JP2013243092A - Ｌｅｄモジュール及びこれを備えた車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導ロスをなくして放熱性能を高めることができるとともに、ＬＥＤチップと制御素子の各耐熱温度に合わせた最適な放熱設計が可能なＬＥＤモジュールを提供すること。
【解決手段】車両用灯具１のリフレクタ８に対して着脱可能なソケットハウジング１２と、該ソケットハウジング１２に組み込まれたヒートシンク（放熱部材）１３と、光源であるＬＥＤチップ１４，１５を含んで構成されるＬＥＤモジュール１０において、ＬＥＤチップ１４，１５をヒートシンク１３に直接実装する。又、ソケットハウジング１２の中心軸を光軸に一致させ、該中心軸に対して複数のＬＥＤチップ１４，１５を回転対称に配置する。更に、ＬＥＤチップ１４への駆動電流を制御する制御素子２２が配置された回路基板２１をヒートシンク１３に接触させた状態でソケットハウジング１２に組み込む。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とするＬＥＤモジュール及びこれを備えた車両用灯具に関するものである。

近年、ヘッドランプやテールランプ等の車両用灯具の光源として、高輝度で消費電力が少なく、耐久性の高いＬＥＤが使用される傾向にある。光源にＬＥＤを使用した車両用灯具に関して、特許文献１には、取り替え可能な自動車用ＬＥＤランプ組立品が提案されている。この自動車用ＬＥＤランプ組立品は、外部の空気に接する放熱部材と、該放熱部材に接続された熱伝導構造体及び該熱伝導構造体に取り付けられたＬＥＤ光源によって構成され、ＬＥＤにおいて発生する熱の筐体又はリフレクタの外部への放射を促進することによってＬＥＤの温度上昇を防ぐことを特徴としている。

又、特許文献２には、着脱可能な自動車用のＬＥＤ光源ユニットとして、ＬＥＤチップが実装された基板と、外部に熱を放射する放熱部材を備えるものが提案されている。このＬＥＤ光源ユニットによれば、基板と放熱部材は互いに接触しているため、基板に実装されたＬＥＤチップや抵抗等の制御素子の熱が放熱部材に伝わり、放熱部材からの放熱によってＬＥＤチップや制御素子の温度上昇が抑えられる。

特許第４１５５８５８号公報 特開２０１１−１７１２７６号公報

しかしながら、特許文献１において提案された自動車用ＬＥＤランプ組立品においては、外部空気に接する放熱部材とＬＥＤ光源との間に別体の熱伝導構造体が介在しているため、該熱伝導構造体と放熱部材との接合面において熱伝導ロスが発生し、この熱伝導ロスのために高い放熱性能を発揮することができないという問題がある。

又、特許文献２において提案されたＬＥＤ光源ユニットにおいても、外部に接する放熱部材とＬＥＤチップとの間に別体の基板が介在しているため、該基板と放熱部材との接合面において熱伝導ロスが発生し、この熱伝導ロスによって放熱性能が低下するという問題がある。

従って、本発明は、熱伝導ロスをなくして放熱性能を高めることができるＬＥＤモジュールとこれを備えた車両用灯具を提供することを目的とする。

又、特許文献２において提案されたＬＥＤ光源ユニットにおいては、同一基板上にＬＥＤチップと抵抗やダイオード等の制御素子が配置されているため、ＬＥＤチップと制御素子の耐熱温度が異なる場合、耐熱温度が低い部品（通常はＬＥＤチップ）に放熱設計を合わせる必要があり、耐熱温度の高い部品（通常は制御素子）にとっては必要以上の放熱がなされるために不経済であるという問題もある。

従って、本発明は、ＬＥＤチップと制御素子の各耐熱温度に合わせた最適な放熱設計が可能なＬＥＤモジュール及びこれを備えた車両用灯具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、車両用灯具のハウジング又はリフレクタに対して着脱可能なソケットハウジングと、該ソケットハウジングに組み込まれた放熱部材と、光源であるＬＥＤチップを含んで構成されるＬＥＤモジュールにおいて、前記ＬＥＤチップを前記放熱部材に直接実装したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ソケットハウジングの中心軸を光軸に一致させ、該中心軸に対して複数の前記ＬＥＤチップを回転対称に配置したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ＬＥＤチップへの駆動電流を制御する制御素子が配置された回路基板を前記放熱部材に接触させた状態で前記ソケットハウジングに組み込んだことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記放熱部材に、前記ソケットハウジングの外部の空気に接する放熱フィンを設けたことを特徴とする。

請求項５記載の車両用灯具は、請求項１〜４の何れかに記載のＬＥＤモジュールをハウジングに着脱可能に装着して成ることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ＬＥＤチップと放熱部材との間に基板を介在させることなく、ＬＥＤチップを放熱部材に直接実装したため、ＬＥＤチップの熱がロスなく放熱部材へと伝導して放熱部材から周囲に効率良く放熱される。このため、ＬＥＤモジュールの放熱性能が高められてＬＥＤチップの温度上昇が抑えられ、該ＬＥＤチップの発光効率と耐久寿命が高められる。

請求項２記載の発明によれば、ＬＥＤモジュールの光軸に一致するソケットハウジングの中心軸に対して複数のＬＥＤチップを回転対称に配置したため、光量切り替えや発光色切り替えにおいて点灯と非点灯のそれぞれにおいてＬＥＤチップの配置を回転対称に維持することができる。

請求項３記載の発明によれば、制御素子をＬＥＤチップとは別に回路基板に配置したため、ＬＥＤチップと制御素子の各耐熱温度に合わせた最適な放熱設計が可能となる。又、制御素子が配置された回路基板を放熱部材に接触させたため、制御素子の熱が回路基板を経て放熱部材へと伝導し、放熱部材から効率良く放熱されるために制御素子の温度上昇が抑えられる。

請求項４記載の発明によれば、ＬＥＤチップから放熱部材へと伝導する熱は、ソケットハウジングの外部の空気に接する放熱フィンから効率良く放熱されるため、ＬＥＤチップの温度上昇が効果的に抑えられる。

請求項５記載の発明によれば、ＬＥＤチップに故障が発生したような場合には、灯具全体を交換することなくＬＥＤモジュールだけを新しいものと交換すれば済むために経済的であり、ユーザーの経済的負担が軽減される。又、ＬＥＤモジュールの放熱性能が高められてＬＥＤチップの発光効率と耐久寿命が高められるため、車両用灯具の照度が高められるとともに、ＬＥＤモジュールの交換頻度が低く抑えられる。

本発明に係る車両用灯具の正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係るＬＥＤモジュールの斜視図である。 本発明に係るＬＥＤモジュールの分解斜視図である。 本発明に係るＬＥＤモジュールの平面図である。 本発明に係るＬＥＤモジュールの平断面図である。 図６の要部拡大図である。 本発明に係るＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤチップのヒートシンクへの配置構造を示す部分斜視図である。 本発明に係るＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤチップのヒートシンクへの配置構造を示す部分正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係るＬＥＤモジュールの製造工程を示す斜視図である。 本発明に係るＬＥＤモジュールの製造工程を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る車両用灯具の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図示の車両用灯具１は四輪車両の後部左右に設けられるリヤコンビネーションランプであって、その構成は左右で同じであるため、以下、右側の車両用灯具（リヤコンビネーションランプ）１についてのみ図示及び説明する。

本実施の形態に係る車両用灯具１は、ハウジング２とその開口部を覆うアウタレンズ３によって画成された灯室４内に、光源であるバルブ５，６と本発明に係るＬＥＤモジュール１０、該ＬＥＤモジュール１０から出射される光を配光するためのカットが施されたインナレンズ７、該インナレンズ７を通過した光を反射させるリフレクタ８、該リフレクタ８とハウジング２との隙間を覆うエクステンション９等を収容して構成されている。

ここで、バルブ５，６はハウジング２に着脱可能に取り付けられ、ＬＥＤモジュール１０はリフレクタ８に着脱可能に取り付けられている。尚、ＬＥＤモジュール１０のリフレクタ８への取付部は、該ＬＥＤモジュール１０の外周に嵌着されたシールリング１１によってシールされている。尚、本実施の形態に係る車両用灯具１においては、ＬＥＤモジュール１０はリフレクタ８に着脱可能に取り付けられているが、本発明は、ＬＥＤモジュールがハウジングに着脱可能に取り付けられた車両用灯具も適用対象に含むものである。

次に、本発明に係るＬＥＤモジュール１０の構成の詳細を図３〜図９に基づいて説明する。

図３は本発明に係るＬＥＤモジュールの斜視図、図４は同ＬＥＤモジュールの分解斜視図、図５は同ＬＥＤモジュールの平面図、図６は同ＬＥＤモジュールの平断面図、図７は図６の要部拡大図、図８は同ＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤチップのヒートシンクへの配置構造を示す部分斜視図、図９は同部分正面図である。

ＬＥＤモジュール１０は、樹脂にて一体成形されたソケットハウジング１２内に放熱部材であるアルミニウム製のヒートシンク１３を組み込み、該ヒートシンク１３の矩形の天面１３ａの中心部に複数のＬＥＤチップ１４，１５を直接実装して構成されている。

ここで、本実施の形態では、ソケットハウジング１２の中心軸は当該ＬＥＤモジュール１０の光軸に一致しており、前記ＬＥＤチップ１４，１５は、図９に示すようにヒートシンク１３の天面１３ａにその中心軸に対して回転対称に配置されている。具体的には、ヒートシンク１３の中心軸上に赤色の１個のＬＥＤチップ１４が配置され、その周囲にアンバー色の１６個のＬＥＤチップ１５が配置されている。そして、ＬＥＤチップ１４，１５の周囲には銅パターン１６が配置されており、銅パターン１６とＬＥＤチップ１４及びＬＥＤチップ１５同士と銅パターン１６とＬＥＤチップ１５とはワイヤー１７によってそれぞれ電気的に接続されている。

而して、図７に示すように、ヒートシンク１３の天面１３ａのＬＥＤチップ１４，１５が実装されている部分を除く部位には絶縁層１８が被着されており、この絶縁層１８の上に前記銅パターン１６が形成されている。尚、図８及び図９に示すように、ＬＥＤチップ１４，１５及び銅パターン１６の周囲には樹脂ポッティング用のリング１９が形成されている。又、図８及び図９に示すように、ヒートシンク１３の天面１３ａの片側には３つの銅パターンが２０形成されている。

前記ソケットハウジング１２は、図２に示すように車両用灯具１のリフレクタ８に着脱可能に取り付けられるものであって、図３〜図６に示すように円形ブロック状の本体部１２Ａと該本体部１２Ａの中心部からオフセットした位置から一体に延びる矩形筒状のソケット部１２Ｂを備えている。尚、図１及び図２に示すように、ソケットハウジング１２の本体部１２Ａの外周には４つの係合爪１２ａが一体に形成されている。

又、前記ヒートシンク１３は、アルミニウムの押出成形品であって、これには矩形の天壁１３Ａから垂直に長く延びる２枚の平行な放熱フィン１３Ｂと、これらの放熱フィン１３Ｂよりも短い基板固定プレート１３Ｃが一体に形成されている。

而して、図６に示すように、ソケットハウジング１２には、ヒートシンク１３の天壁１３Ａが嵌合するための矩形の凹部１２ｂとヒートシンク１３の放熱フィン１３Ｂが貫通するためのスリット状の２つの貫通孔１２ｃが形成されており、ソケットハウジング１２の貫通孔１２ｃを貫通するヒートシンク１３の放熱フィン１３Ｂは図示のように空気中に露出している。

又、ソケットハウジングには、図６に示すようにソケット部１２Ｂへと延びる基板収納空間１２ｄが形成されており、この基板収納空間１２ｄには、矩形プレート状の回路基板２１がヒートシンク１３の基板固定プレート１３Ｃに固定された状態で収納されている。この回路基板２１には、図４に示すように、前記ＬＥＤチップ１４，１５への駆動電流を制御する抵抗やダイオード等の複数の制御素子２２が配置されており、その一端（図６の手前側）にはＬ字状に屈曲する３つの端子２３が設けられており、他端（図６の奥側）にも３つの端子２４が設けられている。そして、この回路基板２１がヒートシンク１３の基板固定プレート１３Ｃに固定された状態では、該回路基板２１の一端に設けられた３つの端子２３は、図７に示すようにヒートシンク１３の天面１３ａに設けられた３つの銅パターン２０に電気的に接続され、回路基板２１の他端に設けられた３つの端子２４は、図６に示すようにソケットハウジング１２のソケット部１２Ｂ内に臨んでいる。

以上のように構成されたＬＥＤモジュール１０は、図２に示すように、車両用灯具１のリフレクタ８の中心部に形成された取付孔８ａに背面側から挿入された後、これを回してソケットホルダ１２の本体部の外周に形成された４つの係合爪１２ａ（図３及び図４参照）をリフレクタ８の取付孔８ａの内周に形成された２つ係合突起８ｂに係合させることによってリフレクタ８に着脱可能に取り付けられる。このようにＬＥＤモジュール１０がリフレクタ８に取り付けられると、ソケットハウジング１２の本体部１２Ａの外周に嵌着されたシールリング１１がリフレクタ８の背面の取付孔８ａの周囲に突設された円筒状の筒部８ｃに密着することによって当該ＬＥＤモジュール１０とリフレクタ８との間に高いシール性が確保され、ＬＥＤモジュール１０の取付部から灯室４内への水等の侵入が確実に防がれる。

ところで、図示しないが、車両に搭載されたバッテリから延びる電源コードの端部には電源プラグが取り付けられており、リフレクタ８に取り付けられたＬＥＤモジュール１０のソケットハウジング１２に形成された矩形筒状のソケット部１２Ｂに電源プラグを差し込むことによって、ＬＥＤモジュール１０の光源であるＬＥＤ１４，１５（図９参照）が回路基板２１と端子２４及び電源コードを介してバッテリに電気的に接続される。

従って、運転者がスイッチ操作によってバッテリからＬＥＤモジュール１０に給電すると、バッテリからの電流は電源コードと端子２４及び回路基板２１を経て各ＬＥＤチップ１４，１５に供給されるため、各ＬＥＤチップ１４，１５が起動されて発光する。すると、各ＬＥＤチップ１４，１５から出射する光は、インナレンズ７を通過することによって配光が制御された後にリフレクタ８によって反射し、アウタレンズ３を透過して車両後方（図２の下方）に向けて出射する。

上述のようにＬＥＤチップ１４，１５が発光すると、該ＬＥＤチップ１４，１５が発熱するが、その熱はヒートシンク１３に直接伝導し、ヒートシンク１３の空気中に露出する放熱フィン１３Ｂから外部に放熱される。このように、ＬＥＤチップ１４，１５において発生した熱は、従来のようにＬＥＤ基板を介することなくヒートシンク１３に直接伝導するため、両者間の伝導ロスが小さく抑えられて熱がヒートシンク１３に効率良く伝えられ、ヒートシンク１３に形成された放熱フィン１３Ｂから外部に効率良く放熱される。この結果、ＬＥＤチップ１４，１５の温度上昇が抑えられ、該ＬＥＤチップ１４，１５に高い発光効率と耐久寿命が確保される。

ここで、本発明に係るＬＥＤモジュール１０の製造方法を図１０及び図１１に基づいて以下に説明する。

図１０（ａ）〜（ｃ）はＬＥＤモジュールの製造工程を示す斜視図、図１１は同フローチャートであり、本発明に係るＬＥＤモジュール１０の製造に際しては、先ず、図１０（ａ）に示すようにアルミニウムの押出成形によって長い１本のヒートシンク材Ｗを製造する（図１１のステップＳ１）。次に、ヒートシンク材Ｗの表面に表面処理（本実施の形態では、アルマイト処理）を施し（ステップＳ２）、該ヒートシンク材ＷのＬＥＤチップ１４，１５の実装面である天面を研磨してアルマイト皮膜を除去する（ステップＳ３）。尚、研磨に代えてヒートシンク材Ｗの天面をマスキングしたり、天面を処理液に含浸させない方法を採用しても良い。

次に、図１０（ｂ）に示すようにヒートシンク材Ｗの天面に銅パターン１６，２０を適当なピッチで長手方向に複数形成し（ステップＳ４）し、その後、図１０（ｃ）に示すように複数のＬＥＤチップ１４，１５を所定のピッチ（銅パターン１６，２０を形成したピッチ）で長手方向に実装する。このとき、樹脂ポッティング用のリング１９を形成する。

そして、最後にヒートシンク材Ｗを図１０（ｃ）に示すカットラインで切断して個片にすることによって、銅パターン１６，２０とＬＥＤチップ１４，１５が配置された複数のヒートシンク１３を得る。そして、各ヒートシンク１３に回路基板２１を固定し、この回路基板２１が固定されたヒートシンク１３を図６に示すようにソケットハウジング１２に組み込むことによって、図３に示すようなＬＥＤモジュール１０が製造される。尚、ヒートシンク材Ｗを複数の個片にカットするタイミングは、ヒートシンク材Ｗに銅パターン１６，２０を形成する前（図１１のステップＳ３とＳ４との間）又はヒートシンク材ＷにＬＥＤチップ１４，１５を実装する前（図１１のステップＳ４とＳ５との間）であっても良い。

以上のように、本発明に係るＬＥＤモジュール１０においては、ＬＥＤチップ１４，１５とヒートシンク１３との間に基板を介在させることなく、ＬＥＤチップ１４，１５をヒートシンク１３の天面１３ａに直接実装したため、ＬＥＤチップ１４，１５の熱がロスなくヒートシンク１３へと伝導して該ヒートシンク１３の放熱フィン１３Ｂから周囲に効率良く放熱される。このため、ＬＥＤモジュール１０の放熱性能が高められてＬＥＤチップ１４，１５の温度上昇が抑えられ、該ＬＥＤチップ１４，１５の発光効率と耐久寿命が高められる。

又、本実施の形態では、ＬＥＤモジュール１０の光軸に一致するソケットハウジング１２の中心軸に対して複数のＬＥＤチップ１４，１５を回転対称に配置したため、光量切り替えや発光色切り替えにおいて点灯と非点灯のそれぞれにおいてＬＥＤチップ１４，１５の配置を回転対称に維持することができる。例えば、光量切り替えにおいては、テール点灯時には中央の１個のＬＥＤチップ１４のみを点灯させ、ストップ点灯時には周囲の１６個のＬＥＤチップ１５を点灯させ、或いは全１７個のＬＥＤチップ１４，１５を点灯させる。又、発光色切り替えにおいては、赤色のＬＥＤチップ１４のみを点灯させ、ターン点灯時にはアンバー色のＬＥＤチップ１５のみを点灯させるようにすれば良い。

更に、本発明に係るＬＥＤモジュール１０によれば、制御素子２２をＬＥＤチップ１４，１５とは別に回路基板２１に配置したため、ＬＥＤチップ１４，１５と制御素子２２の各耐熱温度に合わせた最適な放熱設計が可能となる。そして、制御素子２２が配置された回路基板２１をヒートシンク１３に接触させたため、制御素子２２の熱が回路基板２１を経てヒートシンク１３へと伝導し、ヒートシンク１３の放熱フィン１３Ｂから効率良く放熱されるために制御素子２２の温度上昇が抑えられる。

又、ＬＥＤモジュール１０を車両用灯具１に着脱可能に装着したため、例えばＬＥＤチップ１４，１５のうちの１つでも故障したような場合には、車両用灯具１の全体を交換することなくＬＥＤモジュール１０だけを新しいものと交換すれば済むために経済的であり、ユーザーの経済的負担が軽減される。そして、ＬＥＤモジュール１０の放熱性能が高められてＬＥＤチップ１４，１５の発光効率と耐久寿命が高められるため、車両用灯具１の照度が高められるとともに、ＬＥＤモジュール１０の交換頻度が低く抑えられるという効果も得られる。

尚、以上は本発明をリヤコンビネーションランプとこれに備えられたＬＥＤモジュールに対して適用した形態について説明したが、本発明は、ヘッドランプ等の他の車両用灯具とこれに備えられたＬＥＤモジュールに対しても同様に適用可能であることは勿論である。

１ 車両用灯具（リヤコンビネーションランプ）
２ ハウジング
３ アウタレンズ
４ 灯室
５，６ バルブ
７ インナレンズ
８ リフレクタ
８ａ リフレクタの取付孔
８ｂ リフレクタの係合突起
８ｃ リフレクタの筒部
９ エクステンション
１０ ＬＥＤ標準モジュール
１１ シールリング
１２ ソケットハウジング
１２Ａ ソケットハウジングの本体部
１２Ｂ ソケットハウジングのソケット
１２ａ ソケットハウジングの係合爪
１２ｂ ソケットハウジングの凹部
１２ｃ ソケットハウジングの貫通孔
１２ｄ ソケットハウジングの基盤収納空間
１３ ヒートシンク(放熱部材)
１３Ａ ヒートシンクの天壁
１３Ｂ ヒートシンクの放熱フィン
１３Ｃ ヒートシンクの基盤固定プレート
１３ａ ヒートシンクの天面
１４，１５ ＬＥＤチップ
１６ 銅パターン
１７ ワイヤー
１８ 絶縁層
１９ 樹脂ポッティング用リング
２０ 銅パターン
２１ 回路基板
２２ 制御素子
２３，２４ 端子
Ｗ ヒートシンク材

Claims (5)

1. 車両用灯具のハウジング又はリフレクタに対して着脱可能なソケットハウジングと、該ソケットハウジングに組み込まれた放熱部材と、光源であるＬＥＤチップを含んで構成されるＬＥＤモジュールにおいて、
   前記ＬＥＤチップを前記放熱部材に直接実装したことを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 前記ソケットハウジングの中心軸を光軸に一致させ、該中心軸に対して複数の前記ＬＥＤチップを回転対称に配置したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記ＬＥＤチップへの駆動電流を制御する制御素子が配置された回路基板を前記放熱部材に接触させた状態で前記ソケットハウジングに組み込んだことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記放熱部材に、前記ソケットハウジングの外部の空気に接する放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のＬＥＤモジュール。
5. 請求項１〜４に何れかに記載のＬＥＤモジュールをハウジング又はリフレクタに着脱可能に装着して成ることを特徴とする車両用灯具。
   

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