JP2010182486A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子で発生する熱のヒートシンクへの伝熱効率を高めて放熱効果を高めることを可能にした小型の車両用灯具を得る。
【解決手段】 発光素子３０を搭載した回路基板３をヒートシンク２に支持し、発光素子３０から出射した光を反射するリフレクタ４を備える。回路基板３は表面に発光素子３０を搭載するとともに当該発光素子３０に接続された導電膜３２を備え、導電膜３２はヒートシンク２に密接した状態で支持される。発光素子３０の熱は導電膜３２からヒートシンク２に伝熱されて放熱される。導電膜３０はヒートシンク２に密接されており、導電膜３２からヒートシンク２への伝熱性が高められ、放熱性が向上される。
【選択図】 図６

Description

本発明はＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を光源とする車両用灯具に関し、特に発光素子の放熱効果を高めた車両用灯具に関するものである。

近年の車両用灯具として光源にＬＥＤを採用するものが提供されている。ＬＥＤは半導体で形成されているため発光時に発生する熱によってＬＥＤ自体の温度が上昇すると発光特性が低下し、灯具全体の光度が低下してしまう。また、ＬＥＤが劣化して寿命が短くなるおそれもある。そのため、従来からＬＥＤの放熱効果を高めるようにした種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１では、ＬＥＤをヒートシンクの表面に搭載してホルダで固定することで、ＬＥＤで発生した熱を直接ヒートシンクに伝達して放熱を行う技術が提案されている。また、ＬＥＤに給電を行うためにヒートシンクの別の場所に給電用のプリント基板を搭載し、ホルダに設けた金属配線体によってＬＥＤとプリント基板とを電気接続している。

また、特許文献２では、ＬＥＤをプリント基板に搭載した上で、このプリント基板をヒートシンクに搭載し、ＬＥＤで発生した熱をプリント基板に伝熱し、さらにヒートシンクに伝達した上でヒートシンクから放熱している。

特開２００８−１８６７９６号公報 特開２００４−５５２２９号公報

特許文献１の技術はヒートシンク上にそれぞれＬＥＤとプリント基板を搭載し、ＬＥＤとプリント基板とをホルダの金属配線体で電気接続しているため、構成部品点数が多くなるとともにヒートシンクにはこれらＬＥＤとプリント基板を搭載するための面積を確保する必要がありヒートシンクが大型化し、小型の灯具には適用が難しい。特許文献２の技術は部品点数の削減とヒートシンクの小型化を図る上では有利であるが、プリント基板は絶縁板を主体に構成されているため、ＬＥＤからプリント基板、さらにヒートシンクに向けての熱の伝達効率が低く、十分な放熱効果が得られないという問題がある。

本発明の目的は、プリント基板等の回路基板にＬＥＤ等の発光素子を搭載して小型化を実現する一方で発光素子からヒートシンクへの伝熱効率を高めて放熱効果を高めることを可能にした車両用灯具を提供するものである。

本発明は、光源としての発光素子と、発光素子を搭載した回路基板と、回路基板を支持するヒートシンクとを備える車両用灯具であって、回路基板は表面に発光素子を搭載するとともに当該発光素子に接続された導電膜を備え、当該導電膜がヒートシンクに密接した状態で当該ヒートシンクに支持されていることを特徴とする。

本発明においては、次の形態とすることが好ましい。
（１）ヒートシンクには発光素子を露呈させるための窓が開口されており、露呈された発光素子から出射される光を反射するリフレクタがヒートシンクに支持される。
（２）回路基板の表面には発光素子以外の電子素子が搭載されていない。
（３）導電膜は伝熱性のある絶縁層を介してヒートシンクに密接される。

また、本発明は、ランプハウジング内に複数のランプが内装された複合型の車両用灯具であって、少なくとも１つのランプを前記本発明の灯具で構成し、当該１つのランプは他のランプから出射される光を邪魔しない位置に配設される。

本発明によれば、発光素子で発生した熱は回路基板の導電膜に伝熱され、さらにヒートシンクに伝熱されてヒートシンクから放熱される。導電膜はヒートシンクに密接した状態とされるため、導電膜からヒートシンクへの伝熱性が高められ、放熱性が向上される。

ここで、回路基板に搭載された発光素子はヒートシンクに設けた窓を通して露呈され、発光した光をヒートシンクに支持したリフレクタによって反射して光照射が可能になる。回路基板の表面には発光素子以外の電子素子を搭載していないので、導電膜の全面をヒートシンクに密接でき、伝熱性を高めて放熱性を向上する。導電膜は伝熱性のある絶縁膜を介してヒートシンクに密接されるので、伝熱効果を高める一方で導電膜がヒートシンクに電気的に短絡することはない。

本発明によれば、本発明のランプを含む複数のランプで複合型のランプを構成した場合でも、本発明のランプ及び他のランプのそれぞれから照射される光の配光に影響を与えることがない。

実施形態１のデイタイムランニングランプを備えるヘッドランプの一部を破断した概略正面図。 図１のII−II線に沿う概略断面図。 図１のIII − III線に沿う概略断面図。 デイタイムランニングランプの一部の概略構成を示す外観斜視図。 デイタムランニングランプのランプユニットの部分分解斜視図。 ランプユニットの拡大断面図。 実施形態２の断面図。 実施形態３の断面図。 実施形態４の断面図。 実施形態５の断面図。 実施形態６の概略構成を示す部分分解斜視図。

（実施形態１）
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明を自動車のヘッドランプＨＬに適用した実施形態１の概略正面図、図２は図１のII−II線に沿う概略断面図、図３は図１のIII − III線に沿う概略断面図である。容器状をしたランプボディ１１と、ランプボディ１１の前面開口に取着された透明樹脂からなる前面カバー１２とでランプハウジング１が構成されており、このランプハウジング１の内部にハイビームランプＨｉＬとロービームランプＬｏＬとデイタイムランニングランプＤＲＬが内装されている。ハイビームランプＨｉＬはハロゲンバルブを光源としたプロジェクタ型ランプとして構成され、ロービームランプＬｏＬは放電バルブを光源とした同じくプロジェクタ型ランプとして構成されており、いずれも発光素子を光源とする本発明との関係が少ないのでこれらの内部構成についての詳細な説明は省略する。これらハイビームランプＨｉＬとロービームランプＬｏＬはランプハウジング１内に配設された疑似リフレクタとしてのエクステンション１３に左右に並んで開口された２つの円形窓１３ａ，１３ｂにそれぞれ臨んで配設されている。前記デイタイムランニングランプ（以下、ＤＲランプと称する）ＤＲＬは本発明が適用されたランプであり、前記エクステンション１３に下辺に沿って開口された横長のランプ開口窓１３ｃに臨んで配設されている。このＤＲランプＤＲＬはハイビームランプＨｉＬやロービームランプＬｏＬを点灯したときに、これらのランプＨｉＬ，ＬｏＬから出射される光が自動車の前方を照射する際の邪魔にならない位置に配設されている。

前記ＤＲランプＤＲＬは、図２に示すように、複数個、ここでは８個のランプユニットＬＵをヘッドランプＨＬのランプ光軸Ｌｘと垂直な水平方向に沿って配列した構成であり、図４にその一部の外観斜視図を示すように、各ランプユニットＬＵをヘッドランプＨＬの前面形状に沿ってランプ光軸Ｌｘに段階的にずらして配置している。図５はこれらランプユニットＬＵのうち、１つのランプユニットＬＵの部分分解斜視図、図６は拡大断面図である。アルミニウム等の熱伝導性の高い金属板を加工したヒートシンク２と、このヒートシンク２の下側に支持されて光源としてのＬＥＤ３０を搭載したプリント基板３と、前記ヒートシンク２の上側に支持されたリフレクタ４とで構成されている。ヒートシンク２は矩形の金属板の後縁部２２を上方に曲げたＬ字断面形状に形成しており、この後端部２２において前記ランプボディ１１の一部にネジ２３によって固定支持されている。前記ヒートシンク２の平面部２１の所定位置には板厚方向に貫通されたＬＥＤ窓２４が開口されている。

前記プリント基板３は所要形状をした絶縁板３１の表裏両面にそれぞれ銅箔等からなる導電膜３２，３３が一体に形成されている。また、プリント基板３の表面には前記ヒートシンク２のＬＥＤ窓２４に対応して光源としてのＬＥＤ３０が搭載され、表面の導電膜３２に半田付け等によって電気接続され、この導電膜３２を通してＬＥＤ３０への給電が行われる。ここで、表面の導電膜３は絶縁板３１の上面の可及的に広い範囲にわたって形成されている。前記絶縁板３１には板厚方向に貫通する複数のスルーホール３４が形成されており、表面の導電膜３２と裏面の導電膜３３とを相互に電気接続している。なお、表面の導電膜３２には伝熱性の高い絶縁膜３５、例えば絶縁レジスト膜や伝熱性の高い絶縁シートを被着状態に形成しており、導電膜３２の表面を絶縁保護している。

そして、前記プリント基板３は、前記ヒートシンク２の平面部２１の下面に沿って配設された状態でヒートシンク２にネジ３６とナット３７とで固定支持されている。この支持された状態ではプリント基板３の表面に搭載されたＬＥＤ３０は前記ヒートシンク２のＬＥＤ窓２４内に配置され、ＬＥＤ３０の発光面はヒートシンク２の上面側に露呈される。また、プリント基板３の表面の導電膜３２は絶縁膜３５を介してヒートシンク２の平面部２１の下面に密接されるが、絶縁膜３５によって導電膜３２とヒートシンク２との電気的な短絡は防止される。

前記リフレクタ４は前記ヒートシンク２の上面に前記プリント基板３と共に前記ネジ３６とナット３７により固定支持されている。リフレクタ４はヒートシンク２に固定支持したときにＬＥＤ３０を焦点とする回転放物面を一部に有し、前面側を開口したやや偏平な半割り容器状をしたリフレクタ部４１と、このリフレクタ部４１から後方に向けて突出されたフランジ部４２とを備えており、このフランジ部４２において前記ヒートシンク２に固定支持されている。リフレクタ部４１の内面は例えばアルミニウムめっき等の光反射面となるような表面処理が施されている。

なお、ここで前記ＬＥＤ３０の給電回路を構成するのに必要とされる複数の抵抗器は前記プリント基板３には搭載しておらず、これらの抵抗器は、図１に示すように、別に設けた第２のプリント基板５に搭載して前記プリント基板３に対して電気コード６で電気接続している。また、図示は省略するが８個のランプユニットＬＵの各プリント基板３は相互に電気コードで接続され、前記第２のプリント基板５に電気接続され、この第２のプリント基板５を介して車載バッテリに電気接続されている。そのため、各ランプユニットＬＵにおいては、プリント基板３の少なくとも表面の導電膜３２にはＬＥＤ３０以外の電子部品は搭載されておらず、表面は平坦にされ前記ヒートシンク２の下面に対して密接される。前記第２のプリント基板５はヘッドランプＨＬの外部に露見されることがないように前記エクステンション１３によって覆い隠されるランプハウジング１内の空いたスペースにおいてランプボディ１１に固定支持されている。

このヘッドランプＨＬによれば、昼間走行時にＤＲライトＤＲＬを点灯すると、８個のランプユニットＬＵの各ＬＥＤ３０は発光され、図６に示すように、各ＬＥＤ３０から出射された光はそれぞれＬＥＤ窓２４を通してリフレクタ４の内面に投射され、ここで反射されてランプ光軸Ｌｘに沿った自動車の前方に向けて出射される。これらの光はエクステンション１３に設けたランプ開口窓１３ｃを通して自動車の前方に照射される。ＬＥＤ３０の発光に伴って各ＬＥＤ３０には熱が発生するが、発生した熱の一部は輻射熱としてリフレクタ４に伝熱され、リフレクタ４の外面から放熱されるとともにリフレクタ４を固定しているヒートシンク２に伝熱され、ヒートシンク２から放熱される。また、ＬＥＤ３０で発生した熱の他の一部は搭載しているプリント基板３に伝熱され、さらにプリント基板３を固定しているヒートシンク２に伝熱され、ヒートシンク２から放熱される。ヒートシンク２は後縁部２２を上方に曲げているることによりヒートシンク２の平面面積を小さくしながらもその一方で全体の表面積を大きくし、ヒートシンク２における放熱効果を高めることが可能である。

ここで、ＬＥＤ３０は表面の導電膜３２に搭載されているので、ＬＥＤ３０からの熱は効率良く表面の導電膜３２に伝導熱されることになる。そして、表面の導電膜３２に伝熱された熱はプリント基板３のほぼ全面にわたって拡散状態に伝熱されるとともに、表面の導電膜３２はほぼ全面においてヒートシンク２の平面部２１の下面に密接状態で対向されているのでヒートシンク２への伝熱性が高められ、放熱効果が高められる。このとき、プリント基板３の表面の導電膜３２は絶縁膜３５によりヒートシンク２との電気短絡が防止されているが、絶縁膜３５を構成している絶縁レジストや絶縁シートは薄く、しかも伝熱性の高い素材を用いているのでプリント基板３からヒートシンク２への伝熱性が抑制されることはない。

これに加えて、プリント基板３では表面の導電膜３２に伝熱された熱の一部はスルーホール３４を通して裏面の導電膜３３に伝熱される。裏面の導電膜３３はほぼ全面が露呈されているので、裏面の導電膜３３に伝熱された熱はその表面の全面において放熱されることになり、放熱効果をさらに高めることになる。

したがって、プリント基板３にＬＥＤ３０を搭載することでランプユニットＬＵないしはＤＲランプＤＲＬの平面面積が増加することを防止する一方で、プリント基板３を介してのＬＥＤ３０の放熱効果を高めることができる。これにより、特許文献１に比較して部品点数を削減した小型のランプが構成できるとともに、特許文献２に比較して放熱効果の高いランプ、換言すればＬＥＤの熱劣化による光度の低下が生じることがないランプが構成できる。

（実施形態２）
図７は実施形態２の断面図であり、実施形態１と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態２は、プリント基板３の裏面の導電膜３３に絶縁膜３８を介して金属板からなる第２のヒートシンク２Ａを密接させ、これらをネジ３６及びナット３７によりヒートシンク２やリフレクタ４に共締めした構成とし、第２のヒートシンク２Ａによる熱容量の増大と放熱面積の増大とによって裏面の導電膜３３における放熱効果をさらに高めることが可能になる。この第２のヒートシンク２Ａは絶縁性の接着剤によって裏面の導電膜３３に接着してもよい。さらに、図示は省略するが、プリント基板３に形成するスルーホール３４の数を増やして表面の導電膜３２から裏面の導電膜３３への伝熱経路数を増大して裏面の導電膜３３への伝熱効率を高めて放熱効果を高めるようにしてもよい。

（実施形態３）
図８は実施形態３の断面図であり、実施形態１と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態３はプリント基板の表面の導電膜３２のみでも十分な放熱が確保できる場合には、絶縁板３１の表面にのみ導電膜３２を有する片面プリント基板３Ａで構成するようにしてもよい。この場合には、片面プリント基板３Ａには裏面に導電膜が存在しないためこの裏面の導電膜による放熱効果は期待できないが、片面プリント基板３Ａは低価格に構成できるため低価格のＤＲランプが実現できる。

（実施形態４）
図９は実施形態４の断面図であり、実施形態１と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態４はヒートシンク２Ｂをコ字状に曲げた金属板で形成し、その上面部２５にＬＥＤ窓２４を開口するとともに、この上面部２５の下面にＬＥＤ３０を搭載したプリント基板３を対向し、また上面部２５の上面にリフレクタ４を載置し、これらをネジ３６とナット３７により締結して一体化している。また、ヒートシンク２Ｂの下面部２６は支障のない範囲で面積を大きく形成し、その一部においてネジ２３によりランプボディ１１の一部に固定支持している。プリント基板３の構成は実施形態１と同じであり、図には表れないが絶縁板の表裏にそれぞれ導電膜を有しており、表面の導電膜はヒートシンク２Ｂの上面部２５に密接されている。また、裏面の導電膜はヒートシンク２Ｂの下面部２６に可及的に近接するように対向配置している。

実施形態４では、ＬＥＤ３０で発生した熱は実施形態１と同様にプリント基板３の表面の導電膜に伝熱され、さらにヒートシンク２Ｂの上面部２５に伝熱されてヒートシンク２Ｂから放熱される。また、表面の導電膜からスルーホールを介して裏面の導電膜に伝熱され、裏面の導電膜から放熱されることも実施形態１と同じであるが、裏面の導電膜に伝熱された熱は裏面の導電膜に対向配置されているヒートシンク２Ｂの下面部２６に輻射熱によって伝熱されるので、ヒートシンク２Ｂの下面部２６の熱容量と放熱面積の増大とによって放熱効果を高めることが可能になる。

（実施形態５）
図１０は実施形態５の断面図であり、実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。実施形態５はヒートシンク２Ｃを逆Ｌ字状に曲げた金属板で形成し、その平面部２７にＬＥＤ窓２４を開口するとともに、この平面部２７の下面にＬＥＤ３０を搭載したプリント基板３を対向し、平面部２７の上面にリフレクタ４を載置し、これらをネジ３６とナット３７により締結して一体化している。また、ヒートシンク２Ｃの前面部２８は幾分下方に曲げ形成するとともに支障のない範囲で面積を大きく形成し、ランプハウンジグ１内に配設したエクステンション１３の下辺部の裏面に微小間隔で対向配置している。プリント基板の構成は実施形態１と同じである。

実施形態５では、ＬＥＤ３０で発生した熱は実施形態１と同様にプリント基板３の表面の導電膜に伝熱され、さらにヒートシンク２Ｃの平面部２７に伝熱されてヒートシンク２Ｃから放熱される。また、表面の導電膜からスルーホールを介して裏面の導電膜に伝熱され、裏面の導電膜から放熱されることも実施形態１と同じである。さらに、ヒートシンク２Ｃは前面部２８が微小間隔をおいてエクステンション１３に対向配置されているので、この前面部２８に伝熱された熱は輻射熱によってエクステンション１３に伝熱される。エクステンション１３は絶縁樹脂で形成されているが表面にはアルミニウムめっきやアルミニウム塗装等の表面処理が施されており、これらのアルミニウム膜によって伝熱性が高められているので、これによりヒートシンク２Ｃの前面部２８の実質的な熱容量と放熱面積がエクステンション１３によって増大されることになり、放熱効果を高めることが可能になる。

（実施形態６）
実施形態１〜５では１つのＬＥＤでランプユニットＬＵを構成しているが、１つのランプユニットＬＵに複数のＬＥＤを搭載した構成としてもよい。例えば、実施形態６は図１１に示すように、４つのＬＥＤでランプユニットＬＵを構成している。すなわち、ヒートシンク２Ｄは横長の金属板で形成され、平面部２１には４個のＬＥＤ窓２４を開口している。プリント基板３Ｂもヒートシンクに対応して横長形状に形成され、前記ＬＥＤ窓２４にそれぞれ対応する位置に４個のＬＥＤ３０を搭載している。また、リフレクタ４Ａは実施形態１〜５と同じ構成をした４個のリフクレタ部４１を横方向に連結して一体化した構成としている。そして、これらヒートシンク２Ｄとプリント基板３Ｂとリフレクタ４Ａを図には表れないネジにより一体化する。

実施形態６ではＤＲランプを構成するランプユニットの数を低減でき、構成の簡略化や低価格化を実現する上で有利になる。また、４個のＬＥＤ３０のそれぞれで発生する熱はプリント基板３Ｂの表面の導電膜に伝熱され、ここからヒートシンク２Ｄに伝熱されて放熱されることは実施形態１と同じである。特に実施形態６では、４個のＬＥＤ３０からの熱は一体化してプリント基板３Ｂからヒートシンク２Ｄに伝熱されて放熱されるので、各ＬＥＤ３０における放熱効果を均一化し、ランプユニットＬＵ全体の放熱効果を高めことが可能である。

なお、実施形態１ではヘッドランプＨＬ内にランプユニットＬＵを複数配置した例を示したが、この実施形態６の変形例として、１つのリフレクタに複数のヒートシンク及びＬＥＤをそれぞれ搭載した複数のプリント基板を取り付けてヘッドランプＨＬ内に配置するようにしてもよい。

実施形態１〜６では光源にＬＥＤを用いているが、レーザダイオード等のように発光したときに熱を発生し、この熱によって発光効率が低下する発光素子であればＬＥＤ以外の他の発光素子を用いることも可能である。また、この種の発光素子を光源とするランプであれば、実施形態１〜３で示した自動車のＤＲランプに限られるものではない。例えば、自動車のクリアランスランプとして構成することも可能である。さらに、実施形態１〜３では８個のＬＥＤで構成したランプに適用した例を示しているが、この数に限られるものではなく、構成するランプに要求される光度やサイズに応じて任意の数のＬＥＤで構成することが可能である。

本発明にかかるヒートシンクは実施形態１〜６の形状、構成に限られるものではなく、ＬＥＤをプリント基板の表面の導電膜上に搭載した上で、当該表面の導電膜を対向した状態で固定支持する構成のヒートシンクであれば、ランプの形状や、当該ランプを内装するランプハウジングの形状等に応じて適宜に変形することは可能である。

また、本発明は発光素子を回路基板に搭載し、かつ回路基板を支持するヒートシンクを備える灯具であれば、発光素子から出射した光を直接照射するリフレクタを有しない構成の灯具においても同様に適用可能である。

本発明は発光したときに熱を発生する発光素子を光源とする灯具であれば自動車のランプに限られるものではなく、種々の車両用の灯具として利用することが可能である。

１ ランプハウジング
２，２Ａ〜２Ｄ ヒートシンク
３，３Ａ，３Ｂ プリント基板
４，４Ａ リフレクタ
５ 第２のプリント基板
６ 電気コード
１１ ランプボディ
１２ 前面カバー
１３ エクステンション
２４ ＬＥＤ窓
３０ ＬＥＤ
３１ 絶縁板
３２ 表面の導電膜
３３ 裏面の導電膜
ＨＬ ヘッドランプ
ＨｉＬ ハイビームランプ
ＬｏＬ ロービームランプ
ＤＲＬ デイタイムランニングランプ
ＬＵ ランプユニット

Claims (5)

1. 光源としての発光素子と、前記発光素子を搭載した回路基板と、前記回路基板を支持するヒートシンクとを備える車両用灯具であって、前記回路基板は表面に前記発光素子を搭載するとともに当該発光素子に接続された導電膜を備え、当該導電膜が前記ヒートシンクに密接した状態で当該ヒートシンクに支持されていることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記ヒートシンクには前記発光素子を露呈させるための窓が開口され、露呈された発光素子から出射される光を反射するリフレクタが前記ヒートシンクに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記回路基板の表面には発光素子以外の電子素子が搭載されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用灯具。
4. 前記導電膜は伝熱性のある絶縁層を介して前記ヒートシンクに密接されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用灯具。
5. ランプハウジング内に複数のランプが内装された複合型の車両用灯具であって、少なくとも１つのランプを請求項１〜４のいずれかの灯具で構成し、当該１つのランプは他のランプから出射される光を邪魔しない位置に配設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用灯具。
   
   

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