JP2007012311A

JP2007012311A - Ｌｅｄランプユニット

Info

Publication number: JP2007012311A
Application number: JP2005188479A
Authority: JP
Inventors: Tadaoki Ichikawa; 忠沖市川; Mitsuhiro Naeshiro; 光博苗代; Satoshi Inagaki; 聡稲垣
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: JP4329735B2

Abstract

【課題】小型で、放熱特性に優れたＬＥＤランプユニットを提供する。
【解決手段】熱伝導性材料からなる取付部材と、
前記取付部材の上に配置される基板と、
前記基板に実装されるＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の光放出側に配置されるレンズであって、その一部が前記基板に当接することによって前記基板に対して位置決めされるレンズと、
第１係止爪及び第２係止爪と有し、前記取付部材に固定されるケースと、を備え、
前記基板及び前記レンズが前記取付部材と前記ケースで挟持され、前記第１係止爪は前記取付部材に対して垂直軸方向及び第１水平軸方向に前記ケースを前記取付部材に固定し、前記第２係止爪は前記取付部材に対して垂直軸方向及び第２水平軸方向に前記ケースを前記取付部材に固定する、ＬＥＤランプユニットとする。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤランプユニットに関する。

小型、省電力といったＬＥＤの利点を生かしたＬＥＤランプユニットが様々な用途に利用されつつある。ＬＥＤランプユニットにおいて、ＬＥＤランプを実装する基板はフレームやカバーなどにより覆われて外部から保護される。例えば特許文献１において、半導体をが実装したされる基板を、フレーム及びカバーにより覆ってい保護したする装置が開示されている。かかる装置では、フレームとカバーはともに熱可塑性樹脂で形成されており、フレームとカバーとの接点の一部を熱で軟化（溶融）して接合すること（いわゆる熱かしめ）によって両者を固定しているされている。
一方、様々な用途に利用されるＬＥＤランプユニットでは、その発熱が問題となることが多いある。このような場合には、ヒートシンクなどを利用することにより放熱特性を向上させることが行われている。例えば、特許文献２には、基板の裏面側にヒートシンクを設けることによってＬＥＤの熱を効率的に放出するＬＥＤユニットが開示されている。

特開平５−６７６９１号特開２００３−１７８６０２号

例えば車両用のマップランプなど、特定の領域を照明する目的で使用されるランプ装置ではＬＥＤ光源の配光制御が必要となる。配光制御には通常レンズが使用される。所望の配光制御を実現するためには、レンズを所定位置に固定する必要がある。例えば、従来の例に倣ってレンズを熱かしめによって基板へと固定することもできるが、熱かしめの際の熱や圧力によってレンズが変形してしまう。レンズが変形すればその光学特性が影響を受け、レンズ精度が低下する。従って高精度な配光制御ができない。
ＬＥＤランプユニットの発光態様の多様化等を背景として、より高精度な配光制御を行うことが求められている。配光制御はレンズによって行うことができる。ＬＥＤランプユニットにレンズの固定方法は、フレームとカバーとの固定と同様に熱かしめで固定する方法が考えられる。しかし、レンズの一部又はレンズと一体に形成した足を熱かしめで固定すると、熱かしめの際の溶融によってレンズ自体にヒケ（ゆがみや変形）が生じる。レンズがゆがむ又は変形すると、レンズのレンズ精度が低下し、高精度な配光制御が行うことができない。またレンズの他に、配光制御の高精度化のために別途特別な部材を使用することも考えられるが、部品数が増加し、装置が複雑化する。
一方、放熱性向上のためにヒートシンクを用いることは、部品数の増加による製造コストの上昇、製造工程の複雑化を伴う。また、装置が大型化するという問題も生じる。装置が大型化すれば設置スペースの確保が困難となり、例えば車両室内など限られた空間において高い自由度で設置できない。さらに、今後、ＬＥＤの高輝度化に伴い発熱量の増大が予想されることを考慮すると、ＬＥＤランプユニットは放熱特性に優れた構成とすることが望まれている。
そこで本発明は、以上の問題に鑑みて、簡易な構成で高精度の配光制御を実現するＬＥＤランプユニットを提供することを目的の一つとする。特にまた、レンズ精度を低下させることなくレンズを配置することによって、ないようにレンズを組み込んで、高度な配光制御が可能なを実現するＬＥＤランプユニットを提供することを目的の一つとする。さらに、小型で、放熱特性に優れたＬＥＤランプユニットを提供することも目的の一つとする。

本発明は以上の目的の少なくとも一つを達成するために、以下に示すＬＥＤランプユニットを提供する。即ち、熱伝導性材料からなる取付部材と、
前記取付部材の上に配置される基板と、
前記基板に実装されるＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の光放出側に配置されるレンズであって、その一部が前記基板に当接することによって前記基板に対して位置決めされるレンズと、
第１係止爪及び第２係止爪と有し、前記取付部材に固定されるケースと、を備え、
前記基板及び前記レンズが前記取付部材と前記ケースで挟持され、前記第１係止爪は前記取付部材に対して垂直軸方向及び第１水平軸方向に前記ケースを前記取付部材に固定し、前記第２係止爪は前記取付部材に対して垂直軸方向及び第２水平軸方向に前記ケースを前記取付部材に固定する、ＬＥＤランプユニットとする。

本発明では、ケースと取付部材により基板とレンズを挟持するため、特別な構成を必要とすることなく、簡易な構成で基板とレンズが取付部材へ固定される。即ち、レンズを固定する際、レンズ自体は熱かしめされないので、変形によるレンズ精度の低下が発生しない。従って、高精度な配光制御が可能となる。一方、レンズの位置決めはケースを基準とするのではなく、ＬＥＤ光源がマウントされる基板を基準として行われる。これにより、レンズとＬＥＤ光源との位置のズレや誤差が生じにくく、レンズによる高精度の配光制御が実現される。また、本発明の構成では、熱伝導性材料からなる取付部材を利用して積極的に放熱が行われる。これにより、簡易かつ小型の構成で放熱特性に優れたＬＥＤランプユニットとなる。さらに、ケースが第１係止爪及び第２係止爪によって取付部材に対して、垂直軸方向、第１水平軸方向及び第２水平軸方向という３方向に取付部材に固定される。これによって、ケースのズレ及びがたつきが軽減される。

以下、本発明におけるＬＥＤランプユニットの構成要素について詳細に説明する。
（取付部材）
ＬＥＤランプユニットには取付部材が備えられる。取付部材により所望の位置にＬＥＤランプユニットを取り付けられる。取付部材は、アルミ、銅等の熱伝導率の高い金属や、金属若しくはセラミックスからなるフィラ入りの樹脂などの放熱性材料で形成される。熱伝導性材料で取付部材を形成することにより、後述するＬＥＤ光源の熱を取付部材を介して効率よく放熱させることができる。すなわち、取付部材にヒートシンクとしての機能をもたせることができる。

（ＬＥＤ光源及び基板）
ＬＥＤ光源の種類は特に限定されず、砲弾型ＬＥＤランプ、表面実装型ＬＥＤランプ、又はＬＥＤチップを直接利用することができる。また、使用するＬＥＤ光源の数も限定されず、一つ若しくは複数のＬＥＤ光源を使用することができる。複数のＬＥＤ光源を使用する場合は、ＬＥＤ光源の種類は同一であっても良いし、異なる種類のＬＥＤ光源を含んでいても良い。ＬＥＤ光源の発光色は目的に応じて適宜選択される。例えば、白色、赤色、緑色、青色等、所望の発光色に応じて選択される。使用する複数のＬＥＤ光源の発光色は同一であっても良いし、異なる発光色のＬＥＤ光源を含んでいても良い。
基板にはＬＥＤ光源が実装されている。基板の材質は特に限定されないが、Al、Cuなどの金属や高熱伝導性樹脂など、熱伝導性の高いの材質で基板を形成することが好ましい。ＬＥＤ光源の熱を取付部材等へ効率よく伝播させることができるからである。
基板は取付部材の上に配置される。基板と取付部材の間に熱伝導層を設けても良い。係る構成によると、ＬＥＤ光源の熱を取付部材へ効率よく伝播させることができる。熱伝導層の材質としては、金属フィラを含むシリコーンゲル、シリコーンゲル、アクリルエラストマーを例示できる。

（レンズ）
レンズはＬＥＤ光源の配光制御を目的として使用されるものである。レンズの材質は光透過性であれば特に限定されず、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂や、ガラスなどの無機材料を採用することができる。レンズは基板に実装されるＬＥＤ光源の光放出側に配置される。レンズの位置決めは、レンズの一部を基板上の所定の位置に当接させて行う。例えば、基板の所定の位置にレンズの一部が係合する係合部を設けて、ここにレンズの一部を係合させることでレンズの位置決めを基板に対して行うことができる。このように、レンズの位置決めをケースなどの他の部材を基準とするのではなく、ＬＥＤ光源がマウントされた基板を基準としてレンズの位置決めを行うことにより、ＬＥＤ光源に対するレンズの位置にズレや誤差が生じにくく、配光制御を高精度に行うことができる。

レンズは、後述するケースと一体に形成することもできるが、レンズとケースは別体とする。レンズとケースを透明樹脂により一体に形成すると、ケース部分によってレンズ部分にヒケ（ゆがみや変形）が生じるおそれがある。特にレンズの厚さが大きい場合はヒケが生じやすい。レンズにヒケが生じるとレンズ精度が低下し、レンズによる配光制御が良好に行われない。例えば、青色ＬＥＤチップの封止部材に青色ＬＥＤチップの光によって黄色光を発する蛍光体を含ませることによって白色光を放出するＬＥＤ光源に対して、レンズ精度の低いレンズを用いると、青色光と黄色光とが分離して放出され、色別れして観察されることがある。また、レンズ位置決め用の構造などをレンズと一体的に形成することもレンズにヒケを生じさせる要因の一つとなる。一方で、レンズを固定するための特別な部材などを使用すると、部品数が増加し、製造工程の複雑化を招く。従って、レンズは位置決め用の最小限の構造と一体に形成することが好ましい。部品数を増加させず、ヒケを最小限に抑えられるからである。なお、レンズ表面の内、光が導入される面に光拡散処理を施しても良い。このようにすると色別れを軽減することができる。光拡散処理の方法としては、例えば、レンズの表面にブラスト処理、シボ加工などの光拡散処理を施すこともできる。また、レンズ表面に光拡散剤を含ませたシートを配置することにより光拡散処理を施すこともできる。光拡散剤としてはレンズと異なる屈折率を有するガラス粒子、SiO₂、TiO₂などの透明若しくは白色の微粒子が挙げられる。

（ケース）
本発明のケースはレンズと基板を間に挟んで取付部材に固定される。これによって基板とレンズはケースと取付部材によって挟持される。ケースの材質は樹脂や金属を採用できるが、絶縁性や成形性、熱かしめの点から熱可塑性樹脂製であることが好ましい。ケースは第１係止爪及び第２係止爪を備える。第１係止爪は取付部材に対して垂直軸方向（即ち、基板とレンズを挟持する方向）と、取付部材に対して水平な第１水平軸方向にケースを取付部材へ固定する。同様に第２係止爪は取付部材に対して垂直軸方向（即ち、基板とレンズを挟持する方向）と、取付部材に対して水平な第２水平軸方向にケースを取付部材へ固定する。これにより、ケースは取付部材に対して、挟持する方向と第１及び第２軸水平方向の３方向から固定されることとなり、ケースのズレ或いはがたつきが軽減される。さらに、かかる状態で挟持された基板及びレンズについても、そのズレ或いはがたつきが軽減される。第１軸水平方向と第２軸水平方向は直交することが好ましい。ケースのズレがより一層軽減されるからである。
なお、第１係止爪または第２係止爪を複数設けてもよい。例えば、２個の第１係止爪により取付部材を前後方向から挟み、２個の第２係止爪により取付部材を左右方向から挟むことによってケースを固定することができる。かかる状態ではケースは、取付部材に垂直な方向、取付部材の前後及び左右方向から固定されるため、ズレ若しくはがたつきを一層軽減することができる。

ケースを取付部材へ固定する前の状態で、ケースに第１突起部及び第２突起部を形成し、第１突起部及び第２突起部から第１係止爪及び第２係止爪を形成することができる。ケースを取付部材に固定する際に、予め形成された第１突起部を取付部材の側面に当接させ、その一部を取付部材の裏面に回りこませることにより、第１係止爪を形成することができる。同様に、予め形成された第２突起部を取付部材の側面に当接させ、その一部を取付部材の裏面に回りこませることにより、第２係止爪形成することができる。例えば、ケースを熱可塑性樹脂で形成した場合には熱かしめによって、第１及び第２突起部を変形して第１及び第２係止爪とすることにより、ケースを取付部材へ固定することができる。即ち、第１突起部の一部を軟化（溶融）して取付部材の側面側から裏面側に軟化（溶融）させて固化させることにより、取付部材に対して垂直軸方向と、水平な第１水平軸方向にケースを取付部材へ固定する第１係止爪を形成することができる。同様に第２突起部の一部を軟化（溶融）して取付部材の側面側から裏面側に軟化（溶融）させて固化させることにより、取付部材に対して垂直軸方向と、水平な第２水平軸方向にケースを取付部材へ固定する第２係止爪を形成することができる。
ケースを金属で形成した場合には、第１及び第２突起部を取付部材の側面から裏面へ屈曲させることにより、第１係止爪及び第２係止爪を形成することができる。

ケースを熱可塑性樹脂で形成した場合、第１及び第２突起部は取付部材を仮止めするための爪を備えていても良い。かかる仮止め用の爪は取付部材の裏面に一時的に係止してケースと取付部材を、基板とレンズを挟持した状態で仮止めするものである。ケースと取付部材を仮止めしない場合は、第１及び第２のツメを熱かしめする際のズレ防止のために、取付部材とケースとを仮固定する工程が必要となる。しかし、仮止め用の爪によってケースと取り付け部を仮止めすることにより、仮固定する工程が不要となる。これにより作業工程が削減され製造効率が向上する。
以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。

本発明の一の実施例であるＬＥＤランプユニット１の分解斜視図を図１Ａに示し、組立後の斜視図を図１Ｂに示す。図１ＢのＡ−Ａ線断面図を図２に示す。また、ＬＥＤランプユニット１の裏面について熱かしめ前の状態の斜視図を図３に示し、熱かしめ途中の状態の斜視図を図４Ａに示し、その側面図を図４に示す。さらに熱かしめ後の状態の斜視図を図５に示す。
ＬＥＤランプユニット１は車輌室内の天井に設置され、マップランプとして利用される。図１Ａに示すようにＬＥＤランプユニット１はケース１０、レンズ２、基板３、熱伝導シート４及び取付部材であるブラケット５を備える。ブラケット５はアルミ製であって、ベース部分５１と車両室内天井へ固定するための二つの孔５２とを有する。ベース部５１は略平板状であって前側部５３、左右側部５４を有する。熱伝導シート４は金属フィラーを含むシリコーンゲルである。基板３はＡｌ製の放熱性基板であって、ＬＥＤランプ３１、定電流回路（図示せず）、コネクタ３３などが実装される。コネクタ３３には給電用の端子（図示せず）が接続される。基板３上には回路（図示せず）が形成されており、コネクタ３３を介して供給された電力がＬＥＤランプ３１へ供給される。また基板３の両側部には基板３の一部を欠いて形成された係合部位３２が形成されている。ＬＥＤランプ３１は白色発光する表面実装型ＬＥＤランプである。レンズ２は凸レンズであって、その縁部に２個の位置決め部２１を備える。ケース１０はＰＢＴ樹脂製であって、レンズ用の開口部１３を備える。さらに左及び右側部に１本ずつ第１突起部１１を備え、前側部に２本の第２突起部１２を備える。第１及び第２突起部１１、１２はそれぞれ、ケース内側に突出した仮止め用の爪１１ａ、１２ａを備える。

図１Ａ示すように、ブラケット５の上に熱伝導シート４、ＬＥＤランプ３１が実装された基板３、レンズ２を順に重ね、最後にケース１０とブラケット５が基板３とレンズ２を挟持するようにケース１０を被せることによってＬＥＤランプユニット１は組み立てられる。その際、レンズ２の位置決め部２１が基板３の係合部位３２へ係合して、ＬＥＤランプ３１の直上にレンズ２が配置されるようにレンズ２が基板３に対して位置決めされている。さらに、図２に示すように、ケース１０は開口部１３を形成する縁部１３ａでレンズ２と当接する。さらに、図３に示すように、第１突起部１１がブラケット５の前側部５３に当接し、ケース１０の第２突起部１２がブラケット５の左右側部５４に当接する。かかる状態で第１突起部１１及び第２突起部１２の仮止め用の爪１１ａ、１２ａを、ブラケット５の裏面に係止させることによりケース１０を仮止めする（図３参照）。
ケース１０が仮止めされた後、図４Ａに示すように、第１及び第２突起部の一部に対して、過熱した熱かしめ用の治具６を押し当てる。これにより、第１及び第２突起部１１、１２の先端部は軟化（溶融）する（図４Ｂを参照）。このとき、治具６の形状はＬ字型であって、そのＬ字部分がブラケット５の前側部５３及び裏面、又は左右側部５４及び裏面に沿うように治具６が押し付けられる。この結果、図５に示すように、軟化（溶融）した第１及び第２突起部１１、１２の先端部は、ブラケット５の裏面に沿って変形することとなる。これにより、ブラケット５の前側部５３と裏面に当接する第１係止爪１１０と、左右側部５４と裏面に当接する第２係止爪１２０とが形成される。この結果、第１係止爪１１０と第２係止爪１２０は、ケース１０とブラケット５とが基板３とレンズ２を挟持した状態で固定され、ＬＥＤランプユニットが組み立てられる（図１Ｂ参照）。なお、治具６により第１及び第２突起部１１、１２の先端部を軟化（溶融）した際、仮止め用の爪１１ａ、１２ａも軟化（溶融）されることとなる。

上記のように構成されるＬＥＤランプユニット１では、ケース１０が第１及び第２係止爪１１０、１２０により、ブラケット５に対して３方向から固定されることとなる。かかる簡易な構成によって、ケース１０のズレ或いはがたつきが軽減される。このとき、第１係止爪１１０はブラケット５の前側部５３の方向からケース１０をブラケット５に固定し、第２係止爪１１０はブラケット５の前側部５４の方向からケース１０をブラケット５に固定する。即ち第１係止爪１１０と第２係止爪１２０とはともに基板３とレンズ２を挟持する方向と垂直な方向かつ、互いに垂直な軸方向にケース１０をブラケット５に固定するため、ケース１０のズレ或いはがたつきがより一層軽減されることとなる。また、レンズ２は基板３とともにケース１０とブラケット５によって挟持されて固定される。このとき、レンズ２の位置決め部２１が基板３の係合部位３２へ係合することによりレンズ２がＬＥＤランプ３１の直上に位置決めされて配置される。即ち、レンズ２の位置決めは、ケース１０やブラケット５を基準とするのではなく、ＬＥＤランプ３１がマウントされた基板３を基準として行われる。その結果、レンズ２とＬＥＤランプ３１との位置にズレや誤差が生じにくく、レンズ２によって高精度な配光制御が実現される。さらに、レンズ２は、レンズ部分の他には位置決め部２１を有するのみであって、レンズ部分のヒケを引き起こすおそれが少ない。従って、レンズ２は高いレンズ精度が維持され、高精度な配光制御が可能となる。一方、ブラケット５は放熱性材料によって形成されている。これにより、ＬＥＤランプ３１の熱を、ブラケット５から放熱することができる。従って、ヒートシンクなどの放熱用の特別な構成を必要しないため、装置の小型化が実現される。また、部品数が少なくて済むため、製造工程の複雑化を招かない。さらに、ＬＥＤランプユニット１は基板３とブラケット５との間にシリコーンゲル製の熱伝導シート４が挟み込まれており、熱伝導層が形成されている。これにより、ＬＥＤランプ３１の熱は基板３の裏面からブラケット５へ効率よく伝播され、装置の放熱特性が向上する。加えて、基板３はＡｌ製の放熱性基板であるので、ＬＥＤランプ３１の熱はより一層ブラケット５へ効率よく伝播されるため、高い放熱効果を奏する。

この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

本発明のＬＥＤランプユニットは、車両室内または居室内のルームランプやスポットランプにその利用が図られる。

図１Ａは本発明の一の実施例であるＬＥＤランプユニット１の分解斜視図である。図１ＢはＬＥＤランプユニット１の斜視図である。図２は図１ＡにおけるＬＥＤランプユニット１のＡ−Ａ線断面図である。図３は熱かしめ前の状態のＬＥＤランプユニット１の裏面の斜視図である。図４Ａは熱かしめ中の状態のＬＥＤランプユニット１の裏面の斜視図である。図４Ｂは熱かしめ途中の状態のＬＥＤランプユニット１の側面図である。図５は熱かしめ後の状態のＬＥＤランプユニット１の裏面の斜視図である。

符号の説明

１ＬＥＤランプユニット
１０ケース
１１第１突起部
１１０第１係止爪
１２第２突起部
１２０第２係止爪
２レンズ
３基板
３１ＬＥＤランプ
４熱伝導シート
５ブラケット

Claims

熱伝導性材料からなる取付部材と、
前記取付部材の上に配置される基板と、
前記基板に実装されるＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の光放出側に配置されるレンズであって、その一部が前記基板に当接することによって前記基板に対して位置決めされるレンズと、
第１係止爪及び第２係止爪と有し、前記取付部材に固定されるケースと、を備え、
前記基板及び前記レンズが前記取付部材と前記ケースで挟持され、前記第１係止爪は前記取付部材に対して垂直軸方向及び第１水平軸方向に前記ケースを前記取付部材に固定し、前記第２係止爪は前記取付部材に対して垂直軸方向及び第２水平軸方向に前記ケースを前記取付部材に固定する、ＬＥＤランプユニット。
前記第１水平軸方向と前記第２水平軸方向が直交する、請求項１に記載のＬＥＤランプユニット。
前記取付部材と前記基板との間に熱伝導層を備える、請求項１又は２に記載のＬＥＤランプユニット。
前記ケースに予め形成された第１突起部及び第２突起部を熱かしめすることによって前記第１係止爪及び前記第２係止爪が形成される、請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤランプユニット。
前記第１突起部及び第２突起部が前記ケースを前記取付部材へ仮止めするための爪を有する、請求項４に記載のＬＥＤランプユニット。