JP6438472B2 - ヘッドライトを密封するキャップの熱的機能 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドライト装置に関し、具体的には、乗用車、トラックやオートバイ等の車両用のヘッドライト装置に関する。

公知のヘッドライト装置は、リフレクタと、ランプ取付けキャビティ内に取り付けられたランプとを含む。動作中に、光は、ランプから放射され、リフレクタで反射されて、特に車両の前方照明のために所望の照明特性のビームを形成する。
動作中に、ランプに供給される電力は、その一部のみが光に変換されるが、残りの部分は、ランプを加熱する。公知の白熱電球は、比較的低い変換効率であり、そのため発熱量が増大する。しかしながら、白熱電球は、特にハロゲンランプにおいて、一般的により高温に耐えることができる。また、白熱電球では、フィラメントで発生した熱は、効率よく外部に放熱される。
ＬＥＤランプは、より高い変換効率を有するが、温度に対してより敏感である。熱は、比較的小さい空間内で生成され、且つ効率的に放熱されない。こうして、特にＬＥＤランプを含むヘッドライト装置について、温度管理が重要となる。

特許文献１は、自動車用ヘッドランプについて説明する。このヘッドランプは、放熱部分に直接的に取り付けられたＬＥＤと駆動回路と有する。駆動回路は、樹脂により密封される。放熱部分は、前面と、ＬＥＤまで延びる延長部と、裏面に形成された放熱フィンとを有する。
特許文献２は、リフレクタとランプとを有するヘッドライト装置について開示する。ランプが、ドライバと、このドライバに取り付けられたヒートシンク１２とを含む。ランプは、リフレクタのキャビティ内に取り付けられる。キャビティは、可撓性キャップによって密封される。

特許出願公開第２０１３−０３０３７１号明細書 独国特許出願公開１０２２４００４号明細書

本発明の目的は、ランプの熱管理に役立つ簡素な構成及び取扱いのヘッドライト装置を提供することと考えることができる。

この目的は、請求項１に係るヘッドライト装置によって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を参照する。
新規なＬＥＤランプの文脈において、本発明は、元々はハロゲンランプと共に使用することを意図した公知のヘッドライト装置の構造及び取付けについて考える。リフレクタに設けられた取付けキャビティを、ゴムキャップ等により封止することができ、それによって取付けキャビティ及びこのキャビティ内に取り付けられたランプが、車両のモータ区画に対して密封され、且つ汚れや湿気から保護される。
ヒートスプレッダ及び放熱要素としてキャビティの取付けに密封キャップを使用するのが、本発明の１つの基本となる考え方である。

本発明に係るヘッドライト装置は、ランプ取付けキャビティを含むリフレクタと、キャビティ内に取り付けられたランプとを有する。リフレクタは、凹面リフレクタであってもよく、取付けキャビティは、実際の発光素子を含むランプのバーナーが、リフレクタ内に位置付けされる一方、ランプのベースが、リフレクタの外側に少なくとも部分的に取り付けられるように設けられる。ランプは、ハロゲンランプであってもよいが、好ましくはＬＥＤランプであり、発光素子は、ＬＥＤ又はＯＬＥＤ（ここでは簡略化のために、ＬＥＤと総称する）等の１つ又は複数の半導体発光素子で構成される。

一態様によれば、ランプ取付けキャビティは、可撓性材料から少なくとも部分的に作製されたキャップによって密封される。キャップの可撓性によって、ランプ取付けキャビティについて依然としてシールを提供しながら、例えばランプを交換するために、そのランプを容易に設置し、取り外し及び再設置することができる。このシールは、好ましくは、ランプ取付けキャビティを水及び／又は埃の侵入から保護する。好ましい実施形態に関連して明らかになるように、ランプ取付けキャビティは、例えばキャビティの外壁を含んでもよく、キャップは、例えばその外壁の周りのシールリング等のように、その壁と密封接触するように提供することができる。

本発明の一態様によれば、キャップは、ヒートスプレッダ及び放熱要素として設けられ、且つランプと熱的に接触する。この場合に、キャップは、そのキャップが全体として十分な熱伝導率を有する場合に、或いはそのキャップの少なくともその一部が、ランプで発生した熱を拡散させるのに十分な熱伝導率を有する場合に、ヒートスプレッダ及び放熱要素として機能することができる。改善された熱伝導率によって、ランプからの熱が、キャップ内の熱伝導により拡散される。キャップの比較的大きな表面の結果として、熱が環境に効率的に放散される。

好ましい実施形態に関連して明らかになるように、可撓性材料から少なくとも部分的に作製されたキャップの熱伝導率は、十分に高い熱伝導率の可撓性材料を用いることにより、及び／又は例えば可撓性材料内に埋め込まれ得る１つ又は複数の熱伝導体を提供することによって得ることができる。
ヒートスプレッダ及び放熱要素として機能するキャップとランプとの間の熱接触は、キャップが、ランプの一部、例えばランプベースに直接的に接触すること、又はその熱接触が、良好な熱伝導率の中間の熱伝導体によって提供されることのいずれかを含む。
本発明に係るヘッドライト装置は、こうして、簡素な構成を提供し、ここで一部にシール機能を有するキャップは、ヒートスプレッダ及び放熱要素として更なる目的を果たす。これによって、コンパクトな配置が提供される。リフレクタ内でのランプの設置及び交換のための操作が、簡素化される。
キャップの改善された熱拡散機能は、ＬＥＤランプのために特に有利である。

１つの好ましい態様によれば、キャップは、５０Ｗ／ｍＫを超える全体的な熱伝導率を有することができる。さらに好ましくは、熱伝導率は、７０Ｗ／ｍＫ以上、特に好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上であってもよい。天然ゴム、ポリウレタンゴム、又はシリコーンゴム等の公知の可撓性シール材は、１Ｗ／ｍＫのみ、或いはこの値を著しく下回る熱伝導率を有するが、例えば１４０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する利用可能なグラファイト系材料が存在する。このような材料は、巨視的グラファイト要素又はグラファイトフィラーを含むプラスチック材料のいずれかとして、グラファイト又はプラスチック内に埋め込まれたグラファイトから構成してもよい。これらの材料は、ヒートスプレッダ及び放熱機能を提供するために、キャップに使用することができる。

代替的に、又は良好な熱伝導率の可撓性材料に加えて、キャップは、例えば可撓性材料内に埋め込まれた少なくとも１つの熱伝導体を含んでもよい。埋め込まれた熱伝導体は、例えばアルミニウム又は好ましくは銅等の金属製の単一の要素等であってもよく、この単一の要素は、例えばリング形状、プレート等のキャップ内に嵌合する任意の形状を有してもよい。あるいはまた、複数の金属体を埋め込んでもよい。例えば、例えばＣｕ又はＡｌから作製された金属薄板を提供してもよい。一態様では、熱伝導体は、細長い形状で設けてもよく、且つキャップ内に半径方向に、すなわち中心からそのキャップの周囲に延びるように配置してもよく、ランプと熱的に接触し得る中心部から離れる方向への熱伝導を向上させる。別の態様では、例えばグラファイト、カーボン又は例えばＣｕやＡｌ等の金属から作製されたワイヤ又は繊維から構成された１つ又は複数のマットを埋め込んでもよい。

１つの好ましい態様によれば、キャップは、可撓性材料内に埋め込まれた、例えば金属、グラファイト又はカーボンの熱伝導体等の複数の熱伝導体を含んでもよい。これらは、キャップの全体的な熱伝導率に寄与するような例えば繊維、粒子又は他の形態で提供してもよい。
ランプは、１つ又は複数の発光素子を有するバーナーと、機械的固定手段及び／又は電気的接続手段を有するベースとから構成してもよい。具体的には、ベースは、キャップと熱的に接触する、特に好ましくはキャップと直接的に接触するように配置してもよい。
本発明の好ましい一実施形態によれば、ランプは、１つ又は複数のＬＥＤ照明素子を含む。次に、ＬＥＤ照明素子に電力を供給するために、駆動回路をヘッドライト装置内に設けてもよい。特に、キャップと熱的に接触する駆動回路を設けることが好ましい。この方法では、ＬＥＤ照明素子で発生した熱だけでなく駆動回路で発生した熱を、キャップを介して放散することができる。

一実施形態によれば、駆動回路を、ランプの一部として設けてもよい。特に、その駆動回路を、ランプのベース内に設けてもよい。次に、キャップは、特に好ましくは直接的に接触して、その内部にランプのベースを少なくとも部分的に受容するように形成且つ構成されたキャビティを含むのが好ましい。
代替的な実施形態によれば、駆動回路は、ランプとは独立して設けてもよく、キャップ内に少なくとも部分的に埋め込んでもよい。この場合に、ランプは、次に、駆動回路に電気的に且つ熱的に接続される。こうして、埋め込みによってキャップと良好な熱接触をするように配置された駆動回路によって発生した熱は、キャップによって十分放散される。また、ランプによって発生した熱は、駆動回路を介して伝導され、キャップによって放散される。

好ましい一実施形態によれば、キャップは、例えば平坦な、丸みを帯びた形状の背面カバーと、この背面カバーから突出するシールリングとから構成してもよい。シールリングは、例えばリフレクタの首部においてハウジングを密封係合するように設けられ、キャビティの取付部のシールを提供する。背面カバーは、好ましくは、ランプ及び／又は駆動回路と熱的に接触する。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の実施形態を参照して説明し、明らかになるだろう。

ヘッドライト装置の第１の実施形態の斜視分解図である。 図１の実施形態の線Ａ−Ａに沿った切り取られた断面図である。 ヘッドライト装置の第２の実施形態の断面図である。

図１、図２に示されるように、第１の実施の形態のヘッドライト装置１０は、リフレクタのネック部１４を含むボウル形状リフレクタ１２を有する。リフレクタの外側ハウジングは、リフレクタのネック部１４の周りに円筒壁１６を形成する。
リフレクタのネック部１４及び円筒壁１６によって、ランプ３０用の取付けキャビティ２０を規定する。ランプ３０は、バーナー２２と、半径方向の基準突起を有する基準リング２６を含むベース２４とから構成される。
図２の断面図に示される取付け位置では、ランプ３０は、リフレクタ１２の内部に突出したバーナー２２と、取付けキャビティ２０内に位置付けされたランプベース２４とで位置付けされる。基準リング２６は、取付けバネ２８によってリフレクタのネック部１４に固定される。基準突起によって、リフレクタ１２に対するランプの位置及び向きの正確な位置合わせが提供される。

取付けキャビティ２０は、キャップ４０によって封止される。図２の断面図から明らかなように、キャップ４０は、シールリング４４と一体に設けられた円板形状の背面カバー４２で構成される。シールリング４４は、取付けキャビティ２０の円筒壁１６を柔軟に取り囲み、それによって取付けキャビティ２０を例えば埃、湿気等に対して密封する。
図示される実施例では、ランプ３０は、バーナー２２内に複数のＬＥＤ素子３２（象徴的にのみ示されている）を有するＬＥＤランプであり、これらＬＥＤ素子３２は、ランプベース２４内に設けられた駆動回路３４に電気的に接続される。駆動回路３４は、図示されるプラグコネクタを介して車両のオンボード電力が供給され、供給電圧をＬＥＤ３２の動作に必要な電圧及び電流に変換する。

キャップ４０は、動作中に、ランプ３０によって発生した熱、すなわちＬＥＤ３２において且つ駆動回路３４内で生成された熱についてのヒートスプレッダ及び放熱要素として設けられる。図２から明らかなように、キャップ４０は、背面カバー４２内に形成されたキャビティ４６を含む。ランプ３０のベース２４の一部、具体的には駆動回路３４が配置される部分は、キャビティ４６内に受容され、その部分は、キャビティ４６の壁が、ランプベース２４の下部の外面に密着するような対応する形状及び大きさである。
こうして、ランプベース２４は、キャップと良好な熱接触状態となる。

キャップ４０は、シールリング４４における密封を可能にする可撓性材料から作製されるが、同時にヒートスプレッダ及び放熱機能を果たすための良好な熱伝導を提供する。熱伝導及び放熱を増大させるのに役立つ銅リング５０が、背面カバー４２内に埋め込まれている。
シールリング４４を形成するとともに金属リング５０を埋め込む可撓性材料は、埋め込まれた金属繊維（図示せず）によって熱伝導率が増大している。

図３は、ヘッドライト装置１１０の代替実施形態を示す。ヘッドライト装置１１０は、大部分、ヘッドライト装置１０の第１の実施形態に相当するので、同様の部品は、同様の参照符号によって示される。以下では、これら実施形態同士の間の相違のみについて、さらに説明する。
第２の実施形態では、駆動回路１３４を含むキャップ１４０が設けられる。ランプ１３０は、ＬＥＤ３２に電気的接続のみを提供する短縮型ベース１２４を有する。
図３に示される取付け位置では、キャップ１４０によって、取付けキャビティ２０が密封される。ランプベース１２４は、プラグ接続を介して、キャップ１４０の背面カバー４２内に埋め込まれた駆動回路１３４に電気的に結合される。

キャップ１４０は、カーボンの熱伝導粒子が埋め込まれた合成ゴム材料から作製される。こうして、この材料は、可撓性を保持し、且つ依然として、一体化された駆動回路１３４からの熱だけでなく、ランプベース１２４を介して伝導されたバーナー２２からの熱をも放散するような良好な熱伝導を提供する。
第１及び第２の実施形態の両方では、ランプ３０，１３０は、バーナー２２をリフレクタのネック部１４内に挿入すること及びバネ２８を用いて基準リング２６をリフレクタのネック部１４に固定することにより、リフレクタ１２内に容易に設置することができる。その後、取付けキャビティ２０は、密着して設けられた可撓性キャップ４０，１４０によって密封され、こうして、ＬＥＤ３２によって発生する熱についての良好な熱伝導を提供する。特に、電気駆動回路３４，１３４内で発生した熱は、キャップ４０，１４０のヒートスプレッダ及び放熱材料によって放散させることができる。ランプ３０，１３０は、キャップ４０，１４０を取り外すことによって、容易に交換することができる。

本発明について、図面及び前述の詳細な説明において詳細に図示及び説明してきたが、このような図示及び説明は、例示又は例としてみなすべきであり、限定的なものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。
例えば、異なる形状のキャップ４０，１４０を提供してもよい。熱伝導及び放熱を向上させるために、図２に示されるリング５０以外の他の金属元素を、キャップ４０，１４０内に埋め込んでもよい。
キャップは、全体的に良好な熱伝導を実現するために、種々の異なる材料から及び様々な埋め込み構造で作製してもよく、結果として、大きな表面積に亘って熱を分散させ、良好な熱放散を実現する。グラファイトベースの可撓性材料、又はＣｕ及び／又はＡｌから作製された薄い金属キャップが好ましい。更なる例は、例えば巻き付けられたＣｕ及びＡｌマットであってもよい。

開示された実施形態に対する他の変形形態は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求項に記載された本発明を実施する際に当業者によって理解され、且つ行うことができる。請求項において、「備える、有する、含む(comprising)」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの(a, an)」は、複数を除外するものではない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されている、又は互いに異なる実施形態において上記で説明されているという単なる事実は、これら手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

Claims (9)

1. ヘッドライト装置であって、当該ヘッドライト装置は、
   リフレクタと、
   該リフレクタに設けられたランプ取付けキャビティと、
   前記ランプ取付けキャビティ内に取り付けられたランプと、を備えており、
   前記ランプ取付けキャビティは、埃及び湿気に対して前記ランプ取付けキャビティを密封するキャップによって封止され、
   前記キャップは、可撓性材料から少なくとも部分的に作製され、
   前記キャップは、前記ランプとは別に前記キャビティから取り外し可能であり、
   前記キャップは、前記ランプと熱的に接触するヒートスプレッダ及び放熱要素として設けられる、
   ヘッドライト装置。
2. 前記キャップは、５０Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する、
   請求項１に記載のヘッドライト装置。
3. 前記キャップは、少なくとも１つの埋め込まれた熱伝導体を有する可撓性材料を含む、
   請求項１又は２に記載のヘッドライト装置。
4. 前記キャップは、埋め込まれた金属、グラファイト又はカーボンの熱伝導体を有する可撓性材料を含む、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヘッドライト装置。
5. 前記ランプは、１つ又は複数の照明素子を有するバーナーと、機械的固定手段及び電気的接続手段を有するベースとを含み、
   前記ベースは、前記キャップと熱的に接触する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヘッドライト装置。
6. 前記ランプは、１つ又は複数のＬＥＤ照明素子と、該ＬＥＤ照明素子に電力を供給するために設けられた駆動回路とを含み、
   該駆動回路は、前記キャップと熱的に接触するように配置される、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のヘッドライト装置。
7. 前記駆動回路は、前記ランプのベース内に設けられ、
   前記キャップは、キャビティを含み、前記ベースの少なくとも一部は、前記キャビティ内に受容される、
   請求項６に記載のヘッドライト装置。
8. 前記駆動回路は、前記キャップ内に少なくとも部分的に埋め込まれるように設けられ、
   前記ランプは、前記駆動回路に電気的且つ熱的に接続される、
   請求項６に記載のヘッドライト装置。
9. 前記キャップは、背面カバーと、該背面カバーから突出するシールリングとを含む、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のヘッドライト装置。

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