以下、この発明をより詳細に説明するため� ��、この発明を実施するための最良の形態に� ��いて、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
 この発明の実施の形態1に係る車載用ヘッド ランプは、棒状に形成された棒状ヒートパイ プを用いて熱を伝達するようにしたものであ る。

 図1は、この発明の実施の形態1に係る車� �用ヘッドランプの構造を示す図であり、図1( a)は、右側の車載用ヘッドランプの上面図、� ��1(b)は、その側面図である。

 この車載用ヘッドランプは、光源部1、凸 レンズ2、ヒートパイプ3、放熱部材4、制御回 路5、および、これらを収納するヘッドラン� �ケース6から構成されている。ヘッドランプ� ��ース6の前面側の一部、具体的には、放熱部 材4の上側であって光源部1で発生された光の� ��軸の周りの所定範囲の部分には、図1(b)に示 すように、前面レンズ7が形成されている。

 光源部1は、例えばLEDといった半導体発光 素子から構成されており、制御回路5からの� �御信号にしたがって面状の光を発生する。� �の光源部1で発生された光は、凸レンズ2に向 けて放射される。

 なお、面光源としては、一般に、以下の光� ��を使用することができる。
(1)ハロゲンランプ等の白熱ランプ
(2)HIDランプ等の放電ランプ
(3)LED等の半導体光源

 凸レンズ2は、光源部1で発生された光を� �束し、前面レンズ7を介して、車両の前方の� ��面に投影する。これにより、前方路面上に� ��光源の実像が形成され、プロジェクタタイ� ��の車載用ヘッドランプとして機能する。こ� ��凸レンズ2は、光源部1と前面レンズ7の間に� ��前面レンズ7に対して空間を設けて剥き出し に配置されている。

 ヒートパイプ3は、光源部1および放熱部� �4の各々に接触することにより、これらに熱� ��に接続されている。このヒートパイプ3は、 光源部1で発生された熱を吸収して放熱部材4� ��伝達する。このヒートパイプ3の詳細は後述 する。

 放熱部材(ヒートシンク)4は、光源部1より 前面側であって、光源部1で発生された光の� �軸から外れた位置、具体的には、前面レン� �7の中央より下側に一部を配した構成であっ� ��、車載用ヘッドランプの中央から左右方向� ��ずらした位置に設けられている。この放熱� ��材4は、光源部1からヒートパイプ3によって� ��達されてくる熱を、ヘッドランプケース6の 内部の気体(以下、「内部気体」という)に伝� ��することにより、放出する。したがって、� ��源部1で発生された熱は、ヒートパイプ3お� �び放熱部材4によって前面レンズ7の下部へ伝 達される。

 この放熱部材4に伝達された熱によって、 ヘッドランプケース6の内部の前面側で上昇� �流が発生し、この上昇気流が前面レンズ7に� ��たることにより冷却されて下降気流を発生� ��るといった対流が発生する。この対流する� ��体によって車載用ヘッドランプの前面側が� ��温されることにより前面レンズ7が暖められ 、前面レンズ7に付着した雪を溶かすことが� �きる。なお、放熱部材4は、車載用ヘッドラ� ��プの中央から左右方向にずらした位置に設� ��られているので、内部気体が加温される部� ��が車載用ヘッドランプの中央から左右に偏� ��た位置となり、内部気体の対流を効果的に� ��生させることができる。

 すなわち、前面レンズ7の近傍においては 、車載用ヘッドランプの奥に納められた光源 部1の近傍より広い空間が存在するため、内� �の気体の温度差によって対流が発生し易い� �また、前面レンズ7の近傍の気体を左右片側� ��偏って加温すれば、車載用ヘッドランプ内� ��の前面レンズ7に近い空間において高温部と 低温部の温度差が拡大し、効果的な対流が生 じ、内部気体が循環する。加温された気体の 循環によって前面レンズ7が広範囲にわたっ� �加温されるため、前面レンズ7ヘの雪の付着� ��防ぐ効果が高まる。同時に、気体の循環に� ��ってヒートパイプ3の放熱効果が高まり、吸 熱部の吸熱効果が向上するので、光源部1の� �度を低く保つことができる。

 この放熱部材4は、鉛直方向に延びるフィ ン4aを備えている。このフィン4aを備えるこ� �により内部気体との接触面積が増加し、内� �気体への放熱を、より効果的に行うことが� �きる。なお、放熱部材4にフィン4aを備える� �とにより、内部気体の流通抵抗が増加する� �め、放熱部材4のフィン4aは、上昇気流の流� �を阻害して流通抵抗が大きく増加しないよ� �に、内部気体が対流する方向(例えば鉛直方� ��)に延伸する溝または壁を有する形状とする のが好ましい。

 制御回路5は、光源部1に適切な励起エネ� �ギを供給して点灯させるための制御を行う� �この制御回路5は、ヘッドランプケース6と一 体に構成されている。これにより、車両側の 配線の引き回しが不要となり、車両側のスペ ース効率を向上させることができるとともに 、部品を削減できる。なお、この制御回路5� �は、光源部1の過熱時に供給電力を低減する� ��御、車両が停車中は供給電力を低減する制� ��などを行う機能を追加するように構成でき� ��。

 次に、ヒートパイプ3の詳細を説明する。 この実施の形態1に係る車載用ヘッドランプ� �使用されるヒートパイプ3は、「棒状ヒート� ��イプ」と呼ばれ、概ね水平または吸熱部(光 源部1の最大発熱部に接触する部分)に対して� ��熱部(放熱部材4に接触する部分)が高い位置� ��なるように配策される。

 ヒートパイプ3としては、径が5~10mm程度の 銅製などの管(パイプ)が使用される。図2は、 棒状ヒートパイプの断面を示す図である。管 内には毛細管(メッシュ)3aが敷設され、水(液� ��)等の冷却液(以下水と表記する)3bが封入さ� �ている。また、ヒートパイプ3が対応可能な� ��度で、内封された水3bが蒸発(沸騰)するよう に、管内部の圧力が減圧、例えば略真空にさ れて封止されている。

 なお、ヒートパイプ3には、異常時を含め た最高温度において発生する内部圧力に対し て破壊しない強度が要求されるが、ヒートパ イプ3の温度を検出することによって、光源� �1に投入される電力を制御して発熱を減じ、� ��ートパイプ3が対応可能な最高温度を低下さ せるように構成できる。

 次に、棒状のヒートパイプ3による伝熱動 作を説明する。ヒートパイプ3の内部では、� �熱部に加えられた熱(光源部1で発生された熱 )によって加熱された水が蒸発する。この蒸� �によって圧力が上昇した蒸気が、ヒートパ� �プ3の前面レンズ7側の圧力の低い、すなわち 温度の低い放熱部に向かって流れ、放熱部に おいて熱を放出し、冷却されて液化する。液 化した水は、重力によって流下して、または 、毛細管内を表面張力によって伝わって吸熱 部に戻る。以下、水3bは、蒸発と液化を繰り� ��して自然循環する。

 なお、上述した特許文献4および特許文献 5に開示された技術のように、吸熱部を上部� �、放熱部を下部に配置した場合、管内部の� �体は殆ど下部に留まり、管内壁の毛細管を� �わって吸熱部まで上昇した液体が蒸発し、� �気が下降して下部の液面近傍で液化する。� �たがって、蒸発と液化のサイクルは、液面� �吸熱部の間の極狭い範囲でしか行われない� �一般的な液体の熱伝導性は金属部材より低� �ため、下部に留まった液体の液面を蒸気に� �って加温しても、液体の下方に伝わる熱量� �少ない。また、液体の液面(上層部)の温度が 上昇しても温度の上昇によって軽くなった、 つまり密度の低下した液体は上層部に留まり 、液体中に対流は発生しないので液体の移動 による熱の運搬も行われない。したがって、 管の上部で吸熱し、下部で放熱する構成にお いては、蒸発と液化のサイクルによる伝熱は なく、伝熱特性は管を構成する金属部材の伝 熱性能と殆ど同程度となり、ヒートパイプと しての効果は発揮されない。

 以上説明したように、この発明の実施の� ��態1に係る車載用ヘッドランプによれば、光 源部1で発生される熱をヒートパイプ3で吸熱� ��ることによって光源部1を冷却する(熱を取� �除く)ことができるとともに、吸熱した熱を� ��ートパイプ3で放熱部材4に運んで加温する� �とにより、車載用ヘッドランプの内部気体� �対流を発生させ、対流する気体によって車� �用ヘッドランプの前面側を加温することに� �り、前面レンズ7に付着した雪を溶かすこと� ��できる。

 また、放熱部材4を、光源部1で発生され� �光の光軸から外れた位置、具体的には、前� �レンズ7の中央より下部に一部を配した構成� ��あって、車載用ヘッドランプの中央から左� ��方向にずらした位置に設けることにより、� ��部気体の加温される部位が車載用ヘッドラ� ��プの中央から左右に偏った位置となるので� ��内部気体の対流を効果的に発生させること� ��できる。

 また、凸レンズ2は、光源部1と前面レン� �7の間に、前面レンズ7に対して空間を設けて 剥き出しに配置されるため、凸レンズ2の近� �の内部気体を加温すれば、前面レンズ7との� ��の空間に効果的な対流を発生することがで� ��る。また、光源部1と凸レンズ2までの比較� �短い距離で放熱構成を完結させることがで� �、光源部1、凸レンズ2およびヒートパイプ3� �含む放熱系を備えた発光ユニットを小形に� �とめることができ、車載用ヘッドランプの� �射方向を調整する際にも小形の発光ユニッ� �は扱い易いという利点がある。なお、凸レ� �ズ2の部分は車外から見える部分であり車載� ��ヘッドランプとしてはデザイン的な要所で� ��るため、放熱部材4として無骨なフィン4aは� ��けにくいが、例えば凸レンズ2を囲む鏡面光 沢のリング状の放熱部材4を採用すれば、車� �用ヘッドランプのデザインが損なわれるの� �防止できる。

 また、ヒートパイプ3として、シンプルな 棒状のヒートパイプを用いたので、汎用的か つ安価なヒートパイプを使用することができ る。

 さらに、蛍光体を使用して可視光を発生� ��る白色光LEDのような半導体発光素子を用い� ��光源で発生される光に含まれる赤外線成分� ��少ないので、タングステンフィラメントを� ��用する白熱電球またはハロゲン電球のよう� ��照射光によって車載用ヘッドランプの前面� ��ンズ7を加温できない。したがって、上述し た実施の形態1に係る車載用ヘッドランプの� �うに、光源部1が発生する熱を使用して前面� ��ンズ7を加温する構成は、他の光源を使用し た車載用ヘッドランプよりも、より効果的で ある。

 なお、上述した実施の形態1に係る車載用 ヘッドランプの光源部1の冷却と前面レンズ7� ��加温を行う構成は、光源部1として面光源を 使用した車載用ヘッドランプ以外にも応用が 可能であり、点光源のLED、ハロゲン電球また は放電灯などを用いた車載用ヘッドランプで あっても、上記と同様に、光源部1の冷却と� �前面レンズ7の加温を行うことができる。

実施の形態2.
 この発明の実施の形態2に係る車載用ヘッド ランプは、環状に形成された環状ヒートパイ プを用いて熱を伝達するようにしたものであ る。

 図3は、この発明の実施の形態2に係る車� �用ヘッドランプの構造を示す図であり、図3( a)は、右側の車載用ヘッドランプの上面図、� ��3(b)は、その側面図である。この実施の形態 2に係る車載用ヘッドランプは、ヒートパイ� �3の構造、敷設および機能を除き、上述した� ��施の形態1に係る車載用ヘッドランプと同じ である。以下では、実施の形態1に係る車載� �ヘッドランプと同一または相当する構成要� �には、実施の形態1で使用した符号と同一の� ��号を付して説明を省略し、ヒートパイプ3を 中心に説明する。

 この実施の形態2に係る車載用ヘッドラン プで使用されるヒートパイプ3は、「環状ヒ� �トパイプ」と呼ばれる。ヒートパイプ3の吸� ��部は、光源部1の最大発熱部に接触して熱的 に接続されており、この吸熱部が上下方向に 高低差を有するように配管されている。また 、ヒートパイプ3は、吸熱部の上部から車載� �ヘッドランプの前方に向かって下降し、車� �用ヘッドランプの前方に形成された放熱部� �放熱部材4に接触して熱的に接続され、さら� ��、車載用ヘッドランプの前方から凸レンズ2 および光源部1の下側を回って吸熱部に繋が� �環状に配管されている。

 ヒートパイプ3としては、実施の形態1に� �る車載用ヘッドランプと同様に、径が5~10mm� �度の銅製などの管(パイプ)が使用される。図 4は、環状のヒートパイプ3の垂直部分に形成� ��れる吸熱部の断面を部分的に示す図である� ��管内には毛細管(メッシュ)3aが敷設され、管 の最頂部において車載用ヘッドランプの前方 側の管内の水面(液面)と後方側の管内の水面( 液面)とが分断される程度の水(液体)3bが注入� ��れている。また、ヒートパイプ3が対応可能 な温度で、内封された水3bが蒸発(沸騰)する� �うに、管内部の圧力が減圧、例えば略真空� �されて封止されている。

 なお、ヒートパイプ3には、異常時を含め た最高温度において発生する内部圧力に対し て破壊しない強度が要求されるが、ヒートパ イプ3の温度を検出することによって、光源� �1に投入される電力を制御して発熱を減じ、� ��ートパイプ3が対応可能な最高温度を低下さ せるように構成できる。

 次に、環状のヒートパイプ3による伝熱動 作を説明する。ヒートパイプ3の内部では、� �熱部に加えられた熱(光源部1で発生された熱 )によって加熱された水が蒸発する。この蒸� �によって圧力が上昇した蒸気が、管の上方� �ら前面レンズ7側の圧力の低い、すなわち温� ��の低い放熱部に向かって下降しながら流れ� ��放熱部の上部に熱を放熱し、冷却されて液� ��する(高温の温水になる)。

 そして、この液化された高温の温水は、� ��熱部の下部に流され、放熱部の下部におい� ��も放熱し、冷却された温水(低温の温水)と� �る。この低温の温水は車載用ヘッドランプ� �前方から凸レンズ2および光源部1の下部を回 って吸熱部に戻る。以下、水3bは、蒸発と液� ��を繰り返して自然循環する。

 以上説明したように、この発明の実施の� ��態2に係る車載用ヘッドランプによれば、次 の効果を奏する。すなわち、上述した実施の 形態1に係る車載用ヘッドランプのように、� �状ヒートパイプを使用した場合は、管の内� �の水を循環させるために、放熱部は、吸熱� �に表面張力によって液体を吸い上げること� �可能な位置より低くすることができず、毛� �管を使用しない構成のヒートパイプであれ� �、吸熱部に対して放熱部は水平または高い� �置に配置しなければならない。

 つまり、棒状ヒートパイプは熱を吸熱部� ��り上側への運搬しかできないため、発熱す� ��光源部1が上下方向の略中央にある車載用ヘ ッドランプにおいては、中央から下の部分を 加温することは不得手である。したがって、 棒状のヒートパイプによって車載用ヘッドラ ンプの前方の中層部に熱を導いても、発生す る中層から上層に流れる上昇気流の流路は短 く、煙突効果が低く、充分な対流を発生させ ることができない。

 これに対し、実施の形態2に係る車載用ヘ ッドランプで採用されている環状のヒートパ イプ3であれば、液体が流れることによって� �吸熱部より下方にも熱を伝えることが可能� �あり、上下方向の限られた車載用ヘッドラ� �プの狭い空間の下層から上層に流れる上昇� �流を起こすことができ、長い流路で煙突効� �が高まり、効果的な対流を発生させること� �できる。

 また、一般的な棒状のヒートパイプは、� ��部に特殊な毛細管構造を有し、構造が複雑� ��あり、必然的に高価にならざるを得ない。� ��れに対し、環状のヒートパイプ3であれば、 内部の毛細管の敷設を局部のみ、または全く 排除しても充分な熱の運搬効果が得られ、特 に毛細管を全く使用しない構成であれば、主 要な材料はパイプ材と水だけであり、安価な 放熱機構を実現できる。

 また、環状のヒートパイプ3の内部の冷却 液は、蒸発と液化のサイクルによって自然循 環されるので、強制的に冷却液を循環させる 必要は無く、低コストで、高効率な熱の伝達 が実現できる。

 なお、環状のヒートパイプ3として使用さ れる管の内壁は、毛細管3aを除去した平坦な� ��とすることができる。すなわち、冷却液を� ��然循環させることによって、冷却液の供給� ��毛細管の浸透作用を使用しなくても吸熱部� ��冷却液を供給することができるので、ヒー� ��パイプ3の内壁に毛細管構造を施す必要がな い。その結果、平坦な内壁面を有する安価な 汎用の管材(パイプ)を用いることができるの� ��、ヒートパイプ3のコストを低減することが できる。

実施の形態3.
 この発明の実施の形態3に係る車載用ヘッド ランプは、実施の形態1に係る車載用ヘッド� �ンプにおいて、凸レンズ2の代わりに、凹面� ��8を用いたものである。

 図5は、この発明の実施の形態3に係る棒� �のヒートパイプを用いた車載用ヘッドラン� �の構造を示す図であり、図5(a)は、右側の車� ��用ヘッドランプの上面図、図5(b)は、その側 面図である。この車載用ヘッドランプは、光 源部1、凹面鏡8、ヒートパイプ3、放熱部材4� �制御回路5、および、これらを収納するヘッ� ��ランプケース6から構成されている。ヘッド ランプケース6の前面側の一部、具体的には� �放熱部材4の上側であって光源部1で発生され て凹面鏡8で反射された光の光軸の周りの所� �範囲の部分には、図5(b)に示すように、前面� ��ンズ7が形成されている。以下では、実施の 形態1と相違する部分を中心に説明する。

 光源部1は、凹面鏡8の前方であって、前� �レンズ7の下方側に配置されている。凹面鏡8 は、光源部1の発光面からの光を反射させ、� �面レンズ7を介して車両の前方路面に投影す� ��。これにより、前方路面上に面光源の実像� ��形成され、反射鏡(パラボラ)タイプの車載� �ヘッドランプとして機能する。

 ヒートパイプ3は、光源部1および放熱部� �4の各々に接触することにより、これらに熱� ��に接続されている。このヒートパイプ3は、 光源部1で発生された熱を吸収して放熱部材4� ��伝達する。放熱部材4は、光源部1からヒー� �パイプ3を介して伝達されてきた熱を内部気� ��に伝達する。

 以上のように構成される、この発明の実� ��の形態3に係る車載用ヘッドランプによれば 、実施の形態1に係る車載用ヘッドランプと� �様の作用および効果を奏する他に、ヒート� �イプ3を、実施の形態1に係る車載用ヘッドラ ンプに比べて、光源部1から出力される光の� �路を遮らない低い位置に配置できるので、� �品レイアウトの自由度が増し、車載用ヘッ� �ランプのデザインが損なわれるのを防止で� �る。

 なお、光源部1に固定されたヒートパイプ 3には柔軟性がなく、車載用ヘッドランプの� �射方向を調整するために光源部1の位置を変� ��る場合、光源部1の移動と同時に、光源部1� �接続されたヒートパイプ3の位置も変えなけ� ��ばならない。そこで、ヒートパイプ3の放熱 部を、光源部1と一体に移動する凹面鏡8の一� ��として構成すれば、柔軟性のない放熱部を� ��むヒートパイプ3が光源部1および凹面鏡8と� ��体になって動くため、ヒートパイプ3の非柔 軟性は問題にならず、車載用ヘッドランプの 発光ユニットとして扱い易い構成を実現でき る。

 なお、凹面鏡8の部分は車外から見える部 分であり車載用ヘッドランプとしてはデザイ ン的な要所であるため、放熱部材4として無� �なフィン4aは設けにくいが、例えば凹面鏡8� �一部となる鏡面光沢を持つ放熱部材4を用い� ��ば、車載用ヘッドランプのデザインが損な� ��れるのを防止できる。なお、ここでいう凹� ��鏡8とは、車載用ヘッドランプの配光を左右 する実質的な反射鏡以外の、反射鏡を模した 装飾的な部材を含む。

実施の形態4.
 この発明の実施の形態4に係る車載用ヘッド ランプは、実施の形態2に係る車載用ヘッド� �ンプにおいて、凸レンズ2の代わりに、凹面� ��8を用いたものである。

 図6は、この発明の実施の形態4に係る環� �のヒートパイプを用いた車載用ヘッドラン� �の構造を示す図であり、図6(a)は、右側の車� ��用ヘッドランプの上面図、図6(b)は、その側 面図である。この車載用ヘッドランプは、光 源部1、凹面鏡8、ヒートパイプ3、放熱部材4� �制御回路5、および、これらを収納するヘッ� ��ランプケース6から構成されている。ヘッド ランプケース6の前面側の一部、具体的には� �放熱部材4の上側であって光源部1で発生され て凹面鏡8で反射された光の光軸の周りの所� �範囲の部分には、図6(b)に示すように、前面� ��ンズ7が形成されている。以下では、実施の 形態2と相違する部分を中心に説明する。

 光源部1は、凹面鏡8の前方であって、前� �レンズ7の下方側に配置されている。凹面鏡8 は、光源部1の発光面からの光を反射させ、� �面レンズ7を介して車両の前方路面に投影す� ��。これにより、前方路面上に面光源の実像� ��形成され、反射鏡(パラボラ)タイプの車載� �ヘッドランプとして機能する。

 ヒートパイプ3は、光源部1および放熱部� �4の各々に接触することにより、これらに熱� ��に接続されている。このヒートパイプ3は、 光源部1で発生された熱を吸収して放熱部材4� ��伝達する。放熱部材4は、光源部1からヒー� �パイプ3を介して伝達されてきた熱を内部気� ��に伝達する。

 以上のように構成される、この発明の実� ��の形態4に係る車載用ヘッドランプによれば 、実施の形態2に係る車載用ヘッドランプと� �様の作用および効果を奏する他に、ヒート� �イプ3を、実施の形態2に係る車載用ヘッドラ ンプに比べて、光源部1から出力される光の� �路を遮らない低い位置に配置できるので、� �品レイアウトの自由度が増し、車載用ヘッ� �ランプのデザインが損なわれるのを防止で� �る。