JP6198579B2 - 自動二輪車用ｌｅｄヘッドライトバルブユニット - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする自動二輪車用ヘッドライトバルブユニットに関わり、更に詳しくは銅からなるヒートパイプと銅線からなる可撓導体であるヒートシンクから構成されるヘッドライトランプと自動減光装置を備えたコントローラーからなる、発光ダイオードを光源とする自動二輪車交換用ヘッドライトバルブユニットに関する。

近年、様々なＬＥＤ製品が生み出されるとともに、様々な用途が見出されている。その例として、家庭用照明器具や標識等の警告機器などがあげられる。しかしながら現在、自動二輪車業界においてＬＥＤをヘッドライトに用いるという試みは数少ない。

自動二輪車業界においてＬＥＤをヘッドライトに用いるという試みが少ない背景には、自動二輪車のヘッドライトに使えるような光量を持ち、組み込みが簡易で小型なＬＥＤチップが製品化されてこなかった点があげられる。

また、仮に自動二輪車のヘッドライトに使用できるようなＬＥＤチップが製品化されたとしても、ＬＥＤが熱に弱いことからヘッドライトユニットとして使用するには放熱することや小型化することなど解決する課題が多くあることも理由にあげられる。

このうち、ヘッドライトの放熱方法に関しては、特許文献１のようにフィンを用いたヒートシンクを設ける方法が知られている。

特開２００７−２５７９５１号公報

上述した通り、自動二輪車のヘッドライトとして使用する場合、放熱部を備えることが重要となる。その理由は、ＬＥＤが熱に弱い特性を持ちながら、家庭用照明器具等に用いる場合にはない環境に置かれることにある。例えばエンジンの熱や夏季の路面からの輻射熱、オイルや虫の汚れ等の影響を受ける環境があげられる。このような熱や汚れが原因でＬＥＤから発される熱が家庭用照明器具等で使用する場合よりも上昇することを鑑み、放熱部を備えることが必要とされる。

放熱部を備えることは容易であるが、自動二輪車のヘッドライトという特性から、単に放熱部を備えればよいわけでなく、自動二輪車のヘッドライトハウジングに収まるように小型であることが求められる。

そこで、本発明はＬＥＤを光源とし、放熱部を備え小型化された自動二輪車交換用ヘッドライトバルブユニットを提供することを目的とする。

本発明のヘッドライトバルブユニットは、前部にヘッドライトの光源として発光ダイオードを備えるヒートパイプと、前記ヒートパイプの後部に連結部材を介して結合されている銅線からなるリボン形状の可撓導体であるヒートシンクとを有する。
上記の構成においては、ヒートパイプの前部に位置する発光ダイオードより発せられた熱は、ヒートパイプの熱伝導作用により、ヒートパイプ後部側のヒートシンクへ速やかに移動する。そして、ヒートシンクに移った熱は、そこで滞留を生じることなく、リボン形状のヒートシンクの輪の中を移動し、効果的に放熱される。また、ヒートシンクがリボン形状の可撓導体であり屈曲性能が良いため、本ヘッドライトバルブユニットをヘッドライトハウジングに容易に収めることができる。
本発明の好適な一態様によれば、ヒートパイプは、銅のパイプで構成され、この銅パイプに所定の液体（たとえば水またはアセトン）を封入し、銅パイプの内部を真空にしている。
別の好適な一態様によれば、ヒートシンクは、銅線を編んだ織物状のシートを輪にし、その輪の中央部を固定部材により挟まれる構成により、リボン形状を成している。
別の好適な一態様においては、ヒートパイプの後部は、ヒートシンクの中央部を貫通する上記連結部材とそれを固定する固定部材とによって、ヒートシンクに固定される。
別の好適な一態様においては、上記ヒートパイプの前部に取り付けられる温度センサーと、この温度センサーの感知する温度が基準温度に達すると自動的に減光する（電力を絞る）コントローラーとが更に備えられる。

本発明によると、次のような効果を奏す。すなわち、ＬＥＤを光源としたヘッドライトランプにおいて、ヒートパイプの効率的な熱伝導構造を利用し、それを主たる構造とした可撓導体により効果的な放熱を可能にしたヘッドライトバルブユニットを提供する。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。

図１．は自動二輪車交換用ヘッドライトバルブユニット１の全体図を示す。本発明のヘッドライトバルブユニット１はヘッドライトランプ２とコントローラー３からなる。

図２に、ヘッドライトランプ２の全体を示す。ヘッドライトランプ２は発熱部を有するヒートパイプ４と放熱機能を持つヒートシンク５からなり、ヒートパイプ４の前部はＬＥＤ基板７とＬＥＤチップ８を有し、ヒートパイプ４の後部はヒートシンク５中央部を貫く連結部材１０とそれを固定する固定部材１１でヒートシンク５に固定される。

図３．はヘッドライトランプ２の断面図を示す。ヒートパイプ４の前方に発熱部を有し、発熱部であるＬＥＤ基板７はヒートパイプ４の両面に１つずつ備わり、ＬＥＤ基板はそれぞれにＬＥＤチップ８を有するが、温度センサー９は一方にのみ備わる。

図４．はヒートパイプ４の断面図を示す。ヒートパイプ４は銅からなり、薄い銅のパイプ内に水を少量入れて封じ、内部を真空状態とする。ヒートパイプ４内部にはパウダーや溝などを施し、毛細血管現象のように管内部の水が発熱部に戻る仕組みを備える。このことによりパイプ内部の気圧は低くなり、水の沸点温度が下がるとともに、発熱部では水が蒸発して管内部の圧力は上昇するが、放熱部でこの水蒸気は冷やされ結露する。

ヒートパイプ４の目的は熱を速く移動させることにあるため、銅そのものよりも薄い銅からなるパイプを用いることが望ましく、ヒートパイプ４内部に関しては水が回りやすい配置が望まれる。それにより、放熱部であるヒートシンク５と発熱部であるヒートパイプ４の前部との温度差を４℃以下とすることができる。

ヒートパイプ４の効果を最大限発揮させる状況としては熱源がヒートシンク５よりも下にあることが望ましいが、自動二輪車の使用環境を鑑みると、自動二輪車が坂道などを登る場合、熱源が上になる状況が想定される。そのため熱源が上になる状況においても熱輸送能力が１５ｗ以上あるパイプ径は、坂道の傾斜角を最大３５度とした場合、８ｍｍが最も効果的であり、このパイプ径の水平動作における熱輸送能力は５０ｗ程度である。また、発光部（ＬＥＤ）のヒートパイプ４の銅の厚みを約３ｍｍ程度とすることによりヘッドライトのＨｉｇｈ及びＬｏｗ動作の光軸を犠牲にすることが少ない。

なお、ヒートパイプ４には銅のみならずアルミも同様に使用でき、ヒートパイプ４内部の液体は水以外にアセトンを使用することもできる。

このヒートパイプ４によって移動した熱の放熱部分であるヒートシンク５は約０．１ｍｍの銅線を編んだ織物状のシートをリボン形状にした可撓導体６である。幅５０ｍｍの可撓導体線を輪にした後、輪の中央部を固定部材１１で挟むことでリボン形状を成す。

本発明において想定するＬＥＤは１２ｗで点灯するため、２０％程度である３ｗが光となり、８０％程度である９ｗが熱となり、放熱しなければならない熱は６０℃程度である。一般的に放熱部材にはアルミ板が多用されており、６０℃の熱を放熱するために必要なアルミ板は、自動二輪車のヘッドライトハウジングには容易に収めることができない大きさとなるため、ヘッドライトハウジングに収めることができ、放熱も行える仕組みとして、屈曲性能が良い可撓導体６が望ましい形状である。

ヒートシンク５には効果的な放熱が求められ、これを期待できる屈曲性能をもつ可撓導体６としてリボン形状が効果を有する。熱の伝わり方は、自由空間においては右回りと左回りが同一に流れるが、閉ざされた空間においてはこの流れが同一ではなくなることから、アルミ板を導体とした場合、ヘッドライトハウジング内では熱の滞留が生じる可能性がある。熱の滞留が生ずることは放熱が効果的に行われないことを意味し、それを防ぐ形状が求められる。その点、リボン形状を選択すると、仮に熱が一方向へのみ流れても、リボン形状は銅線を編んだ織物状のシートを輪にし、中央部を固定部材１１で挟んだものであるから、右側へのみ流れた熱は導体内を移動し、左側まで移動することも可能であるため、効果的な放熱が可能である。

また、アルミ板と可撓導体６をほぼ同じ特性にするには、可撓導体６の厚さをアルミ板の厚さの８割程度に換算すればよく、可撓導体６の厚さを１．５ｍｍとすれば、２ｍｍのアルミ板とほぼ同一の特性となる。そして、それをリボン形状にすることにより、表面積が広く、屈曲性能を持った放熱部となる。なお、可撓導体６の厚さを決定する換算率は、使う素材の線径により異なり、これは断面積比率によることとなる。

なお、ヒートシンク５は銅線のみならずアルミ線も同様に使用できる。

ＬＥＤが安全に動作する限界温度値は１５０℃で、これを超えて使用した場合、ＬＥＤの寿命は極端に短くなる。可撓導体６の設計放熱能力は３℃／Ｗ程度に換算され、１０Ｗでは３０℃温度上昇が出る計算である。ヒートパイプ部での結合損出を６℃、ＬＥＤ基板結合損出を６℃としてもＬＥＤ温度は外気温度に対し４２℃上昇となりＬＥＤを安定的に動作させる状況を確保する。

ヘッドライトハウジング内に取付けスペースが無いことから放熱能力が落ちる取付けをした場合や、ゆるみが生じたなどの場合、設計時の想定より温度が上昇する場合が想定されるため、このような状況を感知するために、ヘッドライトランプ２とコントローラー３に自動制御装置を備えることで、より安定した動作環境を提供する。

ＬＥＤチップ８の横に温度センサーを取り付け、常時発光部温度をモニターし、温度センサー９が発光部温度８０℃を感知した場合には、コントローラー３内において電力を自動的に絞る自動制御の仕組みを備える。

図１はヘッドライトバルブユニットの全体図である。 図２はヘッドライトランプの全体図である。 図３はヘッドライトランプの断面図である。 図４はヒートパイプの断面図である。

１ ヘッドライトバルブユニット
２ ヘッドライトランプ
３ コントローラー
４ ヒートパイプ
５ ヒートシンク
６ 可撓導体
７ ＬＥＤ基板
８ ＬＥＤチップ
９ 温度センサー
１０ 連結部材
１１ 固定部材

Claims (1)

1. 前部にヘッドライトの光源として発光ダイオードを備えるヒートパイプと、
   前記ヒートパイプの後部に連結部材を介して結合されている銅線からなるリボン形状の可撓導体であるヒートシンクと
   を有するヘッドライトバルブユニット。

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