(57)【要約】【課題】ＬＥＤの自己発熱の熱移動性を高めることによってＬＥＤの温度上昇を抑制し、よってＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の発光効率の低減による発光量の減少が抑えられると共に、同様にＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の劣化による寿命の短縮を防止することが可能となる車両用ＬＥＤ灯具を提供することにある。【解決手段】アウターレンズ２とハウジング３で形成された灯室４内に灯具ユニット５を配設した車両用ＬＥＤ灯具１において、灯室４内の上部に位置するＬＥＤ光源６と下部に位置するヒートシンク１４を熱輸送部材１６を介して熱的に接続した。これにより、熱輸送部材１６を介してヒートシンク１４に熱移動したＬＥＤ光源６の自己発熱を該ヒートシンク１４で放熱させてＬＥＤ光源６の温度上昇を抑制するようにした。【選択図】図１
2010102997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウターレンズとハウジングによる灯室内に灯具ユニットが配設されてなる車両用ＬＥＤ灯具であって、
前記灯具ユニットは、少なくとも熱輸送部材と、前記熱輸送部材の一方の端部側に熱的に接続されたＬＥＤ光源と、他方の端部側に熱的に接続されたヒートシンクを有すると共に、前記ヒートシンクは前記灯室内の下部の前記アウターレンズ側に位置し、前記ヒートシンクの底面は前記ハウジングの内面に沿って略平行に近接して位置しており、
前記ＬＥＤ光源で発生した熱が前記熱輸送部材を介して前記ヒートシンクに伝導されて該ヒートシンクで放熱されることを特徴とする車両用ＬＥＤ灯具。
【請求項２】
前記ヒートシンクの底面は、前記ハウジングの底部の内面に沿って略平行に近接して位置していることを特徴とする請求項１に記載の車両用ＬＥＤ灯具。
【請求項３】
前記ヒートシンクの底面は、前記ハウジングの底部前側から上方に向かって立ち上がる前部の内面に沿って略平行に近接して位置していることを特徴とする請求項１に記載の車両用ＬＥＤ灯具。
【請求項４】
前記ヒートシンクの上方に該ヒートシンクで受熱した空気の流れを制御する風向ガイドが設けられていることを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の車両用ＬＥＤ灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤを光源とする車両用ＬＥＤ灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子、例えばＬＥＤ素子（チップ）は、周囲温度や駆動（発光）時の自己発熱により温度が上昇すると、それに起因して発光効率が低下して発光量が減少すると共に劣化が促進されて寿命が短くなるといった、使用上不利に働く素子特性を有している。そこで、ＬＥＤ素子を良好な発光効率を維持しながら長期に亘って安定して駆動できるようにするためには、ＬＥＤ素子に何らかの放熱手段を設けて特に駆動時の温度上昇を抑制する必要がある。
【０００３】
その一方、ＬＥＤ（ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤランプ）は各種ランプに比較して一般的に小型、低消費電力、長寿命等の利点を有しており、従来この利点を利用してハイマウントストップランプ、ストップアンドテールランプ、方向指示灯等の車両用灯具の光源として使用されており、ＬＥＤを光源とする車両用前照灯も実現されている。
【０００４】
車両用灯具は一般的にアウターレンズとハウジングとによって灯室が形成され、その灯室内に光源となるＬＥＤが配置される。そしてＬＥＤに電力を給電すると発光と同時に熱も発生し、その自己発熱によってＬＥＤ自体の温度が上昇する。その結果、ＬＥＤの発光効率が低下して灯具の照射光量が低減すると共に、配光性能の悪化によって極端な場合には灯具に要求される配光規格を満足しなくなる可能性もある。
【０００５】
そこで、上記問題の発生を抑制する構成とした車両用ＬＥＤ灯具の提案がなされている。それは図１６に示すように、アウターレンズ５０とハウジング５１により形成された灯室５２内の所定の位置に灯具ユニット５３が配設された構造を有しており、該灯具ユニット５３は光学系の機能構造と放熱系の機能構造を備えている。
【０００６】
そのうち、光学系の機能構造は、ＬＥＤ光源５４が実装されたマウントプレート５５にリフレクタ５６が連接され、同時に該リフレクタ５６に、内底面から上方に向かって延びる遮蔽体５７を有すると共に投影レンズ５８を支持したレンズホルダ５９が連接された構造とされている。
【０００７】
放熱系の機能構造は、ＬＥＤ光源５４が実装されたマウントプレート５５がヒートシンク６０に固定され、該ヒートシンク６０を支持するヒートシンク支持プレート６１が固定スクリュー６２を介してブラケット６３に取付けられ、該ブラケット６３がエイミングスクリュー６４を介してハウジング５１に傾動自在に支持された構造とされている。
【０００８】
放熱系の機能構造における、マウントプレート５５、ヒートシンク６０、ヒートシンク支持プレート６１、ブラケット６３、及び固定スクリュー６２は金属材料からなり良好な熱伝導性を有しており、ＬＥＤ光源５４の駆動時の発熱は主に、ヒートシンク６０、ヒートシンク支持プレート６１、及びブラケット６３を介して灯室５２内に放散され、これによりＬＥＤ素子の自己発熱による温度上昇が抑制される。
【０００９】
その結果、ＬＥＤ素子の発光効率の低減による発光量の減少が抑えられると共に、ＬＥＤ素子の劣化による寿命の短縮を防止することができる、というものである（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００８−８４７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、車両用ＬＥＤ灯具を上記放熱系の機能構造とすることでＬＥＤ素子の自己発熱が灯室内に放散され、それによりＬＥＤ素子自体の温度上昇の抑制効果を得ることができるものであるが、灯室内において放散熱による自然対流の流路が好適に確保されているとはいえず、自然対流による熱攪拌、熱交換等が不十分なものとなるためにＬＥＤ素子の温度上昇の抑制が徹底したものとはなり難い。
【００１１】
具体的に、上記提案された車両用ＬＥＤ灯具を模式的に示した図１７で説明する。図１７より、アウターレンズ５０とハウジング５１により灯室５２が形成され、灯室５２内に灯具ユニット５３が配設されている。
【００１２】
灯具ユニット５３は、ＬＥＤ光源５４が実装されたメタル基板６５が放熱シートやグリース等のＴＩＭ（Thermal Interface Material）６６を介して放熱部材６７に固定され、メタル基板６５に、投影レンズ５８を支持したレンズホルダ５９が連接されている。このなかで、放熱部材６７は、上述の提案された車両用ＬＥＤ灯具の主たる放熱に係るヒートシンク、ヒートシンク支持プレート、及びブラケットを放熱機能上まとめて放熱部材６７としたものである。
【００１３】
これにより、ＬＥＤ光源５４から発生した熱をメタル基板６５及びＴＩＭ６６を介して熱伝導で放熱部材６７に移動させ、放熱部材６７の表面から該放熱部材６７に接する空気に熱を熱伝達で移動させ、その空気を灯室５２内の自然対流によってアウターレンズ５０及びハウジング５１を介して外気と熱交換させて冷却し、熱交換で冷却された空気を灯室５２内の自然対流による循環で放熱部材６７近傍に戻すものである。
【００１４】
この場合、以下のような不具合が懸念される。まず、灯室５２内に配設される灯具ユニット５３は、車両用ＬＥＤ灯具として構造的、機能的及び光学的に満足する位置に配置されるが、それに伴ってＬＥＤ光源５４の放熱に係る放熱部材６７が灯室５２内の比較的高い位置に位置することになる。
【００１５】
そのため、放熱部材６７から放散された熱が灯室５２内の上部に滞留し、熱による自然対流が灯室５２内の上部の限られた領域のみで発生する。その結果、灯室５２内の上部に高温空気の存在する領域、下部に低温空気の存在する領域が生じて温度差のある空気同士の攪拌が行われず、十分な放熱効率が得られないことになる。
【００１６】
また、灯具ユニット５３の光学的機能上、発光源であると共に発熱源でもあるＬＥＤ光源（ＬＥＤ素子）５４は灯室５２内のアウターレンズ５０側に位置し、それに対してＬＥＤ光源５４の放熱に係る放熱部材６７はハウジング５１側に位置する。
【００１７】
そのため、ＬＥＤ光源５４が実装されたメタル基板６５がＴＩＭ６６を介して固定された、放熱部材６７のベース部６８とハウジング５１との間の距離が長くなり、放熱部材６７のベース部６８からの放射熱がハウジング５１の内壁面に効率良く伝達されず、良好な放熱効果を得ることが難しい。
【００１８】
更に、放熱部材６７のベース部６８からの放射熱がハウジング５１に伝達されても、ハウジング５１の外側はエンジンルーム内にあるため高温環境となっており、ハウジング５１による放熱効果は期待できない。
【００１９】
以上説明したように、従来構造の車両用ＬＥＤ灯具は、その構造上ＬＥＤ光源による発熱に対する放熱効果が妨げられ、ＬＥＤ素子の駆動時のジャンクション温度の上昇を十分に抑制することが難しい。そのため、ＬＥＤ素子の温度上昇に起因する発光効率の低減による発光量の減少、ＬＥＤ素子の劣化による寿命の短縮等の問題が残る。
【００２０】
また、車両用ＬＥＤ灯具の薄型化に対しては、発熱源となるＬＥＤ光源５４の後方（ハウジング側）に放熱部材６７が位置しており、物理的に薄型化は難しい。
【００２１】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤの自己発熱の熱移動性を高めることによってＬＥＤの温度上昇を抑制し、よってＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の発光効率の低減による発光量の減少が抑えられると共に、同様にＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の劣化による寿命の短縮を防止することが可能な車両用ＬＥＤ灯具を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、アウターレンズとハウジングによる灯室内に灯具ユニットが配設されてなる車両用ＬＥＤ灯具であって、
前記灯具ユニットは、少なくとも熱輸送部材と、前記熱輸送部材の一方の端部側に熱的に接続されたＬＥＤ光源と、他方の端部側に熱的に接続されたヒートシンクを有すると共に、前記ヒートシンクは前記灯室内の下部の前記アウターレンズ側に位置し、前記ヒートシンクの底面は前記ハウジングの内面に沿って略平行に近接して位置しており、
前記ＬＥＤ光源で発生した熱が前記熱輸送部材を介して前記ヒートシンクに伝導されて該ヒートシンクで放熱されることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ヒートシンクの底面は、前記ハウジングの底部の内面に沿って略平行に近接して位置していることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記ヒートシンクの底面は、前記ハウジングの底部前側から上方に向かって立ち上がる前部の内面に沿って略平行に近接して位置していることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項２または３のいずれか１項において、前記ヒートシンクの上方に該ヒートシンクで受熱した空気の流れを制御する風向ガイドが設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、アウターレンズとハウジングによる灯室内に、少なくとも熱輸送部材と、前記熱輸送部材の一方の端部側に熱的に接続されたＬＥＤ光源と、他方の端部側に熱的に接続されたヒートシンクを有する灯具ユニットを配設し、前記ヒートシンクが灯室内の下部のアウターレンズ側に位置するようにした。
【００２７】
そのため、ＬＥＤの自己発熱の熱移動性を高めることによってＬＥＤの温度上昇を抑制し、よってＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の発光効率の低減による発光量の減少が抑えられると共に、同様にＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の劣化による寿命の短縮を防止することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１５を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【実施例１】
【００２９】
図１は本発明の車両用ＬＥＤ灯具に係る実施例１の説明図である。車両用ＬＥＤ灯具１はアウターレンズ２とハウジング３によって灯室４が形成され、灯室４内の所定の位置に灯具ユニット５が配設されている。
【００３０】
灯具ユニット５は光学系と放熱系を備えており、光学系は、ＬＥＤ光源６、ＬＥＤ光源６が実装されたメタル基板７、メタル基板７に連接されたリフレクタ８、リフレクタ８に連接されたレンズホルダ９、レンズホルダ９内底面から上方に延びる遮蔽体１０、及びレンズホルダ９に支持された投影レンズ１１で構成されている。
【００３１】
一方、放熱系は、ＬＥＤ光源６が実装されたメタル基板７が放熱シートやグリース等のＴＩＭ（Thermal Interface Material）１２を介して固定されたメタルプレート１３、一方の端部側にメタルプレート１３、他方の端部側にヒートシンク１４のベース部１５が連接された熱輸送部材１６で構成されている。
【００３２】
熱輸送部材１６は、メタルプレート１３が連接された側からハウジング３の後部（アウターレンズ２と対向する側の部分）３ａに沿って下方に延び、折曲されてハウジング３の底部３ｂに沿って前方（車両用ＬＥＤ灯具１の照射方向）に延びている。
【００３３】
ヒートシンク１４は一体化されたベース部１５とフィン部１７からなり、該ヒートシンク１４は熱輸送部材１６の、ハウジング３の底部３ｂに沿って位置する端部側にベース部１５を介して連接されている。この場合、ヒートシンク１４のベース部１５は熱輸送部材１６の下側（ハウジング３の底部３ｂ側）に位置し、ヒートシンク１４のフィン部１７は熱輸送部材１６の上側に位置している。そのため、ヒートシンク１４のベース部１５の底面１５ａはハウジング３の底部３ｂの内面３ｃに沿って略平行に近接して位置し、ヒートシンク１４のフィン部１７はアウターレンズ２の下部２ａ近傍に位置している。
【００３４】
熱輸送部材１６は熱伝導率が良好な材料あるいは部材からなり、熱伝導率の高いものがより好ましく、具体的には銅製ヒートパイプ（トップヒート対応のウィック内臓構造）、銅、アルミニウムの順に好ましい。熱輸送部材１６の表面状態は、発熱部から放熱部に至る熱輸送経路の途中では放熱性を必要としないため、熱放射率が高くない方が良い。つまり、表面がメタリック調の鏡面反射面状態であることが好ましい。
【００３５】
ヒートシンク１４の表面状態は、放熱効果を高めるために、黒色アルマイト処理等により熱放射率が高い状態にすることが好ましい。
【００３６】
次に、光学系における光の様態および放熱系における熱の様態について説明する。
【００３７】
まず、光学系においては、図２に示すようにＬＥＤ光源６に電力が給電されて点灯すると、ＬＥＤ光源６からリフレクタ８に向かう光はリフレクタ８で反射されて前方の投影レンズ１１方向に向かい、その一部は遮蔽体１０によって光路が遮られる。一方、リフレクタ８で反射された光のうち遮蔽体１０に遮られることのない光はレンズホルダ９内を導光されて投影レンズ１１に至り、投影レンズ１１で所望の配光に制御されてアウターレンズ２を介して車両用ＬＥＤ灯具１の前方に照射される。
【００３８】
次に、放熱系においては、図３に示す灯具ユニット５のように、ＬＥＤ光源６が点灯するとＬＥＤ光源６は光を発すると共に熱も発生する。ＬＥＤ光源６で発生した熱（自己発熱）はＬＥＤ光源６が実装されたメタル基板７に移動し、メタル基板７からＴＩＭ１２を介してメタルプレート１３に移動し、メタルプレート１３から熱輸送部材１６の一方の端部１６ａ側に移動する。
【００３９】
熱輸送部材１６の端部１６ａ側に移動した熱は、熱輸送部材１６を熱輸送経路として他方の端部１６ｂ側に移動し、熱輸送部材１６の端部１６ｂ側に移動した熱は、ヒートシンク１４のベース部１５を介してフィン部１７に移動する。このような、発熱部のＬＥＤ光源６から放熱部となるヒートシンク１４に至る熱の移動は熱伝導によって行われる。
【００４０】
ヒートシンク１４のベース部１５及びフィン部１７に移動した熱は、図４〜図６に示す伝熱形式によってヒートシンク１４外に熱放射及び熱伝達により移動（伝熱）される。
【００４１】
図４に示す伝熱形式は、車両用ＬＥＤ灯具１の灯室４内の下方に位置するヒートシンク１４の熱が、ヒートシンク１４の特にフィン部１７に接触する低温度の流体（この場合は空気）に熱伝達により移動され、加熱された高温度の空気が灯室４内をアウターレンズ２に沿って上昇すると共に、上方に位置する低温度の空気をハウジング３に沿ってヒートシンク１４近傍に降下させる。このような、自然対流による空気の循環によってヒートシンク１４の熱が放散・攪拌されてＬＥＤ光源６の温度上昇が抑制されるものである。
【００４２】
図５に示す伝熱形式は、ハウジング３の底部３ｂの内面３ｃと該内面３ｃに略平行に近接する、ヒートシンク１４のベース部１５の底面１５ａとの間で熱放射による熱移動が行われ、ヒートシンク１４の熱が、低温度の外気と接触するハウジング３の底部３ｂ内に吸収される。これにより、ＬＥＤ光源６の温度上昇が抑制されるものである。
【００４３】
図６に示す伝熱形式は、ヒートシンク１４の特にフィン部１７に接触して加熱された高温度の空気がアウターレンズ２を介して低温度の外気と熱交換されて冷却され、冷却された空気を灯室４内の自然対流による循環でヒートシンク１４近傍に戻す。これにより、ＬＥＤ光源６の温度上昇が抑制されるものである。このとき、ヒートシンク１４で受熱した高温度の空気がアウターレンズ２に接触することによりアウターレンズ２の内面２ｂの温度が上昇し、結露による曇り、雪道走行時の着雪や着氷を防止することにもなる。
【００４４】
上記３通りの伝熱形式は、同時に複合した状態で行われ、その分ヒートシンク１４において高い放熱効率が得られる。その結果、密閉空間である灯室４内に位置するにもかかわらずＬＥＤ光源６の温度上昇の抑制効果が効果的に発揮され、ＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の発光効率の低減による発光量の減少が抑えられると共に、同様にＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の劣化による寿命の短縮を防止することが可能となる。
【実施例２】
【００４５】
図７は本発明の車両用ＬＥＤ灯具に係る実施例２の説明図である。本実施例の車両用ＬＥＤ灯具１の構成は上記実施例１と同様であり、ヒートシンク１４の配置方向が異なる。
【００４６】
具体的には、熱輸送部材１６が、メタルプレート１３が連接された側からハウジング３の後部（アウターレンズ２と対向する側の部分）３ａに沿って下方に延び、折曲されてハウジング３の底部３ｂに沿って前方（車両用ＬＥＤ灯具１の照射方向）に延び、更に折曲されて、アウターレンズ２の下方に位置して車両用ＬＥＤ灯具１の照射方向と略垂直に立ち上がるハウジング３の前部３ｄに沿って上方に延びている。
【００４７】
そして、ヒートシンク１４が熱輸送部材１６の、ハウジング３の前部３ｄに沿って位置する端部側にベース部１５を介して連接されている。この場合、ヒートシンク１４のベース部１５は熱輸送部材１６の前側（ハウジング３の前部３ｄ側）に位置し、ヒートシンク１４のフィン部１７は熱輸送部材１６の後側に位置している。そのため、ヒートシンク１４はアウターレンズ２の下方近傍に位置すると共に、ベース部１５の底面１５ａはハウジング３の前部３ｄの内面３ｅに沿って略平行に近接して位置している。
【００４８】
この場合、発熱部のＬＥＤ光源６から熱輸送経路となる熱輸送部材１６を介して放熱部となるヒートシンク１４に熱伝導により移動した熱は、図８及び図９に示す形式によってヒートシンク１４外に熱放射及び熱伝達により移動（伝熱）される。
【００４９】
図８に示す伝熱形式は、ハウジング３の前部３ｄの内面３ｅと該内面３ｅに略平行に近接する、ヒートシンク１４のベース部１５の底面１５ａとの間で熱放射による熱移動が行われ、ヒートシンク１４の熱が、低温度の外気と接触するハウジング３の前部３ｄ内に吸収される。これにより、ＬＥＤ光源６の温度上昇が抑制されるものである。
【００５０】
図９に示す伝熱形式は、車両用ＬＥＤ灯具１の灯室４内のアウターレンズ２の下方近傍に位置するヒートシンク１４の熱が、ヒートシンク１４の特にフィン部１７に接触する低温度の流体（この場合は空気）に熱伝達により移動され、加熱された高温度の空気が灯室４内を上昇すると共に、上方に位置する低温度の空気をヒートシンク１４近傍に降下させる。このような、自然対流による空気の循環によってヒートシンク１４の熱が放散・攪拌されてＬＥＤ光源６の温度上昇が抑制されるものである。
【００５１】
このとき、ヒートシンク１４のフィン部１７のスリット溝方向を上下方向とすることにより、熱による自然対流の流れが集中して循環速度が高速化し、熱の放散・攪拌効率が向上して放熱効果が高まる。
【００５２】
上記構成に加え、図１０に示すように、ヒートシンク１４のフィン部１７の上方に該フィン部１７を覆うように風向ガイド１８を配設することも可能である。これにより、ヒートシンク１４のフィン部１７で受熱した高温度の空気を集中的にアウターレンズ２の内面に沿って上昇させ、上昇途中でアウターレンズ２を介して外気の低温度の空気と熱交換されて冷却され、冷却された空気が灯室４内の自然対流による循環でヒートシンク１４近傍に戻る。これにより、ヒートシンク１４による熱の放散効率が更に向上し、放熱フィンＬＥＤ光源６の温度上昇の抑制が更に確実なものとなる。
【００５３】
なお、風向ガイド１８の配置位置、形状等を調整して自然対流の集風方向を制御することにより、高温に弱い部分に熱風が直接当たることを避け、それにより車両用ＬＥＤ灯具１の信頼性を確保することができる。
【００５４】
そこで発明者は、本発明に係る熱解析を行い、放熱効果の確認を行った。以下にその結果を示す。
【００５５】
まず、灯具モデルを、ヒートシンクが灯室内の上部に位置するものを比較例とし、下部に位置するものを実施例として設定し、それらの灯室内の温度分布及び風速分布を熱解析により検証した。灯具モデルの設定条件は、比較例は１個のＬＥＤ光源を熱的に接続したヒートシンクを灯具内の上部に配設したモデルとした。実施例は灯室内に、上部から下部に延びて折曲されて前方（照射方向上）に延びるＬアングル状の熱輸送部材を配設し、熱輸送部材の上端側（灯室内の上部）に１個のＬＥＤ光源を熱的に接続し、熱輸送部材の、折曲されて前方に延びる位置（灯室内の下部）にヒートシンクを熱的に接続したモデルとした。
【００５６】
そして、比較例及び実施例とも、灯室の寸法を４００ｍｍ（Ｗ）×２００ｍｍ（Ｈ）×１５０ｍｍ（Ｄ）、ヒートシンクの寸法を６０ｍｍ（Ｗ）×８０ｍｍ（Ｈ）×４０ｍｍ（Ｄ）、ＬＥＤ光源の駆動電力を１０Ｗ、周囲温度を２５℃と設定した。
【００５７】
比較例と実施例の灯具モデルの違いは、ＬＥＤ光源を接続したヒートシンクが、比較例では灯室内に上部に位置し、実施例では熱輸送部材を介して灯室内の下部に位置していることである。その他の条件は比較例及び実施例とも同一とした。
【００５８】
図１１〜図１４に熱解析の結果を示している。このうち、図１１は比較例における灯室内の温度分布、図１２は実施例における灯室内の温度分布である。また図１３は比較例における灯室内の風速分布、図１４は実施例における灯室内の風速分布である。
【００５９】
図１１及び図１２の温度分布から読み取れるヒートシンク１４の温度及びＬＥＤ光源（ＬＥＤ素子）のジャンクション温度について、比較例と実施例の比較表を下記表１に示している。
【表１】
2010102997.tif 000003
【００６０】
上記表１より、ヒートシンクの最高温度は、実施例が比較例に対して８℃低いことを示している。また、ＬＥＤ素子のジャンクション温度は、実施例が比較例に対して６．５℃低いことを示している。
【００６１】
この結果より、放熱用のヒートシンクを灯室内の上部に配設した従来構造の車両用ＬＥＤ灯具に対して、ヒートシンクを灯室内の下部に配設した本発明の構造の車両用ＬＥＤ灯具はヒートシンクの放熱性が向上し、実装したＬＥＤ素子の温度上昇を低く抑えることができることが検証された。
【００６２】
そこで、ＬＥＤ素子のジャンクションの温度上昇を抑制することがＬＥＤ素子の長寿命化にどの程度寄与するかを、ＬＥＤ素子の予測寿命を表す図１５のグラフから推測する。
【００６３】
図１５の片対数グラフは、横軸（Ｘ軸）がＬＥＤ素子のジャンクション温度を表し、縦軸（Ｙ軸）がＬＥＤ素子の寿命予測時間を表している。ＬＥＤ素子は光出力が初期光度の７０％になった時点を寿命と定義する。
【００６４】
図１５より、表１の比較例のＬＥＤジャンクション温度６７．５℃のときの予測寿命は６９．２×１０００[ｈ](６９２００ｈ)となり、実施例のＬＥＤジャンクション温度６１℃のときの予測寿命は９３．８×１０００[ｈ](９３８００ｈ)となる。つまり、ＬＥＤ素子のジャンクション温度を６７．５℃から６１℃まで６．５℃低減することにより、ＬＥＤ素子の予測寿命が６９２００ｈから９３８００ｈまで２４６００ｈ延びることが予測できる。そこでこれによると、車両用ＬＥＤ灯具を本発明の構造とすることにより従来例の構造の車両用ＬＥＤ灯具に対して１．３５倍以上の長寿命化が期待できる。
【００６５】
また、図１３及び図１４の風速分布における風速について、比較例と実施例の比較表を下記表２に示している。
【表２】
2010102997.tif 000004
【００６６】
上記表２より、灯室内の最高風速（自然対流による循環速度）は、実施例が比較例に対して２倍の速度となっている。また、図１３及び図１４の風速分布からわかるように、自然対流の循環ループの大きさが比較例よりも実施例の方が大きい。
【００６７】
この結果より、放熱用のヒートシンクを灯室内の上部に配設した従来構造の車両用ＬＥＤ灯具に対して、ヒートシンクを灯室内の下部に配設した本発明の構造の車両用ＬＥＤ灯具は灯室内の自然対流の循環ループが大きく、且つ循環速度が速いことが検証された。このことは、灯室内の高温度の空気を自然対流の循環により効率的に放散・攪拌して良好な均熱化ができるということであり、その結果、ＬＥＤ素子のジャンクション温度の温度上昇を大幅に低減することが可能となる。
【００６８】
次に、ヒートシンクとハウジングとの間で行われる熱放射によるヒートシンクの放熱効果の検証を行ったので、その設定条件および結果を下記に示す。
【００６９】
検証の設定条件は、熱放射率０．９、寸法４００ｍｍ×４００ｍｍの２枚の板材を平行に並設し、一方の板材を４０℃に固定した状態で他方の板材に５Ｗの熱源を与え、そのときの熱源側の板材の、他方の板材と対峙する側の面の表面温度を算出した。
【００７０】
すると、２枚の板材の間隔が４０ｍｍのときの熱源側の温度は４９６℃であったが、間隔が５ｍｍに縮まったときの温度は２８３℃までしか上昇しないという結果が得られた。
【００７１】
この結果より、ヒートシンクを該ヒートシンクのベース部の底面が、ハウジングの底部の内面あるいは前部の内面に沿って略平行になるように配設するにあたって、両面間の間隔が近ければ近いほど熱の移動効率か高まり、ヒートシンクの放熱効果が向上することが確認できた。
【００７２】
以上説明したように、本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、灯室内に配設された灯具ユニットの発光源であり発熱源でもあるＬＥＤ光源の点灯時の自己発熱を熱輸送部材を介して灯室内の下部の前側（アウターレンズ側）に位置するヒートシンクに熱伝導により移動させるようにした。
【００７３】
これにより、ＬＥＤ光源からヒートシンクに移動した熱は、ヒートシンクに接触する低温度の空気に熱伝達により移動し、加熱された高温度の空気と灯室内の上部の低温度の空気による自然対流の循環が灯室内で発生する。このような灯室内の自然対流によって高温度の空気と低温度の空気が攪拌されてヒートシンクの放熱効果を高めると共に、ヒートシンクで加熱された高温度の上昇気流はアウターレンズに接触して該アウターレンズを介して低温度の外気との熱交換で冷却され、これによりヒートシンクの放熱効果が更に高められる。
【００７４】
また、ヒートシンクはその底面がハウジングの底部の内面、或いはハウジングの前部の内面に沿って平行に接近して位置しており、ヒートシンクの熱が熱放射により、低温度の外気と接触するハウジングに移動する。そのため、これによってもヒートシンクの放熱効果が高められることになる。
【００７５】
また、車両用ＬＥＤ灯具を車両に搭載するとハウジングの裏面はエンジンルーム内に位置して高温環境に晒されるが、ヒートシンクをこの高温環境から離れた位置に配設することによりヒートシンクの放熱性能が損なわれないようにした。そのため、高温環境内においても良好な放熱効果を得ることができる。
つまり、本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、灯具ユニットが密閉空間である灯室内に配設されているにもかかわらず、ＬＥＤ光源の自己発熱の熱移動が熱伝導、熱伝達、及び熱放射を駆使して行われてＬＥＤ光源の温度上昇が効果的に抑制され、その結果、ＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の発光効率の低減による発光量の減少が抑えられると共に、同様にＬＥＤ素子の温度上昇に起因するＬＥＤ素子の劣化による寿命の短縮を防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例１に係る説明図である。
【図２】同じく、本発明の実施例１に係る説明図である。
【図３】同じく、本発明の実施例１に係る説明図である。
【図４】同じく、本発明の実施例１に係る説明図である。
【図５】同じく、本発明の実施例１に係る説明図である。
【図６】同じく、本発明の実施例１に係る説明図である。
【図７】本発明の実施例２に係る説明図である。
【図８】同じく、本発明の実施例２に係る説明図である。
【図９】同じく、本発明の実施例２に係る説明図である。
【図１０】本発明の実施例２の応用例に係る説明図である。
【図１１】熱解析による比較例の温度分布図である。
【図１２】熱解析による実施例の温度分布図である。
【図１３】熱解析による比較例の風速分布図である。
【図１４】熱解析による実施例の風速分布図である。
【図１５】ＬＥＤ素子の寿命予測グラフである。
【図１６】従来例に係る説明図である。
【図１７】同じく、従来例に係る説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  車両用ＬＥＤ灯具
２  アウターレンズ
３  ハウジング
４  灯室
５  灯具ユニット
６  ＬＥＤ光源
７  メタル基板
８  リフレクタ
９  レンズホルダ
１０  遮蔽体
１１  投影レンズ
１２  ＴＩＭ
１３  メタルプレート
１４  ヒートシンク
１５  ベース部
１６  熱輸送部材
１７  フィン部
１８  風向ガイド
【図１】
2010102997.tif 000005
【図２】
2010102997.tif 000006
【図３】
2010102997.tif 000007
【図４】
2010102997.tif 000008
【図５】
2010102997.tif 000009
【図６】
2010102997.tif 000010
【図７】
2010102997.tif 000011
【図８】
2010102997.tif 000012
【図９】
2010102997.tif 000013
【図１０】
2010102997.tif 000014
【図１５】
2010102997.tif 000015
【図１６】
2010102997.tif 000016
【図１７】
2010102997.tif 000017
【図１１】
2010102997.tif 000018
【図１２】
2010102997.tif 000019
【図１３】
2010102997.tif 000020
【図１４】
2010102997.tif 000021