JP5481596B1

JP5481596B1 - 車両用ヘッドライトの冷却装置

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Publication number: JP5481596B1
Application number: JP2013211852A
Authority: JP
Inventors: シンランディープ; 正孝望月
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: US9188305B2; JP2015076275A; US20150098235A1; EP2860440A1; EP2860440B1

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源の冷却性能を向上させるとともに、ＬＥＤ光源を収容するハウジング形状の自由度を向上させる車両用ヘッドライトの冷却装置を提供する。
【解決手段】レンズ２とシールされているハウジング３の内部に収容されたＬＥＤ光源１１と、ＬＥＤ光源１１が放射する光を反射する反射板１２と、ＬＥＤ光源１１と当接する集熱部材１３と、反射板１２の背面側に配置されたヒートシンク１６と、集熱部材１３とヒートシンク１６とを熱交換可能に接続する二本のヒートパイプ１４，１５とを備えた車両用ヘッドライト１の冷却装置１００において、ヒートシンク１６はハウジング３の内部に収容されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、ＬＥＤ光源を用いた車両用ヘッドライトの冷却装置に関する。

従来、車両用ヘッドライトの光源としてＬＥＤを用いたものが知られている。この場合、十分な光量を得るためには多量の電流を要し、ＬＥＤ光源の発熱量が増大してしまう。しかしながら、ＬＥＤは耐熱温度が低く、使用可能な温度域が制限される。例えば、温度上昇によりＬＥＤの耐久性および輝度が低下する傾向にある。そのため、ＬＥＤ光源を採用した車両用ヘッドライトにおいて、高温での使用を避けるために冷却装置を備えていることが多い。

例えば、特許文献１には、発熱部となるＬＥＤ光源と放熱部であるヒートシンクとが、柔軟性の熱伝導部材を介して熱交換可能に接続された車両用ヘッドライトが開示されている。特許文献２には、ループ型ヒートパイプを介してＬＥＤ光源とヒートシンクとが熱交換可能に接続された構成が記載されている。特許文献１および特許文献２に記載された構成では、ヒートシンクのフィンがＬＥＤ光源を収容するハウジングの外部に露出している。

また、特許文献３には、ヒートシンクの上面にＬＥＤ光源が設けられ、そのヒートシンクがハウジングに形成された中央孔に取り付けられた構成が記載されている。そのヒートシンクの下部にはハウジングの外部に配置された冷却ファンが設けられており、この冷却ファンにより中央孔を介してヒートシンクを空冷するように構成されている。

特開２００９−８７６２０号公報特開２００６−１６４９６７号公報特開２０１０−１２９５４３号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載された構成では、ヒートシンクのフィンがＬＥＤ光源を収容するハウジングの外側に突出するように露出しているため、ハウジング形状において内部形状に対して外部形状が大型化してしまう。また、特許文献３に記載された構成では、冷却ファンを設けることによりユニット化されたヘッドライトの外部形状が大型化してしまう。

さらに、各特許文献に記載された構造では、ハウジングの一部壁面がヒートシンクを配置するために用いられているので、ハウジング外部形状が制約を受け、あるいはハウジング内部に他の構成を収容させることができないなど、ヘッドライトをユニット化する際に形状および配置の自由度が低下してしまう。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、ＬＥＤ光源の冷却性能を向上させるとともに、ＬＥＤ光源を収容するハウジング形状の自由度を向上させる車両用ヘッドライトの冷却装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、この発明は、レンズとシールされているハウジングの内部に収容されたＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源が放射する光を反射する反射部材と、前記反射部材の背面側に配置されたヒートシンクとを備え、前記ＬＥＤ光源が発光する際に生じる熱を内部に作動液が封入されているヒートパイプによって前記ハウジングの内部に収容されている前記ヒートシンクに輸送するように構成された車両用ヘッドライトの冷却装置において、略長方体形状に形成された外表面のうち前記ＬＥＤ光源よりも大きい面上に前記ＬＥＤ光源が設けられた集熱部材としてベーパチャンバを備え、前記ヒートシンクは、前記反射部材の背面側全体を覆う形状に形成されたフィン基板と、前記フィン基板から前記反射部材側とは反対側に突出するとともに上下方向に延びるように形成されて下方部分の表面積が上方部分の表面積よりも小さく形成された複数のフィンとを有するとともに、前記反射部材および前記ベーパチャンバとは離隔して当該反射部材の背面側に配置され、前記ヒートパイプは、前記ベーパチャンバの長辺側の側面のうち前方側の側面に沿わせて面接触する一方の端部側と前記複数のフィンにおける前記上方部分に面接触する他方の端部側とを有する第１ヒートパイプと、前記ベーパチャンバの長辺側の側面のうち後方側の側面に沿わせて面接触する一方の端部側と前記複数のフィンにおける前記下方部分に面接触する他方の端部側とを有する第２ヒートパイプとを含み、前記ハウジング内では前記反射部材が前記ベーパチャンバおよび前記各ヒートパイプとは離隔して設置されていることを特徴とするものである。

この発明は、上記発明において、前記ベーパチャンバは、密閉された容器構造に形成され、かつ内部に作動液が封入されているとともに毛細管力を生じるウィックが設けられていることを特徴とする車両用ヘッドライトの冷却装置である。

この発明は、上記発明において、前記ＬＥＤ光源の表面に直接気流を衝突させて衝突冷却するピエゾファンをさらに備え、前記ピエゾファンは、前記ハウジングの内部に収容されており、前記ＬＥＤ光源から発生された光が前記反射部材に入射することを遮らない位置に設けられていることを特徴とする車両用ヘッドライトの冷却装置である。

この発明は、上記発明において、前記第１ヒートパイプおよび第２ヒートパイプはそれぞれ、枝分かれ形状に形成され、前記一方の端部側と前記他方の端部側と前記ハウジングの内面と面接触する第３の端部側とを備え、前記一方の端部側は蒸発部となり前記他方および前記第３の端部側が凝縮部となるように構成されていることを特徴とする車両用ヘッドライトの冷却装置である。

この発明によれば、ＬＥＤ光源の冷却性能を向上させるとともに、ヒートシンクがハウジングの内部に設けられているので、ヒートシンク形状およびハウジング形状の自由度を向上させることができる。

この発明によれば、集熱部材がベーパチャンバにより構成されているので、ＬＥＤ光源で生じた熱を効率良くベーパチャンバに伝達させることができ、ＬＥＤ光源の冷却性能を向上させることができる。

この発明によれば、逆圧電効果により揺動するピエゾファンを備えているため、ピエゾファンにより発生させた気流をＬＥＤ光源の表面に衝突させてＬＥＤ光源を衝突冷却させることができるので、ＬＥＤ光源の冷却性能をさらに向上させることができる。また、ピエゾファンにより生じる気流の流速は、例えば軸流ファンにより生じる気流の流速よりも速いため、衝突流速が速いピエゾファンによって効果的にＬＥＤ光源を冷却することができる。さらに、ピエゾファンがライトの照射光を遮らない位置に配置されているので、ヘッドライトの明るさが低下することを防止できる。

この発明によれば、板状のフィンが上下方向に延びるように形成され、そのフィンの上方部分に第１ヒートパイプが当接し、かつフィンの下方部分に第２ヒートパイプが当接している。つまり、ヒートパイプにおいてフィンとの当接部分が凝縮部を構成している。また、フィンの下方部分の表面積が上方部分の表面積よりも小さい。そのため、ヒートパイプを介してＬＥＤ光源の熱をヒートシンクで放熱する際、フィンにより形成された気体流路内で煙突効果が生じやすくなる。すなわち、その放熱時にフィンの気体流路内で上方へ向かう自然対流が促進される。したがって、放熱時にその気体流路内の気体流速が増してＬＥＤ光源の冷却性能が向上する。

この発明で対象とすることができる自動車用ヘッドライトの外観を模式的に示した説明図である。この発明の第１実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置を模式的に示した斜視図である。図２に示す第１ライトの冷却装置の縦断面を模式的に示した断面図である。図２に示す冷却装置が備えるヒートパイプを示した説明図である。図２に示す冷却装置が備えるヒートシンクを示した説明図である。この発明の第２実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置の縦断面を模式的に示した断面図である。この発明の第３実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置を模式的に示した斜視図である。図７に示す冷却装置が備えるヒートパイプを示した説明図である。図７に示す第１ライトの冷却装置の縦断面を模式的に示した断面図である。図７に示す第２ライトの冷却装置の縦断面を模式的に示した断面図である。この発明の第４実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置を模式的に示した斜視図である。図１１に示す第１ライトに設けられたピエゾファンの動作および配置を示した正面図である。この発明の第５実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置を模式的に示した斜視図である。図１３に示す第２ライトの冷却装置の縦断面を模式的に示した断面図である。

以下、この発明を具体的に説明する。図１には、この発明で対象とすることができる自動車用ヘッドライトの一例を示してある。図１に示すように、ヘッドライト１は、樹脂製のレンズ２が自動車Ｖｅの前面を形成し、それぞれ明るさの異なる第１ライト１０および第２ライト２０から発せられた光がレンズ２を透過して自動車Ｖｅの前方へ照射されるように構成されている。レンズ２はいわゆるアウターレンズである。

また、図１に示すヘッドライト１では、相対的に車体側面側に第１ライト１０が配置され、第２ライト２０は第１ライト１０よりも車体中央側に配置されている。第１ライト１０および第２ライト２０は、光源としてＬＥＤを採用したライトであって、第１ライト１０から照射される光は第２ライト２０よりも明るくなるように構成されている。例えば、運転者の操作に応じて第１ライト１０のみを点灯し、もしくは第２ライト２０のみを点灯し、あるいは第１ライト１０および第２ライト２０を点灯するように構成されている。

ここで、図２を参照して、第１実施例におけるヘッドライト１について説明する。図２には、第１実施例におけるヘッドライト１の内部構造を示してある。また、図３には、図２に示すヘッドライト１の第１ライト１０を含む部分の縦断面図を示してある。図３に示すように、第１ライト１０および第２ライト２０を収容するハウジング３は、前方が開口し、かつ後方が閉じた形状に形成されている。ハウジング３の開口部にはレンズ２が取り付けられており、レンズ２とハウジング３との取り付け部分がシール部４により構成されている。ハウジング３は、ユニット化されたヘッドライト１における外部形状を形成するとともに、車体フレームに取り付けられるものである。また、ハウジング３の壁部には図示しないスリット等の通気部が設けられており、ハウジング３内の大気室と外部とが連通している。シール部４は、図３に示すような形状に限定されず適宜の構造であってよく、その素材は樹脂製のシール材などにより構成されてよい。なお、図２に示す一点鎖線はハウジング３を示し、点線はレンズ２の周縁部もしくはシール部４を示している。

第１ライト１０および第２ライト２０は、それぞれにＬＥＤ光源１１，２１を備えている。ＬＥＤ光源１１，２１は、従来知られている構成、例えばＬＥＤパッケージと称される構成を備えている。一例として、四角形の基板上に設けられたＬＥＤチップが図示しない電子回路に接続されており、その電子回路内に電流を流すことによってＬＥＤ光源１１，２１が発光するように構成されている。したがって、この説明におけるＬＥＤ光源とは、ＬＥＤチップおよび基板を含む板状に形成されたＬＥＤパッケージのことである。なお、ＬＥＤチップは樹脂モールドされて大気中に露出しないように構成されている。

図２に示すように、第１ライト１０では、二つのＬＥＤ光源１１，１１が左右方向に並べて配置されている。第２ライト２０では、二つのＬＥＤ光源２１，２１が左右方向に並べて配置されている。それら板状のＬＥＤ光源１１，２１は、ハウジング３内の上方へ向けて光を放射するように、ハウジング３の内部に水平に配置されている。したがって、第１ライト１０は、ＬＥＤ光源１１を後方から上方へ覆うように形成されたドーム状の反射板１２を備えている。反射板１２はＬＥＤ光源１１が放射した光を車体前方へ向けて反射する反射部材である。同様に、第２ライト２０は、ＬＥＤ光源２１が発した光を車体前方へ向けて反射するように構成された反射板２２を備えている。なお、反射板１２，２２は、それぞれ異なる形状に形成されてもよく、あるいは同じ形状に形成されてもよい。

ここで、ハウジング３の内部に設けられた冷却装置１００について説明する。冷却装置１００は、発光する際に発熱するＬＥＤ光源１１，２１を冷却するためのものであって、第１ライト１０および第２ライト２０に設けられている。第１ライト１０の冷却装置１００は、発光する際にＬＥＤ光源１１で生じた熱を集熱部材１３で集熱し二本のヒートパイプ１４，１５を介してヒートシンク１６に輸送しヒートシンク１６で放熱するように構成されている。同様に、第２ライト２０の冷却装置１００は、発光する際にＬＥＤ光源２１で生じた熱を集熱部材２３で集熱し二本のヒートパイプ２４，２５を介してヒートシンク２６に輸送しヒートシンク２６で放熱するように構成されている。ヒートシンク１６およびヒートシンク２６はハウジング３の内部に収容されている。つまり、冷却装置１００はＬＥＤ光源１１，２１の熱をハウジング３の内部空間に放熱させるように構成されている。

まず、第１ライト１０の冷却装置１００について具体的に説明する。集熱部材１３がハウジング３の底部に取り付けられている。その集熱部材１３上にＬＥＤ光源１１が設けられている。つまり、ＬＥＤ光源１１の基板下面と集熱部材１３の上面とが当接し、発光時にＬＥＤ光源１１で生じる熱が集熱部材１３に熱伝達する。集熱部材１３は、略長方形のブロック状に形成された集熱ブロックであって、熱伝導性が高い材質もしくは構造に形成されている。要は、発光時にＬＥＤ光源１１で生じた熱が集熱部材１３内を広がるように熱伝導する。

例えば、集熱部材１３は長手方向が左右方向に、幅方向が前後方向に、厚さ方向が上下方向になるように配置されている。その集熱部材１３上には、２つのＬＥＤ光源１１，１１が左右方向に並んで配置されている。さらに、ＬＥＤ光源１１は集熱部材１３上面の中央部分付近、例えば集熱部材１３の幅方向で中間あたりに配置されている。したがって、ＬＥＤ光源１１から集熱部材１３に伝わった熱は、集熱部材１３の上面中央部分から側面および下面へ向けて広がるように熱伝導する。

さらに、二本のヒートパイプ１４，１５はそれぞれに、集熱部材１３およびヒートシンク１６と当接している。つまり、第１ライト１０の冷却装置１００では集熱部材１３内の熱を二本のヒートパイプ１４，１５に受け渡し、二本のヒートパイプ１４，１５がその熱をヒートシンク１６に向けて輸送する。なお、ヒートパイプ１４，１５は、従来から知られているヒートパイプの内部構造に構成されており、密閉された内部空洞内に少量の作動液を収容している。すなわち、二本のヒートパイプ１４，１５はいずれも、熱を受け取ることにより作動液が気化する部分（蒸発部）と、熱を放出することにより気体が液化する部分（凝縮部）とを備えている。図２に示す第１ライト１０の冷却装置１００のうち第１ヒートパイプ１４および第２ヒートパイプ１５のみを図４に示してある。

図４に示すように、第１ヒートパイプ１４および第２ヒートパイプ１５は、全体形状が略コ字状に形成されている。第１ヒートパイプ１４は第２ヒートパイプ１５よりも大きい形状に形成されている。すなわち、第１ヒートパイプ１４の断熱部１４ｃは第２ヒートパイプ１５の断熱部１５ｃよりも長く、第１ヒートパイプ１４は第２ヒートパイプ１５よりも熱の輸送距離が長い。第１ヒートパイプ１４では、一方の端部を形成する蒸発部１４ａと他方の端部を形成する凝縮部１４ｂとが、互いに平行に延びるように形成され、かつその内部は断熱部１４ｃを介して連通している。同様に、第２ヒートパイプ１５では、一方の端部を形成する蒸発部１５ａと他方の端部を形成する凝縮部１５ｂとが、互いに平行に延びるように形成され、かつその内部は断熱部１５ｃを介して連通している。なお、第２ヒートパイプ１５は第１ヒートパイプ１４よりも太く形成されてもよい。

また、蒸発部１４ａには外表面の一部が平坦状に形成された平坦面１４ｄが設けられている。同様に、蒸発部１５ａにも平坦面１５ｄが設けられている。すなわち、ヒートパイプ１４、１５は一部が平坦状に形成された扁平型ヒートパイプに構成されている。その平坦面１４ｄおよび平坦面１５ｄが集熱部材１３との当接面を構成する。これにより接触面積が大きくなり熱伝達効率が向上する。そして、第１ヒートパイプ１４の蒸発部１４ａおよび第２ヒートパイプ１５の蒸発部１５ａは、互いに集熱部材１３の長手方向と平行に配置される。

具体的には、図３に示すように、蒸発部１４ａの平坦面１４ｄが集熱部材１３の前方側の表面と当接し、かつ蒸発部１５ａの平坦面１５ｄが集熱部材１３の後方側面と当接している。集熱部材１３が二本のヒートパイプ１４，１５により前後方向で挟まれている。蒸発部１４ａおよび蒸発部１５ａはＬＥＤ光源１１で生じた熱を集熱部材１３の側面部分から受け取るように構成され、その熱伝達によりヒートパイプ１４，１５内の作動液が蒸発する。また、第１ヒートパイプ１４の凝縮部１４ｂおよび第２ヒートパイプ１５の凝縮部１５ｂは、ヒートシンク１６に設けられた板状のフィン１６ａと当接している。

図２に示すように、ヒートシンク１６は、反射板１２の背面側（後方側）に配置され、上下方向に延びるように形成された複数のフィン１６ａを備えている。具体的には、図３に示すように、ヒートシンク１６は反射板１２の背面側を覆う形状に形成された基板１６ｂを備え、フィン１６ａが基板１６ｂから後方側に向けて突出している。すなわち、板状のフィン１６ａは上下方向に立たせたように配置され、かつ複数のフィン１６ａが左右方向で対向している。つまり、フィン１６ａ同士が対向する領域内に気体流路が形成され、その気体流路は上下方向に連通している。そのため、ハウジング３内の気体はフィン１６ａにより形成された気体流路内を上下方向に流れることができる。図２に示す第１ライト１０の冷却装置１００のうちヒートシンク１６のみを図５に示してある。

図５に示すように、ヒートシンク１６のフィン１６ａには、第１ヒートパイプ１４が挿入される第１貫通孔１６ｃと、第２ヒートパイプ１５が挿入される第２貫通孔１６ｄとが形成されている。第１貫通孔１６ｃは第２貫通孔１６ｄよりも上方に形成されている。さらに、フィン１６ａは、第１貫通孔１６ｃが形成された上方部分の表面積（上部面積）が、第２貫通孔１６ｄが形成された下方部分の表面積（下部面積）よりも大きくなるように形成されている。すなわち、フィン１６ａの下方部分は上方部分よりも熱容量が小さい。また、第１貫通孔１６ｃおよび第２貫通孔１６ｄは集熱部材１３よりも上方に配置されている。なお、第１ライト１０のヒートシンク１６は、第２ライト２０のヒートシンク２６と同様の形状に形成されてもよい。また、ヒートシンクの大きさは、ヒートシンク１６とヒートシンク２６とが同じ大きさであってもよく、あるいは異なる大きさであってもよい。例えば、ヒートシンク１６がヒートシンク２６よりも大きく形成されてもよい。

そして、第１ヒートパイプ１４は、蒸発部１４ｂが複数の第１貫通孔１６ｃを貫通してヒートシンク１６に取り付けられている。図３に示すように、蒸発部１４ｂの外表面は第１貫通孔１６ｃの内周面と密着するように当接している。同様に、第２ヒートパイプ１５は、複数の第２貫通孔１６ｄを蒸発部１５ｂが貫通してヒートシンク１６に取り付けられている。蒸発部１５ｂの外表面は第２貫通孔１６ｄの内周面と密着するように当接している。さらに、第１ヒートパイプ１４および第２ヒートパイプ１５では凝縮部１４ｂ，１５ｂが蒸発部１４ａ，１５ａよりも上方に配置される。なお、ヒートシンク１６においてフィン１６ａの下方部分は、ハウジング３の底部と当接してもよく、あるいはハウジング３の底部と当接しなくてもよい。

つまり、第１ヒートパイプ１４によって蒸発部１４ａから凝縮部１４ｂに輸送された熱が凝縮部１４ｂからヒートシンク１６のフィン１６ａに受け渡されることにより、蒸発部１４ａ内で気化した蒸気が凝縮部１４ｂで液化する。第２ヒートパイプ１５についても同様にして凝縮部１５ｂで蒸気が液化する。また、各ヒートパイプ１４，１５の凝縮部１４ｂ，１５ｂで液化した作動液が蒸発部１４ａ，１５ａへ毛細管力や重力により還流する。このように、第１ライト１０の冷却装置１００では、発熱部となるＬＥＤ光源１１と放熱部であるヒートシンク１６とが熱輸送部であるヒートパイプ１４，１５によって熱交換可能に接続され、ＬＥＤ光源１１が発した熱をハウジング３の内部空間に放熱するように構成されている。

つぎに、第２ライト２０の冷却装置１００について具体的に説明する。集熱部材２３がハウジング３の底部に取り付けられている。その集熱部材２３上にＬＥＤ光源２１が設けられている。ＬＥＤ光源２１の基板下面と集熱部材２３の上面とが当接し、発光時にＬＥＤ光源２１で生じる熱が集熱部材２３に熱伝達する。集熱部材２３は、略長方形のブロック状に形成された集熱ブロックであって、熱伝導性が高い材質もしくは構造に形成されている。要は、発光時にＬＥＤ光源２１で生じた熱が集熱部材２３内を広がるように熱伝導する。

例えば、集熱部材２３は長手方向が左右方向に、幅方向が前後方向に、厚さ方向が上下方向になるように配置されている。その集熱部材２３上には、二つのＬＥＤ光源２１，２１が左右方向に並んで配置されている。さらに、ＬＥＤ光源２１は集熱部材２３上面の中央部分付近、例えば集熱部材２３の幅方向で中間あたりに配置されている。したがって、ＬＥＤ光源２１から集熱部材２３に伝わった熱は、集熱部材２３の上面中央部分から側面および下面へ向けて広がるように熱伝導する。

さらに、二本のヒートパイプ２４，２５はそれぞれに、集熱部材２３およびヒートシンク２６と当接している。つまり、第２ライト２０の冷却装置１００では集熱部材２３内の熱を二本のヒートパイプ２４，２５に受け渡し、二本のヒートパイプ２４，２５がその熱をヒートシンク２６に向けて輸送する。なお、ヒートパイプ２４，２５は、従来から知られているヒートパイプの内部構造に構成されており、密閉された内部空洞内に少量の作動液を収容している。すなわち、二本のヒートパイプ２４，２５はいずれも、熱を受け取ることにより作動液が気化する部分（蒸発部）と、熱を放出することにより気体が液化する部分（凝縮部）とを備えている。図２に示す第２ライト２０の冷却装置１００のうち第１ヒートパイプ２４および第２ヒートパイプ２５のみを図４に示してある。

図４に示すように、第１ヒートパイプ２４および第２ヒートパイプ２５は、全体形状が略コ字状に形成されている。第１ヒートパイプ２４は第２ヒートパイプ２５よりも大きい形状に形成されている。すなわち、第１ヒートパイプ２４の断熱部２４ｃは第２ヒートパイプ２５の断熱部２５ｃよりも長く、第１ヒートパイプ２４は第２ヒートパイプ２５よりも熱の輸送距離が長い。第１ヒートパイプ２４では、一方の端部を形成する蒸発部２４ａと他方の端部を形成する凝縮部２４ｂとが、互いに平行に延びるように形成され、かつその内部は断熱部２４ｃを介して連通している。同様に、第２ヒートパイプ２５では、一方の端部を形成する蒸発部２５ａと他方の端部を形成する凝縮部２５ｂとが、互いに平行に延びるように形成され、かつその内部は断熱部２５ｃを介して連通している。なお、第２ヒートパイプ２５は第１ヒートパイプ２４よりも太く形成されてもよい。

また、蒸発部２４ａには外表面の一部が平坦状に形成された平坦面２４ｄが設けられている。同様に、蒸発部２５ａにも平坦面２５ｄが設けられている。すなわち、ヒートパイプ２４、２５は一部が平坦状に形成された扁平型ヒートパイプに構成されている。その平坦面２４ｄおよび平坦面２５ｄが集熱部材２３との当接面を構成する。これにより接触面積が大きくなり熱伝達効率が向上する。そして、第１ヒートパイプ２４の蒸発部２４ａおよび第２ヒートパイプ２５の蒸発部２５ａは、互いに集熱部材２３の長手方向と平行に配置されている。

具体的には、図３に示すように、蒸発部２４ａの平坦面２４ｄが集熱部材２３の前方側の表面と当接し、かつ蒸発部２５ａの平坦面２５ｄが集熱部材２３の後方側面と当接している。集熱部材２３が二本のヒートパイプ２４，２５により前後方向で挟まれている。蒸発部２４ａおよび蒸発部２５ａはＬＥＤ光源２１で生じた熱を集熱部材２３の側面部分から受け取るように構成され、その熱伝達によりヒートパイプ２４，２５内の作動液が蒸発する。また、第１ヒートパイプ２４の凝縮部２４ｂおよび第２ヒートパイプ２５の凝縮部２５ｂは、ヒートシンク２６に設けられた板状のフィン２６ａと当接している。

図２に示すように、ヒートシンク２６は、反射板２２の背面側（後方側）に配置され、上下方向に延びるように形成された複数のフィン２６ａを備えている。具体的には、図３に示すように、ヒートシンク２６は反射板２２の背面側を覆う形状に形成された基板２６ｂを備え、フィン２６ａが基板２６ｂから後方側に向けて突出している。すなわち、板状のフィン２６ａは上下方向に立たせたように配置され、かつ複数のフィン２６ａが左右方向で対向している。つまり、フィン２６ａ同士が対向する領域内に気体流路が形成され、その気体流路は上下方向に連通している。ハウジング３内の気体はフィン２６ａにより形成された気体流路内を上下方向に流れることができる。図２に示す第２ライト２０の冷却装置１００のうちヒートシンク２６のみを図５に示してある。

図５に示すように、ヒートシンク２６のフィン２６ａには、第１ヒートパイプ２４が挿入される第１貫通孔２６ｃと、第２ヒートパイプ２５が挿入される第２貫通孔２６ｄとが形成されている。第１貫通孔２６ｃは第２貫通孔２６ｄよりも上方に形成されている。さらに、フィン２６ａは、第１貫通孔２６ｃが形成された上方部分の表面積（上部面積）が、第２貫通孔２６ｄが形成された下方部分の表面積（下部面積）よりも大きくなるように形成されている。すなわち、フィン２６ａの下方部分は上方部分よりも熱容量が小さい。また、第１貫通孔２６ｃおよび第２貫通孔２６ｄは集熱部材２３よりも上方に配置されている。

そして、第１ヒートパイプ２４は、蒸発部２４ｂが複数の第１貫通孔２６ｃを貫通してヒートシンク１６に取り付けられる。蒸発部２４ｂの外表面は第１貫通孔２６ｃの内周面とが着するように当接している。同様に、第２ヒートパイプ２５は、蒸発部２５ｂが複数の第２貫通孔２６ｄを貫通してヒートシンク２６に取り付けられている。蒸発部２５ｂの外表面は第２貫通孔２６ｄの内周面と密着するように当接している。さらに、第１ヒートパイプ２４および第２ヒートパイプ２５では凝縮部２４ｂ，２５ｂが蒸発部２４ａ，２５ａよりも上方に配置される。なお、ヒートシンク２６においてフィン２６ａの下方部分は、ハウジング３の底部と当接してもよく、あるいはハウジング３の底部と当接しなくてもよい。

つまり、第１ヒートパイプ２４によって蒸発部２４ａから凝縮部２４ｂに輸送された熱が凝縮部２４ｂからヒートシンク２６のフィン２６ａに受け渡されることにより、蒸発部２４ａ内で気化した蒸気が凝縮部２４ｂで液化する。第２ヒートパイプ２５についても同様にして凝縮部２５ｂで蒸気が液化する。また、各ヒートパイプ２４，２５の凝縮部２４ｂ，２５ｂで液化した作動液が蒸発部２４ａ，２５ａへ毛細管力や重力により還流する。このように、第２ライト２０の冷却装置１００では、発熱部となるＬＥＤ光源２１と放熱部であるヒートシンク２６とが熱輸送部であるヒートパイプ２４，２５によって熱交換可能に接続され、ＬＥＤ光源２１が発した熱をハウジング３の内部空間に放熱するように構成されている。

以上説明したように、第１実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置によれば、放熱部となるヒートシンクがライトのハウジング内に収容された構成において、ＬＥＤ光源からの照射光を遮ることなくＬＥＤ光源の冷却性能を向上させることができる。ヒートシンクがハウジングの内部に設けられているので、ヒートシンクの形状およびハウジングの形状について自由度を持たせることができる。また、フィンの下方部分および上方部分にはヒートパイプの凝縮部が当接し、かつフィンの下部面積が上部面積よりも小さいため、フィンにより形成された気体流路内で煙突効果が生じやすくなる。そのため、ヒートシンクからＬＥＤ光源の熱をより効果的に放熱させることができ、ＬＥＤ光源の冷却性能が向上する。例えばヒートシンクで放熱する際、フィンの下方部分は上方部分よりも熱容量が小さいため、その下方部分が上方部分よりも先に温度上昇するので、フィンの気体流路内で上方へ向かう自然対流が生じやすくなる。したがって、ヒートシンクでの放熱が促進されＬＥＤ光源の冷却性能を向上させることができる。

なお、この発明に係る車両用ヘッドライトの冷却装置は、前述した第１実施例に限定されず、発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、前述した第１実施例の変形例として、集熱部材がベーパチャンバ（平板型ヒートパイプ）により構成されてもよい。この第２実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置では、前述した第１ライト１０の集熱部材１３および第２ライト２０の集熱部材２３のうち少なくともいずれか一方がベーパチャンバにより構成されている。第２実施例の冷却装置のうち第１ライト１０にベーパチャンバが設けられた場合を図６に示してある。なお、第２実施例の説明において、第１実施例と同様の構成については説明を省略しその符号を引用する。

図６に示す第２実施例における第１ライト１０の冷却装置１００では、ＬＥＤ光源１１と当接するベーパチャンバ３３を備えている。この場合、ベーパチャンバ３３の外表面はＬＥＤ光源１１およびヒートパイプ１４，１５と当接している。なお、ベーパチャンバ３３の内部構造は、従来から知られているベーパチャンバ構造に構成されてよい。例えばベーパチャンバ３３の密閉された内部空間に少量の作動液が収容されているとともにウィックが設けられている。この第２実施例の冷却装置によれば、集熱部であるベーパチャンバの熱輸送特性によりＬＥＤ光源の冷却性能が向上する。ベーパチャンバによりＬＥＤ光源からヒートシンクへ効率的に熱輸送できる。

さらに、前述した第１実施例の他の変形例として、ヒートパイプの凝縮部がハウジングと当接するように構成されてもよい。この第３実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置を図７に示してある。なお、第３実施例の説明において、第１実施例と同様の構成については説明を省略しその符号を引用する。

図７に示す第３実施例の冷却装置１００では、第１ライト１０の第１ヒートパイプ１４および第２ライト２０の第２ヒートパイプ２５が枝分かれする形状に形成されている。その第１ヒートパイプ１４の第２凝縮部１４ｅおよび第２ヒートパイプ２５の第２凝縮部２５ｅがハウジング３の底面と当接している。すなわち、第１ライト１０における一方のヒートパイプの凝縮部がハウジング３に当接しているとともに、第２ライト２０における一方のヒートパイプの凝縮部がハウジングと当接している。図８には、図７に示す冷却装置１００のうちヒートパイプ１４，１５，２４，２５のみを示してある。

図８に示すように、第１ライト１０の第１ヒートパイプ１４は、蒸発部１４ａから第１断熱部１４ｃと第２断熱部１４ｆとに枝分かれしている。例えば、蒸発部１４ａが集熱部材１３の前方側でその長手方向に延びるように配置され、その蒸発部１４ａの中間付近から第２断熱部１４ｆが枝分かれして前方に突出するように延びている。さらに、第２断熱部１４ｆは先端側へ向けて下方および後方に湾曲する。その第２断熱部１４ｆの先端側に第２凝縮部１４ｅが設けられている。第２凝縮部１４ｅは、蒸発部１４ａよりも下方に配置され、ハウジング３の底部に沿う形状に形成される。例えば、前後方向に延びるように第２凝縮部１４ｅが設けられている。要は、蒸発部１４ａは、第１断熱部１４ｃを介して第１凝縮部１４ｂと連通され、かつ第２断熱部１４ｆを介して第２凝縮部１４ｅと連通されている。

また、第２ライト２０の第２ヒートパイプ２５は、蒸発部２５ａから第１断熱部２５ｃと第２断熱部２５ｆとに枝分かれしている。例えば、蒸発部２５ａが集熱部材２３の後方側でその長手方向に延びるように配置され、その蒸発部２５ａの中間付近から第２断熱部２５ｆが枝分かれして後方に突出するように延びている。第２断熱部２５ｆは先端側へ向けて屈曲しており、集熱部材２３の長手方向に延び、かつハウジング３の底部に沿う形状に形成されている。その第２断熱部２５ｆの先端側に第２凝縮部２５ｅが設けられている。つまり第２凝縮部２５ｅがハウジング３の底部に沿う形状に形成されている。例えば、第２凝縮部２５ｅは、蒸発部２５ａおよび集熱部材２３よりも下方に配置され、第２断熱部２５ｆの下方に延びる部分から屈曲して後方に向けて延びている。要は、蒸発部２５ａは、第１断熱部２５ｃを介して第１凝縮部２５ｂと連通され、かつ第２断熱部２５ｆを介して第２凝縮部２５ｅと連通されている。

そして、図９に示すように、第１ライト１０の第１ヒートパイプ１４では、第１凝縮部１４ｂがヒートシンク１６のフィン１６ａと当接し、第２凝縮部１４ｅがハウジング３の底部と当接する。また、図１０に示すように、第２ライト２０の第２ヒートパイプ２５では、第１凝縮部２５ｂがヒートシンク２６のフィン２６ａと当接し、第２凝縮部２５ｅがハウジング３の底部と当接する。すなわち、第１ライト１０の第１ヒートパイプ１４および第２ライト２０の第２ヒートパイプ２５はそれぞれ、異なる構成部材に熱を受け渡すように構成されている。

第３実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置によれば、ヒートパイプが枝分かれする形状に形成され、異なる構成部材と当接する二つの凝縮部を備えている。そのため、凝縮部における放熱量が増大し熱輸送性能が向上するので、ＬＥＤ光源の冷却性能が向上する。

なお、第３実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置では、第１ライトの第１ヒートパイプにおいて第２凝縮部がハウジングと当接していればよく、この第２凝縮部および第２断熱部は前述した形状に限定されない。同様に、第２ライトの第２ヒートパイプにおいて第２凝縮部がハウジングと当接していればよく、この第２凝縮部および第２断熱部は前述した形状に限定されない。

また、前述した第１実施例のさらに他の変形例として、ＬＥＤ光源を気流により冷却させるためのファンを備えた冷却装置であってもよい。この第４実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置を図１１に示してある。なお、第４実施例の説明において、第１実施例と同様の構成については説明を省略しその符号を引用する。

図１１に示す第４実施例の冷却装置１００では、第１ライト１０のＬＥＤ光源１１に気流を衝突させるピエゾファン１８と、第２ライトのＬＥＤ光源２１に気流を衝突させるピエゾファン２８とを備えている。ピエゾファン１８，２８は、圧電素子１８ａ，２８ａが設けられた薄い板状の可動部１８ｂ，２８ｂを備えている。圧電素子１８ａ，２８ａへ通電することにより生じる逆圧電効果によって可動部１８ｂ，２８ｂが団扇で仰ぐような動作をする。その可動部１８ｂ，２８ｂの先端部が揺動することにより生じる気流をＬＥＤ光源１１，２１の表面に衝突させるように構成されている。また、ピエゾファン１８，２８には図示しない電子回路が接続されている。

第１ライト１０のピエゾファン１８は、ＬＥＤ光源１１で発せられた光が反射板１２に入射することを遮らない位置に設けられている。例えば、図１２に示すように、ピエゾファン１８は、少なくとも左右方向（水平方向）で集熱部材１３の外側に配置されている。また、上下方向でＬＥＤ光源１１よりも上方にピエゾファン１８が設けられている。さらに、ピエゾファン１８の可動部１８ｂは、圧電素子１８ａに電流が流されたことにより生じる逆圧電効果によってＬＥＤ光源１１側の先端部が上下方向に揺動する。なお、集熱部材１３の長手方向でヒートパイプ１４，１５の断熱部１４ｃ，１５ｃとは反対側に配置されている。

なお、光を遮らない位置とは、ピエゾファン１８がＬＥＤ光源１１の縁部と反射板１２の縁部とを結ぶ直線と重ならないように配置されていること意味する。加えて、反射板１２とレンズ２とを結ぶ直線上にピエゾファン１８が配置されていないことを意味する。すなわち、ピエゾファン１８は第１ライト１０が車体前方に照射する光を遮らない位置に配置されている。

同様に、第２ライト２０のピエゾファン２８は、第２ライト２０が前方に照射する光を遮らない位置に配置されている。ピエゾファン２８は、少なくとも左右方向（水平方向）で集熱部材２３の外側に配置されている。また、上下方向でＬＥＤ光源２１よりも上方にピエゾファン２８が設けられている。さらに、ピエゾファン２８の可動部２８ｂは、圧電素子２８ａへ電流が流されたことにより生じる逆圧電効果によってＬＥＤ光源２１側の先端部が上下方向に揺動する。なお、ピエゾファン２８は集熱部材２３の長手方向でヒートパイプ２４，２５の断熱部２４ｃ，２５ｃとは反対側に配置されている。

第４実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置によれば、ピエゾファンにより生じた気流をＬＥＤ光源の表面に衝突させてＬＥＤ光源を空冷することができる。また、ピエゾファンにより生じる気流の流速は、例えば軸流ファンにより生じる気流の流速よりも速い。そのため、衝突流速が速いピエゾファンによってＬＥＤ光源を空冷することによって冷却性能が向上する。

なお、ピエゾファンはライトの照射光を遮らない位置に配置されていればよく、その配置箇所は左右方向で集熱部材の外側に限定されない。例えば、ピエゾファンは左右方向で反射板の外側に配置されてもよい。あるいは、ピエゾファンが上下方向で反射板よりも上方に配置されてもよい。この場合も当然にピエゾファンがＬＥＤ光源へ向けて気流を生じるように配置されている。

その第４実施例の変形例として、ＬＥＤ光源で生じた熱がヒートパイプを介さずにヒートシンクに熱伝達するように構成されてもよい。つまり、この第５実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置は、ヒートパイプを有さない点で第４実施例とは異なる。第５実施例における冷却装置を図１３に示してある。なお、第５実施例の説明において、第４実施例と同様の構成については説明を省略しその符号を引用する。

図１３に示す第５実施例の冷却装置１００では、前述した実施例４におけるヒートシンク１６，２６に替えて、熱伝導性が高いアルミ合金（例えばＤＭＳ−１）により形成されたヒートシンク３６，４６を備えている。ヒートシンク３６は、第１ライト１０に設けられ、板状のフィン３６ａを複数備えている。また、ヒートシンク４６は、第２ライト２０に設けられ、板状のフィン４６ａを複数備えている。

具体的には、第１ライト１０のヒートシンク３６は、反射板１２の背面側を覆う形状に形成された基板３６ｂを有し、複数のフィン３６ａが基板３６ｂから後方に突出している。フィン３６ａは上下方向に延びるように形成され、フィン３６ａ同士が左右方向で対向している。また、基板３６ｂの前方側には集熱部材１３が一体化されている。すなわち、集熱部材１３がＤＭＳ−１により形成されてもよい。要は集熱部材１３が基板３６ｂの下方部分から水平方向で前方に突出している。その集熱部材１３上にＬＥＤ光源１１が設けられているので、ＬＥＤ光源１１で生じた熱は集熱部材１３で集熱されヒートシンク３６の基板３６ｂを介してフィン３６ａに熱伝導される。

第２ライト２０のヒートシンク４６は、反射板２２の背面側を覆う形状に形成された基板４６ｂを有し、複数のフィン４６ａが基板４６ｂから後方に突出している。フィン４６ａは上下方向に延びるように形成され、フィン４６ａ同士が左右方向で対向している。また、基板４６ｂの前方側には集熱部材２３が一体化されている。すなわち、集熱部材２３がＤＭＳ−１により形成されてもよい。要は、図１４に示すように、集熱部材２３はヒートシンク４６の基板４６ｂの下方部分から水平方向で前方に突出している。その集熱部材２３上にＬＥＤ光源２１が設けられているので、ＬＥＤ光源２１で生じた熱は集熱部材２３で集熱されヒートシンク４６の基板４６ｂを介してフィン４６ａに熱伝導される。

また、第１ライト１０のピエゾファン１８は、左右方向で集熱部材１３の外側に配置されていればよく、集熱部材１３よりも左方あるいは右方の少なくともいずれか一方に配置されている。同様に、第２ライト２０のピエゾファン２８は、左右方向で集熱部材２３の外側に配置されていればよく、集熱部材２３よりも左方あるいは右方の少なくともいずれか一方に配置されている。

第５実施例における車両用ヘッドライトの冷却装置によれば、ＤＭＳ−１により構成されたヒートシンクを備えているので、高い熱伝導性を有しＬＥＤ光源の冷却性能を向上させることができる。また、ヒートパイプを設けた場合よりもハウジング内の専有スペースを削減できるのでヘッドライトを小型化できる。

なお、この発明に係る車両用ヘッドライトの冷却装置は、ＬＥＤ光源を採用したヘッドライトを対象とするものであり、ヘッドライトが搭載された車両は特に限定されない。この発明で対象とすることができる車両とは、例えば自動車や鉄道車両や船舶や航空機など、人や物を輸送する乗り物のことである。

１…ヘッドライト、２…レンズ、３…ハウジング、４…シール部、１０…第１ライト、１１…ＬＥＤ光源、１２…反射板、１３…集熱部材、１４…第１ヒートパイプ、１５…第２ヒートパイプ、１６…ヒートシンク、１８…ピエゾファン、２０…第２ライト、２１…ＬＥＤ光源、２２…反射板、２３…集熱部材、２４…第１ヒートパイプ、２５…第２ヒートパイプ、２６…ヒートシンク、２８…ピエゾファン、３３…ベーパチャンバ、１００…冷却装置。

Claims

レンズとシールされているハウジングの内部に収容されたＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源が放射する光を反射する反射部材と、前記反射部材の背面側に配置されたヒートシンクとを備え、前記ＬＥＤ光源が発光する際に生じる熱を内部に作動液が封入されているヒートパイプによって前記ハウジングの内部に収容されている前記ヒートシンクに輸送するように構成された車両用ヘッドライトの冷却装置において、
略長方体形状に形成された外表面のうち前記ＬＥＤ光源よりも大きい面上に前記ＬＥＤ光源が設けられた集熱部材としてベーパチャンバを備え、
前記ヒートシンクは、前記反射部材の背面側全体を覆う形状に形成されたフィン基板と、前記フィン基板から前記反射部材側とは反対側に突出するとともに上下方向に延びるように形成されて下方部分の表面積が上方部分の表面積よりも小さく形成された複数のフィンとを有するとともに、前記反射部材および前記ベーパチャンバとは離隔して当該反射部材の背面側に配置され、
前記ヒートパイプは、前記ベーパチャンバの長辺側の側面のうち前方側の側面に沿わせて面接触する一方の端部側と前記複数のフィンにおける前記上方部分に面接触する他方の端部側とを有する第１ヒートパイプと、前記ベーパチャンバの長辺側の側面のうち後方側の側面に沿わせて面接触する一方の端部側と前記複数のフィンにおける前記下方部分に面接触する他方の端部側とを有する第２ヒートパイプとを含み、
前記ハウジング内では前記反射部材が前記ベーパチャンバおよび前記各ヒートパイプとは離隔して設置されていることを特徴とする車両用ヘッドライトの冷却装置。
前記ベーパチャンバは、密閉された容器構造に形成され、かつ内部に作動液が封入されているとともに毛細管力を生じるウィックが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドライトの冷却装置。
前記ＬＥＤ光源の表面に直接気流を衝突させて衝突冷却するピエゾファンをさらに備え、
前記ピエゾファンは、前記ハウジングの内部に収容されており、前記ＬＥＤ光源から発生された光が前記反射部材に入射することを遮らない位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ヘッドライトの冷却装置。
前記第１ヒートパイプおよび第２ヒートパイプはそれぞれ、枝分かれ形状に形成され、前記一方の端部側と前記他方の端部側と前記ハウジングの内面と面接触する第３の端部側とを備え、前記一方の端部側は蒸発部となり前記他方および前記第３の端部側が凝縮部となるように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用ヘッドライトの冷却装置。