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LEDランプ - スタンレー電気株式会社
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発明の名称 LEDランプ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−157396(P2007−157396A)
公開日 平成19年6月21日(2007.6.21)
出願番号 特願2005−348245(P2005−348245)
出願日 平成17年12月1日(2005.12.1)
代理人 【識別番号】100079094
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 輝緒
発明者 宇井 和久 / 長澤 理之
要約 課題
複数個のLEDランプユニットを含む場合でも、簡単な構成により、各LEDランプユニットを確実に冷却し、好ましくは各LEDランプユニットを均一の温度に保持し得るようにした、LEDランプを提供する。

解決手段
前方が開放した筐体11と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのLED素子を有する複数個のLEDランプユニット12と、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズ13と、を含むLEDランプ10において、上記各LEDランプユニットがそれぞれ熱的に接続された複数個の冷却部21と、上記筐体の外部に配置され且つ外部に熱を放出する放熱部22と、上記各冷却部の熱をそれぞれ上記放熱部に対して伝達する水冷式の冷却管23と、を備えて、各冷却部21がそれぞれ所定の冷却能力で冷却されるように、LEDランプ10を構成する。
特許請求の範囲
【請求項1】
前方が開放した筐体と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのLED素子を有する複数個のLEDランプユニットと、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、を含んでいるLEDランプにおいて、
上記各LEDランプユニットがそれぞれ熱的に接続された複数個の冷却部と、 上記筐体の外部に配置され且つ外部に熱を放出する放熱部と、
上記各冷却部の熱をそれぞれ上記放熱部に対して伝達する水冷式の冷却管と、を備えており、
上記各冷却部がそれぞれ所定の冷却能力で冷却される
ことを特徴とする、LEDランプ。
【請求項2】
前方が開放した筐体と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのLED素子を有する複数個のLEDランプユニットと、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、を含んでいる車両用のLEDランプにおいて、
上記各LEDランプユニットがそれぞれ熱的に接続された複数個の冷却部と、 上記筐体の外部に配置され且つ外部に熱を放出する放熱部と、
上記各冷却部の熱をそれぞれ上記放熱部に対して伝達する水冷式の冷却管と、を備えており、
上記各冷却部がそれぞれ所定の冷却能力で冷却される
ことを特徴とする、車両用のLEDランプ。
【請求項3】
上記放熱部が、自然空冷により放熱されることを特徴とする、請求項1または2に記載のLEDランプ。
【請求項4】
上記放熱部が、空冷ファン等を使用した強制空冷により放熱されることを特徴とする、請求項1または2に記載のLEDランプ。
【請求項5】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、冷却管の流路の内径,形状及び長さにより調整されることを特徴とする、請求項1から4の何れかに記載のLEDランプ。
【請求項6】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、互いに同じになるように調整されることを特徴とする、請求項5に記載のLEDランプ。
【請求項7】
上記各冷却部内にて、上記冷却管ができるだけ大きな表面積を有していることを特徴とする、請求項1から6の何れかに記載のLEDランプ。
【請求項8】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対する投入電力に応じて調整されることを特徴とする、請求項1から7の何れかに記載のLEDランプ。
【請求項9】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対応する冷却部が互いに同じ温度になるように、調整されることを特徴とする、請求項1から7の何れかに記載のLEDランプ。
【請求項10】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対応する冷却部が互いに同じ温度になるように、一つの冷却管が互いに流量分岐されて各冷却部に接続されていることを特徴とする、請求項6に記載のLEDランプ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源としてLED素子を使用したヘッドランプ等の車両用灯具を含むLEDランプに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、光源としてLED素子を使用したLEDヘッドランプは、例えば図5に示すように構成されている。
即ち、図5において、LEDヘッドランプ1は、前面が開放した樹脂製の筐体2と、この筐体2内に設けられた複数個(図示の場合、二個)のLEDランプユニット3と、上記筐体2の前面を覆うように筐体2に取り付けられた透光性樹脂材料から成る前面レンズ4と、から構成されている。
【0003】
上記各LEDランプユニット3は、それぞれ少なくとも一つのLED素子を含んでおり、前方に向かって光を出射するように、ランプユニット支持体5により筐体2の内側に支持されている。
ここで、各LEDランプユニット3は、公知の如く、LED素子3aと、リフレクタ3bと、投影レンズ3cと、シャッタ3dから構成されており、LED素子3aから出射した光をリフレクタ3bにより集束させ、投影レンズ3cにより前方に向かって照射すると共に、シャッタ3dによりカットオフラインを形成するようになっている。
【0004】
このような構成のLEDヘッドランプ1によれば、各LEDランプユニット3に対して外部から給電することにより、各LEDランプユニット3のLED素子が駆動され、発光する。そして、各LEDランプユニット3から出射した光が、上記前面レンズ4を介して前方に向かって照射される。
【0005】
このようなLEDヘッドランプ1においては、個々のLED素子の発光に伴って熱が発生する。
ところで、図6に示すように、LED素子は一般的に温度に対して負の発光特性を有している、即ち温度が上昇するに従って発光効率(光束)が低減することが知られている。
従って、LEDヘッドランプにおいては、筐体2及び前面レンズ4が熱伝導性の低い樹脂製であることから、各LED素子の発熱に対する対策が重要であり、特に各LED素子を互いに同じ温度に保持することが要求される。
【0006】
これに対して、特許文献1においては、集光用の凸レンズの厚肉部分に空間を設けて、この空間内に透明な液体を給排する管状部材を設けて、上記凸レンズの空間内に管状部材を介して冷媒としての透明な液体を給排することにより、上記凸レンズを冷却するようにした冷却手段を備えたLEDヘッドランプが開示されている。
また、特許文献2には、半導体発光素子を冷却するための冷却装置を備えたLED式照明ユニットが開示されている。
【特許文献1】特開2004−214144号
【特許文献2】特開2005−071870号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、上述した特許文献1によるLEDヘッドランプにおいては、凸レンズを冷却することにより、各LEDで発生する熱を間接的に冷却するように構成されており、その冷却効果が比較的低く、各LEDを十分に冷却することはできず、特に各LEDを同じ温度に冷却するようには構成されていない。このため、例えば中央付近に配置されたLEDの冷却効果が周辺付近に配置されたLEDの冷却効果に対して低いことから、各LEDの温度にバラツキが生ずることになってしまう。
【0008】
また、上述した特許文献2によるLED式照明ユニットにおいては、単に空冷または水冷式の冷却装置を備えるという記載があるのみで、具体的に何をどのように冷却するかについては記載されていない。
【0009】
本発明は、以上の点から、複数個のLEDランプユニットを含む場合でも、簡単な構成により、各LEDランプユニットを確実に冷却し、好ましくは各LEDランプユニットを均一の温度に保持し得るようにした、LEDランプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、前方が開放した筐体と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのLED素子を有する複数個のLEDランプユニットと、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、を含んでいるLEDランプにおいて、上記各LEDランプユニットがそれぞれ熱的に接続された複数個の冷却部と、上記筐体の外部に配置され且つ外部に熱を放出する放熱部と、上記各冷却部の熱をそれぞれ上記放熱部に対して伝達する水冷式の冷却管と、を備えており、上記各冷却部がそれぞれ所定の冷却能力で冷却されることを特徴とする、LEDランプにより、達成される。
【0011】
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、前方が開放した筐体と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのLED素子を有する複数個のLEDランプユニットと、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、を含んでいる車両用のLEDランプにおいて、上記各LEDランプユニットがそれぞれ熱的に接続された複数個の冷却部と、上記筐体の外部に配置され且つ外部に熱を放出する放熱部と、上記各冷却部の熱をそれぞれ上記放熱部に対して伝達する水冷式の冷却管と、を備えており、上記各冷却部がそれぞれ所定の冷却能力で冷却されることを特徴とする、車両用のLEDランプにより、達成される。
【0012】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記放熱部が、自然空冷により放熱される。
【0013】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記放熱部が、空冷ファン等を使用した強制空冷により放熱される。
【0014】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、冷却管の流路の内径,形状及び長さにより調整される。
【0015】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、互いに同じになるように調整される。
【0016】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記各冷却部内にて、上記冷却管ができるだけ大きな表面積を有している。
【0017】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対する投入電力に応じて調整される。
【0018】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対応する冷却部が互いに同じ温度になるように、調整される。
【0019】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対応する冷却部が互いに同じ温度になるように、一つの冷却管が互いに流量分岐されて各冷却部に接続されている。
【発明の効果】
【0020】
上記構成によれば、各LEDランプユニットのLED素子に対して外部から給電することにより、個々のLED素子が駆動され、発光する。そして、各LEDランプユニットから出射した光が、上記前面レンズを介して前方に向かって照射される。
【0021】
この場合、各LEDランプユニットのLED素子で発生した熱は、LEDランプユニットに熱的に接続された冷却部から冷却管を介して放熱部に伝達される。そして、この放熱部から自然空冷または強制空冷により外部に放熱されることにより、各LEDランプユニットが確実に冷却されることになる。
これにより、各LEDランプユニットのLED素子が比較的低い温度に保持されることになり、各LED素子の発光効率の温度上昇による低下が抑制され得ることになる。
【0022】
ここで、冷却のために少なくとも一つのLED素子やLEDランプユニットの温度を測定することなく、各LEDランプユニットが所定温度に冷却され得ることになるので、LED素子の発光効率が安定化され得ることになる。
また、周囲温度が変化したとしても、各LEDランプユニットが水冷により常に同じ温度に冷却され得るので、LED素子の発光効率が常に安定していることになる。
【0023】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、冷却管の流路の内径,形状及び長さにより調整される場合には、これらの調整によって、各LEDランプユニットにおける冷却能力がそれぞれ所定値に設定され得ると共に、LED素子等の温度を常にモニタして、冷却能力を制御する必要がないので、簡単な構成により低コストで構成され得ることになる。
【0024】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、互いに同じになるように調整される場合には、各LEDランプユニットがそれぞれ同じ冷却能力により均等に冷却され得ることになる。
【0025】
上記各冷却部内にて、上記冷却管ができるだけ大きな表面積を有している場合には、冷却管による冷却能力ができるだけ高められ得ることになる。
【0026】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対する投入電力に応じて調整される場合には、各LEDランプユニットの投入電力による発熱量に対応した冷却能力が設定され得ることになる。
【0027】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対応する冷却部が互いに同じ温度になるように、調整される場合には、各LEDランプユニットが同じ温度に冷却されることにより、各LEDランプユニットにおけるLED素子の発光効率が互いに均一になる。
【0028】
上記各LEDランプユニットに関する冷却能力が、当該LEDランプユニットに対応する冷却部が互いに同じ温度になるように、一つの冷却管が互いに流量分岐されて各冷却部に接続されている場合には、各冷却管の流量比を前もって設定した値に設定しておくことにより、簡単な構成で各LEDランプユニットが同じ温度に冷却されることになる。
【0029】
このようにして、本発明によれば、複数のLEDランプユニットを有するLEDランプ、例えば自動車用LEDヘッドランプ等の車両用のLEDランプにおいて、各LEDランプユニットで発生した熱がそれぞれ対応する冷却部から対応する冷却管を介して放熱部に伝達され、外部に放熱されることになる。
これにより、各LEDランプユニットが、対応する冷却部及び冷却管の冷却能力に基づいて、それぞれ冷却されることになるので、各LEDランプユニットのLED素子の発光効率が温度上昇により低下することなく、比較的高い発光効率に維持され得ることにてる。
さらに、各LEDランプユニットに関する対応する冷却管の冷却能力が、互いに同じに、あるいは各LEDランプユニットに対する投入電力に応じて、あるいは各LEDランプユニットが同じ温度になるように、互いに調整されることによって、各LEDランプユニットの個々のLED素子の発光効率が互いに均一化され、輝度ムラの発生が抑制され得ることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
以下、この発明の好適な実施形態を図1から図4を参照しながら、詳細に説明する。
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、これらの態様に限られるものではない。
【0031】
[実施例1]
図1は、本発明によるLEDランプの一実施形態の構成を示している。
図1において、LEDランプ10は、自動車用のLEDヘッドランプであって、前面が開放した樹脂製の筐体11と、この筐体11内に設けられた複数個(図示の場合、二個)のLEDラップユニット12と、上記筐体11の前面を覆うように筐体11に取り付けられた透光性樹脂材料から成る前面レンズ13と、冷却システム20と、から構成されている。
【0032】
各LEDランプユニット12は、それぞれ少なくとも一つのLED素子を含んでおり、前方に向かって光を出射するように、ランプユニット支持体14により筐体11の内側に支持されている。
ここで、各LEDランプユニット12は、例えば、LED素子12aと、リフレクタ12bと、投影レンズ12cと、シャッタ12dから構成されており、LED素子12aから出射した光をリフレクタ12bにより集束させ、投影レンズ12cにより前方に向かって照射すると共に、シャッタ12dによりカットオフラインを形成するようになっている。
【0033】
以上の構成は、図5に示した従来のLEDランプ1と同様の構成であるが、本発明実施形態によるLEDランプ10においては、さらに各LEDランプユニット12を冷却するための冷却システム20を備えている点で異なる構成になっている。
上記冷却システム20は、冷却部としての複数個の冷却ステージ21と、放熱部22と、複数個の冷却管23と、から構成されている。
【0034】
上記各冷却ステージ21は、それぞれ上記ランプユニット支持体14に固定されていると共に、対応するLEDランプユニット12がそれぞれ熱的に接続されている。
さらに、上記各冷却ステージ21は、内部に後述する冷却管23からの冷却水のための流路(図示せず)を備えている。
この流路は、好ましくは上記冷却ステージ21内にてできるだけ大きな表面積を備えるように形成されている。
【0035】
上記放熱部22は、上記筐体11の外側に配置されており、図示しない適宜の放熱手段を備えている。
例えば、上記放熱部22が自然空冷される場合には、上記放熱手段は、空気流により放熱を行なう放熱フィンにより構成される。
また、上記放熱部22が強制空冷される場合には、上記放熱手段は、さらに空冷ファン22a(図2参照)等を備えている。
【0036】
上記冷却管23は、上記放熱部22から各冷却ステージ21に、そして再び放熱部22に冷却水等の冷媒を循環させるように、上記放熱部22から筐体11を貫通して各冷却ステージ21まで引き回されている。
その際、上記冷却管23は、途中で分岐されて、各冷却ステージ21に導かれると共に、各冷却ステージ21から途中で結合されて、放熱部22に戻るように構成されている。
【0037】
ここで、上記冷却システム20は、具体的には、図2にて図式的に示すように、上記冷却管23の途中に設けられた循環ポンプ24により、冷却管23を介して放熱部22から各冷却ステージ21に冷却水等の冷媒を循環されるようになっていると共に、冷媒の補充のためのリザーバタンク25を備えている。
【0038】
さらに、上記冷却管23は、各LEDランプユニット12が同じ電力で駆動される場合には、その冷媒の流量が等分して分岐され、各冷却ステージ21に同じ流量で冷媒を供給するようになっている。
その際、分岐された各冷却管23は、それぞれ対応する冷却ステージ21に関して、冷却ステージ21内を含めて、その流路の内径,形状及び長さが互いに同じになるように形成されており、均一の冷却能力を備えるようになっている。
【0039】
また、各LEDランプユニット12が異なる電力で駆動される場合には、上記冷却管23は、各LEDランプユニット12の電力に応じて、対応する冷却ステージ21に対する流量比を設定し、この流量比で分岐され、各冷却ステージ21に冷媒を供給するようになっている。
【0040】
このようにして、上記冷却管23は、各冷却ステージ21そして対応するLEDランプユニット12が同じ温度になるように選定された流量比で分岐され、それぞれ冷却ステージ21に導かれるようになっている。
即ち、図3に示すように、電力A,B(W)で駆動されるLEDランプユニット12に対して、対応する冷却ステージ21に流量比a:bで、例えば流量a,b(ml/s)で、循環ポンプ24から冷媒を流量a+b(ml/s)で供給することにより、各冷却ステージ21を同じ温度に冷却することができる。
【0041】
本発明実施形態によるLEDランプ10は、以上のように構成されており、各LEDランプユニット12に対して外部から給電することにより、各LEDランプユニット12の個々のLED素子が駆動され、発光する。
そして、各LEDランプユニット12から出射した光が、上記前面レンズ13を介して前方に向かって照射される。
【0042】
この場合、各LEDランプユニット12の個々のLED素子で発生した熱は、それぞれ対応する冷却ステージ21に伝達される。
さらに、熱は、冷却ステージ21内を流れる冷媒により、冷却管23を介して放熱部22に移動する。
これにより、熱は、上記放熱部22にて自然空冷または強制空冷によって外部に排出されることになる。
【0043】
このようにして、個々のLED素子で発生した熱は、各LEDランプユニット12,冷却ステージ21から冷却管23を流れる冷媒により、放熱部22に移動され、外部に排出されることになる。
その際、各冷却ステージ21に対してそれぞれ所定の流量比で分岐された冷媒が流れることにより、各冷却ステージ21そして各LEDランプユニット12が同じ温度まで冷却されることになる。
従って、各LEDランプユニット12の個々のLED素子がほぼ同じ温度に維持されることになるので、各LED素子の発光効率がほぼ一定となり、LEDランプ10全体として、輝度ムラが抑制され得ることになる。
【0044】
上述した実施形態によるLEDランプ10の冷却効果を確認するため、以下のように、実験を行なった。
即ち、冷却システム20として、例えばThermaltake社製の水冷キットP/N:A1604を使用して、全体の流量が9ml/sとなるように循環ポンプ24を駆動制御して、冷却ステージ21をセラミックヒータで加熱して、電力投入から20分後の冷却ステージ21の温度を測定して、冷却能力の実験を行なった。
【0045】
その結果、上記冷却ステージ21の温度は、図4に示すように、LEDランプユニット12に供給される電力42W,57W,72Wに対して、それぞれ図示のように、39.2℃,43.5℃及び47.8℃であった。
続いて、上記流量を6ml/s,3ml/sに分岐して、それぞれ同様の条件で冷却ステージ21を冷却したところ、上記冷却ステージ21の温度は、図3に示すように、電力42W,57W,72Wに対して、流量6ml/sの場合、それぞれ40.5℃,45.2℃,50.1℃となり、また流量3ml/sの場合、それぞれ43.0℃,48.7℃,54.3℃であった。
【0046】
このようにして、各冷却ステージ21に対する流量比を前もって適宜に設定しておくことにより、従来のような温度センサ及び制御回路を使用することなく、簡単な構成によって、各冷却ステージ21の冷却温度を互いに同じ温度に設定することが可能である。
【0047】
上述した実施形態においては、二つのLEDランプユニット12、そしてこれに対応して二つの冷却ステージ21が設けられているが、これに限らず、三つ以上のLEDランプユニット12を備えたLEDランプ10に本発明を適用し得ることは明らかである。
この場合、各LEDランプユニット12に対応してそれぞれ冷却ステージ21が設けられると共に、冷却管23が各冷却ステージ21に対して分岐して導かれるように構成される。
【産業上の利用可能性】
【0048】
本発明によるLEDランプ10は、自動車用LEDヘッドランプとして構成されているが、これに限らず、補助前照灯等を含む他の種類の車両用LEDランプや、さらには照明用等の各種LEDランプに本発明を適用することが可能である。
【0049】
このようにして、本発明によれば、複数個のLEDランプユニットを含む場合でも、簡単な構成により、各LEDランプユニットを確実に冷却し、好ましくは各LEDランプユニットを均一の温度に保持し得るようにした、LEDランプが提供され得ることになる。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明によるLEDランプの一実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図2】図1のLEDランプにおける冷却システムの構成例を示すブロック図である。
【図3】図1のLEDランプにおける冷却管の分岐を説明する図である。
【図4】図1のLEDランプに対応する実験例によるLEDランプユニットへの供給電力,冷媒流量による冷却ステージの温度を示す図である。
【図5】従来のLEDランプの一例の構成を示す概略断面図である。
【図6】一般的なLED素子の発光光束と温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【0051】
10 LEDランプ
11 筐体
12 LEDランプユニット
13 前面レンズ
14 ランプユニット支持体
20 冷却システム
21 冷却ステージ(冷却部)
22 放熱部
23 冷却管
24 循環ポンプ
25 リザーバタンク




 

 


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