JP2017054619A - 光源モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】LED等の光源を発光制御する制御回路から光源への伝熱を抑制する一方で、照明装置への光源の組み付け作業を容易にした光源モジュールを提供する。
【解決手段】LEDチップ等の光源21と、光源21の発光を制御するための制御回路31とを備える光源モジュール1であって、光源21を搭載する光源搭載部2と、制御回路31を搭載する制御搭載部3を備える。光源搭載部2と制御搭載部3は、両者を一体化することが可能なそれぞれ独立した構成体として形成され、光源搭載部2と制御搭載部3を一体化したときに光源21と制御回路31とが電気接続される構成である。
【選択図】 図2

Description

本発明は灯具等の照明装置に用いられる光源モジュールに関し、特にLED等の発光素子を光源とした場合に好適な光源モジュールに関するものである。
自動車等の車両に用いられる灯具では、LED等の発光素子を光源として構成された光源モジュールが提供されている。例えば、特許文献1には、ソケットに装着されるバルブ(電球)に代えて当該ソケットに装着することが可能なLEDアッシーが提案されている。また、特許文献2には、LEDと制御回路及びソケットを一体に構成したLED光源が提案されている。これらLEDアッシーやLED光源は、いずれも光源(発光体)としてのLEDと、このLEDを発光させるための点灯回路(制御回路)を一体に構成しており、車載バッテリー等の外部電源に接続するだけで点灯させることが可能とされている。
特開2003−212039号公報 特開2004−63084号公報 特開2006−313676号公報
特許文献1のLEDアッシーは、ベースとなる部材にLEDを搭載するとともに、当該ベースにLEDの制御回路を一体に設けている。そのため、点灯時に制御回路を構成している電子部品、特に電流制限抵抗で発生した熱がベースとなる部材を介して、あるいは直接的にLEDにまで伝熱され、LEDの発光特性を低下させることが懸念される。特許文献2のLED光源はLEDと制御回路とをそれぞれ独立してソケットとなる部材に搭載しているが、ソケット部材に組み込んだ状態ではLEDと制御回路は直接に接続されるため、制御回路で発生した熱がLEDに伝熱され易い状態であることは同じである。
一方、特許文献3では、LEDと制御回路とを別体に構成し、両者を電気コードで電気接続してLEDを点灯する構成がとられている。そのため、制御回路で発生した熱がLEDに伝熱することを防止する上では有効であるが、LEDと制御回路をそれぞれ独立して灯具に組み付け、かつ両者を電気コードで接続する必要があり、特許文献1,2のような単一構成の光源構体に比較して取り扱いが面倒である。
本発明の目的は、制御回路からLED等のような光源への伝熱を抑制する一方で、照明装置への光源の組み付け作業を容易に行なうことを可能にした光源モジュールを提供するものである。
本発明は、光源と、光源の発光を制御するための制御回路とを備える光源モジュールであって、光源を搭載する光源搭載部と、制御回路を搭載する制御搭載部を備えており、これら光源搭載部と制御搭載部は、両者を一体化することが可能なそれぞれ独立した構成体として形成され、光源搭載部と制御搭載部を一体化したときに光源と制御回路とが電気接続される構成であることを特徴とする。
本発明において、制御回路は、光源の発光時における発熱量が光源よりも相対的に大きな電子部品を含んでいる。また、制御回路は制御基板に構築され、制御搭載部は異なる制御基板への交換が可能である。
本発明によれば、光源と制御回路はそれぞれ別体の光源搭載部と制御搭載部に搭載されているので、光源が発光したときに制御回路において発生した熱は光源に伝熱されるまでの間に放熱され、光源にまで伝熱することが防止できる。また、光源搭載部と制御搭載部の一方を照明装置に装着すれば、他方は当該一方に対して一体化するだけで照明装置に対する組み付けを行なうことができ、しかもこの一体化により光源と制御回路との電気接続を行なうことができるので、照明装置に対する組み付けを容易に行なうことができる。
本発明の実施形態1の光源モジュールを灯具に装着した状態の断面図。 実施形態1の光源モジュールを分解した状態の斜視図。 実施形態1の光源モジュールを一体化する前の状態と一体化した状態の断面図。 実施形態1の光源モジュールの一部の拡大斜視図。 光源モジュールの回路構成の一例を示す回路図。 実施形態2の光源モジュールの断面図。 実施形態3の光源モジュールを分離した状態の斜視図。 実施形態4の光源モジュールを分離した状態の斜視図。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態1の光源モジュール1を装着したランプの一部の断面図である。ここではランプはテールランプ等の標識ランプとして構成されており、ランプボディ101と、前面レンズ102とでランプハウジング100が構成され、ランプボディ101に開口された光源取付穴103に光源モジュール1が装着されている。この光源モジュール1はランプの点灯時に赤色光を発光するようになっており、発光されて光源モジュール1から出射された赤色光の一部は直接前面レンズ102を透過されて自動車の外部の所定の方向に向けて照射される。
図2は前記光源モジュール1の部分分解斜視図である。図3(a)は当該光源モジュール1の断面図であり、光源モジュール1を分離した状態を水平方向に切断したときの断面図である。図2及び図3(a)に示すように、光源モジュール1は、光源搭載部2と、制御搭載部3とで構成されている。これら光源搭載部2と制御搭載部3は別体の構成体として形成されているが、両者が互いに嵌合されて一体化されたときには1つの光源モジュール1として構成されるようになっている。前記光源搭載部2は光源として、ここでは複数のLEDチップ21を搭載している。前記制御搭載部3は前記LEDチップ21を点灯(発光)させるための制御電流を生成する制御回路31を搭載している。また、この制御搭載部3は車載バッテリーにつながる外部電源コネクタ4が接続可能とされている。
前記光源搭載部2は、樹脂成形により形成された光源ベース22を備えている。この光源ベース22は、外形が短円柱状に形成され、その周面には円形フランジ23と、円周複数箇所に径方向に突設されたバヨネット片24が形成されている。これら円形フランジ23とバヨネット片24とでバヨネット構造が形成されており、光源搭載部2はこのバヨネット構造により前記ランプボディ101の光源取付穴103に着脱可能とされている。
前記光源ベース22は柱軸方向の一方(各図の左側)の端面が光源搭載面22aとして構成されている。前記光源ベース22の光源搭載面22aと反対側の部位には、柱軸方向に凹設した凹部22bが形成されるとともに、これら光源搭載面22aと凹部22bとの間の領域に所要本数、ここでは2本の光源コンタクト25が延長された状態で埋設されている。この光源コンタクト25は細片状をした金属等の導電材料で形成されており、前記光源ベース22に対して一体成形により形成されている。前記光源コンタクト25の一端部は前記光源搭載面22aに露呈され、他端部は所要の長さの部分が前記凹部22b内に突出されている。
前記光源ベース22の光源搭載面22aには、前記LEDチップ21を実装した光源基板20が搭載されている。この光源基板20は、図には表れないが、矩形をした絶縁基板の表面と裏面に導電膜からなるLEDランド、接続ランドおよびこれらを電気接続する回路パターンが形成されている。そして、LEDランドに前記LEDチップ21が表面実装されている。ここでは4つのLEDチップ21が実装されている。また、接続ランドは前記光源コンタクト25の一端部に半田等のろう材により電気接続されている。これにより、前記LEDチップ21は光源基板20の回路パターンおよび接続パターンを介して前記光源コンタクト25に電気接続されることになる。
前記制御搭載部3は、樹脂成形により直方体に近い外形を有し、図2において上側に向けられた面が開口された収容室32aを有する矩形容器状の制御ベース32を備えている。また、前記収容室32aの開口を覆うためのカバー体33を備えている。制御ベース32の長手方向の一方の面には前記光源搭載部2に設けた前記凹部22bに嵌合可能な突部32bが形成され、これと反対側の面には長手方向に凹んだ凹部32cが形成されている。
前記突部32bの先端面には前記光源搭載部2の光源コンタクト25の他端部が嵌入可能な2つの凹穴32dが形成されており、これらの凹穴32dから前記収容室32aまでの領域にわたって細片状をした2本の金属等の導電部材34が埋設状態に延設されている。この導電部材34は、一端が前記凹穴32dの内部に配設され、かつ折り返し加工されることにより一対の雌型コンタクト34として構成されている。また、前記制御ベース32の前記凹部32cから前記収容室32aまでの領域にわたって細片状をした2本の金属等の導電部材35が延設されている。この導電部材35は、先端部が前記凹部32c内に所要の長さで突出されることにより一対の雄型コンタクト35として構成されている。
前記制御ベース32の収容室32aには制御基板30が内装されている。この制御基板30は前記LEDチップ21を発光させるための制御回路31を構成しており、制御基板30に形成されている回路パターン上に抵抗、ダイオード、コンデンサ等の複数の電子部品31aを実装している。また、この制御基板30の4箇所、ここでは四隅に近い箇所には、それぞれ基板の表面から裏面に貫通され、かつ前記回路パターンに電気接続されたスルーホール31bが形成されている。
この制御基板30は、前記制御ベース32の開口を通して収容室32aに内装される。図4に制御基板30と、前記した雌コンタクト34と雄コンタクト35の一部を拡大した斜視図を示すように、前記雌型コンタクト34と前記雄型コンタクト35が前記収容室32aの内部に延在している端部34a,35aは、それぞれが収容室32aの開口方向に向けてほぼ直角に曲げ加工されるとともに、すり割りが形成されたテーパ状をした矢尻形状に加工されており、いわゆるプレスフィット端子として加工されている。
したがって、制御基板30を開口を通して収容室32aに内装すると、制御基板30の4箇所のスルーホール31bにはそれぞれ雌型コンタクト34と雄型コンタクト35のプレスフィット端子34a,35aが内挿され、相互に嵌合状態とされる。これにより、制御基板30は収容室32a内に固定支持されるとともに、制御回路31は雌型コンタクト34と雄型コンタクト35に対してそれぞれ電気接続される。このプレスフィット端子34a,35aによる接続構造は、制御基板30を各コンタクト34,35に対して電気ワイヤで電気接続する場合に比較して接続が容易であるとともに、電気ワイヤを張設するスペースが不要になり、小型に構成することができる。
前記制御搭載部3のカバー体33は前記収容室32aの開口を閉塞するように概ねコ字状をした板部材として構成されており、その両側部にはそれぞれ係合穴33bを有する係合爪片33aが突出形成されている。カバー体33が前記収容室32aを閉塞するように前記制御ベース32に装着されたときに、係合爪片33aは制御ベース32の両側面に設けられた係合凹部32eに係合され、この係合凹部32dに設けた係合爪32fが係合穴33bに係合される。これにより、カバー体33は制御ベース32の開口を閉塞し、収容室32aに内装された制御基板30が密封状態に保持される。
図5は前記制御基板30に構成された制御回路31の回路図である。前記4つのLEDチップ21は直列接続されており、その両端は前記光源コンタクト25に接続されている。前記制御回路31は電流制限抵抗R1〜R3、保護ダイオードD、コンデンサC1,C2で構成されており、これら電流制限抵抗R1〜R3と保護ダイオードDは前記光源コンタクト25および雌型コンタクト34を介して前記LEDチップ21に直列接続されている。また、この制御回路31の電源供給側は前記雄型コンタクト35に接続されている。
以上の構成の実施形態1の光源モジュール1においては、光源搭載部2は、光源ベース22に設けたバヨネット構造を利用して、図1に示したようにランプボディ101の光源取付穴103に装着される。また、図3(b)に示すように、制御搭載部3は光源搭載部2に嵌合されて一体化される。この一体化では、制御ベース32の突部32bが光源搭載部2の凹部22bに嵌入される。この嵌入により、制御搭載部3の雌型コンタクト34が光源搭載部2の光源コンタクト25に弾接されて相互に電気接続されるため、制御基板30と光源基板20が電気接続され、図5に示したようにLEDチップ21は制御回路31に電気接続される。
その上で、車載バッテリーに接続されている外部電源コネクタ4を制御搭載部3の制御ベース32の凹部32cに嵌入すると、雄型コンタクト35が外部電源コネクタ4の図には表れないコンタクトに電気接続され、車載バッテリーの電力が制御回路31に供給されることになる。これにより、自動車等に設けられている図示を省略したスイッチ操作により、車載バッテリーの電力が外部電源コネクタ4から制御搭載部3の制御回路31に供給され、この制御回路31において所要の電流が生成されて光源搭載部2のLEDチップ21に給電され、LEDチップ21が発光されランプが点灯されることになる。
この光源モジュール1によれば、LEDチップ21を発光する際に制御回路31の電流制限抵抗R1〜R3において発熱するが、この熱の大部分は制御回路31を構築している制御基板30から制御ベース32に伝熱され、この制御ベース32、さらにはカバー体33の表面から放熱される。また、一部の熱は雌型コンタクト34および光源コンタクト25を通して光源搭載部2に伝熱されるが、この光源コンタクト25を伝熱する際に、光源ベース22に伝熱され、その表面から放熱される。したがって、光源基板20ないしLEDチップ21にまで伝熱されることは殆ど無く、LEDチップ21の温度上昇に伴う発光特性の低下が防止できる。
また、この光源モジュール1は、ランプへの組み付けに際しては、図1に示したように光源搭載部2をランプボディ101に装着し、その後に光源搭載部2に制御搭載部3を嵌合させて一体化すればよい。あるいは、先に光源搭載部2に制御搭載部3を嵌合させて一体化した上で、光源搭載部2をランプボディ101に装着してもよい。したがって、特許文献3のようにLEDに対して電気コードによる電気接続作業が不要であり、灯具への組み付け作業が容易なものにできる。
さらに、この光源モジュール1は、光源搭載部2と制御搭載部3の組み合わせは自由である。すなわち、異なる特性や異なる個数のLEDチップ21を搭載している光源搭載部2に対して、異なる制御基板30、すなわち異なる制御回路31を構成した制御搭載部3を一体化して1つの光源モジュールとして構成することができる。したがって、同じ光源搭載部2のLEDチップ21を異なる光度や発光形態で発光させようとしたとき、あるいはLEDチップ21の規格の違いに対応して制御回路31の保護素子を異なる特性の素子に置き換えるときには、それぞれに対応した好適な制御回路31を備える制御搭載部3に交換して光源搭載部2に一体化することで、異なる光度や発光形態での発光を実現し、かつ信頼性の高い光源モジュールを実現することができる。
また、この場合、実施形態1の光源モジュール1では、制御搭載部3の制御基板30のみを交換するようにしてもよい。制御基板30は前記したようにプレスフィット端子34a,35aとスルーホール31bとの嵌合によって制御ベース32の収容室32aに内装支持され、同時にコンタクト34,35に電気接続されている。したがって、制御基板30を上方に持ち上げてプレスフィット端子34a,35aとの嵌合を解除することで容易に他の制御基板30に交換することが可能である。
図6は実施形態2の光源モジュール1Aの断面図であり、実施形態1の光源モジュール1と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態2は光源搭載部2Aが実施形態1とは相違しているが、制御搭載部3の構成は実施形態1と同じである。この光源搭載部2Aは、LEDチップ21を実装した光源基板20のみで構成されており、実施形態1の光源ベース22は備えていない。
光源搭載部2Aの光源基板20は、実施形態1よりも外形寸法が大きな矩形をした絶縁基板の表面と裏面に導電膜からなるLEDランド、接続ランドおよびこれらを電気接続する回路パターンが形成されている。LEDランドにはLEDチップ21が表面実装され、接続ランドには光源基板20の表裏面に対してほぼ垂直方向に向けて2つの細片状の導電部材からなる光源コンタクト26が立設されている。この光源コンタクト26は先端が光源基板20の裏面方向に向けられ、基端が前記接続ランドに半田等により固定接続されている。
一方、前記光源モジュール1Aが装着されるランプボディ101には、その内面の一部に前方に向けて複数本のボス104が一体に突出形成されており、このボス104に前記光源基板20がネジ29により固定支持されている。また、前記光源コンタクト26の先端部は、ランプボディ101の一部に貫通されている光源取付穴103を通して外部に突出されている。
前記ランプボディ101の外面には、前記光源取付穴103を囲むように筒状部105が後方に向けて一体に突出形成されており、この筒状部105には制御搭載部3の制御ベース32が嵌入可能とされている。この制御搭載部3には、実施形態1と同様に雌型コンタクト34が形成されており、この雌型コンタクト34は光源搭載部2Aの光源コンタクト26の先端部に弾接して電気接続が可能な構成とされている。
実施形態2の光源モジュール1Aでは、予め光源搭載部2Aをランプボディ101内に固定支持し、その上でランプボディ101の外側から制御搭載部3をランプボディ101の筒状部105に嵌入させる。制御搭載部3が筒状部105に嵌入されたときには、当該制御搭載部3の突部32bは光源取付穴103に内挿され、この光源取付穴103内にまで延長されている光源コンタクト26の先端部に嵌合される。これにより、制御搭載部3の雌型コンタクト34は光源コンタクト26に電気接続され、制御搭載部3の制御回路31がLEDチップ21に電気接続される。したがって、制御搭載部3を介して光源搭載部2AのLEDチップ21に対する給電が行なわれ、LEDチップ21が発光されることは実施形態1と同じである。
実施形態2の光源モジュール1Aにおいても、制御搭載部3に内装されている制御回路31は光源搭載部2AのLEDチップ21から離間されており、雌型コンタクト34と光源コンタクト26を通して接続された構成であるので、制御回路31において発生した熱は制御ベース32から放熱され、あるいは光源搭載部2Aまで伝熱される途中でランプボディ101において放熱されることになり、LEDチップ21の温度上昇が防止される。
また、実施形態2の光源モジュール1Aでは、光源搭載部2Aはランプハウジング100を組み立てるときにランプボディ101内に固定支持されることになるので、組み立てられているランプに対して制御搭載部3のみをランプに対して組み付けるだけで光源モジュール1Aを組み付けることが可能になる。さらに、この実施形態2の光源モジュール1Aでは、光源搭載部2Aは光源基板20にLEDチップ21を実装し、かつ光源コンタクト26を立設しただけの構成であるので、構造が簡易でかつ小型に構成することができる。
以上説明した実施形態1,2は本発明の一例であり、本発明は次のような実施形態として構成することも可能である。図7は実施形態3の光源モジュール1Bの断面図である。光源搭載部2Bは金属板を加工したリードフレーム27を有しており、このリードフレーム27を樹脂製の光源ベース22に一体成形している。光源ベース22の外面にバヨネット構造が設けられていることは実施形態1の光源ベースと同じであるが、光源ベース22の他端側には角柱状の突出部22cが一体に突出形成されている構成は実施形態1とは相違している。
前記リードフレーム27は概ねコ字状に加工されており、その中央の搭載片部27aが光源ベース22の光源搭載面22aに配設されている。この搭載片部27aには2つのLEDチップ21が搭載され、かつリードフレーム27に対する電気接続が行なわれている。前記リードフレーム27は光源コンタクトとして前記突出部22cの両側に沿って露呈された状態で当該突出部22cの突出方向に沿って延在されている。
制御搭載部3Bは実施形態1,2と同様に、制御回路31を構成している制御基板30が収容されている。また、制御搭載部3Bの外形形状についても概ね実施形態1,2と同様であるが、この実施形態3では制御ベース32の突部32bの端面に、前記光源ベース2Bの突出部22cが嵌入可能な凹部32gが凹設されている。そして、制御搭載部3Bの制御ベース32に一体成形されている雌型コンタクト34の一端部は、この凹部32gの内部に配置されるとともに、実施形態1と同様に、折り返し加工されて多少の弾接力を有する構成とされている。
さらに、光源搭載部2Bの突出部22cの側面のうち、前記光源コンタクト27が存在しない側面、すなわち図7の上下に位置される面には係合爪22dが一体に形成されている。また、前記制御搭載部3Bの前記凹部32gの対応する上下の壁部には、切り込みスリットにより弾性が付与された係合片32hが形成されており、この係合片32hには前記係合爪22dが係合可能な係合穴32iが開口されている。
実施形態3の光源モジュール1Bでは、光源搭載部2Bと制御搭載部3Bを一体化するときには、光源搭載部2Bの突出部22cが制御搭載部3Bの凹部32gに嵌入されるようにする。突出部22cが嵌入されると、突出部22cの両側に延在されている光源コンタクト27が制御搭載部3Bの雌型コンタクト34に弾接され、相互に電気接続される。また、突出部22cの係合爪22dが凹部32gに臨む係合片32hの係合穴32iに係合されるので、光源搭載部2Bと制御搭載部3Bの一体状態が強固に保持されるとともに、両者の密着性が向上される。
実施形態3の光源モジュール1Bでは、制御搭載部3Bの制御回路31で発生した熱は、雌型コンタクト34及び雄型コンタクト35から制御ベース32に伝熱され、その外面から放熱される。また、雌型コンタクト34を通して光源コンタクト27にまで伝熱された熱は、光源ベース22に伝熱され、その外面から放熱される。雌型コンタクト34と雄型コンタクト35は制御ベース32に一体成形されており、光源コンタクト27は光源ベース22に一体成形されているので、これらコンタクト34,35,27とベース32,22との間の密着性は優れており、各コンタクト34,35,27から各ベース32,22への伝熱性を高め、放熱効果を高めることができる。
ここで、本発明における制御搭載部は、必ずしも外部電源コネクタ4が着脱可能な構成である必要はない。したがって、例えば、実施形態1の光源モジュール1の場合には、図8に示すように、制御搭載部3に車載バッテリー等の外部電源に接続される電気コード41を直接接続した構成としてもよい。この場合には、制御搭載部3に設けていた雄型コンタクト35が不要になり、かつ外部コネクタ4も不要になるので、さらなる構造の簡略化が実現できる。
前記各実施形態では、光源搭載部には光源、すなわちLEDチップのみを搭載しているが、LEDの発光時における発熱量が他の電子部品よりも相対的に少なく、LEDへ熱の影響を及ぼさない電子部品であれば光源搭載部に搭載してもよい。特に、制御搭載部に搭載する制御基板を交換する場合でも、LEDチップを発光するために必要な共通の電子部品が存在しており、その電子部品の発熱量が少ない場合には、当該電子部品を光源搭載部に搭載することで、制御基板の電子部品点数を削減し、より小型化を実現することが可能になる。
前記各実施形態では光源として表面実装型のLEDチップを用いた例を示したが、砲弾型LED、あるいはチップオンボード型のLEDを用いてもよい。さらには、LED以外の発光体を用いてもよい。また、光源モジュールをテールランプ等の標識ランプの光源に用いた例を示したが、ヘッドランプや補助照明ランプ等の他のランプの光源として用いる光源モジュールとして用いることも可能である。
本発明の光源モジュールは、光源搭載部と制御搭載部が着脱可能に一体化できる構成であれば良いので、制御搭載部をランプに取り付けるようにしてもよい。例えば、制御搭載部にバヨネット構造を設けてランプに装着することを可能にし、装着される制御搭載部に対して光源搭載部が一体化されるようにしてもよい。
1,1A,1B 光源モジュール
2,2A,2B 光源搭載部
3,3B 制御搭載部
4 外部電源コネクタ
22 光源ベース
20 光源基板
21 LEDチップ
25,26,27 光源コンタクト
30 制御基板
31 制御回路
34 雌型コンタクト
35 雄型コンタクト
100 ランプハウジング
101 ランプボディ
102 前面カバー

Claims (5)

  1. 光源と、前記光源の発光を制御するための制御回路とを備える光源モジュールであって、前記光源を搭載する光源搭載部と、前記制御回路を搭載する制御搭載部を備え、前記光源搭載部と前記制御搭載部は、両者を一体化することが可能なそれぞれ独立した構成体として形成され、前記光源搭載部と前記制御搭載部を一体化したときに前記光源と前記制御回路とが電気接続される構成であることを特徴とする光源モジュール。
  2. 前記制御回路は、前記光源の発光時における発熱量が当該光源よりも相対的に大きな電子部品を含む請求項1に記載の光源モジュール。
  3. 前記制御回路は制御基板に構築され、前記制御搭載部は異なる制御基板への交換が可能である請求項1又は2に記載の光源モジュール。
  4. 前記光源搭載部又は前記制御搭載部は、照明装置の構成部品に対して着脱可能である請求項1ないし3のいずれかに記載の光源モジュール。
  5. 前記制御搭載部は外部電源が接続される請求項1ないし4のいずれかに記載の光源モジュール。


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