JP5950630B2 - ヘッドライト用ｌｅｄ光源モジュール - Google Patents

Description

この発明は車両用灯具に関し、より詳細には、車両のヘッドランプに装着されるＬＥＤ光源モジュールに関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源として使用したヘッドランプ（ＬＥＤヘッドランプ）が一部のハイブリッド車や電気自動車に採用されている。ＬＥＤヘッドランプは消費電力が少なくデザイン上の自由度も高いことから、今後大量生産によりコストが下がれば多くの車種に採用される可能性がある。

しかし、現状では、車両用のＬＥＤヘッドランプはその光源部を含めてランプ全体が車種ごとに個別に設計される。このことが、ＬＥＤヘッドランプのコスト高の要因の一つであり、普及を阻んでいる理由となっている。

車種ごとにＬＥＤヘッドランプの個別設計が必要となっている現状での主な理由として、（１）ＬＥＤはその自己発熱による内部温度が自己の最大ジャンクション温度に近くなると光束減少、寿命の低下、発光色の変化、輝度の低下等の不具合を生じるため最大ジャンクション温度以下に冷却される必要があること、（２）ハロゲンランプやメタルハライドランプの光源部と比較して、ＬＥＤに要求される位置精度（特にリフレクタに対する位置の精度）が高精度であることを挙げることができる。すなわち、ＬＥＤに要求される厳しい熱管理と位置精度の高さの必要性とを両立することが現状では困難であるが故に、車種ごとの個別設計を余儀なくされてきた。

従来のＬＥＤヘッドランプの一例として、ＬＥＤの支持体にヒートシンクを設けるとともに、そのヒートシンクに臨ませて電動ファンを配置し、その電動ファンによって空気を強制的に循環させることにより、ヒートシンクからの熱の放散を促進して、ＬＥＤを強制冷却するようにしたものがある(特許文献１、特許文献２参照)。また、フォグランプなど比較的低光量の車両用灯具においては、ＬＥＤを光源に用いた光源バルブを交換可能としたものもある（特許文献３）。

特開２００７−１０３３６５号公報 特開２０１０−２６２９０３号公報 特開２００６−３２４２１７号公報

しかし、特許文献１、２に開示された従来のＬＥＤヘッドランプは、ＬＥＤを用いた光源部が灯具本体と一体になっているため、光源部を交換する必要が生じた場合、ＬＥＤヘッドランプそのものを交換せざるを得ない。また、特許文献３に開示された光源バルブは、光源として低輝度のＬＥＤを使用したものであるため、ヘッドライト用の光源部としては利用できない。当該光源バルブの光源として、ヘッドランプに要求される光量が得られる高輝度のＬＥＤを用いるには、上述した熱管理の面が問題となる。

本発明が解決しようとする課題は、車両のヘッドランプに装着されるＬＥＤ光源モジュールを安価で小型・軽量な構成で実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールは、
単数あるいは複数個のＬＥＤチップを有するＬＥＤ部と、
前記ＬＥＤ部と熱的に接続されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクを強制的に冷却するアクティブクーリング部と、
前記ＬＥＤ部及び前記アクティブクーリング部を駆動するドライバ部と、
前記ドライバ部と前記アクティブクーリング部とに電力を供給するための電源プラグと、を有し、
これらが一体としてヘッドライト本体に装着可能に構成されているヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールにおいて、
前記ＬＥＤ部、前記ヒートシンク、前記アクティブクーリング部及び前記ドライバ部がこの順に積層されており、
前記ＬＥＤ部は、全光束が１０００ルーメン以上３０００ルーメン以下の白色光源であることを特徴とするものである。

このヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールは、その構成が単純であるため安価で小型・軽量に提供することができる。そして、このヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールは、取り替えが必要となった場合、従来のようにヘッドライト本体ごと取り替える必要はなく、このヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールだけを取り替えることができる。

しかも、このヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールは、前記アクティブクーリング部が前記ＬＥＤ部に極近い位置に設けられていることにより、前記アクティブクーリング部により前記ＬＥＤ部を冷却する効率を最大化することができるので、前記ヒートシンク及び前記アクティブクーリング部として小型のものを使用することが可能となる。

本発明のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールにおいて、前記ヒートシンクは、その前端が開口した凹部を有し、当該凹部の内底面に前記ＬＥＤ部が固定されており、前記凹部の後端に前記アクティブクーリング部が接合されていることが望ましい。

前記凹部の内底面は、前記凹部の深さ方向に対して直交していてもよいし、傾斜していてもよい。

前記凹部内に前記ＬＥＤ部からの光を遮る配光制御部が設けられていることが望ましい。この構成により、ヘッドライト本体に設けられる配光制御部材の省略が可能となる。

前記凹部の周囲に放熱フィンが設けられていることが望ましい。

前記ヒートシンクは、前記凹部との間に空気流路を形成する外壁を有し、前記凹部と前記外壁とが前記放熱フィンを介して互いに連結されていることが望ましい。

前記外壁は、その後端から前端にかけて径寸法が漸次小さくなっていることが望ましい。この構造により、ヒートシンクから流出する空気の流速が増大する。

前記アクティブクーリング部は、電動ファンと、当該電動ファンを収容した筐体とを有し、当該筐体の側部に設けられた吸入口から空気を吸入し、当該筐体の前端部に設けられた排出口から空気を排出するように構成されていることが望ましい。

前記筐体は、金属又は高熱伝導性樹脂で囲われていることが望ましい。
前記ＬＥＤ部と前記アクティブクーリング部とが互いに極近い位置に設けられ、且つ、前記アクティブクーリング部の筐体が金属又は高熱伝導性樹脂で形成されていることにより、前記ＬＥＤ部で発生した熱を利用して、低温時における前記電動ファンの始動性を向上させることができる。

前記ＬＥＤ部からの出射光を凹球面状の反射面により反射する反射部材を有することが望ましい。

前記ドライバ部は、その周辺温度が所定の温度以下のときには前記電動ファンを駆動しないようにすることが望ましい。

前記ドライバ部は、前記電動ファンの回転数が許容範囲から外れたときに前記電動ファンの異常を示す信号出力する異常検知回路を有することが望ましい。

本発明によれば、ヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールを安価で小型・軽量な構成で実現することができる。

本発明のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールの実施形態の一例を示す概念図 （ａ）ヒートシンクの一形態例を示す断面図 （ｂ）ヒートシンクの一形態例を示す後面図 （ａ）アクティブクーリング部の一形態例を示す断面図 （ｂ）アクティブクーリング部の一形態例を示す側面図 ドライバ部の一形態例を示す回路構成図 図１のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した形態の一例を示す概念図 ヒートシンクの別の形態例を示す斜視図 ヒートシンクの別の形態例を示す斜視図 ヒートシンクの別の形態例を示す斜視図 （ａ）ヒートシンクの別の形態例を示す断面図 （ｂ）ヒートシンクの別の形態例を示す後面図 本発明のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールの別の実施形態を示す概念図 本発明のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールの別の実施形態を示す概念図 （ａ）図１のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 （ｂ）図１のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 （ｃ）図１２のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 （ａ）図１のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 （ｂ）図１のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 （ｃ）図１２のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 （ａ）図１１のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 （ｂ）図１１のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 （ｃ）図１１のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールをヘッドライト本体に装着した別の形態を示す概念図 ヒートシンクの別の形態例を示す斜視図 ヒートシンクの別の形態例を示す斜視図 ヒートシンクの別の形態例を示す斜視図 本発明のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールの別の実施形態を示す概念図 本発明のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールの別の実施形態を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図５により本発明のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール（以下、単に「ＬＥＤ光源モジュール」と記す。）の第１形態例について説明する。

図１に例示するＬＥＤ光源モジュール１は、ＬＥＤ部２と、ＬＥＤ部２と熱的に接続されるヒートシンク３と、ヒートシンク３を強制的に冷却するアクティブクーリング部４と、ＬＥＤ部２及びアクティブクーリング部４を駆動するドライバ部５と、アクティブクーリング部４とドライバ部５とに電力を供給する電源プラグ６と、を有する。ＬＥＤ部２、ヒートシンク３、アクティブクーリング部４及びドライバ部５は、ＬＥＤ部２の光出射面２ｓに対して垂直方向にこの順に積層されており、これらが一体としてヘッドライト本体に着脱可能に構成されている。図５の例では、ヘッドライト本体のリフレクタ７の後端にＬＥＤ光源モジュール１が装着されている。

ＬＥＤ部２は、単数あるいは複数個のＬＥＤチップ２ａを有する。たとえば、１ｍｍ角ＬＥＤチップ２ａを４乃至５個並べて構成される。ＬＥＤ部２は、１Ａ前後の投入電流量で、１０００ルーメン以上３０００ルーメン以下の光束が得られる白色光源である。ＬＥＤ部２の周辺には温度センサが設けられている。

ＬＥＤ部２は、より詳細には、ＬＥＤチップ２ａと図示しない蛍光体との組み合わせにより白色光を発する白色光源である。ＬＥＤチップ２ａは青色ＬＥＤチップであり、蛍光体は黄色蛍光体である。

ヒートシンク３は、図２に示すように、底を有する円筒状の凹部（ＬＥＤ収容部）３ａと、凹部３ａの開口部（前端部）３ｂの周縁からその径方向外方に張り出した平板円環状の放熱部３ｃとを有する。凹部３ａの厚さは８ｍｍである。凹部３ａの内径は２０ｍｍ乃至３０ｍｍ、深さは５ｍｍ前後が最適である。放熱部３ｃは、このＬＥＤ光源モジュール１において直径が最も大きい部分であり、その寸法は４０ｍｍである。凹部３ａの内底面３ｄは凹部３ａの深さ方向に対して直交している。凹部３ａの内底面３ｄにＬＥＤ部２が固定されている。凹部３ａの外底面３ｅにアクティブクーリング部４が接合されている。放熱部３ｃの後面には、多数の放熱針（針状の放熱フィン）３ｆが設けられている。放熱部３ｃの外周には、これをヘッドライト本体に螺子９で固定するための取付部３ｇが周方向三箇所に設けられている（図２（ｂ）参照）。各取付部３ｇには、螺子（図５参照）が挿入される貫通孔３ｈが設けられている。ヒートシンク３の材質には、通常はアルミニウムが使用されるが、その熱伝導性や重さなどの要求に応じて、銅、マグネシウム、モリブデン合金なども用いられる。

アクティブクーリング部４は、図３に示すように、電動ファン４ａと、電動ファン４ａを収容した筐体４ｂとを有している。電動ファン４ａの風量は、１乃至５ｍ／ｓであり、ヒートシンク３の熱抵抗等の測定結果に基づいて選定される。アクティブクーリング部４は、筐体４ｂの側部に設けられた吸入口４ｃから空気を吸入し、筐体４ｂの前端部に設けられた排出口４ｄから空気を排出するように構成されている。アクティブクーリング部４内には、電動ファン４ａによる空気の吸い込み及び送風を良好にするべく十分な容量の空間が設けられている。筐体４ｂの径寸法は、ヒートシンク３の放熱部３ｃの径寸法とほぼ同じ（若干小さ目）であり、厚さ寸法は７ｍｍである。筐体４ｂは、金属又は高熱伝導性樹脂で形成されている。

ドライバ部５は、図４に示すように、ＬＥＤ駆動回路５Ａとファン駆動回路５Ｂと異常検出回路５Ｃとを有している。ドライバ部５は、厚さ１２ｍｍ、直径４０ｍｍの円筒状の筐体を有し、その中にこれらの回路５Ａ、５Ｂ及び５Ｃが収容されている。
ＬＥＤ駆動回路５Ａは、ＬＥＤ部２の周辺に設けられた温度センサの検出信号に基づいて、ＬＥＤ部２の駆動電流を制御する。ＬＥＤ駆動回路５Ａは、ＬＥＤ部２の周辺の温度が所定の温度以上のときには、その温度に応じてＬＥＤ部２の駆動電流を減らす機能を有している。また、ＬＥＤ駆動回路５Ａは、ＬＥＤ部２の駆動電流が想定される範囲から外れたときにＬＥＤ部２の異常を示す信号（異常ステータス信号）を出力する機能を有している。

ＬＥＤ駆動回路５Ａは、入力保護回路、ＬＥＤ駆動用定電流回路及び電動フアン駆動用電圧調整回路を有している。ＬＥＤ駆動回路５Ａの出力電圧は５個のＬＥＤチップを駆動する場合、１６Ｖ乃至１９Ｖであり、電動ファン４ａを駆動した場合におけるＬＥＤ光源モジュール１の消費電力は２４Ｗである。５個のＬＥＤチップ２ａで構成したＬＥＤ部２の消費電力を１９Ｗ、電動ファン４ａの消費電力を２Ｗ、ドライバ部５などの回路部での消費電力を２Ｗとすると、バッテリからＬＥＤ光源モジュール１に流れる電流を２Ａ以下にすることができる。

ファン駆動回路５Ｂは、ＬＥＤ部２の周辺に設けられた温度センサの検出信号に基づいて電動ファン４ａを駆動する。ファン駆動回路５Ｂは、ＬＥＤ部２の周辺の温度が所定の温度以下のときには、電動ファン４ａの駆動を停止する機能を有している。また、ファン駆動回路５Ｂは、電動ファン４ａの回転数が許容範囲から外れたときに電動ファン４ａの異常を示す信号（異常ステータス信号）を出力する機能を有している。ファン駆動回路５Ｂには電源ライン、グランドライン及び不良検出ラインがあり、これら３本のラインがＬＥＤ駆動回路５Ａに接続されている。ファン駆動回路５Ｂは、ＬＥＤ部２への駆動電流を監視し、その電流に応じて電動ファン４ａの回転数を調整する。電動ファン４ａの回転数は電圧によりコントロールされる。

異常検出回路５Ｃは、ＬＥＤ駆動回路５Ａの異常ステータス信号（１）とファン駆動回路５Ｂの異常ステータス信号（１）との論理和が１のときに異常ステータス信号を出力する。すなわち、異常検出回路５Ｃは、ＬＥＤ駆動回路５Ａとファン駆動回路５Ｂの両方又は一方から異常ステータス信号が出力されたら、ＬＥＤ光源モジュール１の異常を示す異常ステータス信号を出力する。異常検出回路５Ｃから出力された異常ステータス信号は、このＬＥＤ光源モジュール１が装着されている車両の電子制御系に電源プラグ６を介して送られる。

電源プラグ６は、ドライバ部５の側部に設けられている。電源プラグ６には、バッテリに接続される２つの入力端子(プラス端子、グランド端子)と、車両の電子制御系の不良検出ラインに接続される信号端子の少なくとも３本の端子が設けられている。

以上説明したように、このＬＥＤ光源モジュール１は、その構成要素であるＬＥＤ部２、ヒートシンク３、アクティブクーリング部４、ドライバ部５、及び電源プラグ６がすべて一体となって構成され、且つ、ヘッドライト本体に着脱自在に構成されているので、これを取り替える必要が生じた場合、従来のようにヘッドライト本体１０ごと取り替える必要はなく、ＬＥＤ光源モジュール１だけを取り替えることができる。また、このＬＥＤ光源モジュール１は、その構成が単純であるため安価に提供することができる。

したがって、このＬＥＤ光源モジュール１をＬＥＤヘッドランプの光源部に使用することにより、ＬＥＤを用いた光源部だけを取り替えることができなかった従来のＬＥＤヘッドランプと比較して、ＬＥＤヘッドランプ自体のコストを大幅に引き下げることができる。また、光源部を取り外すことができることにより、ＬＥＤヘッドランプのメンテナンス性が大幅に向上する。このＬＥＤ光源モジュール１は、ＬＥＤヘッドランプを搭載した車両の一部として販売される市場のみならず、車両の販売後、その交換用部品として販売される市場においても流通可能である。そして、４輪車両向けヘッドライト用としてだけでなく、２輪車両向けヘッドライト用としても使用可能である。

また、このＬＥＤ光源モジュール１は、ＬＥＤ部２を強制冷却する手段として、ＬＥＤ部２からの熱を奪い取るヒートシンク３と、ヒートシンク３を冷却するアクティブクーリング部４を有しているので、排熱システムを別途要しない。アクティブクーリング部４は、ヒートシンク３を送風により冷却する電動ファン４ａを備え、１０００ルーメンの放射性能を有するＬＥＤ部２のジャンクション温度をＬＥＤ部２が安定動作可能な基準温度（約１５０℃）以下に保つことができる。したがって、このＬＥＤ光源モジュール１は１つのモジュールでヘッドランプを設計する場合に要求される１０００ルーメン以上の放射性能を発揮する。

また、このＬＥＤ光源モジュール１は、ヒートシンク３の凹部３ａの内底面３ｄにＬＥＤ部２が固定され、当該凹部３ａの外底面３ｅにアクティブクーリング部４が接合されていることにより、ＬＥＤ部２とアクティブクーリング部４とが互いに極近い位置に設けられている。この特有の構成により、アクティブクーリング部４によるＬＥＤ部２の冷却効率を最大化できる。その結果、ヒートシンク３及びアクティブクーリング部４として小型のものを使用することが可能となる。

さらに、このＬＥＤ光源モジュール１は、ＬＥＤ部２とアクティブクーリング部４とが互いに極近い位置に設けられ、且つ、アクティブクーリング部４の筐体４ｂが金属又は高熱伝導性樹脂で形成されていることにより、ＬＥＤ部２で発生した熱を利用して、低温時における電動ファン４ａの始動性を向上させることができる。すなわち、電動ファン４ａは、低温環境下においては軸受けのオイルの粘性が高くなるためその始動性が低下する傾向があるが、このＬＥＤ光源モジュール１においては、ＬＥＤ部２と電動ファン４ａとが筐体４ｂを介して熱的に互いに良好に接触しているため、ＬＥＤ部２で発生した熱を効果的に電動ファン４ａに伝えることができ、低温環境下においてもＬＥＤ部２を駆動させることにより電動ファン４ａの温度を始動可能温度に短時間で上昇させることができる。車載向けの電動ファン４ａでは−４０℃以下という低温環境下での動作が要求されるが、このＬＥＤ光源モジュール１においては、電動ファン４ａとして、動作温度が−３０℃以上の一般的な電動ファンを使用することができる。−４０℃以下でも粘性が低下しない特殊なオイルを用いた電動ファンを用いると、コストや信頼性の面で問題が大きくなるが、このＬＥＤ光源モジュール１によれば、このような問題を回避できる。

さらに、このＬＥＤ光源モジュール１は、ＬＥＤ部２の周辺温度が所定の温度以下のときには電動ファン４ａの駆動を停止させることにより、省電力化を実現している。ＬＥＤ部２の周辺温度が、たとえば、０℃以下のときにはＬＥＤ部２の内部温度もジャンクション温度の最大値を超えていないので、電動ファン４ａを駆動する必要がない。

高温時における電動ファン４ａのダメージが懸念されるかもしれないが、この点も問題はない。高温時にはＬＥＤ部２で発生した熱がヒートシンク３を介してアクティブクーリング部４の筐体４ｂにも伝えられるが、電動ファン４ａによりアクティブクーリング部４の筐体４ｂ自体も冷却されるので、問題とはならない。ＬＥＤ部２と電動ファン４ａとがヒートシンク３の凹部３ａの底を介して互いに近接していることから、電動ファン４ａとヒートシンク３との間の熱抵抗は充分小さく、電動ファン４ａによる充分な冷却が可能である。ここで充分な冷却とは、ＬＥＤ部２の最大ジャンクション温度、電動ファン４ａの風量、ヒートシンク３の熱抵抗、最大周辺温度、ＬＥＤ部２に印加される電流・電圧により決定されるパラメータである。このＬＥＤ光源モジュール１においてはこれらの値が最適化されている。

また、このＬＥＤ光源モジュール１は小型であり、ヒートシンク３の熱容量も小さいため、ＬＥＤ部２への電源供給が止まった後には、温度は長時間にわたって維持されず、急激にモジュール１全体が冷却される。したがって、仮に周辺温度が高温であったとしても、モジュール１にダメージを与える要因あるいはモジュール１の寿命を低減させる要因とはならない。

また、このＬＥＤ光源モジュール１は、小型であるが故、ヘッドライト本体の後部蓋８とリフレクタ７の後端との間の小さなスペースに設けることができ、ヘッドライト本体の大きさを小さくすることに寄与する。

また、このＬＥＤ光源モジュール１は、ヒートシンク３の凹部３ａの内底面３ｄにＬＥＤ部２が固定されていることにより、ＬＥＤ部２からの出射光の一部すなわち、ＬＥＤ部２の光出射面との角度が所定の角度以下の範囲の出射光を遮断することができるので、余分な範囲への光の出射を防止して、所望の配光の実現を容易化できる。

また、このＬＥＤ光源モジュール１は、ヒートシンク３の凹部３ａの内底面３ｄにＬＥＤ部２を固定し、凹部３ａの開口部３ｂの周縁からその径方向外方に張り出した平板円環状の放熱部３ｃの後面に多数の放熱針３ｆを設けることにより、ＬＥＤ部２とアクティブクーリング部４との距離を最短化しつつ、制約された空間に多数の放熱針３ｆを設けることを可能としている。この構成によりモジュール１の小型化と冷却効率の向上とを両立させている。また、ヒートシンク３の平板円環状の放熱部３ｃの後面に多数の放熱針３ｆが設けられ、その放熱部３ｃに臨ませてアクティブクーリング部４の排出口４ｄが設けられているので、ヒートシンク３の放熱部３ｃ及び放熱針３ｆからなる部分に効率良く空気を送風して熱交換に使用できる。

また、このＬＥＤ光源モジュール１は、ＬＥＤ駆動回路５Ａとファン駆動回路５Ｂのうち少なくとも一方に異常が発生したら異常ステータス信号を車両の電子制御系に送信する異常検出回路５Ｃを備えているので、ＬＥＤ光源モジュール１の異常発生時にそのことを直ちに車両のユーザに報知する機能を車両に持たせることができる。ＬＥＤ光源モジュール１の異常発生時にそのことを直ちに車両のユーザに報知することにより、車両のユーザにＬＥＤ光源モジュール１の交換を促し、車両の運行の安全性維持に役立てることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各部の形状・寸法や各要素の具体的構成は適宜変更可能である。

たとえば、上記の実施形態では、互いに積層されたヒートシンク３、アクティブクーリング部４及びドライバ部５の厚さをそれぞれ８ｍｍ、７ｍｍ及び１２ｍｍとし、したがってＬＥＤ光源モジュール１の全長を２７ｍｍとした設計例を示したが、各部の厚さ寸法は任意である。各部の径寸法も任意である。

また、ヒートシンク３、アクティブクーリング部４及びドライバ部５の外形は必ずしも円筒形である必要は無く、直方体であっても、あるいはそれ以外の形状であってもよい。

また、上記の実施形態では、ＬＥＤ光源モジュール１がヘッドライト本体に螺子９で固定される構造になっているが、ＬＥＤ光源モジュール１をヘッドライト本体に嵌め込み方式で装着できるように構成してもよい。また、ＬＥＤ光源モジュール１をヘッドライト本体そのものに組み付け、ＬＥＤ光源モジュール１をヘッドライト本体から容易には取り外せない構造としてもよい。

また、上記の実施形態では、ファン駆動回路５Ｂがドライバ部５に設けられているが、ファン駆動回路５Ｂをアクティブクーリング部４に内蔵することも可能である。アクティブクーリング部４の筐体４ｂの材質にアルミニウムなどの導電性が良好な金属を用いれば、ファン駆動回路５Ｂから発せられる電磁ノイズを遮蔽する機能を筐体４ｂに持たせることができる。

また、上記の実施形態では、ヒートシンク３の放熱部３ｃの後面に放熱針（針状の放熱フィン）３ｆが設けられている構成例を示したが、ヒートシンク３として、図６乃至図１０に例示する構造のものを採用することもできる。

図６に示すヒートシンク３は、凹部３ａの外周面から放射状に延びる板状の複数の放熱フィン３ｆを有している。

図７に示すヒートシンク３は、凹部３ａの外周面との間に空気流路を形成する外壁３ｉを有し、凹部３ａと外壁３ｉとが放熱フィン３ｆを介して互いに連結されている。

図８に示すヒートシンク３は、円錐状の頂部を除いた形状の外壁３ｉを有している。すなわち、図８に示すヒートシンク３の外壁３ｉは、その後端から前端にかけて径寸法が漸次小さくなっている。この構造によれば、ヒートシンク３から流出する空気の流速を増大させて、ヘッドライト本体の先端部まで空気を流すことができる。

図９に示すヒートシンク３は、凹部３ａの外周面からその径方向外方に張り出した平板円環状の複数（この例では３枚）の放熱フィン３ｆを有している。これら複数の放熱フィン３ｆは、その外周部に設けられた円筒状の隔壁３ｊによって互いに連結されている。それぞれの放熱フィン３ｆには複数の空気流通孔３ｋが周方向に並べて形成されている。アクティブクーリング部４からの気流は、最も後端側に位置する放熱フィン３ｆの空気流通孔３ｋを通って凹部３ａと隔壁３ｊとの間の空間に流入し、最も前端側に位置する放熱フィン３ｆの空気流通孔３ｋから流出する間に３枚の放熱フィン３ｆと効率良く熱交換した後、更に放熱部３ｃと熱交換する。

また、上記の実施形態では、ヒートシンク３の凹部３ａの内底面３ｄが凹部３ａの深さ方向に対して直交しているが、図１０に例示するように、凹部３ａの内底面３ｄが凹部３ａの深さ方向に対して傾斜している構成とすることもできる。図１０の例では、図１乃至図２に示したヒートシンク３の凹部３ａ内に前面（上面）が傾斜した部材３ｐを設けることにより、かかる構造を実現している。

また、上記の実施形態の構成に加え、図１１に例示するように、反射部材１１を有する構成も本発明の施術的範囲に属する。図１１に示す反射部材１１は、ＬＥＤ部２からの出射光を反射する凹球面状の反射面１１ａを有している。反射面１１ａは、ヘッドライト本体のリフレクタの概ね焦点に位置し、一次集光面として機能する。反射部材１１が設けられていることにより、広い角度で拡散するＬＥＤ部２からの光を効率的に集光することが可能になる。

また、上記の実施形態の図５の例では、ヘッドライト本体のリフレクタ７の後端にＬＥＤ光源モジュール１が装着されているが、図１２乃至図１４に示すように、ヘッドライト本体の構造に応じて種々の装着形態を採用可能である。

図１２（ａ）乃至（ｃ）に例示するヘッドライト本体２１は、その前端に大きく開口した光出射窓２１ａを有し、その後端に、ＬＥＤ光源モジュール１を装着するための作業孔２１ｂを有している。光出射窓２１ａにはドーム状のフロントカバー２２が装着されている。作業孔２１ｂは、ＬＥＤ光源モジュール１をヘッドライト本体２１内に装着した後、裏蓋２３で閉塞されている。

図１２（ａ）の例では、ＬＥＤ光源モジュール１を取り付けるための取付部２４がヘッドライト本体２１の内底部に設けられており、図１乃至図４で説明したＬＥＤ光源モジュール１がそのＬＥＤ部２を上方に向けて装着されている。ＬＥＤ光源モジュール１の上方には、凹球面状の反射面２５ａを有するリフレクタ２５が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光は、リフレクタ２５で前方に反射され、ヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１２（ｂ）の例では、ＬＥＤ光源モジュール１を取り付けるための取付部２４がヘッドライト本体２１の天井部に設けられており、図１乃至図４で説明したＬＥＤ光源モジュール１がそのＬＥＤ部２を下方に向けて装着されている。ＬＥＤ光源モジュール１の下方には、凹球面状の反射面２５ａを有するリフレクタ２５が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光は、リフレクタ２５で前方に反射され、ヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１２（ｃ）の例では、ヘッドライト本体２１内の後部にリフレクタ機能を有する取付部２８が設けられており、図１１に示した構造のＬＥＤ光源モジュール１がそのＬＥＤ部２を前方に向けて取付部２８の開口部に装着されている。ＬＥＤ光源モジュール１の反射部材１１の下方には、凹球面状の反射面２５ａを有するリフレクタ２５が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光は、反射部材１１で下方に反射された後、リフレクタ２５で前方に反射され、ヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）の例では、ヘッドライト本体２１内の後部にリフレクタ機能を有する取付部２８が設けられており、図１乃至図４で説明したＬＥＤ光源モジュール１がそのＬＥＤ部２を前方に向けて取付部２８の開口部に装着されている。

図１３（ａ）の例では、ＬＥＤ光源モジュール１の前方片側に遮蔽板（配光制御板）２５が設けられ、更にその前方中央にレンズ２６が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光のうち不要な光は遮蔽板２５で遮られ、有用な光だけがレンズ２６で集光されてヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１３（ｂ）の例では、ＬＥＤ部２とレンズ（二次レンズ）２６との間に一次レンズ２７が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光は、これら２つのレンズ２６、２７で集光されてヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１３（ｃ）の例では、ＬＥＤ光源モジュール１を取り付けるための取付部２４がヘッドライト本体２１の内底部に設けられており、図１１に示した構造のＬＥＤ光源モジュール１がそのＬＥＤ部２を上方に向けて装着されている。ＬＥＤ光源モジュール１の前方片側には遮蔽板２５が設けられ、更にその前方中央にレンズ２６が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光は、反射部材１１で前方に反射される。その光のうち不要な光は遮蔽板２５で遮られ、有用な光だけがレンズ２６で集光されてヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の例では、ヘッドライト本体２１内の後部にリフレクタ機能を有する取付部２８が設けられており、図１０に示したＬＥＤ光源モジュール１がそのＬＥＤ部２を前方に向けて取付部２８の開口部に装着されている。

図１４（ａ）の例では、ＬＥＤ部２が斜め上方に向いている。ＬＥＤ光源モジュール１の前方にはレンズ２６が設けられている。ヘッドライト本体２１の天井近傍にはリフレクタ２５が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光のうち上方に拡散した光はリフレクタ２５で前方に反射される。その結果、ＬＥＤ部２から出射された光のほぼ全てがレンズ２６で集光されてヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１４（ｂ）の例では、ＬＥＤ部２が斜め下方に向いている。ＬＥＤ光源モジュール１の前方にはレンズ２６が設けられている。ヘッドライト本体２１の内底近傍にはリフレクタ２５が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光のうち下方に拡散した光はリフレクタ２５で前方に反射される。その結果、ＬＥＤ部２から出射された光のほぼ全てがレンズ２６で集光されてヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１４（ｃ）の例では、ＬＥＤ光源モジュール１を取り付けるための取付部２４がヘッドライト本体２１の内底部に設けられており、図１乃至図４で説明した構造のＬＥＤ光源モジュール１がそのＬＥＤ部２を上方に向けて装着されている。ＬＥＤ部２は斜め後方に向いている。ＬＥＤ光源モジュール１の上方にはリフレクタ２５が設けられている。ＬＥＤ光源モジュール１の前方片側には遮蔽板２５が設けられ、更にその前方中央にレンズ２６が設けられている。ＬＥＤ部２から出射された光は、リフレクタ２５で前方に反射される。その光のうち不要な光は遮蔽板２５で遮られ、有用な光だけがレンズ２６で集光されてヘッドライト本体２１の光出射窓２１ａから出射される。

図１２（ｃ）、図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の例では、ＬＥＤ光源モジュール１が取付部２８にフロントカバー２２側から挿入して取り付けられているが、ＬＥＤ光源モジュール１を取付部２８に裏蓋２３側から挿入して取り付けることができるように構成してもよい。また、ＬＥＤ光源モジュール１と取付部２８とを固定する手段は螺子９である必要はない。たとえば、図１９に示すように、ＬＥＤ光源モジュール１の前端部の外周部に、ヘッドライト本体２１の取付部２８に係合する突起部３ｔを設け、ＬＥＤ光源モジュール１を取付部２８の開口部に挿入して嵌め付けることにより、両者が互いに係合して固定されるように構成してもよい。

図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１４（ｃ）の例では、ＬＥＤ光源モジュール１が上向き又は下向き姿勢で作業孔２１ｂからヘッドライト本体２１内に挿入され、取付部２４に固定される。ＬＥＤ光源モジュール１と取付部２４とには、互いに係合する位置決めガイド部（図示省略）が各々設けられており、互いの位置決めガイド部同士を係合せることにより、両者を互いに高精度に位置決めして固定できるようになっている。

また、図１３（ｃ）及び図１４（ｃ）の例では、ヘッドライト本体２１に遮蔽板（配光制御板）２５が設けられているが、図１５乃至図１７に示すように、遮蔽板２５の機能をヒートシンク３に持たせてもよい。遮蔽板２５の機能をヒートシンク３に持たせることにより、ヘッドライト本体２１に設けられる遮蔽板２５を省略し、ヘッドランプの部品点数を削減できる。

図１５乃至図１７の例では、ヒートシンク３の凹部３ａの開口部に遮蔽部材（配光制御部）２９が設けられている。遮蔽部材２９は、直線状の弧部３ａと、ヒートシンク３の凹部３ａの内周面に密に接合された弦部２９ａとを有する三日月状の板状の部材である。遮蔽部材２９は、凹部３ａの開口部の片側一部を塞ぐようにしてヒートシンク３に設けられている。ＬＥＤ部２は光放射半値角は１２０度である。凹部３ａの開口部の片側に遮蔽部材２９が設けられていることにより、ＬＥＤ部２からの放射光の片側のみ遮断される。遮蔽部材２９の位置はＬＥＤ部２の位置及びＬＥＤ部２からの距離に適応させて正確に決められている。遮蔽部材２９の寸法・形状は任意である。遮蔽部材２９の材質は、ヒートシンク３のその他の部分の材質と同じであることが望ましい。遮蔽部材２９の裏面すなわち、ＬＥＤ部２からの光が照射される面には光吸収率の高い膜を形成するなど光反射抑制処理を施しておくことが望ましい。

また、上記実施形態においては、アクティブクーリング部４がその筐体４ｂの側部に設けられた吸入口４ｃからのみ空気を吸入する構造になっているが、たとえば図１８に示すように、筐体４ｂの側部からのみならず後部からも空気を吸入し得るように筐体４ｂの構造を変更してもよい。図１８の例では、ドライバ部５の筐体１２の側部に吸入口５ｉが設けられ、前端部に図示しない排出口が設けられている。筐体１２の排出口は、ヒートシンク３の放熱フィン３ｆに臨ませて設けられている。この構造によれば、アクティブクーリング部４の冷却機能をドライバ部５の冷却にも有効利用することができる。

１ ヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール
２ ＬＥＤ部
２ａ ＬＥＤチップ
３ ヒートシンク
３ａ 凹部
３ｄ 内底面
３ｉ 外壁
４ アクティブクーリング部
４ａ 電動ファン
４ｂ 筐体
４ｃ 吸入口
４ｄ 排出口
５ ドライバ部
５Ａ ＬＥＤ駆動回路
５Ｂ ファン駆動回路
５Ｃ 異常検出回路
６ 電源プラグ
１１ 反射部材
２９ 遮蔽部材（配光制御部）

Claims (10)

1. 単数あるいは複数個のＬＥＤチップを有するＬＥＤ部と、
   前記ＬＥＤ部と熱的に接続されたヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを強制的に冷却するアクティブクーリング部と、
   前記ＬＥＤ部及び前記アクティブクーリング部を駆動するドライバ部と、
   前記ドライバ部と前記アクティブクーリング部とに電力を供給するための電源プラグと、を有し、
   これらが一体としてヘッドライト本体に装着可能に構成されているヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュールにおいて、
   前記ＬＥＤ部、前記ヒートシンク、前記アクティブクーリング部及び前記ドライバ部がこの順に積層されており、
   前記ＬＥＤ部は、全光束が１０００ルーメン以上３０００ルーメン以下の白色光源であり、
   前記ヒートシンクは、その前端が開口した凹部を有し、当該凹部の内底面に前記ＬＥＤ部が固定されており、
   前記凹部の後端に前記アクティブクーリング部が接合されており、
   前記凹部の内底面が前記凹部の深さ方向に対して傾斜している、
   ヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
2. 前記凹部内に前記ＬＥＤ部からの光を遮る配光制御部が設けられている、請求項１に記載のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
3. 前記凹部の周囲に放熱フィンが設けられている、請求項１または２に記載のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
4. 前記ヒートシンクは、前記凹部との間に空気流路を形成する外壁を有し、前記凹部と前記外壁とが前記放熱フィンを介して互いに連結されている、請求項３のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
5. 前記外壁は、その後端から前端にかけて径寸法が漸次小さくなっている、請求項４のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
6. 前記アクティブクーリング部は、電動ファンと、当該電動ファンを収容した筐体とを有し、当該筐体の側部に設けられた吸入口から空気を吸入し、当該筐体の前端部に設けられた排出口から空気を排出するように構成されている、請求項１乃至５の何れか１項に記載のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
7. 前記筐体が金属又は高熱伝導性樹脂で囲われている、請求項６のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
8. 前記ＬＥＤ部からの出射光を凹球面状の反射面により反射する反射部材を有する、請求項１乃至７の何れか１項に記載のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
9. 前記ドライバ部は、その周辺温度が所定の温度以下のときには前記電動ファンを駆動しない、請求項６または７に記載のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。
10. 前記ドライバ部は、前記電動ファンの回転数が許容範囲から外れたときに前記電動ファンの異常を示す信号を出力する異常検知回路を有する、請求項６または７または９に記載のヘッドライト用ＬＥＤ光源モジュール。

Images