JP2015526854A - 自動車用ledヘッドランプ - Google Patents

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Abstract

自動車用LEDヘッドランプは、基材(100)上に配置されたLEDランプと、基材(100)が端部に固定され、低沸点の液体が内部に充填されているストリップ形状の熱伝導部材(200)と、放熱シリンダ(320)及び複数の放熱フィン(340)を含む放熱部材(300)とを備え、放熱シリンダ(320)は熱伝導部材(200)を収容するための貫通穴を備え、複数の放熱フィン(340)は、基材から離れた放熱シリンダ(320)の端部の周囲に固定されている。自動車用LEDヘッドランプは、従来のタングステンフィラメント及びHIDの代わりにLEDランプを使用し、LEDランプから発生した熱を熱伝導部材(200)内の低沸点の液体の循環によって後部に伝達して、放熱部材(300)を用いて熱を放散するようになっている。【選択図】図1

Description

本発明は照明器具に関し、詳細には自動車用LEDヘッドランプに関する。
従来の自動車用ヘッドランプは、通常、タングステンフィラメント真空電球又はキセノン高輝度放電(X−HID)ランプを用いて、又は複数の単一LED照明モジュールを用いて光を放出する。各モジュールは、パッケージ化されて別個の放熱構造体上に配置され、次に、自動車のヘッドランプのランプホルダに取り付けられる。他方では、光源モジュールと放熱構造体との間の間隙は、熱伝導性シルバー接着剤又は塗布された熱グリースで充填される。前述の2つの事例において、光源モジュールと放熱構造体との間には所定の熱抵抗があるので、光源モジュールと放熱構造体との間で比較的大きな温度差が生じ、熱伝導性の問題を完全に解決することができない。従って、前記の欠点は、高出力を得るためにはLEDの故障を引き起こす可能性があるので、LEDの輝度及び電気光学変換率が低くなる。
従って、LEDの低出力及び不適当な放熱の問題を解決するために、放熱が良好で高出力LEDを構築できる自動車用LEDヘッドランプを提供する必要がある。
自動車用LEDヘッドランプは、基材上に配置されたLEDランプと、該基材が端部に固定され、低沸点の液体が内部に充填されるストリップ形状の熱伝導部材と、放熱シリンダ及び複数の放熱フィンを有する放熱部材とを備え、放熱シリンダは、熱伝導部材を収容するための貫通穴を備え、複数の放熱フィンは、基材から離れた放熱シリンダの端部の周囲に固定される。
1つの実施形態において、自動車用LEDヘッドランプは、前記放熱シリンダにスリーブ連結され、前記LEDランプが設けられた前記放熱部材を自動車ヘッドランプ組立体のランプホルダに固定するように構成された保持部材をさらに備える。
1つの実施形態において、保持部材は、円筒形状の連結部とバヨネットとを有し、連結部は、放熱シリンダ上にスリーブ連結され、バヨネットは、連結部の外側側壁から半径方向に突出し、バヨネットは、対応するランプ形式の自動車ヘッドランプ組立体のランプホルダに係止されるように構成され、バヨネットとLEDランプの発光点との間の距離は、自動車ランプの焦点距離基準を満たす。
1つの実施形態において、熱伝導部材は、熱伝導性プラットフォーム及び熱伝導性パイプを備え、基材は、熱伝導性プラットフォームの端部の端面又は側面に固定され、熱伝導性プラットフォームの他方の端部又は内部穴は、熱伝導性パイプに結合され、熱伝導性パイプは、貫通穴に収容される。
1つの実施形態において、自動車用LEDヘッドランプは、保持部材上に配置される防水部材をさらに備え、防水部材は、保持部材に形成された溝に収容され、防水部材は、バヨネットのLEDランプに向かい合う側に配置される。
1つの実施形態において、自動車用LEDヘッドランプは、制御モジュール及び温度センサをさらに備え、温度センサは、基材の上に配置されてLEDランプの温度を検出するように構成され、放熱部材は、複数の放熱フィンに接触して熱伝導部材の反対側にあるファンをさらに備え、制御モジュールは、温度に応答してファンの作動を制御する。
1つの実施形態において、複数の放熱フィンは、熱伝導部材と同軸で基材から離れた側面にファンを収容するための溝を備える。
1つの実施形態において、熱伝導部材は、内側側壁に毛細管を備える。
1つの実施形態において、放熱シリンダは、互いにスリーブ連結される第1のセグメント及び第2のセグメントを備え、保持部材は、第1のセグメントに隣接した第2のセグメントの端部にスリーブ連結され、放熱フィンは、第1のセグメントから離れた第2のセグメントの端部に配置される。
1つの実施形態において、第1のセグメントは、第2のセグメントに対してスリーブを介してネジ式で連結される。
前述の自動車用LEDヘッドランプは、従来の自動車用ヘッドランプに適用されたタングステンフィラメント電球又はキセノン高輝度放電ランプの代わりにLEDランプを利用するので、自動車用ヘッドランプの輝度及び電気光学変換率が高くなり、エネルギ消費が低減する。加えて、熱伝導部材に収容された低沸点の液体を循環させて、LEDランプが発生する熱を放熱部材に伝達するようになっており、放熱速度が加速される。放熱機能が改善されるので比較的高出力のLEDを用いて性能を高めることができる。
さらにLEDランプが設けられた基材を熱伝導性プラットフォームの端部の端面又は側面に位置付けることで、LEDランプは、異なる輝度及び角度の設計を実現するように、異なる形式のヘッドランプ組立体にそれぞれ適用することができる種々の配置及び分布とすることができる。
1つの実施形態による自動車用LEDヘッドランプの側面図である。 図1の自動車用LEDヘッドランプの断面図である。 図1の自動車用LEDヘッドランプの分解組立図である。 図1の自動車用LEDヘッドランプの上面図である。 他の実施形態による自動車用LEDヘッドランプの分解組立図である。 図5の自動車用LEDヘッドランプの断面図である。 図5の自動車用LEDヘッドランプの前面図である。 図5の自動車用LEDヘッドランプの上面図である。 他の実施形態による熱伝導部材の分解組立概略図である。 別の実施形態による保持部材の分解組立概略図である。 図9の熱伝導部材及び図10の保持部材を用いた自動車用LEDヘッドランプの正面図である。 別の実施形態による自動車用LEDヘッドランプの分解組立図である。 図12の自動車用LEDヘッドランプの正面図である。 1つの実施形態による自動車用LEDヘッドランプの後面図である。
図1を参照すると、1つの実施形態による自動車用LEDヘッドランプが示されている。自動車用LEDヘッドランプは、LEDランプ、基材100、熱伝導部材200、放熱部材300、及び保持部材400を含む。
LEDランプは、基材100上に配置され、基材100は、プリント基板(PCB)である。例示的な実施形態において、LEDランプは、単数又は複数とすることができる。複数のLEDランプの場合、各LEDランプは、複数の基材100上にそれぞれ配置されるが、各LEDランプは、同じ基材100上に配置することもできる、複数のLEDランプによって自動車用LEDヘッドランプの輝度を高くすることができる。
熱伝導部材200はストリップ形状であり、換言すると、円筒、立方体、又は多面体の長いストリップ形状である。基材100は、熱伝導部材200の端面に固定され、自動車用LEDヘッドランプの作動時、基材100上のLEDランプは熱を放出し、熱伝導部材200は、基材100が設けられた端面からの全ての熱を他方の端面に伝達することになる。
好ましい実施形態において、熱伝導部材200は、熱伝導性プラットフォーム220及び熱伝導性パイプ240を含む。基材100は、熱伝導性プラットフォーム220の端部の端面又は側面に固定され、熱伝導性プラットフォーム220の他方の端部又は内部穴は熱伝導性パイプ240に接続される。特に、熱伝導性プラットフォーム220及び熱伝導性パイプ240は、一体形成すること、又は各端部を溶着することで接続することができ、又は、熱伝導性パイプ240の端部は、熱伝導性パイプ240に対向する熱伝導性プラットフォーム220の端部に形成された穴(前述の内部穴)に収容することもでき、熱伝導性パイプ240の端部は熱伝導性プラットフォーム220に固定される。当該構成によって自動車のヘッドランプの焦点距離基準に適合するという前提で、LEDランプの様々な配光が可能になり、例えば、基材100が熱伝導部材200の端面上に配置される場合、単一のLEDランプ又は複数のLEDランプを水平かつ均一に分布させることができる。図7、11、12、及び13を参照すると、基材100が熱伝導部材200の側面に配置される場合、熱伝導部材200が備える側面又は複数のLEDランプを、円形的、対照的、又は非対称的に(図8参照)に分布させること、又は転位分布させること(図8参照)ができ、自動車用LEDヘッドランプのハイ・ローランプ、ハイビーム又は減光ヘッドランプを実現する。
図2及び3を参照すると、熱伝導性プラットフォーム220は、「T」形状とすることができ、基材100はT部の上面に固定される。図5、6、及び7を参照すると、熱伝導性プラットフォーム220は、平らな直方体とすることもでき、基材100は直方体の両面に固定されるので、各LEDランプは、直方体に対して対称的に又は非対照的に(図8参照)分布される。図9、10、及び11を参照すると、熱伝導性プラットフォーム220は、ストリップ形状の多面体とすることもでき、基材100は、多面体の1つの表面上に配置することができ、又は複数の基材100は、多面体のそれぞれの表面に配置され、LEDランプは多面体に対して環状に分布される。
図2を参照すると、熱伝導部材200は低沸点の液体で満たされており、詳細には、低沸点の液体は、熱伝導性パイプ240の内部に満たされており、勿論、熱伝導性プラットフォーム220の内部は低沸点の液体で満たすこともでき、好ましくは、低沸点の液体は、水蒸気である。熱伝導部材200は負圧状態に排気され、その中は適切な低沸点の液体で満たされ、これは揮発が容易である。好ましくは、複数の毛細管(毛管芯)が熱伝導部材200の内部側壁に配置され、毛細管は、毛細多孔質材料で構成される。基材100に隣接する熱伝導部材200の端部は蒸発端部であり、他方の端部は凝縮端部であり、熱伝導部材200の蒸発端部が加熱される場合、熱は、熱伝導部材200の蒸発端部から凝縮端部に伝達される。特に、毛細管内の液体は急激に蒸発し、蒸発した低沸点の液体は、僅かな差圧の下で凝縮端部へ流れ、熱を放出した後に液体に再凝縮し、この液体は、毛細管力の下で多孔質材料に沿って蒸発端部に還流して停止することなく循環し、熱伝導部材200の蒸発端部から凝縮端部に熱を伝達するようになっている。このような循環は急激に行われるので、熱を連続的に伝達することができる。
放熱部材300は、放熱シリンダ320及び複数の放熱フィン340を含み、放熱シリンダ320は、熱伝導部材200を収容するための貫通穴330を備え、特に、熱伝導部材200の熱伝導性パイプ240は、この貫通穴330に収容され、熱伝導性パイプ240は、熱伝導性パイプ240の外面と貫通穴330の内面との間に板バネを設けることで、又はネジ、ネジ山、又はクランプ部品を用いて貫通穴330に固定される。複数の放熱フィン340は、基材100から離れている放熱シリンダ320の端部の周囲に固定される。例示的な実施形態において、放熱シリンダ320の外側側壁は、滑り止めスレッドを備え、滑り止めスレッドは、放熱部材300の組み付け時にトルク力を高めるように構成され、放熱部材300の構造体が確実なものになる。
さらに、2つのバイパス部324が貫通穴330の両側に配置されており、バイパス部324は、LEDランプへの電力供給用又は制御信号供給用の配線を収容するように構成され、さらに、バイパス部324は、熱伝導部材200を配置する貫通穴330のある程度の空気隔離を行い、熱伝導部材200が、両側よりも放熱フィン340の方向に熱を伝達することを確実にして放熱効率を高めるようになっている。
図3及び5を参照すると、放熱シリンダ320は、第1のセグメント326及び第2のセグメント328を含み、両者はスリーブ連結される。第1のセグメント326及び第2のセグメント328は、スリーブ322によってスレッド連結され、従前の滑り止めスレッドは、スリーブ322の外側側壁に形成され、放熱フィン340は、第1のセグメント326から離れた第2のセグメント328の端部に設けられる。例示的な実施形態において、第1のセグメント326及びスリーブ322は一体形成される。放熱シリンダ320は、組み合わせ可能な第1のセグメント326及び第2のセグメント328として設計され、貫通穴330及びバイパス部324を規定するのに好都合であり、製作が容易になり、しかも放熱部材300及び自動車用LEDヘッドランプの組み立てが容易になる。
図1、3、4、5、6、及び7を参照すると、好ましい実施形態において、自動車用LEDヘッドランプは、制御モジュール(図示せず)及び温度センサ600をさらに含む。温度センサ600は基材100上に配置され、LEDランプの温度を検出するようになっている。図2、3、及び4を参照すると、放熱部材300はファン360をさらに備える。ファン360は放熱フィン340に隣接すると共に熱伝導部材200の反対側にある。制御モジュールは、ファン360を温度に応じて作動するように制御して自動車用LEDヘッドランプの放熱を促進する。
好ましくは、図14を参照すると、複数の放熱フィン340は、熱伝導部材200と同軸で基材100から離れた側にファン360を収容するための収容溝342を規定する。熱伝導性プラットフォーム220から離れた熱伝導性パイプ240の端部、換言するとファン360の反対側の端部は円錐状にデザインされているので、空気との接触面積が増え、放熱が促進される。例示的な実施形態において、ファン360の直径は放熱シリンダ320よりも大きいので、放熱フィン340及び放熱シリンダ320の放熱が促進されるだけでなく、自動車用LEDヘッドランプが自動車用ヘッドランプ組立体のランプホルダに組み込まれた後に、ファン360は、ヘッドランプ組立体のランプホルダ又はランプボウルの熱を放散することができる。
図1を参照すると、保持部材400は放熱シリンダ320上にスリーブ連結され、保持部材400は、LEDランプを含む放熱部材300を自動車のヘッドランプ組立体のランプホルダに係止するように構成される。理解できるように、例示的な実施形態において、放熱部材300は自動車用LEDヘッドランプ全体の主要構造体であり、放熱部材300をヘッドランプ組立体のランプホルダに固定することは、自動車用LEDヘッドランプを自動車のヘッドランプ組立体のランプホルダに固定することを意味する。特に、図2、3、4、5、10、及び11を参照すると、保持部材400は、第1のセグメント326に隣接した第2のセグメント328の端部にスリーブ連結される。好ましい実施形態において、第1のセグメント326の外径は第2のセグメント328の外径よりも大きく、第2のセグメント328を収めた後、保持部材400は、第1のセグメント326及び第2のセグメント328のスナップ結合によって放熱部材300に押し付けられ、保持部材400と放熱部材300との間の固定を行うようになっている。他の実施形態において、保持部材400の内径は、放熱部材300の外径にほぼ等しく、保持部材400及び放熱シリンダ320は、対応するネジ山を備え、保持部材400及び放熱シリンダ320は、ネジ山によって相互に連結される。また、保持部材400及び放熱シリンダ320はネジ又は留め溝(buckle slot)で相互に連結することもできる。
保持部材400は、円筒形の連結部420及びバヨネット440を含む。連結部420は放熱シリンダ320にスリーブ連結され、バヨネット440は、連結部420の外側側壁から半径方向に突出し、バヨネット440は、対応するランプ形式のヘッドランプ組立体のランプホルダ上に係止するように構成される。バヨネット440とLEDランプの発光点との間の距離、換言するとLEDの発光焦点距離は、自動車用ランプの焦点距離基準を満たす。
図5及び9を参照すると、連結部420は凹部(又は突起部)426を備え、一方でバヨネット440は突起部(又は凹部)442を備え、凹部(又は突起部)426及び突起部(又は凹部)442は、ヘッドランプ組立体のランプホルダ上の対応する突起部(又は凹部)に適合し、これらは自動車用LEDヘッドランプの組み立て時の位置合わせを行うように構成される。
図2、3、4、5、6、及び7を参照すると、溝422は、保持部材400の連結部420上に形成され、防水部材500を受け入れるようになっており、防水部材500は、LEDランプに向かい合うバヨネット440の片側に配置される。自動車用LEDヘッドランプがヘッドランプ組立体のランプホルダに組み込まれる際に、保持部材400は最初にヘッドランプ組立体のランプホルダに固定され、このとき、溝422に収まる防水部材500は、保持部材400とヘッドランプ組立体のランプホルダとの間で押し付けられて密封防水を行う。加えて、図5及び6を参照すると、放熱シリンダ320の第2のセグメント328は、防水部材500を収容するための凹形リング329をさらに備え、保持部材400がヘッドランプ組立体のランプホルダに固定された後に、放熱部材300は、保持部材400に対してスナップ式で又はネジ式で連結されて自動車用LEDヘッドランプの完全な組み立てを行うようになっているので、熱部材300が保持部材400に突き合わせ接合された後に、凹形リング329に収まる防水部材500は、保持部材400と放熱シリンダ320との間で押し付けられて密封防止を行う。例示的な実施形態において、防水部材500はシリコーン製の防水ラバーリングである。
図10及び11を参照すると、別の実施形態において、保持部材400は、リング形状のベースシート460をさらに含む。ベースシート460は、放熱部材300の放熱シリンダ320にスリーブ連結されるか又はネジによって放熱フィン340に固定される。突起部426は、保持部材400の連結部420の側壁から外方に突出し、ベースシート460の側壁は突起部426に対応するスロット462を備え、放熱部材300及び保持部材400は、突起部426及び対応するスロット462によって位置決め及び固定することができる。
図12を参照すると、図12には、例示的な他の好ましい実施形態による自動車用LEDヘッドランプが示されている。例示的な実施形態において、図10に示す保持部材400を組み合わせて、基材100を半円筒形状の熱伝導性プラットフォーム220に、特に半円筒の接平面上に固定することで、基材100のLEDランプが半径方向に配置される。他の実施形態において、2つ又はそれ以上のLEDランプを半円筒の接平面上に配置することができ、輝度が高くなり、自動車用LEDヘッドランプのハイ・ローランプ機能を実現できる。
図2を参照して以下に1つの実施形態による自動車用LEDヘッドランプの組立工程を説明する。
最初に、LEDランプ及び温度センサ600を基材100に固定し、基材100を熱伝導部材200の熱伝導性プラットフォーム220に固定し、熱伝導性プラットフォーム220及び熱伝導性パイプ240を放熱シリンダ320の第1のセグメント326の対応する位置に突き合わせ接合して固定する。次に、防水部材500がスリーブ連結された保持部材400をヘッドランプ組立体のランプホルダの底部に固定し、電力を供給すると共に制御信号を伝送するように構成された配線を放熱シリンダ320のバイパス部324(図2に示す)及び保持部材400の穴を通し、LEDランプが設けられた基材100に接続し、その後、放熱フィン340を備えた放熱シリンダ320の第2のセグメント328を保持部材400に固定し、熱伝導部材200に固定された放熱シリンダ320の第1のセグメント326を放熱シリンダ320の第2のセグメント328に突き合わせ接合する。最後に、ファン360を放熱フィン340の溝342に組み込んで、配線を自動車の電源に接続する。
前述の自動車用LEDヘッドランプは、従来の自動車用ヘッドランプに適用されたタングステンフィラメント電球又はキセノン高輝度放電ランプの代わりにLEDランプを利用するので、自動車用ヘッドランプの輝度及び電気光学変換率が高くなり、熱伝導部材200に収容された低沸点の液体を使用して、LEDランプが発生する熱を放熱部材300の放熱フィン340に伝達するようになっており、ファン360を用いて放熱を促進する。
前述の実施形態は本発明の幾つかの実施方法を示すだけであり、本明細書は具体的かつ詳細であるが、本発明の範囲を限定するように示されるものではない。当業者であれば、本発明の範疇を逸脱することなく種々の変形及び変更を行うことができる点に留意されたい。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲で定義されるものである。
100 基材
200 熱伝導部材
300 放熱部材
320 放熱シリンダ
322 スリーブ
340 放熱フィン
400 保持部材
500 防水部材
600 温度センサ

Claims (10)

  1. 基材上に配置されたLEDランプと、
    前記基材が端部に固定され、低沸点の液体が内部に充填される、ストリップ形状の熱伝導部材と、
    放熱シリンダ及び複数の放熱フィンを有する放熱部材と、
    を備える自動車用LEDヘッドランプであって、
    前記放熱シリンダは、前記熱伝導部材を収容するための貫通穴を備え、前記複数の放熱フィンは、前記基材から離れた前記放熱シリンダの端部の周囲に固定される、自動車用LEDヘッドランプ。
  2. 前記放熱シリンダにスリーブ連結され、前記LEDランプが設けられた前記放熱部材を自動車ヘッドランプ組立体のランプホルダに固定するように構成された保持部材をさらに備える、請求項1に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
  3. 前記保持部材は、円筒形状の連結部とバヨネットとを有し、前記連結部は、前記放熱シリンダ上にスリーブ連結され、前記バヨネットは、前記連結部の外側外壁から半径方向に突出し、前記バヨネットは、対応するランプ形式の前記自動車ヘッドランプ組立体の前記ランプホルダと係止されるように構成され、前記バヨネットと前記LEDランプの発光点との間の距離は、自動車ランプの焦点距離基準を満たす、請求項2に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
  4. 前記熱伝導部材は、熱伝導性プラットフォーム及び熱伝導性パイプを備え、前記基材は、前記熱伝導性プラットフォームの端部の端面又は側面に固定され、前記熱伝導性プラットフォームの他方の端部又は内部穴は、前記熱伝導性パイプに結合され、前記熱伝導性パイプは、前記貫通穴に収容される、請求項3に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
  5. 前記保持部材上に配置される防水部材をさらに備え、前記防水部材は、前記保持部材に形成された溝に収容され、前記防水部材は、前記バヨネットの前記LEDランプに向かい合う側に配置される、請求項3に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
  6. 制御モジュール及び温度センサをさらに備え、前記温度センサは、前記基材の上に配置されて前記LEDランプの温度を検出するように構成され、前記放熱部材は、複数の放熱フィンに接触して前記熱伝導部材の反対側にあるファンをさらに備え、前記制御モジュールは、温度に応答してファンの作動を制御する、請求項1に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
  7. 前記複数の放熱フィンは、前記熱伝導部材と同軸で前記基材から離れた側面に前記ファンを収容するための溝を備える、請求項6に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
  8. 前記熱伝導部材は、内側側壁に毛細管を備える、請求項1に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
  9. 前記放熱シリンダは、互いにスリーブ連結される第1のセグメント及び第2のセグメントを備え、前記保持部材は、前記第1のセグメントに隣接した前記第2のセグメントの端部にスリーブ連結され、前記放熱フィンは、前記第1のセグメントから離れた前記第2のセグメントの端部に配置される、請求項2に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
  10. 前記第1のセグメントは、前記第2のセグメントに対してスリーブを介してネジ式で連結される、請求項9に記載の自動車用LEDヘッドランプ。
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