(57)【要約】【課題】光源の急速な温度低下による結露を防ぐことができる車両用灯具を提供すること。【解決手段】ハウジング２とその開口部を覆うアウタレンズ３によって画成された灯室４内に、少なくともＬＥＤ（光源）５とヒートシンク８の一部（ベース部８ａ）を収容するとともに、前記ヒートシンク８の放熱フィン８ｂを前記ハウジング２の外部に配置して成る車両用灯具１において、前記ヒートシンク８の前記ＬＥＤ５から前記放熱フィン８ｂに至る伝熱経路に、前記ＬＥＤ５の点灯時に熱を蓄え、消灯時に熱を放出する蓄熱体を設置する。ここで、前記蓄熱体には、前記ＬＥＤ（光源）３の最高発熱温度よりも低い融点を有する低融点物質１１、前記ヒートシンク８よりも大きな比熱を有する高熱容量物質１１’等が使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングとその開口部を覆うアウタレンズによって画成された灯室内に、少なくとも光源とヒートシンクの一部を収容するとともに、前記ヒートシンクの放熱フィンを前記ハウジングの外部に配置して成る車両用灯具において、
前記ヒートシンクの前記光源から前記放熱フィンに至る伝熱経路に、前記光源の点灯時に熱を蓄え、消灯時に熱を放出する蓄熱体を設置したことを特徴とする車両用灯具。・
【請求項２】
前記蓄熱体を、前記光源の最高発熱温度よりも低い融点を有する低融点物質で構成したことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記ヒートシンクの発熱温度が前記低融点物質の融点よりも高くなる位置に、前記低融点物質を設置したことを特徴とする請求項２記載の車両用灯具。
【請求項４】
前記蓄熱体を、前記ヒートシンクよりも大きな比熱を有する高熱容量物質で構成したことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドランプ等の車両用灯具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドランプ等の車両用灯具の光源には、発光効率が高くて高寿命、省電力等の利点を有するＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子が使用されつつある。ＬＥＤ等の半導体発光素子は、発光時に発熱してその温度が上昇すると、発光効率や耐久寿命が低下するため、半導体発光素子を光源とする車両用灯具の多くは、放熱のためのヒートシンクを備えている。
【０００３】
ところで、車両用灯具の点灯時には、灯室内の空気が光源によって加熱されてその温度が上昇するが、この空気が消灯後にアウタレンズを介して温度の低い外気によって冷却されると、灯室内の空気中に含まれる水分がアウタレンズの内面に結露してアウタレンズが曇るという問題が発生する。
【０００４】
そこで、特許文献１には、防曇対策を施した図９に示すような車両用灯具が提案されている。
【０００５】
即ち、図９は特許文献１において提案された車両用灯具の側断面図であり、図示の車両用灯具１０１は、ハウジング１０２とその開口部を覆うアウタレンズ１０３によって画成された灯室１０４内に、光源である半導体発光素子１０５、リフレクタ１０６、投影レンズ１０７、ヒートシンク１０８のベース部１０８ａ等を収容して構成されており。ヒートシンク１０８の放熱フィン１０８ｂは、ハウジング１０２の外部に配置されている。又、半導体発光素子１０５は、ヒートシンク１０８のベース部１０８ａ上に配置されている。
【０００６】
そして、この車両用灯具１０１においては、銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属から成る熱伝導板１２０が灯室１０４内に収容されており、この熱伝導板１２０の一端は、ヒートシンク１０８のベース部１０８ａの下面に接続され、他端は、アウタレンズ１０３の配光形成に関与しない枠部１０３ａに、熱伝導性の高いシリコンジェル１２１を介して接続されている。又、熱伝導板１２０の両端部を除く熱伝導部分は、樹脂等の断熱部材１２２によって覆われている。
【０００７】
以上のように構成された車両用灯具１０１の点灯時においては、半導体発光素子１０５から発生する熱の一部は、ヒートトシンク１０８から熱伝導板１２０及びシリコンジェル１２１を経てアウタレンズ１０３へと伝導して該アウタレンズ１０３が加熱されるため、消灯時においてアウタレンズ１０３が冷たい外気によって急冷されることがなく、アウタレンズ１０３の内面が結露によって曇るという不具合の発生が防がれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４５８２８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１において提案された図９に示す車両用灯具１０１は、防曇対策としては有効であるが、特に車両用灯具１０１が寒冷地において使用される場合には、半導体発光素子１０５が消灯時に急冷されて結露を発生するという問題を解消することができない。因みに、半導体発光素子１０５に結露が発生すると、発光素子回路がショートして車両用灯具１０１が点灯しなくなるという問題が発生する。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、光源の急速な温度低下による結露を防ぐことができる車両用灯具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ハウジングとその開口部を覆うアウタレンズによって画成された灯室内に、少なくとも光源とヒートシンクの一部を収容するとともに、前記ヒートシンクの放熱フィンを前記ハウジングの外部に配置して成る車両用灯具において、
前記ヒートシンクの前記光源から前記放熱フィンに至る伝熱経路に、前記光源の点灯時に熱を蓄え、消灯時に熱を放出する蓄熱体を設置したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記蓄熱体を、前記光源の最高発熱温度よりも低い融点を有する低融点物質で構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記ヒートシンクのうち、温度が前記低融点物質の融点よりも高くなる位置に、前記低融点物質を設置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記蓄熱体を、前記ヒートシンクよりも大きな比熱を有する高熱容量物質で構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、ヒートシンクの光源から放熱フィンに至る伝熱経路に設置された蓄熱体は、光源の点灯時に光源が発する熱を蓄え、消灯後に熱を放出するため、消灯後には蓄熱体に蓄えられていた熱が徐々に拡散して光源の急速な温度低下が防がれる。このため、寒冷地においても、光源の結露が防がれ、光源の結露に伴う発光素子の回路シュート等の種々の不具合の発生が防がれる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、蓄熱体を低融点物質で構成したため、点灯時には低融点物質がヒートシンクによって融点以上の温度に加熱されて融解し、周囲から融解熱を吸収して蓄熱する。そして、消灯後に低融点物質の温度が融点まで下がると、該低融点物質が凝固して周囲に凝固熱を放出するため、光源の急速な温度低下が防がれて該光源の結露が防がれる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、低融点物質をヒートシンクの温度が当該低融点物質の融点よりも高くなる位置に設置したため、点灯時には低融点物質がヒートシンクによって融点以上に加熱されて確実に融解する。このため、点灯時には、低融点物質が確実に融解して融解熱を蓄え、消灯後には、低融点物質が凝固点以下に冷却されて凝固し、低融点物質に蓄えられていた熱が凝固熱として光源の周囲に放出され、この凝固熱のために光源の急速な温度低下とこれに伴う光源の結露の発生が防がれる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、点灯時には、光源で発生する熱がヒートシンクを伝導して高熱容量物質に蓄えられる。そして、消灯後には、高熱容量物質に蓄えられていた熱が光源の周囲に放出されて光源の急速な温度低下が防がれるため、該光源の結露が防がれる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両用灯具の側断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大詳細図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る車両用灯具の側断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大詳細図である。
【図５】本発明の効果の検証を行うために使用された基準モデルとしての車両用灯具の側断面図である。
【図６】基準モデルである図５に示す車両用灯具の消灯時における内部空気温度と露点温度及び光源温度の経時変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る車両用灯具の消灯時における内部空気温度と露点温度及び光源温度の経時変化を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る車両用灯具の消灯時における内部空気温度と露点温度及び光源温度の経時変化を示す図である。
【図９】特許文献１において提案された車両用灯具の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用灯具の側断面図、図２は図１のＡ部拡大詳細図であり、図示の車両用灯具１は、車両の前部左右に配置されるプロジェクタ型のヘッドランプであって、ハウジング２とその開口部を覆う透明なアウタレンズ３によって画成された灯室４内に、光源であるＬＥＤ５と、該ＬＥＤ５の上方に配されたリフレクタ６と、該リフレクタ６の前方（図１の左方）の配置された投影レンズ７と、ヒートシンク８の一部である水平なベース部８ａ等を収容するとともに、ヒートシンク８の複数枚の放熱フィン８ｂをハウジング２の外部に配置して構成されている。尚、図１において、９はエイミングボルトであり、このエイミングボルト９を回すことによって当該車両用灯具１の光軸調整がなされる。
【００２２】
ヒートシンク８には、基部８ｃが設けられており、この基部８ｃは、ハイジング２の内部に露出している。尚、基部８ｃには、上下方向に延在する複数の不図示の放熱フィンを設けても良い。
【００２３】
光源である前記ＬＥＤ５は、ヒートシンク８の灯室４内に臨む水平なベース部８ａの上面に配置されており、該ＬＥＤ５からは上方に向かって光が出射される。又、前記ヒートシンク８は、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属によって一体成形されており、ハウジング２の放熱フィン８ｂが貫通する部位の周囲は、シール材１０によってシールされている。尚、本実施の形態では、光源としてＬＥＤ５を使用したが、光源としてはＬＤ（レーザーダイオード）等の他の半導体発光素子を使用しても良い。
【００２４】
而して、本実施の形態においては、ヒートシンク８のＬＥＤ５から放熱フィン８ｂに至る伝熱経路、具体的には、ヒートシンク８のベース部８ａの上面には、ＬＥＤ５の点灯時に熱を蓄え、消灯時に熱を放出する蓄熱体としての低融点物質１１が設置されている。この低融点物質１１は、温度によって相変化（融解と凝固）する物質であって、その融点がヒートシンク８のうち、低融点物質１１を設置した位置の温度よりも低いものが使用される。この低融点物質１１としては、パラフィン、硫酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）、酢酸ナトリウム３水和物（Ｃ２Ｈ３ＮａＯ２・３Ｈ２Ｏ）等が使用される。
【００２５】
而して、低融点物質１１は、ＬＥＤ５からの光の配光を妨げる位置や、エイミング機構の滑動を妨げる位置を避けた位置であって、且つ、ヒートシンク８の発熱温度が当該低融点物質１１の融点よりも高くなる位置に設置される。この低融点物質１１のヒートシンク８への設置構造の詳細を図２に示すが、低融点物質１１は、ヒートシンク８のベース部８ａ上に重ねて配置されたシールリング１２と溶接リング１３及びキャップ１４によって囲まれる空間Ｓに収容されている。この場合、低融点物質１１の体積が温度によって増加することを考慮して、使用が想定される温度の範囲において、低融点物質１１の体積が空間Ｓの容積を上回ることがないように、空間Ｓ内の低融点物質１１とキャップ１４との間には空気層１５が形成されている。尚、空気層１５を設ける代わりに、キャップ１４を伸縮性の高い材質によって構成しても良い。
【００２６】
而して、以上のように構成された車両用灯具１の点灯時においては、光源であるＬＥＤ５に電流が供給されて該ＬＥＤ５が発光するが、このＬＥＤ５からは上方に向けて出射し、この光は、リフレクタ６によって反射して投影レンズ７に向けて収束する。そして、投影レンズ７に向けて収束した反射光は、投影レンズ７によって投影されてアウタレンズ３を透過して車両前方（図１の左方）へと照射される。
【００２７】
又、ＬＥＤ５の発光に伴って該ＬＥＤ５からは熱が発生するが、この熱は、ＬＥＤ５からヒートシンク８のベース部８ａを経て放熱フィン８ｂへと伝導し、放熱フィン８ｂからハウジング２の外に放出されるが、その一部は、低融点物質１１に蓄熱される。即ち、ヒートシンク８のベース部８ａを伝導する熱によって低融点物質１１の温度がその融点を超えると、固体であった低融点物質１１が融解して液体となり、このときに周囲から融解熱を吸収して蓄熱する。ここで、低融点物質１１として使用されるパラフィン、硫酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）、酢酸ナトリウム３水和物（Ｃ２Ｈ３ＮａＯ２・３Ｈ２Ｏ）の融点と融解潜熱を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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そして、その後に車両用灯具１が消灯され、低融点物質１１が冷却されてその温度が融点以下に下がると、該低融点物質１１は、凝固して固体に戻り、このときに周囲に凝固熱を放出する。このため、当該車両用灯具１を寒冷地において使用した場合であっても、ＬＥＤ５の急速な温度低下が防がれて該ＬＥＤ５の結露が防がれる。この結果、ＬＥＤ５の駆動回路の結露によるショートの発生が防がれ、車両用灯具１が点灯しなくなる故障の発生が防がれる。
【００２９】
又、本実施の形態では、低融点物質１１をヒートシンク８のうち、点灯時の温度が当該低融点物質１１の融点よりも高くなる位置に設置したため、点灯時には低融点物質１１がヒートシンク８からの伝熱により融点以上に加熱されて確実に融解する。このため、点灯時には、低融点物質１１が確実に融解して融解熱を蓄え、消灯時には、低融点物質１１が凝固点以下の温度に冷却されて凝固し、低融点物質１１に蓄えられていた熱が凝固熱としてＬＥＤ５の周囲に放出され、この凝固熱のためにＬＥＤ５の急速な温度低下とこれに伴うＬＥＤ５の結露が防がれる。
【００３０】
又、ヒートシンク８の基部８ｃとハウジング２及びアウタレンズ３は、共に２ｍｍの厚みで構成されている、ヒートシンク８は、アルミニウム合金で構成されており、その熱伝導率は約１００Ｗ／ｍＫ程度である。これに対して、ハウジング２とアウタレンズ３は樹脂で構成されており、その熱伝導率は約０．２Ｗ／ｍＫ程度である。
【００３１】
フーリエの熱方程式によると、熱移動量は熱伝導率に比例して増加する。このため、寒冷地において当該車両用灯具１を使用して消灯した後には、ヒートシンク８の基部８ｃが先ず冷却され、その後、ハウジング２とアウタレンズ３の冷却が始まる。換言すると、ヒートシンク８の基部８ｃの内壁面が、ハウジング２やアウタレンズ３と比較して優先的に温度低下する。このため、ヒートシンク８の基部８ｃの内壁面が優先的に結露する。
【００３２】
又、ヒートシンク８は、灯室４の側面に配置されている。これにより、ヒートシンク８の基部８ｃの内壁面で冷却された空気は、密度が増加して単位体積当たりの重量も増加するため、灯室４内の下部方向に移動する。このため、ヒートシンク８の基部８ｃの内壁面近郷からアウタレンズ３近傍を循環する対流が発生する。尚、ヒートシンク８の基部８ｃの内壁面に不図示のフィンを設けることによって該ヒートシンク８の表面積を増加させ、ヒートシンク８の基部８ｃの内壁面への結露をより促進させることもできる。
【００３３】
以上から、仮に灯室４内に結露が発生する場合にも、結露はヒートシンク８の基部８ｃの内壁面に優先的に発生するため、結露がＬＥＤ５のみならず、アウタレンズ３にも派生することが防がれる。又、ヒートシンク８の基部８ｃの内壁面近傍からアウタレンズ３近傍を循環する対流がはっせいすることによって、湿度の低い空気がＬＥＤ５やアウタレンズ３側に流れるため、より一層、ＬＥＤ５やアウタレンズ３への結露が防がれる。
【００３４】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図３及び図４に基づいて以下に説明する。
【００３５】
図３は本発明の実施の形態２に係る車両用灯具の側断面図、図４は図３のＢ部拡大詳細図であり、これらの図においては図１及び図２に示したものと同じ要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【００３６】
本実施の形態に係る車両用灯具１’は、ヒートシンク８のＬＥＤ５から放熱フィン８ｂに至る伝熱経路、具体的には、ヒートシンク８のベース部８ａの下面に、ＬＥＤ５の点灯時に熱を蓄え、消灯時に熱を放出する蓄熱体としての高熱容量物質１１’を設置したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態１に係る車両用灯具１のそれと同じである。
【００３７】
ここで、高熱容量物質１１’の材質としては、ヒートシンク８の材質よりも大きな比熱を有するものが使用され、ヒートシンク８の材質が例えばＡＤＣ−１２（比熱９６３Ｊ／ｋｇＫ）である場合には、リチウム（比熱３５２２Ｊ／ｋｇＫ）やマグネシウム（比熱１０２５Ｊ／ｋｇＫ）等が使用される。
【００３８】
この高熱容量物質１’のヒートシンク８への設置構造の詳細を図４に示すが、高熱容量物質１１’は、間にＴＩＭを挟み込んだ状態でヒートシンク８のベース部８ａの下面に密着され、ワッシャ１７を介して下方から挿通する複数（図４には２本のみ図示）のボルト１８をヒートシンク８のベース部８ａにねじ込むことにとって設置される。
【００３９】
而して、本実施の形態に係る車両用灯具１’の点灯時においては、ＬＥＤ５の発光に伴って発生する熱は、ＬＥＤ５からヒートシンク８のベース部８ａを経て放熱フィン８ｂへと伝導し、放熱フィン８ｂからハウジング２外へと放熱されるが、その一部は、高熱容量物質１１’に蓄えられる。そして、その後に車両用灯具１’が消灯されると、高熱容量物質１１’に蓄えられていた熱がヒートシンク８のベース部８ａを介してＬＥＤ５の周囲に放出されてＬＥＤ５の急速な温度低下が防がれる。このため、当該車両用灯具１’を寒冷地において使用した場合であっても、ＬＥＤ５の急速な温度低下が防がれて該ＬＥＤ５の結露が防がれる。この結果、ＬＥＤ５の駆動回路の結露によるショートの発生が防がれ、車両用灯具１’が点灯しなくなる故障の発生が防がれる。
【００４０】
＜本発明の効果の検証＞
次に、本発明の実施の形態１，２に係る車両用灯具１，１’による前記効果の検証を行うため、基準モデルとなる図５に示す車両用灯具１”に対して結露発生の検証を行った。尚、図５に示す基準モデルとしての車両用灯具１”は、蓄熱体（実施の形態１における低融点物質１１、実施の形態２における高熱容量物質１１’）を備えていない点のみが前記実施の形態１，２に係る車両用灯具１，１’とは異なっている。従って、図５においては、図１及び図３に示したものと同じ要素には同一符号を付している。
【００４１】
１）検証条件の概要：
一般的な結露試験に基づいて条件設定をし、シミュレーションを行った。最初に、定常解析を行った。周囲温度２５℃、光源発熱量２０Ｗの条件で光源を点灯させた状態での温度を解析した。次に、周囲温度−３０℃、光源発熱量０Ｗの条件（光源を消灯した状態）で１時間の非定常解析を行った。
【００４２】
そして、非定常解析時の灯室内の湿度を常に５０％とし、光源温度が湿度５０％のときの露点温度を下回ると光源に結露が発生すると判定した。
２）解析の詳細条件：
解析の詳細条件は以下の通りである。
【００４３】
・周囲空気温度：２５℃（定常解析）→−３０℃（非定常解析）
・発熱量：２０Ｗ（定常解析）→０Ｗ（非定常解析）
・全体容積：９リットル（高さ２００ｍｍ×横２００ｍｍ×奥行き２２５ｍｍ）
・ヒートシンクサイズ：ベース部高さ９５ｍｍ×ベース部幅９５ｍｍ×フィン高さ３５
ｍｍ、ベース部厚み４ｍｍ、フィン厚み１ｍｍ、フィン枚数１５枚
・ヒートシンク材質：ＡＤＣ−１２（熱伝導率９７Ｗ／ｍＫ）
・ヒートシンクの光源設置部サイズ：高さ１５ｍｍ×横５０ｍｍ×奥行き６０ｍｍ
・光源熱抵抗：０．７８℃／Ｗ
３）検証結果：
前記条件に基づいて図５に示す基準モデルである車両用灯具１”に対して行っ
た検証結果を図６に、図１に示す本発明の形態１に係る車両用灯具１に対して行
った検証結果を図７に、、図３に示す本発明の実施の形態２に係る車両用灯具１’
に対して行った検証結果を図８にそれぞれ示す。尚、図６〜図８はそれぞれ車両
用灯具１”，１，１’の消灯時における内部空気温度と露点温度及び光源温度の
経時変化を示す図である。
【００４４】
図６に示すように、蓄熱体を備えない図５に示す車両用灯具１”においては、
消灯後２０分を経過した時点で光源温度が露点温度を下回り、光源（ＬＥＤ）に
結露が発生する。
【００４５】
これに対して、本発明の実施の形態１に係る車両用灯具１（低融点物質１１と
して５０ｇの酢酸ナトリウム１０水和物を使用）においては、図７に示す結果が
得られ、本発明の実施の形態２に係る車両用灯具１’（高熱容量物質１１’とし
て５０ｇのリチウム塊を使用）においては、図８に示す結果が得られた。
【００４６】
図７及び図８から明らかなように、本発明の実施の形態１，２に係る車両用灯
具１，１’においては、消灯後に光源温度が露点温度を下回ることがなく、従っ
て、光源（ＬＥＤ）に結露が発生することがなく、このことによって本発明の前
記効果が確認された。
【００４７】
ここで、基準モデルとしての車両用灯具１”と本発明の実施の形態１，２に係
る車両用灯具１，１’に対する検証結果をまとめて表２に示す。
【００４８】
【表２】
2015207507.tif 000004
【符号の説明】
【００４９】
１，１’  車両用灯具
２        ハウジング
３        アウタレンズ
４        灯室
５        ＬＥＤ（光源）
６        リフレクタ
７        投影レンズ
８        ヒートシンク
８ａ      ヒートシンクのベース部
８ｂ      ヒートシンクの放熱フィン
８ｃ      ヒートシンクの基部
９        エイミングボルト
１０      シール材
１１      低融点物質（蓄熱体）
１１’    高熱容量物質（蓄熱体）
１２      シールリング
１３      溶接リング
１４      キャップ
１５      空気層
１６      ＴＩＭ
１７      ワッシャ
１８      ボルト
Ｓ        空間
【図１】
2015207507.tif 000005
【図２】
2015207507.tif 000006
【図３】
2015207507.tif 000007
【図４】
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【図５】
2015207507.tif 000009
【図６】
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【図７】
2015207507.tif 000011
【図８】
2015207507.tif 000012
【図９】
2015207507.tif 000013