JP2011527814A - Ｌｅｄモジュールをヒートシンクに取り付ける方法 - Google Patents
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Abstract
発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュール１００をヒートシンク１０２に取り付ける方法であって、前記ＬＥＤモジュール１００を前記ヒートシンク１０２の穴１２０に配置するステップと、前記ＬＥＤモジュール１００が前記ヒートシンク１０２に固定されるように、前記ＬＥＤモジュール１００の一部を拡大するステップとを有する方法である。前記方法は、ＬＥＤモジュールをヒートシンクに固定するコスト効率の高い方法であって、前記取り付けが高い経時信頼性を持つ方法を提供する。
Description
本発明は、ＬＥＤモジュールをヒートシンクに取り付ける方法に関する。
ＬＥＤパッケージの取り付けを容易にするため、ヒートシンクにねじで留められることができる、且つ／又は接着されることができるＬＥＤモジュール内にＬＥＤパッケージを配設することが提案されている。
国際特許出願公開第WO 2007/075143A1号は、上部と下部とを持つ金属ボディに嵌め込まれるＬＥＤ組立体を形成する１つ以上のＬＥＤから成るハイパワーＬＥＤハウジングを開示している。ＬＥＤハウジングの下部は、ヒートシンク内に形づくられるソケットにＬＥＤハウジングをねじで留めるために、その外面上にねじ山を持つ。
しかしながら、ＬＥＤモジュールがヒートシンクにねじで留められる構成は、ヒートシンク及びＬＥＤハウジングに、ねじ山が設けられなければならないので、付加的な製造ステップを必要とする。更に、接着剤の使用は、一般に、装置の経時信頼性を低下させる。なぜなら、ＬＥＤパッケージによって生成される温度が、接着剤に影響を及ぼすからである。従って、ＬＥＤモジュールをヒートシンクに取り付けるための、改善された方法のニーズがある。
本発明の目的は、これらの問題を少なくとも部分的に解決し、ＬＥＤモジュールをヒートシンクに取り付けるための、改善された方法を提供することにある。具体的には、目的は、コスト効率は高いままにしながら、経時信頼性の向上を可能にする、ＬＥＤモジュールをヒートシンクに取り付けるための方法を提供することにある。
本発明の或る態様によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールをヒートシンクに取り付ける方法であって、前記ＬＥＤモジュールを前記ヒートシンクの穴に配置するステップと、前記ＬＥＤモジュールが前記ヒートシンクに固定されるように、前記ＬＥＤモジュールの一部を拡大するステップとを有する方法が提供される。
利点は、最初に、前記ＬＥＤモジュール及び前記ヒートシンク上にねじ山を作成することなしに、前記ＬＥＤモジュールが前記ヒートシンクに取り付けられ得ることである。更に、前記取り付けは、前記ＬＥＤモジュールを前記ヒートシンクに取り付ける接着剤に頼らず、前記取り付けは温度変化（温度変化に起因するストレス）にあまり影響されないので、高い経時信頼性をもたらす。従って、前記方法は、ＬＥＤモジュールをヒートシンクに固定するコスト効率の高い方法であって、前記取り付けが高い経時信頼性を持つ方法を提供する。更に、前記方法は、手動で実施されてもよく、又は自動製造プロセスの一部であってもよい。
前記ＬＥＤモジュールの一部を拡大するステップは、前記ＬＥＤモジュールの一部を変形させて、変形される前記一部の周縁が、前記穴の周縁を越えて拡大されるようにするステップを含み得る。結果として、拡大された前記一部は、前記穴を通り抜けることができず、それによって、前記ＬＥＤモジュールは、前記ヒートシンクに固定され得る。
前記方法は、前記ヒートシンクに前記穴を作成するステップを更に含み得る。
前記ＬＥＤモジュールの一部を拡大するステップは、前記ＬＥＤモジュールと係合し、前記ＬＥＤモジュールの一部を変形させて、変形される前記一部の周縁が拡大されるようにするよう適合される道具を用いて実施され得る。前記道具は、手動で、又は自動化されたプロセスにおいて、前記ＬＥＤモジュールを変形させる、便利で、反復可能な方法を提供し、それによって、前記ＬＥＤモジュールを前記ヒートシンクに取り付け、製造欠陥のリスクを減らす信頼性の高い方法を提供する。
前記ＬＥＤモジュールは、リング状端部を含んでもよく、前記ＬＥＤモジュールを前記ヒートシンクの前記穴に配置するステップは、前記ＬＥＤモジュールの前記リング状端部を前記穴に挿入するステップを含んでもよく、前記ＬＥＤモジュールの一部を拡大するステップは、前記リング状端部の直径が大きくなるように、前記リング状端部を変形させるステップを含んでもよい。これの利点は、リング状端部が、前記ＬＥＤモジュールの対称変形を可能にし、前記ストレスが前記リング状端部の全体にわたって一様に分散されるので、より信頼性の高い取り付けをもたらすことである。更に、前記ヒートシンクの、関連する円形穴は、製造するのが容易であり、前記端部は、容易に、前記穴に嵌められ得る。この場合、前記道具は、前記リング状端部の内部と係合し、前記リング状端部の直径が大きくなるように、前記リング状端部を外側へ押し出すよう適合され得る。
更に、前記ヒートシンクの前記穴は、前記ヒートシンクの一方の面から前記ヒートシンクの反対側の面まで延在する貫通穴であってもよく、前記ＬＥＤモジュールは、前記穴に、前記面のうちの１つから挿入されてもよく、前記道具は、前記面のうちの他の１つから、前記ＬＥＤモジュールと係合する。
また、前記ＬＥＤモジュールは、前記穴の周縁より大きい周縁を持つ止め素子を含んでもよい。これは、前記端部を拡大する前に、前記ＬＥＤモジュールを適切な位置に配設し、それによって、製造欠陥を減らす、便利で、反復可能な方法を提供する。それは、前記ＬＥＤモジュールを前記ヒートシンクに固定して取り付けることも可能にする。なぜなら、前記端部が拡大された後には、前記ＬＥＤモジュールは、いずれの方向にも動かされることができないからである。
好ましい実施例においては、前記ＬＥＤモジュールは、前記リング状端部を持つ円柱状ボディを有し、前記ヒートシンクの前記穴は、前記円柱状ボディの直径にほぼ対応する直径を持つ円形であり、前記円柱状ボディの高さは、前記穴の高さより大きく、前記止め素子は、前記リング状端部から前記穴の前記高さにほぼ対応する距離をおいて、前記円柱状ボディの外部に配設される環状素子である。
本発明の別の態様によれば、上記の方法に従ってヒートシンクに取り付けられる発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールが提供される。
本発明の、上記の及び付加的な、目的、特徴及び利点は、以下の、添付の図面に関する本発明の好ましい実施例の、説明的な、非限定的な詳細な記載を通してよりよく理解されるであろう。添付の図面においては、同様な要素には同じ参照符号が用いられている。
ここで、図面、とりわけ図１ａ乃至１ｄを参照すると、円柱状ボディ１０８を持つＬＥＤモジュール１００が示されている。ＬＥＤモジュールは、ヒートシンク１０２上に配設される。ヒートシンク１０２は、ＬＥＤモジュール１００が接続され得るソケット（図示せず）を有するランプハウジングの一部であり得る。ＬＥＤモジュール１００は、円柱状ボディ１０８の上部に配設されるプリント回路基板（ＰＣＢ）１０６上に取り付けられる４つのＬＥＤパッケージ１０４ａ乃至１０４ｄを有する。ＬＥＤパッケージは、例えば、Philips製のLUXEON（登録商標） REBELなどの標準的なパッケージであり得る。円柱状ボディ１０８は、金属、例えばアルミニウムなどの高い熱伝導率を持つ材料で作成される熱伝導性ケース１１０で覆われる。ケースの厚さは、ケース内の材料に依存し、0.5mmから1.5mmの範囲に及ぶ。各ＬＥＤパッケージ１０４ａ乃至１０４ｄとＰＣＢ１０６との間に、高い熱伝導率を持つ材料の電気絶縁熱パッド１１２を配設し、ＰＣＢ金属被覆の底部を、円柱状ボディ１０８の熱伝導性ケース１１０に接続することによって、ＬＥＤパッケージ１０４ａ乃至１０４ｄから、熱伝導性ケース１１０を介し、ヒートシンク１０２までの熱経路が確立され得る。
ＬＥＤモジュール１００は、ここでは、円柱状ボディ１０８の底面に配設されるオスコネクタである、電気接点１１４ａ乃至１１４ｄを更に具備する。これは、ランプハウジング内のソケット（図示せず）に設けられる、対応するメスコネクタに、ＬＥＤモジュール１００を接続することを可能にする。ここでは、各ＬＥＤパッケージ１０４ａ乃至１０４ｄは、電気導体１１６を介して、その各々の電気接点１１４ａ乃至１１４ｄに接続される。電気導体１１６は、ＰＣＢ１０６及び熱伝導性ケース１１０の開口部１１８を介して、円柱状ボディ１０８を通して、電気接点１１４ａ乃至１１４ｄへ導かれる。４つのＬＥＤパッケージ１０４ａ乃至１０４を駆動するためには、４つのＬＥＤパッケージ１０４ａ乃至１０４ｄに共通の陰極を共用させることにより、５つの電気接点（４つの陽極及び１つの陰極）が必要とされる。しかしながら、図示されている実施例においては、ケースが陰極として用いられている。これが、４つの陽極１１４ａ乃至１１４ｄしか示されていない理由である。熱伝導性ケース１１０は、プラスチックインサート成形によって、電気導体１１６から電気的に絶縁され得る。従って、内部材料１１９は、一般に、ポリプロピレン又はポリアミドなどの（非導電性の）プラスチックである。ヒートシンク１０２は、円形貫通穴１２０を具備する。円柱状ボディ１０８の直径ｄ１は、円柱状ボディ１０８が穴１２０に挿入され得るように、基本的に、ヒートシンク１０２の穴１２０の直径ｄ２に対応する。更に、円柱状ボディ１０８は穴に配設されるので、これは、熱伝導性ケース１１０を、穴の側壁と接触させることを可能にし、それによって、ヒートシンク１０２への効率的な熱経路を設ける。
円柱状ボディ１０８の外側には環状素子１２４の形態の止め素子１２４が配設され、止め素子の直径は、穴１２０の直径より大きい。止め素子１２４は、円柱状ボディ１０８の底部から距離ｈ１離れたところに配設され、距離ｈ１は、穴１２０の高さｈ２より大きい。ＬＥＤモジュール１００は、穴１０２に配設されるので、円柱状ボディ１０８の、ヒートシンク１０２の下に延在するであろう部分は、リング状端部１２２と呼ばれ、高さｈ３を持つ。
ＬＥＤモジュールの寸法は、例えば、ＬＥＤチップの個数に依存して、様々であり得るが、直径は、一般に、約1cmであり、高さは、一般に、約1.5cmである。
図２ａ乃至２ｂは、ＬＥＤモジュール１００の端部１２２と係合し、その一部を変形させて、変形部が拡大されているようにするよう適合される道具２００を図示している。道具は、ここでは、ＬＥＤモジュール１００の端部１２２と係合するよう適合される上部２０２を備える拡大マンドレル２００である。ここでは円形断面を持つ上部２０２は、複数の拡大部２０４ａ乃至２０４ｃを有する。拡大マンドレル２００は、中心部２０６に力が及ぼされる場合に、拡大部２０４ａ乃至２０４ｃが（半径方向に）外側に押されるように構成される。道具の、端部１２２と係合する部分は、一般に、金属又は他の何らかの硬い材料で作成される。当業者には、道具は、手動で操作可能であってもよく、又は自動化されてもよく、道具のデザインは様々であり得ることは分かるであろう。道具は、例えば、その最も簡単な形態においては、わずかに先細になった上部を持つ円柱状金属片であってもよく、道具の上部は、リング状端部の内部と係合され、例えばハンマーで叩くことによって、道具に力が加えられ、それによって、リング状端部の直径が大きくなるように、リング状端部が（半径方向に）外側に押され得る。
ここで、本発明による、ＬＥＤモジュールをヒートシンク１０２に取り付ける方法を、図３を参照して、説明する。
予めあけられた円形貫通穴を持つヒートシンク１０２と、円柱状ボディを持つＬＥＤモジュール１００とが、供給される。ヒートシンク１０２及びＬＥＤモジュール１００は、好ましくは、上記のタイプのものである。
まず、（図３ａ乃至３ｂに図示されているように）円柱状ボディ１０８の端部１２２が、ヒートシンク１０２の第１面から穴１２０に入れられる。止め素子１２４は、ＬＥＤモジュール１００が、穴１２０を通り抜けるのを防止し、適切な長さの端部１２２が、ヒートシンクの第２面上に突出するのを確実にする。次いで、（図３ｃに図示されているように）上記の拡大マンドレルのような道具が、ヒートシンク１０２の第２面から円柱状ボディ１０８の端部１２２の内部と係合する。
次いで、（図３ｄに図示されているように）マンドレルの拡大部が外へ押され、それによって、端部１２２の一部が、変形され、その以前の通常の状態から拡大される。ここでは、変形は、基本的に、端部の周囲のまわりに対称的なものである。端部は、拡大されるので、穴の直径より大きい周縁を持つであろう。それによって、ＬＥＤモジュール１００は、ヒートシンクに固定されるであろう。道具は、（図３ｅに図示されているように）取り除かれ得る。ケースは、塑性変形、即ち、可逆的ではない変形を呈する材料で作成されるべきである。例は、アルミニウムであり、アルミニウムは、その熱伝導特性のため、有利に用いられ得る。
更に、拡大マンドレルによって加えられる力は、一般に、穴の内部でも、熱伝導性ケース１１０を或る程度拡大し、故に、熱伝導性ケースは穴の内部に押し付けられる。これは、熱伝導性ケースとヒートシンクとの間の伝熱を更に促進し、従って、ＬＥＤパッケージからヒートシンクへの熱経路を向上させる。
当業者には、本発明が、決して、上記の好ましい実施例に限定されないことは分かるであろう。逆に、添付の請求項の範囲内で多くの修正及び変更が可能である。例えば、ＬＥＤパッケージの設計、関連回路、及び／又はヒートシンクへの熱経路がどのように確立されるかが、変更される場合であっても、前記取り付ける方法は、依然として、同様に適用可能であり得る。更に、ＬＥＤモジュールの形状は、様々であり得る。例えば、円柱状ボディを用いる代わりに、矩形又は六角形のような多角形断面を備えるボディを持つＬＥＤモジュールを用いることが可能であろう。
更に、止め素子は、ＬＥＤモジュールの周囲に沿って配設される連続的な環状素子に限定されず、例えば、周縁全体にわたって分布させられる４つの別々の素子などの、不連続な素子のセットであり得る。
前記取り付ける方法は、ＬＥＤに関して記載されているが、例えば有機ＬＥＤなどの、生成される熱を取り除くためにヒートシンクを必要とする他の光源にも利用され得る。
Claims (10)
- ＬＥＤモジュールをヒートシンクに取り付ける方法であって、
前記ＬＥＤモジュールを前記ヒートシンクの穴に配置するステップと、
前記ＬＥＤモジュールが前記ヒートシンクに固定されるように、前記ＬＥＤモジュールの一部を拡大するステップとを有する方法。 - 前記ＬＥＤモジュールの一部を拡大するステップが、前記ＬＥＤモジュールの一部を変形させて、変形される前記一部の周縁が、前記穴の周縁を越えて拡大されるようにするステップを有する請求項１に記載の方法。
- 前記ＬＥＤモジュールの一部を拡大するステップが、前記ＬＥＤモジュールと係合し、前記ＬＥＤモジュールの一部を変形させて、変形される前記一部の周縁が拡大されるようにするよう適合される道具を用いて実施される請求項１又は２に記載の方法。
- 前記ＬＥＤモジュールが、リング状端部を有し、前記ＬＥＤモジュールを前記ヒートシンクの前記穴に配置するステップが、前記ＬＥＤモジュールの前記リング状端部を前記穴に挿入するステップを有し、前記ＬＥＤモジュールの一部を拡大するステップが、前記リング状端部の直径が大きくなるように、前記リング状端部を変形させるステップを有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記道具が、前記リング状端部の内部と係合し、前記リング状端部の直径が大きくなるように、前記リング状端部を外側へ押し出すよう適合される、請求項３に従属する場合の請求項４に記載の方法。
- 前記ヒートシンクの前記穴が、前記ヒートシンクの一方の面から前記ヒートシンクの反対側の面まで延在する貫通穴である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ＬＥＤモジュールが、前記穴に、前記面のうちの１つから挿入され、前記道具が、前記面のうちの他の１つから、前記ＬＥＤモジュールと係合する、請求項３に従属する場合の請求項６に記載の方法。
- 前記ＬＥＤモジュールが、前記穴の周縁より大きい周縁を持つ止め素子を有する請求項６又は７に記載の方法。
- 前記ＬＥＤモジュールが、前記リング状端部を持つ円柱状ボディを有し、前記ヒートシンクの前記穴が、前記円柱状ボディの直径にほぼ対応する直径を持つ円形であり、前記円柱状ボディの高さが、前記穴の高さより大きく、前記止め素子が、前記リング状端部から前記穴の前記高さにほぼ対応する距離をおいて、前記円柱状ボディの外部に配設される環状素子である、請求項４に従属する場合の請求項８に記載の方法。
- 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のようにヒートシンクに取り付けられるＬＥＤモジュール。
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