JP2023000940A - 光源ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子およびその点灯回路を構成する導電層がヒートシンクに支持された光源ユニットにおいて、そのコスト低減を図る。【解決手段】3つの発光素子22A、22B、22Cとその点灯回路を構成する導電層40とがヒートシンク50に支持された構成とする。その際、ヒートシンク50として、アルマイト処理が施されたアルミニウム製部材で構成されたものし、かつ、その酸化被膜52上に導電層40が表面処理層として形成された構成とする。そして、このヒートシンク50に対して、各発光素子22A~22Cが導電層40と電気的に接続された状態で搭載された構成とする。これにより、ヒートシンク50に表面処理層として形成された導電層40上に発光素子22A~22Cを搭載するだけの簡単な作業によって光源ユニット20を製造可能とし、従来のように導電層を有するフレキシブルプリント配線板等をヒートシンクに貼付する作業を不要とする。【選択図】図4

Description

本願発明は、発光素子およびその点灯回路を構成する導電層がヒートシンクに支持された光源ユニットに関するものである。
従来より、車両用灯具等の光源ユニットとして、発光素子とこの発光素子の点灯回路を構成する導電層とこれらを支持するヒートシンクとを備えたものが知られている。
「特許文献1」には、このような光源ユニットの構成として、ヒートシンクとしての放熱機能を有する金属板に対して発光素子が直接搭載されており、かつ、導電層を有するフレキシブルプリント配線板が上記金属板に貼付されたものが記載されている。
特開2021-12867号公報
上記「特許文献1」に記載された構成を採用することにより、光源ユニットの構成簡素化によるコスト低減を図ることが可能となるが、光源ユニットのさらなるコスト低減を図ることが望まれる。
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発光素子およびその点灯回路を構成する導電層がヒートシンクに支持された光源ユニットにおいて、そのコスト低減を図ることができる光源ユニットを提供することを目的とするものである。
本願発明は、ヒートシンクおよび導電層の構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
すなわち、本願発明に係る光源ユニットは、
発光素子と、上記発光素子の点灯回路を構成する導電層と、上記発光素子および上記導電層を支持するヒートシンクと、を備えた光源ユニットにおいて、
上記ヒートシンクは、アルマイト処理が施されたアルミニウム製部材で構成されており、
上記導電層は、上記アルマイト処理によって形成された酸化被膜上に表面処理層として形成されており、
上記発光素子は、上記導電層と電気的に接続された状態で上記ヒートシンクに搭載されている、ことを特徴とするものである。
上記「アルミニウム製部材」の具体的な構成は特に限定されるものではなく、例えばアルミニウム板やアルミニウム製のダイカスト成形品あるいは押出成形品等が採用可能である。
上記「酸化被膜」は、少なくとも導電層が表面処理層として形成される領域に形成されていれば、必ずしもヒートシンクの表面の全領域にわたって形成されていなくてもよく、また、その膜厚についても具体的な値は特に限定されるものではない。
上記「表面処理層」は、ヒートシンクの酸化被膜上に表面処理を施すことによって形成されたものであれば、その具体的な形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、導電性インクや導電性ペースト等を用いたインクジェットや3Dプリンターによる印刷やスクリーン印刷あるいはメッキ等の表面処理が採用可能である。
上記「発光素子」は、導電層と電気的に接続された状態でヒートシンクに搭載されていれば、その具体的な搭載構造は特に限定されるものではなく、また、その搭載個数は単数であってもよいし複数であってもよい。
本願発明に係る光源ユニットは、発光素子およびその点灯回路を構成する導電層がヒートシンクに支持された構成となっているが、ヒートシンクはアルマイト処理が施されたアルミニウム製部材で構成されており、また、導電層はアルマイト処理によって形成された酸化被膜上に表面処理層として形成されており、さらに、発光素子は導電層と電気的に接続された状態でヒートシンクに搭載されているので、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、アルマイト処理が施されたヒートシンクに対して、導電層を表面処理層として形成するとともに発光素子を搭載する作業を行うことにより、光源ユニットの製造を行うことができるので、従来のように導電層を有するフレキシブルプリント配線板等をヒートシンクに貼付する作業が不要となる。したがって、製造効率の向上による光源ユニットのコスト低減を図ることができる。
このように本願発明によれば、発光素子およびその点灯回路を構成する導電層がヒートシンクに支持された光源ユニットにおいて、そのコスト低減を図ることができる。
上記構成において、さらに、発光素子の構成として、ヒートシンクに直接搭載された状態で、その点灯回路を構成する導電層と金属線を介して電気的に接続された構成とすれば、発光素子の搭載作業を容易に行うことができる。
あるいは上記構成において、発光素子の構成として、その点灯回路を構成する導電層を介してヒートシンクに搭載された状態で、この導電層と電気的に接続された構成とすれば、発光素子と導電層との電気的接続を行うための独立した工程を省くことができる。
上記構成において、酸化被膜の膜厚の具体的な値が特に限定されないことは上述したとおりであるが、1.5μm以上の値に設定された構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、アルマイト処理によって形成される酸化被膜の絶縁破壊電圧は10~30V/μmであるので、酸化被膜の膜厚を1.5μm以上の値に設定することにより、15V程度の印加電圧に対しても絶縁耐圧が確保されるようにすることができる。そしてこれにより、光源ユニットが車両用灯具等に組み込まれるような場合においても酸化被膜の絶縁機能を維持することができる。
上記構成において、さらに、導電層として、複数種類の導電性材料が積層された構成とすれば、点灯回路の導電効率を高めた上で、発光素子や電源側コネクタとの電気的接続が適切に行われるようにすることが容易に可能となる。
本願発明の一実施形態に係る光源ユニットが組み込まれた車両用灯具を示す側端面図 上記光源ユニットを単品で示す側端面図 図2のIII 方向矢視図 上記光源ユニットを灯具斜め後方から見た状態で示す斜視図 上記光源ユニットの製造工程を示す斜視図 上記実施形態の第1変形例を示す、図4と略同様の図 上記実施形態の第2変形例を示す、図4と略同様の図
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
図1は、本願発明の一実施形態に係る光源ユニット20が組み込まれた車両用灯具10を示す側端面図である。また、図2は光源ユニット20を単品で示す側端面図であり、図3は図2のIII 方向矢視図である。さらに、図4は光源ユニット20を灯具斜め後方から見た状態で示す斜視図である。
これらの図において、Xで示す方向が「灯具前方」であり、Yで示す方向が「灯具前方」と直交する「左方向」(灯具正面視では「右方向」)であり、Zで示す方向が「上方向」である。これら以外の図においても同様である。
図1~4に示すように、本実施形態に係る車両用灯具10は、車両の前端部に設けられるヘッドランプであって、ランプボディ12とこのランプボディ12の前端開口部に取り付けられた素通し状の透光カバー14とで形成される灯室内に、光源ユニット20と配光制御ユニット30とが組み込まれた構成となっている。
まず、光源ユニット20の構成について説明する。
図3、4に示すように、光源ユニット20は、3つの発光素子22A、22B、22Cと、その点灯回路を構成する導電層40と、これらを支持するヒートシンク50とを備えた構成となっている。
3つの発光素子22A~22Cは、左右方向(すなわち車幅方向)に等間隔で並んだ状態で、かつ、その発光面22aを上向きにした状態で配置されている。その際、左右両側に位置する2つの発光素子22A、22Cは、灯具前後方向に関して互いに同じ位置に配置されているが、中央に位置する発光素子22Bは、2つの発光素子22A、22Cよりも灯具後方側に変位した状態で配置されている。
ヒートシンク50は、アルマイト処理が施されたアルミニウム製部材で構成されている。具体的には、このヒートシンク50は、横長矩形状の外形形状を有するアルミニウム板で構成されており、水平面に沿って配置されている。上記アルマイト処理はヒートシンク50の表面全域にわたって施されており、これにより形成される酸化被膜52の膜厚は1.5μm以上の値(例えば5~10μm程度の値)に設定されている。
導電層40は、ヒートシンク50の上面50aの酸化被膜52上に表面処理層として形成されている。具体的には、導電層40は、図2に示すように、酸化被膜52上に銅メッキ層42とニッケルメッキ層44とがこの順番で積層された構成となっている。
図3、4に示すように、導電層40は、ヒートシンク50の左右方向の中央部において発光素子22Bの後方近傍位置からヒートシンク50の後端面まで直線状に延びる左右1対の導電層40B1、40B2と、その左右両側において左右1対の発光素子22A、22Cの後方近傍位置からヒートシンク50の後端面までクランク状に曲がって延びる左右1対の導電層40A、40Cと、左右1対の発光素子22A、22Cの後方近傍位置において左右方向に延びる導電層40Dとによって構成されている。
各導電層40A、40B1、40B2、40C、40Dは、同一幅で帯状に形成されている。その際、4つの導電層40A、40B1、40B2、40Cは、ヒートシンク50の後端面近傍領域では左右方向に等間隔をおいて配置されている。また、導電層40Dは、その左右両端面と左右1対の導電層40A、40Cとの間に多少の隙間が形成されるようにした状態で配置されている。
3つの発光素子22A~22Cは、いずれも白色発光ダイオードであって同様の構成を有している。
各発光素子22A~22Cは、その発光面22aが横長矩形状に形成されており、その灯具後方側には左右1対の平板状の端子部22bが形成されている。
各発光素子22A~22Cは、熱伝導性接着剤24(図2参照)を介してヒートシンク50の上面50aに固定されている。その際、熱伝導性接着剤24としては、0.1W/(m・K)以上の熱伝導率(より好ましくは5W/(m・K)以上の熱伝導率)を有するエポキシ系接着剤やシリコン系接着剤等が用いられている。
各発光素子22A~22Cは、左右1対の金属線26を介して導電層40と電気的に接続されている。各金属線26は、アルミニウム製リボンで構成されており、アーチ状に湾曲して延びるように形成されている。そして、各金属線26は、その前端部において発光素子22A~22Cの各端子部22bに対して超音波溶着によって固定されており、また、その後端部において導電層40に対して超音波溶着によって固定されている。
具体的には、発光素子22Aは、左右1対の金属線26を介して導電層40Aの前端部および導電層40Dの左端部と電気的に接続されており、発光素子22Bは、左右1対の金属線26を介して左右1対の導電層40B1、40B2の前端部と電気的に接続されており、発光素子22Cは、左右1対の金属線26を介して導電層40Cの前端部および導電層40Dの右端部と電気的に接続されている。
ヒートシンク50の後端面には、4つの導電層40A、40B1、40B2、40Cの左右両側の位置に、矩形状の切欠き部50bがそれぞれ形成されている。そして、このヒートシンク50に対して灯具後方側から電源側コネクタ60が装着され、4つの導電層40A、40B1、40B2、40Cと電気的に接続されることにより、3つの発光素子22A、22B、22Cに電力が供給され得るようになっている。
電源側コネクタ60は、カードエッジコネクタとして構成されており、左右1対の切欠き部50bと係合した状態でヒートシンク50に装着されるようになっている。
ヒートシンク50の左右両端部には、左右1対の位置決め孔50cが形成されている。各位置決め孔50cは横長長円形の開口形状を有している。
次に、配光制御ユニット30の構成について説明する。
図1、3、4に示すように、配光制御ユニット30は、3つのリフレクタ30A、30B、30Cが左右方向に等間隔で並んだ状態で一体的に形成された樹脂製部材で構成されている。
各リフレクタ30A、30B、30Cは、各発光素子22A、22B、22Cの各々からの出射光を反射制御して灯具前方へ向けて照射するように構成されている。
3つのリフレクタ30A~30Cのうち、左右両側に位置する2つのリフレクタ30A、30Cは、灯具前後方向に関して互いに同じ位置に配置されているが、中央に位置するリフレクタ30Bは、2つのリフレクタ30A、30Cよりも灯具後方側に変位した状態で配置されている。
そして車両用灯具10は、2つの発光素子22A、22Cの点灯によってロービーム用配光パターンを形成するとともに、中央に位置する発光素子22Bの追加点灯によってハイビーム用配光パターンを形成するように構成されている。
配光制御ユニット30は、3つのリフレクタ30A~30Cの下端部において水平面に沿って延びるように形成された水平フランジ部32を備えており、この水平フランジ部32においてヒートシンク50に支持されている。
水平フランジ部32には、その周囲の4箇所に係合片32aが形成されており、また、ヒートシンク50に形成された左右1対の位置決め孔50cに対応する位置に左右1対の位置決めピン32bが形成されている。
配光制御ユニット30は、その水平フランジ部32がヒートシンク50に対して上方側から押し当てられることにより、上下方向の位置決めがなされた状態でヒートシンク50に支持されるようになっている。
その際、配光制御ユニット30は、左右1対の位置決めピン32bが左右1対の位置決め孔50cに挿入されるとともに、4つの係合片32aがヒートシンク50の外周端面と係合することにより、灯具前後方向および左右方向に関しても位置決めされるようになっている。
図5は、光源ユニット20の製造工程を示す斜視図である。
まず、図5(a)に示すように、アルマイト処理が施されたヒートシンク50に対して、その上面50aの酸化被膜52上に銅メッキ処理を施すことにより、点灯回路形状に沿って延びる銅メッキ層42を形成した後、図5(b)に示すように、銅メッキ層42の上にニッケルメッキ処理を施すことによりニッケルメッキ層44を形成し、これにより銅メッキ層42とニッケルメッキ層44とが積層された導電層40を完成させる。
次に、図5(c)に示すように、ヒートシンク50の上面50aにおける3つの発光素子22A、22B、22Cの搭載予定位置に熱伝導性接着剤24を塗布した後、図5(d)に示すように、その塗布位置に3つの発光素子22A~22Cを搭載することにより、3つの発光素子22A~22Cをヒートシンク50の上面50aに固定する。なお、熱伝導性接着剤24の塗布作業は、ノズル等を用いて行われるが、スクリーン印刷等によって行うことも可能である。
次に、図5(e)に示すように、3つの発光素子22A~22Cの各々を、左右1対の金属線26を介して導電層40と電気的に接続することにより、光源ユニット20を完成させる。
そして、図5(f)に示すように、光源ユニット20のヒートシンク50に対して灯具後方側から電源側コネクタ60を装着し、導電層40と電気的に接続させることにより、3つの発光素子22A~22Cに電力が供給され得るようにする。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態に係る光源ユニット20は、3つの発光素子22A、22B、22Cおよびその点灯回路を構成する導電層40がヒートシンク50に支持された構成となっているが、ヒートシンク50はアルマイト処理が施されたアルミニウム製部材で構成されており、また、導電層40はアルマイト処理によって形成された酸化被膜52上に表面処理層として形成されており、さらに、発光素子22A~22Cは導電層40と電気的に接続された状態でヒートシンク50に搭載されているので、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、アルマイト処理が施されたヒートシンク50に対して、導電層40を表面処理層として形成するとともに発光素子22A~22Cを搭載する作業を行うことにより、光源ユニット20の製造を行うことができるので、従来のように導電層を有するフレキシブルプリント配線板等をヒートシンクに貼付する作業が不要となる。したがって、製造効率の向上による光源ユニット20のコスト低減を図ることができる。
このように本実施形態によれば、発光素子22A~22Cおよびその点灯回路を構成する導電層40がヒートシンク50に支持された光源ユニット20において、そのコスト低減を図ることができる。
その際、本実施形態においては、発光素子22A~22Cが、ヒートシンク50に直接搭載された状態で導電層40と金属線26を介して電気的に接続された構成となっているので、発光素子22A~22Cの搭載作業を容易に行うことができる。
しかも本実施形態においては、酸化被膜52の膜厚が1.5μm以上の値に設定されているので、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、アルマイト処理によって形成される酸化被膜52の絶縁破壊電圧は10~30V/μmであるので、酸化被膜52の膜厚を1.5μm以上の値に設定することにより、15V程度の印加電圧に対しても絶縁耐圧が確保されるようにすることができる。そしてこれにより、本実施形態に係る光源ユニット20のように車両用灯具10に組み込まれた状態で用いられる場合であっても酸化被膜52の絶縁機能を維持することができる。
また本実施形態においては、導電層40として銅メッキ層42およびニッケルメッキ層44が積層された構成となっているので、点灯回路の導電効率を高めた上で、発光素子22A~22Cや電源側コネクタ60との電気的接続が適切に行われるようにすることが容易に可能となる。
すなわち、導電層40として銅メッキ層42を備えているので点灯回路の導電効率を高めることができる。また、ニッケルメッキ層44においてアルミニウム製の金属線26および電源側コネクタ60の端子と電気的に接続されるので、その接続部分に硫化や酸化等の現象が発生してしまうのを未然に防止することができ、これにより電気的接続が適切に行われるようにすることができる。
上記実施形態においては、導電層40の構成として銅メッキ層42およびニッケルメッキ層44が積層されているものとして説明したが、銅メッキ層42の代わりに銀メッキ層や金メッキ層等を採用することも可能であり、また、ニッケルメッキ層44の代わりにアルミニウム蒸着膜等を採用することも可能である。
上記実施形態においては、光源ユニット20として、3つの発光素子22A~22Cを備えているものとして説明したが、2つ以下または4つ以上の発光素子を備えた構成とすることも可能である。
上記実施形態においては、光源ユニット20が組み込まれた車両用灯具10がヘッドランプであるものとして説明したが、それ以外の灯具(例えばフォグランプやテールランプ等)である場合にも同様の作用効果を得ることができ、また、光源ユニット20が車両用灯具以外の用途に用いられる構成とすることも可能である。
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
まず、上記実施形態の第1変形例について説明する。
図6は、本変形例に係る光源ユニット120を示す、図4と略同様の図である。
図6に示すように、本変形例に係る光源ユニット120の基本的な構成は上記実施形態の場合と同様であるが、3つの発光素子122A、122B、122Cの構成およびその搭載構造が上記実施形態の場合と異なっている。
すなわち本変形例においても、3つの発光素子122A~122Cは、いずれも白色発光ダイオードであって、横長矩形状の発光面122aを上向きにした状態で配置されているが、その下端面において導電層40を介してヒートシンク50に搭載されている点で上記実施形態の場合と異なっている。
その際、発光素子122Aは、導電層40Aの前端部および導電層40Dの左端部に塗布された導電性接着剤146に跨るようにして載置された状態で導電層40A、40Dと電気的に接続されており、発光素子122Bは、左右1対の導電層40B1、40B2の前端部に塗布された導電性接着剤146に跨るようにして載置された状態で導電層40B1、40B2と電気的に接続されており、発光素子122Cは、導電層40Cの前端部および導電層40Dの右端部に塗布された導電性接着剤146に跨るようにして載置された状態で導電層40C、40Dと電気的に接続されている。
本変形例においても、アルマイト処理が施されたヒートシンク50に対して、その上面50aの酸化被膜52上に導電層40を表面処理層として形成した上で、所定位置に発光素子122A~122Cを搭載するだけの簡単な作業により、光源ユニット120の製造を行うことができる。したがって、従来のように導電層を有するフレキシブルプリント配線板等をヒートシンクに貼付する作業が不要となる。
また、本変形例の構成を採用することにより、発光素子122A~122Cと導電層40との電気的接続を行うための独立した工程を省くことができる。
上記第1変形例においては、3つの発光素子122A~122Cが導電性接着剤146を介して導電層40と電気的に接続されるものとして説明したが、導電性接着剤146の代わりにハンダ等を介して導電層40と電気的に接続される構成とすることも可能である。
次に、上記実施形態の第2変形例について説明する。
図7は、本変形例に係る光源ユニット220を示す、図4と略同様の図である。
図7に示すように、本変形例に係る光源ユニット220の基本的な構成は上記第1変形例の場合と同様であるが、3つの発光素子122A~122Cの点灯回路としてコネクタ260が追加配置されている点で上記第1変形例の場合と異なっており、これに伴いヒートシンク250の構成も上記第1変形例の場合と一部異なっている。
すなわち、本変形例のヒートシンク250も、アルマイト処理が施された横長矩形状のアルミニウム板で構成されているが、その後端面に上記第1変形例のヒートシンク50のような切欠き部52bは形成されていない。上記アルマイト処理はヒートシンク250の表面全域にわたって施されており、これにより上記第1変形例の場合と同様の酸化被膜252が形成されている。
ヒートシンク250の上面250aには、上記第1変形例の場合と同様の回路パターンで導電層40が形成されている。
コネクタ260は、ヒートシンク250の上面250aの中央後部領域に搭載されており、4つの導電層40A、40B1、40B2、40Cと電気的に接続された状態で灯具後方へ向けて開口している。そして、このコネクタ260に対して電源側コネクタ(図示せず)が装着され得るようになっている。
本変形例においても、上記第1変形例の場合と同様、アルマイト処理が施されたヒートシンク250に対して、その上面250aの酸化被膜252上に導電層40を表面処理層として形成した上で、所定位置に発光素子122A~122Cを搭載するだけの簡単な作業により、光源ユニット220の製造を行うことができ、また、発光素子122A~122Cと導電層40との電気的接続を行うための独立した工程を省くことができる。
上記第2変形例においては、3つの発光素子122A~122Cの点灯回路として導電層40とコネクタ260とを備えているものとして説明したが、これらに加えて3つの発光素子122A~122Cの点灯制御を行うための制御素子(ICチップやコンデンサ等)を備えた構成とすることも可能である。
なお、上記実施形態およびその変形例において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。
また本願発明は、上記実施形態およびその変形例に記載された構成に限定されるものではなく、これ以外の種々の変更を加えた構成が採用可能である。
10 車両用灯具
12 ランプボディ
14 透光カバー
20、120、220 光源ユニット
22A、22B、22C、122A、122B、122C 発光素子
22a、122a 発光面
22b 端子部
24 熱伝導性接着剤
26 金属線
30 配光制御ユニット
30A、30B、30C リフレクタ
32 水平フランジ部
32a 係合片
32b 位置決めピン
40、40A、40B1、40B2、40C、40D 導電層
42 銅メッキ層
44 ニッケルメッキ層
50、250 ヒートシンク
50a、250a 上面
50b 切欠き部
50c 位置決め孔
52、252 酸化被膜
60 電源側コネクタ
146 導電性接着剤
260 コネクタ

Claims (5)

  1. 発光素子と、上記発光素子の点灯回路を構成する導電層と、上記発光素子および上記導電層を支持するヒートシンクと、を備えた光源ユニットにおいて、
    上記ヒートシンクは、アルマイト処理が施されたアルミニウム製部材で構成されており、
    上記導電層は、上記アルマイト処理によって形成された酸化被膜上に表面処理層として形成されており、
    上記発光素子は、上記導電層と電気的に接続された状態で上記ヒートシンクに搭載されている、ことを特徴とする光源ユニット。
  2. 上記発光素子は、上記ヒートシンクに直接搭載された状態で、上記導電層と金属線を介して電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項1記載の光源ユニット。
  3. 上記発光素子は、上記導電層を介して上記ヒートシンクに搭載された状態で、上記導電層と電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項1記載の光源ユニット。
  4. 上記酸化被膜の膜厚は、1.5μm以上の値に設定されている、ことを特徴とする請求項1~3いずれか記載の光源ユニット。
  5. 上記導電層は、複数種類の導電性材料が積層された構成となっている、ことを特徴とする請求項1~4いずれか記載の光源ユニット。
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