JP6997610B2 - 光源ユニットと光源ユニットのレンズ固定方法 - Google Patents
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Description
励起光源及び励起光源の光を透過させるレンズを共に共通する基板に搭載した光源ユニット及び光源ユニットの車両用前照灯に関する。
特許文献１には、図１及び図２と段落番号［００７８］にＬＥＤ部（励起光源）を搭載した筐体に対し、前記ＬＥＤ部の光を反射させる光学系である光方向変換素子の基台部（筐体への固定部）を３つのビス（筐体への固定手段）によって固定したＬＥＤモジュール（光源ユニット）が開示されている。
ＬＥＤ部（励起光源）を搭載した筐体や基板に対して固定された光学系（光方向変換素子やレンズ）は、発光時のＬＥＤ部に発生する熱を筐体や基板から基台部を介して受けることがある。その際、特許文献１のように基台部を介して光方向変換素子を取り囲むように複数のビスで筐体や基板に対して固定すると、光学系の光反射面や光を透過させる透光部に熱応力による形崩れが発生して所定の方向に光を出射出来なくなる点で問題がある。
本願は、上記問題に鑑みて、励起光源を搭載した基板に励起光源の光を透過させるレンズを固定することで発光時の熱をレンズの光透過部が受けても光透過部に形崩れの発生しにくい光源ユニットと光源ユニットのレンズ固定方法を提供するものである。
励起光源を搭載した基板と、前記励起光源の光を透過させる光透過部及び前記基板に取り付けられる本体部を有するレンズと、を有する光源ユニットにおいて、前記本体部に突設された高耐熱性かつ弾性を有する第１熱膨張吸収部と、前記第１熱膨張吸収部を介してレンズの本体部を基板に挟持した状態で前記基板に対して固定されるカバーと、を有するようにした。
（作用）レンズが励起光源の発光時に熱を受けると、本体部に突設された弾性を有する第１熱膨張吸収部のみがカバーと本体部との間で潰れて熱応力を吸収し、レンズの光透過部は、形崩れを起こすことなく所定の形状に対して相似形を保ちながら熱膨張する。
また、光源ユニットにおいて、前記第１熱膨張吸収部が球面形状を有するようにした。
（作用）レンズが励起光源からの熱を受ける前の初期状態におけるカバーと第１熱膨張吸収部との接触面積が小さくなることにより、レンズが熱を受けた直後から第１熱膨張吸収部が均一に変形しやすくなる。
また、光源ユニットにおいて、前記第１熱膨張吸収部をシリコンで形成した。
（作用）高耐熱性を有しつつ熱膨張係数の大きなシリコンで掲載されたレンズであっても光透過部は、第１熱膨張吸収部に熱応力を吸収されることで相似形を保ちながら熱膨張する。
また、光源ユニットにおいて、第１杭によって前記本体部及びカバーを基板に対して固定する杭止手段と、前記本体部または基板の一方に設けられた第２杭と、前記本体部または基板のもう一方に設けられて前記第２杭をスライド自在に保持する長孔と、を備えた第２熱膨張吸収部を有するようにした。
（作用）励起光源の熱を受けた本体部は、第１杭による杭止基板によって固定された状態で長孔に沿った第２杭のスライドに基づいて熱膨張を阻害されること無くレンズの本体部の面方向に相似形を保ちつつ熱膨張する。
また、励起光源の光を透過させる光透過部及び前記基板に取り付けられる本体部を備えたレンズを前記本体部によって前記励起光源の搭載基板に対して固定する、光源ユニットのレンズ固定方法において、前記前記本体部に突設された高耐熱性かつ弾性を有する第１熱膨張吸収部を介して前記本体部を基板とカバーとの間に挟持させ、前記カバーを基板に対して固定することとした。
（作用）レンズが励起光源の発光時に熱を受けると、本体部に突設された弾性を有する第１熱膨張吸収部のみがカバーと本体部との間で潰れて熱応力を吸収し、レンズの光透過部は、形崩れを起こすことなく所定の形状に対して相似形を保ちながら熱膨張する。
光源ユニットによれば、レンズに熱膨張が発生しても第１熱膨張吸収部のみが潰れて本体部及び光透過部は相似形を保ちつつ熱膨張するため、光透過部の形崩れが発生しにくくなる。
請求項の光源ユニットによれば、レンズが熱を受けた直後から第１熱膨張吸収部が均一に変形しやすくなり、第１熱膨張吸収部が偏ることなく所定の形状に潰れるため、熱を受けた本体部及び光透過部は更に相似形を保ちながら熱膨張しやすくなって光透過部の形崩れが発生しにくくなる。
光源ユニットによれば、熱膨張しにくくも高価なガラス等でレンズを形成しなくても安価なシリコン等で形崩れのしにくい光透過部を有するレンズを形成出来るため、製造コストが安価になる。
光源ユニットによれば、レンズが励起光源の熱を受けると第１熱膨張吸収部のみが潰れることでレンズの本体部の厚み方向に作用する熱応力が吸収され、第２熱膨張吸収部の長孔に沿って第２杭がスライドすることによってレンズの本体部の面方向に作用する熱応力が吸収されることにより、レンズの光透過部に更に形崩れが発生しにくくなる。
請求項のレンズ固定方法によれば、レンズに熱膨張が発生しても第１熱膨張吸収部のみが潰れて本体部及び光透過部は相似形を保ちつつ熱膨張するため、光透過部の形崩れが発生しにくくなる。
以下、本発明の好適な実施形態を図１から図６に基づいて説明する。各図においては、光源ユニットの各方向を（上方：下方：左方：右方：前方：後方＝Ｕｐ：Ｌｏ：Ｌｅ：Ｒｉ：Ｆｒ：Ｒｅ）として説明する。
図１と図２によって実施例の光源ユニットを説明する。第１実施例の光源ユニット１は、基板２，シリコンレンズ３，金属製のカバー４、第１杭である第１取付ねじ５、第２杭である第２取付ねじ６、ヒートシンクである金属製支持部材７及び図５各図に示される一対の第３取付ねじ８によって構成される。
図２に示すように基板２は、複数の第１励起光源９（図２では６つ），複数の第２励起光源１０（図２では２つ）、電源（図示せず）から伸びる給電用のケーブルを接続する給電コネクタ１１及び制御装置（図示せず）から伸びる制御用のケーブルを接続する制御コネクタ１２をポリカーボネート製の基板本体１３に搭載することで形成される。
図２の第１及び第２励起光源（９，１０）は、ＬＥＤやレーザーダイオード等の発光素子で形成され、横一列に配置された第１励起光源９の下に所定間隔で横に配置された第２励起光源１０が配置される。第１及び第２励起光源（９，１０）は、それぞれ金属製の導電線１４によって給電コネクタ１１及び制御コネクタ１２にそれぞれ接続され、電源（図示せず）から給電されて制御装置（図示せず）の制御に基づいて点消灯し、配光可変型車両用前照灯等に利用される励起光源アレイを構成する。基板２には、第１取付ねじ５の第１挿通円孔１５、第２取付ねじ６の第２挿通円孔１６，一対の第３取付ねじ８の第３挿通円孔（１７，１８）が設けられる。
図２及び図３各図に示されるシリコンレンズ３は、透明または半透明の高耐熱弾性体で形成されたレンズであり、本体部１９，複数の第１励起光源９にそれぞれ対応する第１光透過部２０（図２，図３では６つ）、複数の第２励起光源１０にそれぞれ対応する第２光透過部２１（図２，図３では２つ）、複数の第１熱膨張吸収部２２、第１取付ねじ５の第４挿通円孔２３及び第２取付ねじ６を挿入する長孔２４を有する。
図３（ａ）に示されるようにシリコンレンズ３の本体部１９は、平板状に形成され、ベース２５，ベース２５の右端から上方に伸びる固定部２６及びベース２５の左端から下方に伸びるスライド部２７によって構成される。
尚、レンズ３は、透明または半透明であって、弾性と、最低でも１３０℃、好ましくは１５０℃の熱を受けても塑性変形をしないような高耐熱性を有するようにシリコンで形成されている。従って、レンズ３は、シリコンの代わりに透明または半透明であって、弾性と以下の高耐熱性を有する素材（以降は高耐熱弾性体という）、即ち１３０℃程度の高耐熱性を有するメラミン等や、１５０℃程度の高耐熱性を有するフェノール、エポキシ等で形成されても良い。
また、本実施例では、一例として本体部１９，第１光透過部２０、第２光透過部２１、第１熱膨張吸収部２２を含むレンズ３の全体を高耐熱弾性体であるシリコンで形成している。しかし、レンズ３においては、熱膨張を吸収させる第１熱膨張吸収部２２のみをシリコン等の高耐熱弾性体で形成し、または光の透過に影響を与えない本体部１９及び第１熱膨張吸収部２２を一体として高耐熱弾性体で形成し、その他の部位である光を透過させる第１光透過部２０及び第２光透過部２１を高耐熱性を有する透明または半透明の樹脂等の非弾性部材で形成しても良い。
図３（ａ）～（ｃ）に示す通り、複数の第１光透過部２０、第２光透過部２１及び第１熱膨張吸収部２２は、いずれも球面の一部からなるドーム形状に形成され本体部１９の前方にそれぞれ突設されている。複数の第１熱膨張吸収部２２は、力を受けることで弾性変形する。第１光透過部２０は、直径及び高さにおいて第２光透過部２１より大きく、第２光透過部２１は、直径及び高さにおいて第１熱膨張吸収部２２より大きく形成されている。
図３（ａ）～（ｃ）に示す通り、複数の第１光透過部２０及び第２光透過部２１は、いずれも本体部１９のベース２５に形成される。ベース２５の上において複数の第１光透過部２０の上方と右端の第１光透過部の斜め上方には、第１熱膨張吸収部２２が合計２つ設けられ、一対の第２光透過部２１の間とそれらの左右にもまた合計３つの第１熱膨張吸収部２２が設けられる。
図３（ａ）～（ｃ）に示す通り、第４挿通円孔２３は、固定部２６上において基板２の第１挿通円孔１５に対応した位置に設けられる。固定部２６上において、第４挿通円孔２３の周囲には、３つの第１熱膨張吸収部２２が設けられている。
また、図３（ａ）及び（ｃ）に示すように長孔２４は、スライド部２７において左側から右斜め上方に伸びるように形成され、かつ基板２の第２挿通円孔１６に対応する位置に形成される。スライド部２７において長孔２４の周囲には、３つの第１熱膨張吸収部２２が設けられている。
尚、複数の第１熱膨張吸収部２２の数は、第１光透過部２０、第２光透過部２１、第４挿通円孔２３及び長孔２４を避けるように本体部１９の前方に突設されていれば、実施例で提示した数に限られない。
図４（ａ）から（ｃ）に示されるカバー４は、剛性の高いアルミやステンレス鋼、鉄などで形成され、カバー本体２８、第１腕部２９，第２腕部３０，第１固定部３１及び第２固定部３２を有する。カバー本体２８、第１腕部２９及び第２腕部３０は、板状に形成され、第１腕部２９は、カバー本体２８の右端から上方に伸びるように形成され、第２腕部３０は、カバー本体２８の左端から下方に伸びるように形成される。第１固定部３１は、カバー本体２８の左端から後方に曲げられた後、上方に伸びるように段差状に形成され、第２固定部３２は、カバー本体２８の右端から後方に曲げられた後、下方に伸びるように段差状に形成される。カバー４は、シリコンレンズ３を前方から覆うように基板２に取り付けられる。
図４各図及び図５各図に示すようにカバー本体２８には、第１励起光源９を露出させる第１スリット３３ａと複数の第２励起光源１０をそれぞれ露出させる第２スリット（３３ｂ、３３ｃ）から露出窓３３が形成される。第１腕部２９には、図３（ａ）に示すシリコンレンズ３の第４挿通円孔２３に対応する位置に第４挿通円孔２３と同形対の第５挿通円孔３４が設けられる。第２腕部３０には、図３（ａ）のシリコンレンズ３の長孔２４に対応する位置に長孔２４と同形態の長孔３５が設けられる。また、第１固定部３１には、図２の基板２の第３挿通円孔１７に対応する位置に第３挿通円孔１７と同形態の第６挿通円孔３６が設けられ、第２固定部３２には、図２の基板２の第３挿通円孔１８に対応する位置に第３挿通円孔１７と同形態の第６挿通円孔３７が設けられる。
図１及び図２に示される金属製支持部材７は、前面７ａに開口する４箇所の雌ねじ孔７ｃと、後方に伸びる複数の放熱フィン７ｂを有する。雌ねじ孔７ｃは、基板２の第１挿通円孔１５、第２挿通円孔１６及び第３挿通円孔（１７，１８）に対応する位置に設けられる。金属製支持部材７は、固定された基板２の複数の第１及び第２励起光源（９、１０）で発生した熱を放熱フィン７ｂから放熱するヒートシンクとして機能する。
図２、図５（ａ）及び（ｃ）に示されるカバー４は、第１取付ねじ５、第２取付ねじ６及び一対の第３取付ねじ８によって基板２との間にシリコンレンズ３を挟持した状態で以下のように金属製支持部材７にねじ止め固定される。まず、カバー４の第５挿通円孔３４、シリコンレンズ３の第４挿通円孔２３及び基板の第１挿通円孔１５を重ね合わせ、更にカバー４の長孔３５、シリコンレンズ３の長孔２４及び基板の第２挿通円孔１６を重ね合わせた状態でカバー４によって基板２との間にシリコンレンズ３を挟持させる。
その状態で、図５（ａ）から（ｃ）に示される第１取付ねじ５をカバー４の第５挿通円孔３４、シリコンレンズ３の第４挿通円孔２３及び基板の第１挿通円孔１５に挿通させ、第２取付ねじ６をカバー４の長孔３５、シリコンレンズ３の長孔２４及び基板の第２挿通円孔１６に挿通させ、図２及び図５（ａ）から（ｃ）に示される第３取付ねじ８のうち１つをカバー４の第６挿通円孔３６及び基板の第３挿通円孔１７に挿通させ、第３取付ねじ８のもう１つをカバー４の第６挿通円孔３７及び基板の第３挿通円孔１８に挿通させ、第１取付ねじ５，第２取付ねじ６及び一対の第３取付ねじ８をそれぞれ金属製支持部材７の前面７ａに形成された対応する雌ねじ孔７ｃにねじ止め固定する。
その結果、図２、図４（ｂ）、図５（ａ）から（ｃ）に示されるカバー４の第１固定部３１及び第２固定部３２は、図５（ｂ）に示すようにそれぞれの後面（３１ａ、３２ａ）を基板２の前面２ａに密着させた状態で基板２に一体化され、カバー４のカバー本体２８、第１腕部２９及び第２腕部３０は、図５（ｂ）に示すようにシリコンレンズ３の本体部１９に突設された複数の第１熱膨張吸収部２２の前端部に接触した状態でシリコンレンズ３と共に基板２に保持される。
また、金属製支持部材７の雌ねじ孔７ｃにねじ止めされた第１杭である第１取付ねじ５、カバー４の第５挿通円孔３４、シリコンレンズ３の第４挿通円孔２３及び基板の第１挿通円孔１５は、シリコンレンズ３の本体部１９を基板２に対して固定する杭止手段３９を構成する。また、金属製支持部材７の雌ねじ孔７ｃにねじ止めされることで基板２に設けられた第２杭を構成する第２取付ねじ６と、シリコンレンズ３の本体部１９に設けられて挿入された第２取付ねじ６をスライド自在に保持する長孔２４は、第２熱膨張吸収部４０を構成する。
図５（ｂ）示される複数の第１熱膨張吸収部２２は、シリコンレンズ３に熱膨張が発生した際に図６（図５（ｂ）の符号ＣＵ部分を拡大した図）に示されるように前後に潰れることでシリコンレンズ３の厚さ方向に発生する熱膨張を吸収する。また、第２熱膨張吸収部４０は、図５（ａ）の二点鎖線部分に示すようにシリコンレンズ３に熱膨張が発生した際にスライド部２７が長孔２４に沿ってＤ１方向にスライドすることでシリコンレンズ３の面方向（上下左右方向）に発生する熱膨張を吸収する。
図５（ａ）（ｂ）に示されるシリコンレンズ３は、複数の第１熱膨張吸収部２２によって厚さ方向に発生する熱膨張を吸収され、かつ第２熱膨張吸収部４０によって面方向に発生する熱膨張を吸収されることにより、第１光透過部２０及び第２光透過部２１に発生する熱歪みを抑制されるため、第１光透過部２０及び第２光透過部２１を透過する光は、シリコンレンズ３が熱膨張しても配光に悪影響を受けない。
尚、本実施例においては、金属製支持部材７にねじ止めされることで基板２に第２杭である第２取付ねじ６を設け、長孔２４をシリコンレンズ３の本体部１９に設けているが、シリコンレンズ３の長孔２４を雌ねじ孔とし、基板２の第２挿通円孔１６を長孔とし、第２取付ねじ６の先端を基板２の長孔に挿入した状態でシリコンレンズ３の本体部１９の雌ねじ孔に第２杭である第２取付ねじ６をねじ止めすることで第２取付ねじ６をシリコンレンズ３の本体部１９に設けても本実施例と同様の作用効果が得られる。
また、基板２を金属製支持部材７に貼付し、基板２の第１挿通円孔１５、第２挿通円孔１６、第３挿通円孔（１７，１８）をそれぞれ雌ねじ孔として、第１取付ねじ５，第２取付ねじ６及び一対の第３取付ねじ８を基板２にねじ止めしてもよい。また、複数の第１熱膨張吸収部２２は、球面形状とせず、三角錐、円柱形状などとしても良いが、シリコンレンズに熱膨張が発生した際に均等に押圧されて潰れる点で球面形状が最も望ましい。
１ 光源ユニット
２ 基板
３ シリコンレンズ
４ カバー
５ 第１杭である第１取付ねじ
６ 第２杭である第２取付ねじ
９ 第１励起光源
１０ 第２励起光源
１９ 本体部
２０ 第１光透過部
２１ 第２光透過部
２２ 第１熱膨張吸収部
２４ 長孔
３９ 杭止手段
４０ 第２熱膨張吸収部
２ 基板
３ シリコンレンズ
４ カバー
５ 第１杭である第１取付ねじ
６ 第２杭である第２取付ねじ
９ 第１励起光源
１０ 第２励起光源
１９ 本体部
２０ 第１光透過部
２１ 第２光透過部
２２ 第１熱膨張吸収部
２４ 長孔
３９ 杭止手段
４０ 第２熱膨張吸収部
Claims (4)
- 励起光源を搭載した基板と、前記励起光源の光を透過させる光透過部及び前記基板に取り付けられる本体部を有するレンズと、有する光源ユニットにおいて、
前記本体部に突設された高耐熱性かつ弾性を有する第１熱膨張吸収部と、
前記第１熱膨張吸収部を介してレンズの本体部を基板に挟持した状態で前記基板に対して固定されるカバーと、を有し、
前記第１熱膨張吸収部が球面形状を有し、かつ前記本体部の前方に突設され
前記カバーは、前記第１熱膨張吸収部の前端部に接触した状態で前記レンズ
と共に基板に保持されることを特徴とする光源ユニット。 - 前記第１熱膨張吸収部がシリコンで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
- 第１杭によって前記本体部及びカバーを基板に対して固定する杭止手段と、前記本体部または基板の一方に設けられた第２杭と、前記本体部または基板のもう一方に設けられて前記第２杭をスライド自在に保持する長孔と、を備えた第２熱膨張吸収部を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の光源ユニット。
- 励起光源の光を透過させる光透過部及び前記基板に取り付けられる本体部を備えたレンズを前記本体部によって前記励起光源の搭載基板に対して固定する、光源ユニットのレンズ固定方法において、
球面形状を有し、前記本体部の前方に突設された高耐熱性かつ弾性を有する第１熱膨張吸収部を介して前記本体部を基板とカバーとの間に挟持させ、
前記カバーを基板に対して固定したことを特徴とする、光源ユニットのレンズ固定方法。
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