JP6882822B2

JP6882822B2 - ランプユニット

Info

Publication number: JP6882822B2
Application number: JP2017092831A
Authority: JP
Inventors: 尚樹鈴木; 登志郎小松; 祐輔上野; 和宏黒田
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd; Ichikoh Industries Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd; Ichikoh Industries Ltd
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-05-09
Also published as: JP2018190618A

Description

本発明は、ＬＥＤ光源の熱を放熱するヒートシンクを備えるランプユニットに関する。

これに関連するランプユニットが特許文献１に記載されている。特許文献１のランプユニット１００は、図７に示すように、上部と中央部と下部に設けられたＬＥＤ光源１０１を備えている。ＬＥＤ光源１０１は一般的に消費電力の20〜30パーセントが可視光線に変換され、それ以外は熱に変換される。このため、ランプユニット１００は、ＬＥＤ光源１０１の熱を放熱するヒートシンク１２０を備えている。ヒートシンク１２０は、後傾状態で設置された角形のベース板１２１を備えており、そのベース板１２１の前面（表面）側に上部、中央部、及び下部の棚状部１２３，１２４，１２５が設けられている。そして、上部、中央部、及び下部の棚状部１２３，１２４，１２５上にそれぞれＬＥＤ光源１０１が設置されている。

また、ヒートシンク１２０のそれぞれの棚状部１２３，１２４，１２５上には、ＬＥＤ光源１０１で発生した光を前方に照射するための半ドーム状のリフレクタ１０３とレンズ１０５とが設けられている。さらに、ヒートシンク１２０のベース板１２１の背面（後面）側には複数の平板フィン１２６が設けられている。ＬＥＤ光源１０１で発生した熱は、ヒートシンク１２０の棚状部１２３，１２４，１２５からベース板１２１に伝わり、ベース板１２１の背面の平板フィン１２６等で放熱される。

特開２００９−２６６４３５号公報

上記したランプユニット１００のヒートシンク１２０では、図７に示すように、ベース板１２１の前面側に上部、中央部、下部の棚状部１２３，１２４，１２５が設けられており、ベース板１２１の下端部は下部の棚状部１２５に対して下方に張り出している。このため、棚状部１２３，１２４，１２５の下側の空気がベース板１２１の前面で遮られる。したがって、棚状部１２３，１２４，１２５の下側で温められ、上昇しようとする空気がこの位置で滞留し易くなる。このため、ＬＥＤ光源１０１の熱を最も受けるヒートシンク１２０の棚状部１２３，１２４，１２５、及びその近傍の放熱効率が低下する。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ヒートシンクによるＬＥＤ光源の熱の放熱効率を向上させることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。請求項１の発明は、ＬＥＤ光源の熱を放熱するヒートシンクを備えるランプユニットであって、前記ヒートシンクは、前記ＬＥＤ光源を載せる上面を有する棚状部と、前記棚状部の端縁位置で起立する縦壁部と、前記棚状部の幅方向両側を下方から支え、さらに前記縦壁部を幅方向両側から支持する側板部と、前記縦壁部と対向する位置で幅方向両側の側板部をつなぐ横壁部とを備えており、前記棚状部の下面は、空気を自然対流により前記縦壁部の方向に導ける形状に成形されており、前記縦壁部と両側の前記側板部と前記横壁部とが前記棚状部の下側の空気を上方に導く筒状部を構成している。

本発明によると、ＬＥＤ光源はヒートシンクの棚状部に載せられるため、その棚状部がＬＥＤ光源の熱を最も受けるようになる。ヒートシンクには、棚状部の下側の空気を上方に導く筒状部が設けられている。即ち、前記筒状部の煙突効果により、ヒートシンクの棚状部の下側の空気が前記筒状部に吸引されて上方に導かれる。このため、ヒートシンクの棚状部の下側で温められ、上昇しようとする空気がこの位置で滞留することがなく、ヒートシンクによるＬＥＤ光源の放熱効率が向上する。
また、ヒートシンクは、棚状部の幅方向両側を下方から支え、さらに筒状部の幅方向両側の壁部を構成する側板部を備えている。即ち、側板部により棚状部と筒状部とを連結することで、ヒートシンクの強度を高めることができる。

請求項２の発明によると、筒状部の縦壁部と前記棚状部との肉厚寸法が前記ヒートシンクの他の部位の肉厚寸法よりも大きく設定されている。このため、ＬＥＤ光源の熱を棚状部から筒状部の縦壁部まで伝えやすくなる。これにより、筒状部の温度が高くなり、対流を起こし易くなる。

請求項３の発明によると、ヒートシンクの棚状部の肉厚寸法が前記筒状部の縦壁部の肉厚寸法よりも大きく設定されている。

請求項４の発明によると、ヒートシンクの筒状部には、棚状部の下側から筒状部の方向に流れる空気を前記筒状部の入口に導くガイド壁部が前記棚状部よりも下側に張り出すように形成されている。このため、棚状部の下側から筒状部の方向に流れる空気が前記筒状部の入口に流入し易くなる。

請求項５の発明によると、筒状部の内側が仕切り板により仕切られている。このため、前記仕切り板により筒状部の放熱効率が向上する。

請求項６の発明によると、幅方向両側の側板部間は、棚状部の下側から筒状部の内側にかけて仕切り板により幅方向に仕切られている。このため、前記仕切り板により棚状部、及び筒状部の放熱効率が向上する。

請求項７の発明によると、筒状部の外側には、棚状部の下側から筒状部の外側を通って自然対流により上昇する空気をガイドする複数のフィンが設けられている。このため、筒状部内に吸引されなかった空気を筒状部に沿って上方に導き易くなる。

本発明によると、ヒートシンクによるＬＥＤ光源の放熱効率を向上させることができる。

本発明の実施形態１に係るランプユニットを備える車両の模式斜視図である。前記ランプユニットの模式縦断面図（図１のII-II矢視断面図）である。前記ランプユニットのＬＥＤ光源及びヒートシンクの模式斜視図である。前記ランプユニットのＬＥＤ光源、ヒートシンクに反射板を加えた状態の模式斜視図である。前記ヒートシンク部分の斜視図である。前記ヒートシンク回りの空気の流れを表す縦断面である。従来のランプユニットの模式縦断面図である。

〔実施形態１〕
以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施形態１に係るランプユニットについて説明する。本実施形態に係るランプユニットは、図１に示すように、車両１０のヘッドランプユニット２０である。ここで、図中に示す前後左右、及び上下は、本実施形態に係るヘッドランプユニット２０を備える車両１０の前後左右、及び上下に対応している。

＜ヘッドランプユニット２０の構成概要について＞
ヘッドランプユニット２０は、左右一対で使用される同一仕様のランプであり、左右対称に形成されている。ヘッドランプユニット２０は、図２に示すように、前面側に開口２１ｈが形成されたハウジング２１と、前記ハウジング２１の開口２１ｈを塞ぐ蓋状のアウタレンズ２３と、前記ハウジング２１内に収納される光源装置３０とを備えている。

そして、前記ハウジング２１の開口縁部２１ｅに対してアウタレンズ２３のレンズ縁部２３ｆが嵌め合わされることで、ハウジング２１とアウタレンズ２３とが密閉容器状に構成される。前記ハウジング２１の後壁部２１ｂ（底壁部）には、上部と下部とに呼吸穴２１ｚが設けられている。また、前記アウタレンズ２３の内側には、図２に示すように、ハウジング２１に収納された光源装置３０の照射レンズ３５以外を外側から隠す装飾用反射板２５が設けられている。

＜光源装置３０について＞
光源装置３０は、ＬＥＤ光源３２で発生した光を前方に照射する装置であり、図２に示すように、ＬＥＤ光源３２とヒートシンク４０と光照射用の反射板３４と前記照射レンズ３５とを備えている。そして、光源装置３０の照射レンズ３５が装飾用反射板２５の円形開口２５ｈに嵌め込まれている。ＬＥＤ光源３２は、図２〜図３等に示すように、ヒートシンク４０の棚状部４１の上面４１ｕに取付けられている。また、ヒートシンク４０の棚状部４１上には、ＬＥＤ光源３２の光を前方に反射させる光照射用の反射板３４がＬＥＤ光源３２を後から半ドーム状に覆うように設けられている。さらに、ヒートシンク４０の棚状部４１の先端部分には、照射レンズ３５が取付けられる環状のレンズ支持用フレーム４１ｅが設けられている。

＜ヒートシンク４０について＞
ＬＥＤ光源３２は消費電力の20〜30パーセントが可視光線に変換され、それ以外は熱に変換される。ヒートシンク４０は、ＬＥＤ光源３２で発生した熱を放熱するとともに、前記ＬＥＤ光源３２、光照射用の反射板３４、及び照射レンズ３５の支持架台として使用される部材である。ヒートシンク４０は、図３〜図６に示すように、上記した棚状部４１と、その棚状部４１の後側で直立する縦壁部４３と、前記棚状部４１、及び縦壁部４３を左右両側から支持する略Ｌ字形の側板部４４とを備えている。

左右の側板部４４には、図５等に示すように、高さ寸法が小さい前板部４４ｆと、高さ寸法が大きい後板部４４ｂとが設けられており、前板部４４ｆと後板部４４ｂ間に段差４４ｄが形成されている。そして、側板部４４の前板部４４ｆの上端位置で棚状部４１が支持され、段差４４ｄの位置で縦壁部４３が支持されている。また、左右の側板部４４の後板部４４ｂ間には、図５、図６に示すように、縦壁部４３と平行な状態で左右方向に延びる横壁部４５が設けられている。これにより、棚状部４１の後側には、左右の側板部４４と縦壁部４３と横壁部４５とにより断面角形の筒状部Ｔが煙突状に形成される。また、前記筒状部Ｔの後側には左右の側板部４４の後板部４４ｂにより縦方向に延びる溝部Ｍが形成される。

ここで、前記筒状部Ｔを構成する横壁部４５の下部４５ｇは、図６等に示すように、棚状部４１の下面よりも寸法Ｈだけ下方に張り出している。これにより、ヒートシンク４０の棚状部４１の下側に位置する空気が前記筒状部Ｔの入口Ｔｅに導かれ易くなる。即ち、前記筒状部Ｔを構成する横壁部４５の下部４５ｇが本発明のガイド壁部に相当する。また、左右の側板部４４間は、それらの側板部４４と平行な複数の仕切り板４７により左右方向に等間隔で仕切られている。即ち、ヒートシンク４０の棚状部４１の筒状部Ｔと溝部Ｍとが複数の仕切り板４７により左右方向に等間隔で仕切られている。

ＬＥＤ光源３２の熱を最も受けるヒートシンク４０の棚状部４１の肉厚寸法はヒートシンク４０のなかで最も大きな値に設定されている。例えば、棚状部４１の肉厚寸法は約4mm〜6mmの間で設定されている。また、縦壁部４３の肉厚寸法は、棚状部４１に次ぐ肉厚寸法に設定されている。これにより、ＬＥＤ光源３２からヒートシンク４０の棚状部４１に伝わった熱が速やかに縦壁部４３に伝わるようになる。また、左右の側板部４４と横壁部４５と仕切り板４７とは、縦壁部４３等に対して薄肉に形成されて、フィンの役割を果たすようになる。ヒートシンク４０の材料としては、アルミ合金、マグネシウム合金等が好適に使用される。

＜ヒートシンク４０の働きについて＞
ＬＥＤ光源３２が点灯することにより発生する熱は、ヒートシンク４０の棚状部４１から縦壁部４３、及び左右の側板部４４、仕切り板４７等の各フィンに伝わり放熱される。ＬＥＤ光源３２の熱で最も高温になるヒートシンク４０の棚状部４１の上側では、棚状部４１の放熱により温められた空気が、図２、図６の白矢印に示すように、上昇して光照射用の反射板３４の前側からヘッドランプユニット２０の上部に導かれる。

また、ヒートシンク４０の筒状部Ｔでは、縦壁部４３、左右の側板部４４、及び横壁部４５の放熱により温められた空気が筒状部Ｔ内を速い流速で上方に流れるようになる。この結果、ヒートシンク４０の筒状部Ｔの入口Ｔｅは負圧になる（煙突効果）。このため、ヒートシンク４０の棚状部４１の下側では、棚状部４１の放熱により温められた空気がヒートシンク４０の筒状部Ｔの入口Ｔｅ側に吸引されて、筒状部Ｔ内に導かれる。これにより、棚状部４１の下側の空気は筒状部Ｔを通ってヘッドランプユニット２０の上部に導かれる。

ここで、上記したように、ヒートシンク４０の筒状部Ｔを構成する横壁部４５の下部４５ｇは、図６等に示すように、棚状部４１の下面よりも寸法Ｈだけ下方に張り出しているため、棚状部４１の下側の空気が筒状部Ｔの入口Ｔｅに吸引され易くなる。また、ヒートシンク４０の筒状部Ｔの入口Ｔｅに吸引されなかった空気は、筒状部Ｔの後側に形成された溝部Ｍに沿って上方に導かれる。そして、ヘッドランプユニット２０の上部に導かれた空気は、図２に示すように、上部の呼吸穴２１ｚから外部に排出される。

＜本実施形態に係るヘッドランプユニット２０の長所について＞
本実施形態に係るヘッドランプユニット２０によると、ヒートシンク４０には棚状部４１の下側の空気を上方に導く筒状部Ｔが設けられている。即ち、前記筒状部Ｔの煙突効果により、ヒートシンク４０の棚状部４１の下側の空気が筒状部Ｔに吸引されて上方に導かれる。このため、ヒートシンク４０の棚状部４１の下側で温められ、上昇しようとする空気がこの位置で滞留することがなく、ヒートシンク４０によるＬＥＤ光源３２の放熱効率が向上する。また、ヒートシンク４０の棚状部４１の肉厚寸法が筒状部Ｔの肉厚寸法よりも大きく設定されているため、棚状部４１の放熱能力が高くなる。

また、ヒートシンク４０の筒状部Ｔ（横壁部４５）には、下部４５ｇ（ガイド壁部）が棚状部４１よりも下側に張り出すように形成されているため、棚状部４１の下側から筒状部Ｔの方向に流れる空気を筒状部Ｔの入口Ｔｅに導き易くなる。さらに、筒状部Ｔの内側が仕切り板４７により横方向に仕切られているため、仕切り板４７により筒状部Ｔの放熱効率が向上する。また、筒状部Ｔの後側には、棚状部４１の下側から筒状部Ｔの後側を通って上昇する空気をガイドする複数のフィン（仕切り板４７、左右の側板部４４）が設けられている。このため、筒状部Ｔ内に吸引されなかった空気を筒状部Ｔに沿って上方に導き易くなる。

＜変更例＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、ヒートシンク４０の筒状部Ｔの後側に溝部Ｍを形成する例を示した。しかし、前記溝部Ｍを省略することも可能である。また、本実施形態では、ヒートシンク４０の左右の側板部４４の間を平行な複数の仕切り板４７で仕切る例を示した。しかし、左右の側板部４４間の距離が小さい場合には、仕切り板４７を省略することも可能である。また、本実施形態では、本発明をヘッドランプユニットに適用する例を示したが、他のランプユニットに本発明を適用することも可能である。

２０・・・・ヘッドランプユニット（ランプユニット）
３２・・・・ＬＥＤ光源
４０・・・・ヒートシンク
４１・・・・棚状部（フィン）
４３・・・・縦壁部（筒状部）
４４・・・・側板部（筒状部）
４５・・・・横壁部（筒状部）
４５ｇ・・・下部（ガイド壁部）
４７・・・・仕切り板（フィン）
Ｍ・・・・・溝部
Ｔ・・・・・筒状部
Ｔｅ・・・・入口

Claims

ＬＥＤ光源の熱を放熱するヒートシンクを備えるランプユニットであって、
前記ヒートシンクは、前記ＬＥＤ光源を載せる上面を有する棚状部と、前記棚状部の端縁位置で起立する縦壁部と、前記棚状部の幅方向両側を下方から支え、さらに前記縦壁部を幅方向両側から支持する側板部と、前記縦壁部と対向する位置で幅方向両側の側板部をつなぐ横壁部とを備えており、
前記棚状部の下面は、空気を自然対流により前記縦壁部の方向に導ける形状に成形されており、
前記縦壁部と両側の前記側板部と前記横壁部とが前記棚状部の下側の空気を上方に導く筒状部を構成しているランプユニット。
請求項１に記載されたランプユニットであって、
前記筒状部の縦壁部と前記棚状部との肉厚寸法が前記ヒートシンクの他の部位の肉厚寸法よりも大きく設定されているランプユニット。
請求項２に記載されたランプユニットであって、
前記ヒートシンクの前記棚状部の肉厚寸法が前記筒状部の縦壁部の肉厚寸法よりも大きく設定されているランプユニット。
請求項１から請求項３のいずれかに記載されたランプユニットであって、
前記ヒートシンクの筒状部には、前記棚状部の下側から前記筒状部の方向に流れる空気を前記筒状部の入口に導くガイド壁部が前記棚状部よりも下側に張り出すように形成されているランプユニット。
請求項１から請求項４のいずれかに記載されたランプユニットであって、
前記筒状部の内側が仕切り板により仕切られているランプユニット。
請求項５に記載されたランプユニットであって、
幅方向両側の前記側板部間は、前記棚状部の下側から前記筒状部の内側にかけて前記仕切り板により幅方向に仕切られているランプユニット。
請求項１から請求項６のいずれかに記載されたランプユニットであって、
前記筒状部の外側には、前記棚状部の下側から前記筒状部の外側を通って自然対流により上昇する空気をガイドする複数のフィンが設けられているランプユニット。