JP2008204844A

JP2008204844A - 車両用ヘッドライト

Info

Publication number: JP2008204844A
Application number: JP2007040372A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Tanaka; 義治田中
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】車両用ヘッドライトにおいて、装置の大型化や重量の増加を防止しつつ放熱性の向上を図ることを課題とする。
【解決手段】ハウジングに収納される光源と、
前記光源に取り付けられる熱伝導性部材と、及び
前記ハウジング内に配置される入熱部が前記熱伝導性部材に接続され、前記ハウジング外に配置される放熱部が車両フレーム又は熱交換器に接続されるヒートパイプと、
を備える車両用ヘッドライトとする。
【選択図】図３

Description

本発明は車両用ヘッドライトに関する。詳しくは、車両用ヘッドライトの放熱機構の改良に関する。

車両用ヘッドライトには高照度の光が必要であり、これに伴い発熱量が大きくなるため、熱対策が重要となる。発光装置の熱対策の一つとして、ヒートパイプを利用したものがある。例えば、特許文献１には、入熱部がハウジング内の光源へ接続され、放熱部がハウジング外のヒートシンクに接続されるヒートパイプを備えた発光装置が開示されている。この発光装置では、光源で発生する熱をヒートパイプによりハウジング外に放出する。また、特許文献２には、ループ状のヒートパイプを利用して光源の熱をハウジング外部に放出する発光装置が開示されている。

特開２００６−１０７８７５号公報特開２００６−１６４９６７号公報

上記文献に開示されるヒートパイプでは、放熱部にヒートシンクが取り付けられている。車両用ヘッドライトの熱対策として、上記文献に開示されるヒートパイプを採用すれば、ヒートシンクを別途設置する必要があるため、設置スペースの確保、装置の大型化及び重量化などの問題が生じる。
一方、車両用ヘッドライトでは光軸の角度調整が必要となる。上記文献に開示されるヒートパイプを採用すれば、各部材の位置が固定されるため、光軸の角度調整を行うには装置全体の設置角度を変更しなければならない。このような設置角度の変更は煩雑な作業を伴う。また、一旦組み付けた後に光軸の角度調整を行うことは困難である。
そこで、本発明は、車両用ヘッドライトにおいて、装置の大型化や重量の増加を防止しつつ放熱性の向上を図ることを課題とする。また、光軸の角度調整を容易にすることを別の課題とする。

本発明は以上の目的の少なくとも一つを達成するために、以下に示す車両用ヘッドライトを提供する。即ち、
ハウジングに収納される光源と、
前記光源に取り付けられる熱伝導性部材と、及び
前記ハウジング内に配置される入熱部が前記熱伝導性部材に接続され、前記ハウジング外に配置される放熱部が車両フレーム又は熱交換器に接続されるヒートパイプと、
を備える車両用ヘッドライトとする。

本発明の車両用ヘッドライトでは、光源が熱伝導性部材を介してヒートパイプの入熱部に取り付けられる。これにより、光源の熱は入熱部へ効率的に伝播する。一方、ヒートパイプの放熱部は車両フレーム又は熱交換器に接続される。車両フレームや熱交換器は熱容量が大きいため、入熱部からヒートパイプ内へ入った熱が放熱部から効率的に放出される。このように、入熱部への効率的な熱の伝播及び放熱部からの効率的な熱の放出によって、優れた放熱効果を奏する。また、簡易な構造であり、小型化・軽量化が容易である。

以下、本発明の発光装置における構成要素について詳細に説明する。（光源）光源の種類は特に限定されないが、ＬＥＤランプであることが好ましい。ＬＥＤランプは、小型で、振動、衝撃に強いなどの利点を有するからである。ＬＥＤランプのタイプは特に限定されず、砲弾型、ＳＭＤ型等、種々のものを採用できる。ＬＥＤランプの発光色は特に限定されず、白色、青色、赤色、緑色など所望の発光色のＬＥＤランプを使用できる。複数のＬＥＤランプを光源として使用してもよい。

銅、アルミなどの金属製やセラミックス製などの熱伝導性の高い実装基板を利用したＬＥＤランプを使用することが好ましい。光源の熱をヒートパイプに効率的に伝播させることができるからである。光源はハウジングに収納される。なお、ハウジングはさらに、反射板（リフレクタ）、アウターレンズを備えていても良い。

（熱伝導性部材）
熱伝導性部材は光源に取り付けられる。さらに熱伝導性部材には後述するヒートパイプの入熱部が接続される。即ち、光源と入熱部との間に熱伝導性部材が介在することになる。熱伝導性部材の材質は、銅、アルミなどの金属や、セラミックスなどを採用することができる。光源としてＬＥＤランプを使用する場合は、ＬＥＤチップの実装基板の裏面の略全体に熱伝導性部材が接するようにするとよい。光源の熱をより効率的に熱伝導性部材へ伝播させるためである。

（ヒートパイプ）
ヒートパイプは、内部に毛細管（ウィック）を有するパイプ状構造を有し、ヒートパイプの内部には少量の作動液（代替フロン、水など）が真空封入されている。ヒートパイプの動作原理は以下の通りである。ヒートパイプの入熱部が加熱されると、入熱部で作動液（液体）が気化する。気化した作動液はヒートパイプ内を移動して放熱部に到達すると、温度の低下により凝縮し液化する。液化した作動液はウィックによる毛細管現象によって入熱部へ移動する。このとき、入熱部での作動液の蒸発潜熱の吸収と放熱部での蒸発潜熱の放出により、入熱部から取り込まれた熱が放熱部から放出されることとなる。これを繰り返すことにより光源が効率的に冷却されることとなる。ヒートパイプの外形は概ね線状であって、その長さ及び太さは、必要とされる放熱効果の程度や設置スペースに応じて適宜決定することができる。

ヒートパイプの放熱部はハウジングの外側に配置され、車両フレーム又は熱交換器に取り付けられる。車両フレーム及び熱交換器は通常、金属製であって熱容量が十分大きい。本発明ではこの点に着目し、車両フレーム又は熱交換器にヒートパイプの放熱部を接続することにより、効率的な放熱を行う。なお、本明細書における車両フレームには、フロントエンドモジュールなどの車両フレームに連続して形成される金属製部材も含まれるものとする。一方、本明細書における熱交換器としては、車両内のラジエータやインタークーラなどを例示できる。熱交換器に放熱部を接続すれば、その熱交換作用によって、放熱部の放熱作用がさらに促進されることとなる。

本発明の一態様では、ヒートパイプは第１屈曲部を有する。第１屈曲部はハウジングの外側に設けられる。ヒートパイプの一部を、例えば、半円状、くの字状、Ｓ字状などの形状に屈曲させることにより、第１屈曲部を形成することができる。第１屈曲部を複数の屈曲部からなることとしても良い。第１屈曲部は、当該屈曲した形状によって特定の方向（第１方向）に撓みやすくなる。図１に示すヒートパイプ１０の模式図を参照しながら第１屈曲部１３が撓む方向について説明する。図１に示すようにヒートパイプ１０は略線状であって、一端側が入熱部１１となり、他端側が放熱部１２となる。ヒートパイプ１０の略中央に第１屈曲部１３が設けられる。第１屈曲部１３は図１において紙面上方に、半円状に屈曲した形状である。図１に破線で示すのは第１屈曲部が撓んだ状態である。なお、入熱部１１には光源１４が取り付けられており、放熱部は筐体（図示せず）に固定されている。図１に示すように、第１屈曲部１３はその突出方向（図１の紙面上方）及びその反対の方向であるＡ―Ａ方向に撓む。これに伴って、入熱部１１側がＡ―Ａ方向に移動することとなり、光源１４の光軸１５の角度が調整される。第１屈曲部１３は、光軸１５の角度の調整可能な範囲（角θ）が５°〜３０°、好ましく５°〜２０°となるように屈曲させることができる。

ヒートパイプは第２方向に撓む第２屈曲部を更に有していてもよい。第２屈曲部も第１屈曲部と同様にハウジングの外側に形成することができる。第２方向は第１方向と垂直であることが好ましい。このようにすれば、第１屈曲部と第２屈曲部を利用して全周方向にわたって光軸の角度調整が可能となる。第２屈曲部は第１屈曲部と同様に、ヒートパイプの一部を屈曲させて形成することができる。第２屈曲部を複数の屈曲部からなることとしても良い。第２屈曲部の形状は第１屈曲部の形状と異なっていても良い。第２屈曲部は、光源の光軸の角度の調整可能な範囲（角θ）が５°〜３０°、好ましく５°〜２０°となるように屈曲させることができる。なお、第１屈曲部が形成される位置と第２屈曲部が形成される位置はハウジングの外側であればよく、第１屈曲部と第２屈曲部が配置される順序は限定されない。第１屈曲部と第２屈曲部が配置される間隔も特に限定されず、設置スペース等を考慮して適宜決定することができる。なお、ヒートパイプは、第１方向及び第２方向と異なる方向に撓む屈曲部を更に備えていても良い。
以下に本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例である車両用ヘッドライト１の斜視図を図２に示す。図２に示すようにヘッドライト１はアウターレンズ２と光源ユニット３を備える。ヘッドライト１の光源ユニット３の斜視図を図３に示す。図３に示すように、光源ユニット３は、ハウジング２０、ヒートパイプ３０を備える。ハウジング２０は内部に光源２１を収納している。光源２１は表面実装型の白色発光ＬＥＤランプであって、そのＬＥＤチップは実装基板２４に実装されている。実装基板２４は放熱性を考慮してセラミクス製基板を採用している。光源２１は熱伝導性部材２２を介してヒートパイプ３０の一端部（入熱部３１）に取り付けられている。熱伝導性部材２２はＡｌ製であって、熱伝導性部材２２は実装基板２４の裏面の全面に接するように設けられている。ハウジング２０において、光源２１の光放出側にはレンズ２３が設けられる。ヒートパイプ３０は一端側に光源２１が取り付けられる入熱部３１、他端側に放熱部３２、中央部付近に第１屈曲部３３及び第２屈曲部３４を有する。放熱部３２は、取り付けステー４１と車両フレーム４０の上面とによって挟持されている。これにより、放熱部３２が車両フレーム４０へ接続される。なお、取り付けステー４１はねじ４２によって車両フレーム４０へ固定されている。車両フレーム４０及び取り付けステー４１は金属製である。

第１屈曲部３３は車両の進行方向及び地面に垂直な方向である第１方向（図３において符号Ａ−Ａで示す）に略半円状に屈曲している。一方、第２屈曲部３４は第１方向及び車両に垂直な第２方向（図３において符号Ｂ−Ｂで示す。）に略半円状に屈曲している。第１屈曲部３３及び第２屈曲部３４はともにハウジング２０の外側に形成されている。ヒートパイプ３０は直径約６ｍｍ、長さ約３００ｍｍである。ハウジング２０はヒートパイプ３０が貫通する貫通孔２５を備える。貫通孔２５には防水パッキン（図示せず）が取り付けられており、貫通孔２５からハウジング２０内へ水等が浸入することが防止される。また、レンズ２３の全縁部がハウジング２０へ溶着されている。これらにより、ハウジング２０内は防水状態に保たれている。

次にヘッドライト１の光軸の角度調整について説明する。図４Ａに、図３のＩに示した角度から光源ユニット３をＩから見た模式図を示し、図４Ｂに図３のＩＩに示した角度から光源ユニット３をＩＩから見た模式図を示す。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、第１屈曲部または第２屈曲部が撓んだ状態を点線で示す。図４Ａに示すように、第１屈曲部３３はＡ−Ａ方向に撓む。放熱部３２側は車両ボディー固定されており、図４にａ及びｂで示すように入熱部３１側が移動する。これに伴い、光源２１の光軸２６は、符号２６ａから符号２６ｂの範囲で変化する。この範囲で光軸２６の角度調整が行われる。光軸２６ａと光軸２６ｂとのなす角度αは、Ａ−Ａ方向に約５°〜約２０°である。
一方、第２屈曲部３４は、図４Ｂに示すようにＢ−Ｂ方向に撓む。放熱部４０は車両ボディーに固定されているため、図４にｃ及びｄで示すように入熱部３１側が移動する。これに伴い、光源２１の光軸２６は符号２６ｃから符号２６ｄの範囲で変化する。この範囲で光軸２６の角度調整が行われる。光軸２６ｃと光軸２６ｄとのなす角度βは、Ｂ−Ｂ方向に約５°〜約２０°である。
上述のように光軸２６は、Ａ−Ａ方向及びＢ−Ｂ方向にそれぞれ約５°〜約２０°の範囲で角度調整を行うことができるため、これらを組み合わせることにより、全方向に関して約５°〜約２０°の範囲で角度調整を行うことができる。即ち、ヘッドライト１では、装置全体の設置角度を変更することなく、各屈曲部３３、３４を屈曲させることで、光軸２６の角度調整を行うことができるため、作業が煩雑とならない。さらに、一旦組み付けた後に光軸２６の角度調整を行うことが容易である。

ところで、光源２１で発生した熱は、熱伝導性部材２２を介して、ヒートパイプ３０の入熱部３１へ伝播する。入熱部３１へ到達した熱はヒートパイプ３０の放熱作用により、放熱部３２へ効率的に移動する。放熱部３２に移動した熱は車両フレーム４０に伝播する。車両フレーム４０は金属製であり、十分な熱容量を備える。そのため、車両フレーム４０は放熱部３２から十分な量の熱を受け取ることができる。受け取った熱の一部は車両フレーム４０内を移動しながら、外部へ放出される。これにより光源２１が過剰に発熱することが防止される。
以上のように、ヘッドライト１は、簡易な構成であるにもかかわらず、ヒートパイプ３０による優れた放熱性と光軸２６の角度調整の容易性とを兼ね備える。さらに、放熱部材を別途設ける必要が無いため、ハウジング内に放熱部材を設置する場合に比べて小型で軽量のヘッドライトとなる。また小型化されたことにより、車両の設計自由度の向上に寄与する。

本発明の他の実施例であるヘッドランプ１００の斜視図を図５に示す。ヘッドランプ１と同等の部材には同じ符号を付してその説明を省略する。図５に示すように、ヘッドランプ１００はハウジング２０、ヒートパイプ３００を備える。ヒートパイプ３００は入熱部３１０、放熱部３２０、第１屈曲部３３０、第２屈曲部３４０を備える。放熱部３２０は取り付けステー４１０により車両のエンジン冷却用のラジエータ４００に接続されている。ヘッドライト１００では、光源２１の熱はヒートパイプ３００に伝播して、放熱部３２０へ移動する。放熱部３２０に到達した熱はラジエータ４００により、外部へ放出される。これにより、光源２１が過剰に発熱することが効果的に防止される。ヘッドランプ１００は第１屈曲部３３０、第２屈曲部３４０がＡ−Ａ方向又はＢ―Ｂ方向に屈曲することにより、組み付け後の光軸の角度調整が容易となる。以上のように、ヘッドライト１と同様の効果を奏する。

本発明の車両用ヘッドライトは、様々な車両のヘッドライトにその利用が図られる。

図１はヒートパイプ１０の模式図である。図２は本発明の実施例であるヘッドライト１の斜視図である。図３は光源ユニット３の斜視図である。図４Ａは図３のＩに示した角度から光源ユニット３を見た模式図である。図４Ｂは図３のＩＩに示した角度から光源ユニット３を見た模式図である。図５は他の実施例であるヘッドライト１００の斜視図である。

符号の説明

１１００ヘッドライト
２アウターレンズ
３光源ユニット
１０３０３００ヒートパイプ
１２３２３２０放熱部
１３３３３３０第１屈曲部
１４２１光源
１５ａ１５ｂ２６２６ａ２６ｂ２６ｃ２６ｄ光軸
２０ハウジング
２２熱伝導性部材
３１３１０入熱部
３４３４０第２屈曲部
３２１固定部材
４０車両フレーム
４１４１０取り付けステー
４２ねじ
４００ラジエータ

Claims

ハウジングに収納される光源と、
前記光源に取り付けられる熱伝導性部材と、及び
前記ハウジング内に配置される入熱部が前記熱伝導性部材に接続され、前記ハウジング外に配置される放熱部が車両フレーム又は熱交換器に接続されるヒートパイプと、
を備える車両用ヘッドライト。
前記ヒートパイプは、第１方向に撓む第１屈曲部を前記ハウジングの外側に備える、請求項１に記載の車両用ヘッドライト。
前記ヒートパイプは、第２方向に撓む第２屈曲部を前記ハウジングの外側に備える、請求項２に記載の車両用ヘッドライト。
前記第２方向は、前記第１方向に対して垂直である、請求項３に記載の車両用ヘッドライト。
前記光源はＬＥＤランプである、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用ヘッドライト。