JP2007042669A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属プリント配線板を用いた光源装置の信頼性の向上を図る。
【解決手段】 片面側に導体パターンを備える金属プリント配線板２０であって、前記導体パターンが、プリント配線板の一端部に形成される一対の端子用パターン２２を含む、金属プリント配線板２０と、前記金属プリント配線板２０に実装される光源１０と、及び前記金属プリント配線板に取り付けられ、前記金属プリント配線板の前記一端部の裏面側を被覆する絶縁性の筐体３０とを備える光源装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明はプリント配線板を使用する光源装置に関する。詳しくは、プリント配線板上に形成される回路部品の導通方法の改良に関する。

プリント配線板を使用する装置における導通方法として、ピンの挿入やプリント配線板の両面に導体パターンを形成することによって裏面側を介して導通を取る方法が頻用されている。また、実装面側の導体パターンにコネクタを接続することによって、実装面側で導通を取る方法も用いられている。
ところで、ＬＥＤランプ等の光源を内蔵した装置では、近年の高輝度化に伴い通電量が増加し、発熱の問題が顕著になってきている。そこで放熱性を高めるために、このような装置においては金属プリント配線板などの放熱基板が使用される。金属プリント配線板では、ショートの問題があるため、ピンの挿入や両面導体パターンを利用した導通方法は現実的でない。従って金属プリント配線板を使用する場合は通常、実装面側にコネクタを接続する方法によって回路部品と導通を取ることになる。当該導通方法を採用する構成は例えば特許文献１に開示されている。

特開２００５−１２３５５９号公報

金属プリント配線板の実装面側にコネクタを接続する場合、コネクタをプリント配線板の導体パターンにハンダ付け等して電気的に接続することになる。しかしながらこのような構成では使用に伴いプリント配線板とコネクタとの接合部にストレスがかかり、接触不良等が発生するおそれがある。また、この導通方法では、例えばバルブの接続において一般に使用されているソケット（端子）や、プリント配線板挿入用のソケット（端子）など、汎用的な端子に対してコネクタを直接接続して導通を取ることができない。

上記課題を解決するために、本発明は次の構成からなる。即ち、
片面側に導体パターンを備える金属プリント配線板であって、前記導体パターンが、金属プリント配線板の一端部に形成される一対の端子用パターンを含む、金属プリント配線板と、
前記金属プリント配線板に実装される光源と、及び
前記金属プリント配線板に取り付けられ、前記金属プリント配線板の前記一端部の裏面側を被覆する絶縁性の筐体と、を備える光源装置である。

本発明の構成では金属プリント配線板の一端部において片面側（実装面側）に一対の端子用パターンが形成され、裏面側は絶縁性の筐体で被覆される。このように形成された端子部では、端子用パターンが形成される側と反対側の面の絶縁性を確保できることから、その接続相手として汎用的な端子（ソケット）を利用可能となる。即ち、プリント配線板の一部に形成された端子部を汎用的な端子に直接挿入し、導通を取ることが可能となる。
一方、本発明の構成では、従来の構成において信頼性の低下の原因となるストレスに弱い構造（プリント配線板とコネクタとの接合部のハンダ部分）が端子部にないため信頼性の高い装置となる。
以上のように本発明の構成によれば、金属プリント配線板の使用によって高い放熱性を得つつ、汎用性の向上、及び信頼性の向上を達成できる。また、本発明の構成では金属プリント配線板を汎用的なソケットに直接接続することが可能となることから、部品点数の削減、光源装置を組み立てる際の作業性の向上といった効果も奏される。

（金属プリント配線板）
本発明では金属プリント配線板が使用される。これによって、金属プリント配線板を介して光源の熱の一部を効率的に放散することができ、放熱特性が向上する。金属プリント配線板は一般に、銅、アルミ、鉄などからなる金属板の表面に絶縁層を被覆した後、銅メッキなどで導体パターンを形成することによって作製される。このような金属プリント配線板では、熱の良導体である金属芯の存在によって高い放熱性が得られる。

金属プリント配線板の片面側には導体パターンが形成されている。回路構成に応じて所望の導体パターンが形成される。但し、本発明の構成では、金属プリント配線板の一端部（以下、「端子部」ともいう）には一対の端子用パターンが形成される。そして、端子用パターンが形成される当該一端部（端子部）をソケットなどに差し込むことによって、金属プリント配線板上の回路部品の導通が取られることになる。
一対の端子用パターンを対称の位置関係で端子部に形成することもできるが、非対称の位置関係で形成することが好ましい。即ち、端子用パターンの中間位置が端子部の中央から左右いずれかの方向にずれているように形成することが好ましい。このように端子用パターンの位置をずらすことによって、端子部を誤って逆挿入したときに通電することを防止できる。

導体パターン上には光源が実装される。光源として、ＬＥＤランプ（砲弾型ＬＥＤランプや表面実装型（ＳＭＤ）ＬＥＤランプ）、ＬＥＤチップ単体、ＬＤパッケージ、ＬＤチップ単体などが用いられる。導体パターン上には、回路構成に対応して、光源駆動用デバイスが実装される。光源駆動用デバイスとしては抵抗、ダイオード、トランジスタなど、回路構成に応じたデバイスが用いられる。
導体パターンにおいて光源が実装される領域と、光源駆動用デバイスが実装される領域とを離間して配置することが好ましい。光源駆動用デバイスの熱が直接又は導体パターンを介して光源へと伝導することを抑制するためである。特に、光源駆動用デバイスの中で発熱量の大きいもの（例えば抵抗）が光源から可能な限り離れて配置されるように導体パターンを形成することが好ましい。

本発明では金属プリント配線板を使用するため、光源駆動用デバイスの熱がプリント配線板内（又は表面）を通って光源に伝熱するおそれがある。このような熱伝導を抑制するため、金属プリント配線板において光源の実装領域と光源駆動用デバイスの間の位置にスリット状貫通孔等の熱伝導に対する障壁を設けておくことが好ましい。

金属プリント配線板には筐体が取り付けられる。筐体は、金属プリント配線板の端子部の裏面側を被覆する部分を備える。筐体に被覆されることによって、端子部の裏面上に絶縁層が形成された状態となる。
筐体は絶縁性材料で構成される。例えば、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＢＴ樹脂、絶縁性セラミックスなどを筐体の材料として用いることができる。筐体を介した効率的な放熱を可能とするために、放熱性に優れた樹脂を採用することが好ましい。この観点から例えば放熱性のＰＢＴ樹脂、金属酸化物で表面被覆された粒子状の金属フィラーを含有するポリエステル系樹脂やナイロン系樹脂等で筐体を構成するとよい。筐体は、それによって被覆された部分の絶縁性を確保できればよく、例えば表面のみが絶縁性材料で構成されるようなものであってもよい。

金属プリント配線板の裏面側において、端子部以外の領域については筐体で被覆されていないことが好ましい。当該領域からの放熱を妨げないようにするためである。このように、金属プリント配線板の端子部の裏面側のみを絶縁性筐体で被覆されるように構成することで、高い放熱特性を達成しつつ端子部の裏面側の絶縁性を確保することができる。尚、高い放熱性を得るためには金属プリント配線板の裏面側はできるだけ露出していることが好ましいが、十分な放熱性が得られる場合に端子部以外の領域の一部を筐体が被覆する構成とすることを妨げるものではない。

光源の保護、配光制御などを目的として、光源の上方は通常、透光性のカバーで覆われるが、このようなカバーの機能を筐体に付与してもよい。即ち、筐体の一部をカバーとして利用することもできる。このようにカバー一体型の筐体を使用すれば、部品点数が減少し構成が簡略化することや、カバーと筐体の取付けを一度に行うことができることなど、利点が多い。
例えば、透光性材料（例えば透明樹脂）を用いれば、このようなカバー一体型の筐体を作製することができる。透光性が不要な部分又は透光性であることが好ましくない部分については、例えば非透光性材料をその表面に印刷、塗布、メッキなどすればよい。勿論、透光性が必要な部分とそれ以外の部分を別の材料で形成することにしてもよい。
光源のカバーとして利用される部分にレンズを形成し、配光制御を行っても良い。このような構成によれば、別途レンズを設ける必要がない。また、筐体と金属プリント配線板との固定によってレンズ位置も自ずと定まるため、レンズ位置の調整が容易である。
以下、図面を参照しながら、本発明の構成をより詳細に説明する。

本発明の実施例である光源装置１を図１〜図６に示す。図１は光源装置１の斜視図、図２は同平面図、図３は同正面図、図４は同側面図、図５は図１のＡ−Ａ線位置での断面図、図６は図１のＢ−Ｂ線位置での断面図である。光源装置１は白色系の光を放出し、例えば車両用マップランプなどの光源として使用される。以下、各図面を参照しながら光源装置１の構成を説明する。

光源装置１は大別して表面実装型発光ダイオード装置（以下、「ＬＥＤランプ」という）１０、金属プリント配線板２０、筐体３０、及びカバー４０から構成される。
ＬＥＤランプ１０は、白色系の外装樹脂で形成されるカップ状部に青色発光ＬＥＤチップを配置し、ＬＥＤチップを被覆するようにカップ状部に封止樹脂を充填してなる表面実装型発光ダイオード装置である。封止樹脂内には黄色系蛍光体（例えばＹＡＧ）が分散されており、これによってＬＥＤチップの光の一部で蛍光体が励起されて黄色光が生じる。その結果、当該黄色光とＬＥＤチップの青色光が混合して白色光が生成される。このようにしてＬＥＤランプ１０は白色光を放出する。

金属プリント配線板２０はいわゆるメタルコアプリント配線板であって、銅板の片面側（実装面側）に絶縁層が被覆され、さらにその上には銅メッキで導体パターン（図示せず）が形成されている。導体パターンの所定位置にＬＥＤランプ１０及び他の回路部品１１が実装されている。プリント配線板の一端部（端子部）２１には、導体パターンの一部として、一対の端子用パターン２２が形成されている。端子用パターン２２が外部接続用の端子として機能する。即ち、金属プリント配線板２０の端子部２１を、接続相手であるソケットに差し込むことによって、端子用パターン２２を介した電気的接続が確立されることになる。尚、端子部２１は汎用的なソケットに適合するようにその形状及び大きさが設計されている。また、端子用パターン２２の間隔は汎用的なソケットに適合するように約４ｍｍとした。

筐体３０は放熱性のＰＢＴ樹脂からなる平板状部材である。筐体３０は金属プリント配線板２０の裏面側に張り合わされるように樹脂製ネジ１５を用いて固定されている。このように構成することによって、金属プリント配線板２０から筐体３０へと熱の受け渡しが効率的に行われ、もって筐体表面を介した放熱作用が良好に発揮される。

カバー４０は無色透明のアクリル系樹脂からなる。カバー４０の上面側ほぼ中央領域は凸レンズ形状に成形されておりレンズ部４１を構成する。一方でカバー４０の裏面側は縁部を除いて一段凹んだ形状を有する。カバー４０は裏面側を下にして金属プリント配線板２０の実装面上に載置された後、四隅に穿孔された孔を利用して樹脂製ネジ１５によって金属プリント配線板２０に固定される。尚、金属プリント配線板２０と筐体３０にはそれぞれ、カバー４０の固定用孔に対応する位置に同様の固定用孔が穿孔されており、これらの固定用孔を利用して樹脂製ネジ１５はカバー４０、金属プリント配線板２０、及び筐体３０を相互に固定する。尚、樹脂製ネジ１５による固定は例えば熱かしめによって行うことができる。

以上の構成からなる光源装置１では、金属プリント配線板２０に形成された端子部２１をソケットに差し込むことによって、端子部２１を介した電気的接続が確立され、ＬＥＤランプ１０から白色光が放出される。放出された白色光はカバー４０を通過する際にレンズ部４１によって収斂される。その結果、照射範囲が絞られた指向性の高い光が光源装置１から放射する。尚、カバー４０にレンズ部４１を形成するのではなく、配光制御用のレンズを別体として備える構成としてもよい。

上記のように光源装置１では、金属プリント配線板２０の一部に形成された端子部２１をソケットに差し込むことによって、金属プリント配線板２０に実装された回路部品の導通が取られる。金属プリント配線板２０の裏面側を絶縁性の筐体３０で被覆したことによって、ショートのおそれなく、このような導通が可能となる。
ここで、金属プリント配線板２０の一部を端子部２１としたことによって外部衝撃に強い端子部が形成される。従って、ソケットへの挿入及びソケットからの抜き取りの際に端子部が損傷し、接触不良などが発生することを防止できる。このように、光源装置１では端子部２１を介した信頼性の高い電気的接続を確立することができる。また、このように外部衝撃に強い構造の端子部２１を備えることによって、光源装置１はその取り扱いが容易な装置となる。
一方、上記のように、汎用的なソケットに適合するように端子部２１を構成したことによって、接続相手として汎用的なソケットを利用することができる。従って、光源装置１は汎用性が高く且つ使い勝手の良い装置となる。尚、金属プリント配線板２０の一部を端子部２１として利用することができる構成としたことによって、このような汎用的なソケットに適合する端子部を構成することが可能になるものである。

以上のように光源装置１は、金属プリント配線板２０の使用によって高い放熱性を得つつ、汎用性が高く、信頼性に優れ、さらに取り扱いも容易な装置となる。また、光源装置１は簡易な構成によってこのような優れた機能を実現しているものであり、安価な提供が可能となる。

本発明の他の実施例を図７〜図１０に示す。図７はこの実施例の光源装置２の斜視図、図８は図７のＣ−Ｃ線位置での光源装置２の断面図、図９は光源装置２の裏面図、図１０は光源装置２の組立前の状態を示す斜視図である。以下の説明において光源装置１と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。また、特に言及しない事項については光源装置１における説明が援用される。

光源装置２では一端側の幅が狭くなるように成形された金属プリント配線板２５が使用される。金属プリント配線板１５の狭幅部の縁には、導体パターンの一部として、一対の端子用パターン２７が形成されている。このように光源装置２では、金属プリント配線板１５の狭幅部が端子部２６となる。
一対の端子用パターン２７は、それら中間点が光源装置１の中心軸ｘ上に位置しないように形成されている。換言すれば、端子用パターン２７の中間位置が金属プリント配線板２５の狭幅部の中心線からずれている。このように非対称の位置関係で端子用パターン２７を設けることによって、端子部２６を誤ってソケットに逆挿入したときに通電することを防止できる。
尚、端子部２６は汎用的なソケットに適合するようにその形状及び大きさが設計されている。また、端子用パターン２７の間隔は汎用的なソケットに適合するように約４ｍｍとした。

ＬＥＤランプ１０等が実装された金属プリント配線板２５は、筐体を兼ねたカバー４２内に収納される。カバー４２は、絶縁性材料である無色透明のアクリル系樹脂からなる。また、カバー４２は大別して、金属プリント配線板２５の一部が収納される中空部分（以下、「収納部４３」という）と、それに連続する平板突起状部分（以下、「突起部４４」という）とから構成される。収納部４３の入り口の両側には爪４５が備えられている。図１０に示すように金属プリント配線板２５の広幅部をカバー４２の収納部４３に挿入した後、爪４５を熱かしめによって溶融することによって、金属プリント配線板２５がカバー４２に固定される（図７の状態）。

図７に示すように、カバー４２によって、金属プリント配線板２５の狭幅部（端子部２６）の裏面側が被覆される。これによって、ショートのおそれなく、金属プリント配線板２５の端子部２６をソケットに差し込むことによって、金属プリント配線板２５に実装された回路部品の導通が取られる。
一方、カバー４２の収納部４３の裏面側は、縁部を除いて開口している（図７を参照）。このよう開口部４６を設けたことによって、金属プリント配線板２５がカバー４２に収納、固定された際、金属プリント配線板２５の広幅部の裏面側の大部分が露出する。これによって、金属プリント配線板２５の裏面側を介した放熱が効率的に行われ、放熱特性が向上する。

以上の構成の光源装置２では、上記の通り、金属プリント配線板２５の狭幅部の裏面側を絶縁性のカバー４２で被覆したことによって、当該狭幅部がソケットに対する端子部２６となる。これによって、簡易で信頼性の高い電気的接続の確立が可能となる。また、外部衝撃に強い構造の端子部２６を備えることによって、光源装置２はその取り扱いが容易な装置となる。さらには、接続相手として汎用的なソケットを利用することが可能となる。加えて、筐体を兼ねたカバー４２を用いたことによって小型の装置となる。また、部品点数も少なくなり、製造コストの低減化、製造工程の簡易化も達成できる。
一方で、金属プリント配線板２５を使用することで高い放熱特性が得られることに加えて、金属プリント配線板２５の裏面側の多くを露出してその放熱効率を高めたことから、極めて放熱特性に優れた装置となる。また、端子用パターン２７を非対称な位置に形成したことによって、端子部２６を誤ってソケットに逆挿入したときに通電することを防止でき、安全性の向上も図られる。
尚、光源装置２では、ＬＥＤランプ１０から放出された白色光がカバー４２を通り外部放射することになるが、上記実施例の光源装置１のカバー４０と同様にカバー４２にレンズ効果を付与することでカバー４２による配光制御を行ってもよい。

本発明の光源装置は、例えば車両室内照明用光源、居室内照明用光源として利用することができる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

実施例の光源装置１の斜視図である。 光源装置１の平面図である。 光源装置１の正面図である。 光源装置１の側面図である。 図１のＡ−Ａ線位置での断面図である。 図１のＢ−Ｂ線位置での断面図である。 他の実施例の光源装置２の斜視図である。 図７のＣ−Ｃ線位置での断面図である。 光源装置２の裏面図である。 光源装置２の組立前の状態を示す斜視図である。

符号の説明

１、２ 光源装置
１０ 表面実装型ＬＥＤランプ
２０、２５ 金属プリント配線板
２１、２６ 端子部
２２、２７ 端子用パターン
３０ 筐体
４０、４２ カバー
４３ カバーの収納部
４５ 金属プリント配線板固定用の爪

Claims (6)

1. 片面側に導体パターンを備える金属プリント配線板であって、前記導体パターンが、金属プリント配線板の一端部に形成される一対の端子用パターンを含む、金属プリント配線板と、
   前記金属プリント配線板に実装される光源と、及び
   前記金属プリント配線板に取り付けられ、前記金属プリント配線板の前記一端部の裏面側を被覆する絶縁性の筐体と、
   を備える光源装置。
2. 前記金属プリント配線板の裏面側において、前記一端部を除く領域の少なくとも一部が前記筐体で被覆されない、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記一対の端子用パターンの中間位置が、前記金属プリント配線板の前記一端部の中央からずれている、請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記筐体が、前記光源の上方を覆う透光性部分を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記透光性部分にレンズが形成されている、請求項４に記載の光源装置。
6. 光源装置用の金属プリント配線板であって、
   片面側の一端部に一対の端子用パターンを備え、
   該一端部が、ソケットに直接挿入されるコネクタ部となる金属プリント配線板。

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