JP2021057118A - 光源ユニット及び車輌用灯具 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストの高騰を来すことなく発光素子において生じる熱の電子部品への影響を低減すると共に発光素子から放熱板への熱の高い伝達効率を確保する。【解決手段】光源ユニット8において、発光素子29と発光素子29が配置された絶縁基板28と発光素子29に給電を行う回路基板27と基板取付部21を有する放熱板が設けられたソケットハウジング9とを備える。回路基板27は、回路パターンが形成された樹脂ベース30と樹脂ベースに挿通された金属ブロック31とを有する。基板取付部21に回路基板27が取り付けられ、金属ブロック31に絶縁基板28が取り付けられる。【選択図】図3
Description
本発明は、回路基板が取り付けられるソケットハウジングを有し発光素子から光が出射される光源ユニット及び車輌用灯具についての技術分野に関する。
車輌用灯具には、例えば、ランプハウジングとカバーによって構成された灯具外筐に対して着脱可能とされた光源ユニットが設けられ、光源ユニットの光源として発光ダイオード等の発光素子が用いられたものがある。
このような光源ユニットには、ソケットハウジングに金属材料によって形成され基板取付部を有する放熱板が設けられ、基板取付部に回路基板が取り付けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。
回路基板には発光素子が搭載され、発光素子の発光時に生じる熱が放熱板に伝達され、発光素子の温度上昇が抑制されて発光素子の良好な発光状態が確保される。
上記したように、光源ユニットにおいては、発光素子の温度上昇を抑制して発光素子の良好な発光状態を確保する必要があるため、発光素子から放熱板への熱の高い伝達効率が確保されることが望ましい。
このように発光素子から放熱板への熱の高い伝達効率を確保するために、光源ユニットにおいては、例えば、回路基板としてセラミック基板が用いられたものがある。セラミック基板は樹脂基板に対して高い熱伝導率を有しているため、発光素子から回路基板を介して放熱板への熱の高い伝達効率を確保することが可能である。
しかしながら、回路基板としてセラミック基板を用いた場合には、回路基板の熱伝導率が高いため、発光素子において生じる熱が回路基板に搭載された電子部品にも伝達され易くなり、回路基板に対する電子部品の接合状態に影響を与えたり電子部品の特性に影響を及ぼすおそれがある。
そこで、光源ユニットには、例えば、回路基板として樹脂基板が用いられ、樹脂基板における発光素子が搭載された部分にサーマルビア(スルーホール)を形成したものがある。回路基板として樹脂基板が用いられることにより発光素子において生じる熱が電子部品に伝達され難くなる一方、発光素子において生じる熱がサーマルビアを介して放熱板に伝達されるため、回路基板に対する電子部品への影響を低減した上で発光素子から放熱板への熱の高い伝達効率を確保することが可能になる。
ところが、上記のような樹脂基板における発光素子が搭載された部分にサーマルビアが形成される光源ユニットにあっては、必要な放熱性能を確保するために多数のサーマルビアを形成する必要があり、サーマルビアの大きな形成領域が必要になり、回路基板の大型化を来すおそれがある。この場合に、回路基板の大きさに制約がなければ、このような構成を採用することが可能であるが、回路基板の大きさに制約があると、回路基板に必要な電子部品を搭載することは困難になる可能性がある。
また、サーマルビアを形成する毎に、その分の、加工作業及び加工時間が必要になり、製造コストが高くなると言う問題が生じてしまう。
そこで、本発明光源ユニット及び車輌用灯具は、製造コストの高騰を来すことなく発光素子において生じる熱の電子部品への影響を低減すると共に発光素子から放熱板への熱の高い伝達効率を確保することを目的とする。
第1に、本発明に係る光源ユニットは、発光素子と前記発光素子が配置された絶縁基板と前記発光素子に給電を行う回路基板と基板取付部を有する放熱板が設けられたソケットハウジングとを備えた光源ユニットであって、前記回路基板は回路パターンが形成された樹脂ベースと前記樹脂ベースに挿通された金属ブロックとを有し、前記基板取付部に前記回路基板が取り付けられ、前記金属ブロックに前記絶縁基板が取り付けられたものである。
これにより、放熱板の基板取付部に回路基板が取り付けられると共に発光素子が搭載された絶縁基板が回路基板の金属ブロックに取り付けられる。
第2に、上記した本発明に係る光源ユニットにおいては、前記絶縁基板に電極部が形成され、前記電極部が金属ワイヤーによって前記回路パターンに接続されることが望ましい。
これにより、金属ブロックに絶縁基板が取り付けられた状態において電極部が回路パターンに金属ワイヤーによって接続される。
第3に、上記した本発明に係る光源ユニットにおいては、前記絶縁基板の外形状が前記金属ブロックの外形状より小さくされることが望ましい。
これにより、絶縁基板の全体を金属ブロックに搭載することが可能になるため、発光素子において生じた熱が金属ブロックに効率的に伝達されて金属ブロックから放熱板に伝達される。
第4に、上記した本発明に係る光源ユニットにおいては、前記絶縁基板が前記金属ブロックに熱伝導性接着剤によって接着されることが望ましい。
これにより、熱伝導性の高い材料によって絶縁基板が金属ブロックに接合される。
第5に、本発明に係る車輌用灯具は、光源ユニットを備えた車輌用灯具であって、前記光源ユニットは、発光素子と前記発光素子が配置された絶縁基板と前記発光素子に給電を行う回路基板と基板取付部を有する放熱板が設けられたソケットハウジングとを備えた光源ユニットであって、前記回路基板は回路パターンが形成された樹脂ベースと前記樹脂ベースに挿通された金属ブロックとを有し、前記基板取付部に前記回路基板が取り付けられ、前記金属ブロックに前記絶縁基板が取り付けられたものである。
これにより、光源ユニットにおいて、放熱板の基板取付部に回路基板が取り付けられると共に発光素子が搭載された絶縁基板が回路基板の金属ブロックに取り付けられる。
本発明によれば、放熱板の基板取付部に回路基板が取り付けられると共に発光素子が搭載された絶縁基板が回路基板の金属ブロックに取り付けられるため、製造コストの高騰を来すことなく発光素子において生じる熱の電子部品への影響を低減することができると共に発光素子から放熱板への熱の高い伝達効率を確保することができる。
以下に、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。以下の説明においては、光源ユニットから出射される光の光軸方向を前後方向とし光の出射方向を前方として前後上下左右の方向を示すものとする。尚、以下に示す前後上下左右の方向は説明の便宜上のものであり、本発明の実施に関しては、これらの方向に限定されることはない。
車輌用灯具1は前方に開口された凹部を有するランプハウジング2とランプハウジング2の前側の開口2aを閉塞するカバー3とを備えている(図1参照)。ランプハウジング2とカバー3によって灯具外筐4が構成され、灯具外筐4の内部空間が灯室5として形成されている。
ランプハウジング2の後端部は前後に貫通された略円筒状のユニット取付部6として設けられ、ユニット取付部6の内側の空間が取付孔6aとして形成されている。ユニット取付部6の内周面には内方に突出された係合突部7、7、・・・が周方向に離隔して設けられている。
ランプハウジング2のユニット取付部6には光源ユニット8が着脱可能にされている。光源ユニット8はソケットハウジング9と給電体10と発光モジュール11を有している(図2乃至図4参照)。
ソケットハウジング9は樹脂成形部12と放熱板13がインサート成形等によって一体に形成されている。
樹脂成形部12は樹脂材料にカーボン等の導電性を有する材料が含有されて形成され、高い熱伝導性を有している。樹脂成形部12は前後方向を向く略円板状のベース面部14とベース面部14の中央部から前方に突出された突状部15とベース面部14から後方に突出された第1の放熱フィン16、16、・・・とベース面部14から後方に突出された第2の放熱フィン17、17とベース面部14から後方に突出されたコネクター連結部18とを有している。
突状部15は外形が円形状に形成された基板配置部19と基板配置部19の前端部から外方に突出された係合部20、20、20とを有している。
基板配置部19には前方に開口された配置凹部19aが形成されている。配置凹部19aは略矩形状に形成され、発光モジュール11の外形状より一回り大きくされている。係合部20、20、20は周方向に離隔して設けられている。
第1の放熱フィン16、16、・・・は、例えば、左右方向において等間隔に並んで設けられている。
第2の放熱フィン17、17は第1の放熱フィン16、16、・・・の両側に位置され、第1の放熱フィン16、16、・・・と同じ向きでベース面部14から突出されている。
コネクター連結部18は軸方向が前後方向にされた筒状に形成され、第1の放熱フィン16、16、・・・と第2の放熱フィン17、17によって囲まれた位置に設けられている。コネクター連結部18には図示しないコネクターが接続される。
放熱板13は熱伝導性の高い金属材料が所定の形状に形成されて成る。放熱板13は基板取付部21と第1の連結部22、22と第2の連結部23、23と放熱部24、24から成る。
基板取付部21と第2の連結部23、23はそれぞれ前後方向を向く板状に形成され、第1の連結部22、22と放熱部24、24はそれぞれ左右方向を向く板状に形成されている。基板取付部21の前面は取付面21aとして形成されている。
第1の連結部22、22はそれぞれ前端部が基板取付部21の左右両端部に連続され、第2の連結部23、23はそれぞれ左右方向における内側の端部がそれぞれ第1の連結部22、22の後端部に連続され、放熱部24、24はそれぞれ前端部が第2の連結部23、23の左右方向における外側の端部に連続されている。
放熱板13は基板取付部21の取付面21aが基板配置部19の配置凹部19aにおいて前方に露出した状態にされている。放熱板13は、第1の連結部22、22が基板配置部19の内部に位置され、第2の連結部23、23がベース面部14の内部に位置され、放熱部24、24がそれぞれ第2の放熱フィン17、17の内部に位置されている。
樹脂成形部12には基板配置部19からベース面部14に亘る位置に図示しない挿入配置孔が形成され、挿入配置孔は配置凹部19aとコネクター連結部18の内部とに連通されている。
給電体10は絶縁性の樹脂材料によって形成された端子保持部25と端子保持部25に保持され図示しない電源回路(外部電力)に接続される接続端子26、26、26とを有している。
端子保持部25は前後方向に延びる扁平な形状に形成されている。接続端子26、26、26は金属材料によって形成され、左右に並んで位置された状態で前後両端部がそれぞれ端子保持部25から前後に突出され、前後両端部を除く部分が端子保持部25の内部に位置されている。
給電体10は端子保持部25と接続端子26、26、26が、例えば、インサート成形によって一体に形成されている。給電体10は接続端子26、26、26の前後両端部以外の部分が樹脂成形部12に形成された挿入配置孔に挿入されている。
発光モジュール11は前後方向を向き略矩形状に形成された回路基板27と回路基板27に取り付けられた絶縁基板28と絶縁基板28に搭載された発光素子29、29、・・・とを有している(図2及び図5参照)。
回路基板27は略矩形状に形成され、樹脂ベース30と金属ブロック31を有している。
樹脂ベース30は外形状が略矩形状に形成され、ガラスエポキシ材等の樹脂材料によって形成されている。樹脂ベース30の中央部には、例えば、円形状の貫通された配置孔32が形成されている。樹脂ベース30の前面には回路パターン33が形成され、回路パターン33には所定の電子部品(制御素子)34、34、・・・が接合されて搭載されている。回路パターン33の一部は接続端子部33a、33aとして形成されている。
金属ブロック31としては、例えば、銅が用いられ、金属ブロック31は配置孔32に嵌合され樹脂ベース30に挿通された状態で配置されている。金属ブロック31は円板状に形成され、前面31aが、例えば、樹脂ベース30の前面30aと同一平面上に位置され、後面31bが、例えば、樹脂ベース30の後面30bと同一平面上に位置されている(図6参照)。
回路基板27は放熱板13における基板取付部21の取付面21aに、例えば、熱伝導性かつ非導電性の接着剤や粘着シートによって取り付けられる(図2及び図3参照)。回路基板27が基板取付部21に取り付けられた状態においては、金属ブロック31が接着剤や粘着シートを介して取付面21aに面接触され、接続端子26、26、26の前端部が樹脂ベース30を挿通されて半田等により回路パターン33に接続される。
尚、接続端子26、26、26は前端部が回路基板27の外周側に位置され、回路パターン33と導電性ワイヤー等によって接続されていてもよい。
絶縁基板28は、例えば、矩形状に形成され、外形状が金属ブロック31の外形状より小さくされている。絶縁基板28は窒化アルミニウムや酸化アルミニウム(アルミナ)等によって形成されている。窒化アルミニウムや酸化アルミニウムは非導電性であるが高い熱伝導性を有している。絶縁基板28の前面には接続パターン35が形成され、接続パターン35の一部は電極部35a、35aとして形成されている。
発光素子29、29、・・・としては、例えば、LED(Light Emitting Diode)が用いられている。発光素子29、29、・・・は接続パターン35に接合され、例えば、直列に接続されている。
尚、発光素子29、29、・・・は接続パターン35によって直列に接続されていてもよく、また、接続パターン35、35、・・・が発光素子29、29、・・・毎に形成されて接続パターン35、35、・・・にそれぞれ発光素子29、29、・・・が接合された状態でワイヤー等によって発光素子29、29、・・・が直列に接続されていてもよい。
発光素子29、29、・・・が搭載された絶縁基板28は回路基板27の金属ブロック31に取り付けられる。絶縁基板28は、例えば、接着剤(基剤)に金属フィラーや無機フィラー等の高熱伝導性のフィラーが含有された熱伝導性接着剤によって接着されることにより金属ブロック31に取り付けられ、例えば、金属ブロック31の外周より内側に位置される。
絶縁基板28が金属ブロック31に取り付けられた状態において、接続パターン35の電極部35a、35aがそれぞれ回路パターン33の接続端子部33a、33aに、例えば、アルミニウムや金等によって形成された金属ワイヤー36、36によって接続される。電極部35a、35aが接続端子部33a、33aに接続されることにより、発光素子29、29、・・・が接続パターン35と金属ワイヤー36、36と回路パターン33を介して接続端子26、26、・・・に接続され(図5参照)、電源回路からの発光素子29、29、・・・への電力の供給が可能な状態にされる。尚、一般に、金属ワイヤー36、36による接続は、始めに絶縁基板28の電極部35a、35aの接続がファーストボンド側として行われ、次に回路基板27の接続端子部33a、33aの接続がセカンドボンド側として行われる。但し、この場合に、金属ワイヤー36、36が発光素子29、29、・・・から出射される光の一部を遮蔽するおそれがあるため、ボンディングの順序が上記とは逆の順序で行われてもよい。また、金属ワイヤー36、36を保護するために、金属ワイヤー36、36が保護樹脂によって保護されてもよい。
回路基板27には発光素子29、29、・・・と電子部品34、34、・・・の間に枠体37が取り付けられている(図2及び図3参照)。枠体37は略円環状に形成され、発光素子29、29、・・・を囲む位置に配置されている。
枠体37の内部には図示しない蛍光体が充填され、蛍光体によって発光素子29、29、・・・が封止されている。
蛍光体上にはレンズ部38が配置されている。レンズ部38は透明な樹脂材料によって前方に凸の半球状に形成されている。尚、本実施形態においては、発光素子29、29、・・・がレンズ部38によって封止された例を示したが、用途上要求される光学特性等に応じて別の構成にされていてもよく、例えば、枠体37やレンズ部38が設けられていない構成にされてもよい。また、所望の発光色の光を出射する発光素子があれば、枠体37の内部に蛍光体が充填されていなくてもよい。
上記のように構成された光源ユニット8には、突状部15に環状のガスケット39が外嵌状に取り付けられる(図1参照)。ガスケット39は樹脂材料又はゴム材料によって形成されている。
光源ユニット8はガスケット39が取り付けられた状態において、突状部15がランプハウジング2のユニット取付部6に後側から挿入され、周方向に回転されて係合部20、20、20がそれぞれ係合突部7、7、・・・に後側から係合される。このとき係合突部7、7、・・・は係合部20、20、20とガスケット39に挟持され、光源ユニット8がランプハウジング2に取り付けられる。光源ユニット8がランプハウジング2に取り付けられた状態においては、ガスケット39によってユニット取付部6が閉塞され、外部からのユニット取付部6を介しての灯室5への水分等の異物の侵入が防止される。
逆に、光源ユニット8が周方向において上記とは反対方向へ回転されると、係合部20、20、20の係合突部7、7、・・・に対する係合が解除され、突状部15をユニット取付部6から引き出すことにより、光源ユニット8をランプハウジング2から取り外すことができる。
光源ユニット8がランプハウジング2に取り付けられた状態において、電源回路から接続端子26、26、26を介して発光素子29、29、・・・に電源が供給されると、発光素子29、29、・・・から光が出射される。発光素子29、29、・・・から出射された光は蛍光体及びレンズ部38を透過され、カバー3を介して外部に照射される。このときレンズ部38によって光の照射方向が制御され、光が所定の方向へ向けて外部に照射される。
発光素子29、29、・・・の発光時には発光素子29、29、・・・において熱が発生するが、発生した熱は絶縁基板28から回路基板17の金属ブロック31に伝達され、金属ブロック31から放熱板13に伝達される。放熱板13に伝達された発光素子29、29、・・・において発生した熱は、主として、放熱板13の放熱部24、24からカーボン等の熱伝導性を有する材料が含有された樹脂成形部12に伝達され、第1の放熱フィン16、16、・・・と第2の放熱フィン17、17から放出される。
従って、発光素子29、29、・・・の温度上昇が抑制され、発光素子29、29、・・・の良好な発光状態が確保される。
以上に記載した通り、車輌用灯具1及び光源ユニット8にあっては、回路基板27は回路パターン33が形成された樹脂ベース30と樹脂ベース30に挿通された金属ブロック33とを有し、基板取付部21に回路基板27が取り付けられ、金属ブロック33に絶縁基板28が取り付けられている。
従って、放熱板13の基板取付部21に回路基板27が取り付けられると共に発光素子29、29、・・・が搭載された絶縁基板28が回路基板27の金属ブロック31に取り付けられるため、回路基板27に多数のサーマルビアを形成する必要もなく、発光素子29、29、・・・において発生した熱が樹脂ベース30に搭載された電子部品34、34、・・・に伝達され難い。これにより、製造コストの高騰を来すことなく発光素子29、29、・・・において生じる熱の電子部品34への影響を低減することができると共に発光素子29、29、・・・から放熱板13への熱の高い伝達効率を確保することができる。
尚、金属ブロック31としては、例えば、銅が用いられているが、銅がセラミックに対して約20倍の熱伝導率を有するため、金属ブロック31として銅を用いることにより発光素子29、29、・・・から放熱板13への熱の極めて高い伝達効率を確保することができる。
また、電極部35a、35aが金属ワイヤー36、36によって回路パターン33に接続されるため、金属ブロック31に絶縁基板28が取り付けられた状態において電極部35a、35aが回路パターン33に金属ワイヤー36、36によって接続され、電極部35a、35aを回路パターン33に簡素な構造によって確実に接続することができると共に発光素子29、29、・・・の動作の信頼性の向上を図ることができる。
さらに、光源ユニット8においては、絶縁基板28の外形状が金属ブロック31の外形状より小さくされている。
従って、絶縁基板28の全体を金属ブロック31に搭載することが可能になるため、発光素子29、29、・・・において生じた熱が金属ブロック31に効率的に伝達されて金属ブロック31から放熱板13に伝達され、発光素子29、29、・・・の温度上昇が効率的に抑制され、発光素子29、29、・・・の安定した点灯状態を確保することができる。
さらにまた、絶縁基板28が金属ブロック31に熱伝導性接着剤によって接着されることにより、熱伝導性の高い材料によって絶縁基板28が金属ブロック31に接合されるため、発光素子29、29、・・・において発生した熱の金属ブロック31への伝達効率が高くなり、発光素子29、29、・・・の一層安定した点灯状態を確保することができる。
上記には、金属ブロック31の前面31aが樹脂ベース30の前面30aと同一平面上に位置された例を示したが、金属ブロック31は前面31aが樹脂ベース30の前面30aより前側に位置されていてもよい(図7参照)。
このように金属ブロック31の前面31aが樹脂ベース30の前面30aより前側に位置されることにより、発光素子29、29、・・・が電子部品34に対して相対的に前方に位置され易くなるため、発光素子29、29、・・・から出射された光が電子部品34によって遮蔽されることがなく、発光素子29、29、・・・から出射される光の利用効率の向上を図ることができる。
但し、金属ブロック31の前面31aが樹脂ベース30の前面30aと同一平面上に位置されている場合においても、発光素子29、29、・・・の搭載面である絶縁基板28の前面28aが、絶縁基板28の厚み分だけ電子部品34の搭載面である樹脂ベース30の前面30aより前側に位置される(図6参照)。従って、この場合においても発光素子29、29、・・・が電子部品34に対して相対的に前方に位置され易くなるため、発光素子29、29、・・・から出射された光が電子部品34によって遮蔽され難くなり、発光素子29、29、・・・から出射される光の利用効率の向上を図ることが可能である。
一方、金属ブロック31は前面31aが樹脂ベース30の前面30aより後側に位置される構成にすることも可能である(図8参照)。
光源ユニット8においては、発光素子29、29、・・・から出射された光を制御する集光レンズ等の各レンズや光を反射するリフレクター等の制御部材40が発光素子29、29、・・・の前側に配置される場合があるが、このような場合に金属ブロック31の前面31aが樹脂ベース30の前面30aより後側に位置されることにより、制御部材40を回路基板27に近付けることが可能である。
従って、金属ブロック31の前面31aが樹脂ベース30の前面30aより後側に位置される構成にすることにより、制御部材40が配置される構成において光源ユニット8の小型化を図ることができる。
また、上記には、接続パターン35の電極部35a、35aがそれぞれ回路パターン33の接続端子部33a、33aに金属ワイヤー36、36によって接続された例を示したが、電極部35a、35aが接続端子部33a、33aに金属ワイヤー36、36を用いずに接続される構成にすることも可能である(図9参照)。尚、図9には、理解を容易にするために、三つの発光素子29、29、29が設けられている例を示す。
この場合には、例えば、接続パターン35の電極部35a、35aが絶縁基板28の側面から後面に亘っても形成され、絶縁基板28は各一部が金属ブロック31の外周側に位置される大きさに形成され、電極部35a、35aが金属ブロック31の外周側に位置される。電極部35a、35aは絶縁基板28の後面や側面に形成された部分が回路基板27の樹脂ベース30に形成された接続端子部33a、33aに接することにより接続される。
このように電極部35a、35aが絶縁基板28の側面から後面に亘っても形成され接続端子部33a、33aに接する構成にすることにより、金属ワイヤー36、36を用いることなく電極部35a、35aが接続端子部33a、33aに接続されるため、部品点数の削減及び接続作業における作業性の向上を図ることができる。
尚、この場合に、電極部35a、35aを接続端子部33a、33aに半田や導電性接着剤を用いて接合してもよい。
1…車輌用灯具、8…光源ユニット、9…ソケットハウジング、13…放熱板、16…第1の放熱フィン、17…第2の放熱フィン、21…基板取付部、27…回路基板、28…絶縁基板、29…発光素子、30…樹脂ベース、31…金属ブロック、32…配置孔、33…回路パターン、35a…電極部、36…金属ワイヤー
Claims (5)
- 発光素子と前記発光素子が配置された絶縁基板と前記発光素子に給電を行う回路基板と基板取付部を有する放熱板が設けられたソケットハウジングとを備えた光源ユニットであって、
前記回路基板は回路パターンが形成された樹脂ベースと前記樹脂ベースに挿通された金属ブロックとを有し、
前記基板取付部に前記回路基板が取り付けられ、
前記金属ブロックに前記絶縁基板が取り付けられた
光源ユニット。 - 前記絶縁基板に電極部が形成され、
前記電極部が金属ワイヤーによって前記回路パターンに接続された
請求項1に記載の光源ユニット。 - 前記絶縁基板の外形状が前記金属ブロックの外形状より小さくされた
請求項1又は請求項2に記載の光源ユニット。 - 前記絶縁基板が前記金属ブロックに熱伝導性接着剤によって接着された
請求項1、請求項2又は請求項3に記載の光源ユニット。 - 光源ユニットを備えた車輌用灯具であって、
前記光源ユニットは、
基板取付部を有する放熱板が設けられ放熱フィンを有するソケットハウジングと、
貫通された配置孔が形成された樹脂ベースと前記配置孔に配置された金属ブロックとを有し前記樹脂ベースに回路パターンが形成され前記基板取付部に取り付けられた回路基板と、
前記回路パターンに接続される電極部が形成され前記金属ブロックに取り付けられた絶縁基板と、
前記絶縁基板に搭載された発光素子とを備えた
車輌用灯具。
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