独自開発の構造・製法で熱による性能低下と破損を防ぎ、抜群の明るさにサインハウス、LEDヘッドライト「[エル・リボン」が特許を取得

2017/12/27
MotorFan編集部

バイクパーツやバイク用品などを製作するサインハウスは、独自製品である「LED RIBBON（エル・リボン）ヘッドライト」が特許を取得したことを発表した。

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【LED RIBBON特許技術の特徴】

1. 超小型高輝度LEDを採用しフィラメントに近い配光と明るさ

エル・リボンは、超小型・高輝度のCREE社製LEDチップを採用してハロゲンの配光とHIDを凌駕する明るさを出すため、放熱に拘り抜いて素材を選択し、独自開発の構造・製法とすることで、熱による性能低下と破損から護り最大限の明るさを手に入れたという。

超小型3.5mm角で最大約1,500lmの明るさを誇るCREE社製高輝度LEDチップを採用することで、ハロゲンに近い照射配光を実現。この照射配光が車検と明るさで重要な要素となる。
ロービームでハロゲンに近いカットラインを再現することで、対向車や歩行者には眩しくなく、カットラインの下側に照射光が集まっていることにより、非常に明るいロービーム照射を実現している。

そこで問題となるのが発熱。

しかし、明るさを追求するためにLEDチップ本来の最大パフォーマンスで点灯させると、発熱量が大きくなり自ら発熱する150℃程度の温度で自身のLEDチップを破損させてしまう。これがLEDバルブ最大の弱点だ。

解決方法は、2つ。 1つ目は、確実に冷却して最大のパフォーマンスを引き出す。 2つ目は、LEDチップ本来のパワーは使わずにスペック値よりもかなり低い電力で発光させて発熱を抑える。

エル・リボンは、小さいヘッドライトバルブで構築するには超難関な前者を基本としながら、前者と後者両方の技術を高次元で両立。
明るく発光させる場合の熱によるパフォーマンス低下と破損リスクを回避するため、独自技術で極限まで放熱させている。

明るさを最大限に引き出すことのできる、業界唯一のLEDヘッドライトバルブシステム、それがエル・リボンだ。
いかに冷却するか、これが明るさの最大のカギとなる。

2. 熱伝導率の高い銅製のLED基板を採用

価格と製造の面で、通常アルミ基板を採用することの多いLED製品だが、エル・リボンは、アルミの約1.5倍の熱伝導率を誇る銅製基板を採用している。

発光部に一番直結しているLED基板部の熱源で熱が溜まらないよう、末端部のヒートシンクへと熱を伝えるための第一歩が銅製LED基板の役割だ。
ここが弱ければ、ボトルネックとなり、その後の冷却がいくら優れていても無意味となってしまう。

3. 音速で熱を移動する銅製ヒートパイプ技術を採用

LED基板が発生した熱をライト灯具の外にあるヒートシンクへと熱を伝えなければならない。エル・リボンは熱源の熱を高速で冷却部へ移動させるヒートパイプ技術を採用。アルミ製のメイン構造ではヒートシンクへの熱の移動が緩やかなためLED発光部を急激に冷却すること到底難しくなる。

エル・リボンは小型のヘッドライトバルブでこれを実現するため、ヒートパイプをバルブシステムのメイン構造とし、熱源であるLED基板を直接ヒートパイプへ接合する独自のアイディアを生み出した。

これにより、LED基板の熱をそのままヒートパイプに熱を移動し、ヒートパイプでヒートシンク部へ高速で熱を伝えることでLEDチップの温度上昇を抑える冷却構造としながら、小型化に成功。

そこで問題となるのがLED基板とヒートパイプの接合部だ。

4. ヒートパイプと LED基板を半田溶接して伝熱ロスを解消

LED基板とヒートパイプの接合部は熱源にかなり近い部分に位置する。
しかし、この部分にわずかな隙間があれば熱移動の効率が著しく低下してしまう。電気の接点部でも電気抵抗が生まれるように、熱の移動でも熱抵抗が生まれるのだ。

エル・リボンはこのLED基板とヒートパイプの接合部を独自の製法で半田溶接。わずかな隙間を無くすことで熱抵抗を低減し、LED基板の熱をヒートパイプへ確実に伝えることが可能となった。

もちろん確実に固定されていることにより、走行時のバイブレーションなどで接点の隙間が変わることもない。

5. 狭い隙間で変形自在な銅製オリジナルヒートシンク

6. 放熱効率を徹底的に追求するため、ヒートシンクグリスを付属

ヒートリボンなどのヒートシンクとバルブ本体は取付性を考慮してボルトによる後付けの固定式となっている。
この部分もLED基板とヒートパイプの接合部と同じようにわずかな隙間で熱抵抗が生まれ効率良くヒートシンク部へ熱が伝わらなくなってしまう。

エル・リボンは、この隙間を埋めるため、ヒートシンクグリス（伝熱グリス）を付属している。バルブ本体とヒートシンクの接合面に全体に均一かつ確実に塗布することにより、伝熱ロスを無くすことで本来の冷却効果を生み出すことが可能となっている。

7. LEDチップ温度をモニタリングし発熱温度を自動調整

エル・リボンは自然空冷式となっており、そのため走行風が得られない停車中や酷暑の日中の渋滞などでは温度上昇を抑えることができない。

エル・リボンは、この走行風が得られにくい状況を考慮して、一番高熱となるLEDチップ部に温度センサーを搭載しチップ部の温度をモニタリングしている。

温度が上昇すれば、コントローラーでLEDチップへの電力を自動で下げてLEDチップの発熱を制御。LEDチップは発光時の電力が小さい場合、発熱量も少なくなりますが、発光量は比例して極端に半減しないため、明るさの上昇下降が気になるようなことはなくごく自然なライディングが可能となっている。