(57)【要約】【課題】光軸調整機構及び放熱機構の両立を図ることができる半導体発光素子パッケージ固定構造を提供すること。【解決手段】CAN型半導体発光素子パッケージ１は可動座２に固定的に支持され、可動座２は固定座３に摺動的に支持されている。可動座２の外周面と固定座３の内周面とは、CAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸を回転対称中心として、同一の傾斜曲率の玉子状あるいはすり鉢状曲面Ｓを有し、光軸調整機構及び放熱経路を確保する放熱機構を構成する。【選択図】        図１
2014150112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子パッケージを固定的に支持する可動座と、
該可動座を摺動的に支持する固定座とを具備し、
互いに接触する前記可動座の外周面及び前記固定座の内周面は、前記半導体発光素子パッケージの光軸を回転対称中心として、同一の傾斜曲率の曲面を有し、前記傾斜曲率の半径は、前記可動座及び前記固定座の断面において、前記固定座の広開口部側から狭開口部側へ向かって漸次小さくなっている半導体発光素子パッケージ固定構造。
【請求項２】
前記曲面の曲率半径の中心は、曲率半径が小さくなるにつれて前記半導体発光素子パッケージの光軸から外側へかつ前記固定座の狭開口部側へシフトしている請求項１に記載の半導体発光素子パッケージ固定構造。
【請求項３】
半導体発光素子パッケージを固定的に支持するボビン状の可動座と、
該可動座を摺動的に挟んで支持する第１、第２の固定座とを具備し、
互いに接触する前記可動座の外周面及び前記各第１、第２の固定座の内周面は、前記半導体発光素子パッケージの光軸を回転対称中心として、同一の傾斜曲率の曲面を有し、前記傾斜曲率の半径は、前記可動座及び前記第１、第２の固定座の断面において、前記各第１、第２の固定座の広開口部側から狭開口部側へ向かって漸次小さくなっている半導体発光素子パッケージ固定構造。
【請求項４】
前記第１、第２の固定座の一方には、ねじ孔が形成され、前記第１、第２の固定座の他方には、前記ねじ孔より大きい孔が形成され、前記孔より前記ねじ孔にねじを挿入して前記第１、第２の固定座間の距離を調整するようにした請求項３に記載の半導体発光素子パッケージ固定構造。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属製の半導体発光素子パッケージを固定する半導体発光素子パッケージ固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、車両用前照灯、プロジェクタの光源として、視認性、デザイン性、小型化の観点から、発光ダイオード（LED）、レーザダイオード（LD）等の半導体発光素子が注目されている。このような半導体発光素子は、ハロゲンランプ、高輝度放電(HID)ランプ等と異なり、発熱量が大きく、しかも、過熱により明るさの低下、半導体発光素子の劣化を招く。このため、適切な放熱構造の半導体発光素子パッケージが必要である。
【０００３】
従来の半導体発光素子パッケージとして、図１０に示すCAN型パッケージがある（参照：特許文献１の図１）。
【０００４】
図１０において、CAN型半導体発光素子パッケージ１は、直径5.6mm、9mm等の金属製のキャップ１１、キャップ１１を搭載する金属製のベース１２、及びリード端子１３よりなる。光取り出し窓１１ａ付のキャップ１１は、LED、LD等の半導体発光素子１１１及び半導体発光素子１１１を固定するステム１１２を気密封止する。すなわち、半導体発光素子１１１がベース１２のスルーホールを介してボンディングワイヤ１１３によってリード端子１３に電気的に接続された上で、キャップ１１がベース１２に抵抗溶接によって固定されることにより、半導体発光素子１１１及びステム１１２はキャップ１１によって気密封止される。これにより、半導体発光素子１１１の外気による汚染及び吸湿による故障を防止する。
【０００５】
図１０のCAN型半導体発光素子パッケージ１を光源として用いた場合、所望の配光を形成するために、レンズ等の光学系に結合させる必要がある。このとき、光学系に対して正確に光を出射すべく光軸調整機構が必要である。従って、光軸調整機構及び放熱経路を確保する放熱機構の両立が必要である。
【０００６】
図１１は従来の半導体発光素子パッケージ固定構造を示す（参照：特許文献２）。
【０００７】
図１１において、半導体発光素子パッケージ固定構造は、CAN型半導体発光素子パッケージ１を固定的に支持する可動座２、可動座２を摺動的に支持する固定座３、及び可動座２を可動させる光軸調整部としてのアーム４を含んで構成されている。このとき、可動座２の外周面及び固定座３の内周面は共に球面加工されており、アーム４によって可動座２を微調整することによりCAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸１ａをコリメートレンズ５の光軸に一致させることができ、従って、光軸調整機構を構成する。このとき、可動座２の外周面と固定座３の内周面とが球面接合して放熱経路Ｐを確保する放熱機構をも構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１００７８５号公報
【特許文献２】特開平５−８１６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の図１１に示す半導体発光素子パッケージ固定構造においては、可動座２の球面の曲率と固定座３の球面の曲率とが完全に一致していなければならず、図１２、図１３に示すごとく、製造時の許容公差の点から問題がある。尚、図１２、図１３においては、説明を簡単化するために、可動座２を球体として取扱う。    
【００１０】
たとえば、図１２に示すごとく、可動座２が設計値より大きいと、球面接合の上部のみが正味の接触部分となり、球面接合の下方に隙間Ｇ１が発生する。逆に、図１３に示すごとく、可動座２が設計値より小さいと、球面接合の下部のみが正味の接触部分となり、球面接合の上方に隙間Ｇ２が発生する。このような隙間Ｇ１、Ｇ２には空気が存在するので、熱伝導率が著しく低下し、CAN型半導体発光素子パッケージ１から可動座２を介して固定座３への放熱経路Ｐにおける熱抵抗が増加し、CAN型半導体発光素子パッケージ１の温度上昇を招くという課題がある。つまり、放熱経路Ｐを確保できず、光軸調整機構及び放熱機構の両立が困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本発明に係る半導体発光素子パッケージ固定構造は、半導体発光素子パッケージを固定的に支持する可動座と、可動座を摺動的に支持する固定座とを具備し、互いに接触する可動座の外周面及び固定座の内周面は、半導体発光素子パッケージの光軸を回転対称中心として、同一の傾斜曲率の曲面を有し、傾斜曲率の半径は、可動座及び固定座の断面において、固定座の広開口部側から狭開口部側へ向かって漸次小さくなっているものである。これにより、可動座のサイズが設計値より大きくあるいは小さくなっても、可動座と固定座とが接触する曲面に隙間が生じなくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可動座のサイズが設計値からずれても、可動座と固定座とが接触する曲面に隙間が生じないので、熱伝導率の低下はなくなり、従って、放熱経路を確保でき、この結果、光軸調整機構及び放熱機構の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る半導体発光素子パッケージ固定構造の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】図１の可動座の外周面と固定座の内周面の傾斜曲率の曲面を説明するための図である。
【図３】図１の可動座及び固定座が設計値に対してずれた場合の可動座及び固定座の接合状態を説明するための断面図であって、（Ａ）は可動座が相対的に大きくなった場合を示し、（Ｂ）は可動座が相対的に小さくなった場合を示す。
【図４】図１のCAN型半導体発光素子パッケージの光軸を回転傾斜させた場合を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図５】図１の半導体発光素子パッケージ固定構造の変更例を示す一部切り欠いた斜視図である。
【図６】本発明に係る半導体発光素子パッケージ固定構造の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図７】本発明に係る半導体発光素子パッケージ固定構造の第３の実施の形態を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図８】図７のCAN型半導体発光素子パッケージの光軸を回転傾斜させた場合を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図９】図７の半導体発光素子パッケージ固定構造の変更例を示す一部切り欠いた斜視図である。
【図１０】従来の半導体発光素子パッケージを示す一部透視の斜視図である。
【図１１】従来の半導体発光素子パッケージ固定構造を示す断面図である。
【図１２】図１１の半導体発光素子パッケージ固定構造における課題を説明するための図であって、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図１３】図１１の半導体発光素子パッケージ固定構造における課題を説明するための図であって、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明に係る半導体発光素子パッケージ固定構造の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【００１５】
図１において、CAN型半導体発光素子パッケージ１は可動座２に固定的に支持され、可動座２は固定座３に摺動的に支持されている。この場合、CAN型半導体発光素子パッケージ１は可動座２に接触していればよく、また、CAN型半導体発光素子パッケージ１の中心を必ずしも可動座２の回転中心に一致させる必要はない。つまり、CAN型半導体発光素子パッケージ１の位置としては組合わせる光学系に応じて最適な位置を選択する。詳細には、可動座２は、上下で底面の大きさが異なる有底円筒状に形成されており、中央部に筒状の細径貫通穴が開けられている。該細径貫通穴内に、CAN型半導体発光素子パッケージ１が配置されている。固定座３は、筒状に形成されており、中央部に上下で開口の大きさが異なる円筒状の太径貫通穴が開けられている。この太径貫通穴内に可動座２が配置されている。また、可動座２及び固定座３はアルミニウム、銅等の金属よりなる。尚、図１は可動座２の厚さが固定座３の厚さより小さい場合を想定している。      
【００１６】
可動座２の外周面と固定座３の内周面とは、CAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸を回転対称中心として、同一の傾斜曲率の玉子状あるいはすり鉢状曲面Ｓを有し、光軸調整機構及び放熱経路を確保する放熱機構を構成する。
【００１７】
図１においては、可動座２及び固定座３は設計値通りに製造されており、この結果、可動座２は固定座３の略中央に位置している。
【００１８】
図２は図１の可動座２の外周面と固定座３の内周面の傾斜曲率の曲面Ｓを説明するための図である。尚、図２においては、説明を簡単にするために、固定座３のみの曲面Ｓを図示し、これを光軸１ａに対して固定座３の広開口部ＯＰ１から狭開口部ＯＰ２に順に複数の部分曲面Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ１１に分割しているが、実際には、部分曲面Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ１１は多数であり、従って、部分曲面Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ１１はほぼ連続的に変化し、継目なく滑らかかつ一体的に１つの曲面Ｓを構成している。
【００１９】
図２においては、各部分曲面Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ１１の曲率半径ρ1、ρ2、…、ρ11のうち、固定座３の広開口部ＯＰ１側での部分曲線Ｓ１の曲率半径ρ1が最も大きく、他方、固定座３の狭開口部ＯＰ２側での部分曲線Ｓ１１の曲率半径ρ11が最も小さくなっており、その間の曲率半径ρ2、…、ρ10は漸次小さくなっている。また、隣り合う各部分曲線はその境界において同一接線となるように接続されている。すなわち、各部分曲面Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ１１の回転対称中心はCAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸１ａに一致している。他方、曲率半径ρ1、ρ2、…、ρ11の中心Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘ１１は、同一でなく、曲率半径ρ1、ρ2、…、ρ11が小さくなるにつれてCAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸１ａから外側へかつ固定座３の狭開口部ＯＰ２側へシフトしている。従って、部分曲面Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ１１によって構成される傾斜曲率の曲面Ｓは単なる楕円の回転体の一部と異なるものである。
【００２０】
図３は図１の可動座２及び固定座３が設計値に対してずれた場合の可動座２及び固定座３の接合状態を説明するための断面図であって、（Ａ）は可動座２が相対的に大きくなった場合を示し、（Ｂ）は可動座２が相対的に小さくなった場合を示す。図３の（Ａ）に示すように、可動座２が相対的に大きくなった場合には、可動座２は固定座３のすり鉢状の曲面Ｓの広開口部ＯＰ１側にシフトした位置で収まる。他方、図３の（Ｂ）に示すように、可動座２が相対的に小さくなった場合には、可動座２は固定座３のすり鉢状の曲面Ｓの狭開口部ＯＰ２側にシフトした位置で収まる。いずれの場合にも、可動座２の外周面と固定座３の内周面との間には隙間は発生しない。従って、CAN型半導体発光素子パッケージ１から可動座２を介して固定座３の放熱経路を確保でき、この結果、放熱機構が確立する。
【００２１】
図４は図１のCAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸１ａを光軸調整用アーム（図示せず）によって回転傾斜させた場合を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。図４に示すように、可動座２を傾斜させても、可動座２の外周面は固定座３の内周面に接触し、可動座２の外周面と固定座３の内周面との間には隙間は発生しない。従って、やはり、CAN型半導体発光素子パッケージ１から可動座２を介して固定座３の放熱経路を確保でき、この結果、光軸調整機構及び放熱機構の両立が図れる。
【００２２】
図５は図１の半導体発光素子パッケージ固定構造の変更例を示す一部切り欠いた斜視図である。図５においては、固定座３にヒートシンク６を設け、固定座３の熱を周囲空気へ放散させる。尚、ヒートシンク６は固定座３と一体成型もしくは別体で形成する。
【００２３】
図６は本発明に係る半導体発光素子パッケージ固定構造の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【００２４】
図６は可動座２の厚さが固定座３の厚さより大きい場合を想定している。この場合も、可動座２の外周面と固定座３の内周面とは、CAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸を回転対称中心として、同一の傾斜曲率の玉子状あるいはすり鉢状曲面Ｓを有し、光軸調整機構及び放熱経路を確保する放熱機構を構成する。
【００２５】
また、図６の半導体発光素子パッケージ固定構造においても、図５に示すヒートシンク６を固定座３に設け、固定座３の熱を周囲空気へ放散させることができる。
【００２６】
図１、図６に示すごとく、可動座２及び固定座３の大小関係は特に限定されることなく、光軸調整機構及び放熱機構の両立の観点から、可動座２の可動域において必要な傾斜曲率の曲面Ｓによる可動座２と固定座３との接合面積を確保できればよい。
【００２７】
図７は本発明に係る半導体発光素子パッケージ固定構造の第３の実施の形態を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【００２８】
図７においては、可動座２’は図１の可動座２を２つ用意し、一方の可動座をCAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸１ａに対して反転させて他方の可動座に結合することによって得られ、ミシンのボビン状をなしている。また、図１の固定座３に加えてこの固定座３をCAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸１ａに対して反転させて固定座３’を得る。
【００２９】
可動座２’を２つの固定座３、３’で挟んで支持し、複数のねじ２１によって固定する。このとき、固定座３には、ねじ２１に適合したねじ孔２２が形成され、他方、固定座３’には、ねじ２１の直径より大きい孔２２’が形成されている。従って、ねじ２１を孔２２’からねじ孔２２に挿入して調整することにより２つの固定座３、３’間の距離を調整でき、これにより、可動座２’と固定座３とを隙間なく接合できると同時に、可動座２’と固定座３’とを隙間なく接合できる。この結果、可動座２’を固定座３、３’により強固に固定できる。可動座２の外周面と固定座３、３’の内周面とは、CAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸を回転対称中心として、同一の傾斜曲率の玉子状あるいはすり鉢状曲面Ｓで接合し、光軸調整機構及び放熱経路を確保する放熱機構を構成する。
【００３０】
図７においては、可動座２’及び固定座３、３’は設計値通りに製造されており、この結果、可動座２’は固定座３、３’の略中央に位置している。
【００３１】
図７においても、可動座２’が相対的に大きくなったりあるいは小さくなったりした場合には、可動座２’は固定座３、３’のすり鉢状の曲面Ｓ上にシフトした位置で収まる。いずれの場合にも、可動座２の外周面と固定座３、３’の内周面との間には隙間は発生しない。従って、CAN型半導体発光素子パッケージ１から可動座２を介して固定座３、３’への放熱経路を確保でき、この結果、放熱機構が確立する。
【００３２】
図８は図７のCAN型半導体発光素子パッケージ１の光軸１ａを光軸調整用アーム（図示せず）によって回転傾斜させた場合を示し、（Ａ）は一部切り欠いた斜視図、（Ｂ）は断面図である。図８に示すように、可動座２’を傾斜させても、ねじ２１を調整することにより、可動座２’の外周面は固定座３、３’の両方の内周面に同時に接触し、可動座２’の外周面と固定座３、３’の内周面との間には隙間は発生しない。従って、やはり、CAN型半導体発光素子パッケージ１から可動座２’を介して固定座３、３’への放熱経路を確保でき、この結果、光軸調整機構及び放熱機構の両立が図れる。
【００３３】
図９は図７の半導体発光素子パッケージ固定構造の変更例を示す一部切り欠いた斜視図である。尚、図９においては、図７のねじ２１、ねじ孔２２及び孔２２’は省略してある。図９においては、CAN型半導体発光素子パッケージ１を光軸１ａに沿って前方へ移動してある。これにより、コリメートレンズ等の光学部品（図示せず）と本固定構造との干渉を防止する。たとえば、コリメートレンズの焦点をCAN型半導体発光素子パッケージ１に容易に位置させることができる。図９のCAN型半導体発光素子パッケージ１の位置については、図１、図６の実施の形態にも適用できる。
【００３４】
また、図７の半導体発光素子パッケージ固定構造においても、図５に示すヒートシンク６を固定座３もしくは３’に設け、固定座３もしくは３’の熱を周囲空気へ放散させることができる。
【００３５】
また、上述の実施の形態においては、図１１に示すアーム等の光軸調整手段、コリメートレンズ等の光学部品等は設けられていないが、必要に応じて設けることができる。光軸調整手段は光軸の調整後に取外されることもある。また、コリメートレンズ等の光学部品が必要ない場合も、光軸調整が必要な場合もある。さらにまた、光軸調整後、可動座と固定座とは接着剤等を用いて固定される。
【００３６】
本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更にも適用し得る。
【符号の説明】
【００３７】
１：CAN型半導体発光素子パッケージ 
１ａ：光軸
１１ａ：光取り出し窓
１１１：半導体発光素子
１１２：ステム
１１３：ボンディングワイヤ
１２：ベース
１３：リード端子
２、２’：可動座
３、３’：固定座
４：アーム
５：コリメートレンズ
６：ヒートシンク
２１：ねじ
２２：ねじ孔
２２’：孔
Ｓ：傾斜曲率の曲面
Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ１１：部分曲面
Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘ１１：中心
ＯＰ１：広開口部
ＯＰ２：狭開口部
【図１】
2014150112.tif 000003
【図２】
2014150112.tif 000004
【図３】
2014150112.tif 000005
【図４】
2014150112.tif 000006
【図５】
2014150112.tif 000007
【図６】
2014150112.tif 000008
【図７】
2014150112.tif 000009
【図８】
2014150112.tif 000010
【図９】
2014150112.tif 000011
【図１０】
2014150112.tif 000012
【図１１】
2014150112.tif 000013
【図１２】
2014150112.tif 000014
【図１３】
2014150112.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2014150112.tif 000016
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2014150112.tif 000017