JP5385670B2 - 車両用led灯具 - Google Patents

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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
6 LED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 (2)

  1. 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。
  2. 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。
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