JP5385670B2

JP5385670B2 - 車両用ｌｅｄ灯具

Info

Publication number: JP5385670B2
Application number: JP2009106653A
Authority: JP
Inventors: 邦彦関; 秀実田中; 拓齋藤; 誠治長谷川; 満安間
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: JP2010257760A

Description

本発明はＬＥＤを光源とする車両用ＬＥＤ灯具に関する。

半導体発光素子、例えばＬＥＤ素子（チップ）は、周囲温度や駆動（発光）時の自己発熱により温度が上昇すると、それに起因して発光効率が低下して発光量が減少すると共に劣化が促進されて寿命が短くなるといった、使用上不利に働く素子特性を有している。そこで、ＬＥＤ素子を良好な発光効率を維持しながら長期に亘って安定して駆動できるようにするためには、ＬＥＤ素子に何らかの放熱手段を設けて特に駆動時の温度上昇を抑制する必要がある。

その一方、ＬＥＤ（ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤランプ）は各種ランプに比較して一般的に小型、低消費電力、長寿命等の利点を有しており、従来この利点を利用してハイマウントストップランプ、ストップアンドテールランプ、方向指示灯等の車両用灯具の光源として使用されており、ＬＥＤを光源とする車両用前照灯も実現されている。

車両用ＬＥＤ灯具は一般的にアウターレンズとハウジングとによって灯室が形成され、その灯室内に光源となるＬＥＤが配置される。そしてＬＥＤに電力を給電することにより発光と同時に熱も発生し、その自己発熱によってＬＥＤ自体の温度が上昇する。その結果、ＬＥＤの発光効率が低下して灯具の照射光量が低減すると共に、配光性能の悪化によって極端な場合には灯具に要求される配光規格を満足しなくなる可能性もある。

そこで、上記問題の発生を防止する手段として、放熱構造を有する車両用ＬＥＤ灯具の提案がなされている。それは図６に示すように、アウターレンズ５０とハウジング５１により形成された灯室５２内の所定の位置に半導体発光素子を発光源とする光源ユニット５３がユニット支持体５３ａを介してハウジング５１に支持されると共に灯室５２外にハウジング５１に沿う導風ダクト５４を備えた構造を有している。

そして、半導体発光素子と熱的に接続されたヒートシンク６０の下方に、一方が灯室５２内に位置する放熱用ファン６１と他方が導風ダクト５４内に位置する駆動用ファン６２とからなる一対のファンが、ハウジング５１に回転可能に貫通支持された回転軸６３を介して連動保持されている。

このような空冷機構６４において、半導体発光素子の駆動時の発熱はヒートシンク６０に伝導され、ヒートシンク６０に伝導された熱は、導風ダクト５４内に導かれた車両走行風による駆動用ファン６２の回転が回転軸６３を介して伝達された放熱用ファン６１の回転で生じる空気流により灯室５２内に放散され、これにより半導体発光素子の自己発熱による温度上昇が抑制される。

その結果、半導体発光素子の発光効率の低下による発光量の減少が抑えられると共に、半導体発光素子の劣化による寿命の短縮を抑制することができる、というものである（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−３５３３５号公報

ところで、上記構成の車両用ＬＥＤ灯具においては、ヒートシンクが有する熱は密閉空間とされる灯室内に放散されるために放散熱によって灯室内の温度が徐々に上昇し、それに伴ってヒートシンクによる放熱効果が徐々に低下する。そのため、半導体発光素子の駆動時の温度上昇を十分に抑制することが難しく、半導体発光素子の温度上昇に起因する発光効率の低下による発光量の減少、半導体発光素子の劣化による寿命の短縮等の問題はいずれも残る。また、灯室内の温度上昇による高温環境は該灯室内に位置する放熱用ファンの寿命を低下させ、信頼性を損なう恐れもある。

更に、放熱用ファンが灯室内に位置することによって不具合あるいは寿命に際しての修理や交換作業が煩雑になり、作業に必要な時間が長くなる。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、信頼性が高く放熱効率が良好で万一の不具合に対する対処方法が簡易な放熱手段を有し、それによって半導体発光素子の駆動（点灯）時の自己発熱を効率よく放熱することにより該半導体発光素子の温度上昇を抑制し、よって半導体発光素子の温度上昇に起因する半導体発光素子の発光効率の低減による発光光量の減少を抑えると共に、同様に半導体発光素子の温度上昇に起因する半導体発光素子の劣化による寿命の短縮を抑制することが可能な車両用ＬＥＤ灯具を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、ＬＥＤ光源および前記ＬＥＤ光源に熱的に接続された放熱部材を有する光源ユニットを収容した、アウターレンズとハウジングで形成された灯室と、前記灯室から灯室外に延長されて再度前記灯室に至る通気路と、によって密閉構造の空気循環路が形成されてなる車両用ＬＥＤ灯具であって、前記通気路に、前記空気循環路に空気を循環させるためのファンを有した空気循環手段が設けられており、前記アウターレンズには、前記空気循環手段と気密に連通するように貫通孔が設けられ、前記空気循環手段は、前記灯室外の下方前部に前記アウターレンズを介して取り付けられており、前記通気路の少なくとも一部は前記ハウジングを気密に連通するように前記灯室内まで延設されたダクトであり、前記灯室内に位置する前記ダクトに設けられた吹出口から噴出する空気が直接前記放熱部材に当てられることで、該放熱部材が冷却されて前記ＬＥＤ光源の点灯時の温度上昇が抑制されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記灯室内に温度センサが設けられると共に前記灯室外に前記温度センサによる検知温度が設定温度以上になると前記空気循環手段を作動させる空気循環手段制御回路を有していることを特徴とするものである。

本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、ＬＥＤ光源およびＬＥＤ光源に熱的に接続された放熱部材を有する光源ユニットを収容した灯室と、灯室から灯室外に延長されて再度灯室に至る通気路とによって密閉構造の空気循環路を設け、通気路に設けられた空気循環手段により空気循環路を循環する空気によって放熱部材を冷却してＬＥＤ光源の点灯時の温度上昇を抑制するようにした。

その結果、信頼性が高く放熱効率が良好で万一の不具合に対する対処方法が簡易な放熱手段を有し、それによって半導体発光素子の駆動（点灯）時の自己発熱を効率よく放熱することにより該半導体発光素子の温度上昇を抑制し、よって半導体発光素子の温度上昇に起因する半導体発光素子の発光効率の低減による発光光量の減少を抑えると共に、同様に半導体発光素子の温度上昇に起因する半導体発光素子の劣化による寿命の短縮を抑制することが可能な車両用ＬＥＤ灯具を実現することができた。

本発明の実施形態に係る説明図である。本発明の実施形態に係る部分説明図である。本発明の実施形態に係る光学系の説明図である。本発明の実施形態に係る放熱系の説明図である。本発明の実施形態に係る部分説明図である。従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図５を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明に係る実施形態の説明図である。本実施形態の車両用ＬＥＤ灯具４０は灯具部１と循環ファンモジュール部２０とを備えており、それらは互いに連通する密閉空間を形成している。

灯具部１はアウターレンズ２とハウジング３により形成された灯室４内の所定の位置に光源ユニット５が支持された構成とされ、光源ユニット５の光学系の機能構造は、半導体発光素子（本実施例ではＬＥＤ素子）を発光源とするＬＥＤ光源６と、ＬＥＤ光源６が実装されたマウントプレート７と、マウントプレート７に連接されてＬＥＤ光源６を包囲する反射面を有すると共に一端を開口とするリフレクタ８と、リフレクタ８の開口前方に位置する投影レンズ９と、投影レンズ９を支持するレンズホルダ１０を備えている。これにより所望の配光パターンが形成される。このような光学系の機能構造は、上述の従来例の車両用ＬＥＤ灯具と同様である。

また、放熱系の機能構造は、ＬＥＤ光源６が実装されたマウントプレート７にヒートシンク１１が接触固定された構造となっており、このヒートシンク１１を放熱する放熱手段が灯具部１と循環ファンモジュール部２０とで構成されている。

循環ファンモジュール部２０は、循環ファンケース２１で囲まれた空間が循環ファン２２で仕切られて吸入側空間２３と排出側空間２４の２つの空間に分離され、循環ファン２２を正回転させたときに吸気側となる吸入側空間２３側の循環ファンケース２１に該循環ファンケース２１を貫通する吸入口１２が設けられ、同じく、循環ファン２２を正回転させたときに送風側となる排出側空間２４側の循環ファンケース２１に該循環ファンケース２１を貫通する排出口１３が設けられている。

そこで、灯具部１と循環ファンモジュール部２０とによるヒートシンク１１の具体的な放熱手段は、灯具部１の下前部に位置するアウターレンズ２に貫通孔１４が設けられ、該貫通孔１４と循環ファンケース２１の吸入口１２が気密に連通するように循環ファンモジュール部２０を灯具部１の下方前部にアウターレンズ２を介して取付けられている。

循環ファンモジュール部２０の排出口１３は通気ダクト３０の一方の開口端部３０ａに気密に接続され、通気ダクト３０の他方の端部３０ｂ側は灯具部１の下部に沿って延設されて灯具部１の下後部に位置するハウジング３に設けられた貫通孔１５に気密に挿通され、灯室４内においてヒートシンク１１の近傍に該ヒートシンク１１に沿って配設されている。

このとき、図２のように、灯室４内において通気ダクト３０のヒートシンク１１に沿う部分には、ヒートシンク１１に対向する側に複数の吹出口３１が設けられている。また、図１に戻って、灯室４内の所定の位置に温度センサ１６が配置され、該温度センサ１６の検知温度が設定温度以上になると循環ファン２２を駆動する循環ファン駆動制御回路（図示せず）に接続されている。

次に、光学系における光の様態および放熱系における熱の様態について説明する。

まず、光学系においては、図３に示すようにＬＥＤ光源６に電力が給電されて点灯すると、ＬＥＤ光源６からリフレクタ８に向かう光はリフレクタ８で反射されて前方の投影レンズ９方向に向かい、レンズホルダ１０内を導光されて投影レンズ９に至り、投影レンズ９で所望の配光に制御されてアウターレンズ２を介して車両用ＬＥＤ灯具４０の前方に照射される。

次に、放熱系においては、図４示すように放熱系は熱伝導系と空気循環系で構成されており、ＬＥＤ光源６が点灯するとＬＥＤ光源６は光を発すると共に熱も発生し、ＬＥＤ光源６で発生した熱（自己発熱）は熱伝導によってＬＥＤ光源６が実装されたマウントプレート７に移動し、同様に熱伝導によってマウントプレート７からヒートシンク１１に移動する。

一方、空気循環系は、灯室４内に配置された温度センサ１６が常時連続的あるいは断続的に灯室４内の温度を検出しており、検知された温度が循環ファン駆動制御回路に設定された温度以上になると該循環ファン駆動制御回路により循環ファン２２が駆動される。

すると、灯室４内の空気が灯具部１の貫通孔１４及び循環ファンモジュール部２０の吸入口１２を通して循環ファンモジュール部２０の吸入側空間２３内に吸気され、循環ファン２２の回転によって反対側の排出側空間２４に送られる。

そして、排出側空間２４に送られた空気は、一方の開口端部３０ａが循環ファンモジュール部２０の排出口１３に気密に接続され、他方の端部３０ｂ側が灯具部１の貫通孔１５に気密に挿通されて灯室４内においてヒートシンク１１の近傍に該ヒートシンク１１に沿って配設された通気ダクト３０に送られ、吹出口３１から灯室４内に噴出される（図２参照）。

つまり、車両用ＬＥＤ灯具４０には、灯室４、循環ファンモジュール部２０の吸入側空間２３、排出側空間２４、通気ダクト３０及び灯室４を順次循環する空気の密閉流路が形成されている。

このような熱伝導系と空気循環系とによる放熱系において、ＬＥＤ光源６の点灯時に発生して熱伝導によってヒートシンク１１に移動した熱は、通気ダクト３０の、ヒートシンク１１に沿う部分に設けられた複数の吹出口３１から噴出してヒートシンク１１の表面に吹き付けられた冷風に熱伝達によって移動し、ヒートシンク１１は強制空冷による放熱で熱を奪われて冷却され、マウントプレート７を介してＬＥＤ光源６の温度上昇が抑制される。

そして、ヒートシンク１１の表面で受熱した熱風は、循環ファン２２により灯室４内を経て循環ファンモジュール部２０の吸入側空間２３に吸引される。

このとき、車両用ＬＥＤ灯具４０の周囲環境は、前部側が大気側（Ａ）に位置するため低温環境領域（ａ）にあり、後部側がエンジンルーム側（Ｂ）に位置するため高温環境領域（ｂ）にある。そして、循環ファンモジュール部２０は車両用ＬＥＤ灯具４０の前部側に位置するためその周囲環境は低温環境領域（ａ）にある。

そのため、灯室４内から循環ファンモジュール部２０の吸入側空間２３に吸引された熱風は、該吸入側空間２３から循環ファン２２を介して排出側空間２４に送られて通気ダクト３０に送出されるまでの間、つまり、循環ファンモジュール部２０の吸入側空間２３内と排出側空間２４内にある間に周囲の低温環境領域（ａ）にある冷気との間で熱交換が行われ、冷気に熱が奪われて温度が低下する。

そして、循環ファンモジュール部２０で低温化された冷風は通気ダクト３０を通じてヒートシンク１１に沿う部分に送られ、複数の吹出口３１から噴出してヒートシンク１１の表面に吹き付けられてヒートシンク１１が強制空冷で冷却される。

このように、ＬＥＤ光源６及びＬＥＤ光源６にマウントプレート７介して熱的に接続されたヒートシンク１１を備えた光源ユニット５は密閉空間である灯室４内に位置するにもかかわらず、灯室４、循環ファンモジュール部２０の吸入側空間２３、排出側空間２４、及び通気ダクト３０で形成される循環流路を循環する空気によりヒートシンク１１が効率よく冷却され、それによってＬＥＤ光源６の温度上昇の抑制効果が効果的に発揮され、ＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の発光効率の低減による発光量の減少が抑えられると共に、同様にＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の劣化による寿命の短縮を抑制することが可能となる。

また、ヒートシンク１１の強制空冷用の循環ファン２２が低温環境領域（ａ）にあるために温度上昇が抑制され、寿命の低下が防止されて信頼性を損なうことがない。

万一、循環ファン２２が何らかの原因により不具合を生じた場合でも、循環ファン２２を有する循環ファンモジュール部２０が灯具部１とは別体に配設されているために灯具部１に係ることなく循環ファンモジュール部２０のみの修理、交換等の修復作業が可能であり、灯室４内の気密を維持したまま不具合の解消に向けて迅速な対処を行うことができる。

なお、図２のように、本実施形態では灯室４内においてヒートシンク１１の近傍に該ヒートシンク１１に沿う通気ダクト３０は複数に分離された状態で並設されているが、必ずしもこの状態に限られるものではなく、例えば、図５に示すように、灯室４内においてヒートシンク１１の近傍に該ヒートシンク１１に沿うように環状に配設することも可能である。

この場合も、ヒートシンク１１に沿う部分には、ヒートシンク１１に対向する側に複数の吹出口３１が設けられ、該吹出口３１から噴出した冷風がヒートシンク１１の表面に吹き付けられてヒートシンク１１が強制空冷で冷却される。いずれにしても、灯室４内における通気ダクト３０の配設形状に関わりなくヒートシンク１１の強制空冷が効率的に行われる状態にあればよい。

１灯具部
２アウターレンズ
３ハウジング
４灯室
５光源ユニット
６ＬＥＤ光源
７マウントプレート
８リフレクタ
９投影レンズ
１０レンズホルダ
１１ヒートシンク
１２吸入口
１３排出口
１４貫通孔
１５貫通孔
１６温度センサ
２０循環ファンモジュール部
２１循環ファンケース
２２循環ファン
２３吸入側空間
２４排出側空間
３０通気ダクト
３０ａ開口端部
３０ｂ端部
３１吹出口
４０車両用ＬＥＤ灯具

Claims

ＬＥＤ光源および前記ＬＥＤ光源に熱的に接続された放熱部材を有する光源ユニットを収容した、アウターレンズとハウジングで形成された灯室と、
前記灯室から灯室外に延長されて再度前記灯室に至る通気路と、によって密閉構造の空気循環路が形成されてなる車両用ＬＥＤ灯具であって、
前記通気路に、前記空気循環路に空気を循環させるためのファンを有した空気循環手段が設けられており、
前記アウターレンズには、前記空気循環手段と気密に連通するように貫通孔が設けられ、
前記空気循環手段は、前記灯室外の下方前部に前記アウターレンズを介して取り付けられており、
前記通気路の少なくとも一部は前記ハウジングを気密に連通するように前記灯室内まで延設されたダクトであり、
前記灯室内に位置する前記ダクトに設けられた吹出口から噴出する空気が直接前記放熱部材に当てられることで、該放熱部材が冷却されて前記ＬＥＤ光源の点灯時の温度上昇が抑制されることを特徴とする車両用ＬＥＤ灯具。
前記灯室内に温度センサが設けられると共に前記灯室外に前記温度センサによる検知温度が設定温度以上になると前記空気循環手段を作動させる空気循環手段制御回路を有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用ＬＥＤ灯具。