実験をしたのはこちら

結果の概要

• LEDは点灯開始後、約5分で温度上昇が鈍り、 推移安定後のガラス表面温度は最大で12℃でした。

• ハロゲンは時間の経過とともに なだらかに表面温度が上昇し、40分間で約60℃の上昇幅でした。

• HIDは点灯開始から約10分間まではハロゲンと同様な温度変化を示しましたが、それ以降は表面温度は約40℃でサチュレート（飽和）しています。

結果を踏まえ私からの提案

「バルブの着せ替えの提案」

• 春、夏、秋は色の選択が可能なLEDで。冬は雪も溶かせそうなHIDで。複数のバルブを使い分け。季節やシーンに応じたバルブの着せ替えを、DIYに敏感なユーザー層に提案・訴求する案。

「オールシーズン・ベストワンの提案」

• アクティブなユーザー層に対しては、オールシーズン、これ1本でいけるHIDをお勧め。（都心在住で冬にスキーレジャーをするような方々向けへの提案）　あるいは

• 積雪に無関係な地域の層に対しては、取り付けが手間いらずのLEDをお勧め。（オールインワンのLEDなら、取り付け簡単で純正置換が可能）

実験方法

車両および供試品について

• 昇温特性（熱しやすさ）：
スイッチONで点灯してから各部の表面温度がほぼ一定になるまでの傾向

• 降温特性（冷めやすさ）：
スイッチOFFで消灯してから各部の表面温度が冷めて落ち着くまでの傾向

• 純正ハロゲンフォグランプHB4（ライン装着品、12V_51W（55W）ホワイト）、Assy部品コード：84501A

LEDヘッドライト/フォグランプ (H8/H9/H11/H16,HB3,HB4)

ホワイト・イエローから選べる！

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計測器具について

• 熱電対：K線、φ1.6（測定範囲 -200℃～+1000℃）

• デジタル温度表示ユニット：TF1（キーエンス、DC12V駆動、熱電対をダイレクトに接続可能）

• 放射温度計：IT-540NH（堀場製作所、測定範囲 -50℃～1000℃、両端レーザーマーカー付き）

• 全自動バッテリー充電器：OP-0002（オメガプロ、車載バッテリーの出力電圧を安定供給させるため）

• コードリール（ドラム）：S-30N型（畑屋製作所、100V電源を上記バッテリー充電器に印加させるため）

• AC-DCコンバータ：BC-12DC/BK（ブライトンネット、キーエンスTF1への常時電源供給器として）

• ソーラー電波時計：WVA-M630B-3AJF（カシオ、wave ceptor　MULTIBAND6、ストップウォッチとして）

電源系は、家庭用100V電源からコードリールを経由して

• バッテリー充電器→エクシーガの車載バッテリーへ

• AC-DCコンバータ→デジタル温度表示ユニットへ

温度センサー系は、

フォグランプユニットに対して

• 熱電対→測温対象部位の表面へ貼り付け

• 放射温度計→測定対象エリアがφ30mm程度のスポットとなるように、ターゲット距離を狙います（右画像を参照）。

（∵取扱説明書に従い、測定対象物の大きさに 対する測定径の比を2倍以上確保するため。）

温度の計測部位について

• フォグランプのガラスレンズ下部 （熱電対）・・・LED、HID、ハロゲンとも共通
熱電対の先端（温度センサーの感応部）をガラスレンズの表面に密着させるため、銀テープを使用しました。銀テープは熱電対を固定するだけでなく、各バルブがスイッチONで発光した際に受光部としても機能します。
ただし、銀テープの面積が大きすぎると遮光範囲が広くなって、実使用時の温度傾向と乖離してしまう恐れも生じてしまうため、熱電対を安定して固定できる必要最小限の大きさになるよう配慮しています。
また熱電対の配線の固定方法についても、エクシーガのボディカラー（WRブルー）となるべく色温度を近似させるため、ガムテープも青色を使用（ガラスレンズ透過後の配光・反射に影響が出ないように）しています。

• LEDの放熱板（熱電対）
LEDの点灯時は放熱板が熱源となるため、車両の周辺部品に対する熱害影響が懸念されます。そのため、放熱板の表面温度を把握することによって、車両の周辺部品への影響有無を判断する際の材料にできると考えました。
その際、何層にも重なって構成されている放熱板の、最背面（車両の周辺部品に近接する部位）にするか？あるいは層内の中央部（熱が逃げにくく、温度的に厳しいと考えられる部位）にするか？ を検討した結果、今回は後者で計測することにしました。熱電対の先端は画像では見えませんが､奥に差し込みしてあります。

• HIDのバラスト（熱電対）
HIDの点灯時はバラストも若干の熱を持つと予想し、バラストの表面温度レベルも把握することにしました。　測温部位は筐体の中央部です。材質は樹脂であるため､熱電対の先端（温度センサーの感応部）を銀テープでしっかりと貼り付けした上で、樹脂の表面と色温度を合わせるため黒色のガムテープで固定しています。

• ハロゲンのコネクタ部分（熱電対）
ハロゲンバルブでは、熱源であるフィラメント周辺が高温になりますが、その伝熱が裏側のコネクタ部分にまで及んでいるのか否か？が不明だったため、コネクタを形成している樹脂部も測温することにしました。

• フォグランプのガラスレンズ下部 （放射温度計）・・・LED、HID、ハロゲンとも共通
前述の通り、フォグランプのガラスレンズ下部については、熱電対だけでなく、放射温度計でも測温しました。放射温度計の場合、「測定対象物の大きさ（約φ76mm）に対する測定径の比を2倍以上確保する」ことが求められるため、目安として計測エリアがφ30mm程度となるよう、事前にレーザーマーカーでターゲット距離を確認してから現場での計測を行いました。




なお、当初は「放射温度計でガラスの表面温度を計測可能か（ガラスを透過してしまうのではないか）？」という疑問があったのですが、製造メーカーの堀場製作所の資料によると、「堀場の放射温度計は2.5μmより　も長い波長の光を用いて計測するため、ガラスの表面温度は計測可能（＞要旨）」ということが分かりました。
出典：「放射温度計のすべて」
 

• 熱電対：ガラスレンズの「スポット的な表面温度」を表示する。その際、「受光部として熱を受け取る銀テープ」とも接しながら表面温度をセンシングする。

• 放射温度計：「銀テープを含むガラスレンズ部分（約φ30mm）を、点ではなくエリアとして」温度表示する。

計測モードや計測条件などについて

• 環境に配慮し、フォグランプ点灯時の測温試験は、車両（エクシーガ）ので行います。（つまり排気ガスを出さずに温度計測を行います。）IG-ON（ACC電源ON）で実施した場合、電気負荷に対する車両保護制御が働いて強制IG-OFFとなってしまうため、エンジン停止かつIG-OFF（ACC電源をONにしない）状態で測温を実施することにします。（※エクシーガは、IG-OFF状態でもフォグランプの点灯が可能な車種＝キーOFF非連動タイプです。）
エンジンを停止した状態

• 事前準備として、あらかじめエクシーガの車載バッテリをFULL充電させておきます。（フォグランプ点灯時、車両のその他の電気負荷は、フロントスモールライト（車幅灯）、テールライト（後尾灯）、ナンバー灯になります。）

• フォグランプ測温にあたっては､点灯中の車載バッテリーに対する負荷を考慮して「安定化電源」を追加します｡「」車載バッテリーの供給電圧が一定ではない場合､フォグランプの発熱量（つまりは表面温度）も変動してしまうと考えられるためです。
全自動バッテリー充電器で強制チャージさせながら、測温を実施

• 消灯からスイッチON（点灯状態）を40分間キープさせて、さらに続けて点灯からスイッチOFF（消灯状態）を 20分間をキープさせて、トータルで60分間をワンセット（1モード2ステップ）として連続的に測温します。「」
昇温特性40分間＋降温特性20分間＝トータル60分間

• 「昇温30分間＋降温30分間」 の均等配分にしなかった理由は、プレサーベイにて、上り30分間では温度がサチュレートせず微増傾向にあることを確認し、逆に下りは比較的短時間で冷えることも分かったため、これをモードに反映させた結果です。

• 測温のインターバルは、温度の立ち上がり時は計測ピッチを細かく刻み、時間の経過とともにインターバルも長めに取るようにしました。昇温特性（ON）、。降温特性（OFF）、。
0～1分までは0.5分刻み、1～10分までは1分刻み
10～30分は2分刻み、30～40分までは5分刻みで計測
40～41分までは0.5分刻み、41～45分までは1分刻み
45～60分（終了）までは5分刻みで計測

• ・点灯開始時の外気温度を、低・中の2水準に振って計測します。「」これは、外気温度（フォグランプユニットがさらされる雰囲気温度）によって熱的な平衡状態が変化して昇温／降温特性が変わると考えられるため、その影響度合いについても把握したいためです。
OUTTEMP＝早朝0℃狙い、昼間10℃以上狙い

• 実際には、天気予報で一日の最低気温／最高気温が狙いの条件に合致しそうな日に、測温を実施しました。測温の時間帯については、次の区分を目安としました。「」
早朝0℃狙い→AM6:00～AM7:00（約1H）、昼間10℃以上狙い→PM2:00～PM3:00（約1H）

• 車両駐車状態かつエンジン停止状態での測温については、ランプユニットが走行風で冷却されないため、走行時（実際のシチュエーション）の温度に対しては、今回の計測時の数値は高めに推移してしまう可能性があります。しかし、現実に対して緩めではなく厳しい条件で計測しておけば、少なくとも「」だとすることができる、と考えます。
得られた結果は、（その外気温度における）現実でのワーストをカバーできる値

発熱量

LED、HID、ハロゲンの三者の特性比較計測結果について

• 「スポットでのセンシング（熱電対）」と「エリアでのセンシング（放射温度計）」という違いがあること、

• 放射温度計では、銀テープとガラスの両方の材質をまたぐ形でのセンシングとなっていること、（光を透過するガラスよりも、光を透過しない銀テープの方が受熱・蓄熱しやすい）

• 放射率：金属である銀テープの表面に、黒体テープや黒体スプレーを塗布していなかったための誤差の可能性があると考えています。

• ハロゲンバルブの交換作業をする場合、たとえ外気温度0℃付近の冬場であっても、ガラスレンズ の表面温度が十分に低下する 「消灯後5～10分以上経ってから」 の作業開始が望ましい、と言えるでしょう。
具体的には、ガラスレンズ表面温度は消灯から10分の経過で20℃以下に低下し、20分の経過でほぼ外気温度並み（0℃付近）まで低下することを確認しています（夏場はさらに時間を要します）。

外気温度を、0℃狙い（実温2℃）および同10℃超狙い（実温12℃）の2水準に振って、LEDバルブでの昇温／降温特性を計測しました。

Fig.3およびfig.4に、経過時間に対する表面温度の推移をグラフで示します。また、得られた結果を以下に箇条書きします。

• ガラスレンズの表面温度は、熱電対でも放射温度計でも計測差はあまりありませんでした。これは、LEDは照射方向への放熱が少なく、したがって温度の絶対値自体が小さいためだと考えます。

• 点灯時の外気温度が2℃→12℃（ΔT＝10℃）に上昇すると、各部の表面温度もほぼ10℃に近い値で上昇しました。（実際には係数がかかるはずですので、外気温度差ΔTがそのまま単純に各部の表面温度差に上乗せされるとは限らない、と考えます。）

• 消灯後、放熱板の温度が十分に下がるまでには10分以上が必要です。

外気温度を、0℃狙い（実温1℃）および同10℃超狙い（実温12℃）の2水準に振って、HIDバーナーでの昇温／降温特性を計測しました。グラフをFig.5およびfig.6に示し、得られた結果を以下に箇条書きします。

• ・ガラスレンズの表面温度は、熱電対では約60℃～80℃、放射温度計でも40℃～50℃に達しました。ハロゲンの場合ほどではないですが、意外に高温になる・・・という印象です。

• バラストの表面温度は、冬場の外気温度1℃～12℃にて20℃～34℃となりました。夏場は外気温が30℃程度になりますので、想像以上に高温となる可能性がある、と考えます。

• 耐久信頼性を確保させるという視点からは、バラストは車体振動の影響を受けにくい固定方法を採るだけでなく、なるべく走行風により冷却されやすい場所を選んで設置した方が良いことが、測温結果からも分かります。

外気温度を0℃狙い（実温-2℃）としたときの、ハロゲンバルブでの昇温／降温特性を計測しました。

経過時間に対する表面温度の推移をグラフをFig.7に示します。また、得られた結果を以下に箇条書きします。

• ガラスレンズの表面温度は、熱電対では90℃超、放射温度計でも60℃超に達しました。

• 熱電対での測温データ（90℃超）は、にわかには信じがたかったのですが、熱電対を固定している銀テープ自体が受光体として吸熱する作用があると考えられることから、「今回のセッティング」においては真値であろうと考えます。
（※熱電対と放射温度計とで計測値に差が出た要因については、(7-1) LED、HID、ハロゲンの三者の特性比較（11ページ）で既述の通りで考えています。）

• ガラスレンズの表面温度は、熱電対では90℃超、放射温度計でも60℃超に達しました。

• 熱電対での測温データ（90℃超）は、にわかには信じがたかったのですが、熱電対を固定している銀テープ自体が受光体として吸熱する作用があると考えられることから、「今回のセッティング」においては真値であろうと考えます。
（※熱電対と放射温度計とで計測値に差が出た要因については、(7-1) LED、HID、ハロゲンの三者の特性比較（11ページ）で既述の通りで考えています。）



（※上記（外気温度-2℃条件下）にて、すでに表面温度が高く推移しておりますので、外気温度をより高めに振った状態での測温結果は割愛させていただきます。）

フォグランプに載った雪が ｢実際に溶けるか？」 の検証

• 点灯開始から10分後まで：1分間刻み、

• 10分後から20分後まで：2分間刻み、

• 20分後から40分後まで：5分間刻み、

• 40分後から60分後まで ： 10分間刻み。

＜結果＞

• ハロゲンは点灯開始から6分経過後（＠ガラス表面温度12℃）に雪が溶け始め、そのため20分後に消灯しました。
10分経過後（＠ガラス表面温度40℃）にほぼ全量が水となりました。

• HIDは点灯開始から8分経過後（＠ガラス表面温度6℃）に雪が溶け始め、そのため40分後に消灯しました。
16分経過後（＠ガラス表面温度23℃）にほぼ全量が水となりました。

• LEDは点灯開始から16分経過後に外周部の雪がやや溶け始めましたが、そのため、60分後に点灯状態のまま試験終了（打ち切り）しました。
60分経過後でも雪が残っていました。

＜ガラスレンズの表面温度推移に対するコメント＞

• HIDにおいて､ガラスレンズの表面温度がいったん26℃（ｔ=4分後）まで上昇したあと6℃まで下がる（t=7分後）理由は、昇温によりバルブ近傍の雪がいったん溶けたものの、溶けたことにより出来た空洞部分に上から雪が崩れ落ちることで再度冷やされたものだと推定します。

• LEDにおいても、ガラスレンズの表面温度に小幅ながら変動（6℃→2℃→6℃）が生じた理由も、上記HIDの場合と同様の理由（ただし、その変化は非常に緩やか）だと考えます。

まとめ

• ハロゲンとHIDは、点灯時の発熱により雪が溶ける環境にあると考えます。（ただし、外気温度と走行風の有無により、溶け方は変動する余地があります。）

• LEDは照射面側の発熱は小さいため、点灯のみで雪が溶けることは、ほぼ困難と判断します。

1. 測温試験：消灯状態からの点灯後、ランプユニット（筐体）や放熱板の昇温特性を把握する。

2. 融雪試験：各バルブの点灯後、ランプユニットに載せた雪が解けるかどうか実際に確認する。

＜昇温特性について＞

• LED（14℃）＜HID（41℃）＜ハロゲン（62℃）：非接触式の放射温度計によるエリア計測値(max値)

• LED（17℃）＜HID（67℃）＜ハロゲン（96℃）：接触式の熱電対によるスポット的な計測値(max値)

＜降温特性について＞

• LED：ガラスレンズは即座に降温、放熱板は約10分間の放置が必要（53℃→22℃）

• HID：ガラスレンズは約5分間の放置が必要（表面温度が20℃程度になるまでに）

• ハロゲン：ガラスレンズ、背面の樹脂コネクタとも10～15分間の放置が必要（20℃程度になるまでに）

＜融雪特性について＞

• LED：60分経過後でも雪が解けずに残りました。

• HID：点灯開始から8分経過後（＠ガラス表面温度6℃）に雪が溶け始め、16分経過後（＠ガラス表面温度23℃）にほぼ全量が水となりました。

• ハロゲン：点灯開始から6分経過後（＠ガラス表面温度12℃）に雪が溶け始め、10分経過後（＠ガラス表面温度40℃）にほぼ全量が水となりました。

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記事について

• 商品改良の為、仕様・外観は予告なく変更する場合があります。あらかじめご了承ください。商品の仕様などは、モデルの変更に応じて、変わります。必ず最新の商品ページをご確認ください。

• 取付レポートに関しましては、あくまでも取付例となりますので、お車の年式、グレード、仕様によってバルブ形状、取付方法が異なる場合がございますので、予めご了承ください。

• HIDやLEDは高電圧を発生するため、取付けには大変危険を伴います。取付けの際は、バッテリーのマイナスターミナルを外し、ヘッドライトのスイッチをOFFにした状態で行ってください。

• お車のグレードや仕様によっては別途バルブアダプター、キャンセラー等が必要になりますので、予めご了承下さい。

• 記載の情報はあくまで一例となります。取り付けの際に起こった損害や、バルブ形状が異なるなどの責任は負いかねます、予めご了承ください。

 

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