JP6014253B2 - 自動車用ｌｅｄヘッドランプ - Google Patents

Description

本発明は照明器具に関し、詳細には自動車用ＬＥＤヘッドランプに関する。

従来の自動車用ヘッドランプは、通常、タングステンフィラメント真空電球又はキセノン高輝度放電（Ｘ−ＨＩＤ）ランプを用いて、又は複数の単一ＬＥＤ照明モジュールを用いて光を放出する。各モジュールは、パッケージ化されて別個の放熱構造体上に配置され、次に、自動車のヘッドランプのランプホルダに取り付けられる。他方では、光源モジュールと放熱構造体との間の間隙は、熱伝導性シルバー接着剤又は塗布された熱グリースで充填される。前述の２つの事例において、光源モジュールと放熱構造体との間には所定の熱抵抗があるので、光源モジュールと放熱構造体との間で比較的大きな温度差が生じ、熱伝導性の問題を完全に解決することができない。従って、前記の欠点は、高出力を得るためにはＬＥＤの故障を引き起こす可能性があるので、ＬＥＤの輝度及び電気光学変換率が低くなる。

従って、ＬＥＤの低出力及び不適当な放熱の問題を解決するために、放熱が良好で高出力ＬＥＤを構築できる自動車用ＬＥＤヘッドランプを提供する必要がある。

自動車用ＬＥＤヘッドランプは、基材上に配置されたＬＥＤランプと、該基材が端部に固定され、低沸点の液体が内部に充填されるストリップ形状の熱伝導部材と、放熱シリンダ及び複数の放熱フィンを有する放熱部材とを備え、放熱シリンダは、熱伝導部材を収容するための貫通穴を備え、複数の放熱フィンは、基材から離れた放熱シリンダの端部の周囲に固定される。

１つの実施形態において、自動車用ＬＥＤヘッドランプは、前記放熱シリンダにスリーブ連結され、前記ＬＥＤランプが設けられた前記放熱部材を自動車ヘッドランプ組立体のランプホルダに固定するように構成された保持部材をさらに備える。

１つの実施形態において、保持部材は、円筒形状の連結部とバヨネットとを有し、連結部は、放熱シリンダ上にスリーブ連結され、バヨネットは、連結部の外側側壁から半径方向に突出し、バヨネットは、対応するランプ形式の自動車ヘッドランプ組立体のランプホルダに係止されるように構成され、バヨネットとＬＥＤランプの発光点との間の距離は、自動車ランプの焦点距離基準を満たす。

１つの実施形態において、熱伝導部材は、熱伝導性プラットフォーム及び熱伝導性パイプを備え、基材は、熱伝導性プラットフォームの端部の端面又は側面に固定され、熱伝導性プラットフォームの他方の端部又は内部穴は、熱伝導性パイプに結合され、熱伝導性パイプは、貫通穴に収容される。

１つの実施形態において、自動車用ＬＥＤヘッドランプは、保持部材上に配置される防水部材をさらに備え、防水部材は、保持部材に形成された溝に収容され、防水部材は、バヨネットのＬＥＤランプに向かい合う側に配置される。

１つの実施形態において、自動車用ＬＥＤヘッドランプは、制御モジュール及び温度センサをさらに備え、温度センサは、基材の上に配置されてＬＥＤランプの温度を検出するように構成され、放熱部材は、複数の放熱フィンに接触して熱伝導部材の反対側にあるファンをさらに備え、制御モジュールは、温度に応答してファンの作動を制御する。

１つの実施形態において、複数の放熱フィンは、熱伝導部材と同軸で基材から離れた側面にファンを収容するための溝を備える。

１つの実施形態において、熱伝導部材は、内側側壁に毛細管を備える。

１つの実施形態において、放熱シリンダは、互いにスリーブ連結される第１のセグメント及び第２のセグメントを備え、保持部材は、第１のセグメントに隣接した第２のセグメントの端部にスリーブ連結され、放熱フィンは、第１のセグメントから離れた第２のセグメントの端部に配置される。

１つの実施形態において、第１のセグメントは、第２のセグメントに対してスリーブを介してネジ式で連結される。

前述の自動車用ＬＥＤヘッドランプは、従来の自動車用ヘッドランプに適用されたタングステンフィラメント電球又はキセノン高輝度放電ランプの代わりにＬＥＤランプを利用するので、自動車用ヘッドランプの輝度及び電気光学変換率が高くなり、エネルギ消費が低減する。加えて、熱伝導部材に収容された低沸点の液体を循環させて、ＬＥＤランプが発生する熱を放熱部材に伝達するようになっており、放熱速度が加速される。放熱機能が改善されるので比較的高出力のＬＥＤを用いて性能を高めることができる。

さらにＬＥＤランプが設けられた基材を熱伝導性プラットフォームの端部の端面又は側面に位置付けることで、ＬＥＤランプは、異なる輝度及び角度の設計を実現するように、異なる形式のヘッドランプ組立体にそれぞれ適用することができる種々の配置及び分布とすることができる。

１つの実施形態による自動車用ＬＥＤヘッドランプの側面図である。 図１の自動車用ＬＥＤヘッドランプの断面図である。 図１の自動車用ＬＥＤヘッドランプの分解組立図である。 図１の自動車用ＬＥＤヘッドランプの上面図である。 他の実施形態による自動車用ＬＥＤヘッドランプの分解組立図である。 図５の自動車用ＬＥＤヘッドランプの断面図である。 図５の自動車用ＬＥＤヘッドランプの前面図である。 図５の自動車用ＬＥＤヘッドランプの上面図である。 他の実施形態による熱伝導部材の分解組立概略図である。 別の実施形態による保持部材の分解組立概略図である。 図９の熱伝導部材及び図１０の保持部材を用いた自動車用ＬＥＤヘッドランプの正面図である。 別の実施形態による自動車用ＬＥＤヘッドランプの分解組立図である。 図１２の自動車用ＬＥＤヘッドランプの正面図である。 １つの実施形態による自動車用ＬＥＤヘッドランプの後面図である。

図１を参照すると、１つの実施形態による自動車用ＬＥＤヘッドランプが示されている。自動車用ＬＥＤヘッドランプは、ＬＥＤランプ、基材１００、熱伝導部材２００、放熱部材３００、及び保持部材４００を含む。

ＬＥＤランプは、基材１００上に配置され、基材１００は、プリント基板（ＰＣＢ）である。例示的な実施形態において、ＬＥＤランプは、単数又は複数とすることができる。複数のＬＥＤランプの場合、各ＬＥＤランプは、複数の基材１００上にそれぞれ配置されるが、各ＬＥＤランプは、同じ基材１００上に配置することもできる、複数のＬＥＤランプによって自動車用ＬＥＤヘッドランプの輝度を高くすることができる。

熱伝導部材２００はストリップ形状であり、換言すると、円筒、立方体、又は多面体の長いストリップ形状である。基材１００は、熱伝導部材２００の端面に固定され、自動車用ＬＥＤヘッドランプの作動時、基材１００上のＬＥＤランプは熱を放出し、熱伝導部材２００は、基材１００が設けられた端面からの全ての熱を他方の端面に伝達することになる。

好ましい実施形態において、熱伝導部材２００は、熱伝導性プラットフォーム２２０及び熱伝導性パイプ２４０を含む。基材１００は、熱伝導性プラットフォーム２２０の端部の端面又は側面に固定され、熱伝導性プラットフォーム２２０の他方の端部又は内部穴は熱伝導性パイプ２４０に接続される。特に、熱伝導性プラットフォーム２２０及び熱伝導性パイプ２４０は、一体形成すること、又は各端部を溶着することで接続することができ、又は、熱伝導性パイプ２４０の端部は、熱伝導性パイプ２４０に対向する熱伝導性プラットフォーム２２０の端部に形成された穴（前述の内部穴）に収容することもでき、熱伝導性パイプ２４０の端部は熱伝導性プラットフォーム２２０に固定される。当該構成によって自動車のヘッドランプの焦点距離基準に適合するという前提で、ＬＥＤランプの様々な配光が可能になり、例えば、基材１００が熱伝導部材２００の端面上に配置される場合、単一のＬＥＤランプ又は複数のＬＥＤランプを水平かつ均一に分布させることができる。図７、１１、１２、及び１３を参照すると、基材１００が熱伝導部材２００の側面に配置される場合、熱伝導部材２００が備える側面又は複数のＬＥＤランプを、円形的、対照的、又は非対称的に（図８参照）に分布させること、又は転位分布させること（図８参照）ができ、自動車用ＬＥＤヘッドランプのハイ・ローランプ、ハイビーム又は減光ヘッドランプを実現する。

図２及び３を参照すると、熱伝導性プラットフォーム２２０は、「Ｔ」形状とすることができ、基材１００はＴ部の上面に固定される。図５、６、及び７を参照すると、熱伝導性プラットフォーム２２０は、平らな直方体とすることもでき、基材１００は直方体の両面に固定されるので、各ＬＥＤランプは、直方体に対して対称的に又は非対照的に（図８参照）分布される。図９、１０、及び１１を参照すると、熱伝導性プラットフォーム２２０は、ストリップ形状の多面体とすることもでき、基材１００は、多面体の１つの表面上に配置することができ、又は複数の基材１００は、多面体のそれぞれの表面に配置され、ＬＥＤランプは多面体に対して環状に分布される。

図２を参照すると、熱伝導部材２００は低沸点の液体で満たされており、詳細には、低沸点の液体は、熱伝導性パイプ２４０の内部に満たされており、勿論、熱伝導性プラットフォーム２２０の内部は低沸点の液体で満たすこともでき、好ましくは、低沸点の液体は、水蒸気である。熱伝導部材２００は負圧状態に排気され、その中は適切な低沸点の液体で満たされ、これは揮発が容易である。好ましくは、複数の毛細管（毛管芯）が熱伝導部材２００の内部側壁に配置され、毛細管は、毛細多孔質材料で構成される。基材１００に隣接する熱伝導部材２００の端部は蒸発端部であり、他方の端部は凝縮端部であり、熱伝導部材２００の蒸発端部が加熱される場合、熱は、熱伝導部材２００の蒸発端部から凝縮端部に伝達される。特に、毛細管内の液体は急激に蒸発し、蒸発した低沸点の液体は、僅かな差圧の下で凝縮端部へ流れ、熱を放出した後に液体に再凝縮し、この液体は、毛細管力の下で多孔質材料に沿って蒸発端部に還流して停止することなく循環し、熱伝導部材２００の蒸発端部から凝縮端部に熱を伝達するようになっている。このような循環は急激に行われるので、熱を連続的に伝達することができる。

放熱部材３００は、放熱シリンダ３２０及び複数の放熱フィン３４０を含み、放熱シリンダ３２０は、熱伝導部材２００を収容するための貫通穴３３０を備え、特に、熱伝導部材２００の熱伝導性パイプ２４０は、この貫通穴３３０に収容され、熱伝導性パイプ２４０は、熱伝導性パイプ２４０の外面と貫通穴３３０の内面との間に板バネを設けることで、又はネジ、ネジ山、又はクランプ部品を用いて貫通穴３３０に固定される。複数の放熱フィン３４０は、基材１００から離れている放熱シリンダ３２０の端部の周囲に固定される。例示的な実施形態において、放熱シリンダ３２０の外側側壁は、滑り止めスレッドを備え、滑り止めスレッドは、放熱部材３００の組み付け時にトルク力を高めるように構成され、放熱部材３００の構造体が確実なものになる。

さらに、２つのバイパス部３２４が貫通穴３３０の両側に配置されており、バイパス部３２４は、ＬＥＤランプへの電力供給用又は制御信号供給用の配線を収容するように構成され、さらに、バイパス部３２４は、熱伝導部材２００を配置する貫通穴３３０のある程度の空気隔離を行い、熱伝導部材２００が、両側よりも放熱フィン３４０の方向に熱を伝達することを確実にして放熱効率を高めるようになっている。

図３及び５を参照すると、放熱シリンダ３２０は、第１のセグメント３２６及び第２のセグメント３２８を含み、両者はスリーブ連結される。第１のセグメント３２６及び第２のセグメント３２８は、スリーブ３２２によってスレッド連結され、従前の滑り止めスレッドは、スリーブ３２２の外側側壁に形成され、放熱フィン３４０は、第１のセグメント３２６から離れた第２のセグメント３２８の端部に設けられる。例示的な実施形態において、第１のセグメント３２６及びスリーブ３２２は一体形成される。放熱シリンダ３２０は、組み合わせ可能な第１のセグメント３２６及び第２のセグメント３２８として設計され、貫通穴３３０及びバイパス部３２４を規定するのに好都合であり、製作が容易になり、しかも放熱部材３００及び自動車用ＬＥＤヘッドランプの組み立てが容易になる。

図１、３、４、５、６、及び７を参照すると、好ましい実施形態において、自動車用ＬＥＤヘッドランプは、制御モジュール（図示せず）及び温度センサ６００をさらに含む。温度センサ６００は基材１００上に配置され、ＬＥＤランプの温度を検出するようになっている。図２、３、及び４を参照すると、放熱部材３００はファン３６０をさらに備える。ファン３６０は放熱フィン３４０に隣接すると共に熱伝導部材２００の反対側にある。制御モジュールは、ファン３６０を温度に応じて作動するように制御して自動車用ＬＥＤヘッドランプの放熱を促進する。

好ましくは、図１４を参照すると、複数の放熱フィン３４０は、熱伝導部材２００と同軸で基材１００から離れた側にファン３６０を収容するための収容溝３４２を規定する。熱伝導性プラットフォーム２２０から離れた熱伝導性パイプ２４０の端部、換言するとファン３６０の反対側の端部は円錐状にデザインされているので、空気との接触面積が増え、放熱が促進される。例示的な実施形態において、ファン３６０の直径は放熱シリンダ３２０よりも大きいので、放熱フィン３４０及び放熱シリンダ３２０の放熱が促進されるだけでなく、自動車用ＬＥＤヘッドランプが自動車用ヘッドランプ組立体のランプホルダに組み込まれた後に、ファン３６０は、ヘッドランプ組立体のランプホルダ又はランプボウルの熱を放散することができる。

図１を参照すると、保持部材４００は放熱シリンダ３２０上にスリーブ連結され、保持部材４００は、ＬＥＤランプを含む放熱部材３００を自動車のヘッドランプ組立体のランプホルダに係止するように構成される。理解できるように、例示的な実施形態において、放熱部材３００は自動車用ＬＥＤヘッドランプ全体の主要構造体であり、放熱部材３００をヘッドランプ組立体のランプホルダに固定することは、自動車用ＬＥＤヘッドランプを自動車のヘッドランプ組立体のランプホルダに固定することを意味する。特に、図２、３、４、５、１０、及び１１を参照すると、保持部材４００は、第１のセグメント３２６に隣接した第２のセグメント３２８の端部にスリーブ連結される。好ましい実施形態において、第１のセグメント３２６の外径は第２のセグメント３２８の外径よりも大きく、第２のセグメント３２８を収めた後、保持部材４００は、第１のセグメント３２６及び第２のセグメント３２８のスナップ結合によって放熱部材３００に押し付けられ、保持部材４００と放熱部材３００との間の固定を行うようになっている。他の実施形態において、保持部材４００の内径は、放熱部材３００の外径にほぼ等しく、保持部材４００及び放熱シリンダ３２０は、対応するネジ山を備え、保持部材４００及び放熱シリンダ３２０は、ネジ山によって相互に連結される。また、保持部材４００及び放熱シリンダ３２０はネジ又は留め溝（ｂｕｃｋｌｅ ｓｌｏｔ）で相互に連結することもできる。

保持部材４００は、円筒形の連結部４２０及びバヨネット４４０を含む。連結部４２０は放熱シリンダ３２０にスリーブ連結され、バヨネット４４０は、連結部４２０の外側側壁から半径方向に突出し、バヨネット４４０は、対応するランプ形式のヘッドランプ組立体のランプホルダ上に係止するように構成される。バヨネット４４０とＬＥＤランプの発光点との間の距離、換言するとＬＥＤの発光焦点距離は、自動車用ランプの焦点距離基準を満たす。

図５及び９を参照すると、連結部４２０は凹部（又は突起部）４２６を備え、一方でバヨネット４４０は突起部（又は凹部）４４２を備え、凹部（又は突起部）４２６及び突起部（又は凹部）４４２は、ヘッドランプ組立体のランプホルダ上の対応する突起部（又は凹部）に適合し、これらは自動車用ＬＥＤヘッドランプの組み立て時の位置合わせを行うように構成される。

図２、３、４、５、６、及び７を参照すると、溝４２２は、保持部材４００の連結部４２０上に形成され、防水部材５００を受け入れるようになっており、防水部材５００は、ＬＥＤランプに向かい合うバヨネット４４０の片側に配置される。自動車用ＬＥＤヘッドランプがヘッドランプ組立体のランプホルダに組み込まれる際に、保持部材４００は最初にヘッドランプ組立体のランプホルダに固定され、このとき、溝４２２に収まる防水部材５００は、保持部材４００とヘッドランプ組立体のランプホルダとの間で押し付けられて密封防水を行う。加えて、図５及び６を参照すると、放熱シリンダ３２０の第２のセグメント３２８は、防水部材５００を収容するための凹形リング３２９をさらに備え、保持部材４００がヘッドランプ組立体のランプホルダに固定された後に、放熱部材３００は、保持部材４００に対してスナップ式で又はネジ式で連結されて自動車用ＬＥＤヘッドランプの完全な組み立てを行うようになっているので、熱部材３００が保持部材４００に突き合わせ接合された後に、凹形リング３２９に収まる防水部材５００は、保持部材４００と放熱シリンダ３２０との間で押し付けられて密封防止を行う。例示的な実施形態において、防水部材５００はシリコーン製の防水ラバーリングである。

図１０及び１１を参照すると、別の実施形態において、保持部材４００は、リング形状のベースシート４６０をさらに含む。ベースシート４６０は、放熱部材３００の放熱シリンダ３２０にスリーブ連結されるか又はネジによって放熱フィン３４０に固定される。突起部４２６は、保持部材４００の連結部４２０の側壁から外方に突出し、ベースシート４６０の側壁は突起部４２６に対応するスロット４６２を備え、放熱部材３００及び保持部材４００は、突起部４２６及び対応するスロット４６２によって位置決め及び固定することができる。

図１２を参照すると、図１２には、例示的な他の好ましい実施形態による自動車用ＬＥＤヘッドランプが示されている。例示的な実施形態において、図１０に示す保持部材４００を組み合わせて、基材１００を半円筒形状の熱伝導性プラットフォーム２２０に、特に半円筒の接平面上に固定することで、基材１００のＬＥＤランプが半径方向に配置される。他の実施形態において、２つ又はそれ以上のＬＥＤランプを半円筒の接平面上に配置することができ、輝度が高くなり、自動車用ＬＥＤヘッドランプのハイ・ローランプ機能を実現できる。

図２を参照して以下に１つの実施形態による自動車用ＬＥＤヘッドランプの組立工程を説明する。

最初に、ＬＥＤランプ及び温度センサ６００を基材１００に固定し、基材１００を熱伝導部材２００の熱伝導性プラットフォーム２２０に固定し、熱伝導性プラットフォーム２２０及び熱伝導性パイプ２４０を放熱シリンダ３２０の第１のセグメント３２６の対応する位置に突き合わせ接合して固定する。次に、防水部材５００がスリーブ連結された保持部材４００をヘッドランプ組立体のランプホルダの底部に固定し、電力を供給すると共に制御信号を伝送するように構成された配線を放熱シリンダ３２０のバイパス部３２４（図２に示す）及び保持部材４００の穴を通し、ＬＥＤランプが設けられた基材１００に接続し、その後、放熱フィン３４０を備えた放熱シリンダ３２０の第２のセグメント３２８を保持部材４００に固定し、熱伝導部材２００に固定された放熱シリンダ３２０の第１のセグメント３２６を放熱シリンダ３２０の第２のセグメント３２８に突き合わせ接合する。最後に、ファン３６０を放熱フィン３４０の溝３４２に組み込んで、配線を自動車の電源に接続する。

前述の自動車用ＬＥＤヘッドランプは、従来の自動車用ヘッドランプに適用されたタングステンフィラメント電球又はキセノン高輝度放電ランプの代わりにＬＥＤランプを利用するので、自動車用ヘッドランプの輝度及び電気光学変換率が高くなり、熱伝導部材２００に収容された低沸点の液体を使用して、ＬＥＤランプが発生する熱を放熱部材３００の放熱フィン３４０に伝達するようになっており、ファン３６０を用いて放熱を促進する。

前述の実施形態は本発明の幾つかの実施方法を示すだけであり、本明細書は具体的かつ詳細であるが、本発明の範囲を限定するように示されるものではない。当業者であれば、本発明の範疇を逸脱することなく種々の変形及び変更を行うことができる点に留意されたい。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲で定義されるものである。

１００ 基材
２００ 熱伝導部材
３００ 放熱部材
３２０ 放熱シリンダ
３２２ スリーブ
３４０ 放熱フィン
４００ 保持部材
５００ 防水部材
６００ 温度センサ

Claims (8)

1. 基材上に配置されたＬＥＤランプと、
   前記基材が端部に固定され、低沸点の液体が内部に充填される、ストリップ形状の熱伝導部材と、
   放熱シリンダ及び複数の放熱フィンを有する放熱部材と、
   を備える自動車用ＬＥＤヘッドランプであって、
   前記放熱シリンダは、前記熱伝導部材を収容するための貫通穴を備え、前記複数の放熱フィンは、前記基材から離れた前記放熱シリンダの端部の周囲に固定され、
   該自動車用ＬＥＤヘッドランプは、前記放熱シリンダにスリーブ連結され、前記ＬＥＤランプが設けられた前記放熱部材を自動車ヘッドランプ組立体のランプホルダに固定するように構成された保持部材をさらに備え、
   前記放熱シリンダは、互いにスリーブ連結される第１のセグメント及び第２のセグメントを備え、前記保持部材は、前記第１のセグメントに隣接した前記第２のセグメントの端部にスリーブ連結され、前記放熱フィンは、前記第１のセグメントから離れた前記第２のセグメントの端部に配置される、自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
2. 前記保持部材は、円筒形状の連結部とバヨネットとを有し、前記連結部は、前記放熱シリンダ上にスリーブ連結され、前記バヨネットは、前記連結部の外側外壁から半径方向に突出し、前記バヨネットは、対応するランプ形式の前記自動車ヘッドランプ組立体の前記ランプホルダと係止されるように構成され、前記バヨネットと前記ＬＥＤランプの発光点との間の距離は、自動車ランプの焦点距離基準を満たす、請求項１に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
3. 前記熱伝導部材は、熱伝導性プラットフォーム及び熱伝導性パイプを備え、前記基材は、前記熱伝導性プラットフォームの端部の端面又は側面に固定され、前記熱伝導性プラットフォームの他方の端部又は内部穴は、前記熱伝導性パイプに結合され、前記熱伝導性パイプは、前記貫通穴に収容される、請求項２に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
4. 前記保持部材上に配置される防水部材をさらに備え、前記防水部材は、前記保持部材に形成された溝に収容され、前記防水部材は、前記バヨネットの前記ＬＥＤランプに向かい合う側に配置される、請求項２に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
5. 制御モジュール及び温度センサをさらに備え、前記温度センサは、前記基材の上に配置されて前記ＬＥＤランプの温度を検出するように構成され、前記放熱部材は、複数の放熱フィンに接触して前記熱伝導部材の反対側にあるファンをさらに備え、前記制御モジュールは、温度に応答してファンの作動を制御する、請求項１に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
6. 前記複数の放熱フィンは、前記熱伝導部材と同軸で前記基材から離れた側面に前記ファンを収容するための溝を備える、請求項５に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
7. 前記熱伝導部材は、内側側壁に毛細管を備える、請求項１に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
8. 前記第１のセグメントは、前記第２のセグメントに対してスリーブを介してネジ式で連結される、請求項１に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。

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