(57)【要約】【課題】放熱効率を高めた車両用発光装置を提供する。【解決手段】光源１１と、光源１１から発せられた光を外部に向かって出射するアウターレンズ１２と、光源の熱を放熱するヒートシンク１３とを有する。ヒートシンク１３は、間隔をあけて平行に配置された複数の板状のフィン１４を含む。フィン１４の主平面をアウターレンズ１２に向かい合うように配置することにより、放熱効率を向上させる。【選択図】図１
2016100176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から発せられた光を外部に向かって出射するアウターレンズと、前記光源の熱を放熱するヒートシンクとを有し、
前記ヒートシンクは、間隔をあけて平行に配置された複数の板状のフィンを含み、前記フィンは、主平面が前記アウターレンズと向かい合うように配置されていることを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用灯具であって、前記ヒートシンクは、一方の面に前記光源が搭載された板状のベースを含み、前記複数のフィンは、前記ベースの他方の面に立設していることを特徴とする車両用灯具。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用灯具であって、前記複数のフィンは、前記ベースの上面に上方に向けて立設していることを特徴とする車両用灯具。
【請求項４】
請求項２に記載の車両用灯具であって、前記複数のフィンは、前記ベースの下面に下方に向けて立設していることを特徴とする車両用灯具。
【請求項５】
光源と、前記光源から発せられた光を外部に向かって出射するアウターレンズと、前記光源の熱を放熱するヒートシンクとを有し、
前記ヒートシンクは、２方向に配列して立設された放熱用の複数のピンを含み、
前記ピンは、前記２方向のうち第１の方向について第２の方向よりも密に配列され、前記第１の方向は、前記アウターレンズと向かい合うように配置されていることを特徴とする車両用灯具。
【請求項６】
請求項５に記載の車両用灯具であって、前記ヒートシンクは、一方の面に前記光源が搭載された板状のベースを含み、前記複数のピンは、前記ベースの他方の面に立設していることを特徴とする車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源の熱を放熱する構造を備えた車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを光源とする車両用灯具には、ＬＥＤからの熱を自然対流で放熱するために、複数のフィンを備えたヒートシンク用いられている（特許文献１、２）。特許文献１の図１には、プレート状の複数のフィンを車両用灯具の上方に向けて配置した構造が開示されている。特許文献２の図１〜３には、複数のフィンを車両用灯具の後方に向けて配置した構造が開示されている。
【０００３】
一方、ＬＳＩ等の半導体集積回路の発する熱を自然対流で放熱するため、特許文献３には多数の柱体を立設させたヒートシンクが開示されている。特許文献３では、中央に穴をあけたアルミニウム板をヒートシンクの上に搭載することにより、外側から中央の穴を通って上方に抜ける自然対流を生じさせて放熱効果を高めようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７７５３５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２０６４９号公報
【特許文献３】特開平７−３３５７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、車両用灯具の軽量化と大光量化が望まれており、これを実現するためにはヒートシンクの放熱効率を高めることが必要である。
【０００６】
本発明の目的は、放熱効率を高めた車両用発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の車両用灯具は、光源と、光源から発せられた光を外部に向かって出射するアウターレンズと、光源の熱を放熱するヒートシンクとを有し、ヒートシンクは、間隔をあけて平行に配置された複数の板状のフィンを含む。フィンは、主平面がアウターレンズと向かい合うように配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放熱効率を高めた車両用発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の車両用灯具の切欠き斜視図。
【図２】比較例の車両用灯具の切欠き斜視図。
【図３】（ａ）実施例１の車両用灯具のモデルを示す斜視図、（ｂ）比較例１の車両用灯具のモデルを示す斜視図。
【図４】（ａ）実施例１の車両用灯具の温度分布を示す図、（ｂ）実施例１の車両用灯具の流速分布を示す図。
【図５】（ａ）比較例１の車両用灯具の温度分布を示す図、（ｂ）比較例１の車両用灯具の流速分布を示す図。
【図６】（ａ）実施例２の車両用灯具のモデルを示す斜視図、（ｂ）比較例２の車両用灯具のモデルを示す斜視図。
【図７】（ａ）実施例２の車両用灯具の温度分布を示す図、（ｂ）実施例２の車両用灯具の流速分布を示す図。
【図８】（ａ）比較例２の車両用灯具の温度分布を示す図、（ｂ）比較例２の車両用灯具の流速分布を示す図。
【図９】（ａ）実施例１〜２および比較例１〜２の光源温度、熱抵抗、ヒートシンクの重量を示す説明図、（ｂ）実施例３〜４および比較例３〜４の光源温度、熱抵抗、ヒートシンクの重量を示す説明図。
【図１０】（ａ）実施例３の車両用灯具のモデルを示す斜視図、（ｂ）比較例３の車両用灯具のモデルを示す斜視図。
【図１１】（ａ）実施例４の車両用灯具のモデルを示す斜視図、（ｂ）比較例４の車両用灯具のモデルを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施の形態の車両用灯具について図面を用いて説明する。
【００１１】
図１のように、本実施形態の車両用灯具は、ＬＥＤやＬＤ（レーザダイオード）の光源１１と、光源１１から発せられた光を外部に向かって出射するアウターレンズ１２と、光源の熱を放熱するヒートシンク１３とを有して構成されている。ヒートシンク１３は、間隔をあけて平行に配置された複数の板状のフィン１４を含む。本実施形態では、フィン１４の主平面をアウターレンズ１２に向かい合うように配置することにより、放熱効率を向上させる。
【００１２】
発明者らは、比較例の図２に示すように、フィン１４の主平面をアウターレンズに垂直に向けた配置よりも、図１のようにフィン１４の主平面をアウターレンズに向かい合うように配置した方が、放熱効率が向上することをシミュレーションにより見出した。図１の配置により放熱効率が向上する理由は、車両用灯具のアウターレンズ１２は外気に接しているため、エンジンルームに面する他の面よりも低温になっているためであると考えられる。アウターレンズ１２の内側の空間はアウターレンズ１２によって冷却され（例えば４０〜５０℃）、エンジンルームに面する他の面の内側空間（例えば６０〜１２０℃）より低温であるため、低温な空間に対してフィン１４の主平面を向けることでフィン１４の放熱効率が高まる。
【００１３】
フィン１４の主平面がアウターレンズ１２に向かい合う配置とは、フィン１４の主平面がアウターレンズ１２の方に向けられていればよく、フィン１４の主平面がアウターレンズ１２の主平面と平行である配置のみならず、図１のように、傾斜したアウターレンズ１２の主平面とフィン１４の主平面とが向かいあっていてもよい。すなわち、アウターレンズ１２の主平面の法線方向が、アウターレンズ１２の主平面と交差していればよい。このようにアウターレンズ１２が傾斜して、フィン１４の主平面と向かい合う配置であれば、アウターレンズ１２の内側の空間が低温であるためフィン１４が冷却され、放熱効率を向上させることができる。よって、ヒートシンク１３全体の放熱効率が向上する。
【００１４】
フィン１４の主平面がアウターレンズ１２に向かい合う構造であれば、フィン１４は下向きに配置されていても、上向きに配置されていても構わない。例えば、ヒートシンク１３は、図１のように、板状のベース１５を備え、一方の面に光源１１を搭載し、他方の面に複数のフィン１４を立設させた構造にすることができる。このとき、図１のように、複数のフィン１４は、ベース１５の上面から上方に向けて立設している構造であってもよいし、ベース１５の下面から下方に向けて立設していてもよい。
【００１５】
また、上述の構成以外に、車両用灯具として必要な種々の構成を配置することももちろん可能である。例えば、図１のように、前方のアウターレンズ１２に連結して上面と下面と側面を覆って筐体を形成するハウジング１６と、光源１１が発する光を反射するリフレクタ１７と、リフレクタ１７で反射された光から所望の光束を形成する内部レンズ１８と、ヒートシンク１３を保持するブラケット１９とを備える構成にすることができる。ブラケット１９は、エイミングボルト２０により筐体の背面に固定され、エイミングボルト２０を調整することにより、光源１１の出射方向を調整することができる。
【００１６】
光源１１は、ＬＥＤやＬＤの他に、ハロゲンランプ等のランプを用いることができる。光源１１とベース１５との間には、熱抵抗を低減するために、グリスや熱伝導シートや熱伝導接着剤等のＴＩＭ（Thermal Interface Materials:熱伝導部材）を配置することが望ましい。ヒートシンク１３は、熱伝導率の高いアルミニウムやマグネシウム等の金属や金属合金により形成することが望ましい。
【００１７】
本実施形態のように、ヒートシンク１３のフィン１４の主平面をアウターレンズ１２に向かい合わせる配置にすることにより、ヒートシンク１３の放熱効率を向上させることができる。これにより、本実施形態の図１の車両用灯具は、光源１１の発光量が図２の比較例の車両用灯具と同じ場合には、放熱効率が向上する分だけヒートシンク１３を小型化できるため、車両用灯具を小型化することができる。また、ヒートシンク１３のサイズを比較例の車両用灯具と同じにする場合には、光源１１の光量を増加させることができ、光量の大きな車両用灯具を提供することができる。
【００１８】
また、本実施形態の車両用灯具は、板状のフィン１４を備えたヒートシンク１３に替えて、放熱用のピンを２方向に配列したヒートシンクを用いることが可能である。ピンは、２方向のうち第１の方向について第２の方向よりも密に配列する。ピンが密に並べられた第１の方向を、アウターレンズ１２と向かい合うように配置する。第１の方向に沿って密に並べられた複数のピンは、ピンの側面が並んだ面が、板状のフィン１４の主平面と同様に作用するため、第１の方向をアウターレンズ１２に向かい合わせることにより、アウターレンズ１２に最も近いピンの並び（第１の方向）の放熱効率を向上させることができる。よって、ピンが密な第１の方向をアウターレンズの主平面に垂直に配置した場合よりも、ヒートシンク１３の放熱効率を、向上させることができる。
【００１９】
この場合、ピンの向きは、上向きであっても下向きであってもよい。例えば、板状のベース１５に対して、複数のピンは、ベース１５の上面から上向きに立設してもよいし、ベース１５の下面から下向きに立設していてもよい。
【００２０】
また、ピンの密な配列方向（第１の方向）についての、ピンの間隔は、ピンの径以上、ピンの径の２倍以下であることが好ましい。特に、ピンの間隔が、ピンの径の１．５倍以下であることが好ましい。
【００２１】
ピンの形状は、四角柱、円柱、六角柱、楕円柱など所望の形状にすることができる。例えば、１．５ｍｍ角の四角柱にすることができる。
【００２２】
なお、フィン１４やピンの向きは、鉛直上向きや鉛直下向きに限定されるものでなく、鉛直方向に対して傾斜していてもよい。
【００２３】
また、フィン１４の主平面やピンの第１の方向が、アウターレンズ１２の主平面に対して傾斜している場合、フィン１４の間隔ｐは、下式（１）により導出することが望ましい。
ｐ＝５（ｈ／ΔＴ）０．２５      ・・・（１）
ただし、ｈは、フィン１４の高さ、ΔＴは、フィン温度と周囲温度との差である。なお、ピンの第２の方向における間隔も、式（１）により同様に設定できる。
【００２４】
また、図１には、車両用前照灯の例を示したが、本発明は車両用前照灯に限られるものではなく、フォグ（ＦＯＧ）ランプや昼間走行灯（Daytime Running Lamps：ＤＲＬ）を同様の構成にすることももちろん可能である。
【００２５】
また、本発明の放熱構造は、上述した車両用灯具に限らず、アウターレンズに相当する低温の筐体面が存在する装置であれば他の装置に適用することも可能である。例えば、ＬＥＤ照明装置、プロジェクタの光源装置等に適用することが可能である。ＬＥＤ等の光源に限らず他の発熱部品の放熱構造としても用いることもできる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の車両用灯具の放熱効率をシミュレーションにより求めた実施例について説明する。
【００２７】
＜実施例１および比較例１＞
実施例１のシミュレーションに用いた車両用灯具のモデルの構造を図３（ａ）を用いて説明する。図３（ａ）のモデルは、ヒートシンク１３と、直方体形状の筐体（アウターレンズ１２とハウジング１６）と、光源１１（図３（ａ）では不図示）からなり、光源１１は、ヒートシンク１３のベース１５の下面にＴＩＭを介して固定されている。ヒートシンク１３のフィン１４の主平面は、直方体形状の筐体のアウターレンズ１２の面と平行に配置されている。
【００２８】
光源１１の発熱量は２０Ｗ、サイズは２５ｍｍ角とした。筐体（アウターレンズ１２とハウジング１６）のサイズは、アウターレンズ１２の外側から見て、幅３００ｍｍ×奥行２００ｍｍ×高さ２００ｍｍとした。ヒートシンク１３のベース１５の主平面を１２０ｍｍ角、ヒートシンク１３の高さを３５ｍｍ、フィン１４の厚さを１．５ｍｍ、フィン１４の枚数を１１枚とした。フィン１４は、図３（ａ）のように上向きとした。
【００２９】
アウターレンズ１２の温度は、４５℃、ハウジング１６の温度は、８５℃として、光源１２の温度と、筐体内の空間の温度分布と、自然対流による流速分布とをシミュレーションにより求めた。
【００３０】
また、比較例１として、フィン１４の主平面の向きを、図３（ｂ）のようにアウターレンズ１２の主平面に対して垂直に配置し、他の条件は実施例１と同様にした車両用灯具のモデルについて、光源１２の温度と、筐体内の空間の温度分布と、自然対流による流速分布とをシミュレーションにより求めた。
【００３１】
その結果、光源１２の温度は、実施例１のモデルが１１５．６℃であったのに対し、比較例１は、１１５．７℃であり、実施例１の方が低温であり、温度低減の効果が得られることが確認された。
【００３２】
また、実施例１および比較例１のモデルについてそれぞれ、筐体内の空間の温度分布（ヒートシンク１３の中心を通る断面における温度分布）を求めた結果を図４（ａ）および図５（ａ）に示し、流速分布を求めた結果を図４（ｂ）および図５（ｂ）に示す。実施例１の車両用灯具モデルは、図４（ａ）のように、ヒートシンク１３の上部全体が高い温度を示し、熱源である光源１２に近い周辺空気およびヒートシンク１３全体へ熱が放散されていることがわかる。また、流速分布についても図４（ｂ）のようにヒートシンク１３の上部全体の流速が速く、ヒートシンク１３全体のフィン１４間において流速が速まっていることがわかる。これに対し、比較例１のモデルでは、図５（ａ）、（ｂ）のように、ヒートシンク１３の中央部付近でのみ高い温度を示し、流速分布についてもヒートシンク１３の中央部付近でのみ流速が速まっている。このように、フィン１４の主平面をアウターレンズ１２に向けた実施例１は、比較例１と比較して、ヒートシンク１３全体の放熱特性が高まっていることが確認できた。
【００３３】
＜実施例２および比較例２＞
実施例２のモデルとして、図６（ａ）のように、実施例１のモデルのフィン１４に替えてピン６１を立設したヒートシンク１３を用いた。ピン６１は、１．５ｍｍ角の四角柱であり、アウターレンズ１２の主平面に平行な第１の方向５０には、３．５ｍｍ間隔で密に配置され、アウターレンズ１２に垂直な第２の方向６０には、１０．４ｍｍ間隔で疎に配置されている。他の構成は、実施例１と同様である。
【００３４】
一方、比較例２のモデルは、図６（ｂ）のように、ピン６１が、第１の方向５０には、１０．４ｍｍ間隔で疎に配置され、第２の方向６０には、３．５ｍｍ間隔で密に配置されている。他の構成は、実施例２と同様である。
【００３５】
実施例２と比較例２のモデルの光源１１の温度をシミュレーションで求めたところ、実施例２が１１７．６℃であったのに対し、比較例２は、１１８．４℃であり、実施例２の方が比較例２よりも低温であり、温度低減の効果が得られていた。
【００３６】
また、実施例２および比較例２のモデルについてそれぞれ、筐体内の空間の温度分布を求めた結果を図７（ａ）および図８（ａ）に示し、流速分布を求めた結果を図７（ｂ）および図８（ｂ）に示す。図７（ａ）と図８（ａ）を比較すると、実施例２の車両用灯具モデルは、比較例２よりもヒートシンク１３の上部全体が高い温度を示している。また、図７（ｂ）と図８（ｂ）を比較すると、実施例２のモデルは、比較例２よりも上部全体の流速が速い。このことから、熱源である光源１２に近い周辺空気とヒートシンク１３全体へ熱が放散されていることが確認された。
【００３７】
特に、実施例２のピンタイプのヒートシンクは、第１の方向５０に沿って温度低減効果が大きいことがわかった。これは、ピン間隔が疎の箇所で生じる対流の主流と、密の箇所で生じる対流の複流が生じることにより、ピン間に熱が閉塞されることなく流れが発達し、伝熱が促進されているためであると考えられる。
【００３８】
なお、図９（ａ）に示したように、実施例２のモデルの光源１１の温度は、実施例１のモデルと比較すると、約２℃高い。また、光源１１の温度と車両用灯具の内部空間の平均温度との差を、光源１１の発熱量で除して求めた熱抵抗（℃／Ｗ）を求めたところ、実施例２の熱抵抗の方が、実施例１の熱抵抗より大きかった。これは、ピンタイプのヒートシンク１３は、フィンタイプのヒートシンクと比較して、全体の伝熱面積が低減するためである。しかしながら、ヒートシンク１３の重量は、図９（ａ）に示したように、材質がアルミニウム合金の場合、実施例１のフィンタイプが３００．６ｇであるのに対し、実施例２のピンタイプは２１２．０ｇと約３０％低減されており、ピンタイプの方が、軽量化の効果が大きいというメリットがある。
【００３９】
＜実施例３および比較例３＞
つぎに、実施例３として、実施例１よりもヒートシンクが奥行き方向に小さいモデルについて、シミュレーションをおこなった。実施例３のシミュレーションに用いた車両用灯具のモデルの構造を図１０（ａ）を用いて説明する。実施例３では、ヒートシンク１３のベース１５の幅が１２０ｍｍ、奥行きが７０ｍｍ、ヒートシンク１３の高さが３５ｍｍ、フィン１４の厚さが１．５ｍｍである。フィン１４の間隔は実施例１と同じであり、フィン１４の枚数が奥行き方向に７枚とした。筐体のサイズ、および、光源１１の発熱量とサイズ、アウターレンズ１２の温度、ハウジング１６の温度は、実施例１と同じである。フィン１４は、図１０（ａ）のように上向きとした。
【００４０】
また、比較例３のモデルは、フィン１４の主平面の向きを、図１０（ｂ）のようにアウターレンズ１２の主平面に対して垂直に配置し、他の条件は実施例３と同様にした。
【００４１】
実施例３と比較例３についてシミュレーションを行ったところ、光源１２の温度は、実施例３が１２２．４℃であったのに対し、比較例３は、１２２．８℃であった。実施例３の方が低温であり、温度低減の効果が得られていることが確認できた。
【００４２】
＜実施例４および比較例４＞
図１１（ａ）のように、実施例４の車両用灯具のモデルとして、実施例３のフィン１４に替えてピン６１を立設したヒートシンク１３を用いた。ピン６１は、１．５ｍｍ角の四角柱であり、アウターレンズ１２に平行な第１の方向５０には、３．５ｍｍ間隔で密に配置され、アウターレンズ１２に垂直な第２の方向６０には、１０．４ｍｍ間隔で疎に配置されている。他の構成は、実施例４と同様である。
【００４３】
一方、比較例４は、図１１（ｂ）のように、ピン６１が、第１の方向５０には、１０．４ｍｍ間隔で疎に配置され、第２の方向６０には、３．５ｍｍ間隔で密に配置されている。他の構成は、実施例４と同様である。
【００４４】
実施例４と比較例４の光源１１の温度をシミュレーションで求めたところ、実施例４が１２４．７℃であったのに対し、比較例４は、１２５．９℃であり、実施例４の方が比較例４よりも低温であり、温度低減の効果が得られていた。
【００４５】
なお、図９（ｂ）に示したように、実施例４の光源１１の温度は、実施例３と比較すると、約２．３℃高い。また、実施例４の熱抵抗の方が、実施例３の熱抵抗より大きい。これは、ピンタイプのヒートシンク１３は、フィンタイプのヒートシンクと比較して、全体の伝熱面積が低減するためであるが、ヒートシンク１３の重量は、図９（ｂ）に示したように、材質がアルミニウム合金の場合、実施例３のフィンタイプが１８８．０ｇであるのに対し、実施例４のピンタイプは１３５．０ｇと約２８％低減されており、ピンタイプの方が、軽量化の効果が大きいというメリットがある。
【００４６】
上述してきた実施例１〜実施例４により、フィン１４の主平面、もしくは、ピンの第１の配列方向が、アウターレンズ１２と平行な車両用灯具は、それらがアウターレンズ１２と垂直な比較例の車両用灯具と比較して、約２〜４％の放熱性能が向上すること確認できた。これにより、実施例の車両用灯具は、比較例に対して、ヒートシンク性能を一定に保って、ヒートシンクを小型化し、軽量化を図ることが可能であることがわかった。また、ヒートシンクのサイズを維持しながら、放熱性能を向上させ、大光量の光源を搭載することが可能になることがわかった。
【００４７】
また、フィンタイプのヒートシンクに比べてピンタイプのヒートシンクは、約７％放熱効率が低下するが、単位重量当たりの放熱効率は、ピンタイプの方が１．３倍高いことから、同一包絡体積の場合、フィンタイプのヒートシンクに比べてピンタイプのヒートシンクの方が、約１９％軽量化できる。
【符号の説明】
【００４８】
１１…光源、１２…アウターレンズ、１３…ヒートシンク、１４…フィン、１５…ベース、１６…ハウジング、１７…リフレクタ、１８…内部レンズ、１９…ブラケット、２０…エイミングボルト
【図１】
2016100176.tif 000003
【図２】
2016100176.tif 000004
【図３】
2016100176.tif 000005
【図６】
2016100176.tif 000006
【図９】
2016100176.tif 000007
【図１０】
2016100176.tif 000008
【図１１】
2016100176.tif 000009
【図４】
2016100176.tif 000010
【図５】
2016100176.tif 000011
【図７】
2016100176.tif 000012
【図８】
2016100176.tif 000013