JP2006210537A - Ｌｅｄ発光構造体の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 組付けや配線が容易、かつ小型でランプ構造体の配線設計の自由度を大幅に高めることのできるＬＥＤ発光構造体の放熱構造を提供する。
【解決手段】 複数のＬＥＤ１０のアノード側とカソード側がフラット回路体１００のフラット導体１１０，１２０にそれぞれ接続され、かつランプフレームに組み込まれたＬＥＤ発光構造体の放熱構造であって、放熱ヒートパイプ２００が少なくとも何れか一方のフラット導体にＬＥＤ１０の少なくとも一つと共に突き刺し片によってピアッシング接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、灯具光源として用いられる複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を配置し、配線回路にフラット回路体を用いたＬＥＤの発光構造体の放熱構造に関する。

一般に、プリンタやファクシミリなどのＯＡ機器には多くのＬＥＤが使用されており、自動車のフロントやリア部のランプにも光源として多数のＬＥＤが使用されている。この光源となる多数のＬＥＤにはその輝度を高めるために比較的大きな電流を流すとともに、発熱による輝度低下を押えるために様々な放熱構造が工夫されている。

具体的には、ＯＡ機器の場合、図９の斜視図に示すように、レンズアレイ６１を保持するレンズホルダ６２及び図示しないＬＥＤ素子を実装した回路基板６３が積層され、導体パターン６４を介して放熱板６５をこの回路基板６３に密着させることで、基板上のＬＥＤ素子や電子部品からの発熱を放熱している。この場合、回路基板６３への給電は、導体パターン６４にフレキシブルフラットケーブル（以下「ＦＦＣ」とする）を接続して行われる（例えば、特許文献１参照）。

また、自動車用ランプの場合には、図１０の斜視図に示すように、ランプボデー７６に組み込まれた図示しないＬＥＤ光源に給電するためのバスバー７７が保持止めによって各階層のベース７９に固定されて配線回路が形成されている。そして、各階層のバスバー７７を接続する層間接続用リード線８１や給電用リード線８２を備えている。この場合、通常銅導体による配線回路として構成されるバスバーは、ＬＥＤの放熱媒体を兼ねるためにある程度の放熱面積とＬＥＤの配置パターンに合せた複雑で広い面積を有する配線回路を構成している。
特開平５−１８５６５０号公報（２頁、図２）

しかしながら、前者のように放熱板を用いて基板とフラット導体を接続する従来構造では、多数のＬＥＤを放熱するために放熱構造が大型となる。これに加えてＬＥＤとフラット導体との半田等による接続にも多くの工数を必要とする。そのため、このような放熱板をランプ構造に適用するには向いていない。また、後者のように放熱回路体としてバスバーを用いたランプ構造では、ランプ配置形状毎に複雑で専用の回路形態が必要になる。これに加えて、バスバー表面積を放熱のために大きくしなければならず、部品点数が多くなるばかりか、各バスバーのベースへの固定や部品相互の配線を必要とし、ランプ構造体への組付けに際して多くの組付け工程と手間を要する。

本発明の目的は、組付けや配線が容易、かつ小型でランプ構造体の配線設計の自由度を大幅に高めることのできるＬＥＤ発光構造体の放熱構造を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明によるＬＥＤ発光構造体の放熱構造は、
複数のＬＥＤのアノード側とカソード側がフラット回路体のフラット導体にそれぞれ接続されたＬＥＤ発光構造体の放熱構造であって、
放熱ヒートパイプが少なくとも何れか一方の前記フラット導体に前記ＬＥＤの少なくとも一つと共に突き刺し片によってピアッシング接続されていることを特徴としている。

このように予めフラット回路体の位置合わせした場所にＬＥＤと共にヒートパイプが同時にピアッシング接続されていることで、専用回路のバスバーを必要とせず、放熱のための表面積も大きくする必要がない。その結果、フラット回路体を介した簡単な接続工程だけの小型な構造によってＬＥＤ発光構造体の放熱を効率的に行うことができる。

また、本発明の請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造は、請求項１に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造において、
前記放熱ヒートパイプが、前記ＬＥＤと共にピアッシング接続することに代えて、前記フラット導体の、当該ＬＥＤが接続された個所以外の個所において突き刺し片によってピアッシング接続されていることを特徴としている。

ＬＥＤとヒートパイプを共通の接続子でピアッシング接続する構造によると、ランプフレームに組み込まれるＬＥＤの位置によっては接続されるヒートパイプがランプフレーム組付け時に他部品と干渉することもある。この場合、本発明の請求項２に記載のようなＬＥＤ接続個所以外のフラット導体位置でヒートパイプをピアッシング接続することで、ヒートパイプの放熱効果を十分維持しつつランプフレームへの組付け性を向上させることができる。

また、本発明の請求項３に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造は、請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造において、
前記放熱ヒートパイプは、平型形状のヒートパイプであることを特徴としている。

立体的で厚みのあるヒートパイプではランプ内への収納が不可能な場合も生じる。しかしながら、本発明による給電回路はフラット導体であるので、請求項３に記載のような形状の薄い平型形状のヒートパイプを用いることで、接続されたフラット回路体の配索の自由度が大きく増加する。

また、本発明の請求項４に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造は、請求項３に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造において、
前記平型形状のヒートパイプが、所定箇所において折り曲げて形成されることを特徴としている。

このようにフラット回路体に接続された平型形状のヒートパイプを自由に折り曲げて放熱配線体として組み込むことで、フラット回路体の配線自由度をさらに高めることができる。

また、本発明の請求項５に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造は、請求項３又は請求項４に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造において、
前記フラット導体と接続される前記平型形状のヒートパイプの接続個所が作動液の存在しない液封入耳部であることを特徴としている。

本発明に使用される平型形状のヒートパイプが作動液封入タイプのヒートパイプである場合、作動液の存在しない液封入耳部をピアッシング接続することで、作動液の漏れのない放熱伝導を行うことができる。

また、本発明の請求項６に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造は、
複数のＬＥＤのアノード側とカソード側がフラット回路体のフラット導体にそれぞれ接続されたＬＥＤ発光構造体の放熱構造であって、
前記ＬＥＤ発光構造体の前記ＬＥＤが接続されたフラット回路体のフラット導体に前記放熱ヒートパイプが電子部品と共に突き刺し片によってピアッシング接続されていることを特徴としている。

本発明のフラット回路体構造では、ＬＥＤと共に制御用の電子部品もフラット回路体に実装することも可能である。そのため、電子部品のフラット導体へのピアッシング接続と同時にヒートパイプを接続できれば、電子部品の放熱構造に伴う接続工数を低減することが可能となる。

本発明にかかるＬＥＤ発光構造体の放熱構造によると、従来のような放熱板による大型の装置とならずに済み、またバスバーのように複雑で広い放熱面積を必要とするランプ個別の専用回路とせずに済み、組付けや配線が容易、かつ小型でランプ構造体の配線設計の自由度を大幅に高めたＬＥＤ発光構造体の放熱構造を提供することができる。

以下、本発明の実施形態にかかるＬＥＤ発光構造体の放熱構造について説明する。なお、本発明の実施形態では、配線のフラット回路体として従来の金属バスバー回路の代りに、厚さ０．１５ｍｍ、巾５．２ｍｍのフラット銅導体２芯をポリエチレンテレフタレートフィルムで絶縁したＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）を使用し、ヒートパイプとして数１０Ｗの放熱効果が確認されている作動液封入の巾２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの平型形状のヒートパイプを用いている。また、図示しないが、通常、このヒートパイプには、作動液によって伝達された熱を放熱するヒートシンク部が形成されている。

続いて、本発明のＬＥＤ発光構造体の放熱構造に関する実施形態について、図面に基づいて具体的に説明する。

図１は、本実施形態によるＦＦＣ（フラット回路体）１００のフラット導体１１０，１２０と平型ヒートパイプ２００の接続状態を示す上面図であって、複数のＬＥＤ１０が２芯のフラット導体１１０，１２０に電気的に接続されている。この２芯のフラット導体１１０，１２０は、一方がＬＥＤ１０のカソード側に接続されるとともに、他方がアノード側に接続されるようになっており、通常、図示しない電子部品回路側に接続される導体側の温度上昇が高い状態となっている。

ＬＥＤ１０のフラット導体１１０，１２０への接続構造においては、図２に示すように、各フラット導体１１０，１２０にそれぞれ電気的に接続するリード１１，１２（図２ではリード１２のみ図示）がＬＥＤ１０から延在するとともに、ＬＥＤ１０のリード１１，１２に加締められる接続子２０が備わっている。なお、接続子２０は抵抗値の低い黄銅等の金属でできており、側面視で角型Ｃ字状に折り曲げられ、その両端部がフラット導体への突き刺しのために尖って突き刺し片２５を形成している。また、接続子２０の上部中央部にはリード１１，１２との接続を強化するために接続子２０とリード１１，１２をともにせん断して接合させる凹部２６が形成されている。

このＬＥＤ１０をフラット導体１１０，１２０に接続するにあたって、図２に示す突き刺し片２５を有する接続子２０をＬＥＤ１０のリード１１，１２を跨ぐようにして重ね、せん断治具でせん断し、接続子２０とリード１１，１２に凹部２６を形成して接続子２０とリード１１，１２をそれぞれ機械的かつ電気的に固定する。そして、図１の左側２番目のＬＥＤ１０を除いて接続子２０の突き刺し片２５をフラット導体１１０，１２０に突き刺し、その先端を円弧上に折り曲げ加締めてＬＥＤ１０とフラット導体１１０，１２０とを電気的かつ機械的に接続している。

このようなＦＦＣ１００によるＬＥＤ１０の配置構造によると、配線体自体が十分放熱特性に優れたものであるが、前述の高温側フラット導体１１０の放熱をより促進するため、本発明では更に図１に示すように平型ヒートパイプ２００をフラット導体１１０にピアッシング接続している。

すなわち、図１に示す任意の（本実施形態では左から２番目の）ＬＥＤ１０のフラット導体１１０との接続位置で、図２に示すように、接続子２０の突き刺し片２５をフラット導体１１０に突き刺すと共にＦＦＣ１００に重ねられた平型ヒートパイプ２００の液封入のされていない液封入耳部２１１に突き刺している。

この具体的手順としては以下の通りである。まず、図１における左側２番目のＬＥＤの配置位置において、図２の斜視図に示すように、その一方の接続子２０が突き刺されるフラット導体１１０の裏側部に上述した平型ヒートパイプ２００の液封入耳部２１１を重ねる。なお、この液封入耳部２１１は平型ヒートパイプ２００において作動液の存在しない部分であり、接続子２０を突き刺してもヒートパイプ作動液が漏れ出すことはない。このように一方のフラット導体１１０と液封入耳部２１１を一方の接続子２０の突き刺し片２５によって突き刺した後、その先端を円弧上に折り曲げて加締める。これと同時に、他方のフラット導体１２０を他方の接続子２０の突き刺し片２５によって突き刺した後、その先端を円弧上に折り曲げて加締める。これによって、本実施形態の場合、複数のＬＥＤ１０のアノード側とカソード側が接続されたＦＦＣ１００のうち、少なくとも一つのＬＥＤ１０の配置位置において一方のフラット導体１１０に平型ヒートパイプ２００がこのＬＥＤ１０と共に接続子２０の突き刺し片２５によってピアッシング接続される。

なお、ＬＥＤをフラット導体１１０に接続するにあたって、上述したＬＥＤ１０を用いる代わりに、例えば図３に示すようなリードと突き刺し片の一体化した特別なＬＥＤ４０を用意し、ＬＥＤ４０のリード４１，４２自体に形成された突き刺し片４５，４６をフラット導体１１０に突き刺し、この突き刺し片４５，４６を円弧状に折り曲げてＦＦＣ１００に加締めても良い。

このようにして複数のＬＥＤ１０が接続されたＦＦＣ１００のうち、平型ヒートパイプ２００が接続された部分の断面は図４の断面図に示すようになる。すなわち、このような放熱構造によると接続子２０の突き刺し片２５を介してＦＦＣ１００と平型ヒートパイプ２００が同時に加締められる。これにより各ＬＥＤ１０からの発熱は、フラット導体１１０を介して平型ヒートパイプ２００の液封入耳部２１１から作動液によって図示しないヒートシンク部に伝熱されて放熱される。その結果、ＬＥＤ１０の温度上昇が抑えられ、輝度低下を防止して安定した点灯状態を維持できると共に、従来のバスバー構造に比べランプの小型化に寄与することができる。また、平型ヒートパイプ２００とＦＦＣ１００との同時加締めによりヒートパイプ２００の単独加締め工程を増やす必要もない。

次いで、図５に示すように、このようにＦＦＣ１００に接続されたＬＥＤ１０を図示しないランプフレームの投光位置に合致するようにしながら、ＦＦＣ１００の折り返し部１０５を利用してＦＦＣ１００をベース１５０の各段のランプ取り付け面１５１に密着するように配線する。この時、ＦＦＣ１００の端面に形成された係止切欠き１０１をランプ取り付け面１５１に形成された係止突起１５１ａに係止させることでＦＦＣ１００をベース１５０に正確に位置決め固定できる。このようにして、従来のバスバーと同様な複数のＬＥＤへの給電回路を形成し、従来に比べＬＥＤの位置変更に対して自由度が高く、配線の容易な回路を形成することが可能となる。

次いで、これを図示しないランプフレームに組み込むことによって、ランプフレーム内に収容された多数のＬＥＤ１０の発光に伴う発熱を効果的に放熱するＬＥＤ発光構造体の放熱構造を実現することができる。

すなわち、このような簡単な接続工程によって専用回路としてのバスバーを必要とせず、また、放熱のための表面積も大きくする必要もなく、フラット回路体を介してＬＥＤの放熱を小型の構造で効率的に行うことができるようになる。

なお、ＬＥＤへの給電回路が本実施形態のようにフラット導体である場合、立体的で厚みのあるヒートパイプではランプユニット内へのヒートパイプの収納が不可能な場合もあるが、本実施形態におけるヒートパイプは形状の薄い平型形状のヒートパイプであるので、接続されたフラット回路体の配索の自由度が大きくなり、小型のランプユニット内であっても本実施形態にかかる放熱構造体を収容可能となる。

また、上述した作動液封入タイプの平型形状のヒートパイプが、作動液の存在しない液封入耳部においてフラット導体とともに接続子でピアッシング接続されているので、作動液の漏れのない放熱伝導を行うことができる。

続いて、上述したＬＥＤ発光構造体の放熱構造に関する実施形態の第１変形例について説明する。

図６は、本実施形態の第１変形例を示す接続上面図である。この第１変形例は、図示しないランプフレームのＬＥＤ取り付け位置に平型ヒートパイプ２００を接続子２０によって同時に加締めると平型ヒートパイプ２００がランプフレームに干渉して取り付け困難になる場合の変形例である。この場合、ＬＥＤ１０の接続されていないフラット導体１１０の適所領域において平型ヒートパイプ２００の液封入耳部２１１をフラット導体１１０に接続するように工夫されている。

フラット導体１１０のこのような位置に平型ヒートパイプ２００を接続することで、上述の本実施形態におけるＬＥＤ発光構造体の放熱構造に比べて、フラット導体１１０への平型ヒートパイプ単独の接続工程が増えるが、ＬＥＤ発光構造体の放熱構造に関する設計の自由度が増し、ＬＥＤ発光構造体のランプフレームへの収納が容易になる。

すなわち、ランプフレームに組み込まれるＬＥＤの位置によっては、接続されるヒートパイプが邪魔になる場合もあるが、ＬＥＤ接続個所以外のフラット導体位置でヒートパイプを機械的に接続することで、ヒートパイプの放熱効果を十分維持したままのランプフレームへの組付けが可能になる。

続いて、上述したＬＥＤ発光構造体の放熱構造に関する実施形態の第２変形例について説明する。

図７は、かかる実施形態の第２変形例を示す接続状態の上面図である。この第２変形例において使用される平型ヒートパイプ２００は、その厚さが非常に薄い為、折り曲げ加工が可能となっている。その結果、例えば図７に示すように平型ヒートパイプ２００をＦＦＣ１００の長手方向に折り曲げてＦＦＣ１００と平行に延在させたまま、ＦＦＣ１００と平型ヒートパイプ２００をランプフレームに収納することができるようになり、ランプフレームを容易に組み立てることができるようになる。

以上のようにフラット回路体に接続された平型形状のヒートパイプを自由に折り曲げて放熱配線体として組み込まれることで、フラット回路体の配線自由度を更に高めることができる。

続いて、上述したＬＥＤ発光構造体の放熱構造に関する実施形態の第３変形例について説明する。

この第３変形例においては、図８に示すように平型ヒートパイプ２００をＦＦＣ１００の長手方向に重ねるように接続している。具体的には、図８における最も右のＬＥＤ１０に対応するＦＦＣ１００の領域から図中右側に向かって平型ヒートパイプ２００がＦＦＣ１００の長手方向に完全に重ね合わされるようにＦＦＣ１００の下側にこの平型ヒートパイプ２００の液封入耳部２１１を位置決めし、この状態においてＦＦＣ１００と平型ヒートパイプ２００を接続子２０で同時に加締めている。

平型ヒートパイプ２００をこのように配置することで、ＦＦＣ１００と平型ヒートパイプ２００を重ねた状態でランプフレームに収納することができるようになり、放熱性の高いＬＥＤ発光構造体を小型のランプフレームに収容することができるようになる。

なお、このようなフラット回路体構造では、ＬＥＤと共に制御用電子部品もこのフラット回路体に実装することも可能である。そのため、上述したＬＥＤ発光構造体の放熱構造に関する実施形態の第４変形例として、ここでは図示しないが、ＬＥＤ１０の代わりに又はＬＥＤ１０に加えて、例えばサイリスタやパワートランジスタなどの電子部品をフラット導体１１０，１２０に接続すると同時に平型ヒートパイプ２００を接続子で加締めて、これらを一緒にピアッシング接続するようにしても良い。

このように、制御用の電子部品をフラット導体に接続子を介してピアッシング接続すると同時に、この接続子を介してこのフラット導体部分にヒートパイプを接続できれば、電子部品の放熱を図るとともに共にヒートパイプの接続工数を低減することができる。

以上のようにサイリスタやパワートランジスタなどの発熱型電子部品の発熱を効率的に放熱することも本発明では可能である。

なお、本発明は、発光体としてＬＥＤを、フラット回路体としてＦＦＣを用いた場合について説明してきたが、通常のランプやＦＰＣ（フレキシブルプリント回路板）、打ち抜きパターンＦＦＣ等のフラット導体を用いた発光構造体であっても、本発明によって小型で効率的な放熱や設計の自由度等その効果を十分発揮することができる。

また、ヒートパイプを接続するフラット導体回路がプラス側である場合には、絶縁フィルム等で包まれたヒートパイプをピアッシング接続するか、接続されたヒートパイプをフィルム等で絶縁しても良い。

本発明によるＬＥＤ発光構造体の放熱構造は、上述した車両用ワイヤハーネスに備わったＬＥＤ発光構造体の放熱構造に特に適しているが、本発明の利用分野は必ずしもこれに限定されず、鉄道車両やコピー機等のＯＡ機器や事務機、ビルや家屋のＬＥＤ光源を使用した表示装置等に広く本発明を利用することが可能である。

本発明の一実施形態によるＦＦＣとヒートパイプの接続構造を示した上面図である。 本発明の一実施形態によるＦＦＣとヒートパイプの接続直前の状態を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に利用可能な突き刺し片一体型ＬＥＤの斜視図である。 図２における接続後の状態を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤが実装されたＦＦＣのランプベースへの取り付け直前の状態を示した組立斜視図である。 本発明の一実施形態の第１変形例を示すＦＦＣとヒートパイプの接続上面図である。 本発明の一実施形態の第２変形例を示すＦＦＣとヒートパイプの接続上面図である。 本発明の一実施形態の第３変形例を示すＦＦＣとヒートパイプの接続上面図である。 従来のＬＥＤヘッドの放熱構造の一例を示す斜視図である。 従来のＬＥＤ発光構造体のバスバー配線の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤ
１１，１２ リード
２０ 接続子
２５ 突刺し片
２６ 凹部
４０ ＬＥＤ
４１，４２ リード
４５，４６ 突き刺し片
６１ レンズアレイ
６２ レンズホルダ
６３ 回路基板
６４ 導体パターン
６５ 放熱板
７６ ランプボデー
７７ バスバー
７９ ベース
８１ 層間接続用リード線
８２ 給電用リード線
１００ ＦＦＣ（フラット回路体）
１０１ 係止切欠き
１０５ 折り返し部
１１０，１２０ フラット導体
１５０ ベース
１５１ ランプ取り付け面
１５１ａ 係止突起
２００ 平型ヒートパイプ
２１１ 液封入耳部

Claims (6)

1. 複数のＬＥＤのアノード側とカソード側がフラット回路体のフラット導体にそれぞれ接続されたＬＥＤ発光構造体の放熱構造であって、
   放熱ヒートパイプが少なくとも何れか一方の前記フラット導体に前記ＬＥＤの少なくとも一つと共に突き刺し片によってピアッシング接続されていることを特徴とするＬＥＤ発光構造体の放熱構造。
2. 前記放熱ヒートパイプが、前記ＬＥＤと共にピアッシング接続することに代えて、前記フラット導体の、当該ＬＥＤが接続された個所以外の個所において突き刺し片によってピアッシング接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造。
3. 前記放熱ヒートパイプは、平型形状のヒートパイプであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造。
4. 前記平型形状のヒートパイプが、所定箇所において折り曲げて形成されることを特徴とする、請求項３に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造。
5. 前記フラット導体と接続される前記平型形状のヒートパイプの接続個所が作動液の存在しない液封入耳部であることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載のＬＥＤ発光構造体の放熱構造。
6. 複数のＬＥＤのアノード側とカソード側がフラット回路体のフラット導体にそれぞれ接続されたＬＥＤ発光構造体の放熱構造であって、
   前記ＬＥＤ発光構造体の前記ＬＥＤが接続されたフラット回路体のフラット導体に前記放熱ヒートパイプが電子部品と共に突き刺し片によってピアッシング接続されていることを特徴とするＬＥＤ発光構造体の放熱構造。

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