JP5409217B2

JP5409217B2 - 車両用灯具

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Publication number: JP5409217B2
Application number: JP2009206150A
Authority: JP
Inventors: 崇松永; 龍治郎生田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: US8444308B2; JP2011060458A; US20110058387A1

Description

本発明は車両用灯具に関する。より詳しくは、光源である半導体発光素子に電源からの電力を供給する給電部材と、当該給電部材を収容するハウジング部とを備えた車両用灯具に関する。

発光ダイオードに代表される半導体発光素子は、非常に小さな電流で発光することからフィラメントバルブと比べて消費電力が少なく寿命も長いことから、自動車用の灯具（車両用灯具）の光源として普及しつつある。例えば、半導体発光素子を光源に用いた車両用のテールランプが知られている（例えば特許文献１参照）。また、近年、より高輝度タイプの半導体発光素子が開発されたことから、室内灯およびストップランプなどに加えて、ヘッドランプの光源としても利用されている。

特開２００８−８４５７８号公報

半導体発光素子を光源に用いる場合、当該素子および当該素子へ供給される電流を制御する制御回路から発生する熱を効率よく放熱するために、例えば放熱用のヒートシンクなどを設ける必要がある。この場合、ヒートシンクと半導体発光素子とがハンダやネジで固定されていると、当該素子を交換する際にヒートシンクごと交換しなければならなくなる。

上記課題を解決するために、本発明は、半導体発光素子を光源とする車両用灯具であって、点灯時に前記半導体発光素子から発生する熱を放熱する放熱部材と、電源からの電力を前記半導体発光素子へ供給する給電部材と、前記半導体発光素子を前記放熱部材に当接させた状態で保持するとともに、前記半導体発光素子と前記給電部材とを電気的に接続する発光素子保持部と、ランプボディに固定され、前記給電部材および前記放熱部材を収納するハウジング部と、を備え、前記発光素子保持部は、前記放熱部材に対して着脱可能に固定されることを特徴とする車両用灯具を提供する。

このような車両用灯具によれば、発光素子保持部の着脱により半導体発光素子を容易に交換することができる。また、発光素子保持部により半導体発光素子が放熱部材へ当接されるので、半導体発光素子からの熱を効率よく放熱させることができる。

また、上記車両用灯具において、前記放熱部材は、金属材料により形成され、前記発光素子保持部は、前記半導体発光素子における電気絶縁性を有する面を前記放熱部材に当接させることが好ましい。

このように放熱部材と半導体発光素子とを面接触させることにより、半導体発光素子からの熱を効率よく放熱させることができる。また、熱伝導性が良好で安価な金属材料により放熱部材を形成した場合でも、放熱部材が半導体発光素子の電極等と接触してショートするのを防ぐことができる。

また、上記車両用灯具において、前記半導体発光素子および前記給電部材は、灯具前後方向において前記放熱部材を挟んで反対側に設けられることが好ましい。

これにより、半導体発光素子と給電部材とを放熱部材の同じ側に設ける場合と比べて、半導体発光素子を放熱部材に当接させるためのスペースが取り易い。

また、上記車両用灯具において、前記発光素子保持部は、前記給電部材を着脱可能に保持することが好ましい。

これにより、発光素子保持部で給電部材を放熱部材に対して固定することができるので、放熱部材に固定するための構成を給電部材に設ける必要がない。

本発明の実施形態に係る車両用灯具１０の分解斜視図である。下側ハウジング部５０１を上側から見た図である。下側ハウジング部５０１に発光素子１００、放熱部材２００、発光素子保持部３００、および給電部材４００を取り付けた状態で灯具前方側から見た図である。図３のＡ−Ａ断面矢視図である。図３のＢ−Ｂ断面矢視図である。コネクタ４２１と電極３１５とを接続する様子を示す図である。コネクタ４２１と電極３１５とを接続する様子を示す図である。ランプボディ６００の灯具取付部６１０近傍を拡大した図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用灯具１０の分解斜視図である。また、図２は、下側ハウジング部５０１を上側から見た図である。図３は、下側ハウジング部５０１に発光素子１００、放熱部材２００、発光素子保持部３００、および給電部材４００を取り付けた状態で灯具前方側から見た図である。また、図４は、図３のＡ−Ａ断面矢視図である。また、図５は、図３のＢ−Ｂ断面矢視図である。また、図６および図７は、コネクタ４２１と電極３１５とを接続する様子を示す図である。

なお、本実施形態の説明において、灯具前方とは、車両用灯具１０による照明方向を示し、図１および図４〜７では上方であり、図２および図３では紙面に対して垂直上向きである。また、灯具後方とは、図１および図４〜７では下方であり、図２および図３では紙面に対して垂直下向きである。

本実施形態の車両用灯具１０は、図１に示すように、発光素子１００と、放熱部材２００と、発光素子保持部３００と、給電部材４００と、ハウジング部５００とを備える。車両用灯具１０は、給電部材４００に取り付けられた発光素子１００を光源とし、例えば車両後方に配されてテールランプおよびブレーキランプとして機能する。なお、車両用灯具１０を、車両前方を照明するヘッドランプに適用してもよい。

発光素子１００は、本発明における半導体発光素子の一例であり、リードフレームおよびボンディングワイヤ（不図示）により電気的に接続された複数（本例では３つ）のＬＥＤチップ１２１が透明な樹脂材料により略直方体形状に封止されたパッケージ部１１０を有する。なお、上記封止には電気絶縁性を有する樹脂が用いられる。

そして、パッケージ部１１０における一の面の両側には、リードフレームの一部が電極１１１，１１２として露出している。これらの電極１１１，１１２は、ＬＥＤチップ１２１と電源（不図示）とを接続する接続端子である。すなわち、電極１１１，１１２の一方は、発光素子１００の正極端子であり、他方は、発光素子１００の接地端子である。

本例の発光素子１００は、電極１１１，１１２が設けられた面が発光面である。すなわち、発光素子１００は、電極１１１，１１２が設けられた面における電極１１１と電極１１２との間から発光するとともに、当該発光面に対して垂直な方向に光軸を有する。

放熱部材２００は、発光素子１００の点灯時に特に発光素子１００から発生する熱を外部に効率よく放出するために設けられる部材であり、例えばアルミニウムなど熱伝導性に優れた金属材料により形成される。本例の放熱部材２００は、図１に示すように、表面が平滑で略矩形の平面部２１０と、平面部２１０の両側から平面部２１０に対して垂直な方向に延伸する延伸部２２１，２２２とを有する。また、延伸部２２１，２２２の略中央部には、延伸部２２１，２２２の一部を外側に折り曲げたフランジ部２４１，２４２が設けられている。フランジ部２４１，２４２には、放熱部材２００をハウジング部５００に固定する際にネジ５５１，５５２が挿通される貫通穴２５１，２５２が形成されている。

また、平面部２１０には、４辺に沿って貫通穴２３１，２３２，２３３，２３４が設けられている。また、これら４つの貫通穴２３１〜２３４のうち、対向する貫通穴は、それぞれ同じ穴形状を有する。すなわち、貫通穴２３１と貫通穴２３２は同じ穴形状を有し、貫通穴２３３と貫通穴２３４とは同じ穴形状を有する。

放熱部材２００は、車両用灯具１０として組み立てられる際には、発光素子保持部３００および発光素子１００よりも灯具後方側に配される。そして、図４および図５に示すように、発光素子保持部３００との間で発光素子１００を保持する。このとき、発光素子１００のパッケージ部１１０における発光面と反対側の面が放熱部材２００の平面部２１０における灯具前方側の面と当接する。このように、放熱部材２００と発光素子１００とを面接触させることにより発光素子１００の点灯時に発光素子１００から発生する熱を効率よく放熱させることができる。

なお、上記のように、発光素子１００のＬＥＤチップ１２１およびリードフレームなどの導電部分は、灯具前方側に露出する電極１１１，１１２を除いてパッケージ部１１０内に封止されているので、発光素子１００における発光面と反対側の面と放熱部材２００とを面接触させても発光素子１００における当該導電部分が放熱部材２００と接触してショートすることがない。

発光素子保持部３００は、略直方体形状の保持部本体３０５と、保持部本体３０５から保持部本体３０５の側面と平行に延びる一対の係合突起３２１，３２２とを有する。保持部本体３０５および係合突起３２１，３２２は、本例では電気絶縁性を有する樹脂材料により形成されている。

また、保持部本体３０５には、上面から下面へと貫通する略矩形の開口部３１０が設けられている。係合突起３２１，３２２は、保持部本体３０５における対向する一対の側面に沿って保持部本体３０５から延びており、その先端部には内側に突出する係合爪３２３，３２４が設けられている。

発光素子保持部３００は、さらに、開口部３１０の内側に突出する電極３１１，３１２と、保持部本体３０５から保持部本体３０５の側面と平行に延びる一対の電極３１５，３１６とを有する。電極３１５，３１６は、保持部本体３０５から所定の長さだけ被覆部３１７，３１８で被覆されている。この被覆部３１７，３１８は、電気絶縁性を有する材料により形成される。

また、図４、図６、および図７に示すように、電極３１１と電極３１５とは、保持部本体３０５の内部において電気的に接続している。また、同様に、電極３１２と電極３１６とは、保持部本体３０５の内部において電気的に接続している。

給電部材４００は、上面から下面へ貫通する一対の貫通穴４３１，４３２が設けられた回路基板４１０と、回路基板４１０の上面に固定されるコネクタ４２１，４２２と、回路基板４１０の下面に固定される電極４４１，４４２，４４３を有する。回路基板４１０は、電源からの電力を発光素子１００へ供給するとともに、その電流値を制御するために設けられるものであり、例えばバスバー回路基板あるいはプリント回路基板（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ）であってよい。なお、回路基板４１０には整流ダイオードおよび電流制御抵抗などが配されるが、これらの図示は省略する。

コネクタ４２１は、図６および図７に示すように、略直方体形状で上側が開放された外枠と、当該外枠の内部に配される可撓性電極４２３を有する。可撓性電極４２３は、コネクタ４２１の外枠の内面に沿って設けられている。そして、図６および図７に示すように、可撓性電極４２３の両端は、当該外枠における外部に開放された開口部近傍において内側に折り曲げられている。

また、コネクタ４２１の可撓性電極４２３は、コネクタ４２１の外枠を貫通する導電性の固定ピン４２５の一端と電気的に接続している。固定ピン４２５は、図６および図７に示すように、回路基板４１０に挿し通されており、その端部はハンダ４２７で固定されている。これにより、コネクタ４２１の可撓性電極４２３は、固定ピン４２５を介して回路基板４１０と電気的に接続されている。コネクタ４２２の構造は、以上に説明したコネクタ４２１の構造と同様であるので説明を省略する。

電極４４１〜４４３は、回路基板４１０の下面から垂直に突出する。本例では、電極４４１〜４４３は、断面が略矩形の細長い金属板であり、回路基板４１０にハンダで固定されている。また、電極４４１〜４４３は、回路基板４１０に固定された支持部４４０により支持されている。

ハウジング部５００は、上側ハウジング部５０２および下側ハウジング部５０１で構成される。下側ハウジング部５０１は、図２に示すように、底壁５１２と、側壁５１１と、コネクタ５２０と、放熱部材固定部５３１，５３２とを有する。

側壁５１１は、略円盤状の底壁５１２の外縁から底壁５１２に対して垂直に延出する。また、放熱部材固定部５３１，５３２は、底壁５１２から側壁５１１と同方向に延出する。本例では、放熱部材固定部５３１，５３２は、略円筒形であり、それぞれにネジ穴５４１，５４２が設けられている。コネクタ５２０は、底壁５１２の中央部から側壁５１１の延出方向と反対側に延出する。また、底壁５１２の中央部には、底壁５１２を貫通する複数（本例では３つ）の貫通穴５２１が設けられている。これらの貫通穴５２１は、給電部材４００の電極４４１，４４２，４４３を挿通してコネクタ５２０側に突出させるために設けられるものである。

また、下側ハウジング部５０１には、図２に示すように、周方向に沿って等しい間隔で（本例では１２０度間隔で３か所に）係合突起５１５が設けられている。これらの係合突起５１５は、後述するランプボディ６００にハウジング部５００を固定する際に使用される。

上側ハウジング部５０２は、中央に開口５６１が設けられた凹面部５６２と、凹面部５６２から垂直に延出する略円筒形の側壁５６３とを有する。凹面部５６２は、側壁５６３が延出する側と反対側に、側壁５６３の延出方向に凸な曲面が形成される。そして、この曲面には、アルミ等の反射率の高い物質が蒸着される。

上側ハウジング部５０２の側壁５６３には、周方向に沿って等しい間隔で（本例では１２０度間隔で３か所に）嵌合突起５６４が設けられている。また、下側ハウジング部５０１の側壁５１１には、周方向に沿って等しい間隔で（本例では１２０度間隔で３か所に）嵌合穴２１４が設けられている。

以上において、車両用灯具１０を構成する各部材について説明したが、これらの部材は、灯具前方側から、上側ハウジング部５０２、発光素子保持部３００、発光素子１００、放熱部材２００、給電部材４００、および下側ハウジング部５０１の順に配される。

そして、車両用灯具１０として組み立てられると、発光素子１００は、パッケージ部１１０における発光面と反対側の面が放熱部材２００の平面部２１０と当接された状態で発光素子保持部３００により保持される。

具体的には、図６および図７に示すように、放熱部材２００の平面部２１０の略中央に発光面が灯具前方を向くように発光素子１００が載置された状態で、放熱部材２００との間で発光素子１００を挟むように発光素子保持部３００が取り付けられる。このとき、発光素子保持部３００の電極３１５，３１６が、放熱部材２００の貫通穴２３１，２３２に挿し通される。

そして、貫通穴２３１，２３２に挿し通された電極３１５，３１６の先端部は、放熱部材２００の反対側に配される給電部材４００のコネクタ４２１，４２２に挿入される。このとき、例えばコネクタ４２１では、可撓性電極４２３が両側に撓みながら変形して挿入された電極３１５に両側から当接する。コネクタ４２２については図示を省略するが、コネクタ４２１と同様に内部の可撓性電極が電極３１６に両側から当接する。

また、このとき、発光素子保持部３００の係合突起３２１，３２２は、放熱部材２００の貫通穴２３３，２３４および給電部材４００の貫通穴４３１，４３２に挿し通される。そして、図５に示すように、係合突起３２１，３２２先端の係合爪３２３，３２４が回路基板４１０に引っ掛けられる。これにより、発光素子保持部３００は、放熱部材２００の反対側に配される給電部材４００を保持しつつ、放熱部材２００に対して固定される。

これにより、発光素子１００は、発光素子保持部３００の開口部３１０に収容されるとともに、発光素子１００の電極１１１，１１２が発光素子保持部３００の電極３１１，３１２と当接する。したがって、発光素子１００は、放熱部材２００の平面部２１０および発光素子保持部３００の電極３１１，３１２により灯具前後方向において保持され、灯具側方においては発光素子保持部３００の保持部本体３０５により保持される。

なお、本例では、発光素子保持部３００は、放熱部材２００を挟んで、係合突起３２１，３２２先端の係合爪３２３，３２４で回路基板４１０を引っ掛けることによって、放熱部材２００に対して固定されている。したがって、係合爪３２３，３２４を回路基板４１０から外せば、発光素子１００および給電部材４００を放熱部材２００から再び取り外すことができる。

ところで、放熱部材２００の貫通穴２３１，２３２の内壁は、図７に示すように、被覆部３１７，３１８と当接しており、放熱部材２００と電極３１５，３１６とは接触していない。したがって、電極３１５，３１６と放熱部材２００との間の電気絶縁性が保たれる。

このように、本例の車両用灯具１０では、発光素子保持部３００は、発光素子１００および給電部材４００を着脱可能に保持する。したがって、発光素子１００および給電部材４００を容易に交換することができるとともに、発光素子１００および給電部材４００を１つの部品で保持することができるので、給電部材４００を放熱部材２００へ取り付けるための構成などを簡略化することできる。

発光素子１００、発光素子保持部３００、および給電部材４００が固定された放熱部材２００は、平面部２１０における発光素子１００が配される面を上側にして下側ハウジング部５０１に取り付けられる。本例では、図４に示すように、放熱部材２００のフランジ部２４１，２４２に形成された貫通穴２５１，２５２および下側ハウジング部５０１の放熱部材固定部５３１，５３２に設けられたネジ穴４２５，４２６にネジ５５１，５５２を挿通することにより放熱部材２００が下側ハウジング部５０１の内部に固定される。ここで、放熱部材２００の延伸部２２１，２２２が灯具前後方向に折り曲げられているので、図１および図４に示すように、放熱部材２００を下側ハウジング部５０１に取り付ける際に延伸部２２１，２２２が邪魔にならない。

次に、上側ハウジング部５０２の側壁５６３の外面と下側ハウジング部５０１の側壁５１１の内面とを摺動させるように上側ハウジング部５０２を下側ハウジング部５０１に嵌め込む。ここで、上側ハウジング部５０２の嵌合突起２２３を下側ハウジング部５０１の嵌合穴２１４に嵌め込むことにより、上側ハウジング部５０２と下側ハウジング部５０１とが互いに固定される。

以上により組み立てられた車両用灯具１０においては、図３乃至図５に示すように、発光素子１００の発光面が上側ハウジング部５０２の開口５６１から露出する。そして、発光素子１００の光軸方向は、灯具前後方向（図４および図５の上下方向）と略一致する。また、給電部材４００の電極４４１，４４２，４４３は、下側ハウジング部５０１の底壁５１２に設けられた貫通穴５２１に挿通され、コネクタ５２０の中央部から灯具後方へ突出する。

図８は、ランプボディ６００における車両用灯具１０が取り付けられる光源取付部６１０近傍を拡大した図である。以上に説明した車両用灯具１０は、例えば図８に示すような車両のヘッドライトのランプボディ６００に設けられた光源取付部６１０に取り付けられる。

光源取付部６１０は、ランプボディ６００の中央に設けられた略円筒形の部材であり、その一端はランプボディ６００に設けられた開口３２０に繋がる。また、光源取付部６１０の内周の直径は、車両用灯具１０における下側ハウジング部５０１の外周の直径と略等しい。そして、光源取付部６１０には、周方向に沿って等しい間隔で（本例では１２０度間隔で３か所に）係合溝６１１が形成されている。

車両用灯具１０をランプボディ６００に取り付ける際には、まず、車両用灯具１０側の係合突起５１５を光源取付部６１０の係合溝６１１に挿入する。そして、係合突起５１５が係合溝６１１に案内されるように車両用灯具１０を回転させると、係合突起５１５が係合溝６１１の終端に形成された係合凹部６１２に嵌り込む。これにより、車両用灯具１０がランプボディ６００に固定される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…車両用灯具
１００…発光素子（半導体発光素子）
１１０…パッケージ部
１２１…リードフレーム
１２２…ＬＥＤチップ
１４０…貫通孔
１５１，１５２，１５３…電極
２００…放熱部材
２１０…平面部
２２１，２２２…延伸部
２３１，２３２…開口
２４１，２４２…フランジ部
２５１，２５２…貫通穴
３００…発光素子保持部
３０５…保持部本体
３１０…開口部
３１１，３１２…電極
３１５，３１６…電極
３１７，３１８…被覆部
４００…給電部材
４１０…回路基板
４２１，４２２…コネクタ
４２３…可撓性電極
４２５…固定ピン
４２７…ハンダ
４３１，４３２…貫通穴
４４０…支持ケース
４４１，４４２，４４３…電極
５００…ハウジング部
５０１…下側ハウジング部
５０２…上側ハウジング部
５１１…側壁
５１２…底壁
５１４…貫通穴
５１５…係合突起
５２０…コネクタ
５２１…挿通穴
５３１，５３２…放熱部材固定部
５４１，５４２…ネジ穴
５５１，５５２…ネジ
５６１…開口
５６２…凹面部
５６３…側壁
５６４…嵌合突起
６００…ランプボディ
６１０…光源取付部
６１１…係合溝
６１２…係合凹部
６２０…開口

Claims

第１電極を有する半導体発光素子と、
点灯時に前記半導体発光素子から発生する熱を放熱する放熱部材と、
灯具前後方向において前記放熱部材を挟んで前記半導体発光素子と反対側に設けられた給電部材と、
前記放熱部材に対して着脱可能に固定された発光素子保持部と、
ランプボディに固定され、前記給電部材、前記発光素子保持部、および前記放熱部材を収納するハウジング部と、を備え、
前記給電部材は、前記半導体発光素子へ供給される電流値を制御する制御回路を含む回路基板、および当該回路基板上に設けられたコネクタを備え、
前記発光素子保持部は、電気的に接続された第２電極と第３電極を備え、
前記発光素子保持部が前記放熱部材に固定されると、前記第２電極が前記第１電極と接続されて前記半導体発光素子を前記放熱部材に当接させた状態で保持し、前記第３電極が前記コネクタと接続されて前記半導体発光素子と前記制御回路を電気的に接続するとともに、前記回路基板が前記放熱部材に固定されることを特徴とする車両用灯具。
前記放熱部材は、金属材料により形成され、
前記発光素子保持部は、前記半導体発光素子における電気絶縁性を有する面を前記放熱部材に当接させることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
前記発光素子保持部は、係合爪を有しており、
前記発光素子保持部が前記放熱部材に固定されると、前記係合爪が前記回路基板に引っ掛けられ、前記半導体発光素子と前記回路基板を前記放熱部材に対して固定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。