JP5331418B2 - 半導体光源を備える照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱排出のためヒートシンクを接続されている半導体光源を少なくとも１つ持つ照明装置に関する。

このような照明装置は、従来の技術によって公知である。たとえば欧州特許第１６４３１８８Ａ１号では、半導体光源として発光ダイオードシステムを持つ自動車用ヘッドライトが開示されている。当該半導体光源は、熱排出のためにヒートシンクに接続されている。当該半導体光源はヒートシンクとともに、ヘッドライトハウジング内に収められている。ハウジング内部では、半導体光源が動作するとき、対流によってあるいはファンを用いて空気流が形成され、この空気流によって熱をヒートシンクから導き出す。空気流中には、さまざまに形成された熱排出エレメントが配置され、ハウジングから熱をできるだけ効率的に導き出すため、ハウジングにこれらのエレメントが接続されている。

公知のヘッドライトの場合、ファンは、熱対流を支援または強化するためだけに用いられる。この場合空気流の方向は、ファンを用いることによって影響を受けない。特に対流による空気流の方向と異なる方向に曲げられることはない。
欧州特許第１６４３１８８Ａ１号

本発明の課題は、従来の技術から出発して、公知の照明装置を改良して発展させ、できるだけ単純かつ安価な方法で、熱排出の効率を改善することである。

この課題を解決するため、冒頭に挙げた種類の照明装置から出発して、次のことを提案する。すなわち本発明の照明装置は、空気ダクトと、該空気ダクトで空気を能動的に送るための手段とを持ち、当該空気ダクトは、ほぼ水平に延びる本体を持っていて、十分に周りが閉じられているものである。そしてこの場合、ヒートシンクの少なくとも一部分は、空気ダクトを運ばれる空気流中に配置されるものとする。

すなわち本発明によれば、照明装置内部に空気ダクトを形成し、搬送手段によって生じた空気流はこの空気ダクトを貫流する。この空気ダクトは、好ましくは照明装置のハウジング内部に形成される。その際ハウジングの１つ以上の隔壁を、空気ダクトの一部分とすることもできる。しかし重要なのは、照明装置の内部に、少なくとも１つの追加的な隔壁、または少なくとも１つの空気案内要素を設け、そして必要ならばこれらが照明装置ハウジングのそのほかの隔壁とともに、またはヒートシンクとともに十分に周りを閉じられた独立の空気ダクトを形成し、そしてヒートシンクから熱を導き出すための空気流が、この空気ダクトを特に効率的に貫流できることである。したがって本発明の重要な視点は、ヒートシンクを冷却するための空気流が、照明装置のハウジング内部の大容積全体に分配されるなどして、単純に対流によってであれ、少なくとも１つのファンによってであれ、自由かつほとんど任意に生じるのではない、という点にある。むしろこの空気流は、十分に周りを閉じられた空気ダクトを通り、希望され指定された方向に、的を絞って流れを強制される。この空気ダクトはほぼ水平に延びるため、冷却空気流もまた、空気ダクト内部をほぼ水平方向に流れる。

本発明の１つの好ましい発展形は、空気を能動的に搬送するための手段がファンを備える。このファンは、空気を吸い込み、および／または空気を吐き出すことができる。このファンを空気ダクト内部に設けて、空気ダクトの一方の側から空気を吸い込み、空気ダクトの他方に向けてこの空気を搬送することができる。それと異なる方法として、ファンを空気ダクト外部に設けて、吸い込んだ空気を空気ダクト全体に吹込んで貫流させ、あるいはファンが空気ダクト全体から空気を吸い込むようにすることもできる。ファンはその配置のいかんにかかわらず、ほぼ水平に延びる空気ダクトに冷却空気流を生じ、この冷却空気流は、通常の対流方向とは基本的に異なる方向に、好ましくはそれを横切る方向に流れる。

本発明の１つの好ましい実施形態は、ヒートシンクに半導体光源を取り付ける受け具を設けることを提案する。さらには、照明装置のリフレクタを取り付ける受け具、照明装置のレンズを取り付ける受け具、および／または照明装置のシェードを取り付ける受け具を、ヒートシンクに設けることを提案する。このようにして、照明装置の特に単純で安価な構造を実現できる。さらにはこのヒートシンクを支持エレメントとして、半導体光源とともに、そして場合によってはリフレクタ、レンズ、および／または照明装置のシェードとの一体物（いわゆるライトモジュール）として取り扱い、ハウジングに対して相対的に動かすことができる。ライトモジュールの運動はたとえば、曲線道路用ＡＦＳ機能（本明細書では「配光可変型前照灯システム」をＡＦＳと略称する）を実現するためには水平方向に、あるいはロー／ハイビームＡＦＳ機能を実現するためには垂直方向に行うことが考えられる。半導体光源とリフレクタを持つライトモジュールは反射モジュールとも呼ばれ、またレンズと、また選択すればシェードをも備えるライトモジュールは、投光モジュールとも呼ばれる。

本発明の１つの特に好ましい実施形態は、反射の原理に従って動作するライトモジュールや、投影の原理によって動作するライトモジュールの部品を取り付けるための受け具を、ヒートシンクに設けることを提案する。好ましくは、半導体光源から送出された交線を集束するためのいわゆる一次光学系を、半導体光源の前に設けるものとする。この集光光学系は光入射面と光発射面とを持つ。半導体光源から送出された光線は、この光入射面を経由して入射され、そして集光光学系によって集束された光線は、この光発射面から発射される。集光光学系内部では、光線が全反射によって集束される。反射の原理によって動作するライトモジュールはさらに二次光学系を持つが、この二次光学系はリフレクタの形状、好ましくはいわゆる凹面リフレクタの形状とする。この凹面リフレクタはヒートシンクの上、および／または下に設けられている。反射の原理によって動作するライトモジュールのための半導体光源を、好ましくは、ヒートシンクの上側および／または下側に配置して、その光線が上方または下方へ、リフレクタの半直線光線方向に送出されるようにする。

投影の原理によって動作するライトモジュールは通常、リフレクタに加えて、投光レンズとして形成された二次光学系を備える。また半導体光源または一次光学系と、二次光学系との間に、通常は上端部つきのシェードが配置されている。投光レンズは、シェードの上端部を、車両前の走行路面に明暗の境界として投影する。この二次光学系は、照明装置の光発射方向と反対方向に見て、ヒートシンクの前に配置されるのが好ましい。これと同様に、投影の原理で動作するライトモジュールの半導体光源も、ヒートシンクの前面に配置される。

照明装置は半導体光源を、１つだけでなく複数含むことが好ましい。

空気ダクトは、少なくとも１つの空気取入口と、少なくとも１つの空気排出口とを含むことが好ましい。ファンは空気流を、当該少なくとも１つの空気取入口から、当該少なくとも１つの空気排出口に送る。ヒートシンクを特に効率的に冷却するためには、ヒートシンクをたとえば空気取入口の１つの前、または空気排出口の後に配置することができる。この場合、空気ダクトに吸い込まれる空気流、または空気ダクトから送り出される空気流が、ヒートシンクの特に効率的な冷却を生じる。

本発明の１つの好ましい発展形では、ヒートシンクの特に効率的な冷却が、ヒートシンクの少なくとも一部分を空気流中に配置することによって得られる。この発展形によれば、空気ダクトの少なくとも１つの隔壁に開口部を設け、ヒートシンクの少なくとも一部分は、この開口部から空気ダクトの内部に突出する。

本発明の１つの好ましい実施形態は、照明装置に、光射出方向に向けられてカバーガラスで閉じられた光射出開口を持つハウジングを設けることを、そしてその際、空気流がカバーガラスの内面に接触しながら流れるように、空気ダクトをハウジング内に配置し、かつヒートシンクに接触しながら流れる空気流を方向付けすることを提案する。すなわちこの実施形態では、空気流がヒートシンクから受け取った熱を、カバーガラス内面の除霜および／または除湿に利用する。これを、本発明による十分に周りを閉じられた空気ダクトと組み合わせれば、次のような特別な利点がある。すなわち、空気ダクトを貫流する空気流を、カバーガラスの除霜される領域に対してほとんど任意の方向に的を絞って方向付けできるように、空気ダクトの形状と配置を形成することができる。しかし従来の技術による空気流は、ほとんどカバーガラス内面全体の大面積に接触しながら流れるだけである。本発明では、カバーガラスの除霜される領域をたとえばカバーガラスの下側に置くことができるので、その場合は、空気流を従来型の対流により、カバーガラスの内面に沿って上昇させることができる。

本発明のもう１つの好ましい実施形態は、照明装置にハウジングを備え、このハウジングに、光射出方向に向けられてカバーガラスで閉じられた光射出開口を設けることを提案する。この場合、空気流がハウジング内に配置されたそのほかのエネルギー消費デバイスに接触しながら流れるよう、空気流をハウジング内に配置し、かつヒートシンクに接触しながら流れる空気流を方向付けする。この実施形態では、空気ダクトで送られる空気流が、ヒートシンクの冷却のためだけではなく、照明装置のハウジング内部にあるそのほかのエネルギー消費デバイスを冷却するためにも利用される。この種の冷却されるべきエネルギー消費デバイスは、たとえば照明装置の制御ユニット、あるいは制御ユニットの部品である。

照明装置ハウジングからの熱排出を改善するため、空気流の流れ方向に見てヒートシンクの後ろに、少なくとも１本のヒートパイプ、少なくとも１つのサーモサイホン、および／または少なくとも１つのペルティエ素子を配置する。ヒートパイプ、サーモサイホン、またはペルティエ素子を、空気ダクト自体の中に配置して、空気流から熱を取り出し、この熱を適切な方法でハウジングから排出することができる。しかしまたヒートパイプ、サーモサイホン、またはペルティエ素子を、空気ダクトの空気排出口の後ろに配置して、加熱されて空気ダクトから流出する空気流から熱を取り出し、この熱を適切な方法でハウジングから排出することも考えられる。

本発明の１つの有利な発展形は、空気ダクトが縦に延びる本体を持つものとし、その際、空気ダクトの両端部に開口を設け、そして空気ダクトで空気を送るための手段を、空気ダクトの端部の一方に配置する。したがってこの発展形では、空気ダクトの開口の１つを空気取入口として、そして他方の開口を空気排出口として形成する。ファンは、空気取入口の前または空気排出口の後ろに配置され、空気を空気ダクトに吹込み、または空気ダクトから吸い出す。

本発明の上記と異なる実施形態は、空気ダクトが縦に延びる本体を持つものとし、空気ダクトの両端部に開口を設けるが、空気ダクトの縦に延びる本体のほぼ中央にもう１つの開口を形成することを提案する。この開口の前には、空気を空気ダクトで送るための手段が配置される。この実施形態では、空気ダクトの端部にある両開口が空気排出口として形成される。空気ダクトの中央にあるもう１つの開口が、空気取入口として形成される。この実施形態の場合、空気ダクト内部に送り込まれる空気流はＹ字形に分かれ、空気ダクトの両支流に配分されて空気排出口にいたる。

当該空気ダクトは、３次元空間においてほぼ直線形に縦に延びる本体を持つ。しかし本発明の１つの特に好ましい発展形は、ほぼ垂直であって光軸にも垂直な軸を中心に、空気ダクトを湾曲させることを提案する。ヒートシンクは空気ダクトの湾曲にならった形とずるのが好ましい。ヒートシンクと空気ダクトのこの湾曲した形状は、特に次のような場合に利点がある。それは、曲線道路用ＡＦＳ機能を実現するために、ライトモジュールをヒートシンクとともに、水平方向に旋回可能とする場合である。空気ダクトが、ヒートシンクそのほかのライトモジュールとともに旋回される場合、この湾曲した形状によって、ライトモジュールの背後の必要な取り付けスペースを最小限に削減することができる。

そのほか、ほぼ水平であってかつ光軸を横切る軸を中心に、空気ダクトを湾曲させることも考えられる。ヒートシンクは空気ダクトの湾曲にならった形とするのが好ましい。ヒートシンクと空気ダクトのこの湾曲した形状は、特に次のような場合に利点がある。それは、ロー／ハイビームＡＦＳ機能を実現するために、ライトモジュールをヒートシンクとともに、垂直方向に旋回可能とする場合である。

本発明のもう１つの実施形態は、空気ダクトを十字形に形成し、ほぼ水平に延びる第１の部分ダクトと、それを横切ってほぼ垂直に延びるもう１つの部分ダクトを持たせることを提案する。この場合、空気ダクトの全部で４つの端部に開口を設け、十字形のほぼ交点にもう１つの開口を形成し、後者の開口の前に、空気ダクトで空気を送るための手段を配置する。空気ダクトを十字形に形成する場合、部分ダクトの４つの端部にある開口は、空気排出口として形成される。２つの部分ダクトのほぼ交点に設けられたもう１つの開口は、空気取入口として形成される。１つ以上のヒートシンクは、好ましくはやはり空気ダクトに対応する十字形で配置され、または相応に形成されるものとする。このように形成された照明装置は、複雑な半導体光源ライトモジュールを実現するのに適する。十分に周りを閉じられた空気ダクトにより、できるだけ照明装置のヒートシンク全体に沿って、または照明装置のさまざまなライトモジュールのできるだけすべてのヒートシンクに沿って、冷却空気流を流すことができる。その結果として、照明装置が半導体光源を備え、複雑な構造かつ集積度が高いものであっても、効果的な熱排出が得られる。空気ダクトがなければ、そしてこのように複雑で集積度の高い照明装置に沿って、的を絞って冷却空気流を案内することがなければ、十分な冷却は不可能である。さらには、十分に周りを閉じられた空気ダクトを用いることにより、そして的を絞って空気流を案内することにより、複雑な照明装置の場合でも、ファンの個数を削減して、ただ１個のファンだけとすることができる。これにより本発明の照明装置は、必要な取り付けスペースとコストが軽減される。これが、照明装置の複雑性が少ない場合や、集積度が低い場合にも当てはまるのは当然である。

有利な方法として、ヒートシンクが冷却フィンを備え、この冷却フィンが、空気ダクトの少なくとも１つの隔壁の開口部を通って、空気ダクト内部に突出するものとする。冷却フィンの縦に延びる本体は、空気ダクトの縦に延びる本体にほぼ平行である。
そのほかまた、冷却フィンを空気ダクト内部において、その横断面で見て斜め位置とすることを提案する。

本発明の１つの特に有利な発展形は、空気ダクトを照明装置ハウジング中に場所を固定して配置することと、照明装置のライトモジュールの一部であるヒートシンクを、ほぼ垂直な旋回軸を中心として、ハウジングに対して旋回可能とすることを提案する。したがってこの発展形によって、ライトモジュールが旋回可能である場合、たとえば曲線道路用ＡＦＳ機能を実現するため、ヒートシンクをライトモジュールと一緒に旋回させる。この場合、比較的大きくて場所を取る空気ダクトが、照明装置ハウジングに場所を固定して配置される。したがってヒートシンクは、ライトモジュールが旋回するとき、空気ダクトに対してほぼ水平方向に動く。これはたとえば、空気ダクトに１つの開口を設け、この開口がヒートシンクまたはヒートシンクの一部分を受けることができるようにして実現することができる。この場合空気ダクトの開口は、ヒートシンクまたはその一部分が、開口の中を空気ダクトに対して動けるような大きさに形成する。空気ダクトが十分に周りを閉じられたものに形成されるよう、ヒートシンクにラジアルカラーを形成し、このカラーが、空気ダクトに対するヒートシンクのポジションのいかんにかかわらず、ヒートシンクまたはその一部分を受けるための空気ダクトの開口を十分に覆うものとする。この場合のカラーは、空気ダクトに対し、または開口を囲む空気ダクト隔壁に対して１つの間隔を取って配置され、この間隔とは、ヒートシンクがライトモジュールとともに、空気ダクトに対して自由に動けるような間隔とする。有利な方法として、垂直な軸を中心としてヒートシンクを湾曲させ、この軸とライトモジュールの旋回軸とが合同であるものとする。

本発明の１つの特に好ましい実施形態は、空気ダクトの断面がほぼＵ字形となるよう形成して、ヒートシンクの少なくとも一部分を空気ダクトの開いた側面の前に配置し、こうして開いた側面を十分に閉じることを提案する。空気ダクトの側面の１つを開いたものに形成する場合でも、本発明は依然として、十分に周りを閉じられた空気ダクトが可能である。従来の技術の場合は空気案内手段がなく、ハウジング内部全体を大体積の空気が比較的自由に流れるが、それとは異なって、空気ダクトによって空気流を希望する状態で強制案内することが重要な点である。

本発明の１つの特に好ましい実施形態は、照明装置に複数のライトモジュールと複数のヒートシンクを設け、空気ダクトを形成するにあたっては、空気ダクトを送られる空気が、さまざまなライトモジュールの複数のヒートシンクを冷却するのに用いられるように形成する。この実施形態は特に、半導体光源を持つ複雑で集積度の高い照明装置に適する。特にこのような照明装置の場合、この実施形態によって、さまざまなライトモジュールのヒートシンクから熱排出する冷却手段を、簡単かつ安価に形成することができる。この場合、ヒートシンクの効果的な冷却が同時に得られる。

本発明の好ましい複数の実施例について、下記に図面を用いながら詳しく説明する。

図１において、本発明による照明装置全体に参照番号１を付す。この照明装置１は、図示の実施例の場合、自動車用ヘッドライトとして形成されている。照明装置１はヘッドライトハウジング２を含み、このハウジングは好ましくはプラスチック製とする。ハウジング２の光投射方向３に開口が形成され、この開口は光透過性のカバーガラス４で閉じられている。カバーガラス４は好ましくは、光学的に作用する素子を用いないで形成されるものとする。しかし、カバーガラス４が光学的に作用する素子を備え、所望の配光を形成するためにこの素子を用いることも考えられる。

ヘッドライトハウジング２の内部にはライトモジュール５が配置されるが、このモジュールは、全体を見やすくするために一部だけを図示する。図１はライトモジュール５のヒートシンク６を示し、このヒートシンクは同時に、複数の半導体光源７のための支持要素として用いられる。ヒートシンク６は、熱伝導性のよい材料、たとえばアルミニウム、または銅そのほかの金属製とする。半導体光源７は、発光ダイオード（いわゆるＬＥＤ）として形成されている。図示の実施例は自動車ヘッドライトとして形成された照明装置１を持つが、この実施例では、発光ダイオード７は白色光を送出するものとするのが好ましい。

図１ではライトモジュール５のそのほかの部品は示さない。そのほかの部品とは、たとえば個々のＬＥＤ７の前に配置された一次光学系であって、たとえば集光光学系として形成されているものである。この集光光学系は、通常は光入射面と光発射面とを持ち、集光光学系に入射した光が全反射によって集束されて、発射面からふたたび出て行く。またライトモジュール５は、二次光学系、たとえばリフレクタの形状のもの、好ましくは凹面リフレクタ（反射モジュールにおいて）の形状のもの、または投光レンズ（投光モジュールにおいて）の形状のものを含む。ＬＥＤ７から送出された光線は、二次光学系によって調節されることにより、状況によってはカバーガラス４の光学素子と協働して、照明装置１の希望の配光を生じるようになる。またライトモジュール５は、上端部つきのシェードを備え、この上端部は投光レンズによって、自動車の走行路面に明暗の境界として投影される。

ヘッドライトハウジング２の内部にはそのほかに、十分に周りを閉じられた空気ダクト８が形成され、この空気ダクト中にヒートシンク６が少なくとも１つ設けられている。図示した実施例では、特にヒートシンク６の冷却フィン６’が、空気ダクト８の内部に設けられている。空気ダクト８は、縦に延びる本体と、両端部に１つずつ排出口８ａ、８ｂとを備える。空気ダクト８の背壁のほぼ中央に空気取入口８ｃが形成され、この取入口の前にファン９が設けられている。ファン９は、好ましくはクロスフローファンとして形成されて、空気１０をヘッドライトハウジング２の内部から吸い込み、空気ダクト８に送る。吸い込まれた空気１０は、空気ダクト８の内部で、２つのたがいに反対方向の空気流１１ａ、１１ｂに分かれる。空気流１１ａ、１１ｂは、空気取入口８ｃから両側の空気排出口８ａ、８ｂに向かって搬送され、空気排出口８から外に出る。空気ダクト８から外に出る空気を、参照番号１２ａ、１２ｂで示した。

本発明による照明装置１の場合に特に有利なのは、十分に周りを閉じられた空気ダクト８が、ヘッドライトハウジング２の内部に設けられ、そしてライトモジュール５のヒートシンク６から熱を排出するため、空気流１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂがこの空気ダクトを通り、ハウジング２内部の熱対流に依存することなく、厳密に規定され、指定された経路に沿って搬送されることである。冷却空気流のこの的を絞った方向付けは、適切な空気案内手段、たとえば十分に周りを閉じられた空気ダクト８によってのみ可能である。従来の技術は、ヘッドライトハウジング２の内部にある空気全体が、いずれにせよ多かれ少なかれコントロールされずに、ＬＥＤの十分な冷却を得るための運動状態に維持される。本発明はこの従来の技術とは異なって、経路と方向が固定される代わりに、運動状態に維持される空気は比較的小量であって、こうして可能な限りわずかの手間で、可能な限り効果的かつ効率的なヒートシンク冷却が得られる。ヒートシンク６の冷却がいちじるしく効果的となるため、ヘッドライト１の取り付けスペースを小さくすることも可能である。まず、ヒートシンク６の十分な冷却を得るのに、ハウジング内部における空気量はよりわずかなもので十分である。次に、空気流１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの比較的わずかな空気量を運動状態に維持して、ヒートシンク６に十分な冷却を得るのためには、ただ１つのファン９で十分である。

ヒートシンク６は、その上に配置されたＬＥＤ７やそのほかのライトモジュール５、たとえば曲線道路用ＡＦＳ機能を実現するためのライトモジュールとともに、ほぼ水平に延びる旋回軸１４を中心として２本の矢印１３の方向に旋回可能に形成することができる。空気ダクト８はこの場合、好ましくはヘッドライトハウジング２に場所を固定して取り付け、旋回軸を中心に旋回できないものとする。したがって曲線道路用ＡＦＳ機能の場合、ライトモジュール５またはヒートシンク６が、空気ダクト８に対して相対的に動く。ライトモジュール５のヒートシンク６が、空気ダクト８の中を自由に２本の矢印１３の方向に動けるようにするため、空気ダクト８の前側の隔壁８ｄに１つの開口を形成して、ヒートシンク６またはヒートシンクの一部分、特に冷却フィン６’が、空気ダクト８の内部に突出できるようにする。前側隔壁８ｄのこの開口は、この場合非常に大きいものを選択して、ヒートシンク６は、旋回軸１４を中心に空気ダクト８に対して自由に動ことができるよう、そして曲線道路用ＡＦＳ機能機能を満足できるようにする。

空気ダクト８が十分に周りを閉じられるよう、空気ダクト８の前側隔壁８ｄに形成された開口の少なくとも一部分を密封することが考えられる。これはたとえば弾性あるシールリップを用いて行い、シールリップがヒートシンク６から押し付けられて、その結果として、ヒートシンク６は、空気ダクト８が十分に密封されているにもかかわらず、空気ダクトの中を自由に動くことができるようにする。さらにはたとえば、ヒートシンク６のまわりに、ラジアルカラーを形成することも考えられる。このカラーは、空気ダクト８に対するヒートシンク６の相対位置に依存することなく、前側隔壁８ｄに形成された開口全体を常に覆う。こうして、ヒートシンク６が空気ダクト８に対して相対的に矢印１３の方向に動くとき、ヒートシンク６のラジアルカラーは、空気ダクト８の前側隔壁８ｄに対して相対的に動く。ヒートシンク６のラジアルカラーと、空気ダクト８の前側隔壁８ｄとの間には、間隔を形成して、空気ダクト８に対して相対的にヒートシンク６が自由に動けるようにする。この間隔はできるだけ小さいものを選び、空気ダクトが十分に密封されるようにする。これと異なる方法または追加的な方法として、この間隔の中にシール手段、特にはシールリップの形状のシール手段を設けることもできる。

したがって本発明にいう「十分に周りを閉じられている」とは、空気ダクトが気密に密封されていることではない。いずれにせよ空気ダクトは、空気排出口８ａ、８ｂがあるので気密ではない。空気排出口８ａ、８ｂに加えて、そのほかにも開口を空気ダクト８の隔壁に設けて、たとえばライトモジュール５の部品、特にはヒートシンク６またはヒートシンクの部品、特には冷却フィン６’を、空気ダクト８の内部に案内することができる。したがって本発明にいう「十分に周りを閉じられている」とは、空気ダクトの内部に空気取入口８ｃから空気排出口８ａ、８ｂまでの空気流、それによってヒートシンク８の十分な冷却が得られる空気流を生じて維持できる程度に、空気ダクト８が密閉されていることをいう。重要なのは、空気流が１つの方向を持ち、その方向は、主として空気ダクト８の形状と配置によって決定されるが、そのほかの要因、たとえばヘッドライトハウジング２の内部の対流によっては決定されないことである。

本発明によって、新しい種類の高出力ＬＥＤを十分に冷却する前提条件が得られる。これは、そのようなＬＥＤ仕様、特に最高動作温度に関する仕様を、ヘッドライト動作中に継続して遵守するためである。新世代高出力ＬＥＤを技術的に投入するには、動作中に生じる損失エネルギーを確実に排出できるようにするため、効率的な温度管理が必要である。このようなＬＥＤは、今日ではＬＥＤ１個当たり数ワットの出力を持ち、この出力の大部分が熱として排出される。ここでマルチチップＬＥＤを使用する場合、たとえばＬＥＤマザーボード上で１ワット〜１０ワット／ｃｍ²の出力密度を生じる。本発明の照明装置１は、ハイパワーＬＥＤを持つコンパクトなモジュラー光源を備え、この光源は、強制された空気流によって能動的に冷却される。ヘッドライトに設けられた高出力ＬＥＤの継続的動作はこれにより初めて可能となる。

それだけではなく、ヘッドライトハウジング２に対する空気ダクト８の相対的配置が固定されているので、曲線道路用ＡＦＳ機能内で動かされるライトモジュール５の質量が軽減される。このためより早い位置調整速度および／またはより小さい寸法の駆動装置を用いることができる。

ＬＥＤ７を効率的に冷却することにより、設計上まったく新しい可能性が得られる。何故ならば、ＬＥＤ７は熱排出が改善されているので、従来よりもたがいに近く並べて配置できるからである。ファン９はさまざまな取付け方ができるので、取り付けスペースを個別のケースに合わせて良好に利用することができる。本発明の照明装置１はモジュラー構造であって、それにより、ヘッドライト１におけるライトモジュール５全体の広く一般的な交換が可能となる。たとえば照明機能を付け加えるため、修理のため、より高性能またはほかの色のＬＥＤ７でアップグレードするための交換である。そのほかヘッドライト１のある特定の部品を加熱するため、特にカバーガラス４を加熱するために、的を絞って高温空気流１２ａ、１２ｂを用いることができる。これによりたとえば冬季間、カバーガラス４外面の除霜を簡単な手段で実現できる。さらには、ファン９によって強制されたヘッドライトハウジング２中の空気循環を、ほかの（通常は受動的に冷却される）エネルギー消費デバイス、たとえば制御ユニットを効率的に冷却するため、目的に合わせて利用することができる。また熱移動を早める本発明の冷却を、サーモサイホン、ヒートパイプ、および／またはペルティエ素子と組み合わせることも考えられる。

ＬＥＤメーカーが指定した最高許容障壁層温度（限界温度）を遵守するためには、それ自体指定された周囲温度、ハウジング温度、ＬＥＤの出力だけでなく、空気ダクト８の熱抵抗も重要である。熱抵抗が十分に小さい場合、ＬＥＤの動作温度は、メーカー指定の限界温度以下となる。

本発明による照明装置１の下記の実施形態によって、空気ダクト８の熱抵抗を、自由な対流の場合に典型的な約５Ｋ／Ｗから、１Ｋ／Ｗへとあきらかに下げて、ＬＥＤ７を最高出力かつ最高光度で動作させることができる。

高出力ＬＥＤ７は金属製ヒートシンク６に固定される。ファン９はヒートシンク８の所望の取入口に固定される。図２ａ、図２ｂに示した実施例では、ヒートシンク６はすでに空気ダクト８の２つの隔壁（前側と後側）を形成する。空気ダクト８を、十分に周りを閉じられたものとして形成するには、背壁８ｅとカバー８ｆとを、ヒートシンク６または冷却フィン６’に設けるだけでいい。そうすれば十分に周りを閉じられた空気ダクト８が得られる。吸い込まれた空気１０を、次にファン９が空気取入口から空気ダクト８に吹込み、加熱された空気１２は、空気ダクトから空気排出口を通って外に出る。

ＬＥＤ７をスイッチオンするとヒートシンク６が加熱されるが、このヒートシンクは、たとえばアルミニウム合金または銅合金からなる。ファン９をスイッチオンすると、空気ダクト８に空気流が生じるので、熱伝導によってヒートシンク６内を運ばれたエネルギーは、貫流する空気に放出される。

冷却フィン６’の幾何的形状（厚さ、フィン間隔、フィン長さ）に応じて、またファン９の選択（空気の体積流）、ヒートシンク材料の選択（熱伝導度）、空気流に対するＬＥＤ７の長さ（熱流に影響する材料厚さ）に応じて、与えられたＬＥＤの出力に対する空気ダクト８の熱抵抗を、１Ｋ／Ｗ以下とすることができる。これにより今日のＬＥＤ７がヘッドライト動作中に過熱するのを、確実に防止することができる。この場合、最高８５℃までの周囲温度が支配しているのが通常である。

空気ダクト８の排出開口から流出する高温の空気は、配置または空気ダクト８の形状を相応のものとすることによって、空気ダクトの出口側で、フルＬＥＤヘッドライト１のカバーガラス４の除霜に用いれば効果的である。古典的な自動車光源たとえばハロゲンランプ、またはガス放電ランプと比較して、ＬＥＤ７に与えられた特性から、「冷たい光源」として８００ｎｍより長い波長領域でほとんど熱線を放出しないようにする必要が生じる。その例外は、波長８５０ｎｍが典型的な赤外線ＬＥＤだけである。

図２ａ、図２ｂの実施例は、ＬＥＤベースのハイビームモジュールを示す。リフレクタ（ここには図示しない）は、水平に方向付けされた２つの高出力ＬＥＤ７の上に設けられている。中央に取り付けられたもう１つのＬＥＤ７は、出力がより小さく、前方に向けられて、ポジションライトまたはコーナリングライトのために用いることができる。

図２ａ、２ｂに示す実施例は、取り付けスペースが制限されている特殊な例である。ヘッドライトハウジング２の中、または自動車のフロントエンドに十分なスペースがある場合には当然のことであるが、両高出力ＬＥＤ７の下に空気ダクト８を直接配置して、熱的に効果的な解決を実現することができる。個々の冷却フィン６’に着目し、冷媒の体積流を所与の条件として受け入れるならば、フィン６’を通る熱流は、使用されている冷却フィン材料と冷却フィン断面積に依存する。この冷却フィン断面積は、フィン断面の縦横の積から得られる。冷却フィン６’が長ければ長いほど、得られる冷却フィン表面積はそれだけ大きくなる。ある特定のフィン長さ（フィン長さの限界）を超えると、フィン表面から空気に移動する熱エネルギーは、もはや増加しなくなる。なぜならば、フィンの足の材料断面積が熱流を制限するからである。

ここで、計算または実験により得られた最適な冷却フィン６’長さを持つヒートシンク６のフィンジオメトリーを、ファン９の多くの場合比較的小さい吹き出し断面積に適合させるという、技術上の問題が課される。図２ａ、図２ｂに示す実施形態は、フィン６’を斜め位置とすることによってこの問題を解決する。これにより、背後の取り付けスペースが制限されていても、冷却に重要な「中央」の冷却フィン、すなわち最適な長さを持つ冷却フィンを実現することができる。ファン９の流れプロフィールから観察すると、これにより冷却フィン６’は、空気の最大質量流領域に位置する。

フィン６’を斜め位置にしても、空気ダクト８より上の領域が流れ技術的にブロックされないよう、取入口より上にあるフィンを斜めに切り取る。横断面で見ると、得られた空気ダクト８は、ヒートシンク６の高さ全体にわたって、空気流を均一に配分する。

図３ａ、図３ｂはもう１つの実施形態を示す。この実施形態は、たとえば背後の領域がヘッドライトハウジングによって区切られているため、取り付けスペースが狭い場合に適する。これらの図はロービームモジュールを示し、この場合、各１個のハイパワーＬＥＤ７（上部と下部。リフレクタは図示しない）が基準光配光を、そして中央の３つのＬＥＤ７がスポットライト生成を受け持つ。投光レンズの形態である中央３つのＬＥＤ７の二次光学系も、図３ａ、図３ｂでは、全体を見やすくするため図示していない。空気ダクト８が湾曲した形状であるため、この実施形態は特に曲線道路用ＡＦＳ機能に用いるのに適している。何故ならば、ライトモジュール５が旋回する場合、背後に追加的な取り付けスペースを必要としないからである。しかし空気ダクト８を貫流する際に空気の加算的温度上昇が生じるのは、それ自体は不利なことであるが、図示の実施例のように、それほど多くないＬＥＤ７が前後に並べて配置され、熱伝導性のよい材料をヒートシンク６に用いる限り、この空気の加算的温度上昇に問題はない。この構造を静的なコーナリングライトに用いることも可能である。なぜならばこの場合、かならずしもすべてのＬＥＤ７が、比較的長期間同時に発光するわけではなく、したがって加算的温度上昇はそれほど大きな問題にならないからである。

図３ａ、図３ｂに示した実施形態の場合、ヒートシンク６または冷却フィン６’に対しては、３方向、すなわち上方、前方、下方に空気ダクト８の境界がある。十分に周りを閉じられた空気ダクト８を実現するには、取り付け済みのヒートシンク６または冷却フィン６’に、背壁８ｅを、好ましくはプラスチック製の背壁をかぶせるだけでよい。そこで得られる空気ダクト８（もちろんファン９が空気を空気ダクト８の内部に送り込む空気取入口と、２つの空気排出口８ａ、８ｂを除く）はしたがって十分に周りを閉じられている。空気ダクト８に空気流を案内することにより、この実施例の場合、高温の排気が前方のカバーガラス４に的を絞って送られ、これにより周囲との良好な熱交換が得られ、そしてカバーガラス４の局部的な霜形成が防止される。

図４ａ、図４ｂに記載するもう１つの実施例は、上記２つの実施例と比較すると、特に次の点ですぐれている。すなわち、空気流をこの例では２つの排出口８ａ、８ｂに配分することによって、個々のＬＥＤ７に大きな加算的温度上昇は生じない。それだけでなくヒートシンク６の「内側」のＬＥＤ取付面６ａは、直接に空気を吹きあてられて、特に効率的に冷却される。

空気流１１ａ、１１ｂを配分することによって、カバーガラスで除霜可能な範囲が、図３ａ、図３ｂの実施例の場合よりも大きくなる。図４ａ、図４ｂの実施例によれば、ＬＥＤ７の個数と配置に応じて、２個以上の空気排出口８ａ、８ｂを持つライトモジュール５を実現することができる。対応する実施例で空気ダクト８を十字形に形成したものの例を図５に示した。個々の空気ダクトまたは部分ダクトいずれについても、長さと断面をこれと異なるものとすることができる。したがってさまざまに異なるＬＥＤ出力、およびヘッドライトハウジング２の内部で利用できる取り付けスペースに対して、個別の条件に合わせて適合を行うことができる。

図２ａ〜図５に示した実施形態すべてに共通なのは、ファン１９を、空気取入口８ｃに対する角度、または冷却フィン６’のジオメトリーに対する角度０°〜３６０°で、ほとんど同じ効率で回転させることができる点である。これにより、ヘッドライト１に吸い込まれる空気の方向を制御することができる。ファン９を吹き出し動作に利用するのは、吸い込み動作と比べると、ＬＥＤ７の加熱された排気が、ファン９に直接当たることがないという利点がある。これによりファンの寿命が向上し、あるいはファン９を選択するときすでに、耐熱性は低くても有利なバリエーションを採用することができ、これによりコスト上の利点が得られる。すべてのライトモジュール５において、ヒートシンク６の冷却フィン６’を、その技術的機能によってだけではなく、ヘッドライト１の意匠要素として用いることができる。

図６ａ〜図２４の実施例をこれから詳しく説明するが、これらは、本発明の照明装置のさまざまな実施形態を示す。これらの実施形態の場合、図１の実施例と同様にライトモジュール５をヒートシンク６とともに、空気ダクト８に対して相対的に動かすことができる。これは、たとえば曲線道路用ＡＦＳ機能を実現するためである。可動型のライトモジュール５を能動的に冷却する１つの方法は、空気ダクト８およびファン９を、ヒートシンク６およびそのほかのライトモジュール５とともに動かすことである。しかしこの種の実施形態は、比較的大きな質量を動かさなければならず、したがって特に強力なサーボモータを用いなければならない、および／または比較的遅い位置調整加速度しか得られないという、欠点を持つこととなる。可動型のライトモジュール５を能動的に冷却するもう１つの方法は、固定されたファン９を、ヒートシンク６に固定された柔軟な空気ダクト８と、組み合わせて用いることである。しかしこれによれば、サーボモータで比較的大きな力を加えなければならず、曲線道路用ＡＦＳ機能の機能安定性は得られないことになる。

図６ａ〜図２４の実施例からは、ライトモジュール５に組み込まれた新しい種類の高出力ＬＥＤを、十分に冷却するための前提条件が得られる。それは特にＬＥＤ光源７を備えて動的に旋回する曲線道路用ＡＦＳモジュールを、十分に冷却するためである。本発明はこれをできるだけ安価な費用で実現し、その際、機能安定性が同時に得られる。さらには本発明による照明装置１のここに説明する各実施形態は、たがいに独立した複数のＬＥＤライトモジュール５が、動的に旋回する曲線道路用ＡＦＳモジュールと組み合わされた場合でも、これをただ１つのファン９で冷却する可能性を開く。

本発明の１つの重要な視点は、固定されたライトモジュール５のため、および動的可動型の曲線道路用ＡＦＳモジュールのため、ファン９を用いて高出力ＬＥＤ７を能動的に冷却し、その際、曲線道路用ＡＦＳモジュールのヒートシンク６が空気ダクト８の中を動くことである。ヒートシンク６と空気ダクト８はこの場合、これら両部品の接触を生じないように配置されている。そのほか複数のライトモジュール５も、ファン９を持つ空気ダクト分配装置によって冷却される。固定型のライトモジュールと可動型のライトモジュール５とを、組み合わせることも可能である。これは最小限の取り付けスペースで実現することができる。

この能動的な冷却を行うことによって、ＬＥＤ７を、すべての動作状態において、そして要求される温度領域全体にわたって、最大出力で動作させることができる。ライトモジュール５は可動型のものも固定型のものも、１つのファン９で冷却することができる。曲線道路用ＡＦＳモジュール５の常に動いているヒートシンク６によっても、ＬＥＤ７の強い冷却が可能である。曲線道路用ＡＦＳモジュール５で動かされる質量は、最小限まで軽減される。何故ならばファン９と空気ダクト８が、そのほかのライトモジュール５から分離されて配置されているからである。空気ダクト８またはファン９へのヒートシンク６の割り当てが無接触で行われるので、曲線道路用ＡＦＳモジュール５の運動を妨げるものは生じない。曲線道路用ＡＦＳモジュール５のサーボモータは比較的小さい力を生じればよいので、コスト軽減が得られる。ヒートシンク６とＬＥＤ７を強く冷却するにもかかわらず、最小限の取り付けスペースがあればよい。複数のＬＥＤライトモジュール５に対してファンはただ１つで済むので、本発明の照明装置１によってコストが軽減される。もう１つのコスト軽減は、空気ダクト８が同時に支持部品としても使用できることによって得られる。

図６ａ〜図９ｂは、本発明による照明装置の第１の実施形態を、さまざまな視点から見たものを示す。曲線道路用ＡＦＳモジュール５は、前方に向けられた３つのＬＥＤ７と、集光光学系１５である一次光学系とを含むヒートシンク６を備える。この集光光学系は、内部のフレーム１６に固定されている。内部のフレーム１６は、垂直な旋回軸１４を中心として旋回できる状態で、外側の支持フレーム１７に取り付けられている。この支持フレームは、たとえば垂直な方向を調節可能な状態で、ヘッドライトハウジング２に取り付けられている。それに対応する軸受箇所に参照番号１７ａ、１７ｂを付したが、したがって、図示のライトモジュール５は外側の支持フレーム１７とともに、取り付け箇所１７ａ、１７ｂを通る水平軸を中心として旋回可能である。この旋回は、たとえばロー／ハイビームＡＦＳ（ＡＬＷＲ）のために行うものである。

空気ダクト８は、上側、背後側、下側だけに隔壁を持つ。空気ダクト８の前部隔壁８ｄは全体が、図８ａ〜図９ｂの実施例の場合開放されている。ヒートシンク６の一部分、特に冷却フィン６’は、この開口を通って空気ダクト８の内部に突出する。空気ダクト８は前側を開放されているにもかかわらず、この実施形態の場合も、十分に周りを閉じられた空気ダクト８ということができる。ファン９を用いてヘッドライト１内のＬＥＤ１７を能動的に冷却することは従来の技術から公知であるが、これと比較すると、図６ａ〜図９ｂの実施形態による空気ダクトによって、次のことが可能となる。すなわち、ヒートシンク６の冷却フィン６’の領域において、的を絞ったそして局部的に限定された空気ダクトを形成し、この空気ダクトによって、ヒートシンク６とＬＥＤ７を特に効果的に冷却することができる。ファン９によって、ヒートシンク６の背面は冷却フィン６’の領域に、直接に空気を吹き付けられる。空気ダクト８の上側の隔壁と下側の隔壁があるので、ファン９によって空気ダクト８の内部に吹込まれた空気は、上方または下方に逃げることができず、したがって空気ダクト８の縦に延びる本体に沿って流れるよう強制される。この場合強制案内された空気流が、ヒートシンク６の冷却フィン６’の全長に接触して流れ、特に効率的な熱排出が可能となる。ファン９の寸法設計と空気ダクトの形状および寸法とは、次のようなものを選択しなければならない。すなわち、ヒートシンク６より上または下でヒートシンク６と空気ダクト８との間に間隔があって、そこから空気が逃げてこの空気はヒートシンク６のさらなる冷却に利用できなくても、そして周囲温度が高い場合でも、ヒートシンク６と発光ダイオード７とを信頼性をもって確実に冷却できるようなものを選択する。

曲線道路用ＡＦＳモジュール５と、ファン９を備える空気ダクト８とは、共通の支持フレーム１７に固定されているので、両部品同士正確な割り当てが可能である。空気ダクト８は、曲線道路用ＡＦＳモジュール５のヒートシンク６を、できるだけ小さい間隔をはさんで３つの側面から囲む。ヒートシンク６と空気ダクト８が無接触であることにより、曲線道路用ＡＦＳモジュール５の自由な可動性が得られる。このモジュールは車両走行中、垂直な旋回軸１４を中心として、左右両側に動的に旋回させることができる。ヒートシンク６は、旋回軸１４に垂直に配置された冷却フィン６’を持ち、旋回動作中は、Ｕ字形に湾曲した空気ダクト８の内部を動く。空気ダクト８の湾曲の中心となる軸は、旋回軸１４と合同なのが好ましい。空気ダクト８の長さは、その両端をヒートシンク６の旋回角度に合わせてあるので、どの長さにおいても十分な貫流とヒートシンク６の冷却が得られる。ヒートシンク６の背後のエッジと、空気ダクト８の垂直に立つ背壁とは、曲線道路用ＡＦＳモジュール５の旋回軸１４を中心とする半径を描くものとして形成される。ファンから来た冷却空気は、背後からヒートシンク６に吹き付けられ、ヒートシンクを両方向に貫流する。ファン９は任意の位置に配置することができ、その場合、空気ダクト８は相応に適合される。

図７は、外側の支持フレーム１７において、旋回軸１４を中心とする内部支持フレーム１６の取り付け細部を示す。２つの取り付け箇所に参照番号１８を付した。そのほか図７には、集光光学系である一次光学系１５を、ＬＥＤ７の前にどのように配置するかを、分かりやすく示す。ファン９が空気ダクト８に送り込む空気に参照番号１１を付した。

図９ａは曲線道路用ＡＦＳモジュール５を示すが、このモジュールは、送出された光線の主要伝播装置を、光軸１９に平行なものとして備える。モジュール５の光軸は、垂直な旋回軸１４を通る。図９ｂは、曲線道路用ＡＦＳモジュール５が、光軸に対して角度αだけ旋回したポジションにあるものを示す。ライトモジュール５が送出した光線の主要伝播装置は、光軸１９と垂直な旋回軸１４の交点を通って延びる。

本発明による照明装置のもう１つの実施形態を図１０ａ〜図１１記載する。この場合のライトモジュール５は、図６ａ〜図９ｂの実施例に、反射モジュールの形態を取る１つ以上のライトモジュール５ａを追加したものを示す。この反射モジュールは、ライトモジュール５の上に配置された凹面リフレクタ２０を含む。２つのライトモジュール、すなわち投光モジュール５と反射モジュール５ａとのための冷却空気を、この場合ファン９がすべての機能のために供給し、個々のモジュール５、５ａへの空気供給にただ１つの空気ダクト８を用いる。すべてのヒートシンク６を、課された要件に対応して空気が貫流するよう、それによりライトモジュール５、５ａ全体ですべてのＬＥＤ７に十分な冷却が得られるように、空気ダクト８を形成する。図１０ａ〜図１１は、動的可動型の曲線道路用ＡＦＳモジュール５と、リフレクタ２０を持つ固定されたライトモジュール５ａとを組み合わせたものの冷却を示す。しかし反射技術または投光技術において、固定型のライトモジュールと可動型のライトモジュールは、このほかの任意の組み合わせも可能である。

図１２〜図１８ｂは第３の実施形態を示す。この実施形態の場合、ライトモジュール５、空気ダクト８、ファン９は、１つの共通な外側の支持フレーム１７に固定されている。ＬＥＤ光源７と一次光学系１５とヒートシンク６とを含むライトモジュール５はこの場合、内部の支持フレーム１６の中で垂直な旋回軸１４を中心に旋回可能な状態で、外側の支持フレーム１７に保持されている。空気ダクト８とファン９とは丈夫な支持フレーム１７に場所を固定されて取り付けられている。支持フレーム１７自体は、取り付け箇所１７ａ、１７ｂを介して、ほぼ水平な軸を中心に旋回可能な状態で、ヘッドライトハウジング２の中に配置されている。曲線道路用ＡＦＳモジュール５のヒートシンク６は、旋回軸１４に平行に延びる冷却フィン６’を持つ。これにより冷却フィン６’に垂直方向から自由に吹き付けながら、空気貫流を行うことができる。空気ダクト８を形成するにあたっては、ヒートシンク６の下にある細いスリット状の吹き出し口８ｇから（図１３、１５を参照）、空気を冷却フィン６’に向かって吹き出して、方向付けされた空気流を冷却フィン６’に沿って生じさせる。この場合の冷却原理は、受動的な冷却法（自由な対流）の場合と同じ作用形態であるが、ファン９を用いることと、空気ダクト８における開口８ｇからシートシンク６に吹き付けることとによって、はるかに効果的となる。したがってヒートシンク６を、受動的な冷却だけを行う場合よりも小さく形成することができる。吹き出し口８ｇを相応の形状とすることにより、流れ出す冷却空気の方向と量を、最適な冷却作用を得られるよう的を絞って調節できる。この実施形態の場合も冷却空気は、ファン９を出発して、空気ダクト８を経由し、的を絞ってヒートシンク６に案内される。

ヒートシンク６と空気ダクト８が無接触であることにより、ハウジング２に固定された空気ダクト８に対して、曲線道路用ＡＦＳモジュール５が自由に運動できるようになる。このモジュールは走行中、垂直な旋回軸１４を中心として、左右両方向に角度αを動的に旋回できる（図１８ａ、図１８ｂを参照）。空気ダクト８の長さは、その両端部がヒートシンク６の旋回角度αに合わせてあるので、いかなる長さにおいても、十分な貫流と冷却が得られる。そのほか、この実施形態によるライトモジュール５は、垂直方向にも動かすことができる（たとえばロー／ハイビームＡＦＳ：ＡＬＷＲ）。

図１０ａ〜図１１の実施形態に関連して説明したものと同じく、図１２〜図１８ｂの実施形態の場合も、固定型および／または可動型ライトモジュールを任意の個数、さまざまに組み合わせ、配置したものを、ファン９により空気ダクト８を介して冷却することができる。図示の実施例では、支持フレーム１７の横に、固定型のライトモジュール５ｂがもう１つ配置されている。このもう１つのライトモジュール５ｂのヒートシンク６は、冷却フィン６’が冷却空気によって冷却され、その冷却空気は空気ダクトの横にある排出開口から流れ出る。このもう１つのライトモジュール５ｂのヒートシンク６は、空気ダクト８のもう１つの排出口の直前に配置される。このもう１つのライトモジュール５ｂと空気ダクト８とは、支持フレーム１７に固定取り付けされているので、理論的にはヒートシンク６と空気ダクト８がたがいに接触することもありえる。このもう１つのライトモジュール５ｂのヒートシンク６を、空気ダクト８の中に配置することも考えられる。

図１９〜図２４は、本発明による照明装置１のもう１つの実施形態を示す。この照明装置１はいわゆるマルチチャンバ型リフレクタ２１を備える。図１９はこのリフレクタを背後から見た図、図２０は前から見た図である。リフレクタ２１は、図示の実施例の場合、並べて配置された３つのリフレクタチャンバ２２を持つ。いずれのリフレクタチャンバ２２にも、それぞれ１つ以上のＬＥＤ光源１７が配置されている。いずれのリフレクタチャンバ２２も、そのＬＥＤはそれぞれ１つのヒートシンク６に配置されている。全体として本発明による照明装置１のこの実施形態は、したがって並べて配置されて固定された３つの反射タイプのライトモジュール５ｃ、５ｄ、５ｅを持つ。

後ろ側の反射領域に配置された空気ダクトを形成するにあたっては、フランジ付けされたファン９を用いて、すべてのライトモジュール５ｃ、５ｄ、５ｅのヒートシンク６に、均一に冷却空気が供給されるように形成する。図２１は空気ダクト８を横斜め上から見た図を、図２２は背後の斜め下から見た図を示す。内部にフィン６’を持つダクトとしてヒートシンク６を形成することにより、取り付けスペースを小さくすると同時に、強制された流れと、ＬＥＤ７の非常に効果的な冷却とが得られる。したがってヒートシンク６は、図示の実施例の場合、いわば空気ダクト８の延長部となって、３つの排出開口に接続して配置されている。空気ダクト８は、製造方法に応じて、一体型にも複数の個別部品からでも製造することができる。空気ダクト８の形状によって、そしてまた内部に設けられた空気案内エレメントを用いれば、用いられるファン９はただ１つでも、すべてのヒートシンク６に均一な貫流を得ることができる。ヘッドライトハウジング２に位置調整装置が必要となった場合、空気ダクト８は、その形状によっては、支持部品としてライトモジュール（たとえばリフレクタ）をその位置調整装置に固定する機能を受け持つこともできる。

ヒートパイプ（「Ｗａｅｒｍｅｒｏｈｒ」とも言う）とサーモサイフォン（「ｄｏｃｈｔｌｏｓｅｓ Ｗａｅｒｍｅｒｏｈｒ（ウィックレス・ヒートパイプ」とも言う）は、クーラントの気化熱と凝縮熱を用いて高い熱流密度を得る熱交換器である。サーモサイフォンと比較すると、ヒートパイプは、熱を任意の方向に排出できるという利点がある。サーモサイフォンの場合とは異なって、ヒートパイプでのクーラント搬送は重力によって行われるのではなく、クーラントはたとえばヒートパイプ内壁の毛管作用を用いて、冷却されるべき箇所に導かれる。

ヒートパイプは、気密にカプセル密封されたパイプからなっていて、このパイプの内面は毛管（ウィック）で覆われている。熱源とヒートシンクとに対して１つずつ熱移動面が存在するようにして、このパイプを設ける。このパイプは気化しやすい液体を充填され、この液体が熱を運ぶ。

熱が作用すると、液体の気化が始まる。これにより、冷却されるべき材料から熱が奪われる。蒸気はパイプを通ってヒートシンク（冷却ゾーン）に流れ、そのときふたたび気化熱を排出して凝縮する。液体になった媒体は、毛管の中を高温ゾーンに戻り、ふたたび熱を吸収できる状態となる。毛管の動作によるヒートパイプは、無重力条件下でも機能し、人工衛星に用いられる。ヒートパイプは冷却装置にも使用でき、この冷却装置は宇宙空間で任意の方向の姿勢で使用できる。

ペルティエ素子は、ペルティエ効果に基づく電子的なユニットである（Ｊｅａｎ Ｐｅｌｔｉｅｒ（１７８５〜１８４５）による）。電流を流すと温度差を生じ、あるいは温度差があると電流を生じる。別称をＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ）ともいう。

本発明による照明装置であって、斜め前から見た透視図を示す図である。 本発明による照明装置のヒートシンクと空気ダクトの、もう１つの好ましい実施形態を示す図である。 本発明による照明装置のヒートシンクと空気ダクトの、もう１つの好ましい実施形態を示す図である。 本発明による照明装置のヒートシンクと空気ダクトの、さらにもう１つの好ましい実施形態を示す図である。 本発明による照明装置のヒートシンクと空気ダクトの、さらにもう１つの好ましい実施形態を示す図である。 本発明による照明装置のヒートシンクと空気ダクトの、さらにもう１つの好ましい実施形態を示す図である。 本発明による照明装置のヒートシンクと空気ダクトの、さらにもう１つの好ましい実施形態を示す図である。 本発明による照明装置のヒートシンクと空気ダクトの、さらにもう１つの好ましい実施形態を示す図である。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第１の好ましい実施形態を示す図である。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第１の好ましい実施形態を示す図である。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第１の好ましい実施形態を示す図である。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第１の好ましい実施形態を示す図である。 図６ａ〜図６ｄに記載した本発明による照明装置のライトモジュールを示す図であって、その一部は断面図である。 図６ａ〜図６ｄに記載した本発明による照明装置のライトモジュールを示す図であって、その一部は分解図である。 図６ａ〜図６ｄに記載した本発明による照明装置のライトモジュールを示す図であって、その一部は分解図で示す。 空気ダクトに対してヒートシンクが旋回運動中のとき、図６ａ〜図６ｄに記載した本発明による照明装置のライトモジュールを示す図であって、その一部は断面図で示す。 空気ダクトに対してヒートシンクが旋回運動中のとき、図６ａ〜図６ｄに記載した本発明による照明装置のライトモジュールを示す図であって、その一部は断面図で示す。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第１の好ましい実施形態を示す図である。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第１の好ましい実施形態を示す図である。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第１の好ましい実施形態を示す図である。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第１の好ましい実施形態を示す図である。 図１０ａ〜図１０ｄに記載した本発明による照明装置のライトモジュールを示す図であって、その一部は断面図で示す。 たがいに相対的に位置調整可能なヒートシンクと空気ダクトとを持つ、本発明による照明装置のライトモジュールの、第３の好ましい実施形態を示す図であって、それを斜め上から見た透視図で示す。 図１２に記載した本発明による照明装置のライトモジュールを、上から見た図である。 図１２に記載した照明装置のライトモジュールの空気ダクトを示す図であって、その一部は断面図で示す。 図１２に記載した照明装置のライトモジュールの空気ダクトを示す図であって、その一部は断面図で示す。 図１２に記載した照明装置のライトモジュールを示す図であって、その一部は分解図で示す。 図１２に記載した本発明による照明装置の空気ダクトを示す図であって、その一部は断面図で示す。 図１２に記載した本発明による照明装置のライトモジュールを示す図であって、ライトモジュールがさまざまな旋回ポジションにあるものを上から見た図を示す。 図１２に記載した本発明による照明装置のライトモジュールを示す図であって、ライトモジュールがさまざまな旋回ポジションにあるものを上から見た図である。 本発明による照明装置のもう１つの好ましい実施形態であって、並べて配置された複数のライトモジュールとヒートシンクを持つものを、後ろから見た透視図を示す図である（なおこの図は空気ダクトを省いている）。 本発明による照明装置の図１９に記載した実施形態を、斜め前から見た透視図である。 本発明による照明装置の図１９に記載した実施形態に、空気ダクトを附記して、斜め上から見た図である。 本発明による照明装置の図２１に記載した実施形態を、斜め下から見た図である。 本発明による照明装置の図２１および図２２に記載した実施形態であって、そのヒートシンクと空気ダクトの一部の水平断面図である。 本発明による照明装置の図２１および図２２に記載した実施形態の縦断面図である。

Claims (16)

1. ハウジング（２）と、
   前記ハウジング(２)に関して垂直の旋回軸（１４）の回りに旋回可能な、前記ハウジング（２）内に位置するライトモジュール（５）と、
   前記ハウジング（２）内に場所を固定されかつ長手方向の拡張を有する空気ダクト（８）と、
   前記空気ダクト（８）を通って空気を能動的に送る手段（９）と、
   を有し、
   前記ライトモジュール（５）は、ヒートシンク（６）と、熱排出のために前記ヒートシンク（６）に接続された少なくとも１つの半導体光源（７）と、を有し、前記ヒートシンク（６）の少なくとも一部は、前記空気ダクト（８）を通ってその長手方向の拡張に沿って運ばれる空気流（１１、１１ａ、 １１ｂ；１２、１２ａ、 １２ｂ）内に位置し、
   前記空気ダクト（８）は、前記ライトモジュール（５）に向きかつ開口を有する前壁（８ｄ）を備え、
   前記ヒートシンク（６）又は前記ヒートシンク（６）の部分が前記空気ダクト（８）の内部に前記開口を通って達し、
   前記ライトモジュール（５）が前記垂直の旋回軸（１４）の回りを旋回するとき、前記ヒートシンク（６）は、前記空気ダクト（８）に関して前記長手方向の拡張に沿って前記ライトモジュール（５）と共に移動する
   ことを特徴とする照明装置（１）
2. 前記ヒートシンク（６）が、前記半導体光源（７）を取り付けるための受け具を備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置（１）。
3. 前記ヒートシンク（６）が、照明装置（１）のリフレクタを取り付けるための受け具、照明装置（１）のレンズを取り付けるための受け具、および／または照明装置（１）のシェードを取り付けるための受け具を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の照明装置（１）。
4. 前記照明装置（１）が複数の半導体光源（７）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
5. 前記ハウジングは、光射出方向に向けられてカバーガラス（４）で閉じられた光射出開口を持ち、その際、空気流が、カバーガラス（４）の内側に沿って接触しながら流れるように、空気ダクト（８）がハウジング（２）内に配置され、かつ前記ヒートシンク（６）に沿って接触しながら流れる空気流（１２、１２ａ、１２ｂ）が方向付けされていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
6. 前記ハウジングは、光射出方向に向けられてカバーガラス（４）で閉じられた光射出開口を持ち、空気流が前記ハウジング（２）内に配置されたそのほかのエネルギー消費デバイスに沿って、接触しながら流れるように、空気ダクト（８）がハウジング（２）内に配置され、かつヒートシンク（６）に接触しながら流れる空気流（１２、１２ａ、１２ｂ）が方向付けされていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
7. 空気の流れの方向（１２、１２ａ、１２ｂ）で見て前記ヒートシンク（６）の後方に、少なくとも１つのヒートパイプ、少なくとも１つのサーモサイフォン、および／または少なくとも１つのペルティエ素子が配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
8. 前記シートシンク（６）が旋回軸（１４）を中心に湾曲しており、前記空気ダクト（８）の形がヒートシンク（６）の湾曲に対応することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置（１）。
9. 前記空気ダクト（８）が十字形に形成されていて、前記拡張に沿って延びる第１の部分ダクトと、前記拡張に垂直に延びるもう１つの部分ダクトとを持ち、その際、空気ダクト（８）の４つの端部すべてに開口が設けられ、十字形の交点にもう１つの開口が形成され、該もう１つの開口の前に、空気ダクト（８）を通して空気を送るための手段（９）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
10. 前記ヒートシンク（６）が冷却フィン（６’）を備え、この冷却フィン（６‘）は、空気ダクト（８）の少なくとも１つの隔壁に設けられた開口部を通って、空気ダクト（８）の内部に突出していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
11. 前記冷却フィン（６’）の本体が、空気ダクト（８）の前記拡張と平行に延び、前記冷却フィン（６’）は空気ダクト（８）の内部において、横断面で見ると斜めに設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の照明装置（１）。
12. 前記ヒートシンク（６）が空気ダクト（８）のスリット状の吹き出し口（８ｇ）の前に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
13. 前記ヒートシンク（６）の湾曲の中心となる軸と、ライトモジュール（５）の前記旋回軸（１４）とが一致することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置（１）。
14. 前記空気ダクト（８）の断面がほぼＵ字形であって、ヒートシンク（６）の少なくとも一部分が、Ｕ字形空気ダクト（８）の開かれた側の前方に配置され、この開かれた側は周囲が十分に閉じられていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
15. 前記照明装置（１）が複数のライトモジュール（５、５ａ、５ｂ）と複数のヒートシンク（６）とを備え、空気ダクトで運ばれた空気が、さまざまなライトモジュール（５、５ａ、５ｂ）の複数のヒートシンク（６）を冷却するために用いられるよう、空気ダクト（８）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の照明装置（１）。
16. 前記ヒートシンク（６）が、ライトモジュール（５）の前記旋回軸（１４）と平行に延びる冷却フィン（６’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置（１）。

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