JP2016100141A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子と回路基板を組み付けた場合でも、発光素子の熱が回路基板に伝達しづらくする。
【解決手段】発光装置２０が、搭載面及びその反対側の面を有した台座部３１と、搭載面に搭載された発光素子２１と、搭載面の反対側の面に立設された複数の放熱フィン３３，３３…と、搭載面の反対側の面に立設されたスペーサー３４，３４と、スペーサー３４，３４に連結されることによって放熱フィン３３，３３…及び台座部３１から離間したシールドケース４０と、シールドケース４０内に取り付けられ、発光素子２１を駆動する回路基板２５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子の熱を放熱フィンによって放散する発光装置に関する。

近年、発光ダイオードが車両用灯具の光源として利用されてきている。
特許文献１，２に記載の技術では、発光ダイオードの温度が耐熱温度を超えることを防止するべく、発光ダイオードによって発せられた熱がヒートシンクによって放熱される。
また、特許文献２に記載の技術では、発光素子を駆動する回路基板のノイズ等を防止するべく、その回路基板が金属製ケースに収容されている。更に発光ダイオードが金属製ケースに外面に取り付けられ、金属製ケースがヒートシンクに取り付けられることによって、それらからなる組立品がモジュールとなって、組立品の小型化が図られている。

特開２０１３−１２３４７号公報 特開２０１３−４５７１７号公報

ところで、特許文献２の技術では、発光ダイオードによって発せられた熱が金属製ケースを通じて回路基板に伝導し、回路基板が高温になってしまう。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、発光ダイオード等の発光素子と回路基板を組み付けた場合でも、発光素子の熱が回路基板に伝達しづらくすることである。

以上の課題を解決するべく、請求項１の発明は、搭載面及びその反対側の面を有した台座部と、前記搭載面に搭載された発光素子と、前記反対側の面に立設された複数の放熱フィンと、前記反対側の面に立設されたスペーサーと、前記スペーサーに連結されることによって前記フィン及び前記台座部から離間したシールドケースと、前記シールドケース内に取り付けられ、前記発光素子を駆動する回路基板と、を備えることを特徴とする発光装置である。

請求項２の発明は、前記台座部、前記放熱フィン、前記スペーサー及び前記シールドケースが一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置である。

請求項３に係る発明は、前記台座部、前記放熱フィン及び前記スペーサーが一体成形され、前記シールドケースが前記スペーサーに組み付けられることを特徴とする請求項１に記載の発光装置である。

本発明によれば、発光素子によって発せられた熱が台座部を通じて放熱フィンに伝導し、その熱が放熱フィンの周囲の空間に放散される。発光素子からシールドケースへの熱伝導経路がスペーサーに限られ、シールドケースがスペーサーに連結されることによってフィン及び台座部から離間しているので、シールドケース内の回路基板が高温になってしまうことを防止することができる。

車両用灯具の側面を示すとともに、この車両用灯具が収容されたハウジング及びアウターレンズの断面を示した図面である。 車両用灯具の発光装置の分解斜視図である。 発光装置のヒートシンクの背面図である。 ヒートシンクの側面図である。 変形例の発光装置の分解斜視図である。 変形例の車両用灯具の側面を示すとともに、この車両用灯具が収容されたハウジング及びアウターレンズの断面を示した図面である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているので、本発明の技術的範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、車両用灯具１の側面を示すとともに、ハウジング２及びアウターレンズ３の断面を示した図面である。図２は、車両用灯具１に備わる発光装置２０の分解斜視図である。図３は、発光装置２０のヒートシンク３０の背面図である。図４は、ヒートシンク３０の側面図である。なお、以下の説明において、「前」、「後」、「右」、「左」、「上」及び「下」は、特に断りのない限り、車両用灯具１が搭載された車両を運転するドライバーの視点によって定められたものであり、特に「右」及び「左」は車両の向きを基準としたものである。

この車両用灯具１がハウジング２の中空に収容され、ハウジング２の前面が開口し、素通しのアウターレンズ（透明なカバー）３がそのハウジング２の開口を塞ぐようにしてハウジング２に取り付けられている。ハウジング２が車両の前部に取り付けられ、車両用灯具１の光軸が前方に延び、この車両用灯具１がヘッドランプに利用される。

車両用灯具１は光学ユニット１０及びヒートシンク付きの発光装置２０を備える。この発光装置２０は発光素子（光源）２１、回路基板２５、ヒートシンク３０、シールドケース４０、シールド蓋４５及びファン５０を備える。

発光素子２１は発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）その他の半導体発光素子である。発光素子２１がヒートシンク３０に搭載されている。具体的には、発光素子２１が基板２２に表面実装されており、その発光素子２１が上に向けられた状態で、その基板２２がヒートシンク３０に取り付けられている。

ヒートシンク３０は台座部３１、フロント部３２、複数の放熱フィン３３，３３…及び複数のスペーサー３４，３４を備える。台座部３１、フロント部３２、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４が金属材料からなり、これらの熱伝導率が高い。また、台座部３１、フロント部３２、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４が一体成形されたものである。

台座部３１が前後左右に沿った板状に設けられており、台座部３１の厚み方向が上下方向となっている。台座部３１の上面が発光素子２１の搭載面であり、基板２２が台座部３１上に伏せた状態で取り付けられ、発光素子２１が上方に向けられている。ここで、基板２２と台座部３１の熱伝導性を高めるために、シリコングリース等の放熱グリース（熱伝導性グリース）が基板２２と台座部３１との間に設けられている。

フロント部３２が上下左右に沿った板状に設けられており、フロント部３２の上端が台座部３１の前端に一体的に繋がり、フロント部３２が台座部３１の前端から垂下する。

放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４が台座部３１の下面に立てた状態に設けられており、放熱フィン３３，３３…の上端及びスペーサー３４，３４の上端が台座部３１の下面に一体的に繋がっている。また、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４がフロント部３２の後面に対しても立てた状態に設けられ、放熱フィン３３，３３…の前端及びスペーサー３４，３４がフロント部３２の後面に一体的に繋がっている。放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４が板状に設けられている。これら放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４が互いに平行となって車幅方向（左右方向）に間隔を置いて配列されている。スペーサー３４，３４が放熱フィン３３，３３…の配列の車幅方向両側に配置されており、放熱フィン３３，３３…がこれらスペーサー３４，３４の間において車幅方向に配列されている。上から見て、スペーサー３４，３４の間に発光素子２１及び基板２２が配置されている。

発光素子２１によって発せられた熱は台座部３１、フロント部３２、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４に伝導する。その熱は台座部３１、フロント部３２、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４から空間へ放熱される。放熱フィン３３，３３…のみならずスペーサー３４，３４も放熱フィンとして機能する。

スペーサー３４，３４の上下長が放熱フィン３３，３３…の上下長よりも長く、スペーサー３４，３４が放熱フィン３３，３３…の下端よりも下に突き出ている。スペーサー３４，３４の下端がシールドケース４０の上面に連結されて、スペーサー３４，３４がシールドケース４０の上面に対して立てられた状態に設けられている。スペーサー３４，３４とシールドケース４０が一体成形されており、ヒートシンク３０とシールドケース４０の組み合わせが一体成形品である。
このスペーサー３４，３４によって放熱フィン３３，３３…の下端がシールドケース４０の上面から離れており、放熱フィン３３，３３…とシールドケース４０との間で直接的な熱伝導が生じないようになっている。

また、スペーサー３４，３４の上下長がフロント部３２の上下長よりも長い。そして、スペーサー３４，３４がフロント部３２の下端よりも下に突き出ており、フロント部３２の下端がシールドケース４０の上面から離れている。

ファン５０がヒートシンク３０の後ろ、つまり、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４の後ろに配置されている。このファン５０がヒートシンク３０に取り付けられて固定されている。ファン５０が作動すると、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４の間に強制対流が発生し、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４等の放熱効率が向上する。ファン５０は放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４の後ろから放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４に向けて送風するものである。そのため、ファン５０によって発生した気流はフロント部３２の下を通って前方に抜ける。なお、ファン５０の送風の向きが逆であってもよい。

シールドケース４０が中空を有するとともに直方体の箱形に設けられ、シールドケース４０の下面が開口する。このシールドケース４０の車幅方向両側の側板４１，４２の下端が切り欠かれることによって、配線通し部４１ａ，４２ａが側板４１，４２の下端に形成されている。

シールドケース４０内には回路基板２５が収容され、ネジ等によって回路基板２５がシールドケース４０に取り付けられている。具体的には、回路基板２５がシールドケース４０の天板の下面に貼り合わせられている。シールド蓋４５がシールドケース４０の下面に取り付けられ、シールドケース４０の下の開口がシールド蓋４５によって閉塞されている。

シールドケース４０及びシールド蓋４５は導体製であり、より具体的には金属製である。そのため、シールドケース４０及びシールド蓋４５によってシールドケース４０の内側と外側の電磁場が遮断される。

回路基板２５にはコネクタ２６，２７が設けられている。このコネクタ２６に接続されたハーネスが配線通し部４１ａを通ってハウジング２まで配策され、車両のバッテリーからハーネス及びコネクタ２６等を通じて回路基板２５に電力が供給される。回路基板２５には発光素子２１用の制御回路（駆動回路）及びファン５０用の制御回路が設けられており、コネクタ２７に接続されたハーネスが配線通し部４２ａを通って基板２２及びファン５０にも接続され、回路基板２５の制御回路によって発光素子２１及びファン５０が駆動される。

光学ユニット１０は、発光装置２０の発光素子２１によって発せられた光を前方に向けて照射して、その光を空間的に配光させるものである。この車両用灯具１が所謂プロジェクタ型ランプであり、光学ユニット１０が楕円面系リフレクター１１及び投影レンズ１２を有する。

楕円面系リフレクター１１が発光素子２１の上から発光素子２１を覆い被さるようにして台座部３１に取り付けられ、楕円面系リフレクター１１の内面が発光素子２１から離れており、楕円面系リフレクター１１の前側が開口する。楕円面系リフレクター１１の内面が楕円面（回転楕円面又は回転楕円面を基調とした自由曲面等）に形作られ、その内面がメタライズされることによって鏡面とされている。楕円面系リフレクター１１が第一焦点及び第二焦点を有し、楕円面系リフレクター１１の第一焦点が発光素子２１に又はその近傍に設定され、楕円面系リフレクター１１の第二焦点が発光素子２１の前方に設定される。発光素子２１によって発せられた光が楕円面系リフレクター１１の内面によって前方に反射され、その反射光が第二焦点に集光される。

楕円面系リフレクター１１の第二焦点の前方に投影レンズ１２が配置されている。その投影レンズ１２がレンズホルダー１３の内側に取り付けられ、レンズホルダー１３の後端が楕円面系リフレクター１１の前端及びフロント部３２の前面に取り付けられている。投影レンズ１２が非球面凸レンズであり、投影レンズ１２の後側焦点が楕円面系リフレクター１１の第二焦点に又はその近傍に設定されている。投影レンズ１２は第二焦点に集光された反射光を前方に投影する。

ここで、楕円面系リフレクター１１の第二焦点が台座部３１の前縁３１ａ（フロント部３２の前縁でもある）に又はその近傍に設定されており、楕円面系リフレクター１１によって反射された光の一部が台座部３１によって遮光される。そして、台座部３１の前縁３１ａがカットオフライン（明暗境界線）として投影レンズ１２によって前方に投影され、その明暗境界線よりも上が暗部となり、その明暗境界線よりも下が明部となる。このように投影レンズ１２によって投影されるビームはロービーム（すれ違い用ビーム）である。

なお、楕円面系リフレクター１１の第二焦点が台座部３１の前縁３１ａから前に離れた位置に設定され、楕円面系リフレクター１１によって反射された光が台座部３１によって遮光されなくてもよい。この場合、投影レンズ１２によって投影されるビームはハイビーム（走行用ビーム）である。

以上の実施の形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１） スペーサー３４，３４によって放熱フィン３３，３３…がシールドケース４０から離れているため、発光素子２１からシールドケース４０までの熱伝導経路がスペーサー３４，３４に限定される。更に、フィン３３，３３…とシールドケース４０との間には空間が形成される。そのため、発光素子２１からシールドケース４０までの熱の伝わりにくさ（熱抵抗）が大きくなる。よって、シールドケース４０及び回路基板２５が高温になることを防止することができる。

（２） スペーサー３４，３４が発光素子２１からシールドケース４０までの熱伝導経路となっている。ところが、スペーサー３４，３４が放熱フィン３３，３３…の配列の両側に配置され、スペーサー３４，３４が発光素子２１から車幅方向に離れているので、スペーサー３４，３４の下端部の温度が回路基板２５及びシールドケース４０の温度と同程度となり、熱が発光素子２１からスペーサー３４，３４を経由してシールドケース４０に殆ど伝導しない。

（３） シールドケース４０及びシールド蓋４５によって回路基板２５の電磁シールが実現される。

（４） シールドケース４０及びシールド蓋４５が金属製（導体製）であるので、シールドケース４０及びシールド蓋４５が電磁シールド性を有する。ヒートシンク３０が金属製であるので、ヒートシンク３０の熱伝導性及び放熱性を高めることができる。シールドケース４０とヒートシンク３０がともに金属製であるから、シールドケース４０とヒートシンク３０を一体成形品とすることができる。そのため、シールドケース４０とヒートシンク３０の組み合わせをコンパクトにすることができる。

（５） ヒートシンク３０及びシールドケース４０に発光素子２１、基板２２、回路基板２５、シールド蓋４５及びファン５０が組み付けられているので、ヒートシンク付きの発光装置２０をモジュール（まとまりのある機能を持った部品）とすることができる。車両用灯具１もモジュールとすることができる。よって、発光装置２０及び車両用灯具１を小型化することができる。発光装置２０及び車両用灯具１が小型であっても、発光素子２１の熱によって回路基板２５及びシールドケース４０が高温になることをスペーサー３４，３４によって防止することができる。

（６） 発光素子２１の熱によってハウジング２の内側が高温になりやすい。特に、ハウジング２の内部空間は上になるほど高温になる。そのような温度分布が生じても、シールドケース４０及び回路基板２５がヒートシンク３０の下に配置されているので、シールドケース４０及び回路基板２５の昇温を防止することができる。

（７） フロント部３２がシールドケース４０から上に離れているので、ファン５０によって生じる気流の経路が確保される。そのため、放熱フィン３３，３３…及びスペーサー３４，３４の強制空冷の効率が高い。

〔変形例〕
以下、変形例について説明する。以下の変形例では、上述の実施の形態から変更した点について主に説明し、変更していない点についての説明を省略する。以下に説明する変形例は組み合わせて適用してもよい。

〔変形例１〕
上述の実施の形態では、ヒートシンク３０とシールドケース４０の組み合わせが一体成形品である。それに対して、変形例１では、ヒートシンク３０とシールドケース４０の組み合わせが組立品（アセンブリー）である。つまり、スペーサー３４，３４とシールドケース４０とが別体であって、スペーサー３４，３４の下端がシールドケース４０の上面に接合されたものとしてもよい。

〔変形例２〕
変形例２では、図５に示すように、金属製の第二スペーサー３５，３５が台座部３１の下面に対して立てられた状態に設けられ、第二スペーサー３５，３５の上端が台座部３１の下面に一体的に繋がっている。そして、第二スペーサー３５，３５がシールドケース４０の上面に対して立てられた状態に設けられている。ヒートシンク３０とシールドケース４０の組み合わせが一体成形品である場合、第二スペーサー３５，３５の下端がシールドケース４０の上面に一体的に繋がり、ヒートシンク３０とシールドケース４０の組み合わせが組立品（アセンブリー）である場合、第二スペーサー３５，３５の下端がシールドケース４０の上面に接合されている。第二スペーサー３５，３５はスペーサー３４，３４の間に配置されているとともに、ファン５０の前に配置されている。第二スペーサー３５，３５がスペーサー３４，３４の補強材として機能し、例えばファン５０の重量が第二スペーサー３５，３５によって支持される。また、第二スペーサー３５，３５が放熱フィンとしても機能し、ファン５０によって生じた強制対流によって第二スペーサー３５，３５の放熱効果が向上する。特に、第二スペーサー３５，３５がファン５０の前に配置されているため、発光素子２１の熱が第二スペーサー３５，３５を通じてシールドケース４０まで伝導しにくい。

〔変形例３〕
上述の実施の形態では、ファン５０がヒートシンク３０の後ろに配置され、シールドケース４０がヒートシンク３０の下に配置されている。それに対して、変形例３では、図６に示すように、ファン５０がヒートシンク３０の下に配置され、シールドケース４０がヒートシンク３０の後ろに配置されている。
そして、スペーサー３４，３４の前後長が放熱フィン３３，３３…の前後長よりも長く、スペーサー３４，３４が放熱フィン３３，３３…の後端よりも後ろに突き出ている。スペーサー３４，３４の後端がシールドケース４０の前面に連結され、放熱フィン３３，３３…の後端がシールドケース４０の前面から離れている。シールドケース４０の後面が開口し、回路基板２５がシールドケース４０内においてシールドケース４０の前板の後面に貼り合わせられている。シールド蓋４５がシールドケース４０の後面に取り付けられ、シールドケース４０の後面の開口がシールド蓋４５によって閉塞されている。

〔変形例４〕
上述の実施形態では、ファン５０を採用した。それに対して、変形例４では、ファン５０を省略する。つまり、ファン５０が設けられていなくてもよい。

〔変形例５〕
上記実施形態では、車両用灯具１がプロジェクタ型ランプであり、光学ユニット１０の構成要素が楕円面系リフレクター１１及び投影レンズ１２である。それに対して、変形例５では、車両用灯具１がリフレクター型ランプであり、光学ユニット１０の構成要素が放物面系リフレクターである。放物面系リフレクターの内面（鏡面）が放物面（回転放物面又は回転放物面を基調とした自由曲面等）に形作られ、放物面系リフレクターの焦点が発光素子２１に又はその近傍に設定されている。
なお、車両用灯具１が他の型式のランプ（例えば、光学ユニット１０の構成要素が投影レンズであるダイレクトプロジェクションランプ）であってもよい。

１ 車両用灯具
２０ 発光装置
２１ 発光素子
２５ 回路基板
３０ ヒートシンク
４０ シールドケース

Claims (3)

1. 搭載面及びその反対側の面を有した台座部と、
   前記搭載面に搭載された発光素子と、
   前記反対側の面に立設された複数の放熱フィンと、
   前記反対側の面に立設されたスペーサーと、
   前記スペーサーに連結されることによって前記フィン及び前記台座部から離間したシールドケースと、
   前記シールドケース内に取り付けられ、前記発光素子を駆動する回路基板と、を備える
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記台座部、前記放熱フィン、前記スペーサー及び前記シールドケースが一体成形されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記台座部、前記放熱フィン及び前記スペーサーが一体成形され、前記シールドケースが前記スペーサーに組み付けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

Images