JP2010287353A - 照明装置の製造方法、照明装置および基板保持装置 - Google Patents

照明装置の製造方法、照明装置および基板保持装置 Download PDF

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清紀 平林
Kiyoto Kawamura
清人 川村
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Abstract

【課題】発光素子の点灯不良を防止することができる照明装置の製造方法、照明装置および基板保持装置を提供する。
【解決手段】各発光素子1が、発光ダイオードから成り、1対の電極1bを有している。配線基板2が、切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成る。配線基板2は、各発光素子1の各電極1bに対応した複数対の貫通孔2aを有している。各対の貫通孔2aは、それぞれ配線基板2の展開した状態の半径方向に沿って形成されている。配線基板2を、一方の切欠き辺2bと他方の切欠き辺2cとを接触または近接させることにより、切頭円錐側面形状に保持する。その状態で、配線基板2の内側面から各発光素子1の各電極1bを対応する各対の貫通孔2aに挿入して、配線基板2の内側面に各発光素子1を配置する。配線基板2の外側面で各発光素子1の各電極1bをハンダ付けにより固定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、照明装置の製造方法、照明装置および基板保持装置に関する。
従来、切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る、製品表面の検査などに用いられる照明装置の製造方法として、切り欠きを有する円環状の屈曲可能なプリント配線基板を、平面状態に保持した上で、その基板にLEDをはんだ付けによりくまなく植設し、しかる後に、基板の一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とをLEDが凹面側に位置するように接合または近接保持することによって、複数のLEDを切頭円錐凹面に配置するものがある(例えば、特許文献1参照)。また、定形のベースフィルムに、切頭円錐形の側面を展開した形状の複数の発光素子実装用円弧帯状配線パターンが蛇行帯状に連続形成されたフレキシブル配線基板を用い、円弧帯状配線パターン部分に発光素子の電極を差し込んでハンダ付けした後、その円弧帯状配線パターン部分を切り取って発光素子アレイを形成し、その発光素子アレイを配列面に固定するものもある(例えば、特許文献2参照)。
特許第2975893号公報 特許第4198498号公報
特許文献1および2に記載の照明装置の製造方法では、配線基板を平面状態に保持して、LEDなどの発光素子をハンダ付けにより配線基板に取り付けるため、特殊な道具を用いることなく、一般的な配線基板を使用する場合と同じ製造方法で製造することができる。しかしながら、発光素子を配線基板にハンダ付けした後、その配線基板を切頭円錐側面形状に曲げるため、配線基板のボンディングワイヤや発光素子やハンダに、曲げによる力がかかり、ボンディングワイヤの切断や発光素子の破損、ハンダ不良などによる発光素子の点灯不良が発生するという課題があった。
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、発光素子の点灯不良を防止することができる照明装置の製造方法、照明装置および基板保持装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置の製造方法は、切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置の製造方法であって、配線基板を切頭円錐側面形状に保持した状態で、前記配線基板の内側面に複数の発光素子を配置してハンダ付けにより固定することを、特徴とする。
本発明に係る照明装置の製造方法は、配線基板を切頭円錐側面形状に保持した状態で、配線基板の内側面に複数の発光素子を配置してハンダ付けにより固定するため、最終的な切頭円錐側面形状の配線基板のボンディングワイヤや発光素子やハンダに、曲げによる力がかからない。このため、ボンディングワイヤの切断や発光素子の破損、ハンダ不良などの発生を防ぐことができ、これらによる発光素子の点灯不良を防止することができる。
本発明に係る照明装置の製造方法で、配線基板は、切頭円錐側面形状に保持可能な形状であれば、いかなる形状であってもよい。ハンダ付けは、いかなる方法で行ってもよく、例えば、配線基板を各発光素子ごとハンダ槽に浸漬しても、各発光素子を一つずつハンダ付けしてもよい。また、各発光素子は、いかなる種類のものであってもよいが、特に発光ダイオード(LED)から成ることが好ましい。
本発明に係る照明装置の製造方法で、前記配線基板は、切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成り、一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とを接触または近接させることにより、前記配線基板を切頭円錐側面形状に保持した状態にすることが好ましい。この場合、一般的な平板状の基板から、配線基板を製造することができる。
本発明に係る照明装置の製造方法で、各発光素子は1対の電極を有し、前記配線基板は各発光素子の各電極に対応した複数対の貫通孔を有し、各対の貫通孔はそれぞれ前記配線基板の展開した状態の半径方向に沿って配置されており、前記配線基板を切頭円錐側面形状に保持した状態で、前記配線基板の内側面から各発光素子の各電極を対応する各対の貫通孔に挿入し、前記配線基板の外側面で各発光素子の各電極をハンダ付けにより固定することが好ましい。この場合、各発光素子の1対の電極が、配線基板を切頭円錐側面形状に保持したときの曲げによる力の方向に対して垂直方向に固定されるため、その曲げの力の影響を受けにくい。このため、配線基板の曲げが原因の発光素子の破損やハンダ不良等の発生を防ぎ、それによる発光素子の点灯不良を防止することができる。
本発明に係る照明装置は、切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置であって、各発光素子は1対の電極を有し、前記配線基板は切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成り、一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とが接続されて切頭円錐側面形状をなし、各発光素子の各電極に対応した複数対の貫通孔を有し、各対の貫通孔はそれぞれ前記配線基板の展開した状態の半径方向に沿って配置されており、各発光素子の各電極が前記配線基板の内側面から対応する各対の貫通孔に挿入され、前記配線基板の外側面でハンダ付けにより固定されていることを、特徴とする。
表面実装用の発光素子の場合には、貫通孔の代わりに半径方向に配置されたパッドに実装される。この場合の本発明に係る照明装置は、切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置であって、各発光素子は1対の電極を有し、前記配線基板は切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成り、一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とが接続されて切頭円錐側面形状をなし、各発光素子の各電極に対応した複数対のパッドを有し、各対のパッドはそれぞれ前記配線基板の展開した状態の半径方向に沿って配置されており、各発光素子の各電極が前記配線基板の内側面から対応する各対のパッドにハンダ付けにより固定されていることを、特徴とする。
本発明に係る照明装置は、各発光素子の1対の電極が、配線基板を切頭円錐側面形状にしたときの曲げによる力の方向に対して垂直方向に固定されているため、その曲げの力の影響を受けにくい。このため、配線基板の曲げが原因の発光素子の破損やハンダ不良等の発生を防ぎ、それによる発光素子の点灯不良を防止することができる。
本発明に係る基板保持装置は、切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置を製造するための基板保持装置であって、保持枠と、位置付け部材とを有し、前記保持枠は、円筒状で前記配線基板の外周と一致する内周を有し、一方の内周縁に前記配線基板の外縁と係合するための係合部を有し、前記位置付け部材は、前記保持枠の内周と一致する外周と、前記外周と同軸の切頭円錐側面形状で前記配線基板の内側面と一致する傾斜面と、前記外周と同軸で前記配線基板の内周と一致する外周を有し前記傾斜面から突出して設けられた嵌合部とを有し、前記保持枠に着脱可能であって、前記配線基板をその外側面を前記保持枠の前記一方の内周縁側に向けて前記保持枠の内側に保持し前記配線基板の内側面に複数の発光素子を配置したとき、前記嵌合部を前記配線基板の内周に嵌合させて前記傾斜面で各発光素子を前記配線基板に押し付け可能に構成されていることを、特徴とする。
本発明に係る基板保持装置を用いた、本発明に係る照明装置の製造方法は、切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置の製造方法であって、前記配線基板は、切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成り、前記配線基板をその外側面を前記保持枠の前記一方の内周縁側に向けて前記保持枠の内側に入れ、前記配線基板の一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とを接触または近接させることにより前記配線基板を切頭円錐側面形状に保持し、前記配線基板の外縁を前記係合部と係合させ、前記配線基板の内側面に複数の発光素子を配置し、前記位置付け部材の嵌合部を前記配線基板の内周に嵌合させて前記傾斜面で各発光素子を前記配線基板に押し付け、各発光素子を前記配線基板の外側面からハンダ付けにより固定することを、特徴とする。
本発明に係る基板保持装置を用いた、本発明に係る照明装置の製造方法では、切頭円錐側面形状の傾斜面が配線基板の内側面に平行になるよう位置付け部材を保持枠に嵌合させて、各発光素子を配線基板に揃えて配置することができる。なお、各発光素子をハンダ付けにより配線基板に固定するとき、保持枠に保持された配線基板をハンダ槽に浸漬することにより、ハンダ付けを行うことが好ましい。これにより、各発光素子を一度にハンダ付けすることができる。
なお、本発明において、「一致」の意味には、完全に一致する場合のほか、やや小さい場合なども含む。
本発明によれば、発光素子の点灯不良を防止することができる照明装置の製造方法、照明装置および基板保持装置を提供することができる。
本発明の実施の形態の照明装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態の照明装置の製造方法で使用される配線基板を示す平面図である。 本発明の実施の形態の基板保持装置の保持枠を示す(a)平面図、(b)側面図である。 本発明の実施の形態の基板保持装置の位置付け部材を示す(a)側面図、(b)底面図である。 (a)本発明の実施の形態の照明装置の製造方法による配線基板を切頭円錐側面形状に曲げたときの状態を示す拡大側面図、(b)一般的に用いられている配線基板を切頭円錐側面形状に曲げたときの状態を示す拡大側面図である。
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1乃至図5は、本発明の実施の形態の照明装置の製造方法、照明装置および基板保持装置を示している。
図1乃至図4に示すように、本発明の実施の形態の照明装置の製造方法は、複数の発光素子1と配線基板2と基板保持装置3とにより実施される。
図1に示すように、複数の発光素子1は、砲弾型の発光ダイオードから成り、それぞれ発光部1aと、発光部1aから伸びる1対の電極1bとを有している。
図2に示すように、配線基板2は、切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状を成し、可撓性を有している。配線基板2は、各発光素子1の各電極1bに対応した複数対の貫通孔2aを有している。各対の貫通孔2aは、それぞれ配線基板2の展開した状態の半径方向に沿って形成されている。配線基板2は、各対の貫通孔2aに各発光素子1の各電極1bを挿入することにより、各発光素子1を複数列の同心円状に均一な密度で配置可能になっている。また、配線基板2は、各発光素子1を配置する面(内側面)の反対面(外側面)に配線パターンが形成されている。
なお、発光素子以外に制限抵抗等の回路部品の電極も、配線基板2の展開した状態の半径方向に配置するのが望ましい。
図1、図3および図4に示すように、基板保持装置3は、保持枠11と位置付け部材12とを有している。図3に示すように、保持枠11は、所定の高さの筒状を成している。保持枠11は、配線基板2を一方の切欠き辺2bと他方の切欠き辺2cとを接触させて切頭円錐側面形状にしたとき配線基板2の外周と一致する内周を有し、内周で配線基板2を切頭円錐側面形状に保持することができる。図3に示すように、保持枠11は、一方の内周縁にフランジ状に突出する係合部11bを有する。係合部11bは、保持枠11の一方の内周縁を内側に絞り込むことにより形成されている。保持枠11は、係合部11bで配線基板2の外縁と係合して配線基板2を切頭円錐側面形状に保持可能になっている。保持枠11は、外周に沿って所定の間隔で厚さ方向に貫通する3つのネジ孔を有する。各ネジ孔には、それぞれ固定ネジ11aが保持枠11の外側から内側に向かって螺合している。
図1および図4に示すように、位置付け部材12は、円柱形状の固定部12aと、固定部12aより小さい径を有し、固定部12aと同軸に設けられた円柱形状の嵌合部12bと、固定部12aと嵌合部12bとの間に設けられた切頭円錐側面形状の傾斜面12cと、固定部12aの中心から嵌合部12bとは反対方向に伸びるよう設けられた吊下げ部12dとを有している。固定部12aは、保持枠11の内周と一致する外周を有する。傾斜面12cは、固定部12aの外周と同軸の切頭円錐側面形状で、切頭円錐側面形状の配線基板2の内側面と一致する。嵌合部12bは、固定部12aの外周と同軸で、配線基板2の内周と一致する外周を有し、傾斜面12cから突出して設けられている。吊下げ部12dは、ボルト状であって、嵌合部12bの中央に形成されたメネジ孔に螺合している。吊下げ部12dには、上端にナット12eが螺合している。
位置付け部材12は、固定部12aが保持枠11の内側にピッタリと嵌まり、固定ネジ11aで固定部12aの側面を押さえることにより、保持枠11の内部に着脱可能に取り付けられる。位置付け部材12は、保持枠11の内側に取り付けられたとき、傾斜面12cが、保持枠11の内側に保持された配線基板2の内側面に対して平行になり、嵌合部12bの側面が、配線基板2の内周に嵌合するようになっている。
基板保持装置3は、保持枠11の内側に保持された配線基板2の内側面と、保持枠11に取り付けられた位置付け部材12の傾斜面12cとが、各発光素子1の発光部1aの高さよりやや長い間隔をあけて配置可能になっている。
本発明の実施の形態の照明装置の製造方法では、まず、図1に示すように、短い円筒状の保持枠11の内側に、配線基板2を、その外側面を保持枠11の係合部11bのある内周縁側に向けて保持枠11の内側に入れ、配線基板2を切頭円錐側面形状に保持する。このとき、配線基板2の一方の切欠き辺2bと他方の切欠き辺2cとが接触した状態で、配線パターンが形成された面が外側面になる。配線基板2の外縁を係合部11bと係合させる。この状態で、配線基板2の内側面から、複数の発光素子1の各電極1bを対応する各対の貫通孔2aに挿入し、配線基板2の内側面に各発光素子1を配置する。
次に、切頭円錐側面形状の傾斜面12cが、保持枠11の内側に保持された配線基板2の内側面に対して平行になるよう、位置付け部材12を固定ネジ11aで保持枠11に取り付ける。このとき、位置付け部材12の嵌合部12bを配線基板2の内周に嵌合させ、各発光素子1の発光部1aの先端が保持枠11の内側で位置付け部材12の傾斜面12cに接するよう、傾斜面12cで各発光素子1を配線基板2に押し付ける。これにより、各発光素子1を切頭円錐側面形状の傾斜面12cに沿って、配線基板2に対して均一の距離の位置に配置することができる。
位置付け部材12を保持枠11に取り付けた後、位置付け部材12の吊下げ部12dで基板保持装置3を吊り下げ、保持枠11に保持された配線基板2をハンダ槽4に浸漬することにより、配線基板2の外側面で各発光素子1の各電極1bをハンダ付けにより固定する。このとき、基板保持装置3の吊り下げ高さを調整することにより、配線基板2の外側面のみをハンダ付けすることができる。また、各発光素子1を取付位置に保持した状態で、一度にハンダ付けすることができる。こうして、配線基板2の内側面に、複数の発光素子1を配置してハンダ付けにより固定することができる。
こうして製造される照明装置は、切頭円錐側面形状の配線基板2の内側面に複数の発光素子1を配置して成る。各発光素子1は、1対の電極1bを有する。配線基板2は、各発光素子1の各電極1bに対応した複数対の貫通孔2aを有し、各対の貫通孔2aはそれぞれ配線基板2の展開した状態の半径方向に沿って配置されている。各発光素子1の各電極1bが配線基板2の内側面から対応する各対の貫通孔2aに挿入され、配線基板2の外側面でハンダ付けにより固定されている。
本発明の実施の形態の照明装置の製造方法によれば、配線基板2を切頭円錐側面形状に保持した状態で、配線基板2の内側面に複数の発光素子1を配置してハンダ付けにより固定するため、製品として最終的な切頭円錐側面形状を成す配線基板2の、ボンディングワイヤや発光素子1やハンダに、曲げによる力がかからない。このため、ボンディングワイヤの切断や発光素子1の破損、ハンダ不良などの発生を防ぐことができ、これらによる発光素子1の点灯不良を防止することができる。
各発光素子1の各電極1bに対応した複数対の貫通孔2aが、それぞれ配線基板2の展開した状態の半径方向に沿って形成されており、各発光素子1の1対の電極1bが、配線基板2を切頭円錐側面形状に保持したときの曲げによる力の方向に対して垂直方向に固定されるため、その曲げの力の影響を受けにくい。このため、配線基板の曲げが原因の発光素子1の破損やハンダ不良等の発生を防ぎ、それによる発光素子1の点灯不良を防止することができる。
配線基板として、本発明の実施の形態の照明装置の製造方法による配線基板2と、一般的に用いられている配線基板52とを使用して、これらを切頭円錐側面形状に曲げたときの状態を比較した。配線基板2は各発光素子1の各電極1bに対応した複数対の貫通孔2aがそれぞれ配線基板2の展開した状態の半径方向に沿って形成されたものであり、配線基板52は各発光素子1の各電極1bに対応した複数対の貫通孔がそれぞれ配線基板52の展開した状態の円周方向に沿って形成されたものである。なお、配線基板2および配線基板52は、同じ大きさ、形状、可撓性を有している。
図5(b)に示すように、一般的に用いられている配線基板52を切頭円錐側面形状に曲げたとき、配線基板52の内側面の各発光素子1には圧縮方向の力が加わり、配線基板52の外側面のハンダには伸び方向の力が加わる。このため、配線基板52に各発光素子1をハンダ付けした後、配線基板52を曲げる方法では、配線基板52のボンディングワイヤや発光素子1やハンダに、曲げによる力がかかり、ボンディングワイヤの切断や発光素子1の破損、ハンダ不良などによる発光素子1の点灯不良が発生する。また、配線基板52を曲げた直後には問題がなくとも、時間の経過とともに発光素子1の点灯不良が発生したり、温度変化等による応力に弱くなったりする確率が高くなる。
具体的な一例では、発光素子1として、直径3mmの砲弾型の発光ダイオードを使用し、配線基板52の半径31mm、35mm、39mm、43mmの円周上に、それぞれ45個、51個、57個、63個配列してハンダ付けした場合、配線基板52の一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とを接触させるよう、切頭円錐側面形状に曲げたときに必要な外力は、約200gfであった。これは、発光ダイオードを取り付ける前の配線基板52を曲げるのに必要な外力65gfの約3倍であった。
これに対して、図5(a)に示すように、本発明の実施の形態の照明装置の製造方法による配線基板2を切頭円錐側面形状に曲げたとき、配線基板2の外側面のハンダには伸び方向の力が加わるが、配線基板2の内側面の各発光素子1には力が加わらない。また、本発明の実施の形態の照明装置の製造方法により、配線基板2を曲げた後、各発光素子1をハンダ付けすることにより、配線基板2を曲げた状態でハンダに力が加わらないようにすることができる。このため、ボンディングワイヤの切断や発光素子1の破損、ハンダ不良などの発生を防ぐことができ、これらによる発光素子1の点灯不良を防止することができる。これにより、初期歩留まりおよび長期的な信頼性を高めることができる。
1 発光素子
1a 発光部
1b 電極
2 配線基板
2a 貫通孔
3 基板保持装置
4 ハンダ槽
11 保持枠
11a 固定ネジ
12 位置付け部材
12a 固定部
12b 嵌合部
12c 傾斜面
12d 吊下げ部

Claims (7)

  1. 切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置の製造方法であって、
    配線基板を切頭円錐側面形状に保持した状態で、前記配線基板の内側面に複数の発光素子を配置してハンダ付けにより固定することを、特徴とする照明装置の製造方法。
  2. 前記配線基板は、切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成り、
    一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とを接触または近接させることにより、前記配線基板を切頭円錐側面形状に保持した状態にすることを、
    特徴とする請求項1記載の照明装置の製造方法。
  3. 各発光素子は1対の電極を有し、
    前記配線基板は各発光素子の各電極に対応した複数対の貫通孔を有し、各対の貫通孔はそれぞれ前記配線基板の半径方向に沿って配置されており、
    前記配線基板を切頭円錐側面形状に保持した状態で、前記配線基板の内側面から各発光素子の各電極を対応する各対の貫通孔に挿入し、前記配線基板の外側面で各発光素子の各電極をハンダ付けにより固定することを、
    特徴とする請求項2記載の照明装置の製造方法。
  4. 切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置であって、
    各発光素子は1対の電極を有し、
    前記配線基板は切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成り、一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とが接続されて切頭円錐側面形状をなし、各発光素子の各電極に対応した複数対の貫通孔を有し、各対の貫通孔はそれぞれ前記配線基板の展開した状態の半径方向に沿って配置されており、各発光素子の各電極が前記配線基板の内側面から対応する各対の貫通孔に挿入され、前記配線基板の外側面でハンダ付けにより固定されていることを、特徴とする照明装置。
  5. 切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置であって、
    各発光素子は1対の電極を有し、
    前記配線基板は切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成り、一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とが接続されて切頭円錐側面形状をなし、各発光素子の各電極に対応した複数対のパッドを有し、各対のパッドはそれぞれ前記配線基板の展開した状態の半径方向に沿って配置されており、各発光素子の各電極が前記配線基板の内側面から対応する各対のパッドにハンダ付けにより固定されていることを、特徴とする照明装置。
  6. 切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置を製造するための基板保持装置であって、
    保持枠と、位置付け部材とを有し、
    前記保持枠は、円筒状で前記配線基板の外周と一致する内周を有し、一方の内周縁に前記配線基板の外縁と係合するための係合部を有し、
    前記位置付け部材は、前記保持枠の内周と一致する外周と、前記外周と同軸の切頭円錐側面形状で前記配線基板の内側面と一致する傾斜面と、前記外周と同軸で前記配線基板の内周と一致する外周を有し前記傾斜面から突出して設けられた嵌合部とを有し、前記保持枠に着脱可能であって、前記配線基板をその外側面を前記保持枠の前記一方の内周縁側に向けて前記保持枠の内側に保持し前記配線基板の内側面に複数の発光素子を配置したとき、前記嵌合部を前記配線基板の内周に嵌合させて前記傾斜面で各発光素子を前記配線基板に押し付け可能に構成されていることを、
    特徴とする基板保持装置。
  7. 請求項6記載の基板保持装置を用いた、切頭円錐側面形状の配線基板の内側面に複数の発光素子を配置して成る照明装置の製造方法であって、
    前記配線基板は、切頭円錐形の側面を展開した切り欠きを有する円環状の可撓性の基板から成り、
    前記配線基板をその外側面を前記保持枠の前記一方の内周縁側に向けて前記保持枠の内側に入れ、前記配線基板の一方の切欠き辺と他方の切欠き辺とを接触または近接させることにより前記配線基板を切頭円錐側面形状に保持し、前記配線基板の外縁を前記係合部と係合させ、前記配線基板の内側面に複数の発光素子を配置し、前記位置付け部材の嵌合部を前記配線基板の内周に嵌合させて前記傾斜面で各発光素子を前記配線基板に押し付け、各発光素子を前記配線基板の外側面からハンダ付けにより固定することを、
    特徴とする照明装置の製造方法。

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