

光源２４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）が好ましい。各光源２４（以下ＬＥＤ２４とも称する）が、印刷回路基板３２上に取り付けられる。この印刷回路基板３２は、光源２４用の電子制御手段と接続手段とを含む。更に、光源２４と印刷回路基板３２は、ハウジング１４の内部表面１８のベース２２上に支持される。好ましくは、ハウジング１４は、高伝熱性材料（例えば金属、合金、シリコン、グラハイト）から形成される。

ヘッドランプ組立体１０の動作中に、各光源２４は発熱し、内部室１６内にある空気と構成要素と構造物の温度を上昇させる。光源２４と／又は他の電子構成部品は、その最大動作温度を越えると、性能が劣化するか故障する。これらの構成要素の温度を下げるために、光源２４と印刷回路基板３２は、ハウジング１４の内部表面１８のベース２２の上に搭載される。その結果、光源２４からの熱が、ベース２２を介して、ハウジング１４の外部表面２０から伸びるフィン２６にそして内部室１６の外側に伝わる。フィン２６を越えて流れる大気流は、フィン２６を冷却し、これにより内部室１６内から伝導される熱を放散する。

大気流がフィン２６の周囲にそしてそれを越えて流れるようにするために、ヘッドランプ組立体１０は、ハウジング１４に隣接する場所に流路チャネル３４を有する。図２に示すように、流路チャネル壁３６は、ハウジング１４の外部表面２０近傍でかつそこから離間した場所に配置される。これにより流路チャネル３４を形成する。ハウジング１４の流路チャネル壁３６と外部表面２０は、それぞれの長さ方向に沿って互いに離間して、流路チャネル３４はほぼ一定の幅を有するよう配置される。これにより流路チャネル３４を流れる間、流速の損失を最小にする。

流路チャネル３４は、周囲空気がそこを介して流れるように向ける。フィン２６は流路チャネル３４内に伸び、その結果、内部室１６内からの熱は、ベース２２を介して、フィン２６に、そして流路チャネル３４内を流れる空気に、伝達される。

図２を参照すると、流路チャネル３４は、入口３８と出口４０を有する。流路チャネル３４の入口３８は、前方を向いてヘッドランプ組立体１０の前底部近傍に配置される。流路チャネル３４の出口４０は、後方を向いてヘッドランプ組立体１０の後上部近傍に配置される。自動車４２の前近傍にヘッドランプ組立体１０を配置することにより、自動車４２は前方向に動いたときに、新たな大気空気の流れがヘッドランプ組立体１０の入口３８内に入り、更に流路チャネル３４に入る（矢印４４で示す）。かくして、フィン２６の冷却は、強制対流により行われる。自動車４２の前部分（例えばバンパー４８）により規定された空気ダクト即ち開口４６を、入口３８近傍に配置して、更に空気の流入を促進してもよい。

図４に本発明の他の実施形態のヘッドランプ組立体１０ａを示す。ヘッドランプ組立体１０ａ用の流路チャネル３４ａは、入口３８ａを有する。この入口３８ａは、ヘッドランプ組立体１０ａの底部近傍に配置されているが、自動車４２の前面に向いて開いて露出していない。流路チャネル３４ａは出口４０ａを有する。この出口４０ａは、ヘッドランプ組立体１０ａの後上部部分近傍に配置される。この様な場合、フィン２６が暖められると、流路チャネル３４ａ内の空気も又熱伝達により暖められる。この暖められた空気は上昇し、入口３８ａから冷えた空気を引き上げるような吸引が行われ、この冷えた空気が上昇してフィン２６と接触し、空気は暖められ、上昇し、これにより流路チャネル３４ａを通した空気の流れが、自然対流により発生する（矢印５０）。

いずれの場合も、図２のヘッドランプ組立体１０又は図４のヘッドランプ組立体１０ａは、入口３８，３８ａ又は出口４０，４０ａの近傍にファン５２（点線で示す）を有し、強制的に空気を流路チャネル３４，３４ａを介して、流す。電気ファン５２は、誘導強制熱伝達を提供し、空気を、入口３８，３８ａを通し、流路チャネル３４，３４ａを介して、出口４０，４０ａに押し出す。

図５に本発明の他の実施形態のヘッドランプ組立体１０ｂを示す。ヘッドランプ組立体１０ｂの流路チャネル３４ｂは、入口３８ｂを有する。この入口３８ｂは、ヘッドランプ組立体１０ｂの底部近傍に配置されているが、自動車４２の前面には開いて露出していない。入口３８ｂは、流路チャネル壁３６ｂ内に形成された複数のベンチュリ開口５４を有する。流路チャネル３４ｂは、ヘッドランプ組立体１０ｂの後上部近傍に配置された出口４０ｂを有する。この実施形態においては、出口４０ｂは、自動車４２が前進したときに低圧力領域となる領域内に意図的に配置される。

自動車４２が動くと、空気は、通常高圧領域から、流路チャネル３４ｂの出口４０ｂの低圧領域に流れる。低圧領域は、流路チャネル壁３６ｂ内のベンチュリ開口５４を介して、矢印５６で示すように、空気を流路チャネル３４ｂを介して引き込み、これにより入口３８ｂ近傍の領域からの空気流を生じさせる。この入口３８ｂの近傍の領域は、出口４０ｂ近傍の低圧領域よりも高圧である。内部室１６内からの熱は、ベース２２を介してフィン２６に、そして流路チャネル３４ｂを介して流れる空気に伝達され、矢印５８で示すように、内部室１６とハウジング１４を冷却する。一方向性バルブ（図示せず）をベンチュリ開口５４に配置して、空気流が流路チャネル３４ｂ内にのみベンチュリ開口５４を介して流れるように制限してもよい。

図６を参照して、本発明の他の実施形態のヘッドランプ組立体１０ｃを示す。このヘッドランプ組立体１０ｃは、流路チャネル壁あるいは流路チャネルを有さない。フィン２６の冷却は、自然対流のみで行われる。熱がフィン２６に内部室１６から伝わることにより、フィン２６が暖まる。フィン２６周囲と近傍の空気が、フィン２６により暖められて、上昇し始める。この暖められた空気が上昇すると、低温空気が引き上げられて、フィン２６の間とその周囲にスペース内に入り込む、低温空気がフィン２６と接触すると、暖められた空気が上昇する。これにより、自然対流によるフィン２６を通したあるいはその周囲に空気の流れを発生させる（矢印６０）。

ハウジング１４を伝熱性材料から形成し、内部表面１８の一部を用いてベース２２を形成し、外部表面２０の一部を用いてフィン２６を形成することにより、ハウジング１４は、ハウジング１４として及び内部室１６からの熱を取り去る第２のヒートシンクとして機能できる。ハウジング１４は、適宜の伝熱材料（例、金属、合金、シリコン、グラハイト）特にアルミから形成することができる。別の構成として、ハウジング１４は、複数の伝熱性構成要素（例、金属、合金、シリコン、グラハイト）をベース材料（例、ポリマー）内に埋め込むこともできる。この構成は、上記の利点も等しく適用可能である。

以上の説明は、本発明の一実施形態に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。

本発明の一実施形態による自動車用ヘッドランプ組立体の正面図である。 図１のヘッドランプ組立体の線２−２に沿った断面図である。 図１のヘッドランプ組立体のハウジングの裏面図である。 流路チャネルを介して強制的に空気が移動する本発明の他の実施形態の断面図である。 ベンチュリ開口を流路チャネルの入口に有し、流路チャネルの出口が低温領域に配置される本発明の他の実施形態の断面図である。 流路チャネルを含まない本発明の他の実施形態の断面図である。

符号の説明

１０ ヘッドランプ組立体
１２ レンズ
１４ ハウジング
１６ 内部室
１８ 内側表面
２０ 外側表面
２２ ベース
２４ 光源
２６ フィン
２８ 光束
３０ 反射器
３２ 印刷回路基板
３４ 流路チャネル
３６ 流路チャネル壁
３８ 入口
４０ 出口
４２ 自動車
４４ 矢印
４６ 開口
４８ バンパー
５０ 矢印
５２ ファン
５４ ベンチュリ開口

Claims (19)

1. 自動車用のヘッドランプ組立体において、
   レンズと、
   ハウジングであって、前記ハウジングとレンズは、周囲から流体的に隔離された内部チェンバーを少なくとも部分的に形成し、前記ハウジングは、ベースを形成する内部チェンバー内に伸びる部分を有する内側表面を有し、光源が前記ベースに搭載され、前記ハウジングは、周囲に露出する複数のフィンを形成するよう、そこから伸びる部分を有する外側表面を有する前記ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置され、前記光源からの光を前方に反射する反射器と
   を有することを特徴とする自動車用ヘッドランプ組立体。
2. 更に、前記ハウジングの外側表面により一部形成され、入口と出口とを有する流路チャネルを有し、前記フィンは、流路チャネル内に伸び、前記内部チェンバーからの熱が、ハウジングのベース部分を介して、ハウジングのフィンに、そして、流路チャネル内の空気に伝達される請求項１記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
3. 前記流路チャネルの入口は、前方向を向いており、これにより、自動車の前方向の走行により、空気が強制的に流路チャネル内に入る請求項２記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
4. 前記入口は、前記ヘッドランプ組立体の底部部分に隣接して配置され、前記出口は、ヘッドランプ組立体の上部部分に隣接して配置される請求項３記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
5. 更に、前記流路チャネル内に搭載されたファンを有し、前記ファンは、空気を流路チャネル内に取り込み、流路チャネルを介して空気を放出する請求項３記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
6. 前記流路チャネルは、ヘッドランプ組立体の背後に配置され、前記流路チャネルは、ハウジングの外側表面により少なくとも部分的に形成される請求項２記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
7. 複数の光源が、ハウジングのベース部分に搭載される請求項１記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
8. 前記ハウジングは、伝熱性材料から形成される請求項１記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
9. 前記ハウジングは、金属、合金、シリコン、グラハイトからなるグループから選択された材料で形成される請求項１記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
10. 前記光源は、発光ダイオードである請求項１記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
11. 前記流路チャネルの入口は、ベンチュリ開口を有し、前記流路チャネルの出口は、自動車内の低圧領域に配置され、空気が、入口にあるベンチュリ開口を介して引き込まれ、出口にある低圧領域方向に流れる請求項２記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
12. 前記流路チャネルの入口にあるベンチュリ開口は、一方向バルブを有する請求項１１記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
13. 自動車用ヘッドランプ組立体において、
    レンズと、
    ハウジングであって、前記ハウジングとレンズは、周囲から流体的に隔離された内部チェンバーを少なくとも部分的に形成し、前記ハウジングは、金属、合金、シリコン、グラハイトからなるグループから選択された伝熱性材料で形成され、前記ハウジングの一部が、前記ハウジングの内側表面から少なくとも１つのベースを形成する内部チェンバー内に伸び、少なくとも１個の光源が前記ベースに搭載される前記ハウジングと、
    前記ハウジングの外側表面に隣接して配置される流路チャネルであって、前記流路チャネルの少なくとも一部は、前記ハウジングの外側表面により形成され、前記流路チャネルは、空気がそこを通して流れるように方向付け、前記流路チャネル内に伸びる複数のフィンを形成するよう、前記ハウジングの外側表面から前記ハウジングの一部が伸び、内部チェンバーからの熱は、ハウジングのベース部分を介して、ハウジングのフィンにそして流路チャネル内を流れる空気に伝達される前記流路チャネルと、
    前記光源の後部に配置され、光源からの光を前方に反射する反射器と、
    を有することを特徴とする自動車用ヘッドランプ組立体。
14. 前記流路チャネルは、入口と出口を有し、前記流路チャネルの入口は、前方向を向いており、これにより、自動車の前方向の走行により、空気が強制的に流路チャネル内に入り、流路チャネル内の空気流は、強制対流により行われる請求項１３記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
15. 前記入口は、前記ヘッドランプ組立体の底部部分に隣接して配置され、前記出口は、前記ヘッドランプ組立体の上部部分に隣接して配置される請求項１４記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
16. 更に、前記入口近傍の流路チャネル内に搭載されたファンを有し、前記ファンは、空気を流路チャネル内に取り込み、流路チャネルを介して空気を放出し、流路チャネル内の空気流は、強制対流により行われる請求項１５記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
17. 前記光源は、発光ダイオードである請求項１３記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
18. 前記流路チャネルは、入口と出口を有し、前記流路チャネルの入口は、ベンチュリ開口を有し、前記流路チャネルの出口は、自動車内の低圧領域に配置され、空気が、入口にあるベンチュリ開口を介して引き込まれ、出口にある低圧領域方向に流れる請求項１３記載の自動車用ヘッドランプ組立体。
19. 前記流路チャネルの入口にあるベンチュリ開口は、一方向バルブを有する請求項１８記載の自動車用ヘッドランプ組立体。

Images