特許 7507030 車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-19

(45)【発行日】2024-06-27

(54)【発明の名称】車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   F21S 45/10 20180101AFI20240620BHJP

   F21S 41/19 20180101ALI20240620BHJP

   F21S 41/141 20180101ALI20240620BHJP

   F21S 45/47 20180101ALI20240620BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20240620BHJP

   F21V 29/76 20150101ALI20240620BHJP

   F21V 29/87 20150101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

F21S45/10

F21S41/19

F21S41/141

F21S45/47

F21V29/503 100

F21V29/76

F21V29/87

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020131689

(22)【出願日】2020-08-03

(65)【公開番号】P2022028345

(43)【公開日】2022-02-16

【審査請求日】2023-06-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】原 弘明

(72)【発明者】

【氏名】松井 洸樹

【審査官】下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１８１７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２１５９４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０３２５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２３６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１４６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１７９６２６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ４５／１０

Ｆ２１Ｓ ４１／１９

Ｆ２１Ｓ ４１／１４１

Ｆ２１Ｓ ４５／４７

Ｆ２１Ｖ ２９／５０３

Ｆ２１Ｖ ２９／７６

Ｆ２１Ｖ ２９／８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子および回路基板を有する光源部と、前記光源部を搭載するソケット部と、を備える車両用灯具であって、
前記回路基板は、前記発光素子を駆動するための前記回路基板上に形成された配線パターンと、前記配線パターンに実装された電子部品と、を有し、
前記発光素子は、前記回路基板の前記配線パターンに電気的に接続されて前記ソケット部に搭載されており、
前記ソケット部は、熱伝導性樹脂から構成されるハウジングと、前記ハウジングに埋め込まれた金属板と、を有し、
前記金属板は、前記ハウジングから部分的に露出して、熱伝導可能に前記光源部と接続されており、
前記熱伝導性樹脂が、１０×１０^－６／Ｋ以上３０×１０^－６／Ｋ以下の流動方向の線膨張係数および３８×１０^－６／Ｋ以上８０×１０^－６／Ｋ以下の流動垂直方向の線膨張係数を備える、車両用灯具。

【請求項2】

前記熱伝導性樹脂が１０ＧＰａ以上の曲げ弾性率を備える、
請求項１に記載の車両用灯具。

【請求項3】

前記回路基板が樹脂材料で構成され、
前記熱伝導性樹脂が、１０Ｗ／（ｍ・ｋ）以下の面方向熱伝導率を備える、請求項１または請求項２に記載の車両用灯具。

【請求項4】

前記ハウジングは放熱フィンを備え、前記金属板が前記放熱フィンに埋設されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用灯具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、発光素子および回路基板を有する光源部と、光源部を搭載するソケット部と、を備え、発光素子は回路基板よりも熱伝導率が高い搭載部に搭載されている、車両用灯具が開示されている。特許文献２には、良熱伝導体金属からなる熱伝達板と熱伝導性樹脂で成形したヒートシンク本体とが組み合わされた自動車ＬＥＤ用ヒートシンクが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１８１７８３号公報

【文献】特開２０１１－６１１５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

樹脂材料で構成されるハウジングと金属板とを組み合わせたソケットでは、ＬＥＤの発光に伴うサーマルショックによりクラックが発生してしまう場合がある。

【0005】

本発明は、光源部を搭載するソケットにおけるクラックの発生を抑制できる、車両用灯具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の車両用灯具は、
発光素子および回路基板を有する光源部と、前記光源部を搭載するソケット部と、を備える車両用灯具であって、
前記回路基板は、前記発光素子を駆動するための前記回路基板上に形成された配線パターンと、前記配線パターンに実装された電子部品と、を有し、
前記発光素子は、前記回路基板の前記配線パターンに電気的に接続されて前記ソケット部に搭載されており、
前記ソケット部は、熱伝導性樹脂から構成されるハウジングと、前記ハウジングに埋め込まれた金属板と、を有し、
前記金属板は、前記ハウジングから部分的に露出して、熱伝導可能に前記光源部と接続されており、
前記熱伝導性樹脂が、１０×１０^－６／Ｋ以上３０×１０^－６／Ｋ以下の流動方向の線膨張係数および３０×１０^－６／Ｋ以上８０×１０^－６／Ｋ以下の流動垂直方向の線膨張係数を備える。
上記の特定の線膨張係数を備える熱伝導性樹脂によりソケット部のハウジングを構成することで、ハウジングと金属板との間のサーマルショックによるクラックの発生を抑制できる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、光源部を搭載するソケットにおけるクラックの発生を抑制できる、車両用灯具を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る車両用灯具を示す模式斜視図である。

【図2】実施形態に係る光源部を示す模式斜視図である。

【図3】実施形態におけるソケット部の内部構造を示す透視図であり、図３の（ａ）は斜視図であり、図３の（ｂ）は正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。尚、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。図１は、本実施形態における車両用灯具１００を示す模式斜視図である。図１に示すように車両用灯具１００は、ソケット部１０と光源部２０とを備える。

【0010】

ソケット部１０は、光源部２０を保持し、光源部２０からの放熱を行い、外部から光源部２０への電気的接続を確保するとともに、図示しないランプボディへの取り付けを行うための部材である。図１に示すように、ソケット部１０は、フランジ部１１と、コネクタ部１２と、放熱フィン１３と、光源保持部１４とを備える。光源保持部１４には複数の側壁１５と係止部１６とが形成されている。また、光源部２０に隣接して端子保持部１７および端子１７ａが露出されており、ボンディングワイヤ１８が端子１７ａと光源部２０とを電気的に接続している。

【0011】

フランジ部１１は略円盤状の部分であり、主面には光源保持部１４が立設され、裏面にはコネクタ部１２および放熱フィン１３が形成されている。コネクタ部１２は、フランジ部１１の裏面に設けられて、外部から図示しないワイヤーハーネスが接続される部分である。

【0012】

放熱フィン１３は、フランジ部１１の裏面において、コネクタ部１２が形成されていない領域の略全体にわたって立設された複数の柱状部分である。放熱フィン１３の形状としては、体積あたりの表面積を増加させて放熱性を向上させることができればよく、長板状、棒状、波板状などの各種形状としてよい。

【0013】

光源保持部１４は、フランジ部１１の主面から立設された略円筒状の部分であり、その上面には光源部２０が搭載されている。側壁１５は、光源保持部１４の上端において、光源部２０の周りを囲むように延長された円筒の外周部分であり、複数の側壁１５内部に光源部２０が収容されて位置決めされている。端子保持部１７は、絶縁性樹脂で構成されて複数の端子１７ａを保持する部分である。ボンディングワイヤ１８は、光源保持部１４の上面で露出した端子１７ａと光源部２０上の端子部分とを電気的に接続する金属細線である。

【0014】

図２は、本実施形態における光源部２０を示す模式斜視図である。光源部２０は、回路基板２１と、サブマウント２２およびＬＥＤ２３からなる発光素子を備えている。ここでは発光素子として、サブマウント２２上にＬＥＤ２３が搭載された例を示したが、ＬＥＤパッケージのみを発光素子として用いてもよく、ベアチップのＬＥＤを発光素子として用いてもよい。図１および図２では発光素子を３個配置した例を示したが、個数および配列はどのようなものでもよい。

【0015】

回路基板２１は、中央に開口部２１ａが形成された略矩形の板状部材である。回路基板２１の上面には、配線パターン２４と、端子２４ａ，２４ｂが形成されており、配線パターン２４上に電子部品２５，２６が実装されている。また、端子２４ｂとサブマウント２２の端子とはボンディングワイヤ２７で電気的に接続されている。回路基板２１を構成する材料は限定されず、通常のプリント配線基板に用いられるガラスエポキシ樹脂等の樹脂材料やアルミナ等の金属材料を用いることができる。回路基板２１を構成する材料の熱伝導率は、ソケット部１０を構成する材料の熱伝導率よりも低くされている。回路基板２１は、裏面側に熱伝導性のグリースや接着剤を塗布して光源保持部１４の上面に貼り付けられている。

【0016】

サブマウント２２は、熱伝導性が良好な材料で構成された薄板状の部材であり、その表面に配線および端子が形成され、配線上にＬＥＤ２３が実装されている。ＬＥＤ２３は、電圧を印加されることで所定波長の光を発光する発光ダイオードであり、車両用灯具１００が前照灯である場合には白色を発光し、テールランプやストップランプである場合には赤色を発光する。

【0017】

配線パターン２４は、回路基板２１上に形成された金属膜をパターニングした回路配線であり、電子部品２５，２６が実装されてＬＥＤ２３の駆動回路を構成している。電子部品２５，２６は、ＬＥＤ２３を駆動するための駆動回路を構成する部品であり、抵抗やキャパシタ、インダクタンス、トランジスタ、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等である。ボンディングワイヤ２７は、回路基板２１上の端子２４ｂとサブマウント２２の端子とを電気的に接続する金属細線である。

【0018】

図３は、ソケット部１０の内部構造を示す透視図であり、図３の（ａ）は斜視図であり、図３の（ｂ）は正面図である。本実施形態のソケット部１０では、ソケット部１０の外殻であるハウジング１０ａが熱伝導性樹脂から構成され、その内部には金属板３０が埋設されている。予め成形した金属板３０を用意し、金型内に金属板３０を配置して熱伝導性樹脂をモールド成形することで、ソケット部１０が得られる。また、光源保持部１４の上面１９の略中央部分から金属板露出面３１が露出するように、ハウジング１０ａに金属板３０が埋め込まれている。

【0019】

金属板３０は折り曲げ加工されており、光源保持部１４の上面の近傍および側面近傍、フランジ部１１内部、放熱フィン１３内部に沿ってハウジング１０ａの熱伝導性樹脂に埋め込まれている。金属板３０のうち光源保持部１４の上面１９近傍に位置する領域には、金属板露出面３１と平坦部３２が形成されている。金属板露出面３１は、平坦部３２からプレス加工等により突出された部分であり、その表面は上面１９と略面一の位置で上面１９から露出している。平坦部３２は、上面１９に略平行に光源保持部１４内に埋め込まれている。金属板露出面３１の周囲はソケット部１０の外殻を構成する熱伝導性樹脂のハウジング１０ａにより上面１９として構成されている。

【0020】

上面１９において金属板露出面３１が露出している位置と範囲は、図２に示した光源部２０の開口部２１ａに対応している。したがって、光源保持部１４の上面１９に光源部２０を搭載すると、開口部２１ａ内で金属板露出面３１が露出し、サブマウント２２およびＬＥＤ２３からなる発光素子が金属板露出面３１上に直接搭載される。本実施形態では金属板露出面３１上に、発光素子が搭載されることで、金属板３０と光源部２０とが熱伝導可能に接続されている。

【0021】

本実施形態では、ＬＥＤ２３の発光によって生じた熱は、サブマウント２２から金属板露出面３１および金属板３０を介して、ソケット部１０の外殻を構成する熱伝導性樹脂のハウジング１０ａに伝達される。金属板３０は、ハウジング１０ａの熱伝導性樹脂よりも熱伝導率が高く、光源保持部１４の上面近傍から放熱フィン１３の内部にわたって設けられているため、光源部２０から伝わった熱を放熱フィン１３の内部へ素早く伝達でき、放熱フィン１３から効率良く光源部２０で発生した熱を放熱できる。

【0022】

ハウジング１０ａを構成する熱伝導性樹脂は、１０×１０^－６／Ｋ以上３０×１０^－６／Ｋ以下の流動方向（ＭＤ方向）の線膨張係数および３０×１０^－６／Ｋ以上８０×１０^－６／Ｋ以下の流動垂直方向（ＴＤ方向）の線膨張係数を備える樹脂材料である。ＭＤ方向とは、ハウジングの成形時に熱伝導性樹脂組成物の溶融物（溶融樹脂組成物）が金型に注入される際の流動方向を指す。ＴＤ方向は、ＭＤ方向に直交する方向である。

【0023】

本明細書における線膨張係数は、ＪＩＳ Ｋ７１９７：２０１２により規定される方法に従って測定される。測定装置としては、エスアイアイ・テクノロジー株式会社製ＥＸＳＴＡＲ６０００を使用できる。線膨張係数の評価は、測定温度範囲３０℃～１００℃、昇温温度５℃／分の条件で実施される。樹脂材料の種類は、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰ、ＰＣ、ＰＡなどの単一種類の材料や、ＰＣ／ＰＢＴなどの混合材料であってもよい。樹脂材料は、フィラーを含んでも良い。フィラーは、Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，ＢＮなどの無機フィラーや炭素繊維であってもよい。

【0024】

ハウジング１０ａを構成する熱伝導性樹脂のＭＤ方向の線膨張係数は、クラック発生抑制の観点から１３×１０^－６／Ｋ以上でもよく、２２×１０^－６／Ｋ以下でもよい。ハウジング１０ａを構成する熱伝導性樹脂のＴＤ方向の線膨張係数は、クラック発生抑制の観点から３８×１０^－６／Ｋ以上でもよく、６８×１０^－６／Ｋ以下でもよい。

【0025】

金属板３０は、ソケット部１０の外殻を構成する熱伝導性樹脂のハウジング１０ａよりも熱伝導率が高い金属で構成された部材であり、例えばアルミニウム板や銅板を用いることができる。放熱性の向上と車両用灯具１００の軽量化を図る場合には、アルミニウム板が好ましい。

【0026】

上記の特定の線膨張係数を備える熱伝導性樹脂によりソケット部１０のハウジング１０ａを構成することで、ハウジング１０ａと金属板３０との間のサーマルショックによるクラックの発生を抑制できる。

【0027】

また、ハウジング１０ａを構成する熱伝導性樹脂は、１０ＧＰａ以上の曲げ弾性率を備えてもよい。当該曲げ弾性率を備える熱伝導性樹脂によりソケット部のハウジングを構成することで、ハウジングと金属板との間のサーマルショックによるクラックの発生をより抑制できる。また、当該熱伝導性樹脂の曲げ弾性率は、２５ＧＰａ以下でもよい。本明細書における曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１７１：２０１６またはＩＳＯ１７８により規定される方法に従って測定される。測定装置としては、株式会社島津製作所製オートグラフＡＧ－Ｘｐｌｕｓを使用できる。曲げ弾性率の評価は、５ｍｍ／ｍｉｎの試験速度条件で実施される。

【0028】

また、回路基板２１が樹脂材料で構成される場合には、ハウジング１０ａを構成する熱伝導性樹脂は、１０Ｗ／（ｍ・ｋ）以下の面方向熱伝導率を備えても良い。回路基板２１が樹脂材料で構成されている場合には金属材料を使用する場合に比べて回路基板２１の熱伝導率が低くなる。また、投入電流値を制御することで基板の発熱を抑えることができる。回路基板２１を樹脂材料で構成し、投入電流値を制御することで基板の発熱を抑えた条件下では、ソケット部１０のハウジング１０ａに高い熱伝導率は必要ではないため、比較的低い面方向熱伝導率の熱伝導性樹脂を用いることで、コストを削減できる。また、面方向熱伝導率は７Ｗ／（ｍ・ｋ）以下としてもよく、５Ｗ／（ｍ・ｋ）以下としてもよい。

【0029】

また、熱伝導性樹脂が１Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の面方向熱伝導率を備えればジャンクション温度（Ｔｊ）の上昇を抑制でき、２．７Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の面方向熱伝導率を備えればジャンクション温度（Ｔｊ）の上昇を３℃以下にすることができることを、シミュレーションにより確認した。本明細書における面方向熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ１６１１：２０１０により規定される方法に従って測定される。測定装置としては、ネッチ・ジャパン株式会社製ＬＦＡ４６７ ＨｙｐｅｒＦｌａｓｈを使用できる。面方向熱伝導率の評価は、レーザーフラッシュ法にて常温（２０℃）の条件で実施される。

【0030】

また、ハウジング１０ａを構成する熱伝導性樹脂は、１．６以下の比重を備えてもよい。比重が低いことで、当該車両用灯具を取り付ける部分に高い剛性を要求せずに当該車両用灯具を実装できる。

【実施例】

【0031】

以下、本発明に係る具体的な実施例を説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0032】

厚さ２ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ８０ｍｍ程度のプレートを凸形状に折り曲げて、特開２０１８－６３９０２号公報の図２および図４に開示される放熱板（１３）と同様の形状としたアルミニウム製の部材を、金型内に配置して表１および表２に示す例１から例１２の熱伝導性樹脂を注入してインサート成形することで、金属部材が樹脂部材で埋設されたサンプルを製造した。これらのサンプルについてサーマルショック試験を実施した。サーマルショック試験では、試験槽にサンプルを配置し、７０℃～－２０℃の温度変化を一定時間交互に繰り返し、これを８００サイクル行なった後、所定の時間保存した結果、外観不良がないものを合格、クラックが発生したものを不合格と判定した。結果を表１および表２に示す。

【0033】

例１の樹脂材料としては、株式会社カネカ製のＰＥＴをベース樹脂とする材料（製品名：ＨＰ５３４）を使用した。例２から例１２の樹脂材料としては表１および表２に記載の各ベース樹脂に、黒鉛０～４０ｗｔ％、無機系フィラー０～６０ｗｔ％配合したものを使用した。

【0034】

なお、例１から例１２の熱伝導性樹脂の線膨張係数は、エスアイアイ・テクノロジー株式会社製ＥＸＳＴＡＲ６０００を使用して、測定温度範囲３０℃～１００℃、昇温温度５℃／分の条件で評価された。例１から例１２の熱伝導性樹脂の曲げ弾性率は、株式会社島津製作所製オートグラフＡＧ－Ｘｐｌｕｓを使用して、５ｍｍ／ｍｉｎの試験速度条件で評価された。例１から例９の熱伝導性樹脂の面方向熱伝導率は、ネッチ・ジャパン株式会社製ＬＦＡ４６７ ＨｙｐｅｒＦｌａｓｈを使用して、レーザーフラッシュ法にて常温（２０℃）の条件で評価された。例１０から例１２の熱伝導性樹脂の面方向熱伝導率は、製造会社より提供された数値を示す。

【0035】

【表1】

【0036】

【表2】

【0037】

表１および表２から、１０×１０^－６／Ｋ以上３０×１０^－６／Ｋ以下のＭＤ方向の線膨張係数および３０×１０^－６／Ｋ以上８０×１０^－６／Ｋ以下のＴＤ方向の線膨張係数を備える樹脂材料を用いた例１から例６はサーマルショック試験に合格し、クラックの発生を抑制できることが確認された。

【0038】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は、本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

【符号の説明】

【0039】

１００：車両用灯具、１０：ソケット部、１０ａ：ハウジング、１１：フランジ部、１２：コネクタ部、１３：放熱フィン、１４：光源保持部、１５：側壁、１６：係止部、１７：端子保持部、１７ａ，２４ａ，２４ｂ：端子、１８：ボンディングワイヤ、１９：上面、２０：光源部、２１：回路基板、２１ａ：開口部、２２：サブマウント、２３：ＬＥＤ、２４：配線パターン、２５：電子部品、２７：ボンディングワイヤ、３０：金属板、３１：金属板露出面、３２：平坦部

【図1】

【図2】

【図3】