JP6741413B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ等の半導体発光素子を光源とした発光装置に関する。

従来から半導体発光素子を用いた照明装置が知られている。

半導体発光素子は、高出力にすると、高光出力と同時に大きな熱を発する。そのため、半導体発光素子においてその素子温度をいかに低く抑えるかが、素子の寿命や性能を維持、向上する上で重要である。

そのため、従来の照明装置では、半導体発光素子の放熱のために、半導体発光素子の背面側に放熱器を備えた照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−７３６５４号公報

しかし、このような照明装置を車両に搭載して前照灯として使用した場合、車両の走行によって得られる風の大半は照明装置の前面に当たり、背面側に設置した放熱器に十分風が当たらず、放熱が不十分となる。そのため、照明装置が本来持っている高光出力が出し切れない、すなわち高光出力で駆動できないといった問題があった。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、放熱部の配置位置や形状等を工夫することで放熱効果に優れた発光装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の発光装置は、半導体発光素子を収容した本体部に放熱部が設けられた発光装置であって、前記放熱部は、前記半導体発光素子の直上部に配置された複数の放熱フィンを備えており、前記それぞれの放熱フィンは、長手方向が前記半導体発光素子の光出射方向に沿って隣接配置され、段差部を備えており、隣接する前記放熱フィンの対向側面は、前記段差部より前記光出射方向の前方側が前方側から後方側に向かって隙間が漸次狭くなる傾斜面に形成されていることを特徴としている。

また、本発明の発光装置によれば、前記放熱フィンは、光出射方向の前方側の端面が、後方側に向かって湾曲している構成としてもよい。
また、本発明の発光装置によれば、前記放熱部は、前記半導体発光素子の側方に配置された複数の放熱フィンを備えている構成としてもよい。

また、本発明の発光装置によれば、前記半導体発光素子の直上部に配置された前記隣接する放熱フィンの対向側面には、前記半導体発光素子の直上部を含む前記光出射方向の前方側に段差部が設けられた構成としてもよい。

また、本発明の発光装置によれば、前記半導体発光素子の直上部に配置された前記隣接する放熱フィンの対向側面には、前記半導体発光素子の直上部より前記光出射方向の前方側において、前記光出射方向の前方側から後方側に向かって隙間が漸次狭くなる傾斜面が設けられた構成としてもよい。

また、本発明の発光装置によれば、前記放熱部は、前記半導体発光素子の背面側に配置された複数の放熱フィンを備えており、前記半導体発光素子の背面側に配置された前記複数の放熱フィンは、前記本体部の背面から前記光出射方向と反対の後方側に向かって延設された構成としてもよい。

また、本発明の発光装置によれば、前記複数の放熱フィン間を橋渡しする支持部材が更に配置された構成としてもよい。

また、本発明の発光装置によれば、延設された前記複数の放熱フィンの後端部に、支持具に支持された冷却ファンが固定され、前記支持具は、前記本体部筐体の背面側に向かって前記放熱フィンの間に挿入される複数の固定片を備え、前記固定片と対向する前記放熱フィンとが締結部材によって締め付け固定された構成としてもよい。

また、本発明の発光装置によれば、延設された前記複数の放熱フィンの端部に固定具を介して冷却ファンが固定され、前記固定具は、隣接する前記放熱フィンの間に挿入された状態で、前記放熱フィンに対向する側面に、前記放熱フィンに対してねじ固定するための第１ねじ穴部が設けられ、前記冷却ファンの支持板に設けられたねじ穴に対向する側面に、前記支持板を固定するための第２ねじ穴部が前記第１ねじ穴部に直交して設けられた構成としてもよい。

本発明の発光装置によれば、主な発熱源である半導体発光素子の直上部に放熱部を設けることで、放熱効果を向上させることができる。また、本発明の発光装置を車両用前照灯として用いた場合には、放熱フィンを車両の進行方向に沿って配置することで、走行中の風を放熱フィンに効率よく供給することができ、放熱効果を向上させることができる。

本発明の実施形態１に係る発光装置の外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係る発光装置の平面図である。 本発明の実施形態１に係る発光装置の正面図である。 本発明の実施形態１に係る発光装置の背面図である。 本発明の実施形態１に係る発光装置のＡ−Ａ線概略断面図である。 発光装置の本体部の上面に配置された隣接する一対の放熱フィンの部分を拡大して示す概略平面図であり、（ａ）〜（ｆ）は、各放熱フィンの形状、及びその形状によって形成される隣接する放熱フィン間の空気流路の各種パターンを例示している。 本発明の実施形態２に係る発光装置の外観斜視図である。 本発明の実施形態２に係る発光装置の正面図である。 本発明の実施形態３に係る発光装置を斜め上から見た外観斜視図である。 本発明の実施形態３に係る発光装置を斜め下から見た外観斜視図である。 本発明の実施形態３に係る発光装置の正面図である。 本発明の実施形態４に係る発光装置を斜め上から見た外観斜視図である。 本発明の実施形態４に係る発光装置を斜め下から見た外観斜視図である。 本発明の実施形態４に係る発光装置の正面図である。 本発明の実施形態５に係る発光装置を下から見た底面図である。 本発明の実施形態５に係る発光装置の側面図である。 本発明の実施形態６に係る発光装置おいて、放熱フィンの後部端面に冷却ファンを取り付けるための支持具の斜視図である。 本発明の実施形態６に係る発光装置おいて、支持具によって放熱フィンの後部端面に冷却ファンを取り付けた状態を一部拡大して示す概略平面図である。 支持具と放熱フィンとの取り付け構造部分を拡大して示す概略横断面図である。 本発明の実施形態７に係る発光装置において、放熱フィンの下部端面に冷却ファンを取り付けた状態を示す側面図である。 本発明の実施形態７に係る発光装置において、放熱フィンの下部端面に冷却ファンを取り付けた状態を示す底面図である。 本発明の実施形態７に係る発光装置において、放熱フィンの下部端面に冷却ファンを取り付け固定するための固定具を示す斜視図である。 本発明の発光装置を、車両の前照灯として用いた例を示す車両の概略側面図である。 本発明の発光装置を、車両の前照灯として用いた例を示す車両の概略正面図である。 本発明の発光装置を、車両の前照灯として用いた例を示す車両の概略側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

＜実施形態１＞
図１は本発明の実施形態１に係る発光装置１の外観斜視図、図２は同平面図、図３は同正面図、図４は同背面図、図５は図２のＡ−Ａ線概略断面図である。

実施形態１の発光装置１は、半導体レーザ（ＬＤ）等の半導体発光素子２１を収容した四角筒状の本体部２に、放熱部３が設けられた反射型ＬＤ発光装置である。

本体部２は、その底部２２に配置された複数個（この例では４個）の半導体発光素子２１と、半導体発光素子２１から出射した励起光（レーザ光）をそれぞれ反射する複数個（この例では４個）の反射ミラー２３と、反射ミラー２３で反射された励起光を受けて発光する蛍光体２４と、本体部２の光出射方向Ｒ１の前方側開口部に装着された投光レンズ２５と、を備えている。

なお、投光レンズ２５については、図１及び図５においてのみ図示し、その他の図面（以後の実施形態も含む）では図示を省略している。また、発光装置１の正面図である図３（以後の実施形態である図７Ｂ、図８Ｃ、図９Ｃ等も同じ）においては、半導体発光素子２１と重なる位置となる反射ミラー２３は破線により図示している。

このような構成の発光装置１は、図１４Ａ，図１４Ｂ及び図１５に示すように、車両１００のフロントバンパーに設けられているヘッドライト１０１やフォグランプ１０２、あるいはオプションとして車両のルーフ等に取り付けられる投光機１０３などの前照灯として用いられる。

このように車両用前照灯として用いられる上記構成の本体部２において、実施形態１では、放熱部３は、半導体発光素子２１の直上部である本体部２の上面２６に配置された放熱部３１と、半導体発光素子２１の背面側である本体部２の底部の背面２７に配置された放熱部３２とを備えている。

具体的に説明すると、各放熱部３１，３２は、複数の放熱フィン３１ａ，３２ａを備えており、それぞれの放熱フィン３１ａ，３２ａは、その長手方向が半導体発光素子２１の光出射方向Ｒ１に沿って平行に隣接配置されている。実施形態１では、各放熱フィン３１ａ，３２ａは長方形の板状体に形成されている。

また、本体部２の上面２６に配置された各放熱フィン３１ａは、本体部２の背面２７よりさらに光出射方向Ｒ１の反対側（以下、後ろ方向という。）Ｒ２に向かって延設されており、その延設された部分では、本体部２の背面２７から後ろ方向Ｒ２に延設された背面側の各放熱フィン３２ａとそれぞれ上下に連なって一体となっている。

このように、放熱部３１，３２を本体部２の背面２７だけでなく半導体発光素子２１の直上部である上面２６にも配置することで、放熱効果を向上させることができる。すなわち、本体部２の上面２６に放熱フィン３１ａを配置することで、車両用前照灯として用いられた場合には、車両の走行によって発生する風を前面から効率良く受けることができる。

また、各放熱フィン３１ａ，３２ａを光出射方向Ｒ１に沿って配置することで、車両用前照灯として用いた場合には、各放熱フィン３１ａ，３２ａの配置方向と車両の走行によって発生する風の方向（空気の流れ方向）Ｗとが一致するため、風が放熱フィン３１ａの隅々まで回り込み、効率よく放熱を行うことができる。

さらに、放熱部３１，３２をフィン形状にすることで、放熱部３１，３２の表面積を増大させ、同じ占有空間で効率よく風を受けることができるため、放熱効果をさらに向上させることができる。

さらにまた、放熱部３１，３２をフィン形状とすることで重量の軽量化、材料コストの低減も図ることができる。

また、実施形態１の発光装置１では、半導体発光素子２１の直上部である本体部２の上面２６に配置された各放熱フィン３１ａには、隣接する放熱フィン３１ａ，３１ａの対向側面に、高さ方向に沿って延びた段差部３３（主に、図２参照）が設けられている。この段差部３３は、半導体発光素子２１の直上部を含む光出射方向Ｒ１の前方側（図２及び図５では右側）寄りに設けられている。ただし、図５では、半導体発光素子２１のほぼ直上部に段差部３３を設けた構成として図示している。

この構成によれば、放熱フィン３１ａの間に流れ込んだ層流の空気は、段差部３３のところで乱流となり、空気がかき乱されることによって、半導体発光素子２１の直上部において空気と放熱フィン３１ａとの熱交換が効率良く行われることになる。

図６は、半導体発光素子２１の直上部である本体部２の上面２６に配置された放熱フィン３１ａのうち、隣接する一対の放熱フィン３１ａ，３１ａの部分を拡大して示す概略平面図であり、（ａ）〜（ｆ）は、各放熱フィン３１ａの形状、及びその形状によって形成される隣接する放熱フィン３１ａ間の空気流路の各種パターンを例示している。なお、（ａ）〜（ｆ）には、空気が流れる様子も破線の矢印によって模式的に図示している。

図６（ａ）に示す放熱フィン３１ａは、対向側面に形成される段差部３３が平面視でＬ字状となっており、かつ、隣接する放熱フィン３１ａ，３１ａの対向側面は、この段差部３３より光出射方向Ｒ１の前方側（図６（ａ）中、右側）が幅広の平行面、段差部３３より後ろ方向Ｒ２側（図６（ａ）中、左側）が幅狭の平行面となっている。

また、図６（ｂ）に示す放熱フィン３１ａは、対向側面に形成される段差部３３が平面視でＬ字状となっており、かつ、隣接する放熱フィン３１ａ，３１ａの対向側面は、この段差部３３より光出射方向Ｒ１の前方側（図６（ｂ）、中右側）が、前方側から後方側に向かって隙間が漸次狭くなる傾斜面に形成され、段差部３３より後ろ方向Ｒ２側（図６（ｂ）、中左側）が幅狭の平行面となっている。

また、図６（ｃ）に示す放熱フィン３１ａは、対向側面の段差部に相当する部分３３ａがなめらかに連続する連続面となっており、かつ、隣接する放熱フィン３１ａ，３１ａの対向側面は、この部分３３ａより光出射方向Ｒ１の前方側（図６（ｃ）中、右側）が、前方側から後方側に向かって一方の放熱フィン３１ａの側面が他方の放熱フィン３１ａの側面に徐々に接近するような傾斜面に形成され、この部分３３ａより後ろ方向Ｒ２側（図６（ｃ）中、左側）の対向側面が幅狭の平行面となっている。

また、図６（ｄ）に示す放熱フィン３１ａは、対向側面の段差部に相当する部分３３ａがなめらかに連続する連続面となっており、かつ、隣接する放熱フィン３１ａ，３１ａの対向側面は、この部分３３ａより光出射方向Ｒ１の前方側（図６（ｄ）、中右側）が、前方側から後方側に向かって隙間が漸次狭くなる傾斜面に形成され、この部分３３ａより後ろ方向Ｒ２側（図６（ｄ）、中左側）が幅狭の平行面となっている。

また、図６（ｅ）に示す放熱フィン３１ａは、対向側面の段差部に相当する部分３３ａがなめらかに連続する連続面となっており、かつ、隣接する放熱フィン３１ａ，３１ａの対向側面は、この部分３３ａより光出射方向Ｒ１の前方側（図６（ｅ）、中右側）が、前方側から後方側に向かって隙間が漸次狭くなる傾斜面に形成され、この部分３３ａより後ろ方向Ｒ２側（図６（ｄ）、中左側）が、この部分３３ａから後方側に向かって隙間が漸次広くなる傾斜面に形成されている。

また、図６（ｅ）に示す放熱フィン３１ａは、図６（ａ）に示す放熱フィン３１ａの変形例でもあり、段差部３３を複数段の階段状（この例では３段）に形成したものである。このように複数段に形成することで、層流として流れ込んできた空気が、各段差部でそれぞれかき乱されることになり、空気と放熱フィン３１ａとの熱交換がさらに効率よく行われることになる。

＜実施形態２＞
図７Ａは、本発明の実施形態２に係る発光装置１の外観斜視図、図７Ｂは同正面図である。

実施形態２の発光装置１は、本体部２の形状、及び本体部２の上面に配置された放熱フィン３１ａの形状以外の部分については、上記実施形態１で説明した発光装置１と同様であるので、ここでは相違する部分のみ説明する。

実施形態２の発光装置１では、本体部２は上部が半円筒形状とされている。従って、本体部２の上面は、実施形態２では半円弧形状の湾曲面２６ａであり、この湾曲面２６ａ上に放熱フィン３１ａが配置されている。また、本体部２の上面が湾曲面２６ａであることから、湾曲面２６ａ上に配置された複数の放熱フィン３１ａは、光出射方向Ｒ１に直交する横方向の中央部から両外側にいくに従って、その長さ（高さ方向の長さ）が順次長くなっている。また、放熱フィン３１ａの形状は、実施形態１では完全な長方形状であったが、実施形態２では、光出射方向Ｒ１の前方側の端面が、後方側に向かって緩やかに湾曲する湾曲面３５となっている。

このように放熱フィン３１ａの前方側の端面を湾曲面３５とすることにより、層流として前方側から流れてくる空気が、放熱フィン３１ａの端面で乱されることなく、放熱フィン３１ａ間に流れ込み、放熱フィン３１ａ間の段差部３３でかき乱されることになるため、空気と放熱フィン３１ａとの熱交換がさらに効率よく行われることになる。また、前方側端部が湾曲していることから本発光装置を取り付ける等作業する際その端部で手を切る等がなく安全に作業をすることができる。

＜実施形態３＞
図８Ａは、本発明の実施形態３に係る発光装置１を斜め上から見た外観斜視図、図８Ｂは同発光装置１を斜め下から見た外観斜視図、図８Ｃは同正面図である。

実施形態３の発光装置１は、本体部２に配置された放熱フィンの部分以外の部分については、上記実施形態１で説明した発光装置１と同様であるので、ここでは相違する放熱フィンの部分のみ説明する。

実施形態３の発光装置１では、放熱フィンを、本体部２の上面２６及び背面２７に加え、左右の側面２８にも配置した構成としている。すなわち、本体部２の上面２６、背面２７及び左右の側面２８の四方を放熱フィンで囲んだ構造としている。

実施形態３では、本体部２の上面２６に配置する放熱フィン３１ａについては、実施形態１で説明した放熱フィン３１ａとほぼ同じであり、違うところは、各放熱フィン３１ａの上端辺を結ぶ線（仮想線）が正面側からみて湾曲状に形成（主に図８Ｃ参照）されている点、及び各放熱フィン３１ａの光出射方向Ｒ１の前方側の端面が、上記実施形態２と同様、後方側に向かって緩やかに湾曲する湾曲面３５（主に図８Ａ参照）となっている点である。また、本体部２の背面２７に配置する放熱フィン３２ａ（主に図８Ｂ参照）は、上記実施形態１で説明した放熱フィン３２ａと同じ長方形状の板状体である。

一方、本体部２の側面２８、この側面２８に連なる本体部２の上面２６に配置された一番外側（正面からみて左右方向の外側）の放熱フィン３１ａ１の側面、及び、本体部２の側面２８に連なる本体部２の背面２７に配置された一番外側（正面からみて左右方向の外側）の放熱フィン３２ａ１の側面、の全体（全側面）にわたって、複数の水平放熱フィン３４ａが配置されている。

各水平放熱フィン３４ａは、半導体発光素子２１の光出射方向Ｒ１に沿って平行となるように上下方向に隣接配置されている。すなわち、各水平放熱フィン３４ａは、本体部２の上面２６に垂直に配置された放熱フィン（以下、実施形態３において垂直放熱フィンともいう。）３１ａに対して、正面から見て直交するように、水平に配置されている。

また、全ての水平放熱フィン３４ａのうち、外側の垂直放熱フィン３１ａ１の側面に配置された複数の水平放熱フィン３４ａは、その上端辺を結ぶ線（仮想線）が正面側からみて湾曲状に形成（主に図８Ｃ参照）されている。すなわち、各垂直放熱フィン３１ａの上端辺を結ぶ湾曲状の仮想線と、水平放熱フィン３４ａの上端辺を結ぶ湾曲状の仮想線とが一連に繋がるような形状に形成されている。

さらに、各水平放熱フィン３４ａの光出射方向Ｒ１の前方側の端面も、後方側に向かって緩やかに湾曲する湾曲面３５（主に図８Ａ参照）となっている。

なお、水平放熱フィン３４ａの形状としては、図６で説明した各種形状パターンを適用することが可能である。

このように、放熱フィンを本体部２の上面２６及び背面２７だけでなく本体部２の左右の側面２８にも配置することで、放熱効果をさらに向上させることができる。すなわち、本体部２の上面２６及び側面２８に放熱フィン３１ａ，３４ａを配置することで、車両用前照灯として用いられた場合には、車両の走行によって発生する風を前面から効率良く受けることができるからである。

また、各放熱フィン３１ａ，３４ａを光出射方向Ｒ１に沿って配置することで、車両用前照灯として用いられた場合には、各放熱フィン３１ａ，３４ａの配置方向と車両の走行によって発生する風の方向（空気の流れ方向）Ｗとが一致するため、風が垂直放熱フィン３１ａ及び水平放熱フィン３４ａの隅々まで回り込み、効率よく放熱を行うことができる。

さらに、フィン形状にすることで、放熱部の表面積を増大させ、同じ占有空間で効率よく風を受けることができるため、放熱効果をさらに向上させることができる。さらにまた、フィン形状とすることで重量の軽量化、材料コストの低減も図ることができる。

このように、実施形態３に係る発光装置１は、車両の走行中に空気が抜けるように上部と側面に、空気が抜ける方向に沿って放熱フィンを設置している。従って、車両の走行中、側面からも空気が抜けるようになるため効率よく放熱できる。従って、実施形態３に係る発光装置１を、走行中のみ点灯するような照明装置、または、停車中はレーザ（半導体発光素子２１）のパワーを落とし、走行中は速度に応じてレーザの出力を変えるような照明装置、さらには、高速走行中のみレーザの出力をハイパワーに設定する照明装置等に用いることで、高い放熱効果を得ることができる。

＜実施形態４＞
図９Ａは、本発明の実施形態４に係る発光装置１を斜め上から見た外観斜視図、図９Ｂは同発光装置１を斜め下から見た外観斜視図、図９Ｃは同正面図である。

実施形態４の発光装置１は、上記実施形態３の発光装置１の変形例であり、水平放熱フィン３４ａの配置方向が実施形態３とは異なっている。すなわち、実施形態４では、水平放熱フィン３４ａの代わりに垂直放熱フィン３６ａを配置している。

具体的に説明すると、実施形態４では、本体部２の側面２８、この側面２８に連なる本体部２の上面２６に配置された一番外側（正面からみて左右方向の外側）の放熱フィン３１ａ１の側面、及び、本体部２の側面２８に連なる本体部２の背面２７に配置された一番外側（正面からみて左右方向の外側）の放熱フィン３２ａ１の側面、の全体（全側面）にわたって、複数の垂直放熱フィン３６ａが配置されている。

各垂直放熱フィン３６ａは、半導体発光素子２１の光出射方向Ｒ１に対面するように垂直に配置されており、かつ、本体部２の正面側から背面２７に配置された放熱フィン３２ａの後端部に向かって、所定の隙間間隔で前後方向に隣接配置されている。すなわち、各垂直放熱フィン３６ａは、本体部２の上面２６に垂直に配置された放熱フィン（以下、実施形態４において垂直放熱フィンともいう。）３１ａに対して、上方向から見て（平面視で）直交するように配置されている。

また、全ての垂直放熱フィン３６ａの上部側の端面は、下部側に向かって緩やかに湾曲する湾曲面３５（主に図９Ｃ参照）となっている。すなわち、垂直放熱フィン３１ａの上端辺を結ぶ湾曲状の仮想線と、垂直放熱フィン３６ａの湾曲面３５とが、正面から見たとき一連に繋がるような略円弧状に形成されている（主に図９Ｃ参照）。

さらに、全ての垂直放熱フィン３６ａのうち、光出射方向Ｒ１の前方側に配置された複数の垂直放熱フィン３６ａ１は、その横幅が、前方側から後方側に向かうに従って徐々に幅広となるように形成されている。すなわち、これら垂直放熱フィン３６ａ１の側端辺を結ぶ仮想線が湾曲形状となるように形成（主に図９Ａ，図９Ｂ参照）されている。

このように、放熱フィンを本体部２の上面２６及び背面２７だけでなく本体部２の左右の側面２８にも配置することで、放熱効果をさらに向上させることができる。また、本体部２の左右の側面２８に配置する放熱フィンを垂直に設けることで、放熱フィンで熱交換された空気は隙間を上昇して上方に抜けるので、放熱効果をさらに向上させることができる。さらに、車両静止時には前方からの風はないが、自然対流する上下の空気の動きを効果的に捉え放熱効果を向上させることができる。

すなわち、実施形態３の水平放熱フィン３４ａのように設置面に対して放熱フィンを水平に設置するよりも、実施形態４の垂直放熱フィン３６ａのように設置面に対して放熱フィンを垂直に設置するほうが、車両静止時（停車中）の放熱効果に優れている。走行中に点灯しているときよりも、点灯したままで停車しているときのほうが、放熱条件が厳しくなるからである。つまり、走行中は上部の放熱フィン３１ａが大きく放熱効果を発揮し、停車中は上部と側面の両方の放熱フィンで放熱効果を果たすことができる。特に、長時間の停車は自然空冷に頼るところが大きいため、レーザ（半導体発光素子２１）の熱も大きくなる。従って、実施形態４の発光装置１によれば、走行中でも停車中でもどちらもバランス良く放熱を行うことができる。

＜実施形態５＞
図１０Ａは、本発明の実施形態５に係る発光装置１を下から見た底面図、図１０Ｂは同側面図である。

実施形態５の発光装置１は、本体部２の背面２７に配置した放熱フィン３２ａを後方側に長くなるように延ばしたものであり、これに伴って本体部２の上面２６に配置した放熱フィン３１ａも後方側に長くなるように延ばしている。

この場合、放熱フィン３１ａ，３２ａは、表面積を増大させるために（すなわち、フィン数を増やすために）薄くなっており、強度が十分ではない。

そのため、実施形態５の発光装置１では、本体部２の背面２７から後方側に延設された複数の放熱フィン３２ａ間を橋渡しする形で、放熱も兼ねる支持部材３７を設けている。この支持部材３７は、本実施形態５では、前後方向の中央部と後端部近傍の２箇所に設けているが、設ける箇所は２箇所に限らす、必要に応じて増やせばよい。また、支持部材３７の大きさや形状は適宜調整してもよい。

支持部材３７を設けることで、放熱フィンの強度を高めることができる。また、支持部材３７を設けることで、幅方向の中央部の放熱フィン３２ａｃの熱を両外側の放熱フィン３２ａに逃がすことができ、フィン全体の温度が均等になりやすくなって、放熱性を向上させることができる。

なお、実施形態５に係る発光装置１では、図１０Ａに示すように、両外側の放熱フィン３２ａ１は、内部の放熱フィン３２ａを守るために厚くなっている。また、中央部の放熱フィン３２ａｃも両外側の放熱フィン３２ａ１ほどではないが厚くなっている。中央部の放熱フィン３２ａｃは、個々のレーザ（この例では４個の半導体発光素子２１）の発熱源の中心に位置する放熱フィンであり、この部分の温度が一番冷えにくいため、中心部に位置する放熱フィン３２ａｃを厚くすることによって、熱をフィンの先端まで伝わり易くしている。さらに、橋渡し構造であるため、その橋渡しから隣接する放熱フィン３２ａへの放熱も期待できる。

レーザ照明ではスポット径が小さいため、本体部２自体を小さくすると、その分放熱性を良くするために大きな放熱フィンが必要となる。この場合、正面からみて本体部２の上下や左右に大きな放熱フィンを配置すると、レーザ照明自体の小型化が阻害されることになる。また、車両用前照灯では、横方向に大きいより前後方向に長い方がスペースを有効に活用できるため、半導体発光素子の後ろ側に長い放熱フィンを設ける方が好ましい。

しかし、長い放熱フィンを用いて放熱性を良くする場合、どうしても細くて長いフィンを使用しなければならず、放熱性を良くしようとすると、表面積を増やすために放熱フィンは薄くせざるを得ない。一方、薄い放熱フィンの問題は、長くなるほど強度が弱くなり、曲がったり折れるなどの変形の可能性があるという点である。そこで、実施形態５のように、後方側に延設された複数の放熱フィン３２ａ間を支持部材３７で橋渡しすることで、放熱フィン３２ａの強度を保つことができる。

なお、支持部材３７の材料は、放熱フィン３２ａの材料と同じであっても異なる材料であってもよい。異なる材料を用いる場合には、ヒートパイプなど熱伝導率の良い材料を用いることで、熱伝導し易くなり、熱をより逃がす効果が増大する。一方、放熱フィン３２ａと同じ材料を用いる場合には、ヒートパイプ等より安価に作製することができる。

＜実施形態６＞
本発明の実施形態６に係る発光装置１は、放熱フィンの放熱効果を高めるために、上記実施形態１〜５の発光装置１において、放熱フィン３１ａ，３２ａの後部端面に、本体部２の背面２７と対向するように冷却ファン４１を取り付けたものである。
図１１Ａは、放熱フィン３１ａ，３２ａの後部端面に冷却ファン４１を取り付けるための支持具５１の斜視図、図１１Ｂは、支持具５１によって放熱フィン３１ａ，３２ａの後部端面に冷却ファン４１を取り付けた状態を一部拡大して示す概略平面図、図１２は、支持具５１と放熱フィン３２ａとの取り付け構造部分を拡大して示す概略横断面図である。

この支持具５１は、略円環状に形成された偏平な板状体の支持本体部５２を備えている。支持本体部５２の中央部には、冷却ファン４１のファン本体部４２を嵌め込んで支持するための円弧状の取付穴５３が開設されており、支持本体部５２の上部側は、この取付穴５３に沿って円弧状に形成されている。

また、支持本体部５２の取付穴５３を介して左右両側の側面には、該側面から垂直に立ち上がった一対の固定片５４，５４が形成されている。この固定片５４，５４は、取付穴５３にファン本体部４２を嵌め込んで取り付けた状態において、ファン本体部４２とは反対方向に延設されている。

固定片５４，５４の厚みＤ１は、発光装置１の本体部２の背面２７に配置された放熱フィン３２ａのうち、左右両外側の放熱フィン３２ａ１と、これに隣接するその内側の放熱フィン３２ａ２との間の隙間Ｐの間隔Ｄ１１とほぼ同じかそれよりも若干幅狭となるように形成されている。図１１Ｂでは、固定片５４が挿入し易いように若干幅狭に形成されている。

また、固定片５４，５４の外側面同士の間隔Ｄ２は、発光装置１の本体部２の背面２７に配置された放熱フィン３２ａのうち、左右両外側の放熱フィン３２ａ１，３２ａ１の内側面の間隔Ｄ１２に対応するように（すなわち、それぞれの隙間Ｐにそれぞれの固定片５４がスムーズに挿入できるような位置関係となるように）設定されている。

また、固定片５４には、厚み方向に貫通する雌ねじ穴５４ａが設けられている。

また、支持本体部５２の側面には、固定片５４の下部近傍にクリップ片５５が取り付けられている。このクリップ片５５は、弾性変形可能な薄板状の部材（例えば、板バネや弾性を有する樹脂部材等）によって略Ｌ字状に屈曲形成されており、短片５５ａ側が支持本体部５２の側面への取付片、長片５５ｂ側が放熱フィン３２ａへの係止片となっている。係止片（長片）５５ｂの先端部５５ｂ１は、放熱フィン３２ａの先端部に当接した係止片５５ｂが、放熱フィン３２ａの内側面に押し込まれてスムーズに挿入できるように、円筒状に丸められている。また、クリップ片５５の取付片（短片）５５ａは、ビス等７１によって支持本体部５２の側面に取り付けられている。

一方、発光装置１の本体部２の背面２７に配置された放熱フィン３２ａのうち、左右両外側の放熱フィン３２ａ１の側面には、固定片５４に形成された雌ねじ穴５４ａに対向する位置にねじ挿通穴３８が設けられている。

このような構成において、本実施形態６では、冷却ファン４１を次のようにして放熱フィン３２ａに取り付ける。

まず、支持本体部５２の取付穴５３に冷却ファン４１のファン本体部４２を嵌め込んで一体に取り付けた状態で、支持具５１のそれぞれの固定片５４，５４を、発光装置１の本体部２の背面２７に配置された左右両外側の放熱フィン３２ａ１，３２ａ１と、これらに隣接するその内側の放熱フィン３２ａ２，３２ａ２との間の隙間Ｐ，Ｐにそれぞれ挿入する。このとき、クリップ片５５の係止片（長片）５５ｂも、左右両外側の放熱フィン３２ａ１，３２ａ１の内側面に沿って押し込まれるように挿入される。図１１Ｂには、押し込まれる前の係止片（長片）５５ｂの位置を二点鎖線で示している。挿入された係止片（長片）５５ｂには、外側へ広がろうとする付勢力が働き、その付勢力によって、冷却ファン４１（正確には支持具５１）が放熱フィン３２ａの後端面に当接して保持（仮保持）される。そして、この仮保持状態において、固定片５４に設けられた雌ねじ穴５４ａと発光装置１の本体部２の背面２７に配置された左右両外側の放熱フィン３２ａ１に設けられたねじ挿通穴３８とを位置合わせし、放熱フィン３２ａ１の外側から、ねじ挿通穴３８を通して雌ねじ穴５４ａに締結部材である雄ねじ部材（ビス等）７０をねじ込むことで、支持具５１を放熱フィン３２ａの後端面に強固に固定（締結固定）することができる。

放熱フィンの効果を高めるために、放熱フィンに冷却ファンを取り付ける場合、車載のデッドスペースを生かすために細長い放熱フィンを使用すると（上記実施形態５の場合）、細長い放熱フィンの後端面に冷却ファンを取り付けることになる。この場合、放熱フィンの後端面にねじ穴を設けて冷却ファンを直接ねじ止め固定する従来の手法は、放熱フィンが薄いため困難である。

そこで、本実施形態６のように放熱フィン３２ａ１の側面にねじ挿通穴３８を設け、冷却ファン４１を支持する支持具５１側に支持本体部５２の側面から雄ねじ穴５４ａを有する固定片５４を延設して、放熱フィン３２ａ１の側面から支持具５１を固定する構造とすることで、上記従来の問題を解決することができる。

＜実施形態７＞
本発明の実施形態７に係る発光装置１は、上記実施形態６の変形例であり、冷却ファン４１を放熱フィン３２ａの下部端面に取り付けたものである。
図１３Ａは、放熱フィン３２ａの下部端面に冷却ファン４１を取り付けた状態の側面図、図１３Ｂは、放熱フィン３２ａの下部端面に冷却ファン４１を取り付けた状態の底面図、図１３Ｃは、放熱フィン３２ａの下部端面に冷却ファン４１を取り付け固定するための固定具６１を示す斜視図である。

実施形態７では、冷却ファン４１は、発光装置１の本体部２の近傍において、細長に形成された放熱フィン３２ａの下部端面に取り付けられている。すなわち、冷却ファン４１は、発熱源である半導体発光素子２１や蛍光体２４の近傍に配置されており、発熱源から放熱フィン３２ａに伝わった熱をより早く冷却する配置構成となっている。

実施形態７では、冷却ファン４１を配置する放熱フィン３２ａの下部端面を切り欠いて、冷却ファン４１を収容するための凹部３９が設けられている。冷却ファン４１は、この凹部３９に嵌め込まれて取り付けられることにより、発光装置１を正面（図１３Ａでは右側）から見たとき、冷却ファン４１が本体部２の外周部からはみ出さないように配置されている。ただし、放熱フィン３２ａの下部側に配置スペースがある場合には、このような凹部３９は必ずしも必要ではない。すなわち、冷却ファン４１が放熱フィン３２ａの下部からはみ出していてもかまわない。

冷却ファン４１を放熱フィン３２ａに取り付け固定する固定具６１は、図１３Ｃに示すように、略直方体形状に形成されており、一側面６２ａから対向する他側面６２ｂにかけて第１ねじ穴部６３が設けられ、一側面６２ａに直交する下面６４ａから対向する上面６４ｂにかけて第２ねじ穴部６５が、第１ねじ穴部６３に直交して設けられている。なお、固定具６１の下面６４ａには一段凹んだ段差部６４ａ１が設けられており、後述する冷却ファン４１の略四角形状の支持枠板（支持板）４５の四隅部にそれぞれ嵌め合わせて、取り付け時の位置合わせが容易に行えるようになっている。

一方、外側の放熱フィン３２ａ１，３２ａ１の側面には、固定具６１をねじ固定するためのねじ挿通穴３８が設けられている。このねじ挿通穴３８は、一方の放熱フィン３２ａ１に対して水平方向（光出射方向Ｒ１と平行な方向）の２箇所に設けられており、両外側の放熱フィン３２ａ１，３２ａ１全体では４箇所に設けられている。

また、冷却ファン４１の略四角形状の支持枠板４５の四隅部には、冷却ファン４１を固定具６１の第２ねじ穴部６５にねじ固定するためのねじ挿通穴４６がそれぞれ設けられている。

このような構成において、本実施形態７では、冷却ファン４１を次のようにして放熱フィン３２ａに取り付ける。

まず、冷却ファン４１の支持枠板４５の四隅部にそれぞれ固定具６１の下面６４ａ側の段差部６４ａ１を嵌め合わせて位置決めし、この状態で、支持枠板４５側から、支持枠板４５のねじ挿通穴４６を通して固定具６１の第２ねじ穴部６５に締結部材である雄ねじ部材（ビス等）７０をねじ込むことで、固定具６１を冷却ファン４１の支持枠板４５に固定（締結固定）する。

次に、固定具６１が固定された冷却ファン４１を、放熱フィン３２ａの下部端面に設けられた凹部３９に嵌め込んで収容する。このとき、各固定具６１は、発光装置１の本体部２の背面２７に配置された左右両外側の放熱フィン３２ａ１，３２ａ１と、これらに隣接するその内側の放熱フィン３２ａ２，３２ａ２との間の隙間Ｐ，Ｐにそれぞれ挿入される。これにより、固定具６１の第１ねじ穴部６３と外側の放熱フィン３２ａ１に設けられたねじ挿通穴３８とが一致するので、この状態において、放熱フィン３２ａ１の外側から、ねじ挿通穴３８を通して固定具６１の第１ねじ穴部６３に締結部材である雄ねじ部材（ビス等）７０をねじ込む。これにより、固定具６１を介して冷却ファン４１が放熱フィン３２ａの下部端面に強固に固定（締結固定）される。

なお、取り付け手順としては、まず固定具６１を放熱フィン３２ａに取り付け、その後、この固定具６１に冷却ファン４１を取り付けるようにしてもよい。

本実施形態７によれば、発熱源である半導体発光素子２１や蛍光体２４の近傍に配置された放熱フィン３２ａに対して上昇気流を起こすことができるため、放熱効率を向上させることができる。

また、市販の冷却ファンを実施形態７のように取り付けようとした場合、市販の冷却ファンのねじ挿通穴は、薄い放熱フィン３２ａに沿って平行に（すなわち、放熱フィン３２ａの端面に対して垂直に）配置されていることがほとんどである。そのため、実施形態７では、垂直ねじ固定コネクタとして図１３Ｃに示す固定具６１を用いることで、市販の冷却ファンの固定を可能としたものである。

なお、発光装置１の電源は、放熱フィン３２ａの下部端面の凹部３９に嵌め込んで収容された冷却ファン４１の下に配置することが可能であるが、放熱性を考慮すれば別ユニットとして離して配置した方が好ましい。

加えて冷却ファンを設置した場合、冷却ファンを常時動作させると、消費電力が上昇してしまう。また冷却ファンのベアリングが早期に寿命を迎えてしまう。そこで、半導体発光素子の温度を検知し、温度が上昇したときのみ冷却ファンが動作するようにする、あるいは温度に応じて冷却ファンの回転数を制御することが好ましい。このようにすることで効率的に放熱することができ、消費電力を低減でき、冷却ファンの寿命も延命できる。

なお、冷却ファンを半導体発光素子の温度に応じて制御した場合、車速が十分上昇した場合には十分な風が当たるため、冷却ファンに電力を供給する必要はなく、無駄に冷却ファンを回転させるばかりである。そこで、このような場合には、ファン駆動部を電動機としてではなく発電機として動作させ、バッテリ等の蓄電手段に発電した電気エネルギーを蓄蔵することが好ましい。これにより、車速が十分な時に棄てていたエネルギーを回収し、総合的な電力効率の向上を図ることができる。さらに、回収した電力を停車時のファン駆動に用いればより効率的な運用ができる。

この際、蓄電手段は電気二重層キャパシッタを用いることが好ましい。本発明の発光装置１のファン駆動はＯＮ・ＯＦＦを頻繁に行うこととなり、それに伴い充放電を頻繁に繰り返すことになる。このような用途では、電解コンデンサでファンモータを駆動するには容量不足であり、繰り返し充電回数に制限のあるＮｉ−Ｈｅ電池ではすぐ寿命を迎えてしまう。従って、蓄電手段としては電気二重層キャパシッタを用いるのが良い。電気二重層キャパシッタは、繰り返し充電回数にほぼ制限がなく寿命が長いからである。

本発明の発光装置１は、半導体発光素子２１として半導体レーザを用いている。半導体レーザを用いた場合、光源として理想に近い点光源となるため高い輝度が得られ、特にヘッドライトに用いた場合、収束した光を遠方まで照射することができるので、ヘッドライトとして好適である。

なお、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

本発明は、熱源として半導体発光素子を備えた発光装置及びこれを車両のヘッドランプ等の照明装置として用いた車両用前照灯に適用しているが、車両用に限定されるものではなく、単純に放熱を必要とする装置全般に寄与するところは大きい。

１ 発光装置
２ 本体部
３ 放熱部
２１ 半導体発光素子
２２ 底部
２３ 反射ミラー
２４ 蛍光体
２５ 投光レンズ
２６ 上面
２６ａ 湾曲面
２７ 背面
２８ 側面
３１，３２ 放熱部
３１ａ 放熱フィン（垂直放熱フィン）
３２ａ 放熱フィン
３２ａ１ 外側の放熱フィン
３２ａ２ 内側の放熱フィン
３３ 段差部
３４ａ 水平放熱フィン
３５ 湾曲面
３６ａ 垂直放熱フィン
３７ 支持部材
３８ ねじ挿通穴
３９ 凹部
４１ 冷却ファン
４２ ファン本体部
４５ 支持枠板（支持板）
４６ ねじ挿通穴
５１ 支持具
５２ 支持本体部
５３ 取付穴
５４ 固定片
５４ａ 雄ねじ穴
５５ クリップ片
５５ａ 短片（取付片）
５５ｂ 長片（係止片）
６１ 固定具
６２ａ 一側面
６２ｂ 他側面
６３ 第１ねじ穴部
６４ａ 下面
６４ａ１ 段差部
６４ｂ 上面
６５ 第２ねじ穴部
７０ 雄ねじ部材（締結部材）
１００ 車両
１０１ ヘッドライト
１０２ フォグランプ
１０３ 投光機
Ｒ１ 光出射方向

Claims (5)

1. 半導体発光素子を収容した本体部に放熱部が設けられた発光装置であって、
   前記放熱部は、前記半導体発光素子の直上部に配置された複数の放熱フィンを備えており、
   前記それぞれの放熱フィンは、長手方向が前記半導体発光素子の光出射方向に沿って隣接配置され、段差部を備えており、
   隣接する前記放熱フィンの対向側面は、前記段差部より前記光出射方向の前方側が前方側から後方側に向かって隙間が漸次狭くなる傾斜面に形成されていることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記放熱フィンは、光出射方向の前方側の端面が、後方側に向かって湾曲していることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の発光装置であって、
   前記放熱部は、前記半導体発光素子の側方に配置された複数の放熱フィンを備えていることを特徴とする発光装置。
4. 請求項１から請求項３までの何れか１つに記載の発光装置であって、
   前記放熱部は、前記半導体発光素子の背面側に配置された複数の放熱フィンを備えており、
   前記半導体発光素子の背面側に配置された前記複数の放熱フィンは、前記本体部の背面から前記光出射方向と反対の後方側に向かって延設されていることを特徴とする発光装置。
5. 請求項４に記載の発光装置であって、
   前記複数の放熱フィン間を橋渡しする支持部材が更に配置されていることを特徴とする発光装置。

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