JP5970572B1 - 車両用ヘッドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】スイブルあるいはレベリングの機能とＬＥＤの冷却機能とを充足することのできる車両用ヘッドランプを提供する。【解決手段】発光ダイオード１を基板２に実装した光源を有する車両用ヘッドランプであって、基板２に熱伝達可能に取り付けられた熱拡散板３と、熱拡散板３に一体化された保持部材５と、保持部材５に、円形断面の一端部４Ａが回転可能に嵌合させられたヒートパイプ４と、ヒートパイプ４の他方の端部４Ｂに設けられたヒートシンク１５とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は車両のヘッドランプに関し、特に配光を変化させることのできるヘッドランプに関するものである。

車両の走行環境に応じてヘッドランプの配光を自動的に変更する制御が、ＡＦＳ（Adaptive Front-lighting System）として知られている。この種の制御では、走行環境をセンサで検出することにより、ヘッドランプを垂直軸を中心に左右に回転（いわゆるスイブル）させるようになっている。また、車両の前後の荷重のバランスや道路の勾配が変化する箇所などによっては車体の前部が浮き上がり、あるいは沈み込むなど、路面に対して相対的に上下方向に僅か傾くことがある。このような傾斜をセンサによって検出してヘッドランプの上下方向の照射角度（いわゆるレベリング）を変化させるように構成されたヘッドランプも従来知られている。

ヘッドランプをスイブルさせ、またレベリングを変化させるように構成された装置が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、灯具ユニットをスイブルアクチュエータおよびレベリングアクチュエータによって車両の左右方向および上下方向に回転させるように構成されている。

特開２０１３−７３６９２号公報

車両用のヘッドランプの光源として、最近では、発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されるようになってきている。ＬＥＤは、光源として従来使用されているハロゲンランプやメタルハライドランプなどと比較して熱による影響を受けやすく、温度が高くなると性能や耐久性が低下する。そのため、ＬＥＤを光源としたヘッドランプでは、ＬＥＤの温度を抑制することが望まれる。しかし、ＬＥＤからの放熱とスイブル機能あるいはレベリング機能とを共に充足するように構成された装置がなく、新たな技術を開発する余地があった。

本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、ＬＥＤからの放熱とスイブル機能あるいはレベリング機能とに優れた車両用ヘッドランプを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、発光ダイオードを基板に実装した光源を有する車両用ヘッドランプにおいて、前記基板に熱伝達可能に取り付けられた熱拡散板と、前記熱拡散板に一体化された保持部材と、前記保持部材に、円形断面の一端部が回転可能に嵌合させられたヒートパイプと、前記ヒートパイプの他方の端部に設けられたヒートシンクとを備えていることを特徴とするものである。

本発明では、前記ヒートパイプにおける前記一端部は、前記車両の上下方向もしくは幅方向に向けて配置され、前記発光ダイオードは、前記基板と共に前記ヒートパイプにおける前記一端部を中心にして回転するように構成することができる。

あるいは本発明では、前記ヒートパイプにおける前記一端部と前記他方の端部とのいずれか一方は、前記車両の上下方向に向けて配置されるとともに、他方は、前記車両の幅方向に向けて配置され、前記他方の端部は、前記ヒートシンクに対して回転可能に嵌合していてよい。

一方、本発明における前記保持部材は、前記一端部が挿入される中空部および前記中空部から外周面に到るスリットを有する円筒部と、前記スリットの開き幅が狭くなるように前記円筒部を外周側から締め付ける切り欠き円筒体とを備え、前記切り欠き円筒体の内周面に、前記スリットに連通している潤滑剤溝が形成されていてよい。

その場合、前記円筒部の内周面に軸線方向に沿う溝を形成することができる。

そして、本発明における前記切り欠き円筒体は、前記切り欠き円筒体の円周方向で互いに対向する端部を有し、前記切り欠き円筒体の内周面における各端部に、前記切り欠き円筒体の内周側に向けた変形を容易にする易変形部が設けられていてよい。

本発明によれば、光源となっている発光ダイオードは、基板と共にヒートパイプの一端部を中心に回転することができる。したがって、ヒートパイプの一端部を車両の上下方向に向けて配置すれば、発光ダイオードがスイブルし、配光を変更することができる。あるいは、ヒートパイプの一端部を車両の幅方向（左右方向）に向けて配置すれば、発光ダイオードの設置角度が車両の上下方向に変化する。すなわち、レベリングが変化する。このようなスイブルあるいはレベリングの中心軸となるヒートパイプは、内部に封入した作動流体によって熱を運ぶ伝熱素子である。したがって、ヒートパイプは光源のスイブル軸あるいはレベリング軸となることに加えて、発光ダイオードで発生した熱をヒートシンクに輸送し、発光ダイオードおよび基板からの放熱を促進してその温度の上昇を抑制することができる。

本発明に係る車両用ヘッドランプの一例を模式的に示す側面図である。 本発明に係る車両用ヘッドランプの一例を模式的に示す平面図である。 本発明に係る車両用ヘッドランプの保持部材の一例を示す正面図である。 図３に示す保持部材の一例の側面図である。 本発明に係る車両用ヘッドランプのカシメリングの断面図である。 図４のVI−VI線に沿う断面図である。 本発明に係る車両用ヘッドランプの他の例を模式的に示す平面図である。 本発明に係る車両用ヘッドランプの他の例を模式的に示す正面図である。 本発明に係る車両用ヘッドランプの更に他の例を模式的に示す平面図である。 本発明に係る車両用ヘッドランプの更に他の例を模式的に示す正面図である。

図１および図２は本発明に係る車両用ヘッドランプの一例を模式的に示しており、光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）１を備えている。ここに示す例では、３つのＬＥＤ１が設けられており、それぞれのＬＥＤ１は、電気回路が形成されている基板２に実装されている。各基板２は熱拡散板３の上面に熱伝達できるように密着して取り付けられている。熱拡散板３は、ＬＥＤ１が発生した熱を広い面積の箇所に拡散させるためのものである。例えば、熱拡散板３はアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる平板状の部材である。熱拡散板３は、車両（図示せず）の幅方向（左右方向）に向けて配置されているヒートパイプ４の一端部４Ａに回転可能に連結されている。したがってＬＥＤ１は基板２と共にいわゆる水平軸線（左右軸線）を中心に車両の上下方向に回転できるように構成されている。

ヒートパイプ４は従来知られているものと同様であって、コンテナとしてのパイプの内部に、空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で水などの凝縮性の流体を作動流体として封入した熱伝達素子である。ヒートパイプ４の一端部４Ａは断面形状が円形となるように構成されている。そして、円形断面となっている一端部４Ａが保持部材５の内部に、回転可能でかつ熱伝達可能に挿入されている。保持部材５はヒートパイプ４と共にヒンジを構成する部材である。そして、保持部材５は、熱拡散板３における前記基板２が取り付けられている面とは反対側の面の幅方向での中央部に熱拡散板３と一体化されて設けられている。保持部材５はヒートパイプ４に対する熱伝導を媒介するだけでなく、ヒンジの一部品として弾性や強度あるいは耐摩耗性などが要求される。そのため、熱拡散板３とは異なる材料で形成されており、例えば銅もしくは銅合金によって形成されている。

ＬＥＤ１の上方にリフレクタ１４が配置されている。リフレクタ１４は、ＬＥＤ１が発した光を車両の前方に向けて反射するためのものであり、凹面鏡として構成されている。

ヒートパイプ４の一端部４Ａは、ＬＥＤ１を基板２と共に回転させる回転中心軸となっており、これに対してヒートパイプ４の他方の端部４Ｂは、リフレクタ１４の背面方向に向けてほぼ直角に二段（後ろ方向と右方向）に屈曲し、さらにリフレクタ１４の背面側で上方向に屈曲している。したがって、一端部４Ａがほぼ水平になっているのに対して、他方の端部４Ｂはほぼ垂直になっている。つまり、端部４Ａ，４Ｂ同士は、互いにほぼ直角のねじれの位置関係になっている。ほぼ垂直になっている他方の端部４Ｂにヒートシンク１５が連結されている。したがって、ヒートシンク１５はＬＥＤ１より高い位置に配置されている。なお、他方の端部４Ｂの基板２の長手方向での位置は、基板２のほぼ中央部である。各基板２のほぼ中央部に配置された３つのＬＥＤ１を配列方向でのほぼ中心部を中心にして回転させるようにするためである。

ヒートシンク１５は必要に応じて適宜の構成のものを採用することができる。図１および図２に示すヒートシンク１５は、ボス部１６の外周に多数の放熱フィン１７を放射状に一体に設けた構成である。ヒートシンク１５は、押し出し成形により、あるいはプレートとフィンとの組立により構成されている。ボス部１６にヒートパイプ４の他方の端部４Ｂが相対回転可能に嵌合している。すなわち、ヒートパイプ４の他方の端部４Ｂとヒートシンク１５との連結部はヒンジ構造となっている。したがって、ＬＥＤ１は、ヒートシンク１５を固定しておくことにより、ヒートシンク１５の中心軸線を中心にして、ヒートパイプ４と共に車両の幅方向（左右方向）に回転できるように構成されている。その場合、基板２とリフレクタ１４とを図示しない適宜の強度を補強するステーによって連結しておくことが好ましい。ＬＥＤ１が車両の幅方向（左右方向）に回転できるように構成することにより、リフレクタ１４を介して照射される光の光軸を車両の幅方向（左右方向）に変化させることができる。すなわち光の光軸をスイブルさせることができる。

光軸を車両の上下方向に変化させるレベリングのための駆動機構および光軸を車両の幅方向（左右方向）に変化させるスイブルのための駆動機構について説明する。レベリングは、ＬＥＤ１が基板２と共にヒートパイプ４の一端部４Ａを中心に回転する動作である。したがって、例えば基板２もしくは熱拡散板３に、ヒートパイプ４の一端部４Ａを中心にした扇形ギヤ１８を取り付ける。扇形ギヤ１８に噛み合っているピニオンギヤ１９をレベリングモータ２０によって回転させる。これにより、ＬＥＤ１を基板２と共にヒートパイプ４の一端部４Ａを中心にして回転させることができる。また、光軸をスイブルさせるためには、ヒートシンク１５に嵌合しているヒートパイプ４の他方の端部４Ｂと同軸上の部分にギヤ２１を取り付ける。そして、ギヤ２１に噛み合っているピニオンギヤ２２をスイブルモータ２３によって回転させるように構成すればよい。これにより、ＬＥＤ１を基板２と共にヒートパイプ４の他方の端部４Ｂを中心にして回転させることができる。

なお、特には図示していないが、ヒートシンク１５はＬＥＤ１およびリフレクタ１４などを収容しているアウターカバーの内部に収容してもよく、あるいはアウターカバーの外部に配置してもよい。

図３および図４には保持部材５を含む、熱拡散板３とヒートパイプ４とを連結している構造の一例を示している。保持部材５は、矩形板状をなしかつ熱拡散板３に嵌め込まれて熱拡散板３に一体化されているベース部６を備えている。さらに、保持部材５は、ベース部６から立ち上がった状態に設けられている首部７と、首部７の端部に形成されている円筒部８とを備えている。円筒部８はヒートパイプ４の一端部４Ａを相対回転可能に挿入する中空部９が形成されている。また、円筒部８は首部７とは反対側の部分に中空部９から外周面に到るスリット１０が形成されている。スリット１０は、円筒部８を左右に押し開いて中空部９の内径を拡大させるためのものである。あるいは、円筒部８の左右の部分を接近させて中空部９の内径を縮小させるためのものである。円筒部８の弾性変形を容易に生じさせ、変形量のばらつきを抑制するために、円筒部８の内周面に軸線方向に向けた複数の溝８Ａを形成することが好ましい。

さらに、保持部材５は、円筒部８を外周側から締め付けるカシメリング１１を備えている。カシメリング１１は本発明における切り欠き円筒体に相当する。カシメリング１１は円筒状の部材における円周方向での１／４ないし２／５程度の部分を切り欠いて断面形状が「Ｃ」字状をなすように構成した部材である。そして、カシメリング１１は切り欠いた部分を押し開いて内径を拡大した状態で円筒部８の外周側に装着し、その後、切り欠いた部分を閉じる方向に変形荷重を掛けてカシメる。これにより、カシメリング１１が円筒部８を外周側から締め付けるように構成されている。つまり、円筒部８のスリット１０の開き幅が狭くなるように構成されている。さらに、カシメリング１１の円周方向での互いに対向する端部において、図５に示すように、円筒体の内周面に易変形部１２が形成されている。易変形部１２は、前記円筒部８を締め付ける荷重によって、カシメリング１１の内周側に容易に変形してバックリングによる緩みを抑制する部分である。例えば、易変形部１２は、カシメリング１１の内周面における端部に軸線方向に複数の溝を形成して部分的に薄肉化した部分である。

図６に示すように、カシメリング１１の内周面には、更に、潤滑剤溝１３が形成されている。潤滑剤溝１３は、カシメリング１１の内周面に円周方向に向けて形成された溝であり、軸線方向に一定の間隔をあけて複数本形成されている。潤滑剤溝１３は、カシメリング１１の内周側に向けて開口した溝である。潤滑剤溝１３に対して円筒部８に形成されているスリット１０は円筒部８の外周面に開口している。よって、各潤滑剤溝１３とスリット１０とは連通している。潤滑剤溝１３の両端部は、カシメリング１１の円周方向での各端部で開口していてもよい。好ましくは、潤滑剤溝１３の両端部は、カシメリング１１の円周方向での各端部よりも内側でとどまっている。つまり、潤滑剤溝１３の両端部は、閉じた端部とする。潤滑剤溝１３の両端部が閉じた端部とするのは、潤滑剤溝１３に保持させた潤滑剤が外部に漏れ出ないようにするためである。

つぎに本発明のヘッドランプの作用について説明する。ＬＥＤ１に通電するとＬＥＤ１が発光して光がリフレクタ１４によって車両の前方に向けて照射される。発光に伴って生じた熱は、基板２から熱拡散板３に伝達される。さらに、熱拡散板３に伝達された熱は、ヒートパイプ４を介してヒートシンク１５に伝達され、そのヒートシンク１５から周囲の空気に放散される。図１および図２に示す例では、ヒートシンク１５がＬＥＤ１より高い位置（上方向）に配置されているから、ヒートパイプ４はいわゆるボトムヒートでの動作形態となる。すなわち、放熱して凝縮した作動流体を重力によってＬＥＤ１側の端部４Ａに還流させることができる。したがって、蒸発部となる端部４Ａで液相の作動流体が不足するドライアウトが生じない。つまり、ＬＥＤ１の発熱量が多い場合であっても十分に熱を輸送することができる。このようにＬＥＤ１の熱は周囲の空気によって奪われる。そのため、ＬＥＤ１の温度の上昇が抑制され、ＬＥＤ１やヘッドランプの性能あるいは耐久性の低下が防止もしくは抑制される。なお、ヒートシンク１５がアウターカバーの内部に配置されている場合も、ＬＥＤ１の熱がアウターカバーの内部の空気に放散される。そして、ＬＥＤ１やＬＥＤ１の近傍に生じるホットスポットにおける温度の上昇が抑制される。したがって、ヒートシンク１５をアウターカバーの外部に配置した場合と同様に、ＬＥＤ１やヘッドランプの性能あるいは耐久性の低下を防止もしくは抑制することができる。

一方、スイブルモータ２３を駆動すると、ピニオンギヤ２２を介してギヤ２１が回転する。そして、ギヤ２１と一体化されているヒートパイプ４がヒートシンク１５の中心軸線を中心に回転する。ヒートパイプ４には熱拡散板３を介してＬＥＤ１が基板２と共に取り付けられている。そのため、ＬＥＤ１および基板２がヒートシンク１５の中心軸線を中心に車両の幅方向（左右方向）に回転する。また、リフレクタ１４が一緒に回転することにより、ＬＥＤ１が発した光の光軸は、車両の幅方向（左右方向）に移動する。すなわち光の光軸がスイブルし、ヘッドランプの配光が変化する。

また、レベリングモータ２０を駆動すると、ピニオンギヤ１９を介して扇形ギヤ１８が回転する。そして、扇形ギヤ１８と一体化されている熱拡散板３がヒートパイプ４の一端部４Ａの中心軸線を中心に回転する。したがって、熱拡散板３に取り付けられているＬＥＤ１および基板２がヒートパイプ４の一端部４Ａの中心軸線を中心に車両の上下方向で回転する。前述したように、カシメリング１１の内周面に潤滑剤溝１３が形成され、潤滑剤溝１３に潤滑剤が保持されている。潤滑剤は円筒部８に形成されているスリット１０を介して中空部９に供給される。そのため、ヒートパイプ４の一端部４Ａと円筒部８の内周面との間が潤滑されるので、熱拡散板３が基板２やＬＥＤ１と共に円滑に回転する。このようにして、ＬＥＤ１が発した光の光軸は、車両の上下方向に変化し、レベリングが行われる。

本発明に係るヘッドランプは、基板２に実装されたＬＥＤ１がヒートパイプ４の各端部４Ａ，４Ｂの中心軸線を中心に回転するので、スイブルおよびレベリングを行うことができる。また、その回転中心を構成するヒートパイプ４が、ＬＥＤ１で生じた熱をヒートシンク１５に運んで周囲の空気に放散する。そのため、ＬＥＤ１の温度の上昇を抑制し、ＬＥＤ１やヘッドランプの性能あるいは耐久性の低下を防止もしくは抑制することができる。

なお、上記の例では、スイブルおよびレベリングの両方を行うように構成したが、本発明では、ＬＥＤ１が基板２と共にヒートパイプ４の端部を中心にして回転できるように構成されていればよく、スイブルとレベリングとのいずれか一方が可能なように構成されていればよい。

つぎに本発明の他の例を説明する。図７および図８は、複数（図の例では３つ）のＬＥＤ１を、それぞれに対応している基板２に実装した例である。そして、各基板２を、それぞれに対応して用意されている熱拡散板３に取り付けている。各基板２は車両の幅方向（左右方向）に並べて配置されている。また、保持部材５は、熱拡散板３における各基板２が取り付けられている面とは反対側の面に取り付けられている。そして、保持部材５は、上側からヒートパイプ４の一端部４Ａが挿入されて熱伝達可能に連結されている。保持部材５の構成は、前述した図３および図４に示す構成と同様である。したがって、各基板２はヒートパイプ４の一端部４Ａの中心軸線を中心にして回転できるようになっている。つまり、ＬＥＤ１は車両の幅方向（左右方向）に向きを変えることができるように構成されている。なお、各ＬＥＤ１は基板２と共に透明カバー２４によって覆われていてもよい。

ＬＥＤ１の向きを変えるためのスイブルアクチュエータ２５が設けられている。スイブルアクチュエータ２５は、直線的に前後動するソレノイドなどのアクチュエータあるいはモータなどによって構成することができる。直線的に前後動するアクチュエータを使用する場合には、駆動軸２６と各熱拡散板３もしくは基板２とをレバーなどの適宜のリンク機構（図示せず）によって連結する。また、モータを使用する場合には、例えばモータの駆動軸２６と同一軸線上にウォーム（ねじ歯車）を配置するとともに、ウォームに噛み合っているギヤ（図示せず）を各熱拡散板３もしくは基板２に取り付ける。

各ＬＥＤ１ごとに設けられているヒートパイプ４は、熱拡散板３の背面側でクランク状に屈曲し、他方の端部４Ｂは上方に向けて延びていてヒートシンク１５に熱伝達可能に連結されている。図７および図８に示す構成では、ＬＥＤ１はヒートパイプ４の一端部４Ａを中心にして回転できる。そして、ヒートパイプ４の他方の端部４Ｂはヒートシンク１５に対して回転できないように連結されている。つまり、他方の端部４Ｂとヒートシンク１５は熱伝達可能に連結されていればよい。また、ヒートシンク１５は、前述した図１ないし図６に示す例と同様に、アウターカバー（図示せず）の内部に配置されていてもよく、あるいはアウターカバーの外部に設けられていてもよい。

また、図９および図１０に示す例は、上記の図７および図８に示す例におけるヒートシンク１５の構成を変更した例である。すなわち、ヒートパイプ４の他方の端部４Ｂは、基板２の背面側でかつ基板２より高い位置で車両の幅方向（左右方向）に延びている。さらに、端部４Ｂに多数の放熱フィン２７が取り付けられ、ヒートシンク１５が形成されている。他の構成は図７および図８に示す構成と同様である。

図７および図８に示すように構成したヘッドランプ、および、図９および図１０に示すように構成したヘッドランプのいずれにおいても、ヒートパイプ４の一端部４Ａが配光を変化させるスイブルの際の回転軸となる。また、ヒートパイプ４によってＬＥＤ１の熱をヒートシンク１５に運んでＬＥＤ１を冷却することができる。したがって、本発明に係るヘッドランプによれば、スイブルの機能を十分に行うことができると同時に、ＬＥＤ１の温度上昇を抑制して性能や耐久性の低下を防止もしくは抑制することができる。

なお、本発明は上述した各例に限定されない。総てのＬＥＤを同時に同方向に回転させる構成以外に、複数設けられているＬＥＤのうちのいずれかのみを回転させ、他のＬＥＤは固定しておくように構成してもよい。例えばハイビーム用ＬＥＤのみをレベリングできるように構成してもよい。

１…発光ダイオード（ＬＥＤ）、 ２…基板、 ３…熱拡散板、 ４…ヒートパイプ、 ５…保持部材、 ８…円筒部、 ８Ａ…溝、 ９…中空部、 １０…スリット、 １１…カシメリング、 １２…易変形部、 １３…潤滑剤溝、 ４Ａ…（ヒートパイプの）一端部、 ４Ｂ…（ヒートパイプの）他方の端部、 １５…ヒートシンク、 ２０…レベリングモータ、 ２３…スイブルモータ、 ２５…スイブルアクチュエータ、 ２７…放熱フィン。

Claims (6)

1. 発光ダイオードを基板に実装した光源を有する車両用ヘッドランプにおいて、
   前記基板に熱伝達可能に取り付けられた熱拡散板と、
   前記熱拡散板に一体化された保持部材と、
   前記保持部材に、円形断面の一端部が回転可能に嵌合させられたヒートパイプと、
   前記ヒートパイプの他方の端部に設けられたヒートシンクと
   を備えていることを特徴とする車両用ヘッドランプ。
2. 前記ヒートパイプにおける前記一端部は、前記車両の上下方向もしくは幅方向に向けて配置され、
   前記発光ダイオードは、前記基板と共に前記ヒートパイプにおける前記一端部を中心にして回転するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドランプ。
3. 前記ヒートパイプにおける前記一端部と前記他方の端部とのいずれか一方は、前記車両の上下方向に向けて配置されるとともに、他方は、前記車両の幅方向に向けて配置され、
   前記他方の端部は、前記ヒートシンクに対して回転可能に嵌合している
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドランプ。
4. 前記保持部材は、前記一端部が挿入される中空部および前記中空部から外周面に到るスリットを有する円筒部と、前記スリットの開き幅が狭くなるように前記円筒部を外周側から締め付ける切り欠き円筒体とを備え、
   前記切り欠き円筒体の内周面に、前記スリットに連通している潤滑剤溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用ヘッドランプ。
5. 前記円筒部の内周面に軸線方向に沿う溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用ヘッドランプ。
6. 前記切り欠き円筒体は、前記切り欠き円筒体の円周方向で互いに対向する端部を有し、
   前記切り欠き円筒体の内周面における各端部に、前記切り欠き円筒体の内周側に向けた変形を容易にする易変形部が設けられている
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の車両用ヘッドランプ。

Images