JP4977199B2 - 自動車用ランプモジュール及びｌｅｄ照明素子を備える照明ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ照明素子を含むランプモジュール、及び、特に自動車の使用のための、そのようなランプモジュールを含む照明ユニットに関する。

それらの良好な効率及び長い耐用年数の故に、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、自動車の使用のために特に良く適している。しかしながら、ＬＥＤの標準的な実装は、確実で正確な位置決め、並びに、容易な交換、及び、ヘッドライド、テールライト、回転方向指示器等のような、多様な自動車照明使用のための電気接続をもたらすのに十分ではない。１つ又はそれよりも多くのＬＥＤを含むランプモジュールが製造されている。そのようなモジュールは反射器で交換可能であり、反射器にモジュールを位置決めし且つ係止するための手段、並びに、適切な電気コネクタ（例えば、プラグ）を提供する。

特に高出力ＬＥＤを使用するときには（この脈絡では、高出力ＬＥＤは、１０００ｍＷを超える単一ＬＥＤ照明素子を意味するものと理解される）、熱管理が取り扱われる必要がある。もしＬＥＤ照明素子によって生成される熱が適切に放散されないならば、ＬＥＤ照明素子の動作温度は、照明出力及び耐用年数が減少するレベルに上昇し得る。

ＥＰ−Ａ−１３５３１２０号は、置換可能な車両用ランプ組立体を記載している。複数のＬＥＤが、熱伝導ポスト上に取り付けられ、外気に晒されるヒートシンク素子に結合されている。ベースがプラスチック樹脂から成り、電気プラグ接続を含む。反射器開口内で一致するよう、幾つかのアームを備える差込みカップリングが設けられている。ＬＥＤ素子からの熱を放散する良好な熱伝導経路を提供するために、ポスト及びそれぞれのランプ表面は、アルミニウム、亜鉛、又は、他の材料のような、高い熱伝導性を備える材料で形成される。ＬＥＤチップは、熱伝導性構造上に直接的に取り付けられる。

しかしながら、ランプモジュールがそれぞれの用途に良く適した方法でＬＥＤ素子に電力を供給するための活性回路を備える駆動電子機器を含むことも望ましい。

複数のそのようなランプモジュールがしばしば必要とされることを考慮すると、ランプモジュールの構造が（幾つかのモジュールが近接して配置され得るよう）コンパクトであり且つ（製造コストが最少であるよう）簡単であることが特に重要である。

コンパクトで簡単な構造のモジュール及び照明ユニットを提供することが本発明の目的である。

この目的は、請求項１に従ったランプモジュール及び請求項８に従った照明ユニットによって解決される。従属項は、好適実施態様に言及している。

ランプモジュールは、駆動回路を備えるＬＥＤ照明素子と、電気コネクタと、位置決め及び係止手段と、金属ヒートシンクとを含む。

本発明によれば、内部キャビティを定める少なくとも１つの頂壁と少なくとも１つの側壁とを含む金属ヒートシンク素子が設けられる。ＬＥＤ素子に電力を供給するために、電子駆動回路が接続される。駆動回路は、電気コネクタに接続される。駆動回路は、ヒートシンク素子の内部キャビティ内に配置される。このようにして、極めてコンパクトな設計が達成される。

ＬＥＤ素子は、ヒートシンク素子の頂壁に配置される。それは、ヒートシンク素子と直接的な熱接触する、即ち、良好な熱接続が保証される方法で、ヒートシンク素子に直接的に取り付けられる。よって、ヒートシンク素子は、ＬＥＤ素子で生成される熱を効率的に放散し得る。

本発明に従った構造は、電気接続に関して大きな柔軟性を提供する。電子駆動回路を統合することによって、照明素子のあらゆる種類の制御が効率的に実施され得る。同時に、本発明に従ったランプモジュールの構造は、簡単且つコンパクトなままである。何故ならば、駆動回路は、ヒートシンクのキャビティ内に収容されるからである。

本発明に従った照明ユニットは、上述されたようなランプモジュールを含む。モジュールを取り外し可能に取り付け得る反射器が、取付けキャビティを備え、その場合には、モジュールの取付け位置に、ＬＥＤ素子は位置付けられる。この取付け位置において、ＬＥＤモジュールから放射される光は、反射器表面上に方向付けられる。

本発明によれば、モジュールは、さらに、プラスチック部分を含む。電気コネクタ部分は、少なくとも部分的にプラスチック材料で構成されるコネクタハウジングを含む。この部分は、ヒートシンクをプラスチック材料内に少なくとも部分的に埋設することによって、ヒートシンクに固定される。製造中、これは、プラスチック部分を（少なくとも部分的に）金属ヒートシンク素子の周りに射出成形することによって達成され得る。これは、２つの素子の費用効率的で正確な製造及び優れた機械的接続をもたらす。さらに、位置決め及び係止手段も、（少なくとも部分的に）プラスチック材料で構成され、且つ、コネクタハウジングと共に１つのプラスチック部分として提供される。このようにして、双方の機能のために単一のプラスチック部分が提供され得る。

好ましくは、位置決め及び係止手段は、径方向に突出する突起を備える円筒部材を含む。

モジュールのＬＥＤ照明素子は、好ましくは、高出力ＬＥＤ（約１０００ｍＷ）である。複数のＬＥＤが存在し得るが、単一のＬＥＤ照明素子を提供することだけが好ましい。また、ＬＥＤ素子からの光が光軸の方向に直接的に反射されず径方向に反射されるよう、側部エミッタ光学素子が提供されることが好ましい。均等拡散（ランベルト）エミッタのような他の空間放射パターンも同様に適する。

さらなる好適な実施態様は、ヒートシンク素子に関する。矩形、台形、不定形等を含む異なる形状が可能であるが、ヒートシンク素子が少なくとも１つの本質的に円形の断面を有することが好ましい。コンパクトな設計を達成することが望ましいことを考えると、円にほぼ対応する断面が、嵩張った設計にならずに、比較的大きなヒートシンク表面（熱を放散するために重要）をもたらす。好ましくは、ヒートシンク素子の頂壁及び側壁は直角に配置される。好適な実施態様において、ヒートシンク素子はカップ形状である。

さらなる好適な実施態様によれば、ヒートシンク素子の頂壁（ＬＥＤ素子が配置される）及び側壁は、一体物に設けられる。これは、容易な組立て、安定的な機械的特性、及び、遮られない熱伝導をもたらす。

本発明の好適な実施態様によれば、ヒートシンク素子は、異なる断面を備える少なくとも２つの部分を含む。第一部分は、ＬＥＤ素子が配置される頂壁を含み、第二部分が、ＬＥＤ素子からさらに離れて配置される。第一部分は、第二部分よりも小さな断面積を有する。これは反射器内にモジュールを据え付けるのを助け、その場合には、ＬＥＤに近いより小さな前方部分（第一部分）は、余り空間を取らないのに対し、ヒートシンクのより広い後方部分（第二部分）は、熱を適切に放散するのに十分な表面を有する。異なる断面のそのような部分を提供するために、ヒートシンク素子が、先細り状、例えば、円錐形状を有することも可能であり、その場合には、第一部分は、前方先端であり得るし、第二端部は、ＬＥＤ素子からさらに離れた如何なる断面でもあり得る。しかしながら、ヒートシンク素子が、より小さな第一部分とより広い第二部分との間に、少なくとも１つの段部を含むことが最も好適である。双方の断面は、好ましくは、本質的に円形であり、好ましくは、同軸に配置される。

キャビティを封止するためにヒートシンクの上にキャップが提供され得る。キャップは、好ましくは、金属性材料から成り、最も好ましくは、ヒートシンク素子と同一の材料から成る。キャップも、熱を放散する働きをし、対応する構造、例えば、ピン、フィン等を備え得る。キャップは、ヒートシンク素子に締め付けられ得る。異なる熱放散能力を備える（例えば、フィンを備えない、小さなフィンを備える、及び、より大きなフィンを備える）異なる種類のキャップを設けることが可能である。これらの異なるキャップは、異なるヒートシンク能力を必要とする異なる環境下で動作する（例えば、異なる周囲温度で動作する）のに適した異なるモジュールを効率的に製造するために、その他の点では同一のヒートシンク素子の上に設けられ得る。

駆動回路は、如何なる種類の回路装置をも含み得る。好ましくは、それは回路板として提供され、最も好ましくは、プリント回路板として提供される。好適な実施態様によれば、電子ドライバは、電力の異なる時間平均レベルがＬＥＤ素子に供給される少なくとも２つの異なるモードで動作し得る。より低い時間平均電力は、好ましくは、例えば、ＬＥＤ素子に供給される電流のＰＷＭ変調によって、間欠的に供給される。

本発明の前記形態及び他の形態、機能、及び、利点は、付属の図面と共に読まれるならば、現時点での好適実施態様の以下の詳細な記載からさらに明らかになるであろう。詳細な記載及び図面は、本発明を限定するよりもむしろ例証しているに過ぎない。

図１は、ランプモジュール１０を示している。ランプモジュール１０は、突出するプラグハウジング１４を備えるモジュール本体１２と、反射器の内部にランプモジュール１０を係止するための係止部分１６と、ＬＥＤ照明素子１８とで構成されている。

図２及び図４の展開図中に示されるように、ＬＥＤモジュール１０は、積重ね状に組み立てられる。以下に詳細に説明されるモジュール本体１２は、本質的に円形の断面を有し、よって、中心軸Ａを定める。本体１２の上には、軸Ａにも芯出しされて、ＬＥＤ照明素子１８が配置されている。ＬＥＤ素子１８は、光を生成するためのＬＥＤ２０と、反射器内でのランプモジュール１０の位置決めに関するさらなる記載において明らかになるように、生成される光が中心軸Ａに関して径方向に方向付けられるよう、生成される光を反射するための側部エミッタ反射器２２（図５を参照）とを含む。

ＬＥＤ１８が突出する中心孔を備える頂部カバー２４が、ＬＥＤ素子１８の上に設けられている。

後に説明されるように、反射器へのランプモジュール１０の接続を封止するために、ガスケット２６が設けられている。

図４及び図５の断面図並びに図６の斜視図からも分かるように、本体１２は、ヒートシンクとして作用するカップ形状のアルミニウム部分３０で主として構成されている。材料は、代替的に、良好な熱伝導特性を備える他の金属でも良い。ヒートシンク３０は、深絞り成形によって一体物に形成され、軸Ａに対して同心状に配置された３つの円筒部分を含む。第一部分３２ａは、ヒートシンク３０の頂部に配置されている。第一部分３２ａは、カップ形状であり、径方向に配置された頂壁３４ａとそれに対して垂直に配置された円筒形側壁３６ａとを備える。第二円筒部分３２ｂは、第一部分３２ａの直ぐ下に配置され、やはり頂壁３４ｂと円筒形側壁３６ｂとを備える。第二円筒部分３２ｂは、第一部分３２ａよりも大きい直径を有する。同様に、さらに一層拡径された直径の、頂壁３４ｃと円筒形側壁３６ｃとを備える第三部分３２ｃが、直ぐ下に配置されている。

これらの区画３２ａ，３２ｂ，３２ｃで構成されることで、ヒートシンク３０は、内部キャビティ４０を定める。このキャビティを用いて、回路板４２が配置される。回路板４２は、本質的に円形断面であり、異なる直径の２つの部分を備える（図２に示されるように、より大きな直径の下方部分の小さな部分が切り取られている）。回路板４２は、ヒートシンク３０の２つの下方部分３２ｂ、３２ｃ内に嵌入している。後に説明されるように、回路板４２は、ＬＥＤ１８用の駆動回路を支持する。

その下端部に向かって、ヒートシンク３０は、同様にアルミニウムで形成される円形キャップ４４によって閉塞されている。

上記に説明されたように、本体部分１２は、ヒートシンク３０に締結されたプラスチック部分−係止部分１６及びプラグハウジング１４を含む。これらのプラスチック部分は、アルミニウムヒートシンク内に鋳造することによって、ヒートシンク３０に固定される。それらは射出成形によって製造され、ヒートシンクは、プラスチック部分がヒートシンクに直接的に形成されるよう型内に挿入される。

図４及び図５の断面図から明らかであるように、プラグハウジング１４の内部に突出する接触素子４８がある。これらの接触素子も、ヒートシンク３０でプラスチック部分内に鋳造される。それらはヒートシンクの頂壁３４ｂ内の孔５０を通じて走り、キャビティ４０内で、回路板４２に接触されている。また、接触ピン５２が、ＬＥＤ１８からヒートシンク３０の頂壁３４ａ内の孔を通じてキャビティ４０内部に走り、同様に回路板４２に接続されている。

キャビティ４０内部には、プラグ素子５４が突出して形成され、それらは、機械的接続を保証するために、回路板４２内の孔（図示せず）内に挿入される。

さらに、カップ形状のヒートシンク３０の内側及び外側に形成されたプラスチック部分は、反射器内でランプモジュール１０の位置決める働きをする円筒形表面６０を備える係止部分１６と、３つの径方向に突出するフラップ６２（図１０を参照）とを含む。フラップ６２は、ランプモジュール１０を反射器内に軸方向に固定するための差込み結合として働く。

動作時に、ランプモジュールは、以下に示されるように、反射器内に挿入される。プラグ１４の接点４８は、電力に接続される。駆動回路４２は、ＬＥＤ１８を動作するために電力を使用する。ＬＥＤ１８で生成される熱は、ヒートシンク３０によって放散される。ＬＥＤ１８は、第一の最少部分３２ａの上に直接的に配置される。ＬＥＤ素子１８は、その端壁３４ａに直接的に位置付けられ、熱伝導性接着剤によって固定される。

よって、動作中にＬＥＤ素子１８内で生成される熱は、ヒートシンク３０に効率的に移転され、アルミニウム材料の良好な熱伝導特性の故に、その中で均一に分配される。第二部分３２ｂ及び特に最大の第一部分の大きな表面積から、熱は効率的に放射する。よって、熱はＬＥＤ素子１８から離れて移転される。

その大きな表面の故に、キャップ４４は、熱の放散において重要な役割を演じる。周囲動作温度が十分に低いことが予期され得る用途では、図４に示されるような平坦な外面を備えるキャップ４４が使用され得る。

代替的に、もし、例えば、高い周囲温度要件の故に、より効率的な熱放散が必要とされるならば、キャップ４４上に熱放散構造を設けることも可能である。

図７は、他の点では同一のランプモジュール１０の対応する第二実施態様を示している。ここでは、複数の円筒形突起６４を備えるキャップ４４ａ（図８中に別個に示されている）が設けられている。よって、キャップ４４ａは、より効率的な熱放散のための拡大された表面を含む。当業者によって理解されるように、突起６４は、同一の効果を達成するために、例えば、熱フィンのように、異なって成形され得る。

プラグハウジング１４内には、３つの電気接点４８が設けられている。よって、電力がドライバ４２及びＬＥＤ１８にもたらされ得るのみならず、ＬＥＤ１８の動作を制御する指令を伝達することも可能である。現時点での好適実施態様において、３つの接点の第一は、共通の電気接地接続として作用する。残りの２つは、自動車の搭載動作電圧で選択的に電力供給され得る。もしこの電圧が接点の１つに供給されるならば、ＬＥＤ１８は全出力で動作されるのに対し、もし動作電圧が他の接点に供給されるならば、ＬＥＤ１８は減少された電力レベルでのみ動作される。代替的に、３つよりも多くの接点４８が存在し得る。例えば、さらなる接点が信号検出線として使用され得る。よって、駆動回路４２内で検出される故障情報のような状況情報が送信され得る。

全出力動作のために、駆動回路４２は、ＬＥＤ１８がそのそれぞれの通常値で動作されるよう、接続５２を通じて動作電流をＬＥＤ１８に供給する。駆動回路４２は、プラグ１４で印可される搭載動作電圧をＬＥＤ１８の動作のために必要とされる電気値に変換するために、対応する回路を含む。駆動回路４２の実現のために、様々な駆動原理が使用され得る。例えば、電流源ドライバ、又は、代替的に、切換えコンバータが実施され得る。

そのようなＬＥＤ駆動回路の詳細は当業者に既知であり、従って、さらに詳細には記載されない。ドライバ４２は、ＳＭＤ素子、別個の部分及び集積回路の両方（図面中に示されていない）を備えるプリント回路板である。代替的に、少数のみの、或いは、たった１つだけの特殊な集積駆動回路を備えるドライバ４２を設けることも可能である。

減少された電力での動作のために、回路４２は、公称動作電流を間欠的にのみＬＥＤ１８に供給するＰＷＭドライバを含む。固定的な切換周波数で並びに所定のデューティサイクルで、ＬＥＤ１８は、時間平均電力がフル稼働に比べて所定のより低いレベルにあるよう、連続的にオンオフされる。そのようなＰＷＭドライバは当業者に既知であり、従って、詳細にはさらに説明されない。代替的に、減少電力モードのために線形電流調整器(linear current dimming)を使用することも可能である。

従って、電気接続に関しては、モジュール１０は、まさに２フィラメント標準自動車用ランプのように挙動し得る。その場合には、全搭載電圧を、如何なるさらなる電子駆動手段を用いずに、それぞれの接点４８に単に接続することによって、異なる照明目的のための異なる動作レベルが使用され得る。

図９及び１０は、反射器７０内に取り付けられたモジュール１０を示している。反射器７０は、反射器表面７２と、モジュール１０を取り付けるための取付けキャビティ７４とを含む。図１０に見られるように、係止突起６２が、取付けキャビティ７４の内部に軽視される。円筒形部分６０が、取付けキャビティ７４内にモジュール１０を位置付ける働きをする。ガスケット２６は、モジュール１０と反射器７０との間の接続を封止するために配置されている。側部エミッタ反射器２２を備えるＬＥＤ１８は、反射器７２表面内の孔を通じて突出している。

図１０中に幾つかのビームのために例示的に示されているように、ＬＥＤ１８から放射される光は、側部エミッタ反射器２２によって径方向に方向付けられ、反射器表面７２によって反射される。反射器表面７２は、所望の光分配を達成するよう成形されている。

より小さな直径を有するヒートシンク３０の第一部分３２ａは、取付けキャビティ７４内に受容されるのに対し、より大きな底部部分３２ｂ、及び、特に３２ｃは、取付けキャビティ７４の外側に配置されるので、それらは自由に熱を放散し得る。全体構造は極めて簡単であるので、反射器７０及びモジュール１０を含む複数のそのような照明ユニットが、互いに隣り合って配置され得る。さらに、効率的な熱放散が提供される。

ランプモジュールの第一実施態様を示す斜視図である。 図１のランプモジュールを示す展開斜視図である。 図１及び図２のランプモジュールを示す上面図である。 線Ｂ−Ｂに沿う断面を備える図３のランプモジュールを示す展開図である。 図３中の線Ｂ−Ｂに沿って取られた断面を備える図３の組立てられたモジュールを示す側面図である。 ランプモジュールの第一実施態様のモジュール本体を示す斜視図である。 ランプモジュールの第二実施態様を示す斜視図である。 図７のランプモジュールの底部キャップを示す側面図である。 反射器内に位置付けられたランプモジュールを示す斜視図である。 図９の照明ユニットを示す側断面図である。

Claims (8)

1. ランプモジュールであり、
   ＬＥＤ照明素子と、
   該ＬＥＤ素子に電力を供給するために接続される電子駆動回路と、
   該電子駆動回路に接続される電気コネクタと、
   当該モジュールを反射器内に位置決めし且つ取り外し可能に係止するための、少なくとも部分的にプラスチック材料で構成される位置決め及び係止手段と、
   内部キャビティを定める少なくとも１つの頂壁と少なくとも１つの側壁とを備える金属ヒートシンク素子とを含み、
   前記電子駆動回路は、前記キャビティ内に配置され、
   前記ＬＥＤ素子は、前記ヒートシンク素子と直接的に熱接触して前記頂壁に配置され、
   コネクタハウジングが、前記電気コネクタに設けられ、前記コネクタハウジングは、少なくとも部分的にプラスチック材料で構成され、
   前記コネクタハウジングは、前記ヒートシンク素子を前記プラスチック材料内に少なくとも部分的に埋設することによって、前記ヒートシンク素子に固定され、前記位置決め及び係止手段及び前記コネクタハウジングは、１つのプラスチック部分として提供される、
   ランプモジュール。
2. 前記ヒートシンク素子は、少なくとも１つの本質的に円形の断面を有する、請求項１に記載のモジュール。
3. 前記ヒートシンク素子は、前記頂壁と前記側壁とを一体物で含む、請求項１及び２のうちのいずれか１項に記載のモジュール。
4. 前記ヒートシンク素子は、少なくとも第一部分と第二部分とを含み、
   前記ＬＥＤ素子は、前記第一部分に配置され、
   前記第二部分は、少なくとも前記第一部分によって前記ＬＥＤ素子から離間され、
   前記第一部分は、前記第二部分よりも小さい断面を有する、
   請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のモジュール。
5. 前記キャビティを封止するために、キャップが、前記ヒートシンク素子の上に設けられる、
   請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のモジュール。
6. 前記電子駆動回路は、少なくとも第一モード及び第二モードにおいて動作するよう設計され、
   前記第一モードにおける時間平均出力が、前記第二モードにおける時間平均出力未満であるよう、少なくとも前記第一モードにおいて、電力が前記ＬＥＤ素子に間欠的に供給される、
   請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のモジュール。
7. 前記ＬＥＤ素子が提供されて、光軸が定められ、
   当該モジュールは、前記ＬＥＤ素子から放射される光を前記光軸に対して複数の径方向に方向付けるよう、前記ＬＥＤ素子に設けられる側部エミッタ光学素子をさらに含む、
   請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のモジュール。
8. 少なくとも１つの請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のランプモジュールと、
   反射器表面を備える反射器とを含み、
   前記モジュールは、前記ＬＥＤ発光素子から放射される光が前記反射器表面によって反射されるよう取り付けられる、
   照明ユニット。

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