JP4718373B2 - Ｌｅｄを備える自動車用の照明装置または信号装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源がＬＥＤである自動車の照明装置または信号装置に関する。また、本発明は、このような照明装置または信号装置を備える自動車に関する。

本発明は、自動車の分野に、特に自動車の照明または信号装置の分野に適用されるものである。

通常、自動車の前端には、少なくとも２つの照明装置、すなわちヘッドライトが、また前端及び後端には、信号装置が設けられている。照明装置や信号装置は、保護レンズにより密閉され、ビームを発生する光源とビームを方向付けする光学部材とを有するハウジングを備えている。現在、大多数の照明装置または信号装置においては、光源として、放電ランプ、ハロゲンランプ等が使用されている。そのため、照明装置及び信号装置は、それぞれ単一のランプ、または主走行ビーム用の２つのランプを備えている。

これらのランプは、高効率及び高輝度であるという利点を有しているが、高熱を局部的に発生するという欠点を有している。従って、これらは、照明装置または信号装置において、高熱の単一の熱点を有する熱源となる。例えば、ハロゲンランプの場合、ランプのフィラメントの温度は約3,000℃であり、電球のガラス部の温度は約400℃であり、バルブキャップの温度は約200℃である。

また、これらのランプは、赤外線を発生するという欠点を有している。

発生するビームの光量を増やすとともに方向付けするために、ランプは、リフレクタの近傍に設けられている。リフレクタは、金属製または合金製であり、ランプから発生した熱及び赤外線を集中させ、また、赤外線は、照明装置や信号装置の前面にある保護レンズへ向かい、保護レンズを加熱する。

さらに、保護レンズが汚れている場合、保護レンズは、赤外線を透過させることなく吸収し、高熱となる。そのため、装置の保護レンズを、格別に耐熱性のある材料で形成する必要がある。

照明装置または信号装置のハウジングは、外気の湿気、特に雨、雪等に対して不透過性でなければならない。そのため、ハウジング内を換気して冷却することは困難である。

ＬＥＤを光源とすることにより、熱の問題を解消することができる。このような光源は、固定板または可動板にモジュールとして取り付けられた複数のＬＥＤにより形成される。ＬＥＤによる熱は、約100℃〜150℃である。このような光源は、高効率であり、従来のランプと同等に作用し、熱が全モジュールにわたって分散するという利点を有している。

これは、ＬＥＤがハウジング内で一体的にモジュール化されており、光源は、ハウジング全体に分散された複数の発光点から形成されているためである。そのため、光源が発生した熱は、ハウジング全体に分散され、単一の集熱点が形成されることはない。

また、ハウジング内に発光点を分散させることにより、リフレクタを用いなくても、ビームを所望の方向に向けさせることができる。このような光源により発生された熱は、吸収されることはなく、分散させられる。

さらに、ＬＥＤは、近赤外線（1μｍ〜5μｍ）を発生することのない電子部品であり、光源により発生される熱は、極めて少量となる。

しかし、ＬＥＤの温度は、ハウジング内に熱点が分配された場合でも、従来のランプの温度に比べて相当に低いとは言っても、やはり光源を冷却する必要がある。

電子部品、特にパワーダイオードを冷却するために、冷却すべき部品を、放熱器にどのようにして取り付けるべきかということについては知られている。放熱器は、各部品と関連付けられている。部品は、周囲の空気により冷却される。

部品が、自動車の照明装置または信号装置に取り付けられたＬＥＤである場合、周囲空気は、装置のハウジング内の空気であるため、比較的熱い（約95℃〜100℃）。従って、部品を十分に冷却するには、かなり大きい放熱器を用いる必要がある。

ＬＥＤが取り付けられるプレートが固定されている場合、上述したような放熱器を用いることができる。しかし、現在の大部分の自動車において、光源は、照射範囲を修正しうるように、方向の制御が可能となっている。特に、ＤＢＬ（ベンディングライト）装置の場合、照明が道路に追随するように、光源を自動車の左右に向ける必要がある。また、光源は、自動車の姿勢に基づいて、上方または下方に方向付け可能となっている。

これらの場合において、ＬＥＤは、可動板に取り付けられ、モータにより移動させられる。しかし、各ＬＥＤを、比較的大きな放熱器を有する可動板に取り付けなければならない場合、可動板は重くなり、高出力のモータを用いることが必要となる。

可動板の重量を抑えるために、光源を、可動板を備えるいくつかのモジュールに分割することが考えられる。その場合、各モジュールに対して、低出力のモータを用いることができる。

他方、各可動板毎に１つのモータを用いる必要があるので、可動アッセンブリがコスト高になる。また、複数のモータを同時に使用すると、どのモータにより可動アッセンブリを初期位置へ戻すかについて、問題が発生する。

電子部品、特にパワーダイオードを良好に冷却するために、特許文献１では、放熱器にファンを設けることが提案されている。より詳しく言うと、各ＬＥＤの下方に、放熱器により発散された空気を循環させるファンを設けた放熱器について提案されている。この場合、各放熱器を小型とする必要がある。

しかし、ファンを追加するため、小さい放熱器を用いても、重量が重くなる。また、可動板の重量の問題は、上述した問題と同様に解消されない。
米国特許第6,639,360 B2号

本発明の目的は、上述した装置の欠点を解消することにある。このため、本発明では、少なくとも２つの放熱器の間で冷気を循環させて、ＬＥＤによる光源を冷却するようにした、照明装置または信号装置を提案している。

より詳しく言うと、本発明の装置は、比較的大きく、車両のハウジングに固定され、一端が車両の冷たい箇所に近接して設けられた第１の放熱器と、移動可能にＬＥＤに近接して取り付けられた少なくとも１つの第２の放熱器とを備えている。２つの放熱器の間には、空気が強制的に循環され、第１の放熱器から第２の放熱器へ冷気が伝搬される。

具体的に言うと、本発明は、可動板に取り付けられ、方向付け可能な光源をなす複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤを冷却する少なくとも１つの冷却装置とを有するハウジングを備える自動車の照明または信号装置に関する。

本発明においては、冷却装置は、一部を自動車の冷たい箇所の付近に位置させた第１の放熱器である少なくとも１つの固定放熱器と、ＬＥＤの付近に取り付けられた第２の放熱器である少なくとも１つの可動放熱器と、第１の放熱器と第２の放熱器との間に、強制的に対流を生じさせる少なくとも１つの対流発生手段とを備えている。

また、本発明は、次に示す１つまたはそれ以上の特徴を有している。
−対流発生手段は、第１及び第２の放熱器の上流に設けられている。
−対流発生手段は、ファンを備えている。
−第１の放熱器は、ハウジングの外部へ突出する部分と、ハウジング内に位置する部分とを備えている。
−第１の放熱器の一端は、車両の前端に位置している。
−第１の放熱器の一端は、ウィング部に近接する一側方に設けられている。
−各ＬＥＤは、個々に、またはモジュールとして第２の放熱器に取り付けられている。
−第２の放熱器は、各ＬＥＤと直接的に一体化されている。
−第２の放熱器は、可動板に固定されている。
−第２の放熱器は、可動板となっている。
−第２の放熱器は、第１の放熱器よりも小寸である。

また、本発明は、上述した装置を備える自動車にも関する。

図１は、本発明によるＬＥＤの光源と冷却装置とを有する照明装置であるヘッドライトの一例を示す図である。ヘッドライト（１）は、前面の保護レンズ（２）により閉塞された湿密性のハウジング（３）を備えている。ハウジング（３）は、プラスチック材料で形成されている。保護レンズ（２）は、ハウジング（３）にシールされている。

ハウジング（３）の内部は、光源（１０）は、複数のＬＥＤ（８）からなる光源（１０）が設けられ、光源（１０）は、ハウジング（３）内を移動することができる。光源（１０）の方向付け、すなわち方向の制御は、図示しないモータにより行われる。

ＬＥＤ（８）を個々に、または一体的なモジュールとして取り付けることができる。モジュールは、ハウジング（３）内に分散して取り付けることが可能である。図１のヘッドライト（１）においては、ＬＥＤ（８）は、モータにより駆動される可動板（９）に取り付けられている。ＬＥＤ（８）またはモジュールは、可動板（９）とともに、可動アッセンブリ（４）を構成している。

図１において、ＬＥＤ（８）は、冷却装置（１１）により冷却される。冷却装置（１１）は、
−ヘッドライト（１）に固定された第１の放熱器である固定放熱器（５）と、
−ヘッドライト（１）内を移動できる第２の放熱器である少なくとも１つの可動放熱器（６）と、
−２つの放熱器（５）（６）間で空気を循環させる手段とを備えている。

固定放熱器（５）は、ヘッドライト（１）に固定されており、その第１端部（５ａ）は、車両の冷たい箇所に近接して設けられている。すなわち、放熱器（５）の第１端部（５ａ）は、車両の冷却される領域、例えば車両前端に設けられている。

図１において、固定放熱器（５）は、熱的にシールされて、ハウジング（３）を貫通し、車両の前端に設けられている。この場合、固定放熱器（５）の第１端部（５ａ）は、バンパーと一体化され、また、保護レンズ（２）とバンパーとの連結部に位置している。自動車前端のこの位置には、自動車が移動すると、常に冷たい空気が当たるという利点がある。

また、固定放熱器（５）は、ヘッドライト（１）に設けられているので、その第１端部（５ａ）が自動車の一側方、例えば、ウィング部の下方に位置する。このような位置は、ウィング部をなす金属薄板により保護されるとともに、自動車の移動により継続的に冷却されるという利点がある。

ハウジング（３）の製造時に、放熱器をなす金属部の付近に、プラスチックの鋳型を挿入することにより、固定放熱器（５）をハウジング（３）に挿入することができる。すなわち、固定放熱器（５）は、ハウジングの射出成型時に設けられるインサートであり、オーバーモールド可能で、熱伝導性の高い銀、銅、アルミニウム（特に押出しアルミニウム）、または新規な混成材料により形成することが可能である。

固定放熱器（５）は、非平坦形状である。固定放熱器（５）をこのような形状とすることにより、その第２端部（５ｂ）は、ヘッドライト（１）の可動アッセンブリ（４）の近傍に位置させられる。そのため、放熱器（５）の冷却される第１端部（５ａ）により、熱伝導による第２端部（５ｂ）の熱は、可動アッセンブリ（４）の付近において冷却される。

ヘッドライト（１）を、外部からより良好に冷却するために、固定放熱器（５）の第１端部（５ａ）には、フィン（５ｄ）が設けられている。

また、冷却装置（１１）は、ヘッドライト（１）の可動アッセンブリ（４）に取り付けられた、１つまたはそれ以上の第２の放熱器である可動放熱器（６）を備えている。可動放熱器（６）は、固定放熱器（５）に対して、ヘッドライト（１）内を移動できるようになっている。可動放熱器（６）は、固定放熱器（５）よりも小型であるため、モータにより容易に駆動可能である。

可動放熱器（６）は、固定放熱器（５）の第２端部（５ｂ）と対向して設けられている。従って、固定放熱器（５）の第１端部（５ａ）から、第２端部（５ｂ）へ伝導される冷気により、第２端部（５ｂ）及び第２端部（５ｂ）と対向する可動放熱器（６）の周囲の空気が冷却される。冷気をより良好に伝導するために、冷たいボディ、すなわち、固定放熱器（５）をできるだけＬＥＤ（８）に近接させることが好ましく、その限界は、可動板（９）が回転している間の可動放熱器（６）の移動により定められる。

図１に示すように、可動放熱器（６）は、可動板（９）に取り付けられている。また、可動放熱器（６）を、ヘッドライト（１）のプレートをなすように形成することもできる。可動放熱器（６）には、回転スピンドルが取り付けられており、可動放熱器（６）がモータに連結されている。

可動放熱器（６）は、ＬＥＤ（８）またはモジュールに近接して設けられている。より詳しく言うと、各ＬＥＤ（８）またはモジュールは、可動放熱器（６）に取り付けられている。

１つの可動放熱器（６）に、１つまたはいくつかのＬＥＤ（８）を取り付けることができる。換言すると、可動放熱器（６）は、１つのＬＥＤ（８）、またはハウジング（３）内に別個に取り付けた場合には、２つのＬＥＤ（８）を冷却するようになっている。可動放熱器（６）は、ＬＥＤ（８）が一体化された単一のモジュール、または複数のモジュールを冷却するようになっている。図１において、可動放熱器（６）は、各側面に取り付けられた１対のモジュールを冷却するようになっている。

また、冷却装置（１１）は、固定放熱器（５）と可動放熱器（６）との間に、強制的に対流を発生させる対流発生手段（７）を備えている。対流発生手段（７）は、固定放熱器（５）による冷気を、可動放熱器（６）へ向かって流す。可動放熱器（６）は、冷気をＬＥＤ（８）へ導く。２つの放熱器（５）（６）間の強制的な空気の流れを、図１において矢印で示してある。

本発明の好ましい実施例においては、対流発生手段（７）は、放熱器（５）（６）の上流側に設けられたファンである。ファンは、固定放熱器（５）の第２端部（５ｂ）周辺の冷気を攪拌し、可動放熱器（６）の方向へ流す。このようにして、冷気は、固定放熱器（５）と可動放熱器（６）との間を強制的に流される。すなわち、ファンは、固定放熱器（５）の下方に取り付けられており、冷気を固定放熱器（５）を通過させて、可動放熱器（６）へできるだけ直接的に送るようになっている。

２つの放熱器（５）（６）の間に冷気を良好に循環させるために、固定放熱器（５）の第２端部（５ｂ）は、貫通孔（５ｃ）を備えている。

本発明の実施例において、複数の固定放熱器を、複数のファンと関連させて、ヘッドライトに取り付けることができる。ＬＥＤ（８）またはモジュールの全てが同時に作動する場合を除いて、全てのファンを同時に作動させる必要はない。

上述した冷却装置（１１）は、熱伝導により、ハウジング（３）内に冷たい箇所を形成し、可動アッセンブリ（４）の内側へ向かって、冷たい箇所に、より冷却された空気を流す。

冷却装置（１１）において、固定放熱器（５）と可動放熱器（６）との間には、空気が強制的に流されるだけであり、機械的に連結されていない。そのため、ヘッドライト（１）の可動部と固定部とが干渉することはない。

機械的部材がないために、可動部が軽くなる。可動部材は、ＬＥＤ（８）、可動放熱器（６）及び可動板（９）のみとなるので、可動部の重量、すなわち、懸架されている部材の重量が軽くなる。可動放熱器（６）は、冷気により冷却されるので、比較的軽量となっている。

変形例として、可動放熱器（６）を、ＬＥＤと一体型とすることもできる。重い部材、すなわち、ファン及び固定放熱器（５）は、可動ではない。従って、それらの重量は、本発明のヘッドライトには何らの影響を及ぼさない。

また、冷却装置（１１）により、ヘッドライト（１）の保護レンズ（２）を加熱することができる。ＬＥＤ（８）は、赤外線を発生しないので、ヘッドライト（１）の保護レンズ（２）が加熱されることはない。

冬期において、雪、霜、または水滴がある場合、保護レンズ（２）は、それらを除去することはできない。雪や霜は溶けず、水滴は蒸発しない。冷却装置（１１）において、可動放熱器（６）への強制的な空気流の一部は、ＬＥＤ（８）の方向へ流れる。ＬＥＤ（８）の付近において、空気は加熱されて保護レンズ（２）へ到達する。加熱された空気により、雪や霜は溶け、水滴は蒸発する。

本発明により冷却されるＬＥＤの光源を備える照明装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ ヘッドライト
２ 保護レンズ
３ ハウジング
４ 可動アッセンブリ
５ 固定放熱器
５ａ 第１端部
５ｂ 第２端部
５ｃ 貫通孔
５ｄ フィン
６ 可動放熱器
７ 対流発生手段
８ ＬＥＤ
９ 可動板
１０ 光源
１１ 冷却装置

Claims (12)

1. −可動板（９）に取り付けられ、方向の制御が可能な光源（１０）をなす複数のＬＥＤ（８）と、
   −前記ＬＥＤ（８）を冷却するための少なくとも１つの冷却装置（１１）とを設けたハウジング（３）を備える自動車の照明または信号装置において、
   前記冷却装置（１１）は、
   −自動車の冷たい箇所の付近に一部を位置させた第１の放熱器である少なくとも１つの固定放熱器（５）と、
   −ＬＥＤ（８）の付近に取り付けられた第２の放熱器である少なくとも１つの可動放熱器（６）と、
   −第１の放熱器（５）と第２の放熱器（６）との間に、強制的に対流を生じさせる少なくとも１つの対流発生手段（７）とを備えていることを特徴とする装置。
2. 対流発生手段（７）を、第１及び第２の放熱器（５）（６）の上流に設けてある、請求項１記載の装置。
3. 対流発生手段（７）は、ファンを備えていることを特徴とする、請求項１または２記載の装置。
4. 第１の放熱器（５）は、ハウジング（３）の外部へ突出する部分とハウジング（３）内に位置する部分とを備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
5. 第１の放熱器（５）の第１端部（５ａ）は、車両の前端に位置していることを特徴とする、請求項４記載の装置。
6. 第１の放熱器（５）の第１端部（５ａ）は、車両のウィング部に近接する一側方に位置していることを特徴とする、請求項４記載の装置。
7. 各ＬＥＤ（８）を、個々に、またはモジュール化して、第２の放熱器（６）に設けてあることを特徴とする装置、請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
8. 第２の放熱器（６）に、各ＬＥＤ（８）を、直接的に一体化してあることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
9. 第２の放熱器（６）を、可動板（９）に固定してあることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の装置。
10. 第２の放熱器（６）を、可動板（９）としてあることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の装置。
11. 第２の放熱器（６）は、第１の放熱器（５）よりも小寸であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の照明装置または信号装置を、少なくとも１つ備えている自動車。

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