JP5563369B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、複数のフィンを備えたヒートシンクとヒートシンクを冷却する流体装置を備えた車両用灯具に関する。

近年のＬＥＤ技術の進歩により高輝度のＬＥＤが開発され、ＬＥＤを車両用灯具に搭載することが行われている。このような高輝度のＬＥＤを車両用灯具に搭載する際は、ＬＥＤの耐熱温度が比較的低いため、ＬＥＤの温度上昇を抑制するために冷却装置を車両用灯具に取り付けることが一般的である。

このような冷却装置を備えた車両用灯具として、例えば特許文献１は、パワーＬＥＤ光源（ＬＥＤ）と、パワーＬＥＤ光源を支持するとともに、熱拡散ヒートシンクを備えた支持体と、熱拡散ヒートシンクを通る空気循環を強制的に行うことができるファン（流体装置）とを備えた自動車用の照明（車両用灯具）を提案している。このようなヒートシンクを用いた冷却装置では、ヒートシンクの冷却効率を大きくするために、複数の板状のフィンを並列に配置してヒートシンクの表面積を大きくすることが一般的である。

特開２００７−１０３３６５号公報 特開２００９− ９７３９３号公報

ところで、近年、小型で高静圧の流体装置として圧電マイクロブロアが開発されている（特許文献２参照）。この圧電マイクロブロアは圧電素子を駆動源とし、高い風圧で流体を押し出すことができる。本発明の発明者は、このような小型の流体装置を車両用灯具の冷却装置に用いれば、車両用灯具を一層小型化できるのではないかと検討した。

ところが、この小型の流体装置を車両用灯具に搭載する場合、流体装置の送風口が小さいため、複数のフィンが互いに平行に配置されている従来のヒートシンクでは、ヒートシンクの底板と対向して配置された流体装置から特定のフィンとフィンの間にのみ空気（流体）が送り込まれ、該特定フィン間の流路に沿って空気が流れる。つまり、特定のフィン以外のフィンの間に形成された流路には空気が流れず、冷却に寄与しないフィンが存在し、ヒートシンクの全面を効率良く冷却することができない。したがって小型の流体装置を従来のヒートシンクに用いた場合は冷却効率が低下してしまう。

そこで、本発明はヒートシンクの全面を効率よく冷却することのできる小型の車両用灯具を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記目的を達成するために以下が提供される。
（１） カバーと、
前記カバーとともに灯室を画成するランプボディと、
光源と、
前記光源の熱を放熱するヒートシンクと、
前記ヒートシンクを冷却する流体装置とを備え、
前記光源と前記ヒートシンクと前記流体装置とは前記灯室内に設けられており、
前記ヒートシンクは、底板と、前記底板の表面に立設された複数のフィンとを有し、
前記流体装置は、前記底板の前記表面上に設定された目標領域に向かって流体が送り出されるように、前記底板に対向して配置され、
前記目標領域を中心として放射状に延びる流路を形成するように複数の前記フィンが配置されていることを特徴とする車両用灯具。

（２） 前記ヒートシンクは、前記フィンと前記流路の放射中心との間隔よりも前記放射中心からの間隔が大きく、前記目標領域を中心として放射状に延びる流路を形成するように配置される複数の補助フィンを有することを特徴とする（１）の車両用灯具。
（３） 前記フィンの前記目標領域側の相互の間隔が２ｍｍ以上３ｍｍ以下とされていることを特徴とする（１）または（２）の車両用灯具。
（４） 前記流体装置の吐出口と前記底板との間隔が少なくとも３５ｍｍ以内であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかの車両用灯具。
（５） 前記流体装置は、圧電素子を駆動源とする圧電マイクロブロアであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかの車両用灯具。

本発明に係る車両用灯具によれば、流体が底板の表面上に設定された目標領域に向かって送り出されるように流体装置がヒートシンクの底板に対向して配置されている。このとき、目標領域を中心として放射状に延びる流路を形成するように複数のフィンが配置されているので、目標領域に到達した流体はヒートシンクの底板全面に放射状に広がって全てのフィンが冷却に寄与することができる。したがって冷却効率に優れたヒートシンクを備えた車両用灯具を提供することができる。
また、流体装置から送り出された流体は放射状に延びる流路を形成するように配置された複数のフィンの間を通過する際に加速され、高速の流体がフィン表面を流れてヒートシンクの全面を効率よく冷却することができる。

更に、本発明に係る車両用灯具によれば、放射中心から離れた領域にも補助フィンを設けたことで、放射中心から離れた領域でも流路の断面積を維持して流体の流速を確保することができる。したがって放射中心から離れた領域でも高速の流体が補助フィン表面を流れることで、更にヒートシンクの冷却効率を向上することができる。

本発明の実施形態に係る車両用灯具の概略縦断面図である。 本発明の実施形態に係るヒートシンクの側面図である。 本発明の実施形態に係るヒートシンクの上面図である。 本発明の実施形態に係る圧電マイクロブロアの側断面図である。

＜車両用灯具の全体構造＞
本発明の実施形態に係る車両用灯具１は車両の前方に取り付けられる車両用前照灯である。本実施形態に係る車両用前照灯は、図１に示すように、素通し状の透光カバー（カバー）２と、ランプボディ３と、透光カバー２とランプボディ３とで形成される灯室内に収容される灯具ユニット１０とを備える。

灯具ユニット１０は、ロービームを照射する公知のＰＥＳ型灯具ユニットである。図１に示すように、灯具ユニット１０は、その光軸Ａｘ上に配置された凸レンズ１１と、凸レンズ１１の後方側焦点Ｆよりも後方において光軸Ａｘ上に配置された半導体発光素子であるＬＥＤ（光源）１２と、ＬＥＤ１２からの光を光軸Ａｘ寄りの前方に向けて集光して反射させる断面略楕円状のリフレクタ１３と、反射光の一部を遮蔽することにより所定の配光パターンのカットオフラインを形成するシェード１４と、ＬＥＤ１２及びシェード１４を搭載するブラケット１５とを備える。

ＬＥＤ１２は、回路基板とその上に搭載された発光チップからなる。発光チップは例えば１×４ｍｍ四方の大きさの長方形の発光面を有する白色発光ダイオードである。ＬＥＤ１２は凸レンズ１１の後方側焦点Ｆよりも後方に配置されると共に、発光面が鉛直方向上方を向くように配置されている。

この灯具ユニット１０において、ＬＥＤ１２から発光された光は断面略楕円状のリフレクタ１３により凸レンズ１１の後方焦点Ｆ近傍に集光され、シェード１４により反射光の一部が遮蔽されてカットオフラインを有する所定の配光パターンが形成される。

ブラケット１５は熱伝導率のよい、例えばアルミニウム合金等で形成される部材である。ブラケット１５の後方側は平坦面に形成されており、この平坦面にヒートシンク２０が取り付けられ、ヒートシンク２０の放熱面側にはヒートシンク２０を冷却する圧電マイクロブロア（流体装置）３０で構成された冷却装置４０が取り付けられている。これらヒートシンク２０と圧電マイクロブロア３０は灯室内に設けられており、ＬＥＤ１２から生じる熱をブラケット１５を介してヒートシンク２０で放熱している。

＜ヒートシンク＞
ヒートシンク２０は、図２，３に示すように矩形状の底板２１と、底板２１の表面に立設された主フィン（フィン）２２と、補助フィン２３とを有する。底板２１の取付面２１ａは、上述のブラケット１５からヒートシンク２０へ効率よく熱が伝導されるように、ブラケット１５の後面に密着するように取り付けられる。また、更にブラケット１５とヒートシンク２０との熱伝導率を上げるために、適宜、熱伝導グリースをブラケット１５の後面と取付面２１ａとの間に塗布しても良い。なお、ヒートシンク２０は、ＬＥＤ１２との距離が最短となるように後述する放射中心２４ａが光軸Ａｘ上に配置されているとよい。

ヒートシンク２０の底板２１の表面である放熱面２１ｂの上には複数（図示の例では８）の平板状の主フィン２２、及び複数（図示の例では８）の平板状の補助フィン２３が立設されている。これらの主フィン２２と補助フィン２３によって冷却される面積が確保され、かつ、主フィン２２と補助フィン２３の間で放射状の流路が形成されている。

ヒートシンク２０の底板２１の放熱面２１ｂの上には目標領域２４が設定されており、この目標領域２４を中心として放射状に延びる流路を形成するように主フィン２２及び補助フィン２３が配置されている。なお、目標領域２４は圧電マイクロブロア３０から空気が送り出される目標領域であり、本実施形態では矩形状の底面２１の中心付近の主フィン２２と補助フィン２３が形成されていない領域である。

また、補助フィン２３は主フィン２２の間に配置される。なお、補助フィン２３と目標領域の中心である放射中心２４ａとの間隔（補助フィン２３の内側端と放射中心２４ａとの距離）は、主フィン２２と放射中心２４ａとの間隔（主フィン２２の内側端と放射中心２４ａとの距離）よりも大きくなるように補助フィン２３が配置されている。なお、図示の例では補助フィン２３は主フィン２２の間に１枚ずつ配置されているが、主フィン２２の間に複数枚の補助フィン２３を設けても良い。また、補助フィン２３よりも放射中心２４ａから遠い位置に更に予備フィンを設けても良い。

なお、本実施形態においては、主フィン２２と放射中心２４ａとの間隔は５ｍｍ、補助フィン２３と放射中心２４ａとの間隔は１０ｍｍ程度であり、目標領域２４は直径１０ｍｍの円状に設定されている。また、主フィン２２及び補助フィン２３の高さ（図２の上下方向寸法）は２５ｍｍに設定されている。

＜圧電マイクロブロア＞
圧電マイクロブロア３０は、図４に示すように、天板３１と、可撓性を有する振動板３３と、天板３１と振動板３３の間に設けられた隔壁３２と、振動板３３に取り付けられた圧電素子３４とを有する。天板３１と隔壁３２とで両側面が開口した流入通路３５が画成され、隔壁３２と振動板３３とで閉空間のブロア室３６が画成される。

圧電マイクロブロア３０は、上述のヒートシンク２０の底板２１の放熱面２１ｂ上に設定された目標領域２４に向かって空気（流体）を送り出するように、圧電マイクロブロア３０の送風口（吐出口）３８が底板２１の放熱面２１ｂに対向するように配置される。具体的には、ヒートシンク２０の底板２１の放熱面２１ｂに、内部にネジ孔を有するボス２５を設け、このボス２５に圧電マイクロブロア３０をネジ止めする。

この圧電マイクロブロア３０は、圧電素子３４に電気信号が入力されると圧電素子３４が屈曲し、ブロア室３６の容積を変化させることにより中間開口３７からブロア室内３６の空気を押し出し、流入通路３５の空気を巻き込みながら送風口３８からヒートシンク２０の目標領域２４に向かって空気を送り出す。本実施形態における送風口３８の直径はおよそ１ｍｍである。なお、圧電マイクロブロア３０の送風口３８の直径は１〜２ｍｍが好ましい。直径が１ｍｍより小さいと流量が不足して冷却性能が低下し、２ｍｍより大きいと流速が小さくなりすぎて冷却性能が低下する。

送風口３８から送り出された空気はヒートシンク２０の主フィン２２及び補助フィン２３の形成されていない目標領域２４まで到達し、放射状に広がって、主フィン２２間に形成される放射状に延びる流路を流れて底面２１の放熱面２１ｂ上を放射状に広がる。このとき、主フィン２２間の目標領域２４側の流路が狭められて流路の断面積が小さくされているので空気の流速が上昇し、主フィン２２間の流路には高速の流体が流れる。主フィン２２表面を流れる空気の流速が大きくなるほど主フィン２２と空気との間の熱伝達が大きくなるので、主フィン２２を効率よく冷却することができる。

このため、主フィン２２相互の目標領域２４側の間隔は２ｍｍ以上３ｍｍ以下が好ましい。間隔が２ｍｍ以下では流路の断面積が小さくなりすぎて主フィン２２間を流れる空気の流量が不足し、冷却効率が低下する。間隔が３ｍｍ以上では流路の断面積が大きくなりすぎて充分に流速を上げることができず、冷却効率が低下する。

なお、主フィン２２の目標領域２４側で流路の断面積が小さくされ空気の流速が上昇しても、主フィン２２の目標領域２４と反対側においては、放射中心２４ａから遠ざかるに従って流路の断面積が増加して流速が低下してしまう。しかし、この主フィン２２の目標領域２４と反対側の位置にも補助フィン２３が設けられているので、補助フィン２３の目標領域２４側端部で流路の断面積が小さくされて流速が維持され、補助フィン２３を介してヒートシンク２０を効率よく冷却することができる。

また、主フィン２２及び補助フィン２３は放射状に延びる流路を形成するように配置されているので、直径約１ｍｍという比較的小さな送風口３８を有する圧電マイクロブロア３０からの空気が、全ての主フィン２２及び補助フィン２３の表面を流れることになる。したがって全ての主フィン２２と補助フィン２３が冷却に寄与するので、ヒートシンク２０の冷却能力を向上させることができる。

なお、送風口３８が比較的大きな場合は放射中心２４ａまで各主フィン２２が延びて互いに接続されている形状としても、圧電マイクロブロア３０からの空気を放射状に広げてヒートシンク２０の全面を冷却に寄与させることができる。

また、圧電マイクロブロア３０の送風口３８とヒートシンク２０の底板２１との間隔は３５ｍｍ以下となるようにヒートシンク２０のボス２５の高さが設定される。送風口３８と底板２１との距離が３５ｍｍより大きくなると圧電マイクロブロア３０から送り出される空気の流速が放熱面２１ｂに到達する前に低下してしまい、ヒートシンク２０が十分な冷却能力を発揮できないからである。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明に係る車両用前照灯は、小型の圧電マイクロブロア３０とこれに適したヒートシンク２０とを有する小型で冷却効率に優れた冷却装置４０を備えている。したがって、複数の灯具ユニットを有する車両用灯具に本発明を適用した場合にも、個々の灯具ユニット毎に小型の冷却装置４０を設けることができるので、冷却装置４０が灯具ユニットを直接冷却して車両用灯具全体の冷却効率を上げることができる。

また、上述した実施形態に係る車両用灯具においては白色ＬＥＤを例に挙げて説明したが、例えば夜間走行時の物体検出等に利用される赤外線発光ＬＥＤは発熱量が大きいため、赤外線発光ＬＥＤを搭載した車両用灯具に本発明を適用すると好適である。

上述した実施形態では本発明を、カットオフラインを有するすれ違いビームを照射する車両用前照灯として説明したが、ハイビームを照射する車両用前照灯や、車両用前照灯に代えてリアコンビネーションランプ等に適用することもできることは言うまでもない。また、光源として、ＬＥＤに代えてバルブ等を適用することもできる。

また、上述した実施形態では目標領域２４はヒートシンク２０の底板２１の中心に設定された領域として説明したがこの例に限らない。放射領域２４は底板２１の中心に設定しなくともよい。また、流体装置として圧電マイクロブロア３０を例に挙げて説明したが、この他の送風口の小さい小型の流体装置を用いてもよい。

１ 車両用灯具
２ 透光カバー（カバー）
３ ランプボディ
１０ 灯具ユニット
１１ 凸レンズ
１２ ＬＥＤ（光源）
１３ リフレクタ
１４ シェード
１５ ブラケット
２０ ヒートシンク
３０ 圧電マイクロブロア（流体装置）
４０ 冷却装置

Claims (4)

1. カバーと、
   前記カバーとともに灯室を画成するランプボディと、
   光源と、
   前記光源の熱を放熱するヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを冷却する流体装置とを備え、
   前記光源と前記ヒートシンクと前記流体装置とは前記灯室内に設けられており、
   前記ヒートシンクは、底板と、前記底板の表面に立設された複数のフィンとを有し、
   前記流体装置は、前記底板の前記表面上に設定された目標領域に向かって流体が送り出されるように、前記底板に対向して配置され、
   前記目標領域を中心として放射状に延びる流路を形成するように複数の前記フィンが配置されており、
   前記流体装置の送風口は、前記ヒートシンクの前記フィンが設けられていない前記目標領域の放熱中心に向かって流体を送り出すように設けられ、
   前記流体装置は、圧電素子を駆動源とする圧電マイクロブロアであることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記フィンにボスが設けられ、
   前記ボスに前記流体装置が固定されている、請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記フィンの前記目標領域側の相互の間隔が２ｍｍ以上３ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
4. 前記流体装置の前記送風口と前記底板との間隔が少なくとも３５ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用灯具。

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