JP2007214213A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンダ付け作業を要することなく、回路基板に対するＬＥＤの実装および接続を容易かつ迅速に行なうことができ、これにより作業能率の向上が図れると共に、ＬＥＤのリード線と回路基板の配線とのコンタクト性を従来以上に確実に行なうことができる発光装置を提供する。
【解決手段】ソケット本体と、ソケット本体に装着された極性を有する発光素子と、弾性変形により復元力を発生させる湾曲部を有する第１脚部と、ソケット本体が回路基板の挿入穴へ実装されたときに第１脚部で発生する復元力により前記ソケット本体が回路基板の挿入穴から離脱しないよう保持するための爪部を有する第２脚部と、発光素子のリード部を回路基板の配線部へ接触可能なように巻回して構成されたリード保持部とを有し、復元力によりリード保持部が回路基板方向に付勢されることで、発光素子のリード部が配線部へ圧接され、実装されることを特徴とする発光装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソケットに装着した極性を有する発光素子、特に、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を回路基板に取付けて発光させる発光装置に関する。

従来の発光装置として、例えば、回路基板の挿入孔に対するソケットの挿入により、第１弾性部材および第２弾性部材が弾性変形し、これら弾性変形より生じる復元力でソケット本体が回路基板に保持されるものがある。この保持に際し、電球から導出されている導線が、回路基板上の導電パターンに直に接する。これによれば、ハンダ付け作業を要することなく、基板に対する電球の取付および接続を容易かつ迅速に済ませることができ、これにより作業能率の向上が図れるとともに、電球への熱的影響あるいは損傷および部品の溶融などが解消できる（例えば、特許文献１）。
特開平７−３３５３４８号公報

しかし、特許文献１によれば、電球に替えてＬＥＤに適用しようとすると、ＬＥＤでは極性を有することから、実装作業において極性を間違えることが多く、かつ、高い生産性で回路基板に実装することは難しい。また、動作電圧の小さいＬＥＤでは、ＬＥＤのリード線と回路基板の配線とのコンタクト性を従来以上に確実に行なうことも必要になる。

従って、本発明の目的は、ハンダ付け作業を要することなく、回路基板に対するＬＥＤの実装および接続を容易かつ迅速に行なうことができ、これにより作業能率の向上が図られると共に、ＬＥＤのリード線と回路基板の配線とのコンタクト性を従来以上に確実に行なうことができる発光装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、配線部を有する回路基板の挿入穴へ着脱可能なソケット本体と、前記ソケット本体に装着された極性を有する発光素子と、前記ソケット本体に設けられ、弾性変形により復元力を発生させる湾曲部を有する第１脚部と、前記ソケット本体に設けられ、前記ソケット本体が前記回路基板の挿入穴へ実装されたときに前記第１脚部で発生する復元力により前記ソケット本体が回路基板の挿入穴から離脱しないよう保持するための爪部を有する第２脚部と、前記ソケット本体に設けられ、前記発光素子のリード部を前記回路基板の配線部へ接触可能なように巻回して構成されたリード保持部とを有し、前記復元力により前記リード保持部が前記回路基板方向に付勢されることで、前記発光素子のリード部が前記配線部へ圧接され、前記発光素子が前記回路基板へ実装されることを特徴とする発光装置を提供する。

本発明の実施の態様によれば、例えば、ハンダ付け作業を要することなく、また、極性を間違えることなく回路基板に対するＬＥＤの実装および接続を容易かつ迅速に行なうことができ、これにより作業能率の向上が図れると共に、ＬＥＤのリード線と回路基板の配線とのコンタクト性を従来以上に確実に行なうことができる発光装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
（第１の実施の形態の構成）

図１は、第１の実施の形態を示す斜視図である。発光装置１は、ソケット本体２及びＬＥＤ３を有して構成されている。

ソケット本体２は、ＬＥＤ保持部１０、第１脚部２０、第２脚部３０、リード保持部４０を有して構成され、ソケット本体２を構成するこれらの部分は、一体的に形成されたものでも、別体として形成されたものが一体的に合体されたものでもよい。本実施の形態では、以下において、ソケット本体２は一体的に形成されたものとして説明する。ソケット本体２は、樹脂で形成され、第１脚部１０、第２脚部２０等と一体的に形成される場合は、弾性復元力に優れ、耐光性、高耐熱性、耐薬品性、耐加水分解性等を有する樹脂が好ましく、ＰＥＳ、ＰＣあるいはＰＦＳ等が好ましいが、特に、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）が好ましい。

ここで、第１脚部１０の幅はＷ１、第２脚部２０の幅はＷ２であって、異なる脚部幅を有するように構成されている。

図２は、第１の実施の形態に係る発光装置１が、回路基板に実装された状態を示す図である。図２においては、実装状態の１つの発光装置１が図示されているが、実際には、照明又は表示対象に応じて複数の発光装置１が所定の配置で回路基板５０に実装される。

図３は、ソケット本体２に装着されるＬＥＤ３を示す図である。ＬＥＤ３は、発光部３ａ、リード部であるアノード３ｂ及びカソード３ｃで構成される。ＬＥＤ３は、極性を有し、実装時に所定の方向に取り付ける必要があるため、アノード３ｂ及びカソード３ｃは区別できるよう形状等が識別可能に形成されている。本実施の形態では、アノード３ｂ及びカソード３ｃのリード部長さが異なっている。発光部３ａは、照明装置として使用される場合は、主に可視光領域に発振波長を有する発光素子を発光部３ａの内部に備え、アノード３ｂ及びカソード３ｃから所定の印加電圧で駆動されることにより、所定の発光スペクトルで発光する。尚、ＬＥＤ３の替わりに、レーザダイオードであっても、本発明に同様に適用できる。

図４は、発光装置１を実装するための挿入穴である取付け穴部５１及び配線部としての配線パターン５２を有する回路基板５０を示す図である。回路基板５０上面には、照明又は表示対象に応じて所定の位置に配置される複数の発光装置１であるＬＥＤ３の各アノード３ｂ及びカソード３ｃが接触できる位置に、所定のパターンで配線パターン５２が形成されている。配線パターン５２は、極性を有するＬＥＤ３のアノード３ｂ及びカソード３ｃに所定の電圧を印加できるようにアノード用配線５２ａ及びカソード用配線５２ｂに区別され、図示しない電源部に接続されている。

取付け穴部５１は、上記のＬＥＤ３の極性を間違えずに実装可能なように、穴部形状が非対称性を有するよう形成され、発光装置１が一定の方法にのみ装着可能に形成されている。具体的には、図４に示すように、取付け穴部５１の穴幅が両端部で異なる形状に形成されている。すなわち、第１脚部１０の幅Ｗ１及び第２脚部２０の幅Ｗ２に対応して、各々Ｗ３、Ｗ４の穴幅が形成され、Ｗ３はＷ１よりもわずかに大きく、また、Ｗ４はＷ２よりもわずかに大きく形成されている。そして、Ｗ２は、Ｗ３よりも大きく設定されて形成されているので、発光装置１は取付け穴部５１の一方向にのみ実装できる。

図５は、図２のＡ−Ａ断面を示す図であり、回路基板に発光装置が実装された状態の第１脚部及び第２脚部の断面を含む図である。

第１脚部２０は、ソケット本体２の下部に、第２脚部３０と共に、下側に一旦突出し、第２脚部３０から離れるように湾曲して形成された湾曲部２０ａを経て、第１脚部２０の端部に至る。端部には、回路基板５０の取付け穴部５１の側面及び下面（配線部と反対の面）に当接する第１当接面２０ｂ及び第２当接面２０ｃが形成されている。第１当接面２０ｂと第２当接面２０ｃは、互いに略直角に形成されている。

第２脚部３０は、ソケット本体２の下部に、第１脚部２０と共に、下側に突出している。ソケット本体２が回路基板５０から離脱せず、アノード３ｂ及びカソード３ｃが回路基板５０の配線パターン５２に接触状態を維持可能なように、第２脚部３０の先端部に取付け穴部５１の側面及び下面に当接してロックするための爪部３０ａを有する。爪部３０ａには、回路基板５０の取付け穴部５１の側面及び下面（配線部と反対の面）に当接する第３当接面３０ｂ及び第４当接面３０ｃが形成されている。また、第４当接面３０ｃの下部には、ソケット本体２を回路基板の取付け穴部に実装あるいは抜去する場合に取付け穴部５１の側面との過大な摩擦を防止して取り付け又は取りはずしが容易になるよう一部または全部に曲面を有する斜面部３０ｄが形成されている。尚、斜面部３０ｄは、曲面を有しない形状でも構成可能である。

図６は、図２のＢ−Ｂ断面を示す図であり、回路基板５０に発光装置１が実装された状態のソケット本体２、リード保持部４０、ＬＥＤ３のアノード３ｂ及びカソード３ｃ及び回路基板５０の断面を含む図である。

ソケット本体２のＬＥＤ保持部１０は、内側に凹部に有し、ＬＥＤ３の発光部３ａを収容する。ＬＥＤ保持部１０の内側凹部の下面には、発光部３ａから引き出されているアノード３ｂ及びカソード３ｃを通すためのリード穴２ａがＬＥＤ保持部１０及びリード保持部４０を貫通して形成されている。リード穴２ａは、アノード３ｂ及びカソード３ｃを各々通すように２本形成されていても、アノード３ｂ及びカソード３ｃを纏めて通すように１本で形成されていてもよい。アノード３ｂ及びカソード３ｃは、リード穴２ａを通ってリード保持部下端面４０ａから出され、各々略反対方向にリード保持部下端面４０ａに沿って折り曲げられ、リード保持部４０の側部に折り返される。アノード３ｂ及びカソード３ｃは、リード保持部下端面４０ａに沿って取り付けられているので、リード保持部下端面４０ａよりも回路基板５０側に突出している。このため、アノード３ｂ及びカソード３ｃは、配線パターン５２に確実に接触することになる。尚、上記のリード保持部下端面４０ａに浅い溝を形成し、アノード３ｂ及びカソード３ｃが沿いやすくしてもよく、この場合でも、アノード３ｂ及びカソード３ｃがリード保持部下端面４０ａよりも回路基板５０側に突出するよう浅い溝が形成される。

（発光装置１の取り付け作用）
図７は、発光装置１を回路基板５０に取り付ける場合を示し、図２におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

発光装置１を回路基板５０に取り付けるには、まず、発光装置１全体を傾け、第１脚部２０先端から回路基板５０の取付け穴部５１に挿入していく。ここで、図４に示したように、取付け穴部５１は非対称な形状に形成されているので、発光装置１は所定の方向からしか挿入できないようになっている。

ここで、第１脚部２０の第1当接面２０ｂと第２脚部３０の第３当接面３０ｂとの間隔Ｄ２は、取付け穴部５１の両端部の間隔Ｄ１よりも大きく形成されている。さらに第１脚部２０の第２当接面２０ｃの属する部分や第２脚部３０の爪部３０ａが間隔Ｄ２以上に突出しているので、上記のように、まず、発光装置１全体を傾けて実装を開始することになる。このとき、第１当接面２０ｂと第２当接面２０ｃは、取付け穴部５１の一端側に接した状態になっている（図７（ａ））。

第１脚部２０は、弾性復元力に優れた樹脂で形成され、また、湾曲部２０ａを有しているので、たわみ易く、第1当接面２０ｂと第２脚部３０の第３当接面３０ｂとの間隔Ｄ２を減少させる方向に力を加えながら、爪部３０ａを取付け穴部５１に挿入する。このとき、第１当接面２０ｂと第２脚部３０の第３当接面３０ｂとの間隔Ｄ３は、Ｄ２よりも小さくなっている。間隔Ｄ２を減少させる力は、ソケット本体２を指先で把持し、第１当接面２０ｂの方向へ力を加えることで容易に行える（図７（ｂ））。

上記の状態から、発光装置１全体を下方向へ押し込み、爪部３０ａが取付け穴部５１を抜け出て、第２脚部３０の第４当接面３０ｃが回路基板５０の下面に当接するまで力を加える。

爪部３０ａが取付け穴部５１を抜け出ると、挿入中にたわんでいた第１脚部２０及び第２脚部３０が弾性復元力によりもとの形状に戻ろうとするので、第１当接面２０ｂと第２脚部３０の第３当接面３０ｂとの間隔は、Ｄ１となる。Ｄ１は、取付け穴部５１の両端部の間隔Ｄ１であり、Ｄ２より小さいので、第１脚部２０及び第２脚部３０は、取付け穴部５１の両端部で、外側へ回路基板５０を押す力、Ｆ１及びＦ２を発生させる。さらに、主に湾曲部２０ａの弾性復元力により、発光装置１全体を下方向へ付勢する力、Ｆ３を発生させる（図７（ｃ））。

上記の力、Ｆ１及びＦ２により、発光装置１は、回路基板５０に平行な方向に固着されると共に、Ｆ３の力により、回路基板５０に垂直な下方向に圧着される。ここで、アノード３ｂ及びカソード３ｃは、リード保持部下端面４０ａよりも回路基板５０側に突出しているので、アノード３ｂ及びカソード３ｃは配線パターン５２に確実に圧接されることになる。さらに、図７（ｂ）から図７（ｃ）の挿入過程において、アノード３ｂ及びカソード３ｃはＴ方向に回転しながら配線パターン５２に圧接されて図７（ｃ）の状態に固着されるので、アノード３ｂ及びカソード３ｃの一部と配線パターン５２とがすべりながら圧接状態となる。

図７（ｃ）の実装状態では、回路基板５０上面では、アノード３ｂ及びカソード３ｃが配線パターン５２に圧接されており、回路基板５０下面では、第１脚部２０の第２当接面２０ｃ及び第２脚部３０の第４当接面３０ｃが回路基板５０下面に圧着されているので、発光装置１は、上下左右方向に固定された状態になっている。

上記の固定状態で、配線パターン５２に所定の電圧を印加すると、アノード３ｂ及びカソード３ｃを介して通電し、ＬＥＤ３の発光部３ａが主に回路基板５０上方に向けて発光する。

（発光装置１の取り外し作用）
発光装置１を回路基板５０から取り外す場合は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した逆の順序で行なう。

爪部３０ａが取付け穴部５１の内側に入るよう、図７（ｃ）において、右方向に付勢する。例えば、ＬＥＤ保持部１０に指先で力を加えて、湾曲部２０ａがたわんで、第１脚部２０と第２脚部３０との間隔Ｄ１を減少させる。その状態で、発光装置１を図７（ｂ）に示されるように、右回転によって爪部３０ａが取付け穴部５１から上方向へ抜けるまで力を加える。爪部３０ａが取付け穴部５１から抜けた状態で、第１脚部２０の第２当接面２０ｃを図７（ａ）において左方向へスライドさせた後に、発光装置１を上方向に取り外す。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、ソケット本体２を回路基板５０の取付け穴部５１に挿入して、回路基板５０側へ力を加えながら押し込むだけで発光装置１の極性間違いもなく、発光装置１の回路基板５０への実装が可能となる。また、機器メンテナンス等の場合に、発光不良の発光装置１を、簡単な操作で回路基板５０から取り外しが可能である。

従って、ハンダ付け作業を要することなく、回路基板に対するＬＥＤの実装および接続を容易かつ迅速に行なうことができ、これにより作業能率の向上が図られると共に、ＬＥＤのリード部と回路基板の配線部とのコンタクト性を従来以上に確実に行なうことができる発光装置を提供することができる。

特に、図７（ｂ）から図７（ｃ）の挿入過程において、アノード３ｂ及びカソード３ｃはＴ方向に回転しながら配線パターン５２に圧接されて図７（ｃ）の状態に固着されるので、アノード３ｂ及びカソード３ｃの一部と配線パターン５２とがすべりながら圧接状態となり、より確実な電気的接続が可能となる効果を有する。

また、第１脚部２０及び第２脚部３０等を一体に形成し、材料として、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）を用いることにより、特に弾性復元力の長期安定性に優れた発光装置が可能になる効果を有する。

本実施の形態を照明器具、信号装置、電光板、遊戯機器、あるいは、自動販売機等に適用する場合においては、特に以下のような効果を有する。

すなわち、上記示した機器等では、照明効果を高めたり、遊戯方法や販売方法の指示を行なうため、盤面や化粧パネルの内側に多数のＬＥＤを設け、これらの光を盤面や化粧パネルを通して外に発するようにしている。回路基板上の各ＬＥＤは、回路基板に形成されているリード穴に挿入され、その状態で回路基板上の導電パターンにハンダ付けされていた。しかし、これらの機器では使用するＬＥＤの数が多いため、ハンダ付け作業には多くの工数を要すると共に、ハンダ付け作業時の熱によりＬＥＤが破壊される場合もあった。ＬＥＤの一部に発光不良が生じた回路基板の補修には、ＬＥＤの取り外しに手間がかかり、機器メンテナンスにおいても問題を有していた。

第１の実施の形態によれば、照明用のＬＥＤを多く使用する機器においては、発光装置１の回路基板５０への取り付けが容易であると共に、発光装置１の交換修理が極めて簡単にできるので、これらの機器の製造及び機器メンテナンスに特に効果を有する。

（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態を示す斜視図である。発光装置１は、ソケット本体２及びＬＥＤ３を有して構成されている。

ソケット本体２は、ＬＥＤ保持部１０、第１脚部２０、第２脚部３０、リード保持部４０を有して構成され、ソケット本体２を構成するこれらの部分は、一体的に形成されたものでも、別体として形成されたものが一体的に合体されたものでもよい。本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、次のような相違点がある。

第１脚部２０の先端部において、第２当接面２０ｃが図８の奥側に張出すように、第１突起部２０ｄを有すると共に、第２脚部３０の爪部３０ａが図８の手前側に張出すように、第２突起部３０ｅを有する。

また、回路基板５０の取付け穴部５１には、第１の実施の形態と比較して、第１拡張部５１ａと第２拡張部５１ｂが追加して形成されている。第１拡張部５１ａと第２拡張部５１ｂは、第１の実施の形態における取付け穴部５１に、発光装置１が所定の角度、例えば、１０度だけ捩じられた状態で、第１の実施の形態と同様に実装可能なように拡張されている。

発光装置１を回路基板５０の取付け穴部５１に実装する場合は、実装完了時の姿勢から所定の角度、例えば、１０度だけ捩じられた回転方向に発光装置１をセットし、第１拡張部５１ａと第２拡張部５１ｂに挿入して、第１の実施の形態と同様の実装作業を行なう。本実施の形態では、上記の実装作業後に、発光装置１を図８に示すＲ方向に、１０度だけ捩じることで、発光装置１は所定の位置に実装されることになる。この場合、第１の実施の形態と同様に、第２当接面２０ｃ及び第４当接面３０ｃが回路基板５０の裏面に接して、発光装置１が容易には回路基板５０から抜けないようになっていると共に、第１突起部２０ｄ及び第２突起部３０ｅの上面が回路基板５０の裏面に接するので、さらに抜け防止効果が向上する。

従って、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、発光装置１の実装時の抜け防止効果がさらに向上し、特に、回路基板５０の厚さばらつきがある場合に効果を有する。

（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態を示す斜視図である。第１の実施の形態では、ソケット本体２に保持されたＬＥＤ３は回路基板５０に対して略垂直に実装されているので、ＬＥＤ３の発光部３ａが主に回路基板５０上方に向けて発光する。

これに対して、第３の実施の形態では、ＬＥＤ保持部１０は、第１の実施の形態に対して略９０度傾いて形成されている。従って、ＬＥＤ保持部１０に保持されたＬＥＤ３は、回路基板５０に対して略水平に実装される。

尚、発光装置１において、ＬＥＤ保持部１０は回路基板５０に対して略水平には限定されず、ＬＥＤ保持部１０と回路基板５０表面とのなす角度は任意に設定できる。ＬＥＤ保持部１０と回路基板５０表面とのなす角度がゼロのときは、第１の実施の形態に相当し、９０度のときは、図９に示した実施の形態に相当するが、例えば、３０度、４５度、６０度等、任意の角度に設定してもよい。

第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、次のような効果を有する。

すなわち、第１の実施の形態では、回路基板５０から主に上方向に発光装置１の光が照射されるが、例えば、照明器具、信号装置、電光板、遊戯機器、あるいは、自動販売機等では、回路基板５０から垂直方向以外に発光装置１の光を照射したい場合が多い。しかし、従来のようにＬＥＤをリード穴に挿入してハンダ付けする実装方法では、ＬＥＤをリード線を所定の角度に曲げて回路基板にハンダ付けする必要があるので、光の照射方向の精度及びＬＥＤの信頼性等において問題があった。

本実施の形態では、ＬＥＤ保持部１０と回路基板５０表面とのなす角度がソケット本体２の形成時に所定の値に形成されているので、発光装置１を回路基板５０に第１の実施の形態と同様の方法で実装するだけで、所定の光の照射方向が得られ、ＬＥＤの信頼性も向上するという効果を有する。

第１の実施の形態を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る発光装置１が、回路基板に実装された状態を示す図である。 ソケット本体２に装着されるＬＥＤ３を示す図である。 発光装置１を実装するための取付け穴部５１及び配線パターン５２を有する回路基板５０を示す図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す図であり、回路基板に発光装置が実装された状態の第１脚部及び第２脚部の断面を含む図である。 図２のＢ−Ｂ断面を示す図であり、回路基板５０に発光装置１が実装された状態のソケット本体２、リード保持部４０、ＬＥＤ３のアノード３ｂ及びカソード３ｃ及び回路基板５０の断面を含む図である。 発光装置１を回路基板５０に取り付ける場合を示し、図１におけるＡ−Ａ断面を示す図である。 第２の実施の形態を示す斜視図である。 第３の実施の形態を示す斜視図である。

符号の説明

１…発光装置 ２…ソケット本体
２ａ…リード穴 ３…ＬＥＤ
３ａ…発光部 ３ｂアノード
３ｃ…カソード
１０…ＬＥＤ保持部 ２０…第１脚部
２０ａ…湾曲部 ２０ｂ…第1当接面
２０ｃ…第２当接面 ２０ｄ…第１突起部
３０…第２脚部 ３０ａ…爪部
３０ｂ…第３当接面 ３０ｃ…第４当接面
３０ｄ…斜面部 ３０ｅ…第２突起部
４０…リード保持部 ４０ａ…リード保持部下端面
５０…回路基板
５１ａ…第１拡張部 ５１ｂ…第２拡張部
５１…取付け穴部 ５２…配線パターン
５２ａ…アノード用配線 ５２ｂカソード用配線

Claims (4)

1. 配線部を有する回路基板の挿入穴へ着脱可能なソケット本体と、
   前記ソケット本体に装着された極性を有する発光素子と、
   前記ソケット本体に設けられ、弾性変形により復元力を発生させる湾曲部を有する第１脚部と、
   前記ソケット本体に設けられ、前記ソケット本体が前記回路基板の挿入穴へ実装されたときに前記第１脚部で発生する復元力により前記ソケット本体が回路基板の挿入穴から離脱しないよう保持するための爪部を有する第２脚部と、
   前記ソケット本体に設けられ、前記発光素子のリード部を前記回路基板の配線部へ接触可能なように巻回して構成されたリード保持部とを有し、
   前記復元力により前記リード保持部が前記回路基板方向に付勢されることで、前記発光素子のリード部が前記配線部へ圧接され、前記発光素子が前記回路基板へ実装されることを特徴とする発光装置。
2. 前記極性を有する発光素子は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１脚部、及び、第２脚部は、前記回路基板の挿入穴の誤った方向への挿入を防止するよう、異なる形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記ソケット本体は、ポリエーテルサルホンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。

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