JP2013528902A - 固定部材へのｌｅｄベース照明モジュールの取付器具 - Google Patents

固定部材へのｌｅｄベース照明モジュールの取付器具 Download PDF

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Abstract

固定部材１３０に取り付けられた取付カラー１９０は、照明モジュール１００と固定部材１３０との間に圧縮力を提供する。例えば、固定部材１３０に取り付けられた取付カラー１９０は照明モジュール１００と係合したときに照明モジュール１００に設けられた弾性取付部材１９１を変形させ、それにより圧縮力を生成する。取付カラーは、相対変位可能であり、各々テーパ要素を有し、かつ互いに係合したときに圧縮力を生成する第１及び第２の部材を含む。または、取付カラーは、相対変位可能であり、各々弾性取付部材を有し、かつ前記変位により前記弾性取付部材を変形させ、それにより圧縮力を生成する第１及び第２の部材を含む。または、取付カラーは弾性部材を含み、取付カラーを固定部材に対して結合方向に変位させたときに、前記弾性部材を変形させ、それにより圧縮力を生成する。
【選択図】図１４

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１０年４月２６日付けで出願された米国特許仮出願第６１／３２８，１２０号及び２０１１年４月１８日付けで出願された米国特許出願第１３／０８８，７１０号の優先権を主張するものである（両出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする）。
（技術分野）
本明細書で説明する実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明モジュールに関する。
ＬＥＤの一般照明への使用が、より好ましくなりつつある。ＬＥＤを含む照明装置は、一般的に、大量の放熱と特定の電力要件を必要とする。そのため、このような照明装置の多くは、ヒートシンクを含みかつ必要な電力を提供する固定部材に取り付ける必要がある。しかし残念ながら、固定部材への照明装置の一般的な結合部は、ユーザーフレンドリーではなかった。そこで、改良が望まれている。
照明モジュールと固定部材との結合は、固定部材に取り付けられる取付カラーと呼ばれる取付器具によりなされる。取付カラーは照明モジュールと係合したときに、固定部材と照明モジュールとの間に圧縮力を生成する。例えば、取付カラーは照明モジュールと係合したときに照明モジュールに設けられた弾性取付部材を変形させ、それにより圧縮力を生成する。取付カラーは、相対変位可能であり、各々テーパ要素を有し、かつ互いに係合したときに圧縮力を生成する第１及び第２の部材を含む。または、取付カラーは、相対変位可能であり、各々弾性取付部材を有し、かつ前記変位により前記弾性取付部材を変形させ、それにより圧縮力を生成する第１及び第２の部材を含む。または、取付カラーは弾性部材を含み、取付カラーを固定部材に対して結合方向に変位させたときに、前記弾性部材を変形させ、それにより圧縮力を生成する。
照明モジュール、リフレクタ及び固定部材を含む例示的な照明装置を示す。 照明モジュール、リフレクタ及び固定部材を含む例示的な照明装置を示す。 照明モジュール及び、弾性取付体を含む固定部材の分解斜視図である。 固定部材に取り外し可能に取り付けら、ヒートシンクに結合された弾性取付体に対して押し付けた照明モジュールを示す。 図１に示したＬＥＤベース照明モジュールの構成要素を示す分解図である。 図１に示したＬＥＤベース照明モジュールの断面斜視図である。 図１Ｂに示した照明装置の破断図である。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態の別の態様を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態の別の態様を示す。ルの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態の別の態様を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第２の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第２の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第３の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第３の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第４の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第４の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第５の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第５の実施形態を示す。 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付け 固定部材へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第５の実施形態を示す。 弾性部材２１１を含む取付カラー２１０を示す。 整列位置における、取付カラー２１０、モジュール１００及びヒートシンク１３０を示す。 図２３ＡのＡ−Ａ断面図である。 取付カラー２１０の上面斜視図である。 図５〜１０Ｃの第１の実施形態を、矩形状の照明モジュールに適用した例を示す。 ツール要素に係合させたツールを使用して行う、整列位置から係合位置へのモジュールの変位を示す。 ツール要素に係合させたツールを使用して行う、係合位置から整列位置へのモジュールの変位を示す。 熱界面に製造欠陥が存在する場合に伝熱性を向上させるために構成された熱界面を示す。 汚染粒子の存在する場合に伝熱性を向上させるために構成された凹凸状の熱界面構造を示す。
以下、本発明の背景技術の例及び本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。それらの例は、添付図面に示されている。
図１Ａ〜Ｂは、２つの例示的な照明装置を示す。図１Ａに示す照明装置は、矩形の照明モジュール１００を含む。図１Ｂに示す照明装置は、円形の照明モジュール１００を含む。これらの例は、説明目的のためのものである。多角形または丸みを帯びた形状の照明モジュールの例も考えられ得る。照明装置１５０は、ＬＥＤベースの照明モジュール１００と、リフレクタ１４０と、固定部材１３０とを含む。固定部材１３０は、様々な照明装置設計において様々な形態を取り得る。多くの例では、固定部材１３０は、電気相互接続ハードウエアと、照明装置の物理的な取り付けを容易にするための構造要素と、他の装飾的要素（図示せず）とを含む。一般的に、固定部材１３０は、シートシンク機能を果たす。照明モジュール１００で生成された熱は、該照明モジュール１００に結合されている固定部材１３０によって放散させる。簡単にするために、本明細書に添付された図面では、固定部材１３０は基本的なヒートシンク構造として描かれている。このため、「ヒートシンク」及び「固定部材」なる用語は、本明細書を通じて相互互換的に使用される。なお、固定部材１３０は、追加的な要素を含むことができ、放熱以外の追加的な機能を果たし得ることを理解されたい。多くの場合、固定部材１３０は、本明細書で説明するものよりもより複雑な設計である。したがって、「ヒートシンク」なる用語の使用及び本明細書の説明は、ヒートシンク構造だけを有する固定部材１３０に限定することを意図するものではない。
リフレクタ（光反射器）１４０は、照明モジュール１００から放射された光を平行化するために照明モジュール１００に取り付けられる。リフレクタ１４０は、アルミニウムや銅などの伝熱性材料から作製され得、照明モジュール１００と熱的に接続される。熱は、照明モジュール１００及び伝熱性リフレクタ１４０を通じた熱伝達により流れる。熱はまた、リフレクタ１４０における熱対流によって流れる。リフレクタ１４０は、高反射性材料から作製された複合放物面集光器であり得る。複合放物面集光器は、高さ（長さ）が大きい傾向にあるが、多くの場合は、光線角度が大きくなるように高さを小さくした形態で使用される。この形態の利点は、光を均質化するための追加的なディフューザ（光拡散器）が不要なので、スループット効率が増加することである。ディフューザやリフレクタ１４０などの光学要素は、例えばねじ、クランプ、ツイストロック機構または他の適切な手段によって、照明モジュール１００に取り外し可能に取り付けられ得る。
照明モジュール１００は、固定部材１３０に取り付けられる。図１Ａ及び１Ｂに示したように、照明モジュール１００は、ヒートシンク１３０に取り付けられる。ヒートシンク１３０は、アルミニウムや銅などの伝熱性材料から作製され得、照明モジュール１００へ熱的に接続される。熱は、照明モジュール１００及び伝熱性ヒートシンク１３０を通じた熱伝達により流れる。熱はまた、リフレクタ１４０における熱対流によって流れる。照明モジュール１００をヒートシンク１３０に固定するために、照明モジュール１００はヒートシンクにねじによって取り付けられる。照明モジュール１００の取り外し及び再取り付けを容易にするために、照明モジュール１００は、本明細書で説明するように、例えばクランプ機構、ツイストロック機構または他の適切な手段によって、ヒートシンク１３０に取り外し可能に取り付けられ得る。照明モジュール１００は、例えば直接的にあるいはサーマルグリース、サーマルテープ、サーマルパッドまたはサーマルエポキシを用いてヒートシンク１３０に熱的に接続される少なくとも１つの熱伝達面を有する。ＬＥＤを十分に冷却するために、実装基板上のＬＥＤに供給される電気エネルギー１ワットあたり、少なくとも５０平方ミリメートル、好ましくは１００平方ミリメートルの面積を有する熱接触領域を用いるべきである。例えば、２０個のＬＥＤを使用する場合、１０００ないし２０００平方ミリメートルの面積を有するヒートシンク接触領域を用いるべきである。より大きいヒートシンク１３０を用いると、ＬＥＤ１０２をより高い出力で動作させることが可能になり、また、冷却能力がヒートシンクの方向に依存しないような様々なヒートシンク設計が可能となる。加えて、装置から熱を除去するために、ファンまたは強制的に冷却するための他の手段を用いることができる。底部ヒートシンクは、照明モジュール１００への電気的接続を可能にするための開口部を有し得る。
上述したように、照明モジュール１００は、固定部材１３０に取り付けられる。図２Ａ及び２Ｂに示すように、照明装置１５０は、固定部材１３０に弾性的に取り付けられた照明モジュール１００を含み得る。図２Ａは、照明モジュール１００と、弾性取付体１１８を有する固定部材１３０との分解斜視図である。弾性取付体１１８は、固定部材に結合される（例えば、溶接、接着剤、リベットまたは締結具により）。図示のように、ヒートシンク１１９が、ねじによって弾性取付体１１８に取り付けられる。図２Ｂに示すように、照明モジュール１００は、固定部材１３０に取り外し可能に取り付けられ、ヒートシンク１１９が結合される弾性取付体１１８に対して押し付けられる。このようにして、熱は、弾性取付体１１８を通って照明モジュール１００からヒートシンク１１９へ伝達され除去される。照明モジュール１００を固定部材１３０に取り付けたとき、弾性取付体１１８は、照明モジュール１００の底面を押圧するように作用する復元力を提供する。照明モジュール１００の取り外し及び再取り付けを容易にするために、照明モジュール１００は、本明細書で説明するように、例えばクランプ機構、ツイストロック機構または他の適切な手段によって、ヒートシンク１３０に取り外し可能に取り付けられ得る。
図３Ａは、図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の構成要素を示す分解図である。本明細書で定義するように、ＬＥＤベース照明モジュールは、単なるＬＥＤではなく、ＬＥＤ光源、ＬＥＤ固定具またはそれらの構成部品であることを理解されたい。ＬＥＤ照明装置１００は、１若しくは複数のＬＥＤダイまたはパッケージ化されたＬＥＤと、それらが実装される実装基板とを含む。図３Ｂは、図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の断面斜視図である。
ＬＥＤ照明デバイス１００は、実装基板１０４上に実装された１若しくは複数の固体発光素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２を含む。実装基板１０４は、取付台１０１に取り付けられ、実装基板保持リング１０３によって所定の位置に固定される。ＬＥＤ１０２が実装された実装基板１０４と実装基板保持リング１０３とを組み合わせることにより、光源サブアセンブリ１１５が構成される。光源サブアセンブリ１１５は、ＬＥＤ１０２を使用して、電気エネルギーを光に変換することができる。光源サブアセンブリ１１５から放射された光は、色混合または色変換のために光変換サブアセンブリ１１６へ導かれる。光変換サブアセンブリ１１６はキャビティ本体部１０５と出力窓１０８とを含み、任意選択で底部リフレクタ挿入体１０６及び側壁挿入体１０７の一方または両方を含む。出力窓１０８は、キャビティ本体部１０５の頂部に固定される。キャビティ本体部１０５は、サブアセンブリ１１６を光源サブアセンブリ１１５の上側に設置したときに、ＬＥＤ１０２から入射した光が出力窓１０８から出るまで前記光を反射するのに使用され得る内部側壁を有する。底部リフレクタ挿入体１０６は、任意選択で、実装基板１０４の上側に配置され得る。底部リフレクタ挿入体１０６は、該挿入体によって各ＬＥＤ１０２の光放射部分を遮らないように、複数の孔を有する。側壁挿入体１０７は、サブアセンブリ１１６を光源サブアセンブリ１１５の上側に設置したときに、ＬＥＤから入射した光が出力窓１０８から出るまで、側壁挿入体１０７の内面が前記光を反射するように、任意選択でキャビティ本体部１０５の内側に配置され得る。
この実施形態では、側壁挿入体１０７と、出力窓１０８と、実装基板１０４上に配置された底部リフレクタ挿入体１０６とにより、ＬＥＤ照明装置１００内に、ＬＥＤ１０２から入射した光が出力窓１０８から出るまで前記光の一部を反射する光混合キャビティ１０９が画定される。出力窓１０８から出る前にキャビティ１０９内で光を反射することにより、ＬＥＤ照明装置１００から放射された光が混合され光の分布がより均一になるという効果が得られる。側壁挿入体１０７の一部は、波長変換材料で被覆され得る。さらに、出力窓１０８の一部は、別の波長変換材料で被覆され得る。これらの波長変換材料の光変換特性は、キャビティ１０９内での光混合と協働して、出力窓１０８から出力された光を色変換することができる。波長変換材料の化学的性質や、キャビティ１０９の内面に形成されるコーティングの幾何学的性質を調節することにより、出力窓１０８から出力される光の特定の色特性、例えば、色点、色温度及び演色評価数（ＣＲＩ）を規定することができる。
ＬＥＤ１０２が非固体物質中へ光を放射するように、キャビティ１０９に非固体物質、例えば空気や不活性ガスなどが充填され得る。例えば、前記キャビティを密封し、該キャビティを充填するのにアルゴンガスを用いることができる。あるいは、窒素を用いてもよい。別の実施形態では、キャビティ１０９は固体封止材料で充填され得る。例えば、前記キャビティを充填するのにシリコーンが用いられる。
複数のＬＥＤ１０２は、直接的な放射、または、例えばＬＥＤパッケージの一部としてのＬＥＤに蛍光体層が適用された場所での蛍光体変換によって、互いに異なる色または互いに同じ色を有する光を放射することができる。したがって、照明装置１００は、例えば赤色、緑色、青色、アンバー（琥珀色）、シアン（青緑色）などの有色ＬＥＤ１０２の任意の組み合わせを用いることができる。あるいは、複数のＬＥＤ１０２が全て同じ色の光を生成するか、または全て白色の光を生成するようにすることもできる。例えば、ＬＥＤ１０２は、全て青色光またはＵＶ光を放射し得る。出力窓１０８の内面若しくは外面、キャビティ本体部１０５の側壁１１０、またはキャビティ内に配置される他の構成部品（図示せず）に適用される蛍光体（または、他の波長変換手段）と組み合わせて使用する場合、照明装置１００の出力光が所望の色を有するようにする。
実装基板１０４は、それに実装されるＬＥＤ１０２の電源（図示せず）への電気的接続を提供する。一実施形態では、ＬＥＤ１０２は、フィリップス・ルミレッズ・ライティング社（Philips Lumileds Lighting）製のルクシオン・レベル（Luxeon Rebel）などのパッケージ化されたＬＥＤである。別の種類のパッケージ化されたＬＥＤ、例えば、ＯＳＲＡＭ社（Ostar package）、ルミナス・デバイセズ社（Luminus Devices；米国）、Cree社（米国）、日亜工業（日本）、またはトリドニック社（Tridonic；オーストリア）により製造されたパッケージ化されたＬＥＤなどを用いることもできる。本明細書で定義するように、パッケージ化されたＬＥＤは、ワイヤボンド接続部やスタッドバンプなどの電気接続部を含み、場合によっては光学素子や熱的、機械的または電気的インターフェースを含むこともある、１若しくは複数のＬＥＤダイのアセンブリである。ＬＥＤ１０２は、ＬＥＤチップの上側にレンズを含み得る。あるいは、レンズを含まないＬＥＤが使用され得る。レンズを含まないＬＥＤは保護層を含み得、保護層は蛍光体を有し得る。蛍光体は、バインダ中に分散させた状態で適用するか、または別体をなすプレートとして適用することができる。各ＬＥＤ１０２は、サブマウント上に実装され得る少なくとも１つのＬＥＤチップまたはダイを含む。ＬＥＤチップは、一般的に、約１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍのサイズを有するが、この寸法は変更可能である。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ１０２は複数のＬＥＤチップを含み得る。複数のＬＥＤチップは、同系色または互いに異なる色（例えば、赤色、緑色、青色）の光を放射することができる。ＬＥＤ１０２は偏光または非偏光を放射するものであり得、ＬＥＤベース照明装置１００は、偏光ＬＥＤまたは非偏光ＬＥＤの任意の組み合わせを使用し得る。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ１０２は、青色光またはＵＶ光を放射する。これらの波長範囲ではＬＥＤの放射効率が高いからである。加えて、同一サブマウント上の互いに異なるＬＥＤチップに、互いに異なる蛍光体層を適用してもよい。サブマウントは、セラミックまたは他の適切な材料から構成され得る。サブマウントは、一般的に、その底面に、実装基板１０４に設けられた接続部に接続される電気接触パッドを有する。あるいは、電気接続ワイヤを使用して、ＬＥＤチップを実装基板に電気的に接続させてもよい。電気接触パッドに加えて、ＬＥＤ１０２は、サブマウントの底面に、ＬＥＤチップで生成された熱を排出するための熱接触領域を有し得る。ＬＥＤの熱接触領域は、実装基板１０４上に形成された熱拡散層１３１に接続される。熱拡散層１３１は、実装基板１０４の頂部層、底部層または中間層のいずれかに形成され得る。熱拡散層１３１は、頂部層、底部層または中間層を接続するビアを介して接続され得る。
いくつかの実施形態では、実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２で生成された熱を、実装基板１０４の側部及び底部へ伝達する。一例では、実装基板１０４の底部は、取付台１０１を介してヒートシンク１３０（図９）に熱的に接続され得る。別の例では、実装基板１０４は、ヒートシンクや照明装置及び／または他の放熱機構（ファンなど）に直接的に接続され得る。いくつかの実施形態では、実装基板１０４は、熱を、実装基板１０４の頂部に熱的に接続されたヒートシンクへ伝達する。例えば、実装基板保持リング１０３及びキャビティ本体部１０５は、実装基板１０４の上面から熱を放出し得る。実装基板１０４は、熱接触領域としての役割を果たす例えば３０μｍないし１００μｍの比較的厚い銅層が上面及び底面上に形成された、例えば厚さ０．５ｍｍのＦＲ４基板であり得る。別の例では、実装基板１０４は、適切な電気接続部を有するメタルコアプリント基板（ＰＣＢ）またはセラミック製サブマウントであり得る。アルミナ製（セラミック形態の酸化アルミニウム）や窒化アルミニウム製（同様にセラミック形態）などの他の種類の基板を使用してもよい。
実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２に設けられた電気パッドに接続される電気パッドを有する。実装基板の電気パッドは、ワイヤ、ブリッジまたは他の外部電源が接続される電気接続部に、金属（例えば銅）製の配線によって電気的に接続される。いくつかの実施形態では、実装基板の電気パッドは実装基板１０４を貫通するビアであり得、電気接続部は実装基板の反対側すなわち実装基板の底部に設けられる。実装基板１０４は、図示のように、矩形状の形状を有する。実装基板１０４に実装されるＬＥＤ１０２は、矩形状の実装基板１０４上に様々な形態で配置され得る。一例では、ＬＥＤ１０２は、実装基板１０４の長さ方向及び幅方向に行列状に配置され得る。別の例では、ＬＥＤ１０２は、六方最密充填構造で配置される。この配置では、各ＬＥＤは、それに隣接するＬＥＤの各々から互いに等距離に位置する。この配置は、光源サブアセンブリ１１５から放射された光の均一性を向上させるのに望ましい。
図４は、図１Ｂに示した照明装置１５０の破断図である。リフレクタ１４０は、照明モジュール１００に取り外し可能に結合されている。リフレクタ１４０は、ツイストロック機構によって結合させられる。リフレクタ１４０は、該リフレクタをリフレクタ保持リング１１０内の開口部を通じてモジュール１００に接触させることによってモジュール１００と整列されられる。リフレクタ１４０は、該リフレクタ１４０を光学軸（ＯＡ）を中心にして係合位置まで回転させることによりモジュール１００に結合させられる。係合位置では、リフレクタ１４０は、実装基板保持リング１０３とリフレクタ保持リング１１０との間に挟まれ保持される。係合位置では、互いに接合されたリフレクタ１４０の熱界面と実装基板保持リング１０３との間に界面圧力が生成される。このようにして、ＬＥＤ１０２で生成された熱は、実装基板保持リング１０３を介して実装基板１０４からリフレクタ１４０へ伝達される。
いくつの実施形態では、照明モジュール１００は、電気インターフェースモジュール（ＥＭＩ）１２０を含む。ＥＩＭ１２０は、固定部材１３０から照明モジュール１００へ電気信号を伝える。この図示した例では、固定部材１３０は、ヒートシンクとしての役割を果たす。電気コネクタ１３３によって、導電体１３２が固定部材１３０に結合される。例として、電気コネクタ１３３は、ネットワーク通信用途において一般的に使用される絶縁ジャック（ＲＪ）コネクタであり得る。別の例では、導電体１３２は、ねじやクランプによって固定部材１３０に結合され得る。別の例では、導電体１３２は、取り外し可能なスリップ・フィットによって固定部材１３０に結合され得る。コネクタ１３３は導電体１３４に結合される。導電体１３４は、ＥＩＭ１２０に取り付けられた電気コネクタ１２１に取り外し可能に結合される。同様に、電気コネクタ１２１は、絶縁ジャック（ＲＪ）または任意の適切な着脱可能な電気コネクタであり得る。コネクタ１２１は、ＥＩＭ１２０に固定的に結合される。電気的信号１３５は、導電体１３２、電気コネクタ１３３、導電体１３４、電気コネクタ１２１を介してＥＩＭ１２０へ伝達される。ＥＩＭ１２０は、電気信号１３５を、電気コネクタ１２１からＥＩＭ１２０上に設けられた適切な電気接触パッドまで伝達する。電気信号１３５は、電力信号及びデータ信号を含み得る。この図示した例では、ばねピン１２２によって、ＥＩＭ１２０の接触パッドを実装基板１０４の接触パッド１０４へ接続している。このようにして、電気信号は、ＥＩＭ１２０から実装基板１０４へ伝達される。実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２を実装基板１０４の接触パッドへ適切に接続するための導電体を含む。このようにして、光を生成するために、電気信号が実装基板１０４から適切なＬＥＤ１０２へ伝達される。
基板ベース１０１は、固定部材１３０に取り外し可能に結合される。基板ベース１０１及び固定部材１３０は、熱界面１３６で互いに結合される。照明モジュール１００を固定部材１３０に結合させたときに、熱界面において実装基板１０１の一部と固定部材１３０の一部が互いに接触する。このようにして、ＬＥＤ１０２で生成された熱は、実装基板１０４及び基板ベース１０１を介して固定部材１３０へ伝達される。
照明モジュール１００の取り外し及び再取り付けをするためには、照明モジュール１００を固定部材１３０から取り外し、そして、電気コネクタ１２１と導電体１３４の接続を解除する。一例では、コネクタ１２１と導電体１３４の接続を解除するために作業者の手を固定部１３０とモジュール１００の間に入れることができるように、導電体１３４は照明モジュール１００と固定部材１３０との十分な分離を可能にする十分な長さを有する。別の例では、コネクタ１２１は、照明モジュール１００を固定部材１３０から変位させることにより、コネクタ１２１と導電体１３４の接続を解除することができるように構成することもできる。
図５〜１０Ｃは、固定部材１３０へのＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第１の実施形態を示す。図５は、照明モジュール１００の底面を示す斜視図である。この図示した実施形態では、照明モジュール１００は、該モジュール１００の周縁部近傍の互いに反対側の位置に配置された２つのばねピンアセンブリ１６０を含む。別の実施形態では、追加的なばねピンアセンブリが用いられ、モジュール１００の周縁部近傍に互いに等間隔で配置される。別の実施形態では、ばねピンアセンブリは、互いに等間隔に配置されない。このことは、モジュール１００をヒートシンク１３０に結合させたときにモジュール１００とヒートシンク１３０との間で１つだけの位置決めを可能にする機構を創出するために望ましい。図６は、ばねピン１６０が設けられたモジュール１００の実装基板１０１の上面の斜視図を示す。図６にはＡ部分表示が示されている。図７は、図６のＡ部分断面を示す。ばねピンアセンブリ１６０は、ばね１６１及びピン１６２を含む。この図示した実施形態では、ピン１６１は、テーパ状のヘッド部１６３と、ショルダー部１６４と、半径方向溝１６１とを含む。この図示した実施形態では、ばね１６１は、カップ状のｃクリップである。別の実施形態では、他のばね機構が用いられ得る（例えば、コイルばね、ｅクリップ）。ピン１６２は、実装基板１０１に形成された孔１６６を貫通して緩く嵌合される。ショルダー部１６４の直径は、孔１６６の直径よりも大きい。そのため、ピン１６２は、ショルダー部１６４が実装基板１０１の底面と当接する位置まで、実装基板１０１を貫通する。この位置で、ばね１６１が、ピン１６２の半径方向溝１６５に挿入される。このようにして、ばね１６１は、ピン１６２を孔１６６内に保持する役割を果たす。ばね１６１はまた、ピン挿入方向とは反対方向へのピン１６２の変位に応答して、孔１６６内へのピン挿入方向に作用する復元力を提供する。
図８は、第１の実施形態に従って、照明モジュール１００をヒートシンク１３０に整列させ、取り外し可能に取り付けるステップを説明するための図である。ヒートシンク１３０は、その上面に熱界面１７１を有する。照明モジュール１００は、熱界面１７０を有する（図５参照）。この図示した例では、ヒートシンク１３０は、半径方向に切欠形成した傾斜したショルダー溝１７２を有する。ショルダー溝１７２は、ヒートシンク１３０の表面に、ばねピン１６０の位置と対応する位置に形成されている。第１のステップでは、照明モジュール１００をヒートシンク１３０と整列させる。図９に示すように、水平寸法ｘ及びｙ並びに回転寸法Ｒｘ、Ｒｙ及びＲｚにおいてばねピン１６０をショルダー溝１７２と整列させ、その後、熱界面１７０及び１７１が互いに当接するまで、モジュール１００をｚ方向に平行移動させる。整列させた後、第２のステップでは、図８に示すようにモジュール１００をヒートシンク１３０に結合させるために、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して回転させる。３つの部分表示Ａ、Ｂ及びＣが図８に示されている。図１０Ａに示した部分表示Ａは、モジュール１００とヒートシンク１３０を整列させた状態を示す。この整列位置では、ばねピン１６０は、傾斜したショルダー溝１７２のブラインド孔位置内に緩く嵌合されている。この位置では、ピン１６２のショルダー１６４は、ベース１０１との接触が保たれる。図１０Ｂに示した部分表示Ｂは、モジュール１００を部分表示Ａの状態から回転させた状態を示し、ばねピン１６０と傾斜したショルダー溝１７２との間の係合の開始を示す。この位置では、ばねピン１６０は、ショルダー溝１７２のテーパ部分と当接する。図示のように、ピン１６０のテーパ状のヘッド１６３は、それに対応するショルダー溝１７２のテーパ部分と当接している。図１０Ｃに示した部分表示Ｃは、モジュール１００がヒートシンク１３０に結合される完全係合位置まで、モジュール１００を回転させた状態を示す。この位置では、ばねピン１６２は、ベース１０１に対してｚ方向に変位量Δだけ変位した。ショルダー部１６４は変位して、ベース１０１から離れた。この変位によってばね１６１は変形し、それにより、ピン１６２の変位方向の反対方向に作用する復元力が生成される。この復元力は、モジュール１００の熱界面１７０とヒートシンク１３０の熱界面１７１との間に圧縮力を生成する役割を果たす。ショルダー溝１７２は、最初の整列位置から係合位置まで半径方向に切断した場合、ヒートシンク１３０の表面から下向きに傾斜している。このため、モジュール１００を整列位置から係合位置へ回転させたときに、ピン１６２はｚ方向に変位する。
別の実施形態では、ヒートシンク１３０は、半径方向に切欠形成された、傾斜していないショルダー溝１７２を含む。図１１Ａ〜１２Ｃは、この実施形態を示す。図１１Ａは、ショルダー溝１７２と整列させたばねピン１６０の上面を示す。図８の部分表示Ａを、図１２Ａに示す。図１２Ａは、モジュール１００とヒートシンク１３０を整列させた状態を示す。この整列位置では、ばねピン１６０は、ショルダー溝１７２のブラインド孔部分内に緩く嵌合されている。図１１Ｂは、ショルダー溝１７２にばねピン１６０を係合させた状態を示す上面図である。図８の部分表示Ｂを、図１２Ｂに示す。この図では、モジュール１００を部分表示Ａに対して回転させ、ばねピン１６０のショルダー溝１７２への係合を開始させた状態を示す。この位置では、ばねピン１６０のテーパ面は、ショルダー溝１７２と当接する。図示のように、ピン１６０のテーパ状のヘッドは、溝１７２と当接している。図１１Ｃは、ショルダー溝１７２に係合したばねピン１６０の上面を示す。図８の部分表示Ｃを、図１２Ｃに示す。この図では、モジュール１００は、モジュール１００がヒートシンク１３０に結合される完全係合位置まで回転している。この位置では、ばねピン１６２は、ベース１０１に対してｚ方向に変位量Δだけ変位する。ショルダー１６４は変位して、ベース１０１から離れた。この変位の結果、ばね１６１は変形し、それにより、ピン１６２の変位方向の反対方向に作用する復元力が生成される。この復元力は、モジュール１００の熱界面１７０とヒートシンク１３０の熱界面１７１との間に圧縮力を生成する役割を果たす。ショルダー溝１７２は、最初の整列位置から係合位置まで半径方向に切断した場合、ヒートシンク１３０の表面から等距離に位置している。ピン１６２は、モジュール１００を整列位置から係合位置へ回転させたときに、ショルダー溝１７２に沿ってピン１６２のテーパ面の間でスライド移動することによりｚ方向に変位する。
図１３Ａ〜１３Ｂは、照明装置におけるＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第２の実施形態を示す。図１３Ａは、照明モジュール１００、取付カラーアセンブリ１８０、及びヒートシンク１３０の分解斜視図である。取付カラーアセンブリ１８０は、ベース部材１８１及び保持部材１８２を含む。ベース部材１８１及び保持部材１８２は、ヒンジ要素１８６によって互いに連結されている。この形態では、保持部材１８２は、ヒンジ１８６の回転軸を中心にして回転し、ベース部材１８１に対して変位することができる。ベース部材１８１は、適切な締結手段によってヒートシンク１３０に結合される。この図示した例では、ベース部材１８１は、ヒートシンク１３０のねじ孔１３１に螺入されるねじ１８７によってヒートシンク１３０に結合される。別の例では、ベース部材１８１は、接着剤または溶接によって、あるいは、ねじ、溶接または接着剤の任意の組み合わせによってヒートシンク１３０に結合され得る。この図示した例では、照明モジュール１００は、ベース部材１８１内に配置される。このようにして、モジュール１００を取付カラーアセンブリ１８０と整列させる。図示したように、ベース部材１８１の底面は、ヒートシンク１３０の熱界面１７１を介してヒートシンク１３０と接触する。熱界面１７１とベース部材１８１の底面との界面での伝熱性を高めるために、柔軟な伝熱性パッドまたは伝熱性ペーストが、熱界面１７１とベース部材１８１の底面との間に用いられ得る。この説明した実施形態では、ベース部材１８１は底部部材１８８を含むが、別の実施形態では、ベース部材１８１は底部部材１８８を含まない。これらの実施形態では、照明モジュール１００の熱界面１７０（図５参照）は、それに対応するヒートシンク１３０の熱界面１７１と接触する。上述したように、製造条件及び熱的要件に応じて、伝熱性を高めるために、柔軟な熱導電性パッドまたは伝熱性ペーストが前記２つの面の間に用いられ得る。
図１３Ｂは、ヒートシンク１３０に取り外し可能に取り付けされた照明モジュール１００を示す。第１のステップでは、モジュール１００を、取付カラーアセンブリ１８０のベース部材１８１内に配置する。第２のステップでは、モジュール１００を取付カラーアセンブリ１８０内に収容保持するために、保持部材１８２をベース部材１８１に対して回転させる。保持部材１８２は、弾性取付部材１８５を含む。保持部材１８２を回転させて閉じると、弾性部材１８５は照明モジュール１００と接触する。弾性取付部材１８５は、保持部材１８２が完全閉位置に達する前に、モジュール１００と接触するように構成されている。そのため、弾性取付部材１８５は、モジュール１００と最初に接触した後、保持部材１８２が完全閉位置に達するまで変形する。この図示した例では、保持部材１８２をベース部材１８１に結合させるのに、ねじ１８４が用いられる。いくつかの実施形態では、ねじ１８４は、閉位置において保持部材１８２をベース部材１８１に固定するのに、人間の手で操作可能なきざみ付き面（ギザギザ面）を含む。別の実施形態では、閉位置において保持部材１８２をベース部材１８１に固定するのに、バックル、クリップ、または他の固定手段を用いることができる。保持部材１８２を完全閉位置まで回転させたときに弾性取付部材１８５が変形することにより、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して押圧する力を生成することができる。
図１４Ａ〜１５Ｂは、照明装置におけるＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第３の実施形態を示す。図１４Ａに示すように、取付カラー１９０は、ヒートシンク１３０に取り付けられる。取付カラー１９０は、モジュール１００を係合位置に整列させて保持するためのモジュール係合部材１９２を含む。取付カラー１９０は、適切な締結手段によってヒートシンク１３０に結合される。この図示した例では、カラー１９０は、ヒートシンク１３０のねじ孔１３１に螺入されるねじ１９３によってヒートシンク１３０に結合される。別の例では、カラー１９０は、接着剤または溶接によって、あるいは、ねじ、溶接または接着剤の任意の組み合わせによってヒートシンク１３０に結合され得る。図１４Ａに示すように、照明モジュール１００は、弾性取付部材１９１を含む。図示のように、弾性取付部材１９１は、モジュール１００に連続して設けられ、かつ半径方向に延在する構造体である。モジュール１００の連続部分なので、部材１９１は、１つの連続部品としてモジュール１００と一体的に製造される。部材１９１は、図示のように、照明モジュール１００の周縁部に沿って設けられ、かつ半径方向に延在するように構成され得る。例えば、３つの部材が、モジュール１００の周縁部に沿って、等間隔で配置される。別の実施形態では、それよりも少ない数またはそれよりも多い数の部材が用いられる。別の実施形態では、部材１９１は、互いに等間隔で配置されない。このような形態では、部材１９１の対称性を欠いた配置を、モジュール１００をヒートシンク１２０に対して所定の向きで整列させるための目印要素（indexing feature）として用いることができる。モジュール係合部材１９２は、該係合部材間にモジュール１００の弾性取付部材１９１に対応する開口部が形成されるように配向されている。いくつかの実施形態では、モジュール係合部材１９２は、モジュール係合部材１９２が弾性取付部材１９１と接触しているときに、モジュール１００をカラー１９０に対して回転させると、モジュール１００がカラー１９０に対して相対的に変位するように傾斜している。別の実施形態では、弾性取付部材１９１は、モジュール係合部材１９２を弾性取付部材１９１と接触させた後、モジュール１００をカラー１９０に対して回転させると、モジュール１００がカラー１９０に対して相対的に変位するように傾斜している。
図１４Ｂは、モジュール１００を取付カラー１９０に整列させて係合させるステップを示す。第１のステップでは、モジュール１００を取付カラー内に配置する。カラー１９０のモジュール係合部材１９２間に形成された開口部は、モジュール１００をカラー１９０に対して適切な向きにしたときに、弾性取付部材が前記開口部を通過することができるように構成されている。第２のステップでは、モジュール１００をカラー１９０に対して回転させる。いくつかの実施形態では、モジュール１００は、人間の手によって回転させる。別の実施形態では、モジュール１００は、ツール要素（tool feature）を含む。これらの実施形態では、組み立てを容易にするために、あるいはモジュールに加えるトルクを大きくするために、モジュール１００のツール要素１９５と係合可能な相補的なツール（例えば、ソケットとレバー）が用いられ得る。モジュール１００をカラー１９０に対して回転させると、弾性取付部材１９１とモジュール係合部材１９２との間の接触により、熱界面１７１を横切ってモジュール１００がヒートシンク１３０と接触するまで、モジュール１００とカラー１９０との間に変位が生じる。さらに回転させると、完全係合位置に達するまで、弾性取付部材１９１が変形する。
図１５Ａは、整列位置におけるモジュール１００の破断図である。この位置では、弾性取付部材１９１は変形していない。対照的に、図１５Ｂは、完全係合位置におけるモジュール１００の破断図である。この位置では、傾斜したモジュール係合部材１９２に対するモジュール１００の回転に起因して、弾性取付部材１９１は変位量Δだけ変形する。弾性取付部材１９１が変形することにより、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して押圧する力が生成される。
図１６〜１７は、照明装置におけるＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第４の実施形態を示す。図１６は、照明モジュール１００、取付カラーアセンブリ２００、及びヒートシンク１３０の斜視図である。照明モジュール１００は、該モジュール１００の周縁部に位置するテーパ面２０３を有する。図１６に示すように、テーパ面２０３は、モジュール１００の底部から頂部にかけて、中央に向かってテーパしている。また、図１６に示すように、テーパ面２０３は、モジュール１００の全周に渡って連続する面である。別の実施形態では、テーパ面２０３は、モジュール１００の全周に渡って形成されるのではなく、モジュール１００の周縁部のいくつかの別個の位置に形成される。取付カラーアセンブリ２００は、固定式保持部材２０１及び可動式保持部材２０２を含む。固定式保持部材２０１及び可動式保持部材２０２は、モジュール１００の出力窓１０８に対して垂直方向の回転軸を有するヒンジ要素２０７によって互いに連結されている。この形態では、可動式保持部材２０２は、ヒンジ要素の回転軸を中心にして、固定式保持部材２０１に対して回転することができる。固定式保持部材２０１は、適切な締結手段によってヒートシンク１３０に結合される。この図示した例では、固定式保持部材２０１は、ヒートシンク１３０のねじ孔１３１に螺入されるねじ１８７によってヒートシンク１３０に結合される。別の例では、固定式保持部材２０１は、接着剤または溶接によって、あるいは、ねじ、溶接または接着剤の任意の組み合わせによってヒートシンク１３０に結合される。固定式保持部材２０１及び可動式保持部材２０２は、テーパ要素２０４を含む。テーパ要素２０４のテーパ面は、モジュール１００のテーパ面２０３のテーパと適合する。
図１６及び１７は、ヒートシンク１３０に取り外し可能に結合された照明モジュール１００を示す。第１のステップでは、モジュール１００を、取付カラーアセンブリ２００の固定式保持要素２０１内に配置する。第２のステップでは、モジュール１００を取付カラーアセンブリ２００内に収容保持するために、可動式保持部材２０２を固定式保持部材２０１に対して回転させる。可動式保持部材２０２を回転させて閉じると、テーパ要素２０４は照明モジュール１００と接触し、モジュール１００をアセンブリ２００及びヒートシンク１３０内に収容保持する。整列位置では、モジュール１００の底面はヒートシンク１３０と接触し、アセンブリ２００のテーパ要素２０４はモジュール１００と接触する。第３のステップでは、可動式保持部材２０２のバックル２０５が、固定式保持部材２０１と結合し、閉位置へ変位する。バックル２０５は、弾性要素２０８を含む。バックル２０５が閉位置に変位すると、弾性要素２０８が変形し、固定式保持部材と可動式保持部材との間で閉方向に作用するクランプ力が生成される。閉方向に作用するクランプ力は、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して押圧する力を生成する。テーパ要素２０４とモジュール１００のテーパ面２０３との間のこの相互作用は、クランプ力の一部を、モジュール１００の底面に対して垂直方向の力に変換する。このようにして、可動式保持部材２０２を完全閉位置まで回転させたときに弾性要素２０８が変形することにより、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して押圧する力が生成される。
この図示した例では、可動式保持部材２０２を固定式保持部材２０１に結合させるのに、バックル２０５が用いられる。いくつかの実施形態では、バックル２０５は、可動式保持部材２０２ではなく、固定式保持部材２０１に設けられ得る。別の実施形態では、閉位置において可動式保持部材を固定式保持部材２０１に固定するのに、ねじ、クリップ、または他の固定手段が用いられ得る。
図１８〜２１Ｂは、照明装置におけるＬＥＤベース照明モジュールの簡便な取り外し及び取り付けに適した第５の実施形態を示す。図１８は、照明モジュール１００、取付カラーアセンブリ２１０、及びヒートシンク１３０の斜視図である。ヒートシンク１３０は複数のピン２１３を含む。この図示した実施形態では、各ピン２１３は、取付カラー２１０の傾斜要素（ramp feature）２１２と係合するように構成された溝２１６を有する。別の実施形態では、ピン２１３は、傾斜要素２１２と係合するように構成されたヘッドを有する。各ピン２１３は、ヒートシンク１３０に固定的に取り付けられる（例えば、圧入、ねじ、接着剤により固定される）。あるいは、各ピン２１３は、ヒートシンク１３０の一部として、キャスト成形または機械加工される。複数のピン２１３は、それらの間に照明モジュール１００を配置することができるように、モジュール１００の底面をヒートシンク１３０の上面に接触させて配置したときにモジュール１００の周縁部の外側となる位置に配置される。あるいは、いくつかの実施形態では、ピン２１３のいくつかまたは全てが、照明モジュール１００の周縁の内側にまたは周縁に沿って配置され得る。このような実施形態では、モジュール１００は貫通孔を有し、モジュール１００の底面がヒートシンク１００の上面と接触するまで前記貫通孔にピン２１３を貫通させるように構成される。図示したように、ピン２１３の間に照明モジュール１００を緩やかに嵌合させることができるように、ピン２１３は互いに等間隔で配置される。別の実施形態では、ピン２１３は、互いに等間隔で配置されない。このような形態では、ピン２１３の対称性を欠いた配置を、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して所定の向きで整列させるための目印要素として用いることができる。取付カラー２１０は、弾性部材２１１を含む。この図示した実施形態では、弾性部材２１１は、取付カラー２１０の一体部分として含まれる。例えば、カラー２１０は、単一の薄板金属部品として形成された、弾性部材２１１を含む薄板金属部品であり得る。別の例では、弾性部材２１１は、単一部品の取付カラー２１０の一部としてキャスト成形またはモールド成形され得る。取付カラー２１０は、任意選択で、ツール要素２１４を含み得る。図示のように、ツール要素２１４は、取付カラー２１０の複数の面を有する。この図示した実施形態では、組み立てを容易にするために、あるいはカラー２１０に加えるトルクを大きくするために、カラー２１０のツール要素２１４と係合可能な相補的なツール（例えば、ソケットとレバー）が用いられ得る。図１８に示すように、取付カラー２１０は、傾斜要素２１２を含む。この図示した例では、傾斜要素２１２は、カラー２１０に形成されている（スタンプ成形、モールド成形、またはキャスト成形により）。別の実施形態では、ランプ要素２１２は、カラー２１０に固定される（例えば、はんだ付け、溶接または接着剤により）。
第１のステップでは、モジュール１００は、取付カラー２１０によって収容保持され、ヒートシンク１３０に対して整列させられる。図示のように、モジュール１００はピン２１３の間に配置され、取付カラー２１０はモジュール１００の上側に配置される。取付カラー２１０は、各傾斜要素２１２の先端部分に貫通孔２１５を有する。この整列形態では、取付カラー２１０は、ピン２１３が取付カラー２１０の貫通孔２１５を貫通するようにして、モジュール１００の上側に配置される。第２のステップでは、取付カラー２１０をヒートシンク１３０に対して回転させ、完全係合位置へ変位させる。上述したように、カラー２１０は、人間の手によって直接的に回転させるか、または、取付カラー２１０に加えるトルクを大きくするためにツールを使用してツール要素２１４に力を加える。カラー２１０を回転させると、ピン２１３の溝２１６が傾斜要素２１２と係合し、かつ弾性要素２１１がモジュール１００の表面２２０と係合する。表面２２０は例示目的のために図示されており、弾性要素２１１と係合するためにモジュール１００の任意の面を使用することができる。係合させた後、カラー２１０を回転させると、カラー２１０はヒートシンク１３０に向かって変位する。そして、この変位によって弾性要素２１１は変形し、それにより、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して押圧するように作用する圧縮力がモジュール１００とヒートシンク１３０との間に生じる。
図１９Ａは、整列位置における、取付カラー２１０、モジュール１００及びヒートシンク１３０を示す。図２０は、図１９ＡのＡ−Ａ断面図である。この整列位置では、弾性部材２１１は、モジュール１００と接触しているが変形していない。図１９Ｂは、カラー２１０をヒートシンク１３０に対して回転させた後の完全係合位置における、取付カラー２１０、モジュール１００及びヒートシンク１３０を示す。図２０Ｂは、図１９ＢのＡ−Ａ断面図である。この完全係合位置では、弾性要素２１１は、モジュール１００と接触しており、かつ変形している。上述したように、この変形は、モジュール１００及びヒートシンク１３０を相対的に押圧する力を生成する。図２１Ａは、取付カラー２１０の上面斜視図である、図２１Ｂは、取付カラー２１０の底面斜視図である。上述したように、傾斜要素２１２は、任意選択である。いくつかの実施形態では、要素２１２は、傾斜要素ではなく、単なるスロット要素（slot feature）である。スロット要素は、要素２１２の切欠部分を含むが、図示のように傾斜要素２１２の上面から隆起しておらず、カラー２１０の上面と同一面内に留まっている。このような実施形態では、第１のステップでは、取付カラー２１０は、上述したようにピン２１３がカラー２１０の貫通孔２１５を通過するようにして、モジュール１００の上側に配置される。弾性要素２１１がモジュール１００と接触した後、モジュール１００の底面に対して垂直方向の力をカラー２１０に加えると要素２１１が変形し、それにより、モジュール１００及びヒートシンク１３０を相対的に押圧する力が生成される。このような実施形態では、ピン２１３の溝２１６をスロット要素２１２に対して垂直方向に整列させたときに、整列位置となる。第２のステップでは、カラー２１０をヒートシンク１３０に対して回転させ、ロック位置へ変位させる。このような実施形態では、溝２１６はスロット要素２１２内でスライド移動し、カラー２１０をヒートシンク１３０に対してロックする役割を果たす。
別の実施形態では、取付カラー２１０は、上述したような傾斜要素の代わりにスロット要素２１２を含む。図２２に示すように、スロット要素は、カラー２１０の上面と同一面内に留まっている切欠要素である。図２２は、弾性部材２１１を含む取付カラー２１０を示す。この図示した実施形態では、弾性部材２１１は、取付カラー２１０の一体部分として含まれる。例えば、カラー２１０は、単一の薄板金属部品として形成された、弾性部材２１１を含む薄板金属部分であり得る。別の例では、弾性部材２１１は、単一部品の取付カラー２１０の一部としてキャスト成形またはモールド成形され得る。取付カラー２１０は、任意選択で、ツール要素２１４を含み得る。図示のように、ツール要素２１４は、取付カラー２１０の複数の面を有する。この図示した実施形態では、組み立てを容易にするために、あるいはカラーに加えるトルクを大きくするために、カラー２００のツール要素２１４と係合可能な相補的なツール（例えば、ソケットとレバー）が用いられ得る。図２２に示すように、取付カラー２１０は、スロット要素２１２を含む。この図示した例では、スロット要素２１２は、カラー２１０に形成されている（スタンプ成形、モールド成形、またはキャスト成形により）。
第１のステップでは、モジュール１００は、取付カラー２１０によって収容保持され、ヒートシンク１３０に対して整列させられる。図示のように、モジュール１００はピン２１３の間に配置され、取付カラー２１０はモジュール１００の上側に配置される。取付カラー２１０は、各スロット要素２１２の先端部分に貫通孔２１５を有する。この整列形態では、取付カラー２１０は、ピン２１３が取付カラー２１０の貫通孔２１５を貫通するようにして、モジュール１００の上側に配置される。弾性要素２１１がモジュール１００と接触した後、モジュール１００の底面に対して垂直方向の力をカラー２１０に加えると要素２１１が変形し、それにより、モジュール１００及びヒートシンク１３０を相対的に押圧する力が生成される。このような実施形態では、ピン２１３の溝２１６をスロット要素２１２に対して垂直方向に整列させたときに、整列位置となる。第２のステップでは、カラー２１０をヒートシンク１３０に対して回転させ、ロック位置へ変位させる。このような実施形態では、溝２１６はスロット要素２１２内でスライド移動し、カラー２１０をヒートシンク１３０に対してロックする役割を果たす。上述したように、カラー２１０は、人間の手によって直接的に回転させるか、または、取付カラー２１０に加えるトルクを大きくするために、ツールを使用してツール要素２１４に力を加える。カラー２１０を回転させると、ピン２１３の溝２１６がスロット要素２１２と係合する。
図２３Ａは、整列位置における、取付カラー２１０、モジュール１００及びヒートシンク１３０を示す。図２４Ａは、図２３ＡのＡ−Ａ断面図である。この整列位置では、弾性部材２１１は、モジュール１００と接触しているが変形していない。図２３Ｂは、カラー２１０をヒートシンク１３０に対して回転させた後の完全係合位置における、取付カラー２１０、モジュール１００及びヒートシンク１３０を示す。図２４Ｂは、図２３Ｂの断面図である。この完全係合位置では、弾性要素２１１は、モジュール１００と接触しており、かつ変形している。上述したように、この変形は、モジュール１００及びヒートシンク１３０を相対的に押圧する力を生成する。図２５Ａは、取付カラー２１０の上面斜視図である、図２５Ｂは、取付カラー２１０の底面斜視図である。
上述した実施形態は、丸みを帯びた形状を有する照明モジュールを固定部材で保持することができるように図示されているが、これらの実施形態は、多角形の形状を有する照明モジュールを照明装置内に保持するのにも適用可能である。図２６Ａ〜２６Ｃは、図５〜１０Ｃの第１の実施形態を、矩形状の照明モジュールに適用した例を示す。図２６Ａは、モジュール１００の四隅の近傍に配置されたばねピンアセンブリ１６０を含む矩形状の照明モジュール１００を示す。ヒートシンク１３０は、直線的に切欠された傾斜したショルダー溝１７２を有する。ショルダー溝１７２は、ヒートシンク１３０の表面におけるばねピン１６０に対応する位置に形成されている。第１のステップでは、照明モジュール１００を、ヒートシンク１３０に対して整列させる。図２６Ｂに示すように、この整列位置では、ばねピン１６０をショルダー溝１７２と整列させる。第２のステップでは、図２６Ｃに示すように、モジュール１００をヒートシンク１３０に結合させるために、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して変位させる。この係合位置では、ばねピン１６２は、変位量Δだけ変位する。この変位によりばね１６１は変形し（図１０Ａ〜１０Ｃ）、それにより、ピン１６２の変位方向と反対方向に作用する復元力が生成される。この復元力は、モジュール１００とヒートシンク１３０との間に圧縮力を生成する役割を果たす。溝１７２は、最初の整列位置から係合位置まで直線的に切断した場合、ヒートシンク１３０の表面から下向きに傾斜している。このため、モジュール１００を整列位置から係合位置へ変位させたときに、ピン１６２はモジュール１００から離間する方向に変位する。
モジュール１００の整列位置から係合位置への変位は、人間の手によって行うことができる。しかし、いくつかの実施形態では、モジュール１００に加わる力を大きくするためにツールが使用される。図２６Ａに示すように、ヒートシンク１３０は、ツール要素２１８及び２１９を有する。この図示した実施形態では、ツール要素２１８及び２１９は、ヒートシンク１３０に形成されたスロット（溝）である。例えば、前記スロットは、ヒートシンク１３０に、キャスト成形、機械加工、またはモールド成形され得る。前記スロットは、モジュール１００をヒートシンク１３０に対して変位させるときにモジュール１００に加わる力を大きくするのに有効な平坦ブレードツール（例えば、マイナスドライバー）に適合する。
図２７は、ツール要素２１８に係合させたツール２１７を使用して行う、整列位置から係合位置へのモジュール１００の変位を示す。この図示した例では、ツール２１７は、マイナスドライバーである。図示のように、マイナスドライバー２１７をツール要素２１８に挿入した後、マイナスドライバー２１７の先端を軸にしてマイナスドライバー２１７を回転させ、マイナスドライバー２１７のシャンク部分でモジュール１００を押して整列位置から係合位置まで変位させる。図２８は、ツール要素２１９に係合させたツール２１７を使用して行う、係合位置から整列位置へのモジュール１００の変位を示す。上述したのと同様に、しかし反対方向に、マイナスドライバー２１７を使用してモジュール１００を整列位置まで押す。この例は、この特定の実施形態との関連で説明されているが、モジュール１００をヒートシンク１３０に係合させるの線形変位を用いる本明細書で説明したあらゆる実施形態にも適用することができる。
ヒートシンク１３０及びモジュール１００の熱界面は平坦面として説明したが、非理想的な製造条件下では、それらの界面を介した熱伝達に悪影響を与える表面変化が生じ得る。図２９Ａ〜２９Ｃは、前記熱界面に製造欠陥が存在する場合に伝熱性を向上させるために構成された熱界面を示す。図２９Ａは、例として、モジュール１００の熱界面の一部２５０を示す。この一部２５０は、機械加工、モールド成形またはキャスト成形された部分の面か、あるいは、大きな部分から切り取った部分の面であり得る。これらのプロセスは、熱界面を介した伝熱性を低下させる表面欠陥をもたらし得る。いくつかの例では、前記表面欠陥は、部分２５６で強調したような、熱界面における局所的な不一致であり得る。別の例では、前記表面欠陥は、２つの面２５０及び２５１を互いに接触させたときに接触面の不整合や限定的な接触領域をもたらす、接触面の非平坦性または寸法不一致であり得る。図２９Ｂは、面２５０及び２５１にそれぞれ結合材料２５３によって結合させた薄いシート２５２及び２５４を示す。結合材料２５３は、部分２５６に示したような表面不一致を埋める。シート２５２及び２５４は、高い表面平坦度を確実にするシート圧延などのプロセスによって作製される。シート２５２を表面２５０に結合させることにより、荒い面を、滑らかな平坦面にすることができる。図２９Ｃに示すように、シート面２５２及び２５４を互いに接触させた場合のそれらの界面での接触面積は、面２５０及び面２５１を互いに接触させた場合よりも増加する。シート面２５２及び２５４はまた、導電性グリースやパッドを除去したり再適用したりする必要なしに繰り返し接触または離間させることができるので、モジュールの再取り付けを簡素化することができる。結合材料２５３は熱導電性であり、シート面２５２及び２５４と面２５０及び２５１との間でそれぞれ熱を伝達する役割を果たす。加えて、結合材料２５３は、柔軟性である。面の非平坦性または寸法不一致のために通常であればそれらの接触面の面積が熱界面全体よりも小さく制限されるにも関わらず、表面２５０及び２５１を相対的に押圧したときに柔軟な結合材料２５３は変形し、平坦面２５２及び２５４が界面全体で互いに接触するようになる。
ヒートシンク１３０及びモジュール１００の熱界面は平坦面として説明したが、非理想的な製造条件下では、表面の汚染物質により、それらの界面を介した熱伝達に悪影響が生じ得る。図３０Ａ〜３０Ｂは、汚染粒子の存在する場合に伝熱性を向上させるために構成されたファセット（faceted）熱界面を示す。図３０Ａは、例として、モジュール１００におけるファセット熱界面の一部２６０を示す断面図である。この一部２６０は、機械加工、モールド成形またはキャスト成形された部分の面であり得る。図示のように、ファセット面２６０は、モジュール１００から延出する隆起要素が繰り返される鋸歯状の形状を有する。各隆起要素の先端は平坦である。ヒートシンク１３０は、該ヒートシンク１３０から延出する隆起要素が繰り返される、相補的な鋸歯状パターンを有するファセット熱界面２６１を有する。図３０Ｂは、モジュール１００をヒートシンク１３０と接触させた状態を示す。図示するように、界面２６０及び２６１の各隆起部分の繰り返しパターンが互いに噛み合うと、繰り返される一連の熱接触界面２６２が形成される。さらに、界面２６０及び２６１の各隆起部分の繰り返しパターンが互いに噛み合うと、繰り返される一連の隙間２６３が形成される。この隙間は、界面２６０及び２６１の各隆起部分の先端が平坦面であるために形成される。面２６０及び２６１を接触させると、表面汚染物質は、熱接触界面２６２間に挟まれるのではなく、隙間２６３内に捕えられる。熱接触界面２６２間に挟まれた汚染粒子は、前記熱界面の離間を生じさせ、該熱界面を介しての熱伝達を妨げる。隙間２６３に捕えられた汚染粒子は、前記熱界面を介した熱伝達を妨げない。このようにして、ファセット面２６０及び２６１は、汚染粒子を捕えるための隙間を形成し、それによって汚染粒子が面２６０及び２６１間に挟まれてそれらの界面での熱伝達率を低減することを防ぐことにより、それらの界面を介した熱伝達を向上させるように形成されている。
上述した実施形態の多くでは、ヒートシンク１３０及びモジュール１００の熱界面は、互いに直接的に接触させるものとして説明されている。しかし、モジュール１００及びヒートシンク１３０の熱界面における製造欠陥は、それらの熱界面の接触面積を制限する。そこで、上記した全ての実施形態において、伝熱性を高めるために、２つの界面の間に柔軟な伝熱性パッドまたは伝熱性ペーストが使用され得る。さらに、上記した全ての実施形態において、モジュール１００とヒートシンク１３０との間に介在部材が配置され得る。例えば、図１３Ａ及び１３Ｂの実施形態について説明したように、底部部材１８８（介在部材１８８と呼ぶこともある）が、照明モジュール１００の底部とヒートシンク１３０との間に配置され得る。低コストを維持するために、多くの場合、ヒートシンク１３０は、その頂面から底面にかけて、押し出し型材からの鋸切断加工される。別の例では、ヒートシンク１３０は、そのままキャスト成形され得る。いずれの場合においても、ヒートシンク１３０の熱界面の寸法及び表面品質は、十分な熱伝達率を得るためにモジュール１００との接触面積が十分になるように適切に制御されない。この問題点を解決するのに伝熱性パッドまたは伝熱性ペーストが役立つが、パッド及びグリースは両方とも、モジュールを取り替えるたびに交換しなくてはならない。前記交換によるコストを削減するために、介在部材１８８が導入され得る。介在部材１８８は、工場環境においてヒートシンク１３０に固定的に取り付けられ、照明装置１５０の動作寿命の間は再び取り外す必要がないようにするべきである。介在部材１８８は交換する必要がないので、この界面を介しての十分な熱伝達率が得られるようにするために伝熱性パッドまたは伝熱性ペーストを大きなコストをかけることなく用いることができる。介在部材１８８は、ヒートシンク１３０よりもより小さくかつよりシンプルな部品なので、介在部材１８８の上面の寸法及び表面品質は、最小の追加コストで制御することができるであろう。介在部材１８８の上面とモジュール１００との間の界面を適切に制御することにより、伝熱性パッドまたは伝熱性ペーストを使用することなく、十分な伝熱性を得ることができる。介在部材は、図１３Ａの実施形態について説明したが、介在部材は、上述したあらゆる実施形態の一部として用いることができる。
上述した実施形態の多くでは、説明目的のためにリフレクタを除外して説明しているが、図１及び図４に示すように、リフレクタは上述したあらゆる実施形態において照明モジュール１００に取り付けられ得る。加えて、リフレクタは、上述した実施形態の構成要素に取り付けてもよい。例えば、図２２の取付カラー２１０は、リフレクタを取り付けるための孔２１８を有する。別の例では、リフレクタは、上述した実施形態の構成要素に、熱融着、溶接、接着または他の方法で取り付けられ得る。別の例では、図４に示したカラー１１０などのリフレクタ保持カラーは、上述したあらゆる実施形態に適合され得る。
いくつかの実施形態では、上述の実施形態について説明した変位量Δは、１ｍｍ未満であり得る。別の例では、上述の実施形態について説明した変位量Δは、０．５ｍｍ未満であり得る。別の例では、上述の実施形態について説明した変位量Δは、１０ｍｍ未満であり得る。
いくつかの特定の実施形態を説明目的のために上述したが、本明細書の教示は一般的適用性を有し、上述した特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、モジュール１００は、取付ベース１０１を含むものとして説明した。しかし、いくつかの実施形態では、ベース１０１は含まない。別の例では、モジュール１００は、電気インターフェースモジュール１２０を含むものとして説明した。しかし、いくつかの実施形態では、電気インターフェースモジュール１２０は含まない。これらの実施形態では、実装基板１０４は、固定部材１３０からの導電体に接続され得る。別の例では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、照明装置１５０の一部として図１〜２に示されている。しかし、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、リプレイスメントランプまたはレトロフィットランプの一部であり得るか、あるいは、リプレイスメントランプまたはレトロフィットランプとして形成され得る。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変更、修正、及び上記の実施形態に記載された様々な要素の組み合わせを実施することができる。

Claims (20)

  1. 照明装置であって、
    第１の熱界面及び複数の弾性取付部材を有するＬＥＤベース照明モジュールと、
    固定部材に結合され、かつ複数のモジュール係合部材を有する取付カラーと、
    第２の熱界面とを含み、
    前記照明モジュール及び前記取付カラーは、脱離位置及び係合位置の間で相対変位可能であり、
    前記係合位置への変位により前記複数の弾性取付部材が変形し、それにより、前記第１及び前記第２の熱界面間に圧縮力が生成されるように構成したことを特徴とする装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、
    前記取付カラーが、前記第２の熱界面を有することを特徴とする装置。
  3. 請求項１に記載の装置であって、
    前記固定部材が、前記第２の熱界面を有することを特徴とする装置。
  4. 請求項１に記載の装置であって、
    前記第１及び第２の熱界面の間に配置される伝熱性パッドをさらに含むことを特徴とする装置。
  5. 請求項１に記載の装置であって、
    前記第１の熱界面が、第１の表面領域を有するファセット面であり、
    前記第１及び第２の熱界面を互いに接触させたとき、前記第１の表面領域の第１の部分は前記第２の熱界面と接触するが、前記第１の表面領域の第２の部分は前記第２の熱界面と接触しないようにし、それにより、前記第１及び第２の熱界面間に隙間が形成されるように構成したことを特徴とする装置。
  6. 請求項５に記載の装置であって、
    前記第２の熱界面が、第２の表面領域を有する第２のファセット面であり、
    前記第１及び第２の熱界面を互いに接触させたとき、前記第２の表面領域の第１の部分は前記第１の熱界面に接触するが、前記第２の表面領域の第２の部分は前記第１の熱界面と接触しないようにし、それにより、前記第１及び第２の熱界面間に隙間が形成されるように構成したことを特徴とする装置。
  7. 請求項１に記載の装置であって、
    前記第１及び／または第２の熱界面が、前記照明モジュールに弾性的に結合された薄いシートであることを特徴とする装置。
  8. 照明装置であって、
    第１のテーパ体要素及び第１の熱界面を有するＬＥＤベース照明モジュールと、
    第２の熱界面と、
    第２のテーパ体要素を各々有する第１及び第２の部材を含む取付カラーとを含み、
    前記第２の部材は前記第１の部材に対して変位可能であり、
    前記第２の部材の係合位置への変位により前記第１のテーパ体要素及び前記第２のテーパ体要素が互いに結合し、それにより、前記照明モジュール及び、前記取付カラーの前記第１の部材に結合された固定部材の間に圧縮力が生成されるように構成したことを特徴とする装置。
  9. 請求項８に記載の装置であって、
    前記取付カラーの前記第１及び第２の部材を互いに連結するヒンジ要素をさらに含むことを特徴とする装置。
  10. 請求項８に記載の装置であって、
    前記係合位置において前記第１及び第２の部材を互いに固定的に結合させるためのバックルをさらに含むことを特徴とする装置。
  11. 請求項８に記載の装置であって、
    前記取付カラーが、前記第２の熱界面を有することを特徴とする装置。
  12. 請求項８に記載の装置であって、
    前記固定部材が、前記第２の熱界面を有することを特徴とする装置。
  13. 請求項８に記載の装置であって、
    前記第１及び／または第２の熱界面が、前記照明モジュールに弾性的に結合された薄いシートであることを特徴とする装置。
  14. ＬＥＤベース照明モジュールの取付器具であって、
    弾性部材を有する取付カラーを含み、
    前記取付カラーを固定部材に対して結合方向に変位させることにより、前記取付カラーによって前記ＬＥＤベース照明モジュールを保持することができ、
    前記変位により前記弾性部材が変形し、それにより、前記ＬＥＤベース照明モジュール及び前記固定部材間に圧縮力が生成されるように構成したことを特徴とする取付器具。
  15. 請求項１４に記載の取付器具であって、
    前記ＬＥＤベース照明モジュールに設けられた第１の熱界面と、
    第２の熱界面とをさらに含み、
    前記取付カラーが、第１の部材及び、複数の弾性部材を有する第２の部材を含み、
    前記第２の部材を前記第１の部材に対して変位させることにより、前記取付カラーによって前記ＬＥＤベース照明モジュールを保持することができ、
    前記変位により前記複数の弾性部材が変形し、それにより、前記第１及び第２の熱界面間に圧縮力が生成されるように構成したことを特徴とする取付器具。
  16. 請求項１５に記載の取付器具であって、
    前記取付カラーの前記第１及び第２の部材を互いに連結するヒンジ要素をさらに含むことを特徴とする取付器具。
  17. 請求項１５に記載の取付器具であって、
    係合位置において前記第１及び第２の部材を互いに固定的に結合させるためのバックルをさらに含むことを特徴とする取付器具。
  18. 請求項１５に記載の取付器具であって、
    前記取付カラーまたは前記固定部材が、前記第２の熱界面を有することを特徴とする取付器具。
  19. 請求項１５に記載の取付器具であって、
    前記第１及び第２の熱界面の間に配置される伝熱性パッドをさらに含むことを特徴とする取付器具。
  20. 請求項１５に記載の取付器具であって、
    前記第１及び／または第２の熱界面が、前記照明モジュールに弾性的に結合された薄いシートであることを特徴とする取付器具。
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